常见数控机床维修诊断技术的研究与应用

康晋辉

摘 要：结合华中数控机床经常出现的故障现象：有报警故障、参数故障和无报警故障这三个方面，分别阐述故障的诊断和维修方法，每种方法都有相应的实例，说明这些方法的实用性和有效性。

关键词：数控铣床；数控系统；诊断

中图分类号：TG659 文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.12.002

传统的机械加工实现精密加工难度很大，数控技术的应用与推广是机械加工行业的一次大革命，在带来巨大经济效益的同时，也使我们看到了机械制造业的发展前景，数控技术最终要通过数控机床来完成，众所周知：数控机床是机械、电气、液压、气压、光栅于一体的产品。这使得我们深深的感到数控机床维修工作难度很大。本文将从数控机床的常见故障：有报警故障、参数故障和无报警故障来阐述数控机床这三种常见故障的诊断和维修方法。

1 有报警故障的维修方法

数控机床对有系统报警故障的维修和保养来说方便之极，机床上的主轴系统、传动系统、液压系统，数控装置等，包括机械上的问题都会有报警信号，我们可以根据机床厂家提供的机床说明书和系统诊断说明书中的报警提示，以及各种报警指示灯来排查故障，直至找出故障点，恢复机床运行。

1.1 利用系统故障报警信息排查故障

每一台数控铣床系统都有自诊断能力，当数控机床出现故障时，在显示器上显示有报警信息，有时在相应装置上会显示报警指示，这时，只要根据机床操作手册对这些报警信息进行分析，就可以排查出数控铣床的故障点。

例如，国产华中数控铣床，维修者第一步要认真向机床操作人员了解产生故障前的操作，错误的操作可以引起机床的报警。比如机床工作时，由于误操作，没有进行一开机床就回零，在操作过程中，显示器上会出现禁止轴移动，工作灯处于红色等报警信息，此时，铣床处于不可操作状态，点击故障诊断按钮功能键F5，进入故障显示页面，可以看到系统提示X正向超程，此时按住超程解除按钮，同时在机床面板上选择手动方式或增量方式（手轮）向X轴负向移动退出超程位置。在实际操作时根据操作者操作不同方向出现X、Y、Z轴的正向或负向超程，只需按住超程解除按钮，同时用手动方式或手轮方式向相反方向移动即可退出超程位置。

由于数控机床集合了计算机在操作华中数控铣床的时候，出现急停，打开故障诊断按钮，发现界面显示为41h 跟踪误差过大，此时查找数控铣床诊断说明书发现原因为：①检查机械负载是否合理；②检查伺服驱动器动力电源是否正常；③检查抱闸电机的抱闸情况；④检查坐标轴参数中的最高快移速度是否超出了电机额定转速；⑤检查伺服驱动器内部参数的设置；⑥检查电机每转脉冲数是否正确；⑦检查伺服检测反馈电子齿轮比参数。说明书提出了七个问题，一个一个原因的查找，②④⑤⑥⑦由于机床已经稳定工作一段时间，这些原因可以排除，剩下了原因①和③，原因③的产生是由于长时间工作造成抱闸电机过热进行抱闸，此原因一旦排除，剩下原因①时，此时机床关闭5 min后，重新启动，回零，调节程序中加工参数，比如减少加工时的加工深度，使机床加工负载减小，报警消失，故障排除，在实际加工时根据不同的情况进行以上7个原因的分析。

1.2 根据数控机床PLC梯形图排查故障

数控机床上运用了PLC技术，数控机床的一些电路故障都可以通过分析PLC的梯形图对故障进行诊断。

例如：华中数控铣床产生28号、29号报警。查找机床厂家提供的说明书中的电器线路图，再查看报警说明书，知道产生此报警的原因是输入信号X1.5始终高电平，从而发现是数控机床的润滑油路报警。顺着这一线索，查看机床的PLC程序，PLC内部程序无法给出输出信号Y2.1，没有Y2.1的输出信号，则继电器KA5不吸合，无法正常工作。为了解决这一故障，进一步查出X1.5输入信号来源于一个测油位浮子给出的电磁感应信号，发现润滑系统的油浮子损坏，更换元件即刻故障排除。

从以上分析可以看出，故障维修的关键是诊断，要想尽快找出故障点，就在于充分调查现场，和操作者对于机床线路的熟悉程度，在梯形图查找时完全可以采用倒查顺推的方法，先看现象，再通过机床PLC原理图进行查找。

2 数控铣床参数故障的分析与处理

数控各系统正常工作不可或缺各种参数，比如公制和英制不需要换算只需在相应的参数中调整即可，还有机床的工作速度等，这些参数影响着数控机床的工作，缺少任何一个参数或对于参数进行错误的输入，都会使数控机床陷入瘫痪状态。参数故障是数控铣床常见故障之一，如果没有正确有效的参数备份，诊断和维修的难度较大。

2.1 参数丢失的原因

数控系统后备电池失效；参数存储器故障或元件老化；机床长期闲置不用，没有定期对机床充电；受到外部干扰，使参数丢失发生混乱；操作者误操作。

2.2 参数恢复的方法

当数控机床的參数发生改变和丢失时有两种方法进行参数恢复。（1）根据故障现象和参数说明，找到排除故障的相应参数，进行正确的参数设置。由于数控机床涉及传动、计算机、气压、液压等很多参数，翻看数控机床参数页，查找耗时费力，这种方法维修人员基本不用。（2）常用的使用方法是用计算机、NC卡、U盘等存储介质把数控机床的参数备份到其中，在需要的时候对数控机床进行参数恢复。这种方法简单易行，效率高，可靠性好，是进行参数恢复的主要手段。（3）华中数控铣床的系统参数备份与恢复，无论是华中数控机床还是其他的数控机床，可以选择机床备份、U盘备份、NC卡备份多种数据备份形式，数据的恢复基本一样，在机床购置买回时正常使用的时候，就备份好参数，以备不时只需。

对于华中数控机床来说首先在系统功能软件盘上找到扩展菜单→参数→输入口令→输入HIG回车（华中数控系统默认），进入参数菜单栏后，有备份选项。首先要对原先的参数进行备份，按F7键。系统提示是否备份到当前参数路径，根据需要，选择相应的路径，系统会自动给一个扩展名为BAP的文件，备份好后，只要参数故障发生我们进入和备份相同的路径，选用装入参数，系统即可恢复。endprint

3 无报警故障的分析与处理

引起数控铣床产生无报警故障的原因很多，需要综合考虑机床的机械、电气等多方面的原因，常见无报警信号的原因大致有以下三种。

3.1 机床不受控制

（1）刀位转换失控。一定是数控系统没有得到相应的刀具的应答信号，原因一般是信号线断开，或者换刀系统的霍尔元件损坏，还有就是其中的小磁铁破碎。

（2）机床主轴失控。主轴转动无力且声音异常，可能是控制器失控，也不能排除机械变速器或电机上的原因，由于拆卸机械部分工作量较大，所以先进行电气部分检查，先检查控制器预设开关参数，再进一步检查控制板，若无异常就将电机与机床脱离，检查异常声响，将电机拆卸看轴承是否损坏，编码器光盘是否划破。

（3）传动系统失控。数控机床的传动系统失控问题最为常见，需要维修人员耐心排除解决，表现为机床坐标和数控系统移动的数值不一致，原因是传动系统的光栅尺、编码器及它们的连接电缆故障，或机械系统的连接松动。

通过数控机床厂家提供的机床说明书，根据现象找原因，逐一排查。

3.2 机床振动

产生的原因负载量较大，导致伺服电机默认的速度环参数不合理，对于华中数控铣床来说排除方法在伺服电机默认的数值PA5为伺服电机速度比例增益，默认值为150，一般情况下，负载量越大设定值越大，调整此数值，同时调整PA7为转矩滤波器，作用为抑制电动机振动参数，此数值默认为100，PA9和PA8作用相同，调整此三个参数统一改变，根据伺服电机说明书调整，一般向上增加50个单位，注意看系统是否振动，如不振动，还可以增大此参数。

3.3 机床加工尺寸不正确的故障分析

在实践中发现数控机床发生加工尺寸偏差不准这种现象也会引起机床的无报警，毕竟机床工作了，作为自动设备，任务此时工作正常，但给我们的生产带来很大麻烦，常见原因如下。

（1）数控车床上伺服电机轴与丝杠之间的连接松动，致使丝杠与电机不同步，出现尺寸误差。检测时在伺服电机与丝杠的联轴节上作好记号，用较快倍率来回移动工作台（或刀架），由于工作台（或转塔）的惯性作用，将使联轴节的两端出现明显相对移动。此类故障通常表现为加工尺寸只有一个方向变动，只需将联轴节螺钉均匀紧固即可排除。

（2）滚珠丝杠与螺母之间润滑不良，使工作台或刀架运动阻力增加，无法完全准确执行移动指令。此类故障通常表现为零件尺寸在几丝范围内无规则变动，只需将润滑改善即可排除故障。

（3）滚动轴承磨损或调整不当，造成运动阻力过大。该故障现象也通常表现为尺寸在几丝范围内无规则变动。检查时可通过DGN800-804的位置偏差量进行，方法同上。此类故障只需将磨损轴承更换并认真调整，故障即可排除。

（4）伺服传动系统的光栅检查装置出现了问题，光栅尺检查机床传动系统的移动，上有码盘对检测结果，码盘长时间使用读数不准，更换即可。

引起数控机床加工尺寸偏差的原因是多方面的，实际中先对机床进行传递传动系统的机械精度的检测，如果测量值超差，则拆下进给伺服电动机（设定为旋轉轴），对伺服电动机定位精度检测，判别是否是电气方面和系统参数因素引起的精度下降。电气和系统参数方面正常后，检修进给传动机械方面故障。如果进给系统精度正常，则检查机床辅助装置控制方面因素。

4 结论

数控机床种类很多，故障现象也比较复杂，总之大致可以将数控机床故障分为有报警故障、参数故障和无报警故障三个方面，在机床的使用过程中我们要重视保养，重视技术资料的保存，摸清数控机床各个系统之间的关系，以便分析判断是哪种故障，提高对机床故障的辨识能力，维修能力。

参考文献：

[1] 郭继丽，邢丽娟.数控机床的故障诊断与排除[J].设备管理与维修，2009（1）：20.endprint