姜愛國

（江蘇省聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院無錫交通分院，江蘇 無錫 214000）

0 引言

在數(shù)控機床的實訓(xùn)教學(xué)活動中，引入大國工匠的典型案例，激發(fā)學(xué)生的求知熱情，除了教會學(xué)生正確操作機床以外，還要將在實際工作中可能碰到的系統(tǒng)方面存在的故障，通過仿真教學(xué)軟件模擬，現(xiàn)場演示，人為設(shè)置數(shù)控系統(tǒng)的一般故障，再結(jié)合生產(chǎn)實際與典型故障實例，引導(dǎo)學(xué)生循序漸進地掌握數(shù)控系統(tǒng)基本的故障的診斷方法，提高學(xué)生的認知興趣，使他們成為“演奏能手”，認真完成故障診斷的“三步曲”。

1 一步曲之數(shù)控系統(tǒng)故障

判斷時要求數(shù)控維修技術(shù)人員思維敏捷工作經(jīng)驗豐富，熟悉數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)原理，掌握數(shù)控系統(tǒng)各模塊之間的聯(lián)系，具有伺服系統(tǒng)、機電、計算機和傳感器和關(guān)聯(lián)節(jié)點的專業(yè)知識。查找數(shù)控系統(tǒng)故障如中醫(yī)診斷病情一樣，通過望、聞、問、切，內(nèi)外因相結(jié)合，利用我們的感官注意發(fā)生故障時（或故障發(fā)生后）的各種外部現(xiàn)象并判斷故障的可能部位。在發(fā)現(xiàn)故障的現(xiàn)場，通過觀察故障時哪兒有異響，哪里有打火發(fā)光，氣味異常，溫度驟然升高，運動部件的動作不同步、振動失常情況等，就能大致判斷出故障；還能結(jié)合各種電氣控元件的表面情況，從而進一步縮小檢查范圍。再者，檢查系統(tǒng)各種連接電纜有否松脫，斷開、接觸不良也是處理數(shù)控系統(tǒng)故障時首先需要想到的。

1.1 數(shù)控系統(tǒng)故障分析

1.1.1 數(shù)控系統(tǒng)組成

計算機數(shù)控系統(tǒng)（CNC）是以計算機為核心的數(shù)控裝置，CNC裝置是計算機數(shù)控系統(tǒng)的核心，它包括微處理器（CPU）、存儲器、局部總線、外圍邏輯電路以及與CNC系統(tǒng)其他部分聯(lián)系的接口及相應(yīng)的控制軟件。由于數(shù)控系統(tǒng)工作的連續(xù)性和復(fù)雜性，所以很容易產(chǎn)生相應(yīng)的故障。

1.1.2 CPU板的故障診斷

CPU板它是整個數(shù)控系統(tǒng)的核心，其中包括了PLC、CNC的控制、處理線路。CPU板上主要安裝有處理器、插補器、RAM、EPROM、通信接口、總線等部件，系統(tǒng)軟件固化在EPROM中。

當CPU板發(fā)生故障時，一般會有以下現(xiàn)象發(fā)生：

（1）屏幕無任何顯示，系統(tǒng)無法啟動，CPU板上的報警指示紅燈亮；（2）系統(tǒng)不能通過自檢，屏幕有圖像顯示，但不能進入CNC正常界面；（3）屏幕有圖像顯示，能進入CNC界面，但不響應(yīng)鍵盤的任何按鍵；（4）通訊不能進行。

維修方法：一般情況下當CPU板發(fā)生故障時，只能更換新的CPU備件板。

1.2 伺服驅(qū)動系統(tǒng)方面

（1）伺服驅(qū)動系統(tǒng)損壞。這種情況一般由于電網(wǎng)電壓波動太大，或由電壓沖擊造成。還一些是由于特殊原因造成的損壞，由于雷擊變電站，并竄入電網(wǎng)而造成多臺機床伺服驅(qū)動系統(tǒng)損壞。

（2）無控制指令電機仍高速運轉(zhuǎn)。這種故障的原因是伺服驅(qū)動系統(tǒng)速度環(huán)開環(huán)或正反饋。

（3）正常走刀時出現(xiàn)聯(lián)動軸不同步，工作臺絲杠轉(zhuǎn)動異常，已加工表面異常，走圓弧插補軸換向出現(xiàn)凸臺，電機低速爬行，應(yīng)該首先檢查硬件有無損壞，連接部分的調(diào)節(jié)有沒有到位，應(yīng)逐一檢查調(diào)整使其恢復(fù)正常工作狀態(tài)。

（4）保險絲熔斷，或電機過熱燒壞伺服驅(qū)動系統(tǒng)。建議更換熔絲或者電機等[1]。

2 二步曲之系統(tǒng)硬件故障

數(shù)控系統(tǒng)品種很多，各型系統(tǒng)復(fù)雜程度參差不齊，功能各異，結(jié)構(gòu)樣式也有差異。那么對于這樣復(fù)雜、綜合的系統(tǒng)，故障的診斷是存在一定的方法和規(guī)律的。這是指導(dǎo)學(xué)生實訓(xùn)的關(guān)鍵，以下奏響故障診斷的第二步曲：

2.1 數(shù)控系統(tǒng)的硬件故障

出現(xiàn)硬件故障時會造成數(shù)控機床停機。對于這類故障的診斷，首先必須了解該數(shù)控系統(tǒng)的工作原理及各線路板的功能，然后根據(jù)故障現(xiàn)象進行分析，在有條件的情況下利用交換法準確定位故障點。通常情況下，一般只要求能夠根據(jù)模塊的功能結(jié)合故障現(xiàn)象，判斷、查找出發(fā)生故障的模塊，進行備件的替換。

2.1.1 數(shù)控系統(tǒng)故障LED報警顯示

數(shù)控機床控制系統(tǒng)多配有面板顯示器、指示燈。面板顯示器可把大部分被監(jiān)控的故障識別結(jié)果以報警的方式給出。數(shù)控裝置上的LED發(fā)光管，用于顯示系統(tǒng)狀態(tài)和報警當CNC出現(xiàn)故障時，可以通過發(fā)光管的狀態(tài)，判斷系統(tǒng)運行時的狀態(tài)和出現(xiàn)故障的范圍。

2.1.2 有硬件故障時LED報警顯示

系統(tǒng)狀態(tài)的LED（紅色報警LED）報警含義可以參見數(shù)控系統(tǒng)的說明書。

2.1.3 顯示系統(tǒng)的故障診斷

系統(tǒng)顯示控制主要由LCD、視頻板等部件組成。LCD的作用是將視頻信號轉(zhuǎn)換為圖像進行顯示；視頻板的作用是將字符及圖像點陣轉(zhuǎn)換為視頻信號進行輸出。

LCD的故障診斷常見的一般有以下幾種情況：

（1）屏幕無任何顯示，該故障可能是顯示模塊熔絲熔斷，應(yīng)更換熔絲。（2）屏幕無顯示，但仔細看，可看到有字符顯示，該故障可能是燈管損壞，應(yīng)更換燈管。（3）屏幕出現(xiàn)部分內(nèi)容不能顯示，通常是顯示屏線斷線或接觸不良，應(yīng)檢查或更換屏線。

2.2 存儲器板的故障診斷

存儲器板發(fā)生故障時，一般有以下幾種現(xiàn)象：（1）系統(tǒng)死機，無法啟動。（2）存儲器上的軟件與CPU板上系統(tǒng)軟件不匹配，導(dǎo)致系統(tǒng)死機或報警。存儲器板發(fā)生故障時，若通過更換軟件仍然不能排除故障，一般應(yīng)更換一塊新的備件板[2]。

3 三步曲之系統(tǒng)軟件故障

3.1 數(shù)控系統(tǒng)常見軟件故障

數(shù)控系統(tǒng)中的軟件大多數(shù)都是嵌入式軟件，與硬件有著緊密關(guān)系并且運行在特定的硬件環(huán)境中。據(jù)統(tǒng)計，嵌入式系統(tǒng)的運行失效中有75%是由其中的軟件失效所引起的。事實上軟件失效所導(dǎo)致的系統(tǒng)故障已經(jīng)成為數(shù)控設(shè)備故障診斷中一個不容忽視的問題：

（1）軟件失效多數(shù)是由程序代碼中的固有錯誤所導(dǎo)致的，因數(shù)控機床系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不當，或者因意外使參數(shù)發(fā)生變化或混亂，這類故障只要調(diào)整好參數(shù)，就會自然消失。

（2）由于偶然原因使NC系統(tǒng)處于死循環(huán)狀態(tài)，這類故障有時必須采取強行啟動的方法恢復(fù)系統(tǒng)的使用。

（3）對于嵌入式軟件來說，軟硬件之間的接口錯誤也是導(dǎo)致軟件故障的一個重要因素。

3.2 軟件故障排除方法

3.2.1 系統(tǒng)軟件及數(shù)據(jù)的保護

PLC用戶程序、報警文本、NC與PC機床數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)是機床制造廠編制并經(jīng)過調(diào)整、優(yōu)化得到的數(shù)據(jù)，它是數(shù)控機床的關(guān)鍵，而且存儲于用電池供電的RAM存儲器子模塊中，因此清除和修改都很容易。一旦這些內(nèi)容被改寫或丟失，整臺機床就不能正常工作，因此，應(yīng)采取以下措施保護這些軟件和數(shù)據(jù)。

（1）將系統(tǒng)軟件和數(shù)據(jù)通過PCIN軟件進行備份，存儲于磁盤（或光盤）中，最好能打印成文字的形式，以便進行校對與手動輸人。

（2）系統(tǒng)軟件和數(shù)據(jù)可以通過操作清除和修改，這樣雖然給機床調(diào)整帶來了方便，但如果管理不善，也會造成人為的故障。特別是初始化操作，極有可能刪除系統(tǒng)軟件和數(shù)據(jù)，因此，應(yīng)通過設(shè)置密碼與制定相應(yīng)的制度，防止誤操作。此外，修改機床數(shù)據(jù)、進行初始化調(diào)整工作，最好通過維修人員進行以防止人為故障。

（3）系統(tǒng)有多種規(guī)格，各種規(guī)格的軟件自成體系。不同版本的軟件對啟動芯片有特定的要求，軟件不能混合使用，否則系統(tǒng)將不能正常啟動。此外，不同版本的軟件對機床數(shù)據(jù)的定義、調(diào)整方法，甚至工作狀態(tài)和顯示界面的配置也有差異。維修人員處理故障時，應(yīng)針對不同的軟件版本，進行相應(yīng)處理。

3.2.2 參數(shù)調(diào)整

指導(dǎo)并培養(yǎng)學(xué)生對系統(tǒng)參數(shù)的再認識能力。在設(shè)計和制造數(shù)控系統(tǒng)時，雖已考慮到系統(tǒng)的可靠性問題，但不可能排除外界的一切干擾；同時，人為誤操作使得系統(tǒng)參數(shù)變更也是可能的。所以，在診斷故障過程中，如果嘗試上述幾項方法后，問題仍不能解決，就應(yīng)該核對數(shù)控系統(tǒng)對應(yīng)參數(shù)，如果是參數(shù)變更引起的，這類故障便是我們的常說的“軟”故障，查到了癥結(jié)所在，所有的問題才能迎刃而解。

4 結(jié)語

以上的實訓(xùn)指導(dǎo)過程中的“三步曲”，各有特點及適用范圍。對于較為復(fù)雜的故障，需要將“三步曲”同時演奏，正確判斷出故障起因和故障的具體部位，使學(xué)生不但知其然，而且知其所以然，才能產(chǎn)生較好的實訓(xùn)教學(xué)效果，從而不斷提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題解決問題的實際能力。