数控机床控制系统硬件故障检查与分析方法

周庆

数控机床控制系统是数控机床的核心，其硬件结构是将电子元器件焊（贴）到印制电路板，由多块板、卡通过接插件等连接，再连接外设就成为数控机床控制系统。作为数控维修人员，应掌握数控机床控制系统硬件的工作原理、结构布置、各电路板的作用，电路板上各发光管的指示意义;能熟练的运用各种检测方法信息确定故障范围，以便快速进行故障定位。

一、数控机床控制系统硬件故障检查

1.外观检查系统发生故障后，首先进行外观检查。运用自己的感官感受判断明显的故障，有针对性地检查被怀疑部分的元器件，如看空气斷路器、继电器是否脱扣，继电器是否有跳闸现象，熔丝是否熔断，连接导线是否断裂、划伤，插接件是否脱落等;若有检修过的电路板，还得检查开关位置、电位器设定、短路棒选择、线路更改是否与原来状态相符;注意观察故障出现时的噪声、振动、焦糊味、异常发热、冷却风扇是否转动正常等。

2.连接电缆、连接线检查针对故障有关部分，用一些简单的维修工具检查各连接线、电缆是否正常。尤其注意检查机械运动部位的接线及电缆，这些部位的接线易因受力、疲劳而断裂。

3恶劣环境下工作的元器件检查针对故障有关部位，检查在恶劣环境下工作的元器件。这些元器件容易受热、受潮、受振动、粘灰尘或油污而失效或老化。受冷却水及油污染，光栅标尺栅和指示栅都变脏。清洗后，故障消失。

4.连接端及接插件检查针对故障有关部位，检查接线端子、单元接插件。这些部件容易松动、发热、氧化、电化腐蚀而断线或接触不良。

5.易损部位的元器件检查元器件易损部位应按规定定期检查。如直流伺服电动机电枢电刷及整流子，测速发电机电刷及整流子都容易磨损及粘污物，前者造成转速下降，后者造成转速不稳。

6.定期保养的部件及元器件的检查有些部件、元器件按规定应及时清洗润滑，否则容易出现故障。例如冷却风扇如果不及时清洗风道等处，则易造成过负荷。如果不及时检查轴承，则在轴承润滑不良时，易造成通电后转不动。

7.电源电压检查电源电压正常是机床控制系统正常工作的必要条件，电源电压不正常，一般会造成故障停机，有时还造成控制系统动作紊乱。检查电源时，不仅要检查电源自身馈电线路。还应检查由它馈电的无电源部分是否获得了正常的电压;不仅要注意到正常时的供电状态.还要注意到故障发生时电源的瞬时变化。

二、数控机床控制系统硬件故障现象分析法

1.面板指示灯分析法

数控机床控制系统多配有面板显示器、指示灯。面板显示器可把大部分被监控的故障识别结果以报警的方式给出。对于各个具体的故障，系统有固定的报警号和文字显示给予提示。特别是彩色CRT的广泛使用及反衬显示的应用使故障报警更为醒目。出现故障后，系统会根据故障情况、故障类型，提示或者同时中断运行而停机。维修人员应抓住故障信号及有关信息特征，分析故障原因。

2.系统分析法

查找系统存在故障的部位时，可对控制系统方框图中的各方框单独考虑。根据每一方框的功能，将方框划分为一个个独立的单元。在对具体单元内部结构了解不透彻的情况下，可不管单元内容如何，只考虑其输入和输出。这样就简化了系统，便于维修人员排除故障。

首先检查被怀疑单元的输入，如果输入中有一个不正常，该单元就可能不正常。这时应追查提供给该输入的上一级单元;在输入都正常的情况下而输出不正常，那么故障即在本单元内部。在把该单元输入和输出与上下有关单元脱开后，可提供必要输入电压，观察其输出结果（亦请注意到有些配合方式把相关单元脱开后，给该单元供电会造成本单元损坏）。使用这种方法时，要求了解该单元输入输出点的电信号性质、大小、不同运行状态信号状态及它们的作用。用类似的方法可找出独立单元中某一故障部件，把怀疑部分由大缩到小，逐步缩小故障范围，直至把故障定位于元件。

3.信号追踪法

信号追踪法是指按照控制系统方框图从前往后或从后向前地检查有关信号的有无、性质、大小及不同运行方式的状态，与正常情况比较，看有什么差异或是否符合逻辑。

两个相同的线路，可以对它们部分地交换试验。这种方法类似于把一个电动机从其电源上拆下，接到另一个电源上试验，类似地，在其电源上另接一个电动机测试电源，这样可以判断出电动机有问题还是电源有问题。但对数控机床来讲，问题就没有这么简单，交换一个单元一定要保证该单元所处大环节（如位置控制环）的完整性，否则可能闭环受到破坏，保护环节失效，调节器输入得不到平衡。

4.静态测量法

静态测量法主要是用万用表测量元器件的在线电阻及晶体管上的PN结电压;用晶体管测试仪检查集成电路块等元件的好坏。

例如：一台加工中心的X轴交流伺服单元接通电源后，出现停机现象。维修人员把X轴控制电压线路接到其他轴伺服单元供给控制电压，其他调节器正常并没有故障发生，这说明供电的电源没有故障。拆下X轴伺服单元进行测量，直流电压+15V，在X轴伺服单元中有短路现象，+15V与0V之间电阻为0。继续检查，查出+15V与0V之间有一个47μF50V电容被击穿，更换该电容后，再检查+15V不再短路，伺服单元恢复正常。

5.动态测量法

动态测量法是根据电路原理图给印制电路板上加上必要的交直流电压、同步电压和输入信号，然后用万用表、示波器等对印制电路板的输出电压、电流及波形等全面诊断并排除故障。动态测量有：电压测量法、电流测量法及信号注入及波形观察法。

电压测量法是对可疑电路的各点电压进行普遍测量，根据测量值与已知值或经验值进行比较，再应用逻辑推理方法判断出故障所在。

电流测量法是通过测量晶体管、集成电路的工作电流、各单元电路电流和电源板负载电流来检查电子印制电路板的常规方法。

信号注入及波形观察法是利用信号发生器或直流电源在待查回路中的输入信号，用示波器观察输出波形。

三.结语

数控机床系统是是数控机床的核心，当数控机床控制系统出现故障以后，就要对软、硬件部分进行分析、判断，定位故障并维修。本文简单介绍了数控机床控制系统硬件常规检查内容和故障分析方法，为数控机床故障维修提供一些借鉴。

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