在數控機床維修過程中, 有時會遇到一些比較特殊的故障, 例如: 有的機床在剛開機時, 系統和機床工作正常。但是, 當工作一段時間后, 將出現某一故障。這種故障有的通過關機后得以清除, 有的必須經過關機較長的時間后, 機床才能重新工作。此類故障常常被人們稱為“軟故障”。由于此類故障的不確定性和發生故障的隨機性 , 使得機床時好時壞 , 這給檢查、測量帶來了相當的困難。維修人員必須具備較高的業務水平和豐富的實踐經 驗 , 仔細分析故障現象 , 才能判定故障原因 , 并加以解決。下面是筆者在數控機床維修中一起比較典型的“ 軟故障”維修事例 , 現將故障現象、維修過程及分析思路介紹如下 , 供同行參考。
1 故障現象
臺灣 GOODWAY 公司生產的GCL-15型數控車床 , 采用FANUC-０T數控系統。 X 、 Z 分別采用 FANUC 5、10 型AC伺服電動機驅動 , 主軸采用FANUC-8S-AC 主軸驅動。機床帶液壓夾具、液壓尾架和15把刀的自動換刀裝置, 全封閉防護, 自動排屑。機床本身價格高、精度好 , 是該公司的主要加工設備之一。
該機床發生的故障現象為 : 機床開機時全部動作正常 , 伺服進給系統高速運動平穩、低速無爬行 , 加工的零件 精度全部達到要求。當機床正常工作 5-7h 后 ,Z 軸出現劇烈振蕩 ,CNC 報警 , 機床無法正常工作。這時 , 即使關機再啟動 , 只要手動或自動移動 Z 軸 , 在所有速度范圍內 , 都發生劇烈振蕩。但是 , 如果關機時間足夠長 , 機床 又可以正常工作 5-7h, 并再次出現以上故障 , 如此周期性重復。
2 故障初步分析
根據以上故障現象 , 分析其原因不外乎與 Z 軸有關的機械、電氣兩個方面。在機械方面 , 可能是由于貼塑導軌的熱變形、脫膠 , 滾珠絲杠、絲杠軸承的局部損壞或調整不當等原因引起的非均勻性負載變化 , 導致進給系統的不穩定。在電氣方面, 可能是由于某個元件的參數變化 , 引起系統的動態特性改變, 導致系統的不穩定等。
鑒于本機床采用的是半閉環伺服系統, 為了分清原因, 維修的di一步是松開 Z 軸伺服電動機和滾珠絲杠之間的機械聯接。在 Z 軸無負載的情況下, 運行加工程序 , 以區分機械、電氣故障。經試驗發現 : 故障仍然存在, 但發生故障的時間有所延長。因此, 可以確認故障為電氣原因 , 并且和負載大小或溫升有關。
由于數控機床伺服進給系統包含了CNC、伺服驅動器、伺服電動機三大部分,為了進一步分清原因, 維修的第二步是將 CNC 的 X 軸和Z鈾的速度給定和位置反饋互換 (CNC 的 M6 與 M8,M7 與 M9 互換 ),即：利用 CNC 的 X 軸指令控制機床的 Z 軸伺服和電動機運動 ,CNC 的 Z 軸指令控制機床的 X 軸伺服和電動機運動 , 以判別故障發 生在 CNC 或伺服。經更換發現 , 此時 CNC 的 Z 軸 ( 帶 X 軸伺服及電動機 ) 運動正常 , 但 X 軸 (帶 Z 軸伺服及電動機)運動時出現振蕩。據此,可以確認: 控制 Z 軸的 CNC 正常, 故障在 Z 軸伺服驅動或伺服電動機上。
考慮到該機床 X 、 Z 軸采用的是同系列的 AC 伺服驅動 , 其伺服 PCB 板型號和規格相同 , 為了進一步縮小檢查范圍 , 維修的第三步是在恢復第二步 CNC 和 X 、 Z 伺服間的正常連接后 , 將 X 、 Z 的 PCB 板經過調整設定后互換。經互換發現 , 這時 X 軸工作仍然正常 ,Z 軸故障依舊?？梢?,Z 軸的 PCB 板正常。
根據以上試驗和檢查 , 可以確認故障是由于 Z 軸伺服主回路或伺服電動機的不良而引起的。但由于 X 、 Z 電動機的規格相差較大 , 現場無相同型號的伺服驅動和電動機可供交換?？紤]到伺服主電路和伺服電動機的結構相對比較簡單 , 故采用了原理分析法再進行了以下檢查。
