模具车间数控雕刻机故障排除两例
编者按：俞鸿虎工程师目前在越南北方一家新开的越南国营塑料模具厂担任厂长顾问。越南的情况比较特殊，维修人员的素质普遍比较低，优质的配套元器件都要由中国生产商供应，不能保证及时到位。最近，一台从中国进口的Mell-5060型数控雕刻机最近出现了故障，俞工把排除数控雕刻机的2例故障的方法与过程记录下来，希望可以给在第三世界工作的中国专家作一个参考，同时也可以给中国国内的，特别是中西部不发达地区企业从事设备维护保养的技术人员提供一点借鉴。
排除故障例一
数控雕刻机出现以下故障：手脉有时能够动作，有时不能动作，或者干脆不能工作。长驻胡志明市的供应商外派专家前后来现场4次更换手脉，最后一次甚至不惜代价更换了工控机，但问题依然存在。专家坚持说手脉在国内曾经安装在同型机床上试验过，没有问题。这使得相关各方都很苦恼，成为企业设备方面的一个棘手问题。
我们怀疑模具车间的电磁环境对机床存在干扰，同时还怀疑数控雕刻机存在某些容易接受干扰的设计或者工艺缺陷。经过观察分析，车间墙面和屋顶（内衬泡沫隔热层）均为彩钢板简易结构，极易反射电磁波；车间里有众多设备，例如北京机电院的
加工中心、GF阿奇夏米尔的等脉冲电火花机、苏州三光的慢走丝线切割机、沈阳机床的
数控车床等CNC机床，另外还有中国其他企业的内/外圆磨床、工具磨床、变频电焊机、带锯床、精密三坐标测量机、带PLC扩展配置的桂林产龙门磨床、英国产精密高速扫描仪和宁波海天650大型注塑机各一台，以及中国产钻床2台和电动工具多台。车间各类机床运转时，其接触器和有刷电机均会产生火花干扰，电加工机床和电焊机的干扰更是严重，而且其干扰频谱很宽，谐波分量丰富，携带干扰能量很大。干扰电磁波经过彩钢板墙面和屋顶的多次反射叠加，在某些频谱波段会得到加强，这是外部电磁干扰的环境情况。但是限于越南当地的客观条件，我们无法对车间的干扰场强进行测试，从而得出精确的定量结果，只能凭经验作出外部电磁干扰相当强烈的定性判断。同时我们对数控雕刻机的手脉及其输出电路进行了严格检查，机床内部的信号电缆都具备屏蔽功能——全部使用了屏蔽电缆，并且一端可靠接地。但是拆开手脉电缆的航空插头和手脉控制盒，用小刀切开电缆外包皮一看，手脉电缆竟然采用了非屏蔽电缆（普通多芯电缆），更谈不上单端接地。接着我们使用同样的方法切开第2个手脉的电缆，也是采用了非屏蔽电缆。根据以往的经验，我们判断这就是故障的内部原因所在。外部电磁干扰信号正是从这根电缆感应到系统信号，又叠加到手脉的小信号输出线路上去的（输出5v脉冲去工控机I口），进而使工控机的输入口获取了错误信息。
终于找到了使手脉不能正常工作的真正故障原因，我们要求数控雕刻机供应商重新提供具备屏蔽功能并且单端良好接地的新手脉。到货以后，经过外观检查，运输无破损，电缆外皮光洁鲜亮，型号规格核对无误；拆开航空插头检查电缆具备屏蔽结构，并且单端可靠接地。更换以后故障彻底消失，电脑屏幕显示出三维坐标系的清晰数据，转动手脉的转轮，数据立刻显示出实时新坐标的精确位置。机床在停机一段时间以后终于恢复正常工作了。
本例小结：手脉为数控雕刻机的重要部件，现在大多数数控机床都有手脉并且作为标准配置，甚至可以说已经成为不可缺少的重要部件。我们认为，如果在复杂的电磁环境下，数控机床的手脉（或者其他部件）功能出现没有规律可循的奇怪故障时，应该重点考查现场的电磁环境，是否存在电磁干扰，然后排查设备容易受干扰的部位。使用这种方法，有针对性地予以排除，容易收到时间短、见效快的效果。这种故障仅在越南一家工厂就排除过多次了。另外电源质量如何，接地是否满足要求等外部因素也是不可忽略的。
同时我们希望CNC机床制造工厂在设计数控系统内外的电气电子线路的时候特别加强系统抗干扰性能的设计。客观地讲，国内的一些企业做得比较到位，例如本厂从中国引进的其他各型CNC机床，在同样强烈的电磁干扰下却始终能够正常工作。原因是这些企业的资金和技术力量相对比较雄厚，企业标准化工作比较到位，质量管理体系层次比较高。但在个别企业，抗干扰设计却往往被忽视，例如本例制造商就采用了非屏蔽电缆的做法。各国各地的经济发展不同，厂房结构等现场外部条件一般也就不尽相同，例如标准厂房与上述彩钢板厂房（根据笔者所知，这种简易型厂房在第三世界国家是很多的）现场的电磁环境就会大不相同（有时甚至还要考虑该国该地的电源质量以及接地和气候等各种相关因素）。我们的CNC机床产品只有在各种复杂的电磁环境和气候环境下都能够稳定地工作，才能真正有效地占领国内外CNC机床市场，赢得国内外用户的信任。
排除故障例二
数控雕刻机突然出现了电脑报警信号，Y轴不能复位至原点，电脑显示：
Y轴寻原点找不到原点信号
Y轴尚未原点复归
通过检查原点信号电路，我们发现线路通畅没有问题，各相关电缆插头/插座也都接触良好。但是发现Y轴磁感应开关（型号为PS17-5DN，韩国产）的LED发光不正常，在用螺丝刀抵近感应部位时，LED发光正常；但是移开螺丝刀后LED依然微微发光。此时LED正确的状态应该是截止的，也就是说这时的Y轴磁感应开关并没有完全关断，依然有信号输出，而且其电平有效值超过其翻转阈值电平，致使电脑出现报警信号。国内供应商提供的相同型号的磁感应开关到货以后，经过外观检查运输无破损，型号规格核对无误。更换以后，检查接线无误（只要3根相同颜色的线路对接并且做好绝缘即可）。通电启动系统，用螺丝刀贴靠磁感应开关的感应部位，开关的LED立即正常发光；反之，移开螺丝刀LED则立即熄灭，可以判定磁感应开关信号输出恢复正常。
随后越南维修人员又报称：Y轴能够回到原点了。但是每次操作总会出现又往+Y方向过冲的现象。我们经过观察发现，数控雕刻机的许多按钮是点动式的，它是工作于脉冲的上升沿或者下降沿，这与越南电气维护人员习惯的电平控制的普通开关完全不同，而越南维修人员以为一直要把按钮按到Y轴回到原点以后才能松开。实际上按钮在按下时，计算机不断接收到外部中断申请信号（来自按下的按钮），使Y轴回到原点以后不能停车，只能反向——即向+Y方向移动，出现+Y方向过冲的现象。经过我们讲解以后，按一下按钮Y轴立刻启动，执行原点复归指令，机床完全恢复正常。
本例小结：数控机床的维修在一般维修人员看来似乎很难，其实只要掌握了它的结构，熟悉其各种显示信号的物理意义，善于分析各种信号LED的闪动情况，例如是常亮还是不亮？是微微发亮还是闪亮，有规律还是随机？就能正确的解决问题。当完全理解了上述各种不同的LED的发光状态和物理意义后，一般就可以得出正确的判断，本例排故的过程实际上连万用表都没有使用，很快就找出了真正的故障所在部位。因此笔者认为维修数控机床并不难，只要掌握正确的方法常常会事半功倍，有时甚至比维修普通机床的电子电气线路还要方便！
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