加工中心现场故障简析及诊断

优胜编程龚老师

加工中心现场故障简析及诊断：



随着制造业的飞速发展，加工中心在工业生产中的应用日渐广泛，高自动化、高效率的优势设备给现代制造增添了强劲的动力，随之而来的问题是如何维护好这些设备便显得尤为重要。以下就现场故障分为5个方面来进行说明。

1 外部信号故障

加工中心的外围信号主要用在如轴、刀库、机械手、交换工作台、辅助设备、模块外部接口及控制电器的辅助触点等部位。主要功能包括：液位检测、温度检测、压力检测、到位检测、行程检测、状态检测、按钮触点以及各种使能等。这类外围信号通常都设置了相应的报警代码和提示信息，维护人员通过提示便能快捷地定位故障点。同时，也可通过:A= 梯形图、信号状态查阅界面以及:B= 装置指示灯来综合诊断。找到故障点后结合实际情况进行调整、维修或更换。偶尔也遇到库存备件缺乏的情况，在确定不影响机床正常运行的情况下，可暂时将故障点短接，以缓解生产压力，备件一到及时更换。对一些动作频率相对较高的部位，应特别注意观察和记录，如：主轴刀具状态、回参考点挡块、交换工作台位置检测、刀库和机械手位置状态等。外部信号范围广，故障多，以下简要举几例说明之。
（1）一台THM6350卧式加工中心出现“"1008液压压力不足”报警，且该报警有规律地出现，经观察发现实际压力完全满足。这是典型的辅助设备外部报警。报警提示，该压力继电器已损坏。因备件库中暂时无该型压力继电器，万用表测量该点两端阻值满足短接要求。同时，交待操作工在备件未到期间，必须注意实际液压压力情况，并随时报告。经处理，缓解了生产压力。
（2）一台VMC1000C立式加工中心，采用FANUC 0i-MA数控系统，Z、A 两轴为一双轴模块驱动。在拆走旋转台后，出现“401 Z AXIS READY OFF”报警信息。
因任务需要，决定暂时使用X、Ｙ、Ｚ三轴进行其它工件加工。应将A 轴屏蔽，其屏蔽步骤是：首先修改NC参数?NO 1023的A为“—4”；然后将PMC中的保持继电器K8.2设为“1”；最后将原驱动模块的接口封锁处理。到现场初步检查后认为已做到，但报警仍然未清除。分析认为原因出在封锁未生效，拆开所使用连接器发现里面未短接，而且型号有误。最后使用型号为HRIOS F140-2015的PCR-EV20MDT的连接器，并将其9 和10（即*DRDYn 和*MCONn）短接封锁后，机床报警清除，满足了工作需求。原因出在工作人员把连接器使用错。
（C）一进口五坐标加工中心，采用AB10数控系统。自动刀库不能正常换刀，刀盘转到正确刀位后来回旋转，未正常判别刀位。该刀库记数方式采用8421 代码，使用5个感应器判别，即感应头对应金属刀盘上有孔为“0”，反之为“1”。调查情况时得知，近期机修人员拆卸过刀库，但拆卸时是整体移出，排除上、下刀盘位置异位，手动方式单步旋转正常。据控制原理分析认为是数刀不正确，应检查5个感应信号状态正常与否（感应器淡绿色指示灯亮表示电源送到，黄色指示灯亮表示感应状态为1）。手动方式下旋转刀盘一周，仔细观察发现3号感应器一直保持同一状态。到此，判断要么是感应头上有脏物或铁屑，要么感应器已损坏。将手指伸进孔中触摸发现上面有铁屑，清除后，信号状态恢复，执行自动换刀正常。

2 连接器件故障

连接器件主要指导线和连接器。这类故障主要表现在" 个方面：一是导线破损、断裂；二是线间出现短路或干扰；三是接头处或接口连接不良；四是错接或误插。连接器件作为设备的信息通道，在支持设备的运行中具有举足轻重的作用。据我们维护中不完全统计，机床故障的近三成是该方面所致。加工环境及条件是该方面的直接原因，也有一部分归属于使用时间过长而老化、腐蚀的缘故。
如：一台宁江THM6350卧式加工中心，配置FANUC 0i-M数控系统。在交换工作台时，按下“手
动/自动启动”按钮后，托板（内工作台）升起，而托板架未上升，始终保持此状态，无法实现工作台的交换。该托板架的升降由液压系统控制。检查液压压力正常，查看控制托板架上升的电磁阀发现未执行。该电磁阀由继电器KA13的常开触点控制，而继电器KA13的线圈由PMC输出点Y1004.1直接供给24V电源。通过PMC状态显示功能检查Y1004.1的状态，执行前后始终为“0”，即未给出信号。分析认为，某一输入条件未得到满足使机床处于等待状态。决定从Y1004.1入手，利用PLC梯形图动态显示功能来诊断故障。涉及的主要梯形图如图$ 所示。在手动方式下，正常交换工作台导通路径如图中箭头方向，即要满足R68.3、R62.0 和Y1003.5导通。从梯形图可以看出，R68.3导通条件是R68.2和R62.0导通，R62.0又由外部信号来控制。动态观察发现X1004.5通，X1006.3未变化。经查X1006.3为托板（工作台）上升到位信号。用金属尺靠近感应头发现信号无变化，以为是感应器本身损坏。更换后发现故障依旧。校线时发现24V导线已断路。拆开护板后发现因油质腐蚀该导线一接头已断路，重新接好后。机床恢复正常。
  
  连接器件作为控制元件之间的信息传递通道，和生活中的通道一样，必须经常进行疏通，以防止通道堵塞、断流、分支和交叉等异常情况发生。因此，我们应高度重视机床连接器件的日常护理工作，保持机床各部位干净整洁，确保线路连接及走向的严谨合理，发现问题，及时处理，对不合理和有后患的地方应及时进行优化性改进，以提高使用的可靠性。


3 执行元件故障

这里所说的执行元件包括：电动机、继电器、接触器、电磁阀等。相对来说，这部分元器件是打开控制柜最能直观见到的。出现此类故障后，应注重排除的先后顺序。比如出现电动机过载，可能原因有电动机过热、有杂物堵塞、空开或接触器损坏、电动机损坏及加工条件过高等。此时脱开电动机线就可以分清是电动机侧还是强电柜侧有问题。有时，甚至通过目视、触摸、气味、声音等直观法就可以得出结论。
如：一台THK46100卧式加工中心，采用FANUC 0-mate数控系统。在自动方式加工过程中，出现“1019 RELAY OVERLOAD”报警。查阅外部报警信息表提示为空开跳闸。打开电气柜发现QF2空开已跳闸，以为是电压瞬间波动过大所致。重新合上空开后报警消除。试加工后，再次跳闸。经查，发现切削液电动机启动瞬间猛烈跳动，10S左右又跳闸。检查电动机已损坏，更换后，机床恢复正常。

4 各种参数、数据和程序故障

参数、数据和程序是数控设备运行必不可少的条件。其中，主要包括NC 机床参数、PMC参数、补偿参数、PLC程序、换刀程序、宏程序和加工程序等。此类故障主要表现为以下几方面：
（1）系统参数丢失，导致系统混乱或某项功能丧失；
（2）系统参数部分或个别发生了变化；
（3）操作不当，出现数据写入错误；
（4）有关程序被丢失、改动及编制不妥；
（5）对参数或数据修改过程中设置不当。一旦参数破坏严重，常常需要重装系统才能够恢复。

一台宁江THM6350卧式加工中心，采用FANUC 0i-M数控系统。在加工过程中，出现机床运动的实际尺寸与给定值不符，无报警信息。该机床在此故障前曾发生过在操作" 轴运动时数显变化而实际位置不动，检查发现" 轴皮带轮被拉断所致。更换皮带轮后对" 轴零点偏置（参数1850）进行了修正。刚试运行便发现了实际值与给定值不符的现象。此类故障通常有( 种可能原因：一是位置环问题，这其中包括如光栅尺、编码器及它们的连接电缆故障，也可能是伺服模块级的故障。二是涉及到数控参数问题，如进给单位（公制6 英制）、检测倍乘比参数的设置是否发生了变化。三是机械上存在一定的阻力或联接松动所致。以上述原因分析为依据，我们由易到难逐一进行了检查排除。经查，该故障是由于进给单位的参数设置由原来的公制变成了英制，即参数1001#0由“0”变成了“1”。将参数改回“0”后，机床恢复正常。
特别提到的是在加工中心的自动换刀过程中，执行到某一句突然中断，出现无资料提示的报警号且信息提示。这时，应仔细在系统中找到换刀程序（大型刀库的换刀程序同样分主程序和子程序，可采用查找功能找到故障段），读懂停顿语句的含义，分析逻辑关系，有效利用程序来诊断故障。同时，确保换刀程序没有发生变化。

5 伺服系统故障

为了保证加工中心能达到较高的加工精度，必须具有性能优良、可靠性强、精度高的伺服系统来支持。随着数控事业日新月异的发展，伺服系统也得到了前所未有的进步。位置伺服的三环结构，充分利用了设备的潜力，高速及其准确的定位，使数控机床得到了广泛的应用。伺服系统已全面进入了交流伺服时代，模块化、集成化、开放化是其发展的趋势。同时，给维护工作也带来了极大的方便，一旦出现故障后，为了赢得生产时间，可采用备件替换法使机床及时得到恢复。由于伺服系统的速度环和电流环的可靠性较高，通常，现场中伺服系统故障以位置环的故障率为最高，因为如编码器、光栅尺、伺服电动机等机构受外部影响较大。
现代数控设备已具有强大的故障自诊断能力。伺服故障发生后，可以通过两种途径得到提示信息：一是驱动模块上的%89 或指示灯状态，二是根据":+ 上报警号和信息提示。在不确定情况下，可以通过交叉换位法、备板置换法来诊断。有条件的用户可以通过建立数控实验平台来诊断。另一方面，在判断伺服驱动故障时应特别留意以下部位：!保险有无损坏；"模块或电动机的风扇（或散热器）的运转情况，查看有无积尘和接触不良；#可以单独更换部分#"; 板（如轴卡）进行尝试，此项应根据资料上说明进行；$检查存储器的电池电量是否充足；%整流器件或可直接判断已损坏电子管是否损坏。发现上述故障完全可以自主修复。当然，还可以在企业库存的坏模块中进行组合性试利用。事实证明这样能为企业节省大量的维护成本。目前，由于大部分企业现场维修人员没有完备的参考资料和修理条件，对集成度高或难于判断的故障应送到专门的板级维修部门修复。同时，规模大、损坏频率高的企业还可以采用参保方式来节约成本开销。
如：一进口TM1800五坐标加工中心，采用SIEMENS 840D 数控系统。在加工过程中车间突然断电，待重新启动机床后，机床出现以下报警：
①300201轴A1驱动器访问时，错误2340；
②300901轴A1驱动器停止信号B被触发；
③21612通道1 轴（X、Y、Z、C）正在运动时VDI信号“调节使能”被复位；
④600707 TURN-STOP C/S P2：SPINDLE DRIVE NOT READY。

从报警信息看出报警（1）和（2）与A轴有关，各轴模块同时损坏的可能性在实际故障中是相当小的。初步认为，系统检测到# 轴驱动模块有故障后，导致通道1 轴VDU信号的“调节使能”被复位，以及主轴驱动未准备好。查看300201报警解释原因有两点：“一是与一个或多个模块的电压掉电有关；二是硬件（包括ASICs总线和驱动模块）已经损坏。”为了防止接触不良的可能，决定关断机床电源，将各接口取下检查并重新插接。重新启动机床后发现起初四个报警已经消失，但出现新的报警内容为“300006 起码有一个模块（模块驱动号Y1）在驱动总线上没有发现。”在随后多次重新启动机床后始终出现300006号报警。初步认为" 轴驱动模块已有故障。为进一步缩小范围，决定先确认" 向轴卡是否有损坏。将" 轴卡换到另一台正常的完全同型的加工中心上，启动机床，发现另一台机床重演300006号报警，判定A 轴轴卡有故障。其他部分还有无问题Y将完好的Y轴卡换到有故障的机床上，结果发现上述报警信息再次出现。A轴轴卡真的出现了问题？按照同样的替换法，结果证明% 轴卡确已损坏。购回备件更换后，机床恢复正常。在采用替换法时，应先将怀疑有故障部分换到正常设备和实验平台上测试，避免将完好部件先换上后有再次损坏的可能，造成不必要的经济损失。

6 数控系统及PLC故障
加工中心的报警信息通常分为CNC报警、PMC报警和主轴报警几类。数控系统及PLC常见故障主要有：系统处理混乱而进入死循环状态；系统不能通过自检；出现RAM、ROM奇偶校验错误；数据总线ID错误；电压或电流异常等。在硬件上也可能出现某个PCB烧坏、不良，PLC的部分I/O块故障。一般来说，这类故障在现场故障中所占比例相当小，其可靠性较其它部分要高。
  
总而言之，加强保护措施是延长控制系统寿命最根本的办法，比如提高车间电源质量，保持良好的加工环境条件；防止积尘并定期清除。以完善维护和保养制度为根本，减少机床停机率，有效地提高生产率。