数控机床故障诊断与维修

贾伟广

（西华大学，四川成都610039）

随着数控技术的飞速发展，数控机床被广泛应用于机械制造业，给传统制造业带来巨大的变化，使制造业成为工业化的领头军。数控机床是一种典型而复杂的机电一体化产品，种类繁多，形式多样，通常是集机械、电气、液压、气动等于一体的加工设备，其中任何一部分出现故障，都可能使机床停机，从而造成生产停顿，给企业的正常生产带来较大的影响。因此，提高数控机床维修人员的素质和能力，就显得十分重要。本文介绍了数控机床故障诊断与维修的一些原则和常用方法。

1 故障诊断的一般原则

数控机床主要由主机CNC装置、PMC可编程控制器、主轴驱动单元、进给伺服驱动单元、显示装置、操作面板、辅助控制装置、通信装置等组成。故障原因不外乎是操作错误、参数错误、外界环境及电源造成的故障、线路故障、器件损坏等。

通常的故障诊断原则有：

（1）先静后动。先在机床断电的静止状态下，通过观察测量，分析确定为非破坏性故障后，方可给机床送电。在工作状态下，进行动态的的观察、检验和测试，查找故障点。而对破坏性故障，必须先排除危险后，方可送电。

（2）先机后电。一般来说，机械故障较易察觉，而数控系统故障的诊断难度较大，先排除机械性故障，往往可以达到事半功倍的效果。

（3）先外后内。根据机床故障原因调查统计，80%以上来自于外部原因，只有不到20%是内部原因引起的。因此维修人员应由外向内进行排查，尽量避免随意启封、拆卸，否则可能会扩大故障，使机床精度减弱，降低性能。

（4）先简后繁。当出现多种故障互相交织掩盖，一时无从下手时，应先解决容易的问题，后解决难度较大的问题。如果是功能性的故障，就应先从执行元件入手，看看气缸、电磁阀、电机、接触器等，是否存在卡滞等性能下降现象；然后是传感器、行程开关等输入信号元件；再次是电气接头、插件、活动的电线电缆等部位。这些外部元件受环境因素影响较大，比如磕碰、腐蚀、积尘等。还有元件本身的润滑不良和机械磨损等原因，都决定了它们常是故障的根源。通常，简单问题解决后，难度大的问题也就变得容易了。

2 故障诊断与维修的常用方法

2.1 常规检测法

是通过观察或借助简单的工具确定机床故障的方法。这种方法应先弄清楚故障的症状，有何特征及伴随情况，将故障范围缩小到一个模块或一块印刷电路板。它可以简单地归纳为4个字：“问，看，嗅，摸”。问，就是调查情况，在诊断故障前，修理人员询问操作手故障发生前的机床运转情况，产生在哪道程序及时间，操作方式是否得当等；看，就是观察，仔细检查有无保险丝烧断，元器件有无烧焦或开裂等情况；嗅，就是从机床散发出的某些特殊气味来判断，如某些元件烧焦的气味；摸，就是用手触试可能产生故障的温度、振动情况，以及元器件有无松动等。

2.2 测量比较诊断法

数控机床的生产厂家为了调整、维修机床的便利，在印刷电路板上往往设计了多个检测用的端子。用户也可利用这些端子，将怀疑有故障的印刷电路板同正常电路板进行比较。通过测量这些端子的电压与波形，可以分析故障的具体部位与原因。维修人员如果能在机床正常状态时，留心记录这些印刷电路板的测量端子，或一些关键部位的电压值和波形，在机床出现故障时，查找故障部位及原因将会更加方便。

2.3 自诊断法

现代数控系统具有很强的自诊断能力，当数控系统一旦出现故障，借助系统的诊断功能，可以迅速、准确地查明原因，并确定故障部位。因此，对维修人员来说，熟悉系统的自诊断功能是十分重要。包括开机自诊断和运行自诊断。开机自诊断，就是数控系统通电后，系统自诊断软件会对系统最关键的硬件和控制软件检查，如CPU、RAM、ROM等芯片，I／O口及监控软件。如果正常，将进人正常操作界面，如检测不通过，即在液晶上显示报警信息或报警号，指出哪个部分发生了故障，将故障原因定位在一定的范围内，然后通过维修手册找出造成故障的真正原因，根据书上的说明进行排除；运行自诊断，是数控系统正常时，运行内部诊断程序对系统本身，位置伺服单元以及数控装置相连的其他外部装置进行自动测试，并显示有关信息和故障信号。只要系统不断电，这种诊断将会反复进行下去，不会停止。诊断信息包括CNC与机床之间的I／O接口，CNC内部各存储器的信息，伺服系统的状态信息，MDI面板操作面板的状态信息等。

2.4 局部升温法

数控系统经过长期运行，元器件均要老化，性能变坏。当它们尚未完全损坏时，出现的故障会变得时有时无。这时可用热吹风机或电烙铁等，来局部升温被怀疑的元件，加速其老化以便彻底暴露故障部件。当然，采用此法时一定要注意元器件的参数，不要将原来好的元器件烤坏。

2.5 功能程序测试法

功能程序测试法，就是将数控系统的常用功能和特殊功能用手工编程或自动编程的方法，编制成一个功能测试程序，送入数控系统，然后让数控系统运行这个测试程序，借以检查机床执行这些功能的准确性和可靠性，进而判断出故障发生的可能原因。

3 结束语

随着科学技术的发展以及CNC技术的成熟与完善，更高层次的诊断技术已经出现，如自修复系统、通信诊断系统等等，这些新技术的发展及应用，将给数控机床故障诊断提供有效的方法和手段。尽管如此，鉴于数控系统和机床本身的种类繁多，功能各异，不可能找出一种适合所有各种数控机床、各类故障的通用诊断方法。因此，在实际应用中，要对上述诊断方法综合运用，才能保证获得正确的诊断结果。

[1]卓迪士.数控技术及应用[M].北京：国防工业出版社，1997.

[2]刘启中.现代数控技术及应用[M].北京：机械工业出版社，1999.

[3]潘海丽.数控机床故障分析与维修[M].西安：电子科技大学出版社.2006.

[4]任建平，白恩远，等.现代数控机床故障诊断及维修[M].北京：国防工业出版社，2003.

[5]彭跃湘.数控机床故障诊断与维护[M].北京：清华大学出版社，2006.