关于数控机床故障的诊断、排除方法以及防范措施摘要摘要: : 数控机床是一种高效的自动化机床，涵盖了计算机技术、自动化技术、伺服驱动、精密测量和传感器技术等各个领域的新的技术成果，是一门新兴数字程序控制机床。数控机床的身价从几十万元到上千万元，一般都是企业中关键产品关键工序的关键设备，一旦故障停机，其影响和损失往往很大。但是，人们对这样的设备往往更多地是看重其效能，而不仅对合理地使用不够重视，更对其保养及维修工作关注太少。本文主要研究数控机床常见故障的诊断与排除以及防范措施。关键词：关键词：数控机床；故障；排除方法；点检；防范措施；不同的数控机床，其结构和性能有很大的区别，但在故障诊断上有它的共性。通过对这些共性的分析得出一些对数控机床故障诊断原则、方法、故障排除方法以及防范措施。以下逐一介绍： 一、 数控机床故障诊断原则 1. 先外部后内部 数控机床是机械、液压、电气一体化的机床，所以故障的发生必然要从这三者之间综合反映出来。所以要求维修人员掌握先外部后内部的原则，即当数控机床发生故障后，维修人员应采用望、闻、听、问等方法，由外向里逐一进行检查。 例 1：一数控车床刚投入使用的时候，在系统断电后重新启动时，必须要返回到参考点。即当用手动方式将各轴移到非干涉区外后，再使各轴返回参考点。否则，可能发生撞车事故。所以，每天加工完后，最好把机床的轴移到安全位置。此时再操作或断电后就不会出现问题。 外部硬件操作引起的故障是数控修理中的常见故障。一般都是由于检测开关、液压系统、气动系统、电气执行元件、机械装置出现问题引起的。这类故障有些可以通过报警信息查找故障原因。对一般的数控系统来讲都有故障诊断功能或信息报警。维修人员可利用这些信息手段缩小诊断范围。而有些故障虽有报警信息显示，但并不能反映故障的真实原因。这时需根据报警信息和故障现象来分析解决。 例如：台立式加工中心采用 FANUC-OM 控制系统。机床在自动方式下执行到X 轴快速移动时就出现 414和 410报警。此报警是速度控制 OFF 和 X 轴伺服驱动异常。由于此故障出现后能通过重新启动消除，但每执行到 X 轴快速移动时就报警。经查该伺服电机电源线插头因电弧爬行而引起相间短路，经修整后此故障排除。 2. 先机械后电气 由于数控机床是一种自动化程度高，技术复杂的先进机械加工设备。机械故障较易发现，而系统故障诊断难度要大一些。 3. 先静后动 维修人员要做到先静后动，不可盲目动手，应先询问操作人员故障发生的过程及状态，查看说明书、资料后方可动手查找故障原因，继而排除故障， 4. 先公用后专用 公用性问题会影响到全局，而专用性问题只影响局部。 5. 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，后解决较大的问题。常常在解决简单的故障的过程中，难度大的问题也可能变的容易，理清思路，将难度较大的变得容易一些。 6. 先一般后特殊 在排除某一故障时，要先考虑最常见的可能原因，然后再分析很少发生的特殊原因。 二、 数控系统自诊断技术及故障排除方法 所谓系统诊断技术，就是利用数控装置中的计算机及相关运行诊断软件进行各种测试。 1. 自诊断技术 (1)开机自诊断：数控系统通电后，设备内部诊断软件会自动对系统中各种元件如 CPU、RAM 及各应用软件进行逐一检测并将检测结果显示出来，如检测发现问题，系统会显示报警信息或发出报警信号。开机自诊断通常会在开机一分钟之内完成。 有时开机诊断会将故障原因定位到电路板或模块上，但也经常仅将故障原因定位在某一范围内，这时维修人员需查找相关维修手册根据提示找到真正故障原因并加以排除。 (2)运行自诊断：运行自诊断也称在线自诊断，是指数控系统正常工作时，运行内部诊断程序，对系统本身、PLC、位置伺服单元以及与数控装置相连的其它外部装置进行自动测试、检查，并显示有关信息，这种诊断一般会在系统工作时反复进行。 (3)脱机诊断：当系统出现故障时，首先停机，然后使用随机的专用诊断纸带对系统进行脱机诊断。诊断时先要将纸带上的程序读入 RAM 系统中，计算机运行程序进行诊断，从而判定故障部位，这种诊断在早期的数控系统中应用较多。 2. 人工诊断技术 数控系统的故障种类很多，而自诊断往往不能对系统的所有部件进行测试，也不能将故障原因定位到具体确定的元器件上，这时要迅速查明原因就需要采用人工诊断方法。人工诊断方法有很多种，最常用的有:功能程序测试法、参数检查法、备件置换法、直观法、原理分析法等，现简介如下: （1)功能程序测试法：这种方法将数控系统中的 G、M、S、T、功能的全部指令编成一个测试程序，穿成纸带或存储到软盘上在进行诊断时运行这个程序，可快速判定哪个功能出现问题，这种方法一般在机床出现随机性故障时使用，也可用于设备闲置时间较长重新投入使用时测试用。 （2)参数检查法：一般系统的参数是存放在 RAM 中的，一旦出现干扰或其它原因会造成参数丢失或混乱，从而使系统不能正常工作，这时应根据故障特征，检查和核对有关参数，在排除某些故障时，有时还需对某些参数进行调整。 （3)备件置换法：是将系统中型号完全相同的电路板、模块、集成电路或其它零部件进行互相交换比较，或利用备用的元器件替换有疑点的部件，从而快速有效地确定故障部位。（4)直观法：直观法是利用维修中常用的“先外后内”的原则，利用观察零部件的工作状态、听声音、摸发热等方法，进行逐个检查，如利用视觉可观察内部器件或外部连接的形状上的变化；利用听觉可查寻器件发出的异常声音;利用嗅觉或触觉可查寻过载、高温等现象;等等。 (5)原理分析法：当采用其它检查方法难以奏效时，可以从电路基本原理出发，一步一步用万用表、逻辑表、示波器等工具对测点进行检查对照，最终查明故障原因。 3. 高级诊断技术 (1)在高级诊断中，常用的方法主要有以下几种方法： (2)自修复诊断：自修复诊断一般是指在系统内设置不参与运行的备用模块。自修复程序在控制系统每次开机运行，当发现某模块有问题时，系统会把故障信息显示在屏幕上，同时自动查寻备用模块，故障模块的工作即被备用模块取代，维修人员可根据提示更换下一故障模块。自修复诊断方法需要较多的备用模块，这会使系统体积增大，价格提高。 (3)诊断指导专家系统：近年来，随着图像识别、声音识别、自动翻译和智能工业机器人等技术的发展，这些技术越来越多地被应用到数控机床上。诊断专家系统以专家知识、经验为基础，自动模仿专家利用知识解决复杂问题的思维活动，这就使普通工作人员同样能对故障做出具有专家级水平的诊断结论。 例如：日本的 FANUC 系统的诊断指导专家系统是由知识库、推理计算机和人工控制器组成。知识库内存储了专家分析、故障判断和如何消除故障的经验知识。这些知识用于读出数控系统的状态信息，通过人工控制器，编程员可用简捷的记述把专家的知识编成程序，并把程序变成知识库目标形式，再存储到知识库中。推理机通过运行程序进行推理，操作者也可通过显示单位，用简单的人机对话的方式选择故障状态，必要时回答系统的提问，以补充为得出结论所需的其它信息。 (4)通讯诊断系统：该诊断方法又称海外诊断，是由中央维修站通过电话线路，甚至国际电话系统向用户设备发送诊断程序所进行的一种遥控诊断。通讯诊断系统除可用于故障发生后的诊断外，还可以为用户作定期的预防性诊断，设备生产厂家的维修工不必亲临现场，只需按预定的时间对机床进行系列试运行检查，在中央维修站分析诊断数据，即可发现可能存在的故障隐患。(5） 、利用 PLC 程序的逻辑查找:现在一般 CNC 控制系统均带有 PLC 控制器，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-OT 系统中自诊断页面等。根据图纸 PLC 梯图进行分析，定位机床与 CNC 系统接口故障，以确定故障部位是机械、电器、液压还是气动故障。 三、 数控机床的抗干扰措施机床数控系统中既包含高电压、大电流的强电设备，又包含低电压、小电流的控制与信号处理设备，即弱电设备。强电设备产生的强烈电磁干扰对弱电设备的正常工作构成极大的威胁。此外，系统所处生产现场的电磁环境较恶劣，系统外各种动力负载的干扰、供电系统的干扰、大气中电磁波的干扰等都会对系统内的弱电设备产生严重影响，由于弱电设备是控制强电的设备，所以，一旦弱电设备受到干扰，最终将导致整个系统的瘫痪。通常从以下几个方面采取措施来提高数控系统的扰干扰能力。1. 减少供电线路和信号线路的干扰可采取以下措施：(1）数控机床远离具有中、高频电源的设备。(2）数控机床不要和大功率且频繁起停的设备用同一供电干线供电。(3）对于电网电压较长时间的欠电压、过电压和电压波动的场合安装交流稳压器。(4）采用电源滤波器。电源滤波器的作用是双向的，它不仅可以阻止电网中的噪声进入设备，也可以抑制设备所产生的噪声污染电网。(5）采用带屏蔽层的隔离变压器。隔离变压器是一种应用相当广泛的电源抗干扰设备，它最基本的作用是实现电路与电路之间的电气隔离，解决设备与设备之间产生的干扰。(6）模拟信号传输线的配线应尽可能短，并使用屏蔽线。(7）光电编码器、手摇脉冲发生器、光栅尺等的输出信号在接收电路端并联 电容，抑制高频干扰。光电编码器电缆的屏蔽层双端接地。(8）电动机驱动电缆屏蔽层双端接地。(9）动力线和信号线分开走线。(10）控制信号线采用屏蔽双绞线。2.减少机床电气控制系统中的干扰可采取以下措施(1）在电源输入部分加压敏电阻保护（浪涌吸收器） ，对线路中的瞬变、尖蜂等噪声进行抑制。(2）感性负载加装吸收电路，抑制瞬态噪声。系统中的感性负载如继电器、接触器、电磁阎、电动机等在关断时会产生强烈的脉冲噪声，影响其他电路的正常工作，必须在感性负载处加装吸收电路，抑制瞬态噪声。直流电感元件（直流继电器线圈）并联续流二掇管。交流接触器、电磁阀、继电器的线圈并联 RC 阻容吸收器。三相交流电动机的电枢绕组之间并联 RC 阻容吸收器。(3）保证良好的“接地” 。 “接地”是数控机床安装中一项关键的抗干扰技术。数控系统和电气柜中的控制设备必须按照使用说明书的要求进行“接地” ，否则电网中的许多干扰因素都会通过“地线”对机床的运行产生干扰。3. 数控机床的点检由于数控机床集机、电、液、气等技术为一体，所以对它的维护要有科学的管理，有目的地制定出相应的规章制度。对维护过程中发现的故障隐患应及时清除，避免停机待修，从而延长设备平均无故障时间，增加机床的利用率。开展点检是数控机床维护的有效办法。以点检为基础的设备维修，是日本在引进美国的预防维修制的基础上发展起来的一种点检管理制度。点检就是按有关维护文件的规定，对设备进行定点、定时的检查和维护。其优点是可以把出现的故障和性能的劣化消灭在萌芽状态，防止过修或欠修，缺点是定期点检工作量大。这种在设备运行阶段以点检为核心的现代维修管理体系，能达到降低故障率和维修费用，提高维修效率的目的。数控机床的点检，是开展状态监测和故障诊断工作的基础，主要包括下列内容：(1）定点：首先耍确定一台数控机床有多少个维护点，科学地分析这台设备，找准可能发生故障的部位。只要把这些维护点“看住” ，有了故障就会及时发现。(2）定标：对每个维护点要逐个制订标准，例如间隙、温度、压力、流量、松紧度等等，都要有明确的数量标准，只要不超过规定标准就不算故障。(3）定期：多长时间检查一次，要定出检查周期。有的点可能每班要检查几次，有的点可能一个或几个月检查一次，要根据具体情况确定。(4）定项：每个维护点检查哪些项目也要有明确规定。每个点可能检查一项，也可能检查几项。(5）定人：由谁进行检查，是操作者、维修人员还是技术人员，应根据检查部位和技术精度要求，落实到人。(6）定法：怎样检查也要有规定，是人工观察还是用仪器测量，是采用普通仪器还是精密仪器。(7）检查：检查的环境、步骤要有规定，是在生产运行中检查还是停机检查，是解体检查还是不解体