数控机床电气控制系统的故障诊断与维护

邓桂彪

摘 要：随着计算机技术、电子技术及控制技术的发展，数控技术在机械制造业中的应用越来越广泛，其摆脱了传统加工方式的局限性，有着生产效率高、自动化程度高的优势。但在应用数控机床电气控制系统的过程中，由于操作或维护不当等各方面因素，很容易引起系统故障，影响系统正常运行。基于此，本文从电气控制系统与数控机床概述入手，明确了数控机床电气控制系统常见故障及原因，之后针对性的探讨了其故障诊断、排除方法与预防性维护措施，旨在为相关研究与实践提供参考。

关键词：数控机床；控制系统；故障诊断；维护

中图分类号：TG659 文献标识码：A

数控机床是集电、机、气与一体的机电设备，其电气控制系统是保证其可靠运行的核心，一旦电气控制系统出现故障，则会导致数控机床运行异常，影响生产。随着数控技术的发展，数控机床电气控制系统故障呈现出多样化、复杂化的发展趋势，有必要对诊断与维护相关问题进行研究和探讨。

1.电气控制系统与数控机床概述

1.1 电气控制系统组成

数控机床电气控制系统主要由3部分组成，分别是机床用PLC、外围电压电气控制系统及执行机构，其主要功能是保证数控机床的正常运行。在使用的过程中，需要明确3部分联系，全面了解系统功能。

1.2 电气控制系统结构

数控机床电气控制系统主要包括数控装置（CNC）、伺服系统、机床强电控制系统构成，其中伺服系统包括主轴伺服和进给伺服两个部分，机床强电控制系统主要包括可编程控制系统、继电器解除控制系统等。

1.3 电气控制系统故障原因分析

一般来说，电气控制系统故障主要包括电源故障、线路故障和元器件故障等3种故障类型，要想实现正确的故障处理与排除，需要明确电气控制系统故障原因，表1为部分电气控制系统故障原因及排除方法。

2.数控机床电气控制系统故障诊断检测与排除

2.1 故障诊断

2.1.1 直观诊断法。直观诊断法是数控机床电气系统故障最为直接也是最为常用的一种诊断方法，主要通过感官观察机床声、光、味等异常现象，从而确定故障位置，诊断故障原因，之后有针对性地进行故障处理。

2.1.2 自诊法。随着技术的进步，现代数控系统已经逐渐实现了故障自动化诊断，在工作期间，CNC系统可以利用自我诊断程序进行系统快速诊断，一旦发现故障，则会产生分类声光告警，并在CRT上显示，例如设定错误报警、伺服系统故障报警、操作错误报警等等，这样就可以根据不同的报警内容来实现故障诊断检测。

2.1.3 参数分析诊断法。对于数控机床电气控制系统来说，保证参数设置的合理性至关重要，参数设定之后，数值不可更改。但需要注意的是，随着电气控制系统及相关数控设备的长时间运行，各个零部件不可避免地会产生磨损，导致性能出现变化，这会引起参数丢失或变化，影响机床的正常工作。因此，在进行故障诊断的过程中，可以采用参数分析的方式，根据参数异常变化来诊断故障，并合理调整参数，保证机床稳定、正常地运行。

2.1.4 置换及转移诊断法。在确定故障原因的前提下，可采用置换诊断法确定故障部位，利用备用集成电路芯片、相关元器件及印制电路板等来更换存在疑点的部分，之后再行检察和修复。在没有备件且不确定故障部位的情况下，可采用转移诊断法，将系统中相同功能的电路板、集成电路芯片或元器件等相互交换，观察故障也随之转移，以此来确定故障部位。

2.1.5 仪器检查诊断法。仪器检查诊断法主要是为了检查出故障源，如果能够将故障源定位于具体的元器件，则可以准确地把握故障性质和原因，从而提升维修效率，降低维修成本。以电路板的检测为例，可以将电路板特性参数输入到电路板故障测试仪中，之后进行测试，参数对比找出故障源。

2.2 故障排除

2.2.1 初始化复位。在数控机床电气控制系统运行的过程中，时常会出现突发故障，从而引起故障报警，针对突发故障，可以采用初始化复位方式来进行抛出，例如硬件复位、开闭系统电源等，在系统工作存储区中，如果出现电池欠压、拔插线路板或掉电而引起故障的情况，则可以进行系统初始化清除处理，并做好数据拷贝与记录，在初始化清除之后，如果故障没有排除，则说明不是软件程序出现故障，需要进行硬件诊断。

2.2.2 参数更改和程序更正。系统参数是系统功能的重要依据，参数设定错误会导致系统无法行使正常功能，或出现故障。在数控机床电气系统运行的过程中，用户程序错误也可能会导致故障出现，引起系统停机，此时可借助系统搜索功能，搜索和检查错误，之后针对性进行程序更正，保证系统的正常运行。

2.2.3 最佳化调整。最佳化调整主要针对的是伺服驱动系统和被拖动机械系统的一种调节方法，能够实现最佳匹配调节，这种方法原理简单，操作方便，借助带有存储功能双踪示波器或多线记录仪来对操作指令与电流和速度反馈之间的反应关系进行观察，对速度调节器积分时间与比例系数进行调节，在不产生震荡的基础上提升伺服系统动态响应特性，保证伺服系统最佳工作状态。如果在工作现场没有检查设备，则需要工作人员结合自身经验对电机起振进行调节，之后慢慢反向调节，观察振动情况，指导振动消失为止，从而消除机床振动故障。

2.2.4 改善电源质量。电源波动、电源干扰等电源质量问题很容易引起数控机床电气控制系统故障，对于电源波动来说，可以采用稳压器来进行改善，对于电源高频干扰来说，可以采用电容滤波法来消除干扰，以此来改善电源质量，减少电源板故障。

3.数控机床电气控制系统的预防性维护

3.1 遵守操作规程

数控机床电气控制系统的编程人员、维修人员及操作人员应当经过系统性的专业培训，保证人员对系统程序、设备、特性等进行良好地掌握，在使用和操作的过程中，严格按照数控机床及系统使用说明。此外，应当避免误操作而导致数控机床出现故障，例如，许多新上岗人员对数控机床操作还不够熟练，很容易出现误操作，从而导致系统出现故障，因此应当以相关规章制度为基础展开维护工作，定期更换零部件，定期上润滑油等。

3.2 定期维护磁盘阅读机和纸带阅读机

数控系统参数、零件程序及用户宏程序等都需要瓷盘阅读机或纸带阅读机输入到CNC系统内部。对于纸带阅读机来说，其读带部分一旦出现污物，则会导致读入信息异常，出现错误，因此操作者应当定期检查纸带阅读机，发现读带部分出现污物的时候，要用纱布蘸酒精擦拭。此外纸带阅读机主动轮滚轴、压紧滚轴及瓷盘阅读机磁头等都对清洁性有着较高的要求，需要定期清理。同时要每半年对导向辊轴、张紧臂滚轴等加注一次润滑油。

3.3 对整个数控系统电网电压进行监视

一般来说，数控系统电网电压允许波动范围在15%～ 110%之间，一旦超出此范围，轻则影响数控系统正常工作，重则损坏电子部件，甚至引发安全事故。这就需要实时监控电网电压，一旦发现其电压波动超过正常额定值范围，则应当立即停机维修，查找故障原因，保证电网电压的稳定性，以此来保证数控机床电气控制系统运行的安全性与可靠性。

结论

总的来说，数控机床电气控制系统的故障是多种多样的，不同类型故障原因有着一定的差异性，因此维修和消除故障方法也不尽相同，需要结合具体情况针对性地选择故障处理和维修方法。同时应做好预防性维护措施，从源头上降低故障发生的可能性。

参考文献

[1]孙道彬，刘丽.数控机床电气控制系统的故障诊断与维护[J].价值工程，2011（3）：263-264.