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數控機床特殊故障的診斷分析與處理

2021-6-8 來源：首都航天機械有限公司作者：關（guān）進（jìn）良，楊春月，張振（zhèn）剛，李術平，劉鬆

摘要：針對數控（kòng）機床某些“特殊故障”，結合工（gōng）作中的（de）維修實（shí）例從原理（lǐ）上分析引發（fā）特殊故障的（de）主要原因，總結排查各類特殊故障的一般思路（lù），並給出（chū）相應的解決方案。

關鍵詞：數控機床；特（tè）殊故（gù）障；維修（xiū）實（shí）例；PMC

數（shù）控機床是典（diǎn）型（xíng）的機電一體化設備，涉及機械、電氣、液壓、計算機以及自動控製等多種專業，且控製過程（chéng）複雜，這在一定程度上給數控機床的故障診斷增（zēng）加了難度。在種類繁多的故障中（zhōng），有（yǒu）一（yī）類故障不能按（àn）照常規思路（lù）進行故障診斷，其故障現象往往具有“迷惑性”，故障（zhàng）原因有時（shí）帶有一定的“隱蔽性”，本文稱為特殊故障。

1、具體故障（zhàng）診斷維修實例

1.1 某數（shù）控立式（shì）車床“標頭（tóu） SKP”閃爍不停止故障

故障（zhàng）現象：數控立式車床采用 FANUC 0T 數控係統，當選擇編輯 EDIT/ 自動 AUTO 方式時，機床顯示器出現“標頭 SKP”閃爍不停，無法正常運行，隻有按下（xià） RESET 鍵後才能切換到其他方式（如 MDI 方式），且其它方式無此故障現（xiàn）象。

故障分析及解決方案：機床（chuáng）出現“標頭 SKP”閃爍，一（yī）般情況下，是由於正在通（tōng）過 RS232 通訊接口進行加工程序的傳輸，當程序傳輸結束後，機床即可恢複正常。但此機床的加（jiā）工程序已經傳輸完成，根本不處於程序（xù）傳輸狀態，又檢查數控係統、計算機和通訊（xùn）有關的（de）參數（如波特率、數據位、停止位等）均正常。排除常見故障原因外（wài），再將機（jī）床調為（wéi） MDI 方式，檢查是否能正常手動輸入程序，發（fā）現當輸入 G 代碼（如 G01）還未按下“input”按鍵（jiàn）時，G 代碼（mǎ）已經被輸入到係統中，故障原因可能和“input”按鍵有關，隨之拆下該（gāi）數控機床特殊故障的診斷分析與處理按鍵發現裏麵有水（shuǐ）珠，同時，並測量其電阻值約 95Ω（按鍵處於常開狀態），接近於“短（duǎn）路”狀態，正常電阻（zǔ）值應趨向（xiàng）於無窮大，接近於“斷路”狀態，將按鍵清理幹燥後重新安裝測試，未出現“標頭 SKP”閃爍，故障排（pái）除。為了理清引發（fā）故障的根本原因，選（xuǎn）擇EDIT/ AUTO 方式，按一下（xià）“input”按鍵故障複現（這一現（xiàn）象操作和（hé）維護人員均很少注意），進一步驗證了該故障是由於按（àn）鍵異常造（zào）成的。

小結（jié）：該故障的特殊之處在於看（kàn）似屬於通訊故障，實則是硬件故障（按鍵內部進水短路（lù）），此類故（gù）障比較少見，且迷惑性很大，麵對此類故障，先要（yào）清楚造成故障的過程和原理，再設法從和故障相（xiàng）關的（de）其他（tā）方麵著手（shǒu），進而找到故障（zhàng）診斷突破口，如此（cǐ）例中，在 MDI 狀態驗證能否正常輸入 G 代碼（mǎ），從而查出“input”按鍵故障。

1.2 某數控車床“方式選擇”故障

故障現象（xiàng）：該（gāi）數控車（chē）床采用 FANUC 0iD 數控係統，開機後方（fāng）式選擇旋鈕開關失效，無論選擇何種運行方式，數控係統顯示的都是 MDI 方式，無法（fǎ）正（zhèng）常進行方式選擇，且無任何報警。

故障分析及解決方案：對於方式選擇故障，一般情況下可考慮以下因素：（1）方式選擇開關直接連接（jiē）的（de）電纜脫落，故障率（lǜ）占 50% 以上；（2）方式選擇開關硬件本身損壞，依據故障記錄可知，故障率約占（zhàn）40%；（3）其他方麵間接引起的此類故障，故障率約占 10%。按照以上分析，首先，拆下機床操作麵（miàn）板，檢查（chá）方式選擇開關連（lián）接電纜，均無脫落，也沒有虛接。然後又更換新的方式選擇開關，故障仍（réng）然複現。

另外，機床沒有（yǒu）任何報（bào）警提示，給維修人員（yuán）帶來較大的困難。為了徹底查明（míng）故障原因，結（jié）合 FANUC 係統 PMC 和（hé）方式選擇地址信號控製原理，係統處於何種運（yùn）行方式主要由地址信號 G43 來控製，具（jù）體控製和對應（yīng）關係見（jiàn）表 1。

表 1 方式選擇地址信號

根據“無論選擇何種運行方式，係統始（shǐ）終顯示MDI 方式”這一故障現象，從表 1 可以（yǐ）看出，地（dì）址信號 MD1（G43.0）、MD2（G43.1）、MD4（G43.2）、DNCI（G43.5）、ZRN（G43.7）一直（zhí）都為 0，那麽有一種（zhǒng）可能，以上地（dì）址信號沒有 24V 電源供給，這（zhè）種（zhǒng）可能也（yě）同樣可以造成此故障。現將方式選擇開關分別（bié）打到不同方式（shì），使用萬用表依次測量開關的（de）接線端子，電壓均為 0V。結合機床（chuáng）相關電氣原理圖，檢查（chá）電氣櫃發現，有一給方式選擇開關供電的 24V 電源線虛（xū）接，重新緊固後並進行方式選擇測試，機（jī）床恢複正常，故（gù）障徹（chè）底排除。

小結：該故障的特殊之處在於表麵看似是方式選擇開關或者地址信（xìn）號控製方麵的故障，其（qí）實（shí）是電源故障。解決該問題的關鍵是選擇的 PMC 地址（zhǐ）信號控製關係（xì），數控機床有時會出現故障現象相同，但故障（zhàng）原因不同，這就需（xū）要維修人員加強日常學習，明白控製原理，不斷提高（gāo）自身的理論（lùn）素養，從“原理”上（shàng）著手解決故障，以不（bú）變應萬變，往往會起到事半功倍的效果。

1.3 某立式（shì）加工中心自動執行程（chéng）序故障

故障現象：某加工中心采（cǎi）用三菱數控係統，在執（zhí）行程序“T** M06；G91 G01 X100 F200；M30”過程中，當執行完換刀指令後出現循環停止（循環停止按鍵（jiàn）紅燈亮），未繼續執行語句 G91 G01 X100 F200，當再次按下循環啟動按鍵後又能往下繼續運行程（chéng）序。

故障分析（xī）及解決方案：該機床（chuáng）采用無機械手自動換刀係統，鬥笠式刀庫，刀庫的前進 / 後退以及機（jī）床（chuáng）主（zhǔ）軸（zhóu）鬆 / 緊刀均（jun1）采用氣壓驅動。每次隻在執行帶有換刀（dāo）指令的程序時（shí）才出現上（shàng）述故障，於是，需要先捋清整體換刀流程（見圖 1）及相關信號檢測值是否正確，檢查後未發現異常。又根據故障現象“再次按下（xià）循環啟動按鍵後（hòu）又能往下繼續運（yùn）行程序”，說明有一種可能是換刀過程中某個步驟異常，在換刀完成後又恢複了正常，但間接（jiē）影響（xiǎng）了下麵 G 代碼的執行（可能是影響了順利（lì）執行G 代碼的某一前提條件）。

依據這一思路（lù），仔細觀察後發現，當換刀進行到“主軸吹氣”這一步驟時（持續 2 秒（miǎo）），相應的氣管（guǎn）有漏氣現象，當主（zhǔ）軸夾緊（jǐn）刀（dāo）具後此氣路控製閥已自動關閉恢複正常（cháng），且換刀流程正確，故障迷惑性較大。但是（shì），氣管漏（lòu）氣（整個機床氣動係統的（de）一支路）過程中可能造成了氣動係統壓力瞬間低於（yú）壓力傳（chuán）感器的設（shè）定值（很快又得到了恢複），在壓力（lì）傳感器檢測異常的瞬間導致了循環停止，當再次按（àn）下（xià）循環啟動時，因為壓力值已經恢複正常，所以（yǐ）又能往下執行程（chéng）序。更換新的氣管並測試，故障（zhàng）徹底排除，驗證了上（shàng）述分析過程的正確性（xìng）。

圖 1 換刀流程

小結：該故障的特殊之處在（zài）於故（gù）障現象是程（chéng）序執行問題，實質上是換（huàn）刀過程中“遺留”的故障間接影響了G 代碼的（de）執行，隻有熟悉（xī）整個換刀步驟以及每一步信號檢測過程，才能準確進行故障（zhàng）定位（wèi）。

2、結（jié）語

綜上（shàng），排除（chú）數控機（jī）床特殊故障（zhàng）的一般思路如下，首先，認真觀察故障現象，不放過任何細節（包括詢問機床操作（zuò）人（rén）員），可能某個細節就是解決問題的關鍵。其（qí）次，使用常規故（gù）障診斷方法依次（cì）排除常見的故障原因，逐步（bù）把診斷範圍縮小。最後，既要深刻理解（jiě）電氣控製“原理”，又要發散思（sī）維方（fāng）式，參考“經（jīng）驗”但（dàn）不能隻（zhī）靠“經驗”，分析可能引發故障的間接可能和不（bú）常見的某些原因，逐步揭開故障的“神秘麵紗”，消除各種故障的隱蔽性，從而順利排除（chú）故障。

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