數(shù)控機(jī)床故障診斷及排除方法管窺

摘 要：數(shù)控機(jī)床是涉及機(jī)、電、光、液、氣等很多技術(shù)的復(fù)雜系統(tǒng)，它的故障診斷與維修是數(shù)控機(jī)床使用過(guò)程中必須要面對(duì)的問(wèn)題，為了提高設(shè)備有效利用率，現(xiàn)根據(jù)實(shí)際工作情況對(duì)分析故障及排除方法做一些總結(jié)。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；故障；排除；診斷

1 前言

數(shù)控機(jī)床是綜合了可編程控制、計(jì)算機(jī)控制、伺服控制、機(jī)械制造和數(shù)據(jù)通信等多種先進(jìn)技術(shù)于一體的機(jī)電一體化設(shè)備，由于其良好的性能與較高的生產(chǎn)效率使得在生產(chǎn)上得到廣泛的應(yīng)用。但是在使用過(guò)程中也不可避免地發(fā)生一些故障，因此數(shù)控機(jī)床故障診斷及排除是很重要的，筆者就其一般方法進(jìn)行論述。

2 數(shù)控機(jī)床故障診斷的基本原則

2.1 先靜后動(dòng)

維修人員在面對(duì)機(jī)床故障時(shí)應(yīng)做到先靜后動(dòng)，不可一上來(lái)就盲目動(dòng)手，必須先詢問(wèn)機(jī)床使用人員故障發(fā)生的過(guò)程及狀態(tài)，在閱讀機(jī)床說(shuō)明書及其他相關(guān)資料后才能查找故障。

2.2 先檢查后通電

在故障機(jī)床斷電的狀態(tài)下，通過(guò)觀察、測(cè)試、分析，確認(rèn)為非破壞性故障，方可給機(jī)床通電，進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察和測(cè)試，查找故障。而對(duì)于破壞性故障，只有在排除故障后才能通電，在正常運(yùn)行下進(jìn)行動(dòng)態(tài)診斷。

2.3 先軟件后硬件

當(dāng)為發(fā)生故障的機(jī)床通電后，首先檢查軟件工作是否正常。不可一上來(lái)就大拆大卸，以免引起新的故障，降低機(jī)床性能。

2.4 先外部后內(nèi)部

數(shù)控機(jī)床故障可由機(jī)械、液壓、電氣三方面引起。應(yīng)該由外向內(nèi)逐一排查，盡量避免隨意啟封、拆卸，否則很可能擴(kuò)大故障，使機(jī)床喪失精度，降低性能。

2.5 先機(jī)械后電氣

由于數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化程度高，技術(shù)較復(fù)雜，一般機(jī)械故障較容易察覺(jué)。所以在數(shù)控機(jī)床檢修中，首先檢查機(jī)械部分是否正常，行程開關(guān)是否靈活，氣動(dòng)、液壓部分是否存在阻塞現(xiàn)象等。先逐一排除機(jī)械性故障，往往可以達(dá)到事半功倍的效果。

3 數(shù)控機(jī)床故障的主要分類

3.1 按故障有無(wú)診斷顯示分

可分為有診斷顯示故障和無(wú)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(shù)控機(jī)床發(fā)生故障時(shí)指示出故障狀態(tài)的故障。軟件診斷顯示的故障是指數(shù)控機(jī)床發(fā)生故障時(shí)在CRT顯示器上顯示出診斷號(hào)和診斷信息的故障。有診斷顯示的故障較易排除；而對(duì)于無(wú)診斷顯示的故障，其排除故障的難度較大。

3.2 按故障發(fā)生的性質(zhì)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(jī)的，它經(jīng)常與數(shù)控機(jī)床的電磁兼容性有關(guān)，只能根據(jù)操縱者提供的情況進(jìn)行維修，難度大并且有一定的風(fēng)險(xiǎn)，在維修和排除時(shí)不允許此類故障重復(fù)出現(xiàn)；非破壞性故障的特點(diǎn)是，在某些特定的條件下，允許此故障重復(fù)出現(xiàn)，不會(huì)對(duì)機(jī)床造成更多損傷，所以可以經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)、重演故障來(lái)分析故障，排除較易。

3.3 按數(shù)控機(jī)床發(fā)生故障的性質(zhì)分

可分為系統(tǒng)性故障和隨機(jī)性故障。系統(tǒng)性故障通常是指只要滿足一定的條件或超過(guò)某一設(shè)定的限度，工作中數(shù)控機(jī)床必然會(huì)發(fā)生的故障。這一類故障現(xiàn)象極為常見(jiàn)，例如，潤(rùn)滑，冷卻或液壓等系統(tǒng)由于管路泄露引起油位下降到使用極限值，必然會(huì)發(fā)生液位報(bào)警使機(jī)床停機(jī)。隨機(jī)性故障是指數(shù)控機(jī)床在同樣的條件下工作時(shí)只偶然發(fā)生一兩次的故障。例如，工作環(huán)境溫度過(guò)高或過(guò)低、電源波動(dòng)與機(jī)械振動(dòng)、有害粉塵與氣體污染等均可引發(fā)此類隨機(jī)性故障。

3.4 按數(shù)控機(jī)床發(fā)生故障的部位分

可分為機(jī)械故障和電氣故障。機(jī)械故障又可分為功能型故障、動(dòng)作型故障、結(jié)構(gòu)型故障、使用型故障。電氣故障又可分弱電故障和強(qiáng)電故障。弱電故障是指控制系統(tǒng)中以電子元器件、集成電路為主的控制部分發(fā)生的故障。強(qiáng)電故障是指控制系統(tǒng)中的主回路或高壓大功率回路中的繼電器、接觸器、開關(guān)、熔斷器、電源電壓變壓器、電動(dòng)機(jī)、電磁鐵、行程開關(guān)等電氣元器件及其所組成的控制電器發(fā)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(gè)方面：

（1）對(duì)人員素質(zhì)的要求，要求維修人員有較廣知識(shí)面、善于思考學(xué)習(xí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、能熟練操作機(jī)床和使用維修儀器，還需要有較強(qiáng)動(dòng)手能力。（2）對(duì)技術(shù)資料的要求，技術(shù)資料是維修的指南，它在維修過(guò)程中起著非常重要的作用，通過(guò)它可以大大地提高維修效率與準(zhǔn)確性。具體而言，技術(shù)資料包括以下部分：數(shù)控機(jī)床使用說(shuō)明書、數(shù)控系統(tǒng)使用手冊(cè)、PLC程序清單、機(jī)床參數(shù)清單、機(jī)床主要配套功能部件的說(shuō)明書與資料等。（3）工具及備件的要求：由于數(shù)控機(jī)床是精密設(shè)備，要求完備合格的維修工具。包括數(shù)字萬(wàn)用表、數(shù)字轉(zhuǎn)速表、示波器、相序表、長(zhǎng)度測(cè)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(dāng)數(shù)控機(jī)床發(fā)生故障時(shí)，維修人員應(yīng)對(duì)故障發(fā)生的時(shí)間、故障發(fā)生時(shí)的操作方式，以及故障的內(nèi)容進(jìn)行調(diào)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(diǎn)，排除故障。

5 數(shù)控機(jī)床故障診斷技術(shù)與排除方法

5.1 直觀法

直觀法是通過(guò)故障發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的光、聲、味等異常現(xiàn)象的觀察，認(rèn)真檢查系統(tǒng)各處，觀察有無(wú)損傷痕跡，進(jìn)行排除，并縮小故障范圍。直觀一般包括：（1）詢問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)人員故障產(chǎn)生的過(guò)程、現(xiàn)象及加工情況；（2）查看CRT報(bào)警指示燈及報(bào)警信息，機(jī)床各部分工作狀態(tài)，保險(xiǎn)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(xiàn)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(shù)控系統(tǒng)已具備了一定的自診斷功能，具體可分為兩種：（1）啟動(dòng)診斷。它的機(jī)制是從開機(jī)后到正常的運(yùn)行準(zhǔn)備狀態(tài)為止，自動(dòng)診斷整個(gè)硬件系統(tǒng)，為系統(tǒng)正常工作做好準(zhǔn)備。通過(guò)它可以測(cè)出系統(tǒng)大部分硬件故障。（2）在線診斷。它是通過(guò)CNC系統(tǒng)的內(nèi)裝診斷程序，當(dāng)在系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，自動(dòng)對(duì)數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、外部I/O及其他外部系統(tǒng)測(cè)試、檢查，并顯示有關(guān)狀態(tài)或故障信息。（3）離線診斷。當(dāng)CNC系統(tǒng)出現(xiàn)故障或判斷系統(tǒng)是否有故障時(shí)，往往需要停機(jī)進(jìn)行檢查，這就是離線診斷。它的主要目的是故障定位和修復(fù)系統(tǒng)，這樣力求把故障定位在更小的范圍之內(nèi)。

5.3 功能程序測(cè)試法

它是把數(shù)控系統(tǒng)的G、M、S、T、F功能用手工編程或自動(dòng)編程方法編織成一個(gè)功能測(cè)試程序，然后開啟數(shù)控系統(tǒng)來(lái)運(yùn)行這個(gè)功能測(cè)試程序，可快速判定系統(tǒng)哪個(gè)功能不良，以及故障發(fā)生的可能原因。此方法常用于以下情況：（1）長(zhǎng)期閑置的數(shù)控機(jī)床第一次開機(jī)測(cè)試檢查；（2）機(jī)床加工造成廢品又無(wú)報(bào)警而一時(shí)難以確認(rèn)是編程或操作的失誤；（3）數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)隨機(jī)性故障，一時(shí)難以區(qū)別是外來(lái)干擾還是系統(tǒng)穩(wěn)定性不好。

5.4 交換法

當(dāng)確定故障點(diǎn)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(tǒng)中兼容或相同的兩個(gè)板互換檢查，這樣可以通過(guò)觀察故障現(xiàn)象是隨之轉(zhuǎn)移還是故障依舊來(lái)判斷被懷疑的地方。

5.5 參數(shù)檢查法

在數(shù)控系統(tǒng)中有許多參數(shù)，它們是確定系統(tǒng)功能的重要依據(jù)，直接影響數(shù)控機(jī)床的性能，由于參數(shù)一般存放在RAM或磁泡存儲(chǔ)器中，一旦電池電壓不足或系統(tǒng)長(zhǎng)期不通電等原因都可能會(huì)造成參數(shù)丟失或混亂，進(jìn)而產(chǎn)生故障。應(yīng)根據(jù)故障特征，核對(duì)、校正參數(shù)，排除故障。

6 結(jié)束語(yǔ)

近些年來(lái)，隨著我國(guó)制造業(yè)水平不斷發(fā)展，對(duì)數(shù)控機(jī)床的需求也越來(lái)越高，也就急需數(shù)控機(jī)床維修人才，但數(shù)控機(jī)床綜合了諸如機(jī)械、電氣、液壓、計(jì)算機(jī)等多種技術(shù)，所以它的診斷也是較復(fù)雜、含金量較高的工作。通過(guò)加強(qiáng)對(duì)它的重視與對(duì)技術(shù)人員的培訓(xùn)，提高技術(shù)素質(zhì)，以此滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)對(duì)數(shù)控機(jī)床的需要。

參考文獻(xiàn)

[1]張志軍.數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2010.

[2]李英.數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2011.

[3]徐衡.圖解數(shù)控機(jī)床故障診斷[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

作者簡(jiǎn)介：王博（1993，2-），男，重慶市南岸區(qū)人，重慶理工大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化專業(yè)，本科，在校學(xué)生。