17 数控系统常见故障与分析

数控系统典型故障分析五.急停报警故障用于当数控系统或数控机床出现紧急情况，需要使数控机床立即停止运动或切断动力装置（如伺服驱动器等）的主电源；当数控系统出现自动报警信息后，须按下急停按钮。待查看报警信息并排除故障后，再松开急停按钮，使系统复位并恢复正常。西门子802D急停回路417ESTOP3ESTOP2数控系统手持单元XS8417急停按钮ESTOP3ESTOP1急停按钮316OTBS2OTBS1超程解除按钮24V地+24V轴1+超程限位开关轴1-超程限位开关轴2+超程限位开关轴2-超程限位开关轴3+超程限位开关轴3-超程限位开关轴4+超程限位开关轴4-超程限位开关l图中粗实线为急停回路，细实线为超程解除回路；lKA为中间继电器，用于控制伺服、主轴等强电；l建议该继电器的一个常开触点进入PLC开关量输入点，用于产生外部运行允许信号。KA1.机床一直处与急停状态，不能复位①电气方面的原因，a.急停回路断路b.限位开关损坏c.急停按钮损坏②系统参数设置错误，使系统信号不能正常输入输出或复位条件不能满足引起的急停故障；PLC软件未向系统发送复位信息。检查KA中间继电器；检查PLC程序。③PLC中规定的系统复位所需要完成的信息未满足要求。如伺服动力电源准备好、主轴驱动准备好等信息。若使用伺服，伺服动力电源是否未准备好：检查电源模块；检查电源模块接线；检查伺服动力电源空气开关。④PLC程序编写错误2.数控系统在自动运行的过程中，报跟踪误差过大引起的急停故障①负载过大：如负载过大，或者夹具夹偏造成的摩擦力或阻力过大，从而造成加在伺服电动机的扭矩过大，使电动机造成了丢步形成了跟踪误差过大。②编码器的反馈出现问题，如：编码器的电缆是否出现了松动，或者用示波器检查编码其所反馈回来的脉冲是否正常。③伺服驱动器报警或损坏。④进给伺服驱动系统强电电压不稳或者是电源缺相引起。3.伺服单元报警引起的急停伺服单元如果报警或者出现故障，PLC检测到后可以使整个系统处在急停状态，直到将伺服部分的故障排除，系统才可以复位，如果是因为伺服驱动器报警而出现的急停，有些系统可以通过急停对整个系统进行复位，包括伺服驱动器，可以消除一般的报警。4.主轴单元报警引起的急停主轴单元如果报警或者出现故障，PLC检测到后可以使整个系统处在急停状态，直到将主轴部分故障排除，系统才可以复位，如果是因为主轴驱动器报警而出现的急停，有些系统可以通过急停对整个系统进行复位，包括伺服驱动器，可以消除一般的报警。常见原因：a.主轴空开跳闸b.主轴单元报警或主轴驱动器出错，5.其他各类报警及故障引起的急停报警6.机床超程引起的急停报警按机床检测元件检测原点信号方式的不同，返回机床参考点的方法有两种，即栅点法和磁开关法。在栅点法中，检测器随着电机一转信号同时产生一个栅点或一个零位脉冲，在机械本体上安装一个减速挡块及一个减速开关，当减速撞块压下减速开关时，伺服电机减速到接近原点速度运行。当减速撞块离开减速开关时，即释放开关后，数控系统检测到的第一个栅点或零位信号即为原点。在磁开关法中，在机械本体上安装磁铁及磁感应原点开关或者接近开关，当磁感应开关或接近开关检测到原点信号后，伺服电机立即停止运行，该停止点被认作原点参考点编码器类类故障分析与维修“FANUC”及“西门子”回零参考图及说明回参考点动作过程如下：1)在手动方式（JOG）下，选择“回参考点”操作方式2)按对应轴的方向键3)坐标轴以机床参数设定的“回参考点快移”速度Vc向参考点移动4)当“参考点减速”挡块压上后（压上减速开关），参考点减速信号（*DEC）生效，电机减速5)图（a）方式减速到零后，机床参数设定的“参考点减速”速度Vm反向运行;图（b）方式则减速到机床参数设定的“参考点搜索速度”Vm继续向前运行6)越过参考点减速挡块后（减速开关放开），*DEC信号恢复，坐标轴继续以搜索速度运动7)在参考点减速挡块防开后，位置检测装置的第一个“零脉冲”到达后开始记数，当到达机床参数设置的“参考点偏移量”后，坐标轴停止运动，回参考点运动结束。（注：图（a）方式中，Vp为“参考点定位速度”）1.回零重复性差或参考点位置偏差1)滚珠丝杆间隙增大（修磨滚珠丝杆螺母调整垫片，重调间隙）2)回零轴轴承座润滑不良，轴承磨损或损坏（加润滑脂，更换轴承）3)电机与机床的连接松动或不正确（如：联轴节松动）4)回零减速开关或挡块变动，引起重复性不稳5)回零减速开关或挡块变动，引起参考点位置偏差6)位置编码器的供电电压太低（供电电压不能低于4.8V，采用多芯绞束方法给编码器供电，减小线路压降）7)位置编码器不良；8)电动机代码输入错，电动机力矩小；9)回参考点计数器容量设置错误；（重新计算并设置参考点计数器的容量）10)相应轴的伺服参数；11)伺服控制板或伺服接口模块不良（更换）；12)机械刚接通电源时，没有执行返回参考点。13)干扰引起a.检查位置编码器反馈信号线是否屏蔽（需采用屏蔽双绞线，并双端接地）b.位置编码器的反馈信号线与电机的动力线应分开走线c.电机、伺服驱动器外壳需通过电柜共地并接大地2.考点位置偏差一个栅格（参考点发生整螺距偏移）故障处理：用诊断功能监视减速信号，并记下参考点位置与减速信号起作用的那点位置。这两点之间的距离应该等于大约电机转一圈时机床所走的距离的一半。调整参考点减速挡块位置或将电机旋转一个角度（180°左右），使得挡块放开点与“零脉冲”位置相差在半个螺距左右，机床即可以恢复正常工作①减速挡块位置不正确②减速挡块太短③回零开关不良a.在一栅格内，*DECX发生变化，则*DECX电气开关性能不良，请更换或处理。b.在一栅格内，*DECX信号不发生变化，则挡块安装不正确。3.回参考点时，出现超程报警①运行中挡块松动或参考点开关损坏、松动，无减速信号,造成超程。检查连线、开关、卡线端子、挡块等②回参考点快移速度设得太高，减速动作未能完成时超程；修改回参考点快移速度③在开机时，若工作已在参考点减速区内④回参考点时，压上减速挡块后，以参考点搜索速度向前运动并超程。a.位置反馈信号的1转信号没有输出；b.位置编码器不良；c.位置编码器的供电电压偏低，要求一般不能低于4.8V；d.伺服控制部分和伺服接口部分不良。⑤回参考点时，压上减速挡块后，以参考点搜索速度反方向运行，并出现反方向的超程（图a回零方式）原因同④⑥回参考点时，机床向相反方向慢速运行，直至超程报警（图a回零方式）；当机床回参考点时，减速开关闭合系统会将轴向相反运动a.减速开关被压下或损坏b.减速开关被短路c.减速开关进油、进水4.参考点返回时，位置偏差量未超过128个脉冲时，会出现“90”号报警（FANUC）因为起始点离参考点太近或速度过低，而不能正常进行参考点返回位置误差量可由下面的公式计算：ess＝16.6*V/Kv式中：ess——位置偏差量（位置跟随误差）；V——进给速度（mm/min）,回参考点时，应取减速挡块压上后的速度FL；Kv——伺服位置环增益（S-1）a.检查确认快进速度b.检查确认快进速度的倍率选择信号（ROV1、ROV2）c.检查确认参考点减速信号（*DECX）d.检查确认外部减速信号±*EDCXe.离参考点太近维修要点：位置环增益设定不当，回参考点速度设定不当（太小），参考点计数器容量（Refcounter）设置不当时，易出现“90”号报警5.在参考点位置停止后，“未到位”灯不熄灭，机床无法进行下一步操作。机床关机后，又可手动操作，回参考点后上述现象又出现（西门子或其他系统）轴“位置跟踪误差”超过了定位精度的允许范围；调整相应参数及自动漂移补偿功能，使“位置跟踪误差”的值接近“0”机床恢复正常工作。6.回参考点过程中出现“软超程”报警此类故障一般是由于参数设定不当造成的，可以通过重新设定参数进行解决，处理方法如下：a.将机床运动到正常位置，进行手动回参考点，并利用手动方式压上“回参考点减速”开关，进行回参考点，验证回参考点动作的正确性b.在回参考点动作确认正确后，通过MDI/CRT面板，修改软件限位参数（为了方便可以将其改为最大值±99999999）c.再次执行正常的手动回参考点操作，机床到达参考点定位停止d.恢复软件限位参数（由±99999999改回原参数值）e.再次执行正常的手动回参考点操作，机床动作正常，报警清除7.攻丝时或车螺纹时出现乱扣①零脉冲不良引起的故障②时钟不同步出现的故障③主轴部分没有调试好，如主轴转速不稳，跳动过大或因为主轴过载能力太差，加工时因受力使主轴转速发生太大的变化8.主轴定向不能够完成，不能够进行镗孔，换刀等动作①脉冲编码器出现问题②机械部分出现问题③PLC调试不良，定向过程没有处理好事例1：故障现象：一台数控车床，X、Z轴使用半闭环控制，在用户中运行半年后发现Z轴每次回参考点，总有2、3mm的误差，而且误差没有规律。故障分析：调整控制系统参数后现象仍没消失，更换伺服电机后现象依然存在，后来仔细检查发现是丝杠末端没有备紧，经过螺母备紧后现象消失七、数控加工类故障1.加工尺寸或精度误差过大：误差故障的现象较多，在各种设备上出现时的表现不一。如数控车床在直径方向出现时大时小的现象较多。在加工中心上垂直轴出现误差的情况较多，常见的是尺寸向下逐渐增大，但也有尺寸向上增大的现象，在水平轴上也经常会有一些较小误差的故障出现，有些经常变化，时好时坏使零件的尺寸难以控制。造成数控机床中误差故障但又无报警的情况，主要有几种情况：①机床几何误差太大，机床机械精度达不到要求。②机床的数控系统较简单，在系统中对误差没有设置检测，因此在机床出现故障时不能有报警显示③机床中出现的误差情况不在设计时预测的范围内，因此当出现误差时检测不到，由于大多数的数控机床使用的是半闭环系统，因此不能检测到机床的实际位置④丝杠与电机的联轴器结构对故障发生的频率和可能性不同，出现故障后现象也不同，有些尺寸只会向负方向增加，但有些正负方向变化的可能弹性联接的基本上是负向增加的多，而中间使用键联接的两种故障均会发生⑤机床的电气系统中回零不当，回零点不能保证一致，该种故障出现的误差一般较小。除了一般的因减速开关不良造成故障外，回零时的减速距离太短也会使零点偏离。在有些系统中的监控页面中有“删格量”一项，记录并经常核对可及时发现问题⑥机床运动时由于超调引起加工精度和加工尺寸误差过大如果加减速时间常数调节的过小,电机电流已经形成饱和,引起伺服运动的超调,可以引起系统的加工精度与加工尺寸,这时可以通过调节伺服驱动器的参数来改善轴的运动性能,来消除加工误差⑦在利用刀尖半径补偿时，G41、G42使用不正确或者在走刀换向时没有相应修改G41、G42⑧刀具与工件的相对位置方位号设定错误⑨对刀不正确，或者加工时没有考虑刀尖半径尺寸事例1:故障现象:某加工中心运行九个月后,发生Z轴方向加工尺寸不稳定,尺寸超差且无任何规律,显示屏及伺服驱动器没有任何报警或异.故障分析:该加工中心是采用的国外进口数控系统,丝杠采用的是直联的方式,根据故障分析,原因可能是因为联轴器联结螺钉松动,导致联轴器与滚轴丝杠或伺服电机间滑动,经过对Z轴仔细检查发现联轴器6只紧固螺钉都出现了松动,紧固螺钉后,故障排除.2.两轴联动铣削圆周时圆度超差圆度超差一般出现两种情况：一种是圆的轴向变形；另一种情况是出现斜椭圆，即在45度方向上的椭圆①圆的轴向变形，其原因是由于机床的机械未调整好而造成轴的定位精度不好，或者是机床的丝杠间隙补偿不当，从而导致每当机床在过向限时，就产生圆度误差②产生斜椭圆误差时,一般是由各轴的位置偏差过大造成,可以通过调整各轴的增益来改善各轴的运动性能.使每个轴的运动特性比较接近,另外，如果机械传动副之间的间隙如果过大或者间隙补偿不合适的话,也可能引起该故障3.两轴联动铣削圆周时圆弧上有突起现象圆弧切削在特定的角度（0、90、180、270度）过象限时，由于电机需要反转，由于机械的摩擦力、反向间隙等原因造成速度无法连续，造成圆弧上有突起现象。事例1:故障现象:某加工中心在加工整圆时,发生X轴方向加工尺寸不对,尺寸