數控機床電氣故障診斷及維修研究

陳 瀚

（1.山東濱州渤海活塞有限公司，山東濱州 256600；2.山東省發動機活塞摩擦副重點實驗室，山東濱州 256600）

0 引言

數控機床在機械制造行業中的應用具有質量可靠、加工精度高以及生產效率高等特點，現在已經得到了廣泛應用。數控機床實現了自動化生產，相比普通機床可釋放更多勞動力，且質量控制難度進一步降低。不過，電氣系統作為數控機床的核心部分，如果其出現故障，必定會影響到機床的運行狀態，導致產品無法達到質檢標準。因此需要總結以往經驗，確定各類電氣故障發生原因與診斷方法，爭取迅速排除故障，促使機床恢復到正常運行狀態，滿足生產要求。

1 常見電氣故障與診斷方法

1.1 電源故障

電源供電無異常是維持數控機床正常運行的前提，如果電源出現了問題，將會直接導致整個機床無法運轉，這也是電氣系統最基礎的常見故障之一。目前我國數控機床生產制造技術水平在不斷提高，但是很多情況下依然是選擇國外比較成熟的電子系統，確保設備軟硬件質量過硬。但是設備選用其他國家的電子系統，很多情況下電流電壓情況設計并不相同，這樣我國企業在選擇該類數控機床后，就需要面對電力供電存在的問題。并且在實際生產中還經常會遇到一些突發情況，導致電源出現異常，電氣系統死機以及數據庫信息丟失，甚至會導致整個機床系統癱瘓。為了解決此類問題，需要設置獨立的配電箱，避免與其他電氣設備共用。如果廠房所處區域電網供電不穩定，就需要安裝三相交流穩壓設備。另外，還需要對電源做可靠接地，減少漏電、串電問題的發生。為了提高數控機床電氣系統可靠性，可以對機床采用三相五線模式，而且要分隔開中線與接地線，避免相互接觸。

1.2 斷路故障

斷路是比較常見的電氣故障，主要是因為導線連接不可靠或者是電器元件被燒壞。導致斷路故障產生的原因較多，包括：接觸器觸點被燒灼，表面出現嚴重的氧化現象造成斷路；電器元件接觸不良，引出線壓緊螺絲松動等。在確定故障類型后，就可進一步分析原因，一般表現為元件表面損壞、接觸點接觸不良、接頭松動等。數控機床在運行過程中發生故障，根據設備表現初步判斷為斷路故障后，可選擇萬用表、電阻器以及電壓器進行檢測確定。即應用電阻器檢查系統電路是否為斷開狀態，并基于電路原理圖來采取分段的方法測量，并根據所測電阻值大小確定斷路位置。應用電壓器對機床電氣系統進行檢查時，則應將電路電源接通，基于電路圖來分段測量電壓，并根據所測電阻值大小確定斷路位置。另外，還可以選擇短接方法診斷，即對可能存在故障的路段進行短接，檢測電阻數值是否正常，如果問題消除則可確認此部位為故障點，否則需要進一步的檢測，直到確定故障位置。

1.3 開關與控制器故障

觸點燒灼后接觸不良，導致數控機床電氣系統中開關與控制器失效，影響數控機床的正常運行。為避免此類問題的發生，就需要選擇較大負荷的開關，并減少繼電器的使用。就實踐經驗可知，設置的繼電器數量越多，電路出現故障的可能性也就越大，尤其是改動過以及不易檢修的部位更容易發生電氣故障。很多情況下是因為缺少專業技術人員的支持，無法及時發現存在的隱患，再加上操作動作不規范，最終發展為電氣故障，影響數控機床的正常生產。

1.4 短路故障

如果正常電路中存在電勢兩點錯誤連接或者被電阻較小的導體接通，會造成電路內電阻減小，出現短路故障。當數控機床發生短路故障時，會導致機床控制操作系統執行程序混亂，甚至無法正常操控指令停機，對正常機械制造影響非常嚴重。導致電氣系統短路的原因比較多，例如：元器件絕緣外層老化嚴重，受潮后發生短路；導電材料入侵造成短路；繼電器或接觸器連鎖失效，通斷后會產生過強電弧，負荷超過最大設計值就會造成短路。短路故障發生后電流不會經過用電器，而是直接通過導線由正極流向負極，使電源更容易被燒毀。想要診斷確定短路故障位置，只需要分段斷開電路進行故障檢測排除，直到確定故障點、將故障解決。

1.5 計算機故障

計算機故障就無法對數控機床進行操控、無法開展正常的生產工作，一般多表現為鍵盤故障與報警故障。如果計算機突然斷電，很容易造成生產加工程序混亂以及相關數據丟失，必須要提前準備好后備電池，并記錄數控機床的機床參數，待電池電量過低即將失效時，電池會故障報警。診斷確認后要及時對電池進行更換，并檢查機床參數是否丟失，確保整個系統可以正常運行。如果操作時鍵盤輸入不順暢，例如字符輸入不成功以及程序無法復位消除等，可初步判斷為進按鍵接觸不良，需要進行修理或更換。如果故障依然存在還需要繼續對接口電路軟件以及電纜狀態進行檢查，確認是否連接出現問題，并及時處理解決。

2 數控機床電氣故障檢修原則與檢修方法

2.1 故障檢修原則

2.1.1 先靜后動原則

數控機床電氣故障診斷以及檢修均需要堅持先靜后動原則，以保證安全為主，采取從外部直觀檢查的方法，對故障類型以及部位做初步判斷。然后選擇專業技術手段和設備儀器，對數控機床電氣設備做動態檢測，精確判斷故障點，實現電氣故障的全面檢查與有效控制。

2.1.2 先公后專原則

待數控機床出現電氣故障后，首先需要檢查公共模塊是否存在異常，包括機床電氣中公用的接地系統、電源系統以及PLC系統等，確認無問題后在進行專項檢查[4]。這樣可以節省更多時間，提高數控機床電氣故障診斷與處理的綜合效率。

2.2 檢修方法

2.2.1 常規檢查法

安排經驗豐富的檢修人員負責，以實踐經驗作為依據，通過眼、鼻、耳、手等感官進行初步判斷，然后借助于專業簡單的工具儀器進行分析和判斷故障，確定故障原因，并采取相應的手段處理。例如通過聽、看、嗅、摸等方法來了解故障發生時伴隨著的異常噪聲、異常溫度、元器件表面異常顏色以及金屬燒結等問題，初步判斷故障原因與部位后，做更進一步的檢查確認。此種方法更加省時而且檢查效率高，但是僅適用于部分故障，對于特殊部位或者隱藏較深的故障還需要做更加專業的判斷和檢修。

2.2.2 自診斷方法

通過數控機床的數控系統來對發生的故障部位進行確定，并且分析判斷故障發生的原因，或者是預知系統劣化傾向，提前制定預防策略和解決方案，最大限度避免故障的發生，并將故障影響控制在最低。數控系統在啟動時，會自動對系統軟硬件做全面的檢測和初始化，假如在啟動過程中無法有效完成規定的診斷內容，系統將會自動報警，提醒技術人員根據報警信息做更進一步的檢查判斷，及時將故障問題處理掉。

2.2.3 參數檢查恢復法

對數控機床電氣系統做重新冷、熱啟動，然后通過PC 卡以及RS232 通信方式來對數控系統參數做故障排除，確定故障問題后采取措施應對解決，確保電氣系統可以始終維持在可靠的運行狀態下，滿足實際生產需求。

3 電氣系統故障檢修方法

3.1 系統復位處理

系統報警后可以對硬件采取復位處理的方法，或者是直接對系統電源重新開關機。如果系統工作儲存區出現掉線問題，電池電壓不穩定以及插頭松脫等，均可以采取復位處理方法。但是在拷貝系統數據時發現設備初始化后依然存在故障，就需要繼續針對硬件問題進行診斷檢修。

3.2 系統程序或參數調整

數控機床的運行需要有提前設定好的性能參數與生產程序作為支持，而系統參數也決定著系統本身的功能性。如果系統參數設置不合理，將會直接反映到零部件的生產制造中，情況嚴重的甚至會造成機床癱瘓。部分情況下機床維持正常運行狀態，但是用戶操作程序出現異常，也會產生電氣故障，導致整個機器停機。一旦遇到這種問題，就需要全面檢查系統各項參數，發現問題后對相關程序進行更正，促使系統恢復正常。

3.3 系統優化調整

對數控機床電氣系統進行優化調整，其具有一定針對性，即主要以機械系統和伺服驅動系統作為對象，通過優化調整確保其能夠科學匹配。該方法執行操作難度小，對設備的需求少，一般只需要一臺可存儲數據的雙蹤示波器和一臺多條線記錄儀就可實現。對記錄儀顯示的各項數據曲線進行觀察分析，適當調整速度調節器的積分時間，將伺服系統帶來的震蕩影響控制到最小，為系統穩定運行創造良好條件。

4 結束語

數控機床電氣故障種類比較多且表現形式與影響程度不同，但是要提高數控機床的生產效率，就必須要基于其電氣系統特點，對常見電氣故障進行可靠診斷，并采取有效手段進行檢修維護，最大限度地減少故障的發生。