數控機床的控制系統中都有故障自診斷功能,一般在發生故障時都有報警信息出現,按說明書中的故障處理方法檢查,大多數故障都能找到解決方法。但也有些故障既無報警,現象也不是很明顯,而且缺乏有關維修所需的資料。出現故障后如果稍不注意,會造成工件批量報廢。由于故障發生時無任何硬件或軟件的報警顯示,分析診斷難度較大。例如:機床通電后,在手動或自動方式運行X軸時出現爬行現象,無任何報警顯示;機床在自動方式運行時突然停止,而CRT顯示器上無任何報警顯示;在運行機床某軸時發生異常聲響,一般也無故障報警顯示等。
對于無報警顯示故障,需根據故障發生的前后變化狀態進行分析判斷。例如:X軸在運行時出現爬行現象,可首先判斷是數控部分故障還是伺服部分故障。具體做法是:在手搖脈沖進給方式中,可均勻地旋轉手搖脈沖發生器,同時分別觀察比較CRT顯示器上Y、Z與X三軸進給數字的變化速率。通常,如數控部分正常,三個軸的變化速率應基本相同,從而可確定爬行故障是X軸的伺服部分還是機械傳動所造成。以下是在維修中遇到的一些無報警故障的檢修方法。
例1.某配套SIEMENS 810MGA3的臥式加工中心,開機發現X、Y、Z三軸按下手動方向鍵后,可以緩慢地向指定的方向運動,但運動速度、坐標位置均不正確,系統無報警。
此類故障通常是機床的位置檢測系統不良引起的。在本機床上,通過系統跟隨誤差頁面檢查,發現在機床運動過程中,位置跟隨誤差也在隨之變化,但變化速度非常緩慢,與各軸的實際運動距離不符。根據經驗,從軟件方面進行檢查。
首先檢查系統的位置控制系統的參數設定,在SIEMENS810/820MGA3系統中,與位置控制系統有關的主要參數有:
MD5002bit2、1、0:位置控制系統的控制分辨率。
MD5002bit7、6、5:位置控制系統的輸入分辨率。
MD3640、3641、3642:X、Y、Z軸的電動機每轉反饋脈沖數(4倍頻后的值)。
MD3680、3681、3682: X、Y、Z軸的電動機每轉指令脈沖數(以位置控制系統的分辨率為單位)。
本機床上,X、Y、Z軸伺服電動機內裝2500脈沖的編碼器,位置控制系統的控制分辨率為0.5 μm,位置控制系統的指令分辨率為1μm,X、Y、Z軸的絲杠螺距為10mm,絲杠與電動機為直接連接。因此,正確的參數設定應為:
MD5002bit2、1、0=100;
MD5002bit7、6、5=010;
MD3640、3641、3642=10000;
MD3680、3681、682=200000
檢查系統參數設定,發現系統中MD3680、3681、3682設定為1,與實際機床不符;更改參數后,機床恢復正常。
例2.某采用SIEMENS 810M的龍門加工中心,配套611A主軸驅動器,在執行主軸定位指令時,發現主軸存在明顯的位置超調,定位位置正確,系統無報警。
由于系統無報警,主軸定位動作正確,可以確認故障是由于主軸驅動器或系統調整不良引起的。
解決超調的方法有多種,如:減小加減速時間、提高速度環比例增益、降低速度環積分時間等等。檢查本機床主軸驅動器參數,發現驅動器的加減速時間設定為2s,此值明顯過大;更改參數,設定加減速時間為0.5s后,位置超調消除。
例3.一臺中捷THY5640立式加工中心,工作中發現主軸轉速<500r/min時主軸及變速箱等處有異響,觀察電動機的功率表發現電動機的輸出功率不穩定。但主軸轉速>1201r/min時異常聲音又消失。開機后,在無旋轉指令情況下,電動機的功率表會自行擺動,同時電動機漂移自行轉動,正常運轉后制動時間過長,機床無報警。
根據經驗,引起該故障的原因可能有主軸控制器失控,機械變速器或電動機的原因。由于拆卸機械部分檢查的工作量較大,因此先對電氣部分的主軸控制器進行檢查,控制器為西門子6SC-6502。首先檢查控制器中預設的參數,再檢查控制板,都無異常,經查看電路板較臟,按要求對電路板進行清洗,但裝上后開機故障照舊。因此可排除控制器故障。為確定故障在電動機還是在機械傳動部分,必須將電動機和機械脫離,脫離后開機試車發現給電動機轉速指令接近450r/min時開始出現不間斷的異常聲音,但給1201r/min指令時異常聲音又消失。經分析后認為,低速給定的450r/min指令和高速4500r/min的指令時,電動機均在最高轉速,只是低速時通過齒輪進行了減速,所以故障在電動機部分基本上可以確定。經分析,異常聲音可能是軸承不良引起。將電動機拆卸進行檢查,發現軸承確已壞,在高速時軸承被卡造成負載增大使功率表擺動不定,出現偏轉。在無旋轉指令后電動機漂移和正常運轉后制動過慢,經查是編碼器的光盤劃破,更換軸承和編碼器后所有故障全部排除。
該故障主要是主軸旋轉時有異常聲音,因此在排除時應查清聲源,再進行檢查。有異常聲音常見為機械上相擦,卡阻和軸承損壞。
例4.某采用FANUC 0T數控系統的數控車床,開機后,只要Z軸一移動,就出現劇烈振蕩,CNC無報警,機床無法正常工作。
經查,發現該機床的Z軸在<2.5mm移動時,工作正常,運動平穩無振動;而一旦超過以上范圍,機床即發生劇烈振動。經分析,系統的位置控制部分以及伺服驅動器本身應無故障,初步判定故障在位置檢測器件,即脈沖編碼器上。
因機床為半閉環結構,維修時更換電動機進行了確認,判定故障原因是由于脈沖編碼器的不良引起的。
為了深入了解引起故障的根本原因,作了以下分析與試驗:(1)在伺服驅動器主回路斷電的情況下,手動轉動電動機軸,檢查系統顯示,發現無論電動機正轉、反轉,系統顯示器上都能夠正確顯示實際位置值,表明位置編碼器的A、B、*A、*B信號輸出正確。
(2)由于機床Z軸絲杠螺距為5mm,只要Z軸移動約2mm即發生振動,因此,故障原因可能與電動機轉子的實際位置有關,即脈沖編碼器的轉子位置檢測信號C1、C2、C4、C8存在不良。
根據以上分析,考慮到Z軸可以正常移動約2.5mm,相當于電動機實際轉動180°,因此,進一步判定故障的部位是轉子位置檢測信號中的C8存在不良。
取下脈沖編碼器后,根據編碼器的連接要求,在引腳N/T、J/K上加入DC 5V后(如下表所示),旋轉編碼器軸,利用萬用表測量Cl、C2、C4、C8,發現C8的狀態無變化,確認了編碼器的轉子位置檢測信號C8存在故障。
編碼起引腳連接表
進一步檢查發現,編碼器內部的C8輸出驅動集成電路已經損壞。更換集成電路后,重新安裝編碼器,并調整轉子角度后,機床恢復正常。
在不同數控設備中,無報警故障的表現不一。如數控車床在直徑方向出現時大時小的現象較多。在加工中心上垂直軸出現誤差的情況較多,常見的是尺寸向下逐漸增大,但也有尺寸向上增大的現象,在水平軸上也經常會有一些較小誤差的故障出現,有些經常變化,時好時壞使零件的尺寸難以控制。此外,以下情況均會造成數控系統無報警故障。
(1)數控系統較簡單,對誤差沒有設置檢測,或者已設置檢測系統,但機床中出現的誤差情況不在設計的預測范圍內,出現誤差時檢測不到。如果使用的是半閉環系統,就不能檢測到機床的實際位置。
(2)機床的電氣系統中回零方式設置不當,回零點不能保證一致,該種情況下出現的誤差一般較小。除了因減速開關不良造成故障外,回零時的減速距離太短也會使零點偏離。在有些系統中的監控頁面中有“刪格量”一項,記錄并經常核對可及時發現問題。
(3)絲杠與電動機聯軸器結構不同,出現故障后現象也不同,有的尺寸只向負方向增加,而有的正負方向變化都可能發生,根據經驗,聯軸器為彈性聯接的基本上是負向增加,而鍵聯接的則兩種故障均發生。
例5.某配套FANUC 11系統的BX-110P加工中心,JOG方式時,機械手在取送刀具時,不能縮爪,但卻不報警;將方式選擇到ATC狀態,手動操作都正常。
經查看梯型圖,限位開關LS916沒有壓合。調整限位開關位置后,機床恢復正常。但過一段時間后,再次出現此故障,檢查LS916并沒松動,但卻沒有壓合,由此懷疑機械手的液壓缸拉桿沒伸到位。經查發現液壓缸拉桿頂端鎖緊螺母的緊定螺釘松動,使液壓缸伸縮的行程發生了變化。調整了鎖緊螺母并擰緊緊定螺釘后,故障排除。
























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