数控机床的故障如何诊断

陈飞

摘要：本文介绍了数控机床的故障诊断与维修界定，分析了数控机床产生故障的类型和特点。针对故障，提出了故障的常用诊断方法。

关键字：数控机床;故障分析;故障诊断

中图分类号：G4 文献标识码：A

机床是人类进行生产劳动的重要工具，也是社会生产力发展水平的重要标志。数控机床采用了计算机数控系统，因此也称为计算机数控机床或CNC机床。数控机床综合应用了计算机、自动控制、精密测量、现代机械制造和数据通信等多种技术，是机械加工领域中典型的机电一体化设备，适用于多品种、中小批量的复杂零件的加工。

一、故障诊断与维修界定

要保持数控机床的完好率，就要求对数控机床的可靠性、可维修性和可用性提出更高的标准，衡量可靠性的主要指标是平均故障间隙时间MTBF（Mean Time Between Failure），MTBF就是数控机床在使用过程中发生了N次故障，每次故障修复后又投入使用。测其每次故障前工作持续时间为T1、T2……TN，其平均故障间隙时间MTBF=T/N。（T为T1、T2、TN之和）。可维修性的衡量指标是平均修复时间（MTTR），MTTR是规定的条件虾和规定的时间内，机床在任一规定的维修级别上，修复性维修时间与在该级别上被修复产品的故障总数之比。简单地说就是排除故障所需实际直接维修时间的平均值，MTBF=TI/N。（TI为第I次修复时间，N修复次数），可用性是在要求的外部资源得到保证的前提下机床在规定的条件下和规定的时刻或时间区间内处于可执行规定的功能状态的能力。它是产品可靠性、维修性和维修保障的综合反映，可靠性是从延长其正常工作时间来提高产品可用性，而维修性是从缩短因维修的停机时间来提高可用性。

近几年国产数控系统MTBF大都超过10000H。但国际上先进企业数控系统MTBF已达80000H，虽然我国机床工业取得了较大进步，每年的产量达到了千台以上，但我国的机床大部分水平较低且又缺门。一些用户对数控机床的故障还不能及时做出正确的判断和准确的排除故障，生产厂家的售后服务又不能及时的到现场服务。目前，国内各行业中的数控系统开动率平均仅达到25%左右。

二、故障的类型与特点分析

数控机床的故障类型有：

1.NC系统故障。NC系统故障会引起硬件故障和软故障。

2.伺服系统的故障。由于数控系统的控制核心是对机床的进给部分尽心数字控制，而进给是由伺服单元控制伺服电机，带动滚珠丝杠来实现的，由旋转编码器做位置反馈元件，形成位置控制系统。伺服系统故障一般是由伺服控制单元、伺服电机、测速电机、编码器等问题引起的。

3.外部故障。由于现代的数控系统可靠性越来越高，故障率越来越低，很少发生故障。大部分故障都是非系统故障，是由外部原因引起的。

数控机床故障的特点：数控机床一般由数控系统，包含伺服电动机和检测反馈装置的伺服系统，强电控制柜，机床本体和各类辅助装置组成。

数控机床的复杂性使其故障具有复杂性和特殊性，引起数控机床故障的因素又很多，不能只看故障的表像，要透过现象去检查引起故障的综合因素，找到引起故障的根源，采取合理的方法给予排除。

三、故障的诊断

1.要搞清故障现象

当数控设备出现故障时，首先要搞清故障现象，向操作人员了解第一次出现故障时的情况，在可能的情况下观察故障发生的过程，观察故障是在什么情况下发生的，怎么发生的，引起怎样的后果。只有了解到第一手情况，才有利于故障的排除，把故障过程搞清了，问题就解决一半了。搞清了故障现象，然后根据机床和数控系统的工作原理，就可以很快地确诊问题所在并将故障排除，使设备恢复正常使用。

现在数控系统的自诊断能力越来越强，设备的大部分故障数控系统都能够诊断出来，并采取相应的措施。当数控设备出现故障时，有时在显示器上显示报警信息，有时在数控装置上、PLC装置上和驱动装置上还会有报警指示。这时要根据手册对这些报警信息进行分析，有些根据报警信息就可直接确认故障原因，只要搞清报警信息的内容，就可排除数控设备出现的故障。

另一些故障的报警信息并不能反映故障的根本原因，而是反映故障的结果或者由此引起的其它问题，这时要经过仔细的分析和检查才能确定故障原因。

2.要利用数控系统的PLC状态显示功能

许多数控系统都有PLC状态显示功能，如西门子3系统PC菜单下的PC STATUS，西门子810系统DIAGNOSIS菜单下的PLC STATUS功能，以及发那科0T系统DGNOS PARAM 功能的PMC状态显示功能等，利用这些功能可显示PLC的输入、输出、定时器、计数器等的即时状态和内容。根据机床的工作原理和机床厂家提供的电气原理图，通过监视相应的状态，就可确诊一些故障。

3.要利用机床厂家提供的PLC梯形图

数控设备出现的大部分故障都是通过PLC装置检查出来的，PLC检测故障的机理就是通过运行机床厂家为特定机床编制的PLC梯形图（即程序），根据各种输入、输出状态进行逻辑判断，如果发现问题，产生报警并在显示器上产生报警信息。所以对一些PLC产生报警的故障，或一些没有报警的故障，可以通过分析PLC的梯形图对故障进行诊断，利用NC系统的梯图显示功能或者机外编程器在线跟踪梯形图的运行，可提高诊断故障的速度和准确性。

以上方法对机床侧故障的检测是非常有效的，因为这些故障无非是检测开关、继电器、电磁阀的损坏或者机械执行结构出现问题，这些问题基本都可以根据PLC程序，通过检测其相应的状态来确认故障点。而遇到一些系统故障时，有时情况比较复杂，采用以下的方法及检测原则可快速确认故障点。

对于一些涉及到控制系统的故障，有时不容易确认哪一部分有问题，在确保没有进一步损坏的情况下，用备用控制板代换被怀疑有问题的控制板，是准确定位故障点的有效办法，有时与其它机床上同类型控制系统的控制板互换会更快速诊断故障（这时要保证不会把好的板子损坏）。

检查故障要本着先外围后内部、先机械后电气、先简单后复杂、先静后动、先公用后專用、先查软件后查硬件的原则。对于数控设备出现较复杂的故障，特别是涉及到控制系统时，应用这些原则可简化故障的诊断过程，避免走弯路。

参考文献

[1] 徐衡. 数控机床故障维修[M].北京：化学工业出版社， 2005

[2] 王爱玲. 数控机床故障诊断与维修[M].北京：机械工业出版社，2006