关于现代数控机床故障诊断与维修的分析
关于现代数控机床故障诊断与维修的分析
[摘要]本文首先概述了现代数控机床的常见故障，接着推出了诊断故障的基本方法，继而针对诊断的故障提出了维修原则及具体方法，希望对诊断、维修故障数控机床提供有效的建议。[关键词]数控机床 报警故障 CNC PLC 复位中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：X（3-02数控机床是集机械、电子电器、液压、气动、光学、计算机技术于一体的高技术密集型机电设备，因此，高效的同时也很昂贵。发生故障时，诊断难度也大，甚至会造成停产停机。而这些设备往往处于关键岗位的关键工序上，若出现故障将会给企业造成很大的损失。虽然现在数控系统的可靠性越来越高，而由于受到操作、外部环境变化等原因，出现故障在所难免。为了加强数控设备使用管理与维修，降低故障率，总结常见的故障，采取正确的故障诊断方法，及时维修并排除故障，缩短故障维修时间，使机床尽快恢复工作，是摆在机械工作人员面前的一个重要问题。一、现代数控机床常见故障（一）电源故障数控机床维修时往往会发现有电源故障，有些系统电源控制线路比直接电源加入型系统要复杂。对照原理图进行维修是最有效，最可靠的方法。在某些机床上，由于机床互锁的需要，使用了外部电源切断信号，这时应根据机床电气原理图，综合分析故障原因，排除外部电源切断的因素，才能起动。（二）系统有报警显示故障a、软件报警显示的故障：数控系统显示器上显示出的报警号和报警信息即是软件报警显示。由于数控系统具有自诊断功能，一旦检查出故障，便会按故障的级别进行处理，同时在显示器上显示报警信息和报警号。软件报警又可分为PLC报警和NC报警，前者PLC报警的报警信息来自机床制造厂家编制的报警文本，大多属于机床侧的故障报警，遇到这类故障，可根据报警信息，或者PLC用户程序确诊故障：后者为数控部分的故障报警，可通过报警号，在《数控系统维修手册》上找到这个报警的原因和处理方面，从而确定可能产生故障的原因。b、硬件报警显示的故障：硬件报警显示通常指各单元装置上的指示灯的报警指示。在数控系统中有许多用以指示故障部位的指示灯，如控制系统操作面板、伺服控制单元、CPU主板等部位，一旦数控系统的这些指示灯指示故障状态后，根据相应部位上的指示灯的报警含义，均可以大致判断故障发生的部位和性质，这样会给故障分析与诊断带来极大好处。因此在日常维护和故障维修时维修人员应注意检查这些指示灯的状态是否正常。（三）系统无报警显示的故障这类故障没有任何硬件及软件报警显示而发生的，便使得分析诊断比较困难。一般来说没有报警显示的故障，大多是由硬件故障引起的，除公共电源外一般是由连接不良造成，所以要重点检查系统与显示器的连接电缆及显示器本身，显示混乱或显示不正常通常是因系统的软件出错造成；但是具体问题还是要具体分析，情况一定要根据具体的故障现象、机床工作原理、数控系统工作原理、PLC梯形图以及维修经验来分析诊断故障。（四）数控装置故障a、数控装置软件故障：有些机床故障是因为加工程序出现问题，有些故障是因为机床数据设置不当造成的，这类故障属于软件故障。只要找到将故障原因有针对性的进行修改，就会排除故障。b、数控装置硬件故障：有些机床故障是因为控制系统硬件出现问题，这类故障必须更换损坏的器件或者维修后才能排除故障。比如一台数控中床的显现屏幕没有显示这机关的故障，而检查机床控制系统的电源模块输入电源正常，可在电源模块上没有5V电压，说明电源模块损坏，只要进行维修，机床便可正常工作。（五）PLC部分故障因为PLC用户程序编制出现问题，在数控机床运行时就发生故障。另外，PLC用户如果程序的编制不科学，也会引起一些无报警的机床侧故障，所以PLC用户的程序编制相当重要。因为PLC输入输出模块出现问题，导致不能正常工作属于硬件故障。个别输入输出口有故障，可以修改PLC程序来进行维修，或者用备用接口替代问题接口，达到排除故障的目的。二、数控机床故障诊断的基本方法故障诊断是维修数控机床的第一步，它不仅可以迅速查明故障原因，排除故障，也可以起到预防故障的发生与扩大的作用。一般来说，数控机床的故障诊断方法主要有以下几种：（一）常规诊断法对数控机床的机、电、液等部分进行的常规检查，通常包括：首先，检查电源的规格（包括电压、频率、相序、容量等）是否符合要求；其次，检查CNC、伺服驱动、主轴驱动、电机、输入/输出信号的连接是否正确、可靠；再次，检查CNC、伺服驱动等装置内的印制电路板是否安装牢固，接插部位是否有松动；第四，检查CNC、伺服驱动、主轴驱动等部分的设定端、电位器的设定、调整是否正确；第五，液压、气动、润滑部件的油压、气压等是否符合机床要求；第六，电器元件、机械部件是否有明显的损坏。（二）状态诊断法通过监测执行元件的工作状态判定故障原因。在现代数控系统中，伺服进给系统、主轴驱动系统、电源模块等部件主要参数的动、静态检测，及数控系统全部输入输出信号包括内部继电器、定时器等的状态，也可以通过数控系统的诊断参数予以检查。（三）动作诊断法通过观察、监视机床的实际动作，判断动作不良部位，并由此来追溯故障源。（四）系统自诊断法这是利用系统内部自诊断程序或专用的诊断软件，对系统内部的关键硬件以及系统的控制软件进行自我诊断、测试的诊断方法。主要包括开机自诊断、在线监控和脱机测试三个方面的内容。三、数控机床维修的基本原则维修数控机床一般情况下首先要遵循一些基本原则，这样往往会思路清晰，有事半功倍的效果。（一）先动脑后动手对于有故障的数控机床，不应急于动手，应先查清产生故障的前后经过及故障现象。对于生疏的设备还应先熟悉电路原理和结构特点，遵守相应规则。拆卸前要充分熟悉每个部件的功能、位置、连接方式以及与周围其他器件的关系，在没有组装图的情况下，应一边拆卸，一边画草图，并做好标记。（二）先外部后内部应先检查设备有无明显裂痕、缺损，了解其维修史、使用年限等.然后再对机内进行检查。拆前应排除周边的故障因素，确定为机内故障后才能拆卸，否则会扩大故障，使机床丧失精度，降低性能。（三）先机械后电气在确定机械零件无故障后，再进行电气方面的检查。检查电路故障时，应利用检测仪器寻找故障部位，确认无接触不良故障后，再有针对性地查看线路与机械的运作关系，以免误判。（四）先静态后动态先在机床断电的静止状态下对处于调试阶段或刚维修后的数控机床检查是否按照接口说明书的设计来安装电缆插件及电缆与模块接插件是否牢同；线路板连接是否正确；是否所有集成电路上器件正常而无变形等。长期闲置或缺少维护的老设备会因为电缆的疲劳破损、接线点的氧化与腐蚀而造成信号传递中断等不明显故障。（五）先清清后维修对污染较重的数控设备.先对其按钮、接线点、接触点进行清洁。检查外部控制键是否失灵。许多故障都是由脏污及导电尘块引起的。一经清洁故障往往会排除。（六）先电源后设备电源部分的故障率在整个故障设备中占的比例很高，所以先检修电源往往可以事半功倍。（七）先排患后更换先不要急于更换损坏的电气部件.在确认外围设备电路正常时，再考虑更换损坏的电气部件。（八）先简单后复杂当出现多种故障相互交织掩盖，一时无从下手时，应先解决容易的问题，后解决难度较大的问题。往往简单的问题解决后，难度大的问题也可能变得容易了。四、维修方法在数控机床维修中，维修方法的选择到位不到位直接影响着机床维修的质量，在维修过程中经常使用的维修方法有以下几种：（一）初始化复位法由于瞬时故障引起的系统报警，可用硬件复位或开关系统电源依次来清除故障，若系统工作存贮区由于掉电、拔插线路板或电池欠压造成混乱，则必须对系统进行初始化清除，清除前应注意作好数据拷贝记录，若初始化后故障仍无法排除，则进行硬件诊断。（二）参数更改，程序更正法系统参数是确定系统功能的依据，参数设定错误就可能造成系统的故障或某功能无效。有时由于用户程序错误亦可造成故障停机，对此可以采用系统搜索功能进行检查，改正所有错误，以确保其正常运行。（三）调节、最佳化调整法调节是一种最简单易行的办法通过对电位计的调节，修正系统故障。（四）备件替换法用好的备件替换诊断出坏的线路板，并做相应的初始化启动，使机床迅速投入正常运转，然后将坏板修理或返修，这是目前最常用的排故办法。（五）改善电源质量法目前一般采用稳压电源，来改善电源波动。对于高频干扰可以采用电容滤波法，通过这些预防性措施来减少电源板的故障。参考文献[1] 任建平.现代数控机床故障诊断及维修[M].北京：国防工业出版社，2001.[2] 韩鸿鸾，荣维芝.数控机床的结构与维修[M].北京：机械工业出版社，2004.[3] 王功胜.数控机床故障排除方法及实例[J].重型机械科技，2006，（4）：40-41.
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数控机床设备故障维修实例解析
    　　1.数控系统的故障诊断
　　①系统自诊断
　　一般CNC系统都有较为完备的自诊断系统，无论是发那科系统还是西门子系统，上电初始化时或运行中均能对自身或接口做出有限的自诊断。维修人员应熟悉系统自诊断各种报警信息。根据说明书进行分析以确定故障范围。定位故障元器件，对于进口的数控系统一般只能定位到板级。
　　②数控系统的软故障
　　数控系统的软故障是指控制系统的系统软件和PLC程序。有的系统把它们写在EPROM中插在主机板上，有的驻留在硬盘上。一旦这些软件出现问题，系统将造成全部或局部混乱，当分析到确定是软件故障时，应当使用备用软件或备用EPROM换上，严格按操作步骤经初始化后试运行。这类故障只要有备份文件一般不难恢复。其难度在于备份软件不完备或专用传送不具备或生产厂家操作手段中设置口令保密等因素造成无法恢复。
　　③利用PLC程序定位机床与CNC系统接口故障
　　现在一般CNC控制系统均带有PLC，大多为内置式PLC控制。维修人员应根据梯形图对机床控制电器进行分析，在CRT上直观地看出CNC系统I/O的状态。通过PLC程序的逻辑分析，方便地检查出问题存在部位。如FANUC一OT系统中自诊断页面，FANUC一7M系统中的T指令等。
　　2.数控机床设备故障排除步骤
　　①询问操作者故障发生的原因
　　当故障发生后，维修人员一般不要急于动手，要仔细询问故障发生时机床处在什么工作状态、表现形式、产生的后果、是否是误操作。故障能否再现等。
　　②表面与基本供电检查
　　主要观察设备有无异常情况，如机械卡住、电机烧坏、保险熔断等。首先检查AC\DC电源是否正常，尽可能地缩小故障范围。
　　③分析图纸，确定故障部位
　　根据图纸PLC梯图进行分析，以确定故障部位是机械、电器、液压还是气动故障。
　　④扩大思路，根据经验分析
　　根据经验分析，一定要扩大思路，不局限于维修说明书上的范畴，维修资料只提供一个思路，有时局限性很大。如一台FANUC一OT数控车床，开机后CRT无画面，电源模块报警指示灯亮，根据维修说明书所讲，发现CRT和I/O接口公用的24EDC电源，正端与直流地之间仅有1─2Ω电阻，而同类设备应用155Ω电阻，按资料上讲，这类故障一般在主板，只能送到厂家去修，而我们扩大思路，先拔掉Ml8电缆插头，故障仍在，后拔掉C─Sl4插头上有短路现象，排除后，机床恢复正常。
　　3.数控机床设备故障排除例举
　　①XH716数控加工中心，系统为FANUC一OM系统，一次出现故障408报警，经查为伺服系统报警，意为反馈信息不良，经测量电缆信号线正常，但插上去后，该脉冲编码器+5V电源没有，检查伺服系统上+5V电源正常，插上去后没有，后怀疑其电缆插头与伺服上的电缆插座接触不良，排除后，机床恢复正常。这台机床在加工中经常出现过载报警，报警号为434，表现形式为之轴电机电流过大，电机发热，停上40分钟左右报警消失，接着在工作一阵，又出现同类报警。经检查分析，认为电气伺服系统无故障，估计是负载过重带不动造成。为了区分是电气故障不再出现。由此确认为机械丝杠或运动部位过紧造成。调整之轴丝杠防松螺母后，效果不明显，后来又调整之轴导轨斜铁，机床负载明显减轻，该故障排除。
　　②FAUNC一7M数控4轴铣床，开机后05、07报警，进一步检查B轴位置超差，经分析为位置环反馈部分有问题，检查7M内部位置控制板，发现一个集成滤波器开路，造成反馈信息中断，换一个滤波器后机床恢复正常。
　　③改造一台数控车床C6140A，系统为台湾产HUST，开机后，调找不到零点。经分析，回零原理是，回零过程中压零位开关后减速，反方向移动，找脉冲编码器的栅格零脉冲后应停住，前面执行动作均正常，但减速返回时找不到零点，估计脉冲编码器零脉冲无或该信号线断，后换一个脉冲编码器，机床恢复正常工作。
　　④SAJOHMC630─P型卧式加工中心，数控系统为西门子840C，一次开机后B轴不能运动，经检查，B轴已动作，但PLC显示B轴未放松。判断压力开关有问题，拆下后经检查，发现该开关触点损坏，换一个压力开关后该故障排除。
　　4、数控机床设备维修体会总结
　　数控设备维修实际上是一项很复杂、技术含量很高的一项工作，由于数控设备与普通设备有较大的差别，因而对维修人员技术水平要求也十分高，不但要在电气系统上下功夫，还要具备机械、液压、光学等方面的知识，因为数控设备是机电一体化的综合体，例如数控仿形头既有传感器、A/D转换，也有机械位移装置，融合在一起，要知识面广才能够胜任工作，认真、仔细、大胆、负责及技术上要过得硬是最基本的要求。
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