数控机床的维护保养与故障排除

宋俊伟

摘要：数控机床是高精度自动化装备, 价格昂贵, 为了保证机床长期安全平稳运行, 发挥更大效益, 需要注重数控机床的维护保养方法和易出现的故障及排除方法。

关键词：合理使用数控机床；维护保养；故障排除

引言

近年来，数控机床大量用于制造业中，成为企业生 产的关键设备，带来很大的效益; 但是数控机床的先进 性、复杂性、智能化高的特点，也使数控机床维护保养 工作要求较高，出现的故障种类增多，诊断较为困难。

1 合理地使用数控机床

1.1 数控机床的工作场地选择

避免阳光的直接照射和其它热辐射、避免太潮湿或粉尘过多的场所,尽量在空调环境中使用,保持室 温20℃左右。由于我国处于温带气候、受季风影响、温度差异大，对于精度高、价格贵的数控机床,应置于有空调的房间中使用；要避免有腐蚀气体的场所。因腐蚀气体易使电子元件变质,或造成接触不良,或造成元件短路,影响机床的正常运行；要远离振动大的 设备(如冲床、锻压设备等)。对于高精度的机床还应采用防振措施(如防振沟等)；要远离强电磁干扰源,使机床工作稳定。

1.2 数控机床的电源

数控系统对电源要求较严,一般要求工作电压为220V±10%。针对我国供电工况,对于有条件的企业,可为数控机床采取专线供电或增设稳压装置,以减少供电 品质差的影响，为数控系统的正常运行提供有力保证。

1.3 数控机床配置合适的自动编程系统

手工编程对于外形不太复杂或编程量不大的零件程序，简单易行。当工件比较复杂时(如凸轮或多维空间曲面等),手工编程周期长(数天或数周)、精度差、易出错。因此,快速、准确地编制程序就成为提高数控机 床使用率的重要环节; 为此，有条件的用户最好配置必要的自动编程系统,提高编程效率。

1.4 数控机床配置必要的附件和刀具

为了充分发挥数控机床的加工能力，必须配备必要的附件和刀具。切忌花了几十万元钱买来一台数控机床,因缺少一个几十元或几百元的附件或刀具而影响整机的正常运行。由于单独签订合同购买附件的单价大大 高于随同主机一起供货的附件单价，因此，有条件的企 业尽量在购买主机时一并购置易损部件及其它附件。

1.5 加工前的准备

加工前要审查工件的数控加工工艺性，应重视生产技术准备工作(包括工件数控加工工艺分析、加工程序编制、工装与刀具配置、原材料准备及试切加工等)以缩短生产准备时间,充分提高数控机床的使用效率。

合理安排适合在数控机床加工的各种工件，安排好数 控机床加工运转所需的节拍。

1.6 为维修保养做好准备

建立一支高水平的维修队伍，保存好设备的完整

2 数控机床的常见故障

2.1 故障发生的阶段

故障是指设备或系统因自身原因而丧失规定功能 的现象。发生故障具有相同的规律，一般分为三个区域:

初期运行区，故障率较高，故障曲线呈上升趋势，此 区故障多数属于设计制造和装配缺陷造成的；正常运行区，此时故障曲线趋近水平，故障率低，此区故障一般是由操作和维护不良造成的偶发事故；衰老区，此 区故障率大，故障曲线上升快，主要原因是运行过久、机件老化和磨损过度造成的。

2.2 故障的分类

按结构分为机械和电气两类; 按故障源分为机械 故障和控制故障两类; 就其数控系统而言分为硬件故 障、软件故障、干扰故障三类。要判断是机械方面故障还是控制系统故障，其分析方法是: 先检查控制系统，看程序能否正常运行，显示和其它功能键是否正常，有 无报警现象等; 再检查电机和检测元件，是否能正常运 转，有无间歇或抖动现象，有无定位不准等问题。如果 没有上述问题，则可初步判断故障原因在机械方面，着 重检查传动环节。检查传动环节时应使电机断电，用手 动并配合打表检查机器。

3 数控系统的常见故障分析

位置环。这使数控系统发出控制指令，并与位置检测系统的反馈值相比较，进一步完成控制任务的关键环节; 它有很高的工作频度，并与外设相联接，容易发生故障。常见的故障有: 1) 位控环报警: 可能是测 量回路开路，测量系统损坏，位控单元内部损坏。2) 不发指令就运动，可能是漂移过高，正反馈，位控单元故障，测量元件损坏。3) 测量元件故障，一般表现为无反 馈值; 机床回不了基准点; 高速时漏脉冲产生报警，可能的原因是光栅或读头脏了; 光栅坏了。

伺服驱动系统。它与电源电网、机械系统等相关联，工作中一直处于频繁的启动和运行状态，也是故障多发部位。其主要故障有：系统损坏。一般由网络电压波动太大或电压冲击造成。地区电网质量不好，会给机床带来电压超限，尤其是瞬间超限，若无专门的电压 监控仪，则很难测到。在查找故障原因时，要加以注意，还有一些是由于特殊原因造成的损坏；加工时工件表 面达不到要求，走圆弧插补轴换向时出现凸台，电机低速爬行或振动，这类故障一般是由于伺服系统调整不当，各轴增益系统不相等或与电机匹配不合适引起，解决办法是进行最佳化调节；保险烧断，或电机过热，以至烧坏，这类故障一般是机械负载过大或卡死。

电源部分。电源失效或故障的直接结果是造成 系统的停机或毁坏整个系统。一般在欧美国家，这类问题较少，在设计方面的因素考虑的不多; 但在中国由于电源波动较大、质量差，还隐藏有高频脉冲类的干扰，加上人为的因素( 如突然拉闸断电等)，这些原因可造成电源故障失控或损坏。再者，数控系统部分运行数据、设定数据以及加工程序等一般存贮在RAM存贮器 内，系统断电后依靠电源的后备蓄电池或锂电池保持。

因而，停机时间比较长，拔插电源或存贮器都可能造成 数据丢失，使系统不能运行。

可编程序控制器逻辑接口。数控系统的逻辑控 制(如刀库管理，液压启动等)，主要由PLC实现，必须采集各控制点的状态信息(如断电器，伺服阀，指示灯等)，它与外界繁多的各种信号源和执行元件相连接，变化频繁，发生故障的可能性较多，故障类型较多。

其它。由于环境条件，例如干扰，温度，湿度超 过允许范围，操作不当，参数设定不当，都可能造成停机或故障。不按操作规程拔插线路板，或无静电防护措施等，也可能造成停机故障甚至毁坏系统。

4 常见故障的排除方法

初始化复位法。一般情况下，由于瞬时故障引 起的系统报警，可用硬件复位或开关系统电源依次清除故障；若系统工作存贮区由于掉电、拔插线路板或电池欠压造成混乱，则必须对系统进行初始化清除，清除 前应注意作好数据拷贝记录; 若初始化后故障仍无排除，则需进行硬件诊断。

参数更改、程序更正法。系统参数是系统功能 的依据，参数设定有误可能造成系统的故障或某功能无效。有时由于用户程序错误亦可造成故障停机，对此可以采用系统的块搜索功能进行检查，改正所有错误，确保正常运行。

调节、最佳化调整法。调节简单易行的办法，可 通过对电位计的调节，修正系统故障。通过调节速度调节器的比例系数和积分时间，可使伺服系统达到既有 较高的动态响应特性，又不发生振荡的最佳工作状态。在现场没有示波器或记录仪的情况下，根据经验，先正 向调节使电机起振，然后向反向慢慢调节，直到消除震 荡即可。

备件替换法。采用好的备件替换诊断出的坏线路板，并做相应的初始化启动，使机床迅速投入正常运转，然后将坏板修理或返修，这是目前最常用的排故办法。

改善电源质量法。目前一般采用稳压电源，以 改善电源波动。对于高频干扰可用电容滤波法，通过这些预防性措施可减少电源板的故障。

维修信息跟踪法。一些大的制造公司根据实际 工作中属于设计缺陷造成的偶然故障，可以不断修改 和完善系统软件或硬件。这些修改以维修信息的形式不断提供给维修人员，以此做为故障排除的依据，有利 于正确彻底地排除故障。