陳飛

摘要：本文介紹了數(shù)控機床的故障診斷與維修界定，分析了數(shù)控機床產(chǎn)生故障的類型和特點。針對故障，提出了故障的常用診斷方法。

關(guān)鍵字：數(shù)控機床;故障分析;故障診斷

中圖分類號：G4 文獻標(biāo)識碼：A

機床是人類進行生產(chǎn)勞動的重要工具，也是社會生產(chǎn)力發(fā)展水平的重要標(biāo)志。數(shù)控機床采用了計算機數(shù)控系統(tǒng)，因此也稱為計算機數(shù)控機床或CNC機床。數(shù)控機床綜合應(yīng)用了計算機、自動控制、精密測量、現(xiàn)代機械制造和數(shù)據(jù)通信等多種技術(shù)，是機械加工領(lǐng)域中典型的機電一體化設(shè)備，適用于多品種、中小批量的復(fù)雜零件的加工。

一、故障診斷與維修界定

要保持數(shù)控機床的完好率，就要求對數(shù)控機床的可靠性、可維修性和可用性提出更高的標(biāo)準，衡量可靠性的主要指標(biāo)是平均故障間隙時間MTBF（Mean Time Between Failure），MTBF就是數(shù)控機床在使用過程中發(fā)生了N次故障，每次故障修復(fù)后又投入使用。測其每次故障前工作持續(xù)時間為T1、T2……TN，其平均故障間隙時間MTBF=T/N。（T為T1、T2、TN之和）?？删S修性的衡量指標(biāo)是平均修復(fù)時間（MTTR），MTTR是規(guī)定的條件蝦和規(guī)定的時間內(nèi)，機床在任一規(guī)定的維修級別上，修復(fù)性維修時間與在該級別上被修復(fù)產(chǎn)品的故障總數(shù)之比。簡單地說就是排除故障所需實際直接維修時間的平均值，MTBF=TI/N。（TI為第I次修復(fù)時間，N修復(fù)次數(shù)），可用性是在要求的外部資源得到保證的前提下機床在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時刻或時間區(qū)間內(nèi)處于可執(zhí)行規(guī)定的功能狀態(tài)的能力。它是產(chǎn)品可靠性、維修性和維修保障的綜合反映，可靠性是從延長其正常工作時間來提高產(chǎn)品可用性，而維修性是從縮短因維修的停機時間來提高可用性。

近幾年國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)MTBF大都超過10000H。但國際上先進企業(yè)數(shù)控系統(tǒng)MTBF已達80000H，雖然我國機床工業(yè)取得了較大進步，每年的產(chǎn)量達到了千臺以上，但我國的機床大部分水平較低且又缺門。一些用戶對數(shù)控機床的故障還不能及時做出正確的判斷和準確的排除故障，生產(chǎn)廠家的售后服務(wù)又不能及時的到現(xiàn)場服務(wù)。目前，國內(nèi)各行業(yè)中的數(shù)控系統(tǒng)開動率平均僅達到25%左右。

二、故障的類型與特點分析

數(shù)控機床的故障類型有：

1.NC系統(tǒng)故障。NC系統(tǒng)故障會引起硬件故障和軟故障。

2.伺服系統(tǒng)的故障。由于數(shù)控系統(tǒng)的控制核心是對機床的進給部分盡心數(shù)字控制，而進給是由伺服單元控制伺服電機，帶動滾珠絲杠來實現(xiàn)的，由旋轉(zhuǎn)編碼器做位置反饋元件，形成位置控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)故障一般是由伺服控制單元、伺服電機、測速電機、編碼器等問題引起的。

3.外部故障。由于現(xiàn)代的數(shù)控系統(tǒng)可靠性越來越高，故障率越來越低，很少發(fā)生故障。大部分故障都是非系統(tǒng)故障，是由外部原因引起的。

數(shù)控機床故障的特點：數(shù)控機床一般由數(shù)控系統(tǒng)，包含伺服電動機和檢測反饋裝置的伺服系統(tǒng)，強電控制柜，機床本體和各類輔助裝置組成。

數(shù)控機床的復(fù)雜性使其故障具有復(fù)雜性和特殊性，引起數(shù)控機床故障的因素又很多，不能只看故障的表像，要透過現(xiàn)象去檢查引起故障的綜合因素，找到引起故障的根源，采取合理的方法給予排除。

三、故障的診斷

1.要搞清故障現(xiàn)象

當(dāng)數(shù)控設(shè)備出現(xiàn)故障時，首先要搞清故障現(xiàn)象，向操作人員了解第一次出現(xiàn)故障時的情況，在可能的情況下觀察故障發(fā)生的過程，觀察故障是在什么情況下發(fā)生的，怎么發(fā)生的，引起怎樣的后果。只有了解到第一手情況，才有利于故障的排除，把故障過程搞清了，問題就解決一半了。搞清了故障現(xiàn)象，然后根據(jù)機床和數(shù)控系統(tǒng)的工作原理，就可以很快地確診問題所在并將故障排除，使設(shè)備恢復(fù)正常使用。

現(xiàn)在數(shù)控系統(tǒng)的自診斷能力越來越強，設(shè)備的大部分故障數(shù)控系統(tǒng)都能夠診斷出來，并采取相應(yīng)的措施。當(dāng)數(shù)控設(shè)備出現(xiàn)故障時，有時在顯示器上顯示報警信息，有時在數(shù)控裝置上、PLC裝置上和驅(qū)動裝置上還會有報警指示。這時要根據(jù)手冊對這些報警信息進行分析，有些根據(jù)報警信息就可直接確認故障原因，只要搞清報警信息的內(nèi)容，就可排除數(shù)控設(shè)備出現(xiàn)的故障。

另一些故障的報警信息并不能反映故障的根本原因，而是反映故障的結(jié)果或者由此引起的其它問題，這時要經(jīng)過仔細的分析和檢查才能確定故障原因。

2.要利用數(shù)控系統(tǒng)的PLC狀態(tài)顯示功能

許多數(shù)控系統(tǒng)都有PLC狀態(tài)顯示功能，如西門子3系統(tǒng)PC菜單下的PC STATUS，西門子810系統(tǒng)DIAGNOSIS菜單下的PLC STATUS功能，以及發(fā)那科0T系統(tǒng)DGNOS PARAM 功能的PMC狀態(tài)顯示功能等，利用這些功能可顯示PLC的輸入、輸出、定時器、計數(shù)器等的即時狀態(tài)和內(nèi)容。根據(jù)機床的工作原理和機床廠家提供的電氣原理圖，通過監(jiān)視相應(yīng)的狀態(tài)，就可確診一些故障。

3.要利用機床廠家提供的PLC梯形圖

數(shù)控設(shè)備出現(xiàn)的大部分故障都是通過PLC裝置檢查出來的，PLC檢測故障的機理就是通過運行機床廠家為特定機床編制的PLC梯形圖（即程序），根據(jù)各種輸入、輸出狀態(tài)進行邏輯判斷，如果發(fā)現(xiàn)問題，產(chǎn)生報警并在顯示器上產(chǎn)生報警信息。所以對一些PLC產(chǎn)生報警的故障，或一些沒有報警的故障，可以通過分析PLC的梯形圖對故障進行診斷，利用NC系統(tǒng)的梯圖顯示功能或者機外編程器在線跟蹤梯形圖的運行，可提高診斷故障的速度和準確性。

以上方法對機床側(cè)故障的檢測是非常有效的，因為這些故障無非是檢測開關(guān)、繼電器、電磁閥的損壞或者機械執(zhí)行結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題，這些問題基本都可以根據(jù)PLC程序，通過檢測其相應(yīng)的狀態(tài)來確認故障點。而遇到一些系統(tǒng)故障時，有時情況比較復(fù)雜，采用以下的方法及檢測原則可快速確認故障點。

對于一些涉及到控制系統(tǒng)的故障，有時不容易確認哪一部分有問題，在確保沒有進一步損壞的情況下，用備用控制板代換被懷疑有問題的控制板，是準確定位故障點的有效辦法，有時與其它機床上同類型控制系統(tǒng)的控制板互換會更快速診斷故障（這時要保證不會把好的板子損壞）。

檢查故障要本著先外圍后內(nèi)部、先機械后電氣、先簡單后復(fù)雜、先靜后動、先公用后專用、先查軟件后查硬件的原則。對于數(shù)控設(shè)備出現(xiàn)較復(fù)雜的故障，特別是涉及到控制系統(tǒng)時，應(yīng)用這些原則可簡化故障的診斷過程，避免走彎路。

參考文獻

[1] 徐衡. 數(shù)控機床故障維修[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2005

[2] 王愛玲. 數(shù)控機床故障診斷與維修[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006