数控车床“程序暂停”故障维修一例

华北机电学校 （山西长治 046000） 焦连岷

“程序暂停”故障是指在程序运行过程中，非人为干预，由于某种故障原因造成不正常的“暂停”执行程序的故障现象。此种故障一般属于“综合性故障”，可由多种原因引起，既可能是由于硬件引起，也可能是由于软件引起，或者是机械、电气及数控系统本身，所以是难以处理的故障之一。该种类型故障的发生率虽然不是太高，但一旦发生，处理起来就比较“棘手”，在工作中笔者遇到一例，现和大家一同交流探讨。

图1 铝件外圆车削零件图

1. 相关背景

加工工件如图1所示，沈阳华中数控（HNC-21T）CAK36S型车床，配有霍尔式四工位刀架，主轴采用变频器调速，编码器速度反馈检测，进给伺服X轴、Z轴采用交流HSV-16-20驱动器驱动，机床近期运行状态良好，并未发现有任何异常征兆。毛坯为直径45mm棒料，材料为铝，采用用90°外圆车刀进行加工。

2. 故障现象

按照图样尺寸及工艺要求，主轴转速确定为500r/min，单方向背吃刀量1mm，粗车削留有加工余量0.1mm，采用G95（主轴每转）方式进给，详细的程序清单如表1所列。

表1 程序清单及注释表

把程序输入后进行检查，确认无误后转入“自动”状态运行，当运行到N25行（G71复合循环指令）语句时，光条一直停留于此行，加工“循环启动”指示灯一直点亮，但程序不再向下执行，出现“程序暂停”现象。

3. 故障分析

首先从软件方面着手考虑，尤其是所编制的程序本身是否合法、有效，符合规范要求，以及其中是否内插了“暂停指令”等；其次是考虑机床操作面板上的“程序暂停”键是否被误按下，机械系统是否被卡死、电气和数控系统本身是否出现故障等。详细的原因分析及处理对策如表2所列。

表2 “程序暂停”故障原因分析及处理对策表

4. 排除过程

根据表2所示的分析的思路，按照以下步骤进行判断：

（1）首先确定是否为程序原因。①核对程序语句，确定格式是否合法有效。由于是停留在G71语句行，所以重点核准该语句的合法性。参考编程手册，格式：G71 U（Δd） R® P（ns）Q（nf） X（Δx） Z（Δz） F（f） S（s） T（t）。说明：Δd为切削深度（每次切削量）；r为每次退刀量；ns为精加工路径第一程序段的顺序号；nf为精加工路径最后程序段的顺序号；Δx为X方向精加工余量；Δz为Z方向精加工余量；f、s和t为粗加工时G71中编程的F、S和T有效，而精加工时处于ns～nf程序段之间的F、S和T有效。注意事项：G71指令必须带有P、Q 地址ns、nf，且与精加工路径起止顺序号对应；ns的程序段必须为G00/G01指令开始，即是直线插补或是点定位快速移动；在顺序号为ns～nf 的程序段中，不能包含子程序。经过核对，正确无误。②进行模拟加工测试。在机床上选定、设置好毛坯尺寸，显示区域，进行模拟加工，结果未出现任何报警提示，一切正常。③在其他机床上进行运行加工测试。为了验证是否为程序本身的故障，把该程序复制至其他同型号、同配置的机床，进行运行，结果运行情况良好，并未发现有任何错误及异常，至此，已经完全排除由于程序本身引起的故障。

（2）判断是否为数控系统软件存在故障。不是程序问题，确定是否为机床系统软件方面存在问题。为了避免重新安装系统的繁琐，把同型号、同配置运行良好机床上的CF内存卡（存储有系统软件及PLC配置文件）拔下，装入至该机床，重启系统，运行程序，结果故障依旧。以此可以判断：问题也不是在数控系统软件本身。

（3）确定相关硬件是否存在问题。经检查，机床“程序暂停”键并未发生“粘连”；转换到“手动”状态，按下X轴、Z轴正负移动按钮，工作台移动正常，这足以证明驱动器、机械传动部分工作正常（并未出现机械部分被“卡死”等现象）。

（4）判断程序与机床系统是否出现了兼容性问题。由于机床的硬件系统、软件系统及应用程序都未找到故障原因，最后怀疑程序与机床的兼容性是否出现了问题，是否个别语句没有被正确译码或是准确地得到执行？按照此思路，还是重新从故障程序入手。

既然程序暂停在复合循环语句，为了判断该语句是否存在兼容性问题，先把和该语句相关的指令行（N25～N85语句行）进行屏蔽（或删除），然后重新运行程序，结果能够执行，看来问题就出现在被屏蔽（或删除）的语句行中。为了找到具体是何种类型的语句出现了问题，决定先用简单指令语句逐行替代，在N90行语句之前添加简单指令语句“N88 G01 Z0 F0.1”，再次单步执行程序，结果故障现象再次复现，程序一直停留在该语句行，如图2所示。

一条普通直线插补指令为何引起“程序暂停”？通过多次反复执行程序，观察故障现象，最终发现：在执行N10行语句（M03 S500）语句时系统反应速度迟缓，光条在该语句行停留足足达2～3s之多，而且直观感觉转速明显较低，与给定转速（500r/min）不符，随后系统执行后续程序，并最终停留在了N88 G01程序语句行。再仔细观察屏幕，发现转速S显示为“零”，主轴在旋转，而转速显示为“零”，这显然有悖常理，以此可以判断：速度检测反馈环节存在故障。

（4）排除故障。确定了故障部位，对检测环节的编码器进行了全面细致的检查，最终发现是联接于数控系统的编码器电缆束扎线卡子损坏，导致电缆线长期受重力拖拽而发生“褶皱”，拔下电缆线进行单独测试，发现电源线已经断路。更换电缆，重新安装好后启动系统，一切正常。

图2 程序暂停运行画面

5. 故障反思

在程序的开头，程序采用的进给方式为G95（每转进给），而当主轴转速检测环节（编码器）损坏时，虽然主轴在旋转，但数控系统接收到的信息是主轴“转速为零”，所以经过数控系统运算下达的进给插补速度当然为零，这样相当于数控系统一直在执行程序，但要到达目标坐标需要插补的时间却是“无穷大”（始终未被执行完毕），造成“程序暂停”的假象。当然，数控系统执行G00快速点定位指令时，由于其速度是系统内部参数指定的，所以并不受影响。至于执行M03 S500指令程序反应延时和转速较低的原因，是当系统输出转速信息后，要经过反馈检测环节（编码器）的检测，随后把当前的实际转速信息回馈给数控系统，以便进行调整，但经过反复的查询信息，始终未接收到反馈信号，程序的延时也就是数控系统反复查询的时间（当然，系统并未编写报警代码）；至于转速较低，是由于给定的转速信息是数控系统按理论数据计算出来的“空载理想”转速，实际中经过驱动负载、传动摩擦等环节能量会有所损失，转速会降低，而由于检测环节的失效，数控系统也就失去了调控能力。

6. 结语

“程序暂停”故障是众多“顽固性”故障之一，由于故障原因涉及诸多方面，排查起来难度较大，但在本例中，如果能多注意观察屏幕，还是不难发现有很多异常现象：程序执行到M03指令时会有明显的停顿；主轴转速与给定转速明显不符；尤其是主轴在旋转而显示的转速为“零”等。如果尽早“捕捉”到了这些异常现象，是可以很快判断故障部位的。当然，由于系统对主轴编码器出现异常时未编写相应的报警代码，这对维修人员的维修思路或多或少会产生一些“误导”，同时也是该故障具有一定“迷惑性”的原因。

本文所描述事例的“故障排除”虽然较为简单，但旨在能够从中学习和掌握故障排除的思路与方法。对于数控机床的维修应“胆大心细”，一方面要严格按照电气控制原理图的逻辑控制结构，遵循由“简单到复杂”、“由表及里” 的原则去排查，同时也要注意多观察，尤其是“故障现象”，其中蕴含了故障原因的诸多“蛛丝马迹”，有待我们去发现、去发掘。只有这样才能少走弯路，尽快锁定故障部位，提高维修效率。

[1] 沈阳第一机床厂技术中心．沈阳华中数控系统CAK36S型数控车床电气原理图[E].沈阳：沈阳第一机床厂，2012.

[2] 武汉华中数控有限公司．世纪星数控装置连接说明书[E]．武汉：武汉华中数控有限公司，2010.

[3] 武汉华中数控有限公司．HSV-16交流伺服驱动系统说明书[E]．武汉：武汉华中数控有限公司，2010.

[4] 武汉华中数控有限公司．世纪星车削数控装置操作说明书[E]．武汉：武汉华中数控有限公司，2010.

[5] 武汉华中数控有限公司．世纪星车削数控装置编程说明书[E]．武汉：武汉华中数控有限公司，2010.