浅谈数控机床电气系统的维护和故障诊断
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摘要：21世纪是信息科学时代，特别是计算机信息科学技术的快速发展带来了企业生产及人们日常生活的巨大改变。在机械制造领域，信息化、智能化的数控机床已经非常普遍。正因如此，如何保证数控机床的正常运转非常重要。本文中，笔者就数控机床运行的基础——电气系统的常见故障及问题处理进行研究。
关键词：数控机床电气系统；数控系统；故障诊断；日常维护
一、数控机床电气系统的日常维护
维护电气系统的稳定有序运行，是机械生产制造高效运行的基础和前提。为有效降低电气系统故障率，做好日常维护和保养非常重要。在实际生产中，主要通过维护元器件磨损、电气组件损坏等方面着手做好电气系统的维护。
1.制定完备的设备管理规程
针对机床的具体性能和加工对象制定操作规程，建立工作、故障、维修档案，包括保养内容及各个功能元器件的保养周期。
2.不随便开启电气柜门
机加工车间的空气中都含有灰尘、油雾及金属粉末等污染物，如果它们落入数控系统内的印制线路板或电子器件上，很容易引起元器件之间绝缘电阻下降，甚至导致元器件及印制线路板损坏。因此一般不允许随便打开柜门，除非要进行必要的调整和维修。
3.电压检查
经常监视数控装置用的电网电压，保证数控系统的电网电压在额定值的+10%～-15%的范围内波动，一旦出现超出正常的工作电压，就会造成系统不能正常工作。
4.检查电气柜散热通风装置
经常检查各功能模块使用的冷却风扇运转是否正常，风道过滤网是否堵塞，并及时清除灰尘，否则会造成数控柜温度过高，系统过热而引发故障。
5.长期不用数控机床的保养
数控机床闲置不用时，应保证每月给数控系统通电，让机床锁住，使其空运行。如果数控系统闲置半年以上不用，要将电刷从直流伺服电动机中取出来，以免由于化学腐蚀作用使换向器表面腐蚀，造成换向性能受损，甚至损坏整台电动机。
二、数控机床电气系统的故障诊断与分析
故障的调查与分析是数控机床故障排除非常关键的阶段，应做好这些工作：
1.询问调查
出现故障后，应向操作者仔细询问故障的全过程、故障现象及故障产生的背景情况，依此做出初步判断。
2.现场检查
对操作者提供的各种情况，进行现场分析检查，仔细观察工作寄存器和缓冲寄存器中尚存的内容，了解已经执行过的程序内容。观察各个印制电路板上是否有报警红灯，然后按复位键，如报警消失，故障多为软件故障，否则属于硬件故障。
3.故障分析
数控电气系统上出现同一种故障的原因可能多种多样，因此分析时要把相关的原因都列出来。一般情况下，对照机床配套的数控系统诊断手册和说明书，可以列出产生故障的多种可能的原因。例如，CKA6150数控车床在正常运行中，主轴急停，并出现报警信息。造成的原因可能有：（1）主轴电机绕组短路：（2）主轴驱动杆上逆变送器用的晶体管模块损坏；（3）电路板故障等。
4.确定原因排除准备
排除故障前，需要做一系列的准备工作，例如工具仪表的准备、局部的拆卸、零部件的修理，元器件的采购等。对多种可能的原因进行排查，从中找出本次故障的真正原因并解决。
三、数控机床电气系统故障诊断的一般方法
1.直观法
维修人员通过对故障发生时各种光、声、味等异常现象的观察，认真查看系统的各个部分，将故障范围缩小到一个模块或一块印制线路板。例如，元器件有无烧焦或松动，印制线路板有无组件破损、断裂、过热，电气柜和器件有无焦糊味，继电器是否有跳闸现象，熔丝是否熔断，电缆有无破裂和损伤等。直观法是检查故障的最基本方法，往往一丝异常，就是问题所在。
2.自诊断功能法
现代的数控系统已经具备了较强的自诊断的功能，可提供丰富的诊断信息，包括硬件、数控通道、标准循环、用户零件程序等方面的诊断信息，能随时监视数控系统的硬件和软件的工作状态，为故障诊断提供极大的方便。一旦发现异常，立即在面板上显示报警信息或用发光二极管指示故障的大致原因，同时中断运行而停机。利用自诊断功能，也能显示出系统与主机之间接口信号的状态，这样可以判断出故障是发生在机械部分还是在数控系统部分，并指出故障的大致部位。数控机床电气控制系统的硬件是由各种电子元器件组成的，而各电子、电器装置上等部件上都有各种状态和故障指示灯，通过结合指示灯的亮与灭和数码管的显示状态便可获知故障所在位置及其类型。
数控机床停机故障多数是由软件错误或操作不当引起的，所以系统出现故障后，要考虑先检查软件，这样可以避免盲目拆卸机床而带来许多麻烦。而软件中的故障通常都设有报警显示，依据显示的报警号对照相应的诊断说明手册便可获知可能的故障原因及故障排除方法。信号与报警指示分析法是当前维修时最为有效的一种方法。
3.参数检查法
数控机床的参数设置是否合理直接关系到机床能否正常工作。数控系统发生故障而无报警时应及时核对系统参数，通常这些数值不允許修改。参数一般存放在磁泡存储器或由电池保持的CMOSRAM中，一旦由于外界的干扰或电池电量不足，会使个别参数丢失或变化而引起混乱现象，使机床无法正常工作，这时通过核对修正参数，就能排除故障。经过长期运行的数控设备，由于继续传动部件磨损、电气元器件性能变化等原因，也需对有关参数进行调整，如有关电气时间参数设定、坐标轴精度定点补偿等。有些机床的故障往往就是因为未及时修改某些不适应的参数引起的。当然，这些故障都是软故障。这种方法对维修人员的要求很高，不仅要十分了解系统主要参数，而且要有丰富的电气调试经验。
4.仪器检查法
通过使用故障诊断仪器仪表，力求将故障源定位在元器件上，做到这一点，才有可能降低维修费用并大大减少停机时间，并且能较彻底地了解故障的性质和原因。例如用示波器观察相关的相位、电压的幅值；用逻辑探针测量数字电路的脉冲、电平，可以粗略判断逻辑芯片的好坏；进行CRT显示器电路的维修；用PLC编程器查找PLC程序中的故障部位及原因等。
5.备件置换法
在分析出故障大致起因时，为了缩短停机时间，可以利用备用的印制电路板、集成电路芯片、模板或元器件替换有疑点的部分，然后再去检查修复故障板。它实际上是在验证分析、判断的准确性。但在用备用电路板替换之前，必须先断电，检查备用电路板是否完好，同时检查备用电路板的设置状态与原电路板的状态是否一致，有的数控系统在更换了主板后，还需要进行一些特定的操作。如FANUC公司的FS-10系统，应先输入9000～9031号选择参数，然后输入0000～8010号的系统参数和PC参数。总之，一定要先仔细阅读相关资料，严格按照要求进行操作，以免造成更大的故障。这种方法简单易行，是现场判断时常用的方法。
6.转移法
当不能确定故障板又没有备件的情况下，可以将CNC系统中具有相同功能的两块电路板、集成电路芯片、模板或元器件互相交换，观察故障现象是否随之转移，从中判断故障部位。实际上这个方法是备件置换法的另一种方式，注意事项与上述备件置换法类同。
综上，这些方法各有其特点，按照不同的故障现象，可以同时选用几种方法灵活应用，对故障进行综合分析，才能逐步缩小故障范围，较快地排除故障。
参考文献
[1]王侃夫.数控机床故障诊断及维护[M].机械工业出版社，2001.
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