数控机床故障诊断及排除方法管窥

摘 要：数控机床是涉及机、电、光、液、气等很多技术的复杂系统，它的故障诊断与维修是数控机床使用过程中必须要面对的问题，为了提高设备有效利用率，现根据实际工作情况对分析故障及排除方法做一些总结。

关键词：数控机床；故障；排除；诊断

1 前言

数控机床是综合了可编程控制、计算机控制、伺服控制、机械制造和数据通信等多种先进技术于一体的机电一体化设备，由于其良好的性能与较高的生产效率使得在生产上得到广泛的应用。但是在使用过程中也不可避免地发生一些故障，因此数控机床故障诊断及排除是很重要的，笔者就其一般方法进行论述。

2 数控机床故障诊断的基本原则

2.1 先静后动

维修人员在面对机床故障时应做到先静后动，不可一上来就盲目动手，必须先询问机床使用人员故障发生的过程及状态，在阅读机床说明书及其他相关资料后才能查找故障。

2.2 先检查后通电

在故障机床断电的状态下，通过观察、测试、分析，确认为非破坏性故障，方可给机床通电，进行动态观察和测试，查找故障。而对于破坏性故障，只有在排除故障后才能通电，在正常运行下进行动态诊断。

2.3 先软件后硬件

当为发生故障的机床通电后，首先检查软件工作是否正常。不可一上来就大拆大卸，以免引起新的故障，降低机床性能。

2.4 先外部后内部

数控机床故障可由机械、液压、电气三方面引起。应该由外向内逐一排查，尽量避免随意启封、拆卸，否则很可能扩大故障，使机床丧失精度，降低性能。

2.5 先机械后电气

由于数控机床自动化程度高，技术较复杂，一般机械故障较容易察觉。所以在数控机床检修中，首先检查机械部分是否正常，行程开关是否灵活，气动、液压部分是否存在阻塞现象等。先逐一排除机械性故障，往往可以达到事半功倍的效果。

3 数控机床故障的主要分类

3.1 按故障有无诊断显示分

可分为有诊断显示故障和无诊断显示故障。有诊断显示的故障又可分成硬件诊断显示故障与软件诊断显示故障。硬件诊断显示的故障是指各单元装置上的警示灯在数控机床发生故障时指示出故障状态的故障。软件诊断显示的故障是指数控机床发生故障时在CRT显示器上显示出诊断号和诊断信息的故障。有诊断显示的故障较易排除；而对于无诊断显示的故障，其排除故障的难度较大。

3.2 按故障发生的性质分

可分为破坏性故障和非破坏性故障。破坏性故障往往是随机的，它经常与数控机床的电磁兼容性有关，只能根据操纵者提供的情况进行维修，难度大并且有一定的风险，在维修和排除时不允许此类故障重复出现；非破坏性故障的特点是，在某些特定的条件下，允许此故障重复出现，不会对机床造成更多损伤，所以可以经过多次试验、重演故障来分析故障，排除较易。

3.3 按数控机床发生故障的性质分

可分为系统性故障和随机性故障。系统性故障通常是指只要满足一定的条件或超过某一设定的限度，工作中数控机床必然会发生的故障。这一类故障现象极为常见，例如，润滑，冷却或液压等系统由于管路泄露引起油位下降到使用极限值，必然会发生液位报警使机床停机。随机性故障是指数控机床在同样的条件下工作时只偶然发生一两次的故障。例如，工作环境温度过高或过低、电源波动与机械振动、有害粉尘与气体污染等均可引发此类随机性故障。

3.4 按数控机床发生故障的部位分

可分为机械故障和电气故障。机械故障又可分为功能型故障、动作型故障、结构型故障、使用型故障。电气故障又可分弱电故障和强电故障。弱电故障是指控制系统中以电子元器件、集成电路为主的控制部分发生的故障。强电故障是指控制系统中的主回路或高压大功率回路中的继电器、接触器、开关、熔断器、电源电压变压器、电动机、电磁铁、行程开关等电气元器件及其所组成的控制电器发生的故障。

4 故障诊断的要求及思路

4.1 故障诊断的要求包括以下几个方面：

（1）对人员素质的要求，要求维修人员有较广知识面、善于思考学习总结经验、能熟练操作机床和使用维修仪器，还需要有较强动手能力。（2）对技术资料的要求，技术资料是维修的指南，它在维修过程中起着非常重要的作用，通过它可以大大地提高维修效率与准确性。具体而言，技术资料包括以下部分：数控机床使用说明书、数控系统使用手册、PLC程序清单、机床参数清单、机床主要配套功能部件的说明书与资料等。（3）工具及备件的要求：由于数控机床是精密设备，要求完备合格的维修工具。包括数字万用表、数字转速表、示波器、相序表、长度测量工具等仪表；电烙铁、吸锡器、钳类扳手等工具；常用二极管、晶体管、电阻、集成电路等备件。

4.2 故障诊断思路

当数控机床发生故障时，维修人员应对故障发生的时间、故障发生时的操作方式，以及故障的内容进行调查分析。这样有利于较快确定故障范围或类型，从而找出故障点，排除故障。

5 数控机床故障诊断技术与排除方法

5.1 直观法

直观法是通过故障发生时产生的光、声、味等异常现象的观察，认真检查系统各处，观察有无损伤痕迹，进行排除，并缩小故障范围。直观一般包括：（1）询问现场人员故障产生的过程、现象及加工情况；（2）查看CRT报警指示灯及报警信息，机床各部分工作状态，保险丝是否烧断，电容器等元器件是否烧焦、开裂以及电线电缆是否脱落；（3）在断电的情况下，触摸电路板等电气元件安装情况，是否有接触不良等现象（4）闻电气元件是否有烧焦等异味，听是否有异常声响。

5.2 自诊断法

数控系统已具备了一定的自诊断功能，具体可分为两种：（1）启动诊断。它的机制是从开机后到正常的运行准备状态为止，自动诊断整个硬件系统，为系统正常工作做好准备。通过它可以测出系统大部分硬件故障。（2）在线诊断。它是通过CNC系统的内装诊断程序，当在系统处于正常运行状态时，自动对数控系统、伺服系统、外部I/O及其他外部系统测试、检查，并显示有关状态或故障信息。（3）离线诊断。当CNC系统出现故障或判断系统是否有故障时，往往需要停机进行检查，这就是离线诊断。它的主要目的是故障定位和修复系统，这样力求把故障定位在更小的范围之内。

5.3 功能程序测试法

它是把数控系统的G、M、S、T、F功能用手工编程或自动编程方法编织成一个功能测试程序，然后开启数控系统来运行这个功能测试程序，可快速判定系统哪个功能不良，以及故障发生的可能原因。此方法常用于以下情况：（1）长期闲置的数控机床第一次开机测试检查；（2）机床加工造成废品又无报警而一时难以确认是编程或操作的失误；（3）数控系统出现随机性故障，一时难以区别是外来干扰还是系统稳定性不好。

5.4 交换法

当确定故障点大致范围后，维修人员用备用元器件替换被怀疑有故障的部分，甚至还可以用系统中兼容或相同的两个板互换检查，这样可以通过观察故障现象是随之转移还是故障依旧来判断被怀疑的地方。

5.5 参数检查法

在数控系统中有许多参数，它们是确定系统功能的重要依据，直接影响数控机床的性能，由于参数一般存放在RAM或磁泡存储器中，一旦电池电压不足或系统长期不通电等原因都可能会造成参数丢失或混乱，进而产生故障。应根据故障特征，核对、校正参数，排除故障。

6 结束语

近些年来，随着我国制造业水平不断发展，对数控机床的需求也越来越高，也就急需数控机床维修人才，但数控机床综合了诸如机械、电气、液压、计算机等多种技术，所以它的诊断也是较复杂、含金量较高的工作。通过加强对它的重视与对技术人员的培训，提高技术素质，以此满足现代化生产对数控机床的需要。

参考文献

[1]张志军.数控机床故障诊断与维修[M].北京：北京理工大学出版社，2010.

[2]李英.数控机床故障诊断与维修[M].北京：北京师范大学出版社，2011.

[3]徐衡.图解数控机床故障诊断[M].北京：化学工业出版社，2012.

作者简介：王博（1993，2-），男，重庆市南岸区人，重庆理工大学机械设计及其自动化专业，本科，在校学生。