CNC系统故障的实例与诊断方法

【例4-52】 德国MAHO公司MH800G镗铣床，配置飞利浦公司CNC5000数据系统。立卧转换中断的故障。

故障现象：执行M53指令、立卧转换中断。出现报警E116“TOOL CHANG POS ZNCORR AT MAG RUN”（刀库运行时换刀位置不正确）。

故障检查与分析：正常情况是当CNC执行M53指令时，完成X轴、Y轴、回零到位及换刀机械手手臂移出、夹手张开、立铣头摆动等，直到机床各动作的初始复位，立卧转换过程完毕。现由于故障使动作不能连续完成。中途停止，原因认为有两点：一是反馈信号中断；二是RAM随机存储器程序丢失。测量反馈信号均正常后我们重装了RAM存储器。方法如下：逐项把RAM存储器中的内容传出暂存在微机中，拆掉CNC存储器后备电池连线，更换电池，再连接好电池连线，把程序重新装入存储器，则机床恢复立卧转换功能。

同时还用手动推液压阀芯，用每一机械动作完成到位的方法检查了每一机械动作的分解过程，从而进一步证明问题不在机械故障方面。

【例4-53】 青海一机床制造XH754镗铣床，配置美国AB8400系统。CNC电源无输出故障。

故障现象：机床送电，CRT无显示，查NC电源+24V、+15V、-15V、+5V均无输出。

故障检查与分析：由于没有图样资料，只能按印制电路板上的元件、印制电路，边测量边绘制原理图的方法逐步从电源的输入端开始查，当查到保险后的电噪声滤波器时发现性能不良，后面的整流、振荡电路均正常，拆开噪声滤波器外壳发现里面烧焦，我们测量了数据重新复制了一个，装上后使用正常，故障排除。

如用户遇到无法修复的电源时，可采用市面出售的开关电源，电压等级、容量符合要求的情况下将-5V的电源引到CNC就能保证运行。

【例4-54】 X轴超越基准点故障。

故障现象：机床正常加工中在M17指令结束后X轴超过基准点，快速负向运行直至负向极限开关压合，CRT显示B3报警，机床停止。此时液压夹具未放松，门不解锁，操作人员也无法工作。

故障检查与分析：742MCNC型数控镗铣床由英国EX-CELL-O公司引进，采用德国海德汉（Heidenhain）的TNC145C数控系统。分析认为：①机床安装调试运转时，可能出现这种故障。但调试好光栅尺及各限位开关位置后，已经过较长时间正常使用，并且是自动按程序正常加工好几件工件，因此故障不出自程序和操作者；②人工解锁：按故障排除键，B3消失，打开机床前右侧门，扳动X轴电动机轴，使X轴向正向运行，状态选择开关置于手动移动位置，按X-或X+键、X轴也能正常移动，状态选择开关置于基准点返回位置，按X-键，X轴向负向移动超过基准点不停止，X轴超越报警B3又出现。图像上INAXIS，Z、X向不出现X，根据这一故障现象，极可能是数控柜内部CNC系统接收不到X参考点I₀或U_a0参考脉冲；③检查相关的X轴向限位开关及信号，按PC及O键、PC状态图像显示后分别输进E56.4、E56.5，按压X向限位开关，“0”和“1”信号转换正常，说明是光栅尺内参考标记信号、参考脉冲传送错误或没建立。用示波器检查接收光栅尺信号处理放大的插补和数字化电路EXE部件输出波形，移动X轴到参考点处无峰值变化，则证明信号传递、参考点脉冲未形成。基本可以断定光栅尺内是产生故障的根源。

故障处理：拆卸X轴光栅尺检查，发现密封唇老化破损后有少量断片在尺框内。

该光栅尺是德国HEIDENHAIN生产的LS型，结构精致、紧凑。细心将光栅尺头拆开，取出安装座与读数头，清理光栅框内密封唇断片及油污，用白绸、无水乙醇擦洗聚光镜、内框及光栅。重新装卡参考标记。细心组装读数头滑板、连接器、连接板、安装座、尺头，按规范装好光栅尺、插上电缆总线、问题便得到解决。为了避免加工中油污及切屑进入光栅尺框内再发生故障，将原坏密唇中形状未变的选一段切开，进行断面形状尺寸测绘、做图，制作密封唇模具，用耐油橡胶作新的密封唇，安装好光栅尺，现已正常使用多年未再次发生该故障。

注意事项：①光栅尺内参考标记重新装卡后或光栅尺拆下重新安装，不可能在原有位置，所以加工程序的零点偏移需实测后作相应改动，否则会出废品或损坏切削刀具；②因光栅尺内读数头与光栅间隙有较高要求，安装光栅尺时要校正好与轴向移动的平行度；③压缩空气接头有保护作用，不能忘记安装；④该故障再次发生后，应首先检查在PC状态镜像X轴向限位开关E56.4、E56.5的信号转换情况，如“1”不能转换成“0”，或“0”不能转换成“1”。否则可能是限位开关坏或是过渡保护触头卡死不复原。该机第二次出现X轴丢失参考点故障就是这种原因。

【例4-55】 加工精度变低，定位误差大的分析和处理。

故障现象：该机床在加工中精度变低，定位误差大。(www.xing528.com)

故障检查与分析：该机床是BFT130型数控镗铣床，采用德国Heidenhain数控系统TNC145C，并配有该公司高精度的反射式光栅尺LB326作位置检测。伺服驱动采用直流伺服系统TUD6。

机床在加工中，机床加工精度是保证加工的稳定性和一致性的关键，其主要取决于位置控制的高定位精度及速度控制的高调速精度，由于故障特点的定位误差大，所以着重分析前者。

位置控制误差的确定，主要从两方面考虑：①测量装置的测量误差；②位置控制的系统误差。前者由传感器的固有误差及调整、校正来决定。后者则由位置调节器自身设计结构及有关参数的设定来改变的。按有关规程对测量系统进行了校正，然后重点分析了位置调节器的结构参数。

为明确分析位置调节器与定位精度的关系，从自动控制系统中引入稳态品质因数这个概念，以描述伺服系统跟踪目标的能力，包括：

速度品质因素：

式中 Q_sr——系统传输的速度；

e_sr——速度的稳态误差。

加速度品质因数：

式中 Q_sr——系统传输的加速度；

e_sa——加速度的稳态误差。

故障处理：根据以上公式，按品质因素定义，要提高精度，增强目标跟踪能力就要减小稳态误差，提高品质因数。从上式看，加速度品质因数与开环增益K有关。找到参数K_d，即

K_d=1/K

试将K_d从原0.2减小即增大K值，从而增大品质因素K_a，提高定位精度。

实际调整是有效的，通过调整结构参数，提高了定位精度，符合了加工精度要求。