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GCL-15型数控机床故障分析

当今控制理论与自动化技术的高速发展,尤其是微电子技术和计算机技术的日新月异,使得数控技术也在同步飞速发展,数控系统结构形式上的PC基、开放化和性能上的多样化、复杂化、高智能化不仅给其应用从观念到实践?带来了巨大变化,也在其维修理论、技术和手段上带来了很大变化。下面就GCL-15型数控机床出现的几个具体故障实例进行探讨。
GCL-15型数控机床故障分析(实例)
1、故障现象
 
GCL-15型数控车床,采用FANUC OT数控系统。X、Z分别采用FANUC5、10型AC伺服电动机驱动,主轴采用FANUC 8S AC主轴驱动。车床带液压夹具、液压支架和15把刀的自动换刀装置,全封闭防护,自动排屑。车床本身价格高、精度好。
 
该车床发生的故障现象为:车床开机时全部动作正常,伺服进给系统高速运动平稳、低速无爬行,加工的零件精度全部达到要求。当车床正常工作5-7h后,Z轴出现剧烈振荡,CNC报警,车床无法正常工作。这时,即使关机再启动,只要手动或自动移动Z轴,在所有速度范围内,都发生剧烈振荡。但是,如果关机时间足够长,车床又可以正常工作5-7h,并再次出现以上故障,如此周期性重复。
 
2、故障分析
 
根据以上故障现象,分析其原因不外乎与Z轴有关的机械、电气两个方面。在机械方面,可能是由于贴塑导轨的热变形、脱胶,滚珠丝杠、丝杠轴承的局部损坏或调整不当等原因引起的非均匀性负载变化,导致进给系统的不稳定。在电气方面,可能是由于某个元件的参数变化,引起系统的动态特性改变,导致系统的不稳定等。
 
鉴于本车床采用的是半闭环伺服系统,为了分清原因,维修的第一步是松开Z轴伺服电动机和滚珠丝杠之间的机械联接。在Z轴无负载的情况下,运行加工程序,以区分机械、电气故障。经试验发现:故障仍然存在,但发生故障的时间有所延长。因此,可以确认故障为电气原因,并且和负载大小或温升有关。
GCL-15型数控机床故障分析(实例)
由于数控车床伺服进给系统包含了CNC、伺服驱动器、伺服电动机三大部分,为了进一步分清原因,维修的第二步是将CNC的X轴和Z铀的速度给定和位置反馈互换(CNC的M6与M8,M7与M9互换),即:利用CNC的X轴指令控制车床的Z轴伺服和电动机运动,CNC的Z轴指令控制车床的X轴伺服和电动机运动,以判别故障发生在CNC或伺服。经更换发现,此时CNC的Z轴(带X轴伺服及电动机)运动正常,但X轴(带Z轴伺服及电动机)运动时出现振荡。据此,可以确认:控制Z轴的CNC正常,故障在Z轴伺服驱动或伺服电动机上。
 
考虑到该车床X、Z轴采用的是同系列的AC伺服驱动,其伺服PCB板型号和规格相同,为了进一步缩小检查范围,维修的第三步是在恢复第二步CNC和X、Z伺服间的正常连接后,将X、Z的PCB板经过调整设定后互换。经互换发现,这时X轴工作仍然正常,Z轴故障依旧。可见,Z轴的PCB板正常。
 
根据以上试验和检查,可以确认故障是由于Z轴伺服主回路或伺服电动机的不良而引起的。经以上维修,车床恢复了正常。
 
3、实例分析
 
数控车床的“软故障”是维修过程中最难解决的问题之一。在条件许可时,使用“互换法”可以较快地判别故障所在,而根据原理进行分析,是解决问题的根本办法。维修人员应根据实际情况,仔细分析故障现象,才能判定故障原因,并加以解决。
 
(1)故障现象一是CRT显示414#报警。报警信息为:
 
SERVO ALARM:X---AXIS
 
DETECTION SYSTEM ERROR
 
同时,伺服驱动单元的LED报警显示码为点亮。故障分析与处理通过查看系统维修说明书可知:414#报警为“X轴的伺服系统异常,当错误的信息输出至DGN0720时,伺服系统报警”。根据报警显示内容,用车床自我诊断功能检查车床参数DGN072上的信息,发现第4位为“1”,而正常情况下该位应为“0”。现该位由“0”变为“1”则为异常电流报警,同时伺服驱动单元LED报警显示码为点亮,也表示该伺服轴过电流报警。检查伺服驱动器模块,用万用表测得电源输入端阻抗只有6Ω,低于正常值,因而可判断该轴伺服驱动单元模块损坏。更换后正常。
 
(2)故障现象二转塔刀架在换刀过程时出现2011#、2014#报警:
 
故障分析与处理查看电气使用说明书可知2011#报警表示转塔有故障,2014#报警指转塔未卡紧。可能是由于精定位时接近开关未发出信号,电磁铁不能锁紧。利用FANUC系统具有的PLC梯形图动态显示功能,发现精定位接近开关X0021.2未亮(没有接通)。拆下此开关并检查,通断正常。估计是接近开关与感应块的距离不当造成的。调整两者的距离使它们保持适当的距离0.8mm,再查看X0021.2信号通断正常,转塔刀架能正常使用。
 
(3)故障现象:主轴不能定向,负载表指针达红区,08#报警。
 
故障检查及分析:查车床维修手册,08#报警为主轴定位故障。根据维修手册的要求,我们打开车床电源柜,在交流主轴控制器线路板上,找到了7个发光二极管(6绿1红)。这7个指示灯(从左到右)分别表示;①定向指令;②低速档;③磁道峰值检测;④减速指令;③精定位;③定位完成;以上为绿色);⑦试验方式。
 
观察这7个指示的情况如下:l#灯亮,3#、5#灯闪烁。这表明定位指令已经发出;磁道峰值已检测到;定位信号也检测到;但是系统不能完成定位,主轴仍在低速运行,故3#、5#灯不断闪烁。调节主轴控制器上的电位器RV5、RV6、RV7,仍不能定位。
 
从以上情况分析,怀疑是主轴箱上的放大器有问题。打开主轴防护罩检查放大器时,发现主轴上的刀具夹紧油缸软管盘绕成绞形,缠绕在主轴上,分析这个不正常的现象,我们判断就是该软管盘绕致使主轴定位偏移而不能准确定位,造成08#报警。
 
解决方法:将该软管卸下捏直后装好,又将主轴控制器中的调节器RVII(定位点偏移)进行了重新调节。故障排除,报警消失,车床恢复正常运行。

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