数控车床坐标轴故障维修实例

数控车床坐标轴故障维修实例

摘 要:数控车床的坐标轴故障，是数控车床中常见和最要紧的故障。本文所表达的肖伯林〔SCHAUBLIN〕数控车床坐标轴故障的修理实例，较详细地介绍了故障产生的缘故，现象以及修理、调试过程。它从一个侧面反映了该类机床坐标轴常见故障的一样规律和具体的修理试验方法，具有一定的代表意义。 关键词：数控车床；坐标轴；故障

瑞士SCHAUBLIN数控车床的要紧操纵单元采纳日本FANUC公司的OTC-CNC系统、交流主轴驱动和交流伺服单元以及PLC可编程操纵器，要紧电气元件均为德国和欧洲国家的产品。

我们在该类机床的修理工作中曾碰到了几例由于坐标位置传感器

损坏〔或性能不良〕，或坐标基准改变而引起的故障。现将故障排除过程介绍如下。

１ 由于坐标位置传感器损坏〔性能劣化〕而引发的机床故障 故障现象：开动机床走参考点时，显现510#报警〔该报警号为FANUC系统报警，提示内容为+X方向超程〕。

经现场检查，当机床开机走参考点时，经常发生刀架向+X方向运

动，尚未到达极限位置时〔CRT显示尚有12mm左右距离〕系统就显现510#报警，向-X方向运动时，那么未显现过此类报警。

依照体会分析，显现这类报警，一样均与该坐标的位置传感器有关。而故障的报警提示为+X方向超程，因此应把检查的重点放在+X方向和X参考点两个位置传感器的工作状态上。

有关X坐标各位置传感器代码详见表1。

表1 X坐标各位置传感器代码一览表 传感器名称 +X极限 +X -X极限 -X X参考点 Refx 缩写 传感器编号 PLC中的I/O代码 对应的接线端子 S B 148 X 3073.7 X 95.4 S B 145 X 3073.6 X 95.3 S B 150 X 3073.1 X 95.5 第一我们可打开机床后部的电气操纵箱，找到输入/输出接口组件〔机床图册中编号为A132的部件〕，然后由一人运行机床，另一人观看该组件的显示。可观看到当向+X方向运行时，X3073.7为常亮，到达+X极限位置时，闪耀一下后又常亮；而向-X方向运行机床时，X3073.6的情形与X3073.7相类似；而X参考点传感器SB150〔X3073.1〕在向X两个方向运动机床时始终不亮，且偶然显现过无规那么闪耀。据此可初步判定出SB150工作可能专门。

为了进一步确定故障，我们将位于机床正面工作仓中溜板滑枕上的

下端盖板打开，可看到接线端子X95〔由于X轴的三个传感器均安装在其端部的另一仓盒内，不便直截了当观看，故由接线端子X95测量

其工作电压较为方便〕。

X95的接线情形如图1所示。

第一用万用表测其1、2两点，得知传感器工作电压为DC24V正常。而后在机床运动状态下分别测量X95.3和X95.4及X95.5三点相关于X95.2的电压。结果发觉仍如前所述，即X95.3和X95.4平常输出均为高电平，当运行至+X极限位置时，X95.4变为低电平后又回复到高电平；而运行至-X极限位置时，X95.3输出一低电平后又回复到高电平。但测量X95.5时那么一直为低电平〔偶然也无规律性的显现过高电平〕。 由此可进一步判定传感器SB150工作专门。最后由滑枕端部的另一仓盒中拆下X参考点传感器SB150〔注意不要分离其在X95上的三根连线〕，并使机床处于上电状态，现在传感器工作电压24VDC已加上，同时使SB150端部远离金属物体，可观看SB150根部的LED指示一直不发光，同时测得X95.5输出为低电平。然后用一金属物体靠近其端部感应区，观看到LED仍不亮，测得X95.5仍为低电平〔正常时LED应点亮且X95.5输出为+24V〕。由此能够确认，X参考点传感器SB150已损坏，需更换该传感器系德国产接近开关，形式为PNP型常开触点结构，工作电压为24VDC的三线式。图2给出了该接近开关的外形及接线图。

需要说明的是，该机床在坐标位置传感器的安置上有专门之处，它是在钢质滑枕上设定的坐标位置处挖有一长圆形空穴，并填有非金属物

质。如此，当各位置传感器一经上电，由于其端部一直靠近钢质滑枕，故一直输出高电平〔对应LED点亮〕。只有当非金属质空穴运行至某一接近开关处时传感器才输出低电平〔对应LED熄灭〕，同时由于该空穴形状较小，故传感器实际输出为一负脉冲。这是该机床坐标位置信号产生的一个特点，应予以重视。更换了故障传感器SB150后，机床工作复原正常。

２ 由于人为错误的调整了坐标基准而导致机床不能正常工作 故障现象：仍同上例，启动机床走参考点时，CRT显示510#报警。 由于有上例显现510#报警的体会，因此在处理这一故障时，就专门自然地考虑到上例故障，把检查的重点放在了与X坐标有关的三个位置传感器上。通过最简单的方法，即在手动运行机床的状态下，由电箱中的I/O接口组件显示来直截了当观看三个位置传感器的工作状态。观看中发觉，当机床向-X方向运行至极限位置时，X3073.1〔Refx〕闪耀一下又常亮〔说明SB150到位并又负脉冲输出且能证明其工作正常〕，连续沿该方向向前运行一小段距离后，X3073.6〔-X〕闪耀一下又常亮〔说明SB145到位并有负脉冲输出且能证明其工作正常〕。现在机床将自动停机并显示1012#报警〔提示内容为可能碰撞〕。

重新启动机床并向反方向〔+X方向〕运行，直至超过极限位置而

显现510#报警〔+X超程〕且停机时，X3073.7〔+X〕均一直常亮并未闪耀过。为了进一步确认这两只传感器〔SB150和SB148〕工作状态的

好坏〔实际上，前面的一个检测步骤已可证明SB150的工作是正常的〕。可将这两只传感器由工作位置上拆下来，并用第一例中所介绍的靠近金属物体的方法，证明两只传感器的工作差不多上正常的。如此一来，情形就有些专门，即尽管显现了510#报警，但有关传感器的工作却差不多上正常的。

如此的现象，粗看看起来专门费解，但只要认真分析前面提到的前、

后两个测试过程就不能发觉，在后面一个测试中，该传感器〔SB148〕虽一直常亮未闪耀，而机床那么显现了510#报警，同时道这只传感器工作是正常的。那么就只存在着一种可能能够说明这种现象：那确实是表面上尽管超过了极限位置而且显现了超程报警，但实际上是这只传感器并未到达极限位置，而显现这种情形看来只有一种可能，即机床硬件所限定的极限位置与机床软件所设定的极限位置间产生了误差从而导致显现510#报警〔假如为-X方向超程将显现511#报警〕。

上述的设想与分析，我们能够用图3所描述的示意图来予以说明。

由图3的描述能够看出，这种故障实际上是机床硬件所限定的X行程〔由SB145、SB148和SB150所决定〕与机床软件所设定的X行程〔+X的位置由参数700决定；-X的位置由参数704决定〕间偏移了一个误差带而产生的。因此解决的方法能够有二种，即软件的方法和硬件的方法；软件的方法是修改机床的软件参数〔参数700和704〕，将软件所设定的X行程区间向+X方向移动一个误差带，使之与机床硬件所限定

的X行程区间相对应；硬件的方法是将机床硬件所限定的X行程区间向-X方向移动一个误差带，使之与机床软件所设定的X行程区间相对应。这两种方法的前提差不多上保证机床原有的X行程不变。 比较两种方法，软件方法简单易行，实施方便；而硬件方法实施较为苦恼。但由因此在修理场合，我们必须考虑机床原有的工作状态，即引起机床故障的全然缘故。经认真向操作者了解方得知在一次运行机床至+X极限超程位置并死机后，操作者曾自己用手工得方法将X坐标的滚珠丝杠向-X方向调整了一段距离使之退出超程位置。

如此一来问题就十分清晰了，故障是由人为的错误调整而造成的。

在这种情形下，如采纳软件的方法来改变机床参数虽简单易行，但却容易造成机床参数的纷乱且带来不必要的苦恼；而采纳硬件的方法尽管调整过程显得烦琐，但却可使机床真正复原到故障前的正确状态。因此我们考虑采纳硬件方法即调整X坐标丝杠使之复原到原有的位置。

具体操作过程如下：

1〕按照机床机械修理手册中的介绍，拆下X坐标滑枕最下方的端盖。 2〕用一内六角扳手插入其端部外露的丝杠端面的内六角孔中，旋转丝杠可使台面上下移动。

3〕打开机床开关，并按下E—stop键。并由一人认真观看电箱中的

I/O组件显示。

4〕旋转丝杠，使台面〔滑枕〕向上〔即+X方向〕移动一段距离〔每

次调整量以10mm以内 为宜〕。

5〕开释E—stop键，并用手动方式使机床向+X方向运行并走至极限

位置且显现510#报警。现在应专门留意观看I/O接口组件〔部件号A132〕中X3073.7是否闪耀过一下〔原为常亮〕。

6〕如显现510#报警而X3073.7常亮而不闪耀时，应使机床向-X方

向退回，并再次旋转丝杠使台面向+X方向移动一段后再重复上述操作并注意观看。

7〕反复调整丝杠使台面移动，使机床在运行状态下达到： 在+X方向上：X3073.1和X3073.7均常亮而不闪耀。

在-X方向上：X3073.1闪耀一下，而X3073.6常亮不闪。

假如在+X方向上显现：走至+X极限位置时，X3073.7也闪耀一下时，那么为丝杠调整过头，应使台面向反方向〔-X方向〕调整。 假如在-X方向上显现：X3073.1闪耀一下后X3073.6也闪耀一下时，那么为丝杠调整不足，应连续向+X方向调整台面。

至此，调整操作即告完成，重新启动并运行机床，510#报警小时，

机床工作复原正常。

３ 转塔传感器损坏造成机床工作失控

故障现象：据操作者反映，加工中突然显现转塔旋转失控现象。发

生故障时，转塔可能旋转多圈而不能停止到位，且故障时有时无，没有规律。发生故障时，有时会显示444#〔提示内容为第四轴伺服系统故

障〕或410#〔提示内容为第四轴停止位置偏差大于程序设定值〕报警。

经现场检查，故障现象确如操作者反映时有时无，同时在手动状态

下运行时，每点动一下，转塔往往连续运转多圈而不停，且不论正、反向均如此，而且随着时刻的增加，故障的机率增加专门快，到后来只是偶然能正常工作。

依照有时显示的444#与410#报警提示，都可确定为转塔运动系统

故障无疑。经在现场观看发觉，转塔征程工作时的一个运动过程为：

接收到转位信号—转塔弹起—转到预定刀位〔仍在弹起状态〕—转

塔吸进复位〔预备执行下一个转位动作〕。

而故障状态下的转塔运行过程为：

接收到转位信号—转塔弹起—转过多个刀位且一直不吸进。

依照上述故障现象，经初步分析，应重点检查与转塔转位动作有关

的各位置传感器的工作状态。为了便于分析，我们仍将与转塔有关的各位置传感器及执行器件的情形归纳为表2列出。表2 转塔各位置传感器及执行器件代码一览表 元件名称 缩写 器件编号 PLC中的I/O对应的接线代码 转塔开释传感器 转塔锁定传lock S B 143 X 3073.5 X 81.5 Unblock S B 142 X 3073.4 端子 X 81.4

感器 转塔参考点传感器 转塔电磁阀 Turr

YV 243 Y 3206.1 X 243.1 Ref S B 141 X 3073.0 X 81.3 依照故障现象分析，不论有无故障发生，其转塔转位信号的接收差

不多上正常的，且与转塔旋转方向无关。同时观看到在走参考点时，I/O接口组件中X3073.0显示正常，因此能够排除参考点传感器SB141转塔旋向动作操纵〔旋向操纵仅在手动状态下有效〕和转塔转位信号的输出故障。应把重点放在与转位动作有关的几个器件上。

第一，仍采纳前面提到的方法，即观看I/O组件中各器件的信号显

示关心确定故障部位，由于该故障时有时无，正好有可能为我们提供正常和专门两种情形下的信号状态。

表3列出了转塔各有关器件在上述两种情形下的信号状态。

表3 转塔各有关器件的信号状态〔I/O显示〕 工作状态 转塔弹起 旋转〔弹起状 吸进复位 态〕 正常 X 3073.4 =1 X 3073.5 = 0 Y 3206.1 = 1 X 3073.4 = 1 X 3073.5 = 0 Y 3206.1 = 1 X 3073.4 = 0 X 3073.5 = 1 Y 3206.1 = 0 专门 X 3073.4 = 1 X 3073.5 = 1 Y 3206.1 = 1 X 3073.4 = 1 X 3073.5 = 1 Y 3206.1 = 1 X 3073.4 = 1 X 3073.5 = 1 Y 3206.1 = 1 由表3能够看到，在转塔弹起〔包括旋转〕和吸进二个动作中，正常和专门的信号状态区别在于X3073.5〔SB143〕和Y3206.1〔YV243〕二个器件状态均处于专门情形。而YV243〔电磁阀〕是一个输出执行器件，它的动作受输入器件〔SB143〕的状态操纵。因此问题的关键是进一步确认SB143〔转塔锁定传感器〕的工作状态是否正常。

按照图1的提示，拆下转塔端子板X81的上盖板上的四只螺钉，卸

下盖板，可见到转塔三个位置传感器SB141、SB142和SB143以及接线端子X81。

启动机床后，第一在手动状态下点动转塔，可观看到三只位置传感器根部的LED显示，判定出其工作差不多正常〔只是SB143输出高电平常LED显示较亮，而输出低电平常LED显示有时较暗一点罢了〕。为了最后确认，用万用表测量接线端子X81上2、5两点间电平，发觉当SB143上LED显示较暗时，其5端输出仍为高电平〔正常状态低电平输出时LED应不亮而不是较暗〕。说明转塔锁定传感器SB143工作不稳固。当其失效时，输出不受机床动作的操纵而一直输出高电平，这就迫使电磁阀YV243〔位于机床左侧上部的阀门组件板上〕长期通电不能开释，最终导致转塔不能吸进复位。尽管我们已由I/O组件中观看

到X3073.5显示专门，但由于I/O接口组件中的显示尚包含了传感器、电缆和接线端子等环节，故还不能完全确认为SB143损坏。而由传感器自身LED显示虽能证明其工作专门，但测其动态输出那么是最直观和最可靠的确认。