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数控机床故障维修实例
天津一汽夏利汽车股份有限公司内燃机制造分公司 杨琦

摘要：文中简述了关于数控机床故障的几个维修实例，如无法及时购到同型器件时的替代维修方法及与伺服、PLC相关的几个故障维修实例。

一、部件的替代维修
1.1丝杠损坏后的替代修复
采用FANUC 0G系统控制的进口曲轴连杆轴颈磨床，在加工过程中出现了411报警，发现丝杠运行中有异响。拆下丝杠后发现丝杠母中的滚珠已经损坏，需要更换丝杠。但因无法马上购到同样参数的丝杠，为保证生产，决定用不同参数的丝杠进行临时替代。替代方案是：用螺距为10mm的丝杠替代导程为6mm丝杠，且丝杠的旋向由原来的左旋改为了现在的右旋。为保证替代可以进行，需要对参数进行修正。但由于机床的原参数 P8184=0、P8185=0，所以无法通过改变柔性进给齿轮的方法简便地使替代成功，需根据DMR,CMR,GRD的关系，对参数进行修正。
对于原来导程为6mm的丝杠，根据参数P100=2，可知其CMR为1，根据参数P0004=01110101，可以知道机床原DMR为4，而且机床原来应用的编码器是3000pulse/rev。而对于10mm的丝杠，根据DMR为4，只能选择2500线的编码器，且需将P4改变为01111001。
同时根据：计数单元=最小移动单位/CMR；计数单元=一转检测的移动量/(编码器的检测脉冲*DMR)
可以计算出原机床的计数单元=6000/（3000*4）=1/2，即最小移动单位为0.5。在选择10mm的丝杠后，根据最小移动单位为0.5，计数单元=10000/（2500*4）=0.5/CMR，所以CMR=0.5则参数 p100=1。然后将参数p8122=-111,转变为 111后，完成了将旋向由左旋改为了右旋的控制，再将P8123=12000变为10000后完后了替代维修。
1.2用α系列放大器对C系列伺服放大器的替代
机床滑台的进给用FANUC power mate D控制，伺服放大器原为C系列A06B-6090-H006，在其损坏后，用α系列放大器A06B-6859-H104进行了替代。替代时，首先是接线的不同，在C系列放大器上要接入主电源200V、急停控制100A、100B，地线G共6颗线；而对于α系列放大器，要接入主电源200V，没有接100A、100B，而是将CX4插头 的2-3进行短接来完成急停控制，然后将拨码开关SA1的1、2、3端设定在ON，拨码4设定在OFF后完成了替代维修。

200V
200V
200V

SA1

CX4

伺服放大器部分的接线示意图

1.3完成回参考点的动作
对于有固定挡块回参考点的控制原理为，系统在接收到减速信号后，找到第一个一转零脉冲或第一个栅格点，即确认为参考点位置。
故障1：发生故障的机床采用的是巴鲁夫带接插头的接近开关来控制完成回参考点的动作，但由于接插线路出现断路，回参考点的动作无法完成，为完成机床调整的相关步骤，当时借用了临近的相同接近开关的接插线路，通过拔、插动作模拟完成了回参考点的过程。
故障2： 磨床修整器的伺服电机经皮带连接带动丝杠转动，在修整过程中发现位置偏差，分析应是参考点位置发生变化造成。查找后发现皮带松动，在通过改变中心距离的方法紧固皮带后，进行了返回参考点的动作，但修整位置仍然不对，在改变了坐标系的偏移量后，位置正确。故障应是由于电机位置改变造成丝杠的位置改变，从而返回参考点的第一个零脉冲的位置改变，改变的值应该是一个螺距的距离。
2.与驱动相关的故障维修
2.1 机床同时出现416、426报警
机床采用FANUC 0GE系统控制，最初的故障为机床CRT、伺服都不上电，经查为系统提供电源的电源单元损坏，在更换了新的电源后，CRT显示X、Z轴416、426号（位置环连接错误）报警。此报警一般与线路连接故障、伺服放大器故障、PCB板等的损坏有关。因为2个轴同时出现报警，根据经验，初步判定伺服放大器及速度控制PCB板同时损坏的可能性不大，应从外部线路查找故障原因。通过分析对PCB的控制原理图，可以发现，伺服系统所需要的15V、24V、指示灯等的电压都是是由伺服变压器18V的电压提供的。伺服变压器所提供的18V电压，通过CN2接口提供给速度控制PCB板的工作所需。在查找外部线路后，发现是电源变压器的进路保险损坏后造成18V未给出，从而造成报警。

伺服控制原理图
2.2放大器过载报警
机床采用日本东荣伺服放大器控制，故障现象为运转准备后，能够实现伺服电机的锁住，但在handle进给移动过程中，机床出现较大震动后，瞬间出现伺服偏差过大报警及伺服放大器AL18（负载过载）报警，机床停止。首先检查了伺服电机、伺服放大器，但都没有问题，为此曾怀疑是NC系统或通讯线路有问题。但在MDI方式下监视到手动转动1圈丝杠的反馈脉冲数只有50000pulse,而实际应该为100000pulse(10mm),为此用示波器检查了编码器的反馈脉冲，在从NC板观测输入输出回路的波形时发现B 相脉冲不完全，出现了部分丢失，为此更换了编码器，故障解决。此故障可从三环控制原理进行解释，故障是由于位置反馈的脉冲丢失，致使NC系统需不断增加脉冲数，从而造成了电流值增加，从而出现伺服过载检测报警。此故障加深了对伺服控制原理的理解也拓宽了分析解决故障的思路。

NC

AMP
放大器
M
电机
速度控制 电流控制

反馈信号

位置反馈
三环控制原理图
2.3 机床950#（短路）的报警
机床采用FANUC 0T 控制，在机床上电后显示950#即保险断的报警，检查后是输出回路保险短路，所以应是外部线路的问题，同时由于是一合闸便有，所以应着重查找应用闭点的开关线路。首先查找的是机床X、Y轴的超程保护开关线路，最终查明故障是由于X 轴的超程保护开关的24V对地造成的。提出这个故障主要是说明对于故障查找应首先根据故障现象进行分析，有侧重点的查找，特别是对于短路故障的查找，如果没有目标的查找，将会造成时间的浪费。
2.4 机床9031（主轴受到束缚，无法按指令速度旋转）报警
机床为卧式加工中心，采用FANUC 18iM控制，主轴最高转速为8000转，采用高低速控制，在低于3000转/分时，是低速控制交流接触器吸合，高于3000转时高速交流接触器控制吸合。故障现象为机床在上电后执行空运转时出现了9031报警。
在MDI方式下，如果输入M19主轴定向，会出现9031报警，但如果输用M03S**，则只有转速在5000转时才会出现9031报警。9031报警是指电机无法按指令速度旋转，而是停止或以极低转速旋转，所以应该是定位有问题或者是主轴功率不够。由于机床已经正常运转过，所以不会是参数设定、电机相序的问题。有可能为电机的反馈电缆或动力线故障（主轴切换输出时电磁接触器是否打开）故障。最终查找为控制高速运转的交流接触器的上口进电的动力线松动造成。
2.5 SIEMENS伺服电源单元的报警
在西门子611A的伺服电源模块上有6个LED灯，分别代表不同的含义。

1 2 1：+/-15v电源供给错误
2：5v电源供给错误
3 4 3：未准备好
4：电源准备好（DC link charged）
5 6 5：供给错误
6：直流过电压DC link over voltage

故障现象为，机床在上电后，在进行4个轴返回参考点的确认过程中，电源单元出现5号的红灯报警。为判断是电源单元本身的故障还是外部的故障，所以首先进行了单轴运动。其他3个轴在进行回参考点的运动时，电源不报警，只有第4轴回参考点时出现报警，所以排除了电源单元的故障。查找后发现第4轴在回参考点的过程中，无法准确定位造成了电源报警。在将回参考点的速度降低后，故障消除。
3、与PLC相关的故障
3.1与输入、输出相关的故障
机床由西门子S5的PLC 控制，且输入、输出部分采用ET200 来控制。故障的表现为，在机床运转中输出点Q72.0会出现突然掉电现象，同时PLC 的BF(bus fault)灯亮，ET200处出现IM fault 灯亮。
K2100 I11.6 I33.2 I73.7 Q34.1 M11.5

M11.5 Q72.0

首先查找外部线路问题，由于ET200处出现IM fault 灯亮，所以首先查找了ET200处的I/O 模块。在更换I/O模块时发现，连接线缆有部分破损现象，更换后IM fault 灯熄灭，但输出点Q72.0仍然出现不固定的断电的故障。在进行PLC联机测试时发现M11.5断续出现断电现象的原因是K2100有断电现象，而输入点I33.0对应K2100，由于已经更换了输入输出模块，所以只能通过变更输入点来进行解决，在将输入点改变后，故障消除。改变输入点时，应注意此输入点在其他功能模块中的引用，应全部变更。
3.2 S5程序的重新启动
在进行修改S5 的PLC程序后，一般只需对原程序进行覆盖，便可正常启动PLC；但若是因为电池没电造成的PLC停止，在进行PLC的程序传输后，会出现无法启动PLC，这时需要选择PLC菜单,点击其下的PLC Start才能使PLC重新运转。
3.3 SIEMENS 840C 系统上电后出现 43 PLC–CPU not ready for operation报警
机床为SIEMENS 840C系统控制，系统上电后，进行自检时出现43 PLC–CPU not ready for operation报警，查找PLC其显示状态正常，进行general reset中的PLC RESET后故障依旧。最终查找故障原因是机床应用的手持单元中，有一个接口虚接造成，重新拔插后故障消除。

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