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前言
數(shù)控機(jī)床是一種高效的自動(dòng)化機(jī)床，它綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)化技術(shù)，伺服驅(qū)動(dòng)，精密測量和精密機(jī)械等各個(gè)領(lǐng)域的新的技術(shù)成果，是一門新興的工業(yè)控制技術(shù)。由于其經(jīng)濟(jì)性能好，生產(chǎn)效率高，在生產(chǎn)上處于越來越重要的地位。本人經(jīng)過二十年的數(shù)控機(jī)床維修，對數(shù)控機(jī)床的故障診斷及維修有了一些粗淺的認(rèn)識(shí)。為了提高機(jī)床的使用效率，充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的優(yōu)勢，結(jié)合工作實(shí)際淺談一下數(shù)控系統(tǒng)故障診斷和維修的一般方法希望對同行有所幫助。
一、 數(shù)控機(jī)床的故障診斷方法
1、數(shù)控機(jī)床的故障規(guī)律
與一般設(shè)備相同，數(shù)控機(jī)床的故障率隨時(shí)間變化的規(guī)律可用浴盆曲線表示。在整個(gè)使用壽命期，根據(jù)數(shù)控機(jī)床的故障頻度大致分為三個(gè)階段，即早期故障期、偶發(fā)故障期和故障高發(fā)期。
早期故障期：早期故障期的特點(diǎn)是故障發(fā)生的頻率高，但隨著使用時(shí)間的增加迅速下降。
偶發(fā)故障期：數(shù)控機(jī)床在經(jīng)歷了初期的各種磨合和調(diào)整后，開始進(jìn)入相對穩(wěn)定的正常運(yùn)行期。在這個(gè)階段，故障率低而且相對穩(wěn)定，近似常數(shù)。偶發(fā)故障是由于偶然因素引起的。
故障高發(fā)期：故障高發(fā)期出現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床使用的后期，其特點(diǎn)是故障率隨著運(yùn)行時(shí)間的增加而升高。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的基本原因是由于數(shù)控機(jī)床的零部件及電子元器件經(jīng)過長時(shí)間的運(yùn)行，由于疲勞、磨損、老化等原因，壽命已接近衰竭，從而處于頻發(fā)故障狀態(tài)。
2、數(shù)控機(jī)床故障診斷的內(nèi)容
無論是處于哪一個(gè)故障期，數(shù)控機(jī)床故障診斷的一般步驟都是相同的。當(dāng)數(shù)控機(jī)床發(fā)生故障時(shí)，除非出現(xiàn)非常危險(xiǎn)或涉及人身安全的緊急情況，一般不要關(guān)斷電源，要盡可能地保持機(jī)床原來的狀態(tài)不變，并對出現(xiàn)的一些信號和現(xiàn)象做好記錄，這主要包括：
（1）出現(xiàn)這種故障，是否造成了產(chǎn)品、設(shè)備及安全事故。如果發(fā)生了事故，此時(shí)一定要詳細(xì)詢問機(jī)床操作人員的各種細(xì)節(jié)并由其對其發(fā)言簽字。只要涉及操作人員的利益，一定對操作人員的供述仔細(xì)分析，防止個(gè)別人說假話。
（2）故障現(xiàn)象的詳細(xì)記錄
把故障發(fā)生前后的一切現(xiàn)象，都記錄清楚，不放過任何蛛絲馬跡。經(jīng)過多年的數(shù)控機(jī)床維修，我們發(fā)現(xiàn)，越是熟識(shí)的內(nèi)容，越是習(xí)以為常的東西，往往是維修人員忽視的對象。也恰恰是這些習(xí)以為常的東西往往是導(dǎo)致故障發(fā)生的主要因素。
（3）故障發(fā)生的操作方式及內(nèi)容
在記錄操作方式時(shí)，不能忽視機(jī)床操作者的情緒，如果操作者情緒低落，一定要留心注意。
（4）故障號及故障指示燈的顯示內(nèi)容
（5）故障發(fā)生時(shí)機(jī)床各部分的狀態(tài)與位置
3、數(shù)控機(jī)床故障診斷的一般步驟
（1）、“望、聞、問、切”法
機(jī)床不能說話，但其很多故障源會(huì)以各種形式表露出來，可以看看電柜、機(jī)床側(cè)有無異?，F(xiàn)象？聞聞?dòng)袩o糊味？問問機(jī)床操作人員操作步驟。必要是需要用萬能表等儀器進(jìn)行測量的就對相關(guān)信號進(jìn)行測量。
（2）詳細(xì)了解故障情況。例如，當(dāng)數(shù)控機(jī)床發(fā)生顫振、振動(dòng)或超調(diào)現(xiàn)象時(shí)，要弄清楚是發(fā)生在全部軸還是某一軸；如果是某一軸，是全程還是某一位置；是一運(yùn)動(dòng)就發(fā)生還是僅在快速、進(jìn)給狀態(tài)某速度、加速或減速的某個(gè)狀態(tài)下發(fā)生。為了進(jìn)一步了解故障情況，要對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行初步檢查，并著重檢查顯示器上的顯示內(nèi)容，控系統(tǒng)上有無報(bào)警號或故障燈發(fā)亮，控制柜中的故障指示燈、狀態(tài)指示燈等。當(dāng)故障情況允許時(shí)，最好開機(jī)試驗(yàn)，詳細(xì)觀察故障情況。
(3)根據(jù)故障情況進(jìn)行分析，縮小范圍，確定故障源查找的方向和手段。對故障現(xiàn)象進(jìn)行全面了解后，下一步可根據(jù)故障現(xiàn)象分析故障可能存在的位置。有些故障與其他部分聯(lián)系較少，容易確定查找的方向，而有些故障原因很多，難以用簡單的方法確定出故障源的查找方向，這就要仔細(xì)查閱數(shù)控機(jī)床的相關(guān)資料，弄清與故障有關(guān)的各種因素，確定若干個(gè)查找方向，并逐一進(jìn)行查找。
(4)由表及里進(jìn)行故障源查找。故障查找一般是從易到難、從外圍到內(nèi)部逐步進(jìn)行。所謂難易，包括技術(shù)上的復(fù)雜程度和拆卸裝配方面的難易程度。技術(shù)上的復(fù)雜程度是指判斷其是否有故障存在的難易程度。在故障診斷的過程中，首先應(yīng)該檢查可直接接近或經(jīng)過簡單的拆卸即可進(jìn)行檢查的那些部位，然后檢查需要進(jìn)行大量的拆卸工作之后才能接近和進(jìn)行檢查的那些部位。
（5）對于偶發(fā)的故障，甚至故障源瞬間消失的故障，是維修人員非常頭痛的問題。建議對主要設(shè)備，把出現(xiàn)的主要故障涉及的各個(gè)因素，編寫程序塊，編寫的功能塊具備“瞬間出現(xiàn)、永久抓取”的功能。這樣再處理該類故障時(shí)就會(huì)節(jié)省很多時(shí)間。
二、數(shù)控機(jī)床常見的維修方法
數(shù)控機(jī)床是涉及多個(gè)應(yīng)用學(xué)科的十分復(fù)雜的系統(tǒng)，加之?dāng)?shù)控系統(tǒng)和機(jī)床本身的種類繁多，功能各異，不可能找出一種適合各種數(shù)控機(jī)床、各類故障的通用診斷方法。這里僅對一些常用的一般性方法作以介紹，這些方法互相聯(lián)系，在實(shí)際的故障診斷中，對這些方法要綜合運(yùn)用。
1、 根據(jù)報(bào)警號進(jìn)行故障診斷
計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)大都具有很強(qiáng)的自診斷功能。當(dāng)機(jī)床發(fā)生故障時(shí)，可對整個(gè)機(jī)床包括數(shù)控系統(tǒng)自身進(jìn)行全面的檢查和診斷，并將診斷到的故障或錯(cuò)誤以報(bào)警號或錯(cuò)誤代碼的形式顯示在顯示器上。
報(bào)警號(錯(cuò)誤代碼)一般包括下列幾方面的故障(或錯(cuò)誤)信息：
① 程序編制錯(cuò)誤或操作錯(cuò)誤；
② 存儲(chǔ)器工作不正常；
③ 伺服系統(tǒng)故障；
④ 可編程控制器故障；
⑤ 連接故障；
⑥ 溫度、壓力、液位等不正常；
⑦ 行程開關(guān)(或接近開關(guān))狀態(tài)不正確。
利用報(bào)警號進(jìn)行故障診斷是數(shù)控機(jī)床故障診斷的主要方法之一。如果機(jī)床發(fā)生了故障，且有報(bào)警號顯示于顯示器上，首先就要根據(jù)報(bào)警號的內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的分析與診斷。當(dāng)然，報(bào)警號多數(shù)情況下并不能直接指出故障源之所在，而是指出了一種現(xiàn)象，維修人員就可以根據(jù)所指出的現(xiàn)象進(jìn)行分析，縮小檢查的范圍，有目的地進(jìn)行某個(gè)方面的檢查。
2、 根據(jù)控制系統(tǒng)LED燈或數(shù)碼管的指示進(jìn)行故障診斷
控制系統(tǒng)的LED(發(fā)光二極管)或數(shù)碼管指示是另一種自診斷指示方法。如果和故障報(bào)警號同時(shí)報(bào)警，綜合二者的報(bào)警內(nèi)容，可更加明確地指示出故障的位置。在顯示器上的報(bào)警號未出現(xiàn)或顯示器不亮?xí)r，LED或數(shù)碼管指示就是唯一的報(bào)警內(nèi)容了。
3、 根據(jù)機(jī)床參數(shù)進(jìn)行故障診斷
機(jī)床參數(shù)也稱為機(jī)床常數(shù)，是通用的數(shù)控系統(tǒng)與具體的機(jī)床相匹配時(shí)所確定的一組數(shù)據(jù)，它實(shí)際上是NC程序中未定的數(shù)據(jù)或可選擇的方式。機(jī)床參數(shù)通常存于RAM中，由廠家根據(jù)所配機(jī)床的具體情況進(jìn)行設(shè)定，部分參數(shù)還要通過調(diào)試來確定。機(jī)床參數(shù)大都隨機(jī)床以參數(shù)表或參數(shù)紙帶的形式提供給用戶。由于某種原因，如誤操作、參數(shù)紙帶不良等，存于RAM中的機(jī)床參數(shù)可能發(fā)生改變甚至丟失而引起機(jī)床故障。在維修過程中，有時(shí)也要利用某些機(jī)床參數(shù)對機(jī)床進(jìn)行調(diào)整，還有的參數(shù)須要根據(jù)機(jī)床的運(yùn)行情況及狀態(tài)進(jìn)行必要的修正。因此，維修人員對機(jī)床參數(shù)應(yīng)盡可能地熟悉，理解其含義，只有在理解的基礎(chǔ)上才能很好地利用它，才能正確地進(jìn)行修正而不致產(chǎn)生錯(cuò)誤。
4、 用診斷程序進(jìn)行故障診斷
診斷程序一般分為三套，即啟動(dòng)診斷、在線診斷或稱后臺(tái)診斷。啟動(dòng)診斷指從每次通電開始至進(jìn)入正常的運(yùn)行準(zhǔn)備狀態(tài)止，CNC內(nèi)部診斷程序自動(dòng)執(zhí)行的診斷，一般情況下數(shù)秒之內(nèi)即告完成，其目的是確認(rèn)系統(tǒng)的主要硬件可否正常工作。主要檢查的硬件包括：CPU、存儲(chǔ)器、I/O單元等印刷板或模塊；CRT/MDI單元、閱讀機(jī)、軟盤單元等裝置或外設(shè)。若被檢測內(nèi)容正常，則CRT顯示表明系統(tǒng)已進(jìn)入正常運(yùn)行的基本畫面(一般是位置顯示畫面)。否則，將顯示報(bào)警信息。在線診斷是指在系統(tǒng)通過啟動(dòng)診斷進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后由內(nèi)部診斷程序?qū)NC及與之相連接的外設(shè)、各伺服單元和伺服電機(jī)等進(jìn)行的自動(dòng)檢測和診斷。只要系統(tǒng)不斷電，在線診斷也就不會(huì)停止，在線診斷的診斷范圍大，顯示信息的內(nèi)容也很多。
5、其它診斷方法
a、備板置換法（替代法） 用同功能的備用板替換被懷疑有故障的模板。（故障被排除或范圍縮小） 注意：斷電狀態(tài)下/選擇開關(guān)/跨線一致，只改變模板。
b、將功能相同的模板或單元相互交換， 觀察故障的轉(zhuǎn)移情況，就能快速判斷故障的部位。
c、敲擊法 數(shù)控系統(tǒng)是由各種電路板組成，電路板上、接插件等處有虛焊或接口槽接觸不良都會(huì)引起故障?？捎媒^緣物輕輕敲打疑點(diǎn)處，若出現(xiàn)，則敲擊處很可能就是故障部位。
d、升溫法 設(shè)備運(yùn)行較長時(shí)間或環(huán)境溫度較高時(shí)，機(jī)床就會(huì)出現(xiàn)故障，可用電吹風(fēng)、紅外燈照射可疑的元件或組件。確定故障點(diǎn)。
e、功能程序測試法 當(dāng)數(shù)控機(jī)床加工造成廢品而無法確定是編程、操作不當(dāng)還是數(shù)控系統(tǒng)故障時(shí)，或是閑置時(shí)間較長的數(shù)控機(jī)床重新投入使用時(shí)。將G、M、S、T、F功能的全部指令編寫一個(gè)試驗(yàn)程序并運(yùn)行在這臺(tái)機(jī)床，可快速判斷哪個(gè)功能不良或喪失。
f、隔離法 隔離法是將某些控制回路斷開，從而達(dá)到縮小查找故障區(qū)域的目的。例：某加工中心，在JOG方式下，進(jìn)給平穩(wěn)，但自動(dòng)則不正常。首先要確定是NC故障還是伺服系統(tǒng)故障，先斷開伺服速度給定信號，用電池電壓作信號，故障依舊。說明NC系統(tǒng)沒有問題。進(jìn)一步檢查是Y軸夾緊裝置出故障。
g、測量比較法 為了檢測方便，在模板或單元上設(shè)有檢測端子，用萬用表、示波器等儀器對這些端子的電平或波形進(jìn)行測試，將測試值與正常值進(jìn)行比較，可以分析和判斷故障的原因和及故障的部位。各種故障診斷方法各有特點(diǎn)，要根據(jù)故障現(xiàn)象的特點(diǎn)靈活的組合應(yīng)用。
三、 數(shù)控機(jī)床常見故障診斷與維修
1、 數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)故障診斷與維修
進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)（滾珠絲杠螺母副）的故障通常由滾珠絲杠副潤滑不良和滾珠絲杠副噪聲組成。檢查滾珠絲杠副的潤滑不良要看分油器是否分油？油管是否油堵塞？。檢查滾珠絲杠副噪聲通常要檢查滾珠絲杠潤滑是否良好？滾珠是否油破損？伺服電機(jī)與絲杠（或通過伺服電機(jī)的減速機(jī)與絲杠）的聯(lián)軸器是否連接松動(dòng)？
2、液壓與氣動(dòng)系統(tǒng)故障
如果液壓泵有異常噪聲或壓力下降，需要檢查：是否油量不足，濾油器露出油面？吸油管是否吸入空氣？回油管是否高出油面，空氣進(jìn)入油池？濾油器是否堵塞？是否液壓泵轉(zhuǎn)速過高或液壓泵裝反？液壓泵與電動(dòng)機(jī)聯(lián)接是否同軸度差？軸承和軸是否損壞？泵與其它機(jī)械是否產(chǎn)生了共振？
如果液壓泵發(fā)熱、油溫過高，按下列項(xiàng)次進(jìn)行檢查：液壓泵工作壓力是否超載？油箱油量是否不足？壓力是否過高？
3、數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)伺服超差
該故障在不同的數(shù)控系統(tǒng)中報(bào)警內(nèi)容不一樣，但意思一樣，即機(jī)床的實(shí)際進(jìn)給值與指令值之差超過限定的允許值。在西門子840D數(shù)控系統(tǒng)等中，往往報(bào)警：輪廓誤差出借。在西班牙FAGOR系統(tǒng)中，會(huì)報(bào)警：跟隨誤差出界。出現(xiàn)這類故障的原因一般是：直線軸的滾珠絲杠背冒松動(dòng)；直線軸的導(dǎo)軌潤滑不良，阻力加大；控制該直線軸的數(shù)控系統(tǒng)的比例或積分時(shí)間參數(shù)調(diào)整不到位；電動(dòng)機(jī)軸與傳動(dòng)機(jī)械間是否配合良好，是否有松動(dòng)或間隙存在。
4、 不用手持單元時(shí)，機(jī)床的直線軸偷偷移動(dòng)
遇到這類故障，一般是手持單元的0V線虛接所致
5、 電柜內(nèi)的數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)異常報(bào)警
遇到這類故障，首先要檢查系統(tǒng)內(nèi)的粉塵是否大？如果粉塵大，馬上停電后進(jìn)行保潔后，再觀察。很多情況下故障會(huì)消失。粉塵是數(shù)控系統(tǒng)的大敵，粉塵會(huì)縮短系統(tǒng)50%以上的壽命。
6、 飛車現(xiàn)象
一般出現(xiàn)飛車現(xiàn)象，需要檢查如下的內(nèi)容：1) 位置傳感器或速度傳感器的信號反相，或者是電樞線接反了，即整個(gè)系統(tǒng)不是負(fù)反饋而變成正反饋了 2) 速度指令給的不正確 3) 位置傳感器或速度傳感器的反饋信號沒有接或者是有接線斷開 4) CNC控制系統(tǒng)或伺服控制板有故障電源板有故障而引起的邏輯混亂。
7、零件加工表面粗糙
檢查切削條件是否合理，刀尖是否損壞？檢查機(jī)械傳動(dòng)是否間隙過大？檢查機(jī)床的振動(dòng)狀況如機(jī)床水平狀態(tài)、地基、主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)有否振動(dòng)？
如果是磨床磨削的工件表面有橫振紋，一般首先檢查砂輪主軸的徑向跳動(dòng)是否超出了技術(shù)要求的數(shù)值？如果是磨床磨削的工件表面有螺旋紋，則要從主軸轉(zhuǎn)速是否平穩(wěn)、進(jìn)給軸是否爬行、支撐工件的頂尖裝夾是否良好等檢查。
四、結(jié)束語
數(shù)控機(jī)床的診斷與維修，需要理論與實(shí)踐的一定實(shí)踐的結(jié)合。任何文章和經(jīng)驗(yàn)不可能包治百病。要想獲得數(shù)控機(jī)床診斷和維修的高水平，學(xué)習(xí)和實(shí)踐是不變的真理。
