數(shù)控機(jī)床的故障與故障分類(lèi)

    數(shù)控機(jī)床全部或部分喪失了規(guī)定的功能的現(xiàn)象稱(chēng)為數(shù)控機(jī)床的故障。

    數(shù)控機(jī)床是機(jī)電一體化的產(chǎn)物，技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。數(shù)控機(jī)床的故障也是多種多樣、各不相同，故障原因一般都比較復(fù)雜，這給數(shù)控機(jī)床的故障診斷和維修帶來(lái)不少困難。為了便于機(jī)床的故障分析和診斷，本節(jié)按故障的性質(zhì)、故障產(chǎn)生的原因和故障發(fā)生的部位等因素大致把數(shù)控機(jī)床的故障劃分為以下幾類(lèi)。

1、按數(shù)控機(jī)床發(fā)生的故障性質(zhì)分類(lèi)

（1）系統(tǒng)性故障

    這類(lèi)故障是指只要滿(mǎn)足一定的條件，機(jī)床或者數(shù)控系統(tǒng)就必然出現(xiàn)的故障。例如電網(wǎng)電壓過(guò)高或者過(guò)低，系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生電壓過(guò)高報(bào)警或者過(guò)低報(bào)警；切削量過(guò)大時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生過(guò)載報(bào)警等。

    例如一臺(tái)采用SINUMERIK810系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中，系統(tǒng)有時(shí)自動(dòng)斷電關(guān)機(jī)，重新啟動(dòng)后，還可以正常工作。根據(jù)系統(tǒng)工作原理和故障現(xiàn)象懷疑故障原因是系統(tǒng)供電電壓波動(dòng)，測(cè)量系統(tǒng)電源模塊上的24V輸人電源，發(fā)現(xiàn)為22.3V左右，當(dāng)機(jī)床加工時(shí)，這個(gè)電壓還向下波動(dòng)，特別是切削量大時(shí)，電壓下降就大，有時(shí)接近21V，這時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)斷電關(guān)機(jī)，為了解決這個(gè)問(wèn)題，更換容量大的24V電源變壓器將這個(gè)故障徹底消除。

（2）隨機(jī)故障

    這類(lèi)故障是指在同樣條件下，只偶爾出現(xiàn)一次或者二次的故障。要想人為地再現(xiàn)同樣的故障則是不容易的，有時(shí)很長(zhǎng)時(shí)間也很難再遇到一次。這類(lèi)故障的分析和診斷是比較困難的。一般情況下，這類(lèi)故障往往與機(jī)械結(jié)構(gòu)的松動(dòng)、錯(cuò)位，數(shù)控系統(tǒng)中部分元件工作特性的漂移、機(jī)床電氣元件可靠性下降有關(guān)。

    例如一臺(tái)數(shù)控溝槽磨床，在加工過(guò)程中偶爾出現(xiàn)問(wèn)題，磨溝槽的位置發(fā)生變化，造成廢品。分析這臺(tái)機(jī)床的工作原理，在磨削加工時(shí)首先測(cè)量臂向下擺動(dòng)到工件的卡緊位置，然后工件開(kāi)始移動(dòng)，當(dāng)工件的基準(zhǔn)端面接觸到測(cè)量頭時(shí)，數(shù)控裝置記錄下此時(shí)的位置數(shù)據(jù)，然后測(cè)量臂抬起，加工程序繼續(xù)運(yùn)行。數(shù)控裝置根據(jù)端面的位置數(shù)據(jù)，在距端面一定距離的位置磨削溝槽，所以溝槽位置不準(zhǔn)與測(cè)量的準(zhǔn)確與否有非常大的關(guān)系。因?yàn)椴唤?jīng)常發(fā)生，所以很難觀(guān)察到故障現(xiàn)象。因此根據(jù)機(jī)床工作原理，對(duì)測(cè)量頭進(jìn)行檢查并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題；對(duì)測(cè)量臂的轉(zhuǎn)動(dòng)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸有些緊，可能測(cè)量臂有時(shí)沒(méi)有精確到位，使測(cè)量產(chǎn)生誤差。將旋轉(zhuǎn)軸拆開(kāi)檢查發(fā)現(xiàn)已嚴(yán)重磨損，制作新備件，更換上后再也沒(méi)有發(fā)生這個(gè)故障。

2、按故障類(lèi)型分類(lèi)

按照機(jī)床故障的類(lèi)型區(qū)分，故障可分為機(jī)械故障和電氣故障。

（1）機(jī)械故障

    這類(lèi)故障主要發(fā)生在機(jī)床主機(jī)部分，還可以分為機(jī)械部件故障、液壓系統(tǒng)故障、氣動(dòng)系統(tǒng)故障和潤(rùn)滑系統(tǒng)故障等。

    例如一臺(tái)采用SINUMERIK 810系統(tǒng)的數(shù)控淬火機(jī)床開(kāi)機(jī)回參考點(diǎn)、走X軸時(shí)，出現(xiàn)報(bào)警1680“SERVOENABLETRAV．AXISX"，手動(dòng)走X軸也出現(xiàn)這個(gè)報(bào)警，檢查伺服裝置，發(fā)現(xiàn)有過(guò)載報(bào)警指示。根據(jù)西門(mén)子說(shuō)明書(shū)產(chǎn)生這個(gè)故障的原因可能是機(jī)械負(fù)載過(guò)大、伺服控制電源出現(xiàn)問(wèn)題、伺服電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障等。本著先機(jī)械后電氣的原則，首先檢測(cè)X軸滑臺(tái)，手動(dòng)盤(pán)動(dòng)X軸滑臺(tái)，發(fā)現(xiàn)非常沉，盤(pán)不動(dòng)，說(shuō)明機(jī)械部分出現(xiàn)了問(wèn)題。將X軸滾珠絲杠拆下檢查，發(fā)現(xiàn)滾珠絲杠已銹蝕，原來(lái)是滑臺(tái)密封不好，淬火液進(jìn)人滾珠絲杠，造成滾珠絲杠的銹蝕，更換新的滾珠絲杠，故障消除。

（2）電氣故障

    電氣故障是指電氣控制系統(tǒng)出現(xiàn)的故障，主要包括數(shù)控裝置、PLC控制器、伺服單元、CRT顯示器、電源模塊、機(jī)床控制元件以及檢測(cè)開(kāi)關(guān)的故障等。這部分的故障是數(shù)控機(jī)床的常見(jiàn)故障，應(yīng)該引起足夠的重視。

3、按數(shù)控機(jī)床發(fā)生的故障后有無(wú)報(bào)警顯示分類(lèi)

按故障產(chǎn)生后有無(wú)報(bào)警顯示，可分為有報(bào)警顯示故障和無(wú)報(bào)警顯示故障兩類(lèi)。

（1）有報(bào)警顯示故障

這類(lèi)故障又可以分為硬件報(bào)警顯示和軟件報(bào)警顯示兩種。

1)硬件報(bào)警顯示的故障。硬件報(bào)警顯示通常是指各單元裝置上的指示燈的報(bào)警指示。在數(shù)控系統(tǒng)中有許多用以指示故障部位的指示燈，如控制系統(tǒng)操作面板、CPU主板、伺服控制單元等部位，一旦數(shù)控系統(tǒng)的這些指示燈指示故障狀態(tài)后，根據(jù)相應(yīng)部位上的指示燈的報(bào)警含義，均可以大致判斷故障發(fā)生的部位和性質(zhì)，這無(wú)疑會(huì)給故障分析與診斷帶來(lái)極大好處。因此維修人員在日常維護(hù)和故障維修時(shí)應(yīng)注意檢查這些指示燈的狀態(tài)是否正常。

2)軟件報(bào)警顯示的故障。軟件報(bào)警顯示通常是指數(shù)控系統(tǒng)顯示器上顯示出的報(bào)警號(hào)和報(bào)警信息。由于數(shù)控系統(tǒng)具有自診斷功能，一旦檢查出故障，即按故障的級(jí)別進(jìn)行處理，同時(shí)在顯示器上顯示報(bào)警號(hào)和報(bào)警信息。

    軟件報(bào)警又可分為NC報(bào)警和PLC報(bào)警，前者為數(shù)控部分的故障報(bào)警，可通過(guò)報(bào)警號(hào)，在《數(shù)控系統(tǒng)維修手冊(cè)》上找到這個(gè)報(bào)警的原因與怎樣處理方面的內(nèi)容，從而確定可能產(chǎn)生故障的原因；后者的PLC報(bào)警的報(bào)警信息來(lái)自機(jī)床制造廠(chǎng)家編制的報(bào)警文本，大多屬于機(jī)床側(cè)的故障報(bào)警，遇到這類(lèi)故障，可根據(jù)報(bào)警信息，或者PLC用戶(hù)程序確診故障。

（2）無(wú)報(bào)警顯示的故障

    這類(lèi)故障發(fā)生時(shí)沒(méi)有任何硬件及軟件報(bào)警顯示，因此分析診斷起來(lái)比較困難。對(duì)于沒(méi)有報(bào)警的故障，通常要具體問(wèn)題具體分析。遇到這類(lèi)問(wèn)題，要根據(jù)故障現(xiàn)象、機(jī)床工作原理、數(shù)控系統(tǒng)工作原理、PLC梯形圖以及維修經(jīng)驗(yàn)來(lái)分析診斷故障。

    例如一臺(tái)數(shù)控淬火機(jī)床經(jīng)常自動(dòng)斷電關(guān)機(jī)，停一會(huì)再開(kāi)還可以工作。分析機(jī)床的工作原理，產(chǎn)生這個(gè)故障的原因一般都是系統(tǒng)保護(hù)功能起作用，所以首先檢查系統(tǒng)的供電電壓為24V，沒(méi)有間題；在檢查系統(tǒng)的冷卻裝置時(shí)，發(fā)現(xiàn)冷卻風(fēng)扇過(guò)濾網(wǎng)堵塞，出故障時(shí)恰好是夏季，系統(tǒng)因?yàn)闇囟冗^(guò)高而自動(dòng)停機(jī)，更換過(guò)濾網(wǎng)，機(jī)床恢復(fù)正常使用。

    又如一臺(tái)采用德國(guó)SINUMERIK 810系統(tǒng)的數(shù)控溝槽磨床，在自動(dòng)磨削完工件、修整砂輪時(shí)，帶動(dòng)砂輪的Z軸向上運(yùn)動(dòng)，停下后砂輪修整器并沒(méi)有修整砂輪，而是停止了自動(dòng)循環(huán)，但屏幕上沒(méi)有報(bào)警指示。根據(jù)機(jī)床的工作原理，在修整砂輪時(shí)，應(yīng)該噴射冷卻液，冷卻砂輪修整器，但多次觀(guān)察發(fā)生故障的過(guò)程，卻發(fā)現(xiàn)沒(méi)有切削液噴射。切削液電磁閥控制原理圖如圖所示，在出現(xiàn)故障時(shí)利用數(shù)控系統(tǒng)的PLC狀態(tài)顯示功能，觀(guān)察控制切削液噴射電磁閥的輸出Q4.5，其狀態(tài)為“1”，沒(méi)有問(wèn)題，根據(jù)電氣原理圖它是通過(guò)直流繼電器K45來(lái)控制電磁閥的，檢查直流繼電器K45也沒(méi)有問(wèn)題，接著檢查電磁閥，發(fā)現(xiàn)電磁閥的線(xiàn)圈上有電壓，說(shuō)明問(wèn)題是出在電磁閥上，更換電磁閥，機(jī)床故障消除。

4、按故障發(fā)生部位分類(lèi)

按機(jī)床故障發(fā)生的部位可把故障分為如下幾類(lèi)：

（1）數(shù)控裝置部分的故障

數(shù)控裝置部分的故障又可以分為軟件故障和硬件故障。

1)軟件故障。有些機(jī)床故障是由于加工程序編制出現(xiàn)錯(cuò)誤造成的，有些故障是由于機(jī)床數(shù)據(jù)設(shè)置不當(dāng)引起的，這類(lèi)故障屬于軟件故障。只要將故障原因找到并修改后，這類(lèi)故障就會(huì)排除。

2）硬件故障。有些機(jī)床故障是因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)硬件出現(xiàn)問(wèn)題，這類(lèi)故障必須更換損壞的器件或者維修后才能排除故障。

    例如一臺(tái)數(shù)控沖床出現(xiàn)故障，屏幕沒(méi)有顯示，檢查機(jī)床控制系統(tǒng)的電源模塊的24V輸人電源，沒(méi)有問(wèn)題，NC-ON信號(hào)也正常，但在電源模塊上沒(méi)有5V電壓，說(shuō)明電源模塊損壞，維修后，機(jī)床恢復(fù)正常使用。

（2）PLC部分的故障

PLC部分的故障也分為軟件和硬件故障兩種。

1)軟件故障。由于PLC用戶(hù)程序編制有問(wèn)題，在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行時(shí)滿(mǎn)足一定的條件即可發(fā)生故障。另外，PLC用戶(hù)程序編制的不好，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些無(wú)報(bào)警的機(jī)床側(cè)故障，所以PLC用戶(hù)程序要編制的盡量完善。

2)硬件故障。由于PLC輸人輸出模塊出現(xiàn)問(wèn)題而引起的故障屬于硬件故障。有時(shí)個(gè)別輸入輸出口出現(xiàn)故障，可以通過(guò)修改PLC程序，使用備用接口替代出現(xiàn)故障的接口，從而排除故障。

    例如一臺(tái)采用德國(guó)SIEMENS810系統(tǒng)的數(shù)控磨床，自動(dòng)加工不能連續(xù)進(jìn)行，磨削完一個(gè)工件后，主軸砂輪不退回修整，自動(dòng)循環(huán)中止。分析機(jī)床的工作原理，機(jī)床的工作狀態(tài)是通過(guò)機(jī)床操作面板上的鈕子開(kāi)關(guān)設(shè)定的，鈕子開(kāi)關(guān)接人PLC的輸人E7.0，利用數(shù)控系統(tǒng)的PLC狀態(tài)顯示功能，檢查其狀態(tài)，但不管怎樣撥動(dòng)鈕子開(kāi)關(guān)，其狀態(tài)一直為“0”，不發(fā)生變化，而檢查開(kāi)關(guān)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，將該開(kāi)關(guān)的連接線(xiàn)連接到PLC的備用輸人接口E3.0上，這時(shí)觀(guān)察這個(gè)狀態(tài)的變化，正常跟隨鈕子開(kāi)關(guān)的變化，沒(méi)有問(wèn)題，由此證明PLC的輸人接接口E7.0損壞，因?yàn)槭诸^沒(méi)有備件，將鈕子開(kāi)關(guān)接到PLC的E3.0的輸人接口上，然后通過(guò)編程器將PLC程序中的所有E7.0都改成E3.0，這時(shí)機(jī)床恢復(fù)了正常使用。

（3）伺服系統(tǒng)故障

    伺服系統(tǒng)的故障一般都是由于伺服控制單元、伺服電動(dòng)機(jī)、測(cè)速裝置、編碼器等出現(xiàn)問(wèn)題引起的。

    例如：一臺(tái)數(shù)控車(chē)床使用FANUC 0iTC系統(tǒng)，系統(tǒng)出現(xiàn)417報(bào)警，報(bào)警信息為“SERVO ALARM：2－TH AXIS PARAMETER INCORRECT”,檢查伺服系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置發(fā)現(xiàn)，參數(shù)NO:2023被人修改成為負(fù)值。（該參數(shù)為電機(jī)一轉(zhuǎn)的速度反饋脈沖數(shù)）。修改此參數(shù)，系統(tǒng)報(bào)警解除。

（4）機(jī)床主體部分的故障

    這類(lèi)故障大多數(shù)是由于外部原因造成的，機(jī)械裝置不到位、液壓系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題、檢查開(kāi)關(guān)損壞、驅(qū)動(dòng)裝置出現(xiàn)問(wèn)題。機(jī)床主軸、導(dǎo)軌、絲杠、軸承、刀庫(kù)等由于種種原因，會(huì)出現(xiàn)喪失精度、爬行、過(guò)載等問(wèn)題。這些問(wèn)題往往會(huì)造成數(shù)控系統(tǒng)的報(bào)警。因此，數(shù)控系統(tǒng)的故障判斷是一個(gè)綜合問(wèn)題。

5、按故障發(fā)生的破壞程度分類(lèi)

按故障發(fā)生時(shí)的破壞程度分為破壞性故障和非破壞性故障。

（1）破壞性故障

    這類(lèi)故障出現(xiàn)會(huì)對(duì)操作者或設(shè)備造成傷害或損害，如超程運(yùn)行、飛車(chē)、部件碰撞等。

    發(fā)生破壞性故障后，例如，一臺(tái)數(shù)控車(chē)床在正常加工的情況下，刀具撞到工件，造成重大的損失，經(jīng)過(guò)仔細(xì)的分析，發(fā)現(xiàn)返回參考點(diǎn)錯(cuò)誤，認(rèn)真地分析發(fā)現(xiàn)行程開(kāi)關(guān)（檔塊）位置與電子?xùn)鸥裎恢弥睾�，（偶而）造成Z方向進(jìn)給多出一個(gè)電子?xùn)鸥�，從而造成刀具工件相撞的破壞性故障。移�?dòng)行程開(kāi)關(guān)位置，從問(wèn)題得到圓滿(mǎn)解決。

（2）非破壞性故障

    數(shù)控機(jī)床的絕多數(shù)故障屬于這類(lèi)故障，出現(xiàn)故障時(shí)對(duì)機(jī)床和操作人不會(huì)造成任何傷害，所以診斷這類(lèi)故障時(shí)，可以再現(xiàn)故障，并可以仔細(xì)觀(guān)察故障現(xiàn)象，通過(guò)故障現(xiàn)象對(duì)故障進(jìn)行分析和診斷。