数控机床的故障诊断与维修技术

　　随着世界制造业加工中心向中国的转移，外企的大量进入，带动了数控机床的大量应用。数控机床具有投入大，又集机、电、液于一身，具有技术密集和知识密集的特点，一旦出了问题，维修比较困难，对企业的影响较大。由于职教的相对滞后，现在数控机床的“使用难，维修难”问题，已经是影响数控机床有效利用的首要问题。

　　本文从实践出发，对数控机床故障的分析、诊断及维护，作详细剖析。

　　虽然数控系统有很多种，但从总体上来说，数控系统的故障可以分为三大类：硬件故障、软件故障、混合型及应用型故障。

　　硬件故障主要指数控机床存在硬件的损坏，这时需要拆机床，找到损坏的部件，加以更换或维修，工作量大且对机床的影响也大。

　　软件故障主要指数控机床的软件出了问题，不需要拆床子。由于数控机床的软件包括好几个部分，我们首先要判断是哪部分出了问题。第一部分指数控系统厂家做的，集成在启动芯片内，控制机床的启动及监控机床的运行，这部分程序机床厂家一般也取不出来，一般不出问题，一旦出了问题，就得找系统厂家来解决。如果床子长时间不用，那么每隔一段时间也要开一下，主要是给内部的电池充电，防止这部分监控程序由于断电而出问题。第二部分指PMC程序及内部参数的设置，一般出了问题后，用事先备份的恢复即可。像西门子系统具有在线诊断功能，一般也是通过互联网把相关参数回传，使系统恢复到初始状态。第三部分是指用户编的程序，一旦出了问题就不能正常加工出合格的零件。

　　应用型故障主要指由于操作人员技术不熟练，设置了错误的参数及其它错误的操作引起机床软故障，可能又会使机床产生误动作引起硬件的损坏，这样出现的软硬混合型故障。另一方面也包括由于操作人员对机床保养不当，引起机床性能不能正常发挥的故障。

3　数控系统硬件故障的检查与分析

3.2.1  系统的自诊断方法

　　（１）指利用数控系统的硬件报警功能。现代数控系统中设置有众多的硬件报警指示装置，如在NC主板上，各轴控制板上，电源单元，主轴伺服驱动模块，各轴伺服驱动单元等部件上均有发光二极管或多段数码管，通过指示灯的亮与灭，数码管的显示状态（如数字编号、符号等）来为维修人员指示故障所在位置及其类型。因此，屏幕不能点亮(电源模块有故障)的时候，我们可以借助审视上述各报警装置，观察有无报警指示，然后根据指示查阅随机说明书，依照指示来处理故障。

　　（２）要充分利用数控系统的软件报警功能。现今，CNC系统都具有自诊断功能。在系统工作期间，能定时用自诊断程序对系统进行快速诊断。一旦检测到故障，立即将故障以报警的方式显示在CRT上或点亮面板上报警指示灯。而且这种自诊断功能还能将故障分类报警。维修时，可根据报警内容提示来查找问题的症结所在。

3.2.2   常规检查

　　（１）外观检查。系统发生故障后，首先进行外观检查。运用自己的感官感受判断明显的故障，有针对性地检查有怀疑部分的元器件，看空气断路器、继电器是否脱扣，继电器是否有跳闸现象，熔丝是否熔断，印制线路板上有无元件破损、断裂、过热，连接导线是否断裂、划伤，插拔件是否脱落等；若有人检修过电路板，还得检查开关位置、电位器设定、短路棒选择、线路更改是否与原来状态相符；并注意观察故障出现时的噪音、振动、焦糊味、异常发热、冷却风扇是否转动正常等。

　　（２）连接电缆、连接线检查。针对故障有关部分，用一些简单的维修工具检查各连接线、电缆是否正常。尤其注意检查机械运动部位的接线及电缆，这些部位的接线易受力、疲劳而断裂。

　　（３）连接端及接插件检查。针对故障有关部位，检查接线端子、单元接插件。这些部件容易松动、发热、氧化、电化腐蚀而断线或接触不良。

　　（４）恶劣环境下工作的元器件检查。针对故障有关部位，检查在恶劣环境下工作的元器件。这些元器件容易受热、受潮、受振动、粘灰尘或油污而失效或老化。

　　（５）易损部位的元器件检查。元器件易损部位应按规定定期检查。直流伺服电机电枢电刷及整流子，测速发电机电刷及整流子都容易磨损粘污物，前者造成转速下降，后者造成转速不稳。纸带阅读机光电读入部件光学元件透明度降低，发光元件及光敏元件老化都会造成读带出错。

　　（６）定期保养的部件及元器件的检查。有些部件、元器件按规定应及时清洗润滑，否则容易出现故障。如果冷却风扇不及时清洗风道，则易造成过负载。如果不及时检查轴承，则在轴承润滑不良时，易造成通电后转不动。

　　（７）电源电压检查。电源电压正常是机床控制系统正常工作的必要条件，电源电压不正常，一般会造成故障停机，有时还造成控制系统动作紊乱。硬件故障出现后，检查电源电压不可忽视！检查步骤可参考调试说明，方法是参照上述电源系统，从前（电源侧）向后检查各种电源电压。应注意到电源组功率大、易发热，易出故障，多数情况电源故障是由负载引起，因此更应该在仔细检查后继环节后再进行处理，熔丝断了只换熔丝是不行的，应该查真正短路或过流过负载的原因。检查电源时，不仅要检查电源自身馈电线路，还应检查由它馈电的无电源部分是否获得了正常的电压；不仅要注意到正常时的供电状态，还要注意到故障发生时电源的瞬时变化。

　　所谓机械故障，就是指机械系统（零件、组件、部件、整台设备和设备组合）因偏离其设计状态而丧失部分或全部功能的现象。如机床的运动不稳（爬行或振动）、轴承噪音过大、机械手夹持刀柄不稳定等现象都是机械故障的表现形式。

4.1  数控机床机械结构的基本组成

　　（１）主传动系统，其功用是实现主运动。

　　（２）进给系统，其功用是实现进给运动。

　　（３）机床基础件（又称机床大件），通常指床身、底座、立柱、滑座和工作台等，它们是整台机床的基础和框架，其功用是支承机床本身的其它零部件，并保证这些零部件在工作时或者固定在基础件上，或者在它的导轨上运动。

　　（４）实现某些部件动作和辅助功能的系统和装置，如液压、气动、润滑、冷却、防护和排屑等装置。

　　（５）刀库、刀架和自动换刀装置。

　　（６）自动托盘交换装置，如双工位托盘自动交换装置。

　　（７）实现工件回转、分度定位的装置和附件，如回转工作台。

　　（８）特殊功能装置，如刀具破损检测、精度检测和监控装置等。

4.2  数控机床的机械故障的分类

　　数控机床的机械故障主要包括机械结构、润滑、冷却、排屑、液压、气动和防护等装置的故障。常见的主要故障有：因安装、调试和操作使用不当等原因引起的机械传动故障与导轨运动摩擦过大的故障。故障表现为传动噪音大、加工精度差、运行阻力大。例如，轴向传动链的挠性联轴器松动、齿轮丝杆与轴承缺油、导轨塞铁调整不当、导轨润滑不良、支撑轴承径向或轴向移动以及参数设置不当等原因均可造成以上故障。尤其应引起重视的是，机床各部位标明的注油点（注油孔）须定时、定量的加注润滑油（剂），这是机床各传动链正常运行的保证。另外，液压、润滑与气动系统的故障主要是管路堵塞和密封不良，例如液压骨架油封因长时间使用造成与之配合零件轴径方向磨损，研出沟槽，漏油、密封失效。因此，数控机床更应加强污染控制和根除三漏（漏油、漏气、漏夜）现象的发生。

　　数控机床的维修人员在长期的工作中，自觉不自觉的形成一种适合自己的工作顺序及维修思路，在诊断故障时所采用的步骤会因人而异。但一般来说，还是有其共性的步骤。

　　当机床出现故障时，从管理的角度，应使操作者停止机床运行，保留现场，除非系统电气严重的故障（如短路，元件烧毁）都不应切断机床的电源。由维修人员到现场分析机床当时的运行状态，对故障进行确认，在此过程中应注意以下的故障信息：

　　（１）故障发生时报警号和报警提示是什么？哪些指示灯和发光管指示了什么报警？

　　（２）如无报警，系统处于何种状态？系统的工作方式诊断结果是什么？

　　（３）故障发生在哪一个程序段？执行何种指令？故障发生前进行了何种操作？

　　（４）故障发生在何种速度下？轴处于什么位置？与指令的误差量有多大？

　　（５）以前是否发生过类似故障？现场有无异常现象？故障是否重复发生？

　　（６）有无其他偶然因素，如突然停电，外线电压波动较大，某部位进水等。

　　数控维修人员在每次维修后，都应该总结经验，不断积累，数控维修是一个涉及到多方面知识的的行业，所以平时要不断的学习，不断提高自己的水平。