HNC-8型数控机床的故障诊断与维修

2014-05-10张鑫

机床与液压 2014年22期

张鑫

(长春职业技术学院，吉林长春130033)

数控机床是集机械、电气、液压、气动于一体的自动化设备。随着制造业的高速发展，数控机床的应用越来越广泛。当数控机床出现任何故障时，要求快速排除故障，否则就会给企业带来巨大损失，这要求维修人员能够快速识读电气原理图，根据控制原理快速找到故障点并加以排除。图1 为HNC-8 型数控机床控制原理图解，HNC-8 型数控系统、进给轴、伺服主轴之间通过总线进行通信，PLC 控制的开关量通过总线式I/O 装置(HIO-1000B)和外围设备相连。当机床发生故障时，会在数控系统或伺服驱动器上显示相应的报警信息。

图1 HNC-8 型数控机床控制系统图解

当数控机床经过长时间使用，特别是保养不当会造成电气元件损坏、接触不良、机械部件磨损松动以及加工精度超差等问题。下面就以维修工作中遇到的数控机床故障现象为实例进行诊断和分析，提出解决方案，最终排除故障。

1 HNC-8 型数控机床常见机械故障诊断与维修

(1)使用HNC-8 型数控车床进行零件加工时，在直径(X轴)方向某些尺寸精度超差。

产生尺寸精度超差可能的因素有:

①X轴编程数值错误;

②X轴磨损补偿数值输入错误;

③刀具磨损、螺钉松动;

④X轴反向间隙过大;

⑤X轴丝杠的某一段精度出现问题，导致工件精度超差。

检查编程数值和Z轴磨损补偿数值没有发现错误，刀具螺钉也没有松动、刀尖也完好。考虑加工的零件在直径方向只是某些尺寸超差，同时零件外形在直径方向存在“下凹”现象，故障原因最可能是X轴反向间隙过大。

查看X轴反向间隙补偿参数，反向间隙为0.02 mm，已接近软件精度补偿极限，将此参数清零，上电后重启机床，回参考点，使机床运行在没有精度补偿的状态下。架表检测X轴反向间隙为0.04 mm，已严重超过软件反向间隙补偿范围，需要进行机械调整。拆下X轴防护罩，测X轴的轴向窜动，调整精密螺母，使X轴的轴向窜动小于允差0.007 mm。锁紧精密螺母，安装防护罩，重新检查Z轴精度并进行补偿，补偿后重新启动机床进行试切，加工零件精度满足尺寸精度要求，故障排除。

(2)一台长时间没有使用冷却液的数控铣床，手动按“冷却键”，无冷却液喷出。

冷却液无法喷出的因素主要有:

①冷却电机相序错误，电机反转;

②冷却液过少，液面过低;

③冷却液管道堵塞;

④冷却泵叶轮和冷却泵侧壁粘连，无法转动。

经检查，冷却液液面正常，冷却电机旋转方向均正确。用风枪清理冷却液管道，再次手动按“冷却键”，冷却泵仍无冷却液喷出。考虑该冷却泵是自吸泵，加水引流按“冷却键”仍无冷却液喷出。用手触摸冷却电机发现温度过高，断电后，拆开冷却泵，将冷却泵叶轮端盖拆下，发现冷却液腐蚀叶轮使电机发生堵转，清洗后，故障排除。经调查:该机床冷却液至今没有更换过，而冷却液在使用一段时间后应定期进行更换，故更换冷却液。

2 HNC-8 型数控机床常见电气故障诊断与维修

(1)一台采用光栅尺的HNC-8 型全闭环数控车床开机后，运动X轴，伺服驱动器报AL03 系统过热报警。

根据报警提示，查看报警信息表，AL03 为IPM模块故障报警。引起IPM 模块故障报警的原因:

①电机动力线连接不正确，接线松动;

②参数(PA5，PA25 及PA26)设置不合适;

③PA2 号参数设置过大;

④系统负载过大;

⑤驱动单元过热;

⑥屏蔽线连接不完整、不可靠。

检查电动机连线没有松动，参数PA2、PA5、PA25、PA26 设置都合理，断电时手动转动丝杠也很轻松，怀疑故障出在全闭环环节。修改参数将数控车全闭环控制切换到半闭环控制，运动X轴工作台可以移动，确定故障点在全闭环检查装置上。检查全闭环控制连线正常，光栅尺固定螺栓没有松动，光栅尺读数头与定尺体之间的距离为1.5 mm，也在合理范围内;怀疑是光栅受到污染，拆开光栅尺，发现确实是光栅尺受到污染。采用专用清洗器进行清理，重新安装光栅尺，运动X轴工作台可以正常移动，故障排除。

观察发现:原来光栅尺的防护罩不能够把光栅尺完全罩上，光栅尺长时间在雾化切削液侵蚀的环境下逐渐受到污染，最终导致光栅尺检测失效。重新设计一防护罩，阻止雾化切削液污染光栅尺，问题得以解决。

(2)一台HNC-808T 机械换挡数控车床，在手动转动主轴和自动运转主轴时，主轴速度都不能实现调速功能，并无报警出现。

从故障现象和数控车床换挡的原理分析，故障的根源应为数控系统没有得到挡位信号或得到错误的挡位信号所致。主要有以下几种因素:

①挡位开关因频繁使用而老化失效;

②挡位开关接线松动，连线断路;

③总线式I/O 单元故障;

④PLC 程序错位。

这台数控车床在以往的使用过程中能够实现主轴换挡功能，可以排除PLC 程序错误的可能。在手动换挡时，通过PLC 监控画面发现换挡过程中高挡位无信号，低挡位有信号。说明故障原因可能是换挡开关因频繁使用老化而失效或者是挡位开关接线松动形成断路而造成的。用万用表进一步测量，发现挡位开关与总线式I/O 单元之间的连线没有问题，故障是换挡开关失效而造成的。更换开关后故障排除。

(3)HNC-808T 数控车床在执行手动换刀时四工位刀架正转后不能锁死，发生换刀超时报警，在MDI方式下分别输入T1、T2、T3、T4 时故障现象也是一样。

引起以上故障的常见因素可能有:

①换刀正转延时参数、反转锁死延时时间参数设置不当;

②刀架的锁死定位销失效;

③定位发信盘和磁钢位置的拨叉损坏，使发信盘和磁钢原来位置发生错位。

首先，查看换刀正转延时参数和反转锁死延时参数分别为500 ms 和1.5 s，均为合理值，根据故障现象将反转锁死时间由1.5 s 增大为2 s，故障现象消失。而同样的数控车床刀架反转延时参数为1.5 s 换刀时没有问题的，怀疑机械部件出现问题。将数控车刀架上盖拆开，发现发信盘上用来定位发信盘和磁钢位置的拨叉损坏，使发信盘和磁钢原来位置发生错位，造成换刀不能锁死。因有生产任务，而库房又没有发信盘备件，虽然调整反转延时参数把故障排除，但根本性问题没有得到解决。待新的发信盘到货重新安装，并将反转换刀延时参数改为1.5 s 后，故障最终排除。

3 数控机床常见气动故障诊断与维修

一台HNC-8 型数控铣床，主轴上的刀具不能够正常卸下。

不能装卸刀主要有以下几种因素:

①气压不够，不足0.6 MPa;

②换刀开关损坏;

③换刀开关线路断线;

④主轴内的蝶形弹簧损坏;

⑤刀柄锁死(和主轴粘连)。

查看气动三联件压力表读数为0.6 MPa，压力在合理范围内。手动状态下按“换刀按钮”，换刀电磁阀有动作，打刀缸也有动作，查看打刀缸行程也没有问题;进一步查看气动三联件位置，发现过滤器里面全是水，油雾器也没有加润滑油。询问操作者得知，该主轴上的刀具很长时间没有卸下，气动三联件的水操作者从来也没有排过，可能造成刀柄生锈不易卸下。按“换刀按钮”并用铜棒轻敲刀柄边缘，刀柄能够卸下。观察发现刀柄锥柄部分已经生锈，主轴孔内也有锈迹。将刀柄和主轴孔用除锈剂处理后擦拭干净，并将冷却缸内的水放掉以及给油雾器加润滑油，主轴装卸刀具正常。

由于机床进行过位置移动，所有气动管路是临时应付的，从空压机出来的2 寸管，接到数控机床位置就变成直径8 mm 的塑料软管，8 mm 软管的距离又很远，最终雾化的水都汇集在过滤器内，加上油雾器又没有润滑油，换刀时带有雾化水的压力空气流经主轴孔，最终导致主轴孔和刀柄都生锈。重新铺设气动管路，将2 寸管接到每台机床处，再用10 mm 软管接到气动三联件处。处理后过滤器很少出现积水现象，故障彻底解决。

4 数控机床润滑故障诊断与维修

一台数控铣床，开机时正常，在机床低速进给时爬行。

出现低速爬行的因素主要有:

①伺服系统增益过低;

②外加负载过大;

③进给传动链润滑状态不良。

检查进给系统伺服增益参数都在合理范围内，空载低速运行时，这种爬行现象依然存在。重点检查润滑系统，该数控机床润滑系统采用凸轮间歇式供油方式，润滑油页面很高。询问操作人员得知，因为润滑油一直是满的，已经近半年没有加过润滑油。怀疑是供油系统失效，查看凸轮供油系统，发现机床上电时凸轮被卡住不能转动，重新调整凸轮位置，使进给轴充分润滑，运行一段时间后低速爬行故障消除。