数控机床检测元件的故障分析

作者:xingyang                         时间：2011-02-03

数控设备的故障中，检测元件的故障比例是比较高的只要正确的使用并加强维护保养，对出现的问题进行深入分析，就一定能降低故障率，并能迅速解决故障，保证设备的正常运行。 　　检测元件起着检测各控制轴的位移和速度的作用， 检测元件是 数控机床 伺服系统的重要组成局部。把检测到信号反馈回去，构成闭环系统。丈量方式可分为直接丈量和间接测量：直接丈量就是对机床的直线位移采用直线型检测元件测量，直接丈量常用的检测元件一般包括：直线感应同步器、计量光栅、磁尺激光干涉仪。间接丈量就是对机床的直线位移采用回转型检测元件测量，间接丈量常用的检测元件一般包括：脉冲编码器、旋转变压器、圆感应同步器、圆光栅和圆磁栅。 　　应考虑是否是由检测元件的故障引起的 当机床出现如下故障现象时。 　　1 ．机械振荡（加／减速时） 　　（１）此时检查速度单元上的反馈线端子电压是否在某几点电压下降， 脉冲编码器出现故障。如有下降标明脉冲编码器不良，更换编码器。 　　（２）导致轴转速与检测到速度不同步， 脉冲编码器十字联轴节可能损坏。更换联轴节。 　　（３）修复， 测速发电机出现故障。更换测速机。 　　2 ．机械暴走（飞车） 　　应检查： 检查位置控制单元和速度控制单元的情况下。 　　（１）检查编码器接线是否为正反馈， 脉冲编码器接线是否错误。 A 相和 B 相是否接反。 　　（２）更换联轴节。 脉冲编码器联轴节是否损坏。 　　（３） 检查测速发电机端子是否接反和励磁信号线是否接错。 　　3 ．主轴不能定向或定向不到位： 　　检查定向板，检查定向控制电路设置和调整。主轴控制印刷电路板调整的同时，应检查位置检测器（编码器）否不良，此时测编码器输出波形，正常波形如下： 　　4 ．坐标轴振动进给： 　　机械进给丝杠同电机的连接是否良好，检查电动机线圈是否短路。检查整个伺服系统是否稳定的情况下，检查脉冲编码是否良好、联轴节联接是否平稳可靠、测速机是否可靠。 　　操作错误引起的报警。如 FA UNUC 5 ． NC 报警中因程序错误。 　　有可能是主电路故障和进给速度太低引起。同时，6ME 系统的 NC 报警 090.091 呈现 NC 报警。还有可能是 　　（１）脉冲编码器不良。 　　（２）此时调整电源电压的 15V 使主电路板的＋ 5V 端子上的电压值在 4.95 5.10V 内） 脉冲编码器电源电压太低。 　　（３） 没有输入脉冲编码器的一转信号而不能正常执行参考点返回。 　　6 ．伺服系统的报警号：如 FA UNUC 6ME 系统的伺服报警： 416 426 436 446 456 SIEMENS 　　有可能是 880 系统的伺服报警： 1364 SIEMENS 8 系统的伺服报警： 114 104 等。当出现如上报警号时。 　　（１）短路和信号丢失， 轴脉冲编码器反馈信号断线。用示波器测 A 相、 B 相一转信号。 　　（２）编码器内部受到污染、太脏、信号无法正确接收。 　　其中，厂现有数控设备 15 台。西门子 8 系统加工中心一台，西门子 880 系统加工中心二台，数控切割机四台， IRB2000 焊接机器人三台， CNCJ 一 800X8100 数控折弯机一台， FA UNUC 6 系统加工中心一台，普通数控车床三台，从 91 年使用第一台 YBM-90N 西门子 8 系统加工中心开始至今，从使用过程中出现的故障来看，检测元件呈现的故障占了很大比例：下面就几具典型故障作一个分析。 　　故障一：导致工作台定位不准。 脉冲编码器光电盘划分。 　　故障现象：芬兰 VMC800 SIMES 　　通过交换工作台完成两工件加工，880 立式加工中心的工作台为双工作台。工作台靠鼠盘定位，鼠牙盘等分 360 个齿，每个齿对应 1 ° 工作台靠油缸上下运动实现工作的离合，通过伺服电机拉动同步齿形带，带动工作台旋转通过脉冲编码器来检测工作台的旋转角度和定位，工作台在 96 年 8 月份出现定位故障，工作台不能正确参考点，每次定位错误不管自动还是手动都相差几个角度，角度数，有时 1 ° ，有时 2 ° ，但是工作台如果分别正转几个角度如 30 ° 、 60 ° 、 90 ° ，再相应的反转 30 ° 、 60 ° 、 90 °时，定位准确，出现定位错误时， CRT 呈现 NC 228* 报警显示。 　　即： M19 定位顺序在运行时没有完成，故障分析：查询 228* 报警内容为： M19 选择无效。当时我认为是 M19 定位顺序和有关的 NC MD 有错，但是检查顺序和数据正常，经分析有可能是下面几种原因引起工作台定位错误： 1 同步齿形带损坏，导致工作台实际转数与检测到数值不符； 2 编码器联轴节损坏； 3 丈量电路不良导致定位错误。 　　对同步齿形带和编码器联轴节，故障解决：根据以上原因。进行检查，发现一切正常，排除上述原因后，判断极有可能是丈量电路不良引起的故障。　　驱动交流伺服电机构成 Sl 轴，2 2-200 驱动模块。由 6Fxl l21-4BA 丈量模块与一个 1024 脉冲的光电脉冲编码器组成 NC 丈量电路，工作台定位出现故障时，检查工作台定位 PLC 图， PLC 图人板 4A l-C8 上输人点 E9.3 E9.4 E9.5 E9.6 E9.7 工作台在旋转联结定位的相关点，输出板 4A l-C5 上 A2.2 A2.3 A2.4 A2.5 A2.6 相应的输出点，检查这几个点，工作状态正常，从 PLC 图上无法判断故障原因，于是检查丈量电路模块 6Fx1 121- 4BA 无报警显示正常。工作台定位的过程中，用示波器测量编码器的反馈信号，判定编码器出现故障。于是拆下编码器，拆下其外壳，发现其光电盘与底下的指示光栅距离大近，旋转时产生摩擦，光电盘里圈不透光部分被摩擦划了一个透光圆环，导致发生不良脉冲信号，经更换编码器问题解决，现在考虑当初的报警没有显示丈量电路故障，因为编码器光电盘还没有完全损坏，一个随机性故障， CNC 无法真实的显示真正的报警内容，因此数控设备的报警并不能完全彻底的说明故障原因，需要更加深入地进行分析。 　　故障二：脉冲编码器 A 相信号错误导致轴运动产生振动。 　　并且在 CRT 上出现 NC416 报警。 故障现象： FA UNUC 6ME 系统双面加工中心 96 年 10 月份 X 向在运动的过程中产生振动。 　　分析引起故障的原因可能有以下几种。 1 速度控制单元出现故障； 2 位置检测电路不良； 3 脉冲编码器反馈电缆的连线和连接不良； 4 脉冲编码器不良； 5 机床数据是否正确； 6 伺服电机及测速机故障。 故障分析：根据故障现象。 　　对速度控制单元、主电路板、脉冲编码器反馈电缆的连接和连线进行检查，故障解决：针对上述分析出的原因。发现一切正常，机床数据正常，然后将电动机与机械部分脱开，用手转动电动机，观察 713 号诊断状态， 713 诊断内容为： 713.3 为 X 轴脉冲编码器反馈信号，如果断线，此位为 1 713.2 为 X 轴编码器反馈一转信号。 713.1 为 X 轴脉冲编码器 B 相反馈信号。 713.0 为 X 轴脉冲编码器 A 相反馈信号。 713.2 713.1 713.0 正常时电动机转动应为 “ 0 1 不时变化，转动电动机时，发现 713.0 信号只为 “ 0 不变 “ 1 又用示波器检测脉冲编码器的 A 相、 B 相和一转信号，发现 A 相信号不正常，因此通过上述检查可判定调轴脉冲编码器不良，经更换新编码器，故障解决。 　　故障三：测速发电机的励磁绕组线引起控制轴振动的故障。 　　启动机器人，故障现象：从芬兰引进的 IRB2000 机器人 98 年 10 份出现故障。机器人在导轨（第七轴）上不运行，并有强烈振动，控制器上出现 506 　　1407 和 509 237 报警。 　　故障分析： 5006 　　电磁刹车没有松开； 3 驱动电机通过电流，1407 报警内容为： 1 机器人在第七轴运行时遇到障碍； 2 驱动电机超载。但不能正确换向； 4 驱动电机没有通过电流。 509 　　测速机断路。 237 报警内容为：第七轴的测速发电机不良。 　　对驱动系统进行检查，故障解决：根据故障现象和报警内容。驱动电机为交流伺服电机，型号为 NA C093A -O-WS-3-C 110-B-1 驱动板为 DSQC236B 该系统的检测为测速发电机和脉冲编码器对速度和位置进行检测控制，首先我检查各连接电缆的连线，接头和驱动板都正常，然后我又检查强电电路，经检查发现控制驱动电机电磁刹车的时间继电器有一触点断线，焊好后，重新启动，时间继电器虽然工作正常，但是电机仍不能运行，报警仍未消除，随后我把电机与机械部分脱开，只接通刹车电源，用手转动电机，电机不动，同时丈量刹车线圈，发现线圈烧损，经修复刹车故障解除， 506 　　但是 509 1407 报警消除。 　　机器人运行仍有振动，237 报警仍未消除。于是丈量测速发电机励磁绕组，发现绕组断线，因绕组线为 0 ． 2mm 线太细并且断掉好几根，修复难度太大，修复无望，于是向 ABB 公司定货，经更换测速发电机，故障解除。 　　故障四：导致轴定位故障。 脉冲编码器受油污染。 　　运行中断，故障现象： SIEMENS 880 卧式加工中心工作台 98 年 10 月份在旋转定位过程中出现故障。 CRT 出现报警号： 　　1364 报警内容为 1364 ORD 4B2 measu System Dirti 即测量系统受污染。 　　先拆下检测线路板和反馈电缆接头，故障解决：根据故障报警内容。用酒精清洗其灰尘和油污，起动工作台，故障没消除，随后我又拆下检测工作台位置的脉冲编码器，发现里面充溢了大量机械油，原来有一通入编码器的压缩空气气路，压缩空气能把进入编码器的灰尘吹出，起到清洁编码器的作用，这些机械油是由气路通气时，因压缩空气不洁净，由压缩空气带进来的用汽油把这些油污洗干净，并提高压缩空气质量，重新装置好编码器后，起动工作台，故障消除。 　　故障五：导致控制轴运行故障。 闭环电路检测信号线折断。 　　故障现象： SIEMENS 　　机床突然停止运行，8 系统卧式加工中心有一次正在工作过程中。 CRT 呈现 NC 报警 104 关断电源重新起动，报警消除，机床恢复正常，然而工作不久，又出现上述故障，如此反复。 　　故障分析及解决：查询 NC 　　内容为： X 轴测量闭环电缆折断短路，1O4 报警。信号丢失，不正确的门槛信号不正确的频率信号，本机床的 X Y Z 三轴采用光栅尺对机床位移进行位置检测，进行反馈控制形成一个闭环系统。 　　先检查读数头和光栅尺，根据故障现象和报警。光栅尺密封良好，里面洁净，读数头和光栅尺没有受到油污和灰尘污染，并且读数头和光栅尺正常，随后我又检查差动放大器和测量线路板，经检查未发现不良现象，经过这些工作后，把重点放在反馈电缆上，丈量反馈端子，发现 13 号线电压不稳，停电后测量 13 号线，发现有较大电阻，经仔细检查，发现此线在 X 向随导轨运动的一段有一处将要折断，似接非接，造成反馈值不稳，偏离其实际值，导致电机失步，经对断线重新接线，起动机床，故障消除。 　　故障六：脉冲编码器感应光电盘损伤导致加工件加工尺寸误差。 　　达到 0.30mm 250mm CRT 无报警显示。 故障现象： CNC 862 数控 20 车床 X 向切削零件时尺寸出现误差。 　　用光电脉冲编码器作为位置检测，故障解决：本机床的 X Z 轴为伺服单元控制直流伺服电机驱动。据分析造成加工尺寸误差的原因一般为： 1 X 向滚珠丝杠与丝母副存在比较大的间隙或电机与丝杠相连接的轴承受损，导致实行行程与检测到尺寸出现误差； 2 丈量电路不良。 　　经检查发现丝杠与丝母间隙正常，根据上述分析。轴承也无不良现象，丈量电路的电缆连线和接头良好，最后我用示波器检查编码器的检测信号，波形不正常。于是拆下编码器，打开其外壳，发现光电盘不透光局部不知什么原因出现三个透明点致使检测信号出现误差，更换编码器，问题解决，因为 CNC 　　因此在出现这样的故障时，862 系统的自诊断功能不是特别强。机床不停机，也无 NC 报警显示： 　　此就不一一列述。 还有几次因检测元件不良造成的设备故障。 　　一定要从下面几个方面注意，检测元件是一种极其精密和容易受损的器件。进行正确的使用和维护保养。 　　1 ．不能受到灰尘油污的污染，不能受到强烈振动和摩擦以免损伤代码板。以免影响正常信号的输出。 　　2 ．额定电源电压一定要满足，工作环境周围温度不能超标。以便于集成电路片子的正常工作。 　　3 ．电容的正常，要保证反馈线电阻。保证正常信号的传输。 　　4 ．要保证屏蔽良好，防止外部电源、噪声干扰。以免影响反馈信号。 　　5 ．如编码器联接轴要同心对正，安装方式要正确。防止轴超出允许的载重量，以保证其性能的正常。

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