基于流程图的数控机床故障诊断与维修.pdf

2 0 1 1 年 5月 第 3 9卷 第 1 0期 机床与液压 MACHI NE T00L ＆ HYDRAULI C S Ma y 2 01 1 Vo l _ 3 9 No ．1 0 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 1 0 ． 0 4 3 基于流程图的数控机床故障诊断与维修 周永洪 湖南交通职业技术学院机电工程系，湖南长沙 4 1 0 0 0 4 摘要提出一种数控机床故障诊断流程图；以此流程图为基础 ，以数控车床刀架换刀时不停转动为例，分析故障的原 因， 并给出具体的维修方法。 关键词流程图；故障诊断；维修 中图分类号T G 6 5 9 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 1 01 4 1 2 数控机床是典型的机电一体化产品，其维修往往 涉及机械 、电气甚至软件等多个方面。通常对数控机 床的某个具体的故障来说，影响的因素往往很复杂。 要想准确、快速地判断故障的成因并排除，既与维修 人员的经验、水平有关 ，又与维修人员的技能有关。 因此，研究与实践数控机床的故障诊断与维修方法具 有重要的现实意义 。 1 数控机床故障诊断的一般流程 数控机床的插 补运算是由 C N C 或 N C 完成 的，但外部信号大多都是通过 P L C进行处理的，如 主轴 的启停 、机 床 门 的开闭、冷却液 的启 停 、加 工 中 心 的换 刀 与选 刀等量。这些量 的基本特征是开关量。 与开关 量有关 的故 障 维修往往 不仅要解决 机 械 方 面 的 问题 ，还 要从 电气 方 面 人 手， 特别 是 通 过 P L C状 态 的判 断，快速 确定故 障位置与解决 故障 的 措施。图 1为数控 机 床故障诊断的流程图， 描述 了故 障 判 断 的 一 般思维过程。 准备 故障现象收集与分析、报警判断 故 障判 断 多 土 可 能 的 电气 原 因分 析 机械原目 可 能的机 械 原 因分析 图 1 数控机床故障 诊断流程图 在流程图 I中，故障现象是指机床故障状态下的 各种外部表现，包括各种报警、机床动作及外部能观 察到的现象，这是分析故障原因的基础。通常来说， 故障的产生既可能是 自发性的，也可能是人为造成 的。因此，在进行故障分析或维修前，一定要询问故 障产生的过程及故障前的操作过程 ，同时查阅机床的 报警记录。只有清楚这些，才能做到有据可查，有的 放矢。 在流程图中试图根据故障现象进行故障判断，把 可能的故障原因分为机械与电气两个大方面。因为数 控机床的故障通常都是机、电等多方面综合作用的结 果 ，如果笼统地进行分析，很难快速确定原因。因 此，在熟悉机床或故障部件的工作原理的基础上 ，分 别从机械与电气两个方面着手，用单 因素分析的方 法 ，确定各种可能的原因，将有利于快速分析出故障 成 因。 当用单因素分析法分析出各种可能的原因后，再 把机械的、电气的各种影响因素进行综合分析，找出 哪些因素是独立的，哪些因素是关联的，从而可较快 地确定故障的主要原因。 2 维修案例 1 故障现象 一 台普通卧式数控车床，型号为 C K 6 1 6 0 ，配置 F A N U C O i m a t e 数控系统 ，回转式六工位刀架。在手 动方式、M D I 方式和 自动运行方式下执行换刀指令 ， 刀架转位均可启动，但找不到目标刀具，换刀不能完 成，当找不到目标刀具时，刀架将不停地转动，直到 出现超时报警才停止转动或者机床复位停止转动。 2 刀架工作原理分析 任何数控机床的维修 ，在分析具体的故障原 因 前 ，必须清楚故障部件的结构与工作原理。图2是该 车床回转刀架的原理结构示意图。1 _ - 6分别是霍尔 元件编号 ，分别与刀架上的刀具号一一对应。正常换 刀时，刀架的转位由电机轴带动 ，电机轴转动时，通 过转动盘带动安装在其上面的磁铁 4旋转，当磁铁与 对应的霍尔元件 3的角向位置基本对齐时，对应的刀 具即被选中，电机停止转动，然后通过机械式的定位 装置使刀架精确定位。 收稿 日期2 0 1 0 0 4 2 6 作者简介周永 洪 1 9 6 9 一 ，男 ，学 士，讲 师，研究 方 向为 机 电一体化。电话 1 3 8 7 5 9 8 2 3 4 8 ，Em a i l z y h 3 6 5 1 26 ．c o rn。 析 原 一 一 一 一 因 故工 工 塑 圈 1 4 2 机床与液压 第 3 9卷 l 一转动盘2 一霍尔元件支架 3 一霍尔元件4 一磁铁5 一电机轴 图 2 六方刀架回转轴横向截面示意图 将 上面 的故障 现象 按 图 1的 流 程 进行 分 析 ，过 程 如 图 3所 示。根据故 障现象可知 ，数控 系统 的指 令 已经发 出，并 且 已传送 到 刀架转动 电机轴 5 ， 在换刀指令 的作用 下 ，电机轴 已旋转。 显然 ，固定在转 动 盘 1上 的磁铁 4将 随着 电机 轴 一 起 旋 转 ，系 统 在 搜 寻 目 标 刀 具 时 ，如 果 找 不到 目标 刀 具 的到 位信号，将 不停 的 进行搜寻 ，直到 出 现报警或复位为止。 l 刀架不停转动，超时报警 匝 Y Y 1 刀位检测信号没有； 2 刀位检测信号有但 1 刀架锁紧不 没有送回P L c； 其 可靠； 2 其他 他可能 的原 因 可能的原因 最直接的原因是没有检测 到刀位信号，其次是没有 将检测信号送回到P L C ● 查 看 P L c 信 号， 确 定 故 障 原 因I 图3 刀架不停转动故 障分析流程图 3 故障原因分析 故障的检测可以通过查看 P MC的状态参数进行 判断，而要使 P MC参数中霍尔元件对应的各状态位 检测有效 ，必须满足几个条件 ① 磁铁与霍尔元件 的距离合适 ；② 霍 尔元件是好 的；③ 霍尔元件检 测到的信号能送回 P L C 。根据故 障现象及刀架工作 原理分析 ，最 可能 的原 因就是 P L C未 检测到刀位 号 ，或者检测到的刀位号未送到 P L C 。分析可能 的 原因有 磁铁与霍尔元件间无感应信号；霍尔元件 损坏 ，无信号输出；霍尔元件有信号输 出，但输出 信号未能送往 P L C；检测信号能送往 P L C，但送去 的信号不对。 为了检查故障原因，先应查看刀位对应的霍尔元 件的信号是否返 回给 P L C，即 P L C是否能检测到各 刀位对应的传感器信号。因此，首先按如下程序打开 F A N U C O i m a t e的 P MC参数 S Y S T E MP MC P M C C D G N -- S T A T U S ，在 光标 位置 键入 “ X ” 后 按 s e a r c h 键，出现以 X为头的参数表，根据说明书【 有， X 0 0 0 3与 X 0 0 0 8为刀架换位状态参数 ，且按表 1定 义 表 1 刀号与输入点的对应表 注X 3 ． 6表示 X的第 3个寄存器的第 6位，其余类推。 打开霍尔元件外 的端盖 ，用扳手手动转动电机 轴，使磁铁旋转一周 ，检测 P MC参数 中各输入点的 状态是否改变。正常情况下，当霍尔元件未检测到磁 铁信号时，各状态位的值应为 “ 1 ” ；当磁铁与某霍 尔元件的角向位置对齐时，对应的输入点的状态将被 置 “ 0 ” 根据前面的分析，按流程图 3的要求，用如下步 骤进行排查 ① 首先检测磁铁与霍尔元件的距离 ，发现输入 点的状态是可变的，表明距离没有问题。 ② 转动霍尔元件的磁铁时，当磁铁对准对应的 霍尔元件时，X 3 ． 5 、X 3 ． 6 、X 8 ． 0 、X 8 ． 1 、X 8 ． 2参数 位相应变化 ，但 3 ． 7始终为 “ 0 ” ，表明任何时候系 统均认为是处在 6号刀位，当要换刀时 ，系统不停地 寻找 目标刀具 ，但因 P L C所获信号被封锁在 6号刀， 无法选到其他刀具 ，所以不停地转动。 交换 X 3 ． 6与 x 3 ． 7返 回给系统的信号线，此时 X 3 ． 6对应的位始终为“ 0 ” ，可见霍元件有信号输 出，但 P L C系统没有检测到 X 3 ． 7的返 回信号。判断 为线断了，查后发现，串连在回路中的电阻因发热已 烧坏，至此查明故障原因。 4 故障排除 更换电阻，故障排除。 3结束语 文 中提 出的数控机床故 障诊断 的流程 图，不 仅适用数控车床 ，也适用于数控 铣床 、加工 中心 或其他数控机床 的故 障诊断与维修 。对于大多数 数控机床故 障维修来说 ，均 可用该 流程 图的逻辑 思维方法进行分 析 ，但值得 注意的是用单 因素分 析法得出的故障原 因只是 可能 的，不能忽视 机械 与电气相互作用 的复合 原 因的存在 ，为此 ，应进 行充分的综合分析 ，才能快速准确地判 断故障 的 原 因并正确维修。 参考文献 【 1 】F A N U C 中国 有 限公司． F A N U C O i m a t e维修 手册 [ M] ， 2 0 0 5 ． 【 2 】F A N U C 中国 有限公司． F A N U C 0 i m a t e 参数说明书 [ M] ， 2 0 0 5 ．