數控系統故障診斷實訓教學指導方法“三步曲”

姜愛國

（江蘇省聯合職業技術學院無錫交通分院，江蘇 無錫 214000）

0 引言

在數控機床的實訓教學活動中，引入大國工匠的典型案例，激發學生的求知熱情，除了教會學生正確操作機床以外，還要將在實際工作中可能碰到的系統方面存在的故障，通過仿真教學軟件模擬，現場演示，人為設置數控系統的一般故障，再結合生產實際與典型故障實例，引導學生循序漸進地掌握數控系統基本的故障的診斷方法，提高學生的認知興趣，使他們成為“演奏能手”，認真完成故障診斷的“三步曲”。

1 一步曲之數控系統故障

判斷時要求數控維修技術人員思維敏捷工作經驗豐富，熟悉數控機床的結構原理，掌握數控系統各模塊之間的聯系，具有伺服系統、機電、計算機和傳感器和關聯節點的專業知識。查找數控系統故障如中醫診斷病情一樣，通過望、聞、問、切，內外因相結合，利用我們的感官注意發生故障時（或故障發生后）的各種外部現象并判斷故障的可能部位。在發現故障的現場，通過觀察故障時哪兒有異響，哪里有打火發光，氣味異常，溫度驟然升高，運動部件的動作不同步、振動失常情況等，就能大致判斷出故障；還能結合各種電氣控元件的表面情況，從而進一步縮小檢查范圍。再者，檢查系統各種連接電纜有否松脫，斷開、接觸不良也是處理數控系統故障時首先需要想到的。

1.1 數控系統故障分析

1.1.1 數控系統組成

計算機數控系統（CNC）是以計算機為核心的數控裝置，CNC裝置是計算機數控系統的核心，它包括微處理器（CPU）、存儲器、局部總線、外圍邏輯電路以及與CNC系統其他部分聯系的接口及相應的控制軟件。由于數控系統工作的連續性和復雜性，所以很容易產生相應的故障。

1.1.2 CPU板的故障診斷

CPU板它是整個數控系統的核心，其中包括了PLC、CNC的控制、處理線路。CPU板上主要安裝有處理器、插補器、RAM、EPROM、通信接口、總線等部件，系統軟件固化在EPROM中。

當CPU板發生故障時，一般會有以下現象發生：

（1）屏幕無任何顯示，系統無法啟動，CPU板上的報警指示紅燈亮；（2）系統不能通過自檢，屏幕有圖像顯示，但不能進入CNC正常界面；（3）屏幕有圖像顯示，能進入CNC界面，但不響應鍵盤的任何按鍵；（4）通訊不能進行。

維修方法：一般情況下當CPU板發生故障時，只能更換新的CPU備件板。

1.2 伺服驅動系統方面

（1）伺服驅動系統損壞。這種情況一般由于電網電壓波動太大，或由電壓沖擊造成。還一些是由于特殊原因造成的損壞，由于雷擊變電站，并竄入電網而造成多臺機床伺服驅動系統損壞。

（2）無控制指令電機仍高速運轉。這種故障的原因是伺服驅動系統速度環開環或正反饋。

（3）正常走刀時出現聯動軸不同步，工作臺絲杠轉動異常，已加工表面異常，走圓弧插補軸換向出現凸臺，電機低速爬行，應該首先檢查硬件有無損壞，連接部分的調節有沒有到位，應逐一檢查調整使其恢復正常工作狀態。

（4）保險絲熔斷，或電機過熱燒壞伺服驅動系統。建議更換熔絲或者電機等[1]。

2 二步曲之系統硬件故障

數控系統品種很多，各型系統復雜程度參差不齊，功能各異，結構樣式也有差異。那么對于這樣復雜、綜合的系統，故障的診斷是存在一定的方法和規律的。這是指導學生實訓的關鍵，以下奏響故障診斷的第二步曲：

2.1 數控系統的硬件故障

出現硬件故障時會造成數控機床停機。對于這類故障的診斷，首先必須了解該數控系統的工作原理及各線路板的功能，然后根據故障現象進行分析，在有條件的情況下利用交換法準確定位故障點。通常情況下，一般只要求能夠根據模塊的功能結合故障現象，判斷、查找出發生故障的模塊，進行備件的替換。

2.1.1 數控系統故障LED報警顯示

數控機床控制系統多配有面板顯示器、指示燈。面板顯示器可把大部分被監控的故障識別結果以報警的方式給出。數控裝置上的LED發光管，用于顯示系統狀態和報警當CNC出現故障時，可以通過發光管的狀態，判斷系統運行時的狀態和出現故障的范圍。

2.1.2 有硬件故障時LED報警顯示

系統狀態的LED（紅色報警LED）報警含義可以參見數控系統的說明書。

2.1.3 顯示系統的故障診斷

系統顯示控制主要由LCD、視頻板等部件組成。LCD的作用是將視頻信號轉換為圖像進行顯示；視頻板的作用是將字符及圖像點陣轉換為視頻信號進行輸出。

LCD的故障診斷常見的一般有以下幾種情況：

（1）屏幕無任何顯示，該故障可能是顯示模塊熔絲熔斷，應更換熔絲。（2）屏幕無顯示，但仔細看，可看到有字符顯示，該故障可能是燈管損壞，應更換燈管。（3）屏幕出現部分內容不能顯示，通常是顯示屏線斷線或接觸不良，應檢查或更換屏線。

2.2 存儲器板的故障診斷

存儲器板發生故障時，一般有以下幾種現象：（1）系統死機，無法啟動。（2）存儲器上的軟件與CPU板上系統軟件不匹配，導致系統死機或報警。存儲器板發生故障時，若通過更換軟件仍然不能排除故障，一般應更換一塊新的備件板[2]。

3 三步曲之系統軟件故障

3.1 數控系統常見軟件故障

數控系統中的軟件大多數都是嵌入式軟件，與硬件有著緊密關系并且運行在特定的硬件環境中。據統計，嵌入式系統的運行失效中有75%是由其中的軟件失效所引起的。事實上軟件失效所導致的系統故障已經成為數控設備故障診斷中一個不容忽視的問題：

（1）軟件失效多數是由程序代碼中的固有錯誤所導致的，因數控機床系統參數設置不當，或者因意外使參數發生變化或混亂，這類故障只要調整好參數，就會自然消失。

（2）由于偶然原因使NC系統處于死循環狀態，這類故障有時必須采取強行啟動的方法恢復系統的使用。

（3）對于嵌入式軟件來說，軟硬件之間的接口錯誤也是導致軟件故障的一個重要因素。

3.2 軟件故障排除方法

3.2.1 系統軟件及數據的保護

PLC用戶程序、報警文本、NC與PC機床數據等數據是機床制造廠編制并經過調整、優化得到的數據，它是數控機床的關鍵，而且存儲于用電池供電的RAM存儲器子模塊中，因此清除和修改都很容易。一旦這些內容被改寫或丟失，整臺機床就不能正常工作，因此，應采取以下措施保護這些軟件和數據。

（1）將系統軟件和數據通過PCIN軟件進行備份，存儲于磁盤（或光盤）中，最好能打印成文字的形式，以便進行校對與手動輸人。

（2）系統軟件和數據可以通過操作清除和修改，這樣雖然給機床調整帶來了方便，但如果管理不善，也會造成人為的故障。特別是初始化操作，極有可能刪除系統軟件和數據，因此，應通過設置密碼與制定相應的制度，防止誤操作。此外，修改機床數據、進行初始化調整工作，最好通過維修人員進行以防止人為故障。

（3）系統有多種規格，各種規格的軟件自成體系。不同版本的軟件對啟動芯片有特定的要求，軟件不能混合使用，否則系統將不能正常啟動。此外，不同版本的軟件對機床數據的定義、調整方法，甚至工作狀態和顯示界面的配置也有差異。維修人員處理故障時，應針對不同的軟件版本，進行相應處理。

3.2.2 參數調整

指導并培養學生對系統參數的再認識能力。在設計和制造數控系統時，雖已考慮到系統的可靠性問題，但不可能排除外界的一切干擾；同時，人為誤操作使得系統參數變更也是可能的。所以，在診斷故障過程中，如果嘗試上述幾項方法后，問題仍不能解決，就應該核對數控系統對應參數，如果是參數變更引起的，這類故障便是我們的常說的“軟”故障，查到了癥結所在，所有的問題才能迎刃而解。

4 結語

以上的實訓指導過程中的“三步曲”，各有特點及適用范圍。對于較為復雜的故障，需要將“三步曲”同時演奏，正確判斷出故障起因和故障的具體部位，使學生不但知其然，而且知其所以然，才能產生較好的實訓教學效果，從而不斷提高學生發現問題解決問題的實際能力。