加工中心現場故障簡析及診斷

加工中心的外圍信號主要用在如軸、刀庫、機械手、交換工作台、輔助設備、模塊外部介面及控制電器的輔助觸點等部位。主要功能包括：液位檢測、溫度檢測、壓力檢測、到位檢測、行程檢測、狀態檢測、按鈕觸點以及各種使能等。這類外圍信號通常都設置了相應的報警代碼和提示信息，維護人員通過提示便能快捷地定位故障點。同時，也可通過:A= 梯形圖、信號狀態查閱界面以及:B= 裝置指示燈來綜合診斷。找到故障點后結合實際情況進行調整、維修或更換。偶爾也遇到庫存備件缺乏的情況，在確定不影響機床正常運行的情況下，可暫時將故障點短接，以緩解生產壓力，備件一到及時更換。對一些動作頻率相對較高的部位，應特別注意觀察和記錄，如：主軸刀具狀態、回參考點擋塊、交換工作台位置檢測、刀庫和機械手位置狀態等。外部信號範圍廣，故障多，以下簡要舉幾例說明之。

（1）一台THM6350卧式加工中心出現「"1008液壓壓力不足」報警，且該報警有規律地出現，經觀察發現實際壓力完全滿足。這是典型的輔助設備外部報警。報警提示，該壓力繼電器已損壞。因備件庫中暫時無該型壓力繼電器，萬用表測量該點兩端阻值滿足短接要求。同時，交待操作工在備件未到期間，必須注意實際液壓壓力情況，並隨時報告。經處理，緩解了生產壓力。

（2）一台VMC1000C立式加工中心，採用FANUC 0i-MA數控系統，Z、A 兩軸為一雙軸模塊驅動。在拆走旋轉檯后，出現「401 Z AXIS READY OFF」報警信息。

因任務需要，決定暫時使用X、Ｙ、Ｚ三軸進行其它工件加工。應將A 軸屏蔽，其屏蔽步驟是：首先修改NC參數?NO 1023的A為「—4」；然後將PMC中的保持繼電器K8.2設為「1」；最後將原驅動模塊的介面封鎖處理。到現場初步檢查后認為已做到，但報警仍然未清除。分析認為原因出在封鎖未生效，拆開所使用連接器發現裡面未短接，而且型號有誤。最後使用型號為HRIOS F140-2015的PCR-EV20MDT的連接器，並將其9 和10（即*DRDYn 和*MCONn）短接封鎖后，機床報警清除，滿足了工作需求。原因出在工作人員把連接器使用錯。

（C）一進口五坐標加工中心，採用AB10數控系統。自動刀庫不能正常換刀，刀盤轉到正確刀位後來迴旋轉，未正常判別刀位。該刀庫記數方式採用8421 代碼，使用5個感應器判別，即感應頭對應金屬刀盤上有孔為「0」，反之為「1」。調查情況時得知，近期機修人員拆卸過刀庫，但拆卸時是整體移出，排除上、下刀盤位置異位，手動方式單步旋轉正常。據控制原理分析認為是數刀不正確，應檢查5個感應信號狀態正常與否（感應器淡綠色指示燈亮表示電源送到，黃色指示燈亮表示感應狀態為1）。手動方式下旋轉刀盤一周，仔細觀察發現3號感應器一直保持同一狀態。到此，判斷要麼是感應頭上有臟物或鐵屑，要麼感應器已損壞。將手指伸進孔中觸摸發現上面有鐵屑，清除后，信號狀態恢復，執行自動換刀正常。

2 連接器件故障

連接器件主要指導線和連接器。這類故障主要表現在" 個方面：一是導線破損、斷裂；二是線間出現短路或干擾；三是接頭處或介面連接不良；四是錯接或誤插。連接器件作為設備的信息通道，在支持設備的運行中具有舉足輕重的作用。據我們維護中不完全統計，機床故障的近三成是該方面所致。加工環境及條件是該方面的直接原因，也有一部分歸屬於使用時間過長而老化、腐蝕的緣故。

如：一台寧江THM6350卧式加工中心，配置FANUC 0i-M數控系統。在交換工作台時，按下「手

動/自動啟動」按鈕后，托板（內工作台）升起，而托板架未上升，始終保持此狀態，無法實現工作台的交換。該托板架的升降由液壓系統控制。檢查液壓壓力正常，查看控制托板架上升的電磁閥發現未執行。該電磁閥由繼電器KA13的常開觸點控制，而繼電器KA13的線圈由PMC輸出點Y1004.1直接供給24V電源。通過PMC狀態顯示功能檢查Y1004.1的狀態，執行前後始終為「0」，即未給出信號。分析認為，某一輸入條件未得到滿足使機床處於等待狀態。決定從Y1004.1入手，利用PLC梯形圖動態顯示功能來診斷故障。涉及的主要梯形圖如圖$ 所示。在手動方式下，正常交換工作台導通路徑如圖中箭頭方向，即要滿足R68.3、R62.0 和Y1003.5導通。從梯形圖可以看出，R68.3導通條件是R68.2和R62.0導通，R62.0又由外部信號來控制。動態觀察發現X1004.5通，X1006.3未變化。經查X1006.3為托板（工作台）上升到位信號。用金屬尺靠近感應頭髮現信號無變化，以為是感應器本身損壞。更換后發現故障依舊。校線時發現24V導線已斷路。拆開護板后發現因油質腐蝕該導線一接頭已斷路，重新接好后。機床恢復正常。

連接器件作為控制元件之間的信息傳遞通道，和生活中的通道一樣，必須經常進行疏通，以防止通道堵塞、斷流、分支和交叉等異常情況發生。因此，我們應高度重視機床連接器件的日常護理工作，保持機床各部位乾淨整潔，確保線路連接及走向的嚴謹合理，發現問題，及時處理，對不合理和有後患的地方應及時進行優化性改進，以提高使用的可靠性。

3 執行元件故障

這裡所說的執行元件包括：電動機、繼電器、接觸器、電磁閥等。相對來說，這部分元器件是打開控制櫃最能直觀見到的。出現此類故障后，應注重排除的先後順序。比如出現電動機過載，可能原因有電動機過熱、有雜物堵塞、空開或接觸器損壞、電動機損壞及加工條件過高等。此時脫開電動機線就可以分清是電動機側還是強電櫃側有問題。有時，甚至通過目視、觸摸、氣味、聲音等直觀法就可以得出結論。

如：一台THK46100卧式加工中心，採用FANUC 0-mate數控系統。在自動方式加工過程中，出現「1019 RELAY OVERLOAD」報警。查閱外部報警信息表提示為空開跳閘。打開電氣櫃發現QF2空開已跳閘，以為是電壓瞬間波動過大所致。重新合上空開后報警消除。試加工后，再次跳閘。經查，發現切削液電動機啟動瞬間猛烈跳動，10S左右又跳閘。檢查電動機已損壞，更換后，機床恢復正常。

4 各種參數、數據和程序故障

參數、數據和程序是數控設備運行必不可少的條件。其中，主要包括NC 機床參數、PMC參數、補償參數、PLC程序、換刀程序、宏程序和加工程序等。此類故障主要表現為以下幾方面：（1）系統參數丟失，導致系統混亂或某項功能喪失；（2）系統參數部分或個別發生了變化；（3）操作不當，出現數據寫入錯誤；（4）有關程序被丟失、改動及編製不妥；（5）對參數或數據修改過程中設置不當。一旦參數破壞嚴重，常常需要重裝系統才能夠恢復。

一台寧江THM6350卧式加工中心，採用FANUC 0i-M數控系統。在加工過程中，出現機床運動的實際尺寸與給定值不符，無報警信息。該機床在此故障前曾發生過在操作" 軸運動時數顯變化而實際位置不動，檢查發現" 軸皮帶輪被拉斷所致。更換皮帶輪后對" 軸零點偏置（參數1850）進行了修正。剛試運行便發現了實際值與給定值不符的現象。此類故障通常有( 種可能原因：一是位置環問題，這其中包括如光柵尺、編碼器及它們的連接電纜故障，也可能是伺服模塊級的故障。二是涉及到數控參數問題，如進給單位（公制6 英制）、檢測倍乘比參數的設置是否發生了變化。三是機械上存在一定的阻力或聯接鬆動所致。以上述原因分析為依據，我們由易到難逐一進行了檢查排除。經查，該故障是由於進給單位的參數設置由原來的公制變成了英制，即參數1001#0由「0」變成了「1」。將參數改回「0」后，機床恢復正常。

特別提到的是在加工中心的自動換刀過程中，執行到某一句突然中斷，出現無資料提示的報警號且信息提示。這時，應仔細在系統中找到換刀程序（大型刀庫的換刀程序同樣分主程序和子程序，可採用查找功能找到故障段），讀懂停頓語句的含義，分析邏輯關係，有效利用程序來診斷故障。同時，確保換刀程序沒有發生變化。

5 伺服系統故障

為了保證加工中心能達到較高的加工精度，必須具有性能優良、可靠性強、精度高的伺服系統來支持。隨著數控事業日新月異的發展，伺服系統也得到了前所未有的進步。位置伺服的三環結構，充分利用了設備的潛力，高速及其準確的定位，使數控機床得到了廣泛的應用。伺服系統已全面進入了交流伺服時代，模塊化、集成化、開放化是其發展的趨勢。同時，給維護工作也帶來了極大的方便，一旦出現故障后，為了贏得生產時間，可採用備件替換法使機床及時得到恢復。由於伺服系統的速度環和電流環的可靠性較高，通常，現場中伺服系統故障以位置環的故障率為最高，因為如編碼器、光柵尺、伺服電動機等機構受外部影響較大。

現代數控設備已具有強大的故障自診斷能力。伺服故障發生后，可以通過兩種途徑得到提示信息：一是驅動模塊上的%89 或指示燈狀態，二是根據":+ 上報警號和信息提示。在不確定情況下，可以通過交叉換位法、備板置換法來診斷。有條件的用戶可以通過建立數控實驗平台來診斷。另一方面，在判斷伺服驅動故障時應特別留意以下部位：!保險有無損壞；"模塊或電動機的風扇（或散熱器）的運轉情況，查看有無積塵和接觸不良；#可以單獨更換部分#"; 板（如軸卡）進行嘗試，此項應根據資料上說明進行；$檢查存儲器的電池電量是否充足；%整流器件或可直接判斷已損壞電子管是否損壞。發現上述故障完全可以自主修復。當然，還可以在企業庫存的壞模塊中進行組合性試利用。事實證明這樣能為企業節省大量的維護成本。目前，由於大部分企業現場維修人員沒有完備的參考資料和修理條件，對集成度高或難於判斷的故障應送到專門的板級維修部門修復。同時，規模大、損壞頻率高的企業還可以採用參保方式來節約成本開銷。

如：一進口TM1800五坐標加工中心，採用SIEMENS 840D 數控系統。在加工過程中車間突然斷電，待重新啟動機床后，機床出現以下報警：①300201軸A1驅動器訪問時，錯誤2340；②300901軸A1驅動器停止信號B被觸發；③21612通道1 軸（X、Y、Z、C）正在運動時VDI信號「調節使能」被複位；④600707 TURN-STOP C/S P2：SPINDLE DRIVE NOT READY。

從報警信息看出報警（1）和（2）與A軸有關，各軸模塊同時損壞的可能性在實際故障中是相當小的。初步認為，系統檢測到# 軸驅動模塊有故障后，導致通道1 軸VDU信號的「調節使能」被複位，以及主軸驅動未準備好。查看300201報警解釋原因有兩點：「一是與一個或多個模塊的電壓掉電有關；二是硬體（包括ASICs匯流排和驅動模塊）已經損壞。」為了防止接觸不良的可能，決定關斷機床電源，將各介面取下檢查並重新插接。重新啟動機床后發現起初四個報警已經消失，但出現新的報警內容為「300006 起碼有一個模塊（模塊驅動號Y1）在驅動匯流排上沒有發現。」在隨後多次重新啟動機床后始終出現300006號報警。初步認為" 軸驅動模塊已有故障。為進一步縮小範圍，決定先確認" 向軸卡是否有損壞。將" 軸卡換到另一台正常的完全同型的加工中心上，啟動機床，發現另一台機床重演300006號報警，判定A 軸軸卡有故障。其他部分還有無問題Y將完好的Y軸卡換到有故障的機床上，結果發現上述報警信息再次出現。A軸軸卡真的出現了問題？按照同樣的替換法，結果證明% 軸卡確已損壞。購回備件更換后，機床恢復正常。在採用替換法時，應先將懷疑有故障部分換到正常設備和實驗平台上測試，避免將完好部件先換上後有再次損壞的可能，造成不必要的經濟損失。

6 數控系統及PLC故障

加工中心的報警信息通常分為CNC報警、PMC報警和主軸報警幾類。數控系統及PLC常見故障主要有：系統處理混亂而進入死循環狀態；系統不能通過自檢；出現RAM、ROM奇偶校驗錯誤；數據匯流排ID錯誤；電壓或電流異常等。在硬體上也可能出現某個PCB燒壞、不良，PLC的部分I/O塊故障。一般來說，這類故障在現場故障中所佔比例相當小，其可靠性較其它部分要高。

總而言之，加強保護措施是延長控制系統壽命最根本的辦法，比如提高車間電源質量，保持良好的加工環境條件；防止積塵並定期清除。以完善維護和保養制度為根本，減少機床停機率，有效地提高生產率。