数控机床电气故障诊断及维修研究

陈 瀚

（1.山东滨州渤海活塞有限公司，山东滨州 256600；2.山东省发动机活塞摩擦副重点实验室，山东滨州 256600）

0 引言

数控机床在机械制造行业中的应用具有质量可靠、加工精度高以及生产效率高等特点，现在已经得到了广泛应用。数控机床实现了自动化生产，相比普通机床可释放更多劳动力，且质量控制难度进一步降低。不过，电气系统作为数控机床的核心部分，如果其出现故障，必定会影响到机床的运行状态，导致产品无法达到质检标准。因此需要总结以往经验，确定各类电气故障发生原因与诊断方法，争取迅速排除故障，促使机床恢复到正常运行状态，满足生产要求。

1 常见电气故障与诊断方法

1.1 电源故障

电源供电无异常是维持数控机床正常运行的前提，如果电源出现了问题，将会直接导致整个机床无法运转，这也是电气系统最基础的常见故障之一。目前我国数控机床生产制造技术水平在不断提高，但是很多情况下依然是选择国外比较成熟的电子系统，确保设备软硬件质量过硬。但是设备选用其他国家的电子系统，很多情况下电流电压情况设计并不相同，这样我国企业在选择该类数控机床后，就需要面对电力供电存在的问题。并且在实际生产中还经常会遇到一些突发情况，导致电源出现异常，电气系统死机以及数据库信息丢失，甚至会导致整个机床系统瘫痪。为了解决此类问题，需要设置独立的配电箱，避免与其他电气设备共用。如果厂房所处区域电网供电不稳定，就需要安装三相交流稳压设备。另外，还需要对电源做可靠接地，减少漏电、串电问题的发生。为了提高数控机床电气系统可靠性，可以对机床采用三相五线模式，而且要分隔开中线与接地线，避免相互接触。

1.2 断路故障

断路是比较常见的电气故障，主要是因为导线连接不可靠或者是电器元件被烧坏。导致断路故障产生的原因较多，包括：接触器触点被烧灼，表面出现严重的氧化现象造成断路；电器元件接触不良，引出线压紧螺丝松动等。在确定故障类型后，就可进一步分析原因，一般表现为元件表面损坏、接触点接触不良、接头松动等。数控机床在运行过程中发生故障，根据设备表现初步判断为断路故障后，可选择万用表、电阻器以及电压器进行检测确定。即应用电阻器检查系统电路是否为断开状态，并基于电路原理图来采取分段的方法测量，并根据所测电阻值大小确定断路位置。应用电压器对机床电气系统进行检查时，则应将电路电源接通，基于电路图来分段测量电压，并根据所测电阻值大小确定断路位置。另外，还可以选择短接方法诊断，即对可能存在故障的路段进行短接，检测电阻数值是否正常，如果问题消除则可确认此部位为故障点，否则需要进一步的检测，直到确定故障位置。

1.3 开关与控制器故障

触点烧灼后接触不良，导致数控机床电气系统中开关与控制器失效，影响数控机床的正常运行。为避免此类问题的发生，就需要选择较大负荷的开关，并减少继电器的使用。就实践经验可知，设置的继电器数量越多，电路出现故障的可能性也就越大，尤其是改动过以及不易检修的部位更容易发生电气故障。很多情况下是因为缺少专业技术人员的支持，无法及时发现存在的隐患，再加上操作动作不规范，最终发展为电气故障，影响数控机床的正常生产。

1.4 短路故障

如果正常电路中存在电势两点错误连接或者被电阻较小的导体接通，会造成电路内电阻减小，出现短路故障。当数控机床发生短路故障时，会导致机床控制操作系统执行程序混乱，甚至无法正常操控指令停机，对正常机械制造影响非常严重。导致电气系统短路的原因比较多，例如：元器件绝缘外层老化严重，受潮后发生短路；导电材料入侵造成短路；继电器或接触器连锁失效，通断后会产生过强电弧，负荷超过最大设计值就会造成短路。短路故障发生后电流不会经过用电器，而是直接通过导线由正极流向负极，使电源更容易被烧毁。想要诊断确定短路故障位置，只需要分段断开电路进行故障检测排除，直到确定故障点、将故障解决。

1.5 计算机故障

计算机故障就无法对数控机床进行操控、无法开展正常的生产工作，一般多表现为键盘故障与报警故障。如果计算机突然断电，很容易造成生产加工程序混乱以及相关数据丢失，必须要提前准备好后备电池，并记录数控机床的机床参数，待电池电量过低即将失效时，电池会故障报警。诊断确认后要及时对电池进行更换，并检查机床参数是否丢失，确保整个系统可以正常运行。如果操作时键盘输入不顺畅，例如字符输入不成功以及程序无法复位消除等，可初步判断为进按键接触不良，需要进行修理或更换。如果故障依然存在还需要继续对接口电路软件以及电缆状态进行检查，确认是否连接出现问题，并及时处理解决。

2 数控机床电气故障检修原则与检修方法

2.1 故障检修原则

2.1.1 先静后动原则

数控机床电气故障诊断以及检修均需要坚持先静后动原则，以保证安全为主，采取从外部直观检查的方法，对故障类型以及部位做初步判断。然后选择专业技术手段和设备仪器，对数控机床电气设备做动态检测，精确判断故障点，实现电气故障的全面检查与有效控制。

2.1.2 先公后专原则

待数控机床出现电气故障后，首先需要检查公共模块是否存在异常，包括机床电气中公用的接地系统、电源系统以及PLC系统等，确认无问题后在进行专项检查[4]。这样可以节省更多时间，提高数控机床电气故障诊断与处理的综合效率。

2.2 检修方法

2.2.1 常规检查法

安排经验丰富的检修人员负责，以实践经验作为依据，通过眼、鼻、耳、手等感官进行初步判断，然后借助于专业简单的工具仪器进行分析和判断故障，确定故障原因，并采取相应的手段处理。例如通过听、看、嗅、摸等方法来了解故障发生时伴随着的异常噪声、异常温度、元器件表面异常颜色以及金属烧结等问题，初步判断故障原因与部位后，做更进一步的检查确认。此种方法更加省时而且检查效率高，但是仅适用于部分故障，对于特殊部位或者隐藏较深的故障还需要做更加专业的判断和检修。

2.2.2 自诊断方法

通过数控机床的数控系统来对发生的故障部位进行确定，并且分析判断故障发生的原因，或者是预知系统劣化倾向，提前制定预防策略和解决方案，最大限度避免故障的发生，并将故障影响控制在最低。数控系统在启动时，会自动对系统软硬件做全面的检测和初始化，假如在启动过程中无法有效完成规定的诊断内容，系统将会自动报警，提醒技术人员根据报警信息做更进一步的检查判断，及时将故障问题处理掉。

2.2.3 参数检查恢复法

对数控机床电气系统做重新冷、热启动，然后通过PC 卡以及RS232 通信方式来对数控系统参数做故障排除，确定故障问题后采取措施应对解决，确保电气系统可以始终维持在可靠的运行状态下，满足实际生产需求。

3 电气系统故障检修方法

3.1 系统复位处理

系统报警后可以对硬件采取复位处理的方法，或者是直接对系统电源重新开关机。如果系统工作储存区出现掉线问题，电池电压不稳定以及插头松脱等，均可以采取复位处理方法。但是在拷贝系统数据时发现设备初始化后依然存在故障，就需要继续针对硬件问题进行诊断检修。

3.2 系统程序或参数调整

数控机床的运行需要有提前设定好的性能参数与生产程序作为支持，而系统参数也决定着系统本身的功能性。如果系统参数设置不合理，将会直接反映到零部件的生产制造中，情况严重的甚至会造成机床瘫痪。部分情况下机床维持正常运行状态，但是用户操作程序出现异常，也会产生电气故障，导致整个机器停机。一旦遇到这种问题，就需要全面检查系统各项参数，发现问题后对相关程序进行更正，促使系统恢复正常。

3.3 系统优化调整

对数控机床电气系统进行优化调整，其具有一定针对性，即主要以机械系统和伺服驱动系统作为对象，通过优化调整确保其能够科学匹配。该方法执行操作难度小，对设备的需求少，一般只需要一台可存储数据的双踪示波器和一台多条线记录仪就可实现。对记录仪显示的各项数据曲线进行观察分析，适当调整速度调节器的积分时间，将伺服系统带来的震荡影响控制到最小，为系统稳定运行创造良好条件。

4 结束语

数控机床电气故障种类比较多且表现形式与影响程度不同，但是要提高数控机床的生产效率，就必须要基于其电气系统特点，对常见电气故障进行可靠诊断，并采取有效手段进行检修维护，最大限度地减少故障的发生。