數控機床的故障分析案例分享

三菱/發格/西門子等數控機床的故障分析  案例分析經驗介紹

目前，數控機床的應用越來越廣泛，其加工柔性好，精度高，生產效率高，具有很多的優點。但由于技術越來越*、復雜，對維修人員的素質要求很高，要求他們具有較深的專業知識和豐富的維修經驗，在數控機床出現故障才能及時排除。上海仰光電子科技有限公司擁有專業的數控設備，數控系統有多種類型，多年來這些設備出現一些故障，通過對這些故障的分析和處理，我們取得了一定的經驗。下面結合一些典型的實例，對數控機床的故障進行系統分析，供大家參考。

 數控機床的故障分析案例分享：

    一、NC系統故障

    1．硬件故障

    有時由于NC系統出現硬件的損壞，使機床停機。對于這類故障的診斷，首先必須了解該數控系統的工作原理及各線路板的功能，然后根據故障現象進行分析，在有條件的情況下利用交換法準確定位故障點。

    例一、一臺采用德國西門子SINUMERIK SYSTEM 3的數控機床，其PLC采用S5─130W／B，一次發生故障，通過NC系統PC功能輸入的R參數，在加工中不起作用，不能更改加工程序中R參數的數值。通過對NC系統工作原理及故障現象的分析，我們認為PLC的主板有問題，與另一臺機床的主板對換后，進一步確定為PLC主板的問題。經專業廠家維修，故障被排除。

    例二、另一臺機床也是采用SINUMERIK SYSTEM 3數控系統，其加工程序程序號輸入不進去，自動加工無法進行。經確認為NC系統存儲器板出現問題，維修后，故障消除。

    例三、一臺采用德國HEIDENHAIN公司TNC 155的數控銑床，一次發生故障，工作時系統經常死機，停電時經常丟失機床參數和程序。經檢查發現NC系統主板彎曲變形，經校直固定后，系統恢復正常，再也沒有出現類似故障。

    2．軟故障

    數控機床有些故障是由于NC系統機床參數引起的，有時因設置不當，有時因意外使參數發生變化或混亂，這類故障只要調整好參數，就會自然消失。還有些故障由于偶然原因使NC系統處于死循環狀態，這類故障有時必須采取強行啟動的方法恢復系統的使用。

    例一、一臺采用日本發那科公司FANUC-OT系統的數控車床，每次開機都發生死機現象，任何正常操作都不起作用。后采取強制復位的方法，將系統內存全部清除后，系統恢復正常，重新輸入機床參數后，機床正常使用。這個故障就是由于機床參數混亂造成的。

    例二、一臺數控銑床，NC系統采用西門子的SINUMERIK SYSTEM 3，在批量加工中NC系統顯示2號報警“LIMIT SWITCH”，這種故障是因為Y軸行程超出軟件設定的極限值，檢查程序數值并無變化，經仔細觀察故障現象，當出現故障時，CRT上顯示的Y軸坐標確定達到軟件極限，仔細研究發現是補償值輸入變大引起的，適當調整軟件限位設置后，故障被排除。這個故障就是軟件限位設置不當造成的。

    例三、一臺采用西門子SINUMERIK 810的數控機床，一次出現問題，每次開機系統都進入AUTOMATIC狀態，不能進行任何操作，系統出現死機狀態。經強制啟動后，系統恢復正常工作。這個故障就是因操作人員操作失誤或其它原因使NC系統處于死循環狀態。

    3．因其它原因引起的NC系統故障有時因供電電源出現問題或緩沖電池失效也會引起系統故障。

    例一、一臺采用德國西門子SINUMERIK SYSTEM 3的數控機床，一次出現故障，NC系統加上電后，CRT不顯示，檢查發現NC系統上“COUPLING MODULE”板上左邊的發光二極管閃亮，指示故障。對PLC進行熱啟動后，系統正常工作。但過幾天后，這個故障又出現了，經對發光二極管閃動頻率的分析，確定為電池故障，更換電池后，故障消除。

    例二、一臺采用西門子SINUMERIK 810的數控機床，有時在自動加工過程中，系統突然掉電，測量其24V直流供電電源，發現只有22V左右，電網電壓向下波動時，引起這個電壓降低，導致NC系統采取保護措施，自動斷電。經確認為整流變壓器匝間短路，造成容量不夠。更換新的整流變壓器后，故障排除。

    例三、另一臺也是采用西門子SINUMIK 810的數控機床，出現這樣的故障，當系統加上電源后，系統開始自檢，當自檢完畢進入基本畫面時，系統掉電。經分析和檢查，發現X軸抱閘線圈對地短路。系統自檢后，伺服條件準備好，抱閘通電釋放。抱閘線圈采用24V電源供電，由于線圈對地短路，致使24V電壓瞬間下降，NC系統采取保護措施自動斷電。

    二、伺服系統的故障

    由于數控系統的控制核心是對機床的進給部分進行數字控制，而進給是由伺服單元控制伺服電機，帶動滾珠絲杠來實現的，由旋轉編碼器做位置反饋元件，形成半閉環的位置控制系統。所以伺服系統在數控機床上起的作用相當重要。伺服系統的故障一般都是由伺服控制單元、伺服電機、測速電機、編碼器等出現問題引起的。下面介紹幾例：

    例一、伺服電機損壞

    一臺采用SINUMERIK 810／T的數控車床，一次刀塔出現故障，轉動不到位，刀塔轉動時，出現6016號報警“SLIDE POWER PACK NO OPERATION”，根據工作原理和故障現象進行分析，刀塔轉動是由伺服電機驅動的，電機一啟動，伺服單元就產生過載報警，切斷伺服電源，并反饋給NC系統，顯示6016報警。檢查機械部分，更換伺服單元都沒有解決問題。更換伺服電機后，故障被排除。

    例二、一臺采用直流伺服系統的美國數控磨床，E軸運動時產生“E AXIS EXECESSFOLLOWING ERROR”報警，觀察故障發生過程，在啟動E軸時，E軸開始運動，CRT上顯示的E軸數值變化，當數值變到14時，突然跳變到471，為此我們認為反饋部分存在問題，更換位置反饋板，故障消除。

例三、另一臺數控磨床，E軸修整器失控，E軸能回參考點，但自動修整或半自動時，運動速度極快，直到撞到極限開關。觀察發生故障的過程，發現撞極限開關時，其顯示的坐標值遠小于實際值，肯定是位置反饋的問題。但更換反饋板和編碼器都未能解決問題。后仔細研究發現，E軸修整器是由Z軸帶動運動的，一般回參考點時，E軸都在Z軸的一側，而修整時，E軸修整器被Z軸帶到中間。為此我們做了這樣的試驗，將E軸修整器移到Z軸中間，然后回參考點，這時回參點也出現失控現象；為此我們斷定可能由于E軸修整器經常往復運動，導致E軸反饋電纜折斷，而接觸不良。校線證實了我們的判斷，找到斷點，焊接并采取防折措施，使機床恢復工作。

    三、外部故障

    由于現代的數控系統可靠性越來越高，故障率越來越低，很少發生故障。大部分故障都是非系統故障，是由外部原因引起的。

    1. 現代的數控設備都是機電一體化的產品，結構比較復雜，保護措施完善，自動化程度非常高。有些故障并不是硬件損壞引起的，而是由于操作、調整、處理不當引起的。這類故障在設備使用初期發生的頻率較高，這時操作人員和維護人員對設備都不特別熟悉。

    例一、一臺數控銑床，在剛投入使用的時候，旋轉工作臺經常出現不旋轉的問題，經過對機床工作原理和加工過程進行分析，發現這個問題與分度裝置有關，只有分度裝置在起始位置時，工作臺才能旋轉。

    例二、另一臺數控銑床發生打刀事故，按急停按鈕后，換上新刀，但工作臺不旋轉，通過PLC梯圖分析，發現其換刀過程不正確，計算機認為換刀過程沒有結束，不能進行其它操作，按正確程序重新換刀后，機床恢復正常。

    例三、有幾臺數控機床，在剛投入使用的時候，有時出現意外情況，操作人員按急停按鈕后，將系統斷電重新啟動，這時機床不回參考點，必須經過一番調整，有時得手工將軸盤到非干涉區。后來吸取教訓，按急停按鈕后，將操作方式變為手動，松開急停按鈕，把機床恢復到正常位置，這時再操作或斷電，就不會出現問題。

    2．由外部硬件損壞引起的故障

    這類故障是數控機床常見故障，一般都是由于檢測開關、液壓系統、氣動系統、電氣執行元件、機械裝置等出現問題引起的。有些故障可產生報警，通過報答信息，可查找故障原因。

    例一、一臺數控磨床，數控系統采用西門子SINUMERIK SYSTEM 3，出現故障報警F31“SPINDLE COOLANT CIRCUIT”，指示主軸冷卻系統有問題，而檢查冷卻系統并無問題，查閱PLC梯圖，這個故障是由流量檢測開關B9.6檢測出來的，檢查這個開關，發現開關已損壞，更換新的開關，故障消失。

    例二、一臺采用西門子SINUMERIK 810的數控淬火機床，一次出現6014“FAULT LEVEL HARDENING LIQUID”機床不能工作。報警信息指示，淬火液面不夠，檢查液面已遠遠超出低水平，檢測液位開關，發現是液位開關出現問題，更換新的開關，故障消除。

有些故障雖有報警信息，但并不能反映故障的根本原因。這時要根據報警信息、故障現象來分析。

    例三、一臺數控磨床，E軸在回參考點時，E軸旋轉但沒有找到參考點，而一直運動，直到壓到極限開關，NC系統顯示報警“E AXIS AT MAX.TRAVEL”。根據故障現象分析，可能是零點開關有問題，經確認為無觸點零點開關損壞，更換新的開關，故障消除。

    例四、一臺的數控銑床，在零件批量加工過程中發生故障，每次都發生在零件已加工完畢，Z軸后移還沒到位，這時出現故障，加工程序中斷，主軸停轉，并顯示F97號報警“SPINDLE SPEED NOT OK STATION 2”，指示主軸有問題，檢查主軸系統并無問題，其它問題也可導致主軸停轉，于是我們用機外編程器監視PLC梯圖的運行狀態，發現刀具液壓卡緊壓力檢測開關F21．1，在出現故障時，瞬間斷開，它的斷開表示銑刀卡緊力不夠，為安全起見，PLC使主軸停轉。經檢查發現液壓壓力不穩，調整液壓系統，使之穩定，故障被排除。

還有些故障不產生故障報警，只是動作不能完成，這時就要根據維修經驗，機床的工作原理，PLC的運行狀態來判斷故障。

    例五、一臺數控機床一次出現故障，負載門關不上，自動加工不能進行，而且*顯示。這個負載門是由氣缸來完成開關的，關閉負載門是PLC輸出Q2.0控制電磁閥Y2.0來實現的。用NC系統的PC功能檢查PLC Q2.0的狀態，其狀態為1，但電磁閥卻沒有得電。原來PLC輸出Q2.0通過中間繼電器控制電磁閥Y2.0，中間繼電器損壞引起這個故障，更換新的繼電器，故障被排除。

例六、一臺數控機床，工作臺不旋轉，NC系統沒有顯示故障報警。根據工作臺的動作原理，工作臺旋轉首步應將工作臺氣動浮起，利用機外編程器，跟蹤PLC梯圖的動態變化，發現PLC這個 信號并未發出，根據這個線索繼續查看，后發現反映二、三工位分度頭起始位置檢測開關I9.7、I10.6動作不同步，導致了工作臺不旋轉。進一步確認為三工位分度頭產生機械錯位，調整機械裝置，使其與二工位同步，這樣使故障消除。

    發現問題是解決問題的首步，而且是重要的一步。特別是對數控機床的外部故障，有時診斷過程比較復雜，一旦發現問題所在，解決起來比較輕松。對外部故障的診斷，我們總結出兩點經驗，首先應熟練掌握機床的工作原理和動作順序。其次要熟練運用廠方提供的PLC梯圖，利用NC系統的狀態顯示功能或用機外編程器監測PLC的運行狀態，根據梯圖的鏈鎖關系，確定故障點，只要做到以上兩點，一般數控機床的外部故障，都會被及時排除。

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