張景松

當(dāng)今控制理論與自動(dòng)化技術(shù)的高速發(fā)展，尤其是微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的日新月異，使得數(shù)控技術(shù)也在同步飛速發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式上的PC基、開放化和性能上的多樣化、復(fù)雜化、高智能化不僅給其應(yīng)用從觀念到實(shí)踐?帶來了巨大變化，也在其維修理論、技術(shù)和手段上帶來了很大變化。下面就GCL-15型數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)的幾個(gè)具體故障實(shí)例進(jìn)行探討。

1、 故障現(xiàn)象

GCL-15型數(shù)控車床，采用FANUC OT數(shù)控系統(tǒng)。X 、Z分別采用 FANUC5、10型AC伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，主軸采用 FANUC 8S AC主軸驅(qū)動(dòng)。車床帶液壓夾具、液壓支架和15把刀的自動(dòng)換刀裝置，全封閉防護(hù)，自動(dòng)排屑。車床本身價(jià)格高、精度好。

該車床發(fā)生的故障現(xiàn)象為：車床開機(jī)時(shí)全部動(dòng)作正常，伺服進(jìn)給系統(tǒng)高速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、低速無爬行 ， 加工的零件 精度全部達(dá)到要求。當(dāng)車床正常工作 5-7h 后 ，Z 軸出現(xiàn)劇烈振蕩 ，CNC 報(bào)警 ， 車床無法正常工作。這時(shí)，即使關(guān)機(jī)再啟動(dòng) ，只要手動(dòng)或自動(dòng)移動(dòng)Z軸，在所有速度范圍內(nèi)，都發(fā)生劇烈振蕩。但是，如果關(guān)機(jī)時(shí)間足夠長(zhǎng)，車床又可以正常工作5-7h，并再次出現(xiàn)以上故障，如此周期性重復(fù)。

2、故障分析

根據(jù)以上故障現(xiàn)象，分析其原因不外乎與Z軸有關(guān)的機(jī)械、電氣兩個(gè)方面。在機(jī)械方面，可能是由于貼塑導(dǎo)軌的熱變形、脫膠，滾珠絲杠、絲杠軸承的局部損壞或調(diào)整不當(dāng)?shù)仍蛞鸬姆蔷鶆蛐载?fù)載變化，導(dǎo)致進(jìn)給系統(tǒng)的不穩(wěn)定。在電氣方面，可能是由于某個(gè)元件的參數(shù)變化，引起系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性改變，導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定等。

鑒于本車床采用的是半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，為了分清原因，維修的第一步是松開 Z 軸伺服電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠之間的機(jī)械聯(lián)接。在Z軸無負(fù)載的情況下，運(yùn)行加工程序，以區(qū)分機(jī)械、電氣故障。經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：故障仍然存在，但發(fā)生故障的時(shí)間有所延長(zhǎng)。因此，可以確認(rèn)故障為電氣原因，并且和負(fù)載大小或溫升有關(guān)。

由于數(shù)控車床伺服進(jìn)給系統(tǒng)包含了CNC 、伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電動(dòng)機(jī)三大部分， 為了進(jìn)一步分清原因， 維修的第二步是將CNC的X軸和Z鈾的速度給定和位置反饋互換 (CNC的M6與M8，M7與M9互換)，即：利用CNC的X軸指令控制車床的Z軸伺服和電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng) ，CNC的Z軸指令控制車床的X軸伺服和電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)，以判別故障發(fā) 生在CNC或伺服。經(jīng)更換發(fā)現(xiàn)，此時(shí)CNC 的Z軸(帶X軸伺服及電動(dòng)機(jī))運(yùn)動(dòng)正常，但X軸(帶Z軸伺服及電動(dòng)機(jī))運(yùn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)振蕩。據(jù)此，可以確認(rèn)：控制Z軸的CNC正常，故障在Z軸伺服驅(qū)動(dòng)或伺服電動(dòng)機(jī)上。

考慮到該車床X 、Z軸采用的是同系列的AC伺服驅(qū)動(dòng)，其伺服PCB板型號(hào)和規(guī)格相同，為了進(jìn)一步縮小檢查范圍，維修的第三步是在恢復(fù)第二步CNC 和 X 、Z伺服間的正常連接后，將 X 、Z 的PCB板經(jīng)過調(diào)整設(shè)定后互換。經(jīng)互換發(fā)現(xiàn) ， 這時(shí) X 軸工作仍然正常 ，Z 軸故障依舊?？梢?，Z 軸的 PCB 板正常。

根據(jù)以上試驗(yàn)和檢查，可以確認(rèn)故障是由于Z軸伺服主回路或伺服電動(dòng)機(jī)的不良而引起的。經(jīng)以上維修，車床恢復(fù)了正常。

3、實(shí)例分析

數(shù)控車床的 “軟故障”是維修過程中最難解決的問題之一。在條件許可時(shí) ， 使用“互換法 ”可以較快地判別故障所在，而根據(jù)原理進(jìn)行分析，是解決問題的根本辦法。維修人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，仔細(xì)分析故障現(xiàn)象，才能判定 故障原因，并加以解決。

（1）故障現(xiàn)象一是CRT 顯示 414# 報(bào)警。報(bào)警信息為：

SERVO ALARM:X －－－AXIS

DETECTION SYSTEM ERROR

同時(shí) ，伺服驅(qū)動(dòng)單元的LED報(bào)警顯示碼為點(diǎn)亮。故障分析與處理通過查看系統(tǒng)維修說明書可知：414# 報(bào)警為“X 軸的伺服系統(tǒng)異常，當(dāng)錯(cuò)誤的信息輸出至 DGN0720 時(shí)，伺服系統(tǒng)報(bào)警”。根據(jù)報(bào)警顯示內(nèi)容，用車床自我診斷功能檢查車床參數(shù) DGN072 上的信息，發(fā)現(xiàn)第 4 位為 “1”，而正常情況下該位應(yīng)為“0”?，F(xiàn)該位由“0” 變?yōu)?“1”則為異常電流報(bào)警，同時(shí)伺服驅(qū)動(dòng)單元LED 報(bào)警顯示碼為點(diǎn)亮 ，也表示該伺服軸過電流報(bào)警。檢查伺服驅(qū)動(dòng)器模塊 ，用萬用表測(cè)得電源輸入端阻抗只有6Ω，低于正常值，因而可判斷該軸伺服驅(qū)動(dòng)單元模塊損壞。更換后正常。

（2）故障現(xiàn)象二轉(zhuǎn)塔刀架在換刀過程時(shí)出現(xiàn) 2011# 、2014# 報(bào)警：

故障分析與處理查看電氣使用說明書可知2011# 報(bào)警表示轉(zhuǎn)塔有故障，2014# 報(bào)警指轉(zhuǎn)塔未卡緊?？赡苁怯捎诰ㄎ粫r(shí)接近開關(guān)未發(fā)出信號(hào)，電磁鐵不能鎖緊。利用 FANUC 系統(tǒng)具有的PLC 梯形圖動(dòng)態(tài)顯示功能，發(fā)現(xiàn)精定位接近開關(guān) X0021.2 未亮 ( 沒有接通) 。拆下此開關(guān)并檢查，通斷正常。估計(jì)是接近開關(guān)與感應(yīng)塊的距離不當(dāng)造成的。調(diào)整兩者的距離使它們保持適當(dāng)?shù)木嚯x0.8mm，再查看X0021.2信號(hào)通斷正常，轉(zhuǎn)塔刀架能正常使用。

（3）故障現(xiàn)象：主軸不能定向，負(fù)載表指針達(dá)紅區(qū)，08＃報(bào)警。

故障檢查及分析：查車床維修手冊(cè)，08＃報(bào)警為主軸定位故障。根據(jù)維修手冊(cè)的要求，我們打開車床電源柜，在交流主軸控制器線路板上，找到了7個(gè)發(fā)光二極管（6綠1紅）。這7個(gè)指示燈（從左到右）分別表示；①定向指令；②低速檔；③磁道峰值檢測(cè)；④減速指令；③精定位；③定位完成；以上為綠色）；⑦試驗(yàn)方式。

觀察這7個(gè)指示的情況如下：l＃燈亮，3＃、5＃燈閃爍。這表明定位指令已經(jīng)發(fā)出；磁道峰值已檢測(cè)到；定位信號(hào)也檢測(cè)到；但是系統(tǒng)不能完成定位，主軸仍在低速運(yùn)行，故3＃、5＃燈不斷閃爍。調(diào)節(jié)主軸控制器上的電位器RV5、RV6、RV7，仍不能定位。

從以上情況分析，懷疑是主軸箱上的放大器有問題。打開主軸防護(hù)罩檢查放大器時(shí)，發(fā)現(xiàn)主軸上的刀具夾緊油缸軟管盤繞成絞形，纏繞在主軸上，分析這個(gè)不正常的現(xiàn)象，我們判斷就是該軟管盤繞致使主軸定位偏移而不能準(zhǔn)確定位，造成08＃報(bào)警。

解決方法：將該軟管卸下捏直后裝好，又將主軸控制器中的調(diào)節(jié)器RVII（定位點(diǎn)偏移）進(jìn)行了重新調(diào)節(jié)。故障排除，報(bào)警消失，車床恢復(fù)正常運(yùn)行。

4、結(jié)語

數(shù)控車床自身所具有的明顯優(yōu)勢(shì)（高速化，大功率，高效率，長(zhǎng)壽命等）使得它在工業(yè)中的應(yīng)用前景極為樂觀，隨著數(shù)控技術(shù)進(jìn)一步的開發(fā)和利用，我們深信，它必將在機(jī)械工程領(lǐng)域發(fā)揮巨大的作用。這就要求我們必須具備熟練的操作技巧和快速理解加工程序的能力，能對(duì)機(jī)床加工中出現(xiàn)的各種情況進(jìn)行綜合判斷，分析影響加工質(zhì)量的因素并提出處理的對(duì)策。通過努力，盡快跟上世界先進(jìn)水平，這是擺在工業(yè)戰(zhàn)線廣大職工面前艱巨而光榮的任務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳國(guó)經(jīng)等.《數(shù)控機(jī)床床故障診斷與維修》[M].電子工業(yè)出版社.2005版

[2] 夏風(fēng)芳.《數(shù)控機(jī)床》[M].高等教育出版社.2005年1月第一版

（作者單位：大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院）