电气故障诊断与维修

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1、数控机床电气故障诊断与维修 作者：左丽娜 阅读人次：315 发布时间：2011-11-15 0 引言 电子技术和自动化技术的发展使数控技术的应用越来越广泛。以微处理器为基础，以大规 模集成电路为标志的数控设备，已在我国批量生产、大量引进和推广应用，它们给机械制 造业的发展创造了条件，并带来很大的效益。但同时，由于它们的先进性、复杂性和智能 化高的特点，在维修理论、技术和手段上都发生了飞跃的 变化。数控维修技术不仅是保障 正常运行的前提，对数控技术的发展和完善也起到了巨大的推动作用，因此，目前它已经 成为一门专门的学科。 任何一台数控设备都是一种过程控制设备，这就要求它在实时控制的每一时刻都准确

2、无误 地工作。任何部分的故障与失效，都会使机床停 机，从而造成生产停顿。因而对数控系统 这样原理复杂、结构精密的装置进行维修就显得十分必要了。尤其对引进的CNC机床，大 多花费了几十万到上千万美元。 在许多行业中，这些设备均处于关键的工作岗位，若在出 现故障后不及时维修排除故障，就会造成较大的经济损失。 现有的维修状况和水平，与国外进口设备的设计与制造技术水平还存在很大的差距。造成 差距的原因在于：人员素质较差，缺乏数字测试分析手段，数域和数域与频域综合方面的 测试分析技术等有待提高等等。 下面从探讨数控机床的电气故障诊断与维修。 1 故障诊断 数控机床电气系统故障的调查、分析与诊断的过程也就

3、是故障的排除过程，一旦查明了原 因，故障也就几乎等于排除了。因此故障分析诊断的方法也就变得十分重要了。常用诊断 方法综如下： 1.1 直观检查法 这是故障分析之初必用的方法，就是利用感官的检查。 询问 向故障现场人员仔细询问故障产生的过程、故障表象及故障后果，并且在整个分析 判断过程中可能要多次询问。 目视 总体查看机床各部分工作状态是否处于正常状态(例如各坐标轴位置、主轴状态、 刀库、机械手位置等)，各电控装置(如数控系统、温控装置、润滑装置等)有无报警指示， 局部查看有无保险烧煅，元器件烧焦、开裂、电线电缆脱落，各操作元件位置正确与否等 等 。 触摸 在整机断电条件下可以通过触摸各主要电路

4、板的安装状况、各插头座的插接状况、各功率及信号导线(如伺服与电机接触器接线)的联接状况等来发现可能出现故障的原因。 通电 这是指为了检查有无冒烟、打火、有无异常声音、气味以及触摸有无过热电动机 和元件存在而通电，一旦发现立即断电分析。 1.2 仪器检查法 使用常规电工仪表，对各组交、直流电源电压，对相关直流及脉冲信号等 进行测量，从中 找寻可能的故障。例如用万用表检查各电源情况，及对某些电路板上设置的相关信号状态测量点的测量，用示波器观察相关的脉动信号的幅值、相位甚至有无，用plc编程器查找 PLC程序中的故障部位及原因等。 1.3 信号与报警指示分析法 硬件报警指示 这是指包括数控系统、伺服

5、电机在内的各电子、电器装置上的各种状态 和故障指示灯，结合指示灯状态和相应的功能说明便可获知指示内容及故障原因与排除方 法。 软件报警指示 如前所述的系统软件、PLC程序与加工程序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。 1.4 接口状态检查法 现代数控系统多将PLC集成于其中，而CNC与PLC之间则以一系列接口信号形式相互通讯 联接。有些故障是与接口信号错误或丢失相关的，这些接口信号有的可以在相应的接口板 和输入/输出板上有指示灯显示，有的可以通过简单操作在CRT屏幕上显示，而所有的接口 信号都可以用PLC编程器调出。这种检查

6、方法要求维修人员既要熟悉本机床的接口信号， 又要熟悉PLC编程器的应用。 1.5 参数调整法 数控系统、PLC及伺服驱动系统都设置许多可修改的参数以适应不同机床、不同工作状态 的要求。这些参数不仅能使各电气系统与具体机床相匹配，而且更是使机床各项功能达到 最佳化所必需的。因此，任何参数的变化(尤其是模拟量参数)甚至丢失都是不允许的；而 随机床的长期运行所引起的机械或电气性能的变化会打破最初的匹配状态和最佳化状态。 此类故障多指故障分类一节中后一类故障，需要重新调整相关的一个或多个参数方可排除。 这种方法对维修人员的要求是很高的，不仅要对具体系统主要参数十分了解，既知晓其地 址熟悉其作用，而且要

7、有较丰富的电气调试经验。 1.6 备件置换法 当故障分析结果集中于某一印制电路板上时，由于电路集成度的不断扩大而要把故障落实 于其上某一区域乃至某一元件是十分困难的，为了缩短停机时间，在有相同备件的条件下 可以先将备件换上，然后再去检查修复故障板。备件板的更换要注意以下问题。更换任何备件都必须在断电情况下进行。 许多印制电路板上都有一些开关或短路棒的设定以匹配实际需要，因此在更换备件 板上一 定要记录下原有的开关位置和设定状态，并将新板作好同样的设定，否则会产生报 警而不能工作。某些印制电路板的更换还需在更换后进行某些特定操作以完成其中软件 与参数的建立。这 一点需要仔细阅读相应电路板的使用说

8、明。 有些印制电路板是不能轻易拔出的，例如含有工作存储器的板，或者备用电池板， 它会丢 失有用的参数或者程序。必须更换时也必须遵照有关说明操作。 鉴于以上条件，在拔出旧板更换新板之前一定要先仔细阅读相关资料，弄懂要求和操作步 骤 之后再动手，以免造成更大的故障。 1.7 交叉换位法 当发现故障板或者不能确定是否故障板而又没有备件的情况下，可以将系统中相同或相兼 容的两个板互换检查，例如两个坐标的指令板或伺服板的交换从中判断故障板或故障部位。这种交叉换位法应特别注意，不仅硬件接线的正确交换，还要将一系列相应的参数交换， 否则不仅达不到目的，反而会产生新的故障造成思维的混乱，一定要事先考虑周全，设

9、计 好软、硬件交换方案，准确无误再行交换检查。 1.8 特殊处理法 当今的数控系统已进入PC基、开放化的发展阶段，其中软件含量越来越丰富，有系统软件、 机床制造者软件、甚至还有使用者自己的软件，由于软件逻辑的设计中不可避免的一些问 题，会使得有些故障状态无从分析，例如死机现象。对于这种故障现象则可以采取特殊手 段来处理，比如整机断电，稍作停顿后再开机，有时则可能将故障消除。维修人员可以在 自己的长期实践中摸索其规律或者其他有效的方法。 2 故障维修 现场维修是对数控机床出现的故障（主要是数控部分）进行诊断，找出故障部位，以相应 的正常备件更换，使机床恢复正常运行。这过程的关键是诊断，即对系统或

10、外围线路进行 检测，确定有无故障，并对故障定位指出故障的确切位置。从整机定位到插线板，在某些 场合下甚至定位到元器件。这是整个维修 工作的主要部分。 2.1初始化复位法 一般情况下，由于瞬时故障引起的系统报警，可用硬件复位或开关系统电源依次来清除故 障，若系统工作存贮区由于掉电，拔插线路板或电池欠压造成混乱，则必须对系统进行初 始化清除，清除前应注意作好数据拷贝记录，若初始化后故障仍无法排除，则进行硬件诊 断。 2.2参数更改，程序更正法 系统参数是确定系统功能的依据，参数设定错误就可能造成系统的故障或某功能无效。例 如，在哈尔滨 某厂转子铣床上采用了测量循环系统，这一功能要求有一个背景存贮器

11、，调 试时发现这一功能无法实现。检查发现确定背景存贮器存在的数据位没有设定，经设定后 该功能正常。有时由于用户程序错误亦可造成故障停机，对此可以采用系统的块搜索功能 进行检查，改正所有错误，以确保其正常运行。 2.3调节，最佳化调整法 调节是一种最简单易行的办法。通过对电位计的调节，修正系统故障。如某军工厂维修中， 其系统显示器画面混乱，经调节后正常。在山东某厂，其主轴在启动和制动时发生皮带打 滑，原因是其主轴负载转矩大，而驱动装置的斜升时间设定过小，经调节后正常。 最佳化调整是系统地对伺服驱动系统与被拖动的机械系统实现最佳匹配的综合调节方法， 其办法很简单，用一台多线记录仪或具有存贮功能的双

12、踪示波器，分别观察指令和速度反 馈或电流反馈的响应关系。通过调节速度调节器的比例系数和积分时间，来使伺服系统达 到即有较高的动态响应特性，而又不振荡的最佳工作 状态。在现场没有示波器或记录仪的 情况下，根据经验，即调节使电机起振，然后向反向慢慢调节，直到消除震荡即可。 2.4备件替换法 用好的备件替换诊断出坏的线路板，并做相应的初始化启动，使机床迅速投入正常运转， 然后将坏板修理或返修，这是目前最常用的排故办法。2.5改善电源质量法 目前一般采用稳压电源，来改善电源波动。对于高频干扰可以采用电容滤波法，通过这些 预防性措施来减少电源板的故障。 2.6 维修信息跟踪法 一些大的制造公司根据实际工

13、作中由于设计缺陷造成的偶然故障，不断修改和完善系统软 件或硬件。这些修改以维修信息的形式不断提供给维修人员。以此做为故障排除的依据， 可正确彻底地排除故障。 3 维修中的注意事项 1.从整机上取出某块线路板时，应注意记录其相对应的位置，连接的电缆号，对于固定安 装的线路板，还应按前后取下相应的压接部件及螺钉作记录。拆卸下的压件及螺钉应放在 专门的盒内，以免丢失，装配后，盒内的东西应全部用上，否则装配不完整。 2.电烙铁应放在顺手的前方，远离维修线路板。烙铁头应作适当的修整，以适应集成电路 的焊接，并避免焊接时碰伤别的元器件。 3.测量线路间的阻值时，应断电源，测阻值时应红黑表笔互换测量两次，以

14、阻值大的为参 考值。 4.线路板上大多刷有阻焊膜，因此测量时应找到相应的焊点作为测试点，不要铲除焊膜， 有的板子全部刷有绝缘层，则只有在焊点处用刀片刮开绝缘层。 5.不应随意切断印刷线路。有的维修人员具有一定的家电维修经验，习惯断线检查，但数 控设备上的线路板大多是双面金属孔板或多层孔化板，印刷线路细而密，一旦切断不易焊 接，且切线时易切断相邻的线，再则有的点，在切断某一根线时，并不能使其和线路脱离， 需要同时切断几根线才行。 6.不应随意拆换元器件。有的维修人员在没有确定故障元件的情况下只是凭感觉那一个元 件坏了，就立即拆换，这样误判率较高，拆下的元件人为损坏率也较高。 7.拆卸元件时应使用

15、吸锡器及吸锡绳，切忌硬取。同一焊盘不应长时 间加热及重复拆卸，以免损坏焊盘。 8.更换新的器件，其引脚应作适当的处理，焊接中不应使用酸性焊油。 9.记录线路上的开关，跳线位置，不应随意改变。进行两极以上的对照检查时，或互换元 器件时注意标记各板上的元件，以免错乱，致使好板亦不能工作。 10.查清线路板的电源配置及种类，根据检查的需要，可分别供电或全部供电。应注意高压， 有的线路板直接接入高压，或板内有高压发生器，需适当绝缘，操作时应特别注意。 4 结语 以上对于数控系统维修技术的阐述，是我们几年中近百次数控系统的调试和维修的经验的总结。虽然，数控系统种类繁多，故障千变万化，维修方法也不尽相同，一篇短文很难尽 述，但是我们仍希望把一些基本方法与思路写出来，与大家交流以期能引起人们对数控系 统维修技术的重视，维修技术的直接目的 和结果是使数控系统恢复正常运行，从而保证生 产的顺利进行。 目前在我们国家数控技术正迅速向各工业部门渗透，随着电子技术的发展，数控技术在国 民经济中的地位也就随之提高，那么对于数控技术重要组成部分数控系统维修技术也应 迅速适应数控技术飞速发展的要求，作为一名数控系统维修技术人员，就 应该不断地学习 和掌握新的知识与技术，寻找新的维修诊断的方法和手段，为推动数控系统维修技术的发 展做出应有的贡献。