數(shù)控車床坐標(biāo)軸故障維修實(shí)例

1、數(shù)控車床坐標(biāo)軸故障維修實(shí)例摘 要:數(shù)控車床的坐標(biāo)軸故障，是數(shù)控車床中常見和最主要的故障。本文所敘述的肖伯林（SCHAUBLIN）數(shù)控車床坐標(biāo)軸故障的維修實(shí)例，較詳細(xì)地介紹了故障產(chǎn)生的原因，現(xiàn)象以及維修、調(diào)試過程。它從一個(gè)側(cè)面反映了該類機(jī)床坐標(biāo)軸常見故障的一般規(guī)律和具體的維修試驗(yàn)方法，具有一定的代表意義。關(guān)鍵詞：數(shù)控車床；坐標(biāo)軸；故障        瑞士SCHAUBLIN數(shù)控車床的主要控制單元采用日本FANUC公司的OTC-CNC系統(tǒng)、交流主軸驅(qū)動(dòng)和交流伺服單元以及PLC可編程控制器，主要電氣元件均為德國和歐洲國家的產(chǎn)品。&#

2、160; 我們在該類機(jī)床的維修工作中曾碰到了幾例由于坐標(biāo)位置傳感器損壞（或性能不良），或坐標(biāo)基準(zhǔn)改變而引起的故障?，F(xiàn)將故障排除過程介紹如下。  由于坐標(biāo)位置傳感器損壞（性能劣化）而引發(fā)的機(jī)床故障    故障現(xiàn)象：開動(dòng)機(jī)床走參考點(diǎn)時(shí)，出現(xiàn)510#報(bào)警（該報(bào)警號(hào)為FANUC系統(tǒng)報(bào)警，提示內(nèi)容為+X方向超程）。  經(jīng)現(xiàn)場檢查，當(dāng)機(jī)床開機(jī)走參考點(diǎn)時(shí)，經(jīng)常發(fā)生刀架向+X方向運(yùn)動(dòng)，尚未到達(dá)極限位置時(shí)（CRT顯示尚有12mm左右距離）系統(tǒng)就出現(xiàn)510#報(bào)警，向-X方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，則未出現(xiàn)過此類報(bào)警。  根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分析，出現(xiàn)這類報(bào)警，一般均與該坐標(biāo)的位置傳

3、感器有關(guān)。而故障的報(bào)警提示為+X方向超程，因此應(yīng)把檢查的重點(diǎn)放在+X方向和X參考點(diǎn)兩個(gè)位置傳感器的工作狀態(tài)上。  有關(guān)X坐標(biāo)各位置傳感器代碼詳見表1。表1  X坐標(biāo)各位置傳感器代碼一覽表 傳感器名稱  縮寫 傳感器編號(hào)  PLC中的I/O代碼  對應(yīng)的接線端子  +X極限 +X  S B  148 X 3073.7  X 95.4   -X極限  -X S B 145  X 3073.6  X 95.3  X參考點(diǎn)  Refx

4、  S B 150  X 3073.1  X 95.5     首先我們可打開機(jī)床后部的電氣控制箱，找到輸入/輸出接口組件（機(jī)床圖冊中編號(hào)為A132的部件），然后由一人運(yùn)行機(jī)床，另一人觀察該組件的顯示。可觀察到當(dāng)向+X方向運(yùn)行時(shí)，X3073.7為常亮，到達(dá)+X極限位置時(shí)，閃爍一下后又常亮；而向-X方向運(yùn)行機(jī)床時(shí)，X3073.6的情況與X3073.7相類似；而X參考點(diǎn)傳感器SB150（X3073.1）在向X兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)機(jī)床時(shí)始終不亮，且偶然出現(xiàn)過無規(guī)則閃爍。據(jù)此可初步判斷出SB150工作可能異常。  為了進(jìn)一步確定故障，我們將

5、位于機(jī)床正面工作倉中溜板滑枕上的下端蓋板打開，可看到接線端子X95（由于X軸的三個(gè)傳感器均安裝在其端部的另一倉盒內(nèi)，不便直接觀察，故由接線端子X95測量其工作電壓較為方便）。  X95的接線情況如圖1所示。  首先用萬用表測其1、2兩點(diǎn)，得知傳感器工作電壓為DC24V正常。而后在機(jī)床運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下分別測量X95.3和X95.4及X95.5三點(diǎn)相對于X95.2的電壓。結(jié)果發(fā)現(xiàn)仍如前所述，即X95.3和X95.4平時(shí)輸出均為高電平，當(dāng)運(yùn)行至+X極限位置時(shí)，X95.4變?yōu)榈碗娖胶笥只貜?fù)到高電平；而運(yùn)行至-X極限位置時(shí)，X95.3輸出一低電平后又回復(fù)到高電平。但測量X95.5時(shí)則一直為

6、低電平（偶然也無規(guī)律性的出現(xiàn)過高電平）。    由此可進(jìn)一步判定傳感器SB150工作異常。最后由滑枕端部的另一倉盒中拆下X參考點(diǎn)傳感器SB150（注意不要分離其在X95上的三根連線），并使機(jī)床處于上電狀態(tài)，此時(shí)傳感器工作電壓24VDC已加上，并且使SB150端部遠(yuǎn)離金屬物體，可觀察SB150根部的LED指示一直不發(fā)光，同時(shí)測得X95.5輸出為低電平。然后用一金屬物體靠近其端部感應(yīng)區(qū)，觀察到LED仍不亮，測得X95.5仍為低電平（正常時(shí)LED應(yīng)點(diǎn)亮且X95.5輸出為+24V）。由此可以確認(rèn)，X參考點(diǎn)傳感器SB150已損壞，需更換該傳感器系德國產(chǎn)接近開關(guān)，形式為PNP

7、型常開觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，工作電壓為24VDC的三線式。圖2給出了該接近開關(guān)的外形及接線圖。   需要說明的是，該機(jī)床在坐標(biāo)位置傳感器的安置上有獨(dú)特之處，它是在鋼質(zhì)滑枕上設(shè)定的坐標(biāo)位置處挖有一長圓形空穴，并填有非金屬物質(zhì)。這樣，當(dāng)各位置傳感器一經(jīng)上電，由于其端部一直靠近鋼質(zhì)滑枕，故一直輸出高電平（對應(yīng)LED點(diǎn)亮）。只有當(dāng)非金屬質(zhì)空穴運(yùn)行至某一接近開關(guān)處時(shí)傳感器才輸出低電平（對應(yīng)LED熄滅），并且由于該空穴形狀較小，故傳感器實(shí)際輸出為一負(fù)脈沖。這是該機(jī)床坐標(biāo)位置信號(hào)產(chǎn)生的一個(gè)特點(diǎn)，應(yīng)予以重視。更換了故障傳感器SB150后，機(jī)床工作恢復(fù)正常。  由于人為錯(cuò)誤的調(diào)整了坐標(biāo)基準(zhǔn)而導(dǎo)

8、致機(jī)床不能正常工作    故障現(xiàn)象：仍同上例，啟動(dòng)機(jī)床走參考點(diǎn)時(shí)，CRT顯示510#報(bào)警。   由于有上例出現(xiàn)510#報(bào)警的經(jīng)驗(yàn)，所以在處理這一故障時(shí)，就很自然地考慮到上例故障，把檢查的重點(diǎn)放在了與X坐標(biāo)有關(guān)的三個(gè)位置傳感器上。通過最簡單的方法，即在手動(dòng)運(yùn)行機(jī)床的狀態(tài)下，由電箱中的I/O接口組件顯示來直接觀察三個(gè)位置傳感器的工作狀態(tài)。觀察中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)機(jī)床向-X方向運(yùn)行至極限位置時(shí)，X3073.1（Refx）閃爍一下又常亮（表明SB150到位并又負(fù)脈沖輸出且能證明其工作正常），繼續(xù)沿該方向向前運(yùn)行一小段距離后，X3073.6（-X）閃爍一下又常亮（

9、表明SB145到位并有負(fù)脈沖輸出且能證明其工作正常）。此時(shí)機(jī)床將自動(dòng)停機(jī)并顯示1012#報(bào)警（提示內(nèi)容為可能碰撞）。  重新啟動(dòng)機(jī)床并向反方向（+X方向）運(yùn)行，直至超過極限位置而出現(xiàn)510#報(bào)警（+X超程）且停機(jī)時(shí)，X3073.7（+X）均一直常亮并未閃爍過。為了進(jìn)一步確認(rèn)這兩只傳感器（SB150和SB148）工作狀態(tài)的好壞（實(shí)際上，前面的一個(gè)檢測步驟已可證明SB150的工作是正常的）。可將這兩只傳感器由工作位置上拆下來，并用第一例中所介紹的靠近金屬物體的方法，證明兩只傳感器的工作都是正常的。這樣一來，情況就有些特殊，即雖然出現(xiàn)了510#報(bào)警，但有關(guān)傳感器的工作卻都是正常的。

10、0; 這樣的現(xiàn)象，粗看似乎很費(fèi)解，但只要仔細(xì)分析前面提到的前、后兩個(gè)測試過程就不能發(fā)現(xiàn)，在后面一個(gè)測試中，該傳感器（SB148）雖一直常亮未閃爍，而機(jī)床則出現(xiàn)了510#報(bào)警，并且已知道這只傳感器工作是正常的。那么就只存在著一種可能可以解釋這種現(xiàn)象：那就是表面上雖然超過了極限位置而且出現(xiàn)了超程報(bào)警，但實(shí)際上是這只傳感器并未到達(dá)極限位置，而出現(xiàn)這種情況看來只有一種可能，即機(jī)床硬件所限定的極限位置與機(jī)床軟件所設(shè)定的極限位置間產(chǎn)生了誤差從而導(dǎo)致出現(xiàn)510#報(bào)警（如果為-X方向超程將出現(xiàn)511#報(bào)警）。  上述的設(shè)想與分析，我們可以用圖3所描述的示意圖來予以說明。由圖3的描述可以看出，這種故障

11、實(shí)際上是機(jī)床硬件所限定的X行程（由SB145、SB148和SB150所決定）與機(jī)床軟件所設(shè)定的X行程（+X的位置由參數(shù)700決定；-X的位置由參數(shù)704決定）間偏移了一個(gè)誤差帶而產(chǎn)生的。因此解決的方法可以有二種，即軟件的方法和硬件的方法；軟件的方法是修改機(jī)床的軟件參數(shù)（參數(shù)700和704），將軟件所設(shè)定的X行程區(qū)間向+X方向移動(dòng)一個(gè)誤差帶，使之與機(jī)床硬件所限定的X行程區(qū)間相對應(yīng)；硬件的方法是將機(jī)床硬件所限定的X行程區(qū)間向-X方向移動(dòng)一個(gè)誤差帶，使之與機(jī)床軟件所設(shè)定的X行程區(qū)間相對應(yīng)。這兩種方法的前提都是保證機(jī)床原有的X行程不變。    比較兩種方法，軟件方法簡單易

12、行，實(shí)施方便；而硬件方法實(shí)施較為麻煩。但由于是在維修場合，我們必須考慮機(jī)床原有的工作狀態(tài)，即引起機(jī)床故障的根本原因。經(jīng)仔細(xì)向操作者了解方得知在一次運(yùn)行機(jī)床至+X極限超程位置并死機(jī)后，操作者曾自己用手工得方法將X坐標(biāo)的滾珠絲杠向-X方向調(diào)整了一段距離使之退出超程位置。  這樣一來問題就十分清楚了，故障是由人為的錯(cuò)誤調(diào)整而造成的。在這種情況下，如采用軟件的方法來改變機(jī)床參數(shù)雖簡單易行，但卻容易造成機(jī)床參數(shù)的混亂且?guī)聿槐匾穆闊欢捎糜布姆椒m然調(diào)整過程顯得煩瑣，但卻可使機(jī)床真正恢復(fù)到故障前的正確狀態(tài)。因此我們考慮采用硬件方法即調(diào)整X坐標(biāo)絲杠使之恢復(fù)到原有的位置。 具體操作

13、過程如下： 1）按照機(jī)床機(jī)械維修手冊中的介紹，拆下X坐標(biāo)滑枕最下方的端蓋。 2）用一內(nèi)六角扳手插入其端部外露的絲杠端面的內(nèi)六角孔中，旋轉(zhuǎn)絲杠可使臺(tái)面上下移動(dòng)。 3）打開機(jī)床開關(guān)，并按下Estop鍵。并由一人仔細(xì)觀察電箱中的I/O組件顯示。 4）旋轉(zhuǎn)絲杠，使臺(tái)面（滑枕）向上（即+X方向）移動(dòng)一段距離（每次調(diào)整量以10mm以內(nèi) 為宜）。 5）釋放Estop鍵，并用手動(dòng)方式使機(jī)床向+X方向運(yùn)行并走至極限位置且出現(xiàn)510#報(bào)警。此時(shí)應(yīng)特別留意觀察I/O接口組件（部件號(hào)A132）中X3073.7是否閃爍過一下（原為常亮）。 6）如出現(xiàn)510#報(bào)警而X3073.7常

14、亮而不閃爍時(shí)，應(yīng)使機(jī)床向-X方向退回，并再次旋轉(zhuǎn)絲杠使臺(tái)面向+X方向移動(dòng)一段后再重復(fù)上述操作并注意觀察。 7）反復(fù)調(diào)整絲杠使臺(tái)面移動(dòng)，使機(jī)床在運(yùn)行狀態(tài)下達(dá)到： 在+X方向上：X3073.1和X3073.7均常亮而不閃爍。 在-X方向上：X3073.1閃爍一下，而X3073.6常亮不閃。  如果在+X方向上出現(xiàn)：走至+X極限位置時(shí)，X3073.7也閃爍一下時(shí)，則為絲杠調(diào)整過頭，應(yīng)使臺(tái)面向反方向（-X方向）調(diào)整。   如果在-X方向上出現(xiàn)：X3073.1閃爍一下后X3073.6也閃爍一下時(shí)，則為絲杠調(diào)整不足，應(yīng)繼續(xù)向+X方向調(diào)整臺(tái)面。 至

15、此，調(diào)整操作即告完成，重新啟動(dòng)并運(yùn)行機(jī)床，510#報(bào)警小時(shí)，機(jī)床工作恢復(fù)正常。  轉(zhuǎn)塔傳感器損壞造成機(jī)床工作失控  故障現(xiàn)象：據(jù)操作者反映，加工中突然出現(xiàn)轉(zhuǎn)塔旋轉(zhuǎn)失控現(xiàn)象。發(fā)生故障時(shí)，轉(zhuǎn)塔可能旋轉(zhuǎn)多圈而不能停止到位，且故障時(shí)有時(shí)無，沒有規(guī)律。發(fā)生故障時(shí)，有時(shí)會(huì)顯示444#（提示內(nèi)容為第四軸伺服系統(tǒng)故障）或410#（提示內(nèi)容為第四軸停止位置偏差大于程序設(shè)定值）報(bào)警。  經(jīng)現(xiàn)場檢查，故障現(xiàn)象確如操作者反映時(shí)有時(shí)無，并且在手動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，每點(diǎn)動(dòng)一下，轉(zhuǎn)塔往往連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)多圈而不停，且不論正、反向均如此，而且隨著時(shí)間的增加，故障的機(jī)率增加很快，到后來只是偶然能正常工作。&#

16、160; 根據(jù)有時(shí)顯示的444#與410#報(bào)警提示，都可確定為轉(zhuǎn)塔運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)故障無疑。經(jīng)在現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)塔征程工作時(shí)的一個(gè)運(yùn)動(dòng)過程為：  接收到轉(zhuǎn)位信號(hào)轉(zhuǎn)塔彈起轉(zhuǎn)到預(yù)定刀位（仍在彈起狀態(tài)）轉(zhuǎn)塔吸進(jìn)復(fù)位（準(zhǔn)備執(zhí)行下一個(gè)轉(zhuǎn)位動(dòng)作）。 而故障狀態(tài)下的轉(zhuǎn)塔運(yùn)行過程為： 接收到轉(zhuǎn)位信號(hào)轉(zhuǎn)塔彈起轉(zhuǎn)過多個(gè)刀位且一直不吸進(jìn)。 根據(jù)上述故障現(xiàn)象，經(jīng)初步分析，應(yīng)重點(diǎn)檢查與轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)位動(dòng)作有關(guān)的各位置傳感器的工作狀態(tài)。為了便于分析，我們?nèi)詫⑴c轉(zhuǎn)塔有關(guān)的各位置傳感器及執(zhí)行器件的情況歸納為表2列出。表2    轉(zhuǎn)塔各位置傳感器及執(zhí)行器件代碼一覽表 元件名

17、稱 縮寫  器件編號(hào)PLC中的I/O代碼對應(yīng)的接線端子轉(zhuǎn)塔釋放傳感器UnblockS B 142X 3073.4X 81.4轉(zhuǎn)塔鎖定傳感器lockS B 143X 3073.5X 81.5轉(zhuǎn)塔參考點(diǎn)傳感器RefS B 141X 3073.0X 81.3轉(zhuǎn)塔電磁閥TurrYV 243Y 3206.1X 243.1  根據(jù)故障現(xiàn)象分析，不論有無故障發(fā)生，其轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)位信號(hào)的接收都是正常的，且與轉(zhuǎn)塔旋轉(zhuǎn)方向無關(guān)。同時(shí)觀察到在走參考點(diǎn)時(shí)，I/O接口組件中X3073.0顯示正常，因此可以排除參考點(diǎn)傳感器SB141轉(zhuǎn)塔旋向動(dòng)作控制（旋向控制僅在手動(dòng)狀態(tài)下有效）和轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)位信號(hào)的輸出故障。應(yīng)把

18、重點(diǎn)放在與轉(zhuǎn)位動(dòng)作有關(guān)的幾個(gè)器件上。  首先，仍采用前面提到的方法，即觀察I/O組件中各器件的信號(hào)顯示幫助確定故障部位，由于該故障時(shí)有時(shí)無，正好有可能為我們提供正常和異常兩種情況下的信號(hào)狀態(tài)。  表3列出了轉(zhuǎn)塔各有關(guān)器件在上述兩種情況下的信號(hào)狀態(tài)。 表3    轉(zhuǎn)塔各有關(guān)器件的信號(hào)狀態(tài)（I/O顯示） 工作狀態(tài)  轉(zhuǎn)塔彈起  旋轉(zhuǎn)（彈起狀態(tài)）  吸進(jìn)復(fù)位  正常      X 3073.4 =1  X 3073.5 = 0  Y 3206

19、.1 = 1  X 3073.4 = 1  X 3073.5 = 0  Y 3206.1 = 1  X 3073.4 = 0  X 3073.5 = 1  Y 3206.1 = 0  異常      X 3073.4 = 1  X 3073.5 = 1  Y 3206.1 = 1  X 3073.4 = 1  X 3073.5 = 1  Y 3206.1 = 1  X 3073.4 = 1  X 3073.5 = 1  Y 3206.1 = 1     由表3可以看