數控車床“程序暫停”故障維修一例

華北機電學校 （山西長治 046000） 焦連岷

“程序暫停”故障是指在程序運行過程中，非人為干預，由于某種故障原因造成不正常的“暫停”執行程序的故障現象。此種故障一般屬于“綜合性故障”，可由多種原因引起，既可能是由于硬件引起，也可能是由于軟件引起，或者是機械、電氣及數控系統本身，所以是難以處理的故障之一。該種類型故障的發生率雖然不是太高，但一旦發生，處理起來就比較“棘手”，在工作中筆者遇到一例，現和大家一同交流探討。

圖1 鋁件外圓車削零件圖

1. 相關背景

加工工件如圖1所示，沈陽華中數控（HNC-21T）CAK36S型車床，配有霍爾式四工位刀架，主軸采用變頻器調速，編碼器速度反饋檢測，進給伺服X軸、Z軸采用交流HSV-16-20驅動器驅動，機床近期運行狀態良好，并未發現有任何異常征兆。毛坯為直徑45mm棒料，材料為鋁，采用用90°外圓車刀進行加工。

2. 故障現象

按照圖樣尺寸及工藝要求，主軸轉速確定為500r/min，單方向背吃刀量1mm，粗車削留有加工余量0.1mm，采用G95（主軸每轉）方式進給，詳細的程序清單如表1所列。

表1 程序清單及注釋表

把程序輸入后進行檢查，確認無誤后轉入“自動”狀態運行，當運行到N25行（G71復合循環指令）語句時，光條一直停留于此行，加工“循環啟動”指示燈一直點亮，但程序不再向下執行，出現“程序暫停”現象。

3. 故障分析

首先從軟件方面著手考慮，尤其是所編制的程序本身是否合法、有效，符合規范要求，以及其中是否內插了“暫停指令”等；其次是考慮機床操作面板上的“程序暫停”鍵是否被誤按下，機械系統是否被卡死、電氣和數控系統本身是否出現故障等。詳細的原因分析及處理對策如表2所列。

表2 “程序暫停”故障原因分析及處理對策表

4. 排除過程

根據表2所示的分析的思路，按照以下步驟進行判斷：

（1）首先確定是否為程序原因。①核對程序語句，確定格式是否合法有效。由于是停留在G71語句行，所以重點核準該語句的合法性。參考編程手冊，格式：G71 U（Δd） R? P（ns）Q（nf） X（Δx） Z（Δz） F（f） S（s） T（t）。說明：Δd為切削深度（每次切削量）；r為每次退刀量；ns為精加工路徑第一程序段的順序號；nf為精加工路徑最后程序段的順序號；Δx為X方向精加工余量；Δz為Z方向精加工余量；f、s和t為粗加工時G71中編程的F、S和T有效，而精加工時處于ns～nf程序段之間的F、S和T有效。注意事項：G71指令必須帶有P、Q 地址ns、nf，且與精加工路徑起止順序號對應；ns的程序段必須為G00/G01指令開始，即是直線插補或是點定位快速移動；在順序號為ns～nf 的程序段中，不能包含子程序。經過核對，正確無誤。②進行模擬加工測試。在機床上選定、設置好毛坯尺寸，顯示區域，進行模擬加工，結果未出現任何報警提示，一切正常。③在其他機床上進行運行加工測試。為了驗證是否為程序本身的故障，把該程序復制至其他同型號、同配置的機床，進行運行，結果運行情況良好，并未發現有任何錯誤及異常，至此，已經完全排除由于程序本身引起的故障。

（2）判斷是否為數控系統軟件存在故障。不是程序問題，確定是否為機床系統軟件方面存在問題。為了避免重新安裝系統的繁瑣，把同型號、同配置運行良好機床上的CF內存卡（存儲有系統軟件及PLC配置文件）拔下，裝入至該機床，重啟系統，運行程序，結果故障依舊。以此可以判斷：問題也不是在數控系統軟件本身。

（3）確定相關硬件是否存在問題。經檢查，機床“程序暫停”鍵并未發生“粘連”；轉換到“手動”狀態，按下X軸、Z軸正負移動按鈕，工作臺移動正常，這足以證明驅動器、機械傳動部分工作正常（并未出現機械部分被“卡死”等現象）。

（4）判斷程序與機床系統是否出現了兼容性問題。由于機床的硬件系統、軟件系統及應用程序都未找到故障原因，最后懷疑程序與機床的兼容性是否出現了問題，是否個別語句沒有被正確譯碼或是準確地得到執行？按照此思路，還是重新從故障程序入手。

既然程序暫停在復合循環語句，為了判斷該語句是否存在兼容性問題，先把和該語句相關的指令行（N25～N85語句行）進行屏蔽（或刪除），然后重新運行程序，結果能夠執行，看來問題就出現在被屏蔽（或刪除）的語句行中。為了找到具體是何種類型的語句出現了問題，決定先用簡單指令語句逐行替代，在N90行語句之前添加簡單指令語句“N88 G01 Z0 F0.1”，再次單步執行程序，結果故障現象再次復現，程序一直停留在該語句行，如圖2所示。

一條普通直線插補指令為何引起“程序暫停”？通過多次反復執行程序，觀察故障現象，最終發現：在執行N10行語句（M03 S500）語句時系統反應速度遲緩，光條在該語句行停留足足達2～3s之多，而且直觀感覺轉速明顯較低，與給定轉速（500r/min）不符，隨后系統執行后續程序，并最終停留在了N88 G01程序語句行。再仔細觀察屏幕，發現轉速S顯示為“零”，主軸在旋轉，而轉速顯示為“零”，這顯然有悖常理，以此可以判斷：速度檢測反饋環節存在故障。

（4）排除故障。確定了故障部位，對檢測環節的編碼器進行了全面細致的檢查，最終發現是聯接于數控系統的編碼器電纜束扎線卡子損壞，導致電纜線長期受重力拖拽而發生“褶皺”，拔下電纜線進行單獨測試，發現電源線已經斷路。更換電纜，重新安裝好后啟動系統，一切正常。

圖2 程序暫停運行畫面

5. 故障反思

在程序的開頭，程序采用的進給方式為G95（每轉進給），而當主軸轉速檢測環節（編碼器）損壞時，雖然主軸在旋轉，但數控系統接收到的信息是主軸“轉速為零”，所以經過數控系統運算下達的進給插補速度當然為零，這樣相當于數控系統一直在執行程序，但要到達目標坐標需要插補的時間卻是“無窮大”（始終未被執行完畢），造成“程序暫停”的假象。當然，數控系統執行G00快速點定位指令時，由于其速度是系統內部參數指定的，所以并不受影響。至于執行M03 S500指令程序反應延時和轉速較低的原因，是當系統輸出轉速信息后，要經過反饋檢測環節（編碼器）的檢測，隨后把當前的實際轉速信息回饋給數控系統，以便進行調整，但經過反復的查詢信息，始終未接收到反饋信號，程序的延時也就是數控系統反復查詢的時間（當然，系統并未編寫報警代碼）；至于轉速較低，是由于給定的轉速信息是數控系統按理論數據計算出來的“空載理想”轉速，實際中經過驅動負載、傳動摩擦等環節能量會有所損失，轉速會降低，而由于檢測環節的失效，數控系統也就失去了調控能力。

6. 結語

“程序暫停”故障是眾多“頑固性”故障之一，由于故障原因涉及諸多方面，排查起來難度較大，但在本例中，如果能多注意觀察屏幕，還是不難發現有很多異常現象：程序執行到M03指令時會有明顯的停頓；主軸轉速與給定轉速明顯不符；尤其是主軸在旋轉而顯示的轉速為“零”等。如果盡早“捕捉”到了這些異常現象，是可以很快判斷故障部位的。當然，由于系統對主軸編碼器出現異常時未編寫相應的報警代碼，這對維修人員的維修思路或多或少會產生一些“誤導”，同時也是該故障具有一定“迷惑性”的原因。

本文所描述事例的“故障排除”雖然較為簡單，但旨在能夠從中學習和掌握故障排除的思路與方法。對于數控機床的維修應“膽大心細”，一方面要嚴格按照電氣控制原理圖的邏輯控制結構，遵循由“簡單到復雜”、“由表及里” 的原則去排查，同時也要注意多觀察，尤其是“故障現象”，其中蘊含了故障原因的諸多“蛛絲馬跡”，有待我們去發現、去發掘。只有這樣才能少走彎路，盡快鎖定故障部位，提高維修效率。

[1] 沈陽第一機床廠技術中心．沈陽華中數控系統CAK36S型數控車床電氣原理圖[E].沈陽：沈陽第一機床廠，2012.

[2] 武漢華中數控有限公司．世紀星數控裝置連接說明書[E]．武漢：武漢華中數控有限公司，2010.

[3] 武漢華中數控有限公司．HSV-16交流伺服驅動系統說明書[E]．武漢：武漢華中數控有限公司，2010.

[4] 武漢華中數控有限公司．世紀星車削數控裝置操作說明書[E]．武漢：武漢華中數控有限公司，2010.

[5] 武漢華中數控有限公司．世紀星車削數控裝置編程說明書[E]．武漢：武漢華中數控有限公司，2010.