搬遷導(dǎo)致機(jī)床異常故障的案例分析

宓方瑋，董春強(qiáng)，陳濱

(中國工程物理研究院機(jī)械制造工藝研究所，四川綿陽621900)

某單位機(jī)床搬遷后出現(xiàn)異常，無法正常使用。作者到現(xiàn)場檢修了2 天才最終發(fā)現(xiàn)故障原因，中間被故障現(xiàn)象的奇特引導(dǎo)，走了一些彎路。事后回顧整個(gè)檢修過程，覺得非常有必要做一次總結(jié)，讓同行分享其中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。

1 故障現(xiàn)象

2013年3月，某公司的重大頭車CK61100 搬遷到新工號(hào)就位后，出現(xiàn)伺服軸亂跑的現(xiàn)象，具體為:機(jī)床上電后執(zhí)行回零操作，X軸沒有動(dòng)作，Z軸則隨機(jī)向一個(gè)方向以最大速度移動(dòng)一段距離后出現(xiàn)25040、25201、26100、300500、300608、20005 等報(bào)警號(hào)，按復(fù)位鍵Z軸也出現(xiàn)上述現(xiàn)象。

2 故障分析

2.1 報(bào)警號(hào)分析

25040 報(bào)警含義:軸輪廓監(jiān)控錯(cuò)誤，是指NCK輸出的指令值與機(jī)床的實(shí)際值超出了機(jī)床數(shù)據(jù)參數(shù)MD36400 CONTOUR_TOL 中設(shè)定的數(shù)值。

解決辦法:檢測MD36400 CONTOUR_TOL 中設(shè)定的公差值是否太小;檢查位置控制器的優(yōu)化(機(jī)床數(shù)據(jù)32200 POSCTRL_GAIN 中的KV 系數(shù))，確定軸是否跟蹤給定的設(shè)定點(diǎn)，否則速度控制器優(yōu)化必須提高或者KV 伺服增益系數(shù)必須減小;檢測MD32200 MAX_AX_ACCEL 中的加速，如果由于過量加速而達(dá)到電源限制，那么位置控制因此切斷。一旦控制循環(huán)關(guān)閉，那么“丟失的”實(shí)際值以過調(diào)形式恢復(fù);提高速度控制器優(yōu)化;檢測機(jī)械部分(平穩(wěn)運(yùn)行、慣量質(zhì)量)。

25201 報(bào)警含義:軸驅(qū)動(dòng)故障，是指驅(qū)動(dòng)發(fā)出一級(jí)嚴(yán)重故障信號(hào)(ZK1)，故障可以通過鑒定下列額外輸出的驅(qū)動(dòng)報(bào)警來識(shí)別:報(bào)警300500，報(bào)警300502-300505，報(bào)警300508，報(bào)警300515，報(bào)警300608，報(bào)警300612，報(bào)警300614，報(bào)警600701-300761，報(bào)警300799。

解決辦法:測定上述列出的驅(qū)動(dòng)報(bào)警，按復(fù)位鍵消除此方式組所在通道內(nèi)報(bào)警。

26100 報(bào)警含義:軸的壽命符號(hào)消失，是指驅(qū)動(dòng)控制在每個(gè)控制循環(huán)中增加1 個(gè)“壽命符號(hào)元件”，此元件在插補(bǔ)循環(huán)中由伺服檢查變化情況，如果元件不變，報(bào)警產(chǎn)生。

解決辦法:其他故障信息也用此報(bào)警顯示(系統(tǒng)故障，如棧溢出)，可訪問它們以確定故障原因。如果此報(bào)警重復(fù)發(fā)生，除機(jī)床分析外，留意其他報(bào)警顯示。

300500 報(bào)警含義:軸%1 驅(qū)動(dòng)%2 系統(tǒng)錯(cuò)誤，錯(cuò)誤代碼%3，%4POWER ON，是指驅(qū)動(dòng)已發(fā)出系統(tǒng)錯(cuò)誤信號(hào)。

300608 報(bào)警含義:軸%1 驅(qū)動(dòng)%2 速度控制器處于極限，是指由于超時(shí)，速度控制器輸出已處于極限(1605:$MD_ APEEDCTRL_LIMIT_TIME)。扭矩設(shè)置點(diǎn)超出扭矩限制(電流限定);當(dāng)速度設(shè)置點(diǎn)低于MD1606:$MD_SPEEDCTRL_LIMIT_THRESHOLD 中的速度閾值時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)才生效。

解決辦法:電機(jī)受阻;檢查電機(jī)編碼器及電纜;檢查電機(jī)編碼器電纜上的屏蔽連接;檢查電機(jī)接地;檢查電機(jī)換向器連接(相位消失，旋轉(zhuǎn)場不正確);檢查編碼器分辨率;檢查編碼器軌跡旋轉(zhuǎn)方向;檢查電機(jī)保護(hù);檢查驅(qū)動(dòng)器連接;檢查直流母線電壓和螺釘連接;是否激活Uce監(jiān)控線路;根據(jù)軸的機(jī)械和動(dòng)態(tài)特性修改MD1605 和MD1606(FDD 的默認(rèn)值MD1605 為200 ms、MD1606 為8 000 r/min，MSD 的默認(rèn)值MD1605 為200 ms、MD1606 為30 r/min)。

20005 報(bào)警含義:通道軸%1 驅(qū)動(dòng)%2 參考點(diǎn)逼近失敗，是指不能對(duì)所有所述的坐標(biāo)軸都完成回參考點(diǎn)(例如由于失去調(diào)節(jié)器使能，測量系統(tǒng)的切換、方向鍵釋放等而造成異常中止)。如果在MD34000REFP_CAM_IS_ACTIV 中設(shè)置值1(參考擋塊)并且滿足一個(gè)消除故障的條件，則在距離編碼的測量系統(tǒng)中也會(huì)出現(xiàn)報(bào)警。

解決辦法:檢查伺服允許信號(hào)丟失(DB31-48，DBX2.1);測量系統(tǒng)切換(DB31- 48，DBX1.5 和DBX1.6);方向鍵+或-丟失(DB31-48，DBX4.6和DBX4.7);進(jìn)給超控為0;進(jìn)給禁止有效;坐標(biāo)軸專用的MD34110REFP_CYCLE_NR 確定哪些坐標(biāo)軸涉及通道專用參考點(diǎn)設(shè)置功能。

-1:無通道專用的參考點(diǎn)設(shè)置功能，NC 在沒有參考點(diǎn)設(shè)置功能的情況下起動(dòng)。

0:無通道專用的參考點(diǎn)設(shè)置功能，NC 在具有參考點(diǎn)設(shè)置功能的情況下起動(dòng)。

1—8:通道專用的參考點(diǎn)設(shè)置功能。這里輸入的數(shù)字與參考點(diǎn)設(shè)置順序相對(duì)應(yīng)(當(dāng)具有內(nèi)容1 的所有坐標(biāo)軸達(dá)到該參考點(diǎn)時(shí)，接著具有內(nèi)容2 的各坐標(biāo)軸起動(dòng)，依次類推)。

2.2 報(bào)警分析

該機(jī)床采用的是西門子810D 數(shù)控系統(tǒng)，在搬遷前尚可正常使用，搬遷就位上電調(diào)試，出現(xiàn)上述故障，很明顯是由于搬遷導(dǎo)致。產(chǎn)生故障的原因應(yīng)該有下面幾個(gè):接線錯(cuò)誤;電纜線斷線;電機(jī)編碼器損壞等。從故障現(xiàn)象來看Z軸存在飛車現(xiàn)象，是正反饋所導(dǎo)致，而X軸不能動(dòng)作，也沒有報(bào)警，可能存在X軸、Z軸相互連接錯(cuò)誤的現(xiàn)象。

3 檢修過程

首先檢查伺服系統(tǒng)的連接。檢查發(fā)現(xiàn)各連接電纜和動(dòng)力線的連接均沒有錯(cuò)誤，但是CCU3 上的X411接口插座的第23 管腳插針處于不正常狀態(tài)，已經(jīng)被插頭壓彎，扳正的過程中折斷。由于無法斷定是以前就是這種狀態(tài)還是作者在修理過程中造成的，咨詢西門子，專家認(rèn)為X411 上的針腳折斷無法補(bǔ)救，需要更換CCU3，這使作者非常擔(dān)心:如果是由于作者操作不慎導(dǎo)致X411 上的針腳折斷，那么就要重新購買CCU3，先撇開CCU3 價(jià)值好幾萬不說，這屬于責(zé)任事故。

首先想到的辦法是在23 腳上焊線接到相應(yīng)的插頭管腳上，但是專家認(rèn)為這個(gè)辦法不妥，而且作者以前維修過編碼器電纜斷線的故障，作者最先采取的辦法就是用飛線的辦法替代磨斷的信號(hào)線，但是會(huì)導(dǎo)致報(bào)警，最后還是購買新的電纜解決了問題，看來這個(gè)想法不可靠;第二個(gè)辦法是更換X411 接口插座，但是這個(gè)辦法需要焊板，比較麻煩，況且手上沒有合適的插座;作者采取的是第三個(gè)辦法，利用以前更換下來的CCU1 的前接口面板替換目前CCU3 上前接口面板，替換非常方便，裝上機(jī)床，出現(xiàn)了新的問題:系統(tǒng)NC 啟動(dòng)失敗和PLC 連接失敗。作者總清了系統(tǒng)數(shù)據(jù)和PLC 數(shù)據(jù)，利用備份數(shù)據(jù)重新安裝系統(tǒng)，但依然出現(xiàn)上述故障，無奈換回原接口面板后，故障又恢復(fù)到原來的狀況。這樣可以肯定方法三也是不行的，既然機(jī)床通信都出現(xiàn)了中斷，說明CCU1 的前接口面板與CCU3 上前接口面板不能互換。

上網(wǎng)查詢西門子810D 相關(guān)資料，作者發(fā)現(xiàn)X411接口插座的第23 管腳沒有定義，現(xiàn)在看來這個(gè)管腳應(yīng)該是很早就意外折彎的，由于沒有定義，故而不影響設(shè)備使用。虛驚一場。同時(shí)也排除了該因素導(dǎo)致機(jī)床故障的可能性。

接下來檢測了Z軸電機(jī)三相繞組、電機(jī)編碼器并更換編碼器電纜線均沒有發(fā)現(xiàn)問題，故障也沒有排除。再一個(gè)步驟就是在驅(qū)動(dòng)器側(cè)更換三相相序，先換了兩相，無效，再換兩相故障還是沒有解決。至此能想到的辦法都用到了，維修陷入了困境。

晚上加班，周圍的環(huán)境安靜下來，繼續(xù)維修。這時(shí)發(fā)現(xiàn)了新的現(xiàn)象:Z軸電機(jī)在運(yùn)行時(shí)有較輕微的嘯叫和振動(dòng)的現(xiàn)象，而且在報(bào)警清除、電機(jī)處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)，用手攀絲杠居然能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)“沒勁”!作者突然反應(yīng)過來:這現(xiàn)象明顯是電機(jī)缺相。通過校電機(jī)動(dòng)力線，發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器側(cè)本應(yīng)接地的黃綠線居然連接到了電機(jī)動(dòng)力線插頭的U 相，電機(jī)動(dòng)力線插頭接到了驅(qū)動(dòng)器側(cè)輸出接頭的W 相。故障原因明確了:上述接法無論怎么更換相序，總會(huì)缺一相。重新接好動(dòng)力線故障排除。

事后查明，原來是電工在搬遷時(shí)不慎把Z軸電機(jī)動(dòng)力線插頭的芯子拔了出來，又沒有檢查核對(duì)就隨便把芯子插了回去。

上述案例暴露出一個(gè)問題:西門子611D 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)上存在安全隱患，沒有缺相或短路檢測，發(fā)生缺相無法及時(shí)報(bào)警，特別是有相線接到了伺服電機(jī)的接地端上依然沒有報(bào)警，只是運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生飛車后才出現(xiàn)其他內(nèi)容的報(bào)警，不直觀，給故障判斷帶來不少麻煩。

4 結(jié)束語

該設(shè)備維修完成不久，另一臺(tái)設(shè)備搬遷后也出現(xiàn)了一伺服軸上電飛車的現(xiàn)象，同時(shí)也有300608 等報(bào)警號(hào)出現(xiàn)，現(xiàn)場調(diào)試人員打電話咨詢作者，作者給他們的建議就是對(duì)該伺服軸換相，他們調(diào)了兩次相線后，機(jī)床就恢復(fù)了正常。

通過這兩次案例維修，說明在設(shè)備搬遷工作中不夠嚴(yán)謹(jǐn)，特別是在拆線時(shí)沒有全部做好標(biāo)識(shí)，結(jié)果在設(shè)備就位調(diào)試時(shí)出現(xiàn)不少莫名其妙的故障，給生產(chǎn)和維修帶來不必要的麻煩和影響。所以對(duì)于機(jī)床電器而言，搬遷時(shí)要特別注意對(duì)電線電纜的防護(hù)，避免受到拉扯、擠壓、磨損;對(duì)光柵尺等重要檢測元件要避免碰撞、擠壓。

［1］CK61100 機(jī)床說明書［M］.

［2］西門子810D 簡明調(diào)試手冊［M］.