数控机床故障诊断与维修方法

郝新成 邓自清

摘 要：现如今，我国的数控技术的发展非常迅速，数控机床的应用相当普遍，随之而来的就是数控机床的结构却越来越复杂、种类也越来越多，那么在数控机床发生故障时，面临的维修问题也就变得更加复杂，这就需要掌握一定的故障诊断方法和维修方法，尽快排除故障，保证机床的正常运转。

关键词：数控机床；故障诊断；维修方法

中图分类号：TG659 文献标识码：B doi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.06.041

0 引言

数控机床是集合机械、电子、液压、气压气动控制为一体的高新技术产物，是技术密集度及自动化程度很高的自动加工设备，由于各种原因，不可避免地会出现故障，如果得不到及时维修，生产将会无法继续，会使企业经济效益受到影响。

1 数控机床故障分类

1.1 机械方面故障

数控机床的机械部分主要包括：机床基础件、主传动系统、进给传动系统、润滑系统、冷却系统、液压系统、气动系统、防护系统等。故障原因大多由于安装、调试不正确，操作过程中发生失误引起碰撞，从而造成机械传动失灵、导轨运动摩擦阻力过大的现象。常表现为：切削振动大，传动噪声大，加工精度达不到要求，主轴温升过高等。例如：进给轴的联轴器松动，导致齿轮、丝杠、轴承缺油，导轨润滑不良等机械方面故障。

1.2 电器方面的故障

电器故障分为强电故障和弱电故障。强电部分主要是指控制系统中的主回路或高压、大功率回路中的继电器、接触器、开关、熔断器、电源变压器、电动机、电磁铁、行程开关等电气元器件及其所组成的控制电路。这部分电路处于高电压、大电流工作状态，故障率较高。弱电部分包括CNC装置、PLC控制器、CRT显示器以及伺服驱动单元、输入输出单元等。弱电故障又有硬件故障与软件故障之分，硬件故障是指上述各部分的集成电路芯片、分立电子元件、接插件以及外部连接组件等发生的故障。软件故障是指在硬件正常情况下所出现的动作出错、数据丢失等故障。

2 数控机床故障诊断的方法

引起数控机床故障的原因是多方面的，维修时不能只看故障的表象，要透过现象找到引起故障的根源，采取合理的诊断方法。

2.1 机械方面的故障诊断方法

机械方面故障诊断方法，一般采用直观诊断技术，充分利用人的感官，采用问、听、看、触、嗅直接发现问题所在，原则上找到问题的所在，问题就解决了一半，再根据机械原理，修复出现问题的部位。例如，我校使用的华中数控车床，学生在使用过程中报告说机床有异响，在主轴旋转时有“咯噔”“咯噔”的声音，据学生反映前一段时间就有异响，只是声音没有这么大，停机用手转动卡盘，发现阻力较大，怀疑是主轴轴承有问题，拆卸主轴后，发现主轴外圈有裂痕，主轴箱内已没有油，原来轴承因为缺油损坏。更换新的轴承，加注适量的润滑油后，故障排除。

2.2 电器方面故障诊断方法

2.2.1 系统自诊断法

维修时要充分利用数控系统的自诊断功能，根据CRT显示器上显示的报警信息，可判断出故障的大致部位，再进一步利用数控机床的PLC功能来诊断，可快速找到出现问题的模块。PLC程序是机床生产厂家根据机床的功能和特点，编制相应的动作顺序以及报警文本，对过程进行监控，PLC在数控机床上起着连接NC与机床的桥梁作用，一方面，它接受NC的控制指令，在内部顺序程序控制下，给机床侧发出控制指令，控制电磁阀、继电器、指示灯，另一方面根据机床侧的反馈信号，将机床侧的状态信号发送到NC，PLC在对大量信号的处理过程中任何一个信号不到位，任何一个执行元件不动作，都会使机床出现故障。所以根据PLC梯形图来分析和诊断故障，可以快速、方便的找到故障点，PLC梯形图能显示系统与各部分之间的接口信号状态，只要熟悉有关控制对象的正常状态和故障状态，就能找到数控机床的外围故障，它是故障诊断过程中常用、有效的方法之一。

2.2.2 常规测量检查法

常规检查采用感官来了解故障发生时所伴随的各种异常噪声、异常发热、发热元件表面的过热变色、烟熏黑或烧焦、金属烧结的亮点等。找出这些表面变化后，根据数控系统的组成及工作原理，从原理上分析各点的电压与参数，利用仪器仪表对数控机床电路或元器件进行测量、分析、比较、判断。运用这种方法对维修人员的水平要求较高，需对整个系统和各部分电路思路清楚，深入的了解才能进行。

2.2.3 部件交换法

这是一种在一定条件下采用的方法，就是将可能有故障的目标用备用板更换，或用机床上相同的板进行互换，然后启动机床，观察故障现象是否消失或转移，以确定故障的具体部位。采用此法之前要确认：数控系统各种电压正常，负载没有短路。如某数控车床，故障现象为X轴不动，其它功能正常。通过分析数控系统、伺服驱动器和各电机间的连接框图，从控制环节上看，故障可能出在数控系统、伺服驱动器或电机上，此时可以利用部件交换法来确定故障点，将X、Z轴电机电缆线互换，发现X轴伺服电机可以正常运转，Z轴伺服电机没有动作，此时，说明X轴电机正常，电缆恢复到原来位置后，再交换数控系统到伺服驱动器之间的电缆，发现X轴不动、Z轴正常，由此可判断X轴驱动器有故障。

2.2.4 参数检查法

加工程序出错，系统程序、计算机运算出错等数控机床软件故障，往往就是由于参数变化或丢失造成的，此外，机床受外界电、磁场的影响也会造成参数变化，出现这样的现象，要先检查参数，若有变化，要先恢复参数，再查找其它原因。例如：长期闲置的机床，由于电池电量不足和电子元器件的性能变化，很容易造成参数丢失或变化， 检查机床的参数情况，很容易找到故障所在。

3 数控机床维修过程

数控机床种类多，元器件多，所产生的故障原因复杂，在维修中，要根据实际情况进行处理，下面是数控机床发生故障时的维修过程。

3.1 充分掌握故障信息

在机床出现故障后，做好现场调查工作，通过对数控机床电气的外观判断和与操作人员交流，形成对数控机床电气故障的基本了解。要了解数控机床是怎样出现故障的，出现的故障时的现场是什么样子，要有条理的进行，不要急于动手，维修前，维修人员先熟知机床的各个元器件的连接情况，才能把维修工作做得更好，另外，维修人员对系统的熟悉程度和运用技术资料的熟练程度，决定了检修排除故障的速度。因此必须掌握数控机床的安装、使用、操作及维修方面的说明书，维修人员不但要了解机床的结构和动作，熟悉机床上电气元器件的作用和位置，还要会操作机床，编制简单的加工程序并进行试运行。根据现场调查的结果，结合数控机床的控制原理，掌握故障发生时，机床的报警号和报警信息是什么？指示灯和发光管的状态怎样。 如果没有报警，系统处于何种状态？ 故障发生在哪个程序段？正在执行何种命令？故障发生前进行何种操作？ 故障发生在何种速度下？轴处于何种位置？与指令值的误差量有多大？ 以前是否发生过类似故障？故障是否重复发生？

3.2 分析故障原因，确定检查的方法

在调查故障现象，掌握第一手材料的基础上分析故障的起因。从故障现象着手，根据掌握的理论和实践知识，列出多种可能产生该故障的原因，然后对这些原因逐点进行分析，排除不正确的原因，最后确定故障点。在分析故障原因时，思路要开阔，据机床硬件连接、信号逻辑等罗列出所有可能造故障的原因及可能解决的方法全部列出来，进行综合、判断和筛选，在对故障进行深入分析的基础上，确定故障引起的原因，对症下药，排除故障。

3.3 故障的检测与维修

一般来讲，数控机床的机械部分的故障较易发现，电器方面的故障检测难度较大，所以从经验来看，要先检查机械部分的故障，检查机械零部件是否正常，行程开关是否灵活，液压、气动部分是否正常等，把这些看得见的故障首先解决好，再来检查处理电器方面的故障。当出现电气故障时，不要急于动手检查，应先要谨慎考虑，再作相应的处理，这样能更快、更有效地排除故障，否则适得其反会扩大故障。通常情况下，先在断电的状态下观察、测量，分析，确定通电无危险后，再通电检查，检查电源是否正常，利用万用表测量各部分电源电压是否在机床允许范围之内，数控机床出现报警故障时，要查看系统自诊断，根据自诊断的信息，查找故障的具体部位。

3.4 认真填写维修记录

在维修结束后，要认真填写维修记录，列出替换的零件清单。建立用户档案，有关故障现象、分析诊断方法、采用的何种维修方法以及遗留问题等都要做好详细记录，这样使每次故障都有据可查，同时也可积累更多维修经验，方便以后快速准确地排除此类故障。

4 结束语

数控机床的种类繁多，故障存在形式多种多样，其维修方法有多种，维修时需要根据实际情况，对故障进行综合判断、分析，找到合适的检查方法，从而快速的排除故障。同时，合理有效的日常维护与保养，可以大大降低数控机床故障率，使数控机床一直发挥应有的作用，从而提高经济利益。

参考文献：

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[2]余仲裕.数控机床维修[M].机械工业出版社，2014（8）.

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