数控机床无报警故障维修一例

沈来彪

(中国电子科技集团公司第29 研究所，四川 成都610000)

1 故障现象

本单位一台数控车床(哈挺cobra42，配置FANUC 21i-TA 系统)在自动运行过程中，时常出现中断现象，此时机床冷却液打开，主轴仍在旋转，但没有进给，即X轴、Z轴不动。机床一直保持这种状态，并且没有报警信息输出。

2 故障诊断

通过对机床自动运行时的仔细观察，最终发现了一个规律:机床总是在执行换刀指令如T0202、T1111后出现该故障现象，但该故障现象并不是每次换刀都出现，出现时也并不是在固定的某把刀位。

发现上述规律后，根据经验首先怀疑刀塔锁紧的检测开关有故障，于是在故障现象出现时，调出PMC状态显示画面，查看刀塔锁紧信号X5.5 的状态，发现其状态为1，表示刀塔已经锁紧，检测开关正常，这与最初的推断想悖。

根据经验无法继续检查下去，并且没有报警信息给予提示，转而求助于系统自带的诊断功能，在机床出现故障时，调出CNC 诊断画面，发现诊断号000 为1。该诊断号的含义为:在执行辅助功能——M 功能、S 功能、T 功能、B 功能后，等待这些辅助功能完成的信号。如果该状态为1，表明程序在自动运行中中断，等待辅助功能完成信号。结合本例，可以推断程序在自动运行中中断是在等待换刀辅助功能完成的信号。为了进一步向下查找原因，调出PMC 梯形图显示画面，查找G4.3 线圈(G4.3 的含义:G4.3 为0表示执行辅助功能未完成，G4.3 为1 表示执行辅助功能完成)，试图从梯形图中找到G4.3 为1 时，满足的条件。此时G4.3线圈所在行的梯形图见图1(注:本文中梯形图皆为出现故障时的状态，黑体表示接通)。

从图1 可以看出，要使G4.3 线圈接通，只需要F7.3 常闭触点、R821.3、R820.3 中任意一个接通即可。首先排除F7.3 常闭触点接通的可能性，因为F7.3 常开触点已接通，其次，通过PMC TRACE 画面分别跟踪R820.3 与G4.3 ，R821.3 与G4.3 时观察发现，机床正常运行时，执行完T0 指令后，R820.3 会接通，直到G4.3 为1 后又断开，执行完非T0 的换刀指令后，R821.3 接通，直到G4.3 为1 后又断开，而本例中，是在执行非T0 的换刀指令后出现故障，故此时的故障原因在于R821.3 未接通，于是向下查找R821.3线圈，该线圈所在行的梯形图见图2。

表1

在图2 中:X5.5(刀塔锁紧信号)、R502.6 已接通，R861.1、R861.2、R861.3 一直在闪烁，即状态一直在变化，通过PMC TRACE 画面，同时跟踪R861.1、R861.2、R861.3 的状态变化，其跟踪画面如表1 所示。从表1 中可以看出虽然R861.1、R861.2、R861.3 状态一直 在 变 化，但 总 有 一 个 时 刻R861.1、R861.2、R861.3 是同时为1 ，即同时接通的状态，所以R821.3线圈未接通的原因为触点R567.7 未接通，于是向下查找R567.7 线圈，该线圈所在行的梯形图见图3。

从图3 中可以看出，要使R567.7 线圈接通，只需要R821.1 触点接通。于是向下查找R821.1 线圈，该线圈所在行的梯形图见图4。

从图4 中可以看出:要使R821.1 线圈接通，只需要R9000.1 为1 即可，因为总有一个时刻R861.1、R861.2、R861.3 是同时接通的状态(理由同上)。但是R9000.1 是系统保留区，作为ADDB、SUBB、MULB、DIVB、COMPB 功能指令的运算结果寄存器，R9000.1=1 表示运算结果为负值。其状态不能通过线圈继续向下查找，也不能通过跟踪画面进行查看，而只能通过查看梯形图中R9000.1 上方最接近的ADDB、SUBB、MULB、DIVB、COMPB 功能指令的运算结果，于是在图4 的画面上向上查找最接近的相关功能指令梯形图，查找结果如图5 所示。

从图5 中可以看出，PMC 执行了将常数-75 赋给D0040、75 赋给D0044 以及D0040 与D0036，比较3 条指令，比较结果如果前者小于后者则R9000.1 =1，否则R9000.1 =0。出现故障时从PMC 数据表中查看到:D0040 = - 75，D0036 = - 90，D0044 = 75，由于D0040 = -75 ＞D0036 = -90，所以R9000.1 =0。

至此，故障原因归结为:因为D0040 ＞D0036，从而R9000.1=0，R821.1=0，R567.7=0，R821.3=0，G4.3=0，诊断号000=1，辅助功能未完成，自动运行中断。

但为什么D0040 ＞D0036，D0036 数据从何而来，又代表什么意思呢?通过对刀塔换刀时的仔细观察，发现D0036 的值刚好等于刀塔锁紧后其机械坐标A显示的值与换刀指令值之差，如机械坐标A为5.910，指令为6.000，其差值为-0.090，D0036 的值就为-90(单位为0.001°)，而且通过观察还发现该差值并不是在刀塔伸出、旋转换刀时产生，而是产生在刀塔缩回锁紧时，由于通过鼠牙盘的啮合使刀塔精确定位，机械上使刀盘旋转了一定的角度，该角度的大小即为D0036的值。正常情况下，该值很小，如果该值偏大说明之前刀盘旋转后停止时的位置不对。造成的原因主要有:伺服驱动故障、编码器检测故障、机械传动故障等。

针对上述可能存在的故障原因逐一进行检查，结果发现通过螺纹与刀盘连接的一旋转轴有些松动，该轴末端固定了一同步齿形皮带轮，通过同步传动皮带带动编码器旋转，从而进行刀塔位置检测。该旋转轴的松动很可能就是造成刀盘旋转后停止时位置不对的原因。

3 解决故障

将该松动的旋转轴紧固，并对刀塔重新回零后，再次自动运行程序，发现每次换刀后，刀塔位置偏差的绝对值都小于0.075°，机床也再没有出现中断的现象，故障得以解决。

4 结语

在本例中需要注意的一些误区:(1)不能简单地认为刀塔锁紧信号已给出，就认为换刀已结束;(2)FANUC 21I 系统规定G5.3(TFIN)为T 功能结束信号，G5.3 为0 表示T 功能结束，而在本例中G5.3 一直为0，那是由于机床厂家未设计使用G5.3 这一地址，故不能通过G5.3 的状态来判定T 功能是否结束;(3)不能因为出现故障时机械坐标A值与指令值偏差过大就认为系统应该给出到位宽度超差报警，因为本例中A轴位置偏差过大来源于鼠牙盘的啮合，而非执行伺服指令;(4)不能通过增大D0040 和D0044 的值，使D0036 的值在D0040 与D0044 之间，来解决故障，那样会减小机床运行的安全系数，且不能从根本上解决问题。

当机床出现故障且没有报警信息提示时，仔细观察显得尤其重要。在本例中，故障出现在换刀指令时的规律，图1 中R821.3 和R820.3 谁该接通，D0036 数据的来源及含义等都是通过仔细观察加分析而得出来的。而利用系统自带的诊断功能则可以快速、准确地分析故障原因。如本例中通过NC 诊断画面的诊断号000 为“1”诊断出机床辅助指令未完成，通过PMC 梯形图对线圈G4.3 等的查询，通过PMC 的TRACE 功能对R861.1、R861.2、R861.3 的状态进行跟踪等对故障的解决都起到了不可或缺的作用。

［1］宋松，李兵.FANUC 0i系列数控系统连接调试与维修诊断［M］. 北京:化学工业出版社，2010.

［2］叶晖.图解NC 数控系统——FANUC 0i系统维修技巧［M］.北京:机械工业出版社，2004.