加工中心的故障診斷與維修實例

陳永久 劉臨江 閆東清

(吉林大學應用技術學院，吉林 長春 130012)

盡管設備生產廠家在各地都建立了很多培訓和維修中心，經過嚴格培訓的服務人員隨時為客戶提供專業的機床維修和保養服務。但是，當加工中心這類高端機床出現故障時，能否及時排除故障以及維修費用仍然是很多企業，尤其是中小型的企業所關心的問題。所有企業希望自己的維修人員能夠在第一時間排除故障，以提高設備的利用率，創造更多的經濟價值。筆者結合多年工作經驗，對配備美國DYNAPATA 數控系統的CNC 加工中心在實際使用過程中常見故障現象進行了分析，給出了診斷過程，并分析產生故障的原因以及解決問題的辦法。

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1.1 故障現象

加工中心在啟動幾個小時后，顯示器的圖象波動較大，無法看清加工程序。

1.2 故障分析及診斷過程

依據故障現象判斷，一是顯示器自身的質量問題，二是顯示管損壞，三是顯示器的供電電壓有問題。

打開系統柜，清除灰塵，仔細觀察，各導線及接頭完好，沒有松動及虛接現象，各控制板上的電子元件無燒毀現象。使用儀器檢測，發現顯示器及發光管完好;但是，在顯示器波動時發現供電電壓只有15 V。按照技術要求，顯示器正常供電電壓應是24 V。經過維修電源板，更換了損壞的集成電路PBYS3035PT(飛利浦)及肖特基二極管MBR3045PT，使顯示器的供電電壓恢復到24 V。開機運行，機床顯示恢復正常。顯然，造成此次故障的原因極有可能是長期使用導致電子元件老化造成的。

2 故障2

2.1 故障現象

加工中心在執行加工程序時，第一把刀加工正常，但在換完第二把刀后，加工時主軸與工件發生碰撞，碰撞后機床不能移動。

2.2 故障分析及診斷過程

上述現象與驅動控制板、電源及行程開關都可能有關系。打開控制柜，清理灰塵，仔細檢查導線、接頭及元件各部分是否有異常。檢測后發現，X、Y、Z 軸驅動板上的功率晶體管GTK457 燒壞。更換損壞的功率管后，X、Y、Z 軸三個方向可以進行移動，手動換刀也能進行，但是在執行加工程序命令中換刀動作不能執行。機床回零后第一把刀具可以換，但在加工過程中還是不能執行換刀。依據經驗，依次做下列檢測:

(1)TM4 伺服檢測發現，Z 軸顯示±0.028，正常應顯示X 為0.009～0.000 mm、Y 為0.009～0.000 mm、Z為0.009～0.000 mm 之間。此顯示說明機床在第一把刀加工后換第二把刀前機床沒有回到零點，即Z 坐標值不在0.009～0.000 mm 之間。后經更改Z 軸檢測精度參數(也叫機床定位精度)，設定Z=0.050 mm，機床能正常工作。但是第二天機床重新上電后，發現機床顯示X 軸正負、Y 軸正負及Z 軸正負均超程。

(2)檢查機床急停按鈕線路及回路，工作正常;檢查所有保險管，發現FU4(強電箱里)保險管燒壞，更換后上電顯示還是X 軸、Y 軸、Z 軸均超程。檢查電源板的24 V 電壓，輸出正常，但是在檢查Z 軸行程開關時，沒有24 V 電壓輸入。檢查后發現，在前步更換保險管時，保險管有松動現象，緊固保險管后機床上電顯示正常，但是在工作中還是不換刀。依據經驗，將機床斷電5 min 后重新上電，使系統復位，同時更改刀具號，機床換刀正常。

2.3 分析原因及解決方法

綜合以上維修過程后，總結出此故障的排除方法如下:

(1)在機床換刀發生碰撞后，首先檢查并更換X、Y、Z 軸控制板上損壞的元件，保證機床各部分能夠單獨工作正常。不換刀的主要原因是機床在換第二把刀時沒有回到原點，因此不能執行換刀動作。

(2)機床3 個軸同時顯示超程，說明控制軸的行程開關回路沒有電，信號無法反饋到控制部分，因此機床顯示超程報警。

3 故障3

3.1 故障現象

加工中心在工作時，機床突然停止執行自動加工程序，顯示器顯示報警，報警號為:31-TOOL MAGAZINE NOT IN POSITION 和38-MAGAZINE NOT IN UP POSITION(意思為:刀庫向上位置不到位或者是刀庫向上的位置沒有輸出信號)。

3.2 故障分析及診斷過程

根據故障現象判斷，出現此類現象可能和以下兩種情況有關:

(1)可能控制刀庫向上運動的氣缸行程開關有問題;

(2)可能連接刀庫向上行程開關的聯線，由于長時間使用導致線路老化，造成信號斷路。

首先檢查控制刀庫向上運動的氣缸行程開關，開關工作正常。其次用萬用表檢查開關到帶有J1B 插頭的控制板之間的聯線，編號為89 的聯接線也正常，這說明這種故障與行程開關及聯線沒有關系。根據經驗，也可能是帶有J1B 插頭的CNC 板的問題。用帶有J1A 插頭的CNC 板和它對調(這兩塊板是一樣的)試機，故障現象依然存在，可以排除CNC 控制板的問題。結合以往故障現象及維修經驗，我們用一根新的信號線直接聯到向上的行程開關，另一端直接聯到離J1B插頭最近的編號為89 端子板上，試機后31 號和38 號報警不再顯示，機床恢復正常。通過此次試驗確定是由于這段信號線存在問題才引起機床的報警。更換新的信號線，報警消失，機床工作正常。

3.3 分析原因及解決方法

在刀庫上有兩個帶有編號的接線端子板，兩個端子板之間用信號線連接。由于這兩個端子板之間的信號線經常和刀庫一起往復運動，造成信號線磨損及老化，致使信號斷路或虛接現象。更換新的信號線后故障自動消除。經過此次故障，使我們認識到在機床上經常運動的部位，不論機械件還是連接線，由于長期運動很容易出現磨損，導致故障發生，在以后的維修中首先應注意這幾個部位的檢查。

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4.1 故障現象

加工中心工作時，機床不能執行自動加工程序。當打到手動時，刀庫也不能換刀，機床也不能運動。

4.2 故障分析及診斷過程

根據該加工中心相似故障判斷，極有可能是控制刀庫轉動的直流電動機或控制運動的信號線出現問題造成的。采用“分開法”單獨檢測控制刀庫轉動的直流電動機，工作正常;使用萬用表進一步檢查經常和刀庫一起運動的各部位信號連線，發現帶動刀庫旋轉的直流電動機控制信號線斷路。更換新的信號線后，機床恢復正常。

4.3 分析原因及解決方法

這種故障應該是控制直流電動機轉動的控制信號線，因經常與刀庫一起做往復運動，造成信號線磨損及老化，導致信號斷路或虛接現象。更換新的信號線后故障自動消除。

5 故障5

5.1 故障現象

加工中心在換刀時，換刀拉桿工作不正常，有時不能夠完成換刀動作。

5.2 故障分析及診斷過程

換刀拉桿運動不到位導致無法完成換刀動作，應該是換刀氣缸本身故障造成的。依據該氣缸的結構及運動軌跡分析，主要原因可能是氣缸密封墊破損，或者是拉桿碟形彈簧墊片破損導致拉桿運動不到位，造成無法完成換刀動作。卸下氣缸，將其拆解開。仔細檢查后發現，氣缸里的多數密封圈破損，更換新的密封圈，試機后換刀正常，故障排除。

5.3 分析原因及解決方法

加工中心要完成很多不同表面的加工，必須頻繁地更換刀具，這些換刀動作都需要換刀氣缸的往復運動來完成。長時間的使用導致密封部件磨損，拉桿運動不到位，也是設備使用過程中機械部件破損的主要原因。只需修復或更換破損的部件，故障就會排除。

6 故障6

加工中心在加工工件時，Z 軸上下竄動，所加工工件的端面有波紋，Z 軸竄動時有時無。

7 結語

在實際使用中，由于加工中心這種高精度設備工作強度大，工作時間長，加之設備本身結構復雜，出現故障的概率非常高，而且故障種類千差萬別，給設備維修帶來很大的困難。為了減少故障的發生，提高平均無故障時間，要求企業及設備維修人員采用多種維修方法，以保證機床正常運行。其一，可以依靠數控設備廠家提供的售后維修服務，盡早修復數控設備;其二，企業自己要培養高水平的維修人員，同時對故障設備要及時做好設備的維修記錄，為以后出現類似故障時提供必要的技術資料。其三，對于一些易于損壞且只能更換的關鍵部件，需要準備備份件，以縮短維修時間;其四，由于數控機床的正常使用與日常維護和保養有密切的聯系，正常的使用和日常嚴格的維修保養制度可以避免80%的意外故障，能延長平均無故障時間1 倍以上。所以，做好數控系統日常維護和保養，建立完善的3 級保養制度及6S 管理，并結合實際狀況，吸收國外先進的設備管理——TPM(全員生產維修)，制訂自己的生產設備維修保養體系，可以延長元器件的壽命和零件的磨損周期，使設備保持良好的技術狀態，延緩劣化進程，及時發現和消滅故障隱患，從而保證設備的安全運行。通過TPM，可以綜合提高數控機床的綜合效率及利用率［2］。

［1］王平.數控機床與編程實用教程［M］.北京:化學工業出版社，2007.

［2］張志軍.數控機床故障診斷及維修［M］.北京:北京理工大學出版社，2010.