祁向榮

（桂林理工大學(xué) 南寧分校，南寧 530001）

0 引言

系統(tǒng)統(tǒng)框圖法的基本思想是將數(shù)控機(jī)床中被懷疑有故障的某一些元器件和其他元器件的關(guān)系用框圖的方法表示出來(lái)，根據(jù)被懷疑元件在框圖中的位置及它和其他元件之間的關(guān)聯(lián)性，來(lái)進(jìn)行故障的定位和分析，以便快速找出故障原因的方法[1]。

1 故障維修舉例

1.1 數(shù)控銑床故障一

1）故障現(xiàn)象。西門(mén)子802D系統(tǒng)數(shù)控銑床開(kāi)機(jī)出現(xiàn)000300急停報(bào)警，按復(fù)位等按鍵無(wú)法消除報(bào)警信息。

2）分析。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，數(shù)控機(jī)床急停報(bào)警的出現(xiàn)一般有以下幾種情況：a.工作臺(tái)碰到行程開(kāi)關(guān)導(dǎo)致急停報(bào)警；b.急停開(kāi)關(guān)自身斷線(xiàn)；c.驅(qū)動(dòng)器相關(guān)線(xiàn)路接線(xiàn)不良[2]?，F(xiàn)在經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查機(jī)床發(fā)現(xiàn)這幾處部位都沒(méi)有任何問(wèn)題。按先易后難的故障分析原則，可以先通過(guò)觀(guān)察數(shù)控銑床的組成框圖來(lái)進(jìn)行分析，考慮到是CNC報(bào)警，因此應(yīng)該以CNC裝置為研究對(duì)象進(jìn)行分析，分析與CNC裝置直接連接的部件，經(jīng)觀(guān)察系統(tǒng)框圖（如圖1）[3]可以發(fā)現(xiàn)，與CNC直接相連的部件有3個(gè)，分別為輸入輸出設(shè)備、伺服系統(tǒng)、PLC裝置?？紤]到機(jī)床顯示器能正常顯示，因此圖1中CNC裝置左側(cè)的輸入輸出設(shè)備是沒(méi)有問(wèn)題的，而右側(cè)的伺服單元是否正常可以通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器上面的狀態(tài)指示燈來(lái)判斷，經(jīng)檢查指示燈的顏色發(fā)現(xiàn)伺服驅(qū)動(dòng)器也是正常的，測(cè)量裝置也沒(méi)有報(bào)警信息，所以通過(guò)排除法排除了CNC裝置左側(cè)和右側(cè)的元器件出故障的可能。那么現(xiàn)在就只有CNC裝置與PLC的連接這條線(xiàn)路沒(méi)有檢查了，因?yàn)镻LC這條線(xiàn)路的連接范圍非常廣泛，伺服單元、電氣控制等線(xiàn)路全部都要通過(guò)PLC與CNC裝置連接在一起，因此初步推測(cè)，PLC與CNC的連接是不是出現(xiàn)了一些問(wèn)題，具體到本臺(tái)機(jī)床，PLC與CNC之間通過(guò)3個(gè)線(xiàn)纜X111、X222、X333連接，這3個(gè)接口將機(jī)床面板上的所有按鍵和開(kāi)關(guān)都與PLC聯(lián)系起來(lái)，因此初步判斷，這3個(gè)接口可能存在問(wèn)題，按照通電不能插拔線(xiàn)纜的原則，首先將機(jī)床斷電，然后分別拆下這3條線(xiàn)纜，經(jīng)仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)，X111號(hào)連接線(xiàn)纜的中間一段有被老鼠咬過(guò)的破損跡象，其他兩條連接線(xiàn)是正常的，于是懷疑X111號(hào)線(xiàn)纜已經(jīng)損壞，經(jīng)過(guò)更換X111 號(hào)線(xiàn)纜，重新連接機(jī)床，開(kāi)機(jī)測(cè)試后，此故障排除。

圖1 數(shù)控銑床部分組成框圖

1.2 數(shù)控銑床故障二

1）故障現(xiàn)象。FANUC系統(tǒng)數(shù)控銑床在開(kāi)機(jī)之后，按主軸正轉(zhuǎn)按鈕，主軸無(wú)法啟動(dòng)，輸入程序指令，也無(wú)法啟動(dòng)主軸。

2）分析。由于主軸由主軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，主軸電動(dòng)機(jī)又由變頻器驅(qū)動(dòng)，因此應(yīng)首先檢查變頻器是否正常，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)變頻器的電源信號(hào)燈都不亮，因此懷疑變頻器沒(méi)有接通。分析過(guò)程，首先分析變頻器的線(xiàn)路連接情況，根據(jù)圖2的變頻器電路圖，此變頻器的電源輸入端接自接觸器KM3輔助觸頭的6L3號(hào)線(xiàn)和零線(xiàn)6N，因此，首先測(cè)量這兩端的信號(hào)是否正常，在正常的情況下，輸入變頻器的這兩端應(yīng)該有220 V的電壓，測(cè)量得到的結(jié)果是這兩端僅僅有微弱的電壓。因此，變頻器電源輸入信號(hào)不正常，那么再向電路前方查找與KM3連接的前一個(gè)元器件的輸入信號(hào)，根據(jù)圖2可以看出，前一個(gè)原件為斷路器QF4，檢查這個(gè)信號(hào)發(fā)現(xiàn)，QF4的第3相5L3和零線(xiàn)1N間仍然只有很小的電壓，輸入信號(hào)仍然不正常，因此繼續(xù)向QF4前面的線(xiàn)路追蹤，根據(jù)總電路圖發(fā)現(xiàn)QF4前面的元器件是斷路開(kāi)關(guān)QF1，如圖3所示。繼續(xù)檢查QF1的第3相1L3和零線(xiàn)之間的電壓，發(fā)現(xiàn)此電壓仍然只有幾伏，說(shuō)明QF1的信號(hào)仍然不正常，而QF1的前方元器件是漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)QF0及外接的三相電源線(xiàn)，如圖4所示。因此繼續(xù)向前追蹤此信號(hào)，經(jīng)檢查QF0第3相和零線(xiàn)的電壓仍然只有幾伏，繼續(xù)向前追蹤此信號(hào)一直到墻上的外接電源空氣開(kāi)關(guān)，打開(kāi)空氣開(kāi)關(guān)柜子之后，經(jīng)仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)零線(xiàn)信號(hào)線(xiàn)和墻上零線(xiàn)的接口已經(jīng)發(fā)生了松動(dòng)，因而第三相和零線(xiàn)的電壓始終處于十分微弱的狀態(tài)，經(jīng)過(guò)斷電，然后重新擰緊零線(xiàn)螺栓之后，再次啟動(dòng)機(jī)床，故障排除，變頻器可以正常工作了。此分析過(guò)程可以通過(guò)圖5的局部電氣元件連接簡(jiǎn)圖來(lái)分析，在圖5中，變頻器是該電路中的最后一個(gè)元件，其前面的電路元件 分 別 為QF4、QF1、QF0及外接電源，因?yàn)樽冾l器無(wú)輸出，因此向前檢查前一個(gè)元件QF4的信號(hào)是否正常，如果不正常就繼續(xù)向前檢查前一個(gè)元件QF1的信號(hào)，直到最后檢查出外接電源中的0 V線(xiàn)接觸不良。本例將與故障的初始發(fā)生部件變頻器相關(guān)的所有其他元器件從電路中隔離出來(lái)一一進(jìn)行分析，體現(xiàn)了框圖法的另一種運(yùn)用，若某元件的輸入信號(hào)不正常，先檢查與其連接的前一個(gè)元器件的輸出信號(hào)，若此輸出還是不正常，則繼續(xù)向前檢查與其連接的前一個(gè)元器件，如此持續(xù)追蹤下去，直到把故障的真正原因找到。

圖2 變頻器的前端器件為斷路器QF4

圖3 斷路器QF4的前端器件斷路器QF1

圖4 斷路器QF1的前端器件為斷路器QF0和墻上的外接電源線(xiàn)

圖5 變頻器與其前端電路元件的連接簡(jiǎn)圖

1.3 數(shù)控銑床故障三

1）故障現(xiàn)象。FANUC 0i M系統(tǒng)數(shù)控銑床，開(kāi)機(jī)后，機(jī)床的顯示屏可以工作，操作面板上的開(kāi)關(guān)大部分的功能是正常的，但有1個(gè)開(kāi)關(guān)失效了，就是方式選擇開(kāi)關(guān)，方式選擇開(kāi)關(guān)在開(kāi)機(jī)后始終顯示在MDI狀態(tài)，不管如何旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)旋鈕，方式選擇的狀態(tài)始終不能改變，其他的按鍵功能正常，因此機(jī)床無(wú)法運(yùn)行。

2）分析過(guò)程如下。因?yàn)榉绞竭x擇開(kāi)關(guān)由組合開(kāi)關(guān)SA6所控制，該組合開(kāi)關(guān)有3個(gè)輸入端子MD1、MD2、MD4見(jiàn)圖6，其信號(hào)代碼分別為X13.4，X13.5，X13.6，其開(kāi)關(guān)信號(hào)的狀態(tài)與對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)功能如表1所示。

圖6 機(jī)床面板控制開(kāi)關(guān)與CNC 系統(tǒng)的連接示意圖

表1 工作方式組合開(kāi)關(guān)信號(hào)編碼表

由表1可以得出一個(gè)結(jié)論，之所以所有的開(kāi)關(guān)都顯示為MDI不變，意味著組合開(kāi)關(guān)的信號(hào)端子狀態(tài)的改變并沒(méi)有傳入到數(shù)控系統(tǒng)，因?yàn)殡娐分心程幊霈F(xiàn)了斷路，所以各個(gè)信號(hào)的宏觀(guān)狀態(tài)都顯示為0，而0、0、0就是MDI開(kāi)關(guān)的輸出狀態(tài)。因此考慮將組合開(kāi)關(guān)列為一個(gè)獨(dú)立元件用線(xiàn)段框起來(lái)，然后對(duì)其進(jìn)行分析，根據(jù)圖6，組合開(kāi)關(guān)整體的信號(hào)不正常，要么是開(kāi)關(guān)上面的線(xiàn)和24 V的連接不正常，即Q點(diǎn)與左邊的24 V電源端，要么是開(kāi)關(guān)下面幾條線(xiàn)和右邊的0 V線(xiàn)的連接不正常。進(jìn)一步分析可能出現(xiàn)的原因：1）組合開(kāi)關(guān)與24 V線(xiàn)的連接出現(xiàn)斷路；2）組合開(kāi)關(guān)與0 V線(xiàn)的連接出現(xiàn)斷路。經(jīng)過(guò)分析后對(duì)電路進(jìn)行測(cè)量，將方式選擇開(kāi)關(guān)打到回參考點(diǎn)方式，因?yàn)樵谶@個(gè)方式下如果系統(tǒng)能正常工作，按表1所示，組合開(kāi)關(guān)的各端子的狀態(tài)應(yīng)全部為接通狀態(tài)，經(jīng)測(cè)量P點(diǎn)與24 V的電壓，約為22 V左右，而開(kāi)關(guān)下面各點(diǎn)MNT點(diǎn)與0 V端的電壓為0 V，因此可以初步得出結(jié)果，組合開(kāi)關(guān)與24 V的電壓不正常，P點(diǎn)上方可能已經(jīng)出現(xiàn)斷路，而組合開(kāi)關(guān)與0 V的電壓是正常的。接下來(lái)進(jìn)行實(shí)操驗(yàn)證，先關(guān)閉機(jī)床電源，然后打開(kāi)操作面板背面，拆開(kāi)方式選擇組合開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)此開(kāi)關(guān)后面的24 V公共端已經(jīng)脫焊，將脫焊點(diǎn)Q重新焊接后再開(kāi)機(jī)，故障排除，各個(gè)方式選擇信號(hào)恢復(fù)正常，機(jī)床能正常運(yùn)行。

2 結(jié)語(yǔ)

本文出現(xiàn)的3個(gè)故障現(xiàn)象，都是很小并且很隱蔽的故障，但是卻全都造成了數(shù)控銑床無(wú)法運(yùn)行的結(jié)果，文中分析了系統(tǒng)框圖法在排除此類(lèi)故障時(shí)的獨(dú)到作用，在進(jìn)行故障分析時(shí)，靈活地運(yùn)用系統(tǒng)框圖法，將懷疑有問(wèn)題的元器件用框圖標(biāo)記出來(lái)，然后根據(jù)故障現(xiàn)象畫(huà)出與其有關(guān)的其各部件和該元件的聯(lián)系框圖，進(jìn)而分析它與其他元器件或其他信號(hào)的關(guān)系，列出所有可能導(dǎo)致故障的原因，然后再進(jìn)行測(cè)量和驗(yàn)證，直到找出故障的確切位置，是一種比較快捷和高效的數(shù)控機(jī)床故障分析方法。