數控機床系統的故障分析方法與處理淺析

孫宏成

（沈陽理工大學機械工程學院，遼寧 沈陽 110159）

數控機床的科學維護是保證數控系統正常運行的前提條件，深刻的影響著數控技術的發展與完善。本文以現代數控機床的基本構成為基礎，討論了數控系統相關的故障診斷與維修方法等內容。

1 數控機床維修人員的基本素質

數控機床的維修工作的水準首先取決于從業人員的素質，進行數控機床的維護人員具備的素質包括以下五點：（1）負責任的工作態度和敬業精神；（2）能夠熟練掌握計算機技術，知識體系完備，并且具有一定外語溝通能力；（3）及時掌握數控機床的發展動態，了解數控機床、以及PLC相關的工作原理，知曉CNC相關的編程語言；（4）熟知數控機床的結構特征，實驗技能與動手操作能力均較為出色；（5）維護數控機床涉及的各種測試儀器、儀表及工具均需要熟練掌握。

2 維修具備的前提條件

（1）數控機床的常用備品、配件需要提前準備；（2）微電子元器件的提供及時；（3）與維修相關的儀器、儀表等沒有故障；（4）設備的相關資料、使用手冊、說明書、調整與診斷說明書等等。

3 數控機床維修準備工作

當維修人員受到有關機床的維修要求后，盡可能的與機床的使用單位進行聯系溝通，這樣就可以在遠程提前了解機床故障現場的有關信息及大致情況。了解的內容一般包括數控機床結構中主軸驅動的型號、故障發生時的表象，用戶單位的備件儲存情況等，在遠程便可以提前對故障原因與部位進行初步分析，為后期去往現場準備可能會用到的技術資料及維修工具等，使得維修工作井井有條的進行。

4 數控機床的故障診斷

數控機床的現場維修是維修工作的核心內容。在故障現場診斷數控機床發生的一些列可能存在的原因，尋找故障發生的部位，替換故障配件，通過運行機床驗證數控系統能否恢復正常運行。這個過程中的診斷極為關鍵，診斷的內容涉及到了系統與外圍線路，檢測其是否有故障，定位出故障發生的確切位置。一般是由大到小的進行定位檢測，一些特殊情況下需要對元器件進行定位檢測。

4.1 故障初步判定

在收集的資料較完備的狀態下，由資料的內容便可得到故障發生的部位，也可以應用接口信號法進行檢測。現場觀察故障現象，定位故障發生的可能部位，依據故障表現的特征，對故障部位進行一一查驗。

現場檢測中，一般一處故障使用一種方法便可以查到，很多時候也需要使用多種方法合同檢測。對數控機床的熟悉程度決定了故障的判別方法選擇。

4.2 報警處理

如果數控機床發生故障的時候，數控系統會發出報警，故障的代碼或者文字會在機床的顯示屏上顯示出來。這是需要查閱數控系統的相關資料，知曉所涉及報警內容的具體含義以及處理方法。一般而言，數控系統給出的報警嚴謹而明確，維修人員根據故障代碼及所對應的處理方法便可以有效處理。

4.3 操作信息相應處理方式

機床的生產廠商會在其電氣特點的基礎上，使用計算機模擬系統將可能出現的故障信息輸入到數控系統之中，并且給予每種故障特定的標志，當故障發生時便可以及時在顯示器中表現，也可以進一步了解到相關的詳盡的報警信息。上述的故障報警能夠在排故手冊中找到處理方法，也可以參考電路圖與PLC程序，檢查其信號運行狀態，依據邏輯關系檢查故障點，及時處理故障。

4.4 未報警的故障處理

如果數控系統已停機，PLC無法進行時，或者是在沒有報警的情況下發生故障，這時候需要判定故障發生前后系統運行狀態，在現有的儀器認知基礎上分析，對數控系統故障做出客觀判斷。

5 常規故障的診斷方法

5.1 目測

對故障板詳細查驗，觀察故障板上是否有保險絲的燒斷以及元器件的物理損害等現象，電路是否有斷路、短路發生，以此基礎上來判定板內有沒有電流、電壓的超值等問題。

5.2 觸摸檢測

使用手指或者借助機械對元器件進行觸碰，特別是電容及半導體等是否發生了松動，這個方法能夠發現機床中一些斷腳以及虛焊等問題。

5.3 通電檢測

第一步是借助萬用表查驗電路中是否發生了斷路，假如沒有斷路發生就可以接入電源，觀察電路中是否有冒煙、點火等明顯現象。用手觸及元器件感覺其異常發熱現象，這種方法能夠發現較為明顯的一些故障 ，進一步縮小系統的檢修范圍。

5.4 儀器檢測

當數控系統產生故障后，使用常規電工檢測儀器、工具檢測故障部分的電壓、電源以及信號等，確定故障部位。假如電源的輸入電壓超過限度，必須對電源進行監控，可以使用電壓表檢測相應電壓，也可以用電壓測試儀對其實時監測，以排可以排除別的原因。例如在上海一個工廠的數控機床故障中數控系統發出報警，顯示的故障位置在環硬件部位，在示波器上發現有干擾信號出現，電路中添加一個電容，使得干擾信號得以過濾掉，保證了系統的正常工作。假如系統不能達到基準點的時候，采用示波器檢查其零標記脈沖存在與否，沒有存在的話，重點對測量系統進行檢查。

5.5 可編程器的檢測分析

假如數控機床中的可編程控制器產生故障，其故障原因多以中斷堆棧的形式存儲。在系統無法啟動的情況下，可以應用編程器調出系統中的中斷堆棧及塊堆棧，根據其判定出來的信息 ，進行故障診斷，這種方法是可編程序控制器檢修中最為常見的辦法之一。也可以采用可編程序控制器來檢測機床控制系統的接口信號，與用戶手冊中的正確信號進行比較，也能夠查出對應的故障位置。

5.6 備件替換診斷法

目前的數控機床設計大多采用模塊化的方式，數控機床按照功能的不同來劃分相應的模塊，近些年的技術發展日新月異，集成電路的規模也是也來越巨大和復雜，技術已經達到較高層次。傳統檢測故障的方法難以確定故障的具體區域。因此，在充分了解模塊所具有的功能和故障現象后，對發生故障的模塊進行初步判斷，替換可能發生故障的器件，這種方法能夠快速定位出產生故障的模塊。如果事先沒有準備診斷備件，也可以與待檢測模塊相似的其它現場模塊對其替換檢查。越來越多的數控機床維修診斷采用類似上述方法進行，檢測完后使用替代備件代替損壞模塊，這樣就使得整個系統能夠正常運轉，縮短了機床發生故障導致的停機時間。以上這種方法需要在系統未通電的狀態下進行，同時對線路板的型號、標記等認真查驗，確定其是否跨接相同，拆線的時候應做好相應的標記。

5.7 自診斷功能判斷

目前市場上流行的很多數控機床系統均具有強大的自診斷能力，系統自身通過實時自監測來及時判定各部分的工作狀態，并及時判定故障，給出報警信息，在一定范圍內做出保護系統的動作，避免了更嚴重的事故發生。但是有些硬件發生故障時，報警過程無法實現，有些數控系統是通過自帶燈光的閃爍組合做出相應的報警指示，能夠幫助維修人員準確地診斷出故障模板的位置。

6 結語

在實際應用中，數控機床的故障分析與處理并不是孤立存在的，二者之間沒有嚴格的界限，排除故障的方法很多，往往只需要其中的一種方法便可以排除故障，有時候也需要多方法同時進行。數控機床系統故障的處理能力主要與維護人員對數控系統的原理與結構掌握程度有關深度，豐富的維修經驗對數控機床的故障處理也十分重要。