淺談數(shù)控機床故障的常用診斷方法
[論文關(guān)鍵詞]故障 故障診斷 診斷內(nèi)容 診斷原則 診斷方法
[論文摘要]數(shù)控機床故障的診斷是數(shù)控機床維修的關(guān)鍵。一般來說，隨著故障類型的不同，采取的故障診斷的方法也就不同。本文從數(shù)控機床故障診斷的內(nèi)容、原則、方法等方面入手來簡要闡述一下數(shù)控機床故障的診斷方法。
系統(tǒng)可靠性是指數(shù)控系統(tǒng)在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。故障是指系統(tǒng)在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內(nèi)失去了規(guī)定的功能。數(shù)控機床是個很復(fù)雜的大系統(tǒng)，它涉及光、機、電、液、氣等很多技術(shù)，發(fā)生故障是難免的。磨損、機械銹蝕、機械失效、插件接觸不良、元器件老化、電流電壓波動、溫度變化、干擾、噪聲、軟件丟失或本身有隱患、灰塵、操作失誤等都可導(dǎo)致數(shù)控機床出故障。
一、數(shù)控機床故障診斷內(nèi)容
故障診斷的內(nèi)容：
1） 動作診斷：監(jiān)視機床各動作部分，判定動作不良的部位。診斷部位是ATC、APC和機床主軸。2） 狀態(tài)診斷：當(dāng)機床電機帶動負載時，觀察運行狀態(tài)。3） 點檢診斷：定期點檢液壓元件、氣動元件和強電柜。4） 操作診斷：監(jiān)視操作錯誤和程序錯誤。5） 數(shù)控系統(tǒng)故障自診斷：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，但隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，在故障診斷上有它的共性。
二、數(shù)控機床故障診斷原則
在故障診斷時應(yīng)掌握以下原則：
（1）先外部后內(nèi)部 數(shù)控機床是集機械、液壓、電氣為一體的機床，故其故障的發(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)逐一進行排查，盡量避免隨意地啟封、拆卸，否則會擴大故障，使機床大傷元氣，喪失精度，降低性能。
（2）先機械后電氣一般來說，機械故障較易發(fā)覺，而數(shù)控系統(tǒng)故障的診斷則難度較大些。在故障檢修之前，首先注意排除機械性的故障，往往可達到事半功倍的效果。
（3）先靜后動先在機床斷電的靜止狀態(tài)，通過了解、觀察測試、分析確認為非破壞性故障后，方可給機床通電。在運行工況下，進行動態(tài)的觀察、和測試，查找故障。而對破壞性故障，必須先排除危險后，方可通電。
（4）先簡單后復(fù)雜當(dāng)出現(xiàn)多種故障互相交織掩蓋，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。
三、數(shù)控機床故障診斷的方法
1.直觀檢查法它是維修人員最先使用的方法。在故障診斷時，首先要詢問，向故障現(xiàn)場人員仔細詢問故障產(chǎn)生的過程、故障表象及故障后果，并且在整個分析、判斷過程中可能要多次詢問；其次是仔細檢查，根據(jù)故障診斷原則由外向內(nèi)逐一進行觀察檢查。總體查看機床各部分工作狀態(tài)是否處于正常狀態(tài)(例如各坐標軸位置、主軸狀態(tài)、刀庫、機械手位置等)，各電控裝置(如數(shù)控系統(tǒng)、溫控裝置、潤滑裝置等)有無報警指示，局部特別要注意觀察電路板的元器件及線路是否有燒傷、裂痕等現(xiàn)象、電路板上是否有短路、斷路，芯片接觸不良等現(xiàn)象，對于已維修過的電路板，更要注意有無缺件、錯件及斷線等情況；再次是觸摸，在整機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(如伺服與電機接觸器接線)的聯(lián)接狀況等來發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)故障的原因。
2.儀器檢查法使用常規(guī)電工儀表，對各組交、直流電源電壓，對相關(guān)直流及脈沖信號等進行測量，從中找尋可能的故障。例如：用萬用表檢查各電源情況，以及對某些電路板上設(shè)置的相關(guān)信號狀態(tài)測量點的測量，用示波器觀察相關(guān)的脈動信號的幅值、相位甚至有、無，用PLC 編程器查找PLC程序中的故障部位及原因等等。
3.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。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：
1）機床加工造成廢品而一時無法確定是編程操作不當(dāng)、還是由于數(shù)控系統(tǒng)故障引起的。
2）數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)隨機性故障。一時難以區(qū)別是外來干擾，還是系統(tǒng)穩(wěn)定性差時。
3）閑置時間較長的數(shù)控機床在投入使用前或?qū)?shù)控機床進行定期檢修時。
4.信號與報警指示分析法
1）硬件報警指示這是指包括伺服系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)在內(nèi)的各、電器裝置上的各種狀態(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。
2）軟件報警指示如前所述的系統(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故障排除方法。
5.接口狀態(tài)檢查法現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)多將PLC集成于其中，而CNC與PLC之間則以一系列接口信號形式相互通訊聯(lián)接。有些故障是與接口信號錯誤或丟失相關(guān)的，這些接口信號有的可以在相應(yīng)的接口板和輸入/輸出板上有指示燈顯示，有的可以通過簡單操作在CRT屏幕上顯示，而所有的接口信號都可以用PLC編程器調(diào)出。這種檢查方法要求維修人員既要熟悉本機床的接口信號，又要熟悉PLC編程器的應(yīng)用。
6.參數(shù)檢查法 數(shù)控系統(tǒng)、PLC及伺服驅(qū)動系統(tǒng)都設(shè)置許多可修改的參數(shù)以適應(yīng)不同機床、不同工作狀態(tài)的要求。這些參數(shù)不僅能使各電氣系統(tǒng)與具體機床相匹配，而且更是使機床各項功能達到最佳化所必需的。因此，任何參數(shù)的變化(尤其是模擬量參數(shù))甚至丟失都是不允許的；而隨機床的長期運行所引起的或電氣性能的變化會打破最初的匹配狀態(tài)和最佳化狀態(tài)。此類故障需要重新調(diào)整相關(guān)的一個或多個參數(shù)方可排除。這種方法對維修人員的要求是很高的，不僅要對具體系統(tǒng)主要參數(shù)十分了解，既知曉其地址熟悉其作用，而且要有較豐富的電氣調(diào)試經(jīng)驗。
7.試探交換法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。采用此法之前應(yīng)注意以下幾點：
1）更換任何備件都必須在斷電情況下進行。
2）許多印制電路板上都有一些開關(guān)或短路棒的設(shè)定以匹配實際需要，因此在更換備件板上一定要記錄下原有的開關(guān)位置和設(shè)定狀態(tài)，并將新板作好同樣的設(shè)定，否則會產(chǎn)生報警而不能工作。
3）某些印制電路板的更換還需在更換后進行某些特定操作以完成其中軟件與參數(shù)的建立。這一點需要仔細閱讀相應(yīng)電路板的使用說明。
4）有些印制電路板是不能輕易拔出的，例如含有工作存儲器的板，或者備用電池板，它會丟失有用的參數(shù)或者程序。必須更換時也必須遵照有關(guān)說明操作。
鑒于以上條件，在拔出舊板更換新板之前一定要先仔細閱讀相關(guān)資料，弄懂要求和操作步驟 之后再動手，以免造成更大的故障。
8.測量比較法CNC系統(tǒng)生產(chǎn)廠在設(shè)計印刷線路板時，為了調(diào)整和維修方便，在印刷線路板上設(shè)計了一些檢測量端子。維修人員通過檢測這些測量端子的電壓或波形，可檢查有關(guān)電路的工作狀態(tài)是否正常。但利用檢測端子進行測量之前，應(yīng)先熟悉這些檢測端子的作用及有關(guān)部分的電路或關(guān)系。
9.特殊處理法 當(dāng)今的數(shù)控系統(tǒng)已進入PC級、開放化的發(fā)展階段，其中軟件含量越來越豐富，有系統(tǒng)軟件、機床制造者軟件、甚至還有使用自己的軟件，由于軟件邏輯的設(shè)計中不可避免的一些問題，會使得有些故障狀態(tài)無從分析，例如死機現(xiàn)象。對于這種故障現(xiàn)象則可以采取特殊手段來處理，比如整機斷電，稍作停頓后再開機，有時則可能將故障消除。維修人員可以在自己的長期實踐中摸索其規(guī)律。
參考文獻：
[1]韓鴻鸞主編. 數(shù)控機床維修實例[M]. 中國出版社, 2006
[2]畢敏杰主編. 機床數(shù)控技術(shù)[M]. 北京: 機械出版社,1996
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