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数控机床无报警故障的检修
作者: 来源:本站原创 文章点击数:

   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。
 



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