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數控機床特殊故障的診斷分析（xī）與處理（lǐ）

2021-6-8 來源：首都航天（tiān）機械有限公司作（zuò）者：關（guān）進良，楊春月，張振剛，李（lǐ）術平，劉鬆（sōng）

摘要：針對數（shù）控機床某些“特殊故障”，結合工（gōng）作中的維修實例從原理上分析引發特殊故障的主要原因（yīn），總結排查各（gè）類特殊故障的一般思（sī）路，並給出相應的解決方案。

關鍵詞：數控機床；特（tè）殊（shū）故障；維修實（shí）例；PMC

數控機床是典型的機電一體化設備，涉及機械（xiè）、電氣、液（yè）壓、計算機以及自動控製（zhì）等多種專業，且控製過程複雜，這在一定程度上給數控機床的故障診斷（duàn）增加了難度。在（zài）種類繁多的故障中，有一類故障不能按照常規思（sī）路（lù）進（jìn）行故障診斷，其故（gù）障現象往往具有“迷（mí）惑（huò）性（xìng）”，故障原因（yīn）有時帶（dài）有一定的（de）“隱蔽性”，本文（wén）稱為特殊故障。

1、具體故障診（zhěn）斷維修實例

1.1 某數控立式（shì）車床“標頭 SKP”閃爍不停止（zhǐ）故障

故障現象：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（tóu） SKP”閃爍不停，無法正常運行，隻有按下 RESET 鍵後才能切（qiē）換到其他方式（如（rú） MDI 方式（shì）），且其它方式無此故障現象。

故障分析及解決方案：機床出現“標頭 SKP”閃（shǎn）爍，一般情況下，是由（yóu）於（yú）正（zhèng）在通過 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（huī）複（fù）正常。但此機床的加工程序（xù）已經傳輸完成，根本不處於程序傳輸狀（zhuàng）態，又（yòu）檢查數控係統（tǒng）、計（jì）算機（jī）和通訊有關的參數（如波特率、數據位、停止（zhǐ）位等）均正常。排除常見故障（zhàng）原因外，再將機床調為 MDI 方式，檢查是否能正常手動輸入程序，發現當輸入 G 代碼（如 G01）還未按下“input”按鍵時，G 代碼已經被（bèi）輸入到係統中，故障原因可能和“input”按鍵有關，隨（suí）之拆下該數控（kòng）機床（chuáng）特殊故障的診斷分析與處理按鍵發現裏麵有水珠，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（zhuàng）態（tài），正常電阻值（zhí）應趨向於無窮大，接近於“斷路”狀態，將按鍵清理幹燥後重新安裝測（cè）試，未出現“標頭 SKP”閃（shǎn）爍，故障排除。為了理清引發故障的根本原因，選（xuǎn）擇EDIT/ AUTO 方式，按一下“input”按（àn）鍵故障複現（這（zhè）一現象操作和維（wéi）護人員均很少注意），進一步驗證了該故障是由於按鍵異（yì）常造成的。

小結：該（gāi）故障的特殊之處在於（yú）看似屬於通訊故障，實則是硬件故障（按鍵內部進水短路），此類故障（zhàng）比較少（shǎo）見，且迷惑性很大，麵對此類（lèi）故障，先要清楚造成故障的過程和原理，再（zài）設法從和故（gù）障相關的其他方麵著手，進而（ér）找到故障診斷突（tū）破口，如此例中，在 MDI 狀態驗證能否正常輸（shū）入 G 代碼，從而（ér）查出“input”按鍵（jiàn）故障（zhàng）。

1.2 某數（shù）控車（chē）床“方（fāng）式（shì）選擇”故（gù）障

故（gù）障現象：該數控車床采用 FANUC 0iD 數控係統，開機後方（fāng）式選（xuǎn）擇旋鈕開關失效，無論選擇（zé）何種運行方式，數控係統顯（xiǎn）示的都是 MDI 方式，無法正常進行方式選擇（zé），且無任何報警。

故障分析及解決方案：對於方（fāng）式選擇故障，一般情況下可考慮以下因素：（1）方（fāng）式選擇開關直接（jiē）連接的電纜脫落，故障率占 50% 以上；（2）方式（shì）選擇開關（guān）硬件本身損壞，依據故障（zhàng）記（jì）錄可知，故（gù）障率約占40%；（3）其他（tā）方麵間接引起的此類（lèi）故障，故障率約占 10%。按照以上分析，首先，拆（chāi）下機床操作麵板，檢查方式選擇開關（guān）連接電纜，均無脫落，也沒（méi）有虛接。然後（hòu）又（yòu）更換新的方（fāng）式選擇開關，故障仍然複（fù）現。

另外（wài），機床沒有任何報（bào）警（jǐng）提示，給維修人員帶來較大的困（kùn）難。為了徹底查明故障原因，結合 FANUC 係統 PMC 和方式選擇地址信號控製原理，係統（tǒng）處於何種（zhǒng）運行方式主要由地（dì）址信號 G43 來控製，具體控製和對應關係見表 1。

表 1 方式選擇地址（zhǐ）信號

根據“無論（lùn）選擇何種運行方式，係統（tǒng）始終顯示MDI 方式”這（zhè）一故障現象，從（cóng）表 1 可以看出（chū），地址信號 MD1（G43.0）、MD2（G43.1）、MD4（G43.2）、DNCI（G43.5）、ZRN（G43.7）一直都為 0，那麽有一（yī）種可能，以上（shàng）地址信（xìn）號沒有 24V 電源供給，這種可能也同樣可以造成此故障。現將方式選擇開（kāi）關分別打到（dào）不同方式，使用萬用表依次測量開關的接線端（duān）子，電壓均為 0V。結（jié）合機床相關電氣原理圖，檢查電氣櫃發現，有一給方式選擇開關供電的（de） 24V 電源線虛接，重新緊（jǐn）固後並進行方式選擇測試，機（jī）床恢複（fù）正常，故障（zhàng）徹底排（pái）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（dì）址信號控製方麵的故障，其實是電源（yuán）故障。解決該問題的關鍵是選擇的 PMC 地址信號控製關係，數控機床有時會出現故障現象相同，但故障原因不同，這就需要維修人員加強日常學習，明白控製原理，不斷（duàn）提高自身的理論素養（yǎng），從“原理”上著手解決故障，以不變（biàn）應萬變（biàn），往往會起到事半功倍的效果。

1.3 某立（lì）式加工中心自（zì）動執行程序故障

故障現象：某加工中心采用三菱數控係統，在執行程序“T** M06；G91 G01 X100 F200；M30”過（guò）程中，當執行完換刀指令後出現循環（huán）停止（循環停止按鍵紅燈亮），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（wǎng）下繼續運行程（chéng）序。

故障分析及解決方案：該機床采用無機械手自動（dòng）換（huàn）刀係（xì）統，鬥笠式刀庫，刀庫的（de）前進（jìn） / 後退以及機床主軸鬆 / 緊刀均（jun1）采（cǎi）用氣（qì）壓驅動。每次隻在（zài）執行帶有換刀指令的程序時才出現上述故障（zhàng），於是，需要先捋清整（zhěng）體換刀流程（見圖 1）及相關（guān）信號（hào）檢測值是（shì）否正確，檢查後（hòu）未發現異常。又根據故（gù）障現象“再次按下循環啟（qǐ）動按鍵後又能往下繼續運行程序（xù）”，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，但間接影響了下麵（miàn） G 代碼的執行（可能是影響（xiǎng）了順利執行（háng）G 代碼的某一前提條（tiáo）件）。

依據這一思路，仔細觀察後（hòu）發現，當換（huàn）刀進行到“主軸（zhóu）吹氣”這一步驟時（持續 2 秒），相應的氣管有漏氣現象，當主軸夾緊刀具後此氣路控製閥已自動關閉恢複正常，且換刀（dāo）流程正確，故障（zhàng）迷惑性較大。但是，氣管漏氣（整個機床氣動係統的一支路）過程中可能造成（chéng）了氣（qì）動係統壓力瞬間低於壓力（lì）傳感器的設定值（很快又得到了恢複），在壓（yā）力傳（chuán）感器檢（jiǎn）測異常的瞬間導致了循環停止，當再次按下循環啟動時，因為壓力值已經（jīng）恢複正常，所以又（yòu）能往下執行（háng）程序（xù）。更換新的氣（qì）管並測試，故障徹底排除，驗證（zhèng）了上述分析過程的正確性。

圖 1 換刀流程

小結：該故障的特殊之處在於故（gù）障現象是程序執行問（wèn）題，實質上是換刀過程中“遺留”的故障（zhàng）間接影響了G 代碼的執行，隻有熟（shú）悉整個換刀步驟以及每一（yī）步信號檢測過程，才能準確進行故障定位（wèi）。

2、結語

綜上，排除數控機床特殊故障的一般思路如下（xià），首先，認真觀察故（gù）障現象，不放過任何細（xì）節（包括詢（xún）問機床操作人員），可能某個細節就是解決問（wèn）題的關鍵。其次，使用常規故障診斷方法依次（cì）排除常見的故障原因，逐步把診斷範圍縮小（xiǎo）。最後，既要深刻理（lǐ）解電氣控製“原（yuán）理”，又要發散思維方式，參（cān）考“經驗”但不能隻靠“經驗”，分（fèn）析可能引發故障（zhàng）的間（jiān）接可能和不常見的（de）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，從而順利排除故障。

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