《數(shù)控機床故障分析與維修》課件第3章

第3章數(shù)控機床故障分析的一般方法3.1“孤立體法”與獨立單元分析法3.2觀察檢查法3.3自診斷功能法3.4接口信號分析法與信號追蹤法3.5PLC程序法3.6NC與PLC間信號交換檢查法3.7參數(shù)檢查法3.8更改狀態(tài)識別法3.9功能程序測試法3.10測量比較法與信號強制輸入法3.11試探交換法(替代法、交換法)3.12其它方法與名稱3.1“孤立體法”與獨立單元分析法

3.1.1獨立單元分析法獨立單元的涵義：

獨立單元——具有一定功能與簡單適配關(guān)系的、可與系統(tǒng)中其它部分/環(huán)節(jié)相結(jié)合的獨立部分。獨立部分

可以是一個裝置、一個系統(tǒng)，一個元器件。甚至一根電纜或一個節(jié)/接點。一定功能

獨立部分具有特定的傳遞、放大與轉(zhuǎn)換等功能。適配關(guān)系

是指各獨立部分本身只對特定的輸入與輸出信號作用，而I/O信號之間具有一定的匹配關(guān)系(大多為比例關(guān)系)。在分析工作中，經(jīng)常利用獨立單元的I/O接口信號狀態(tài)分析來判定它是否有故障，稱之為“獨立單元分析法”。

獨立單元分析法當(dāng)獨立單元輸出不正常時，先查其輸入正常與否。如果輸入正常，則獨立單元本身有故障。

——因它喪失了應(yīng)有的特定功能(喪失了I/O信號間確定關(guān)系)。如果輸入不正常，則向前追查前一個獨立單元或考慮“負載效應(yīng)”。從圖3.1.1中，應(yīng)該注意到下面幾個特點：

(1)

獨立單元的輸入包括：正常輸入與干擾信號輸入。正常輸入：先了解所關(guān)心的獨立單元是有源的還是無源的。

——即：是否需要動力源(例如電源)。

·

有源獨立單元的正常輸入包括：電源輸入與信號輸入。

——所以，分析時電源不可忘！

例如：數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，可看作：電源系統(tǒng)、控制與位檢系統(tǒng)，驅(qū)動放大、電機與傳動系統(tǒng)等四個大獨立單元組成。

·

不同性質(zhì)的電源，有不同的輸入與輸出。干擾信號是一種不正常的輸入。因此，為保證獨立單元正常工作，除了單元本身完好之外，獨立單元應(yīng)該具有良好的防止干擾與抗干擾的措施。

圖3.1.1獨立單元可能有的輸入與輸出

(2)

數(shù)控機床中有三種電源：交流電源、直流電源或電池。

·

直流電源與直流電壓：數(shù)控機床上數(shù)控系統(tǒng)(包括CRT)工作電壓常見要求為±5?VDC。數(shù)控系統(tǒng)的I/O接口電路與一些直流電器工作電壓要求：±12?VDC、±24?VDC。這些直流電壓由一個或多個直流穩(wěn)壓電源供給。

·

交流電源與交流電壓：控制電路中交流電器的工作電壓可能要求為36VAC、48?VAC、11?VAC、220?VAC等，或者三相380?VAC。各種交流電壓是通過變壓器與低通濾波器等組成的供電系統(tǒng)提供的。需要了解主軸與各驅(qū)動軸電機是直流電機、單相還是三相交流電機等。它們分別要求不同的電源及其電壓。需注意供電系統(tǒng)是集中供電還是分散供電、正常電源信號輸入與輸出的電壓及其波形。

·

電池：電池供電系統(tǒng)，由電池、電池夾及其充電電路(充電器)等組成。電池本身有壽命問題——有充電次數(shù)的限止。超過壽命極限，電池喪失化學(xué)反應(yīng)與存儲電能的能量——失效。另外，還有電池質(zhì)量與性能好壞問題，性能下降或質(zhì)量不好，會是短壽的。當(dāng)用直流電壓表測得電池輸出電壓不足時，為確定是否電池本身問題與是否需要更換電池，必須查電池輸入——即查前級充電器的輸出與電池夾的接觸是否良好。

充電器的輸出不正常就與其輸入的各種因素有關(guān)。例如無輸入或輸入不正常，可造成電池失電時間過長(或充電時間過短)有關(guān)。成因可能是：交流失電、充電器的輸入接口或上級直流電源輸出故障，或者充電器本身故障。充電電路給電池的輸入是直流電壓，電池經(jīng)化學(xué)反應(yīng)存儲電能，輸出為一定電壓的直流電(例如1.25V)。//例如，MNC863T系統(tǒng)主板可充電電池有三節(jié)，每節(jié)電池正常時1.25V。每月累計開機時間必須>10小時，否則，電池存儲能量不夠，輸出電壓不足。//當(dāng)排除電池輸入的各種問題后，則是電池本身失效故障。

(3)

電纜線可分成兩類：電源電纜與信號電纜。

一根電纜線可看作一個獨立單元，一般應(yīng)該是1:1地傳輸輸入信號。電源電纜與信號電纜，顯然具有不同的性質(zhì)與特點。電源電纜線不僅具有電阻還有分布電容。電源電纜因電流熱效應(yīng)會發(fā)熱。它對電磁波有感應(yīng)效應(yīng)。它具有額定的電容量。它的外皮材料因溫度效應(yīng)而老化、因機械效應(yīng)而出現(xiàn)疲勞與蠕變等等。數(shù)字信號或開關(guān)信號電纜要求有抗電磁干擾的屏蔽層并且屏蔽層可靠接地。因此，電纜線的截面與長度、電阻大小、有無屏蔽與接地的特殊要求，是必須了解的。還必須分清電源線與電源地、信號線與信號地、屏蔽地。

一個節(jié)點/觸頭/接點也可看作一個獨立單元。線纜的接插點或接線的接點、機床電器的觸點都可以當(dāng)作一個獨立單元。當(dāng)某點無輸出時，查其有無輸入信號。如某點輸入正常而無輸出，則為該點接觸不良故障。成因有：虛焊/虛接、氧化或腐蝕、污染等等。接觸不良還會產(chǎn)生交流噪聲(例如常在電動機與變壓器的接線端子出現(xiàn))。接觸點電化學(xué)反應(yīng)也會產(chǎn)生電噪聲(例如：一些接地點)。特別是：接地點分成“模擬地”、“數(shù)字地”/“邏輯地”、“功率地”、“機床地”等，分別有不同的接線與電阻要求。

(4)必須了解所關(guān)心的獨立單元正常功能、正常I/O信號的類型與狀態(tài)。

一個大系統(tǒng)又可由許多小的獨立單元所組成。獨立單元的大小是按照診斷分析進程的需要來劃分的。從故障大定位到故障精確定位過程，實際上是逐漸細分獨立單元、逐步逼近故障點的過程。為了分析系統(tǒng)輸出變化規(guī)律及其成因，系統(tǒng)框圖提供了直觀而簡潔的視圖——用來顯示系統(tǒng)由哪些獨立單元/環(huán)節(jié)所組成與相互的連接關(guān)系，便于分析與追蹤信號。

3.1.2各類框圖表示法獨立單元之間按照一定適配關(guān)系連接起來，可以構(gòu)成一個具有某種特定功能的“系統(tǒng)”——即一個較大的獨立單元。獨立單元的連接圖，就是“系統(tǒng)框圖”。由于可以根據(jù)需要來選擇獨立單元的大小。所以，系統(tǒng)框圖也可分成全部與局部。粗略分析時采用粗略的框圖，精定位時采用局部框圖。

常見框圖種類：

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系統(tǒng)組成框圖按功能件(裝置)/獨立功能單元組成。注重于“功能”。

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系統(tǒng)連接框圖反映器件/裝置/獨立單元間電纜或接線關(guān)系。注重于“連線”。

·

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖以模塊/獨立電路結(jié)構(gòu)為獨立單元。注重于“構(gòu)件”。

·

控制系統(tǒng)框圖按信號的控制與反饋關(guān)系的系統(tǒng)框圖。注重于“控制與反饋”。圖3.1.2所示的系統(tǒng)組成框圖，主要顯示步進電機與步進驅(qū)動系統(tǒng)。

圖3.1.2KHD200型數(shù)控銑床的系統(tǒng)組成框圖

圖3.1.3KHD200型數(shù)控銑床系統(tǒng)連接框圖

圖3.1.4MNC863T數(shù)控車床系統(tǒng)組成框圖

圖3.1.5MNC863T數(shù)控車床的外部連接關(guān)系框圖

圖3.1.6數(shù)控車床(兩軸系)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖3.1.7一般液壓伺服控制系統(tǒng)框圖

一般來說，在初步故障類型判別(機/電、強電/弱電、硬/軟)與大定位(機床側(cè)/CNC系統(tǒng)側(cè)、伺服驅(qū)動部分/位置檢測部分)時，選用系統(tǒng)組成框圖。例如：圖0.1.1～圖0.1.3，都是系統(tǒng)組成框圖，只是涉及的范圍不同。這種粗略的系統(tǒng)組成框圖，對所有的數(shù)控機床都適用，可以認作是共性的東西，是需要記住并且應(yīng)該隨手可畫出的。

然后，進一步分析時，可采用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。例如：CNC裝置的結(jié)構(gòu)框圖，可以清楚地了解具體構(gòu)件，也具有共性。有時，往往同時把它們的連接關(guān)系也表示出來，以利分析。例如下節(jié)中的圖3.2.1所示MNC863T的電源連接關(guān)系框圖——就是一種采用結(jié)構(gòu)與連接的組合框圖——即有共性，又有個性。在查閱系統(tǒng)框圖中需要注意個性的反映：變壓器、直流電源是共用一個，還是各自配有的；CNC裝置是與PLC、位置控制器是分立的還是組合成主板的。再如：傳動裝置是皮帶、齒輪還是電磁離合器。電動機是步進電機、直流電機或交流電機。以及，電磁抱閘還是電磁離合器制動等等。

然后，進一步分析時，可采用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。例如：CNC裝置的結(jié)構(gòu)框圖，可以清楚地了解具體構(gòu)件，也具有共性。有時，往往同時把它們的連接關(guān)系也表示出來，以利分析。例如下節(jié)中的圖3.2.1所示MNC863T的電源連接關(guān)系框圖——就是一種采用結(jié)構(gòu)與連接的組合框圖——即有共性，又有個性。在查閱系統(tǒng)框圖中需要注意個性的反映：變壓器、直流電源是共用一個，還是各自配有的；CNC裝置是與PLC、位置控制器是分立的還是組合成主板的。再如：傳動裝置是皮帶、齒輪還是電磁離合器。電動機是步進電機、直流電機或交流電機。以及，電磁抱閘還是電磁離合器制動等等。

有關(guān)獨立單元之間連接關(guān)系問題，在粗略的框圖上是看不出來的。所以，在利用系統(tǒng)框圖分析故障成因時，應(yīng)該注意以下三個方面的問題：

(1)

I/O的匹配關(guān)系。有不少獨立單元間有專門的I/O裝置或稱I/O接口裝置。例如：變壓器、光電耦合器、RC阻抗器等。接口裝置的良好與否關(guān)系到信號的傳遞。有的只是簡單地要求接有匹配的輸入或輸出電阻。

(2)

有連接就有接觸問題。接觸不良是最為常見的故障。

(3)

獨立單元間一般由導(dǎo)線或電纜連接。用作信號線的電纜可分成：同軸電纜(高頻信號用)、多線的帶屏蔽層的電纜(有屏蔽接地問題與屏蔽良好與否的問題)、與扁平電纜(應(yīng)該注意折斷問題)等。

3.2觀察檢查法

這是一種“現(xiàn)象分析法”，或稱“常規(guī)檢查法”。凡在現(xiàn)場，維修人員根據(jù)感官(眼、耳、鼻與手)感覺來分析、判斷故障的，均可歸入此種方法內(nèi)。所以，這種方法，既包括了修前準(zhǔn)備中現(xiàn)場調(diào)查的內(nèi)容，還包括了電源及其接口的檢查、電纜的屏蔽與接地檢查、機床參數(shù)設(shè)置的檢查、狀態(tài)參數(shù)檢查等。

常規(guī)檢查內(nèi)容

·

外觀檢查——即“直觀法”。先靜后動，先外后內(nèi)原則，檢查機床外觀有無異常。不少故障表面上是系統(tǒng)故障，實際上是機械與接觸故障，易用直觀法找出故障部位及發(fā)現(xiàn)成因。

·

預(yù)查軟故障——先一般后特殊、先軟后硬原則。首次使用的機床中，較多見的軟故障為開關(guān)位置錯誤；調(diào)試階段易出現(xiàn)參數(shù)設(shè)置與程序錯誤、環(huán)路中電位器設(shè)定錯誤、短路銷選擇錯誤；維修后機床的線路修改錯誤等。所以，可按照技術(shù)手冊與控制中邏輯關(guān)系來檢查。

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電源及其接口檢查——先公后專原則，檢查LED狀態(tài)、保險絲、電壓與波形。新/剛修后機床，應(yīng)查直流電源與接口電路阻抗匹配問題。電源板故障大多由穩(wěn)壓管損壞引起。老的或久置后的機床應(yīng)注意接口檢查。

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接地與屏蔽檢查——是否符合技術(shù)要求，有無接觸不良情況。

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接線、電纜與接插件檢查：交流負載的電纜相序是否正確、移動電纜損傷與斷線、線路板污染后的短路、接插件的接觸不良等等。

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機床數(shù)據(jù)的檢查——故障出現(xiàn)時CRT上顯示的數(shù)據(jù)信息。

(注意：實際中，具體問題具體分析，可以跳過某些內(nèi)容與步驟。)

1.外觀檢查在現(xiàn)場調(diào)查中的外觀檢查——直觀法檢查時，維修人員先用人體的感官，采用望、聞、嗅等來注意發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生時所伴隨的各種聲(噪聲)、光、熱(異常發(fā)熱)、氣(焦糊味)、色(發(fā)熱元件表面的過熱變色、煙熏黑或燒焦、金屬燒結(jié)的亮點等)、形(磨損、破損、斷裂、移位、松動、脫開/壓合、形變)、異動(沖擊振動與爬行)等異?，F(xiàn)象，由外向內(nèi)地(遵守“先外后內(nèi)”的原則)觀察設(shè)備的外貌與外部連接以及內(nèi)部器件的形貌，以判斷故障可能發(fā)生的部位。有些故障采用這種方法往往可以迅速找到故障成因。例如，驅(qū)動單元內(nèi)的電容與大功率管容易被擊穿，就可能在驅(qū)動印刷板上有黑煙痕跡并留下焦味。

利用視覺在電氣方面，可分別觀察：熔絲是否熔斷以及熔斷后的顏色(見表4.1.3)；空氣斷路器與熱繼電器等保護裝置是否脫扣；接觸器、繼電器與各類開關(guān)的觸點是否燒蝕或壓力失常；大功率管與電解電容、變壓器等發(fā)熱器件有無發(fā)熱變色與膨脹變形；各線路板上元器件有無發(fā)熱變色、松動、移位、破損、斷線或脫線；冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)動是否正常；移動線纜的外形是否老化折裂；各電纜接口有無異常；接地點有無銹蝕等等。在機械方面，注意觀察：傳動鏈組件間是否間隙過大；固定鎖緊裝置是否松動或銹??；工作臺導(dǎo)軌面、滾珠絲杠、齒輪及傳動軸等表面的潤滑是否正常；運動器件是否有明顯的磨損、碰撞與變形現(xiàn)象等。

加工后工件表面有振紋情況：振紋具有明顯周期性以及周期的大小可以反映是傳動鏈中故障所在；而周期性不明顯的，如果細密則可能是環(huán)的增益或刀顫問題；如果無規(guī)則振紋，則可能是傳動鏈中的松動或傳感器的松動、刀具磨損等所致。

例3.2.1KMC-3000SD型龍門式加工中心，在安裝調(diào)試后不久，Z軸運動時出現(xiàn)偶爾報警：軸的實際位置與指令不符。直觀法發(fā)現(xiàn)：Z軸編碼器外殼被撞變形。故懷疑編碼器受損接觸不良。故障點測試表明成因?qū)賹?，更換新的后故障排除。

//在新機床開箱檢查、安裝及運行前應(yīng)該進行機床外觀有無受損方面的檢查。//

例3.2.2

XHK716立式加工中心，在安裝調(diào)試時，時而出現(xiàn)故障現(xiàn)象：突然CRT顯示器無顯示，而機床還在繼續(xù)運轉(zhuǎn)；停機后重新開機一切正常?，F(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)：每當(dāng)車間門式起重機經(jīng)過機床上方時，往往就出現(xiàn)此故障現(xiàn)象。初步判斷為基礎(chǔ)振動造成顯示板接口接觸不良故障。檢查顯示板上電路與器件的外觀與接線。發(fā)現(xiàn)：有一晶振的引腳缺少焊錫。停機斷電，取下顯示板，補上焊錫、將上面所有集成塊向插座緊壓一遍、用藥棉蘸無水酒精清理接插頭與插座后，重新插好。故障排除。

//顯然，是調(diào)試前的清理與檢查未作好，留下的隱患。//

例3.2.3

一臺數(shù)控磨床，在程序運行中，進行修整砂輪后，程序不再往下進行，無報警顯示。外觀檢查操作面板各開關(guān)正常位置時，發(fā)現(xiàn)鑰匙開關(guān)置錯位置。糾正后一切正常。

//不熟悉操作面板開關(guān)位置時，先在維修手冊上查出相關(guān)開關(guān)的代號與地址，現(xiàn)場可以調(diào)用診斷畫面，查對應(yīng)的實時狀態(tài)，狀態(tài)對比后，可以得出操作錯誤的信息。//

利用聽覺利用聽覺來發(fā)現(xiàn)各種因故障而產(chǎn)生的異常聲響并尋找聲源。例如，電氣方面：電源變壓器、阻抗變換器與電抗器等，會因鐵芯松動或銹蝕等引起鐵片振動發(fā)出吱吱聲；繼電器、接觸器等磁路間隙過大、短路環(huán)斷裂以及動靜鐵芯或銜鐵軸線偏差、線圈欠壓運行等原因會出現(xiàn)電磁嗡嗡聲；接線或觸點的接觸不良出現(xiàn)的呲呲聲；電氣元器件因為過流或者過壓失常運行時出現(xiàn)的擊穿爆炸聲；電刷嚴(yán)重磨損等出現(xiàn)的絲絲聲等等。

在機械方面、氣控器件或液控器件的異常聲響，主要表現(xiàn)為傳動副之間缺少潤滑而研磨的摩擦聲；零件的松動、運動部件表面的點蝕或者相對表面間存有異物時出現(xiàn)的撞擊聲；漏油、漏氣或漏液出現(xiàn)的泄漏聲等；以及軸的動不平衡、不對中或彎曲等產(chǎn)生的異常聲與振動都屬于低頻振動。當(dāng)軸不運轉(zhuǎn)時也出現(xiàn)的高頻異常聲響或者軸的擺動，并且與運轉(zhuǎn)速度無關(guān)的，一般與電流環(huán)或者速度環(huán)的增益過大有關(guān)。因此，根據(jù)異常聲音的頻率，以及對比相同構(gòu)件的運行與聲響，可以初步判斷故障類型及其部位，并決定故障點測試的合理手段與方法

例3.2.4JCS-018立式加工中心，在加工過程中Z軸突然出現(xiàn)異常振動與噪聲，無報警顯示。立即停機，分開絲杠(故障隔離)后試車時仍有振動——排除了機械傳動機構(gòu)故障，大定位為Z軸伺服系統(tǒng)電氣故障。由于Z軸伺服單元無報警，所以懷疑是Z軸電機故障。將Z軸伺服單元來驅(qū)動Y軸電機(試探交換法)時無故障現(xiàn)象。故斷定Z軸電機故障，更換之故障排除。

//注意：采用交換法時應(yīng)該避免產(chǎn)生“擴大故障”的后果。這里如果用Y軸伺服單元來驅(qū)動Z軸，顯然振動依舊——習(xí)慣上稱作“故障轉(zhuǎn)移法”。我們不建議采用轉(zhuǎn)移故障方法，因為這樣有可能因電機的“負載效應(yīng)”會將好的伺服單元損壞。//

2.預(yù)查軟故障外觀檢查時，要深入調(diào)查。查閱操作記錄與維修檔案，與操作人員詳細交談，了解故障發(fā)生的背景情況，以充分掌握機床信息。這些調(diào)查無疑對迅速排除故障是有利的。例如，是否有人動過機床，更改過機床參數(shù)、程序、短路選擇、電位器設(shè)定、線路以及軟件開關(guān)等等。并且在現(xiàn)場，需要對這些可能被修改的內(nèi)容逐一檢查。這些內(nèi)容，顯然是屬于“軟性故障”。所以，這部分工作也就稱它為“預(yù)查軟故障”。

例3.2.5

某單位數(shù)控加工是三班工作制。一次在接班后，一臺數(shù)控車床一進行加工即出現(xiàn)刀具急劇磨損、加工質(zhì)量差現(xiàn)象。換刀后故障依舊。無任何報警。操作員(一位實習(xí)學(xué)生)馬上調(diào)出機床參數(shù)畫面，檢查參數(shù)設(shè)定。發(fā)現(xiàn)電流參數(shù)被修改而影響了刀具壽命與加工的穩(wěn)定性。原來是人為設(shè)置的故障。

例3.2.6

某廠8N系統(tǒng)在調(diào)試時出現(xiàn)多出10排孔的錯誤。原以為是機床數(shù)控系統(tǒng)的故障。計劃了故障判別流程。最后在檢查R參數(shù)時，發(fā)現(xiàn)是計算出錯而造成的編程錯誤。

//顯然，對的CNC系統(tǒng)首次使用時出現(xiàn)的故障，絕大多數(shù)是屬于軟性故障，即編程與參數(shù)設(shè)定方面的問題。所以，應(yīng)該“先軟后硬”先查相關(guān)的軟件與參數(shù)。//

3.電源及其接口檢查讀懂電氣圖：在修前技術(shù)準(zhǔn)備時應(yīng)該查閱機床的電氣手冊，了解設(shè)備的供電系統(tǒng)的組成、分布與連接，元器件的技術(shù)裝備及其備件情況。因為，數(shù)控系統(tǒng)組成的各個部分都需要電源供給，并且各自的電源要求不同。

例如，在閱讀電氣圖后，可以畫出機床的電氣連接框圖。圖3.2.1為MNC863T數(shù)控車床電源連接框圖。由圖可知：總電源是否正常，不僅與電網(wǎng)輸入是否正常有關(guān)，還與機床鑰匙開關(guān)、機柜總空氣開關(guān)以及機柜門微動開關(guān)的位置正常與否有關(guān)；三相濾波器工作狀態(tài)是與輸入電源電壓是否受干擾相關(guān)；后續(xù)電源供給受控于空氣開關(guān)的正常工作；兩個伺服軸共享一個三相伺服變壓器，該變壓器不正常，兩軸系就均不能正常運行；配電盤變壓器將380V交流電分別轉(zhuǎn)換成220V與24V交流電為直流電源與24V電源板供電，直流電源的兩種輸出分別為主機主控板(包括顯示器)以及I/O電路供電，24V電源小板為控制電路中電器供電。注意：電氣連接圖上的每根連線應(yīng)該理解為兩對接點與一條線。這里又可劃為6個大獨立單元(圖3.2.1中每個虛線框為一個大獨立單元)。所以，讀懂電氣圖是診斷工作的基本功。

圖3.2.1MNC863T數(shù)控車床電源連接框圖

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診斷中電源不可忘記！當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，要根據(jù)故障現(xiàn)象分析與故障大定位后，來決定先檢查哪部分的電源供給系統(tǒng)。

//就像電視機不亮，首先你會查電視機的電源指示燈亮不亮。不亮，你會查同一線路的燈亮不亮？燈亮，表明總電源是好的。接著你才會查插頭是否插好、是否電視機保險絲熔斷……如果電源沒問題，你就會看看別的電視機有無音頻與視頻信號……//

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電源供給的不同類型(交流電源、直流電壓或電池)系統(tǒng)及其不同技術(shù)指標(biāo)。

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當(dāng)數(shù)控裝置系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，(根據(jù)獨立單元分析法)首先檢查它的直流電源輸入是否正常。

也就是將數(shù)控系統(tǒng)的直流電源插頭拔下，測量插頭的直流電源各輸出點電壓是否正常。如果不正常，在斷電情況下，檢查＋5V與0V點間的直流電阻應(yīng)該在40

左右。如果不正常，需要修理該直流電源。如果直流電源輸出電阻正常，則應(yīng)查直流電源的輸入——交流輸入電壓及其波形。交流電源電壓波動一般在－15％～＋10％范圍內(nèi)波動。如果不正常，需要查交流電源的濾波器、或考慮安排與其它設(shè)備分離的專用電源線、或安裝交流穩(wěn)壓電源，以克服電網(wǎng)的大波動與干擾。如果交流電輸入正常，則表明直流電源存在問題。直流電源中故障大是多由穩(wěn)壓管損壞引起，部分是由于電容的擊穿問題。

·關(guān)于電源線連接。數(shù)控系統(tǒng)的I/O信號接口電路需要的直流電源電壓，往往是可以分別選擇＋5V、＋12V或＋24V。不同的直流電源電壓，分別需要在系統(tǒng)的I/O接口電路與電源端口間串接不同的電阻，以滿足阻抗匹配。例如，KND-200系列的數(shù)控系統(tǒng)，必須分別串接1.8k

去連接＋24V，100

去連接＋5V。所以，對于新機床或維修后的機床的電源檢查中必須注意直流電源與接口電路阻抗匹配問題。再根據(jù)情況，需要檢查各級的電源線連接情況、交流輸入線是否與外殼連通、邏輯地是否(應(yīng)該是)與直流地及外殼接通，等等。

4.接地與屏蔽檢查

·

NC上所有接地導(dǎo)線是否按照說明書規(guī)定的足夠截面(例如：＞2mm2)與限定的長度(例如：＜20M)，以保證接地電阻足夠的小(例如：CNC裝置的接地電阻不能大于1Ω)。(在后面章節(jié)將詳細介紹接地問題。)

·

接地導(dǎo)線不能構(gòu)成回路。

·

屏蔽線是否良好接地等。

不同數(shù)控機床可能有不同的接地要求。

//例如MNC863系統(tǒng)的要求為：

a.保證電氣設(shè)備、帶電金屬外殼與機床總接地端子間的阻抗＜0.1

。

b.系統(tǒng)的“邏輯地”與“伺服地”在機床側(cè)就近單獨接地，以保證“邏輯地”與大地間阻抗＜0.1

。具體做法是：從主機柜中數(shù)控系統(tǒng)的接地點引一根粗銅線接大地。

c.系統(tǒng)機殼應(yīng)與機床外殼接通(接線電阻＜0.1

)

d.系統(tǒng)＋5V不應(yīng)與外殼接通；保證系統(tǒng)＋5V對“邏輯地”的電阻＞35

。

e.配電盤＋24V與24V地均不應(yīng)與機床外殼接通。

f.伺服變壓器輸出的AC220V線不得與機床外殼接通；保證各AC220V線與保護接地端子間的絕緣電阻＞50M

。

g.?NC端所有電纜的屏蔽點均與機床外殼接通。//

5.接線、電纜與接插件檢查對于調(diào)試階段與剛維修后的機床需要檢查：是否按照接口說明書的設(shè)計來安裝電纜插件，以及電纜與模塊接插是否牢固；線路板連接是否正確；是否所有集成電路上器件正常而無變形等等。長期閑置或缺少維護的老機床，電纜的疲勞破損、接線點的氧化與腐蝕等會造成信號傳遞中的各種故障。

//例如，圖3.1.5

MNC863T數(shù)控車床的外部連接關(guān)系框圖，采用了國際上流行的大模塊多總線式結(jié)構(gòu)。它主板上的86芯總線包括了三個總線插槽：X10、X20與X30插槽，它們分別與對應(yīng)相同號的模板接插。每個插腳都有對應(yīng)的信號定義與具體說明，便于故障分析與檢查。//

6.機床數(shù)據(jù)的檢查根據(jù)故障現(xiàn)象分析，如果懷疑是軟件故障，可以分別檢查機床的數(shù)據(jù)或參數(shù)是否正常、有無被修改、設(shè)置有無錯誤。必要情況下，由外接計算機、利用專有的系統(tǒng)軟件，可以執(zhí)行數(shù)控裝置中機床數(shù)據(jù)的清除或初始化，之后，再重新將正確備份數(shù)據(jù)輸入。檢查是否可以消除故障。

//例如，對于SINUMERIK802S數(shù)控系統(tǒng)，可以通過它的軟件工具盒中的TRANS802.BAT與機床數(shù)控系統(tǒng)進行通訊，可以加載或卸載各種數(shù)據(jù)。//

3.3自診斷功能法

自診斷顯示的形式與故障信息軟件報警：CRT上顯示的報警號或報警信息。硬件報警：系統(tǒng)裝置(例如伺服單元)、模板(例如電壓模板、伺服板)/印刷板上的指示燈、七段數(shù)碼管與報警燈。信號診斷的實時狀態(tài)表：CRT上調(diào)用診斷畫面，或主控板上、或伺服單元上的七段數(shù)碼管相應(yīng)段的點亮或不亮來顯示實時狀態(tài)的ON/OFF，來獲得如下有關(guān)的信息(參見表2.3.4)。a.面板各開關(guān)/按鈕/旋鈕等器件與接線實時狀態(tài)。b.內(nèi)部狀態(tài)信號診斷的顯示。c.?CNC與MT間、CNC與PLC間、PLC與MT間的I/O接口狀態(tài)。例如：SINUMERIK802S這種經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)的伺服驅(qū)動器上，以發(fā)光二極管進行硬件報警。另外，它的PLC實用程序(LAP)除了對NC、機床面板的信號進行處理，實施對急停及超程信號的監(jiān)控，對坐標(biāo)軸、軸、架、冷卻與潤滑等功能進行控制之外，也在被監(jiān)控的信號存在問題時進行報警。通過CRT屏幕上的報警文本(如表3.3.1所示)，可以了解有關(guān)報警號的故障成因及其排除方法。

表3.3.1SINUMERIK802S報警文本

MR-J2型伺服放大器(其前板面如圖3.3.1所示)，是一種數(shù)字式伺服放大器。在其前蓋下有七段顯示器與四個設(shè)置鍵?？梢酝ㄟ^模式切換(MODE鍵)、設(shè)置按鈕(SET鍵)、向上鍵(UP)與向下鍵(DOWN)，在七段顯示器上進行伺服參數(shù)的設(shè)置。又可查閱各參數(shù)設(shè)置情況。在選擇信號強制輸出模式(OUTPUTSIGNALFORCEDOUTPUT)下，進行手動進給、伺服電機轉(zhuǎn)向試驗與速度調(diào)試，以及不啟動電機的情況下檢查伺服放大器的輸出等。在選擇報警模式(ALARMMODE)時可以在七段顯示器上顯示報警號來顯示欠壓、過壓、過流與過載等硬件報警內(nèi)容。它還能外接報警器或報警燈。

在線狀態(tài)下，七段顯示器的“8”字上半部線段分別可以顯示是否力矩達極限、位控、清除、復(fù)位、伺服啟動、急停與正反限位等輸入信號的實時狀態(tài)。其下半部線段分別可以顯示它的輸出信號狀態(tài)，諸如：編碼器反饋脈沖信號、扭矩報警、到位、扭矩達極限、零速信號與伺服準(zhǔn)備好等。

圖3.3.1MR-J2型伺服放大器

圖3.3.2MNC863T數(shù)控車床加工時CRT的顯示畫面

圖3.3.2所示為MNC863T數(shù)控車床加工時CRT的顯示畫面。CRT上部顯示：按復(fù)位鍵后自動方式停止時加工的程序段(當(dāng)進入自動方式后，若加工區(qū)中無加工程序時就會顯示“FILL”)、采用絕對坐標(biāo)系、加工的工件計數(shù)，錯誤信息No.2——加工程序出錯的程序序號；下部顯示：現(xiàn)時工件坐標(biāo)值(ABS中)、主軸實際轉(zhuǎn)速、當(dāng)前刀位號、系統(tǒng)已執(zhí)行過的輔助功能、現(xiàn)時機床拖板的移動速度、故障出現(xiàn)時的時間以及報警號。顯然，如果操作員記錄下故障發(fā)生時的CRT畫面內(nèi)容，查維修說明書上關(guān)于報警號的說明，將有利于故障分析與定位。

例3.3.1

MNC863T數(shù)控系統(tǒng)，通電后出現(xiàn)不能動作故障，無任何報警顯示。

修前技術(shù)準(zhǔn)備

·

查閱維修記錄：這是一臺處于正常使用期的老機床，無此類故障記錄。

·

查閱技術(shù)資料與維修手冊，以機床為研究對象，畫出與機床輸入與輸出動作相關(guān)的系統(tǒng)框圖，如圖3.3.3所示。(機床MC，在這里包括了主軸與伺服單元等所有運動軸系。)

·

備好常用工具與維修手冊、電氣圖與電器說明書等資料。準(zhǔn)備好電源連接圖(見圖3.2.1)。

圖3.3.3與機床動作有關(guān)的系統(tǒng)框圖

現(xiàn)場工作修前調(diào)查(先靜后動)得知：故障發(fā)生前未發(fā)生停電，電源電壓顯示正常；工作地環(huán)境如常。日常維修記錄似乎完整。老操作工正常。外觀檢查(先外后內(nèi))無明顯異常與無任何危險跡象。機柜門的微動開關(guān)完好。合上總電源給系統(tǒng)上電后，CRT顯示正常；電柜內(nèi)系統(tǒng)主板右下方主控板硬件報警紅燈不亮，說明主控板正常。據(jù)理析象故障特征：正常使用期老機床、主控板與CRT正常，但不能動作。故障類型：初步定為硬件故障。

由獨立單元分析法：正常電源輸入而機床不動作——無輸出。

MC有輸出：按指令規(guī)定的順序/路徑/參數(shù)作各種動作/運動——正常輸出報警顯示的正常輸出MC無輸出：不動作、不報警輸入→MC→輸出對于正常使用期的老機床，容易出現(xiàn)器件、線路或線纜故障。

羅列成因

以機床(包括所有軸系在內(nèi)的整臺機床)為獨立單元來分析。有故障不報警是一種無輸出，不動作也是機床的一種無輸出。它們都是輸出不正常問題。根據(jù)獨立單元分析法，輸出不正常先查輸入。先公后專、先輸入后負載地分析機床的輸入。注意：“不能動作”是所有的執(zhí)行運動部件都不工作。所以，最可能的成因必然是與共同的主電源回路(見圖3.2.1)、液壓、潤滑與冷卻系統(tǒng)、主控器、總線及其裝置以及主令電器有關(guān)(后面以“相關(guān)”來代替這些最可能的成因。)圖3.3.4機床(MC)輸入

啟動自診斷不報警的可能成因分析：①?CNC主板電源或主板本身故障(這里，在外觀檢查中已排除)；②總線與I/O接口不良造成指令信號不能下達以及后續(xù)單元故障信號不能反饋；③故障成因不屬于報警顯示內(nèi)容范圍。(需要查維修手冊，系統(tǒng)的報警內(nèi)容)；④偶然干擾造成的參數(shù)混亂；⑤

報警系統(tǒng)繼電器及其線路不良而不能報警。

由觀察檢查可排除總電源回路、主控板與總線故障，以及機柜保護用微動開關(guān)故障。最可能的故障成因：參數(shù)混亂，以及主令開關(guān)、液壓、潤滑或冷卻系統(tǒng)故障?！驗樗鼈冴P(guān)系全局(主令開關(guān)有：機床啟/停、急停、機床鎖住、復(fù)位。)確定步驟首先考慮：機床輸入有硬件動作信號輸入與軟件(程序與參數(shù))輸入。先軟后硬——先查參數(shù)。先公后?！?先關(guān)心共有的器件，以判斷故障性質(zhì)究竟是軟的還是硬的。因為CRT顯示正常，主板正常。雖無“啟動診斷”報警，但可調(diào)用診斷畫面。查維修手冊上“報警一覽表”有關(guān)主令開關(guān)、液壓、潤滑或冷卻系統(tǒng)故障不在表格中——說明故障超越了啟動診斷報警的內(nèi)容范圍，所以，無報警。確定診斷步驟與方法如下：

調(diào)用參數(shù)設(shè)置畫面

因為是連續(xù)使用，又無停電事故，參數(shù)無混亂現(xiàn)象。

接口分析法

·

列出最懷疑部位：潤滑與冷卻系統(tǒng)、機床啟/停、急停、機床鎖住與復(fù)位開關(guān)。

·查出(從維修手冊上)相關(guān)部位信號標(biāo)志位代號及其意義，如表3.3.2中帶框字?？刹榈孟嚓P(guān)診斷位地址含義，系統(tǒng)采用正邏輯：“1”即“ON”,“0”即“OFF”。

表3.3.2MNC863T數(shù)控系統(tǒng)自診斷各位的定義

續(xù)表

確定正常/標(biāo)準(zhǔn)邏輯狀態(tài)：根據(jù)機床電控特點，開機時相關(guān)接口信號應(yīng)該具有的狀態(tài)(見表3.3.3)。

表3.3.3狀態(tài)對比表

表3.3.3狀態(tài)對比表

調(diào)出診斷畫面(見圖3.3.5)：查相關(guān)接口信號的實時狀態(tài)信息。

·狀態(tài)對比——對照兩種信號狀態(tài)(見表3.3.3)，發(fā)現(xiàn)：39C8-2、PB17-3與PB17-0信號實時狀態(tài)為“1”。而標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)應(yīng)為“0”。

故障定位：潤滑系統(tǒng)故障報警而導(dǎo)致機床急停。

由電氣原理圖了解該系統(tǒng)對應(yīng)的器件——是潤滑油路、潤滑電機及其單相空氣開關(guān)(單相斷路器)QF12以及電纜(見圖3.2.1)。

·

故障點測試：因為潤滑故障報警來自斷路器QF12開關(guān)。所以先查之。??發(fā)現(xiàn)該斷路器脫扣。

追查脫口原因：潤滑油路堵塞是斷路器脫口的原因(不查成因不能馬上合閘！)。又在斷路器合閘時發(fā)現(xiàn)其彈簧機構(gòu)生銹。排除故障更換斷路器，疏通油路，故障排除，設(shè)備可正常運行。

//需要補充說明：狀態(tài)對比之后可知，系統(tǒng)實際處于“急?！睜顟B(tài)。是潤滑系統(tǒng)斷路器QF12的脫口動作給PLC輸入了潤滑故障報警信號，PLC才發(fā)出急停信號。脫口——是斷路器的的動作輸出。一般根據(jù)“先查輸入后查負載”的原則，查電源輸入正常。再查負載的反饋效應(yīng)——?潤滑油泵電機是否過載——?查該電機的輸入油路是否堵塞。如果都正常，則應(yīng)該是斷路器的誤動作——?本身失效故障。本案例中，顯然是因油路堵塞，潤滑油泵電機過載，造成了斷路器的脫口。//3.4接口信號分析法與信號追蹤法

接口信號分析法，是一種利用機床各環(huán)節(jié)(獨立單元)I/O接口信號實時邏輯狀態(tài)與標(biāo)準(zhǔn)(正常)邏輯狀態(tài)對比分析，找出故障點的方法。前面已經(jīng)介紹過，系統(tǒng)框圖中的每個獨立單元，都具有特定的輸入與輸出信號。雖然信號可以分成各種類型，但是所有信號都只有兩種狀態(tài)：正常狀態(tài)與不正常狀態(tài)。如果按照正邏輯：可以將所有正常狀態(tài)定義為“1”，不正常狀態(tài)定義為“0”。那么，無論什么類型的信號狀態(tài)都只有兩種：“1”與“0”狀態(tài)。

接口信號分析法，首先需要進行故障大定位，才能在眾多的接口信號中選擇相關(guān)的幾個進行分析。而故障大定位，必須在觀察檢查法之后才可確定。另外，在接口信號分析中，實際上又需要結(jié)合自診斷功能法、獨立單元分析法與信號追蹤法等。所以，實際上接口信號分析法是一種綜合分析方法。所謂信號追蹤法，是根據(jù)電氣控制中下位單元的狀態(tài)是受控于上位單元邏輯狀態(tài)及其傳輸結(jié)果的原理，某單元輸入信號不正常就追查其上位單元輸出信號，如此逐級追查直到故障定位的方法。

接口信號分析法的步驟

·

勾畫系統(tǒng)框圖，是由系統(tǒng)工作與控制原理出發(fā)，依據(jù)與故障現(xiàn)象相關(guān)的分析勾畫。以便于故障的初步定位——判出最懷疑的部位——故障大定位。

·

查出與懷疑部分相關(guān)的I/O信號的意義與標(biāo)志位。(CRT上或維修手冊上查)

·

獲得與懷疑部分相關(guān)的I/O信號的標(biāo)準(zhǔn)邏輯狀態(tài)，可從系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置中或從維修手冊上查到。也可從電氣圖上分析出每個器件正常時輸入與輸出的邏輯狀態(tài)。

·

獲得有關(guān)I/O信號的實時邏輯狀態(tài)，需要在主控板與顯示器處于正常的情況下，在調(diào)用的診斷畫面上查到。

·

狀態(tài)對比，將有關(guān)I/O信號的實時邏輯狀態(tài)與其標(biāo)準(zhǔn)邏輯狀態(tài)的對比中，判出故障器件。

·

故障點測試，確定真正故障成因，排除故障。

接口信號分析法也是一種硬件故障診斷方法。其核心在于接口信號的狀態(tài)對比。因此，它的使用是有條件的。接口信號分析法的使用條件：

·

完成故障大定位：在與故障現(xiàn)象相關(guān)的系統(tǒng)框圖上確定懷疑的環(huán)節(jié)/接口。

·

具備狀態(tài)對比的依據(jù)：有相關(guān)部分的電氣控制圖與電器說明書及相關(guān)部件的I/O邏輯狀態(tài)說明書。如果沒有，需要測繪。

·可調(diào)用診斷畫面，以檢查相關(guān)信號的實時狀態(tài)：CRT與主控板必須是完好的。

如果不可調(diào)用診斷畫面時，則可以根據(jù)相關(guān)獨立單元間的信號連接與控制動作流程圖，結(jié)合信號追蹤法與獨立單元分析法，向前進行逐級測量分析與故障定位?；蛘哂枚搪蜂N(短路棒)等方法將所懷疑的環(huán)節(jié)進行逐級隔離。采用標(biāo)準(zhǔn)信號強制輸入法，來觀察其輸出是否正常。應(yīng)用接口信號分析法的注意事項

1.同一個獨立單元往往有多個I/O接口，須清楚它們的位地址代號及其含義，并作記錄。

2.接口信號的狀態(tài)是隨程序流程進行而發(fā)生變化的。往往需要重演故障，監(jiān)視診斷畫面來記錄程序各環(huán)節(jié)變化時刻的I/O信號狀態(tài)變化。如果不可重演故障，或不可顯示診斷畫面(如果原來或故障發(fā)生后無此功能)時，就必須用推理方法來得出。無論哪一種情況，預(yù)先畫好接口信號狀態(tài)變化的流程圖是必要的。

3.下位單元的輸入，即是上位單元的輸出。下位單元的輸入受控于上位單元的邏輯控制。所以，某單元輸出不正常而報警成為報警點時，實際故障點可能是它的上位單元輸出不正常。因此報警點≠故障點

例3.4.1

SINUMERIC850系統(tǒng)數(shù)控機床中斷運行，CRT上報警顯示：“1040DACLIMITREACHED”修前技術(shù)準(zhǔn)備

查報警含義為：“X軸放大器

數(shù)模轉(zhuǎn)換

達到極限”。即：由于X軸模擬量＞10V(極限值)而出現(xiàn)X軸閉環(huán)中斷。畫出相關(guān)的閉環(huán)控制系統(tǒng)的原理框圖，如圖3.4.1所示。

圖3.4.1X軸閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖

現(xiàn)場工作修前調(diào)查

X軸正向運行中，油泵突然關(guān)閉，中斷運行而發(fā)生上述報警。按“復(fù)位”，報警消失。重啟動X軸不動。油泵重又關(guān)閉。再次報警。故障特征：X＋移中突發(fā)中斷，軟件報警——X模擬輸出超限。外觀、電源與環(huán)境檢查一切正常。手動電機軸無異常聲響與振動、無機械阻力。

據(jù)理析象報警內(nèi)容為：X軸伺服放大器輸出不正常。根據(jù)獨立單元分析法，要考慮它的輸入與負載效應(yīng)(電機與制動問題)。故障大定位：X速度環(huán)。根據(jù)閉環(huán)工作原理與報警機理，分析故障現(xiàn)象：

·可以軟件報警，表明：CRT與主控板完好。

·

復(fù)位可以消除報警，但X不動，然后油泵停止。表明：由X軸停止引起油泵突然停止。所以，可以排除油路故障。

·

報警機理：滿足上述不等式。如果參數(shù)設(shè)置正確，成因就是X軸伺服放大器輸出過大。

由閉環(huán)原理，成因有三個：輸入不正常、負載效應(yīng)或伺服放大器本身故障。伺服放大器的輸入：包括正輸入與負輸入(見圖3.3.4)。正輸入：除了電源輸入(電源檢查正常)外，是來自PLC的指令信號。負輸入：反饋信號與機械阻力(傳動阻力或剎車保護裝置的制動力)外觀檢查時，沒有發(fā)現(xiàn)非常機械傳動阻力與非法制動。“負載”中：伺服電機沒有過熱、過載、異常振動與噪聲，可排除在外。

有反饋信號——如果無反饋信號伺服單元會有“伺服未準(zhǔn)備好”報警。所以，反饋信號故障也可排除。

·

由經(jīng)驗總結(jié)：凡“突發(fā)”性故障，大多為“接觸性”故障。因此判定，故障類型：硬件故障。羅列成因

X進給鍵跳開故障造成制動、PLC控制器或其I/O接口故障、制動裝置故障后突然誤動作以及伺服放大器的調(diào)節(jié)器單元故障。確定采用接口信號分析法。

接口信號分析法

(1)列出懷疑部位為：X進給鍵、PLC控制器、制動裝置以及伺服調(diào)節(jié)器。

(2)查相關(guān)的接口信號位地址及其標(biāo)準(zhǔn)邏輯狀態(tài)：在CRT上調(diào)出X軸專用接口數(shù)據(jù)塊DB32。由說明書查得：X軸地址為k＝0，X軸報警地址為n＝8200。在CRT菜單下，查到有關(guān)禁止X軸進給的報警地址及其內(nèi)容的提示畫面，有兩個頁面是與所懷疑單元的有關(guān)。于是，分別在DW3(因為k＝0，禁止位DWK＋3＝DW3)與DW1(禁止位DWK＋1)兩個模塊接口數(shù)據(jù)畫面上查到所有有用數(shù)據(jù)，列于表3.4.1中的左邊四個欄目。

(3)

接口信號動作流程及其邏輯狀態(tài)分析：從系統(tǒng)框圖上分析接口信號傳遞關(guān)系——接口信號的上下位關(guān)系與流程(見表3.4.1中的右邊三個欄目)；先搞清相關(guān)接口信號在CRT診斷畫面上自右向左插腳號(Bit)排序中的位置，列于表3.4.2中。

表3.4.1相關(guān)單元的接口數(shù)據(jù)

表3.4.2正常情況下接口信號的狀態(tài)

(4)

重演故障。CRT上調(diào)用有關(guān)接口信號狀態(tài)的診斷畫面——這里是重新啟動X軸，來觀察實時接口信號?？赡苄枰貜?fù)多次觀察才行。相關(guān)接口信號的實時狀態(tài)畫面情況列于表3.4.3。

表3.4.3實時接口信號的狀態(tài)

(5)

狀態(tài)對比。結(jié)果是：DW1的Bit10為“0”，而其上位信號(在DW3中)狀態(tài)正常。伺服驅(qū)動單元不能使能故障。故障定位：伺服單元的輸入接口為故障點。

(6)故障點測試與故障排除。故障特征為“突發(fā)性”，多為接觸不良。懷疑伺服單元輸入接口接觸性故障。停機。擰開伺服單元上該信號接線端子，進行接點清理，并重新擰緊。再次機床通電，啟動X軸，一切恢復(fù)正常。故障排除。

3.5PLC程序法

PLC程序法，是根據(jù)機床電氣控制部分的程序化特點(梯形圖或控制流程圖)，結(jié)合系統(tǒng)電氣連接圖與系統(tǒng)自診斷，進行信號邏輯狀態(tài)對比分析，找出故障點的方法。

這種方法要求能讀懂電氣圖、能根據(jù)控制原理勾畫梯形圖以及充分應(yīng)用自診斷。

PLC程序法特點

·

它的分析原理等效于傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制電路分析法。

——理論依據(jù)

·

與傳統(tǒng)的電路圖分析法不同。

——它還可處理PLC直接報警點以外的間接報警點。

·

它是利用自診斷或電器動作狀態(tài)來獲知信號實時邏輯狀態(tài)。

——與信號正常標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的狀態(tài)對比來判出故障點。

·它遵守診斷流程執(zhí)行的步驟。

由于PLC程序是機床制造廠根據(jù)機床電氣控制特點而編制設(shè)計的，也就是說，PLC程序的邏輯是完全符合機床電氣控制原理(電氣控制流程)的。因此，PLC程序法，是與繼電器邏輯控制電路圖分析法等同，是一種控制信號邏輯狀態(tài)分析法。也因此，PLC程序法可以實現(xiàn)對機床報警與用戶報警的全面處理。PLC程序法診斷步驟來保證故障定位的準(zhǔn)確性與高效性，所以具有廣泛的適用性。

PLC的用戶編程語言常用的是STE-5編程語言。PLC編程時常采用三種表達形式：語句表(STD-StatementList)、梯形圖(LAD-LadderDiagram)和控制流程圖(CSF，ControlSystemFlowchart)。程序編制時一般采用“模塊化結(jié)構(gòu)”，即是把總程序分為單獨的、閉合型的程序模塊：組織模塊(OB)、程序模塊(PB)、功能模塊(FB)、步進模塊(SB)與數(shù)據(jù)模塊(DB)。其中，功能模塊是包括了專用控制器的報警功能、計算功能與調(diào)試功能等?？赏ㄟ^“語言”來調(diào)用這些程序模塊，實現(xiàn)組合程序。

PLC程序法的核心也是接口信號的狀態(tài)對比。接口信號分析法是在故障大定位之后，對懷疑的幾個接口信號進行分析。PLC程序法在程序流程分析后就可以進行故障大定位，之后再采用了接口信號分析法。因此，它們在接口信號狀態(tài)對比分析上的原理是相同的。

PLC程序法的步驟步驟一：按PLC報警號或程序停止的環(huán)節(jié)，找出：報警點的輸入與輸出點，及其對應(yīng)的標(biāo)志位、計數(shù)器或計時器。步驟二：查找與報警點有關(guān)的所有的程序段/塊、梯形圖或動作控制流程圖，獲得相關(guān)信號的標(biāo)準(zhǔn)邏輯狀態(tài)。步驟三：調(diào)用診斷畫面，或編程器，讀取相關(guān)信號的實時狀態(tài)。步驟四：兩種信號狀態(tài)對比，判出異常信號位置即為故障點。

步驟五：查出故障點對應(yīng)的元器件——故障器件，進行故障點測試。步驟六：排除故障。根據(jù)不同故障：性能/功能/連接或接觸故障來決定修復(fù)或換件。

注意·

報警點≠故障點·

報警點是受上位邏輯運算影響的·

對應(yīng)同一報警點可涉及多個程序模塊

在應(yīng)用PLC程序法時，根據(jù)機床電氣控制原理圖，可以在主機上調(diào)出其梯形圖或控制流程圖(具體取決于它編程中采用的表達方式)，找出與控制現(xiàn)象有關(guān)的模塊。從維修手冊上查找有關(guān)器件的標(biāo)志位、代號及其信號的正常邏輯狀態(tài)。(但是，需要注意的是，日本的數(shù)控機床的梯形圖往往采用日本自己特有的語言。只有對PLC基本功能、基本表達形式與基本模塊結(jié)構(gòu)了解的情況下，才能通過觀察控制過程與工藝流程后，破譯它而不需要會日文。)當(dāng)資料不全時，需要測繪畫出梯形圖，或者根據(jù)機床的控制動作流程，畫出控制動作流程圖。

顯然，從PLC程序法的內(nèi)容與步驟上看，PLC程序法是有使用條件的：

·

完整的電氣控制圖與電器說明書，以及有關(guān)控制件邏輯狀態(tài)的說明書。如果沒有，需要測繪。

·

可調(diào)用診斷畫面——CRT與主控板應(yīng)該是完好的。

·

適用于程序中斷故障停機時。可以是有PLC報警顯示，或者是沒有報警形式的情況。

然而，實際應(yīng)用中，無論有無PLC報警，只要PLC可編程控制器、主控板正常，就都可以應(yīng)用PLC程序法。這是因為PLC程序法是基于機床電氣控制部分的程序化特點與PLC程序的邏輯關(guān)系的。無報警時，可調(diào)出程序停止時相關(guān)的程序模塊或梯形圖來，(即使沒有現(xiàn)成的梯形圖與程序模塊，也可以分析機床控制動作過程。)畫出動作控制流程圖。然后，找出程序停止的環(huán)節(jié)——作為“故障大定位”環(huán)節(jié)，將它作為一個獨立單元來分析其輸入與輸出。找出該環(huán)節(jié)相關(guān)的所有器件及其信號的代號與正常邏輯狀態(tài)。如果不可調(diào)用診斷畫面，也可根據(jù)實際情況判出信號的實際邏輯狀態(tài)。之后，同樣可以進行狀態(tài)對比，進行故障定位。

從PLC報警文本內(nèi)容看，雖是由CRT顯示的軟件報警方式，實際可涉及軟件故障與硬件故障。在調(diào)試階段，才可能出現(xiàn)程序與參數(shù)設(shè)置方面的故障。在正常使用期，往往在斷電后、電磁干擾、老機床RAM及其電池的失效時才出現(xiàn)參數(shù)與加工程序混亂或丟失的軟件故障。當(dāng)環(huán)境正常與供電正常的情況下，程序中斷故障停機，多由硬件故障引起。在正常使用期的機床，軟件故障一般容易檢查出來，而硬件的性能與功能性故障往往不易檢查。這時，當(dāng)判定故障類型為硬件故障后，PLC程序法不失為一種有效的硬件故障分析法(例如前面的例2.3.3)。

例3.5.1

一臺在正常使用期的SIMENS880系統(tǒng)的德國UFZ6加工中心出現(xiàn)機械手不能自動換刀故障。故障現(xiàn)象：機械手進入刀座后，機床自動中斷，CRT報警顯示“讀禁止”。修前技術(shù)準(zhǔn)備該機床的床身較大。根據(jù)技術(shù)資料與維修手冊了解到自動換刀工作：其主軸有兩種換刀方式——?立式與臥式。由機械手從刀庫自動取刀換刀，自刀庫機械手在約3M長的導(dǎo)軌上滑向主軸，并可上下翻動來滿足主軸不同換刀方式的需要?；瑒邮怯梢簤候?qū)動。機械手的換刀動作共分28步。每一步都是在PLC裝置接收到來自相應(yīng)位置接近開關(guān)的檢測到位后的反饋信號。感應(yīng)式接近開關(guān)分別安裝于機械手的不同位置，每個接近開關(guān)上都有指示燈來顯示其電源接通。根據(jù)自動換刀控制工作原理，畫出與故障現(xiàn)象相關(guān)階段的機械手換刀動作控制流程圖，如圖3.5.1所示。

圖3.5.1機械手換刀動作控制流程圖

機械手移動接近刀庫而進入刀座。機械手的拔刀動作是在夾刀繼電器動作之后。該繼電器是由PLC裝置先后接收到接近開關(guān)動作信號與到位信號這兩個反饋信號之后發(fā)出的指令。因此，機械手進入刀座后程序停止的環(huán)節(jié)為“夾刀繼電器的夾刀動作”。繼電器不動作，可能是無輸入——PLC未發(fā)出指令、信號受阻或者正常時輸入繼電器本身故障。

修前調(diào)查

外觀與環(huán)境檢查正常、各接近開關(guān)電源指示燈都正常。手動夾刀繼電器動作正常。據(jù)理析象由修前調(diào)查可知，程序停止的環(huán)節(jié)應(yīng)該為“到位發(fā)訊”。故障機理分析由機械手進入刀座的事實，PLC未能發(fā)出夾刀繼電器動作指令，有兩種情況：一種情況：雖然機械手進入刀座，但是未能到位就中止了。可能因為：機械手因機械故障而受阻；或是移近刀庫時PLC未接收到接近開關(guān)動作發(fā)訊的反饋信號，以致PLC中止了機械手的動作。

另一種情況，機械手進入刀座后到位，PLC未能收到到位信號；或者是PLC在接收到到位信號之前卻未接收到接近開關(guān)動作發(fā)訊的反饋信號。無論哪種情況，在排除了機械手本身可能存在的機械故障之外，其成因都出自兩個反饋信號的發(fā)出、接收與傳遞環(huán)節(jié)。即可能成因為：接近開關(guān)或位置開關(guān)未能發(fā)訊。反饋信號受阻或PLC相應(yīng)的反饋接口不能接收信號。故障大定位：機械手反饋回路(見圖3.5.1中陰影部分)。故障類型：硬件故障。

羅列成因

無反饋信號可能成因：

·

接近開關(guān)或位置開關(guān)的損壞或移位，不能發(fā)訊。

·

反饋線纜或接頭故障，未能傳遞反饋信號。

不能接收反饋信號的可能成因為PLC反饋輸入接口故障。確定步驟

因為是程序中斷，硬件故障，故決定采用PLC程序法。

PLC程序法先查出相關(guān)器件及其信號的名稱與地址位： 接近開關(guān)S17 位置開關(guān)S07

PLCInput

E25.5

E24.6查出信號標(biāo)準(zhǔn)邏輯狀態(tài)： 1 1調(diào)出診斷畫出上接口信號實時狀態(tài)：0 1狀態(tài)對比： 判出故障點：S17故障點測試：S17——松動移位，與感應(yīng)鐵塊距離過大，無法感應(yīng)信號，從而無反饋信號發(fā)出。

排除故障

調(diào)整好開關(guān)S17位置并固定牢靠。故障排除。在該案例中應(yīng)該注意到：

·

機械手上不同部位安裝多個感應(yīng)接近開關(guān)、位置開關(guān)或光電傳感器。

·

拖架的頻繁移動與振動，易使傳感器松動或移位和污染、電纜的彎折疲勞出現(xiàn)短路和斷路、電纜接頭的松動或污染而接觸不良。

·凡程序中斷出現(xiàn)在機械手該動作而無動作時，應(yīng)該首先檢查傳感器及其電纜。

常見機械手故障現(xiàn)象

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不動作(不能抓刀、不能自動換刀等)；

·

動作不到位；

·

動作過位撞機；

·

動作不穩(wěn)(振動)(松動及電機振動!)。

3.6NC與PLC間信號交換檢查法

NC與PLC間信號變換檢查法是利用NC與PLC之間的信號交換關(guān)系來進行故障大定位于PLC還是NC裝置的一種綜合診斷方法。

工作思路：數(shù)控機床在自動加工進行中，發(fā)生程序中斷停機故障，在系統(tǒng)仍通電的情況下，調(diào)用診斷畫面：

先查PLC輸出信號狀態(tài)正常與否？ →查PLC的輸入信號狀態(tài)正常與否？ →再查對應(yīng)NC輸出信號狀態(tài)正常與否？ →來確定故障部位是在PLC還是NC裝置故障。這種方法，其實是綜合利用了自診斷功能法、獨立單元分析法、接口信號分析法與信號追蹤法等方法。該方法之所以會被單獨取名，可能就在于它的目的是解決故障大定位于NC側(cè)或PLC側(cè)的問題。

這種方法，關(guān)心的是PLC與NC之間交換的接口信號。數(shù)控機床復(fù)雜的多I/O接口，集中地表現(xiàn)在PLC的輸入與輸出板上。因此，在這種方法分析中，除了要畫出相關(guān)信號的流程關(guān)系圖之外，還需要畫出相鄰單元對應(yīng)交換的信號交換框圖。

例3.6.1

一臺處于正常工作期的西門子8M數(shù)控機床不能進給故障。故障現(xiàn)象在程序自動運行中，主軸啟動后進給軸不動，“進給保持”紅燈點亮。修前技術(shù)準(zhǔn)備

故障特征：自動工作中“進給保持”紅燈亮，表明為硬件報警。查閱資料關(guān)于該硬件報警機理，從而畫出報警系統(tǒng)框圖(如圖3.6.1所示)與接口信號控制流程圖(如圖3.6.2上部所示)。

圖3.6.1“進給保持”燈報警系統(tǒng)

據(jù)理析象根據(jù)報警機理與故障特征分析：

(1)進給軸系問題，畫出相關(guān)的系統(tǒng)框圖(即如圖3.4.1的閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖)。而由圖3.6.1可知，這是PLC輸出的硬件報警。

(2)主軸可自動啟動表明不是軟件故障，判定故障類型：硬件故障。

(3)系統(tǒng)可以進行自診斷并報警，表明PLC芯片是好的；能下自動指令，表明NC主板完好。

(4)若是伺服單元與檢測系統(tǒng)故障，伺服單元應(yīng)有硬件報警或軟件顯示。但無。

(5)進給保持鍵自鎖或剎車未釋放，可能造成NC有“進給保持”指令輸出。(注意：如果新程序調(diào)試階段，需要考慮程序中指令錯誤。)

故障大定位：PLC的I/O接口、進給鍵與剎車裝置。

羅列成因進給鍵自鎖(未釋放)、NC與PLC之間有關(guān)“進給釋放”的通訊接口或連線故障、剎車不能釋放。確定步驟外觀檢查→重演故障→采用接口信號分析法與NC與PLC之間的信號交換法進行故障大定位于PLC、NC還是其它部位?！收宵c測試→排除故障?，F(xiàn)場工作

外觀與環(huán)境、電源檢查，都正常。釋放進給鍵，無危險檢查后，開機重演故障。

接口信號分析法

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查出所懷疑單元的相關(guān)接口信號代號與標(biāo)志位(查技術(shù)資料或調(diào)用CRT上)標(biāo)于圖3.6.1上：PLC的輸出接口信號F13.0與其輸入接口信號19.0。

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畫出并分析相關(guān)接口信號控制流程圖(圖3.6.1中箭頭連線以及圖3.6.2第一行)。

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查找或分析相關(guān)接口信號的標(biāo)準(zhǔn)邏輯狀態(tài)，如圖3.6.2所示。

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調(diào)用相關(guān)的診斷畫面。查出相關(guān)接口信號的標(biāo)準(zhǔn)邏輯狀態(tài)。見圖3.6.2。

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狀態(tài)對比：由圖3.6.2可見，以PLC裝置作為研究對象(獨立單元)：

PLC裝置輸出不正常是由于其輸入信號19.2不正常所致。

圖3.6.2與“進給保持”燈相關(guān)的接口信號動作流程與狀態(tài)

NC與PLC間信號交換法

PLC輸入不正常是否就可認為是NC裝置問題呢？這里需要進行故障大定位：是NC裝置問題還是PLC輸入板問題。首先了解NC與PLC間交換的信號是什么。診斷畫面上PLC輸入信號19.2實時狀態(tài)，是PLC對其輸入板接口的巡查測試的結(jié)果，而不是來自NC的高電平指令信號。正常狀態(tài)下PLC應(yīng)該接收NC的高電平指令信號，為＋24VDC，對應(yīng)正常邏輯狀態(tài)為“1”。

事實上，來自NC的指令信號是經(jīng)過了幾個中間環(huán)節(jié)，才輸入給PLC的(如圖3.6.3所示)。中間環(huán)節(jié)，包括了NC的輸出接口接插件、電纜與PLC輸入板接口電路與接插件?？梢詫⒅虚g環(huán)節(jié)又分成PLC輸入板的內(nèi)與外。NC與PLC間信號的交換看作在輸入板的“信號交換點”進行。這里“信號交換點”包括了PLC輸入電路板接口與接插件。應(yīng)該將“信號交換點”作為一個“獨立單元”來分析(見圖3.6.3)。其輸入信號為指令信號，輸出信號為19.2。這樣的部位劃分合理，信號關(guān)系清晰。

圖3.6.3NC→PLC輸入板間信號通道上的中間環(huán)節(jié)

交換信號測試將圖3.6.1中PLC輸入板間相關(guān)信號19.2的插頭拔開，查NC的輸出信號——也就是“信號交換點”的輸入信號。斷開后，測量電纜端口輸出信號——也即交換點的輸入信號。實測為＋24VDC，其對應(yīng)的實際邏輯狀態(tài)為“1”。所測結(jié)果表明：“信號交換點”的輸入信號正常。

故障大定位：PLC輸入板及其接插件座故障(交換點輸入正常而輸出不正常)。斷電，清潔輸入板接插件，重新接插后再通電故障依舊(不能修復(fù)！)。

故障定位：為PLC輸入板接口電路故障。

排除故障

更換PLC輸入板后，故障排除。

3.7參數(shù)檢查法

參數(shù)檢查法是在CRT上調(diào)用參數(shù)設(shè)置畫面，利用檢查參數(shù)來判定故障類型、確定診斷與排除故障的方法。在前面觀察檢查法中介紹的“預(yù)查軟故障”，是在現(xiàn)場調(diào)查中，根據(jù)調(diào)查內(nèi)容與故障現(xiàn)象，往往需要先軟后硬先查參數(shù)。這種方法的使用前提是：實際故障現(xiàn)象是與參數(shù)相關(guān)，而參數(shù)畫面是可被調(diào)用的。

機床參數(shù)是“設(shè)計思想的窗口”。了解與掌握這些參數(shù)，可以提高機床使用與性能水平，可以提高維修效率，還可以評價數(shù)控機床質(zhì)量。例如：齒輪補償量設(shè)定值較大——表明機械零件質(zhì)量不夠好；升降速時間常數(shù)設(shè)定值過大——表明重要零部件加工精度或裝配精度不夠高，等等。不僅新機床或新工序的調(diào)試階段，需要設(shè)置與調(diào)整機床參數(shù)，在機床使用一段時間后，也應(yīng)該對某些參數(shù)進行調(diào)整，否則會出現(xiàn)一些故障。所以熟悉機床參數(shù)是維修人員的一項基本功。

機床參數(shù)可以分成動態(tài)參數(shù)與恒定參數(shù)兩類。動態(tài)參數(shù)，是運行中信號狀態(tài)變化的參數(shù)——也稱“狀態(tài)參數(shù)”。恒定參數(shù)，是在一定設(shè)置范圍內(nèi)直接寫入真實數(shù)值的參數(shù)，或者是設(shè)置的數(shù)值都為某種參數(shù)的比例系數(shù)。恒定參數(shù)的設(shè)置中又分成可由機床用戶設(shè)置與修改的可設(shè)定的用戶參數(shù)以及由系統(tǒng)公司設(shè)定后不可修改的機床系統(tǒng)數(shù)據(jù)。顯然，與使用者與維修者相關(guān)的參數(shù)就是：狀態(tài)參數(shù)與可設(shè)定的用戶參數(shù)。

無論是可設(shè)定的機床參數(shù)(用戶參數(shù))，還是信號狀態(tài)參數(shù)，一般都存儲于可讀寫與擦去的RAM存儲器中。RAM需要有正常的充電電路來為充電電池提供充足工作電壓。一旦電池充電不足、充電電池及其電路故障，或受外界某種干擾，RAM中存儲的參數(shù)或狀態(tài)數(shù)據(jù)就會出現(xiàn)丟失或變化，從而使數(shù)控系統(tǒng)不能正常工作。突然停電、長期不通電的機床會造成RAM電池充電不足；長期閑置的機床以及老機床容易出現(xiàn)充電電池及其電路故障；系統(tǒng)的屏蔽與接地不良，以及臨近有感性負載或與之共電源主線，會導(dǎo)致RAM受電磁場干擾。另外，在新機床、新工藝新材料、新加工程序調(diào)試階段參數(shù)設(shè)置的失匹，或者人為不合理的參數(shù)修改，可以造成系統(tǒng)的不能動作、失控、加工誤差大等不正常(見例3.4.1的成因分析)的故障現(xiàn)象，以及同時出現(xiàn)多種報警或者一些可報警的故障現(xiàn)象出現(xiàn)后卻不報警的現(xiàn)象。

多種報警共存例3.7.1

一臺調(diào)試后投入使用的FANUC-7CM系統(tǒng)的XK715F數(shù)控立銑床，開機后不久同時出現(xiàn)了#7(伺服未準(zhǔn)備好)、#20～#23(X、Y、Z與U軸速度超限)等5個報警。對多種報警共存現(xiàn)象，先查參數(shù)。在CRT上調(diào)用參數(shù)畫面，發(fā)現(xiàn)參數(shù)混亂。將存儲器格式化與存儲區(qū)重新分區(qū)后，將參數(shù)紙帶重新輸入。開機后報警消失，機床恢復(fù)正常。注意：必須根除參數(shù)混亂的真正原因，否則故障還會重演。

現(xiàn)在以RAM存儲器為研究對象——獨立單元，來分析其輸出不正常的成因(參數(shù)混亂的故障機理)，如圖3.7.1所示。

圖3.7.1RAM存儲器的輸入與輸出示意圖

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存儲器本身壽命或質(zhì)量故障導(dǎo)致其部分或全部功能的喪失，但也與機床的使用年齡與維護相關(guān)。(見前面的例2.3.2)

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存儲器是有源器件。存儲器電池充電回路故障、輸出線斷/短路或與電池夾接觸不良，造成的存儲器電源輸入不正常?！?/p>

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存儲器的分區(qū)或使用不當(dāng)、數(shù)據(jù)輸入裝置故障，會造成數(shù)據(jù)或參數(shù)信號的“寫”數(shù)據(jù)輸入錯誤。

·電磁場脈沖的干擾輸入，沖亂了存儲器內(nèi)的數(shù)據(jù)與參數(shù)，這與附近感性負載(干擾源)的存在、電網(wǎng)濾波不良、突然停電，以及系統(tǒng)屏蔽與接地不良有關(guān)。

輸出不正常時，先查輸入。存儲器的輸入是多種的。這里包括了電源輸入、數(shù)據(jù)輸入與干擾輸入。其中數(shù)據(jù)輸入中又包括了輸入裝置(硬性)與輸入操作(軟性)兩種可能的故障。先軟后硬的作法，往往可以避免了許多硬件追蹤法的復(fù)雜過程。但是，首先必須排除環(huán)境與電網(wǎng)干擾。前面的例2.3.1是正常使用期機床上啟動診斷時未監(jiān)測到磁泡存儲器初始化信息的故障報警案例，雖然用重新初始化的方法排除了故障，但是，還應(yīng)該檢查為什么出現(xiàn)這樣的故障。必須從存儲器的輸入來分析，找出并根除真正的故障源，否則，類似的故障還會發(fā)生。