試論數控機床常見故障及維修處理

高永祥

摘要：近年來，數控機床在我國制造業中的應用日益普遍，由于其價格較高，在生產制造中是至關重要的一部分內容，因此，一旦該環節出現問題，不但會造成生產的停滯，還會導致企業經濟效益的縮水，品牌口碑也會因此下滑，由此可見，數控起床在企業生產所發揮的重要作用。然而，在企業生產管理中，重數控機床應用中功能發揮，輕維修養護的管理問題突出，極大地影響著機床運轉安全。基于此，本文將對數控機床常見故障及維修處理相關問題進行深入研究。

Abstract： In recent years， the application of the numerical control machine tool manufacturing industry in our country is increasingly common， because the price is higher， in the production and manufacturing is a vital part of the content， therefore， once the links appear problem， not only can lead to the stagnation of production， can also lead to economic efficiency of enterprises， brand reputation will therefore decline， thus it can be seen， CNC wake up plays an important role in the production of enterprises. However， in the enterprise production management， the heavy CNC machine tool application function play， light maintenance management problems outstanding， greatly affect the machine tool operation safety. Based on this， this paper will conduct in-depth research on the common faults and maintenance of CNC machine tools.

關鍵詞：數控機床;故障;維修處理

Key words： NC machine tool;the fault;repair processing

中圖分類號：TG659 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）03-0139-03

0 ?引言

數控機床故障診斷作為數控機床維修中的重要內容，因其在實際生產中出現的故障類型多樣，因此，在維修處理中需根據不同的故障類型做相應處理。由于數控機床結構具有復雜性、技術含量高的特點，且其在功能、用途方面具有差異性，所以，在實際運行中，一旦數控機床操作人員進行不合理操作，或設備運行環境不良時，則極有可能誘發數控機床故障的發生，給企業生產運營帶來不良影響和干擾。此外，由于數控機床維修過程相對復雜，因而，要恢復數控機床各項功能的發揮正常，需要維修人員對其常見故障類型做到了然于胸，掌握先進的技術手段，方可快速、準確的發展故障問題，及時解決。鑒于此，本文將從數控機床故障診斷中應遵循的基本原則入手，通過對實際生產中幾種基本故障類型的分析，在進一步總結幾種常用數控機床故障排除方法的基礎上，結合筆者多年的實踐工作經驗，有針對性的提出了幾點消處理故障的維修方法。

1 ?數控機床故障診斷中應遵循的基本原則

1.1 “先內后外”原則

數控機床，是集機械、液壓和電氣為一體的機床設備，如在生產中出現故障，則會綜合反映在這三個部分。為提升故障診斷效率，現場維修人員要遵循“先內后外”的基本原則做好排查，在非必要的情況下，最好不通過啟封或拆卸的方式來進行故障排查，此舉具有擴大故障范圍，損害機床元件的隱患，一旦操作不當，極有可能造成機床控制精度和整體性能的受損。

1.2 “由易而難”原則

當數控機床故障發生后，根據以往的經驗，筆者發現通常為多種故障并存，并交相掩映，只聽操作人員描述或觀察，往往不知道該從哪下手，面對此類情況，維修人員應堅持“由易而難”的原則，先解決相對容易的問題，然后逐步深入到難度大的故障，只有層層遞進，才能全面消除機床故障，從而將復雜的問題簡單化，簡單的問題消除掉。

1.3 “先靜后動”原則

所謂先靜后動，即在將故障機床斷電確保其處于非運轉狀態時，采取問詢了解、觀察測試、分析確認的方式先判斷故障類型是否為破壞性的，當得到肯定答案后再通電，然后做進一步的動態觀察，通過針對性檢測的方式來準確判定故障部位及類型。如在靜態排查中發現機床設備為破壞性的時，應在消除所有危險因素后才能通電，再進入到動態觀察階段，這是確保故障診斷安全的一個重要原則。

1.4 “從機到電”原則

由于數控機床包括多個構件組合而成的，其中，當故障為機械故障時，相對易于發現和處理，如故障來自于數控系統，則維修難度系數會升級。為減少故障診斷和維修中不必要的麻煩，盡可能的縮減維修時間，在故障檢修前，一般會先從機械性故障入手進行排查，以提升故障診斷效率。

2 ?數控機床診斷中常見的故障類型

2.1 根據故障發生部位的分類

根據數控機床故障發生部位的不同，故障類型主要包括：第一，主機故障。主要包括機械、潤滑、冷卻、排屑、液壓，啟動與防護等裝置。第二，電氣控制系統故障。此類故障還可分為弱電故障和強電故障兩大類型。其中，弱電故障主要包括CNC、PLC、MDI/CRT及伺服驅動單元、輸入輸出單元等;強電故障主要指的是控制系統中的主回路或高壓、大功率回路中的繼電器、接觸器、開關、熔斷器、電源、變壓器、電動機等電器元件及其組成的控制電路。其故障的發生率比弱電故障要高很多。

2.2 根據故障誘發因素分類

基于數控機床運行誘發其故障發生的誘因探究，其故障類型主要包括：第一，數控機床自身的故障。即由于數控機床自身的原因引起的，無關乎外部環境條件，在數控機床運行中出現的各類故障中，多數都屬此列。第二，數控機床外部的故障。由于供電電壓過低、環境溫度過高或外來振動和干擾等因素造成的數控機床故障，屬外部故障。第三，人為因素造成的故障。在企業生產中所使用的數控機床，因人為因素造成的故障類型中，約有1/3的故障源自人為因素，在人為故障中，出現最多的是新入員工，多是由于其經驗不足，操作不當引起。

2.3 根據故障性質分類

數控機床故障類型中，根據其故障性質的不同，可分為：第一，系統性故障。所謂系統性故障，指的是當滿足一定條件或超過某一設定的限度時，工作之中的數控機床必然會發生故障。第二，隨機性故障。隨機性故障，主要指的是處于同一工作條件下的數控機床，偶然或極少數的出現的一兩次故障，針對此類故障類型，部分文獻生稱其為“軟故障”[1]。

2.4 根據故障的指示形式分類

按照故障指示形式的不同，數控機床故障可分為如下類型：第一，有報警顯示的故障。在此類故障中，當報警顯示為指示燈部位時，維修人員則應清楚其故障來自于硬件報警;當報警來自顯示器時，則應清楚其故障來自于軟件報警。第二，無報警顯示的故障。面對此類故障問題，應及時做接線等做排查處理。

除此之外，根據故障的嚴重程度，還可劃分為危險性故障和安全性故障;根據故障的影響程度不同，可分為完全失效和部分失效的故障。

3 ?診斷數控機床故障的常用方法

3.1 直觀檢查法

直觀檢查法，指的是維修人員根據自己的經驗，即通過對故障中出現的光、聲和味等來進行直觀觀察，先圈定可能存在故障的區域，然后再判斷故障類型。具體方法為：第一，問。通過對操作人員進行生產情況、故障時的情況的詢問，來了解故障發生情況。第二，看。結合自己的目測查看CRT報警信息、報警指示燈、熔絲斷否、元件煙熏燒焦、電容器膨脹變形、開裂、保護器脫扣、觸點火花等基本情況。第三，聽。通過設備運行來聽是否存在異響問題，聽的重點應放在鐵心、欠壓和振動方面。第四，觸和嗅。通過對各種部件的接觸反應，感受其發熱、振動情況，及是否存在接觸不良等問題，通過嗅來判斷電氣元件是否存在焦糊味或其他異味，以精準判斷故障部位。在故障排除中，應確保整個檢查過程的安全，特別是通電環節更要小心，不得有半點馬虎。

如，在數控機床使用中，經過一段時間的運行會在CRT顯示器中彈出“無顯示故障”提示，此時的機床運行不受影響，當操作人員對其進行停機再啟動處理后，這種現象就會自動消失。經檢修發現，在設備處于工作狀態時，振動故障會導致這種情況的出現，由此可推斷為可能是設備中某些元件存在因接觸不好而產生的故障。此外，在實際檢修中，還出現過檢查顯示板時CRT顯示失靈的情況，此時，通過排查發現晶振的兩個引腳出現了虛焊松動問題，經焊接處理后，故障得以排除，數控機床性能恢復。

3.2 初始化復位法

在數控機床生產中，瞬時故障時有發生，通常表現即系統出現報警提示，面對這種表象，可采取硬件復位或開關系統電源的方式來進行故障清除，如在系統工作存貯區在掉電、拔插線路板或電池壓力不足等情況下出現混亂時，進行系統化清除必不可少。需要注意的是，在系統化清除之前，要將系統內的數據拷貝好，否則會造成數據丟失。如采用這種方法還是不能排除相關故障，則應進行硬件的故障排查。如，在數控機床運行中，在按下自動運行按鈕后，系統沒有任何反應，屏幕上只顯示菜單，但此時的手動和編輯功能并不受影響，且用戶程序、參數等均無異常，對于這種情況，可通過初始化復位法來對系統進行清零復位處理，以排除數控機床的故障。

3.3 換件診斷法

現代數控系統大多采用模塊化設計，根據其各部分功能的不同可分為不同的模塊。隨著現代數控技術的不斷更新，電路的繼承規模逐漸擴大，所應用技術的復雜性也在不斷提升，按照常規的診斷方法，幾乎不可能把故障在某個較小的范圍內進行有效定位。而在具體應用中，采用換件診斷法能快速減少停機時間，確定故障版，消除系統故障。

由于在數控系統中所應用的電路板、木塊、集成電路和其他零部件等的型號都一樣，所以，可通過互相交換的方式來查看故障問題是否存在轉移，以此來準確、快速的判斷故障發生部位。舉例來說，如在數控系統故障診斷中出現某個軸不能正常運行，出現爬行、抖動、不規則運動或只有某個方向動的情況時，通過此方法也能快速排查出故障點位。

在換件過程中，應注意以下事項：第一，更換電路板或組件之前應先斷電。第二，在更換電路板時，如PLV的I/O板上標有地址開關，在交換排查中做好對應設置值的改變。第三，如遇到部分電路板上有跳線或橋線調整電阻、電容時，所有的調換應和原板保持一致。第四，換件中的模板的輸入和輸出應保持一致，否則極易造成故障范圍的進一步擴大。第五，當確定替換部位為某一部分時，在替換前要先做好檢查，主要涉及與被換件關聯的線路和關聯電器，需確保其無故障后才能換新，以免造成新替換元件受損。

3.4 自診法

實際上，當前企業生產中所應用的數控機床的系統基本都有自診功能，且能對系統中軟硬件的工作狀態進行實時監控。通過數控系統的自診功能，可一目了然的知道系統和主機接口相關信息的狀態，根據這些故障代碼信息顯示，能快速判斷出故障類型是來自機械部分，還是數控部分，以提升故障診斷和維修實效。在此，需要維修人員了解的是，當硬件出現報警提示時，故障多來自數控系統和伺服系統，可通過對這兩部分指示燈的狀態觀察和功能說明來判斷故障所在;如報警音來自軟件，則應推斷出故障類型主要來自系統軟件、PLC程序和加工程序這三個部分，由于這幾個部分均有報警顯示，因此，在故障排查中可根據報警號來確定故障部件，然后結合設備說明手冊來進行處理。

除前述方法外，還可采用功能程序測試法、測量比較法、敲擊法、接口信號法、原理分析法、故障現象分析法、報警顯示分析法、功能程序測試法、啟動診斷法、在線診斷法、離線診斷法、交叉換位法、參數檢查法等進行故障排除，在此不做一一贅述。

4 ?數控機床常見故障的維修處理方法

4.1 報警不正常

機電部件是數控機床中的重要組成部分，當數控機床的數控系統發生無法重返參考點問題時，會出現報警異常，大多考慮是機床運行中，系統在尋找參考點時不能準確接收減速信號導致的。處理此類故障，維修處理工作應從如下方面入手：第一，檢查X軸和Z軸，看是否存在異常，一旦發現異常，應盡快手動恢復。第二，檢查開關，尤其是減速開關的信號，及各部件是否處于工作關閉狀態，此外，還包括開關和部件的完整度等。待排查完畢，根據具體的故障類型采取有效措施加以修復，保證數控機床性能的正常發揮。

4.2 主軸無法啟動

主軸不轉問題在數控機床應用中時有發生，即電源指示燈無恙，但電機無法啟動，可考慮馬達失靈、變流器故障、輸入信號失準等故障。此時，可行電機檢查、判斷逆變器的信號輸入情況和數控系統是否存在故障，再判定主軸的啟動情況，如主軸啟動為單向運行，則應在維修中去掉變頻器和電機;如主軸無法啟動，則應先后對逆變器信號、轉換器信號線及連線情況，待一切正常后輸入說明，觀察系統運行中的指示燈反應。此外，電器線圈驅動電路裝置檢查中，還應時刻關注指示燈情況，只有確保所有線路接觸正常，才能消除主軸不啟動故障。

4.3 導板無潤滑

數控機床導軌的潤滑度與其運行正常與否有著接關系，在判斷是否為導板無潤滑故障時，應先拆卸查看機床軌道，然后再看自動泵和進油管，如進油管沒有問題，則進一步拆卸油分離器，對泵內的油量及其通路進行檢查，并及時發現不正常之處，做潤滑處理。

4.4 刀架故障

刀架失效，多是由于刀架更換時電動刀架不能停下轉動導致的，對于此類故障，應對機床上的報警裝置及其說明情況進行檢查，相關說明應按提示輸入即可，應重點檢查系統的com（串行通信）端口有無輸出電壓，如有則及時清除，電壓測試用萬用表，如非此處故障，可推斷為系統問題，需對數控機床主板進行更換維護。此外，還有一種情況，即刀架郵箱連接故障也會誘發刀架問題。如系統的com輸出及連接不存在問題，但磁盤電路板開路，鑒于這種情況，應在故障排除中對烙鐵做重新焊接或轉動導線處理，如還是無法排除故障找出原因，需繼續通過換方向盤的方式來做進一步檢查，對排查出故障問題的部分，要及時和廠家溝通，聯系處理。

在刀架失效故障中，常見的維修處理方法包括：第一，對構造出現斷層的處理。在處理數控機床故障的過程中，數控機床傳動零件間的關系處理是重中之重。因此，在對數控機床零件進行檢查的過程中，要嚴格按照既定要求來調試數控機床零件，確保其達到預緊參數要求。由于其旋轉部件產生的噪音在數控機床應用中具有結構屏障的作用，因此，在維修處理中應對油分離器和油球部分做重點檢查，確保油分離器內未被堵塞，且不存在破損問題。此外，由于數控機床構造的特殊性，其內部結構只有壓入軸承，因此，要使機床機構不存在安全隱患，必須確保管道內壁光滑無阻，圓球飽滿，未見缺損。第二，對動作故障的維修處理。運動故障是數控機床應用中的常見故障，究其根源，主要在于機床自身的重量通常高于其參數設定的自重，因此，機床極易脫離機械手的控制，在處理此類故障問題時，應對工具重量有嚴格要求，不得高于標準水平，并第一時間更換已受損的機械手的夾緊銷，盡可能的擰緊工具釋放彈簧上的螺母。需要注意的是，在此類故障的維護處理中，螺母的最大壓力應加以嚴格控制，最大不能高于額定參數，否則將收到適得其反的維修效果。

在刀架故障處理中，最為常用且有效的方法是實驗法和測量法。前者是在開對開關或按鈕操作過程中，觀察與電路有關的接觸器和繼電器是否按既定要求動作在有序開展工作。若動作和電氣部件動作不同步，則基本可斷定為電氣部件及其相關電路存在故障問題。要進一步確定故障部位，只需通過逐項分析、檢查和檢測的方法進行排除即可;后者需要用到萬用表、萬用筆，檢查部位包括燈、故障區域內的電氣元件等。對生產企業而言，應加強數控機床的故障及維修處理管理，加強日常養護，明確個人責任，加強細節管理，以確保數控機床安全、穩定運行。

5 ?結束語

綜上所述，數控機床故障的成因不一而足，但任何一點故障都有可能造成不可估量的后果。因此，要求維修時嚴格遵守故障診斷基本原則，根據不同標準的故障類型，結合故障表象來分析、確定并排除相應故障，以節省故障排除時間，提升故障維修處理效率。身為一名數控機床管護人員，必須深刻認識到自身肩負責任的重大，在故障排除和維修處理中切不可盲目亂動，對工作中出現的數控機床故障問題，要在深入分析、精準排查、快速修復的基礎上加強日常維護管理，將數控機床故障問題消滅于萌芽狀態，真正做到知己知彼，百戰不殆，以提升數控機床故障及維修處理效率，達到事半功倍的處理效果。

參考文獻：

[1]關娜娜.數控機床常見故障及維修處理探究[J].內燃機與配件，2021（21）：172-173.

[2]田文杰，牛文鐵，常文芬，張大衛.數控機床幾何精度溯源方法研究[J].機械工程學報，2014（07）.

[3]蔣麗.零件的數控加工工藝分析[J].價值工程，2014（17）.

[4]劉思默.淺析數控機床常見故障及基本處理技術[J].內燃機與配件，2020.