數(shù)控機(jī)床常見故障排除
數(shù)控機(jī)床是一種技術(shù)含量很高的機(jī)、電、儀一體化的高效的自動化機(jī)床，綜合了計算機(jī)技術(shù)、自動化技術(shù)、伺服驅(qū)動、精密測量和精密機(jī)械等各個領(lǐng)域的新的技術(shù)成果，是一門新興的工業(yè)控制技術(shù)。不同的數(shù)控系統(tǒng)雖然在結(jié)構(gòu)和性能上有所區(qū)別，但在故障診斷上有它的共性，現(xiàn)結(jié)合工作實際談一下數(shù)控系統(tǒng)故障分析和維修的一般方法。
數(shù)控系統(tǒng)故障維修通常按照：現(xiàn)場故障的診斷與分析、故障的測量維修排除、系統(tǒng)的試車這三大步進(jìn)行。
1、數(shù)控機(jī)床故障診斷
在故障診斷時應(yīng)掌握以下原則：
1.1先外部后內(nèi)部
現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的可靠性越來越高，數(shù)控系統(tǒng)本身的故障率越來越低，而大部分故障的發(fā)生則是非系統(tǒng)本身原因引起的。由于數(shù)控機(jī)床是集機(jī)械、液壓、電氣為一體的機(jī)床，其故障的發(fā)生也會由這三者綜合反映出來。維修人員應(yīng)先由外向內(nèi)逐一進(jìn)行排查。盡量避免隨意地啟封、拆卸，否則會擴(kuò)大故障，使機(jī)床喪失精度、降低性能。系統(tǒng)外部的故障主要是由于檢測開關(guān)、液壓元件、氣動元件、電氣執(zhí)行元件、機(jī)械裝置等出現(xiàn)問題而引起的。
1.2先機(jī)械后電氣
一般來說，機(jī)械故障較易發(fā)覺，而數(shù)控系統(tǒng)及電氣故障的診斷難度較大。在故障檢修之前，首先注意排除機(jī)械性的故障。
1.3先靜態(tài)后動態(tài)
先在機(jī)床斷電的靜止?fàn)顟B(tài)，通過了解、觀察、測試、分析，確認(rèn)通電后不會造成故障擴(kuò)大、發(fā)生事故后，方可給機(jī)床通電。在運行狀態(tài)下，進(jìn)行動態(tài)的觀察、檢驗和測試，查找故障。而對通電后會發(fā)生破壞性故障的，必須先排除危險后，方可通電。
1.4先簡單后復(fù)雜
當(dāng)出現(xiàn)多種故障互相交織，一時無從下手時，應(yīng)先解決容易的問題，后解決難度較大的問題。往往簡單問題解決后，難度大的問題也可能變得容易。
2、數(shù)控機(jī)床的故障診斷技術(shù)
數(shù)控系統(tǒng)是高技術(shù)密集型產(chǎn)品，要想迅速而正確的查明原因并確定其故障的部位，要借助于診斷技術(shù)。隨著微處理器的不斷發(fā)展，診斷技術(shù)也由簡單的診斷朝著多功能的高級診斷或智能化方向發(fā)展。診斷能力的強(qiáng)弱也是評價CNC數(shù)控系統(tǒng)性能的一項重要指標(biāo)。目前所使用的各種CNC系統(tǒng)的診斷技術(shù)大致可分為以下幾類：
2.1起動診斷
起動診斷是指CNC系統(tǒng)每次從通電開始，系統(tǒng)內(nèi)部診斷程序就自動執(zhí)行診斷。診斷的內(nèi)容為系統(tǒng)中最關(guān)鍵的硬件和系統(tǒng)控制軟件，如CPU、存儲器、I／O等單元模塊，以及MDI／CRT單元、紙帶閱讀機(jī)、軟盤單元等裝置或外部設(shè)備。只有當(dāng)全部項目都確認(rèn)正確無誤之后，整個系統(tǒng)才能進(jìn)入正常運行的準(zhǔn)備狀態(tài)。否則，將在CRT畫面或發(fā)光二極管用報警方式指示故障信息。此時起動診斷過程不能結(jié)束，系統(tǒng)無法投入運行。
2.2在線診斷
在線診斷是指通過CNC系統(tǒng)的內(nèi)裝程序，在系統(tǒng)處于正常運行狀態(tài)時對CNC系統(tǒng)本身及CNC裝置相連的各個伺服單元、伺服電機(jī)、主軸伺服單元和主軸電動機(jī)以及外部設(shè)備等進(jìn)行自動診斷、檢查。只要系統(tǒng)不停電，在線診斷就不會停止。
在線診斷一般包括自診斷功能的狀態(tài)顯示有上千條，常以二進(jìn)制的0、1來顯示其狀態(tài)。對正邏輯來說，0表示斷開狀態(tài)，1表示接通狀態(tài)，借助狀態(tài)顯示可以判斷出故障發(fā)生的部位。常用的有接口狀態(tài)和內(nèi)部狀態(tài)顯示，如利用I／O接口狀態(tài)顯示，再結(jié)合PLC梯形圖和強(qiáng)電控制線路圖，用推理法和排除法即可判斷出故障點所在的真正位置。故障信息大都以報警號形式出現(xiàn)。一般可分為以下幾大類：過熱報警類；系統(tǒng)報警類；存儲報警類；編程／設(shè)定類；伺服類；行程開關(guān)報警類；印刷線路板間的連接故障類。
2.3離線診斷
離線診斷是指數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，數(shù)控系統(tǒng)制造廠家或?qū)I(yè)維修中心利用專用的診斷軟件和測試裝置進(jìn)行停機(jī)（或脫機(jī)）檢查。力求把故障定位到盡可能小的范圍內(nèi)，如縮小到某個功能模塊、某部分電路，甚至某個芯片或元件，這種故障定位更為精確。
2.4現(xiàn)代診斷技術(shù)
隨著電信技術(shù)的發(fā)展，IC和微機(jī)性價比的提高，近年來國外已將一些新的概念和方法成功地引用到診斷領(lǐng)域。
（1）通信診斷
也稱遠(yuǎn)程診斷，即利用電話通訊線把帶故障的CNC系統(tǒng)和專業(yè)維修中心的專用通訊診斷計算機(jī)通過連接進(jìn)行測試診斷。如西門子公司在CNC系統(tǒng)診斷中采用了這種診斷功能，用戶把CNC系統(tǒng)中專用的“通信接口”連接在普通電話線上，而兩門子公司維修中心的專用通迅診斷計算機(jī)的“數(shù)據(jù)電話”也連接到電話線路上，然后由計算機(jī)向CNC系統(tǒng)發(fā)送診斷程序，并將測試數(shù)據(jù)輸回到計算機(jī)進(jìn)行分析并得出結(jié)論，隨后將診斷結(jié)論和處理辦法通知用戶。
通訊診斷系統(tǒng)還可為用戶作定期的預(yù)防性診斷，維修人員不必親臨現(xiàn)場，只需按預(yù)定的時間對機(jī)床作一系列運行檢查，在維修中心分析診斷數(shù)據(jù)，可發(fā)現(xiàn)存在的故障隱患，以便及早采取措施。當(dāng)然，這類CNC系統(tǒng)必須具備遠(yuǎn)程診斷接口及聯(lián)網(wǎng)功能。
（2）自修復(fù)系統(tǒng)
就是在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置有備用模塊，在CNC系統(tǒng)的軟件中裝有自修復(fù)程序，當(dāng)該軟件在運行時一旦發(fā)現(xiàn)某個模塊有故障時，系統(tǒng)一方面將故障信息顯示在CRT上，同時自動尋找是否有備用模塊，如有備用模塊，則系統(tǒng)能自動使故障脫機(jī)，而接通備用模塊使系統(tǒng)能較快地進(jìn)入正常工作狀態(tài)。這種方案適用于無人管理的自動化工作場合。
需要注意的是：機(jī)床在實際使用中也有些故障既無報警，現(xiàn)象也不是很明顯，對這種情況，處理起來就不那樣簡單了。另外有此設(shè)備出現(xiàn)故障后，不但無報警信息，而且缺乏有關(guān)維修所需的資料。對這類故障的診斷處理，必須根據(jù)具體情況仔細(xì)檢查，從現(xiàn)象的微小之處進(jìn)行分析，找出它的真正原因。要查清這類故障的原因，首先必須從各種表面現(xiàn)象中找山它的真實故障現(xiàn)象，再從確認(rèn)的故障現(xiàn)象中找出發(fā)生的原因。全面地分析一個故障現(xiàn)象是決定判斷是否正確的重要因素。在查找故障原因前，首先必須了解以下情況：故障是在正常工作中出現(xiàn)還是剛開機(jī)就出現(xiàn)的；山現(xiàn)的次數(shù)是第一次還是已多次發(fā)生；確認(rèn)機(jī)床加工程序的正確性；是否有其他人
3、數(shù)控機(jī)床的常見故障排除方法
由于數(shù)控機(jī)床故障比較復(fù)雜，同時數(shù)控系統(tǒng)自診斷能力還不能對系統(tǒng)的所有部件進(jìn)行測試，往往是一個報警號指示出眾多的故障原因，使人難以入手。下面介紹維修人員任生產(chǎn)實踐中常用的排除故障方法。
3.1直觀檢查法
直觀檢查法是維修人員根據(jù)對故障發(fā)生時的各種光、聲、味等異�，F(xiàn)象的觀察，確定故障范圍，可將故障范圍縮小到一個模塊或一塊電路板上，然后再進(jìn)行排除。一般包括：
A。詢問：向故障現(xiàn)場人員仔細(xì)詢問故障產(chǎn)生的過程、故障表象及故障后果等；
B。目視：總體查看機(jī)床各部分工作狀態(tài)是否處于正常狀態(tài)，各電控裝置有無報警指示，局部查看有無保險燒斷，元器件燒焦、開裂、電線電纜脫落，各操作元件位置正確與否等等；
C。觸摸：在整機(jī)斷電條件下可以通過觸摸各主要電路板的安裝狀況、各插頭座的插接狀況、各功率及信號導(dǎo)線的聯(lián)接狀況以及用手摸并輕搖元器件，尤其是大體積的阻容、半導(dǎo)體器件有無松動之感，以此可檢查出一些斷腳、虛焊、接觸不良等故障；
D。通電：是指為了檢查有無冒煙、打火，有無異常聲音、氣味以及觸摸有無過熱電動機(jī)和元件存在而通電，一旦發(fā)現(xiàn)立即斷電分析。如果存在破壞性故障，必須排除后方可通電。
例：一臺數(shù)控加工中心在運行一段時間后，CRT顯示器突然出現(xiàn)無顯示故障，而機(jī)床還可繼續(xù)運轉(zhuǎn)。停機(jī)后再開又一切正常。觀察發(fā)現(xiàn)，設(shè)備運轉(zhuǎn)過程中，每當(dāng)發(fā)生振動時故障就可能發(fā)生。初步判斷是元件接觸不良。當(dāng)檢查顯示板時，CRT顯示突然消失。檢查發(fā)現(xiàn)有一晶振的兩個引腳均虛焊松動。重新焊接后，故障消除。
3.2初始化復(fù)位法
一般情況下，由于瞬時故障引起的系統(tǒng)報警，可用硬件復(fù)位或開關(guān)系統(tǒng)電源依次來清除故障。若系統(tǒng)工作存貯區(qū)由于掉電、撥插線路板或電池欠壓造成混亂，則必須對系統(tǒng)進(jìn)行初始化清除，清除前應(yīng)注意作好數(shù)據(jù)拷貝記錄，若初始化后故障仍無法排除，則進(jìn)行硬件診斷。
例：一臺數(shù)控車床當(dāng)按下自動運行鍵，微機(jī)拒不執(zhí)行加工程序，也不顯示故障自檢提示，顯示屏幕處于復(fù)位狀態(tài)（只顯示菜單）。有時手動、編輯功能正常，檢查用戶程序、各種參數(shù)完全正確；有時因記憶電池失效，更換記憶電池等，系統(tǒng)顯示某一方向尺寸超量或各方向的尺寸都超最（顯示尺寸超過機(jī)床實斤能加工的最大尺寸或超過系統(tǒng)能夠認(rèn)可的最大尺寸）。排除方法：采用初始化復(fù)位法使系統(tǒng)清零復(fù)位（一般要用特殊組合健或密碼）。
3.3自診斷法
數(shù)控系統(tǒng)已具備了較強(qiáng)的自診斷功能，并能隨時監(jiān)視數(shù)控系統(tǒng)的硬件和軟件的工作狀態(tài)。利用自診斷功能，能顯示出系統(tǒng)與主機(jī)之間的接口信息的狀態(tài)，從而判斷出故障發(fā)生在機(jī)械部分還是數(shù)控部分，并顯示出故障的大體部位（故障代碼）。
A。硬件報警指示：是指包括數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)在內(nèi)的各電氣裝置上的各種狀態(tài)和故障指示燈，結(jié)合指示燈狀態(tài)和相應(yīng)的功能說明便可獲知指示內(nèi)容及故障原因與排除方法；
B。軟件報警指示：系統(tǒng)軟件、PLC程序與加工程序中的故障通常都設(shè)有報警顯示，依據(jù)顯示的報警號對照相應(yīng)的診斷說明手冊便可獲知可能的故障原因及排除方法。
3.4功能程序測試法
功能程序測試法是將數(shù)控系統(tǒng)的G、M、S、T、F功能用編程法編成一個功能試驗程序，并存儲在相應(yīng)的介質(zhì)上，如紙帶和磁帶等。在故障診斷時運行這個程序，可快速判定故障發(fā)生的可能起因。
功能程序測試法常應(yīng)用于以下場合：
A。機(jī)床加工造成廢品而一時無法確定是編程操作不當(dāng)、還是數(shù)控系統(tǒng)故障引起；
B。數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)隨機(jī)性故障，一時難以區(qū)別是外來干擾，還是系統(tǒng)穩(wěn)定性個好；
C。閑置時間較長的數(shù)控機(jī)床在投入使用前或?qū)?shù)控機(jī)床進(jìn)行定期檢修時。
例：一臺FANUC9系統(tǒng)的立式銑床在自動加工某一曲線零件時出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，表面粗糙度極差。在運行測試程序時，直線、圓弧插補(bǔ)時皆無爬行，由此確定原因在編程方面。對加工程序仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)該曲線由很多小段圓弧組成，而編程時又使用了正確定位外檢查C61指令之故。將程序中的G61取消，改用G64后，爬行現(xiàn)象消除。
3.5備件替換法
用好的備件替換診斷出壞的線路板，即在分析出故障大致起因的情況下，維修人員可以利用備用的印刷電路板、集成電路芯片或元器件替換有疑點的部分，從而把故障范圍縮小到印刷線路板或芯片一級。并做相應(yīng)的初始化起動，使機(jī)床迅速投入正常運轉(zhuǎn)。
對于現(xiàn)代數(shù)控的維修，越來越多的情況采用這種方法進(jìn)行診斷，然后用備件替換損壞模塊，使系統(tǒng)正常工作。盡最大可能縮短故障停機(jī)時間，使用這種方法在操作時注意一定要在停電狀態(tài)下進(jìn)行，還要仔細(xì)檢查線路板的版本、型號、各種標(biāo)記、跨接是否相同，若不一致則不能更換。拆線時應(yīng)做好標(biāo)志和記錄。
一般不要輕易更換CPU板、存儲器板及電地，否則有可能造成程序和機(jī)床參數(shù)的丟失，使故障擴(kuò)大。
例：一臺采用西門子SINUMERIKSYSTEM3系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，其PLC采川S5—130W／B，一次發(fā)生故障時，通過NC系統(tǒng)PC功能輸入的R參數(shù)，在加工中不起作用，不能更改加上程序中R參數(shù)的數(shù)值。通過對NC系統(tǒng)工作原理及故障現(xiàn)象的分析，認(rèn)為PLC的主板有問題，與另一臺機(jī)床的主板對換后，進(jìn)一步確定為PLC主板的問題。經(jīng)專業(yè)廠家維修，故障被排除。
3.6交叉換位法
當(dāng)發(fā)現(xiàn)故障板或者個能確定是否是故障板而又沒有備件的情況下，可以將系統(tǒng)中相同或相兼容的兩個板互換檢查，例如兩個坐標(biāo)的指令板或伺服板的交換，從中判斷故障板或故障部位。這種交叉換位法應(yīng)特別注意，不僅要硬件接線的正確交換，還要將一系列相應(yīng)的參數(shù)交換，否則不僅達(dá)不到目的，反而會產(chǎn)生新的故障造成思維混亂，一定要事先考慮周全，設(shè)計好軟、硬件交換方案，準(zhǔn)確無誤再行交換檢查。
例：一臺數(shù)控車床出現(xiàn)X向進(jìn)給正常，Z向進(jìn)給出現(xiàn)振動、噪音大、精度差，采用手動和手搖脈沖進(jìn)給時也如此。觀察各驅(qū)動板指示燈亮度及其變化基本正常，疑是Z軸步進(jìn)電動機(jī)及其引線開路或Z軸機(jī)械故障。遂將Z軸電機(jī)引線換到X軸電機(jī)上，X軸電機(jī)運行正常，說明Z軸電動機(jī)引線正常；又將X軸電機(jī)引線換到Z軸電機(jī)上，故障依舊；可以斷定是Z軸電動機(jī)故障或Z軸機(jī)械故障。測量電動機(jī)引線，發(fā)現(xiàn)一相開路。修復(fù)步進(jìn)電動機(jī)，故障排除。
3.7參數(shù)檢查法
系統(tǒng)參數(shù)是確定系統(tǒng)功能的依據(jù)，參數(shù)設(shè)定錯誤就可能造成系統(tǒng)的故障或某功能無效。發(fā)生故障時應(yīng)及時核對系統(tǒng)參數(shù)，參數(shù)一般存放在磁泡存儲器或存放在需由電池保持的CMOSRAM中，一旦電池電量不足或由于外界的干擾等因素，使個別參數(shù)丟失或變化，發(fā)生混亂，使機(jī)床無法正常工作。此時，可通過核對、修正參數(shù)，將故障排除。
