機床CNC單元故障分析技巧與維修實例

覃羨烘+黃永程

摘 要：機床系統CNC單元頻頻發生故障，并且難以查找原因，使得生產效率大大降低，必須采取有效的解決措施，才能提高生產率。該文通過對CNC軟件系統機構的介紹，并列出數控車床、數控銑床和加工中心CNC故障具體實例，分析了機床CNC單元故障形成的原因，總結了故障分析技巧及排除方法。

關鍵詞：CNC單元 軟件故障 故障分析

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）07（b）-0035-03

由于現代數控應用技術的提高，系統的可靠性越來越好，導致數控系統本身故障越來越低。數控設備的故障可分為外部硬件損壞造成的硬件故障、系統內部的管理軟件和控制軟件的軟件故障。外部硬件操作引起的故障是一種常見的數控維修故障，通常是由于檢測開關、液壓與氣動系統、電氣執行機構、機械裝置等的問題引起的，這些故障可以通過報警信息查找故障原因。軟件故障通常是由于操作不當、發生故障時的調整過程不當所引起的，這類故障多發生在設備使用調整時期或者是被使用前期。對一般的數控系統來說，軟件故障要比硬件故障的診斷與維修更有難度，因為有些軟件故障雖有報警信息顯示，但并不能反映故障的真實原因，這時就必須根據報警信息和故障現象來分析解決，找出故障并解除。CNC單元故障屬于系統軟件故障，它的故障與診斷維修就顯得有點困難。

1 典型CNC軟件系統的結構

CNC系統軟件由管理軟件和控制軟件組成，管理軟件包括輸入/輸出、I/O處理、顯示、診斷等；控制軟件包括譯碼、刀具補償、速度處理、插補計算、位置控制等。數控系統由軟件裝置和硬件裝置相互配合，共同完成數控系統的具體功能。早期的CNC裝置，數控功能全部由硬件實現，而現在的數控功能則由軟件和硬件共同完成[1]。

目前數控系統的軟件一般由兩種結構組成，即前后臺結構和中斷型結構。所謂前后臺型是指在一個常規采樣周期內，花一些時間在前臺任務，后臺任務支出其余的時間，共同完成數控加工任務。中斷型結構是指CNC系統軟件的各種功能子程序被安排在級別不同的中斷服務程序中，整個數控軟件是一個大的中斷系統，通過各級中斷程序之間的通信實現管理功能[2]。

一般機床軟件故障可能形成的原因如下。

（1）在調試用戶程序或修改參數時，操作符誤刪或更改軟件的內容，錯誤操作導致失敗。

（2）RAM動力電池或電池短路或開路，如不良接觸會導致RAM不保持電壓，造成電力電池電壓不足，所以，導致軟件和系統參數的損失。

（3）功率波動或干擾脈沖干擾信號串進入數值控制系統總線，會導致由數字控制裝置引起運行停止或時間誤差。

（4）當運行一個復雜的程序或執行大量的計算時，有時會導致系統崩潰并導致軟件故障。

（5）當系統執行大量的計算，或者錯誤的操作是由于內存不足或軟件溢出導致的，系統會導致死機。

（6）調試程序，修改參數不合理，或有大量錯誤操作，會導致軟件溢出。

2 CNC單元故障系統軟件故障分析與維修

CNC單元故障系統軟件故障分析與維修見表1所示。

3 CNC單元故障系統軟件故障分析技巧與維修實例

當數控設備出現故障需要維修時，最重要的第一步是發現問題。要本著先靜后動、先軟件后硬件、先外部后內部、先機械后電氣、先公用后專用、先簡單后復雜、先一般后特殊的原則檢查故障[3]。分析清楚了故障現象，然后根據機床和數控系統的工作原理，就可以很快地確診了問題所在，并將故障排除，使設備恢復正常使用。

3.1 數控車床CNC單元故障分析與維修實例

實例1：CW6163B數控車床開機冷卻泵不受系統控制，冷卻液無法噴出，報警燈亮。

維修過程及分析：經檢查，出現該機床報警燈亮的原因有3點，即冷卻電機斷路器斷路、液壓馬達斷路、刀架信號混亂。檢查看到冷卻電機斷路器和液壓電機均正常，常閉端還在正常輸入24 V輸入電壓，刀架信號正常，刀具信號系統也檢測得到；檢查冷卻液噴出口無雜物堵塞再仔細檢查機器線路；檢測冷卻電機斷路器端口信號為x6.6，系統的PMC x6.6地址顯示為0，系統檢測認為是冷卻電機斷路，所以，輸出機床報警。又檢查了該機床的I/O擴展板，發現I/O板接線松了，把接線插緊，開機機床報警燈不再亮，冷卻水泵受機床控制，故障排除。

實例2：一臺采用FANUC 0-TD系統N-084型數控車床，在自動加工模式中工作臺突然停止工作。

維修過程及分析：首先看到CRT顯示52l報警號，這個報警號對應為-Z軸負方向限位超程報警。根據系統發出的-Z軸超程故障報警，分析得出故障原因應該是x18限位開關換損壞了。維修過程是先將數控車床工作臺退出機床禁區，返回機床參考點，再按RESET復位鍵來解除報警，故用手輪（脈沖發生器）在手動模式下配合合適的進給倍率，將工作臺向+Z軸方向移動，即與工作臺方向報警的反方向移動，等工作臺退出超程禁區后，再按RESET復位鍵，這樣報警故障就會排除。但是在移動過程中發現工作臺沒法向+Z軸方向移動，可能電源脫開了，故按操作面板上的P鍵和CAN鍵同時接通電源（按RESET復位鍵及DELETE刪除鍵時不可接通電源），等工作臺退出超程禁區，返回參考點，再按RESET復位鍵及DELETE刪除鍵，重新試車加工，一切正常，故障排除。

3.2 數控銑床CNC單元故障分析與維修實例

實例1：一臺專用數控銑床，NC系統采用發那科的FANUC-0，在批量加工中NC系統顯示1024號報警“LIMIT SWITCH ”。

維修過程及分析：經檢查，此報警為通道限位開關報警。警察程序的數值并沒有變化，CRT上顯示的X軸坐標確定達到軟件極限，詳細分析，發現這種故障是軟件限位設置不當造成的，具體原因是補償值輸入變大引起的，X軸行程已經超出軟件設定的極限值，適當調整軟件的限位設置，故障排除。

實例2：一臺廣州數控980TD，開機CNC出現故障，顯示“急停報警，ESP輸入開路”。

維修過程及分析：出現這種報警有4種情況：一是X軸絲桿里進異物卡死了；二是急停開關被按下了；三是限位開關失靈了；四是機床裝有行程開關，有硬限位超程情況存在。解決這4種故障的方法是：一是把X軸拆開，把里面的雜物清理干凈；二是把開關拔起來或者順時針方向轉動急停開關至其彈起，然后按復位鍵解除報警；三是換個限位開關裝上；四是按下廠家在系統面板上設置的“超程釋放”按鈕，按住此按鈕然后同時按一下復位鍵，超程釋放按鈕不要松，使用手動方式把托板往超程的相反方向移動，等到行程開關按鈕彈起，松開按鈕，報警即可解除。該機床檢查了前面3個原因發現都正常，檢查第四項時發現Y超程了，按照上面解決第4個故障的方法操作了一遍，故障解除。

3.3 加工中心CNC單元故障分析與維修實例

實例：一臺二手三菱700系列加工中心，運行程序時出現“M01 1026”報警。

維修過程及分析：“M01 1026”報警原因是主軸C軸控制中無法執行其他功能指令，屬于程序參數錯誤。檢查在加工中是否對多面加工主軸發出了C軸模式指令？是否對同期攻絲主軸發出了C軸模式指令？是否對同期攻絲主軸發出了多面加工指令？主軸是否正在作為主軸或者C軸使用？解決方法是先取消C軸指令，發現報警還在，再取消多面加工指令，報警還沒有消除，最后通過關閉伺服取消C軸指令，報警消除。

4 結語

機床的CNC單元故障維修分析技巧關鍵在于了解第一手資料并發現問題，掌握如何及時變通檢修思路，多做筆記，善于思考，才能少走彎路，維修技術才能得以提高。數控系統的自診斷功能有著本身局限性，所以，檢修故障時要靈活分析，不能完全依賴數控系統的自診斷功能與資料，資料也存在翻譯的錯誤，因此，檢修故障主要憑借日常檢修經驗不斷積累、不斷總結，才能順利而快速的排除故障。

參考文獻

[1] 劉蔡保.數控機床故障診斷與維修[M].北京：化學工業出版社，2012.

[2] 余仲裕.數控機床維修[M].北京：機械工業出版社，2011.

[3] 夏羅生.數控機床維修與維護[M].北京：航空工業出版社，2011.