淺談數控機床電氣系統的維護和故障診斷

朱元興 孫凱

摘要：21世紀是信息科學時代，特別是計算機信息科學技術的快速發展帶來了企業生產及人們日常生活的巨大改變。在機械制造領域，信息化、智能化的數控機床已經非常普遍。正因如此，如何保證數控機床的正常運轉非常重要。本文中，筆者就數控機床運行的基礎——電氣系統的常見故障及問題處理進行研究。

關鍵詞：數控機床電氣系統；數控系統；故障診斷；日常維護

一、數控機床電氣系統的日常維護

維護電氣系統的穩定有序運行，是機械生產制造高效運行的基礎和前提。為有效降低電氣系統故障率，做好日常維護和保養非常重要。在實際生產中，主要通過維護元器件磨損、電氣組件損壞等方面著手做好電氣系統的維護。

1.制定完備的設備管理規程

針對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，包括保養內容及各個功能元器件的保養周期。

2.不隨便開啟電氣柜門

機加工車間的空氣中都含有灰塵、油霧及金屬粉末等污染物，如果它們落入數控系統內的印制線路板或電子器件上，很容易引起元器件之間絕緣電阻下降，甚至導致元器件及印制線路板損壞。因此一般不允許隨便打開柜門，除非要進行必要的調整和維修。

3.電壓檢查

經常監視數控裝置用的電網電壓，保證數控系統的電網電壓在額定值的+10%～-15%的范圍內波動，一旦出現超出正常的工作電壓，就會造成系統不能正常工作。

4.檢查電氣柜散熱通風裝置

經常檢查各功能模塊使用的冷卻風扇運轉是否正常，風道過濾網是否堵塞，并及時清除灰塵，否則會造成數控柜溫度過高，系統過熱而引發故障。

5.長期不用數控機床的保養

數控機床閑置不用時，應保證每月給數控系統通電，讓機床鎖住，使其空運行。如果數控系統閑置半年以上不用，要將電刷從直流伺服電動機中取出來，以免由于化學腐蝕作用使換向器表面腐蝕，造成換向性能受損，甚至損壞整臺電動機。

二、數控機床電氣系統的故障診斷與分析

故障的調查與分析是數控機床故障排除非常關鍵的階段，應做好這些工作：

1.詢問調查

出現故障后，應向操作者仔細詢問故障的全過程、故障現象及故障產生的背景情況，依此做出初步判斷。

2.現場檢查

對操作者提供的各種情況，進行現場分析檢查，仔細觀察工作寄存器和緩沖寄存器中尚存的內容，了解已經執行過的程序內容。觀察各個印制電路板上是否有報警紅燈，然后按復位鍵，如報警消失，故障多為軟件故障，否則屬于硬件故障。

3.故障分析

數控電氣系統上出現同一種故障的原因可能多種多樣，因此分析時要把相關的原因都列出來。一般情況下，對照機床配套的數控系統診斷手冊和說明書，可以列出產生故障的多種可能的原因。例如，CKA6150數控車床在正常運行中，主軸急停，并出現報警信息。造成的原因可能有：（1）主軸電機繞組短路：（2）主軸驅動桿上逆變送器用的晶體管模塊損壞；（3）電路板故障等。

4.確定原因排除準備

排除故障前，需要做一系列的準備工作，例如工具儀表的準備、局部的拆卸、零部件的修理，元器件的采購等。對多種可能的原因進行排查，從中找出本次故障的真正原因并解決。

三、數控機床電氣系統故障診斷的一般方法

1.直觀法

維修人員通過對故障發生時各種光、聲、味等異常現象的觀察，認真查看系統的各個部分，將故障范圍縮小到一個模塊或一塊印制線路板。例如，元器件有無燒焦或松動，印制線路板有無組件破損、斷裂、過熱，電氣柜和器件有無焦糊味，繼電器是否有跳閘現象，熔絲是否熔斷，電纜有無破裂和損傷等。直觀法是檢查故障的最基本方法，往往一絲異常，就是問題所在。

2.自診斷功能法

現代的數控系統已經具備了較強的自診斷的功能，可提供豐富的診斷信息，包括硬件、數控通道、標準循環、用戶零件程序等方面的診斷信息，能隨時監視數控系統的硬件和軟件的工作狀態，為故障診斷提供極大的方便。一旦發現異常，立即在面板上顯示報警信息或用發光二極管指示故障的大致原因，同時中斷運行而停機。利用自診斷功能，也能顯示出系統與主機之間接口信號的狀態，這樣可以判斷出故障是發生在機械部分還是在數控系統部分，并指出故障的大致部位。數控機床電氣控制系統的硬件是由各種電子元器件組成的，而各電子、電器裝置上等部件上都有各種狀態和故障指示燈，通過結合指示燈的亮與滅和數碼管的顯示狀態便可獲知故障所在位置及其類型。

數控機床停機故障多數是由軟件錯誤或操作不當引起的，所以系統出現故障后，要考慮先檢查軟件，這樣可以避免盲目拆卸機床而帶來許多麻煩。而軟件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。信號與報警指示分析法是當前維修時最為有效的一種方法。

3.參數檢查法

數控機床的參數設置是否合理直接關系到機床能否正常工作。數控系統發生故障而無報警時應及時核對系統參數，通常這些數值不允許修改。參數一般存放在磁泡存儲器或由電池保持的CMOSRAM中，一旦由于外界的干擾或電池電量不足，會使個別參數丟失或變化而引起混亂現象，使機床無法正常工作，這時通過核對修正參數，就能排除故障。經過長期運行的數控設備，由于繼續傳動部件磨損、電氣元器件性能變化等原因，也需對有關參數進行調整，如有關電氣時間參數設定、坐標軸精度定點補償等。有些機床的故障往往就是因為未及時修改某些不適應的參數引起的。當然，這些故障都是軟故障。這種方法對維修人員的要求很高，不僅要十分了解系統主要參數，而且要有豐富的電氣調試經驗。

4.儀器檢查法

通過使用故障診斷儀器儀表，力求將故障源定位在元器件上，做到這一點，才有可能降低維修費用并大大減少停機時間，并且能較徹底地了解故障的性質和原因。例如用示波器觀察相關的相位、電壓的幅值；用邏輯探針測量數字電路的脈沖、電平，可以粗略判斷邏輯芯片的好壞；進行CRT顯示器電路的維修；用PLC編程器查找PLC程序中的故障部位及原因等。

5.備件置換法

在分析出故障大致起因時，為了縮短停機時間，可以利用備用的印制電路板、集成電路芯片、模板或元器件替換有疑點的部分，然后再去檢查修復故障板。它實際上是在驗證分析、判斷的準確性。但在用備用電路板替換之前，必須先斷電，檢查備用電路板是否完好，同時檢查備用電路板的設置狀態與原電路板的狀態是否一致，有的數控系統在更換了主板后，還需要進行一些特定的操作。如FANUC公司的FS-10系統，應先輸入9000～9031號選擇參數，然后輸入0000～8010號的系統參數和PC參數。總之，一定要先仔細閱讀相關資料，嚴格按照要求進行操作，以免造成更大的故障。這種方法簡單易行，是現場判斷時常用的方法。

6.轉移法

當不能確定故障板又沒有備件的情況下，可以將CNC系統中具有相同功能的兩塊電路板、集成電路芯片、模板或元器件互相交換，觀察故障現象是否隨之轉移，從中判斷故障部位。實際上這個方法是備件置換法的另一種方式，注意事項與上述備件置換法類同。

綜上，這些方法各有其特點，按照不同的故障現象，可以同時選用幾種方法靈活應用，對故障進行綜合分析，才能逐步縮小故障范圍，較快地排除故障。

參考文獻

[1]王侃夫.數控機床故障診斷及維護[M].機械工業出版社，2001.