淺談數(shù)控維修中的故障自診斷技術(shù)研究

李銀濤

（山東技師學(xué)院，山東 濟(jì)南 250001）

故障自診斷技術(shù)作為數(shù)控系統(tǒng)核心技術(shù)，其為系統(tǒng)性能系統(tǒng)性評估提供助力。利用自診斷功能，可將系統(tǒng)與主機(jī)間接口信號狀況進(jìn)行展示，從而判定故障發(fā)生的具體部位，是當(dāng)前維修行之有效的方式之一。數(shù)控機(jī)床結(jié)合多個(gè)模塊于一身，不僅包含機(jī)械、電氣，而且涉及液、氣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且自動(dòng)化程度較高，在我國制造業(yè)發(fā)展中扮演重要角色。由于數(shù)控機(jī)床自身的復(fù)雜性及多樣性，使其各系統(tǒng)以及檢測裝置受到影響，引起同一種故障成因呈現(xiàn)多元化，對設(shè)備利用率造成影響，因此，需積極應(yīng)用故障自診斷技術(shù)，確保數(shù)控維修中準(zhǔn)確識(shí)別故障點(diǎn)，以此確保機(jī)床穩(wěn)定運(yùn)行。

1 數(shù)控機(jī)床故障規(guī)律及診斷步驟

1.1 數(shù)控機(jī)床故障規(guī)律

數(shù)控機(jī)床與普通設(shè)備相比，其發(fā)生故障與使用時(shí)間密切相關(guān)，可利用浴盆曲線表示。整個(gè)使用生命周期中，根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)表明，數(shù)控機(jī)床發(fā)生故障的頻次，將其可歸納為三個(gè)階段，即早期故障、偶然性故障以及損耗故障。首先，針對數(shù)控機(jī)床而言，出現(xiàn)故障概率較高，是該階段最凸顯特征之一，且隨著數(shù)控機(jī)床使用磨合，其故障率逐漸趨于下降；其次，偶發(fā)故障期。數(shù)控機(jī)床粒徑各類調(diào)整、磨合后，逐漸進(jìn)入正常穩(wěn)定運(yùn)行階段，該階段中數(shù)控機(jī)床發(fā)生故障概率較低，且具有一定的穩(wěn)定性，可將其視為常數(shù)，偶然性故障形成核心因素是各類突發(fā)性因素；最后，損耗故障期。在數(shù)控機(jī)床使用末尾階段常見，隨著機(jī)床使用時(shí)間不斷推移，其故障發(fā)生概率呈上升態(tài)勢。該階段數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)故障，主要成因是由于機(jī)床持續(xù)性工作，零部件間磨損較為嚴(yán)重，加之部分操作人員未規(guī)范性操作機(jī)床，未給予系統(tǒng)性養(yǎng)護(hù)，使其快速進(jìn)入疲勞期，不同程度縮短機(jī)床使用時(shí)間，最終造成故障頻發(fā)。

1.2 數(shù)控機(jī)床故障診斷一般步驟

數(shù)控機(jī)床不管處于哪個(gè)故障階段，其故障診斷一般步驟均相同，當(dāng)數(shù)控機(jī)床發(fā)生故障時(shí)，除危險(xiǎn)及數(shù)控機(jī)床或人身安全緊急狀況，通常建議無須切斷電源，需盡量保持機(jī)床與原來狀態(tài)不變，并針對出現(xiàn)信號及現(xiàn)象做好全面記錄，主要包含：（1）數(shù)控機(jī)床發(fā)生故障現(xiàn)象，應(yīng)全面記錄；（2）明確機(jī)床發(fā)生故障時(shí)，給予維修人員的相關(guān)提示信號以及顯示內(nèi)容；（3）發(fā)生故障時(shí)機(jī)床處于狀態(tài)及具體位置。

數(shù)控機(jī)床一旦發(fā)生故障，需嚴(yán)格根據(jù)以下程序及要求實(shí)施：首先，全面掌握故障狀況。譬如，機(jī)床發(fā)生故障時(shí)，全部軸承均存在此種現(xiàn)象，還是定位于某一軸承；若最終定位于特定軸承，應(yīng)明確處于全過程還是特定部位。為全方位掌握故障狀況，應(yīng)對數(shù)控機(jī)床各部分進(jìn)行檢查，并進(jìn)行審核故障提示信號。若故障現(xiàn)場條件允許，建議開機(jī)試驗(yàn)確認(rèn)，便于快速、準(zhǔn)確定位故障發(fā)生部位以及形成故障成因。其次，根據(jù)現(xiàn)場數(shù)控機(jī)床實(shí)際狀況，鎖定故障范圍，明確故障源措施及趨勢。針對既形成的故障現(xiàn)象分析，通過現(xiàn)象看本質(zhì)，從淺入深，最終確定故障發(fā)生具體部位。需特別注意的是，部分?jǐn)?shù)控機(jī)床發(fā)生故障后，故障點(diǎn)與其他部分聯(lián)系缺乏緊密性，增加故障查找及確定難度，由于部分故障形成因素可能較多，無法通過常規(guī)方式，最終確定故障類型及部位，要求維修人員應(yīng)全面查找機(jī)床相關(guān)資料。構(gòu)建完善的故障形成鏈，確定鏈條上可疑的故障因素，最終從多途徑實(shí)施查找，將其可疑因素逐一排除。最后，遵循由表及里確定故障源。故障查找應(yīng)從簡單至難，從最外部逐漸深入內(nèi)部。難易程度主要包含兩方面：一方面，需考量維修技術(shù)的復(fù)雜程度；另一方面，需考量故障確定過程中，對數(shù)控機(jī)床裝卸裝配方面難易程度。

2 數(shù)控機(jī)床自診斷方法

2.1 開機(jī)自診斷

將數(shù)控機(jī)床接入電源，確保其處于通電狀態(tài)，系統(tǒng)內(nèi)部啟動(dòng)自診斷軟件核心模塊診斷，如硬件控制等，最終將檢測數(shù)據(jù)信息反饋于相關(guān)顯示屏上，為人們操作數(shù)控機(jī)床提供便捷。若檢測系統(tǒng)中部分信息未通過，可通過顯示屏將其故障信息及部位顯示，待開機(jī)全部項(xiàng)目通過診斷達(dá)標(biāo)后，方可進(jìn)入正常階段，通常軟件開機(jī)自診斷時(shí)間持續(xù)在1分鐘。但需特別注意的是，部分由硬盤驅(qū)動(dòng)的數(shù)控系統(tǒng)，其可能自診斷耗損時(shí)間較長。上述開機(jī)診斷，常見故障部位是電路板或芯片上，通常可將故障發(fā)生范圍確定，維修人員通過維修手冊，提出可能出現(xiàn)故障的若干個(gè)因素，并將其因素逐一排除，最終確定故障因素及發(fā)生部位。譬如，日本東芝機(jī)械公司TOSNUC-600系統(tǒng)，將其接入電源后，逐次實(shí)施自診斷檢測，并將其檢測結(jié)果反饋于顯示屏上。顯示屏上持續(xù)性停留于某一行上，無法進(jìn)入下一環(huán)節(jié)，表示該項(xiàng)自診斷無法通過。診斷內(nèi)容主要包含多個(gè)方面：（1）顯示主CPU軟件版本；（2）CRT及鍵盤檢查，診斷ZDC2電路板是否正常；（3）磁泡存儲(chǔ)器檢查，診斷ZBM1電路板是否正常；（4）參數(shù)過載。

針對數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行維修時(shí)，維修人員應(yīng)掌握該系統(tǒng)自診斷能力，確保遇見故障報(bào)警時(shí)，需將數(shù)控機(jī)床進(jìn)行關(guān)機(jī)重啟，系統(tǒng)再次實(shí)施自診斷技術(shù)，檢查其核心部分是否處于正常。譬如，日本數(shù)控火焰切割機(jī)，采用FANUC-6M系統(tǒng)。故障現(xiàn)象：每次通電進(jìn)行自診斷時(shí)，CRT顯示“SYSTEM ERRER901”,主板上發(fā)光管處于異常，系統(tǒng)難以正常運(yùn)作。分析診斷：維修手冊中，900-908號報(bào)警磁泡驅(qū)動(dòng)器故障，其中901號報(bào)警主要承擔(dān)開啟電源之后，沒有立即檢測磁泡初始點(diǎn)。針對磁泡驅(qū)動(dòng)類故障可將其存儲(chǔ)器進(jìn)行初始化，無須將其驅(qū)動(dòng)電路板進(jìn)行調(diào)換。根據(jù)上述實(shí)際維修案例，開機(jī)自診斷是數(shù)控機(jī)床核心部分重要保障措施，一旦檢測重要部位出現(xiàn)故障，系統(tǒng)立即切斷電源停止工作。

2.2 運(yùn)行自診斷

運(yùn)行自診斷主要指，數(shù)控機(jī)床處于正常狀態(tài)時(shí)，其內(nèi)部診斷程序?qū)ψ陨矶鄠€(gè)模塊進(jìn)行自行檢測，檢測其是否處于正常狀態(tài)，如PLC等，若一旦內(nèi)部模塊發(fā)生故障，將其相關(guān)故障信息顯示。此種診斷核心特征是，未將系統(tǒng)與電源切斷，此種診斷持續(xù)性實(shí)施。現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)，具有良好的運(yùn)行自診斷，不僅可將故障信息顯示于CRT上，而且可以診斷地址或數(shù)據(jù)為用戶提供各類機(jī)床信息。此類狀態(tài)信息涵蓋內(nèi)容較多，如CNC系統(tǒng)與機(jī)床間接口信號狀態(tài)、CNC與PLC間信號狀態(tài)等。

20世紀(jì)80年代以來，我國積極將PLC應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)中，并增設(shè)相應(yīng)的裝置，將內(nèi)部模塊發(fā)生故障以梯形圖直觀顯示，切實(shí)為維修人員準(zhǔn)確、快速維修提供便捷。如日本東芝公司制造的MPA-45120型數(shù)控龍門銑床，主要由于數(shù)控系統(tǒng)和直流主軸調(diào)速單元構(gòu)成。故障現(xiàn)象：機(jī)床實(shí)際工作過程中，突發(fā)性停止工作，并在CRT顯示PC4-00號報(bào)警。將系統(tǒng)關(guān)機(jī)后，且持續(xù)片刻后，將系統(tǒng)重新正常啟動(dòng)，但系統(tǒng)運(yùn)作不久后便又出現(xiàn)相同問題。分析診斷：PC4-00號報(bào)警為主軸單元故障。一旦主軸調(diào)速單元發(fā)生故障后，其及時(shí)將故障信號傳輸至PLC，最終顯示于顯示屏上。在PLC至NC信號中，輸出端傳輸主軸故障信號，可依托梯形圖直觀展示，便于維修人員及時(shí)掌握故障信號形成原因。從故障現(xiàn)象狀態(tài)分析，主要由于主軸單元輸送的電機(jī)過熱信號觸電閉合，最終形成報(bào)警信號。主電機(jī)過熱原因通常是銑頭切削深度過大，導(dǎo)致其電機(jī)工作電流超過最大限值，但檢查其均處于正常狀態(tài)，手部觸摸電機(jī)外殼，其溫度升高處于異常，檢查風(fēng)冷電機(jī)和風(fēng)道，發(fā)現(xiàn)風(fēng)道內(nèi)積滿塵埃。故障排除：將風(fēng)道蓋打開，清除其內(nèi)部塵土后排除故障。

2.3 脫機(jī)診斷

部分早期數(shù)控系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，需立即停機(jī)，利用專項(xiàng)故障檢測儀器，對系統(tǒng)實(shí)施脫機(jī)診斷。診斷過程中，需將其相關(guān)程序輸入數(shù)控系統(tǒng)中，通過計(jì)算機(jī)運(yùn)行診斷程序，測試診斷部位，最終確定是否存在故障。譬如，德國制造數(shù)控火焰切割機(jī)，采用MG12SE10型數(shù)控系統(tǒng)。故障現(xiàn)象：調(diào)換該系統(tǒng)RAM板上四節(jié)鋰電池，對其更換時(shí)需進(jìn)行切斷電源，造成其系統(tǒng)中程序丟失。當(dāng)使用系統(tǒng)進(jìn)行重新輸入時(shí)，出現(xiàn)異常現(xiàn)象，機(jī)器無法正常工作。分析診斷：逐步根據(jù)故障基本現(xiàn)象判定，可能包含多個(gè)故障因素，需對其進(jìn)行逐一排查，最終確定故障成因，如CPU故障、閱讀機(jī)質(zhì)量較低。利用脫機(jī)方式，對閱讀機(jī)進(jìn)行測試，最終測試結(jié)果為第2數(shù)據(jù)沒有可靠性。故障排除：用雙線示波器的全孔紙帶，將閱讀機(jī)數(shù)據(jù)波形進(jìn)行調(diào)整，將第二孔波形寬度進(jìn)行調(diào)整，確保其與其他位置寬度相同。完成調(diào)整之后，系統(tǒng)故障解決，紙帶順利進(jìn)入機(jī)器中。

3 結(jié)語

數(shù)控系統(tǒng)故障診斷現(xiàn)象較多，其表現(xiàn)形式不一，對數(shù)控系統(tǒng)故障分析判斷時(shí)，需關(guān)注數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床自身特點(diǎn)。對于維修人員而言，熟悉和運(yùn)用系統(tǒng)自診斷功能十分關(guān)鍵，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可通過系統(tǒng)自診斷故障，及時(shí)、準(zhǔn)確地為維修人員提供數(shù)據(jù)，降低故障診斷難度。