浅谈数控车床故障分析
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作者: 汪胜
摘要：数控车床自动化程度高、控制复杂、元器件多，所以产生故障的可能性也大。且故障大多都很复杂。维修困难。本文就SIEMENS公司的SINUMERIK 802D数控系统(数控车床型号CYNC-400P)常见故障进行分析，并提出排除方法。
关键词：报警信号；故障处理；机床数据；检测元件；PLC状态信息
数控车床是车床与计算机控制系统相结合的机电一体化设备，因此，它不仅具有普通机械产品的特点，而且还具有电子产品的特点。现代数控系统随着微型计算机制造技术及相应配套的伺服驱动技术的发展，目前一些数控系统无故障运行时间都能达到25 000小时以上，但是，数控系统发生故障的现象却是无法避免的。在生产环境中，由于受到各种外界干扰，如电磁干扰、机械损坏干扰、液压驱动部件失控等造成数控系统不能正常工作也时有发生。在数控车床上，由于数控系统有丰富的内存功能、自诊断功能、PLC装置。所以大部分数控车床自诊断故障功能都通过数控系统的CRT装置显示。对于数控车床而言，其故障一般可以分为5大类：①伺服系统故障；②CNC装置故障；③主轴系统故障；④刀架系统故障；⑤其他部位故障[1,2]。具体的常见故障处理讨论如下：
1回参考点故障的处理
数控车床开机返回不了参考点的故障一般有以下几种情况：(1)由于零点开关出现问题，PLC没有产生减速信号；(2)编码器或光栅尺的零点脉冲出现问题；(3)数控系统的测量模块出现问题，没有接收到零点脉冲。
车床在X轴或Z轴返回参考点时，出现报警号“20005”，指定坐标轴不能回参考点。报警说明：通道％1坐标轴％2回参考点运行被终止。
根据故障现象分析，手动X轴或Z轴负方向可以运动，说明各轴参考点减速开关有问题，压上后，开关触电没有动作，单轴(X或Z)一直作正方向运动，直到压到正方向限位开关，出现“20005”报警。
通过系统的PLC状态信息显示功能，如发现反映正方向限位开关的PLC数值为“1”，则说明确实是压在限位开关上了。在各轴返回参考点时。观察参考点减速开关的PLC值，其数值没有变化，说明减速开关出现问题，更换减速开关，机床故障就可以解决了。
同样是这种情况，如零点开关没有问题，用示波器检查编码器．零点脉冲也没有问题，每走一圈，就有一个脉冲，因此可以基本认定零点脉冲与零点开关太近。表现为压上零点开关后，马上就接收到零点脉冲，这时就能找到参考点。而有时零点开关压上后。断开较晚，这时已经错过这圈的零点脉冲。还没有接收到下一个零点脉冲时。就压上限位开关了。对于这种情况．可以进行机械调整，将限位撞块后调一段距离，使零点脉冲与零点开关保持相当的距离，这样就可以使X轴或Z轴顺利地返回到参考点。
2 硬限位和软限位故障的处理
在数控车床操作过程中，由于操作人员的误操作和程序的编制问题，经常会出现某轴到达硬限位或某轴过软限位的报警信号，此时各轴处于停止状态，按方向键不起作用。
2.1 硬限位故障的处理
数控车床的X轴移动和y轴移动都有一定的行程控制，在各轴七都有相应的限位开关，如机床几何轴到达硬件限位开关时，EMG急停中间继电器失电，CRT显示“通道某轴到达硬件限位开关”的报警。造成轴功能失效，机床无法工作。
对于这类故障，排除的方法很简单。按住超程释放按钮，用JOG(点动)方式或手轮方式移出限位区域，按复位按钮解除报警即可使机床恢复正常工作。
2.2 软限位故障的处理
在数控车床上，还可以通过设定数据的方式来给系统定义X轴和Z轴的行程。该数据一般在机床出厂时，由厂家设定，用户也可以根据自己的需要自行修改。软限位超程的情况一般出现在数据设置出错或程序编制出错的情况下。出现这种情况，可使用制造商密码进入机床数据区，调出相应的机床数据：
36100：POS―LIMIT―MINUS负方向软限位；
36110：POS―LIMIT―PI。US正方向软限位。
将X轴和Z轴在正负方向上的数值调整正确。同样，在进行程序编制的时候也应当充分考虑这个问题。这样，就可以避免再出现此类问题。
3 刀架系统故障的处理
刀架系统出现故障的比率在数控车床操作中比较高，产生故障的原因也比较多。刀架电机过载报警号：700022。出现这两种信号是由于空气开关的辅助触点接到PI。C上的一个信号。当这个开关断开时，CRT显示报警信息。当电机过流、过热或者短路时，空气开关就会断开。产生该故障的情况一般有以下几种：
1．撞刀闷车。该现象一般出现在对刀、切削量过大或者G54(零点偏置)设置不正确的情况下。出现这种情况时，刀具与工件(或卡盘)猛烈撞击，形成闷车现象。此时，刀架(六工位)内部蜗轮蜗杆脱开，链轮空转，无法执行换刀。该故障属于机械故障，可拆卸刀架机械部分，将链条挂上(蜗杆头部有链轮)，手动将蜗杆旋入，使之与蜗轮完全啮合，检查啮合间隙，如无间隙则该故障即可解决。
2．伺服系统故障。根据工作原理和故障现象进行分析，刀架转动是由伺服电机驱动的，电机一启动，伺服电机就产生报警，切断伺服电源，并反馈给NC系统，显示刀架电机过载报警信息。检查机械部分及伺服单元均未发现问题，经测试，刀架电机烧毁，更换伺服电机后，故障排除。
3．光电感应装置失效。该现象表现为光电感应装置错位或光源受阻，刀架无法接受系统的换刀信号。拆卸光电感装置重新装配或清理光源孔后，刀架即恢复正常。
4．电气故障。控制柜中刀架控制器的继电器跳断或烧毁，造成系统无法向刀架供电。继电器上电或更换继电器，报警即可解除。
5．程序失效。撞刀后按急停按钮，系统停止工作。更换新刀具后刀架不工作。通过PLC程序检查分析，发现换刀过程不正确，系统认为换刀没有结束，不能进行其他操作。将刀架移至安全位置，按复位键，重新启动系统，加载程序。刀架恢复正常。当以上故障因素排除后，只需重新合上空气开关，刀架就可以完全正常工作。
4机床数据紊乱及丢失现象的处理
车床及系统上电启动后，利用PCIN软件进行程序传送，系统报警：数据传送失败。检查PCIN软件参数设置及机床RS232接口参数设置，均未作改动。显示正常。
故障分析：系统默认程序后缀名MPF被非法修改，系统原有程序名数据丢失，系统不接受MPF为后缀名的文本文件和二进制格式文件。疑为操作人员传送程序时传送协议参数设置错误。系统数据因误操作而被人为删除、破坏的现象比较常见。对此，应当事先备份好所有数据，特别是试车数据，该数据为机床调试完成后的成熟数据。
故障原因：SINUMERIK 802D数控系统与PC间进行数据传送，有固定的传送协议，不允许被修改。RS232接口参数设置必须一致。故障排除：重新启动系统，将系统初始化，重新传送备份试车数据。系统正常。
数控车床有些故障是由于系统机床参数引起的，有时因设置不当，有时因意外使参数发生变化或混乱，这一类故障只需要调整好参数，就会自然消失。还有些故障由于偶然原因使NC系统处于死循环状态，这类故障有时必须采取强行启动的方法恢复系统的使用。
5 结语
为使数控机床维修工作适应现代化企业发展的需要，提高数控设备的维修质量，我们应当做到：(1)分析故障原因到位；(2)采取措施到位；(3)维修记录到位。能否做到“三个到位”，直接反映了维修人员的工作责任心，同时也是技术素质的具体体现，是维修工作规范化的基础。
参考文献：
[1] 张邦成, 王义强, 孙学礼. 数控车床故障机理分析方法的研究[J]. 机械设计与制造, 2008,11.
[2] 张英芝, 申桂香, 贾亚洲. 数控车床故障分布规律及可靠性[J]. 农业机械学报, 2006,37(1).
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