GCL-15型機床常見故障分析

張景松

當今控制理論與自動化技術(shù)的高速發(fā)展，尤其是微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的日新月異，使得數(shù)控技術(shù)也在同步飛速發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式上的PC基、開放化和性能上的多樣化、復雜化、高智能化不僅給其應用從觀念到實踐?帶來了巨大變化，也在其維修理論、技術(shù)和手段上帶來了很大變化。下面就GCL-15型數(shù)控機床出現(xiàn)的幾個具體故障實例進行探討。

1、 故障現(xiàn)象

GCL-15型數(shù)控車床，采用FANUC OT數(shù)控系統(tǒng)。X 、Z分別采用 FANUC5、10型AC伺服電動機驅(qū)動，主軸采用 FANUC 8S AC主軸驅(qū)動。車床帶液壓夾具、液壓支架和15把刀的自動換刀裝置，全封閉防護，自動排屑。車床本身價格高、精度好。

該車床發(fā)生的故障現(xiàn)象為：車床開機時全部動作正常，伺服進給系統(tǒng)高速運動平穩(wěn)、低速無爬行 ， 加工的零件 精度全部達到要求。當車床正常工作 5-7h 后 ，Z 軸出現(xiàn)劇烈振蕩 ，CNC 報警 ， 車床無法正常工作。這時，即使關(guān)機再啟動 ，只要手動或自動移動Z軸，在所有速度范圍內(nèi)，都發(fā)生劇烈振蕩。但是，如果關(guān)機時間足夠長，車床又可以正常工作5-7h，并再次出現(xiàn)以上故障，如此周期性重復。

2、故障分析

根據(jù)以上故障現(xiàn)象，分析其原因不外乎與Z軸有關(guān)的機械、電氣兩個方面。在機械方面，可能是由于貼塑導軌的熱變形、脫膠，滾珠絲杠、絲杠軸承的局部損壞或調(diào)整不當?shù)仍蛞鸬姆蔷鶆蛐载撦d變化，導致進給系統(tǒng)的不穩(wěn)定。在電氣方面，可能是由于某個元件的參數(shù)變化，引起系統(tǒng)的動態(tài)特性改變，導致系統(tǒng)的不穩(wěn)定等。

鑒于本車床采用的是半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，為了分清原因，維修的第一步是松開 Z 軸伺服電動機和滾珠絲杠之間的機械聯(lián)接。在Z軸無負載的情況下，運行加工程序，以區(qū)分機械、電氣故障。經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)：故障仍然存在，但發(fā)生故障的時間有所延長。因此，可以確認故障為電氣原因，并且和負載大小或溫升有關(guān)。

由于數(shù)控車床伺服進給系統(tǒng)包含了CNC 、伺服驅(qū)動器、伺服電動機三大部分， 為了進一步分清原因， 維修的第二步是將CNC的X軸和Z鈾的速度給定和位置反饋互換 (CNC的M6與M8，M7與M9互換)，即：利用CNC的X軸指令控制車床的Z軸伺服和電動機運動 ，CNC的Z軸指令控制車床的X軸伺服和電動機運動，以判別故障發(fā) 生在CNC或伺服。經(jīng)更換發(fā)現(xiàn)，此時CNC 的Z軸(帶X軸伺服及電動機)運動正常，但X軸(帶Z軸伺服及電動機)運動時出現(xiàn)振蕩。據(jù)此，可以確認：控制Z軸的CNC正常，故障在Z軸伺服驅(qū)動或伺服電動機上。

考慮到該車床X 、Z軸采用的是同系列的AC伺服驅(qū)動，其伺服PCB板型號和規(guī)格相同，為了進一步縮小檢查范圍，維修的第三步是在恢復第二步CNC 和 X 、Z伺服間的正常連接后，將 X 、Z 的PCB板經(jīng)過調(diào)整設定后互換。經(jīng)互換發(fā)現(xiàn) ， 這時 X 軸工作仍然正常 ，Z 軸故障依舊。可見 ，Z 軸的 PCB 板正常。

根據(jù)以上試驗和檢查，可以確認故障是由于Z軸伺服主回路或伺服電動機的不良而引起的。經(jīng)以上維修，車床恢復了正常。

3、實例分析

數(shù)控車床的 “軟故障”是維修過程中最難解決的問題之一。在條件許可時 ， 使用“互換法 ”可以較快地判別故障所在，而根據(jù)原理進行分析，是解決問題的根本辦法。維修人員應根據(jù)實際情況，仔細分析故障現(xiàn)象，才能判定 故障原因，并加以解決。

（1）故障現(xiàn)象一是CRT 顯示 414# 報警。報警信息為：

SERVO ALARM:X －－－AXIS

DETECTION SYSTEM ERROR

同時 ，伺服驅(qū)動單元的LED報警顯示碼為點亮。故障分析與處理通過查看系統(tǒng)維修說明書可知：414# 報警為“X 軸的伺服系統(tǒng)異常，當錯誤的信息輸出至 DGN0720 時，伺服系統(tǒng)報警”。根據(jù)報警顯示內(nèi)容，用車床自我診斷功能檢查車床參數(shù) DGN072 上的信息，發(fā)現(xiàn)第 4 位為 “1”，而正常情況下該位應為“0”?，F(xiàn)該位由“0” 變?yōu)?“1”則為異常電流報警，同時伺服驅(qū)動單元LED 報警顯示碼為點亮 ，也表示該伺服軸過電流報警。檢查伺服驅(qū)動器模塊 ，用萬用表測得電源輸入端阻抗只有6Ω，低于正常值，因而可判斷該軸伺服驅(qū)動單元模塊損壞。更換后正常。

（2）故障現(xiàn)象二轉(zhuǎn)塔刀架在換刀過程時出現(xiàn) 2011# 、2014# 報警：

故障分析與處理查看電氣使用說明書可知2011# 報警表示轉(zhuǎn)塔有故障，2014# 報警指轉(zhuǎn)塔未卡緊。可能是由于精定位時接近開關(guān)未發(fā)出信號，電磁鐵不能鎖緊。利用 FANUC 系統(tǒng)具有的PLC 梯形圖動態(tài)顯示功能，發(fā)現(xiàn)精定位接近開關(guān) X0021.2 未亮 ( 沒有接通) 。拆下此開關(guān)并檢查，通斷正常。估計是接近開關(guān)與感應塊的距離不當造成的。調(diào)整兩者的距離使它們保持適當?shù)木嚯x0.8mm，再查看X0021.2信號通斷正常，轉(zhuǎn)塔刀架能正常使用。

（3）故障現(xiàn)象：主軸不能定向，負載表指針達紅區(qū)，08＃報警。

故障檢查及分析：查車床維修手冊，08＃報警為主軸定位故障。根據(jù)維修手冊的要求，我們打開車床電源柜，在交流主軸控制器線路板上，找到了7個發(fā)光二極管（6綠1紅）。這7個指示燈（從左到右）分別表示；①定向指令；②低速檔；③磁道峰值檢測；④減速指令；③精定位；③定位完成；以上為綠色）；⑦試驗方式。

觀察這7個指示的情況如下：l＃燈亮，3＃、5＃燈閃爍。這表明定位指令已經(jīng)發(fā)出；磁道峰值已檢測到；定位信號也檢測到；但是系統(tǒng)不能完成定位，主軸仍在低速運行，故3＃、5＃燈不斷閃爍。調(diào)節(jié)主軸控制器上的電位器RV5、RV6、RV7，仍不能定位。

從以上情況分析，懷疑是主軸箱上的放大器有問題。打開主軸防護罩檢查放大器時，發(fā)現(xiàn)主軸上的刀具夾緊油缸軟管盤繞成絞形，纏繞在主軸上，分析這個不正常的現(xiàn)象，我們判斷就是該軟管盤繞致使主軸定位偏移而不能準確定位，造成08＃報警。

解決方法：將該軟管卸下捏直后裝好，又將主軸控制器中的調(diào)節(jié)器RVII（定位點偏移）進行了重新調(diào)節(jié)。故障排除，報警消失，車床恢復正常運行。

4、結(jié)語

數(shù)控車床自身所具有的明顯優(yōu)勢（高速化，大功率，高效率，長壽命等）使得它在工業(yè)中的應用前景極為樂觀，隨著數(shù)控技術(shù)進一步的開發(fā)和利用，我們深信，它必將在機械工程領域發(fā)揮巨大的作用。這就要求我們必須具備熟練的操作技巧和快速理解加工程序的能力，能對機床加工中出現(xiàn)的各種情況進行綜合判斷，分析影響加工質(zhì)量的因素并提出處理的對策。通過努力，盡快跟上世界先進水平，這是擺在工業(yè)戰(zhàn)線廣大職工面前艱巨而光榮的任務。

參考文獻

[1] 吳國經(jīng)等.《數(shù)控機床床故障診斷與維修》[M].電子工業(yè)出版社.2005版

[2] 夏風芳.《數(shù)控機床》[M].高等教育出版社.2005年1月第一版

（作者單位：大連職業(yè)技術(shù)學院）