摘要：集多種技術(shù)于一體的機(jī)械加工機(jī)電設(shè)備數(shù)控機(jī)床，是集技術(shù)密集和知識(shí)密集的自動(dòng)化設(shè)備，運(yùn)行過程難避會(huì)發(fā)生故障，嚴(yán)重影響數(shù)控機(jī)床開動(dòng)率，造成設(shè)備閑置和資源浪費(fèi)，因此要加強(qiáng)對其故障原因的分析，加強(qiáng)對故障的診斷。文章重點(diǎn)介紹了數(shù)控機(jī)床故障的常見類型，分析了其故障診斷的主要方法及基本思路，并例舉案例對數(shù)控機(jī)床的維護(hù)進(jìn)行了有意義的研究。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；故障診斷；故障排除

中圖分類號(hào)：TG519 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2012） 14-0206-02

數(shù)控機(jī)床技術(shù)起源于美國的機(jī)電一體化設(shè)備，它集計(jì)算機(jī)、精密測量、自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)通信和現(xiàn)代機(jī)械制造等技術(shù)于一體，最初是用于解決航空航天復(fù)雜零件的制造問題，運(yùn)作高效，能按程序自動(dòng)加工零件，而無需使用復(fù)雜和特殊的工裝夾具，質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高，可以以一個(gè)更好的方式來自動(dòng)化批量加工品種多樣的復(fù)雜的零件，保持加工零件的一致性，便于產(chǎn)品的升級(jí)換代，同時(shí)具有機(jī)動(dòng)靈活、精度高、速度快的特點(diǎn)，必須有強(qiáng)大的可靠性和可用性。然而隨著數(shù)控機(jī)床因而在機(jī)械制造業(yè)中的比例越來越大，數(shù)控機(jī)床在使用過程中發(fā)生故障的可能性大大增強(qiáng)，診斷故障并維修排除才能保障數(shù)控機(jī)床長期可靠運(yùn)行。

一、常見的數(shù)控機(jī)床故障分類

數(shù)控機(jī)床發(fā)生故障的原因比較多且復(fù)雜，涉及的知識(shí)面廣，技術(shù)難度大，診斷與排除故障往往存在很大的困難，根據(jù)數(shù)控機(jī)床的故障性質(zhì)、起因、有無診斷顯示、裝備情況和是否具有破壞性及部件故障等分為以下幾種分類：

（一）電源故障。電源發(fā)生故障，既無法啟動(dòng)，對于其維修，需對照原理圖進(jìn)行。

（二）有無診斷顯示故障。根據(jù)故障有無診斷顯示可以分為有、無診斷顯示故障。無診斷顯示的故障只能根據(jù)出現(xiàn)故障前后的情況來分析判斷， 較難排除。有診斷顯示的故障相對來說比較容易排除，此種故障的經(jīng)常是軟件報(bào)警顯示的故障與硬件報(bào)警顯示兩種類型。其中硬件報(bào)警顯示故障可以通過各單元裝置上的指示燈找到，一般以報(bào)警號(hào)的形式出現(xiàn)軟件報(bào)警顯示故障往往可以在數(shù)控系統(tǒng)顯示器上顯示。系統(tǒng)無報(bào)警顯示故障，比較復(fù)雜和困難的診斷，通常是由硬件故障造成。

（三）數(shù)控裝置故障。由裝置設(shè)備問題引起的故障，分為硬件故障與軟件故障兩種。

（四）有無破壞性故障。有無破壞性故障又稱為非破壞性故障和破壞性故障兩類，是按故障發(fā)生的性質(zhì)是否具有破壞性來分類的。非破壞性故障容易辨別，也危害較小，可以經(jīng)過重演故障、多次試驗(yàn)檢驗(yàn)來分析故障的原因，較易排除；破壞性故障危害較大，維修難度大且有一定風(fēng)險(xiǎn)，比如由于伺服系統(tǒng)失控造成飛車、短路燒保險(xiǎn)等故障引起的破壞性故障對整個(gè)體統(tǒng)都將是致命的破壞。

（五）PLC部分出現(xiàn)故障。不報(bào)警的機(jī)床故障由于PLC編程有問題、編程不好等問題的出現(xiàn)而產(chǎn)生。

（六）機(jī)械故障和電氣故障。根據(jù)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件發(fā)生故障的不同來分，分為機(jī)械故障和電氣故障。由于機(jī)械部分的安裝、潤滑、調(diào)試、液壓系統(tǒng)、冷卻、氣動(dòng)、排屑、使用和維護(hù)操作不當(dāng)造成的機(jī)械變速箱故障和導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)摩擦產(chǎn)生的故障稱為機(jī)械故障，主要集中在主軸停止、噪音大，導(dǎo)致切削振動(dòng)炮塔不轉(zhuǎn)，加工精度不穩(wěn)定。電氣故障是往往是由于松動(dòng)的部件焊接，電器元件的品質(zhì)因數(shù)的下降，連接器接觸不良或由其他因素造成的發(fā)生在系統(tǒng)設(shè)備、伺服驅(qū)動(dòng)裝置和機(jī)床電器控制等部分的故障，具有一定的損害。

（七）檢測元件故障。整個(gè)數(shù)控機(jī)床和檢測元件是一個(gè)閉環(huán)的系統(tǒng)，檢測元件是其中的數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，經(jīng)常會(huì)在機(jī)械暴走、機(jī)械振蕩等方面體現(xiàn)出故障。

二、數(shù)控機(jī)床故障診斷方法

（一）直觀診斷法。是最常用也是最簡單的一種方法，是指利用人的感覺器官如手、眼、鼻、耳等縮小故障的檢查范圍，找出故障具體原因。

（二）狀態(tài)診斷法。該種方法主要是動(dòng)、靜態(tài)的監(jiān)測伺服進(jìn)給系統(tǒng)、電源模塊等部件的主要參數(shù)，或監(jiān)測數(shù)控系統(tǒng)輸入輸出信號(hào)的狀態(tài)，檢測各元件的工作狀態(tài)，從而來找出故障原因的方法。

（三）儀器診斷法。儀器診斷法是指運(yùn)用一些常用儀器測量數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的相關(guān)直流與脈沖信號(hào)，進(jìn)而查找可能的故障，比如運(yùn)用常規(guī)的電工儀表、直流電源電壓等來查找故障。

（四）系統(tǒng)的自我診斷功能。這種方法主要是使用數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)內(nèi)的自我診斷方法找到故障原因。這些軟件或程序的測試離線和在線監(jiān)測、開機(jī)自診斷等等。異常報(bào)警指示燈將通過硬件或軟件報(bào)警指示報(bào)警。此外，數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的自診斷功能經(jīng)常被用來作為衡量數(shù)控機(jī)床的性能的一個(gè)重要的指標(biāo)。

（五）參數(shù)調(diào)整法。維修人員通曉數(shù)控機(jī)床的工作狀態(tài)和作用主要是通過具體系統(tǒng)的主要參數(shù)來判斷，主要考慮到不同的數(shù)控機(jī)床、不同的工作狀態(tài)對數(shù)控系統(tǒng)、PLC及其伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)要求不盡相同，通過調(diào)整一個(gè)或多個(gè)相關(guān)參數(shù)來對其故障進(jìn)行排除。

三、數(shù)控機(jī)床的維護(hù)與排除

合理的日常維護(hù)措施可以減少正常磨損、延緩劣化、預(yù)防和降低數(shù)控機(jī)床發(fā)生故障的概率，保證其安全運(yùn)行，因此，做好數(shù)控機(jī)床的日常維護(hù)、保養(yǎng)是做好數(shù)控機(jī)床的維護(hù)重中之重和關(guān)鍵所在，一方面要講究具體的方式方法，另一方面要遵循具體的措施原則和立場，主要有以下幾個(gè)方面。

（一）具體的數(shù)控機(jī)床故障維修與排除手段及方法

1.復(fù)位、初始化法

由于編程或者瞬時(shí)故障引起的CNC系統(tǒng)報(bào)警使數(shù)控機(jī)床停止運(yùn)行的情況出現(xiàn)時(shí)，往往按復(fù)位按鈕或復(fù)位鍵進(jìn)行復(fù)位來清除故障，也可用強(qiáng)行關(guān)閉硬件電源；若系統(tǒng)存儲(chǔ)器欠壓、連接線路接觸不良、掉電造成系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則先做好系統(tǒng)初始化前應(yīng)注意作好數(shù)據(jù)備份，再對CNC系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。

2.模塊替換法

模塊替換法是目前最常用解決故障的方法，主要方法是診斷出壞的系統(tǒng)模塊（電器元件），然后再選擇好的模塊將其替換，設(shè)定好相應(yīng)的參數(shù)，并做相應(yīng)的初始化啟動(dòng)，使機(jī)床迅速投入正常運(yùn)行。

3.設(shè)置參數(shù)

有正確的數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置是確保系統(tǒng)功能正常的前提，許多數(shù)控機(jī)床不能工作或功能是無效的主要原因是由于數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置存在問題，也可以塊搜索功能數(shù)控系統(tǒng)檢查用戶編程錯(cuò)誤引起的故障報(bào)警或停機(jī)，糾錯(cuò)參數(shù)設(shè)置，以確保數(shù)控機(jī)床的正常運(yùn)行。

例如，實(shí)際速度與設(shè)定速度主軸啟動(dòng)是不一致，因?yàn)橹鬏S轉(zhuǎn)速模擬電壓控制功能處于激活狀態(tài)，主軸轉(zhuǎn)速S碼輸入設(shè)置一個(gè)固定的主軸轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）S代碼時(shí)的值不會(huì)改變，稱為恒線速控制（G97模式）2種方式，工具相對于圓柱形工件的切向速度（米/分）S代碼來設(shè)置恒線速控制（G96模式），恒線速控制方式下，切削進(jìn)給時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速隨著編程軌跡X軸絕對CNC輸出給主軸變頻器0-10V控制電壓受驅(qū)動(dòng)裝置的控制。

4.修調(diào)法

數(shù)控機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置正確，在過程中發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步調(diào)整某些參數(shù)，如數(shù)控系統(tǒng)的LCD顯示屏幕亮度，低維護(hù)，調(diào)整屏幕電源12V電壓正常。

最好地實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)及其他電子系統(tǒng)的控制，微調(diào)是非常關(guān)鍵的。主軸轉(zhuǎn)速模擬電壓控制模式，與主軸倍率微調(diào)至實(shí)際速度主軸倍率修剪主軸的最大速度在當(dāng)前檔位的限制，由恒定表面速度控制模式的最小主軸轉(zhuǎn)速限制值和最高主軸主軸的實(shí)際速度限速值限制。數(shù)控系統(tǒng)提供了8主軸倍率（50％？120％，每級(jí)變化10％），實(shí)際的定義系列的主軸倍率階梯，應(yīng)使用機(jī)床制造商的指示為準(zhǔn)功能低于標(biāo)準(zhǔn)梯形說明的，例如，標(biāo)準(zhǔn)定義的PLC梯形圖GSK980TDa主軸，共有8級(jí)，實(shí)際主軸轉(zhuǎn)速主軸倍率的速度范圍為50％到120％的實(shí)時(shí)修整主軸倍率斷電記憶中的指令覆蓋的關(guān)鍵。

（二）遵循具體的措施原則和立場

強(qiáng)化管理是數(shù)控機(jī)床的維護(hù)的關(guān)鍵所在。做好日常維護(hù)工作，需遵循具體的措施原則和立場，嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程、充分利用數(shù)控機(jī)床、加強(qiáng)人員培訓(xùn)，掌握日常使用與維護(hù)的知識(shí)，做好有效、及時(shí)的總結(jié)，這些必要的流程措施是數(shù)控機(jī)床有效運(yùn)行的重要保證。

四、故障診斷與排除的系列案例

上述分析發(fā)現(xiàn)，作為一個(gè)用戶級(jí)的維修人員，不僅要有電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)，還要有計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)械原理、檢測技術(shù)及機(jī)械加工、液壓傳動(dòng)等知識(shí)，同時(shí)在其中應(yīng)該有一個(gè)分析問題和解決問題的能力，文中例舉了幾個(gè)案例，形象說明如何及時(shí)排除故障提高數(shù)控機(jī)床的開動(dòng)率。

案例一：在高校教學(xué)實(shí)踐和企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際中，數(shù)控機(jī)床已多次出現(xiàn)故障后，維修人員掌握一定的知識(shí)后，逐一進(jìn)行排查，故障很快得到解決。例如，購買、投入使用GSK980T數(shù)控車床，操作人員經(jīng)驗(yàn)不豐富，數(shù)控機(jī)床、按鈕的功能和操作的結(jié)構(gòu)性不熟練，就可以直接轉(zhuǎn)移到的程序，周期起動(dòng)工件，幾乎引起了車刀和工件碰撞運(yùn)營商急于緊急停止按鈕的作用。隨后回零，CRT顯示準(zhǔn)備不是線程報(bào)警字樣。出現(xiàn)操作人員對新設(shè)備缺乏足夠了解的情況下旋開急停按鈕，按下復(fù)位鍵再回零后，反而輕而易舉把故障排除了。

案例二：數(shù)控機(jī)床機(jī)械零件有時(shí)會(huì)產(chǎn)生故障。例如，配置FAGOR8055系統(tǒng)TH5660加工中心的有不換刀現(xiàn)象。加工中心執(zhí)行換刀指令時(shí)，主軸能夠移動(dòng)到換刀和準(zhǔn)確的定位，但沒有換刀動(dòng)作，檢查I / O端口跟蹤，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)沒有收到主軸定位應(yīng)答信號(hào)，在調(diào)查到終端，終端響應(yīng)信號(hào)線松動(dòng)，緊固之后工作處于正常。

案例三：伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的主要故障源之一。由于各軸的運(yùn)動(dòng)是靠伺服單元控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠和旋轉(zhuǎn)編碼器速度反饋反饋光柵的位置，一般故障的驅(qū)動(dòng)器旋轉(zhuǎn)編碼器與伺服單元模塊。例如FANUCO-MD系統(tǒng)XK5025數(shù)控銑床，發(fā)生434報(bào)警，問題出在數(shù)控系統(tǒng)722的診斷參數(shù)的第7 位為1，說明Z-軸伺服過載，作進(jìn)一步調(diào)查了解到是主軸轉(zhuǎn)向發(fā)生錯(cuò)誤，改變主軸轉(zhuǎn)向就可以排除故障。數(shù)控機(jī)床的造價(jià)較高，維護(hù)成本也高。

案例四：設(shè)備的操作使用前的調(diào)整過程不當(dāng)也是引起故障參數(shù)修改。例如，XK5025數(shù)控銑床FANUCO-MD系統(tǒng)引導(dǎo)程序顯示混亂，機(jī)器不能正常工作，出現(xiàn)系統(tǒng)的傳輸過程中的101報(bào)警、內(nèi)存溢出，在解除報(bào)警系統(tǒng)DELET按鍵上出現(xiàn)參數(shù)設(shè)置為重寫的狀態(tài)，有可能是操作不熟練，錯(cuò)按電源上的RESET按鈕，產(chǎn)生的參數(shù)發(fā)生變化，如果重新輸入備份參數(shù)，機(jī)床就處于工作狀態(tài)了。如果機(jī)器出現(xiàn)故障，操作人員應(yīng)正確地記錄、描述的情況，在發(fā)生故障時(shí)，并方便維護(hù)人員及時(shí)和正確的調(diào)整。

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[作者簡介]林常劼（1983.3-），男，福建省福州市人，單位：國際汽車底盤公司（雷諾汽車的子公司），研究方向：生產(chǎn)優(yōu)化，老舊生產(chǎn)線的更新和再利用。