数控机床控制故障排除方法及应用

　　数控机床是一种高效的自动化机床，具有高性价比。由于它价格昂贵，结构复杂，所涉及到的知识面很广，一旦出现故障维修困难，常带来较大的经济损失。本文根据生产中经常遇到实际问题介绍几种常用控制故障维修方法及应用实例，希望能对数控机床操作者有所启发。

    一、故障排除的方法及应用

    1.直接法

    维修人员通过故障发生时的各种光、声、味等异常现象的观察，认真察看系统的各个部分将故障范围缩小到一个模块或一块印刷线路板。通过目测故障线路板，仔细检查有无熔断丝熔断、元器件烧坏、开裂现象，从而判定有无过流、过压或短路。用手触摸元器件有无松动，以检查一些虚焊、断裂问题。

    应用案例: 配置有发那科系统FANUC 0i Mate C的数控车床加工过程中，突然出现主轴停机。首先检查主电源插座是否断电，如果完好检查保险。打开电器柜检查发现电机主电路保险管烧坏，更换新保险。分析原因，由于主轴电机功率较小，加工时切削用量较大，电机过载不能正常工作导致。更换新保险故障消除，机床恢复正常。

    2.交换法

    交换法就是在分析出故障大致起因的情况下，利用备用的印刷线路板、模板、集成电路芯片或元件替换有疑点的部分，从而把故障范围缩小到印刷线路板或芯片一级。

    应用案例: 一台工业型数控铣床，配置华中世纪星系统H N C-21M系统，故障现象为Y轴在加工过程中突然不动且无报警，此后不论在手动还是自动、MDI方式下Y轴均无动作，但X轴和Z轴正常。先确定机械部分无故障后把故障定位在电气部分，数控装置、伺服驱动器以及伺服电机之间的连接原理图如图1所示。

    分析与Y 轴控制有关数控装置、伺服驱动器和伺服电机三者中任何一个出现故障均会出现此故障。由于X轴与Y轴的伺服驱动器一样，因此采用交换法，将Y轴伺服驱动器与确认无故障的X轴伺服驱动器互换，发现Y轴故障消失，X轴不动。此时可断定原Y轴驱动器损坏。更换新的驱动器故障消除，机床恢复正常。

    3.原理分析法

    根据CNC组成原理，从逻辑上分析各点的逻辑电平和特征参数，从系统各部件的工作原理着手进行分析和判断，确定故障部位的维修方法。这种方法的运用，要求维修人员对整个系统或每个部件的工作原理都有清楚的、较深入的了解，才可能对故障部位进行定位。

    应用案例1 ： 西门子系统SINUMERIK 810D数控装置，在加工螺纹时出现乱牙现象。根据数控系统位置控制的基本原理，可以确定故障出在旋转编码器上，而且很有可能是反馈信号丢失，这样，一旦数控装置给出进给量的指令位置，反馈的实际位置始终不正确，位置误差始终不能消除，导致螺纹插补出现问题，拆下脉冲编码器进行检查，发现编码器里灯丝已断，导致无反馈输入信号。更换编码器后，故障排除。

    应用案例2：配置有华中世纪星系统HNC - 21M的数控铣床一直处于急停状态，不能复位。整个电气回路的接线图如图2所示，从图上可以清晰地看出可能引起急停回路不闭合的原因有：(1)急停回路断路；(2)限位开关损坏；(3)急停按钮损坏。

    如果机床一直处于急停状态，首先检查急停回路中KA继电器是否吸合，继电器如果吸合而系统仍然处于急停状态，可以判断出故障不是出自电气回路方面。这时可以从别的原因查找，如果继电器没有吸合，可以判断出故障是因为急停回路断路引起，这时可以利用万用表对整个急停回路逐步进行检查，检查急停按钮的常闭触点，并确认急停按钮或者行程开关是否损坏。

    急停按钮是急停回路中的一部分，急停按钮的损坏，可以造成整个急停回路的断路，检查超程限位开关的常闭触点，若未装手持单元或手持单元上无急停按钮，XS8接口中的4、17脚应短接。逐步测量，最终确认故障在Z轴行程开关不能复位所致。

    4.参数检查法

    数控系统发现故障时应及时核对系统参数，系统参数的变化会直接影响到机床的性能，甚至使机床不能正常工作，出现故障，参数通常存放在磁泡存储器或由电池保持的CMOSRAM中，一旦外界干扰或电池电压不足，会使系统参数丢失或发生变化而引起混乱现象，通过核对，修正参数，就能排除故障。

    应用案例: 华中世纪星系统HNC-21数控装置，在加工直径时尺寸不对，导致加工失败。查找原因，首先看程序中尺寸是否正确，如果没有错误，检验初始参数设定。修改参数前，必须理解参数的功能和熟悉原始设定值，不正确的参数设置与修改，可能造成严重的后果。首先按F10切换参数选项，按F3切换到参数索引，再按F3输入口令。口令正确后便可以按F1选择轴参数，选择轴0确定后，检查外部脉冲当量分子和外部脉冲分母的数值。通过查找机床参数，机床为10000线编码器的伺服电机，丝杠为6mm，齿轮减速比为2:3，那么电机每转一圈，机床运动6mm。6×2/3=4mm，根据公式外部脉冲当量分子(μm)/外部脉冲当量分母=电机每转一圈机床移动距离/10000，即4000个内部脉冲当量，4000/10000=2/5，轴0的外部脉冲当量分子该为2，分母该为5。参数修改后必须重新启动数控装置，新参数才能生效。

    5.利用机床参数维修数控机床

    无论哪个公司的CNC系统都有大量的参数，这些参数设置正确与否直接影响到数控机床的正常使用和性能的发挥。然而在机床使用一段时间后，有些参数需要适当的调整或重新设置，否则会影响机床的使用性能。

    应用案例:一台工业型数控车床，配备了华中世纪星系统H N C－21T数控装置，在加工零件时Z轴方向尺寸不对。在排除了程序错误后，断定此故障是由于机床定位精度有问题，接着检查反向间隙正常后，确定丝杠有螺距误差。由于螺距误差可用参数补偿，因此采用修改机床参数的方法来修复。修复过程如下：

    (1)在测量前开机进入系统，依次按“F3参数”键、再按“F3输入权限”键进入下一子菜单，按F1数控厂家参数，输入数控厂家权限口令，初始口令为“HIG”，回车再按“F1参数索引”键，再按“F 4轴补偿参数”键如图3所示，移动光标选择“轴2”回车，即进入系统Z轴补偿参数界面，将系统的反向间隙、螺距补偿参数全部设置为零。按“Esc”键，界面出现对话框“是否保存修改参数？”，按“Y”键后保存修改后
的参数。按“F10”键回到主界面，再按“Alt+X”退出系统，再重新进入系统。

    (2)已知Z轴的行程为500mm，补偿间隔为50mm，移动轴内部当量为1μm，参考点位置为0，利用步距规及百分表或激光干涉仪测量各补偿点的数据（测量时先回参考点），其中工作台向负向移动时各测量点数据如下：

    - 5 0 0 . 1 4 ， - 4 5 0 . 1 1 ， -4 0 0 . 1，- 3 5 0 . 0 8，- 3 0 0 . 0 5，-250.06，-200.04，-150.02，-100.01，-50.005，0

    工作台向正向移动时各测量点数据如下：

    - 5 0 0 . 2 0 ， - 4 5 0 . 1 8 ， -400.15，-350.12，-300.10，-250.10，-200.07，-150.06，-100.04，-50.05，0.03

    (3)根据公式：“螺距误差补偿值＝机床指令位置－机床实际位置”，计算螺距误差补偿值。工作台向负向移动是各测量点（各测量点的位置由负到正排列）的螺距误差补偿值为（单位：μm）：

    140，110，100，80，50，60，40，20，10，5，0

    工作台向正向移动时各测量点（各测量点的位置由负到正排列）的螺距误差补偿值为（单位：μm）：

    200，180，150，120，100，100，70，60，40，50，-30

    (4)将补偿参数填入系统。进行双向螺距误差补偿时，反向间隙为0，螺补类型为2，补偿点数为11，参考点偏差为10，补偿间隔为50000，偏差值的填写应先输入正向数据，后输负向数据，偏差值０为200，偏差值１为180，⋯⋯偏差值21为0。

    (5)退出系统重新进入，试车工件，故障现象消失。

    二、结束语

    数控维修还有许多检测方法和维修手段，在数控机床中，大部分的故障都有资料可查，但也有一些故障，提供的报警信息较含糊，甚至根本无报警或者无规律，我们应该根据实际情况现场分析，检查时特别需要机械、电气、液压等方面的综合知识，把问题判断准确，用最有效、最省事的方法把故障排除。

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