数控机床无报警故障的检修

数控机床的控制系统中都有故障自诊断功能，一般在发生故障时都有报警信息出现，按说明书中的故障处理方法检查，大多数故障都能找到解决方法。但也有些故障既无报警，现象也不是很明显，而且缺乏有关维修所需的资料。出现故障后如果稍不注意，会造成工件批量报废。由于故障发生时无任何硬件或软件的报警显示，分析诊断难度较大。例如：机床通电后，在手动或自动方式运行X轴时出现爬行现象，无任何报警显示；机床在自动方式运行时突然停止，而CRT显示器上无任何报警显示；在运行机床某轴时发生异常声响，一般也无故障报警显示等。

　　对于无报警显示故障，需根据故障发生的前后变化状态进行分析判断。例如：X轴在运行时出现爬行现象，可首先判断是数控部分故障还是伺服部分故障。具体做法是：在手摇脉冲进给方式中，可均匀地旋转手摇脉冲发生器，同时分别观察比较CRT显示器上Y、Z与X三轴进给数字的变化速率。通常，如数控部分正常，三个轴的变化速率应基本相同，从而可确定爬行故障是X轴的伺服部分还是机械传动所造成。以下是在维修中遇到的一些无报警故障的检修方法。

　　例1.某配套SIEMENS 810MGA3的卧式加工中心，开机发现X、Y、Z三轴按下手动方向键后，可以缓慢地向指定的方向运动，但运动速度、坐标位置均不正确，系统无报警。

　　此类故障通常是机床的位置检测系统不良引起的。在本机床上，通过系统跟随误差页面检查，发现在机床运动过程中，位置跟随误差也在随之变化，但变化速度非常缓慢，与各轴的实际运动距离不符。根据经验，从软件方面进行检查。

　　首先检查系统的位置控制系统的参数设定，在SIEMENS810/820MGA3系统中，与位置控制系统有关的主要参数有：

　　MD5002bit2、1、0：位置控制系统的控制分辨率。

　　MD5002bit7、6、5：位置控制系统的输入分辨率。

　　MD3640、3641、3642:X、Y、Z轴的电动机每转反馈脉冲数（4倍频后的值）。

　　MD3680、3681、3682: X、Y、Z轴的电动机每转指令脉冲数（以位置控制系统的分辨率为单位）。

　　本机床上，X、Y、Z轴伺服电动机内装2500脉冲的编码器，位置控制系统的控制分辨率为0.5 μm，位置控制系统的指令分辨率为1μm，X、Y、Z轴的丝杠螺距为10mm，丝杠与电动机为直接连接。因此，正确的参数设定应为：

　　MD5002bit2、1、0=100；

　　MD5002bit7、6、5=010；

　　MD3640、3641、3642=10000；

　　MD3680、3681、682=200000

　　检查系统参数设定，发现系统中MD3680、3681、3682设定为1，与实际机床不符；更改参数后，机床恢复正常。

　　例2.某采用SIEMENS 810M的龙门加工中心，配套611A主轴驱动器，在执行主轴定位指令时，发现主轴存在明显的位置超调，定位位置正确，系统无报警。

　　由于系统无报警，主轴定位动作正确，可以确认故障是由于主轴驱动器或系统调整不良引起的。

　　解决超调的方法有多种，如：减小加减速时间、提高速度环比例增益、降低速度环积分时间等等。检查本机床主轴驱动器参数，发现驱动器的加减速时间设定为2s，此值明显过大；更改参数，设定加减速时间为0.5s后，位置超调消除。

　　例3.一台中捷THY5640立式加工中心，工作中发现主轴转速＜500r/min时主轴及变速箱等处有异响，观察电动机的功率表发现电动机的输出功率不稳定。但主轴转速＞1201r/min时异常声音又消失。开机后，在无旋转指令情况下，电动机的功率表会自行摆动，同时电动机漂移自行转动，正常运转后制动时间过长，机床无报警。

　　根据经验，引起该故障的原因可能有主轴控制器失控，机械变速器或电动机的原因。由于拆卸机械部分检查的工作量较大，因此先对电气部分的主轴控制器进行检查，控制器为西门子6SC-6502。首先检查控制器中预设的参数，再检查控制板，都无异常，经查看电路板较脏，按要求对电路板进行清洗，但装上后开机故障照旧。因此可排除控制器故障。为确定故障在电动机还是在机械传动部分，必须将电动机和机械脱离，脱离后开机试车发现给电动机转速指令接近450r/min时开始出现不间断的异常声音，但给1201r/min指令时异常声音又消失。经分析后认为，低速给定的450r/min指令和高速4500r/min的指令时，电动机均在最高转速，只是低速时通过齿轮进行了减速，所以故障在电动机部分基本上可以确定。经分析，异常声音可能是轴承不良引起。将电动机拆卸进行检查，发现轴承确已坏，在高速时轴承被卡造成负载增大使功率表摆动不定，出现偏转。在无旋转指令后电动机漂移和正常运转后制动过慢，经查是编码器的光盘划破，更换轴承和编码器后所有故障全部排除。

该故障主要是主轴旋转时有异常声音，因此在排除时应查清声源，再进行检查。有异常声音常见为机械上相擦，卡阻和轴承损坏。

　　例4.某采用FANUC 0T数控系统的数控车床，开机后，只要Z轴一移动，就出现剧烈振荡，CNC无报警，机床无法正常工作。

　　经查，发现该机床的Z轴在＜2.5mm移动时，工作正常，运动平稳无振动；而一旦超过以上范围，机床即发生剧烈振动。经分析，系统的位置控制部分以及伺服驱动器本身应无故障，初步判定故障在位置检测器件，即脉冲编码器上。

　　因机床为半闭环结构，维修时更换电动机进行了确认，判定故障原因是由于脉冲编码器的不良引起的。

　　为了深入了解引起故障的根本原因，作了以下分析与试验：(1)在伺服驱动器主回路断电的情况下，手动转动电动机轴，检查系统显示，发现无论电动机正转、反转，系统显示器上都能够正确显示实际位置值，表明位置编码器的A、B、*A、*B信号输出正确。

　　(2)由于机床Z轴丝杠螺距为5mm，只要Z轴移动约2mm即发生振动，因此，故障原因可能与电动机转子的实际位置有关，即脉冲编码器的转子位置检测信号C1、C2、C4、C8存在不良。

　　根据以上分析，考虑到Z轴可以正常移动约2.5mm，相当于电动机实际转动180°，因此，进一步判定故障的部位是转子位置检测信号中的C8存在不良。

　　取下脉冲编码器后，根据编码器的连接要求，在引脚N/T、J/K上加入DC 5V后（如下表所示），旋转编码器轴，利用万用表测量Cl、C2、C4、C8，发现C8的状态无变化，确认了编码器的转子位置检测信号C8存在故障。

编码起引脚连接表

　　进一步检查发现，编码器内部的C8输出驱动集成电路已经损坏。更换集成电路后，重新安装编码器，并调整转子角度后，机床恢复正常。

　　在不同数控设备中，无报警故障的表现不一。如数控车床在直径方向出现时大时小的现象较多。在加工中心上垂直轴出现误差的情况较多，常见的是尺寸向下逐渐增大，但也有尺寸向上增大的现象，在水平轴上也经常会有一些较小误差的故障出现，有些经常变化，时好时坏使零件的尺寸难以控制。此外，以下情况均会造成数控系统无报警故障。

　　(1)数控系统较简单，对误差没有设置检测，或者已设置检测系统，但机床中出现的误差情况不在设计的预测范围内，出现误差时检测不到。如果使用的是半闭环系统，就不能检测到机床的实际位置。

　　(2)机床的电气系统中回零方式设置不当，回零点不能保证一致，该种情况下出现的误差一般较小。除了因减速开关不良造成故障外，回零时的减速距离太短也会使零点偏离。在有些系统中的监控页面中有“删格量”一项，记录并经常核对可及时发现问题。

　　(3)丝杠与电动机联轴器结构不同，出现故障后现象也不同，有的尺寸只向负方向增加，而有的正负方向变化都可能发生，根据经验，联轴器为弹性联接的基本上是负向增加，而键联接的则两种故障均发生。

　　例5．某配套FANUC 11系统的BX-110P加工中心，JOG方式时，机械手在取送刀具时，不能缩爪，但却不报警；将方式选择到ATC状态，手动操作都正常。

　　经查看梯型图，限位开关LS916没有压合。调整限位开关位置后，机床恢复正常。但过一段时间后，再次出现此故障，检查LS916并没松动，但却没有压合，由此怀疑机械手的液压缸拉杆没伸到位。经查发现液压缸拉杆顶端锁紧螺母的紧定螺钉松动，使液压缸伸缩的行程发生了变化。调整了锁紧螺母并拧紧紧定螺钉后，故障排除。