浅述数控设备快速诊断维修方法

数控设备快速诊断维修方法浅述2005-06-28 13:50:39 浅述了近几年来在对进口数控设备的维护中，逐渐学习并掌握了CNC系统的一些故障规律和快速诊断方法。整理后使其更好地为数控设备的使用与维修服务。随着发达国家先进技术和装备的不断引进，使我们设备维护人员的维修难度越来越大，这是不可否认的事实。但怎样尽快适应和掌握它，是我们应该认真探讨并急需解决的课题，下面就自己多年的维修经验谈一点个人体会。以下从几方面浅述快速诊断和维修数控设备的方法：1、先观察问询再动手处置首先看报警信息，因为现在大多数CNC系统都有较完善的自诊断功能，通过提示信息可以马上知道故障区域，缩小检测范围。一台武汉卧式加工中心TH6363在运行中出现5010 spindle drive unit alarm报警。我们根据提示信息马上按顺序检察了主轴电机及其执行元件、主轴控制板，查明过流断路点后恢复正常，仅用20分钟完成。但从我们的经验中也有受报警信息误导的例子，因此说可依据，但不能依赖它。故障发生后如无报警信息，则需要进一步用感官来了解设备状态，最重要的就是向操作人员问询故障发生的前因后果。有一台加工中心在其APC系统的防护罩没有打开情况下B轴突然旋转起来刮坏护罩，这一现象以前从未出现过。经我们现场仔细询问操作过程，清楚了故障经过：原来操作人员先输入了M60指令，使APC系统程序运行（更换旋转工作台），当执行元件失控中途停机后，又进行了手动状态下的单步指令操作。当时M60并没有删除，使其执行元件恢复正常后继续了原程序动作。经认真了解并仔细分析后，我们立刻清除所有原设定的指令，检测并更换了失控元件，避免了更大故障的发生。所以说首先应该根据报警信息和故障前的设备状态，来判断故障区域，争取维修时间。2、遵循由外到里，由浅人深的检修原则本人对加工中心多年的维修经历来看，大多数故障根源都是来自于外部元器件，因其受外界因素影响较大。机械碰撞磨损、冷却液腐蚀、积尘过多、润滑不良等，使这此年久失修的元器件处于不完好、不可靠状态，成为设备故障的最大隐患。各轴经常出现的超程现象，零点复归误差，位置信号不反馈等，都是一些磁性或机械式开关失灵造成。还有的故障也是出现在电磁阀、电机、联接轴和经常伸缩的电缆上。一次B轴旋转不到位或有时根本不旋转故障，报警提示为：feed axis fault （APC command），看起来命令有关。但我们根据故障现象还是果断地检查B轴各行程限位，果然有一撞块与开关接触不好，经调整后正常。这就避免元目标地消耗很大精力去查整个CNC系统，先把重点放在外部环节上。这实际上是一种经验上的诊断，如果我们手里有原理接线图，那就应该正规地按图纸去相应对照，顺序查找并针对性的去测试电位和波形，还能从中悟出一些理论上的东西。正是因为没有这个条件，所以我们在维修中就是遵循从外部到内部、从人为到系统、由浅入深的原则去进行，这就大大缩短了设备的停修时间。3、充分利用PC图查找故障点根据报警信息调出与其相关的PC图进行分析核对，也是一种诊断的方便途径。一次台湾永进85A自动换刀机械手到位后不执行抓刀指令，我们马上调出PC图从各指令开关信号到各进、退、松、紧动作信号逐一进行对应校验，最后查出机械手旋转到信号没有发出，原因是由于一磁性接近开关松动移后不起作用，使下一步抓刀动作无法进行，调整后恢复正常。由PC图查故障点看来比较方便直观，但如果不了解其内部动作原理和工作程序，那可以说也是大海捞针，无从下手。特别是无电气原理图就更难以判断，每个输出动作多达几十个开关条件才能满足，确实要下很大功夫才能逐步认识并掌握。我们就是平时维修时的日积月累，在不断的了解和运用它。4、疑难故障的检测分析和快捷处理加工中心的一些元器件年久老化，使其参数随温度或电流的变化而极不稳定，造成故障后能自动恢复即时好时坏现象，这是我们最为之挠头的故障。因为搞维修的都知道，元件坏了容易检测，而不正常的通断情况则很难判断是元件坏了还是线路接触不良造成，因为无法进行正常的信号检测。如B轴工作台换位；刀库进刀口自动打开；B轴台板夹紧、松开失灵等故障，其执行元件均是固态继电器接受指令信号接通后带动电磁阀动作。当检测时可能未见异常，起动后又可能一切正常，待连续动作几次后又停机报警。我们根据故障现象及反复周期判定应该是执行元件性能下降造成，因图纸不详、标识不清，只能将关联的一组执行元件在正常和异常的情况下分别进行检测，经反复测试后，最后从30多只继电元件中分别查出并更换了其性能下降的元件。一次B轴原点复归失控，指令发出后旋转不停，没有报警信息。经现场了解分析，首先认定应该是B轴零点检测系统故障，而该系统是由一只磁性接近开关发出到位信号后控制执行元件减速停车。我们马上对这一信号进行线路测试，结果无信号发出，人为设定一个到位信号则准确复归停车，确认检测开关到设定信号点这一段有故障。但如果想直接检测接近开关则必须将B轴和与其关联的调轴解体，因为此开关装在B轴工作台体内。这样的大结构拆修以前从未干过，测算一下工作量需半个月时间，而且还要特别精心地对十多根控制电缆和几十根油管拆除和恢复，这就很难保证拆装后各部分的精度，但要想解决问题还必须露出这一开关进行检测和维修。能否用一个简便的方法即能节省拆装工作量又能拿出这一检测开关，经反复论证后终于想出一个只拆B轴端盖和调轴磁尺支架拿出此开关的方法。虽然电气维修人员拆装、检测难度很大，但保证了台面不大解体，把后患影响减小到了最低限度。经实际测试开关、处理断路点原位安装后恢复了B轴复归功能，又对拆装后影响到的调轴位置误差和B轴定位故障进行了补偿和调整，一切正常后仅用三天时间即交付使用，保证了试制加工任务的完成。另外近几年这两台设备出现了四次电源板、伺服控制板、CRT主板故障，其中有三次都是我们自己的能力在最短的时间内将其修复。总之，在处理故障过程中怎样尽快打开思路、进入状态，缩小检测范围，直触故障根源是维修技术人员水平高低的关键所在。看似简单的道理却饱含着方方面面，也是维修人员多年辛勤劳动的结晶。下面是我经常遇到的一些加工中心的故障及原因分析，提供给大家参考：1）电源接通后无基本画面显示：（a）监控灯闪烁。如果监控灯闪烁频率为1Hz，则EPROM有故障；如果闪烁频率为2Hz，则PLC有故障；如以4Hz频率闪烁，则保持电池报警，表示电压已不足。（b）监控灯左灭右亮。表示操作面板的接口板03731板有故障或CRT有故障。（c）监控灯常亮。这种故障，通常的原因有：CPU有故障；EPROM有故障；系统总线（即背板）有故障、电路板上设定有误、机床数据错误、以及电路板（如存储器板、耦合板、测量板）的硬件有故障。2）CRT上显示混乱：（a）保持电池（锂电池）电压太低，这时一般能显示出711号报警。（b）由于电源板或存储曾被拔出，从而造成存储区混乱。这是一种软故障，只要将CNC内部程序清除并重新输入即可排除故障。（c）电源板或存储器板上的硬件故障造成程序显示混乱。（d）如CRT上显示513号报警，表示存储器的容量不够。3）在自动方式下程序不能启动：（a）如此时产生351号报警，表示CNC系统启动之后，未进行机床回基准点的操作。（b）系统处于自动保持状态。（c）禁止循环启动。 检查PLC与NC间的接口信号Q64.3。4）进给轴运动故障：（a）进给轴不能运动。造成此故障的原因有：操作方式不对；从PLC传至NC的信号不正常；位控板有故障（如03350，03325，03315板有故障）。发生22号报警，它表示位置环未准备好。测量系统有故障。如产生108，118，128，138号报警，这是测量传感器太脏引起的。如产生104，114，124，134报警，则位置环有硬件故障。运动轴处于软件限位状态。只要将机床轴往相反方向运动即可解除。当发生101，111，121，131号报警时，表示机床处于机械夹紧状态。（b）进给轴运动不连续。（c）进给轴颤动。进给驱动单元的速度环和电流环参数没有进行最佳化或交流电机缺相或测速元件损坏，均可引起进给轴颤动。CNC系统的位控板有故障。机构摩擦力太大。数控机床数据有误，有关机床数据的正确设定如下。（d）进给轴失控。如有101，111，121，131号报警请对夹紧进行检查。如有102，112，122，132号报警，则说明指令值太高。进给驱动单元有故障。数控机床数据设定错误，造成位置控制环路为正反馈。CNC装置输至驱动单元的指令线极性错误。（e）103133号报警。这是轮廓监控报警。速度环参数没有最佳化或者KV系数太大。（f）105135号报警。位置漂移太大引起的。移量超过500mv，检查漂移补偿参数N230N233。5）主轴故障：如果实际主轴转速超过所选齿轮的最高转速，则产生225号报警；如主轴位置环监控发生故障，则发生224号报警。6）V24串行接口报警：（a）20秒内仍未发送或接收到数据时： 外部设备故障； 电缆有误； 03840板有故障。（b）穿孔纸带信息不能输入，其原因有： 操作面板上钥匙开关在关的位置，从而造成纸带程序不能输入； 如果0384号板上的数据保护开关不在释放位置时，不能输入数据纸带； 如果不能输入L80L99和L900L999号子程序，则多是由于PLC与NC接口信号Q643为“1”（循环禁止）引起的。（c）停止位错误。 波特率设定错误； 阅读机有故障； 机床数据错误。进给伺服系统故障的处理进给伺服系统的故障报警现象大约有三种：一是利用软件诊断程序在CRT上显示报警信息；二是利用伺服系统上的硬件（如发光二极管、保险丝熔断等）显示报警；三是没有任何报警显示的故障1、 机床不能正常返回基准，且产生90号报警 脉冲编码器的每转信号未输入 检查脉冲编码器、连接电缆、抽头是否断线；返回基准点的起动点离基准点太近 脉冲编码器已坏；2、返回基准点系统显示NOT READY无报警基准点的接触或减速开关失灵 检查、修复或更换；3、 机床返回的停止位置与基准点不一致 减速挡块的长度及安装位置不正确调整挡块位置，适当增加其长度；外界干忧，脉冲编码器电压太低，伺服电动机与机床的联轴节松动 屏蔽线接地，脉冲编码器电缆独立以确保其电缆连接可靠，电缆损耗不大于0.2V，紧固联轴节；脉冲编码器不良或主机板不良更换脉冲编码器或主机板；电缆瞬时断线、连接器接触不良，偏置值变化，主机板或速度控制单元不良 焊接电缆接头，更换不良电路板；4、 手摇脉冲器不能工作 系统参数设置错误 检查诊断号中机床互锁信号、伺服断开信号和方式信号是否正确。伺服系统故障若CRT画面随手摇脉冲器变化而机床不动，则为伺服系统故障，具体说明如下：1）软件报警形式（1）伺服进给系统出错报警 这类报警的起因，大多是速度控制单元方面的故障引起的，或是主控制印刷线路板内与位置控制或伺服信号有关部分的故障。（2）检测出错报警 它是指检测元件（测速发电机、旋转变压器或脉冲编码器）或检测信号方面引起的故障。（3）过热报警 这里所说的过热是指伺服单元、变压器及伺服电动机过热。2）硬件报警形式（1）大电流报警 此时多为速度控制单元上的功率驱动元件（晶闸管模块或晶体管模块）损坏。检查时切断电源，用万用表测量模块集电极和发射极之间的阻值，如小于或等于10欧，表明该模块己损坏。 （2）高电压报警 这类报警的原因是由于输入的交流电源电压超过了额定值的百分之十，或是电动机绝缘能力下降，或是速度控制单元的印刷线路板不良。 （3）电压过低报警 大多是由于输入电压低于额定值的85%，或是电源连接不良，或是伺服单元的印刷线路板发生故障。 （4）速度反馈线报警 此类报警多是由伺服电动机的速度或位置反馈线不良或连接器接触不良引起的。 （5）过载报警 原因有机械负载不正常，可用示波器或电流表测量电机予以判断；或是速度控制单元上电动机电流的上限值设定的太低或永磁电动机上的永磁体脱落，或伺服单元印刷线路板发生故障。 3）无报警显示的故障 （1）机床失控 这是由于伺服电动机内检测元件的反馈信号接反或元件本身故障造成的；电机和位置检测器间的连接故障；主控线路板或伺服单元印刷线路板发生故障。 （2）机床振动 原因有： 与位置有关的系统参数设定错误；伺服单元的短路棒或电位器设定错误； 伺服单元的印刷线路板发生故障。 （3）机床过冲 原因有： 伺服系统的速度增益太低，或数控系统设定的快速移动时间常数太小； 电机和进给丝杠间的刚性太差，如间隙太大或调速皮带的张力不良等。 （4）机床移动时噪声过大 原因可能是： 电动机换向器表面的粗糙度高或有损伤； 油液、灰尘等侵入电刷槽或换向器；电动机有轴向窜动。 （5）机床在快速移动时振动或冲击 原因多为伺服电动机内的测速发电机电刷接触不良。 （6）圆柱度超差 两轴联动加工外圆时圆柱度超差，且加工时象限梢变化就不一样，则多是进给轴的定位精度太差，需要调整机床精度差的轴。如果是在坐标轴的45方向超差，则多是由于位置增益或检测增益调整不好造成的。主轴伺服服系统常见故障的处理 1）直流主轴伺服系统故障及诊断 （1）主轴不转 引起这一故障的原因有： 印刷线路板太脏； 触发脉冲电路故障，不产生脉冲； 主轴电动机动力线断线或伺服控制单元的连接不良； 高/低挡齿轮切换离合器切换不正常； 机床负载太大； 机床未给主轴旋转信号。 （2）主轴电动机振动或噪声太大 这类故障的起因有： 系统电源缺相或电源电压不正常； 主轴控制单元上的电源频率开关（50/60HZ切换）设定错误； 伺服单元上的增益电路和颤抖电路调整不当； 电