检测装置在数控机床中的几种故障分析

重庆三峡职业学院 张子容

近年来，我国制造业得到大力发展，我国正从制造大国向制造强国奋进。世界各国工业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平。数控技术含盖了机械制造技术、自动控制技术、传感检测技术、网络通信技术、计算机技术等多方面，这些都直接关系到数控机床本身的质量水平。检测装置检测各轴的位移和速度，是数控机床伺服系统的重要组成部分，影响着数控机床的加工精度。本文着重论述数控机床中检测技术的几种常见问题和解决方法。

一、伺服反馈断线报警故障分析

1、故障产生的检测原理。若数控机床采用半闭环控制或全闭环控制，当检测反馈异常时，系统就会发出该报警。系统伺服反馈断线报警分为硬断线和软断线报警。发生硬件断线报警时，若使用分离型脉冲编码器，该故障信息是由断线检查电路进行检测的。发生软件断线报警时，系统通过伺服软件进行判别，当指令脉冲与伺服电机反馈脉冲或伺服电动机反馈脉冲与分离型检测装置反馈脉冲超过标准设定值时，可判定为软件断线。

2、伺服反馈断线故障诊断方法。主要通过系统的自诊断功能来判断，看伺服调整画面中的ALM1和ALM2显示的数据。

典型案例：一台配置为FANUC-0TD数控车床，移动X轴发生416号断线报警。该机床X轴采用光栅尺作为位置检测元件。诊断方法：首先利用内部位置检测元件来判断是否是控制板故障。方法是将37号机床参数的第0位的“1”改为“0”(0表示采用内部位置检测元件编码器，1表示采用分离型位置检测元件)。如果采用内部位置检测元件编码器，移动X轴不发生报警，则故障可以确定在光栅尺和电缆上；如还发生报警，则故障可能在控制板。经采用内部位置检测元件移动X轴，不发生报警，因此将故障确定在光栅尺和电缆上。这时检查光栅尺和电缆，发现光栅尺头的连接螺钉松动，将其紧固后故障排除，该故障是硬断线故障。

二、伺服系统位置检测装置故障分析

1、串行编码器报警代码分析

在全闭环控制系统中，伺服电动机内装编码器的反馈信号是速度反馈，而分离型位置检测装置的反馈信号是系统的位置反馈信号。目前编码器数据传输采用串行数据传输，但编码器传输出错或异常时，系统出现相应报警信号及相关报警信息。FANUC-16i/18i/21i/oic系统出现报警时，可以通过系统诊断号或在伺服调整画面的ALM3、ALM4进行故障原因判断。串行脉冲编码器报警的详细内容，显示在诊断号NO.202、NO.203上。

2、绝对脉冲编码器(APC)的报警

案例：一台FANUC-0MC立式加工中心，由于保存绝对位置编码器位置信息的电池失效，导致X.Y.Z轴参考点丢失。排除故障方法如下：(1)将PWE改为“1”，修改参数76.1为1，系统参数21#0～2设定为“0”，参数022全部为00000000。此时CRT显示“000”和“300”报警，即必须关机，并且手动设置参考点。(2)关机再开机，利用手轮手动方式先将X、Y轴移动到参考点位置，这时把参数022改为00000011。表示X、Y轴已经建立好参考点。(3)将Z轴移动到参考点附近，在主轴上安装一刀柄，然后手动机械手臂，手动调节直至完全夹紧主轴刀柄。这时把参数022改为00000111，表示Z轴已经建立好参考点。修改参数21#0～2设定为1。(4)把PWE改为“0”。关机再开机，核对机床参考点。

三、数控机床主轴的位置和速度控制装置故障分析

1、主轴编码器常见故障

(1)主轴不能定向，出现超时报警。故障现象：主轴定向不停止，出现超时报警。原因分析：主轴单元没有收到编码器信号或CNC系统没有收到定向完成信号。处理方法：用手转动主轴或主轴以一定速度旋转，在主轴诊断画面上观察主轴速度是否正常，如果没有显示，更换位置编码器或编码器反馈线。

(2)螺纹加工出现“乱扣”故障。故障原因：当系统得到的一转信号不稳定时，就会出现“乱扣”的故障。原因是主轴编码器的连接不良、主轴编码器的一转信号或信号电缆不良。主轴编码器内部有脏东西或编码器本身不良。如果以上故障排除后系统还乱扣，则需要检查系统或主轴放大器。

(3)加工中心换刀过程掉刀。加工换刀时，为了使机械手对准刀柄实现准确换刀，主轴必须停止在固定的径向位置。产生该故障的可能原因是主轴位置编码器一转信号不良、主轴机械调整不当。

2、典型案例：一台采用FANUC 0TC系统的数控车床，在执行自动加工程序时，程序无法执行。观察在程序执行到G01Z-7.5F0.5时，程序就不往下运行了，机床无任何报警。

诊断和处理过程：

(1)观察G00是否正常，如果工作正常说明伺服系统应该没有问题。

(2)G01执行的程序是每转进给(G99)，如果改为每分钟进给(G98)，如果还不自动执行程序，检测系统诊断画面(FANUC 0系统是700号诊断)，可能是没有接收到主轴速度到达信号或进给倍率为0。

(3)如果每分钟进给(G98)正常，而每转进给不执行，则是主轴编码器坏，编码器反馈线或接口电路坏，更换相应部分。

(4)处理方法，首先观察G00程序是否能执行。用MDI功能测试，G00快速移动没有问题。用G98指令自动执行G01加工程序正常，而用G99指令无法自动执行G01程序。这样可判断数控系统没有接收到编码器一转信号。用手转动主轴，在CRT画面上观察主轴速度是否有数字变化，这时发现主轴转动过程中主轴“S”的数值始终为“0”，可确认没有主轴速度反馈。打开机箱，检查主轴编码器时发现主轴与编码器连接的同步齿形带断开，主轴旋转时编码器不旋转，更换新的齿形带后故障排除。

四、结语

检测装置是一种非常精密和容易受损的器件，使用过程中要避免受到强烈振动和摩擦并保持清洁，以免影响正常信号的输出；不能超过额定的工作温度；要满足额定电源电压，防止外部电源和噪声干扰，保证屏蔽良好，以免影响反馈信号；安装方式要正确等。一般来讲，对于数控机床检测装置故障，先通过系统开机自诊断功能和系统报警诊断号来分析故障原因。再对故障深入分析，注意总结，平时正确使用并经常维护保养，就一定能降低故障率。

[1]刘永久.数控机床故障诊断与维修技术《FANUC系统》[M].机械工业出版社.2009.6.

[2]钟良.诌议数控在机械行业发展中的作用[J].科技创新导报.2011(15).