數控機床故障診斷與維修

鄭 智

(沈陽工學院 機械工程與自動化學院，遼寧 撫順 113122)

1 維修實例

1.1 刀盤不動故障

故障現象：某配置FANUC 0iC系統帶斗笠式刀庫的VMC850E數控加工中心，在執行換刀動作時按下復位鍵而執行換刀，出現“刀庫不在原位”報警，此時機床不能移動。

故障分析與處理：執行換刀動作時按下復位鍵，換刀動作沒有完成。打開刀庫防護罩，拔下刀庫氣缸兩端的氣管，推動刀盤使其回到原位，磁環開關有信號，一般可解除因壓縮空氣不足而執行換刀造成的報警。若故障依舊，仔細觀察刀盤位置，會發現刀座位置與主軸沒有對正。

1.2 Y軸回零反向故障

故障現象：某VMC850E數控加工中心，JOG和HNDL狀態，+Y、-Y動作正常，當回參考點時，按下+Y方向鍵，機床向-Y方向運動，其它動作正常。

故障分析與處理：查看回參考點方向參數1006.5，并嘗試著修改，重新執行回參考點操作，動作依舊，說明不是回零參數問題。讓機床工作臺處于不同的位置，反復試驗，發現：工作臺在Y軸方向處于靠近+Y或-Y行程終點時，現象更為明顯。工作臺靠近+Y行程終點時，回零時反方向運動。工作臺靠近-Y行程終點時，回零時正方向運動。判斷是Y軸參考點位置被修改。按照正確的方法，重新定參考點[1]，機床恢復正常。

1.3 主軸掉刀故障

故障現象：立式數控銑床加工時出現主軸掉刀，高速旋轉時主軸伴有異常噪音。

故障分析與處理：主軸松刀靠液壓或氣壓，主軸刀具夾緊靠碟形彈簧。試著反復多次卸刀與裝刀，動作基本正常，刀具也沒有掉下來，說明不是碟形彈簧損壞問題。有可能是長時間使用，碟形彈簧的夾緊力不夠，調節夾緊力在1.3t左右。主軸轉速達到2000r/min以上時，發出明顯的異常噪音，可能是主軸軸承損壞。經查主軸軸承磨損、松動嚴重，調節主軸軸承間隙，使用時異常噪音有所緩解，但主軸轉速達到3500r/min以上時，異常噪聲依然存在。干脆更換主軸軸承并調整到位，主軸轉速達到7000r/min時，無明顯噪音，機床恢復正常。

1.4 急停故障

故障現象：機床開機后工作狀態始終顯示“MDI”并處于急停，機床不能運動。

故障分析與處理：檢查系統參數和PMC參數，未發現異常，不應該是數據問題。了解故障發生經過：之前有時候好使、有時候不好使，比如碰一下面板，就有可能好使、也可能不好使，分析之前狀態開關的信號線接觸不好或虛焊，現在有可能是斷線或開焊。檢查PMC狀態梯形圖，發現有一個信號一直沒有，初步斷定信號線斷開；卸下機床操作面板，仔細檢查工作狀態開關后的信號線，發現有一根在焊點處斷開，試著將該信號線接觸對應的接點，機床工作狀態顯示有變化，轉動旋鈕讓機床系統處于不同的工作狀態，顯示在不斷變化。把該信號線焊接在對應的焊點上，機床恢復正常。

1.5 I/O接口故障

故障現象：南京德西數控車床實驗臺，手動正常，回參考點不正常，一動就出現超程報警。面板側模擬刀架換刀正常，實際刀架執行換刀時，發出刀架過載報警。

故障分析與處理：檢查系統參數和PMC參數，并未發現異常，刀架也沒發生卡阻，查看PMC程序一時也判斷不出來，接線端子排上的信號線逐一緊了一遍，故障依舊。用萬用表逐一測量系統到I/O單元接口的信號線，發現有的信號不通，有可能是該線折斷，把其它同規格設備上的信號線整個卸下來，安上后，故障依舊。回想故障發生前的整個過程，懷疑數控系統與I/O間的接口信號接錯了。把數控系統打開，對換信號帶，未發現變化，把數控系統和I/O間的信號多次交叉互換，多次執行手動、回零、換刀動作，發現都正常了。故障原因是數控系統和I/O間的信號被接錯。

1.6 零件加工尺寸超差故障

故障現象：一臺服役多年的立式數控銑床在加工零件時發現X軸方向尺寸合格，Y軸方向尺寸不合格，超差在0.2～0.3mm范圍內變化。

故障分析與處理：造成零件加工尺寸不合格的因素有很多，包括機械方面、電氣方面、系統參數等。機械方面主要原因有：柔性齒輪比等伺服參數設定錯誤；伺服電機與絲杠聯軸節松動；滾珠絲杠固定軸承松動或磨損；滾珠絲杠螺母副反向間隙過大；滾珠絲杠螺母副、滑塊與導軌潤滑不良[2]。電氣方面的主要原因有：伺服電動機編碼器不良；伺服電動機本身不良；光柵尺位置檢測裝置不良；伺服放大器不良；外界干擾。系統參數方面主要原因有：進給傳動反向間隙補償參數、螺距誤差補償參數、伺服電動機控制參數設定不良[3]。

查看柔性齒輪比等伺服參數，未發現設置錯誤，按照先機械后電氣的原則，先排查機械部件引起的故障。通過檢查確定絲杠固定端軸承與軸承座間未發生松動，電機與絲杠間的聯軸器沒有松動，懷疑是反向間隙引起的加工誤差。對Y坐標軸進行反向間隙測量，百分表顯示工作臺反向間隙為0.26mm，工作臺反向間隙等于絲杠反向間隙加上固定端支承軸承間隙，該滾珠絲杠螺母副為雙螺母墊片調隙式結構。先調整墊片厚度使左右兩螺母產生軸向位移，消除絲杠和螺母間的間隙并產生一定的預緊力，再對Y坐標軸進行反向間隙測量，百分表顯示工作臺反向間隙為0.08mm，接下來確定軸承是否有間隙。在Y軸滾珠絲杠的端面中心孔處放置一個鋼珠，將千分表的指針頂在鋼珠上，用手正反向轉動滾珠絲杠對軸承間隙(軸向定位誤差)進行測量，千分表顯示數值為0.07mm，Y軸絲杠反向間隙為0.01mm。現場觀察發現，Y軸絲杠電機端的止退墊圈沒有鎖緊，加上機床長時間的切削振動造成軸承間隙過大。通過扳手旋轉精密螺母使軸承間隙調整到小于0.005mm以內，并將止退墊圈鎖緊。重新測量絲杠反向間隙并在參數PRM1851和PRM1852中設定相應數值，用軟件功能補償反向間隙，重新加工，精度得以保證，故障排除。

2 結語

數控機床維修人員要非常熟悉數控機床的結構，精通數控機床的控制原理，吃透控制系統的梯形圖、系統參數的設置，熟練掌握電氣原理圖并能根據電氣原理圖診斷故障，重要的是多到現場進行實踐積累經驗，能對生產現場故障進行應急處理，當數控機床出現故障時，首先判斷是機械問題還是電氣問題，是強電問題還是系統問題，是系統參數問題還是PMC程序問題，善于抓住它們的共性，在實踐中不斷學習和積累經驗，能在短時間內排除故障。