数控机床故障的诊断与维修

数控机床的故障有软故障和硬故障之分，所谓软故障，就是故障并不是由硬件损坏引起的，而是由于操作、调整处理不当引起的。这类故障在设备使用初期发生的频率较高，这和操作和维护人员对设备不很熟悉有关。所谓硬故障，就是由外部硬件损坏引起的故障，包括检测开关、液压系统、气动系统、电气执行元件及机械装置等故障，这类故障是数控机床常见的故障。 数控机床发生故障时，除非出现影响设备或人身安全的紧急情况，不要立即关断电源。要充分调查故障现场，从系统的外观、CRT显示的内容、状态报警指示及有无烧灼痕迹等方面进行检查，在确认系统通电无危险的情况下，可按系统复位（RESET）键，观察系统是否有异常，报警是否消失，如能消失，则故障多为随机性，或是操作错误造成的。CNC系统发生故障，往往是同一现象、同一报警号可以有多种起因，有的故障根源在机床上，但现象却反映有系统上，所以，无论是CNC系统、机床电器，还是机械、液压及气动装置等，只要有可能引起该故障的原因，都要尽可能全面地列出来，进行综合判断，确定最有可能的原因，再通过必要的试验，达到确诊和排除故障的目的。为此，当故障发生后，要对故障的现象作详细的记录，这些记录往往为分析故障原因、查找故障源提供重要依据。当机床出现故障时，往往从以下方面进行调查： 一、检查机床的运行状态 1）机床故障时的运行方式。 2）MDI/CRT显示的内容。 3）各报警状态指示的信息。 4）故障时轴的定位误差。 5）刀具轨迹是否正常。 6）辅助机能运行状态。 7）CRT 显示有无报警及相应的报警号。 二、检查加工程序及操作情况 1）是否为新编制的程序。 2）故障是否发生在子程序部分。 3）检查程序单和CNC 内存中的程序。 4）程序中是否有增量运动指令。 5）程序段跳步功能是否正确使用。 6）刀具补偿量及补偿指令是否正确。 7）故障是否与换刀有关。 8）故障是否与进给速度有关。 9）故障是否和螺纹切削有关。 10）操作者的训练情况。 三、检查故障的出现率和重要性 1）故障发生的时间和次数。 2）加工同类工件故障出现的概率。 3）将引起故障的程序段重复执行多次，观察故障的重要性。 四、检查系统的输入电压 1）输入电压是否有波动，电压值是否在正常范围内。 2）系统附件是否有使用大电流的装置。 五、检查环境状况 1）CNC 系统周围温度。 2）电气控制柜的空过滤器的状况。 3）系统周围是否有振动源引起系统的振动。 六、外部因素 1）故障前是否修理或调整过机床。 2）故障前是否修理或调整过CNC 系统。 3）机床附近有无干扰源。 4）使用者是否调整过CNC 系统的参数。 5）CNC 系统以前是否发生过同样故障。 七、检查运行情况 1）在运行过程中是否改变工作方式。 2）系统是否处于急停状态。 3）熔丝是否熔断。 4）机床是否作好运行准备。 5）系统是否处于报警状态。 6）方式选择开关设定是否正确。 7）速度倍率开关是否设定为零。 8）机床是否处于锁住状态。 9）进给保持按钮是否按下。 八、检查机床状况 1）机床是否调整好。 2）运行过程中是否有振动产生。 3）刀具状况是否正常。 4）间隙补偿是否合适。 5）工件测量是否正确。 6）电缆是否有破裂和损伤。 7）信号线和电源线是否分开走线。 九、检查接口情况 1）电源线和CNC 系统内部电缆是否分开安装。 2）屏蔽线接线是否正确。 3）继电器、接触器的线圈和电动机等处是否加装有噪声抑制器。 数控系统故障诊断的常用方法 数控系统的故障诊断有故障检测、故障判断及隔离和故障定位三个阶段。第一阶段的故障检测就是对数控系统进行测试，判断是否存在故障；第二阶段是判定故障性质，并分离出故障的部件或模块；第三阶段是将故障定位到可以更换的模块或印制线路板，以缩短修理时间。为了及时发现系统出现的故障，快速确定故障所以部位并能及时排除，要求：1、故障检测应简便，不需要复杂的操作和指示。2、故障诊断所需的仪器设备应尽可能少且简单实用。3、故障诊断所需的时间应尽可能短。为此，可以采用以下的诊断方法： 一、直观法 利用感觉器官，注意发生故障时的各种现象，如故障时有无火花、亮光产生，有无异常响声、何处异常发热及有焦糊味等。仔细观察可能发生故障的每块印制线路板的表面状况，有无烧毁和损伤痕迹，以进一步缩小检查范围，这是一种最基本、最常用的方法。 二、CNC系统的自诊断功能 依靠CNC系统快速处理数据的能力，对出错部位进行多路、快速的信号采集和处理，然后由诊断程序进行逻辑分析判断，以确定系统是否存在故障，及时对故障进行定位。现代数控系统自诊断功能可分为两类：一类为“开机自诊断”，它是指从每次通电开始至进入正常的运行准备状态为止，系统内部的诊断程序自动执行对存储器、总线和I/O单元等模块、印制线路板、CRT单元、阅读机及软盘驱动器等外围设备进行运行前的功能测试，确认系统的主要硬件是否可以正常工作。 另一类是故障信息提示。当机床运行中发生故障时，在CRT上会显示故障编号和内容。根据提示，查阅有关维修手册，确认引起故障的原因及排除方法。但要注意的是，有些故障根据故障内容提示和查阅手册可直接确认故障原因；而有些故障的真正原因与故障内容提示不相符，或一个故障显示有多个故障原因，这就要求维修人员必须找出它们之间的内在联系，间接地确认故障原因。 一般来说，数控机床诊断功能提示的故障信息越丰富，越能给故障诊断带来方便。 三、数控和状态检查 CNC系统的自诊断不但能在CRT上显示故障报警信息，而且能以多页的“诊断地址”和“诊断数据”的形式提供机床参数和状态信息，常见的有以下几个方面： 1、接口检查 数控系统与机床之间的输入，输出接口信号包括CNC与PLC，PLC 与机床之间接口输入，输出信号。数控系统的输入，输出接口诊断能将所有开关量信号的状态显示在CRT上，用“1”或“0”表示信号的有无，利用状态显示可以检查数控系统是否已将信号输出到机床侧，机床侧的开关量等信号是否已输入到数控系统，从而可将故障定位在机床侧，或是在数控系统侧。 2、 参数检查 数控机床的机床数据是经过一系列试验和调整而获得的重要参数，是机床正常运行的保证。这些数据包括增益、加速度、轮廓监控允差、反向间隙补偿值和丝杠螺距补偿值等。当受到外部干扰时，会使数据丢失或发生混乱，机床不能正常工作。 四、报警指示灯显示故障 现代数控机床的数控系统内部，除了上述的自诊断功能和状态显示等“软件”报警外，还有许多“硬件”报警指示灯，它们分布在电源、伺服驱动和输入， 输出等装置上，根据这些报警灯的指示可判断故障的原因。 五、备板置换法 利用备用的电路板来替换有故障疑点的模板，是一种快速而简便的判断故障原因的方法，常用于CNC系统的功能模块，如CRT模块、存储器模块等。 例如，有一数控系统开机后CRT无显示，采用如图下图所示的故障检查步骤，即可判断CRT模块是否有故障。 需要注意的是，备板置换前，应检查有关电路，以免由于短路而造成好板损坏，同时，还应检查试验板上的选择开关和跨接线是否与原模板一致，有些模板还要注意板上电位器的调整。置换存储器板后，应根据系统的要求，对存储器进行初始化操作，否则系统仍不能正常工作。 CRT故障备板置换诊断流程图 六、交换法 在数控机床中，常有功能相同的模块或单元，将相同模块或单元互相交换，观察故障 转移的情况，就能快速确定故障的部位。这种方法常用于伺服进给驱动装置的故障检查，也可用于两台相同数控系统间相同模块的互换。 七、敲击法 数控系统由各种电路板组成，每块电路板上会有很多焊点，任何虚焊或接触不良都可能出现故障。若用绝缘物轻轻敲打不良疑点的电路板、接插件或元器件时，若故障出现，则故障很可能就在敲击的部位。 八、测量比较法 为检测方便，模块或单元上设有检测端子，利用万有表、示波器等仪器仪表，通过这些端子检测到的电平或波形，将正常值与故障时的值相比较，可以分析出故障的原因及故障的所在位置。 对上述故障诊断方法有时要几种方法同时应用，进行故障综合分析，快速诊断出故障的部位，从而排除故障。 参考文献： 《数字控制机床》 廖效果 朱启逑 主编 华中理工大学出版社 [M] 《现代数控机床故障诊断及维修》 任建平 主编 国防工业出版社 [M] 联系方式： 通信地址：河北省青县济柴河北分公司 技术科 邮编：062658 电话：13503179416 0317-2573293 Email:zhaoning008@126.com 个人简历： 2002年毕业于河北省燕山大学，电子信息工程学院 现于济南柴油机股份有限公司河北分公司工作 任职电气工程师