中級工程師論文淺析數控機床故障診斷

　　摘要：數控機床是一種高效的自動化機床，涵蓋了計算機技術、自動化技術、伺服驅動、精密測量和傳感器技術等各個領域的新的技術成果，是一門新興數字程序控制機床。

　　關鍵詞：數控機床;故障;排除方法;

　　不同的數控機床，其結構和性能有很大的區別，但在故障診斷上有它的共性。通過對這些共性的分析得出一些對數控機床故障診斷原則、方法及故障排除方法。以下逐一介紹：

　　一、 數控機床故障診斷原則

　　1. 先外部后內部

　　數控機床是機械、液壓、電氣一體化的機床，所以故障的發生必然要從這三者之間綜合反映出來。所以要求維修人員掌握先外部后內部的原則，即當數控機床發生故障后，維修人員應采用望、聞、聽、問等方法，由外向里逐一進行檢查。

　　例1：一數控車床剛投入使用的時候，在系統斷電后重新啟動時，必須要返回到參考點。即當用手動方式將各軸移到非干涉區外后，再使各軸返回參考點。否則，可能發生撞車事故。所以，每天加工完后，最好把機床的軸移到安全位置。此時再操作或斷電后就不會出現問題。

　　外部硬件操作引起的故障是數控修理中的常見故障。一般都是由于檢測開關、液壓系統、氣動系統、電氣執行元件、機械裝置出現問題引起的。這類故障有些可以通過報警信息查找故障原因。對一般的數控系統來講都有故障診斷功能或信息報警。維修人員可利用這些信息手段縮小診斷范圍。而有些故障雖有報警信息顯示，但并不能反映故障的真實原因。這時需根據報警信息和故障現象來分析解決。

　　例如：臺立式加工中心采用FANUC-OM控制系統。機床在自動方式下執行到X軸快速移動時就出現414#和410#報警。此報警是速度控制OFF和X軸伺服驅動異常。由于此故障出現后能通過重新啟動消除，但每執行到X軸快速移動時就報警。經查該伺服電機電源線插頭因電弧爬行而引起相間短路，經修整后此故障排除。

　　2. 先機械后電氣

　　由于數控機床是一種自動化程度高，技術復雜的先進機械加工設備。機械故障較易發現，而系統故障診斷難度要大一些。

　　3. 先靜后動

　　維修人員要做到先靜后動，不可盲目動手，應先詢問操作人員故障發生的過程及狀態，查看說明書、資料后方可動手查找故障原因，繼而排除故障，

　　4. 先公用后專用

　　公用性問題會影響到全局，而專用性問題只影響局部。

　　5. 先簡單后復雜

　　當出現多種故障相互交織掩蓋、一時無從下手時，應先解決容易的問題，后解決較大的問題。常常在解決簡單的故障的過程中，難度大的問題也可能變的容易，理清思路，將難度較大的變得容易一些。

　　6. 先一般后特殊

　　在排除某一故障時，要先考慮最常見的可能原因，然后再分析很少發生的特殊原因。

　　二、 數控系統自診斷技術及故障排除方法

　　所謂系統診斷技術，就是利用數控裝置中的計算機及相關運行診斷軟件進行各種測試。

　　1. 自診斷技術

　　1) 開機自診斷：數控系統通電后，設備內部診斷軟件會自動對系統中各種元件如CPU、RAM及各應用軟件進行逐一檢測并將檢測結果顯示出來，如檢測發現問題，系統會顯示報警信息或發出報警信號。開機自診斷通常會在開機一分鐘之內完成。

　　有時開機診斷會將故障原因定位到電路板或模塊上，但也經常僅將故障原因定位在某一范圍內，這時維修人員需查找相關維修手冊根據提示找到真正故障原因并加以排除。

　　2) 運行自診斷：運行自診斷也稱在線自診斷，是指數控系統正常工作時，運行內部診斷程序，對系統本身、PLC、位置伺服單元以及與數控裝置相連的其它外部裝置進行自動測試、檢查，并顯示有關信息，這種診斷一般會在系統工作時反復進行。

　　3) 脫機診斷：當系統出現故障時，首先停機，然后使用隨機的專用診斷紙帶對系統進行脫機診斷。診斷時先要將紙帶上的程序讀入RAM系統中，計算機運行程序進行診斷，從而判定故障部位，這種診斷在早期的數控系統中應用較多。

　　2. 人工診斷技術

　　數控系統的故障種類很多，而自診斷往往不能對系統的所有部件進行測試，也不能將故障原因定位到具體確定的元器件上，這時要迅速查明原因就需要采用人工診斷方法。人工診斷方法有很多種，最常用的有:功能程序測試法、參數檢查法、備件置換法、直觀法、原理分析法等，現簡介如下:

　　1) 功能程序測試法：這種方法將數控系統中的G、M、S、T、功能的全部指令編成一個測試程序，穿成紙帶或存儲到軟盤上在進行診斷時運行這個程序，可快速判定哪個功能出現問題，這種方法一般在機床出現隨機性故障時使用，也可用于設備閑置時間較長重新投入使用時測試用。

　　2) 參數檢查法：一般系統的參數是存放在RAM中的，一旦出現干擾或其它原因會造成參數丟失或混亂，從而使系統不能正常工作，這時應根據故障特征，檢查和核對有關參數，在排除某些故障時，有時還需對某些參數進行調整。

　　3) 備件置換法：是將系統中型號完全相同的電路板、模塊、集成電路或其它零部件進行互相交換比較，或利用備用的元器件替換有疑點的部件，從而快速有效地確定故障部位。

　　4) 直觀法：直觀法是利用維修中常用的“先外后內”的原則，利用觀察零部件的工作狀態、聽聲音、摸發熱等方法，進行逐個檢查，如利用視覺可觀察內部器件或外部連接的形狀上的變化;利用聽覺可查尋器件發出的異常聲音;利用嗅覺或觸覺可查尋過載、高溫等現象;等等。

　　5) 原理分析法：當采用其它檢查方法難以奏效時，可以從電路基本原理出發，一步一步用萬用表、邏輯表、示波器等工具對測點進行檢查對照，最終查明故障原因。

　　3. 高級診斷技術

　　1) 在高級診斷中，常用的方法主要有以下幾種方法：

　　2) 自修復診斷：自修復診斷一般是指在系統內設置不參與運行的備用模塊。自修復程序在控制系統每次開機運行，當發現某模塊有問題時，系統會把故障信息顯示在屏幕上，同時自動查尋備用模塊，故障模塊的工作即被備用模塊取代，維修人員可根據提示更換下一故障模塊。自修復診斷方法需要較多的備用模塊，這會使系統體積增大，價格提高。

　　3) 診斷指導專家系統：近年來，隨著圖像識別、聲音識別、自動翻譯和智能工業機器人等技術的發展，這些技術越來越多地被應用到數控機床上。診斷專家系統以專家知識、經驗為基礎，自動模仿專家利用知識解決復雜問題的思維活動，這就使普通工作人員同樣能對故障做出具有專家級水平的診斷結論。

　　例如：日本的FANUC系統的診斷指導專家系統是由知識庫、推理計算機和人工控制器組成。知識庫內存儲了專家分析、故障判斷和如何消除故障的經驗知識。這些知識用于讀出數控系統的狀態信息，通過人工控制器，編程員可用簡捷的記述把專家的知識編成程序，并把程序變成知識庫目標形式，再存儲到知識庫中。推理機通過運行程序進行推理，操作者也可通過顯示單位，用簡單的人機對話的方式選擇故障狀態，必要時回答系統的提問，以補充為得出結論所需的其它信息。

　　4) 通訊診斷系統：該診斷方法又稱海外診斷，是由中央維修站通過電話線路，甚至國際電話系統向用戶設備發送診斷程序所進行的一種遙控診斷。通訊診斷系統除可用于故障發生后的診斷外，還可以為用戶作定期的預防性診斷，設備生產廠家的維修工不必親臨現場，只需按預定的時間對機床進行系列試運行檢查，在中央維修站分析診斷數據，即可發現可能存在的故障隱患。

　　【參考文獻】

　　[1] 周蘭 陳少艾.數控機床故障診斷與維修[M].北京:人民郵電出版社,2007..

　　[2] 楊中力.數控機床故障診斷與維修[M].大連:大連理工出版社,2006..

　　[3] 王侃夫.數控機床故障診斷及維護[M].北京:機械工業出版社,2005.

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