數控機床電氣控制系統的故障診斷與維護

鄧桂彪

摘 要：隨著計算機技術、電子技術及控制技術的發展，數控技術在機械制造業中的應用越來越廣泛，其擺脫了傳統加工方式的局限性，有著生產效率高、自動化程度高的優勢。但在應用數控機床電氣控制系統的過程中，由于操作或維護不當等各方面因素，很容易引起系統故障，影響系統正常運行?；诖?，本文從電氣控制系統與數控機床概述入手，明確了數控機床電氣控制系統常見故障及原因，之后針對性的探討了其故障診斷、排除方法與預防性維護措施，旨在為相關研究與實踐提供參考。

關鍵詞：數控機床；控制系統；故障診斷；維護

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A

數控機床是集電、機、氣與一體的機電設備，其電氣控制系統是保證其可靠運行的核心，一旦電氣控制系統出現故障，則會導致數控機床運行異常，影響生產。隨著數控技術的發展，數控機床電氣控制系統故障呈現出多樣化、復雜化的發展趨勢，有必要對診斷與維護相關問題進行研究和探討。

1.電氣控制系統與數控機床概述

1.1 電氣控制系統組成

數控機床電氣控制系統主要由3部分組成，分別是機床用PLC、外圍電壓電氣控制系統及執行機構，其主要功能是保證數控機床的正常運行。在使用的過程中，需要明確3部分聯系，全面了解系統功能。

1.2 電氣控制系統結構

數控機床電氣控制系統主要包括數控裝置（CNC）、伺服系統、機床強電控制系統構成，其中伺服系統包括主軸伺服和進給伺服兩個部分，機床強電控制系統主要包括可編程控制系統、繼電器解除控制系統等。

1.3 電氣控制系統故障原因分析

一般來說，電氣控制系統故障主要包括電源故障、線路故障和元器件故障等3種故障類型，要想實現正確的故障處理與排除，需要明確電氣控制系統故障原因，表1為部分電氣控制系統故障原因及排除方法。

2.數控機床電氣控制系統故障診斷檢測與排除

2.1 故障診斷

2.1.1 直觀診斷法。直觀診斷法是數控機床電氣系統故障最為直接也是最為常用的一種診斷方法，主要通過感官觀察機床聲、光、味等異常現象，從而確定故障位置，診斷故障原因，之后有針對性地進行故障處理。

2.1.2 自診法。隨著技術的進步，現代數控系統已經逐漸實現了故障自動化診斷，在工作期間，CNC系統可以利用自我診斷程序進行系統快速診斷，一旦發現故障，則會產生分類聲光告警，并在CRT上顯示，例如設定錯誤報警、伺服系統故障報警、操作錯誤報警等等，這樣就可以根據不同的報警內容來實現故障診斷檢測。

2.1.3 參數分析診斷法。對于數控機床電氣控制系統來說，保證參數設置的合理性至關重要，參數設定之后，數值不可更改。但需要注意的是，隨著電氣控制系統及相關數控設備的長時間運行，各個零部件不可避免地會產生磨損，導致性能出現變化，這會引起參數丟失或變化，影響機床的正常工作。因此，在進行故障診斷的過程中，可以采用參數分析的方式，根據參數異常變化來診斷故障，并合理調整參數，保證機床穩定、正常地運行。

2.1.4 置換及轉移診斷法。在確定故障原因的前提下，可采用置換診斷法確定故障部位，利用備用集成電路芯片、相關元器件及印制電路板等來更換存在疑點的部分，之后再行檢察和修復。在沒有備件且不確定故障部位的情況下，可采用轉移診斷法，將系統中相同功能的電路板、集成電路芯片或元器件等相互交換，觀察故障也隨之轉移，以此來確定故障部位。

2.1.5 儀器檢查診斷法。儀器檢查診斷法主要是為了檢查出故障源，如果能夠將故障源定位于具體的元器件，則可以準確地把握故障性質和原因，從而提升維修效率，降低維修成本。以電路板的檢測為例，可以將電路板特性參數輸入到電路板故障測試儀中，之后進行測試，參數對比找出故障源。

2.2 故障排除

2.2.1 初始化復位。在數控機床電氣控制系統運行的過程中，時常會出現突發故障，從而引起故障報警，針對突發故障，可以采用初始化復位方式來進行拋出，例如硬件復位、開閉系統電源等，在系統工作存儲區中，如果出現電池欠壓、拔插線路板或掉電而引起故障的情況，則可以進行系統初始化清除處理，并做好數據拷貝與記錄，在初始化清除之后，如果故障沒有排除，則說明不是軟件程序出現故障，需要進行硬件診斷。

2.2.2 參數更改和程序更正。系統參數是系統功能的重要依據，參數設定錯誤會導致系統無法行使正常功能，或出現故障。在數控機床電氣系統運行的過程中，用戶程序錯誤也可能會導致故障出現，引起系統停機，此時可借助系統搜索功能，搜索和檢查錯誤，之后針對性進行程序更正，保證系統的正常運行。

2.2.3 最佳化調整。最佳化調整主要針對的是伺服驅動系統和被拖動機械系統的一種調節方法，能夠實現最佳匹配調節，這種方法原理簡單，操作方便，借助帶有存儲功能雙蹤示波器或多線記錄儀來對操作指令與電流和速度反饋之間的反應關系進行觀察，對速度調節器積分時間與比例系數進行調節，在不產生震蕩的基礎上提升伺服系統動態響應特性，保證伺服系統最佳工作狀態。如果在工作現場沒有檢查設備，則需要工作人員結合自身經驗對電機起振進行調節，之后慢慢反向調節，觀察振動情況，指導振動消失為止，從而消除機床振動故障。

2.2.4 改善電源質量。電源波動、電源干擾等電源質量問題很容易引起數控機床電氣控制系統故障，對于電源波動來說，可以采用穩壓器來進行改善，對于電源高頻干擾來說，可以采用電容濾波法來消除干擾，以此來改善電源質量，減少電源板故障。

3.數控機床電氣控制系統的預防性維護

3.1 遵守操作規程

數控機床電氣控制系統的編程人員、維修人員及操作人員應當經過系統性的專業培訓，保證人員對系統程序、設備、特性等進行良好地掌握，在使用和操作的過程中，嚴格按照數控機床及系統使用說明。此外，應當避免誤操作而導致數控機床出現故障，例如，許多新上崗人員對數控機床操作還不夠熟練，很容易出現誤操作，從而導致系統出現故障，因此應當以相關規章制度為基礎展開維護工作，定期更換零部件，定期上潤滑油等。

3.2 定期維護磁盤閱讀機和紙帶閱讀機

數控系統參數、零件程序及用戶宏程序等都需要瓷盤閱讀機或紙帶閱讀機輸入到CNC系統內部。對于紙帶閱讀機來說，其讀帶部分一旦出現污物，則會導致讀入信息異常，出現錯誤，因此操作者應當定期檢查紙帶閱讀機，發現讀帶部分出現污物的時候，要用紗布蘸酒精擦拭。此外紙帶閱讀機主動輪滾軸、壓緊滾軸及瓷盤閱讀機磁頭等都對清潔性有著較高的要求，需要定期清理。同時要每半年對導向輥軸、張緊臂滾軸等加注一次潤滑油。

3.3 對整個數控系統電網電壓進行監視

一般來說，數控系統電網電壓允許波動范圍在15%～ 110%之間，一旦超出此范圍，輕則影響數控系統正常工作，重則損壞電子部件，甚至引發安全事故。這就需要實時監控電網電壓，一旦發現其電壓波動超過正常額定值范圍，則應當立即停機維修，查找故障原因，保證電網電壓的穩定性，以此來保證數控機床電氣控制系統運行的安全性與可靠性。

結論

總的來說，數控機床電氣控制系統的故障是多種多樣的，不同類型故障原因有著一定的差異性，因此維修和消除故障方法也不盡相同，需要結合具體情況針對性地選擇故障處理和維修方法。同時應做好預防性維護措施，從源頭上降低故障發生的可能性。

參考文獻

[1]孫道彬，劉麗.數控機床電氣控制系統的故障診斷與維護[J].價值工程，2011（3）：263-264.