2某大型镗铣中心测量反馈系统故障

（1）故障现象。某大型镗铣中心采用西门子840Dsl系统，每当使用附件头TS6时，出现“C轴主动编码器硬件故障”报警，重启机床故障复现。（2）故障分析及解决方案。该机床是五轴联动大型数控机床，带有TS6、TS15、TS20三个附件头，X、Y、Z是直线轴，A、B、C为旋转轴，其中C轴是某一附件头上自带的旋转轴，可参与联动。C轴是全闭环控制，该机床的反馈系统测量元件主要包括增量编码器和磁栅尺，又根据报警提示知，属于测量反馈系统故障，此故障一般情况下与C轴磁栅尺、伺服驱动模块、连接电缆以及机床参数设置等有关，首先检查相关参数正常，并更换伺服模块和连接电缆，故障复现，又把该C轴在另一台同类同型号机床上测试，结果正常，说明编码器本身正常。上述常规的可能原因均以排除，从整体上进行分析，有可能其他原因间接导致该报警，考虑到磁栅尺干扰性能较差，推测有可能的原因是信号干扰，而影响信号的干扰因素有电缆屏蔽线是否良好、接地线是否虚接等。重新检查电气柜发现，C轴电机的动力线电缆屏蔽层接地不良，且该动力线和编码器线走在同一管路中，而动力线属于强电，编码器线属于弱电，容易造成信号干扰。重新将动力线电缆屏蔽层紧固接地，保接地良好（图3）。经测试，故障彻底排除。（3）小结。①数控机床自诊断功能能帮助技术人员判断故障方向，但也不尽然。在进行故障诊断时，有时需要“发散性思维”，尽可能从整体上考虑故障原因，不能漏掉任何一个可疑因素。②大型机床控制系统复杂（尤其是电气部分），容易受到信号干扰，如电磁波干扰、供电线路干扰、信号传输干扰，应采取有效措施尽量避免。（4）改进措施。①为供电线路干扰（主要是强电部分），电源端安装交流稳压器、电源滤波器和带屏蔽层的隔离变压器，且数控机床远离具有中高频电源的设备。②为机床控制中的信号线路干扰（主要是弱电部分），应保“接地”良好和采用电磁屏蔽、静电屏蔽技术等措施，且动力线和信号线分开走线。

2.3某大型五轴数控龙门铣床电主轴松紧故障

（1）故障现象。该五轴数控龙门铣床采用SIEMENS840D数控系统，在给电主轴装时，机械上有紧动作，实际上具已经安装到主轴并夹紧，但“紧到位”信号灯不亮，进而造成主轴缺少“使能”，造成机床不能正常运行。（2）故障分析及解决方案。在分析具体故障原因之前，须清楚电主轴松紧基本原理。该机床采用双回转摆动铣头，通过力矩电机驱动实现A、C旋转轴运动，A轴摆动体内安装电主轴，电主轴松紧动作主要是由流量计、K11控制模块和机床PLC配合完成的，三者信号传递关系见图4。当主轴松或紧时，PLC输出开关量信号给K11模块来控制松紧电磁阀动作，流量计能够检测出液压管路中流过油液的流量，并将其转化为数字脉冲信号输送给K11模块，再由K11模块把数字脉冲信号转化为对应松到位、紧到位和无夹紧三个具位置的开关量信号输送给PLC，PLC接收到具体信号后才能完成整套松紧动作。由以上电主轴松紧控制原理知，电主轴松紧是否到位是由流量计检测的，这不同于传统的“位置检测”。紧到位信号灯不亮的主要原因可能是：①流量计没有检测到足够的液压流量；②流量计已经将足够的脉冲信号传递给K11模块，但K11模块内部参数设置有误。③液压管路中进入空气，影响流量计检测信号。为进一步诊断故障，采取以下措施：主轴松紧由单独的液压站来驱动，先检查液压站中油量是否充足，保油量满足需求；利用专用排气工具保管路中空气排尽。再次进行松紧测试，故障复现。由排除法知，故障原因有可能是K11模块（见图5）参数设置问题，以下将进行参数优化。借助“K11-controller”软件监控K11模块状态，图6是软件与机床K11模块正常连接后状态，查看CLAMP→Short[Pulses]和Long[Pulses]中数据依次为262、304，分别代表“有夹紧”状态的上、下限值，如果测试的数据不在上、下限值范围内，则出现信号输出异常。首行10次“有夹紧”测试，测试数据见图7，结果均为short（即：信号异常）。数据分析可得出以下结论：Short[Pulses]和Long[Pulses]这两个参数设置有误，导致紧状态信号输出有误，需要进一步优化。记录有加紧状态的大值A1和小值A2，可设置Short:A2-10、Long:A1+10（如果数据变化幅度较大，可设置A1/A2±20），即Short设置为243、Long设置为266。优化完成后，再进行10次测试，结果全部成功（图8），且每次紧后，“紧到位”信号灯均正常亮，故障排除。（3）小结。①在使用“K11-controller”软件优化参数时，每次输入数值后，均需要点击“F4：SEND”软键，这时输入的数据才能被传入K11模块中，切记全部设置完成后要点击“F5:SAVE”软键，保存好数据。②对于主轴松紧这类故障，一般分为“无动作且信号状态异常”和“有动作但信号状态异常”两类，前者重点排查机械方面（液压控制阀、油量是否充足以及执行元件等），后者主要检查电气方面（信号传感器、PLC程序以及相关参数设置等）。（4）改进措施。①定期优化K11模块参数，以免由参数问题造成其他故障。②及时向液压站中加液压油（油的牌号要严格按照说明书要求选用，不得擅自更换），避免空气进入，影响流量计正常检测。

3大型数控机床故障诊断一般思路总结