数控机床故障诊断与维修

郑 智

(沈阳工学院 机械工程与自动化学院，辽宁 抚顺 113122)

1 维修实例

1.1 刀盘不动故障

故障现象：某配置FANUC 0iC系统带斗笠式刀库的VMC850E数控加工中心，在执行换刀动作时按下复位键而执行换刀，出现“刀库不在原位”报警，此时机床不能移动。

故障分析与处理：执行换刀动作时按下复位键，换刀动作没有完成。打开刀库防护罩，拔下刀库气缸两端的气管，推动刀盘使其回到原位，磁环开关有信号，一般可解除因压缩空气不足而执行换刀造成的报警。若故障依旧，仔细观察刀盘位置，会发现刀座位置与主轴没有对正。

1.2 Y轴回零反向故障

故障现象：某VMC850E数控加工中心，JOG和HNDL状态，+Y、-Y动作正常，当回参考点时，按下+Y方向键，机床向-Y方向运动，其它动作正常。

故障分析与处理：查看回参考点方向参数1006.5，并尝试着修改，重新执行回参考点操作，动作依旧，说明不是回零参数问题。让机床工作台处于不同的位置，反复试验，发现：工作台在Y轴方向处于靠近+Y或-Y行程终点时，现象更为明显。工作台靠近+Y行程终点时，回零时反方向运动。工作台靠近-Y行程终点时，回零时正方向运动。判断是Y轴参考点位置被修改。按照正确的方法，重新定参考点[1]，机床恢复正常。

1.3 主轴掉刀故障

故障现象：立式数控铣床加工时出现主轴掉刀，高速旋转时主轴伴有异常噪音。

故障分析与处理：主轴松刀靠液压或气压，主轴刀具夹紧靠碟形弹簧。试着反复多次卸刀与装刀，动作基本正常，刀具也没有掉下来，说明不是碟形弹簧损坏问题。有可能是长时间使用，碟形弹簧的夹紧力不够，调节夹紧力在1.3t左右。主轴转速达到2000r/min以上时，发出明显的异常噪音，可能是主轴轴承损坏。经查主轴轴承磨损、松动严重，调节主轴轴承间隙，使用时异常噪音有所缓解，但主轴转速达到3500r/min以上时，异常噪声依然存在。干脆更换主轴轴承并调整到位，主轴转速达到7000r/min时，无明显噪音，机床恢复正常。

1.4 急停故障

故障现象：机床开机后工作状态始终显示“MDI”并处于急停，机床不能运动。

故障分析与处理：检查系统参数和PMC参数，未发现异常，不应该是数据问题。了解故障发生经过：之前有时候好使、有时候不好使，比如碰一下面板，就有可能好使、也可能不好使，分析之前状态开关的信号线接触不好或虚焊，现在有可能是断线或开焊。检查PMC状态梯形图，发现有一个信号一直没有，初步断定信号线断开；卸下机床操作面板，仔细检查工作状态开关后的信号线，发现有一根在焊点处断开，试着将该信号线接触对应的接点，机床工作状态显示有变化，转动旋钮让机床系统处于不同的工作状态，显示在不断变化。把该信号线焊接在对应的焊点上，机床恢复正常。

1.5 I/O接口故障

故障现象：南京德西数控车床实验台，手动正常，回参考点不正常，一动就出现超程报警。面板侧模拟刀架换刀正常，实际刀架执行换刀时，发出刀架过载报警。

故障分析与处理：检查系统参数和PMC参数，并未发现异常，刀架也没发生卡阻，查看PMC程序一时也判断不出来，接线端子排上的信号线逐一紧了一遍，故障依旧。用万用表逐一测量系统到I/O单元接口的信号线，发现有的信号不通，有可能是该线折断，把其它同规格设备上的信号线整个卸下来，安上后，故障依旧。回想故障发生前的整个过程，怀疑数控系统与I/O间的接口信号接错了。把数控系统打开，对换信号带，未发现变化，把数控系统和I/O间的信号多次交叉互换，多次执行手动、回零、换刀动作，发现都正常了。故障原因是数控系统和I/O间的信号被接错。

1.6 零件加工尺寸超差故障

故障现象：一台服役多年的立式数控铣床在加工零件时发现X轴方向尺寸合格，Y轴方向尺寸不合格，超差在0.2～0.3mm范围内变化。

故障分析与处理：造成零件加工尺寸不合格的因素有很多，包括机械方面、电气方面、系统参数等。机械方面主要原因有：柔性齿轮比等伺服参数设定错误；伺服电机与丝杠联轴节松动；滚珠丝杠固定轴承松动或磨损；滚珠丝杠螺母副反向间隙过大；滚珠丝杠螺母副、滑块与导轨润滑不良[2]。电气方面的主要原因有：伺服电动机编码器不良；伺服电动机本身不良；光栅尺位置检测装置不良；伺服放大器不良；外界干扰。系统参数方面主要原因有：进给传动反向间隙补偿参数、螺距误差补偿参数、伺服电动机控制参数设定不良[3]。

查看柔性齿轮比等伺服参数，未发现设置错误，按照先机械后电气的原则，先排查机械部件引起的故障。通过检查确定丝杠固定端轴承与轴承座间未发生松动，电机与丝杠间的联轴器没有松动，怀疑是反向间隙引起的加工误差。对Y坐标轴进行反向间隙测量，百分表显示工作台反向间隙为0.26mm，工作台反向间隙等于丝杠反向间隙加上固定端支承轴承间隙，该滚珠丝杠螺母副为双螺母垫片调隙式结构。先调整垫片厚度使左右两螺母产生轴向位移，消除丝杠和螺母间的间隙并产生一定的预紧力，再对Y坐标轴进行反向间隙测量，百分表显示工作台反向间隙为0.08mm，接下来确定轴承是否有间隙。在Y轴滚珠丝杠的端面中心孔处放置一个钢珠，将千分表的指针顶在钢珠上，用手正反向转动滚珠丝杠对轴承间隙(轴向定位误差)进行测量，千分表显示数值为0.07mm，Y轴丝杠反向间隙为0.01mm。现场观察发现，Y轴丝杠电机端的止退垫圈没有锁紧，加上机床长时间的切削振动造成轴承间隙过大。通过扳手旋转精密螺母使轴承间隙调整到小于0.005mm以内，并将止退垫圈锁紧。重新测量丝杠反向间隙并在参数PRM1851和PRM1852中设定相应数值，用软件功能补偿反向间隙，重新加工，精度得以保证，故障排除。

2 结语

数控机床维修人员要非常熟悉数控机床的结构，精通数控机床的控制原理，吃透控制系统的梯形图、系统参数的设置，熟练掌握电气原理图并能根据电气原理图诊断故障，重要的是多到现场进行实践积累经验，能对生产现场故障进行应急处理，当数控机床出现故障时，首先判断是机械问题还是电气问题，是强电问题还是系统问题，是系统参数问题还是PMC程序问题，善于抓住它们的共性，在实践中不断学习和积累经验，能在短时间内排除故障。