數(shù)控系統(tǒng)故障診斷方法淺析

摘要：數(shù)控系統(tǒng)故障發(fā)生后，如何迅速診斷故障的出處并解決問題使其恢復正常，是提高數(shù)控設備使用率的迫切需要。本文對數(shù)控系統(tǒng)故障診斷的一般方法作了闡述。

關鍵詞：數(shù)控系統(tǒng) 故障診斷 一般方法

0 引言

數(shù)控機床具有機、電、液集于一身，技術密集和知識密集的特點，有較高自動化水平和生產(chǎn)效率。現(xiàn)今，數(shù)控設備的廣泛運用是工業(yè)企業(yè)提高設備技術水平有效手段，也是發(fā)展的必由之路。而數(shù)控設備的數(shù)控系統(tǒng)是其核心所在，它的可靠運行，直接關系到整個設備運行正常與否。也就是說，當數(shù)控系統(tǒng)故障發(fā)生后，如何迅速診斷故障的出處并解決問題使其恢復正常，是提高數(shù)控設備使用率的迫切需要。為此，可以采用以下的診斷方法：

1 直觀法

直觀法，即通過人的感官注意出現(xiàn)故障時（或故障發(fā)生后）的表象，判斷故障點。通過觀察故障表象，檢測維修人員可以直觀的了解故障部位和故障情況。該方法適用于元部件斷裂、燒焦或煙熏等簡單的數(shù)控系統(tǒng)故障診斷。另外，直觀法還可以檢查系統(tǒng)電纜是否接觸不良、松脫或斷開，這些故障點都是系統(tǒng)突發(fā)故障時首要考慮的幾方面因素。

例1：數(shù)控機床加工過程中系統(tǒng)突然停機。打開數(shù)控柜，通過直觀法了解到Y軸電機主電路保險管被燒毀。Y軸電機動力線外皮有硬物劃傷的痕跡，破損部位與機床外殼相互碰撞，致使系統(tǒng)短路，保險被燒斷。檢修人員將Y軸電機動力線換新后系統(tǒng)恢復正常運行。

2 CNC自診斷功能法

運用CNC系統(tǒng)數(shù)據(jù)快速處理功能多路、快速地采集并處理故障信號，再借助診斷程序展開邏輯分析判斷功能判定系統(tǒng)是否存在故障，并準確定位故障點。現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)自診斷功能主要有兩種形式，一是“開機自診斷”，即從每次通電開始到系統(tǒng)進入正常運行準備狀態(tài)為止，如果系統(tǒng)運行出現(xiàn)問題，CRT立即預警，通過發(fā)光二極管可初步定位故障點。二是故障信息提示。當數(shù)控系統(tǒng)在工作狀態(tài)下突發(fā)故障，編號、內(nèi)容可通過CRT顯示出來。維修工人通過CRT提示，在維修手冊上查閱相對應的編號和內(nèi)容，即可準確判定并排除系統(tǒng)故障。但此時需重視一點：一些故障可通過CRT提示和翻閱維修手冊即可準確排障，但在實際運行中，一些故障的起因往往隱匿于復雜的表象之下，實際故障點可能與CRT提示的內(nèi)容不相符，還有一些故障是由多種因素相互疊加共同作用的結果。面對形形色色的系統(tǒng)故障，維修工人首先要厘清各故障之間的內(nèi)在聯(lián)系，綜合考慮多方面因素來查找故障起因。通常數(shù)控機床診斷功能提供的故障信息越多，對故障診斷越有利。

3 功能程序測試法

該方法是借助數(shù)控系統(tǒng)自動編程功能（或直接進行手工編程），將系統(tǒng)的各項操作功能編寫成一個綜合的功能測試程序，輸入數(shù)控系統(tǒng)獨立運行，用以檢測系統(tǒng)功能的準確性與可靠性，繼而進一步診斷故障點及故障原因。

例2：FANUC6M系統(tǒng)的一臺數(shù)控銑床，在曲線加工過程中出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，但是數(shù)控系統(tǒng)通過自編功能測試程序的引導，可以完整的完成各項規(guī)定的動作，這表明數(shù)控系統(tǒng)運行狀態(tài)沒問題。繼而全面檢測曲線加工程序，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)變成中存在一項每加工一段就要進行一次到未停止檢查的G61指令，數(shù)控系統(tǒng)通過響應G61指令出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。了解這一狀況后，維修工人就用G64指令代替了G61指令，至此故障排除。

4 數(shù)據(jù)和狀態(tài)檢查

CNC系統(tǒng)自診斷，CRT不能進行故障預警，僅能通過多頁的“診斷地址”及“診斷數(shù)據(jù)”提示數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)及狀態(tài)信息，常見的有以下幾個方面：

4.1 接口檢查 數(shù)控系統(tǒng)和機床之間的輸入/輸出接口信號主要有CNC與PLC，PLC與機床之間接口輸入/輸出信號。診斷數(shù)控系統(tǒng)的輸入/輸出接口故障，通過CRT顯示開關量信號狀態(tài)，信號有無用“1”、“0”表示。維修人員通過狀態(tài)顯示，可以準確獲知數(shù)控系統(tǒng)與機床之間的信號傳輸是否順利，若傳輸過程存在故障，可第一時間準確定位故障點，繼而采取有效的措施排障。

4.2 參數(shù)檢查 當數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，維修工人先查看系統(tǒng)的運行參數(shù)。因為運行參數(shù)是在試驗和運行實踐中通過不斷調(diào)整獲得的，它對整個數(shù)控系統(tǒng)的正常運行起到至關重要的作用。系統(tǒng)參數(shù)的變動很可能引起數(shù)控系統(tǒng)動作異常，嚴重時可能引發(fā)系統(tǒng)故障。一般情況下，系統(tǒng)參數(shù)均存放于磁泡存儲器中，某些情況下也可能存儲在由電池保持的CMOSRAM中。如果電池受外界干擾導致電壓過低不能滿足數(shù)控系統(tǒng)運行要求，就可能造成系統(tǒng)參數(shù)變動或丟失。故障檢測時通過對系統(tǒng)參數(shù)的修正，故障點即可快速排除。

例3：G18CP4數(shù)控磨床，數(shù)控系統(tǒng)采用FANUC11M系統(tǒng)，故障發(fā)生后機床運行狀態(tài)異常，但CRT并未預警顯示故障信息。

故障發(fā)生后，全面檢查組成系統(tǒng)的各個元部件，如果各連接單元連接狀態(tài)良好，則初步判定是外界干擾使磁泡存儲器內(nèi)存儲數(shù)據(jù)混亂而引發(fā)系統(tǒng)故障，維修工人隨即全部清空磁泡存儲器中的信息，參考手冊將系統(tǒng)參數(shù)重新輸入數(shù)控系統(tǒng)中，系統(tǒng)恢復正常運行，故障排除。

5 報警指示等顯示故障

現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)除了具備自診斷功能以及狀態(tài)顯示等“軟件”預警功能，還有很多分布于電源、伺服驅動以及輸入/輸出等裝置上的“硬件”報警指示燈，這也是指示故障點及故障原因的重要元件。

6 備板置換法

將存在故障疑點的模板換新是快速排障的主要途徑。

例4：一數(shù)控系統(tǒng)啟動后CRT無故障信息預警，采用如圖所示的故障檢查步驟，即可判斷CRT模塊究竟有無故障。

模板換新前先查看關聯(lián)電路是否完好，以防換新后發(fā)生短路故障。換新模板選擇開關的跨接線型號必須與舊模板保持一致。有的備用模板安裝時還需調(diào)整電位器。存儲器換新需參考系統(tǒng)參數(shù)初始化才可以正常使用。

7 交換法

數(shù)控系統(tǒng)中的某些單元或功能模塊基本相同，進行故障檢測時可將相同的模塊或單元互換，以此確定故障點和故障轉移情況。通常，兩臺數(shù)控系統(tǒng)之間的相同模塊可通過交換法檢測故障點，此外在伺服進給驅動裝置的故障檢測與維修中該方法也經(jīng)常用到。

例5：TH6350加工中心旋轉工作臺抬起后不停勻速旋轉，且系統(tǒng)不預警。經(jīng)初步判斷，此類故障的故障點可能在旋轉工件臺簡易位控器上。為驗證故障點設想的準確性，考慮到該加工中心刀庫的簡易位控器和轉臺大致相似，于是維修工人嘗試著互換了刀庫和轉臺的位控器來檢測故障部位。互換時，刀庫位控器參數(shù)必須與轉臺位控器參數(shù)相一致。互換后，轉臺維持正常運行，但刀庫旋轉不止，由此斷定是轉臺位控器發(fā)生了故障。

8 敲擊法

數(shù)控系統(tǒng)由各種電路板組成，每塊電路板上會有很多焊點，任何虛焊或接觸不良都可能出現(xiàn)故障。若用絕緣物輕輕敲打不良疑點的電路板、接插件或元器件時，若故障出現(xiàn)，則故障很可能就在敲擊的部位。

9 測量比較法

實際運行中，每一模塊或每一單元上均已安裝檢測端子以便于故障檢測。實測時，運用萬用表、示波器等儀器設備，在檢測端子的輔助下獲得電平或波形數(shù)據(jù)，再把實測數(shù)據(jù)與標準數(shù)據(jù)進行對比，便可準確獲知故障點及相關情況。

10 原理分析法

基于CNC構成原理，以邏輯思維對各點邏輯電平及運行參數(shù)展開分析，結合系統(tǒng)各部件的工作原理進行故障診斷，并設定科學的維修方法。要通過該方法進行系統(tǒng)故障檢測，前提是維修人員必須全面掌握系統(tǒng)及其各部件的參數(shù)和性能。

例6：PNE710數(shù)控車床出現(xiàn)Y軸進給失控，不論是點動還是程序進給，導軌開始移動后只能通過緊急停止指令才能停止，否則就不停地移動。

基于數(shù)控系統(tǒng)位置控制基本原理，可準確獲知X軸的位置環(huán)上有一可能是位置反饋信號丟失的故障點，這樣，一旦數(shù)控裝置給出進給量的指令位置，所采集的實際位置的反饋一直是零，位置誤差始終存在，最終造成數(shù)控機床進給失控，拆卸位置測量裝置脈沖編碼器進行故障檢測，發(fā)現(xiàn)編碼器里燈絲已斷，導致無反饋輸入信號，更換Y軸編碼器后，故障排除。

除了上面介紹的幾種檢查方法外，還有局部升溫法，電壓拉編法及開環(huán)檢測法等。每一種故障檢測方法都各有所長。但是無論用哪一種方法，都需要維修工人仔細查看故障表象，必要時多種故障檢測法可綜合運用，以期準確獲知故障信息，快速定位故障部位，繼而采取有效措施逐步縮小故障范圍，最終達到排除故障的目的。

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