數(shù)控銑床 FANUC 系統(tǒng)故障分析與排除
2021-11-10 來源： 廣西理工職業(yè)技術(shù)學(xué)校 作者：零梅勇
摘要：數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的參數(shù)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，工作功能必須通過參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和實(shí)現(xiàn)，制作精度必須通過參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和保證。CNC 機(jī)床在使用過程中產(chǎn)生參數(shù)故障，如果CNC 機(jī)床參數(shù)丟失或混淆，CNC 機(jī)床系統(tǒng)將無法運(yùn)行。如果在運(yùn)行 CNC 機(jī)床系統(tǒng)時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤，了解參數(shù)失敗的原因并了解如何使用參數(shù)還原，將進(jìn)一步有助于 CNC 機(jī)床系統(tǒng)的運(yùn)行和使用。
關(guān)鍵詞： CNC 銑床；FANUC 系統(tǒng)故障；排除
CNC 銑床的工作方式是以數(shù)字代碼表示加工過程中所需的各種操作、步驟和操作的形式尺寸，然后通過控制介質(zhì)向數(shù)控設(shè)備發(fā)送數(shù)值信息，通過數(shù)控設(shè)備處理和計(jì)算輸入的信息，發(fā)送各種控制信號(hào)，或控制機(jī)床的伺服系統(tǒng)或其他驅(qū)動(dòng)元件，使機(jī)器自動(dòng)加工所需工件。數(shù)控銑床系統(tǒng)運(yùn)行期間，其故障原因多種多樣。下面我將結(jié)合機(jī)床操作特性、故障原因等探討解決問題的方法和策略。
一、CNC 機(jī)床的特點(diǎn)
（一）高靈活性
CNC 機(jī)床的零件加工關(guān)鍵在于，與普通機(jī)床不同，工作人員不需要經(jīng)常調(diào)整機(jī)床，以提高制造、各種工具、更換夾具、零件生產(chǎn)的準(zhǔn)確度。CNC 機(jī)床具有的這些優(yōu)點(diǎn)更適合零件頻繁變更的情況，例如單一零件、小批量生產(chǎn)和新產(chǎn)品開發(fā)。因此，可以有效地縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低工藝設(shè)備成本。
（二）高加工精度
CNC 機(jī)床的加工精度通常可達(dá)到 0.005~0.1mm，CNC 機(jī)床以數(shù)字信號(hào)形式控制，每當(dāng)數(shù)控裝置輸出脈沖信號(hào)時(shí)，機(jī)器移動(dòng)部件移動(dòng)脈沖當(dāng)量值，機(jī)器進(jìn)給鏈的逆間隙和螺桿螺距平均誤差也可由數(shù)控裝置有效補(bǔ)償。因此，數(shù)控機(jī)床的位置精度實(shí)際上比較高。
（三）加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠
加工相同的放置零件，在相同的加工條件下使用相同的刀具和加工過程，刀具的走刀軌跡相同，因此零件的一致性更好，質(zhì)量更穩(wěn)定、更可靠。
（四）高生產(chǎn)率
CNC 機(jī)床可以有效減少零件的加工時(shí)間和輔助時(shí)間，CNC 機(jī)床的主軸速度和進(jìn)給范圍比較大，可以在加工刀具上實(shí)現(xiàn)大量強(qiáng)力切削。目前，數(shù)控機(jī)床進(jìn)入高速加工時(shí)代，通過快速移動(dòng)和定位數(shù)控機(jī)床移動(dòng)部件和高速切削縮短半成品的工藝所需時(shí)間，生產(chǎn)效率也有了很大提高。
（五）改善工作條件
CNC 機(jī)床加工前仔細(xì)調(diào)整，輸入并啟動(dòng)程序后，機(jī)床可自動(dòng)連續(xù)加工，直到加工處理結(jié)束。工作人員只需輸入程序、編輯零件、處理、刀具準(zhǔn)備、觀察加工狀態(tài)、檢查零件等工作。對(duì)機(jī)床操作員來說，他們的工作強(qiáng)度大幅度減少，但工作流程大幅度增加。
二、CNC 銑床 FANUC 系統(tǒng)參數(shù)故障原因
（一）CNC 系統(tǒng)備用電池故障
備用電池故障將導(dǎo)致系統(tǒng)參數(shù)丟失，必須確保機(jī)器運(yùn)行時(shí) CRT 顯示電池電壓低的警告標(biāo)記。如果發(fā)現(xiàn)報(bào)警音，則必須在一周內(nèi)更換符合系統(tǒng)生產(chǎn)要求的電池。更換電池的程序必須嚴(yán)格按照系統(tǒng)生產(chǎn)工廠的要求實(shí)施，如果長時(shí)間不使用，備份電池會(huì)更容易發(fā)生故障，為了維護(hù)順利，必須定期給機(jī)床供電，并在一定時(shí)間內(nèi)騰出貨架。這樣不僅有助于延長備用電池壽命，還能及時(shí)確認(rèn)備用電池是否過期，而且對(duì)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)、機(jī)器系統(tǒng)和整個(gè)系統(tǒng)壽命的延長有很大的好處。
（二）操作員故障
誤操作是第一次接觸數(shù)控機(jī)床的操作員經(jīng)常遇到的問題。在系統(tǒng)應(yīng)用過程中，錯(cuò)誤操作可能會(huì)刪除整個(gè)參數(shù)，有時(shí)會(huì)更改各個(gè)參數(shù)。要防止這種情況，必須加強(qiáng)崗位轉(zhuǎn)移、崗位內(nèi)培訓(xùn)，制定可能的操作程序，嚴(yán)格按照要求執(zhí)行。
（三）如果機(jī)床在 DNC 狀態(tài)下加工工件并發(fā)生斷電，則可能丟失參數(shù)
如果機(jī)床在 DNC 狀態(tài)下加工工件，則很可能發(fā)生參數(shù)系統(tǒng)錯(cuò)誤。同時(shí)，如果機(jī)床運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)傳輸過程中突然停電，可能會(huì)丟失參數(shù)。
三、如何恢復(fù)系統(tǒng)參數(shù)
與上述三個(gè)參數(shù)故障原因一起，可以采取措施有效消除這些參數(shù)故障，但無法有效消除某些錯(cuò)誤。恢復(fù)系統(tǒng)參數(shù)錯(cuò)誤時(shí)，由 CNC 機(jī)器組成的 CNC 系統(tǒng)有很大的不同，因此參數(shù)恢復(fù)方法可能因系統(tǒng)而略有不同，同一制造商的產(chǎn)品在不同系列中也有明顯的差異。因此，文章以 FANUC0 系統(tǒng)為例，分析了參數(shù) 恢復(fù)方法 。FANUC0 系統(tǒng)參數(shù)主要有兩個(gè)主要組件：參數(shù)列下的數(shù)控參數(shù)和診斷主題下的 PMC 參數(shù)，如果參數(shù)失敗，可以在以下三個(gè)方面恢復(fù)。
1.對(duì)照隨機(jī)數(shù)據(jù)參數(shù)的硬拷貝逐一檢查機(jī)器的參數(shù)。如果發(fā)現(xiàn)不匹配的參數(shù)，請(qǐng)復(fù)制此參數(shù)以恢復(fù)機(jī)床參數(shù)。此恢復(fù)方法不需要外部設(shè)備，但驗(yàn)證和恢復(fù) 1 萬多個(gè)參數(shù)需要很長時(shí)間，效率低下，容易出錯(cuò)。
2.利用風(fēng)扇 uc 公司專用的輸入和輸出設(shè)備，例如讀取器、風(fēng)扇 uc 磁帶和風(fēng)扇 uc PPR（包括沖孔、打印機(jī)和讀取器的集成輸入和輸出設(shè)備）。
FANUC 外部輸入和輸出設(shè)備由于單一功能和低利用率，隨著計(jì)算機(jī)的普及，在購買 CNC 機(jī)床時(shí)選擇 FANUC輸入和輸出設(shè)備的制造商和用戶越來越少。
3.利用計(jì)算機(jī)和 CNC 機(jī)床的 DNC 功能通過 DNC 軟件輸入?yún)?shù)。這種方法比較有效，操作簡(jiǎn)單，輸入不準(zhǔn)確，因此很受用戶歡迎。此方法可完全恢復(fù)一個(gè) CNC 機(jī)床參數(shù)，恢復(fù)時(shí)間相對(duì)較短，從準(zhǔn)備工作到結(jié)束工作的時(shí)間通常為 10 分鐘，比其他恢復(fù)方法更理想。
四、系統(tǒng)參數(shù)故障修復(fù)實(shí)例
（一）CNC 系統(tǒng)無法控制和參數(shù)調(diào)節(jié)
此類型的故障可以在系統(tǒng)通電后切換到就緒狀態(tài)，在不發(fā)出任何警告的情況下正常顯示屏幕的情況下，各種操作開關(guān)、按鈕等工作，但是這種功能都不正常。例如，可以快速移動(dòng)，但快速移動(dòng)的開關(guān)不起作用，或者循環(huán)啟動(dòng)按鈕起作用，但進(jìn)給率等不正常的情況下，通常稱為失控現(xiàn)象。
解決此問題的最常見方法是清潔整個(gè)系統(tǒng)，然后輸入正常參數(shù)，系統(tǒng)將進(jìn)入正常狀態(tài)。
失敗原因：某些參數(shù)是相互關(guān)聯(lián)的，如果出現(xiàn)不匹配的設(shè)置或設(shè)置錯(cuò)誤，則可能會(huì)發(fā)生這些錯(cuò)誤。為了更好地分析相關(guān)失敗的原因，以下筆者將控制系統(tǒng)分析為 FANUCOM CNC 銑床的兩個(gè)典型失敗實(shí)例。
示例 1：加工刀具只能以負(fù)坐標(biāo)移動(dòng)
返回零操作期間，如果在正向移動(dòng)一小段距離，則會(huì)生成正常超程警告。在曲面上，當(dāng)通電時(shí)，機(jī)器所在的位置看起來原始為零，正向移動(dòng)時(shí)，軟件過度行進(jìn)保護(hù)，因此只能在負(fù)方向移動(dòng)。如果此運(yùn)動(dòng)繼續(xù)進(jìn)行，銑削刀頭可能會(huì)越來越接近工作臺(tái)，最終機(jī)器將不再可用。此故障排除方法是在機(jī)床通電時(shí)先修改參數(shù)。對(duì)于 FANUC0M 系統(tǒng)，只需更改其參數(shù)設(shè)置，然后正確執(zhí)行還原到 0 操作，然后在還原到 0 操作結(jié)束時(shí)將上述參數(shù)更改為原始設(shè)置。對(duì)于其他數(shù)控系統(tǒng)，只需找到相應(yīng)的參數(shù)，并使用上述方法進(jìn)行修改。
示例 2：機(jī)床未完成返回參照點(diǎn)
機(jī)床供電后執(zhí)行返回參照點(diǎn)操作時(shí)，系統(tǒng)實(shí)際上處于更危險(xiǎn)的狀態(tài)，因?yàn)檫^度行進(jìn)保護(hù)開關(guān)發(fā)生沖突，機(jī)床無法完成返回參照點(diǎn)操作。在這種情況下，其他操作故障排除方法如下：對(duì)于 FANUCOM 系統(tǒng)，故障排除方法是檢查參數(shù) 000 條目的第 7 位，然后將此參數(shù)正確設(shè)置為 1，如果為 0，則更改為 1。以上故障是由特定干擾引起的。干涉經(jīng)常導(dǎo)致參數(shù)變更，尤其是對(duì)于狀態(tài)式參數(shù)。
（二）手脈沖發(fā)生器損壞和參數(shù)調(diào)整
手脈沖發(fā)生器的電路板、插件板、接口故障等可能導(dǎo)致手脈沖發(fā)生器不能正常工作，在這種情況下，不能微調(diào)工具，不能使用刀。此時(shí)，必須更換或修復(fù)脈沖發(fā)生器才能解決相關(guān)問題，但這需要一些時(shí)間。為了使刀具正常工作，F(xiàn)ANUCOM 數(shù)控系統(tǒng)將參數(shù) 001 項(xiàng)目的第六位置設(shè)置為 0，使用移動(dòng)按鈕實(shí)現(xiàn)單脈沖操作，即可完成刀具的微調(diào)，將參數(shù)設(shè)置為 1，直到第一脈沖發(fā)生器修好，對(duì)于其他模型的數(shù)控系統(tǒng)，可以查找其參數(shù)，并通過上述方法進(jìn)行修改。
（三）伺服軸位置誤差
位置精度是數(shù)控機(jī)床位置精度的重要指標(biāo)。在精密加工操作中，位置精度不夠精確，機(jī)床的位置誤差更大，會(huì)對(duì)加工精度產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，在系統(tǒng)應(yīng)用過程中，可能需要做好減少位置誤差的工作。對(duì)于閉環(huán)控制系統(tǒng)，定位誤差主要由位置檢測(cè)元件的精度引起，該誤差可以通過數(shù)控系統(tǒng)的補(bǔ)償功能有效減小。
對(duì)于故障排除方法：可以計(jì)算和設(shè)置與 CNC 系統(tǒng)的補(bǔ)償功能相關(guān)的機(jī)床數(shù)據(jù)，以補(bǔ)償機(jī)床中所有伺服軸位置錯(cuò)誤，將錯(cuò)誤限制在機(jī)床允許的范圍內(nèi)，從而確保機(jī)床的平穩(wěn)運(yùn)行。
除了上述故障排除方法外，在 CNC 銑床 FANUC系統(tǒng)運(yùn)行期間，筆者認(rèn)為，所有操作員在確保對(duì)系統(tǒng)故障原理、類型等有充分理解的同時(shí)，一般在使用設(shè)備的時(shí)候，要加強(qiáng)監(jiān)控管理和檢查，發(fā)生故障的情況下要更好地維護(hù)系統(tǒng)，進(jìn)行故障排除，首先要停用系統(tǒng)。
簡(jiǎn)單地說，CNC 機(jī)床系統(tǒng)故障主要是參數(shù)故障，參數(shù)對(duì) CNC 機(jī)床的正常使用和性能保證起著非常重要的作用。相關(guān)數(shù)據(jù)丟失會(huì)對(duì)機(jī)器的正常生產(chǎn)工作產(chǎn)生很壞的影響，因此，如果發(fā)現(xiàn)參數(shù)故障，必須第一時(shí)間修改，以便更好地恢復(fù)機(jī)器生產(chǎn)，提高生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益，并順利進(jìn)行相關(guān)工作。
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