數控機床特殊故障的診斷分析與處理
2021-6-8 來源： 首都航天機械有限公司 作者：關進良，楊春月，張振剛，李術平，劉松
摘要：針對數控機床某些“特殊故障”，結合工作中的維修實例從原理上分析引發特殊故障的主要原因，總結排查各類特殊故障的一般思路，并給出相應的解決方案。
關鍵詞：數控機床；特殊故障；維修實例；PMC
數控機床是典型的機電一體化設備，涉及機械、電氣、液壓、計算機以及自動控制等多種專業，且控制過程復雜，這在一定程度上給數控機床的故障診斷增加了難度。在種類繁多的故障中，有一類故障不能按照常規思路進行故障診斷，其故障現象往往具有“迷惑性”，故障原因有時帶有一定的“隱蔽性”，本文稱為特殊故障。
1、具體故障診斷維修實例
1.1 某數控立式車床“標頭 SKP”閃爍不停止故障
故障現象：數控立式車床采用 FANUC 0T 數控系統，當選擇編輯 EDIT/ 自動 AUTO 方式時，機床顯示器出現“標頭 SKP”閃爍不停，無法正常運行，只有按下 RESET 鍵后才能切換到其他方式（如 MDI 方式），且其它方式無此故障現象。
故障分析及解決方案：機床出現“標頭 SKP”閃爍，一般情況下，是由于正在通過 RS232 通訊接口進行加工程序的傳輸，當程序傳輸結束后，機床即可恢復正常。但此機床的加工程序已經傳輸完成，根本不處于程序傳輸狀態，又檢查數控系統、計算機和通訊有關的參數（如波特率、數據位、停止位等）均正常。排除常見故障原因外，再將機床調為 MDI 方式，檢查是否能正常手動輸入程序，發現當輸入 G 代碼（如 G01）還未按下“input”按鍵時，G 代碼已經被輸入到系統中，故障原因可能和“input”按鍵有關，隨之拆下該數控機床特殊故障的診斷分析與處理按鍵發現里面有水珠，同時，并測量其電阻值約 95Ω（按鍵處于常開狀態），接近于“短路”狀態，正常電阻值應趨向于無窮大，接近于“斷路”狀態，將按鍵清理干燥后重新安裝測試，未出現“標頭 SKP”閃爍，故障排除。為了理清引發故障的根本原因，選擇EDIT/ AUTO 方式，按一下“input”按鍵故障復現（這一現象操作和維護人員均很少注意），進一步驗證了該故障是由于按鍵異常造成的。
小結：該故障的特殊之處在于看似屬于通訊故障，實則是硬件故障（按鍵內部進水短路），此類故障比較少見，且迷惑性很大，面對此類故障，先要清楚造成故障的過程和原理，再設法從和故障相關的其他方面著手，進而找到故障診斷突破口，如此例中，在 MDI 狀態驗證能否正常輸入 G 代碼，從而查出“input”按鍵故障。
1.2 某數控車床“方式選擇”故障
故障現象：該數控車床采用 FANUC 0iD 數控系統，開機后方式選擇旋鈕開關失效，無論選擇何種運行方式，數控系統顯示的都是 MDI 方式，無法正常進行方式選擇，且無任何報警。
故障分析及解決方案：對于方式選擇故障，一般情況下可考慮以下因素：（1）方式選擇開關直接連接的電纜脫落，故障率占 50% 以上；（2）方式選擇開關硬件本身損壞，依據故障記錄可知，故障率約占40%；（3）其他方面間接引起的此類故障，故障率約占 10%。按照以上分析，首先，拆下機床操作面板，檢查方式選擇開關連接電纜，均無脫落，也沒有虛接。然后又更換新的方式選擇開關，故障仍然復現。
另外，機床沒有任何報警提示，給維修人員帶來較大的困難。為了徹底查明故障原因，結合 FANUC 系統 PMC 和方式選擇地址信號控制原理，系統處于何種運行方式主要由地址信號 G43 來控制，具體控制和對應關系見表 1。
表 1 方式選擇地址信號
根據“無論選擇何種運行方式，系統始終顯示MDI 方式”這一故障現象，從表 1 可以看出，地址信號 MD1（G43.0）、MD2（G43.1）、MD4（G43.2）、DNCI（G43.5）、ZRN（G43.7）一直都為 0，那么有一種可能，以上地址信號沒有 24V 電源供給，這種可能也同樣可以造成此故障。現將方式選擇開關分別打到不同方式，使用萬用表依次測量開關的接線端子，電壓均為 0V。結合機床相關電氣原理圖，檢查電氣柜發現，有一給方式選擇開關供電的 24V 電源線虛接，重新緊固后并進行方式選擇測試，機床恢復正常，故障徹底排除。
小結：該故障的特殊之處在于表面看似是方式選擇開關或者地址信號控制方面的故障，其實是電源故障。解決該問題的關鍵是選擇的 PMC 地址信號控制關系，數控機床有時會出現故障現象相同，但故障原因不同，這就需要維修人員加強日常學習，明白控制原理，不斷提高自身的理論素養，從“原理”上著手解決故障，以不變應萬變，往往會起到事半功倍的效果。
1.3 某立式加工中心自動執行程序故障
故障現象：某加工中心采用三菱數控系統，在執行程序“T** M06；G91 G01 X100 F200；M30”過程中，當執行完換刀指令后出現循環停止（循環停止按鍵紅燈亮），未繼續執行語句 G91 G01 X100 F200，當再次按下循環啟動按鍵后又能往下繼續運行程序。
故障分析及解決方案：該機床采用無機械手自動換刀系統，斗笠式刀庫，刀庫的前進 / 后退以及機床主軸松 / 緊刀均采用氣壓驅動。每次只在執行帶有換刀指令的程序時才出現上述故障，于是，需要先捋清整體換刀流程（見圖 1）及相關信號檢測值是否正確，檢查后未發現異常。又根據故障現象“再次按下循環啟動按鍵后又能往下繼續運行程序”，說明有一種可能是換刀過程中某個步驟異常，在換刀完成后又恢復了正常，但間接影響了下面 G 代碼的執行（可能是影響了順利執行G 代碼的某一前提條件）。
依據這一思路，仔細觀察后發現，當換刀進行到“主軸吹氣”這一步驟時（持續 2 秒），相應的氣管有漏氣現象，當主軸夾緊刀具后此氣路控制閥已自動關閉恢復正常，且換刀流程正確，故障迷惑性較大。但是，氣管漏氣（整個機床氣動系統的一支路）過程中可能造成了氣動系統壓力瞬間低于壓力傳感器的設定值（很快又得到了恢復），在壓力傳感器檢測異常的瞬間導致了循環停止，當再次按下循環啟動時，因為壓力值已經恢復正常，所以又能往下執行程序。更換新的氣管并測試，故障徹底排除，驗證了上述分析過程的正確性。
圖 1 換刀流程
小結：該故障的特殊之處在于故障現象是程序執行問題，實質上是換刀過程中“遺留”的故障間接影響了G 代碼的執行，只有熟悉整個換刀步驟以及每一步信號檢測過程，才能準確進行故障定位。
2、結語
綜上，排除數控機床特殊故障的一般思路如下，首先，認真觀察故障現象，不放過任何細節（包括詢問機床操作人員），可能某個細節就是解決問題的關鍵。其次，使用常規故障診斷方法依次排除常見的故障原因，逐步把診斷范圍縮小。最后，既要深刻理解電氣控制“原理”，又要發散思維方式，參考“經驗”但不能只靠“經驗”，分析可能引發故障的間接可能和不常見的某些原因，逐步揭開故障的“神秘面紗”，消除各種故障的隱蔽性，從而順利排除故障。
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