數控機床故障診斷與維修方法

郝新成 鄧自清

摘 要：現如今，我國的數控技術的發展非常迅速，數控機床的應用相當普遍，隨之而來的就是數控機床的結構卻越來越復雜、種類也越來越多，那么在數控機床發生故障時，面臨的維修問題也就變得更加復雜，這就需要掌握一定的故障診斷方法和維修方法，盡快排除故障，保證機床的正常運轉。

關鍵詞：數控機床；故障診斷；維修方法

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：B doi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.06.041

0 引言

數控機床是集合機械、電子、液壓、氣壓氣動控制為一體的高新技術產物，是技術密集度及自動化程度很高的自動加工設備，由于各種原因，不可避免地會出現故障，如果得不到及時維修，生產將會無法繼續，會使企業經濟效益受到影響。

1 數控機床故障分類

1.1 機械方面故障

數控機床的機械部分主要包括：機床基礎件、主傳動系統、進給傳動系統、潤滑系統、冷卻系統、液壓系統、氣動系統、防護系統等。故障原因大多由于安裝、調試不正確，操作過程中發生失誤引起碰撞，從而造成機械傳動失靈、導軌運動摩擦阻力過大的現象。常表現為：切削振動大，傳動噪聲大，加工精度達不到要求，主軸溫升過高等。例如：進給軸的聯軸器松動，導致齒輪、絲杠、軸承缺油，導軌潤滑不良等機械方面故障。

1.2 電器方面的故障

電器故障分為強電故障和弱電故障。強電部分主要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路。這部分電路處于高電壓、大電流工作狀態，故障率較高。弱電部分包括CNC裝置、PLC控制器、CRT顯示器以及伺服驅動單元、輸入輸出單元等。弱電故障又有硬件故障與軟件故障之分，硬件故障是指上述各部分的集成電路芯片、分立電子元件、接插件以及外部連接組件等發生的故障。軟件故障是指在硬件正常情況下所出現的動作出錯、數據丟失等故障。

2 數控機床故障診斷的方法

引起數控機床故障的原因是多方面的，維修時不能只看故障的表象，要透過現象找到引起故障的根源，采取合理的診斷方法。

2.1 機械方面的故障診斷方法

機械方面故障診斷方法，一般采用直觀診斷技術，充分利用人的感官，采用問、聽、看、觸、嗅直接發現問題所在，原則上找到問題的所在，問題就解決了一半，再根據機械原理，修復出現問題的部位。例如，我校使用的華中數控車床，學生在使用過程中報告說機床有異響，在主軸旋轉時有“咯噔”“咯噔”的聲音，據學生反映前一段時間就有異響，只是聲音沒有這么大，停機用手轉動卡盤，發現阻力較大，懷疑是主軸軸承有問題，拆卸主軸后，發現主軸外圈有裂痕，主軸箱內已沒有油，原來軸承因為缺油損壞。更換新的軸承，加注適量的潤滑油后，故障排除。

2.2 電器方面故障診斷方法

2.2.1 系統自診斷法

維修時要充分利用數控系統的自診斷功能，根據CRT顯示器上顯示的報警信息，可判斷出故障的大致部位，再進一步利用數控機床的PLC功能來診斷，可快速找到出現問題的模塊。PLC程序是機床生產廠家根據機床的功能和特點，編制相應的動作順序以及報警文本，對過程進行監控，PLC在數控機床上起著連接NC與機床的橋梁作用，一方面，它接受NC的控制指令，在內部順序程序控制下，給機床側發出控制指令，控制電磁閥、繼電器、指示燈，另一方面根據機床側的反饋信號，將機床側的狀態信號發送到NC，PLC在對大量信號的處理過程中任何一個信號不到位，任何一個執行元件不動作，都會使機床出現故障。所以根據PLC梯形圖來分析和診斷故障，可以快速、方便的找到故障點，PLC梯形圖能顯示系統與各部分之間的接口信號狀態，只要熟悉有關控制對象的正常狀態和故障狀態，就能找到數控機床的外圍故障，它是故障診斷過程中常用、有效的方法之一。

2.2.2 常規測量檢查法

常規檢查采用感官來了解故障發生時所伴隨的各種異常噪聲、異常發熱、發熱元件表面的過熱變色、煙熏黑或燒焦、金屬燒結的亮點等。找出這些表面變化后，根據數控系統的組成及工作原理，從原理上分析各點的電壓與參數，利用儀器儀表對數控機床電路或元器件進行測量、分析、比較、判斷。運用這種方法對維修人員的水平要求較高，需對整個系統和各部分電路思路清楚，深入的了解才能進行。

2.2.3 部件交換法

這是一種在一定條件下采用的方法，就是將可能有故障的目標用備用板更換，或用機床上相同的板進行互換，然后啟動機床，觀察故障現象是否消失或轉移，以確定故障的具體部位。采用此法之前要確認：數控系統各種電壓正常，負載沒有短路。如某數控車床，故障現象為X軸不動，其它功能正常。通過分析數控系統、伺服驅動器和各電機間的連接框圖，從控制環節上看，故障可能出在數控系統、伺服驅動器或電機上，此時可以利用部件交換法來確定故障點，將X、Z軸電機電纜線互換，發現X軸伺服電機可以正常運轉，Z軸伺服電機沒有動作，此時，說明X軸電機正常，電纜恢復到原來位置后，再交換數控系統到伺服驅動器之間的電纜，發現X軸不動、Z軸正常，由此可判斷X軸驅動器有故障。

2.2.4 參數檢查法

加工程序出錯，系統程序、計算機運算出錯等數控機床軟件故障，往往就是由于參數變化或丟失造成的，此外，機床受外界電、磁場的影響也會造成參數變化，出現這樣的現象，要先檢查參數，若有變化，要先恢復參數，再查找其它原因。例如：長期閑置的機床，由于電池電量不足和電子元器件的性能變化，很容易造成參數丟失或變化， 檢查機床的參數情況，很容易找到故障所在。

3 數控機床維修過程

數控機床種類多，元器件多，所產生的故障原因復雜，在維修中，要根據實際情況進行處理，下面是數控機床發生故障時的維修過程。

3.1 充分掌握故障信息

在機床出現故障后，做好現場調查工作，通過對數控機床電氣的外觀判斷和與操作人員交流，形成對數控機床電氣故障的基本了解。要了解數控機床是怎樣出現故障的，出現的故障時的現場是什么樣子，要有條理的進行，不要急于動手，維修前，維修人員先熟知機床的各個元器件的連接情況，才能把維修工作做得更好，另外，維修人員對系統的熟悉程度和運用技術資料的熟練程度，決定了檢修排除故障的速度。因此必須掌握數控機床的安裝、使用、操作及維修方面的說明書，維修人員不但要了解機床的結構和動作，熟悉機床上電氣元器件的作用和位置，還要會操作機床，編制簡單的加工程序并進行試運行。根據現場調查的結果，結合數控機床的控制原理，掌握故障發生時，機床的報警號和報警信息是什么？指示燈和發光管的狀態怎樣。 如果沒有報警，系統處于何種狀態？ 故障發生在哪個程序段？正在執行何種命令？故障發生前進行何種操作？ 故障發生在何種速度下？軸處于何種位置？與指令值的誤差量有多大？ 以前是否發生過類似故障？故障是否重復發生？

3.2 分析故障原因，確定檢查的方法

在調查故障現象，掌握第一手材料的基礎上分析故障的起因。從故障現象著手，根據掌握的理論和實踐知識，列出多種可能產生該故障的原因，然后對這些原因逐點進行分析，排除不正確的原因，最后確定故障點。在分析故障原因時，思路要開闊，據機床硬件連接、信號邏輯等羅列出所有可能造故障的原因及可能解決的方法全部列出來，進行綜合、判斷和篩選，在對故障進行深入分析的基礎上，確定故障引起的原因，對癥下藥，排除故障。

3.3 故障的檢測與維修

一般來講，數控機床的機械部分的故障較易發現，電器方面的故障檢測難度較大，所以從經驗來看，要先檢查機械部分的故障，檢查機械零部件是否正常，行程開關是否靈活，液壓、氣動部分是否正常等，把這些看得見的故障首先解決好，再來檢查處理電器方面的故障。當出現電氣故障時，不要急于動手檢查，應先要謹慎考慮，再作相應的處理，這樣能更快、更有效地排除故障，否則適得其反會擴大故障。通常情況下，先在斷電的狀態下觀察、測量，分析，確定通電無危險后，再通電檢查，檢查電源是否正常，利用萬用表測量各部分電源電壓是否在機床允許范圍之內，數控機床出現報警故障時，要查看系統自診斷，根據自診斷的信息，查找故障的具體部位。

3.4 認真填寫維修記錄

在維修結束后，要認真填寫維修記錄，列出替換的零件清單。建立用戶檔案，有關故障現象、分析診斷方法、采用的何種維修方法以及遺留問題等都要做好詳細記錄，這樣使每次故障都有據可查，同時也可積累更多維修經驗，方便以后快速準確地排除此類故障。

4 結束語

數控機床的種類繁多，故障存在形式多種多樣，其維修方法有多種，維修時需要根據實際情況，對故障進行綜合判斷、分析，找到合適的檢查方法，從而快速的排除故障。同時，合理有效的日常維護與保養，可以大大降低數控機床故障率，使數控機床一直發揮應有的作用，從而提高經濟利益。

參考文獻：

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