數控機床故障診斷及排除方法管窺

摘 要：數控機床是涉及機、電、光、液、氣等很多技術的復雜系統，它的故障診斷與維修是數控機床使用過程中必須要面對的問題，為了提高設備有效利用率，現根據實際工作情況對分析故障及排除方法做一些總結。

關鍵詞：數控機床；故障；排除；診斷

1 前言

數控機床是綜合了可編程控制、計算機控制、伺服控制、機械制造和數據通信等多種先進技術于一體的機電一體化設備，由于其良好的性能與較高的生產效率使得在生產上得到廣泛的應用。但是在使用過程中也不可避免地發生一些故障，因此數控機床故障診斷及排除是很重要的，筆者就其一般方法進行論述。

2 數控機床故障診斷的基本原則

2.1 先靜后動

維修人員在面對機床故障時應做到先靜后動，不可一上來就盲目動手，必須先詢問機床使用人員故障發生的過程及狀態，在閱讀機床說明書及其他相關資料后才能查找故障。

2.2 先檢查后通電

在故障機床斷電的狀態下，通過觀察、測試、分析，確認為非破壞性故障，方可給機床通電，進行動態觀察和測試，查找故障。而對于破壞性故障，只有在排除故障后才能通電，在正常運行下進行動態診斷。

2.3 先軟件后硬件

當為發生故障的機床通電后，首先檢查軟件工作是否正常。不可一上來就大拆大卸，以免引起新的故障，降低機床性能。

2.4 先外部后內部

數控機床故障可由機械、液壓、電氣三方面引起。應該由外向內逐一排查，盡量避免隨意啟封、拆卸，否則很可能擴大故障，使機床喪失精度，降低性能。

2.5 先機械后電氣

由于數控機床自動化程度高，技術較復雜，一般機械故障較容易察覺。所以在數控機床檢修中，首先檢查機械部分是否正常，行程開關是否靈活，氣動、液壓部分是否存在阻塞現象等。先逐一排除機械性故障，往往可以達到事半功倍的效果。

3 數控機床故障的主要分類

3.1 按故障有無診斷顯示分

可分為有診斷顯示故障和無診斷顯示故障。有診斷顯示的故障又可分成硬件診斷顯示故障與軟件診斷顯示故障。硬件診斷顯示的故障是指各單元裝置上的警示燈在數控機床發生故障時指示出故障狀態的故障。軟件診斷顯示的故障是指數控機床發生故障時在CRT顯示器上顯示出診斷號和診斷信息的故障。有診斷顯示的故障較易排除；而對于無診斷顯示的故障，其排除故障的難度較大。

3.2 按故障發生的性質分

可分為破壞性故障和非破壞性故障。破壞性故障往往是隨機的，它經常與數控機床的電磁兼容性有關，只能根據操縱者提供的情況進行維修，難度大并且有一定的風險，在維修和排除時不允許此類故障重復出現；非破壞性故障的特點是，在某些特定的條件下，允許此故障重復出現，不會對機床造成更多損傷，所以可以經過多次試驗、重演故障來分析故障，排除較易。

3.3 按數控機床發生故障的性質分

可分為系統性故障和隨機性故障。系統性故障通常是指只要滿足一定的條件或超過某一設定的限度，工作中數控機床必然會發生的故障。這一類故障現象極為常見，例如，潤滑，冷卻或液壓等系統由于管路泄露引起油位下降到使用極限值，必然會發生液位報警使機床停機。隨機性故障是指數控機床在同樣的條件下工作時只偶然發生一兩次的故障。例如，工作環境溫度過高或過低、電源波動與機械振動、有害粉塵與氣體污染等均可引發此類隨機性故障。

3.4 按數控機床發生故障的部位分

可分為機械故障和電氣故障。機械故障又可分為功能型故障、動作型故障、結構型故障、使用型故障。電氣故障又可分弱電故障和強電故障。弱電故障是指控制系統中以電子元器件、集成電路為主的控制部分發生的故障。強電故障是指控制系統中的主回路或高壓大功率回路中的繼電器、接觸器、開關、熔斷器、電源電壓變壓器、電動機、電磁鐵、行程開關等電氣元器件及其所組成的控制電器發生的故障。

4 故障診斷的要求及思路

4.1 故障診斷的要求包括以下幾個方面：

（1）對人員素質的要求，要求維修人員有較廣知識面、善于思考學習總結經驗、能熟練操作機床和使用維修儀器，還需要有較強動手能力。（2）對技術資料的要求，技術資料是維修的指南，它在維修過程中起著非常重要的作用，通過它可以大大地提高維修效率與準確性。具體而言，技術資料包括以下部分：數控機床使用說明書、數控系統使用手冊、PLC程序清單、機床參數清單、機床主要配套功能部件的說明書與資料等。（3）工具及備件的要求：由于數控機床是精密設備，要求完備合格的維修工具。包括數字萬用表、數字轉速表、示波器、相序表、長度測量工具等儀表；電烙鐵、吸錫器、鉗類扳手等工具；常用二極管、晶體管、電阻、集成電路等備件。

4.2 故障診斷思路

當數控機床發生故障時，維修人員應對故障發生的時間、故障發生時的操作方式，以及故障的內容進行調查分析。這樣有利于較快確定故障范圍或類型，從而找出故障點，排除故障。

5 數控機床故障診斷技術與排除方法

5.1 直觀法

直觀法是通過故障發生時產生的光、聲、味等異常現象的觀察，認真檢查系統各處，觀察有無損傷痕跡，進行排除，并縮小故障范圍。直觀一般包括：（1）詢問現場人員故障產生的過程、現象及加工情況；（2）查看CRT報警指示燈及報警信息，機床各部分工作狀態，保險絲是否燒斷，電容器等元器件是否燒焦、開裂以及電線電纜是否脫落；（3）在斷電的情況下，觸摸電路板等電氣元件安裝情況，是否有接觸不良等現象（4）聞電氣元件是否有燒焦等異味，聽是否有異常聲響。

5.2 自診斷法

數控系統已具備了一定的自診斷功能，具體可分為兩種：（1）啟動診斷。它的機制是從開機后到正常的運行準備狀態為止，自動診斷整個硬件系統，為系統正常工作做好準備。通過它可以測出系統大部分硬件故障。（2）在線診斷。它是通過CNC系統的內裝診斷程序，當在系統處于正常運行狀態時，自動對數控系統、伺服系統、外部I/O及其他外部系統測試、檢查，并顯示有關狀態或故障信息。（3）離線診斷。當CNC系統出現故障或判斷系統是否有故障時，往往需要停機進行檢查，這就是離線診斷。它的主要目的是故障定位和修復系統，這樣力求把故障定位在更小的范圍之內。

5.3 功能程序測試法

它是把數控系統的G、M、S、T、F功能用手工編程或自動編程方法編織成一個功能測試程序，然后開啟數控系統來運行這個功能測試程序，可快速判定系統哪個功能不良，以及故障發生的可能原因。此方法常用于以下情況：（1）長期閑置的數控機床第一次開機測試檢查；（2）機床加工造成廢品又無報警而一時難以確認是編程或操作的失誤；（3）數控系統出現隨機性故障，一時難以區別是外來干擾還是系統穩定性不好。

5.4 交換法

當確定故障點大致范圍后，維修人員用備用元器件替換被懷疑有故障的部分，甚至還可以用系統中兼容或相同的兩個板互換檢查，這樣可以通過觀察故障現象是隨之轉移還是故障依舊來判斷被懷疑的地方。

5.5 參數檢查法

在數控系統中有許多參數，它們是確定系統功能的重要依據，直接影響數控機床的性能，由于參數一般存放在RAM或磁泡存儲器中，一旦電池電壓不足或系統長期不通電等原因都可能會造成參數丟失或混亂，進而產生故障。應根據故障特征，核對、校正參數，排除故障。

6 結束語

近些年來，隨著我國制造業水平不斷發展，對數控機床的需求也越來越高，也就急需數控機床維修人才，但數控機床綜合了諸如機械、電氣、液壓、計算機等多種技術，所以它的診斷也是較復雜、含金量較高的工作。通過加強對它的重視與對技術人員的培訓，提高技術素質，以此滿足現代化生產對數控機床的需要。

參考文獻

[1]張志軍.數控機床故障診斷與維修[M].北京：北京理工大學出版社，2010.

[2]李英.數控機床故障診斷與維修[M].北京：北京師范大學出版社，2011.

[3]徐衡.圖解數控機床故障診斷[M].北京：化學工業出版社，2012.

作者簡介：王博（1993，2-），男，重慶市南岸區人，重慶理工大學機械設計及其自動化專業，本科，在校學生。