基于西门子810T数控系统的CNC110数控车床的故障诊断与维修实例

２０１５年１０月第４３卷第２０期机床与液压ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＯｃｔ ２０１５Ｖｏｌ ４３Ｎｏ ２０ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－３８８１ ２０１５ ２０ ０５７收稿日期：２０１４－０７－２２作者简介：陈永久（１９７０ ），男，副教授，主要从事ＣＡＤ／ＣＡＭ技术㊁数控机床故障检测及维修㊁数控技术及应用等方面的教学与研究工作㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｙｊ＠ｊｌｕ ｅｄｕ ｃｎ㊂基于西门子８１０Ｔ数控系统的ＣＮＣ１１０数控车床的故障诊断与维修实例陈永久，刘临江（吉林大学应用技术学院，吉林长春１３００１２）摘要：ＳＩＥＭＥＮＳ数控系统在国内很多数控机床上得到广泛应用㊂欲使其发挥正常效能，延长使用寿命，必须进行正确的维护和修理㊂针对配备西门子８１０Ｔ数控系统的瑞士数控车床ＣＮＣ１１０在实际使用过程中常见的故障现象进行分析，给出诊断过程；同时分析产生故障的原因并提出解决问题的办法㊂关键词：ＳＩＥＭＥＮＳ８１０Ｔ数控系统；故障诊断；维修中图分类号：ＴＧ５０２ ７㊀㊀文献标志码：Ｂ㊀㊀文章编号：１００１－３８８１（２０１５）２０－１７３－３㊀㊀ＳＩＥＭＥＮＳ８１０系统是德国ＳＩＥＭＥＮＳ公司２０世纪８０年代中期推出的中档数控系统，广泛应用于车床㊁铣床㊁磨床及钻床等金属切削机床上㊂由于系统功能强，使用方便，硬件采用模块化结构，体积小，系统便于维修，受到广大用户的青睐㊂由于这些数控机床在企业生产中都处在非常关键的位置，几乎长时间处于运行状态㊂数控机床经过一段较长时间的使用后，都会导致数控设备发生故障㊂如果能够尽快找到故障的原因和部位，并且尽早地修复故障，是数控机床操作者㊁维修者及企业管理者的共同愿望㊂作者结合多年的教学经验，以配备西门子８１０Ｔ数控系统的瑞士数控车床ＣＮＣ１１０为例，对该设备在实际生产中经常出现的故障现象进行整理分析，提出了具体的诊断过程，并给出了具体的解决办法㊂１㊀故障一１ １㊀现象在机床正常运行时突然掉电，显示器不显示，同时机床各轴停止转动㊂１ ２㊀故障分析及诊断过程根据经验，最有可能是机床供给电源出现问题㊂打开机床控制柜，将灰尘清理干净㊂将机床重新上电，仔细检测机床电源的输入输出电压㊂检测发现，开关电源的２４ＶＤＣ输出下降很快，十多秒后电压输出为零，其余的电源输出正常㊂把２４Ｖ电源负载联线拆掉后，重新上电也没有２４Ｖ输出，确认开关电源故障㊂更换开关电源后机床上电，恢复正常㊂２㊀故障二２ １㊀故障现象机床在停机一段时间后再开机时，Ｘ轴有不正常的噪声，Ｘ轴不能正常运行㊂另外有时在急停按钮打开后机床Ｘ轴就有噪声，机床驱动板报警灯显示正常，噪声十几分钟后自动消除，机床恢复正常㊂但机床在加工零件时Ｘ轴方向尺寸有时会突然发生变化，尺寸变化后有时不用刀补就又恢复原来设定的加工尺寸㊂２ ２㊀故障分析及诊断过程根据以往的维修经验，首先判断可能是Ｘ轴导轨润滑及丝杠和Ｘ轴编码器有问题㊂用手按动机床导轨润滑油泵按钮，加强导轨的润滑，机床问题没能解决；更换Ｘ轴编码器并检查Ｘ轴丝杠（丝杠正常），机床故障现象依然存在㊂通过以上检查，可以排除机床存在机械故障的可能㊂然后，把Ｘ轴伺服电动机皮带拆掉，机床上电后发现电动机低速转动，更换Ｘ轴伺服电动机，故障依然存在㊂通过此现象可以确认机床的故障是由于电气原因造成的，极有可能是机床信号控制板出现问题㊂更换系统控制箱左侧第一块电路板（信号控制板），机床经多次上电下电后，故障现象依然存在㊂不过，通过此方法基本确认故障是由Ｘ轴伺服电动机漂移造成的㊂经过多次更改系统２７２０号参数，机床上电后观察，Ｘ轴伺服电动机在机床上电后基本不转动，安装电机及皮带，机床恢复正常工作㊂２ ３㊀分析原因及解决方法经过两天加工产品观察，发现机床在加工零件时有时尺寸偶尔会发生变化，变化范围在０ ０１ｍｍ左右，尺寸变化后不用进行参数调整还会自动回复原来设定的加工尺寸㊂此现象说明Ｘ轴电机还存在漂移现象㊂只需对Ｘ轴驱动板电位器进行调整，直至漂移现象消失，故障消除㊂机床经长期使用，电气参数发生变化也是很正常的，因此，非常有必要对高精度设备进行定期检测㊂３㊀故障三３ １㊀故障现象机床上电后发现显示器没有显示，按显示器启动按钮后发现，显示器右侧指示灯瞬间亮一下后就再也不亮㊂３ ２㊀故障分析及诊断过程这种现象首先应检查显示器启动按钮及显示器的供电电压㊂检查显示器启动按钮，启动按钮工作正常㊂使用万用表测量显示器的供电电压，发现２４Ｖ电压正常，而５Ｖ电压在按下显示器启动按钮的瞬间有，在还没有松开启动按钮时５Ｖ电压消失，这说明系统内有过载的问题存在㊂仔细检查每个轴的信号反馈联线㊂当拔掉Ｘ轴控制卡插座上ＣＯＮＸ１３１Ｂ联线插头再给显示器上电，显示器正常工作，这说明１３１Ｂ联线存在问题，可以判断可能是１３１Ｂ联线内部存在断路现象㊂因为显示器正常显示后机床Ｘ轴㊁Ｙ轴手动可以移动，机床也能正常回零，分析１３１Ｂ联线可能是工作中没有使用过的功能联线，可以暂时取消这个功能，估计也不会影响机床正常工作㊂但是，当机床执行加工程序时，系统不执行Ｇ０１命令，并且出现３０４９号报警（３０４９号报警的含义是：模拟范围错误，检查模拟范围的数值）㊂当用ＭＩＤ编程时，就出现２０６２号报警（２０６２号报警的含义是：进给丢失／没编程）㊂用工具螺丝刀微调Ｘ轴控制卡上的旋钮（在机床后面电柜左数第一块板最顶上的那个旋钮），机床还是不执行Ｇ０１命令㊂观察发现，机床工作时，显示器上显示主轴转速Ｓ＝０，主轴没有转动㊂继续检查主轴，发现连接主轴和主轴控制编码的同步皮带断裂；同时用手转动编码器，发现编码器不能正常转动㊂拆掉编码器，检查发现编码器码盘损坏，编码器主轴卡死㊂用相同型号的另一台编码器安装到这台设备上后试机，机床恢复正常㊂不过，机床工作时，Ｘ轴在移动时存在移动不平稳的现象，通过用工具锣刀逆时针微调Ｘ轴控制卡旋钮后机床Ｘ轴恢复正常㊂３ ３㊀分析原因及解决方法通过这次维修，使作者明白，１３１Ｂ联线就是控制主轴转动角度的编码器和控制面板之间的联线，此次故障就是由于编码器有故障造成过载，所以显示器送不上电㊂当时分析１３１Ｂ联线可能是不经常用的功能联线，因此使维修走了很多弯路㊂４㊀故障四４ １㊀故障现象操作者在对好刀具后执行加工程序时发现，机床主轴不能运转，同时机床报警，报警号为６０１７，按复位键后报警消除；重新执行加工程序，机床又出现７０１０和７００６号报警，按复位键后报警消除㊂但是当再次执行加工程序时机床还是出现７０１０和７０１６号报警㊂４ ２㊀故障分析及诊断过程结合以往的故障现象，怀疑机床主轴驱动器有故障㊂首先将控制柜的灰尘清理干净，并找到主轴控制器及相关联线㊂重新上电后，仔细观察，发现控制柜里有一块电路板上指示灯显示不正常（在机床执行程序时出现报警该灯熄灭，正常工作状态是亮）㊂该指示灯与主轴控制器相连，因此，主轴控制器模块可能存在故障㊂用另外一台同型号的主轴控制器安装到该设备上，重新上电试机，机床运转正常㊂因此确定该机床主轴控制器模块（主轴驱动器的型号为：ＫＤＡ３ ２⁃１００⁃３⁃Ａ００⁃Ｗ１）损坏导致机床不能正常工作㊂４ ３㊀分析原因及解决方法主轴控制器损坏应该是控制器里的功能模块老化，使功能下降造成的㊂经过厂家在中国的维修部的维修，更换部件驱动器上损坏的电子元件ＬＫＴＴＳ３（型号Ｒ９８８００３４５８）后，主轴驱动器测试正常，报警现象消除，机床恢复正常㊂５㊀故障五５ １㊀故障现象机床在执行加工程序时，当刀塔回到原点执行换刀操作时，刀塔换刀后不能回到刀塔锁紧位置，同时机床出现６０１０号报警（６０１０报警号的含义是轴驱动问题）㊂按机床复位键报警自动消除，但是再次执行刀塔回原点换刀，６０１０号报警还是出现，并且刀塔还是不能回到锁紧位置，机床不能工作㊂５ ２㊀故障分析及诊断过程出现这种现象可能有２种原因：（１）刀塔换刀位置接近开关故障致使刀塔位置不准而直接影响刀塔不能回到锁紧位置；（２）刀塔锁紧蝶形片破碎造成锁紧力变小，致使刀塔不能回到锁紧位置㊂检查相关接近开关并更换接近开关，机床故障现象依然没有消除，因此这种故障不是由接近开关造成的㊂拆卸刀塔锁紧装置，发现有两片锁紧蝶形片破碎㊂更换新的蝶形片，装配试机，机床刀塔还是不能回到原点，故障现象依然存在㊂经上述检查及维修，可以判断刀塔位置调整块和接近开关之间的位置不对应㊂虽多次调整它们之间的相对位置，但每次调整后刀塔还是不能回原点的位㊃４７１㊃机床与液压第４３卷置，而且位置始终在２个点之间变化，由此怀疑驱动刀塔回原点的编码器及相关连接件存在问题㊂拆卸相关部件，发现控制刀塔转位编码器和驱动轴之间的同步齿形皮带损坏严重，更换新的齿形带㊂刀塔零位的调整㊂用手动方式把刀塔调整到零位并锁紧㊂观察显示器上Ｑ１的显示数据，如果显示器上Ｑ１的数据显示为零，则可以按机床自动回零；如果Ｑ１显示的不是零，首先要松开刀塔转位编码器上固定编码器的螺钉，使齿形带和编码器上的齿形轮脱开，同时转动编码器上的齿形轮，观察机床显示器上Ｑ１数值的变化，直到Ｑ１数值接近于零（一般情况下只要达到０ ４以下），拧紧固定编码器的螺钉；然后把刀塔位置调整块调整到中间的位置后固定，按机床自动回零后机床Ｘ轴㊁Ｚ轴刀塔就应该自动回零㊂５ ３㊀分析原因及解决方法根据经验分析，造成上述问题的主要原因是连接同步齿形带长期使用㊁皮带老化造成的㊂６㊀故障六６ １㊀故障现象在进行回零操作时，机床Ｚ轴在回到原点后没有停止而是快速向主轴方向移动，致使转塔与工件相撞㊂重新回零后，机床报警，显示的报警号为：１３２２ＯＲＤ１９Ｑｃｏｎｔｒｏｌｌｏｏｐｈａｒｄｗａｒｅ２０００ＯＲＤ１７Ｅｍｅｒｇｅｎｃｙｓｔｏｐ㊂６ ２㊀故障分析及诊断过程通过查阅相关资料得知，西门子８１０系统发生１３２２号报警，主要是由以下３种原因造成：（１）Ｚ轴回零接近开关的故障引起；（２）Ｚ轴编码器故障引起；（３）控制Ｚ轴回零控制板上的减速模块故障引起［１］㊂依次检查各部位：（１）检查Ｚ轴回零接近开关，发现接近开关工作正常㊂诊断过程为：Ｚ轴回零接近开关指示灯在Ｚ轴回到原点瞬间是不亮的㊂Ｚ轴在向右侧移动回到原点后接近开关指示灯瞬间不亮，这样机床就向回移动即向左侧移动一点就应停止，这时Ｚ轴回零接近开关指示灯应该是亮的㊂（２）拆下Ｚ轴编码器，检测后发现编码器没有信号输出㊂更换新的编码器，同时重新安装Ｚ轴回零接近开关并重新确定零点，启动机床，故障消失㊂６ ３㊀分析原因及解决方法由于Ｚ轴编码器损坏，导致刀具不能正常回零，出现上述现象㊂更换新的编码器后，故障消除，机床正常工作㊂７㊀结束语配备西门子８１０Ｔ数控系统的ＣＮＣ１１０数控车床是一种昂贵的高精度进口设备，都是在重要岗位上使用㊂与国产设备相比，尽管故障率相对较低，但是出现故障后维修比国产设备要困难很多㊂因此，为了保证设备在出现故障后及时排除故障，提高设备平均无故障时间，要求企业及设备维修人员采用多种维修方法，以尽快排除故障：（１）可以依靠数控设备厂家提供的售后维修服务，尽早修复数控设备；（２）企业自己要培养高水平的维修人员，同时对故障设备要及时做好设备的维修记录，为以后出现类似故障提供必要的技术资料；（３）对于一些易于损坏且只能更换的关键部件，需要准备备份件，以缩短维修时间；（４）由于数控机床的正常使用与日常维护和保养有密切的联系，正常的使用和日常严格的维修保养制度可以避免８０％的意外故障，能延长平均无故障时间１倍以上㊂所以，做好数控系统日常维护和保养，建立完善的保养３级保养制度及６Ｓ管理，并结合实际状况，吸收国外先进的设备管理 ＴＰＭ（全员生产维修），制定自己的生产设备维修保养体系，可以延长元器件的寿命和零件的磨损周期，使设备保持良好的技术状态，延缓劣化进程，及时发现和消灭故障隐患，从而保证设备的安全运行㊂通过ＴＰＭ，可以综合提高数控机床的综合效率及利用率［２］㊂参考文献：［１］西门子８１０Ｔ数控系统维修说明书［Ｍ］．［２］张志军，柳文灿．数控机床故障诊断及维修［Ｍ］．北京：北京理工大学出版社，２０１０．（上接第１５５页）［２］王永，沈颂华．一种简单的ＩＧＢＴ驱动和过流保护电路［Ｊ］．电测与仪表，２００４（４１）：２５－２７．［３］郝润科，杨一波．绝缘栅双极型晶体管（ＩＧＢＴ）驱动及保护电路的研究［Ｊ］．上海理工大学学报，２００４（３）：２８３－２８５．［４］伍小杰，曹兴，夏帅，等．ＩＧＢＴ驱动保护电路研究［Ｊ］．电气传动，２０１０（１０）：１３－１７．［５］ＨＵＡＮＧＹｕｓｈｕｉ，ＺＨＵＬｉｎｇ，ＸＩＮＹｕｇａｎｇ．ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＯｐｔｉｍｉ⁃ｚａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎｏｆＭ５７９５９ＬＭｏｄｕｌｅ⁃ＢａｓｅｄＩＧＢＴＤｒｉｖｅＣｉｒｃｕｉｔ［Ｃ］／／２０１０Ａｓｉａ⁃ＰａｃｉｆｉｃＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＷｅａｒａｂｌｅＣｏｍｐｕｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍｓ（ＡＰＷＣＳ），２０１０：２３９－２４２．［６］ＳＡＬＩＨＡ．ＩＧＢＴｆｏｒＨｉｇｈＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＩｎｄｕｃｔｉｏｎＨｅａｔｉｎｇＡｐｐｌｉ⁃ｃａｔｉｏｎｓ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＳｏｃｉｅｔｙＣｏｎｆ（ＩＥＣＯＮ），Ｓｐｅｃｉａｌ，ＩｓｓｕｅｏｎＩｎｄｕｃｔｉｏｎＨｅａｔｉｎｇ，２０１２：３２７４－３２８０．［７］王业峰，白军，梁雪．牵引变流器中ＩＧＢＴ的水冷实验研究［Ｊ］．甘肃科技，２０１１（２３）：５１－５３．［８］ＬＩＮＬ，ＰＯＮＮＡＰＰＡＮＲ．ＨｅａｔＴｒａｎｓｆｅｒＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＳｐｒａｙＣｏｏｌｉｎｇｉｎａＣｌｏｓｅｄＬｏｏｐ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅａｔａｎｄＭａｓｓＴｒａｎｓｆｅｒ，２００３，４６（２０）：３７３７－３７４６．［９］钟昕，刘秀芳，赵红利，等．无沸腾喷雾冷却技术的研究进展［Ｊ］．制冷技术，２０１１（４）：６１－６４．㊃５７１㊃第２０期陈永久等：基于西门子８１０Ｔ数控系统的ＣＮＣ１１０数控车床的故障诊断与维修实例㊀㊀㊀。