数控机床的故障诊断与维修技术探讨

张 波，段兰兰

（怀化职业技术学院，湖南 怀化 418000）

数控机床融合机、电、光、液于一身，具有高、精、尖的技术优势，在众多行业中得到了广泛应用。与传统的机械设备相比，数控机床控制精度高，加工质量可靠，生产效率高，灵活性好，得到了各行业的好评。但由于机械的磨损、失效、锈蚀等问题，在使用过程中会出现数控机床的内部元件老化、控制电流和电压稳定性降低、温度过高过低、软件丢失等问题，都可能使机床产生故障。当数控机床系统的某个部分出现故障时，就必须停机停产，进行维修，从而影响了生产进度。因此，对数控机床的有效诊断和抢修就成为了生产过程中的关键。

1 数控机床故障诊断与维修界定

机床是人类进行生产劳动的重要工具，也是社会生产力发展水平的重要标志。普通机床已经经历了200多年的历史，随着电子技术和计算机技术以及自动化、精密机械与测量等技术的应用和发展，数控机床应运而生。在我国现代机械制造行业中，数控机床的应用已经十分广泛。

数控机床采用了计算机数控系统，因此也称为计算机数控机床或CNC机床。数控机床综合应用了计算机、自动控制、精密测量、现代机械制造和数据通信等多种技术，是机械加工领域中典型的机电一体化设备，适用于多品种、中小批量的复杂零件的加工。要保持数控机床的完好率，就要求对数控机床的可靠性、可维修性和可用性提出更高的标准，衡量可靠性的主要指标是平均故障间隙时间MTBF（Mean Time Between Failure），MTBF就是数控机床在使用过程发生了N次故障，每次故障修复后又投入使用。测其每次故障前工作持续时间为T1、T2……TN0，其平均故障间隙时间 MTBF=T/N。（T为T1、T2、TN0之和）。可维修性的衡量指标是平均修复时间（MTTR），MTTR是规定的条件虾和规定的时间内，机床在任一规定的维修级别上，修复性维修时间与在该级别上被修复产品的故障总数之比。简单地说就是排除故障所需实际直接维修时间的平均值，MTBF=TI/N。（T1为第I次修复时间，N修复次数），可用性是在要求的外部资源得到保证的前提下机床在规定的条件下和规定的时刻或时间区间内处于可执行规定的功能状态的能力。

2 数控机床故障的诊断

（1）功能程序测试法。这种方法是通过编制一个新的程序，该程序中包含了数控系统的特殊功能和常用功能，将该程序输入数控系统，检测在系统运行该程序时，机床运行这些功能的准确度和可靠性，以此来检测系统出现的故障，并判断故障出现的原因。

（2）系统自诊断法。数控系统具有自诊断功能，可以时刻监视数控系统的工作情况。当系统出现故障时，会马上在CRT上出现警告信息，操作人员可以通过发光二极管的相关指示找出故障原因，这在维修中起到了非常重要的作用。

（3）模块备件替换法。随着现代电路技术的发展，电路技术向集成电路方向发展，变得越来越复杂。当故障出现时，往往不能将故障锁定在一个固定的、相对小的范围内，当缺少诊断所需备件时，可以用其他相同备件进行替换，从而达到检测目的。对于现在的数控检修技术，采用替换检修的方法，将大大缩短故障停机时间，让系统尽快恢复正常工作。

（4）接口信号检查。利用可编程序控制器在线检测机床控制系统的接回信号，并与接口手册的正确信号对比，就可以查找出故障出现的部位。

3 数控机床的故障维修技术

数控机床的驱动部分是强弱电一体的，是数控机床中最易出现故障的部分。如，数控机床在运转过程中，主轴有时不能回到原有的参考点；在数控操作面板上，主轴转速显示时有时无，但主轴运转正常。由于机床采用的是变频调速，转速信号是由编码器决定的，因此，对于这些问题，故障出现的可能原因应从以下两个方面考虑。①与数控系统连接的 ECU连接是否出现故障。②主轴的机械在连接上是否出现问题。具体来说，应先检测主轴与 ECU的连接是否正常，如果连接是正常，就把编码器拆下来，检查主传动与编码器的连接键是否脱离键槽，如果出现故障，只需将故障元件修好并重新安装，即可解决问题。

机床可靠性是帮故障出现的频率加以度量的，对机床可靠性的分析，评价和改进都离不开故障信息。建立故障报告，分析和纠正措施系统的目的是保证故障信息的正确性、完整性，并及时利用故障信息进行分析、改进，以实现产品的可靠性增长。故障报告：机床任何功能级在规定的检查和运行期间发生的故障均应向规定级别的管理部门报告。故障报告应以故障卡片、文件等书画形式进行，以便审查和存档。故障报告系统可充分利用已有的信息管理系统，以避免不必要的重复。故障工作要及时、正确，故障报告应具有良好的可追踪性。

故障分析：故障发生后，负责检查和运行的现场负责人，应及时通知有关人员进行现场调查，对故障进行核实并进行工程分析和统计分析，以便有针对性采取纠正措施。故障纠正：纠正措施要经过分析，计算和必要的试验验证，证明是可行的并且有效的，方可付诸实施。故障纠正活动完成后，应编写故障分析和纠正报告，汇集故障分析和纠正过程形成的各种数据和资料，对故障件应妥善保管，以便进一步研究分析。

[1]温德涌.浅谈数控机床的故障诊断与排除[J].机电工程技术，2005，（ 8）.

[2]刘波，周岩.数控机床故障诊断与调试几例[J].上海大中型电机，2007，（ 4）.

[3]郝红梅.数控机床合理的日常维护与故障诊断[J].现代零部件，2007，（ 3）.

[4]陈志雄.数控机床与数控编程技术[M].北京：电子工业出版社，2005，（ 7）.