數控機床故障的分析及處理

徐志鵬　丁崢

[摘? ? ? ? ? ?要]? 立足于數控機床的結構及原理，從故障維修的角度對數控機床進行分析，并從工作原理的角度出發，對故障的分類及維修注意事項進行了深入的分析和討論。

[關? ? 鍵? ?詞]? 數控機床;維修原則;故障分析

[中圖分類號]? TG659? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）36-0118-02

一、數控機床的了解

數控機床作為綜合機、電、液、氣、光等多種技術為一體的復合型現代化加工設備，其加工維修技術不僅為數控機床的正常運行提供保障，還可以對數控機床的發展及改進完善起到巨大的推動作用。數控機床出現的故障現象多種多樣，如磨損、銹蝕、機械失效、加工誤差大、工件表面粗糙、插件接觸不良、電子元器件老化、電流電壓波動、溫度變化、干擾、滾珠絲杠副有噪聲、軟件丟失等。這些故障不僅會導致機床工作異常，甚至還有可能導致重大的生產事故，直接危害到工廠正常的生產和加工秩序。所以，如何正確維護數控設備，對設備故障進行迅速診斷且及時排除解決故障，是保證生產秩序正常進行的必備工作，下面著重對數控機床的故障診斷及故障分析進行介紹。

二、數控機床故障診斷原則

數控機床作為高度自動化綜合型的加工設備，其故障的產生會遵循一定規律，這就為維修人員提供了維修參考方向。維修人員在排查故障過程中應遵循故障的產生規律進行逐一排查，提高排查故障效率的同時還能有效避免遺漏。

（一）先外后內

數控機床的故障由內因和表象兩大部分組成。這兩個部分互為表里，彼此相依，倘若貿然處理其中一個，勢必會對另一部分造成一定影響。在對故障機床進行故障排查時，首先應從表象著手，遵循由外而內、由表入里的原則，對故障機床進行排查，盡量避免因隨意啟封、拆卸造成故障擴大，排查故障難度進一步提升等問題。

（二）先靜后動

由于機床發生故障后，一般都會采取停機待援操作。故在對機床進行診斷之前，應先在機床斷電的靜止狀態下，利用觀察推敲、原理測試等方法對故障現象進行分析。當確定故障為非破壞性故障后，方可給機床通電，并在運行狀態下，利用動態觀察、調試檢驗和啟停測試等方法查找故障。若故障為破壞性故障，則應先著手排除故障危險后，再進行通電，以免造成機床故障的進一步惡化。

（三）先易后難

當多種故障同時存在時，故障現象會出現重疊以及覆蓋等情況，此時應先從簡單的問題著手，層層剝離，遵循先易后難、先簡后繁的原則，將難度較大的問題放在最后解決。這樣抽絲剝繭的過程，不但可以將故障的原因及現象展露無遺，而且往往簡單問題解決后，難度大的問題也可能變得容易。

（四）先機械后電氣

由于數控機床是機械技術和電氣技術的組合體。一般來說，機械故障現象明顯，比較容易發覺，且排查故障過程相對簡單。而數控系統電氣故障由于電氣系統的本身特點，決定了電器類故障的診斷和排除難度相對較大，且電氣故障通常較為隱晦難查，故應在掃清機械故障之后，再對電氣故障進行處理，以收事半功倍之效。

三、數控機床常見故障分析

數控機床故障類型比較多，有時候故障現象與故障原因并不一定遵循一一對應關系，所以在修理過程中，經常會遇到不同故障原因導致相同故障現象的情況。故而這里根據數控機床的組成、工作原理及特點，針對常見故障及排查故障注意事項進行介紹。

（一）數控系統故障

1.位置環：該部件是數控系統發出控制指令脈沖，并與位置檢測系統的反饋值相比較，進一步完成控制任務的關鍵環節。其工作頻率較高，且與外部設備相關聯，非常容易發生故障。常見的故障有：

①伺服位控環報警：此時應先檢查測量回路，查看其是否開路;如果測量回路沒有異常，則應考慮測量系統可能損壞，造成的位控單元內部損壞。

②不發指令脈沖就運動：此時應檢查是否漂移過高，使正反饋或位控單元故障從而導致測量元件損壞。

③測量元件故障：這種故障現象一般表現為無反饋值、機床回不到基準點或高速時漏脈沖產生報警，該故障大多是由光柵、讀數頭臟污或損壞導致的。

2.電源部分：電源是維持系統正常工作的能源支持部分，其故障的直接結果是造成整個系統停機甚至損壞。由于國內電網波動較大，而且經常伴隨高頻脈沖之類的干擾，再加上人為因素（如突然拉閘斷電等）的影響，都有可能造成電源監控故障或損壞。不僅如此，數控系統運行數據、設定數據以及加工程序一般儲存在存儲器內，系統斷電后，靠電源的后備蓄電池或鋰電池來保持。當停機時間比較長，拔插電源或存貯器都可能造成數據丟失，使系統不能運行。

3.可編程序控制器邏輯接口及數控系統的邏輯控制（如刀庫管理、液壓啟動等）主要由PLC來實現，要完成這些控制就必須采集各控制點的狀態信息，如通斷繼電器狀態、伺服閾值信號等。由于它與外界種類繁多的各種信號源和執行元件相連接，變化頻繁，所以發生故障的可能性就比較大，而且故障類型也千變萬化。

4.其他由于環境條件，如干擾、溫度、濕度超過允許范圍，操作不當、參數設定不當，也可能造成系統停機或故障。

（二）進給伺服系統故障

進給伺服系統的故障有兩種表現形式：一是利用軟件診斷程序在CRT上顯示報警信息;二是利用伺服系統上的硬件（如發光二極管、保險絲熔斷等）顯示報警。

1.軟件報警形式。

現代數控系統都配有對進給系統進行監視、報警能力的監控軟件，當系統出現故障時有時可在CRT上顯示。在CRT上顯示進給驅動的報警信號大致可分為三類：

①伺服進給系統出錯報警：這類報警的起因，大多是速度控制單元方面的故障引起的，或是主控制印刷線路板內與位置控制或伺服信號相關部分的故障。

②檢測出錯報警：主要是檢測元件（測速發電機、旋轉變壓器或脈沖編碼器）或檢測信號方面引起的故障。

③過熱報警：當系統內部溫度超過一定閾值時，也會經常出現這類報警。大部分原因多見于過載運行、線路短路等情況。

2.硬件報警形式。

硬件報警包括速度單元上的報警指示燈和保險絲熔斷以及各種保護用的開關跳開等報警。報警指示燈的含義與速度控制單元在設計上的差異緊密相連，一般有以下幾種：

①電流報警：多為速度控制單元上的功率驅動模塊損壞。檢查方法是在切斷電源的情況下，用萬用表測量模塊集電極和發射極之間的阻值，與正常值相比較，確認該模塊是否損壞。

②高電壓報警：原因是輸入的交流電源電壓超過了額定值的10%，或是電動機絕緣能力下降，或是速度控制單元的印刷線路板接觸不良。

③電壓過低報警：由于輸入電壓低于額定值的85%或是電源連接不良引起的。

④速度反饋斷線報警：多是由伺服電動機的速度或位置反饋線接觸不良或連接器接觸不良引起的。

⑤保護開關動作：此時應首先分清是何種保護開關動作，然后再采取相應的措施解決。如果伺服單元上熱繼電器動作，應先檢查熱繼電器的設定是否有誤，然后再檢查機床工作時的切削量是否過大或機床摩擦力矩是否太大。

⑥過載報警：造成過載報警的原因有機械負載不正常，或是速度控制單元上電動機電流的上限值設定得太低。

（三）機械故障

所謂機械故障，就是指機械系統（零件、組件、部件、整臺設備和設備組合）因偏離其設計狀態而喪失部分或全部功能的現象。如機床運轉不平穩、軸承噪聲過大、機械手夾持刀柄不穩定等現象都是機械故障的表現形式。

數控機床的機械故障主要包括機械結構、潤滑、冷卻、排屑、液壓、氣動和防護等裝置。常見的主機故障有：因機械安裝、調試和操作使用不當等原因引起的機械傳動故障與導軌運動摩擦過大故障。故障表現為傳動噪聲大、加工精度差、運行阻力大。出現報警字符“BAT”則表示控制單元電池電壓低，此時需在機床供電的情況下更換系統電池。如果此時信號處沒有出現報警字符“BAT”則表示驅動電池電壓低，此時需在機床供電的情況下更換驅動上的電池。注意：更換電池時機床必須帶電，以免造成數據丟失。

四、總結

數控機床在制造業當中有著舉足輕重的地位，制造業的產品質量都由數控機床的精度和效率決定。所以，減少平均無故障時間，保證機床正常工作是非常重要的。當遇到機床問題時，首先要沉著冷靜，要學會從故障的角度分析問題，再根據維修原則和經驗進行檢修。每次維修的過程需作好記錄，不僅為日后的維修提供依據，還有利于維修數據的分析及故障信息的歸納總結。

參考文獻：

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◎編輯 馬燕萍