电信号演绎法快除机床短路故障（上）

■中国重汽集团济南桥箱有限公司 （山东 250022） 刘胜勇

电信号演绎法快除机床短路故障（上）

■中国重汽集团济南桥箱有限公司 （山东 250022） 刘胜勇

摘要：针对三例机床短路故障，运用电信号演绎法迅速排查出故障原因并制定整改措施，进而提高了维修效率、缩短了机床停机时间，对机床用户具有相当高的参考价值。

伴随我国各产业现代化进程的稳步推进，包括立/卧式车床、车削中心、内/外圆磨床、立/卧式加工中心、花键铣床、直齿/螺旋齿滚齿机、研齿机和磨齿机等数控装备在内的现代机床正被大量应用于工业、农业、军事、医疗和服务等领域的产品加工链中。这些机床的电气线路一旦发生短路故障——不同电位的导电部分之间被导电体短接或其间的绝缘被击穿，势必会造成直流或交流形式的电源供应异常、元器件烧毁和控制动作失灵等，进而影响产品质量与生产进度。

何为电信号演绎法

电信号演绎法源于模块化维修思想，是集原理分析法、报警信息分析法、数据/状态检查法、在线监控法、测量比较法、隔离法、强迫闭合法及程序测试法的一种现代综合性维修方法。其中，原理分析法是按电信号的流向梳理元器件的工作过程；报警分析法是借助LCD屏显报警信息或LED屏显报警号，探知故障的可能部位和原因；数据/状态检查法是通过LCD屏显的机床参数或输入/输出信号的通断状态缩小故障排查范围；在线监控法是借助机床自带跟踪功能或外设PC机上工控软件的在线功能，捕捉故障的联锁/互锁信号；测量比较法是借助万用表等工具测量目标电路的电压、电流、电阻、电平或波形，并与正常值比较；隔离法是通过机械与电气的分离、支路与支路的分离或控制方式的转换等缩小故障排查范围；强迫比合法是借助机床自带强制功能或外力迫使常开触点闭合，以查看目标元件的动作状态；程序测试法是按数控系统要求编写并运行一段试验程序，以排查机床功能的不良/缺失。

短路故障实例分析

1. 数控滚齿机SV0411和SV0436报警的故障分析

（1）故障现象：一台配置FANUC 0i MD系统并用于直齿圆柱齿轮剃前滚齿的YKX3140M型数控高效滚齿机（下称滚齿机），在MEM自动方式下执行程序时，一旦Z坐标轴移动就屏显SV0411和SV0436报警，并伴有严重的“哗哗”作响声；在JOG手动方式下反复移动Z坐标轴时，屏显SV0414报警。关机重启后报警消失，再次移动Z坐标轴时又屏显相同报警。如此滚齿机不能继续工作。

（2）诊断分析：按四步到位法维修要求，合理运用报警信息分析法、数据状态检查法和测量比较法等现代故障诊断分析方法，对故障原因展开排查。

报警信息分析法解析三条屏显报警：

“SV0411 Z-AXIS EXCESS ERROR”报警内容为Z坐标轴移动中的位置偏差量超出CNC参数#1828的设定值，即#1828. Z=32000检测单位。因检测单位=最小移动单位/#1820给定Z轴的指令倍乘比C M R=M系列的最小设定单位η/#1820给定Z轴的指令倍乘比CMR，且η由参数#3401.6/GSB和#3401.7/GSC所确定的米制机床的G代码体系A、B或C决定（#3401.6=0、#3401.7=0确定为G代码体系A时η=0.01mm），故#1828. Z=32 000×0.01mm/50=6.4mm。根据FANUC全数字伺服控制系

统框图，在Z坐标轴执行插补指令移动时，CPU传送的指令值随时分配脉冲P_cmd，编码器反馈值随时读入脉冲P_fb，误差寄存随时计算实际误差值E=P_cmd -P_fb，一旦P_cmd和P_fb中的一个不能正常工作（多为P_fb出错），则E值发生变化，在E值超过参数#1828.Z时，立即屏显SV0411报警。通常在半闭环控制系统的数控机床中，反馈环节不良（如编码器损坏、反馈电缆断线或破皮等）使反馈信息不能准确传递至数控系统，以及伺服放大器故障（驱动晶体管击穿、驱动电路故障、动力电缆断线或虚接等）、伺服电动机损坏（电动机进油/进水或匝间短路等）或机械过载（导轨严重缺油/损伤、滚珠丝杠副/蜗杆蜗轮副损坏、支承轴承不良、联轴器松动/损坏等）使伺服电动机不能转动时，均会引起SV0411报警。

“S V 0 4 3 6 Z - A X I S SOFTTHERMAL（OVC）”报警内容为Z坐标轴的数字伺服软件检测到软发热保护。SV0436既对应于系统诊断画面下诊断号DGN200的位5，又对应于伺服调整画面的报警1，其实质为Z轴伺服放大器的实际输出电流超过该轴伺服电动机额定电流的1.5倍（时间累计1min）。一般情况下，CNC参数设定错误或伺服软件不良，坐标轴的制动器未打开，机械传动部件配合过紧、润滑不良、导轨副镶条调整不当或滑块不良，切削负载大或切削参数不合理，伺服电动机匝间局部短路或连接电缆短路，伺服放大器的控制电路板故障，均可能引起SV0436报警。

“SV0414 Z-AXIS DETECT ERROR”内容为Z坐标轴伺服检测系错误（过电流、异常电流、高电压或低电压等）的综合报警。SV0414应借助系统诊断画面下诊断号DGN200、DGN201与DGN204的位0～7的状态来进一步判断其真正原因，进而缩小故障的排查范围。

数据状态检查法推断报警原因。对于SV0411报警不能仅按报警提示修改参数#1828的设定值，否则修改#1828后滚齿机立即屏显SV0414报警。基于“先简单后复杂”的维修思路，在FANUC系统屏显SV0411或SV0436报警时，可在操作监视画面下观察Z坐标轴在静止状态、空载移动状态及实际切削状态时的负载率大小，以便快速推断故障存在于机械方面或电气方面。在图1所示的滚齿机操作监视画面（空载移动状态）中，水平布置的轴向进给轴Z的载荷计显示268%，遂推断伺服电动机可旋转但有较大的机械阻滞存在，如Z轴制动器未打开、蜗杆蜗轮副损坏和导轨严重缺油/损坏等。

图1　YKX3140M型数控高效滚齿机的操作监视画面

测量比较法排查故障点。基于“先外部后内部”的维修思路，先判定Z轴制动器是否打开，再检查后续蜗杆蜗轮副与导轨的状态。滚齿机上Z轴制动器的PMC梯图如图2所示，伺服轴Z的电气控制回路如图3所示。

图2　滚齿机上Z轴制动器的PMC梯图

图3　滚齿机上伺服轴Z的电气控制

先在M C P上依次操作[S Y S T M E M]功能键、[]右扩展键、[PMCLAD]软键与[梯形图]软键后，进入PMCLAD梯图显示画面，搜索Z轴制动器释放输出地址Y3.2处于得电状态。再由万用表直流电压挡测量端子Y3.2与2L-间的DC24V正常，中间继电器KA21线圈得电后其常开触点闭合。由图3可知，正常情况下万用表直流电压挡测量端子90与1L-间应有DC24V——Z轴制动器线圈工作电压，但电压测量结果实际为0V，遂推断线路可能存在断线。为此，切断机床电源并用万用表欧姆挡分别测量端子90、1L-接线的通、断，然而线路正常。于是将故障判定点移向Z轴制动器侧的电缆插头XT3处，发现机床上电KA21吸合的瞬间时XT3存在打火现象。检查后，确诊故障点为XT3处DC24V线路存在短路。

（3）解决措施及维修效果：据诊断分析结果，更换XT3处损坏的电缆插头，若生产任务紧急或缺少配件时，可梳理接线并用绝缘胶布细致包扎。试机后，再也没有出现“Z轴移动时SV0411和S0V436报警”的故障。

2. 数控剃齿机上CNC系统重启后报警的故障分析

（1）故障现象：一台配置FANUC 0i Mate-TD系统并用于直齿圆柱齿轮径向剃齿的YD4240CNC2数控剃齿机（下称剃齿机），在MEM自动方式下执行加工程序时，按[循环起动]钮后CNC系统就断电重启，并屏显EX1002、SV0603报警。操作者多次关机重启，故障现象依旧，进而造成剃齿机停转。

（2）诊断分析：按四步到位法维修要求，合理运用报警信息分析法、功能程序测试法和测量比较法等现代故障诊断分析方法，对故障原因展开排查。

报警信息分析法解析三条屏显报警：

“EX1002 Hydraulic not start up”是剃齿机的1条外部报警，用于提示机床的液压未起动。若操作者再次点按MCP上[液压起动]钮SB6，液压电动机M2立即工作。因此，EX1002仅是提示性报警，不是“循环起动钮CNC系统重启后报警”的故障真因。

“SV0603 X轴IPM过热”与“SV0603 Z轴IPM过热”是剃齿机的内部报警，用来监测βi伺服单元SVU的IPM检测到过热报警。SV0603报警的主要原因和排除方法如表1所列。

原理分析法梳理M2的工作过程（见图4）。剃齿机开机，使三相AC380V接入，释放MCP 上SB9钮及工作台侧SB10钮，使PMC输入信号地址X8.4接通，点击MCP上SB6钮，使PMC输入信号地址X2.3接通，M2未过载时QF2的保护触点接通，并使X3.7=1梯图中M2起动控制用线圈Y0.3得电保持并输出型号HH54P-FL的中间继电器KA4线圈接通，其常开触点闭合型号CJX1-12的交流接触器KM1线圈接通AC220V后，主触点闭合380V交流电随低压断路器QF1～2的接通而进入M2M2旋转，并带动变量叶片泵（型号HVPVCF30-A3-02）一起工作。伴随

KA4常开触点的闭合，液压指示灯HL5点亮呈白色。点击MCP上SB7钮，使PMC输入地址X2.4断开或者QF2过载，使X3.7断开时得电自锁状态的Y0.3会断电，M2则会停止工作。

表1　βi伺服单元SV0603报警的主要原因和排除方法

图4　YD4240CNC2数控剃齿机上液压电动机M2的PMC梯图

程序测试法测试非MEM方式下的工作状态。JOG手动方式下，分别点击MCP上左顶尖前进/后退按钮、右顶尖前进/后退按钮、排屑开/关按钮、冷却开/关按钮时，相应动作正常、按钮指示灯点亮，且CNC系统不会断电重启。由此推断这些按钮及其指示灯、中间继电器和电磁阀等元件状态正常。

JOG方式下，点击循环起动钮（此时HL3灯不会点亮），机床正常并无断电重启问题。由此推断循环起动钮状态正常。

MDI方式下，屏幕输入程序段“M03 S150”（“G01 X-5. F10”）并点击循环起动钮时，剃齿机未按正常状态实施主轴正转（X伺服轴以10mm/min速度切削进给）、HL3点亮，而是CNC系统又出现断电重启并屏显EX1002、SV0603报警问题。根据以往维修经验——短路多与按钮、指示灯、线路、继电器及电磁阀等有关，推断中间继电器KA14（型号HH54P-FL）或四色指示灯的HL3存在短路故障。

用测量比较法排查短路故障点。先将KA14常开触点的端子线54脱开后，在MEM方式下执行程序并按[循环起动]钮时，机床切削动作正常，仅是HL3灯不再点亮。此点说明KA14状态完好，短路故障点在HL3及其线路上。随后，在四色指示灯侧脱开HL3的端子线54与34，万用表欧姆挡测量线路54、34间没有短路。据此，故障排查后移至HL3处，万用表欧姆挡测其电阻值为0后，判定HL3短路。

（3）解决措施及维修效果：据诊断分析结果，更换四色指示灯，恢复先前接线。

试机后，再也没有出现“按循环起动钮CNC系统重启后报警”的故障。

（待续）

收稿日期：（20150730）