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大型數控鏜銑床疑難故障診斷方法研究及應用

2025-5-12 來源：首都航天機械有限公司作者：關進良，薑濤（tāo），趙洪傑，張澤，黃成訪問量：

摘（zhāi）要：介紹大型數控鏜（táng）銑床的特點，研究某進口（kǒu）大型（xíng）臥式鏜銑床主接觸器 MCC 故障、某大型數控鏜銑床主軸故障以及（jí）某 6 軸 4 聯動數控鏜銑床 B 軸故障等疑難故障及解決方案，總結排除故障的一般方法。

關鍵（jiàn）詞：大型數控鏜銑床；故障診（zhěn）斷；FANUC 數控；華中數控

0 引言

製（zhì）造業正處於由（yóu）“大”變“強”的關鍵轉型階段，這對製造業的母（mǔ）機數控機（jī）床提出了（le）更高的要求，如：製（zhì）造精（jīng）度高、加工範圍廣、工（gōng）作效率高。大型數（shù）控鏜銑床基本符合以上要求，已廣泛應用於航空航天、車輛（liàng）船舶、電力和冶金等領域（yù）。在大量實踐經驗的（de）基礎上，總結出解決（jué）典型疑難故（gù）障的（de）有效方案，基本達到（dào）了降（jiàng）低設（shè）備停（tíng）機時間，提高故障診斷效（xiào）率（lǜ）的目的。

1、大型數控鏜（táng）銑床的特點

大型（xíng）數控鏜銑（xǐ）床有著較強的“加工柔（róu）性（xìng）”，兼具“鏜”和“銑”的功能，尤其是在安裝上直角銑頭後，大大拓展了設備使用功能，能夠對大（dà）中型殼段類、艙體類等多種類型的產品進行鏜孔、鑽孔、攻螺紋（wén）、銑外型、銑內型（包括異（yì）形曲麵）等工序的加工，是企業製造工藝中的關鍵重大設備（bèi）。

大型數控鏜銑床有 X、Y、Z、W、B、C（或 A）共 6 個伺服軸，加工殼段類（lèi）產（chǎn）品（pǐn）時，可（kě）將 C 軸豎直放置裝夾於 B 軸水平回轉工作台上，再配合中心架和工裝的方式進（jìn）行操作。依據機床聯動軸數，分（fèn）為 6 軸 4 聯動和 6 軸 5 聯（lián）動，或依據機床結構形式，分為臥式（如刨台式臥式鏜銑床）（圖 1）和立式（如數控（kòng）龍門（mén）鏜銑（xǐ）床）兩種。

2、典型疑難故障診斷方法及應用

2.1 某進口大（dà）型（xíng）臥式鏜（táng）銑床主接觸器 MCC 故障

故障現象：該設備采用 FANUC Series 18i-MB 數控係（xì）統，待機時出（chū）現報警 5136：FSSB：NUMBER OF AMPS IS SMALL和 750：SPINDLE SERIAL LINK ERROR。同時機床液壓使能丟（diū）失，打開電氣櫃發現標號空開 CP1 跳閘，當重新開啟（qǐ）使能時，空開 CP1 再次跳閘。

圖 1 數控刨（páo）台式臥式鏜銑（xǐ）床結構

故（gù）障診斷（duàn）分析及解決方案：該故障如果直接從報警內容入手（shǒu），故障原因涉及麵較廣（包括伺服模塊（kuài）、主軸模塊、電源模塊以及相關電纜連接均有故障可能）。可從“空開 CP1 跳閘”尋（xún）找突破（pò）口，該空開下端接有 AC 200 V 的兩根電纜（線號分別為R200 與 T200），從機床電氣原理（圖 2）可知，T200 接入電源模塊POWER SUPPLY MODULE（PSM）的 CX3 接口，再從該（gāi）接口出來後接入主接觸器 MCC 線圈的一端，線圈（quān）的另一（yī）端接的（de）是R200，因此 CP1 跳閘（zhá）原因（yīn）可能是空開下端存在短路等異常情況。

根據以上的分析，使用多用表檢測出 MCC 線圈的電（diàn）阻接近 0 Ω，其他方麵未發現異常，更換該接觸器（qì）後故障排除，機床恢複正常運行。

圖 2 機床電氣原理

當機床（chuáng）上電後，電源模塊自檢通過後，CX3 內部繼電器（qì）的“常（cháng）開觸點（diǎn）”閉合，主接觸（chù）器（qì） MCC 線圈得電，因其（qí）短路致使（shǐ） CP1 跳閘，同時主（zhǔ）軸模塊和各（gè）伺服模塊無法正常上電啟動，引起了5136# 和 750# 兩個報（bào）警。可見，理解數控係統上電時序（圖 3）對解決該故障有很大的幫助，即：當控製電源單相 200 V 接入，急停信號（hào）釋放（fàng）時，如果沒有 MCC 斷開（kāi）信號 MCOFF，主接觸器 MCC 吸合，三相 200 V 動力電源接入，電源模塊就緒（xù）信（xìn）號 *CRDY 發出（* 表示低電（diàn）平有效），如果伺服放大器已準備好，發出 *DRDY 信號，伺服就（jiù）緒（xù） SA 信號發出，完成一個完整的上電周期。

圖 3 上電時序

2.2 某大型數控鏜銑床主軸故障

故障現象：某大型數控鏜銑床采用華中數控 HNC-848i 係統，在執行加工程序過程中出現報警（jǐng）：主軸伺服電機電流超過驅動設置的最（zuì）大值。關機重啟後報警消失，試運行一（yī）段（duàn）時間後，報警複現，同時觀察（chá）到主軸空（kōng）載時的負載不（bú）穩定，有突變現象，且主（zhǔ）軸電機有（yǒu）異響。

故障診斷分析及解決方案：根據故障現象，首先（xiān）檢查（chá）主（zhǔ）軸電機、編碼（mǎ）器以及相關電纜，經檢查、測量後電機及電纜未發現異常，拆下編碼器發現內部進油汙染。更換新的編碼器後，機床試運行約 2 h，故障複現，再次檢（jiǎn）查編碼器，沒有被（bèi）油汙染，可見還存在其他故障點。

通過華中數（shù）控（kòng）的專業軟件對主軸負載、主軸速度等（děng）重要指標進行監控（圖（tú） 4a）），發現主軸旋（xuán）轉（zhuǎn）時空載電（diàn）流值波動較大，正常時應在縱坐標軸 0 附近，且機床出現（xiàn）報警的同時，發現主軸負載電流出現非常大的波動（圖 4b）），導致報警停機。為進一步確定故障點，使用“機電（diàn）分離法（fǎ）”，即把主軸電機和機械部分脫開，軟件監控情況與“機電分離”之前一致，基本排除了機械傳動部分的故障。故障點很可能在伺服驅動模塊上，更換該模塊後故障徹底排除，機床恢（huī）複正常運行。

圖 4 主軸運行狀（zhuàng）態監（jiān）控

主軸伺服的報警原（yuán）因比較複雜，可通（tōng）過專業軟件檢測法、機床在線診斷法以（yǐ）及機電分離法等手段（duàn），對涉及的故障（zhàng）點逐個排除，並盡可能降低返修率（lǜ）。

2.3 某 6 軸 4 聯動數控鏜銑床 B 軸故障

故障現象：某 6 軸 4 聯動數控鏜銑床采用 FANUC 數控係統，B 軸（機床工作台）在 0°~360°旋轉時位置精度合格（gé），但（dàn）超（chāo）過這個範圍運行時，位置精度超過允差值，不能正常使用，沒有任何報警提示。

故障分析及解決（jué）方案：此類故（gù）障沒有報警提示，首先檢查機械方麵，校準（zhǔn） B 軸機械零點和檢查反向（xiàng）間隙（在（zài）半閉環狀態下），以及液壓、潤滑等（děng）方麵均正常（cháng）。在電氣方麵，可能與硬件、機床參數等有關，使用專業儀（yí）器檢（jiǎn）測 B 軸編碼器和回零（líng）開（kāi）關及其（qí）相關電纜，無異常。

利（lì）用激光幹涉儀檢測位置精（jīng）度，設置每 30°讀取一次數據（30°一（yī）打（dǎ），一圈 12 個點（diǎn）），由圖 5a）可看出，在 B 軸旋轉 0°~1800°之間，0°~360°和 360°~1800°定位精度誤差（chà）的規律差異較大。為便於對比觀察，在清空螺距補償（cháng）數據後，再次檢測位置精度（圖 5b）），發現其規（guī）律基本（běn）一致。經過對比發現，B 軸螺距補償數據隻是在0°~360°之間生效，其（qí）他範圍內無效（誤差過大（dà）），由此聯想到檢查參數（shù） 1006，該參數主要作用是設定伺服軸類別（直線軸或旋轉軸）以及各類坐標值的舍入方式（shì），發現 1006#0（ROTx）和1006#1（ROSx）均為 0，查閱參（cān）數說明書可知，該參數設定 B 軸“存儲型螺距誤（wù）差補（bǔ）償為直線軸類（lèi）型”，於是將（jiāng） 1006#0 由 0 改為 1，即設定 B 軸“存儲型螺（luó）距誤差補（bǔ）償為旋轉軸（zhóu）類型”，再次使用（yòng）激光（guāng）幹涉儀在 0°~1800°之間檢（jiǎn）測位置精度（dù），誤差均（jun1）在正常範圍內，故障徹底排除。

圖 5 B 軸激光檢測

故障原因是參數（shù）設置錯誤（wù），需要多次使用激光幹涉儀檢（jiǎn）測和數（shù）據分析，並要求對機（jī）床參數的功（gōng）能及其（qí）設定方法（fǎ）有一定的了解（jiě），這也是排除此故障的關鍵所在。

3、結束語

大型數控鏜銑（xǐ）床因機械結構和電氣控製（zhì）係統都比較複雜，技術（shù）人員需要對機床比較熟悉，並在日常工作中及時做好故障記錄和總結，排除故（gù）障一般步驟是：①結合故障現（xiàn）象或報警內容，認真詢問機床操作人員故障出現時的設備狀態，充分了解故障發（fā）生過程中（zhōng）的關鍵細節，為後續解決故障提供思路；②根（gēn）據具體故障現象，在理解報警原理的前提下，靈活（huó）運用故障診斷方法，並充分利用機床資料進行研究分析，把故障（zhàng）原因逐步縮小，直至（zhì）具體故障點；③根據故障點及時排除故障，可設（shè）計並實施故障預防措施（shī），避免類似故障再次發生，發揮出數控鏜銑（xǐ）床的最大價值。

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