數(shù)控設(shè)備故障的診斷與維修方法
發(fā)布時(shí)間：2014-01-03 新聞來(lái)源：一覽數(shù)控英才網(wǎng)
在數(shù)控設(shè)備使用越來(lái)越廣泛，隨之而來(lái)的是如何保證設(shè)備的有效利用率，設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，要盡快將設(shè)備恢復(fù)正常使用。為了解決這個(gè)問(wèn)題，首先要求維修人員應(yīng)該有很高的素質(zhì)，不但要求具有豐富的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，如機(jī)電一體化技術(shù)、計(jì)算機(jī)原理、數(shù)控技術(shù)、PLC技術(shù)、自控技術(shù)、拖動(dòng)原理、液壓技術(shù)等，還要掌握機(jī)械加工常識(shí)和數(shù)控裝置的簡(jiǎn)單編程，另外還要具有一定的英語(yǔ)水平，能夠閱讀英文技術(shù)資料。要有足夠的資料，包括機(jī)、電、液圖紙，機(jī)床參數(shù)備份，系統(tǒng)使用維修手冊(cè)，PLC梯形圖等。還要有一定量的備件。另外需要維修人員具有一定的經(jīng)驗(yàn)，掌握一定的維修方法。筆者從事數(shù)控設(shè)備維修多年，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)一套維修數(shù)控設(shè)備的方法，現(xiàn)介紹如下以供參考。
要搞清故障現(xiàn)象
當(dāng)數(shù)控設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，首先要搞清故障現(xiàn)象，向操作人員了解第一次出現(xiàn)故障時(shí)的情況，在可能的情況下觀察故障發(fā)生的過(guò)程，觀察故障是在什么情況下發(fā)生的，怎么發(fā)生的，引起怎樣的后果。只有了解到第一手情況，才有利于故障的排除，把故障過(guò)程搞清了，問(wèn)題就解決一半了。搞清了故障現(xiàn)象，然后根據(jù)機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)的工作原理，就可以很快地確診問(wèn)題所在并將故障排除，使設(shè)備恢復(fù)正常使用。
如，一臺(tái)采用美國(guó)BRYANT公司TEACHABLEⅢ系統(tǒng)的數(shù)控外圓磨床在自動(dòng)加工時(shí)，砂輪將修整器磨掉一塊。為了觀察故障現(xiàn)象并防止意外再次發(fā)生，將砂輪拆下運(yùn)行機(jī)床，這時(shí)再觀察故障現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)在自動(dòng)磨削加工時(shí)，磨削正常沒(méi)有問(wèn)題，工件磨削完之后，修整砂輪時(shí)，砂輪正常進(jìn)給，而砂輪修整器旋轉(zhuǎn)非�？�，很快就壓上限位開(kāi)關(guān)，如果這時(shí)砂輪沒(méi)拆，肯定砂輪又要撞到修整器上。根據(jù)機(jī)床的工作原理，砂輪修整器由E軸伺服電機(jī)帶動(dòng)，用旋轉(zhuǎn)編碼器作為位置反饋元件。正常情況下修整器修整砂輪時(shí)，Z軸滑臺(tái)帶動(dòng)E軸修整器移動(dòng)到修整位置，修整器做30°~120°的擺動(dòng)來(lái)修整砂輪。我們多次觀察故障現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，E軸在壓上限位開(kāi)關(guān)時(shí)，在屏幕上E軸的坐標(biāo)值只有60°左右，而實(shí)際位置大概在180°左右，顯然是位置反饋出現(xiàn)問(wèn)題，但更換了位控板和編碼器都沒(méi)有解決問(wèn)題。我們又經(jīng)過(guò)反復(fù)的觀察和試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)：E軸修整器在Z軸的邊緣時(shí)，回參考點(diǎn)和旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)都沒(méi)有問(wèn)題，要利用系統(tǒng)的報(bào)警信息
現(xiàn)在數(shù)控系統(tǒng)的自診斷能力越來(lái)越強(qiáng)，設(shè)備的大部分故障數(shù)控系統(tǒng)都能夠診斷出來(lái)，并采取相應(yīng)的措施，如停機(jī)等，一般都能產(chǎn)生報(bào)警顯示。當(dāng)數(shù)控設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，有時(shí)在顯示器上顯示報(bào)警信息，有時(shí)在數(shù)控裝置上、PLC裝置上和驅(qū)動(dòng)裝置上還會(huì)有報(bào)警指示。這時(shí)要根據(jù)手冊(cè)對(duì)這些報(bào)警信息進(jìn)行分析，有些根據(jù)報(bào)警信息就可直接確認(rèn)故障原因，只要搞清報(bào)警信息的內(nèi)容，就可排除數(shù)控設(shè)備出現(xiàn)的故障。
如，一臺(tái)采用德國(guó)SIEMENS 810系統(tǒng)的數(shù)控溝道磨床，開(kāi)機(jī)后就產(chǎn)生1號(hào)報(bào)警顯示“BATTERY ALARM POWER SUPPLY”，很明顯指示數(shù)控系統(tǒng)斷電保護(hù)電池沒(méi)電，更換新的電池后(注意：一定要在系統(tǒng)帶電的情況下更換電池)，將故障復(fù)位，機(jī)床恢復(fù)使用。另一臺(tái)采用SIEMENS 3系統(tǒng)的數(shù)控磨床，開(kāi)機(jī)后屏幕沒(méi)有顯示，檢查數(shù)控裝置，發(fā)現(xiàn)CPU板上一個(gè)發(fā)光二極管閃爍，根據(jù)說(shuō)明書(shū)，分析其閃爍頻率，確認(rèn)為斷電保護(hù)電池電壓低，更換電池后，重新啟動(dòng)系統(tǒng)故障消失。
如，一臺(tái)采用日本FANUC 0TC系統(tǒng)的數(shù)控車(chē)床，出現(xiàn)2043號(hào)報(bào)警，顯示“HYD. PRESSURE DOWN'，指示液壓系統(tǒng)壓力低。根據(jù)報(bào)警信息，對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)液壓壓力確實(shí)很低，對(duì)液壓壓力進(jìn)行調(diào)整使機(jī)床恢復(fù)了正常使用。
另一些故障的報(bào)警信息并不能反映故障的根本原因，而是反映故障的結(jié)果或者由此引起的其它問(wèn)題，這時(shí)要經(jīng)過(guò)仔細(xì)的分析和檢查才能確定故障原因，下面的方法對(duì)這類(lèi)故障及沒(méi)有報(bào)警的一些故障的檢測(cè)是行之有效的。
要利用數(shù)控系統(tǒng)的PLC狀態(tài)顯示功能
許多數(shù)控系統(tǒng)都有PLC狀態(tài)顯示功能，如西門(mén)子3系統(tǒng)PC菜單下的PC STATUS，西門(mén)子810系統(tǒng)DIAGNOSIS菜單下的PLC STATUS功能，以及發(fā)那科0T系統(tǒng)DGNOS PARAM功能的PMC狀態(tài)顯示功能等，利用這些功能可顯示PLC的輸入、輸出、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等的即時(shí)狀態(tài)和內(nèi)容。根據(jù)機(jī)床的工作原理和機(jī)床廠家提供的電氣原理圖，通過(guò)監(jiān)視相應(yīng)的狀態(tài)，就可確診一些故障。
如，一臺(tái)采用日本FANUC 0TC的數(shù)控車(chē)床，一次出現(xiàn)故障，開(kāi)機(jī)就出現(xiàn)2041號(hào)報(bào)警，指示X軸超限位的報(bào)警，但觀察X軸并沒(méi)有超限位，并且X軸的限位開(kāi)關(guān)也沒(méi)有壓下，但利用NC系統(tǒng)的PMC狀態(tài)顯示功能，檢查X軸限位開(kāi)關(guān)的PMC輸入X0.0的狀態(tài)為“1”，開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)確實(shí)已經(jīng)接通，說(shuō)明開(kāi)關(guān)出現(xiàn)了問(wèn)題，更換新的開(kāi)關(guān)后，機(jī)床故障消除。
如，一臺(tái)采用日本MITSUBINSHI MELDAS L3系統(tǒng)的數(shù)控車(chē)床，一次出現(xiàn)故障，刀塔不旋轉(zhuǎn)。根據(jù)刀塔的工作原理，刀塔旋轉(zhuǎn)時(shí)，首先靠液壓缸將刀塔浮起，然后才能旋轉(zhuǎn)。觀察故障現(xiàn)象，當(dāng)手動(dòng)按下刀塔旋轉(zhuǎn)的按鈕時(shí)，刀塔根本沒(méi)有反應(yīng)，也就是說(shuō)，刀塔沒(méi)有浮起，根據(jù)電氣原理圖，PLC的輸出Y4.4控制繼電器K44來(lái)控制電磁閥，電磁閥控制液壓缸使刀塔浮起，首先通過(guò)NC系統(tǒng)的PLC狀態(tài)顯示功能，觀察Y4.4的狀態(tài)，當(dāng)按下手動(dòng)刀塔旋轉(zhuǎn)按鈕時(shí)，其狀態(tài)變?yōu)?ldquo;1”，沒(méi)有問(wèn)題，繼續(xù)檢查發(fā)現(xiàn)，是其控制的直流繼電器K44的觸點(diǎn)損壞，更換新的繼電器，刀塔恢復(fù)了正常工作。
要利用機(jī)床廠家提供的PLC梯形圖
數(shù)控設(shè)備出現(xiàn)的大部分故障都是通過(guò)PLC裝置檢查出來(lái)的，PLC檢測(cè)故障的機(jī)理就是通過(guò)運(yùn)行機(jī)床廠家為特定機(jī)床編制的PLC梯形圖(即程序)，根據(jù)各種輸入、輸出狀態(tài)進(jìn)行邏輯判斷，如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，產(chǎn)生報(bào)警并在顯示器上產(chǎn)生報(bào)警信息。所以對(duì)一些PLC產(chǎn)生報(bào)警的故障，或一些沒(méi)有報(bào)警的故障，可以通過(guò)分析PLC的梯形圖對(duì)故障進(jìn)行診斷，利用NC系統(tǒng)的梯圖顯示功能或者機(jī)外編程器在線跟蹤梯形圖的運(yùn)行，可提高診斷故障的速度和準(zhǔn)確性。
如，一臺(tái)采用SIEMENS 810系統(tǒng)的數(shù)控磨床，一次出現(xiàn)故障，開(kāi)機(jī)后機(jī)床不回參考點(diǎn)并且沒(méi)有故障顯示，檢查控制面板發(fā)現(xiàn)分度裝置落下的指示燈沒(méi)亮，這臺(tái)機(jī)床為了安全起見(jiàn)，只要分度裝置沒(méi)落下，機(jī)床的進(jìn)給軸就不能運(yùn)動(dòng)。但檢查分度裝置，已經(jīng)落下沒(méi)有問(wèn)題。根據(jù)機(jī)床廠家提供PLC梯形圖，PLC的輸出A7.3控制面板上的分度裝置落下指示燈。用編程器在線觀察梯形圖的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)F143.4沒(méi)有閉合，致使A7.3的狀態(tài)為“0”。F143.4指示工件分度臺(tái)在落下位置，繼續(xù)檢查發(fā)現(xiàn)由于輸入E13.2沒(méi)有閉合導(dǎo)致F143.4的狀態(tài)為“0”。根據(jù)電氣原理圖，PLC輸入E13.2接的是檢測(cè)工件分度裝置落下的接近開(kāi)關(guān)36PS13，將分度裝置拆開(kāi)，發(fā)現(xiàn)機(jī)械裝置有問(wèn)題，不能帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)接近開(kāi)關(guān)的機(jī)械裝置運(yùn)動(dòng)，所以E13.2始終不能閉合。將機(jī)械裝置維修好后，機(jī)床恢復(fù)了正常使用。
一臺(tái)采用SIEMENS 3TT系統(tǒng)的數(shù)控銑床，在自動(dòng)循環(huán)加工過(guò)程中，工件已加工完畢，工作臺(tái)正要旋轉(zhuǎn)，主軸還沒(méi)有退到位，這時(shí)第二工位主軸停轉(zhuǎn)，自動(dòng)循環(huán)中斷，產(chǎn)生報(bào)警F97“SPINDLE1 SPEED NOT OK STATION2”和F98“SPINDLE2 SPEED NOT OK STATION2”，表示第二工位兩個(gè)主軸速度不正常。但對(duì)主軸系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。為了確定故障原因，用機(jī)外編程器動(dòng)態(tài)監(jiān)視機(jī)床PLC梯形圖的運(yùn)行，根據(jù)邏輯關(guān)系進(jìn)行檢查，最后發(fā)現(xiàn)是第二工位的工件卡緊液壓壓力開(kāi)關(guān)，E21.1在出現(xiàn)故障的瞬間其狀態(tài)發(fā)生變化，由“1”信號(hào)瞬間變成“0”信號(hào)，緊接著又變成“1”信號(hào)，E21.1接的是壓力開(kāi)關(guān)P21.1，它的狀態(tài)變成“0”，信號(hào)指示工件沒(méi)有卡緊，所以主軸停轉(zhuǎn)，自動(dòng)循環(huán)停止。由于工件的卡緊是由液壓來(lái)完成的，對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)壓力有些不穩(wěn)，對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，使之穩(wěn)定，機(jī)床恢復(fù)了正常工作。這個(gè)故障的報(bào)警信息反映的是由于液壓不穩(wěn)造成的主軸停轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，而沒(méi)有反映液壓不穩(wěn)的故障根源。
以上兩種方法對(duì)機(jī)床側(cè)故障的檢測(cè)是非常有效的，因?yàn)檫@些故障無(wú)非是檢測(cè)開(kāi)關(guān)、繼電器、電磁閥的損壞或者機(jī)械執(zhí)行結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問(wèn)題，這些問(wèn)題基本都可以根據(jù)PLC程序，通過(guò)檢測(cè)其相應(yīng)的狀態(tài)來(lái)確認(rèn)故障點(diǎn)。而遇到一些系統(tǒng)故障時(shí)，有時(shí)情況比較復(fù)雜，采用以下的方法及檢測(cè)原則可快速確認(rèn)故障點(diǎn)。
利用交換法準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)
對(duì)于一些涉及到控制系統(tǒng)的故障，有時(shí)不容易確認(rèn)哪一部分有問(wèn)題，在確保沒(méi)有進(jìn)一步損壞的情況下，用備用控制板代換被懷疑有問(wèn)題的控制板，是準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)的有效辦法，有時(shí)與其它機(jī)床上同類(lèi)型控制系統(tǒng)的控制板互換會(huì)更快速診斷故障(這時(shí)要保證不會(huì)把好的板子損壞)。
如，一臺(tái)采用美國(guó)BRYANT公司TEACHABLEⅢ系統(tǒng)的數(shù)控內(nèi)圓磨床，一次出現(xiàn)故障，在E軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，出現(xiàn)報(bào)警：'E AXIS EXCESS FOLLOWING ERROR'，這個(gè)報(bào)警的含義是E軸位移的跟隨誤差超出設(shè)定范圍。由于E軸一動(dòng)就產(chǎn)生這個(gè)報(bào)警，E軸無(wú)法回參考點(diǎn)。手動(dòng)移動(dòng)E軸，觀察故障現(xiàn)象，當(dāng)E軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，屏幕上顯示E軸位移的變化，當(dāng)從0走到14時(shí)，屏幕上的數(shù)值突然跳變到471。反向運(yùn)動(dòng)時(shí)也是如此，當(dāng)達(dá)到-14時(shí)，也跳變到471。這時(shí)出現(xiàn)上述報(bào)警，進(jìn)給停止。經(jīng)分析可能是E軸位置反饋系統(tǒng)的問(wèn)題，這包括E軸編碼器、連接電纜、數(shù)控系統(tǒng)的位控板以及數(shù)控系統(tǒng)CPU板等，為了盡快發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，本著先簡(jiǎn)單后復(fù)雜的原則，首先更換位控板，這時(shí)故障消除。這臺(tái)機(jī)床另一次X軸出現(xiàn)這個(gè)報(bào)警，首先更換位控板，故障沒(méi)有排除，因此懷疑編碼器的損壞可能性比較大，當(dāng)拆下編碼器時(shí)發(fā)現(xiàn)，其聯(lián)軸節(jié)已斷開(kāi)，更換新的聯(lián)軸節(jié)，故障消除。
要本著先外圍后內(nèi)部、先機(jī)械后電氣、先簡(jiǎn)單后復(fù)雜、先靜后動(dòng)、先公用后專(zhuān)用、先查軟件后查硬件的原則檢查故障
對(duì)于數(shù)控設(shè)備出現(xiàn)較復(fù)雜的故障，特別是涉及到控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)用這些原則可簡(jiǎn)化故障的診斷過(guò)程，避免走彎路。有時(shí)這些原則應(yīng)該結(jié)合使用，這樣才能使故障盡快排除。
如，一臺(tái)采用SIEMENS 3系統(tǒng)的數(shù)控磨床，在回參考點(diǎn)時(shí)，X軸找不到參考點(diǎn)，最后出現(xiàn)X軸超限位報(bào)警，本著先外圍后內(nèi)部的原則，首先檢查X軸的零點(diǎn)開(kāi)關(guān)，正常沒(méi)有問(wèn)題，觀察故障現(xiàn)象，X軸壓上限位開(kāi)關(guān)后，也能減速；之后根據(jù)先簡(jiǎn)單后復(fù)雜的原則，先檢查NC系統(tǒng)的位控板，因?yàn)榉答佊布捎玫氖枪鈻懦�，所以在位控板上，X軸、Y軸各加了一塊EXE處理板，首先將X軸與Y軸的EXE板互換，這時(shí)開(kāi)機(jī)測(cè)試，X軸回參考點(diǎn)正常，故障轉(zhuǎn)移到Y(jié)軸上，Y軸找不到參考點(diǎn)，故障現(xiàn)象相同，從而確認(rèn)EXE板有問(wèn)題，更換EXE板故障消除。
如，一臺(tái)采用SIEMENS 810系統(tǒng)的數(shù)控淬火機(jī)床，一次出現(xiàn)故障，開(kāi)機(jī)回參考點(diǎn)，走X軸時(shí)，出現(xiàn)報(bào)警1680“SERVO ENABLE TRAV. AXIS X”，手動(dòng)走X軸也出現(xiàn)這個(gè)報(bào)警，檢測(cè)伺服裝置，發(fā)現(xiàn)有過(guò)載報(bào)警指示。根據(jù)西門(mén)子說(shuō)明書(shū)產(chǎn)生這個(gè)故障的原因是機(jī)械負(fù)載過(guò)大、伺服控制電源出現(xiàn)問(wèn)題、伺服電機(jī)出現(xiàn)故障等，本著先機(jī)械后電氣的原則，首先檢測(cè)X軸滑臺(tái)，手動(dòng)盤(pán)動(dòng)X軸滑臺(tái)，發(fā)現(xiàn)非常沉，盤(pán)不動(dòng)，肯定是機(jī)械部分出現(xiàn)了問(wèn)題。將X軸滾珠絲杠拆下檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)滾珠絲杠已銹蝕，原來(lái)是滑臺(tái)密封不好，淬火液進(jìn)入滾珠絲杠，造成滾珠絲杠的銹蝕，更換新的滾珠絲杠故障消除。
如，一臺(tái)采用SIEMENS 3系統(tǒng)的數(shù)控磨床，一段時(shí)間在自動(dòng)加工過(guò)程中，經(jīng)常中途停止自動(dòng)循環(huán)，并且出現(xiàn)報(bào)警114“SERVO LOOP HARDWARE”，指示Y軸伺服系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，根據(jù)手冊(cè)說(shuō)明，是伺服測(cè)量反饋系統(tǒng)的問(wèn)題。為了進(jìn)一步確認(rèn)故障，本著先靜后動(dòng)的原則，機(jī)床開(kāi)機(jī)回完參考點(diǎn)后，機(jī)床不進(jìn)行任何操作處于等待狀態(tài)，這時(shí)機(jī)床并不出現(xiàn)報(bào)警，當(dāng)進(jìn)行自動(dòng)加工時(shí)，偶爾就出現(xiàn)這個(gè)報(bào)警，并且每次都是在運(yùn)動(dòng)到190mm左右時(shí)出現(xiàn)報(bào)警，因?yàn)檫@臺(tái)機(jī)床的X軸和Y軸的位置反饋采用的是光柵尺，其引出電纜與滑臺(tái)一同運(yùn)動(dòng)，因此懷疑該電纜經(jīng)常運(yùn)動(dòng)而使一些信號(hào)線折斷，在運(yùn)動(dòng)到一定位置時(shí)斷開(kāi)產(chǎn)生報(bào)警，經(jīng)檢查證實(shí)了這一判斷，更換新的電纜后，故障消除。這臺(tái)機(jī)床另一次出現(xiàn)這個(gè)故障，在靜止觀察時(shí)就出現(xiàn)這個(gè)報(bào)警，因此懷疑控制板有問(wèn)題，將位控板上Y軸的EXE板與X軸的對(duì)換，這時(shí)開(kāi)機(jī)測(cè)試，故障轉(zhuǎn)移到X軸上，說(shuō)明原Y軸的EXE板損壞，更換新的EXE板故障消除。
上面介紹了幾種檢測(cè)數(shù)控設(shè)備故障的常用方法，還會(huì)有許多其它方法，但解決數(shù)控設(shè)備出現(xiàn)的問(wèn)題最關(guān)鍵的也是最核心的是應(yīng)該掌握數(shù)控系統(tǒng)的工作原理及機(jī)床的工作原理，這樣在處理數(shù)控設(shè)備出現(xiàn)的問(wèn)題時(shí)，才能得心應(yīng)手，在這基礎(chǔ)上對(duì)故障進(jìn)行觀察、思考、檢查、分析、確診，最終排除故障。當(dāng)修整器移動(dòng)到Z軸滑臺(tái)中間時(shí)，手動(dòng)旋轉(zhuǎn)就出現(xiàn)故障。根據(jù)這個(gè)現(xiàn)象斷定可能是由于E軸的編碼器經(jīng)常隨修整器在Z軸往返移動(dòng)，而使編碼器的電纜中的某些線折斷，導(dǎo)致電纜隨修整器的位置不同，在Z軸邊緣時(shí)，接觸良好，不出現(xiàn)故障，而在Z軸的中間時(shí)，有的信號(hào)線斷開(kāi)，將反饋脈沖丟失�；谶@種判斷，我們開(kāi)始校線，這時(shí)發(fā)現(xiàn)確實(shí)有幾根線接觸不良，找到斷線部位后，對(duì)斷線進(jìn)行焊接并采取防折措施，重新開(kāi)機(jī)測(cè)試，故障消除，機(jī)床恢復(fù)了正常使用。
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