數控雕刻機故障排除兩例

    俞鴻虎工程師目前在越南北方一家新開的越南國營塑料模具廠擔任廠長顧問。越南的情況比較特殊，維修人員的素質普遍比較低，優質的配套元器件都要由中國生產商供應，不能保證及時到位。近，一臺從中國進口的Mell-5060型數控雕刻機近出現了故障，俞工把排除數控雕刻機的2例故障的方法與過程記錄下來，希望可以給在第三世界工作的中國專家作一個參考，同時也可以給中國國內的，特別是中西部不發達地區企業從事設備維護保養的技術人員提供一點借鑒。

 

　　排除故障例一

 

　　數控雕刻機出現以下故障：手脈有時能夠動作，有時不能動作，或者干脆不能工作。長駐胡志明市的供應商外派專家前后來現場4次更換手脈，后一次甚至不惜代價更換了工控機，但問題依然存在。專家堅持說手脈在國內曾經安裝在同型機床上試驗過，沒有問題。這使得相關各方都很苦惱，成為企業設備方面的一個棘手問題。

 

　　我們懷疑模具車間的電磁環境對機床存在干擾，同時還懷疑數控雕刻機存在某些容易接受干擾的設計或者工藝缺陷。經過觀察分析，車間墻面和屋頂(內襯泡沫隔熱層)均為彩鋼板簡易結構，極易反射電磁波；車間里有眾多設備，例如北京機電院的加工中心、GF阿奇夏米爾的等脈沖電火花機、蘇州三光的慢走絲線切割機、沈陽機床的數控車床等CNC機床，另外還有中國其他企業的內/外圓磨床、工具磨床、變頻電焊機、帶鋸床、精密三坐標測量機、帶PLC擴展配置的桂林產龍門磨床、英國產精密高速掃描儀和寧波海天650大型注塑機各一臺，以及中國產鉆床2臺和電動工具多臺。車間各類機床運轉時，其接觸器和有刷電機均會產生火花干擾，電加工機床和電焊機的干擾更是嚴重，而且其干擾頻譜很寬，諧波分量豐富，攜帶干擾能量很大。干擾電磁波經過彩鋼板墻面和屋頂的多次反射疊加，在某些頻譜波段會得到加強，這是外部電磁干擾的環境情況。但是限于越南當地的客觀條件，我們無法對車間的干擾場強進行測試，從而得出精確的定量結果，只能憑經驗作出外部電磁干擾相當強烈的定性判斷。同時我們對數控雕刻機的手脈及其輸出電路進行了嚴格檢查，機床內部的信號電纜都具備屏蔽功能——全部使用了屏蔽電纜，并且一端可靠接地。但是拆開手脈電纜的航空插頭和手脈控制盒，用小刀切開電纜外包皮一看，手脈電纜竟然采用了非屏蔽電纜(普通多芯電纜)，更談不上單端接地。接著我們使用同樣的方法切開第2個手脈的電纜，也是采用了非屏蔽電纜。根據以往的經驗，我們判斷這就是故障的內部原因所在。外部電磁干擾信號正是從這根電纜感應到系統信號，又疊加到手脈的小信號輸出線路上去的(輸出5v脈沖去工控機I口)，進而使工控機的輸入口獲取了錯誤信息。

 

　　終于找到了使手脈不能正常工作的真正故障原因，我們要求數控雕刻機供應商重新提供具備屏蔽功能并且單端良好接地的新手脈。到貨以后，經過外觀檢查，運輸無破損，電纜外皮光潔鮮亮，型號規格核對無誤；拆開航空插頭檢查電纜具備屏蔽結構，并且單端可靠接地。更換以后故障徹底消失，電腦屏幕顯示出三維坐標系的清晰數據，轉動手脈的轉輪，數據立刻顯示出實時新坐標的精確位置。機床在停機一段時間以后終于恢復正常工作了。

 

　　本例小結：手脈為數控雕刻機的重要部件，現在大多數數控機床都有手脈并且作為標準配置，甚至可以說已經成為不可缺少的重要部件。我們認為，如果在復雜的電磁環境下，數控機床的手脈(或者其他部件)功能出現沒有規律可循的奇怪故障時，應該重點考查現場的電磁環境，是否存在電磁干擾，然后排查設備容易受干擾的部位。使用這種方法，有針對性地予以排除，容易收到時間短、見效快的效果。這種故障僅在越南一家工廠就排除過多次了。另外電源質量如何，接地是否滿足要求等外部因素也是不可忽略的。

 

　　同時我們希望CNC機床制造工廠在設計數控系統內外的電氣電子線路的時候特別加強系統抗干擾性能的設計。客觀地講，國內的一些企業做得比較到位，例如本廠從中國引進的其他各型CNC機床，在同樣強烈的電磁干擾下卻始終能夠正常工作。原因是這些企業的資金和技術力量相對比較雄厚，企業標準化工作比較到位，質量管理體系層次比較高。但在個別企業，抗干擾設計卻往往被忽視，例如本例制造商就采用了非屏蔽電纜的做法。各國各地的經濟發展不同，廠房結構等現場外部條件一般也就不盡相同，例如標準廠房與上述彩鋼板廠房(根據筆者所知，這種簡易型廠房在第三世界國家是很多的)現場的電磁環境就會大不相同(有時甚至還要考慮該國該地的電源質量以及接地和氣候等各種相關因素)。我們的CNC機床產品只有在各種復雜的電磁環境和氣候環境下都能夠穩定地工作，才能真正有效地占領國內外CNC機床市場，贏得國內外用戶的信任。

 

　　排除故障例二

 

　　數控雕刻機突然出現了電腦報警信號，Y軸不能復位至原點，電腦顯示：

 

　　Y軸尋原點找不到原點信號

 

　　Y軸尚未原點復歸

 

　　通過檢查原點信號電路，我們發現線路通暢沒有問題，各相關電纜插頭/插座也都接觸良好。但是發現Y軸磁感應開關(型號為PS17-5DN，韓國產)的LED發光不正常，在用螺絲刀抵近感應部位時，LED發光正常；但是移開螺絲刀后LED依然微微發光。此時LED正確的狀態應該是截止的，也就是說這時的Y軸磁感應開關并沒有完全關斷，依然有信號輸出，而且其電平有效值超過其翻轉閾值電平，致使電腦出現報警信號。國內供應商提供的相同型號的磁感應開關到貨以后，經過外觀檢查運輸無破損，型號規格核對無誤。更換以后，檢查接線無誤(只要3根相同顏色的線路對接并且做好絕緣即可)。通電啟動系統，用螺絲刀貼靠磁感應開關的感應部位，開關的LED立即正常發光；反之，移開螺絲刀LED則立即熄滅，可以判定磁感應開關信號輸出恢復正常。

 

　　隨后越南維修人員又報稱：Y軸能夠回到原點了。但是每次操作總會出現又往+Y方向過沖的現象。我們經過觀察發現，數控雕刻機的許多按鈕是點動式的，它是工作于脈沖的上升沿或者下降沿，這與越南電氣維護人員習慣的電平控制的普通開關完全不同，而越南維修人員以為一直要把按鈕按到Y軸回到原點以后才能松開。實際上按鈕在按下時，計算機不斷接收到外部中斷申請信號(來自按下的按鈕)，使Y軸回到原點以后不能停車，只能反向——即向+Y方向移動，出現+Y方向過沖的現象。經過我們講解以后，按一下按鈕Y軸立刻啟動，執行原點復歸指令，機床完全恢復正常。

 

　　本例小結：數控機床的維修在一般維修人員看來似乎很難，其實只要掌握了它的結構，熟悉其各種顯示信號的物理意義，善于分析各種信號LED的閃動情況，例如是常亮還是不亮？是微微發亮還是閃亮，有規律還是隨機？就能正確的解決問題。當完全理解了上述各種不同的LED的發光狀態和物理意義后，一般就可以得出正確的判斷，本例排故的過程實際上連萬用表都沒有使用，很快就找出了真正的故障所在部位。因此筆者認為維修數控機床并不難，只要掌握正確的方法常常會事半功倍，有時甚至比維修普通機床的電子電氣線路還要方便！