西门子840D数控机床的故障诊断及维修实例

王媛

摘 要：近年来，随着科学技术的发展，各种型号的数控机床逐渐涌现出来。西门子840D数控机床是一种具备强大功能、灵活方便且技术先进的加工机床，本身存在的故障比较多，为此及时诊断故障，制定一系列行之有效的维修策略至关重要。本文分析研究了西门子840D数控机床的故障诊断及维修实例。

关键词：西门子；数控机床；故障诊断；维修实例

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）19-0064-02

西门子840D数控机床是西门子公司全新推出的全数字化数控系统之一，尽管在日常运行中存在各种问题，但是系统出现故障的几率比较小，但是事无巨细，当故障发生时需要及时准确的将故障发生的根源找出来，并采取科学的维修方式。

1 维修原则

数控机床在维修过程中为保持思路清晰，取得理想的效果，通常需要严格按照一些基本原则，具体如下[1-3]：

（1）先动脑后动手。针对存在故障的数控机床，需要在掌握故障发生的原因、整个过程与现象的基础上再动手操作；针对不熟悉的设备，需要事先对电路原理与结构特点进行了解，严重遵守相应规则。拆卸前需要对每个部件的位置、功能、连接方式和周围器件关系进行充分的掌握，在缺少组装图的情况下需要边拆卸边画草图，切记需要将标记做好。（2）先外部后内部。首先需要对设备缺损、裂痕情况进行全面检查，对其使用年限与维修史进行详细的检查，然后检查机内。拆前需要将周边的故障因素一一排除，当机内故障得到确定的情况下才能够拆卸，不然会导致故障扩大，机床因精度丧失而导致性能逐渐下降。（3）先机械后电气。机械零件在确定没有任何故障的情况下，便可以开展电气检查。在对电路故障进行检查的过程中，故障部位的寻找可以借助检测仪器，在确定不存在不良接触的情况后，需要对路线和机械之间的运作关系进行查看，防止误判。（4）先静态后动态。在断电静止状态下，仔细的根据结构说明书对调试阶段的数控机床，对电缆插件安装、电缆和模块插件的牢固情况进行仔细的检查；判断是否正确的连接线路板；全部集成电路上器件是否正常。值得一提的是，长时间闲置的老设备，因缺少维修极易出现一系列故障，如接线点氧化腐蚀、电缆疲劳破损而中断信号传递等。（5）先清洁后维修。针对严重污染的数控设备，需要先做好清洁工作，如接触点、接线点和按钮等，对外部控制键进行检查。因多数故障产生的原因与导电尘和脏污有关，所以清洁干净后故障会自动排除。（6）先电源后设备。在整个故障设备中发生电源故障的可能性较大，为此可以先对电源进行检查维修。（7）先排患后更换。针对破损的电气部件第一时间不要先着急更换，而是需要对外围电路设备进行检查，待确定正常后再考虑要不要将已经损坏的电气部件换掉。

2 故障诊断维修的一般流程

（1）充分调查故障现场。在诊断数控机床时需要先问诊，通过与操作者交流详细了解机床出现故障的情况、发生时外观现象以及在故障出现后所采取的措施等。（2）建立故障树。首先对数控机床故障进行充分的分析，然后利用适当的符号将诱发故障发生的因素表示出来，如主机、人为、CNC、环境、元器件因素等，并且将它们用逻辑符号与故障连接起来，在此基础上分析故障发生的原因，最后将一棵故障树建立起来。当出现机床故障时，故障原因的寻找可以采用主干、支干逐级分析法[4]。（3）将诸多可能引起故障的因素排列起来。建立故障树后，便可以提供一个范围以便选择故障原因，然后便可以排列可能引发的原因。因数控机床出现同一故障现象的因素有CNC系统、机械和机床电器系统等众多原因，为此在进行故障分析时需要罗列出相关的因素，采用排查法将故障产生的真正因素找出来。（4）故障出现原因的确定。采用机床技术档案，结合判断能力与现场经验，综合机、电、液知识和必要的仪器设备，将最可能的原因确定下来，采用实验法进行逐一排查，最后将真正的故障诱因找出来[5]。

3 几种常见的故障诊断法

（1）感官直面应对。当故障发生时，我们可以采用无五官感觉对事故类型进行判断，及时发现可能出现故障的部位。这是一种最普遍、最明了的方法，能够按照气味和热度缩小范围的不同，促进现场抢救是长的延长。（2）自我诊断预警。自我诊断体制在面对故障时会自动作出相应的预警，并体现在CRT上，该方法非常适用于修理，一般机床系统均具有。（3）模式测试法。当数控设备在进行异常操作时，采用编程的方式可以将常用功能与独特性能，手动或自动的完成一个测试模式的绘制。待数控设备进入后，可以通过对精准度与可信赖指数的判断，来及时将故障发生原因准确的找出来。（4）替换备用元件。在备用元件存在的情况下，需要将故障起因及时找出来，采用事先备份对存在疑点的配备进行复制，如电路板和电路芯片等，将故障解救问题一一排除，在节省时间的同时最大限度的减少损失。（5）校对参数。数控参数在一定程度上会对数控机床的功能产生直接影响，对工作的正常运行会造成严重影响，为此，需要对数据体制内的参数及时校正，然后采用该方法科学的辨别数控参数变动所导致故障发生的可信度。（6）逻辑分析。以数控机场内部结构原理为依据，站在逻辑角度上对电平和与其间的相关特征参数进行深度的剖析，采用配件工作原理进行详细的分析，将故障产生的真正原因找出来。只有对数控系统每部分和各零件性能进行全面检测与了解的情况下，才能有效的利用逻辑分析，并取得理想的效果[6]。

4 维修实例

4.1 情況1

840D数控机床结束后，再次启动后，各个给进轴并没有出现的任何反应，然而显示等常亮。经过分析得知：这个机床的三维进给轴能够同时运动。按成技术鉴定后，三轴不运动与单一机械与控制软件部分故障无关，与总控制位置处的电气不正常有很大关系。当工作人员打开电柜后，发现内部板面出现明显的低压和预警。初步推断电源电压存在问题，然后采用万能表进行勘察，对三轴电压进行逐一检测，最后做好故障处理工作，进行接洽固定，对其他电气连接位置进行加固处理，待重新加工后，系统便可以恢复正常[7]。

4.2 情况2

利用840D数控机床加工产品时，Z轴会出现振动，但是不能精准的进行定位。经过系统的分析得知：在系统操控下完成的加工任务，发现电气能够正常的运行，任何的指令错误均不存在，则可以判断机械部分出现了问题。将传动箱拆开后，经查证齿轮不存在明显间隙，一切正常，但是如果能够细致的检查就会发现尺座螺钉部分会出现明显的晃动，因此会出现移位错位的情况。

處理：牢固的固定螺钉，无阻碍的进行重启。实际操作过程中，润滑突然暂停，且显示预警闪烁，数控机床也因此停止运行。突遇暂停且预警闪烁显示，数控机床停运。分析发现，数控机床的润滑系统拥有监控状态的性能与控制方面的指令，出现超出常规模式的因素具体如下[8]：

（1）因润滑油不充足所导致的开关关闭与预警；（2）润滑油路出现下漏的情况；（3）压力开关缺失敏感性；（4）Eli路出现闭塞；（5）泵电机加载过量。

具体处理方案：检测油路开关，即压力开关，发现器械损耗或积压情况不存在便可以进行正常的操控；当再次检测时，如果发现润滑油位于油箱底部并不能顺畅的使用后，会发现不明物体将油管道内部堵住，经手动清除后，机床可以正常加工。

4.3 情况3

在运行840D数控机床时，需要对其主轴进行检测，在旋转时速每分钟低于430r的情况下会出现异样的声响，若主轴运行速度一直维持在每分钟1200r时，则不会出现异样声响，且不会出现预警、通过分析得知，导致上述现象出现的原因与主轴的控制器、电机、变速箱出现故障油管。

处理：考虑到排查任务量，需要先排查和检测控制器，没有问题后需要排查电路板，若正常，则可以判定与控制器内部无关。然后便需要对机械部分进行检查，异常声响存在于主轴速度达到每分钟300r时，到2100r/min时便消失，由此得知故障与机床内的发动机无关，与机械传动有关。明确故障原因后对传动部分进行专心查看，发现电动机在每分钟300r、2100r的速度下转动时速一样，只有在时速较低的情况变速箱内部齿轮才会作减速动作，因此，故障位置位于变速箱，在低速状态下齿轮会出现故障。更换新变速箱后，再次进行试运行，一切恢复正常。

4.4 情况4

840D数控机床运作时，CRT会出现数据指示，缺少拾起工件预警，在此基础上排查工件，可以确定抓件设备已经拾起工件，但是仍然不能明确预警讯号出现的原因。分析过程：仔细的分析与辨别PLC的梯形形状图，得知位于感应部分的开关是问题出现的症结。

解决处理：认真地检测运行机械人员的岗位，判定工作人员没有按照正确的程序进行工作，没有彻底按下负责感应的开关，之后对设备人员的夹紧力度进行局部调整，从而可以轻松的解决问题。

5 结语

数控机床在多个领域中都比较受欢迎，如机械制造等，其最大原因在于优越的性能与较高的生产效率。相比较于传统老式机床产品，其在故障诊断方面具有一定的专业性与高端性。作为组成数控机床的两大系统，即硬件与控制系统，二者因组合方面的差异性，早控制模式和加工精密级别方面有很大不同，为此在诊断修理过程中需要对普通机床的故障诊断原理进行参考，并且还需要将个案实例情况结合起来。

综上所述，本文介绍了西门子840D数控机床故障诊断维修的原则、一般流程、几种故障诊断方法，最后重点介绍了四种维修实例。

参考文献

[1]杨曾芳，吕希胜.基于故障树的数控机床故障诊断系统[J].科技创新导报，2012，（18）：68-69.

[2]罗兴华.西门子840D数控系统伺服跟踪功能在维修中的应用[J].制造技术与机床，2014，（8）：139-142.

[3]王伟源，谢星昊，袁红卫，朱坤.使用移动硬盘盒备份840D数控系统数据[J].设备管理与维修，2011，（4）：65.

[4]高虹，田雅旭.SINUMERIK 840D数控系统数据管理方法研究[J].金属加工，2009，（12）：66-70.

[5]雷保珍，于涛，姜京宜.西门子840D数控系统的数据备份[J].制造技术与机床，2007，（10）：144-146.

[6]范芳洪.雷尼绍测头系统在西门子840D数控系统上的应用[J].科技广场，2015，（3）：96-98.

[7]张忠兴.西门子840D系统的备份新方法-USB移动硬盘盒备份法[J].汽车工艺与材料，2009，（1）：58-60.

[8]戴正阳.基于PLC的西门子840D系统数控机床故障诊断分析[J].电子测试，2013，（7x）：94-95.