數(shù)控機(jī)床特殊故障的診斷分析與處理
2021-6-8 來(lái)源： 首都航天機(jī)械有限公司 作者：關(guān)進(jìn)良，楊春月，張振剛，李術(shù)平，劉松
摘要：針對(duì)數(shù)控機(jī)床某些“特殊故障”，結(jié)合工作中的維修實(shí)例從原理上分析引發(fā)特殊故障的主要原因，總結(jié)排查各類(lèi)特殊故障的一般思路，并給出相應(yīng)的解決方案。
關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；特殊故障；維修實(shí)例；PMC
數(shù)控機(jī)床是典型的機(jī)電一體化設(shè)備，涉及機(jī)械、電氣、液壓、計(jì)算機(jī)以及自動(dòng)控制等多種專(zhuān)業(yè)，且控制過(guò)程復(fù)雜，這在一定程度上給數(shù)控機(jī)床的故障診斷增加了難度。在種類(lèi)繁多的故障中，有一類(lèi)故障不能按照常規(guī)思路進(jìn)行故障診斷，其故障現(xiàn)象往往具有“迷惑性”，故障原因有時(shí)帶有一定的“隱蔽性”，本文稱(chēng)為特殊故障。
1、具體故障診斷維修實(shí)例
1.1 某數(shù)控立式車(chē)床“標(biāo)頭 SKP”閃爍不停止故障
故障現(xiàn)象：數(shù)控立式車(chē)床采用 FANUC 0T 數(shù)控系統(tǒng)，當(dāng)選擇編輯 EDIT/ 自動(dòng) AUTO 方式時(shí)，機(jī)床顯示器出現(xiàn)“標(biāo)頭 SKP”閃爍不停，無(wú)法正常運(yùn)行，只有按下 RESET 鍵后才能切換到其他方式（如 MDI 方式），且其它方式無(wú)此故障現(xiàn)象。
故障分析及解決方案：機(jī)床出現(xiàn)“標(biāo)頭 SKP”閃爍，一般情況下，是由于正在通過(guò) RS232 通訊接口進(jìn)行加工程序的傳輸，當(dāng)程序傳輸結(jié)束后，機(jī)床即可恢復(fù)正常。但此機(jī)床的加工程序已經(jīng)傳輸完成，根本不處于程序傳輸狀態(tài)，又檢查數(shù)控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)和通訊有關(guān)的參數(shù)（如波特率、數(shù)據(jù)位、停止位等）均正常。排除常見(jiàn)故障原因外，再將機(jī)床調(diào)為 MDI 方式，檢查是否能正常手動(dòng)輸入程序，發(fā)現(xiàn)當(dāng)輸入 G 代碼（如 G01）還未按下“input”按鍵時(shí)，G 代碼已經(jīng)被輸入到系統(tǒng)中，故障原因可能和“input”按鍵有關(guān)，隨之拆下該數(shù)控機(jī)床特殊故障的診斷分析與處理按鍵發(fā)現(xiàn)里面有水珠，同時(shí)，并測(cè)量其電阻值約 95Ω（按鍵處于常開(kāi)狀態(tài)），接近于“短路”狀態(tài)，正常電阻值應(yīng)趨向于無(wú)窮大，接近于“斷路”狀態(tài)，將按鍵清理干燥后重新安裝測(cè)試，未出現(xiàn)“標(biāo)頭 SKP”閃爍，故障排除。為了理清引發(fā)故障的根本原因，選擇EDIT/ AUTO 方式，按一下“input”按鍵故障復(fù)現(xiàn)（這一現(xiàn)象操作和維護(hù)人員均很少注意），進(jìn)一步驗(yàn)證了該故障是由于按鍵異常造成的。
小結(jié)：該故障的特殊之處在于看似屬于通訊故障，實(shí)則是硬件故障（按鍵內(nèi)部進(jìn)水短路），此類(lèi)故障比較少見(jiàn)，且迷惑性很大，面對(duì)此類(lèi)故障，先要清楚造成故障的過(guò)程和原理，再設(shè)法從和故障相關(guān)的其他方面著手，進(jìn)而找到故障診斷突破口，如此例中，在 MDI 狀態(tài)驗(yàn)證能否正常輸入 G 代碼，從而查出“input”按鍵故障。
1.2 某數(shù)控車(chē)床“方式選擇”故障
故障現(xiàn)象：該數(shù)控車(chē)床采用 FANUC 0iD 數(shù)控系統(tǒng)，開(kāi)機(jī)后方式選擇旋鈕開(kāi)關(guān)失效，無(wú)論選擇何種運(yùn)行方式，數(shù)控系統(tǒng)顯示的都是 MDI 方式，無(wú)法正常進(jìn)行方式選擇，且無(wú)任何報(bào)警。
故障分析及解決方案：對(duì)于方式選擇故障，一般情況下可考慮以下因素：（1）方式選擇開(kāi)關(guān)直接連接的電纜脫落，故障率占 50% 以上；（2）方式選擇開(kāi)關(guān)硬件本身?yè)p壞，依據(jù)故障記錄可知，故障率約占40%；（3）其他方面間接引起的此類(lèi)故障，故障率約占 10%。按照以上分析，首先，拆下機(jī)床操作面板，檢查方式選擇開(kāi)關(guān)連接電纜，均無(wú)脫落，也沒(méi)有虛接。然后又更換新的方式選擇開(kāi)關(guān)，故障仍然復(fù)現(xiàn)。
另外，機(jī)床沒(méi)有任何報(bào)警提示，給維修人員帶來(lái)較大的困難。為了徹底查明故障原因，結(jié)合 FANUC 系統(tǒng) PMC 和方式選擇地址信號(hào)控制原理，系統(tǒng)處于何種運(yùn)行方式主要由地址信號(hào) G43 來(lái)控制，具體控制和對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表 1。
表 1 方式選擇地址信號(hào)
根據(jù)“無(wú)論選擇何種運(yùn)行方式，系統(tǒng)始終顯示MDI 方式”這一故障現(xiàn)象，從表 1 可以看出，地址信號(hào) MD1（G43.0）、MD2（G43.1）、MD4（G43.2）、DNCI（G43.5）、ZRN（G43.7）一直都為 0，那么有一種可能，以上地址信號(hào)沒(méi)有 24V 電源供給，這種可能也同樣可以造成此故障。現(xiàn)將方式選擇開(kāi)關(guān)分別打到不同方式，使用萬(wàn)用表依次測(cè)量開(kāi)關(guān)的接線(xiàn)端子，電壓均為 0V。結(jié)合機(jī)床相關(guān)電氣原理圖，檢查電氣柜發(fā)現(xiàn)，有一給方式選擇開(kāi)關(guān)供電的 24V 電源線(xiàn)虛接，重新緊固后并進(jìn)行方式選擇測(cè)試，機(jī)床恢復(fù)正常，故障徹底排除。
小結(jié)：該故障的特殊之處在于表面看似是方式選擇開(kāi)關(guān)或者地址信號(hào)控制方面的故障，其實(shí)是電源故障。解決該問(wèn)題的關(guān)鍵是選擇的 PMC 地址信號(hào)控制關(guān)系，數(shù)控機(jī)床有時(shí)會(huì)出現(xiàn)故障現(xiàn)象相同，但故障原因不同，這就需要維修人員加強(qiáng)日常學(xué)習(xí)，明白控制原理，不斷提高自身的理論素養(yǎng)，從“原理”上著手解決故障，以不變應(yīng)萬(wàn)變，往往會(huì)起到事半功倍的效果。
1.3 某立式加工中心自動(dòng)執(zhí)行程序故障
故障現(xiàn)象：某加工中心采用三菱數(shù)控系統(tǒng)，在執(zhí)行程序“T** M06；G91 G01 X100 F200；M30”過(guò)程中，當(dāng)執(zhí)行完換刀指令后出現(xiàn)循環(huán)停止（循環(huán)停止按鍵紅燈亮），未繼續(xù)執(zhí)行語(yǔ)句 G91 G01 X100 F200，當(dāng)再次按下循環(huán)啟動(dòng)按鍵后又能往下繼續(xù)運(yùn)行程序。
故障分析及解決方案：該機(jī)床采用無(wú)機(jī)械手自動(dòng)換刀系統(tǒng)，斗笠式刀庫(kù)，刀庫(kù)的前進(jìn) / 后退以及機(jī)床主軸松 / 緊刀均采用氣壓驅(qū)動(dòng)。每次只在執(zhí)行帶有換刀指令的程序時(shí)才出現(xiàn)上述故障，于是，需要先捋清整體換刀流程（見(jiàn)圖 1）及相關(guān)信號(hào)檢測(cè)值是否正確，檢查后未發(fā)現(xiàn)異常。又根據(jù)故障現(xiàn)象“再次按下循環(huán)啟動(dòng)按鍵后又能往下繼續(xù)運(yùn)行程序”，說(shuō)明有一種可能是換刀過(guò)程中某個(gè)步驟異常，在換刀完成后又恢復(fù)了正常，但間接影響了下面 G 代碼的執(zhí)行（可能是影響了順利執(zhí)行G 代碼的某一前提條件）。
依據(jù)這一思路，仔細(xì)觀察后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)換刀進(jìn)行到“主軸吹氣”這一步驟時(shí)（持續(xù) 2 秒），相應(yīng)的氣管有漏氣現(xiàn)象，當(dāng)主軸夾緊刀具后此氣路控制閥已自動(dòng)關(guān)閉恢復(fù)正常，且換刀流程正確，故障迷惑性較大。但是，氣管漏氣（整個(gè)機(jī)床氣動(dòng)系統(tǒng)的一支路）過(guò)程中可能造成了氣動(dòng)系統(tǒng)壓力瞬間低于壓力傳感器的設(shè)定值（很快又得到了恢復(fù)），在壓力傳感器檢測(cè)異常的瞬間導(dǎo)致了循環(huán)停止，當(dāng)再次按下循環(huán)啟動(dòng)時(shí)，因?yàn)閴毫χ狄呀?jīng)恢復(fù)正常，所以又能往下執(zhí)行程序。更換新的氣管并測(cè)試，故障徹底排除，驗(yàn)證了上述分析過(guò)程的正確性。
圖 1 換刀流程
小結(jié)：該故障的特殊之處在于故障現(xiàn)象是程序執(zhí)行問(wèn)題，實(shí)質(zhì)上是換刀過(guò)程中“遺留”的故障間接影響了G 代碼的執(zhí)行，只有熟悉整個(gè)換刀步驟以及每一步信號(hào)檢測(cè)過(guò)程，才能準(zhǔn)確進(jìn)行故障定位。
2、結(jié)語(yǔ)
綜上，排除數(shù)控機(jī)床特殊故障的一般思路如下，首先，認(rèn)真觀察故障現(xiàn)象，不放過(guò)任何細(xì)節(jié)（包括詢(xún)問(wèn)機(jī)床操作人員），可能某個(gè)細(xì)節(jié)就是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。其次，使用常規(guī)故障診斷方法依次排除常見(jiàn)的故障原因，逐步把診斷范圍縮小。最后，既要深刻理解電氣控制“原理”，又要發(fā)散思維方式，參考“經(jīng)驗(yàn)”但不能只靠“經(jīng)驗(yàn)”，分析可能引發(fā)故障的間接可能和不常見(jiàn)的某些原因，逐步揭開(kāi)故障的“神秘面紗”，消除各種故障的隱蔽性，從而順利排除故障。
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