數控機床故障診斷及處理

李夢京

摘要：數控機床具有加工精度高、加工質量穩定可靠、生產效率高、適應性強、靈活性好等眾多優點，在各個行業受到廣泛歡迎，由于它是集強、弱電于一體，數字技術控制機械制造的一體化設備，一旦系統的某些部分出現故障，就勢必使機床停機，影響生產，所以如何正確維護設備和出現故障時能及時診斷就是保障生產正常進行的關鍵。

關鍵詞：數控機床；故障診斷；處理

引言

隨著我國加工制造業的發展，以微電子技術為基礎，以大規模集成電路為標志的數控機床在我國得到了廣泛的應用，并給制造業帶來了較高的經濟效益。數控機床中，大部分的故障都有據可查，而有些故障CNC系統提供的報警信息相對比較含糊甚至根本沒有任何征兆，甚至出現故障的周期較長，沒有規律，不定期，這些疑難故障給查找分析帶來了很多困難。對于這類數控機床故障，需要對具體故障情況做具體檢查和分析，逐步縮小故障范圍，而且檢查時特別需要機械、電氣、液壓等方面進行綜合判斷，不然就很難快速、正確地找到故障的真正原因。

1.數控機床故障的類型

數控機床是機電一體化的產物，技術先進、結構復雜。數控機床的故障也是多種多樣、各不相同，故障原因一般都比較復雜，這給數控機床的故障診斷和維修帶來不少困難。雖然數控機床有很多種，但數控機床發生的類型可分為兩類：系統性故障、隨機故障。

系統性故障是指只要滿足一定的條件，機床或者數控系統就必然出現的故障。例如電網電壓過高或者過低，系統就會產生電壓過高報警或者過低報警；切削量過大時，就會產生過載報警等。隨機故障是指在同樣條件下，只偶爾出現一次或者二次的故障。要想人為地再現同樣的故障則是不容易的，有時很長時間也很難再遇到一次。這類故障的分析和診斷是比較困難的。一般情況下，這類故障往往與機械結構的松動、錯位，數控系統中部分元件工作特性的漂移、機床電氣元件可靠性下降有關。

2.數控機床的故障診斷方法

2.1動態梯形圖診斷法

通過動態梯形圖信號的明暗或顏色的變化來判定故障的具體部位，這種方法對機床廠家編制的報警號的故障診斷特別有效，但要求維修者必須理解并掌握PMC具體控制原理，新型PMC還具有信號跟蹤功能和強制功能，可以幫助分析故障出現前后系統輸入/輸出信號狀態的變化情況及信號無效是由系統內部還是由系統外部信號導致的，從而更加完善了這種診斷方法。

2.2自診斷功能法

數控系統的自診斷功能，已成為衡量數控系統性能特性的重要指標，數控系統的自診斷功能隨時監視數控系統的工作狀態。一旦發生異常情況，立即在CRT上顯示報警信息或用二極管指示故障的導致起因，這是維修中最有效的一種方法。通常有硬件報警指示和軟件報警指示兩種。硬件報警指示：這是指包括數控系統、伺服系統在內的各電子電器裝置上的各種狀態和故障指示燈，結合指示燈狀態和相應的功能說明便可獲知指示內容及故障原因與排除方法。軟件報警指示：如前所述的系統軟件、PLC程序與加工程序中的故障通常都設有報警顯示，依據顯示的報警號對照相應的診斷說明手冊便可獲知可能的故障原因及故障排除方法。

2.3儀器檢查法

儀器檢查法使用常規電工儀表，對各組交、直流電源電壓，對相關直流及脈沖信號等進行測量，從中找尋可能的故障。例如用萬用表檢查各電源情況，及對某些電路板上設置的相關信號狀態測量點的測量，用示波器觀察相關的脈動信號的幅值、相位甚至有無，用PLC編程器查找PLC程序中的故障部位及原因等。

2.4功能參數封鎖法

所謂參數封鎖法就是通過修改系統參數來判定故障是系統內部故障還是外部故障。數控機床某些控制功能由系統參數設定，通過參數維修數控機床是一種高效快捷的方法。如某一數控機床進給采用全閉環（位置檢測采用光柵尺）控制，加工中出現了位置反饋信號斷線報警，故障原因可能是光柵尺本身斷線或系統內部檢測電路故障。通過重新設定系統控制功能參數（FANUC-0i系統為1815#1設為“0”）及伺服設定參數，使系統由原來的全閉環控制改為半閉環控制（通過參數封鎖了光柵尺），數控機床可以正常運行，則故障為光柵尺本身故障。最后仔細檢測發現光柵尺內部有油污導致反饋信號不良。

3.數控機床的處理及維護

在現場維修結束后，應認真填寫維修記錄，列出有關必備的備件清單，建立用戶檔案。對于故障時間、現象、分析診斷方法、采用排故方法，如果有遺留問題應詳盡記錄，這樣不僅使每次故障都有據可查，而且也可以不斷積累維修經驗。 對于數控機床來說，合理的日常維護措施可以有效預防和降低數控故障的發生機率。首先，針對每一臺機床的具體性能和加工對象制定操作規程，建立工作、故障、維修檔案是很重要的。其次，在一般的工作車間的空氣都含有油霧、灰塵甚至金屬粉末之類的污染物，一旦落在數控系統內的印制或線路電子器件上，就會引起元器之間絕緣電阻下降，甚至導致元器件及印制線路受到損壞。所以除非是需要進行必要的調整及維修，一般情況下不允許隨便開啟柜門，更不允許在使用過程中敞開柜門。數控機床目前一般都會采用專用穩壓電源，這樣提高電源負載能力。遇到強干擾時，可以采用接地，利用電容濾波法抑制高頻干擾，通過這些預防性措施減少供電開關電源的故障。

4.結束語

總之，對于數控機床的調試和維修，重要的是吃透控制系統的PLC梯形圖和系統參數的設置。出現問題后，應首先判斷是強點問題還是系統問題，是系統參數問題還是PLC梯形圖問題。要善于利用系統自身的報警信息和診斷畫面。只要遵從以上原則，一般的數控故障都可以及時排除。

參考文獻：

[1]徐玉秀等.復雜機械故障診斷的分形與小波方法.北京：機械工業出版社，2003

[2]石金艷，范芳洪，羅友蘭.數控機床中氣動系統的故障診斷與維修[J].液壓氣動與密封.2010（11）

[3]周文斌.《數控機床故障診斷與維修》，天津大學出版社.