数控机床系统的故障分析方法与处理浅析

孙宏成

（沈阳理工大学机械工程学院，辽宁 沈阳 110159）

数控机床的科学维护是保证数控系统正常运行的前提条件，深刻的影响着数控技术的发展与完善。本文以现代数控机床的基本构成为基础，讨论了数控系统相关的故障诊断与维修方法等内容。

1 数控机床维修人员的基本素质

数控机床的维修工作的水准首先取决于从业人员的素质，进行数控机床的维护人员具备的素质包括以下五点：（1）负责任的工作态度和敬业精神；（2）能够熟练掌握计算机技术，知识体系完备，并且具有一定外语沟通能力；（3）及时掌握数控机床的发展动态，了解数控机床、以及PLC相关的工作原理，知晓CNC相关的编程语言；（4）熟知数控机床的结构特征，实验技能与动手操作能力均较为出色；（5）维护数控机床涉及的各种测试仪器、仪表及工具均需要熟练掌握。

2 维修具备的前提条件

（1）数控机床的常用备品、配件需要提前准备；（2）微电子元器件的提供及时；（3）与维修相关的仪器、仪表等没有故障；（4）设备的相关资料、使用手册、说明书、调整与诊断说明书等等。

3 数控机床维修准备工作

当维修人员受到有关机床的维修要求后，尽可能的与机床的使用单位进行联系沟通，这样就可以在远程提前了解机床故障现场的有关信息及大致情况。了解的内容一般包括数控机床结构中主轴驱动的型号、故障发生时的表象，用户单位的备件储存情况等，在远程便可以提前对故障原因与部位进行初步分析，为后期去往现场准备可能会用到的技术资料及维修工具等，使得维修工作井井有条的进行。

4 数控机床的故障诊断

数控机床的现场维修是维修工作的核心内容。在故障现场诊断数控机床发生的一些列可能存在的原因，寻找故障发生的部位，替换故障配件，通过运行机床验证数控系统能否恢复正常运行。这个过程中的诊断极为关键，诊断的内容涉及到了系统与外围线路，检测其是否有故障，定位出故障发生的确切位置。一般是由大到小的进行定位检测，一些特殊情况下需要对元器件进行定位检测。

4.1 故障初步判定

在收集的资料较完备的状态下，由资料的内容便可得到故障发生的部位，也可以应用接口信号法进行检测。现场观察故障现象，定位故障发生的可能部位，依据故障表现的特征，对故障部位进行一一查验。

现场检测中，一般一处故障使用一种方法便可以查到，很多时候也需要使用多种方法合同检测。对数控机床的熟悉程度决定了故障的判别方法选择。

4.2 报警处理

如果数控机床发生故障的时候，数控系统会发出报警，故障的代码或者文字会在机床的显示屏上显示出来。这是需要查阅数控系统的相关资料，知晓所涉及报警内容的具体含义以及处理方法。一般而言，数控系统给出的报警严谨而明确，维修人员根据故障代码及所对应的处理方法便可以有效处理。

4.3 操作信息相应处理方式

机床的生产厂商会在其电气特点的基础上，使用计算机模拟系统将可能出现的故障信息输入到数控系统之中，并且给予每种故障特定的标志，当故障发生时便可以及时在显示器中表现，也可以进一步了解到相关的详尽的报警信息。上述的故障报警能够在排故手册中找到处理方法，也可以参考电路图与PLC程序，检查其信号运行状态，依据逻辑关系检查故障点，及时处理故障。

4.4 未报警的故障处理

如果数控系统已停机，PLC无法进行时，或者是在没有报警的情况下发生故障，这时候需要判定故障发生前后系统运行状态，在现有的仪器认知基础上分析，对数控系统故障做出客观判断。

5 常规故障的诊断方法

5.1 目测

对故障板详细查验，观察故障板上是否有保险丝的烧断以及元器件的物理损害等现象，电路是否有断路、短路发生，以此基础上来判定板内有没有电流、电压的超值等问题。

5.2 触摸检测

使用手指或者借助机械对元器件进行触碰，特别是电容及半导体等是否发生了松动，这个方法能够发现机床中一些断脚以及虚焊等问题。

5.3 通电检测

第一步是借助万用表查验电路中是否发生了断路，假如没有断路发生就可以接入电源，观察电路中是否有冒烟、点火等明显现象。用手触及元器件感觉其异常发热现象，这种方法能够发现较为明显的一些故障 ，进一步缩小系统的检修范围。

5.4 仪器检测

当数控系统产生故障后，使用常规电工检测仪器、工具检测故障部分的电压、电源以及信号等，确定故障部位。假如电源的输入电压超过限度，必须对电源进行监控，可以使用电压表检测相应电压，也可以用电压测试仪对其实时监测，以排可以排除别的原因。例如在上海一个工厂的数控机床故障中数控系统发出报警，显示的故障位置在环硬件部位，在示波器上发现有干扰信号出现，电路中添加一个电容，使得干扰信号得以过滤掉，保证了系统的正常工作。假如系统不能达到基准点的时候，采用示波器检查其零标记脉冲存在与否，没有存在的话，重点对测量系统进行检查。

5.5 可编程器的检测分析

假如数控机床中的可编程控制器产生故障，其故障原因多以中断堆栈的形式存储。在系统无法启动的情况下，可以应用编程器调出系统中的中断堆栈及块堆栈，根据其判定出来的信息 ，进行故障诊断，这种方法是可编程序控制器检修中最为常见的办法之一。也可以采用可编程序控制器来检测机床控制系统的接口信号，与用户手册中的正确信号进行比较，也能够查出对应的故障位置。

5.6 备件替换诊断法

目前的数控机床设计大多采用模块化的方式，数控机床按照功能的不同来划分相应的模块，近些年的技术发展日新月异，集成电路的规模也是也来越巨大和复杂，技术已经达到较高层次。传统检测故障的方法难以确定故障的具体区域。因此，在充分了解模块所具有的功能和故障现象后，对发生故障的模块进行初步判断，替换可能发生故障的器件，这种方法能够快速定位出产生故障的模块。如果事先没有准备诊断备件，也可以与待检测模块相似的其它现场模块对其替换检查。越来越多的数控机床维修诊断采用类似上述方法进行，检测完后使用替代备件代替损坏模块，这样就使得整个系统能够正常运转，缩短了机床发生故障导致的停机时间。以上这种方法需要在系统未通电的状态下进行，同时对线路板的型号、标记等认真查验，确定其是否跨接相同，拆线的时候应做好相应的标记。

5.7 自诊断功能判断

目前市场上流行的很多数控机床系统均具有强大的自诊断能力，系统自身通过实时自监测来及时判定各部分的工作状态，并及时判定故障，给出报警信息，在一定范围内做出保护系统的动作，避免了更严重的事故发生。但是有些硬件发生故障时，报警过程无法实现，有些数控系统是通过自带灯光的闪烁组合做出相应的报警指示，能够帮助维修人员准确地诊断出故障模板的位置。

6 结语

在实际应用中，数控机床的故障分析与处理并不是孤立存在的，二者之间没有严格的界限，排除故障的方法很多，往往只需要其中的一种方法便可以排除故障，有时候也需要多方法同时进行。数控机床系统故障的处理能力主要与维护人员对数控系统的原理与结构掌握程度有关深度，丰富的维修经验对数控机床的故障处理也十分重要。