简谈故障FANUC3系统数控车床故障判断与维修学年

【摘 要】本文主要对国产的数控车床在使用中经常

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出现的电气故障现象进行分析并做出判断，提出解决方案。
【关键词】电气故障；判断；处理
沈阳机床厂生产的S3-241，S3-242， S3-332， S3-333等，数控车床，其电气系统采用日本FANUC3系统，只在刀架，顶尖，卡盘等部分机械结构上有所差别。X，Z两轴均采用伺服系统。主轴的速度变化依靠变速箱来获得。刀架上可安装8把刀，利用液压马达来转动换刀。屏幕采用CRT显示。该类机床的故障大致分以下几类：

一、伺服系统故障

1、故障现象；SERVO XO2或SERVO YO2 报警

该报警是最常见的故障，它表明机床 伺服环中断。根据经验，该报警中伺服驱动板的损害要占很大的比例。为了少走弯路，碰到此报警，首先检查各连接插头与保险丝和更换相应伺服板。如果故障排除，可断定是该板有问题；否则，可能是伺服驱动装置中的可控硅有问题，如可控硅的击穿及烧断。有一次初步断定为可控硅损坏，但拆下来一量，可控硅并没有损坏，再装上去又是O2报警，于是换上另一套可控硅装置，故障即排除。因此可肯定是可控硅的问题，但为什么又量不出来呢？经仔细检查，发现是由于可控硅上的一个只接头螺钉没拧紧，导致大电流流过而发热氧化，使其接触不良。另外，相序接反或电源缺相也会引起SERVO O2报警 ，特别是新安装的机床。一般机床接通后，可通过液压泵的转向来判断相序是否正常。伺服电机发生故障也较多，该伺服电机为直流伺服电机，一般是碳刷磨损导致接触不良，也有因电机长期工作发热使顶住碳刷的弹簧过热而失去弹性，导致接触不良。因编码器损坏而致O2报警的现象较少。

2、故障现象：SERVO O1报警

该报警为伺服过热报警。和该报警有关的有两个过热检测点，即在伺服电机和伺服变压器内各有一个金属片制作的常闭点，当发生过热时，该常闭点断开而报警。因此该故障较易查找和处理。

3、故障现象；SERVO 11或SERVO 21报警

该报警表明X轴或Z轴进给量命令值过大。主机给定量是一串连续的脉冲信号，该脉冲信号的频率决定了电机速度，脉冲的多少决定移动的距离，反馈量也是一串连续的脉冲。如果由于伺服装置发生故障，则同样的指令值会引起不同的移动量（包括速度和距离），因而编码器的反馈脉冲及差值也不一样，都会超过正常值，从而发生报警。当然，由于电机或编码器工作不正常也可能会发生报警。但在实际中，几乎都是伺服装置发生故障。更换伺服板即可解决问题。

4、故障现象：SERVO 15或SERVO 25报警

该报警表明X轴或Z轴漂移补偿过大。其原因和SERVO 11或SERVO 21报警相似，在实际中，往往也是伺服板损坏，更换后即可排除。
以上四种是伺服系统最常见的报警，从其故障排除中可看出有很大一部分是伺服电路板损坏。该伺服板采用了较多的专用集成电路，其维修也需较齐全的检测仪器和手段，因而对伺服板的检修不作为本文的内容。

二、刀架换刀及定位故障

该刀架采用液压马达，系统驱动和刀架同轴装有一星轮，星轮上装有一置零开关，当置零开关被压下时，pc中刀库记数值即回零。当所选刀号和记数值一致时刀架落下，压合复位开关。其整个动作过程为：

1、故障现象：刀架不到位或过位

根据刀架工作情况，可用以下方法去调整。
（1）调节液压流量 由于刀架转动采用液马达驱动，因此液压不稳定和流量的变化是导致刀架不到位 的一个很重要因素。一般刀架如转过头，可将流量阀适当调小；如转不到位，可适当调大。但如果有时转过头，有时又转不到位，就不是光靠流量的调整所能解决，需要看压力值是否稳定。必要时，应清洗液压泵和滤网。另外还应配合时间调整。
（2）调节延迟时间量（时间常数）在刀架转动中，设有两个可调的时间常数，即正转和反转时分别压合计数开关，当转到所选刀号时，经适当延时，刀架落下，复位。这两个时间常数可通过键盘调整设定。当刀架在一个方向转过头而另一个方向又不到位，这时，不能只靠流量调节，还要调节时间常数，因为正，反转时流量都是相同的。例如，检测设正转转过头，反转转不到位时，那么可将正转时的延时时间调小，反转延时时间调大，并可再适当调整流量大小。
（3）调节星轮及计数开关一般来说，经过上述两个方面的多次调整，刀架不到位的情况可基本解决。如果还不能调整好，那么可从调节星轮及计数开关的位置着手，看是否有改进。
（4）由于电源不正常而引起换刀不正常。曾经碰到一，刀架换刀不到位，却时好时坏的故障，无论怎样从上述几个方面调整，都不能解决问题。后经多次仔细观察，发现在卡盘松开或夹紧时换刀，刀架肯定不到位，而卡盘不动作时换刀，则很顺利，由此怀疑是否为电源问题。因为刀架要通过众多电磁阀的吸放来完成一系列抬起，旋转，落下的动作，如果电源容量不足，使电磁，阀不能充分吸合，则流量不足，从而使刀架动作较慢而不到位。后检查+24V的整流电源，果然，其中一只二极管烧坏，使全波整流成为半波整流，从而电源容量大为下降。一旦卡盘动作时，电磁阀会被分走部分电流而未能充分动作，更换一新的二极管，故障被排除。

2、故障现象：刀架转动不停

这表明机床没有选到所需的刀号。一般有以下两类原因。
（1）星轮或计数开关松动
星轮没有随刀架转动而转动，因而未能压合计数开关，或者计数开关松动和安装位置不好，使星轮压合不到。重新紧固星轮和计数开关即可。
（2）两个开关计数的计数值不一致
为保证刀架的准确换刀，该机床设有两个开关计数，分别独立计数，必须是两个计数开关的计数值都和所选的刀号一致，刀架才会落下，从而使选错刀号的可能性大大减小。但在实际运用中，却未能很好地达到这一设计目的。往往由于某个原因，使得两个计数开关的计数值不一致，从而使刀架转动不停。这时，可将两个计数器并联起来，实际上作为一个来使用，实践证明，这样可使故障率大大下降情况，而且也未曾碰到过选错刀号的情况。

三、主轴故障

该机床主轴采用传统的双速电机加机械变速箱进行调速，其刹车也是电磁离合器加摩擦片的结构。因此，主轴的一般故障和普通设备的检修思路是一样的，所不同的是主轴上装有编码器，用来检测主轴转速。

1、故障现象：车削工件表面呈弧形

我们从两个轴的伺服装置到主轴系统都作了检查，均未发现有故障，最后偶而发现主轴编码器的信号电缆连线有磨损和机床外壳短路，将其包裹绝缘后，故障即排除。经分析认为是由于编码器输出了不正常的检测信号以从而影响了刀具的直线的进给运动。

2、故障现象：主轴电机紧固螺钉经常切断

这时由于刹车灵敏度过高，冲击过大所致。一般将M6螺钉改为M8并使刹车灵敏度降低些。这可以通过加长切段主轴电机电源到加上电磁离合器电源之间的间隔时间来完成而这一间隔时间作为数控系统的时间常数可以很方便地通过键盘修改。
四、其他

1、加工尺寸不稳定

伺服电机和丝杠间是由联轴器连接的，联轴器的松动直接影响尺寸的稳定。有台机床，操作工反映刀补值不准确，补0.10mm可能只进去0.01mm，也有可能突然进去0.20mm。开始，我们一直在电器系统上查找，分析原因，未有结果，后从机械系统上拓展思路，才发觉是联轴器不够紧。

2、加工零件径向（X轴）尺寸小0.01mm

首先检查丝杠间隙，未发现有异常。再检查刀架的重复定位精度，也正常。又更换X轴电机的编码器，依然如故。最后也是查至联轴器，发现联轴器和电机轴有略微松动现象。而X轴方向（和垂直线成30度角）刀架受重力作用很明显，将笨重的刀架往上带动进给过程中，联轴器稍有不紧即易发生松动，使刀架上升未达到指令值位置；而往下进给过程中，按指令值准确地移动，从而使加工零件多车削掉0.01mm。将联轴器重新紧固，故障即排除。
作者简介：
曹宏（1962—），男，辽宁，学士学位，高级工程师，陕西重型机器厂，主要从事电气控制设计及机器产品电气配套工作。