分享|数控机床维修经验浅析

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摘要：阐述数控机床的基本概念，介绍数控机床维护和保养的基本要求，以及维修实例，通过维修实例介绍自己的维修经验和体会等。

随着电子技术和自动化技术的发展，数控机床已在我国批量生产和大量引进。由于其自动化程度高、结构复杂，能实现机械加工的高速度、高精度和高自动化，在企业生产中往往占有重要的地位，如何搞好数控机床的维修管理工作，使其发挥应有的效率，直接关系到企业生产的经济利益。

本人从事数控机床电气维修工作多年，现将本人在实践中总结出的经验，遇到的问题，解决的方法，与同仁们作个阐述，供大家参考和交流，不足之处恳请批评指正。

一、概述

要使数控机床发挥其高效率，本人认为首先要重视数控机床日常维护和保养工作，要根据数控机床其功能、结构的不同及实际使用情况，并参照说明书的要求，制订和建立必要的定期、定级保养制度。做好资料管理和数据备份工作，对长期不用的数控机床，要定期通电，特别是在环境湿度较大的梅雨季节，应每周通电两次，以防电子元件受潮或印刷板电路霉断等现象，甚至有时会造成机床参数的丢失，从而造成意想不到的损失。

二、维修实例及总结

实例一：我厂一台FANUC-Oi系统卧式加工中心有两个刀库，分别为A刀库和B刀库，换刀臂靠运载器在两个刀库中移动，实现抓刀和还刀功能，换刀位固定不变。一次故障时，换刀臂在A库抓刀后，运载器一边向主轴移动，一边向换刀位移动，然而到换刀位时运载器并没有停，而是向上继续运行，换刀臂一边旋转一边完成换刀动作，直到运载器到B刀库换刀位才停止。此现象很危险，极易造成设备事故。故障发生时CRT上没有任何报警提示，通过监视与换刀有关的各个限位开关状态，开关状态都正常，外表看似乎是电气控制问题，然而用电气方法却遇到了难题，此时通过分析运载器的工作原理来寻找突破。由于其动作是靠各电磁阀的动作来控制运动的，通过分析其液压原理图，发现运载器在换刀位停止是靠撞一块机械阀的阀芯来控制其停止。通过检查该机械阀芯，发现该阀芯锈蚀，动作失灵，不能有效关闭油路造成的，经拆开清洗后重装，故障排出。

体会：对于电气维修人员来说，不仅要掌握数控机床的工作原理，还应熟悉机床的液压原理。

实例二：我厂一台加工中心，其Y轴驱动电机采用FANUC-S伺服电机，由于电机和编码器的联接器断裂，需脱开编码和电机之间的连接更换联接哭器，经更换重装后，显示编码器连接出错报警，说明编码器的安装位置有要求，经查阅相关资料，重新按照以下步骤重装后，机床正常。现将安装步骤介绍同仁，以供大家参考。

（1）将电动机电枢线的V、W相（电枢插头的B、C脚）相连。

（2）将U相（电枢插头的A脚）和直流调压器的“+”端相联，V、W和直流调压器的“—”端相联，编码器加入+5V电源（编码器插头的J、N脚间）。

（3）通过调压器对电动机电枢加入励磁电流。伺服电动机（永磁式）将自动转到U相的位置进行定位。

注意：加入的励磁电流不可以太大，只要保证电动机能进行定位即可（实际维修时调整在3-5A）。

（4）在电动机完成U相定位后，旋转编码器，使编码器的转子位置检测信号C1、C2、C4、C8（编码器插头的C、P、L、M脚）同时为“1”，使转子位置检测信号和电动机实际位置一致。

（5）安装编码器固定螺钉，装上后盖，完成电动机维修。

体会：伺服电机的电机轴和编码器（增量式）的联接，在安装上有位置上的要求，不能随意安装。

实例三：我厂一台立式龙门加工中心，在执行M06主轴换刀定位功能时，主轴旋转不停，不能定位，经检查主轴定位上各测试点电压正常，更换主轴定位备用板故障依旧。由于其主轴定位是靠磁感应器感应发磁体发出定位信号，初步判定其磁感应器有问题，更换磁感器后，主轴定位时，主轴来回摇摆，仍不能定位，经询问FANUC公司，将磁感应器调换180⁰重新安装后，故障排除。

体会：主轴定位磁传感器的安装位置也有要求。

实例四：我厂一台H3500卧式加工中心，采用FANUC-0i系统，因系统主板故障，经北京FANUC公司维修后，由于CNC存储器中有CNC参数、PMC参数、螺距误差补偿等数据全部丢失，必须重新向CNC存储器输入这些数据。由于有备份数据，在传输数据时应注意以下问题：

（1）只有在一定参数条件下，才能进行数据输入/输出，要对照备份参数说明书正确输入以下参数，参数号：0000、0020、0101、0102、0103。

（2）在输入PMC参数时，要先将K17参数第#1位设定为1，这样才可选择数据输入界面。

将以上参数全部输入时，发现各轴均可手动移动，然而在移动回零操作时，X、Y、Z轴均不动，CRT上无报警信息，在对照参数说明书核对有关轴移动参数时，发现参数1420参数为各轴进给倍率，其数值均为零。将参数全部由“0”改为“500”后，重新执行回零功能，动作正常。

体会：平时要做好机床参数的备份工作，各机床参数一定要在机床正常情况下备份。

实例五：辛辛那提1250立式加工中心（CINCINNAT850系统、GE FANUC驱动及交流伺服电机）开机自检一切正常，在执行回零操作时Y、Z轴工作正常，但X轴却一直向X—方向移动，直到撞到X—限位开关。正常时应该是向X+方向移动在接近零点时减速并精确停止定位，完成回零动做。出现此现象系统没有任何提示信息。

故障分析及排除：此故障很奇怪，转到手动操作状态，点动X轴（X+、X—）匀正常，用手轮移动X轴也正常。初步判定驱动器及伺服电机无故障，问题出在CNC部分，用万用表检测CN1端子8、9两脚电压，发现电压极性可以随X轴电机的转向而变化，但在执行回零操作时发现8、9两脚电压极性始终为负，CNC自检可以通过且没有任何告警信息说明系统无故障，应该是系统外围的开关状态不对。可能性最大的是X轴回零开关，经检查该开关始终为高电平。原来CNC检测到回零开关为高电平认为X轴离零点太近，先X—方向移动退出零点一旦回零开关为低电平再向X+方向移动完成回零动做。更换X轴回零开关故障排除。维修完毕做模拟实验移动X轴使回零开关动作，执行回零操作果然不出所料先X—方向移动退出零点再向X+方向移动完成回零。

实例六：辛辛那提MAXIN630卧式加工中心（CINCINNATI950系统、西门子640驱动及交流伺服电机,直线轴全闭环光栅尺反馈）开机自检一切正常，在执行回零操作时X、Y、Z、B轴动作正常。在完成回零动作后，CRT上出现Axis are aligning的信息没有消失（正常时应该出现Axis  aligning  finish） 由于提示状态信息不消失，表示对正没有完成。系统无法继续工作，所有的功能键都被禁止如同死机一样。只能关机重启。

故障分析及排除：转到手动操作状态，全部功能操作正常,有了第一例的经验可以得出以下结论：驱动器及伺服电机无故障，CNC自检可以通过且没有任何告警信息说明系统无故障，应该是系统外围的开关状态不对。转到I/O监视画面，执行回零操作，对照图纸逐一查看每个与回零有关的开关状态是否翻转，发现B轴下落到位的接近开关没有翻转。人为的在I 7点输入高电平（+24V）。系统马上出现Axis  aligning  finish 表示对正完成，仔细调整B轴下落到位开关，故障排除。原来系统一直在处于等待状态，I 7点没有输入高电平系统默认的动作没完成，导致发生“故障”。

实例七：高明KCM-3000立式龙门加工中心（FANUC-15系统\驱动器\交流伺服电机）开机自检一切正常，进入程序加工时X、Y、Z轴不能按程序移动，主轴可以旋转。不执行程序时手动移动X、Y、Z轴正常，执行G00G90X1000正常，但是执行G01G90X1000F200M04S1000就有故障。为何可以执行G00而不能执行G01？出现此现象系统没有任何提示信息。

故障分析及排除：分析G00是定位， G01是执行加工，加工是要检测主轴的转速是否达到设定值后直线轴才能按程序移动。执行G00仅仅是定位，主轴不旋转也可以。而不能执行G01应该是主轴的转速没有达到设定值使直线轴不能按程序移动。观察CRT上主轴的实际转速果然没有达到设定值，并且转速波动。检查主轴上的外置编码器组件，发现编码器的联轴器松动、一个固定螺钉丢失。修复后故障排除。

实例八：MAXIN630卧式加工中心（CINCINNATI950系统、西门子驱动及交流伺服电机）开机自检工作一切正常，在加工的过程中经常无规律地出现自动关机（MACHINE OFF），液压、主轴、冷却、进给等也同时关闭。给加工带来很大麻烦，特别是在攻丝的时候停机造成丝锥折断、严重时工件报废，直接经济损失很大，操作员不敢加工。整个过程没有任何警示信息出现，也没有预兆和规律。

故障分析及排除：关机信息（MACHINE OFF）应该只有在按动关机按钮的情况下才出现。在加工的过程中无规律关机后检查机床没有发现故障，无法捕捉到瞬时出现的故障点。将与关机有关的开关、电路、电缆、继电器、接口板卡等全部仔细检查部分更换，对全机的可疑的接近开关等逐一测试检查，故障还不时出现。经向生产厂多次咨询，怀疑是软件问题，在其指导下进行了软件刷新，故障没有排除。以经验判断是一个软故障，电源干扰或某个重要系统的接口状态抖动所致，将各个伺服单元送进CNC的READ信号短接，深夜开机空运行，故障存在。排除了电源干扰及软件问题，看来故障在系统外围的开关状态了，但在系统I/O监视画面又都正常，用带储存功能的示波器监视24V、15V、12V、5V以及重点怀疑的输入点。终于在一次故障发生时捕捉到接近开关LS17瞬时抖动，做模拟实验I23（LS17）输入+24V，故障立即出现，分析LS18、LS17是检测主轴的刀具情况，有三种状态（10、00、01），分别代表松刀、有刀、无刀。在加工的过程主轴旋转震动出现01表示无刀，系统运行的条件破坏导致关机（MACHINE OFF）。仔细检查原来主轴的刀具拉杆中的碟型弹簧破裂、刀抓螺帽松动，导致刀具拉杆行程加大，接近LS17使它误动作。修复后故障排除。

小结

以上是我在数控机床出现故障时维修过程和维修技术的心得和休会，是我多年中近百次数控系统的调试和维修的经验和总结。虽然，数控系统种类繁多，故障千变万化，维修方法也不尽相同，一篇短文很难尽述，但是我仍希望把一些基本方法与思路写出来，与大家交流以期能引起人们对数控系统维修技术的重视，旨在提高数控机床维修工作的快速性与针对性，克服盲目性与片面性，以期达到最佳维修效果。