系統框圖法在數控銑床故障維修中的應用

祁向榮

（桂林理工大學 南寧分校，南寧 530001）

0 引言

系統統框圖法的基本思想是將數控機床中被懷疑有故障的某一些元器件和其他元器件的關系用框圖的方法表示出來，根據被懷疑元件在框圖中的位置及它和其他元件之間的關聯性，來進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 數控銑床故障一

1）故障現象。西門子802D系統數控銑床開機出現000300急停報警，按復位等按鍵無法消除報警信息。

2）分析。根據以往的經驗，數控機床急停報警的出現一般有以下幾種情況：a.工作臺碰到行程開關導致急停報警；b.急停開關自身斷線；c.驅動器相關線路接線不良[2]。現在經過仔細檢查機床發現這幾處部位都沒有任何問題。按先易后難的故障分析原則，可以先通過觀察數控銑床的組成框圖來進行分析，考慮到是CNC報警，因此應該以CNC裝置為研究對象進行分析，分析與CNC裝置直接連接的部件，經觀察系統框圖（如圖1）[3]可以發現，與CNC直接相連的部件有3個，分別為輸入輸出設備、伺服系統、PLC裝置。考慮到機床顯示器能正常顯示，因此圖1中CNC裝置左側的輸入輸出設備是沒有問題的，而右側的伺服單元是否正常可以通過伺服驅動器上面的狀態指示燈來判斷，經檢查指示燈的顏色發現伺服驅動器也是正常的，測量裝置也沒有報警信息，所以通過排除法排除了CNC裝置左側和右側的元器件出故障的可能。那么現在就只有CNC裝置與PLC的連接這條線路沒有檢查了，因為PLC這條線路的連接范圍非常廣泛，伺服單元、電氣控制等線路全部都要通過PLC與CNC裝置連接在一起，因此初步推測，PLC與CNC的連接是不是出現了一些問題，具體到本臺機床，PLC與CNC之間通過3個線纜X111、X222、X333連接，這3個接口將機床面板上的所有按鍵和開關都與PLC聯系起來，因此初步判斷，這3個接口可能存在問題，按照通電不能插拔線纜的原則，首先將機床斷電，然后分別拆下這3條線纜，經仔細檢查后發現，X111號連接線纜的中間一段有被老鼠咬過的破損跡象，其他兩條連接線是正常的，于是懷疑X111號線纜已經損壞，經過更換X111 號線纜，重新連接機床，開機測試后，此故障排除。

圖1 數控銑床部分組成框圖

1.2 數控銑床故障二

1）故障現象。FANUC系統數控銑床在開機之后，按主軸正轉按鈕，主軸無法啟動，輸入程序指令，也無法啟動主軸。

2）分析。由于主軸由主軸電動機驅動，主軸電動機又由變頻器驅動，因此應首先檢查變頻器是否正常，經檢查發現變頻器的電源信號燈都不亮，因此懷疑變頻器沒有接通。分析過程，首先分析變頻器的線路連接情況，根據圖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號線和零線6N，因此，首先測量這兩端的信號是否正常，在正常的情況下，輸入變頻器的這兩端應該有220 V的電壓，測量得到的結果是這兩端僅僅有微弱的電壓。因此，變頻器電源輸入信號不正常，那么再向電路前方查找與KM3連接的前一個元器件的輸入信號，根據圖2可以看出，前一個原件為斷路器QF4，檢查這個信號發現，QF4的第3相5L3和零線1N間仍然只有很小的電壓，輸入信號仍然不正常，因此繼續向QF4前面的線路追蹤，根據總電路圖發現QF4前面的元器件是斷路開關QF1，如圖3所示。繼續檢查QF1的第3相1L3和零線之間的電壓，發現此電壓仍然只有幾伏，說明QF1的信號仍然不正常，而QF1的前方元器件是漏電保護開關QF0及外接的三相電源線，如圖4所示。因此繼續向前追蹤此信號，經檢查QF0第3相和零線的電壓仍然只有幾伏，繼續向前追蹤此信號一直到墻上的外接電源空氣開關，打開空氣開關柜子之后，經仔細檢查，發現零線信號線和墻上零線的接口已經發生了松動，因而第三相和零線的電壓始終處于十分微弱的狀態，經過斷電，然后重新擰緊零線螺栓之后，再次啟動機床，故障排除，變頻器可以正常工作了。此分析過程可以通過圖5的局部電氣元件連接簡圖來分析，在圖5中，變頻器是該電路中的最后一個元件，其前面的電路元件 分 別 為QF4、QF1、QF0及外接電源，因為變頻器無輸出，因此向前檢查前一個元件QF4的信號是否正常，如果不正常就繼續向前檢查前一個元件QF1的信號，直到最后檢查出外接電源中的0 V線接觸不良。本例將與故障的初始發生部件變頻器相關的所有其他元器件從電路中隔離出來一一進行分析，體現了框圖法的另一種運用，若某元件的輸入信號不正常，先檢查與其連接的前一個元器件的輸出信號，若此輸出還是不正常，則繼續向前檢查與其連接的前一個元器件，如此持續追蹤下去，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

圖5 變頻器與其前端電路元件的連接簡圖

1.3 數控銑床故障三

1）故障現象。FANUC 0i M系統數控銑床，開機后，機床的顯示屏可以工作，操作面板上的開關大部分的功能是正常的，但有1個開關失效了，就是方式選擇開關，方式選擇開關在開機后始終顯示在MDI狀態，不管如何旋轉開關旋鈕，方式選擇的狀態始終不能改變，其他的按鍵功能正常，因此機床無法運行。

2）分析過程如下。因為方式選擇開關由組合開關SA6所控制，該組合開關有3個輸入端子MD1、MD2、MD4見圖6，其信號代碼分別為X13.4，X13.5，X13.6，其開關信號的狀態與對應的開關功能如表1所示。

圖6 機床面板控制開關與CNC 系統的連接示意圖

表1 工作方式組合開關信號編碼表

由表1可以得出一個結論，之所以所有的開關都顯示為MDI不變，意味著組合開關的信號端子狀態的改變并沒有傳入到數控系統，因為電路中某處出現了斷路，所以各個信號的宏觀狀態都顯示為0，而0、0、0就是MDI開關的輸出狀態。因此考慮將組合開關列為一個獨立元件用線段框起來，然后對其進行分析，根據圖6，組合開關整體的信號不正常，要么是開關上面的線和24 V的連接不正常，即Q點與左邊的24 V電源端，要么是開關下面幾條線和右邊的0 V線的連接不正常。進一步分析可能出現的原因：1）組合開關與24 V線的連接出現斷路；2）組合開關與0 V線的連接出現斷路。經過分析后對電路進行測量，將方式選擇開關打到回參考點方式，因為在這個方式下如果系統能正常工作，按表1所示，組合開關的各端子的狀態應全部為接通狀態，經測量P點與24 V的電壓，約為22 V左右，而開關下面各點MNT點與0 V端的電壓為0 V，因此可以初步得出結果，組合開關與24 V的電壓不正常，P點上方可能已經出現斷路，而組合開關與0 V的電壓是正常的。接下來進行實操驗證，先關閉機床電源，然后打開操作面板背面，拆開方式選擇組合開關，發現此開關后面的24 V公共端已經脫焊，將脫焊點Q重新焊接后再開機，故障排除，各個方式選擇信號恢復正常，機床能正常運行。

2 結語

本文出現的3個故障現象，都是很小并且很隱蔽的故障，但是卻全都造成了數控銑床無法運行的結果，文中分析了系統框圖法在排除此類故障時的獨到作用，在進行故障分析時，靈活地運用系統框圖法，將懷疑有問題的元器件用框圖標記出來，然后根據故障現象畫出與其有關的其各部件和該元件的聯系框圖，進而分析它與其他元器件或其他信號的關系，列出所有可能導致故障的原因，然后再進行測量和驗證，直到找出故障的確切位置，是一種比較快捷和高效的數控機床故障分析方法。