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數控機床的故障與故障分類

時間:2021-04-28 10:59:11 來源:未知 點擊:

數控機床全部或部分喪失了規定的功能的現象稱為數控機床的故障。
 
數控機床是機電一體化的產物,技術先進、結構復雜。數控機床的故障也是多種多樣、各不相同,故障原因一般都比較復雜,這給數控機床的故障診斷和維修帶來不少困難。為了便于機床的故障分析和診斷,本節按故障的性質、故障產生的原因和故障發生的部位等因素大致把數控機床的故障劃分為以下幾類。
 
1、按數控機床發生的故障性質分類
 
(1)系統性故障
 
這類故障是指只要滿足一定的條件,機床或者數控系統就必然出現的故障。例如電網電壓過高或者過低,系統就會產生電壓過高報警或者過低報警;切削量過大時,就會產生過載報警等。
 
例如一臺采用SINUMERIK810
 
系統的數控機床在加工過程中,系統有時自動斷電關機,重新啟動后,還可以正常工作。根據系統工作原理和故障現象懷疑故障原因是系統供電電壓波動,測量系統電源模塊上的24V輸人電源,發現為22.3V左右,當機床加工時,這個電壓還向下波動,特別是切削量大時,電壓下降就大,有時接近21V,這時系統自動斷電關機,為了解決這個問題,更換容量大的24V電源變壓器將這個故障徹底消除。
 
(2)隨機故障
 
這類故障是指在同樣條件下,只偶爾出現一次或者二次的故障。要想人為地再現同樣的故障則是不容易的,有時很長時間也很難再遇到一次。這類故障的分析和診斷是比較困難的。一般情況下,這類故障往往與機械結構的松動、錯位,數控系統中部分元件工作特性的漂移、機床電氣元件可靠性下降有關。
 
例如一臺數控溝槽磨床,在加工過程中偶爾出現問題,磨溝槽的位置發生變化,造成廢品。分析這臺機床的工作原理,在磨削加工時首先測量臂向下擺動到工件的卡緊位置,然后工件開始移動,當工件的基準端面接觸到測量頭時,數控裝置記錄下此時的位置數據,然后測量臂抬起,加工程序繼續運行。數控裝置根據端面的位置數據,在距端面一定距離的位置磨削溝槽,所以溝槽位置不準與測量的準確與否有非常大的關系。因為不經常發生,所以很難觀察到故障現象。因此根據機床工作原理,對測量頭進行檢查并沒有發現問題;對測量臂的轉動檢查時發現旋轉軸有些緊,可能測量臂有時沒有精確到位,使測量產生誤差。將旋轉軸拆開檢查發現已嚴重磨損,制作新備件,更換上后再也沒有發生這個故障。
 
2、按故障類型分類
 
按照機床故障的類型區分,故障可分為機械故障和電氣故障。
 
(1)機械故障
 
這類故障主要發生在機床主機部分,還可以分為機械部件故障、液壓系統故障、氣動系統故障和潤滑系統故障等。
 
例如一臺采用SINUMERIK 810系統的數控淬火機床開機回參考點、走X軸時,出現報警1680“SERVOENABLETRAV.AXISX",手動走X軸也出現這個報警,檢查伺服裝置,發現有過載報警指示。根據西門子說明書產生這個故障的原因可能是機械負載過大、伺服控制電源出現問題、伺服電動機出現故障等。本著先機械后電氣的原則,首先檢測X軸滑臺,手動盤動X軸滑臺,發現非常沉,盤不動,說明機械部分出現了問題。將X軸滾珠絲杠拆下檢查,發現滾珠絲杠已銹蝕,原來是滑臺密封不好,淬火液進人滾珠絲杠,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出現的故障,主要包括數控裝置、PLC控制器、伺服單元、CRT顯示器、電源模塊、機床控制元件以及檢測開關的故障等。這部分的故障是數控機床的常見故障,應該引起足夠的重視。
 
3、按數控機床發生的故障后有無報警顯示分類
 
按故障產生后有無報警顯示,可分為有報警顯示故障和無報警顯示故障兩類。
 
(1)有報警顯示故障
 
這類故障又可以分為硬件報警顯示和軟件報警顯示兩種。
 
1)硬件報警顯示的故障。硬件報警顯示通常是指各單元裝置上的指示燈的報警指示。在數控系統中有許多用以指示故障部位的指示燈,如控制系統操作面板、CPU主板、伺服控制單元等部位,一旦數控系統的這些指示燈指示故障狀態后,根據相應部位上的指示燈的報警含義,均可以大致判斷故障發生的部位和性質,這無疑會給故障分析與診斷帶來極大好處。因此維修人員在日常維護和故障維修時應注意檢查這些指示燈的狀態是否正常。
 
2)軟件報警顯示的故障。軟件報警顯示通常是指數控系統顯示器上顯示出的報警號和報警信息。由于數控系統具有自診斷功能,一旦檢查出故障,即按故障的級別進行處理,同時在顯示器上顯示報警號和報警信息。
 
軟件報警又可分為NC報警和PLC報警,前者為數控部分的故障報警,可通過報警號,在《數控系統維修手冊》上找到這個報警的原因與怎樣處理方面的內容,從而確定可能產生故障的原因;后者的PLC報警的報警信息來自機床制造廠家編制的報警文本,大多屬于機床側的故障報警,遇到這類故障,可根據報警信息,或者PLC用戶程序確診故障。
 
(2)無報警顯示的故障
 
這類故障發生時沒有任何硬件及軟件報警顯示,因此分析診斷起來比較困難。對于沒有報警的故障,通常要具體問題具體分析。遇到這類問題,要根據故障現象、4、按故障發生部位分類
 
按機床故障發生的部位可把故障分為如下幾類:
 
(1)數控裝置部分的故障
 
數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。有些機床故障是由于加工程序編制出現錯誤造成的,有些故障是由于機床數據設置不當引起的,這類故障屬于軟件故障。只要將故障原因找到并修改后,這類故障就會排除。
 
2)硬件故障。有些機床故障是因為控制系統硬件出現問題,這類故障必須更換損壞的器件或者維修后才能排除故障。
 
例如一臺數控沖床出現故障,屏幕沒有顯示,檢查機床控制系統的電源模塊的24V輸人電源,沒有問題,NC-ON信號也正常,但在電源模塊上沒有5V電壓,說明電源模塊損壞,維修后,機床恢復正常使用。
 
(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用戶程序編制有問題,在數控機床運行時滿足一定的條件即可發生故障。另外,PLC用戶程序編制的不好,經常會出現一些無報警的機床側故障,所以PLC用戶程序要編制的盡量完善。
 
2)硬件故障。由于PLC輸人輸出模塊出現問題而引起的故障屬于硬件故障。有時個別輸入輸出口出現故障,可以通過修改PLC程序,使用備用接口替代出現故障的接口,從而排除故障。
 
例如一臺采用德國SIEMENS810系統的數控磨床,自動加工不能連續進行,磨削完一個工件后,主軸砂輪不退回修整,自動循環中止。分析機床的工作原理,機床的工作狀態是通過機床操作面板上的鈕子開關設定的,鈕子開關接人PLC的輸人E7.0,利用數控系統的PLC狀態顯示功能,檢查其狀態,但不管怎樣撥動鈕子開關,其狀態一直為“0”,不發生變化,而檢查開關沒有發現問題,將該開關的連接線連接到PLC的備用輸人接口E3.0上,這時觀察這個狀態的變化,正常跟隨鈕子開關的變化,沒有問題,由此證明PLC的輸人接接口E7.0損壞,因為手頭沒有備件,將鈕子開關接到PLC的E3.0的輸人接口上,然后通過編程器將PLC程序中的所有E7.0都改成E3.0,這時機床恢復了正常使用。
 
(3)伺服系統故障
 
伺服系統的故障一般都是由于伺服控制單元、伺服電動機、測速裝置、編碼器等出現問題引起的。
 
例如:一臺數控車床使用FANUC 0iTC系統,系統出現417報警,報警信息為“SERVOALARM:2-TH AXIS PARAMETER INCORRECT”,檢查伺服系統參數設置發現,參數NO:2023被人修改成為負值。(該參數為電機一轉的速度反饋脈沖數)。修改此參數,系統報警解除。
 
(4)機床主體部分的故障
 
這類故障大多數是由于外部原因造成的,機械裝置不到位、液壓系統出現問題、檢查開關損壞、驅動裝置出現問題。機床主軸、導軌、絲杠、軸承、刀庫等由于種種原因,會出現喪失精度、爬行、過載等問題。這些問題往往會造成數控系統的報警。因此,數控系統的故障判斷是一個綜合問題。
 
5、按故障發生的破壞程度分類
 
按故障發生時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
 
這類故障出現會對操作者或設備造成傷害或損害,如超程運行、飛車、部件碰撞等。
 
發生破壞性故障后,
 
例如,一臺數控車床在正常加工的情況下,刀具撞到工件,造成重大的損失,經過仔細的分析,發現返回參考點錯誤,認真地分析發現行程開關(檔塊)位置與電子柵格位置重合,(偶而)造成Z方向進給多出一個電子柵格,從而造成刀具工件相撞的破壞性故障。移動行程開關位置,從問題得到圓滿解決。
 
(2)非破壞性故障
 
數控機床的絕多數故障屬于這類故障,出現故障時對機床和操作人不會造成任何傷害,所以診斷這類故障時,可以再現故障,并可以仔細觀察故障現象,通過故障現象對故障進行分析和診斷。
 
以及維修經驗來分析診斷故障。
 
例如一臺數控淬火機床經常自動斷電關機,停一會再開還可以工作。分析機床的工作原理,產生這個故障的原因一般都是系統保護功能起作用,所以首先檢查系統的供電電壓為24V,沒有間題;在檢查系統的冷卻裝置時,發現冷卻風扇過濾網堵塞,出故障時恰好是夏季,系統因為溫度過高而自動停機,更換過濾網,機床恢復正常使用。
 
又如一臺采用德國SINUMERIK 810系統的數控溝槽磨床,在自動磨削完工件、修整砂輪時,帶動砂輪的Z軸向上運動,停下后砂輪修整器并沒有修整砂輪,而是停止了自動循環,但屏幕上沒有報警指示。根據機床的工作原理,在修整砂輪時,應該噴射冷卻液,冷卻砂輪修整器,但多次觀察發生故障的過程,卻發現沒有切削液噴射。切削液電磁閥控制原理圖如圖所示,在出現故障時利用數控系統的PLC狀態顯示功能,觀察控制切削液噴射電磁閥的輸出Q4.5,其狀態為“1”,沒有問題,根據電氣原理圖它是通過直流繼電器K45來控制電磁閥的,檢查直流繼電器K45也沒有問題,接著檢查電磁閥,發現電磁閥的線圈上有電壓,說明問題是出在電磁閥上,更換電磁閥,機床故障消除。
 
4、按故障發生部位分類
 
按機床故障發生的部位可把故障分為如下幾類:
 
(1)數控裝置部分的故障
 
數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。有些機床故障是由于加工程序編制出現錯誤造成的,有些故障是由于機床數據設置不當引起的,這類故障屬于軟件故障。只要將故障原因找到并修改后,這類故障就會排除。
 
2)硬件故障。有些機床故障是因為控制系統硬件出現問題,這類故障必須更換損壞的器件或者維修后才能排除故障。
 
例如一臺數控沖床出現故障,屏幕沒有顯示,檢查機床控制系統的電源模塊的24V輸人電源,沒有問題,NC-ON信號也正常,但在電源模塊上沒有5V電壓,說明電源模塊損壞,維修后,機床恢復正常使用。
 
(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用戶程序編制有問題,在數控機床運行時滿足一定的條件即可發生故障。另外,PLC用戶程序編制的不好,經常會出現一些無報警的機床側故障,所以PLC用戶程序要編制的盡量完善。
 
2)硬件故障。由于PLC輸人輸出模塊出現問題而引起的故障屬于硬件故障。有時個別輸入輸出口出現故障,可以通過修改PLC程序,使用備用接口替代出現故障的接口,從而排除故障。
 
例如一臺采用德國SIEMENS810系統的數控磨床,自動加工不能連續進行,磨削完一個工件后,主軸砂輪不退回修整,自動循環中止。分析機床的工作原理,機床的工作狀態是通過機床操作面板上的鈕子開關設定的,鈕子開關接人PLC的輸人E7.0,利用數控系統的PLC狀態顯示功能,檢查其狀態,但不管怎樣撥動鈕子開關,其狀態一直為“0”,不發生變化,而檢查開關沒有發現問題,將該開關的連接線連接到PLC的備用輸人接口E3.0上,這時觀察這個狀態的變化,正常跟隨鈕子開關的變化,沒有問題,由此證明PLC的輸人接接口E7.0損壞,因為手頭沒有備件,將鈕子開關接到PLC的E3.0的輸人接口上,然后通過編程器將PLC程序中的所有E7.0都改成E3.0,這時機床恢復了正常使用。
 
(3)伺服系統故障
 
伺服系統的故障一般都是由于伺服控制單元、伺服電動機、測速裝置、編碼器等出現問題引起的。
 
例如:一臺數控車床使用FANUC 0iTC系統,系統出現417報警,報警信息為“SERVOALARM:2-TH AXIS PARAMETER INCORRECT”,檢查伺服系統參數設置發現,參數NO:2023被人修改成為負值。(該參數為電機一轉的速度反饋脈沖數)。修改此參數,系統報警解除。
 
(4)機床主體部分的故障
 
這類故障大多數是由于外部原因造成的,機械裝置不到位、液壓系統出現問題、檢查開關損壞、驅動裝置出現問題。機床主軸、導軌、絲杠、軸承、刀庫等由于種種原因,會出現喪失精度、爬行、過載等問題。這些問題往往會造成數控系統的報警。因此,數控系統的故障判斷是一個綜合問題。
 
5、按故障發生的破壞程度分類
 
按故障發生時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
 
這類故障出現會對操作者或設備造成傷害或損害,如超程運行、飛車、部件碰撞等。
 
發生破壞性故障后,
 
例如,一臺數控車床在正常加工的情況下,刀具撞到工件,造成重大的損失,經過仔細的分析,發現返回參考點錯誤,認真地分析發現行程開關(檔塊)位置與電子柵格位置重合,(偶而)造成Z方向進給多出一個電子柵格,從而造成刀具工件相撞的破壞性故障。移動行程開關位置,從問題得到圓滿解決。
 
(2)非破壞性故障
 
數控機床的絕多數故障屬于這類故障,出現故障時對機床和操作人不會造成任何傷害,所以診斷這類故障時,可以再現故障,并可以仔細觀察故障現象,通過故障現象對故障進行分析和診斷。
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