加工中心维修.doc

加工中心维修 所谓加工中心参考点又名原点或零点，是机床的机械原点和电气原点相重合的点，是原点复归后机械上固定的点。每台机床可以有一个参考原点，也可以据需要设置多个参考原点，用于自动刀具交换（ATC）或自动拖盘交换（APC）等。参考点作为工件坐标系的原始参照系，机床参考点确定后，各工件坐标系随之建立。所谓机械原点，是基本机械坐标系的基准点，机械零部件一旦装配完毕，机械原点随即确立。所谓电气原点，是由机床所使用的检测反馈元件所发出的栅点信号或零标志信号确立的参考点。为了使电气原点与机械原点重合，必须将电气原点到机械原点的距离用一个设置原点偏移量的参数进行设置。这个重合的点就是机床原点。在加工中心使用过程中，机床手动或者自动回参考点操作是经常进行的动作。不管机床检测反馈元件是配用增量式脉冲编码器还是绝对式脉冲编码器，在某些情况下，如进行ATC或APC过程中，机床某一轴或全部轴都要先回参考原点。 按机床检测元件检测原点信号方式的不同，返回机床参考点的方法有两种。一种为栅点法，另一种为磁开关法。在栅点法中，检测器随着电机一转信号同时产生一个栅点或一个零位脉冲，在机械本体上安装一个减速撞块及一个减速开关后，数控系统检测到的第一个栅点或零位信号即为原点。在磁开关法中，在机械本体上安装磁铁及磁感应原点开关，当磁感应原点开关检测到原点信号后，伺服电机立即停止，该停止点被认作原点。栅点方法的特点是如果接近原点速度小于某一固定值，则伺服电机总是停止于同一点，也就是说，在进行回原点操作后，机床原点的保持性好。磁开关法的特点是软件及硬件简单，但原点位置随着伺服电机速度的变化而成比例地漂移，即原点不确定。目前，几乎所有的机床都采用栅点法。 使用栅点法回机床原点的几种情形如下： 1 使用增量检测反馈元件的机床开机后的第一次回机床原点； 2 使用绝对式检测反馈元件的机床安装后调试时第一次机床开机回原点； 3 栅点偏移量参数设置调整后机床第一次手动回原点。 按照检测元件测量方式的不同分为以绝对脉冲编码器方式归零和以增量脉冲编码器方式归零。在使用绝对脉冲编码器作为测量反馈元件的系统中，机床调试前第一次开机后，通过参数设置配合机床回零操作调整到合适的参考点后，只要绝对脉冲编码器的后备电池有效，此后的每次开机，不必进行回参考点操作。在使用增量脉冲编码器的系统中，回参考点有两种模式，一种为开机后在参考点回零模式各轴手动回原点，每一次开机后都要进行手动回原点操作；另一种为使用过程中，在存储器模式下的用G代码指令回原点。使用增量式脉冲编码器作为测量反馈元件的机床开机手动回原点的动作过程一般有以下三种： 1.手动回原点时，回原点轴先以参数设置的快速进给速度向原点方向移动，当原点减速撞块压下原点减速开关时，伺服电机减速至由参数设置的原点接近速度继续向前移动，当减速撞块释放原点减速开关后，数控系统检测到编码器发出的第一个栅点或零标志信号时，归零轴停止，此停止点即为机床参考点。 2.回原点轴先以快速进给速度向原点方向移动，当原点减速开关被减速撞块压下时，回原点轴制动到速度为零，在以接近原点速度向相反方向移动，当减速撞块释放原点接近开关后，数控系统检测到检测反馈元件发出的第一个栅点或零标志信号时，回零轴停止，该点即机床原点。 3.回原点时，回原点轴先以快速进给速度向原点方向移动，当原点减速撞块压下原点减速开关时，回归原点轴制动到速度为零，再向相反方向微动，当减速撞块释放原点减速开关时，归零轴又反向沿原快速进给方向移动，当减速撞块再次压下原点减速开关时，归零轴以接近原点速度前移，减速撞块释放减速开关后，数控系统检测到第一个栅点或零标志信号时，归零轴停止，机床原点随之确立。 使用增量式检测反馈元件的机床开机第一次各伺服轴手动回原点大多采用撞块式复归，其后各次的原点复归可以用G代码指令以快速进给速度高速复归至第一次原点复归时记忆的参考点位置。 进一步从数控系统控制过程来分析机床原点的复归，机床在回机床原点模式下，伺服电机以大于某一固定速度的进给速度向原点方向旋转，当数控系统检测到电机一转信号时，数控系统内的参考计数器被清零。如果通过参数设置了栅点偏移量，则参考计数器内也自动被设定为和栅点偏移量相等的值。此后，参考计数器就成为一个环行计数器。当计数器对移动指令脉冲计数到参考计数器设定的值时被复位，随着一转信号的出现产生一个栅点。当减速撞块压下原点减速开关时，电机减速到接近原点速度运行，撞块释放原点减速开关后，电机在下一个栅点停止，产生一个回原点完成标志信号，参考位置被复位。电源开启后第二次返回原点，由于参考计数器已设置，栅点已建立，因此可以直接返回原点位置。使用绝对检测反馈元件的机床第一次回原点时，首先数控系统与绝对式检测反馈元件进行数据通信以建立当前的位置，并计算当前位置到机床原点的距离及当前位置到最近栅点的距离，将计算值赋给计数器，栅点被确立。 当加工中心回参考点出现故障时，首先由简单到复杂进行检查。先检查原点减速憧块是否松动，减速开关固定是否牢固，开关是否损坏，若无问题，应进一步用百分表或激光测量仪检查机械相对位置的漂移量，检查减速撞块的长度，检查回原点起始位置、减速开关位置与原点位置的关系，检查回原点模式，是否是在开机后的第一次回原点，是否采用绝对脉冲编码器，伺眼电机每转的运动量、指令倍比及检测倍乘比，检查回原点快速迸给速度的参数设置、接近原点速度的参数设置及快速进给时间常数的参数设置是否合适，检查系统是全闭环还是半闭环，检查参考计数器设置是否适当等。 回原点故障现象及诊断调整步骤如下 1机床回原点后原点漂移检查是否采用绝对脉冲编码器，如果采用，诊断及调整步骤见使用绝对脉冲编码器的机床回原点时的原点漂移；若是采用增量脉冲编码器的机床，应确定系统是全闭环还是半闭环，若为全闭环系统，诊断调整步骤见全闭环系统中的原点偏移；若为半闭环系统，用百分表或激光测量仪检查机械相对位置是否漂移。若不漂移，只是位置显示有偏差，检查是否为工件坐标系偏置无效。在机床回原点后，机床CRT位置显示为一非零值，该值取决于某些诸如工件坐标系偏置一类的参数设置。若机械相对位置偏移，确定偏移量。若偏移量为一栅格，诊断方法见原点漂移一栅点的处理步骤。若漂移量为数个脉冲，见原点漂移数个脉冲的诊断步骤。否则检查脉冲数量和参考计数器的值是否匹配。如不匹配，修正参考计数器的值使之匹配；如果匹配，则脉冲编码器坏，需要更换。 2.使用绝对脉冲编码器的机床回原点时的原点漂移 首先检查并重新设置与机床回原点有关的检测绝对位置的有关参数，重新再试一次回原点操作，若原点仍漂移，检查机械相对是否有变化。如无漂移，只是位置显示有偏差，则检查工件坐标偏置是否有效；若机械位置偏移，则绝对脉冲编码器故障。 3全闭环系统中的原点漂移 先检查半闭环系统回原点的漂移情况，如果正常，应检查电机一转标志信号是否由半闭环系统提供，检查有关参数设置及信号电缆联接。如参数设置正常，则光栅尺等线性测量元件不良或其接口电路故障。如参数设置不正确，则修正设置重试。 4原点漂移一个栅点 先减小由参数设置的接近原点速度，重试回原点操作，若原点不漂移，则为减速撞块太短或安装不良。可通过改变减速撞块或减速开关的位置来解决，也可通过设置栅点偏移改变电气原点解决。当一个减速信号由硬件输出后，到数字伺服软件识别这个信号需要一定时间，因此当减速撞块离原点太近时软件有时捕捉不到原点信号，导致原点漂移。 如果减小接近原点速度参数设置后，重试原点复归，若原点仍漂移，可减小快速进给速度或快速进给时间常数的参数设置，重回原点。若时间常数设置太大或减速撞块太短，在减速撞块范围内，进给速度不能到达接近原点速度，当接近开关被释放时，即使栅点信号出现，软件在未检测进给速度到达接近速度时，回原点操作不会停止，因而原点发生漂移。若减小快进时间常数或快速进给速度的设置，重新回原点，原点仍有偏移，应检查参考计数器设置的值是否有效，修正参数设置。 5原点漂移数个脉冲 若只是在开机后第一次回原点时原点漂移，则为零标志信号受干扰失效。为防止噪声干扰，应确保电缆屏蔽线接地良好，安装必要的火花抑制器，不要使检测反馈元件的通信电缆线与强电线缆靠得大近。若并非仅在开机首次回原点时原点变化，应修正参考计数器的设定值。如果通过上述步骤检查仍不能排除故障，应检查编码器电源电压是否太低，编码器是否损坏，伺服电机与工作台的联轴器是否松动，系统主电路板是否正常，有关伺服轴电路板是否正常及伺服放大器板是否正常等。 原点故障例： 1台湾DM4400M加工中心发生Z轴方向加工尺寸不稳定，尺寸超差且无规律的故障，也就是说，Z轴原点出现无规律的漂移，CRT及伺服放大器无任何报警显示。该加工中心采用三菱M3系统，半闭环控制方式，交流伺服电机与滚珠丝杠通过联轴器直接联接。根据故障现象结合该机采用的控制方式、联接方式进行分析，故障原因可能是联轴器联接螺钉松动，导致联轴器与滚珠丝杠或伺服电机轴间滑动。对Z轴联轴器联接进行检查，发现联轴器六只紧定螺钉都出现松动。紧定螺钉后，故障排除。 2台湾DM4400M加工中心使用中出现换刀位置有的班次不对，有的班次正常的故障。换刀位置发生变化时，被加工工件的Z向加工尺寸也相应变化，且与换刀位置的变化相对应。无任何报警显示。该加工中心采用三菱M3数控系统。开机回参考点采用下列方式：安装于伺服电机端部的位置编码器每转360有一定数量的等距离的栅点，两个栅点间的距离叫栅点间隔。开机手动回参考点时，轴先以参数设定的回参点速度向参考点快速移动，当接近参考点减速撞块压下回参考点减速行程开关时，轴以参数设立的较低的接近速度移动，当接近参考点撞块离开回参考点减速行段开关时，编码器检测到的第一个栅点的位置为参考点复归的位置。由于机械有其固有的机械原点，故要求电气原点要和机械原点一致。机械原点和电气原点问的偏移叫参考点偏移，在G28sft参数中设定。当参考点减速开关离开接近参考点减速撞块时的位置，不在栅点间隔中心附近时，参考点有时会发生偏移，可以通过参数grmask栅点屏蔽的设定防止参考点位置偏移。机床换刀点由机床的第二参考原点设定，而第二参考原点是由机床第一参考原点确定的。由于机床所出现的故障有的班次有，有的班次没有，因此怀疑该机床开机手动回参考点时出现问题。经查，Z轴回参考点减速行程开关固定板与立柱固定不牢，严重松动，导致原点漂移。数控机床的维修实例 (中船重工集团国营三八八厂刘瑞明) 我厂于 2000 年购进沈阳数控机床厂CK3263 数控车床。床身为斜床身 , 配日本 FANUC OT 系统 , 转塔选用的是意大利 BARFFADI TOE320(12 工位 ) 。使用过程中 , 有时也出现一些故障 ,多半是外围电路如接触器、电磁阀、 限位开关等。使用情况总的来说比较好。我厂数控设备较多 , 有加工中心、数控铣床、数控车床 , 选配有西门子的 840D 、 810D 数控系统、大森数控系统等。我们在操作和维修上述数控系统的数控机床时 , 如查找故障时 , 只是显示 I/0 的 “ “或 “1“ 状态 , 查看某些状态需写入或翻页使用起来不大方便。而 FANUC 数控系统操作方便 , 编程、对刀、查找故障较为实用。尤其是该系统配备了 PLC 梯形图的动态显示功能 , 可迅速分析机床故障的原因和查找故障点。 另外 FANUC 数控系统还具有强大的诊断功能 , 可通过自我诊断机床参数 DGN 上的信息 , 能很具体判断所发生故障类型 , 从而采取相应的措施 , 及时修复机床。以下是笔者应用 FANUC 数控系统功能在现场维修的实例。 故障现象一CRT 显示 414# 报警。报警信息为 : SERVO ALARM:X AXIS DETECTION SYSTEM ERROR 同时 , 伺服驱动单元的LED报警显示码为 8 点亮。故障分析与处理通过查看 FANUC O 系统维修说明书可知 :414# 报警为“X 轴的伺服系统异常 , 当错误的信息输出至 DGN0720 时 , 伺服系统报警”。根据报警显示内容 , 用机床自我诊断功能检查机床参数DGN072 上的信息 , 发现第 4 位为 “1”，而正常情况下该位应为“0”。现该位由“0” 变为 “1”则为异常电流报警 , 同时伺服驱动单元LED 报警显示码为8点亮 , 也表示该伺服轴过电流报警。检查伺服驱动器模块 , 用万用表测得电源输入端阻抗只有6, 低于正常值 , 因而可判断该轴伺服驱动单元模块损坏。更换后正常。故障现象二转塔刀架在换刀过程时出现 2011# 、 2014# 报警。故障分析与处理查看电气使用说明书可知 :2011# 报警表示转塔有故障 ,2014# 报警指转塔未卡紧。可能是由于精定位时接近开关未发出信号 , 电磁铁不能锁紧。利用 FANUC 系统具有的 PLC 梯形图动态显示功能 , 发现精定位接近开关 X0021.2 未亮 ( 没有接通 ) 。拆下此开关并检查 , 通断正常。估计是接近开关与感应块 的距离不当造成的。调整两者的距离使它们保持适当的距离 0.8mm, 再查看 X0021.2 信号通断正常 , 转塔刀架能正常 使用。数控机床的伺服系统性能探究 摘要:数控机床一般由NC控制系统、伺服驱动系统和反馈检测系统3 部分组成。数控机床对位置系统要求的伺服性能包括：定位速度和轮廓切削进给速度；定位精度和轮廓切削精度；精加工的表面粗糙度；在外界干扰下的稳定性。这些要求主要取决于伺服系统的静态、动态特性。对闭环系统来说， 总希望系统有较高的动态精度，即当系统有一个较小的位置误差时，机床移动部件会迅速反应。下面就位置控制系统影响数控机床加工要求的几个方面进行论述。 1 加工精度 精度是机床必须保证的一项性能指标。位置伺服控制系统的位置精度在很大程度上决定了数控机床的加工精度。因此位置精度是一个极为重要的指标。为了保证有足够的位置精度，一方面是正确选择系统中开环放大倍数的大小，另一方面是对位置检测元件提出精度的要求。因为在闭环控制系统中，对于检测元件本身的误差和被检测量的偏差是很难区分出来的，反馈检测元件的精度对系统的精度常常起着决定性的作用。可以说，数控机床的加工精度主要由检测系统的精度决定。位移检测系统能够测量的最小位移量称做分辨率。分辨率不仅取决于检测元件本身，也取决于测量线路。在设计数控机床、尤其是高精度或大中型数控机床时，必须精心选用检测元件。所选择的测量系统的分辨率或脉冲当量，一般要求比加工精度高一个数量级。总之，高精度的控制系统必须有高精度的检测元件作为保证。例如，数控机床中常用的直线感应同步器的精度已可达0.0001mm，即0.1µm，灵敏度为0.05µm，重复精度0.2µm；而圆型感应同步器的精度可达0.5N，灵敏度0.05N，重复精度0.1N。 2 开环放大倍数 在典型的二阶系统中，阻尼系数x=1/2（KT）-1/2，速度稳态误差e（）1/K，其中K为开环放大倍数，工程上多称作开环增益。显然，系统的开环放大倍数是影响伺服系统的静态、动态指标的重要参数之一。一般情况下，数控机床伺服机构的放大倍数取为2030（1/S）。通常把K20 的系统称为高放大倍数或硬伺服系统，应用于轮廓加工系统。假若为了不影响加工零件的表面粗糙度和精度，希望阶跃响应不产生振荡，即要求是取值大一些，开环放大倍数K就小一些；若从系统的快速性出发，希望x选择小一些，即希望开环放大倍数增加些，同时K值的增大对系统的稳态精度也能有所提高。因此，对K值的选取是必需综合考虑的问题。换句话说，并非系统的放大倍数愈高愈好。当输入速度突变时，高放大倍数可能导致输出剧烈的变动，机械装置要受到较大的冲击，有的还可能引起系统的稳定性问题。这是因为在高阶系统中系统稳定性对K值有取值范围的要求。低放大倍数系统也有一定的优点，例如系统调整比较容易，结构简单，对扰动不敏感，加工的表面粗糙度好。 3 提高可靠性 数控机床是一种高精度、高效率的自动化设备，如果发生故障其损失就更大，所以提高数控机床的可靠性就显得尤为重要。可靠度是评价可靠性的主要定量指标之一，其定义为：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。对数控机床来说，它的规定条件是指其环境条件、工作条件及工作方式等，例如温度、湿度、振动、电源、干扰强度和操作规程等。 这里的功能主要指数控机床的使用功能，例如数控机床的各种机能，伺服性能等。 平均故障（失效）间隔时间（MTBF）是指发生故障经修理或更换零件还能继续工作的可修复设备或系统，从一次故障到下一次故障的平均时间，数控机床常用它作为可靠性的定量指标。由于数控装置采用微机后，其可靠性大大提高，所以伺服系统的可靠性就相对突出。它的故障主要来自伺服元件及机械传动部分。通常液压伺服系统的可靠性比电气伺服系统差，电磁阀、继电器等电磁元件的可靠性较差，应尽量用无接触点元件代替。 目前数控机床因受元件质量、工艺条件及费用等限制，其可靠性还不很高。为了使数控机床能得到工厂的欢迎，必须进一步提高其可靠性，从而提高其使用价值。在设计伺服系统时，必须按设计的技术要求和可靠性选择元器件，并按严格的测试检验进行筛选，在机械互锁装置等方面，必须给予密切注意，尽量减少因机械部件引起的故障。 4 宽范围调速 在数控机床的加工中，伺服系统为了同时满足高速快移和单步点动，要求进给驱动具有足够宽的调速范围。单步点动作为一种辅助工作方式常常在工作台的调整中使用。伺服系统在低速情况下实现平稳进给，则要求速度必须大于“死区”范围。所谓“死区”指的是由于静摩擦力的存在使系统在很小的输入下，电机克服不了这摩擦力而不能转动。此外，还由于存在机械间隙，电机虽然转动，但拖板并不移动，这些现象也可用“死区”来表达。设死区范围为a，则最低速度Vmin，应满足Vmina，由于adK，d为脉冲当量（mm/脉冲）；K为开环放大倍数，则 VmindK 若取d=0.01mm/脉冲，K=301/S，则最低速度 Vmina=300.01mm/min=18mm/min 伺服系统最高速度的选择要考虑到机床的机械允许界限和实际加工要求，高速度固然能提高生产率，但对驱动要求也就更高。此外，从系统控制角度看也有一个检测与反馈的问题，尤其是在计算机控制系统中，必须考虑软件处理的时间是否足够。由于fmax=fmax/d式中：fmax为最高速度的脉冲频率，kHz；vmax为最高进给速度，mm/min；d为脉冲当量，mm。又设D为调速范围，D=vmax/vmin，得fmax =Dvmin/d=DKd/d=DK由于频率的倒数就是两个脉冲的间隔时间，对应于最高频率fmax的倒数则为最小的间隔时间tmin，即tmin=1/DK。显然，系统必须在tmin内通过硬件或软件完成位置检测与控制的操作。对最高速度而言，vmax的取值是受到tmin的约束。 一个较好的伺服系统，调速范围D往往可达到8001000。当今最先进的水平是在脉冲当量d=1µm的条件下，进给速度从0240m/min范围内连续可调。 5 结论 上述几方面对数控机床位置伺服系统所要求的伺服性能进行了分析，并提出了系统稳定运行的可靠性指标，该研究结果可用于伺服数控系统的设计，也可用于现有数控机床的改造以提高其工作精度。浅谈数控系统故障诊断一般的方法数控机床具有机、电、液集于一身，技术密集和知识密集的特点，有较高自动化水平和生产效率。 现今，数控设备的广泛运用是工业企业提高设备技术水平有效手段，也是发展的必由之路。而数控设备的数控系统是其核心所在，它的可靠运行，直接关系到整个设备运行正常与否。也就是说，当数控系统故障发生后，如何迅速诊断的故障出处并解决问题使其恢复正常，是提高数控设备使用率的迫切需要。但是，我国现有数控机床上的数控系统品种极其繁多，既有国产的各档数控系统，也有来自世界各国的系统。就作者所在企业而言，各式数控机床上使用到的系统就有好几种，如FANUC O-TC，O-TD系统，西门子810，820，880系统，三菱系统，广州数控等等。各型系统复杂程度参差不齐，功能各异，结构样式也不谋多样。在维修过程中，对于这样复杂，综合的系统，故障的诊断是否遵循一定的规律和方法了，如何在诸多故障现象当中，捕捉到症结所在。作者经过几年来的探求和工作实践，总结出几点方法，主要以接触最多的，较典型的FANUC系统为背景介绍如下，希望能从方法论的层面上，剖析上述问题： 1直观法 就是利用人的感官注意发生故障时（或故障发生后）的各种外部现象并判断故障的可能部位。这是处理数控系统故障首要的切入点，往往也是最直接，最行之有效的方法，对于一般情况下“简单”故障通过这种直接观察，就能解决问题。在故障的现场，通过观察故障时（或故障发生后）是否有异响，火花亮光发生， 它们来自何方，何处出现焦糊味，何处发热异常，何处有异常震动等等，就能判断故障的主要部分，然后，进一步观察可能发生故障的每块电路板，或是各种电控元件（继电器，热继电器，断路器等）的表面状况，例如是否有烧焦、烟熏黑处或元件、连线断裂处，从而进一步缩小检查范围。再者，检查系统各种连接电缆有否松脱，断开、接触不良也是处理数控系统故障时首先需要想到的。这是一种最基本、最简单、最常用的方法。该方法既适用于有故障报警显示的较为先进系统，也适用于无故障报警显示的早期的系统。使用该方法，对于处理一些电气短路，断路，过载等是最常用的。使用这一方法虽然简单，但却要求维修人员要有一定经验。在检修过程中，养成细致严谨工作态度，善于发现问题，解决问题。往往是一丝异常，便是症结所在。 2利用数控系统的硬件报警功能 为了提高系统的可维护性，在现代数控系统中设置有众多的硬件报警指示装置，如在NC主板上，各轴控制板上，电源单元，主轴伺服驱动模块，各轴伺服驱动单元等部件上均有发光二极管或多段数码管，通过指示灯的亮与灭，数码管的显示状态（如数字编号、符号等）来为维修人员指示故障所在位置及其类型。因此，在处理数控系统故障过程中， 如果直观法不能奏效的，即从外观上，很难判断问题所在,或是CRT屏幕不能点亮(电源模块有故障)的时候，我们可以借助审视上述各报警装置，观察有无报警指示，然后根据指示查阅随机说明书，依照指示来处理故障。 这一方法,对于通用型的各类数控系统,例如FANUC,三菱,西门子系统, 因其系统设计较为完善,已充分考虑到系统中最常见可能故障形式,内置较多硬件报警装置，所以尤为见效。但这一方法，是以手头有详尽报警说明为前提的。 3充分利用数控系统的软件报警功能现今，CNC系统都具有自诊断功能。在系统工作期间，能定时用自诊断程序对系统进行快速诊断。一旦检测到故障，立即将故障以报警的方式显示在CRT上或点亮面板上报警指示灯。而且这种自诊断功能还能将故障分类报警。 如误操作报警有关伺服系统报警；设定错误报警各种行程开关报警等等，维修时，可根据报警内容提示来查找问题的症结所在。但这一方法，同样是以手头有详尽报警说明为前提的。 4利用状态显示的诊断功能 现代数控系统不但能将故障诊断信息显示出来，即方法3所述，而且能以诊断地址和诊断数据的形式提供诊断的各种状态，就FANUC系统为例，系统提供指示系统与机床之间接口I/O信号状态，或PC与CNC装置之间，PC与机床之间接口的I/O信号状态的 “D”（diagnosis parameter）参数，也就是说，可以利用CRT画面的状态显示（通常是二进制字节“0”和“1”指示），来检查数控系统是否将信号输入到机床；或是机床侧各种主令开关，行程开关等通断触发的开关信号是否按要求正确输入到数控系统中。 总之，通过列出上述状态情况，可将故障区分出是在机床一侧还是数控系统一侧，从而可将故障锁定在某一元件上，得而解决问题。这一切都得益于系统提供完善的状态显示功能，为故障诊断打开了一扇明了“窗口”，运用这一方法，对于诊断动作复杂机构故障如换刀机构起到极大作用。也是诊断故障基本方法之一。但使用的前提是系统提供状态显示功能。 5发生故障时，应及时核对数控系统参数 系统参数变化会直接影响到机床的性能，甚至使机床发生故障，整机不能正常工作。在设计和制造数控系统时，虽已考虑到系统的可靠性问题， 但不可能排除外界的一切干扰，而这些干扰有可能引起存储器内个别参数的变化。同时，人为误操作使得系统参数变更也是可能的，作者在工作中，就碰到过，因误操作使得系统出现动作异常。所以，在诊断故障过程，如果尝试上述几项方法后，问题仍不能解决的话，我们可以核对系统参数，看是否是参数变更导致的，这类故障便是我们的“软”故障。以上几种方法，各有特点，及使用范围。对于较为复杂的故障，需要将几种方法同时综合运用，才能产生较好的效果，正确判断出故障起因和故障的具体部位。数控机床的故障分析 目前，数控机床的应用越来越广泛，其加工柔性好，精度高，生产效率高，具有很多的优点。但由于技术越来越先进、复杂，对维修人员的素质要求很高，要求他们具有较深的专业知识和丰富的维修经验，在数控机床出现故障才能及时排除。我公司有几十台数控设备，数控系统有多种类型，几年来这些设备出现一些故障，通过对这些故障的分析和处理，我们取得了一定的经验。下面结合一些典型的实例，对数控机床的故障进行系统分析，以供参考。 一、NC系统故障 1硬件故障 有时由于NC系统出现硬件的损坏，使机床停机。对于这类故障的诊断，首先必须了解该数控系统的工作原理及各线路板的功能，然后根据故障现象进行分析，在有条件的情况下利用交换法准确定位故障点。 例一、一台采用德国西门子SINUMERIK SYSTEM 3的数控机床，其PLC采用S5130WB，一次发生故障，通过NC系统PC功能输入的R参数，在加工中不起作用，不能更改加工程序中R参数的数值。通过对NC系统工作原理及故障现象的分析，我们认为PLC的主板有问题，与另一台机床的主板对换后，进一步确定为PLC主板的问题。经专业厂家维修，故障被排除。 例二、另一台机床也是采用SINUMERIK SYSTEM 3数控系统，其加工程序程序号输入不进去，自动加工无法进行。经确认为NC系统存储器板出现问题，维修后，故障消除。 例三、一台采用德国HEIDENHAIN公司TNC 155的数控铣床，一次发生故障，工作时系统经常死机，停电时经常丢失机床参数和程序。经检查发现NC系统主板弯曲变形，经校直固定后，系统恢复正常，再也没有出现类似故障。 2软故障 数控机床有些故障是由于NC系统机床参数引起的，有时因设置不当，有时因意外使参数发生变化或混乱，这类故障只要调整好参数，就会自然消失。还有些故障由于偶然原因使NC系统处于死循环状态，这类故障有时必须采取强行启动的方法恢复系统的使用。 例一、一台采用日本发那科公司FANUC-OT系统的数控车床，每次开机都发生死机现象，任何正常操作都不起作用。后采取强制复位的方法，将系统内存全部清除后，系统恢复正常，重新输入机床参数后，机床正常使用。这个故障就是由于机床参数混乱造成的。 例二、一台专用数控铣床，NC系统采用西门子的SINUMERIK SYSTEM 3，在批量加工中NC系统显示2号报警“LIMITTCH”，这种故障是因为Y轴行程超出软件设定的极限值，检查程序数值并无变化，经仔细观察故障现象，当出现故障时，CRT上显示的Y轴坐标确定达到软件极限，仔细研究发现是补偿值输入变大引起的，适当调整软件限位设置后，故障被排除。这个故障就是软件限位设置不当造成的。 例三、一台采用西门子SINUMERIK 810的数控机床，一次出现问题，每次开机系统都进入AUTOMATIC状态，不能进行任何操作，系统出现死机状态。经强制启动后，系统恢复正常工作。这个故障就是因操作人员操作失误或其它原因使NC系统处于死循环状态。 3因其它原因引起的NC系统故障有时因供电电源出现问题或缓冲电池失效也会引起系统故障。 例一、一台采用德国西门子SINUMERIK SYSTEM 3的数控机床，一次出现故障，NC系统加上电后，CRT不显示， 检查发现NC系统上“COUPLING MODULE”板上左边的发光二极管闪亮，指示故障。对PLC进行热启动后，系统正常工作。但过几天后，这个故障又出现了，经对发光二极管闪动频率的分析，确定为电池故障，更换电池后，故障消除。 例二、一台采用西门子SINUMERIK 810的数控机床，有时在自动加工过程中，系统突然掉电，测量其24V直流供电电源，发现只有22V左右，电网电压向下波动时，引起这个电压降低，导致NC系统采取保护措施，自动断电。经确认为整流变压器匝间短路，造成容量不够。更换新的整流变压器后，故障排除。 例三、另一台也是采用西门子SINUMIK 810的数控机床，出现这样的故障，当系统加上电源后，系统开始自检，当自检完毕进入基本画面时，系统掉电。经分析和检查，发现X轴抱闸线圈对地短路。系统自检后，伺服条件准备好，抱闸通电释放。抱闸线圈采用24V电源供电，由于线圈对地短路，致使24V电压瞬间下降，NC系统采取保护措施自动断电。 二、伺服系统的故障 由于数控系统的控制核心是对机床的进给部分进行数字控制，而进给是由伺服单元控制伺服电机，带动滚珠丝杠来实现的，由旋转编码器做位置反馈元件，形成半闭环的位置控制系统。所以伺服系统在数控机床上起的作用相当重要。伺服系统的故障一般都是由伺服控制单元、伺服电机、测速电机、编码器等出现问题引起的。下面介绍几例： 例一、伺服电机损坏 一台采用SINUMERIK 810T的数控车床，一次刀塔出现故障，转动不到位，刀塔转动时，出现6016号报警“SLIDE POWER PACK NO OPERATION”，根据工作原理和故障现象进行分析，刀塔转动是由伺服电机驱动的，电机一启动，伺服单元就产生过载报警，切断伺服电源，并反馈给NC系统，显示6016报警。检查机械部分，更换伺服单元都没有解决问题。更换伺服电机后，故障被排除。 例二、一台采用直流伺服系统的美国数控磨床，E轴运动时产生“E AXIS EXECESSFOLLOWING ERROR”报警，观察故障发生过程，在启动E轴时，E轴开始运动，CRT上显示的E轴数值变化，当数值变到14时，突然跳变到471，为此我们认为反馈部分存在问题，更换位置反馈板，故障消除。 例三、另一台数控磨床，E轴修整器失控，E轴能回参考点，但自动修整或半自动时，运动速度极快，直到撞到极限开关。观察发生故障的过程，发现撞极限开关时，其显示的坐标值远小于实际值，肯定是位置反馈的问题。但更换反馈板和编码器都未能解决问题。后仔细研究发现，E轴修整器是由Z轴带动运动的，一般回参考点时，E轴都在Z轴的一侧，而修整时，E轴修整器被Z轴带到中间。为此我们做了这样的试验，将E轴修整器移到Z轴中间，然后回参考点，这时回参点也出现失控现象；为此我们断定可能由于E轴修整器经常往复运动，导致E轴反馈电缆折断，而接触不良。校线证实了我们的判断，找到断点，焊接并采取防折措施，使机床恢复工作。 三、外部故障 由于现代的数控系统可靠性越来越高，故障率越来越低，很少发生故障。大部分故障都是非系统故障，是由外部原因引起的。 1. 现代的数控设备都是机电一体化的产品，结构比较复杂，保护措施完善，自动化程度非常高。有些故障并不是硬件损坏引起的，而是由于操作、调整、处理不当引起的。这类故障在设备使用初期发生的频率较高，这时操作人员和维护人员对设备都不特别熟悉。 例一、一台数控铣床，在刚投入使用的时候，旋转工作台经常出现不旋转的问题，经过对机床工作原理和加工过程进行分析，发现这个问题与分度装置有关，只有分度装置在起始位置时，工作台才能旋转。 例二、另一台数控铣床发生打刀事故，按急停按钮后，换上新刀，但工作台不旋转，通过PLC梯图分析，发现其换刀过程不正确，计算机认为换刀过程没有结束，不能进行其它操作，按正确程序重新换刀后，机床恢复正常。 例三、有几台数控机床，在刚投入使用的时候，有时出现意外情况，操作人员按急停按钮后，将系统断电重新启动，这时机床不回参考点，必须经过一番调整，有时得手工将轴盘到非干涉区。后来吸取教训，按急停按钮后，将操作方式变为手动，松开急停按钮，把机床恢复到正常位置，这时再操作或断电，就不会出现问题。 2由外部硬件损坏引起的故障 这类故障是数控机床常见故障，一般都是由于检测开关、液压系统、气动系统、电气执行元件、机械装置等出现问题引起的。有些故障可产生报警，通过报答信息，可查找故障原因。 例一、一台数控磨床，数控系统采用西门子SINUMERIK SYSTEM 3， 出现故障报警F31“SPINDLE COOLANT CIRCUIT”，指示主轴冷却系统有问题，而检查冷却系统并无问题，查阅PLC梯图，这个故障是由流量检测开关B9.6检测出来的，检查这个开关，发现开关已损坏，更换新的开关，故障消失。 例二、一台采用西门子SINUMERIK 810的数控淬火机床，一次出现6014“FAULT LEVEL HARDENING LIQUID”机床不能工作。报警信息指示，淬火液面不够，检查液面已远远超出最低水平，检测液位开关，发现是液位开关出现问题，更换新的开关，故障消除。 有些故障虽有报警信息，但并不能反映故障的根本原因。这时要根据报警信息、故障现象来分析。 例三、一台数控磨床，E轴在回参考点时，E轴旋转但没有找到参考点，而一直运动，直到压到极限开关，NC系统显示报警“E AXIS AT MAX.TRAVEL”。根据故障现象分析，可能是零点开关有问题，经确认为无触点零点开关损坏，更换新的开关，故障消除。 例四、一台专用的数控铣床，在零件批量加工过程中发生故障，每次都发生在零件已加工完毕，Z轴后移还没到位，这时出现故障，加工程序中断，主轴停转，并显示F97号报警“SPINDLE SPEED NOT OK STATION 2”，指示主轴有问题，检查主轴系统并无问题，其它问题也可导致主轴停转，于是我们用机外编程器监视PLC梯图的运行状态，发现刀具液压卡紧压力检测开关F211，在出现故障时，瞬间断开，它的断开表示铣刀卡紧力不够，为安全起见，PLC使主轴停转。经检查发现液压压力不稳，调整液压系统，使之稳定，故障被排除。 还有些故障不产生故障报警，只是动作不能完成，这时就要根据维修经验，机床的工作原理，PLC的运行状态来判断故障。 例五、一台数控机床一次出现故障，负载门关不上，自动加工不能进行，而且无故障显示。这个负载门是由气缸来完成开关的，关闭负载门是PLC输出Q2.0控制电磁阀Y2.0来实现的。用NC系统的PC功能检查PLC Q2.0的状态，其状态为1，但电磁阀却没有得电。原来PLC输出Q2.0通过中间继电器控制电磁阀Y2.0，中间继电器损坏引起这个故障，更换新的继电器，故障被排除。 例六、一台数控机床，工作台不旋转，NC系统没有显示故障报警。根据工作台的动作原理，工作台旋转第一步应将工作台气动浮起，利用机外编程器，跟踪PLC梯图的动态变化，发现PLC这个 信号并未发出，根据这个线索继续查看，最后发现反映二、三工位分度头起始位置检测开关I9.7、I10.6动作不同步，导致了工作台不旋转。进一步确认为三工位分度头产生机械错位，调整机械装置，使其与二工位同步，这样使故障消除。 发现问题是解决问题的第一步，而且是最重要的一步。特别是对数控机床的外部故障，有时诊断过程比较复杂，一旦发现问题所在，解决起来比较轻松。对外部故障的诊断，我们总结出两点经验，首先应熟练掌握机床的工作原理和动作顺序。其次要熟练运用厂方提供的PLC梯图，利用NC系统的状态显示功能或用机外编程器监测PLC的运行状态，根据梯图的链锁关系，确定故障点，只要做到以上两点，一般数控机床的外部故障，都会被及时排除。浅谈FANUC系统的使用心得 (汉川机床有限责任公司何宏欣) 1 系统具有很高的可靠性数控机床已经成为现代化生产线上必不可少的加工设备，因此它必须能够长期无故障地连续运行在恶劣的 环境中。为了能够达到这一要求 , 作为数控机床的控制核心-数控系统必须具有很高的可靠性。 FANUC 系统正是以产品的可靠性作为研发的重点之一。(1) 系统在设计中大量采用模块化结构。这种结构易于拆装 , 各个控制板高度集成 , 使可靠性有很大提高 , 而且便于维修、更换。 FANUC Oi 系统更进一步提高了集成度 , 在继承 0 系统的基础上 , 还集成了 FROM 和 SRAM 模 块、 PMC 模块、存储器和伺服模块 , 从而将体积变得更小 , 可靠性更高。(2) 采用机器人焊板 , 减少了人为参与 , 实现了全自动的制造 , 避免了由于人为不慎所造成的失误 , 大大提高了系统的可靠性。(3) 具有很强的抵抗恶劣环境影响的能力。其工作环境温度为 045 , 相对湿度为 75%( 短时间内可达到95 ), 抗振动能力为 0.5g, 电网波动为-15%10%.(4) 有较完善的保护措施。和其他数控系统相比 ,FANUC 对自身的系统采用比较好的保护电路 , 例如 : 笔者曾多次遇到由于电网缺相致使主轴变频器烧坏 , 而 FANUC 系统的显示器只在缺相时变黑 , 待电压正常后系统仍能正常工作。另外 , 我们在调试过程中经常是反复断电、上电 , 中间不需要间隔很长时间 , 丝毫不影响系统的正常 工作。2 功能全 , 适用范围广FANUC 系统在设计中始终以满足用户要求为其设计核心、具有较全的功能 , 适用于各种机底和生产机械。(1)FANUC 系统所配置的系统软件具有比较齐全的功能和选项功能。对于一般的机床来说 , 基本功能完全能满足使用要求 , 这样的配置功能较齐全 , 价格亦比较合理。对于某种特殊要求的机床需增加相应的功能 , 这些功能只需要将相应的功能参数打开或加相应板卡 ( 由于各个板卡为可拆换的集成板卡 , 拆装非常方便 ) 即可使用 , 既方便 , 又可靠 , 同时又节省财力和物力。(2) 提供大量丰富的 PMC 信号和 PMC 功能指令。这些丰富的信号和编程指令便于用户编制机床的 PMC 控制程序 , 而且增加了编程的灵活性。例如 : 在编制刀库程序时 , 既可用用户宏程序的信号来完成 , 又可用程序段的选择跳转信号来完成。不同的编程思路产生同一个控制结果 , 真正实现了个性化的控制。(3) 具有很强的 DNC 功能 , 系统提供串行 RS232C 传输接口 , 使 PC 和机床之间的数据传输能够可靠完成 , 从而实现高速度的 DNC 操作。同时 FANUC-0i 系统又增加“多段程序预读控制功能 和 HRV( 高响应矢量 ) 控制 , 又具有 HSSB( 高速串行总线 ) 控制功能 , 使执行程序的速度和精度大大提高。 FANUC-0i 系统还提供参数 7001#0, 将其设为 1 后 ( 手动介入返回功能有效 ), 在大型模具加工过程中 , 由于刀具发生磨损需要换新刀时 , 使进给暂停后 , 可以用手动将机床移到安全高度 ( 不能按 RESET 键 ), 换上新刀具再循环启动即可继续加工 , 实现了高精度加工。能很好地满足现代模具的加工要求。(4) 提供丰富的维修报警和诊断功能。 FANUC 维修手册为用户提供了大量的报警信息 , 并且以不同的类别进行分类 , 每一条维修信息和诊断状态相当于医生的处方一样 , 便于用户对故障进行维修。现举两例加以说明。例 1:408#(FANUC 0 系统 ) 报警 : 为主轴串行链启动不良。其原因为当串行主轴系统中的电源接通 , 而主轴放大器没有准备好不能正确启动时 , 会产生该报警。处理方法 : 光缆连接不合适 , 或主轴放大器的电源断开。 当 NC 电源在除 SU-01 或 AL-24( 显示在主轴放大器的 IED 上 ) 以外的其他报警条件下接通时。在这种情况下 ,将主轴放大器电源断开一次 , 再重新启动。应该检查光缆的插头是否松动或连接不正确。 其他原因 ( 硬件配置不恰当 ) 。例 2: 手动不能运行时 (FANUC 0i 系统 ) 。处理方法 : 首先确认方式选择的状态显示 , 即在显示器的下面是否出现 JOG, 如果没有出现则是方式的选择信号不正确 , 再用 PMC 的诊断功能 (PMCDGN) 确认方式状态是否正确 (G45.2 、 G45.3 是否为 1”） , 如不正确 , 修改 PMC 程序 , 再检查手动方式信号是否有效 , 如果无效 , 请用 PMC 的诊断功能检查相应的信号状态是否为 1(G100.03 和 G102.03 中是否有 1) , 如不为 1, 修改 PMC 程序。如正确 , 则用 CNC 的000015 号诊断功能来确认 , 查看 000015 的各项目右边为 1 的项目。 例如 OO5（INTER LOCK/START LOCK) 为 1, 说明输入了互锁 / 启动锁住信号 , 用户便可根据自己使用的互锁信号进行正确编程和正确设定参数 N03003#3#2#0 。3 优质可靠的技术服务北京 FANUC 机电有限公司拥有非常完善的技术服务体系 , 时刻为系统的用户提供强大的技术支持。系统用户可以通过电话、传真与 FANUC 公司技术部进行技术交流。由于功能参数是FANUC公司机密内容，不便将全部功能参数进行剖析，本文只能对部分参数进行剖析，请见谅 900# 0# 钻孔固定循环 1#可编程数据输入(G10) 3#一个手摇脉冲发生器控制。 9O1#