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数控机床的启、停运动故障

发布时间:2020/7/22
         数控机床的启、停运动故障
  数控机床在启动和停止过程中常会出现主轴启动不了,启动后出现失控状态,机床在正常运转中突然停止转动等故障。
  一、主轴不能启动
  主轴启动运转的必备条件是:PLC和CNC系统正常,机床准备信号MRDYl与 MRDY2必须接通。而MRDYl与MRDY2接通必须具备以下两个条件:@PLC输出至机床的不同信号分别控制启动信号接通和变频器接通;②机床电源开关的辅助触点接通。当出现主轴不能启动时,应按照启动主轴的必备条件一一检测,排除疑点,直至找出真正故障原因。
  此外,还可能是由干扰信号引起,或插头接触不良,电缆有问题,或电缆屏蔽线虚焊等原因都可能导致启动故障。
  二、机床启动后出现失控现象
  数控系统接通后进入准备状态,无任何报警产生,屏幕显示也正常,各种操作开关、按钮也起作用,但是各种功能均处于不正常状态。如可以点动快移,但快移修调开关不起作用;循环启动按钮有效,但进给率都不正常等。机床启动后,运行速度及方向失去控制,直至出现超程报警,这种情况常称为失控现象。机床失控现象常出现在机床安装调试或大修后,也可能在系统运行中突然出现。实际操作中,应针对不同情况查找原因。
  在安装调试后或大修后出现机床失控现象的可能原因有:从位置或速度检测出来的信号不正常,其中,最大可能是机床数据设定错误,造成位置控制环路将负反馈接成正反馈,或电机和位置检测传感器之间的连接异常,此时可以通过观察位置偏差的诊断号(如 DNG3000)的值来确认。
  若在运行中突然出现失控而停止运行,一般是由于机床移动而使信号反馈线被拉断,或数控系统的主控板及进给伺服单元的故障所致,如伺服电机内检测元件的反馈信号接反,或元件本身有故障。
  另外可能的原因是:数控系统的故障,CNC装置输至驱动单元的指令或极性有错误,相关参数设定的不匹配,或参数设置错误等。排除这类故障的方法是进行全机清零,然后重新输入正常的参数,系统就会进入正常状态。
  三、机床出现“死机”而不能动作
  CRT屏幕无显示而且机床不能动作,这类故障的最大可能原因是主控制印制电路板或存储系统控制软件的ROM板不良。
另外,从数控系统方面分析机床不能动作的原因,一般有两种情况:①系统处于不正常状态;如系统处于报警状态,或处于紧急停止状态,或是数控系统的复位按钮处于被接通的状态;②设定错误,如将进给速度设定为零值,或将机床设定为锁住状态。此时如果运行程序,虽然在CRT会有位置显示变化,但机床却不能运动。
  四、进给传动系统常见故障的报警形式
  机床进给伺服系统的故障按机床提供的报警形式大致可分为三类:①在CRT或操作面板上显示报警内容,它是利用软件的诊断程序来实现;②利用进给伺服驱动单元上的硬件(如发光二极管或数码管指示,熔断丝熔断等)显示报警驱动单元的故障;③进给运动不正常,但没有任何报警指示。其中前两类,都可根据生产厂家或公司提供的产品《维修说明书》中有关“各种报警信息产生的可能原因”的提示进行分析判断,一般都能确诊故障原因、部位。对于第三类故障,则需要进行综合分析,这类故障往往是以机床上工作不正常的形式出现的,如机床失控、机床振动及工件加工质量太差等。
  搞清上述各类故障的报警形式及其特点,对迅速确诊故障有很大帮助。下面将各类报警中的典型故障简述如下。
  1.软件报警(CRT显示)故障
  (1)进给伺服系统出错报警故障。这类故障的起因,大多是速度控制单元方面的故障引起的,或是主控制印制电路板与位置控制或伺服信号有关部分的故障。
  (2)检测元件(测速发电机、旋转变压器或脉冲编码器等)或检测信号方面引起的故障。
  例5 某数控机床报警显示SV000 TACHOGENERATION DISCONECT。
  它表示测速发电机断线报警。引起故障的原因有:①电机动力线断线。如果伺服电源刚接通,尚未接到任何指令时,就发生这种报警,则由于断线而造成故障可能性最大。②伺服单元印制电路板上设定错误,如将检测元件脉冲编码器设定成了测速机等。③没有速度反馈电压或时有时断,这可用显示器来测量速度反馈信号来判断,这类故障除检测元件本身存在故障外,多数是由于连接电缆不良或接触不良引起的。
  (3)过热报警故障。这里所述的过热是指伺服单元、变压器及伺服电机等的过热。引起过热报警的原因有:①机床切削条件苛刻及机床摩擦力矩过大,引起主回路中的过热继电器动作。②切削时,伺服电机电流太大或变压器本身故障,引起伺服变压器热控开关动作。③伺服电机电枢内部短路或绝缘不良、电机永久磁钢去磁或脱落及电机制动器不良,引起电机的热控开关动作。
  例6 某直流伺服电机过热报警。可能原因有:①过负荷。可以通过测量电机电流是否超过额定值来判断。②电机线圈绝缘不良。可用500V绝缘电阻表检查电枢线圈与机壳之间的绝缘电阻。如果在1MI)以上,表示绝缘正常。否则应清理换向器表面的炭刷粉末等。③电机线圈内部短路。可卸下电机,测电机空载电流,如果此电流与转速成正比变化,则可判断为电机线圈内部短路。应清扫换向器表面,如表面上有油更易引起此故障。④电机磁铁退磁。可通过快速旋转电机时,测定电机电枢电压是否正常。如电压低且发热,则说明电机已退磁。应重新充磁。⑤制动器失灵。当电机带有制动器时,如电机过热则应检查制动器动作是否灵活。⑥CNC装置的有关印制电路板不良。
  (4)电机过载。引起过载的原因有:①机床负荷异常,引起电机电流超过额定值。这可以用检查电机电流来判断。此时需要变更切削条件,减轻机床负荷。②印制电路板设定错误。亦即应确定电机过载的设定是否正确。③印制电路板不良。④对于交流伺服来说,没有脉冲编码器反馈信号也会引起电机过载报警。
  (5)速度单元的断路器断开报警。引起报警的原因是:①干扰。有时速度单元受外界的干扰影响,断路器自动断开。此时只要关断电源后,复位一次自动断路器再合闸,单元又可自动运行。②机床负荷异常。这可用示波器检查机床在快速进给时的电机电流是否超过额定值来判断机床负荷是否有异常。③速度控制单元内整流用二极管模块不好。④印制电路板不好或印制板与速度控制单元之间的连接不好。
  (6)伺服单元过电流报警。引起该报警主要原因有:①晶体管模块不好。这时可用机械万用表检查晶体管模块集电极和发射极之间的阻值。如果只有数欧姆,则表示该模块已被击穿短路。②电机动力线连接错误。③电机线圈内部短路。④印制电路板有故障。
  (7)伺服系统过压报警。其原因是:①交流输入电源电压过高。②伺服电机线圈有故障。③印制电路板有故障。④负载惯量过大。此时可采取加大加减速时间常数的办法来消除本报警o
  (8)电机再生放电的电流过大报警。原因有:①再生放电用晶体管不良,或印制电路板不良。如有些原因引起的报警,则只要伺服单元一接通,就会出现这个报警。②印制电路板设定不对。③加/减速频率过高。
  (9)速度单元的电源电压太低报警。引起本报警的原因是:①输入交流电压过低。②伺服变压器和印制电路连接不良。③如果不是上述二原因,则是印制电路板不良。④如果电路中有+5V电源,它的熔断丝熔断也引起报警。
  (10)停机时误差过大和运行时误差过大报警。引起误差过大的原因有:①位置偏差设置错误。因此要认真检查参数的设定值。②超调。在数控系统中加/减速时间里,如果电机没有流过加减速时必要的电流,从而使位置控制回路的误差增加。当用示波器观察速度控制单元的指令波形,应使超调量在5%以下。为了消除本报警,可加大数控系统的加/减速时间和加大速度控制单元的增益。③输入电源电压太低。交流输人电源电压应在额定值的+10%~-15%的范围内。④连接不良。如测速机信号线、电机动力线等的连接不良均会引起误差过大。⑤数控系统的位置控制部分和速度控制部分的故障。⑥如果是直流伺服电机,则电机的炭刷接触不良也会引起误差过大。
  (11)漂移补偿量过大报警。出现这种故障原因有:①连接不良。这里指的连接有两个方面。一是电机动力线连接不良,二是电机和检测元件之间的连接不良。②CNC系统中有关漂移量补偿的参数设定错误引起的。③速度控制单元CNC装置的主板的位置控制部分有故障。
  2.硬件报警故障
  硬件报警是指速度控制单元上的报警指示灯(发光二极管)、熔断器熔断及各种保护用开关跳闸等报警的故障。这类报警除也能报警高电压、大电流、低电压、过载、速度反馈断线、再生放电等故障(这些故障可参照CRT显示报警信息去排除故障)外,还能报警如下故障:
  (1)速度控制单元上的熔断丝熔断或断路器跳闸报警。发生这类故障的原因很多,除机械负载过大、接线错误(仅发生在重新接线之后)外,主要原因有:①速度控制单元的环路增益设定过高;②位置控制或速度控制部分的电压过高或过低引起振荡,如速度或位置检测元件故障,也可引起振荡;③电机故障,如电机去磁,将会引起过大的激磁电流;④当速度控制单元的加速或减速频率太高时,由于流经扼流圈的电流延迟,可能造成电源三相间短路,从而烧断熔断丝,此时需适当降低工作频率。
  (2)保护开关动作报警。此时应首先分清是何种保护开关动作,然后再采取相应措施予以解决。如伺服单元上热继电器动作,应先检查热继电器的设定是否有误,然后再检查机床工作时的切削条件是否太苛刻或机床的摩擦力矩是否太大。如变压器热动开关动作,而变压器并不发热,则是热动开关失灵。如果变压器很热,用手只能接触几秒,则要检查电机负载是否过大。可以在减轻切削的条件下再检查热动开关是否动作。如仍发生动作,则应在空载低速进给的条件下测量电机电流,如已接近电流额定值,则需重新调整机床。产生上述故障的另一个原因是变压器内部短路。
  3.无报警显示的故障
  这类故障多以机床处于不正常运动状态的形式出现,但故障的根源却在进给驱动系统。下面举几种常见故障的例子来说明。
  (1)机床失控。这是由伺服电机内检测元件的反馈信号接反或元件本身故障造成的。
  (2)机床振动。应首先确认振动周期与进给速度是否成比例变化。如果成比例的变化,则故障的起因或是机床、电机、检测器不良,或是系统插补精度差,检测增益太高。如果不成比例,且大致固定时,则大都是因与位置控制有关的系统参数设定错误,速度控制单元上短路棒设定错误或增益电位器调整不好,以及速度控制单元的印制电路板不好。
  (3)两轴联动加工外圆时圆柱度超差。如果加工时象限稍一变化,精度就不一样时,则是进给轴的定位精度太差,需要调整机床精度差的轴;如果是在坐标轴的45度方向超差,则多数情况是由位置环增益或检测增益调整不好造成的。
  (4)机床过冲。数控系统的参数——快速移动时间常数设定得太小,或速度控制单元上的速度增益设定太低,都会引起机床过冲。另外,如果电机和进给丝杠间的刚性太差,如间隙太大或传动带的张力调整不好也会造成此故障。
  (5)机床移动时噪声过大。如果噪声源来自电机,则可能的原因是:①电机换向器表面的粗糙度高或有损伤;②油、液、灰尘等侵入电刷槽或换向器;③电机有轴向窜动。
  (6)机床在快速移动时发生振动,甚至有大的冲击。其原因是伺服电机内的测速发电机电刷接触不良引起的。


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