数控机床电气系统故障诊断与维护

袁鑫宏

摘 要：近几年来，随着科学技术的不断发展，数控机床成为工业生产中的重要设备之一。由于数控机床具有工作效率高、加工精度准确以及自动灵活等特点，逐渐被广泛应用于各行各业中，而且已成为生产企业保证产品质量、提高工作效率的关键所在。数控机床最常见的故障有机械故障和电气故障，在日常工作运行中电气系统故障最为常见，研究和探讨数控机床电气控制系统故障诊断与维护技术，对于保证数控机床稳定运行具有非常重要的意义。本文介绍了数控机床故障现象以及现代数控机床分析，介绍了解数控机床技术以及未来发展情况，为以后機床故障的分析和研究打下了坚实的基础。

关键词：数控机床;电气控制系统;故障诊断;故障维护

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.23.082

数控机床是高密集型机电设备，如果一旦发生故障，由于诊断难度大，维修不及时将会造成数控机床停产停机。随着科学技术的快速发展，数控系统的可靠性越来越高，故障率也越来越低，一大部分故障原因主要是由系统参数设置、驱动单元和伺服电机的质量问题而引起的。那么为了降低故障率，研究和分析故障原因及系统故障诊断方法，对于数控机床的稳定运行有着非常重要的作用。

1 电气控制系统故障

电器控制系统又可以从元器件类型上分类，一般分为“弱电”和“强电”故障，其中“弱电”部分是以电子元件及集成电路所组成的控制系统，输为输出单元等。“弱”电的故障通常分类为硬件和软件故障。常见的有集成电路芯片故障、软件故障的有加工程序出错。“强电”部分指控制系统中的主回路、或高压，这类故障虽然容易诊断和维修，但由于该部分系统长期处于高压、大电流的工作状态下，发生故障的几率较大。

2 数控机床故障诊断技术

2.1 自诊断技术

（1）开机自诊断：当数控机床系统启动后，在设备内部设定的自诊断系统将会对各个系统部件进行逐一检测，检测结果将会显示在操控屏上，当检测过程中发现故障问题时，显示屏上将会对故障信息进展示并发出故障信号。数控机床自诊断系统检测运行速度较快，基本在一分钟内即可完成检测。故障信息通常会具体到某一元件或电路板上，也有部分故障只显示故障范围，这就需要故障检修人员根据电路图或系统原理进行范围排查。

（2）运行自诊断：该诊断技术是在系统正常工作过程中进行内部程度和故障的诊断，主语对系统软件、控制系统、电子单元以及数控装置及其外部运行装置进行全自动实时在线监测，将相关运行和故障信息在操控屏上进行显示。运行自诊断技术通常在系统运行中进行多次反复诊断，及时有效监测系统运行中出现的各种故障。

2.2 人工诊断技术

（1）功能程序测试法：这种方法将数控系统中全部指令编一个程序，将其存储在机床控制系统中，诊断时用此程序，就可以很快判定，这种方法会在设备长时间不用重新投入才会用。

（2）参数检查法：数控系统内部如果一旦出现干扰，或者有其它的原因，从而造成参数丢失或者混乱，会影响系统无法进行正常工作，然后运用参数检测系统相关功能进行检测，排除故障后还需对某些参数进行重新调整。

（3）备件置换法：是指需要与系统型号相同的电路板，模块进行参数互相交换比较，还可与其他部件进行互换，或者重新替换出有问题的部件，还有那些特别重要，而且也很容易出现故障的，这些都要大大减少故障发生率，以便快速确定故障。

（4）直观法：直观法是指检修人员采用视觉、听觉、嗅觉以及感觉等直观检测方法对故障部位进行排查和检修，通常遵循“先外后内”的检测原则，对故障部位零部件工作情况进行观察、听声音、摸发热等直接检测，对零部件和外部装置进行逐个检测，对故障点完成顺利排查。

（5）原理分析法：当上述检测方法无法检测出具体故障时，可从电路基本原理出发，一步步利用相关电路检测工具进行逐一排查，以此来查明故障原因。

2.3 高级诊断

（1）自修复诊断：数控系统故障原因种类很多，自修复一般不参与内部运行的。在系统每次开机运行中自修复程序便开始启动，对系统进行故障检测，如若发现系统故障，便开始自动启动修复程度，软件故障将会自己对软件和程序进行修复，自动寻找备用模块，以取代故障模块，确保系统能够正常运行。故障信息及模块替代信息都会在操控屏上进行显示并发出报警信号，维修人员便根据提示信息对故障模块进行更换和备份，以备下次故障修复所用。

（2）诊断指导专家系统：近年来随着科技不断进步，故障诊断技术也在不断发展和更新，如图像声音识别技术、自动修复技术以及工业机器人维修技术等，在数控机床故障诊断及修复中得到了广泛应用。诊断指导专家系统基于行业维修专家技术和经验总结，模仿维修专家故障处理思维活动而设计的故障诊断系统，这将促使普通维修工人也能具备专家级的故障诊断和维修水平。

（3）原理分析法：根据数控机床电气系统结构及工作原理，从部件组成和运行原理上对各个部件运行参数和电路结构进行排查，并结合相应检测和测量设备仪器，对系统进行分析和比较，从而对故障信息进行逐一排查。该方法对于故障检修人员的知识水平和维修经验具有较高要求，必须要对电气系统故障原因有足够了解，对故障维修知识有足够掌握。

3 维修中应注意的事项

（1）在维修和诊断过程中，需要对电路板连接处及线路图进行标记和明确，将拆下的电子元件及螺丝要进行分类装盒保管，避免丢失和混淆;在维修结束后要检测所有拆下的电子件和螺丝是否都安装齐全，并要确保安装部位元件稳定牢固。

（2）电烙铁应该放在离维修线路板远的地方，烙铁头焊接时应做适当调整以免破坏别的器件。

（3）不应随意切断印刷线路。有的维修人员有自己的习惯，会导致一些判断错误，自己私自进行断线，但因检查与这种数控设备不同，这样做将会造成元件人为损坏。

（4）要更换新的器件时，焊接中应当不使用酸性焊油，引脚处作适当调整。

（5）数控机床电气系统中电路板及电源配置较为复杂，在检修过程中可根据实际情况选择局部供电或全程供电，并要特别注意高压电路，在检修通电前做好相应绝缘措施，确保维修人身生命安全。

4 数控机床故障的诊断展望

在数控机床故障诊断中，电气故障诊断始终是困扰操作和维修人员的难题之一，确保数控机床工作过程中的安全与稳定对于生产单位具有非常重要的意义。近年来逐步发展起来的专家故障诊断系统，开创了基于人类专家级别知识水平的电气设备故障诊断技术。该技术以其独有的技术优势不断被应用于数控机床电气系统故障诊断和检修中。但随着数控机床自动化水平的不断提高，故障点及故障原因变得越发复杂，毕竟维修人员技术水平有一定的局限性。鉴于此现阶段建立的科研所远程专家故障诊断系统发挥了重要作用。通过远程网络与故障维修现场进行视频连接，集多方专家进行远程故障诊断，以及时恢复设备生产运行，并达到了远程技术共享的作用。此外，自动化数控机床电气系统故障复杂多变，今后结合模糊识别技术以及人工智能技术，发展更加快速智能的故障诊断和维修方法，也是未来重要的发展方向之一。

5 结语

数控机床作为工业生产和发展过程中的重要设备之一，在工业生产过程中发挥了非常重要的作用。数控机床电气系统故障点较多，需要在日常故障检修中，对各种出现的故障进行记录和总结，不断积累故障诊断和维修经验，在以后故障发生时可以进行及时排查。加强数控机床故障维修和设备保养，能够有效延长机床使用寿命，对于企业稳定生产和降低生产成本具有非常重要的意义。因此，在今后的工作中，应不断研究和掌握新的数控机床电气系统故障诊断和维修技术，为企业经济效益的提高和稳定发展做出应有的贡献。

参考文献：

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