数控机床常见故障分析与排除
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作者: 李中华
摘要：由于数控机床是技术密集和知识密集的自动化设备，一旦出现故障，维修困难的问题将严重影响数控机床开动率，造成设备闲置，资源浪费。本文阐述了数控机床故障分析与排除的一般方法，提出了对维修人员的技术培训是尽快解决数控机床故障的重要措施。
关键词：数控机床；故障诊断；维修；排除
数控机床技术集机械制造技术、控制技术、伺服驱动、精密测量、数据通信等各项技术于一体，是机加工领域中典型的机电一体化技术。由于数控机床能按程序自动加工零件，无须使用复杂和专用的工模夹具，能比较好地解决中小批量、多品种和复杂零件的自动化加工，生产率高，加工零件一致性好，质量稳定，便于产品的更新换代，同时具有柔性、高精、高速的特点。因而在机械制造业中的应用越来越广泛。但是，数控机床在使用过程中，不可避免地会出现一些故障而影响生产，因此，数控机床的故障诊断与维修是数控机床在使用过程中的重要组成部分，是数控机床长期可靠运行的重要保障。
一、数控机床故障的分类
数控机床是机、电、液一体化的技术密集和知识密集的自动化设备，其故障发生的原因比较复杂，根据数控机床的故障起因、故障性质、发生部位以及有无报警等可对数控机床常见故障作如下分类：
(1)按故障起因的相关性可分为非关联性故障和关联性故障。非关联性故障与系统本身无关，是由于运输、安装等原因造成的；而关联性故障又可分为系统故障和随机故障，系统故障是指机床或数控系统部分在一定条件下必然出现的故障，是一种可重演的故障；随机故障是指偶然出现的故障，是由于机械结构和局部松动、系统控制软件不完善、硬件工作特性曲线下降、电气元器件品质因数降低等原因造成的，这类故障在同样条件下只偶然出现一两次。
(2)按故障有无诊断显示可分为有诊断显示故障和无诊断显示故障。有诊断显示的故障一般都与控制部分有关，较易排除；无诊断显示的故障，维修人员只能根据出现故障前后的情况来分析判断，所以排除故障的难度较 大。
(3)按故障发生的性质可分为破坏性故障和非破坏性故障。破坏性故障是指由于伺服系统失控造成“飞车”、短路烧保险等故障，只能根据操作者提供的情况进行维修，难度较大且有一定的风险，在维修和排除这种故障时不允许故障重复出现；非破坏性故障可以经过多次试验、重演故障来分析故障的原因，排除较易。
(4)按故障发生部位可分为电气故障和机械故障。电气故障一般发生在系统装置、伺服驱动单元和机床电气等控制部位，一般是由于电气元器件品质因数下降、元器件焊接松动、接插件接触不良或损坏等因素引起；机械故障一般发生在机械运动部位，是指机械部分在安装、调试、润滑、冷却、排屑、液压、气动、使用和维护操作不当而引起的机械传动故障及导轨运动摩擦过大等故障，主要表现为主轴停转、噪声大、产生切削振动、刀架不转、加工精度不稳定等特征。
二、数控机床故障诊断的一般方法
在数控机床出现故障时，操作人员应及时采取措施，停止系统运行，保护好现场，先进行故障检测，随之对故障判定及隔离，分离出故障的部位或模块，最后对故障进行定位。具体方法有：
(1)直观法。直观法是利用人的手、眼、耳、鼻等感觉器官查找故障的原因，缩小故障的检查范围，往往将故障范围缩小到一个模块或一块印制电路板，从而对故障进行定位，这是最简单、最基本的故障诊断方法。
(2)自诊断功能。现代的数控系统已经具备了较强的自诊断功能，能随时监视数控系统硬件和软件的工作情况，根据报警号或数码管、指示灯，确定故障原因和部位，这个方法是当前维修时最有效的方法。
(3)参数检查。数控机床的参数设置是否合理直接关系到机床能否正常工作，在有些情况下，通过对参数的检查或修改，可以判断故障所在。
(4)替换法。利用备用模块或电路板替换有故障疑点的模块或电路板，观察故障转移的情况，这是一种简单易行的方法，也是现场判断时常用的方法之一。
(5)测量法。利用各种检测仪器，对故障疑点进行电流、电压和波形测量，将测量值与正常值进行比较，分析故障所在的位置。
(6)原理分析法。根据C N C系统的组成原理，可从逻辑上分析各点的逻辑电平和特征参数，然后用万用表、逻辑笔、示波器或逻辑分析仪进行测量、分析和比较，从而对故障定位。
三、故障诊断与排除的实例
数控机床是机、电、液一体化的技术密集和知识密集的自动化设备，并且各类数控机床所配的数控系统硬软件越来越复杂，再则制造厂商不完全向用户提供硬软件资料，因此，数控系统的故障维修是很困难的。作为用户级的维修人员，不仅应具有电子技术、计算机技术、自动化技术、检测技术、机械理论和机械加工工艺、液压传动等技术知识，还应具有综合分析和解决问题的能力，能尽快查明故障原因，及时排除故障，提高数控机床的开动率。
如我们的G S K980T数控车床投入使用时，由于操作人员都是新手，对数控机床的结构性能、按钮功能及操作方法不熟练，在回零前就直接调入程序，循环启动加工工件，差点造成车刀与工件的碰撞，操作人员手忙脚乱中按下了急停按钮。随后接着回零，C R T显示屏上显示“准备未绪”报警字样，由于是新设备，操作人员对设备没有足够的了解，只好向厂方维修人员咨询，原来是没有旋开急停按钮，于是操作人员旋开急停按钮，按下复位键再回零后，故障就被排除了。
在设备使用前期，由于操作、调整处理不当还引起参数修改的故障。例如，在配备FANUCO―MD系统的XK5025数控铣床上，开机后程序显示混乱，机床不能正常工作，经向初学操作的人员了解，在向系统传输程序时，出现101号报警，存储器溢出，在解除该报警时系统要求将参数设置为改写状态，在上电同时按Delet键，有可能是操作者不熟练，在上电时错按了R E SE T键，造成参数变化，经重新传入备份参数，机床工作正常了。
数控机床的机械部件有时也会出现故障。例如，在配置FAGOR8055系统在TH5660加工中心上时，出现了不换刀现象。当加工中心执行到换刀指令后，主轴能够移动到换刀点并准确定位，但没有换刀动作，经对I/O口的追踪检查，发现系统未收到主轴定位应答信号，排查到接线端子处发现应答信号线松动，拧紧后工作正常。
伺服驱动系统是整个数控机床的主要故障源之一。由于各轴的运动是靠伺服单元控制伺服电机带动滚珠丝杠来实现的，并用旋转编码器作速度反馈，用光栅尺作位置反馈，一般易出故障的地方为旋转编码器与伺服单元的驱动模块。例如，FAN UCO―MD系统的XK5025数控铣床，在钻孔加工中出现434号报警，经排查知数控系统的722号诊断参数的第7位为1，说明Z轴发生伺服过载，进一步排查得知是主轴的转向错误，改变主轴转向故障即被排 除。
数控机床的造价较高，维修费用也相应很高，如果机床出现故障，操作者应该正确记录、描述故障发生时的状况，以便维修人员能够做出及时正确的处理，当故障情况不清楚时操作者不允许随意处置。
作者单位：濮阳职业技术学院
参考文献：
[1]陈志雄.数控机床与数控编程技术[M].北京:电子工业出版社,2005:35.
[2]孙健东.数控机床加工技术[M].北京：高等教育出版社,2005:123-126.
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