华中世纪星系统数控机床常见故障分析与处理

华中世纪星系统数控机床常见故障分析与处理
张冉;赵红美
【摘要】数控机床在使用过程中难免出现故障,本文在分析华中世纪星系统特点和功能的基础上,介绍了数控机床故障排除的思路和原则,针对华中世纪星系统,对配置该系统的数控机床的常见故障进行了分析和处理,总结了故障诊断与维修的方法.【期刊名称】《工业技术与职业教育》
【年(卷),期】2010(008)002
【总页数】4页(P26-29)
【关键词】华中世纪星系统;数控机床;故障诊断;故障维修
【作者】张冉;赵红美
【作者单位】唐山工业职业技术学院,河北唐山,063020;唐山工业职业技术学院,河北唐山,063020
【正文语种】中文
【中图分类】TG502.7
数控机床是一种高效自动化机床，它综合了计算机技术、自动化技术、伺服驱动、精密测量和精密机械等各个领域的新的技术成果，是将现代技术和高科技知识集于一体的机、电、液、控技术设备，具有技术密集和知识密集的特点，有较高自动化水平和生产效率。

在众多国内数控系统中，武汉华中数控有限公司研发的数控装置以其高性能、低价位并具有自主知识产权的特点，赢得了国家的认可，在高职院校内得到广泛应用。

数控机床作为机电一体化高度复杂设备，在使用过程中难免会出现故障，而数控技术的综合性和复杂性使其在发生故障后维修的难度远大于普通设备，如果不能及时地定位排除故障，将制约数控机床的使用率，直接影响学校正常的实习和生产。

世纪星HNC-21系列数控装置采用先进的开放式体系结构，内置嵌入式工业PC 机、高性能32位中央处理器配置，7.5寸彩色液晶显示屏和标准机床工程面板，
集成进给轴接口、主轴接口、手持单元接口、内嵌式PLC接口、远程I/O板接口
于一体，支持硬盘、电子盘等程序存储方式以及软驱、DNC 以太网等程序交换功能，主要适用于数控车铣床和加工中心的控制。

具有高性能、配置灵活、结构紧凑、易于使用、可靠性高的特点。

世纪星HNC-21系列数控系统最大联动轴数为4轴；可选配各种类型的脉冲式、
模拟式交流伺服驱动器或步进电机驱动器以及HSV-11系列串行式伺服单元；配
置标准机床工程面板不占用PLC的输入/输出接口；配置40路输入接口和32路
功率放大光电隔离开关量输出接口、手持单元接口、模拟主轴控制接口与编码器接口以及远程I/O板扩展接口；采用7.5寸彩色液晶显示器，全汉字操作界面，具有故障诊断与报警设置、多种图形加工轨迹显示和仿真功能操作，简便易于掌握和使用；采用国际标准G代码编程，与各种流行的CAD/CAM自动编程系统兼容等诸多功能。

数控系统的型号颇多，产生的故障原因往往比较复杂，但无论哪种系统，它们的构成和控制原理基本相同。

因此在数据机床出现故障时，要求维修人员必须有清晰的故障排除思路：
a.调查故障现场。

确认故障现象、故障性质，应充分掌握故障信息，做到“多动脑、慎动手”，避免故障的扩大化。

b.根据所掌握故障信息明确故障的复杂程度，并列出故障部位的全部疑点。

c.依据技术资料分析所有可能的故障原因。

要求思路开阔，不应将故障局限于数控
机床的某一部分，在深入分析的基础上，拟定检查的内容和方法，制订故障排除的方案。

d.在确定故障排除方案后，利用万用表、示波器、转速表等测量工具，用试验的方法验证并检测故障，逐级定位故障部位，确认出故障的类型。

为了准确、快速地定位故障，应遵循故障排除的原则。

e.故障的排除。

通常找到故障原因后，问题会迎刃而解。

f.养成良好的工作习惯。

解决故障后应做好相关资料的整理记录工作，为该机床建立故障档案，以便提高自身的业务水平，方便机床的后续维护和维修。

在进行故障诊断的过程中，应充分利用华中数控系统自身的自诊断功能，灵活运用数控机床故障诊断的各种方法。

此外，在检测与排除故障中还要遵守以下原则：2.2.1 先方案后操作
维修人员要做到先静后动，不可盲目动手，应先询问机床操作人员故障发生的过程及状态，阅读机床说明书、图样资料后，方可动手查找和处理故障。

2.2.2 先检查后通电
先在机床断电的静止状态下，通过观察、测试、分析，确认为非恶性循环故障或非破坏性故障后，方可给机床通电。

2.2.3 先软件后硬件
当发生故障的机床通电后，应先检查数控系统的软件是否正常。

2.2.4 先外部后内部
当数控机床发生故障时，维修人员应先采用望、闻、听、问等方法，由外向内逐一进行检查。

2.2.5 先机械后电气
在数控机床的检修中，首先检查机械部分是否正常、行程开关是否灵活、气动液压部分是否正常等，大部分故障是由机械动作失灵引起的。

2.2.6 先公用后专用
公用性的问题往往会影响到全局，而专用性的问题只影响局部。

2.2.7 先简单后复杂
当多种故障相互交织掩盖，一时无从下手时，应先解决简单的问题，后解决难度较大的问题。

2.2.8 先一般后特殊
在排除某一故障时，首先考虑最为常见的可能原因，然后再分析很少发生的特殊原因。

故障现象：一台数控车床在开机后始终保持急停状态不能产生复位信号。

故障可能原因分析：此故障属于急停报警类故障，在调查现场信息，查阅华中世纪星系统连接与调试说明书、电气原理图、维修说明书等技术资料后，初步分析此故障可能是由急停回路没有闭合、未向系统发送复位信号、PLC软件错误以及主印制板故障等原因引起的。

故障排除方案制订：按照数控机床故障诊断与维修的原则和思路，首先应对照机床电气原理图中的急停回路电气图，用万用表依次检查X轴、Z轴极限行程开关的常闭触点与急停按钮的常闭触点是否良好；检查“外部运行允许”的输入端口是否良好；查看PMC用户参数P[50]是否对应“外部运行允许”的输入点；重新编译PLC复位程序；判断是否数控装置主印制板硬件故障。

故障处理：经万用表检查发现Z轴正向行程开关的常闭触点损坏，更换行程开关后，数控机床开机后正常复位，此故障是由行程开关失灵引起的。

故障现象：一台普通数控车床在开始使用后发现机床工作台的Z轴移动时出现“嚣叫”，震动较大，加工一零件完成后，对零件质量进行检测，相应轴向尺寸偏大超差。

故障可能原因分析：此故障属于进给伺服系统常见故障，在调查现场信息，查阅华
中世纪星系统连接与调试说明书、交流伺服驱动器说明书等技术资料后，初步分析此故障可能是由伺服驱动器电源故障、伺服电机光电编码器无位置反馈信号、Z轴伺服系统位置环与速度环参数设置不当、机械负载不均匀、伺服电机故障等原因引起的。

故障排除方案制订：Z轴伺服系统为半闭环结构，脱开与丝杠的连接，再次开机试验，确定是电气故障还是机械故障，若故障仍存在，则故障为电气故障，否则为机械故障。

若为机械部分故障，则要判断机械负载是否过重或不均匀，机械传动是否良好。

若为电气故障，检查Z轴驱动器的主电路和控制电路电源是否正常；进入
伺服驱动器参数编辑界面，查看参数设置是否正确，伺服电机是否良好。

故障处理：机电脱离后，Z轴电动机仍有噪声，因此判断为电气故障，进入Z轴交流伺服驱动器的参数编辑界面查看参数，发现位置开环增益值与前馈系数设置过大，重新调整后Z轴运行正常，此故障是由参数设置不当而造成的。

系统参数中速度环和位置环的参数设置应根据机床的自身情况进行合理设置，如果设置不对, 常会导致工作台运动出现噪音、振荡或者超调等现象,一般都在机床出厂时由机械工程师和数控机床调试人员一起配合进行调整, 因此此参数的设置应谨慎,否则会影响所加工零件的精度。

故障现象：配置华中世纪星系统的数控车床，使用安川变频器作为主轴驱动装置，当输入指令S ×× M03后，主轴旋转，但主轴转速不能改变。

故障可能原因分析：此故障属于主轴伺服系统常见故障，由于该机床使用变频器调速，在自动方式下运行时，主轴转速是通过系统编译S指令后，经过D/A转换电路，将速度信息以模拟电压的形式输出给变频器，实现对主轴转速的控制。

在查阅相关资料后，初步分析此故障可能是由CNC中主轴参数设置不当、加工程序编译错误、D/A转换电路故障、速度模拟量输入电路以及变频器故障引起的。

故障排除方案制订：检查主轴硬件参数设置是否正确，用万用表检查主轴速度模拟
量信号是否正常，若主轴接口中的速度模拟量正常，则D/A转换电路无故障，为
外部信号故障或变频器故障，反之为PLC程序编译故障或D/A转换电路故障。

故障处理：对照数控系统连接与调试说明书查看主轴硬件配置参数与PMC参数设置，发现参数设定正确，接着用万用表测量变频器的模拟电压输入，发现在不同转速下模拟电压有变化，说明CNC工作正常。

进一步检查变频器的参数设定，发现参数设定正确，检查变频器输入控制信号，发现在主轴正转时，变频器的多级固定速度控制输入信号中有一个被固定为“1”，断开此信号后，主轴恢复正常。

故障现象：一台华中数控车床，配置四工位刀架，在执行T指令时，刀架始终正转，找不到目标刀位。

故障可能原因分析：此故障属于数控机床辅助设备刀架类常见故障，数控车床四工位刀架换刀过程为PLC编译T指令，将刀架转位信号经过系统开关量输出接口输出，经输出控制板转接控制中间继电器接通，从而通过交流接触器控制电动机正转进行选刀，当达到目标刀位时，电动刀架上的位置检测霍尔元件就会发出刀架到位信号，经过输入转接板电缆输送到数控系统的开关量输入接口，使PLC输出反转
信号，控制刀架电动机反转，定位并缩紧刀架，从而实现换刀。

在调查现场信息后，查阅电气原理图、PLC编程说明书等技术资料后，初步分析
故障可能是由刀架刀位信号模块的电源不正确、刀位信号参数设置错误、系统开关量输入电缆接错或断路、刀架位置检测霍尔元件损坏、主印制板损坏等原因引起的。

故障排除方案制订：检查PLC参数设置是否和系统输入一一对应；检查输入转接
板的电源是否正常，接线极性是否正确；检查是否中间继电器或反转接触器故障；检查开关量输入电缆是否接错或断路；检查霍尔元件是否损坏或信号线断路；判定是否数控装置主印制板损坏。

故障处理：对照数控系统连接与调试说明书，查看与刀架相关的PMC参数无误，在换刀过程中，PLC刀位状态无输入显示，使用万用表检查开关量输入模块电源
正常，中间继电器和反转接触器正常，输入电缆连接正确，更换刀架霍尔元件后，系统能够正常换刀，此故障是由刀架位置检测元件损坏引起的。

数控机床是复杂的设备，在诊断与维修时要事先消化技术资料，搜集现场相关信息，做好充足的准备。

在此基础上，要遵守故障诊断与维修的原则和步骤，切忌盲目动手；另外应严格按照有关资料如图纸、说明书的规定要求去做，注意资料中的数据，因数据是指导设备维修的重要依据。

最后数控机床是机电一体化的高科技产品，在遇到故障时，不能单一考虑是某一方面的故障，要学会根据故障现象，综合分析故障原因，灵活使用自诊断法、备件更换法、机电脱离法等各种诊断方法，这样才能更迅速、有针对性地将故障排除。

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