在数控机床维修过程中, 有时会遇到一些比较特殊的故障, 例如: 有的机床在刚开机时, 系统和机床工作正常。但是, 当工作一段时间后, 将出现某一故障。这种故障有的通过关机后得以清除, 有的必须经过关机较长的时间后, 机床才能重新工作。此类故障常常被人们称为“软故障”。由于此类故障的不确定性和发生故障的随机性 , 使得机床时好时坏 , 这给检查、测量带来了相当的困难。维修人员必须具备较高的业务水平和丰富的实践经 验 , 仔细分析故障现象 , 才能判定故障原因 , 并加以解决。下面是笔者在数控机床维修中一起比较典型的“ 软故障”维修事例 , 现将故障现象、维修过程及分析思路介绍如下 , 供同行参考。

1 故障现象

台湾 GOODWAY 公司生产的GCL-15型数控车床 , 采用FANUC-０T数控系统。 X 、 Z 分别采用 FANUC 5、10 型AC伺服电动机驱动 , 主轴采用FANUC-8S-AC 主轴驱动。机床带液压夹具、液压尾架和15把刀的自动换刀装置, 全封闭防护, 自动排屑。机床本身价格高、精度好 , 是该公司的主要加工设备之一。

该机床发生的故障现象为 : 机床开机时全部动作正常 , 伺服进给系统高速运动平稳、低速无爬行 , 加工的零件 精度全部达到要求。当机床正常工作 5-7h 后 ,Z 轴出现剧烈振荡 ,CNC 报警 , 机床无法正常工作。这时 , 即使关机再启动 , 只要手动或自动移动 Z 轴 , 在所有速度范围内 , 都发生剧烈振荡。但是 , 如果关机时间足够长 , 机床 又可以正常工作 5-7h, 并再次出现以上故障 , 如此周期性重复。

2 故障初步分析

根据以上故障现象 , 分析其原因不外乎与 Z 轴有关的机械、电气两个方面。在机械方面 , 可能是由于贴塑导轨的热变形、脱胶 , 滚珠丝杠、丝杠轴承的局部损坏或调整不当等原因引起的非均匀性负载变化 , 导致进给系统的不稳定。在电气方面, 可能是由于某个元件的参数变化 , 引起系统的动态特性改变, 导致系统的不稳定等。

鉴于本机床采用的是半闭环伺服系统, 为了分清原因, 维修的di一步是松开 Z 轴伺服电动机和滚珠丝杠之间的机械联接。在 Z 轴无负载的情况下, 运行加工程序 , 以区分机械、电气故障。经试验发现 : 故障仍然存在, 但发生故障的时间有所延长。因此, 可以确认故障为电气原因 , 并且和负载大小或温升有关。

由于数控机床伺服进给系统包含了CNC、伺服驱动器、伺服电动机三大部分,为了进一步分清原因, 维修的第二步是将 CNC 的 X 轴和Z铀的速度给定和位置反馈互换 (CNC 的 M6 与 M8,M7 与 M9 互换 ),即：利用 CNC 的 X 轴指令控制机床的 Z 轴伺服和电动机运动 ,CNC 的 Z 轴指令控制机床的 X 轴伺服和电动机运动 , 以判别故障发 生在 CNC 或伺服。经更换发现 , 此时 CNC 的 Z 轴 ( 带 X 轴伺服及电动机 ) 运动正常 , 但 X 轴 (带 Z 轴伺服及电动机)运动时出现振荡。据此,可以确认: 控制 Z 轴的 CNC 正常, 故障在 Z 轴伺服驱动或伺服电动机上。

考虑到该机床 X 、 Z 轴采用的是同系列的 AC 伺服驱动 , 其伺服 PCB 板型号和规格相同 , 为了进一步缩小检查范围 , 维修的第三步是在恢复第二步 CNC 和 X 、 Z 伺服间的正常连接后 , 将 X 、 Z 的 PCB 板经过调整设定后互换。经互换发现 , 这时 X 轴工作仍然正常 ,Z 轴故障依旧。可见 ,Z 轴的 PCB 板正常。

根据以上试验和检查 , 可以确认故障是由于 Z 轴伺服主回路或伺服电动机的不良而引起的。但由于 X 、 Z 电动机的规格相差较大 , 现场无相同型号的伺服驱动和电动机可供交换。考虑到伺服主电路和伺服电动机的结构相对比较简单 , 故采用了原理分析法再进行了以下检查。