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寧（níng）夏大（dà）學工程（chéng）訓練中心數控機床的（de）故障診斷及維護實踐淺談

2020-6-20 來源：寧夏（xià）大學（xué）教（jiāo）務處作（zuò）者：尹承東

摘要：數控機床具有自動化（huà）程度高、精度高、係統複雜（zá）及難以維護保養等特點，針對（duì）寧夏大學工程訓練中心數控機床（chuáng）種類（lèi）多、維護及保養規則繁雜、故障率高、利（lì）用率較低等（děng）問題，在分析數控機床常（cháng）見（jiàn）故障的（de）基（jī）礎上，總（zǒng）結（jié）了數控機床常（cháng）見故障的排除方法。這些方法可（kě）提高數控機床的使用率、節約（yuē）成本（běn），並可為其他高校數控機床的故障診斷及維護提供參考。

關鍵詞：數控機（jī）床（chuáng）；故障診斷；維護；工程訓練中心

數控機床自動化程度高、結構複雜、故障不（bú）易排除，且維護成本較高，國內專業技術人（rén）員和學者對數控機床的故障診斷和維護已有不同程度的分析總結。樊兆博[1]在分析數控機床常見故（gù）障的基礎上提出了數控機床的維護策略；姚兆（zhào）[2]分析了我國企業機床設備故（gù）障率的維修現狀及存在的問題，提出減少數控機床設備故障率（lǜ）的對策；童勳[3]對數控機床常（cháng）見故障（zhàng）進行了（le）分類，並提出了排除辦法；王海（hǎi）月[4]對數控機床故障的診斷和維修方（fāng）法進行了研究；胡羽[5]對數控機床故（gù）障（zhàng）診斷係統進（jìn）行了設計與實現。

雖然國內學者在數控機床的故障診斷及維護上進行了大量的研究，但目（mù）前還缺少係統化的維護方法。寧夏大學工程訓（xùn）練中心配（pèi）有 8 台安裝華中數控係統的立式加工中心、7 台安裝華中數控係統的數控車床（chuáng）、3 台安裝 Fanuc 數控係統的數控車床及（jí） 1台安裝 Mazak 數控係統的數控加工中心。

這些數控（kòng）機（jī）床生產廠家各不相同，在日常實訓中，由於實（shí）訓（xùn）項目多、使用率高、使用學生專（zhuān）業化訓練少（shǎo）、維護人員（yuán）少等原因，使得寧夏大學工程（chéng）訓練中心數控機床故障率較高，利用（yòng）率較低，影響了日（rì）常（cháng）教學和（hé）實驗。

本文在分析總結寧夏大學（xué）工程訓練中心數（shù）控機床常（cháng）見故障的基礎上，對數控機床的故障（zhàng）診斷和維護保養方法進（jìn）行了較為深入的探討。

1 、數（shù）控機床故障診斷原則（zé）

在對數控機床進行故障診（zhěn）斷時，應遵循的（de）原則：

（1）先（xiān）外部後內部（bù）。數控機床故障（zhàng）的發生一般由機械、液壓、電氣這三者綜合反（fǎn）映出來。當發生故障時，維修人員應由外向內逐（zhú）一排查，並且避免隨意拆卸，否則可能會擴大故障並降低機床（chuáng）精度及性能（néng）。

（2）先機械後電氣。機械故障一般容易發現，而數（shù）控係統（tǒng）的故障排查難度較大（dà）。故先排查機（jī）械故障，可提高故障診斷的效（xiào）率。

（3）先靜後動。出現故障後，首先給機床斷電，並（bìng）通過觀（guān）察分析確定非破壞（huài）性故障後，才可以給機床通電（diàn）進行動態測試，排查故障。

（4）先簡單後複雜。當出（chū）現多個故障後，應先排除容易的，後解決難度大的。

2 、數控係統故障診斷技術（shù）

數控係統屬（shǔ）於高技術含量的設備，當發生故障時，需要借助智能診（zhěn）斷技術才能快速並且正確地找出故障（zhàng）的原因及故障發生的位置。目前市場上數控係統比較多，應（yīng）用最多的有 Fanuc 數控係統、Mazak 數控係統及 HEIDENHAIN 數控係統等。

智能診斷技（jì）術也是判斷一個數控係統性能的重要（yào）指標。基於以上常用的數控係統，常用的智能診斷包括以下 4 個方麵：

（1）啟動診斷。當數控機床接通電源，數控係統啟（qǐ）動後，係統自帶的智能診斷程序（xù）便開始對機床進行診斷，並判（pàn）別機（jī）床（chuáng）能否（fǒu）正常使用。智能診斷的內容包括（kuò）數控機床（chuáng）的（de）硬件和軟件部（bù）分（fèn）

，如中央處（chù）理器、存儲（chǔ）模塊、輸入輸出模塊等裝（zhuāng）置，隻有當檢測（cè）的所有項目都正常工作，數控機床才進入準備工作狀態；否則，係統將顯示報警信息，數控機床將無法進入工作狀（zhuàng）態。

（2）在線診斷。數控係統中都安裝在線診斷程序（xù），在（zài）數控機床正常工作時，隨時對機（jī）床各個係統進行診斷。診斷的內（nèi）容主要包括機床主軸單元、伺服電動機、伺服模塊及（jí）機床連接的外部設備等

。隻要數控（kòng）機床（chuáng）處於工作狀態，則在線診斷就持續工作，確保機床處於正（zhèng）常工作狀態。

（3）離線診斷。在線診斷並（bìng）不能處理所有的故障、在數控（kòng）係統出現某種無法（fǎ）解決（jué）的故障時，需（xū）要數控係統生成廠（chǎng）家或專業的代理維修機構，利用專用（yòng）的測試軟件或裝備對機床（chuáng）進行檢測（cè）通過這種檢測方式，盡可能（néng）將發生故障的位置縮小到一範（fàn）圍，如某（mǒu）個模塊、某個芯（xīn）片、部分電路或元件等，再對發生故障的這些（xiē）模塊或元件進（jìn）行更換，可減小維（wéi）修成本。

（4）現代診斷（duàn）技術。隨（suí）著現代通信技術的發展，目前國內外已（yǐ）將一些新的方法（fǎ）和手段引入到了數控機床的診斷中來，如通信診斷和機床自修複（fù）係統等。通信診斷是把有故障的數控係（xì）統和專業維修檢測（cè）機構的專用檢測設備連接起來進行故障診斷測試。

當測試完成後，維修檢測機構再（zài）將數控機（jī）床的故障信息發送給機床使（shǐ）用用戶，進行維修。通（tōng）過這種方式，維修人員（yuán）不必親自去用戶所在地進行故障診斷（duàn），不（bú）僅節約（yuē）成本，還可提高效率。采用通信診斷的（de）數控機床需要連接網絡。數控係統的自修複係統是數控係統中安裝的一段自修複程序。當數控（kòng）機床發生故障時，該程序會將故障信息（xī）顯示（shì）在機床顯示屏上，同時檢（jiǎn）查機（jī）床是否有故障模塊（kuài）的備用模塊，如果有，則該軟件會接通備用模塊，並使機床快速地進入工作狀（zhuàng）態。

這種自修複係統適合自動化程度較高的場合。

3 、數控（kòng）機床的故障診斷方法

數控機床故障類別比較多且複雜，而數控係統（tǒng）自帶的自診斷係統往往不能應對所有的故障形式。而有（yǒu）時一個報（bào）警顯示由很多故障原因造成，很難精確地（dì）定位故障（zhàng）發生部件。這就需要維修人員在實際中掌握一些常用的故障解（jiě）除方法。

（1）直觀檢查法。當機床（chuáng）發生故障時，首先需要對機床進行直觀的檢查。一般（bān）由外（wài）向內，查驗電氣櫃中開關是否跳閘，各個驅動器、機是否接觸不良，接頭是否（fǒu）鬆動，數據線（xiàn）是否斷路，保險是否熔斷（duàn），線路是否燒傷等。

如果機床以前進行過維修或更（gèng）換過零部件，則查驗更換過的零部件是否正常工作等。最（zuì）後再查看電路板（bǎn）上的各種元件（jiàn），是否有燒痕、接觸（chù）不良等現（xiàn）象（xiàng），同時查看主板電池是否有電。

（2）程序（xù）測試法。當數控機床長時間（jiān）不開機、加工造成廢品或數控係統出現（xiàn）隨機性的故障而短時（shí）間內無法確定故障原因時，可用數控係統的編程（chéng）功能編寫一（yī）個測試程序，在機（jī）床出現（xiàn）故障時，

運行這個程序，有助於（yú）快速（sù）確定故障原因。

（3）交換試探法（fǎ）。在初步確定故障（zhàng）大致位（wèi）置或起因的情（qíng）況下，可以用備用零（líng）部件替換可疑零部件，如沒（méi）有備用零部件，可以將同型號機床的零部件與故障機床的（de）零部件進行互換，以確定故障零（líng）部件。

（4）參數（shù）檢查（chá）法。在無法確定故障原因時，需要校核一下數控係（xì）統參數，如果由於外部原因導（dǎo）致數控係統個別參數丟失時，數控機（jī）床也無法進行工作（zuò）。通（tōng）過（guò）檢測係統電路板測（cè）量端（duān）子的電源，

檢查電路是否正（zhèng）常工作。

（5）測量（liàng）比較法。除以上（shàng）診斷方法外，還可以通過檢測（cè）電路板焊接是否（fǒu）正常（cháng）、是否存在接觸不良等問題（tí）查（chá）找故障原（yuán）因。總（zǒng）之，數控機床故障十分複雜，產生故障（zhàng）的原因也（yě）是多種多樣。在實際排除故障時，應多種方法同時使用，縮小故（gù）障（zhàng）範圍，才能快速地排除故障。

4 、數控機床常見故障的處理

數控（kòng）機床的故（gù）障種類繁多，但常見的故（gù）障及（jí）處理（lǐ）方法分以下 4 種。

4.1 機械故（gù）障

數控機床機械故障具有多樣性（xìng），本文僅（jǐn）介紹一些關鍵部件的故障及其處（chù）理方法，見表 1。

表 1 機械故障類型、原因（yīn）及（jí）處理方（fāng）法

4.2 數（shù）控係統故障

不同（tóng）數控係統的故障各不相同，本文（wén）以國產華中數控（kòng）係統為例，簡述常見的故障及其（qí）排除方（fāng）法，見表 2。

表2 數控係統故障類型（xíng）、原因及排除方法

4.3 進給伺服係統故障

進給伺（sì）服（fú）係統的故障一般（bān）包括軟件報警、硬件報警及無報警形式等 3 種。軟件報警一般是控製單元故障、檢測元件（jiàn）故（gù）障或（huò）由電（diàn）機及伺服單元溫度升高引起的，此時可通過報警信息（xī）並參考機床報（bào）警信息說（shuō）明進行故障（zhàng）排除。硬件報警一般是（shì）驅動器或伺服（fú）單元上的電流過大、壓過高或過低引起的。壓時可能是晶體管損（sǔn）壞、絕緣失效及線路故障造成的。無報警顯示（shì）的故障一般包括機床失控、過衝、振動及噪音過大等。一般是由於檢測元件故障、位置檢測器連接故（gù）障、伺服驅動器連接不良（圖 3）、開關跳閘（圖 4）、線路板故障（zhàng）、係統參數設（shè）置不合（hé）理、絲杠剛度（dù）較低、潤滑不良，軌道進入灰塵等原因造成的。需要多方位查找故障的（de）具體原因，並排除故障。

圖1 顯示屏白屏

圖2 顯（xiǎn）示屏不顯示

圖3 伺服驅動器接觸不良

圖4 開關跳閘（zhá）

4.4 主軸伺服係統故障

該類故障一般表現（xiàn）為主軸不轉動、主軸轉（zhuǎn）動時振（zhèn）動噪音過大、主軸轉速與設定轉速不符合及主軸電動機過熱等。造成這（zhè）類故障的原（yuán）因很多，包括（kuò）加工時負載過大、程序未（wèi）指定（dìng）主軸轉動、電路故障導致不產生脈衝、線路板進入灰塵、輸入電（diàn）壓不穩定、主軸軸承損壞、主軸電機（jī）軸承損壞、缺少潤滑油、主軸轉速指令有誤等等。

5 、總結

數控設（shè）備種類繁多、每種設備的故障形式均不同，在數控設備的（de）使用中，除了需要掌握常見的（de）故障（zhàng）診斷方法及（jí）故障排除方法（fǎ）外，還需嚴格遵守數控設（shè）備的操作規程和日常維護製（zhì）度。本文在分析數控設備常見故障診斷原（yuán）則、診斷技術及診斷方法的基礎上，總結了高校數控設備常（cháng）見的故障類型，並給（gěi）出了（le）排除方法。這些方法可提高高（gāo）校數控（kòng）設備的利用率，降低維護成本。

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