谈数控机床故障诊断与检测

闫振

【摘 要】随着数控机床的增多，企业急需掌握数控机床保养与检修技术的技术人员。数控机床的检修技术人员急切希望提高自己的技术水平，以适应数控机床保养和检修工作的需要。我国目前常用的数控机床、数控系统种类繁多，所有数控系统，由于数控系统的结构在本质上是类似的，因此对不同类型数控机床故障的诊断思路和检修方法也是类似的。掌握一种数控机床检修技术，可采用类比的方法，对其他类型数控机床进行检修。

【关键词】数控机床；故障诊断；故障检测

数控机床是现代化企业进行生产的一种重要物质基础，是完成生产过程的重要技术手段。数控机床作为一种高度机电一体化设备，涵盖了机械、电气、液压和气动等多种设备的共同特点，因此故障的出现在所难免。但数控机床的故障诊断和检测主要侧重于电子系统、机械、液压气动和光学装置的结合上，数控机床的故障率随时间变化的规律可以用类似于浴盆曲线图表示，故障发生频率分为3个阶段。分别是早期故障期、偶发故障期和耗损故障期。早期故障主要集中在机械部分和电气液压部分，原因主要是由于机床出厂前磨合期较短，运动部件间间隙较大，元件性能良莠不齐等。偶发故障期是当机床经过磨合故障相对稳定的发生在一些元器件上的时期，故障原因主要是使用中的一些偶然因素造成的。耗损故障期主要是指数控机床使用的后期机床零部件及电子元器件疲劳磨损和老化等造成的故障时期。对以上三个时期的故障要进行准确的诊断和细致的检测，才能保证数控机床使用寿命的延长，降低故障的出现几率。下面就数控机床的常见故障诊断做进一步说明。

1）实用诊断

（1）询问

就像医生给病人看病一样，要先询问患者症状。数控机床不能向人一样主动回答问题，但是使用机床的操作人员可以给出相应的答复。询问过程主要是弄清故障是突发的还是渐发的，机床使用时有哪些异常现象；通过对比故障前后工件加工的精度和表面粗糙度，以便分析故障产生原因；传动系统是否正常，切削是否均匀，背吃刀量和进给量是否减小等；润滑油用量是否适当。

（2）观察

数控机床出现故障一般可以通过观察就能大致判断故障发生的原因。观察主要是一看转速，二看颜色、三看伤痕、四看工件，五看变形。转速的变化反应传动系统故障，颜色的变化反应油箱中润滑油失效，伤痕反应机床零部件发生过碰撞，工件的变化反应机床传动件的间隙或松动，变形主要是看机床滚珠丝杠是否由于撞击产生变形。

（3）触摸

数控机床发生故障时可以通过对机床触摸进行判断，具体步骤是看摸升温，摸振动，摸波纹，摸松紧，在触摸的过程中人的手指可以灵敏的感觉到机床床身的温度异常变化，并且能够感觉到机床的振动及爬行。从而准确的判断出故障的具体发生位置和发生原因。

（4）嗅取

数控机床在使用中由于剧烈摩擦或电气元件绝缘破损短路，使附着的油脂或其他可燃物质发生氧化蒸发或燃烧产生烟气、焦糊等异味，可以通过嗅取空气中的气味来判断机床故障的产生部位。

2）故障自诊断

（1）开机自诊断

数控机床在通电后，系统内部自诊断软件会自动对系统中关键的硬件和控制软件进行检测，并将检测结果显示在CRT上，通过对报警故障代码的分析研判，可以准确的定位到相应的电气控制模块从而找出故障原因并加以排除。

（2）运行自诊断

运行自诊断是数控系统正常工作时，运行内部诊断程序，对系统本身、PLC、位置伺服单元以及与数控装置相连的其他外部装置进行的自动测试和检查，并显示有关状态信息和故障代码。现在的数控机床自诊断功能，不仅能在CRT上显示故障报警信息，而且还能以多页的“诊断地址”和“诊断数据”的形式为用户提供各种机床状态信息。包括CNC系统与机床之间的接口输入/输出信号状态，CNC与PLC之间输入/输出信号状态，PLC与机床间输入/输出信号状态以及各坐标轴位置的偏差值和刀具距机床参考点的距离数据。

（3）脱机诊断

早期的数控机床当系统出现故障时，需要停机使用专用的诊断纸带对系统进行脱机诊断，诊断过程中要先将诊断程序读入数控装置的RAM中，系统中的计算机运行诊断程序，对诊断部位进行测试，从而判定故障，这种诊断仅适用于早期的数控机床故障检测，而且该种诊断要在系统的RAM中输入诊断程序，运行诊断程序时，一般会冲掉原先存放在RAM中的系统程序、数据以及零件加工程序。因此脱机诊断存在诸多弊端。

数控机床发生的故障现象尽管比较繁多，但大体发生在机械部分、机床电气部分和强电控制部分、进给伺服系统部分，主轴伺服系统部分以及数控系统部分。因此数控机床一旦发生故障，常见的故障检测方法有下面几种。

1）功能程序测试法

功能程序测试法将所修数控系统G、M、S、T、F功能的全部使用指令编成一个测试程序，并制成控制介质，在故障诊断时运行这个程序，快速判定哪个功能指令不良或丧失。功能程序测试法适用于机床加工造成废品而一时无法确定是编程问题还是数控系统故障的情况，同时也适用于长时间闲置的数控机床在投入使用前进行检修。

2）参数检查法

数控机床参数通常存放在由电池保持供电的RAM中，一旦电池电量不足，系统长时间不通电或外部干扰都会使参数丢失或混乱。因此长时间闲置、无故出现异常或有故障出现不报警时，就可以应用参数检查法对机床相关数据进行检测。

3）同型对调法

数控机床作为量产的机械产品，可以将型号完全一样的正常机床上的电路板、模块、集成电路和其他电器元件进行逐一拆卸并安装到发生故障的机床上进行测试，当故障机床可以正常使用时则可以快速判定出故障机床上相关问题部件，从而做到准确排除，但这种方法的局限性较大，而且仅适用于CNC系统和伺服系统。

4）单段程序执行法

数控机床上都具备程序单段执行功能，此功能常用于调试加工程序。当加工程序在自动执行过程中发生故障报警时，可以采取单段执行，逐步执行加工程序，并找出造成故障报警的那段程序并加以修改，从而顺利排除故障。

5）备板调换法

数控机床系统自诊断功能有时可以将故障定位到相关电路板上，因此调换备板有时可以解决故障报警，但是由于备板更换的操作要求较高，一般维修人员很难达到装配精度，而且备板安装到位后还要进行系统存储初始化，数控系统参数设置也是一项不小的工作量。因此此种方法使用时对维修人员水平要求较高。

6）隔离故障法

当数控机床出现的故障一时无法判断是数控部分还是伺服系统或者是机械部分时，可以采取隔离故障法。即将机床大概判明故障出现的部分进行隔离，然后调试其他功能，如果其他功能一切正常，则说明故障发生在隔离部分。

7）可编程控制器检查法

数控机床发生故障时可以利用可编程控制器的状态信息诊断故障，利用该功能，可以直接在线检查并观察PLC的输入和输出的瞬时状态。PLC检查故障的原理就是通过运行PLC梯形图，发现问题并加以分析。提高故障诊断的速度和准确性。

8）故障原理分析法

运用万用表、逻辑笔、示波器或逻辑分析仪器对被测点进行测量，并把结果于正常结果进行分析对比，缩小故障范围，直至找出故障。

随着计算机和通信技术的快速发展，目前的大多数数控机床系统都支持通过网络的连接。因此，数控机床的远程监控和诊断是发展的必然趋势，在车间设置一台诊断服务器。可以实现远程诊断中心进行诊断，这个过程中，数控机床、设备诊断服务器、远程诊断中心通过通信线路进行信息交互，从而可以以最快的速度对数控机床的故障进行定位，并通过网络实时调出排除故障的相关方法，从而减少停机时间，还可以减少设备维修费用。

【参考文献】

[1]FANUC-0i-mate tc系统使用说明书[Z].

[2]韩鸿鸾.数控机床电气检修[M].中国电力出版社.

[3]王侃夫.数控机床故障诊断及维护[M].机械工业出版社.

[责任编辑：汤静]