数控机床常见的故障与基本处理技术分析
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摘 要：本文结合多年的工作实践，分析、研究了数控机床电气故障的检修技术。
关键词：数控机床;电气故障;检修
数控机床有控制先进、复杂、智能化程度高、检修难度大的特点，其故障检测、诊断与维修工作必须由掌握先进数控技术的复合型技术人员来担任。此文分别介绍数控机床电气故障的检修步骤、分析与排除方法。
一、电气故障检修分析、排除方法
1.数控系统的自诊断功能及报警处理方法
（1）开机自检。数控系统通电时，系统内部自诊断软件对系统中关键的硬件和控制软件逐一进行检测。一旦检测通不过，就在CRT上显示报警号或报警信息，指出故障部位。只有开机自检项目全都正常通过后，系统才能进入正常运行准备状态。
开机自检一般可将故障定位到电路或模块上，有些甚至可定位到芯片上。但在不少情况下只能将故障原因定位在某一范围内，需要通过进一步的检查、判断才能找到故障原因并予以排除。
（2）实时自诊断。数控系统在正常运行时，随时对系统内部、伺服系统、I/O接口以及数控装置的其他外部装置进行自动测试检查，并显示有关状态信息。若检测有问题，则立即显示报警号及报警内容，并根据故障性质自动决定是否停止动作或停机。检查时，维修人员可根据报警内容，结合实时显示的NC内部关键标志寄存器及PLC的操作单元状态，进一步对故障进行诊断与排除。
故障排除以后，报警往往不会自动消除。根据不同的报警，需要按“ RESET”或“STOP”软键来消除，或者需用电源复位或关机重新启动的方法消除，恢复系统运行。
2.数控系统的参数故障
（1）参数故障的产生原因。①后备电池失效将导致全部参数丢失。因此，在正常工作时应经常检查是否有电池电压低的报警信息或LED信号灯指示。如果发现该报警，应及时更换后备电池。更换电池应严格按照该系统的说明书要求进行操作，如有的系统要求停电后一定时间范围内将电池更换完毕，有的则要求系统在通电状态中方可更换电池，以保证证更换电池时数据不会丢失。②由于操作者的误操作，可能将个别或全部参数清除。③数控系统在DNC状态下运行或进行数据通讯时电网瞬间停电。
（2）数控系统参数的恢复。数控系统的种类繁多，参数恢复的方法也各不相同。以下为三种常用的参数恢复方法：①对照随机资料参数表逐个检查，发现有不一致的参数就用手动输入恢复。这种方法不需要外围设备，但效率太低，容易出錯。②利用生产厂家提供的专用数据输入/输出设备，如纸带机，磁带机，软盘驱动器、IC卡等。参数输入的操作步骤可参照数控系统的操作说明书进行。③利用计算机或数控系统的DNC功能通过DNC软件进行参数输入。这种方式操作简单，输人效率高，出错率极低。
3.数控系统的软件故障
（1）软件故障发生的原因。软件故障是由软件变化或丢失，或者软件运行中断引起的。①在调试用户程序或修改机床参数时，删除或更改了软件内容或参数，造成软件故障（某些参数的改变也可引起软件故障）。②后备电池电压不足，引起软件及参数丢失。③电源的波动及干扰脉冲窜入数控系统，引起时序错误或程序执行错误。④软件编制不完善，当运行复杂程序或进行大量计算时，有时会造成系统死循环而引起系统中断。⑤用户程序出错，在运行或输入过程中出现故障报警。
（2）软件故障的排除。对于软件丢失或参数改变引起的软件故障，可通过对参数、程序进行更改或清除后重新输入的方法来恢复。
对于程序运行中发生中断而造成的故障，可采取关机再重新启动的方法恢复。
开关数控系统电源是清除软件故障常用的方法，但在关机之前应将报警信息记录下来，以便于排除故障。
4.数控系统硬件故障的检查与分析
（1）常规检查。①系统发生故障后，首先进行外观检查。判断明显的故障，有针对性地检查可疑部分（包括元器件外观、保护电路、开关设置等）。对于故障发生时的现象、操作过程以及故障发生前进行过的维修、保养，要进行详细地询问，这对分析故障原因很有帮助。②针对故障有关部分，检查连接电缆、连接线、接线端子、接触件等连接是否良好，检查有无断线、绝缘破坏、松动、发热、氧化或接触不良等现象;检查在恶劣环境下工作的元器件以及应定期保养的部件或元器件，是否按规定定期进行了检查和保养。③检查电源电压是非常重要的环节。许多莫名其妙的故障往往是由电源电压不正常引起的，而电源电压不正常可能是电源本身的问题，也可能是由负载引起的，一定要仔细地检查分析后再进行处理。
（2）故障现象分析法。故障分析所涉及的专业面很广，分析要以找到的现象（包括故障时的异常现象、仪器测量记录的内容、产品检查结果等）为依据，找出故障的规律和产生原因。为了找到足够的线索，在可能的情况下（不会扩大故障和产生危险）可重复故障发生过程，让故障重复出现。
（3）面板显示与指示灯显示分析法。面板显示可把大部分被监视的故障识别结果以报警的方式给出，但有时只能识别到某一装置或某一部位。这时，可进一步根据面板上的指示灯或该装置上的指示灯指示，较快地找到故障点。
（4）系统分析法。判断系统存在故障的部位时，应弄清楚整个系统方框图的工作原理，根据故障的现象，判断问题可能出在哪一个功能单元。可不管单元内部的工作原理，根据系统方框图将该单元的输入/输出信号以及它们之间的关系摘清楚。测试这个单元的输入与输出，判断其是否正常。必要时可将该单元与其他单元脱离开，提供必要的输入信号，观察其输出结果。如果确定问题出在某一单元后，就要搞清楚该单元内部的工作原理，必要时可测绘出局部的电气原理图，并通过进一步的检查与分析，最终把故障定位于元件。
在维修的初步阶段及有条件时，可对怀疑单元或元器件采用替换法诊断故障，逐步缩小故障范围，直至找到故障点。
（5）信号追踪法。按照控制系统方框图，从前往后或从后向前检查有关信号的有无、性质、大小及不同运行方式的状态，与正常情况比较有无差异或是否符合逻辑。在较长的“串联”电路中，可采用分割法，从中间开始向两个方向查。查出某一方向有问题时，可继续对这一段采用分割法进行检查，直至找到故障点。两个相同的线路，在可能的情况下可对它们进行交换试验。
（6）静态测量法。用万用表测量元器件的在线电阻及晶体管的PN结电压;用集成电路测试仪检查集成电路的好坏;亦可用线路板在线测试仪对线路板及板上元器件进行检测。由于线路板上的电路连接在一起，互相影响，有时不好判断，在有条件的情况下可找一块相同的好板，采用对比法进行测量。
（7）动态测量法。可用加长板将待测板接出后开机测量，也可单独给待测板加上必要的电源电压和信号，然后用万用表、示波波器、逻辑分析仪等对线路板的电压、电流、波形及逻辑关系进行全面诊断。将测量值与已知值或经验值进行比较，再用逻辑推理的方法判断出故障点。
二、结语
数控系统种类繁多，故障千变万化，维修方法也不尽相同，有的故障部位相同但现象不尽相同，有的现象相同但故障点不同，在排除故障时，不可生搬硬套，要熟练掌握数控设备的控制原理、掌握正确的维修方法，并灵活应用，力求迅速准确地判明故障原因，及时正确排除故障，同时不断地学习和掌握新的知识与技术，寻找新的维修诊断的方法和手段，不断提高维修能力。
参考文献：
[1]严峻.数控机床常见故障快速处理86问[M].北京：机械工业出版社，2017.
[2]郑小年，杨克冲.数控机床故障诊断与维修[M].武汉：华中科技大学出版社，2015.
[3]蒋洪平.数控设备故障诊断与维修[M].北京：北京理工大学出版社，2016.
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