數控機床故障診斷與維修常用教學方法初探

數控機床是一種綜合應用了計算機技術、自動控制技術、機械設計和制造等先進技術的高新技術產物，是典型的機電一體化產品。在設有數控加工專業的技工院校中，實訓數控機床的檔次和擁有量，是反映一所學校硬件條件的重要標志。現在很多中職的學校都開設了數控機床故障診斷與維修課程。可是各個學校用于教學的數控系統品牌、型號不同，系統復雜程度也不一樣，功能各異，結構樣式也不盡相同。數控機床故障診斷與維修專業技術性強、教學難度大，因此在教學中，要根據學生的實際情況，總結利用一些簡單明了的規律和方法進行故障的診斷，同時培養學生良好的工作習慣。下面介紹幾種在教學中常用到的方法。

一、直觀法

所謂直觀法，就是利用感覺器官注意發生故障時的各種現象，如故障發生時有無火花、亮光產生，有無異常響聲，何處異常發熱及是否有焦糊味等。這是處理數控系統故障的第一步，往往也是最直接、最行之有效的方法。對于一般情況下的簡單故障，通過這種直接觀察，就能解決問題，這在CNC裝置故障診斷中就常常用到。直觀法一是問，問開機情況是否正常，走刀是否正常，切削用量是多少，常用的輪滑油是什么，以便核實保養。二是看，看保險絲有無燒斷，空氣開關有無跳閘，元件有無損壞，線路有無灰塵，插座、接頭有無接觸不良等。三是聽，聽各種異常的聲音。如電源變壓器、阻抗變換器與電杭器等因為鐵心松動、銹蝕等原因引起的鐵片振動的吱吱聲；繼電器、接觸器等的磁回路間隙過大，短路環斷裂，動靜鐵心或鑲鐵軸線偏差，線圈欠壓運行等原因引起的電磺嗡嗡聲或者觸點接觸不良的嗡嗡聲，以及元器件因為過磨或過壓運行失常引起的擊穿爆裂聲。還有主軸轉動異常時的摩擦聲、振動聲等等。四是觸，如輕輕敲打CNC系統的各線路板之間焊接點的可疑部位，檢查虛焊、接觸不良等。直觀法在解決簡單的“硬傷”故障時簡單、有效，常應用在故障診斷的第一步。

二、利用CNC系統的自診斷功能

數控系統已具備了較強的自診斷功能，并能隨時監視數控系統的硬件和軟件的工作狀態。利用CNC系統的自診斷功能就是依靠CNC系統快速處理數據的能力，對出錯部位進行多路、快速的型號采集和處理，然后由診斷程序進行邏輯分析判斷，以確定系統是否存在故障，并及時對故障進行定位。

CNC子診斷一般有三種：開機自診斷、運行自診斷、離線診斷。開機自診斷是指CNC系統從開始通電到進入正常運行的準備狀態，由其內部診斷程序自動執行的系統診斷，目的是檢查整個系統是否具備正常工作的條件。如系統控制軟件和系統參數的EPROM自檢、RAM的自檢、光電編碼器接線的診斷等。當系統自檢的各個項目都確認無誤后，系統進入正常的初始化或運行準備狀態，進入下一個工作階段。運行自診斷是CNC系統在運行過程中，對系統的各硬件模塊、伺服驅動單元、運行狀態、運行環境等進行的實時自動監測和診斷，一旦發現故障，即刻發出報警信號并實施相應的保護措施，它是數控系統故障自診斷功能的最主要部分。常用的基本方法有參數保護法和硬件監視法。離線診斷是指當系統出現故障要判定系統是否真有故障時，將數控系統與被控設備脫離作檢查的方法，這是早期常用的故障診斷方法，對維修人員要求較高。隨著數控技術的發展，離線診斷的技術已不再單獨使用，逐步成為CNC系統中開機自診斷和運行自診斷的一部分，使維護診斷更為方便。數控技術的不斷發展，出現了很多高新診斷技術，如專家診斷技術、通訊診斷技術等，大大提高了CNC系統的故障診斷能力。

三、根據報警信號進行故障診斷

數控機床的報警功能是指數控機床利用自診斷功能，在診斷出故障后將診斷到的故障或錯誤以報警信號或錯誤代碼的形式顯示在CRT上。報警信號一般包括以下故障(或錯誤)信息：程序編制錯誤或操作錯誤報警，急停報警，可編程控制器故障報警，伺服系統故障報警，行程開關(或接近開關)狀態不正確報警，溫度、壓力、液位等不正常報警等。如：機床一直處于急停狀態，不能復位報警。原因可能有以下幾個：一是急停回路斷路，或限位開關損壞，或急停按鈕損壞；二是系統參數設置錯誤，使系統信號不能正常輸入輸出或復位條件不能滿足；三是PLC中規定的系統復位所需要完成的信息未滿足要求；四是PLC程序編寫錯誤。利用報警信號進行故障診斷是數控機床故障診斷的主要方法之一，教學中就可以根據所指出的現象進行分析，縮小檢查的范圍，有目的地進行某個方面的檢查。

四、利用PLC的狀態信息診斷故障

PLC檢測故障就是通過運行機床制造商為特定機床編制的PLC程序，根據各種輸入、輸出狀態進行邏輯分析判斷，發現問題、報警并在屏幕上產生報警信息。很多數控系統都有PLC輸入、輸出狀態顯示功能，利用這些功能，可以直接觀察PLC輸入和輸出的瞬時狀態。這些狀態的檢測對診斷數控機床的很多故障是非常有用的。

PLC狀態診斷法常用的有：接口信號狀態檢查，PLC在線監控。

1.接口信號狀態檢查

PLC的診斷功能可以顯示多種接口信號狀態，主要有以下幾種：機床外部開關信號、機床控制面板信號、報警處理信號、驅動控制使能信號、定時器、計數器、NCK與PLC數據接口信號等。

2.PLC在線監控

通過查看控制動作順序是否與實際情況相符，診斷故障點；根據報警信息查看報警信號的通斷，進而確定故障；根據在線監控邏輯關系的執行結果，找出故障原因。PLC狀態信息可以幫助我們方便快捷地鎖定有關的故障點，省時又省力。

五、培養良好的工作習慣

數控機床故障診斷除了這些常用的方法外，在實際的教學過程中還要注意培養學生良好的工作習慣，在診斷前進行故障現象了解，在故障排除后做好記錄。故障現象了解就是了解故障在什么情況下發生。當故障發生時，為了更快地恢復機床，首先應正確地把握故障情況，進行妥善處理。因此應根據下列內容確認故障情況：什么時候發生的故障？進行了什么操作后發生的故障？發生的故障現象是什么？數控機床的每次故障都可能不同，維修人員在解決了某故障以后，應對維修過程及處理方法進行及時總結、歸納，形成書面記錄，以供今后同類故障維修參考。特別是對那些自己一時難以解決，最終由同行技術人員或專家維修解決的問題，尤其應該細心觀察、認真記錄，以便于提高。如此日積月累，以達到提高自身水平與素質的目的。

一般來說，在教學中遇到的疑難問題及故障都會請專業人員或廠家來解決，在教學中對于數控機床的修理，重要的是發現問題，以及發現問題的方法，即常用的故障診斷法。

另外，在實訓教學中還有一點應注意——數控機床維修的概念。在教學中不能單純地理解成數控機床發生故障時，僅僅依靠維修人員排除故障和及時修復，使數控機床能夠盡早地投入使用就可以了，還應注重正確使用和日常保養等工作。只有堅持做好對機床的日常維護保養工作，才能延長電器元件、機械部件的使用壽命，并要警惕意外惡性事故的發生，爭取機床長時間穩定工作。因此在教學中強調數控機床的保養，是對學生素質的必要的培養，是養成良好的工作習慣的基礎。

（作者單位：浙江省杭州市余杭區技工學校）