劉勝勇

（中國重汽集團濟南橋箱有限公司，山東濟南250022）

4步到位法快除機床偶發(fā)性故障

劉勝勇

（中國重汽集團濟南橋箱有限公司，山東濟南250022）

針對4例機床偶發(fā)性故障，運用4步到位法迅速排查出故障原因并制定整改措施，進而提高維修效率，縮短機床停機時間。

4步到位法；機床故障；偶發(fā)性故障

0 前言

伴隨我國各產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化進程的穩(wěn)步推進，包括立/臥式車床、車削中心、內(nèi)/外圓磨床、立/臥式加工中心、花鍵銑床、直齒/螺旋齒滾齒機、研齒機、磨齒機等數(shù)控裝備在內(nèi)的現(xiàn)代機床正被大量應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、醫(yī)療和服務(wù)等領(lǐng)域的產(chǎn)品加工鏈中[1]。這些機床常在參數(shù)設(shè)定、元器件品質(zhì)、操作失誤、維護不當(dāng)及工作環(huán)境等因素的影響下，常會出現(xiàn)偶發(fā)性故障，造成控制動作失靈、數(shù)據(jù)通信中斷、機械部件碰撞、液壓或氣體壓力擾動、系統(tǒng)無法加載等。由于此類故障發(fā)生的時間不確定，發(fā)生的過程瞬間即失，事后檢查時機床又正常運轉(zhuǎn)，故維修人員無法對其進行有效的診斷分析。為此，基于現(xiàn)代機床的模塊化維修思想[2]，并在總結(jié)多年現(xiàn)場維修經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，向讀者介紹一種快速處理偶發(fā)性故障的維修方法——4步到位法，以求簡化故障分析過程、提高維修效率及縮短設(shè)備停機時間[3]。

1 偶發(fā)性故障與4步到位法

1.1 偶發(fā)性故障

偶發(fā)性故障是按故障發(fā)生的性質(zhì)進行分類并區(qū)別于確定性故障的一種具有隨機性和可恢復(fù)性特點的機床故障。它在同一工作條件下，隨機床運轉(zhuǎn)會偶然出現(xiàn)1～2次，待斷電重啟后機床運轉(zhuǎn)又正常，但運行中可能又會發(fā)生相同故障。偶發(fā)性故障的可能原因見表1。

1.24 步到位法

4步到位法維修是維修人員在了解機床宏觀組成結(jié)構(gòu)——設(shè)計制造過程中系列化和標(biāo)準(zhǔn)化的零部件基礎(chǔ)上，遵照“故障記錄到位→診斷分析到位→故障維修到位→維修記錄到位”4個步驟，快速處理機床偶發(fā)性故障的一種具有綜合性特點的維修方法。

（1）故障記錄到位。機床故障時，操作者先停機保護現(xiàn)場（一般不要切斷電源），再詳細(xì)記錄故障細(xì)節(jié)并及時通知維修人員。故障記錄的內(nèi)容主要有：什么時間、什么操作、什么報警、其他情況等。

（2）診斷分析到位。維修人員要立足于以往維修經(jīng)驗的積累，綜合運用現(xiàn)代機床模塊化維修方法——原理分析法、報警信息分析法、數(shù)據(jù)/狀態(tài)檢查法、在線監(jiān)控法、隔離法、強迫閉合法、程序測試法及工作介質(zhì)流向法等，對故障診斷分析以快速判斷故障的可能原因和部位。

（3）故障維修到位。對磨損或損壞的機械零部件測繪、更換并檢測精度，對電氣元件、印刷電路板進行簡單維修或整體更換，對機床參數(shù)或加工程序進行修改等。最后確認(rèn)各環(huán)節(jié)無誤后，機床空運轉(zhuǎn)并試切工件。

（4）維修記錄到位。機床復(fù)轉(zhuǎn)后，維修人員需將維修過程寫入《設(shè)備檔案》存檔，以便日后查閱。

2 偶發(fā)性故障實例分析

2.1 FANUC滾齒機回參考點失效致碰撞的故障分析

2.1.1 故障現(xiàn)象

一臺配置FANUC 0i Mate MD系統(tǒng)并用于圓柱直/斜齒輪、小錐度齒輪、鼓形齒輪和花鍵加工的YKX3132M型數(shù)控滾齒機（以下簡稱32MT），在執(zhí)行有擋塊柵格法返回參考點操作過程中，伺服軸X壓下減速開關(guān)并反向移動時，突發(fā)滾齒刀與工裝碰撞（圖1），造成工裝底座破裂、滾齒刀破碎及X軸蝸輪蝸桿副精度喪失，現(xiàn)場運行各軸未發(fā)現(xiàn)任何異常。遂耗資近10萬元對32MT進行修復(fù)，但運轉(zhuǎn)半年后又發(fā)生了相同的設(shè)備事故。

圖1 32MT數(shù)控滾齒機返回參考點時發(fā)生碰撞

2.1.2 診斷分析

基于X軸有擋塊柵格法返回參考點的機理分析，對32MT發(fā)生碰撞的原因展開排查。X軸返回參考點的CNC參數(shù)設(shè)定見表2。

（1）X軸返回參考點的機理分析（圖2）。①先將工作方式開關(guān)置手動回參考點方式，使G43（0，1，2，7）=（1，0，1，1），LCD的CNC狀態(tài)區(qū)顯示REF。②再點按X軸方向鍵使手動軸方向選擇信號G100.0/+Jx=1后，機床以參數(shù)#1424給定速度沿+x方向快速移動。③在參數(shù)#1006.5設(shè)定參考點返回方向與運動方向相反前提下，裝有減速擋塊的X軸工作臺壓下減速開關(guān)（PMC輸入信號X3.0=1）后，保持快速移動速度壓過減速開關(guān)（X3.0=0）并自動反向。④反向移動的工作臺再次壓下減速開關(guān)（X3.0=1）時，減速至參數(shù)#1425給定的FL速度運動；待其脫開減速開關(guān)（X3.0=0）后，繼續(xù)以FL速度低速運動。⑤系統(tǒng)找到X軸編碼器βiA128上第一個Mark點（柵格點）后，繼續(xù)移動由參數(shù)#1850設(shè)定的柵格偏移量并停止。此停止點就是機床X軸的參考點。

表2 X軸返回參考點的CNC參數(shù)設(shè)定

圖2 滾齒機偶發(fā)碰撞前返回參考點的動作示意

（2）原理分析法推斷32MT偶發(fā)碰撞的可能原因。依據(jù)X軸返回參考點的機理分析，在32MT偶發(fā)碰撞時，X軸工作臺的運動方向已由+x自動變?yōu)?x，減速開關(guān)信號X3.0已按“1→0→1”變化，工作臺也已減速至FL速度移動。若被壓下的減速開關(guān)再次脫開（X3.0=1→0），則X軸尋找第一個Mark點。一旦減速開關(guān)因積屑嚴(yán)重或油泥阻塞等不能脫開（X3.0=1），那么X軸會以FL速度朝工裝側(cè)持續(xù)移動，但不會尋找第一個Mark點。此時，若參數(shù)#1321[X]設(shè)定較大的X軸負(fù)方向軟極限，則X軸會以FL速度繼續(xù)朝工裝側(cè)移動而不呈現(xiàn)OT0501報警；若X軸負(fù)向硬極限SQ5（PMC輸入信號X3.4）的位置設(shè)置不當(dāng)，則不能避免滾齒刀與工裝的碰撞發(fā)生。

2.1.3 解決措施及維修效果

①修改參數(shù)#1006.5=0，設(shè)定X軸手動參考點返回方向與運動方向相同（正方向）。②修改參數(shù)#1321[X]=40 mm，使?jié)L齒刀靠近工裝軸線時負(fù)向軟極限生效。③修改參數(shù)#1850＝3000，使X軸找到第一個Mark點后再移動3000個檢測單位。④更換X軸減速用三聯(lián)開關(guān)和新工裝。如此，X軸以#1424給定速度返回參考點并壓下減速開關(guān)后，減速至FL速度沿+x繼續(xù)移動，待減速開關(guān)脫開，X軸尋找第一個Mark點后，繼續(xù)移動#1850設(shè)定的柵格偏移量并停止（圖3）。

圖3 滾齒機排除故障后返回參考點的動作示意

32MT運行近2年時間，未再發(fā)生“回參考點失效導(dǎo)致碰撞”的故障，產(chǎn)品滾切質(zhì)量穩(wěn)定。

2.2 CNC車床無規(guī)律扎刀致工件報廢的故障分析

2.2.1 故障現(xiàn)象

一臺配置FANUC 0i TB系統(tǒng)并用于RE2B型車軸半精車削的LC34-300CNC臥式車床（以下簡稱34MT），加工過程中頻發(fā)無規(guī)律扎刀故障，多數(shù)位于車軸端面附近（圖4），少數(shù)位于車軸軸頸根部、防塵板座根部或防塵板座上。扎刀車軸絕大多數(shù)不能修復(fù)再用而報廢，1年內(nèi)廢軸數(shù)量達12根，經(jīng)濟損失近7萬元。

2.2.2 診斷分析

基于4步到位法維修要求，先用隔離法依次排除X軸滾珠絲杠副傳動精度異常、聯(lián)軸器松動的故障可能性，再用替代法更換X軸增量式編碼器αiA1000（圖5），但無規(guī)律扎刀故障仍存在。遂更換X軸編碼器線，34MT運行一段時間未出現(xiàn)扎刀故障。由此，判定34MT無規(guī)律扎刀是由數(shù)據(jù)線抗干擾性能下降或中間偶發(fā)斷線致數(shù)據(jù)傳輸異常造成的。

2.2.3 解決措施及維修效果

更換X軸編碼器線消除故障后，基于RE2B型車軸全長多為2181.8 mm且扎刀多數(shù)位于端面附近，對半精車削程序O0212進行了優(yōu)化（圖6），以使扎刀引起廢軸的危害降至最低。優(yōu)化內(nèi)容：車刀沿-z向切削0.4 mm后，退刀并用指令M00等待操作者粗測車軸直徑；若直徑尺寸小于規(guī)定數(shù)值Φ152+0.5 0mm，則將0.4 mm厚的截面車削掉，重銑中心孔后車軸可繼續(xù)使用。

34MT運行數(shù)個月時間，再也沒有發(fā)生“無規(guī)律扎刀致工件報廢”的故障，操作者也熟悉了優(yōu)化的零件程序并做到熟練操作。

2.3 SINUMERIK滾齒機軸移動偶然無效的故障分析

2.3.1 故障現(xiàn)象

一臺配置SINUMERIK 802D solution line系統(tǒng)（簡稱802Dsl）并用于直/斜齒輪、錐度齒輪及鼓形齒輪加工的YKX3132M型4軸數(shù)控滾齒機（以下簡稱324MT），按啟動方式0正常引導(dǎo)啟動后，經(jīng)MCP上[方式選擇]鈕SA5、[軸選擇]鈕SA6和[+點動]鈕SB22使X軸返回參考點操作時，機床立柱/徑向滑座無任何移動跡象，LCD顯示器中x向坐標(biāo)值處于參考點回歸狀態(tài)，屏幕未出現(xiàn)任何報警/提示信息。機床斷電重啟并執(zhí)行X軸返回參考點操作，故障依舊。

2.3.2 診斷分析

基于4步到位法維修要求，采用在線監(jiān)控法和數(shù)據(jù)/狀態(tài)檢查法，對324MT軸移動偶然無效的故障原因展開排查。

①同時按[SHIFT]切換鍵與[SYSTEM/ALARM]鍵，進入SYSTEM操作區(qū)基本畫面。②依次點擊畫面內(nèi)[PLC]鍵、[PLC程序]鍵進入在線PLC程序畫面后，按下垂直軟鍵[程序模塊]，移動光標(biāo)鍵選擇并打開子程序SBR3（AXIS_CON），使PLC程序行定位至Network6（圖7）。③X軸返回參考點時，據(jù)PLC至NCK的接口信號V38001000.7（X軸延遲回參考點）已接通，可知：SA5、SA6的操作信號已輸入S7-200PLC并經(jīng)由V38001000.7送至NCK進行了位置插補運算。④查看電控柜內(nèi)X/Z軸的書本型雙軸電機模塊6SL3120-2TE21-0AA3上LED指示燈的狀態(tài)，READY燈正常點亮呈綠色、DC-LINK燈正常點亮呈黃色。綜上，推斷802Dsl中NCK部分的數(shù)據(jù)發(fā)生紊亂，造成參考點回歸時X軸移動失效。

2.3.3 解決措施及維修效果

在激活存取權(quán)限（保護等級1）前提下，進入SYSTEM操作區(qū)基本畫面內(nèi)的NC啟動選項畫面，通過光標(biāo)鍵選擇“用保存的數(shù)據(jù)引導(dǎo)啟動”并點擊[確認(rèn)]鍵，將機內(nèi)存儲的備份數(shù)據(jù)裝載至SRAM中，以覆蓋掉SRAM區(qū)的紊亂數(shù)據(jù)；系統(tǒng)自動重啟并用[復(fù)位]鍵清除PCU面板屏顯的004062報警后，執(zhí)行X軸返回參考點操作，324MT動作正常。需注意的是，802Dsl調(diào)試完畢或個別數(shù)據(jù)/參數(shù)更改后，務(wù)必執(zhí)行一次“機內(nèi)存儲”操作，方可將SRAM區(qū)的全部內(nèi)容（如機床數(shù)據(jù)、刀具參數(shù)、零點偏移、設(shè)定數(shù)據(jù)、R參數(shù)等）復(fù)制到高速閃存FLASH ROM區(qū)（數(shù)據(jù)備份區(qū)）。

圖4 車軸半精車削扎刀示意

圖5 X軸編碼器αiA1000示意

圖6 優(yōu)化后的半精車削程序

圖7 YKX3132M型數(shù)控滾齒機程序在線查看

2.4 奧林康C50型切齒機系統(tǒng)加載失敗的故障分析

2.4.1 故障現(xiàn)象

一臺配置SINUMERIK 840D power line系統(tǒng)（簡稱840Dpl）并用于螺旋錐齒輪副加工的Oerlikon C50切齒機（以下簡稱C50），運行過程中偶發(fā)系統(tǒng)故障“COP32應(yīng)用程序初始化失敗”（圖8）。該故障不僅造成C50的運行文件損壞，還使C50與P65型齒輪測量中心的通信中斷。

圖8 COP32應(yīng)用程序初始化失敗畫面

2.4.2 診斷分析

對于COP32應(yīng)用程序初始化失敗等故障，絕大多數(shù)是由于CNC系統(tǒng)運行中突發(fā)文件丟失、數(shù)據(jù)紊亂或硬盤損壞而引起的。這類似于工業(yè)計算機平臺下用Visual Basic，Visual C++或Delphi軟件開發(fā)的機床操作界面進入“死循環(huán)”。

2.4.3 解決措施及維修效果

對于COP32應(yīng)用程序初始化失敗等故障，推薦使用USB存儲式全盤Ghost方法進行硬盤數(shù)據(jù)的一鍵還原操作，以求10 min內(nèi)恢復(fù)機床運轉(zhuǎn)。

（1）用U盤進行硬盤數(shù)據(jù)一鍵還原操作，前提是已用格式FAT32、容量3～8 GB的U盤對先前運行正常的C50進行了全盤備份，并將對應(yīng)的鏡像文件（如C50_292837.GHO和C50_2001.GHS）拷入U盤的根目錄下待用。

（2）針對還原過程中Ghost可能會異常中斷或者C50硬盤已損壞的情況，制作EBOOT USB啟動盤。①選擇運行正常的其他C50，PCU上電后右下角出現(xiàn)HMI_BASE版本號畫面時，鼠標(biāo)點擊以進入Service Logon對話框。②在Service Logon對話框內(nèi)輸入用戶名AUDUSER和密碼SUNRISE后，進入Service Center桌面。③雙擊我的電腦圖標(biāo)My Computer，打開E盤目錄下TOOLS文件夾內(nèi)Ghost32.EXE軟件后，運行Ghost。④選擇菜單Local->Disk->From Image，選擇文件D:Ebooteboot.gho，設(shè)定目標(biāo)磁盤為USB DISK。⑤成功制作EBOOT USB啟動盤（圖9）。

圖9 EBOOT USB啟動盤圖標(biāo)及其內(nèi)容

（3）數(shù)據(jù)損壞情形的一鍵還原。①把EBOOT USB啟動盤插在PCU的USB端口。②在PCU啟動時點按OP面板的[alarm cancel]報警取消鍵或外置鍵盤的ESC鍵，屏顯引導(dǎo)菜單（圖10）。③點按[↓]向下翻頁鍵選中“3.USB HDD…”啟動C50，PCU經(jīng)硬盤仿真模式進入圖11所示的Backup/Restore對話框。④根據(jù)畫面提示，點選U盤內(nèi)擴展名為.GHO文件進行硬盤數(shù)據(jù)還原即可。

圖10 Oerlikon C50切齒機上PCU的引導(dǎo)菜單

圖11 Oerlikon C50切齒機的Backup/Restore對話框

3 結(jié)束語

一名優(yōu)秀的維修人員應(yīng)養(yǎng)成良好的維修習(xí)慣，即嚴(yán)格按照“4步到位法”進行維修，督促和指導(dǎo)設(shè)備操作者正確保養(yǎng)機床，帶領(lǐng)年輕維修人員合理運用診斷分析方法，快速排除機床偶發(fā)性故障，并在保持機床精度的前提下迅速恢復(fù)機床的運轉(zhuǎn)，同時細(xì)致總結(jié)維修心得，促使維修水平實現(xiàn)飛躍，做到實踐與理論的完美結(jié)合。

〔編輯 凌瑞〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.03.24