自动化数控机床常见系统故障分析

李成森 王玉

摘 要：数控机床是一种高效的自动化机床，他综合了计算机技术，自动化技术，伺服驱动，精密测量和精密机械等各个领域的新的技术成果，是一门新兴的工业控制技术。数控机床电气系统故障的调查、分析与诊断的过程也就是故障的排除过程，一旦查明了原因，故障也就几乎等于排除了，因此故障分析诊断的方法十分重要。

关键词：数控机床;故障排除;分析

1 机床系统电气故障的常用诊断方法

1.1 直观检查法：这是故障分析之初必用的方法，就是利用感官的检查。

1）询问：向故障现场人员仔细询问故障产生过程、故障表象及故障后果，并且在整个分析判断过程中可能要多次询问。

2）目视总体查看机床各部分工作状态（例如各坐标位置、主轴状态、刀库、机械手位置等），各电控装置（如数控系统、温控装置、润滑装置等）有无报警指示，局部查看有无保险烧坏，元器件烧焦、开裂、电线电缆脱落，各操作元件位置正确与否等等。

1.2 仪器检查法：

使用常规电工仪表，对各组交、直流电源电压，对相关直流及脉冲信号等进行测量，从中找出可能的故障。例如用万用表检查各电源情况，及对某些电路板上设置的相关信号状态测量点的测量，用示波器观察相关的脉动信号的幅值、相位甚至有无，用PLC编程器查找PLC程序中的故障部位及原因等。

1.3 信号与报警指示分析法

1）硬件报警指示这是指包括数控系统、伺服系统在内的各电子、电器装置上的各种状态和故障指示灯，结合指示灯状态和相应的功能说明便可获知指示内容及故障原因与排除方法。

2）软件报警指示如前所述的系统软件、PLC程序与加工程序中的故障通常都设有报警显示，依据显示的报警号对照相应的诊断说明手册便可获知可能的故障原因及故障排除方法。

1.4 接口状态检查法

现代数控系统多将PLC集成于其中，而CNC与PLC之间则以一系列接口信号形式相互通讯联接。有些故障是与接口信号错误或丢失相关的，这些接口信号有的可以在相应的接口板和输入/输出板上有指示灯显示，有的可以通过简单操作在CRT屏幕上显示，而所有接口信号都可以用PLC编程器调出。

1.5 参数调整法

数控系统、PLC及伺服驱动系统都设置许多可修改的参数以适应不同机床、不同工作状态的要求。这些参数不仅能使各电气系统与具体机床相匹配，而且更是使机床各项功能达到最佳化所必需的。因此，任何参数的变化（尤其是模拟量参数）甚至丢失都是不允许的;而随机床长期运行所引起的机械或电气性能的变化会打破最初的匹配状态和最佳化状态。此类故障多指故障分类一节中一类故障，需要重新调整相关的一个或多个参数方可排除。

1.6 备件置换法

当故障分析结果集中于某一印刷电路板上时，有于电路集成度的不断扩大而要把故障落实于其上某一区域乃至某一元件是十分困难的，为了缩短停机时间，在有相同备件的条件下可以先将备件换上，然后再去检查修复故障板。鉴于以上条件，在拔出旧板更换新板之前一定要先仔细阅读相关资料，弄懂要求和操作步骤之后再动手，以免造成更大的故障。

1.7 交叉换位法

当发现故障板或者不能确定是否故障板而又没有备件的情况下，可以将系统中相同或相兼容的两块电路板互换检查，例如两个坐标的指令板或伺服板的交换从中判断故障板或故障部位。这种交叉换位法应特别注意，不仅硬件接线的正确交换，还要将一系列相应的参数交换，否则不仅达不到目的，反而会产生新的故障造成思维的混乱，一定要事先考虑周全，设计好软、硬件交换方案，准确无误再行交换检查。

2 电气维修与故障的排除

电气故障的分析过程也就是故障的排除过程，因此电气故障的一些常用排除方法在上一节的分析方法中以综合介绍过了，本节则列举几个常见电气故障做一些简要介绍，供维修者参考。

2.1 电源是维修系统乃至整个机床正常工作的能量来源，它的失效或者故障轻者会丢失数据、造成停机。重者会毁坏系统局部甚至全部。西方国家由于电力充足，电网质量高，因此其电气系统的电源设计考虑较少，这对于我国有较大波动和高次谐波的电力供电网来说就略显不足，再加上某些人为的因素，难免出现有电源而引起的故障。

2.2 数控系统位置换故障

1）位置环报警。可能是位置测量回路开路;测量元件损坏;位置控制建立的接口信号不存在等。

2）坐标轴在没有指令的情况下产生运动。可能是漂移过大;位置环或速度环接成正反馈;反馈接线开路;测量元件损坏。

2.3 机床坐标找不到零点。可能是零方向在远离零点;编码器损坏或接线开路;光栅零点标记移位;回零减速开关失灵。

2.4 机床动态特性变差，工件加工质量下降，甚至在一定速度下机床发生振动。这其中有很大一种可能是机械传动系统间隙过大甚至磨损严重或者导轨润滑不充分甚至磨损造成的;对于电气控制系统来说则可能是速度环、位置换和相关参数已不在最佳匹配状态，应在机械故障基本排除后重新进行最佳化调整。

2.5 偶发性停机故障。

这里有两种可能的情况：一种情况是如前说述的相关软件设计中的问题造成在某些特定的操作与功能运行组合下的停机故障，一般情况下机床断电后重新通电便会消失;另一种情况是由环境条件引起的，如强力干扰（电网或周边设备）、温度过高、湿度过大等。这种环境因素往往被人们所忽视，例如南方地区将机床置于普通厂房甚至靠近敞开的大门附近，电柜长时间开门运行，附近有大量产生粉尘、金属屑或者水雾的设备等等。这些因素不仅会造成故障，严重的还会损坏系统与机床，务必注意改善。

结束语：

数控机床电气系统故障直接影响整个电气系统正常运行，故障分析、诊断和排除過程十分关键。只要查明了故障原因，就可以制定解决方案，因此故障诊断和检测方法是保证自动化机床正常运转的前提条件

参考文献：

[1]自动化机床的故障排除技术探究[J].王秀云，李杰.黑龙江科技信息. 2012（19）

[2]浅谈自动化机床的故障排除技术[J].郝春生.黑龙江科技信息. 2011（30）

[3]自动化机床的故障排除技术浅析[J].崔影明.黑龙江科技信息. 2010（15）

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