基于故障实例谈数控机床的维护与维修

2018-09-12赵应豪衡红星刘首举

科技创新与应用 2018年22期

赵应豪衡红星刘首举

摘要：数控机床是企业保障产品质量与提高生产效率的关键设备。对于维修人员来说保障设备正常生产、减少故障停台时，能够有效提高数控设备的使用效率。文章通过6个案例介绍维修人员应该掌握数控机床的基本维护内容和维修方法。

关键词：数控机床；维护；维修方法

中图分类号：TG659 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）22-0112-02

Abstract： CNC machine tool is the key equipment for enterprises to guarantee product quality and improve production efficiency. For the maintenance personnel to ensure the normal production of equipment， reduce the number of failures stop， can effectively improve the efficiency of the use of CNC equipment. This paper introduces that maintenance personnel should master the basic maintenance content and maintenance method of CNC machine tool through 6 cases.

Keywords： CNC machine tool； maintenance； maintenance method

数控机床是一种技术复杂的精密自动化设备，相比传统设备其故障发生的原因复杂，牵扯到的因素较多。定期对数控设备进行维护，可以提高设备的可靠性，延长平均无故障时间。利用数控系统、伺服驱动系统和机床PMC提供的诊断工具和维修手段，来快速排除故障是维修人员应具备的基本维修方法。

1 数控设备的日常维护

数控机床由于配备的硬件质量可靠性较高，相比普通设备故障率较低，维修人员容易忽视设备维护的重要性，造成其长期“带病”工作，最终造成较大的设备故障。

例1：缸体二车间一台NBP1300A友佳立式加工中心，主轴有高低两档变速功能。

故障现象：主轴由低挡向高档切换时有时出现报警信息、机床在换挡过程中有时出现总电源跳闸现象。

故障分析与处理：通过PMC监控换挡过程，发现故障是由于机械脱档造成。进一步检查，发现主轴变速箱内的润滑油已经变成乳白色。通过拆除外围附件，找到故障根本的原因，加工中心主轴中心出水的旋转密封磨损，大量切削液进入润滑油油箱，造成齿轮啮合困难。同时，主轴电机由于受到飞溅切削液的浸润，绝缘降低造成主电源漏电保护器跳闸。通过更换新的润滑油、中心出水旋转密封、电机骨架密封，对绝缘减低的主轴电机烘干处理，故障最终解决。

例2：缸一车间一台FANUC 0i MD系统的缸体加工单元，其刀库和换刀臂轴采用βI伺服驱动器，采用FANUC I/O LINK轴控制方式。

故障现象：机床开机出现报警信息提示：ATC CONTROLLER ALARM（224），同时βI伺服驱动器有红色LED报警。

故障分析：进入POWER MATE CNC管理器在PMM参数列表中可以看到11.0=0（ABSX绝对位置检测器和机床位置的对应关系尚未建立），11.7=1（绝对脉冲编码器带有检测器）。通过β伺服放大器故障说明书，对比7段伺服LED指示灯红绿组合状态，确定刀库和换刀臂轴两轴的参考点位置丢失，原因是后备电池电压降低，操作工忽视报警，继续带病工作直至引起绝对脉冲编码器数据丢失报警。

故障处理：（1）更換6V伺服驱动器电池。

（2）操作方式钥匙开关拨至刀库侧，点动刀库转动至换刀位，手动捅液压阀把刀套还回刀库。

（3）点动刀库旋转使1号刀套至待刀位，设置通道1

中G2参数表中11.0设为1。

（4）修改PMM参数中D数据表中的相关参数。

（5）MDI方式下换刀，验证刀库中刀位是否正确。

（6）刀库位置调整正确后，调整ATC刀臂原点位置。用手轮方式摇动刀臂回到原位时的水平位置，设置通道1 G3中参数11.0设为1，断电重启。

（7）在伺服参数4077中调整主轴的定向角度。

类似上述由于维护不到位造成停歇台时较长的案例，在数控设备故障统计中占有较大比例，我们若加以重视其实是可以避免的，这说明数控设备日常维护具有重要意义。

维修人员需要定期对数控设备机械部分的液压、润滑、气动回路进行预防性的检查、维护。定期检查电气部件、机床的超程限位，定期检查、清理数控设备的散热风扇，空调，定期更换系统、伺服的存储电池，定期做好数控系统参数、PMC程序、硬盘的备份、伺服系统相关参数的备份，定期对闲置数控通电。

2 数控机床的维修方法

随着微处理器技术的发展，数控系统的自诊断功能越来越强大，在数控设备的故障检测中，应充分掌握数控系统的诊断功能和手段，如开机自诊断、运行中的诊断，PMC程序的监控功能，伺服单元的故障报警、伺服调试软件的应用等，来快速解决故障。

例3：通过数控系统的诊断功能，对配置西门子A2100系统的辛辛那提Arrow1000加工中心进行监控，排除总线故障。

故障现象：开机自诊断过程正常，硬件检查过程中出现Profi-bus rack not responding报警信息，按消除报警故障依旧。

故障分析与处理：A2100系统采用Profibus-DP总线通讯方式，当某个从站DP插头接触不良、断线或模块损坏时出现相应的报警。通过A2100系统的硬件诊断功能进入I/O界面，输入从站地址监控相应的分布式I/O的状态，很容易快速确定是那个DP地址故障。

例4：即例1配置0I-MD系统的友佳立式加工中心主轴换挡故障的具体电气PMC分析过程。

故障分析与处理： NBP1300加工中心的主轴换挡是通过电磁离合器带动拨叉进行高、低速齿轮切换，1500转以上通过PLC程序自动换为高速档。报警表现为低速换向高速档切换时指示灯一闪就灭，然后高低速档指示灯都不亮，此时出现EX1370：SPINDLE GEAR IN-POSITION ERROR 报警。

处理过程：（1）首先通过SYSTERM键→PMCCNF（配置）→符号，进入查看符号、注释显示/编辑画面，EX1370对应的报警地址为A3.6。

（2）进入PMC程序，搜索A3.6，通过分析PMC程序，查看触发报警的可能原因：

a.主轴高档信号X1.5及抵挡信号X1.6同时ON或同时OFF。

b.换挡时档位检知错误，由R517.5触发。

c.换挡过时，档位未检知，由R551.6 GEAR CHANGE OVER触发。

以上三种情况，前两种通过故障现象及PLC程序均有可能，第三种可以排除。

（3）利用发那科系统的TRACE信号追踪功能设定相关参数，进行过程监控，准确判断引起故障的原因。追踪地址的设定： X1.5（HGLS）、X1.6（LGLS）、Y2.3（>HG）、Y2.4（>LG）、R517.5。通过与正常换挡信号画面的对比，发现故障时HG（Y2.3）离合器动作正常，能够换挡，但是LGLS（X1.5）出现接通2.6秒后又脱开现象，此时高低速X1.5、X1.6档位信号均没有，出现脱档触发报警。

（4）进一步检查，主轴换挡变速箱进入大量切削液，摩擦增大造成齿轮不能顺利啮合这是故障的根本原因。

例5：通过西门子simocomu软件监控飞轮线ARROW500加工中心伺服驱动C501报警。

故障现象：系统开机后，在加工中经常出现611U伺服单元C501 报警，需要断电重启才能消除报警。

故障分析与处理：查西门子611U报警手册C501报警的含义：电流量测量回路错误。C501报警解释的关键词：功率模块、参数设置、编码器的安装位置。

a.先易后难的原则，检查伺服电机，检查硬件的连接，然后通过用万用表测量电机端子对直流母线正负端的阻值，通过对比数据正常，IGBT没有明显直接击穿现象，随后交换profibus通讯模块排除了总线通讯故障可能。

b.利用西门子simocomu软件与驱动器建立联机，发现主轴电流在MDI固定转速指令的情况下，电流很不稳定，忽大忽小。

c.备份双轴伺服参数，用替换法排除轴控卡故障。用SimoComU软件对611U伺服驱动器双轴模块进行动态性能优化，排除参数设置不当。最后，通过交换法确认故障出现在功率模块上。

例6：修改換刀宏程序，解决缸二车间FMH800卧加主轴换刀卡刀故障。

故障现象：发那科31iMB系统的卧加，经常出现卡刀现象，故障时换刀臂定位键与HSK刀柄的键槽错位。

故障分析与处理：FMH800主轴电机采用内置Mi传感器进行速度控制，使用外部接近开关（一转信号）进行位置控制，主轴有两档变速，通过标记发现故障是因主轴定向位置偏差造成，由于设备处于保修期厂家协助排查故障。

a.硬件的检查排除：排除接近开关原因、重新整定主轴定向偏置参数、更换主轴伺服驱动器、更换主轴ZF齿轮箱（排除齿轮箱间隙因素）。

b.通过对主轴定向时序的分析，研究主轴换刀宏程序O90004，在M06指令前添加（S600；GO4 X1.）程序步，最终排除故障。故障说明：具有变速箱结构的主轴，采用外部一转开关信号进行位置控制时，由于传动链影响的因素较多，高速定向时不一定可靠。