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1、数控机床故障诊断方法与实例分析摘 要：数控机床是实施现代先进制造技术的主要机械装备，在使用过程中不 可避免的会出现故障。文章阐述了数控机床故障诊断的一般方法，同时给出几个 实例加以说明。关键词：数控机床；故障诊断；维修一、 数控机床的发展数控机床的出现已有半个多世纪，历经了从数字控制、直接数字控制到今天 制造业普遍应用的计算机数控。展望未来，其发展趋势究竟如何？ 数控技术的基础是加工设备的可编程自动化，机床可以按照设定的程序 自动运行，使操作者与加工设备在时间和空间上得以分离，赋予机床和加工系统 一定的智能和自主性，它的基本轨迹是信息的交互、处理和集成。可以预测，在 未来的35年，各国机床制造
2、商和研发机构将在下列领域争夺制高点：1. 虚拟机床。通过研发机电一体化的、硬件和软件集成的仿真技术，来 实现机床的设计水平和使用绩效的提高。2. 绿色机床。强调节能减排，力求便生产系统的环境负荷达到最小化。3. 聪明机床提高生产系统的可靠性、加工精度和综合性能。4. e-机床提高生产系统的独立自主性以及与使用者和管理者的交互能 力，使机床不仅是一台加工设备，而是成为企业管理网络中的一个节点。其中：绿色机床将成为研究热点。所谓绿色机床是将毛坯转化为零件的 工作母机，在使用过程中不仅消耗能源，还会产生固体、液体和气体废弃物，对 工作环境和自然环境造成直接或间接的污染。绿色机床应该具有以下特点：一、
3、机床主要零部件由再生材料制造。二、 机床的重量和体积减少50%以上。三、通过减轻移动质量、降低空运转功率等措 施使功率消耗减少30%40%。四、使用过程中产生的各种废弃物减少50%60%, 保证基本没有污染的工作环境。五、报废后机床的材料100%可回收。据统计,机床使用过程中用于切除金属的功率只占到25%左右,各种损 耗和辅助功能占去大部分。机床绿色化的第一个措施是通过大幅度降低机床重量 和减少所需的驱动功率来构建具有生态效益的机床。绿色机床提出一种全新的概 念：大幅减少机床重量,节省材料；同时降低机床使用时的能源消耗。传统的机床设计理念是“只有足够的刚度才能保证加工精度,提高刚度 就必须增加
4、机床重量”。因此,现有机床重量的80%用于“保证”机床的刚度, 而只有20%用于满足机床运动学的需要。绿色机床就是在保证机床刚度的前提下大幅减少机床移动部件的重量, 达到省材、节能的目的。实现这个目标的途径有3个方面：通过结构优化或者采 用新结构实现轻量化；采用新材料或复合材料来实现轻量化同；采用自适应补偿 技术提高机床的精度。数控机床是一种高精度、高效的自动化机床,它综合了计算机技术、信息技 术、自动化技术、控制工程、精密测量和精密机械等各个领域的新的技术成果, 是信息技术与机械制造技术相结合的产物，是高新技术综合的机电一体化产品。 由于其经济性能好，生产效益高，是实施现代先进制造技术的主要
5、机械装备，在 生产上处于越来越重要的地位。数控机床拥有量的多少与技术水平的高低是衡量 一个国家工业现代化的重要标志。当前，我国的数控机床拥有量远不如发达国家， 为了提高机床的使用率，提高系统的可靠性，数控机床的故障诊断和维修技术显 得越来越重要，其维护保养和维修水平直接影响到机床的使用率。下面结合多年 的教学和实践经验，根据维修实例谈谈数控机床故障诊断的基本方法。二、数控机床故障诊断的一般方法 对于数控机床的故障诊断，一般首先检查操作方法是否错误。在数控加工过 程中，操作是比较繁琐的，对于不很熟练的操作者来说尤其重要。有以下几点必 须注意：1、通电后各坐标是否回零。2、机床各不见急停按钮是否被
6、按下。3、 机床各坐标是否在极限位置，如果机床在原点附近回零时，必须注意先向相反方 向移动，到过减速区后再回零。其次是注意观察故障出现是有规律的还是偶然的。 对于有规律的故障，则是因为机床存在某确定的问题。而对于偶然性的问题，则 可能是由于连线接触不良、干扰、电源不稳定等临时故障引起的。然后是检查出 现故障是否是由周围的环境及工作条件等原因引起。发生故障，需要区别是机械、 液压、还是电气故障，对电气故障要区别是NC内部故障还是PC故障。最后观察 故障出现时是否有自诊断显示。当前的数控系统一般都有自诊断功能，针对不同 的情况采取不同的措施。具体来讲，处理数控机床故障方法主要有以下几种。 2-1
7、直观法维修人员通过故障发生时的各种光、声、味等异常现象的观察，认真察看系 统的各个部分，将故障范围缩小到一个模块或一块印刷线路板。2-2 替换法所谓替换法就是在分析出故障大致起因的情况下，利用备用的印刷线路板、 模板、集成电路芯片或元件替换有疑点的部分，从而把故障范围缩小到印刷线路 板或芯片一级。2-3 自诊断功能法数控系统的自诊断功能，已经成为衡量数控系统性能特性的重要指标，数控 系统的自诊断功能随时监视数控系统的工作状态。一旦发生异常情况，立即在 CRT 上显示报警信息或用发光二极管指示故障的大致起因，这是维修中最有效的 一种方法。2-4 功能程序测试法功能程序测试法就是将数控系统的常用功
8、能和特殊功能用手工编程或自动 编程的方法，编制成一个功能测试程序，送入数控系统，然后让数控系统运行这 个测试程序，借以检查机床执行这些功能的准确性和可靠性，进而判断出故障发 生的可能原因。2-5 原理分析法根据CNC组成原理，从逻辑上分析各点的逻辑电平和特征参数，从系统各部 件的工作原理着手进行分析和判断，确定故障部位的维修方法。这种方法的运用， 要求维修人员对整个系统或每个部件的工作原理都有清楚的、较深的了解，才可 能对故障部位进行定位。2-6 参数检查法数控系统发现故障时应及时核对系统参数，系统参数的变化会直接影响到机 床的性能，甚至使机床不能正常工作，出现故障，参数通常存放在磁泡存储器或
9、 由电池保持的CMOS的RAM中，一旦外界干扰或电池电压不足，会使系统参数丢 失或发生变化而引起混乱现象，通过核对，修正参数，就能排除故障。三、数控机床故障实例 针对以上各种故障处理方法，结合工程实际，相应给出以下实例加以说明： 例1：数控机床加工过程中，突然出现停机。打开数控柜检查发现Y轴电机 主电路保险管烧坏，经仔细观察，检查与Y轴有关的部件，最后发现Y轴电机动 力线外皮被硬物划伤，损伤处碰到机床外壳上，造成短路烧断保险，更换Y轴电 机动力线后，故障消除，机床恢复正常。例2： TH6350加工中心旋转工作台抬起后旋转不止，且无减速，无任何报 警信号出现。对这种故障，可能是由于旋转工件台的简
10、易位控器故障造成的，为 进一步证实故障部位，考虑到该加工中心的刀库的简易位控器与转台的基本一 样。于是采用交换法进行检查，交换刀库与转台的位控器后，并按转台位控器的 设定对刀库位控器进行了重新设定，交换后，刀库则出现旋转不止，而转台运行 正常，证实了故障确实出在转台的位控器上。例3： AX15Z数控车床，配置FANUC1 OTEF系统，故障显示：FS10TE 1399BROMTEST：ENDRAMTEST：CRT的显示表明ROM测试通过，RAM测试未能通过。RAM测试未能通过，不 一定是RAM故障，可能是RAM中参数丢失或电池接触不良一起的参数丢失，经检 查故障原因是由于更换电池后电池接触不良
11、，所以，一开机就出现上述故障现象。例4：采用FANUC 6M系统的一台数控铳床，在对工件进行曲线加工时出现 爬行现象，用自编的功能测试程序，机床能顺利运行完成各种预定动作，说明机 床数控系统工作正常，于是对所用曲线加工程序进行检查，发现在编程时采用了 G61指令，即每加工一段就要进行1次到未停止检查，从而使机床出现爬行现 象，将G61指令改用G64 （连续切削方式）指令代替之后，爬行现象就消除了例5： PNE71 0数控车床出现Y轴进给失控，无论是点动或是程序进给，导 轨一旦移动起来就不能停下来，直到按下紧急停止为止。根据数控系统位置控制的基本原理，可以确定故障出在X轴的位置环上，并 很可能是
12、位置反馈信号丢失，这样，一旦数控装置给出进给量的指令位置，反馈 的实际位置始终为零，位置误差始终不能消除，导致机床进给的失控，拆下位置 测量装置脉冲编码器进行检查，发现编码器里灯丝已断，导致无反馈输入信号， 更换Y轴编码器后，故障排除。例6：G18CP4数控磨床，数控系统是FANUC1 1M系统，故障现象使机床 不能工作，CRT显示器无任何报警信息。检查机床各部分，发现CNC装置及CNC与各接口的连接单元都是好的，最后 分析是由于外部干扰引起磁泡存储器内存储数据混乱而造成的，因此，对磁泡存 储器存储内容进行了全部清除，重新按手册送入数控系统各种参数后，数控机床 即恢复正常。除了上面介绍的几种检
13、查方法外，数控机床的故障诊断方法还有测量比较 法、敲击法、局部升温法，电压拉编法及开环检测法等，这些方法各有特点，维 修时应根据故障现象，常常同时采用几种方法，灵活运用，对故障进行综合分析 逐步缩小故障范围，以达到排除故障的目的。在实际工作中，由于数控机床所涉及的技术领域宽广，出现的故障往往比较 复杂，涉及到机床的各个方面，必须要在熟悉机床结构的基础上针对特定的数控 系统，综合运用多种诊断方法，寻求快捷、简单、有效的故障处理途径。例如潍 坊柴油机厂，海科特80X800加工中心，调试完成后，用户反映工作台不交换。 结果检查电信号，信号输入“OK” ；程序输入“0K”，自诊断显示无报警；液压 转位
14、工作台控制电磁阀有“+24V ”，电气正常。最后电磁阀拆下检查，发现油污 胶质堵死阀心，致使液压系统不能正常工作，导致工作台不能交换。例7：加工中心数控系统是FANUC1 1M系统，对刀时手动机械手伸出不动作。 针对该故障列出参考流程图如图1。检查过程中先检查是否在手动状态下，TOG是否为“1”，若不在手动状态 下，则不能完成手动机械手伸出的动作。若是处于手动状态下，再检查x地址手 动伸出是否为“1”。为“1”代表信号已经送到PC,按钮到PC之间的线路没有 问题。“0”代表信号没有进入PC，有可能是线断了，则寻找机床外的问题。当 x地址输入为“1”后，再查相应电磁阀“Y”输出是否为“1”，如果
15、为“ 1”， 则证明条件全具备，检查电磁阀连线是否有故障。根据检测得到的不同情况，对 故障加以排除。实践证明，上述故障诊断和维修方法均是行之有效的实用方法。由于数控机 床品种多，结构形式各异，与其配备的数控系统和功能也是多样的，所涉及的技 术领域也不尽相同，因此在具体的故障诊断和维修过程中，应根据实际问题具体 分析，灵活运用多种诊断方法，对故障进行综合分析逐步缩小故障范围，以达到 排除故障的目的。随着科学技术与生产的发展，数控机床和数控加工设备的工作 性能将越来越好，生产效率越来越高，同时数控机床和设备的结构也越来越复杂, 各部分的关联也越来越密切，因此故障诊断技术就显得格外重要。四、数控机床
16、维护与保养基本要求数控机床维护与保养的基本要求主要包括：1、在思想上要高度重视数控机床的维护与保养工作，尤其是对数控机床的操 作者更应如此，我们不能只管操作，而忽视对数控机床的日常维护与保养。2、提高操作人员的综合素质数控机床的使用比使用普通机床的难度要大，因为数控机床是典型的机电一 体化产品，它牵涉的知识面较宽，即操作者应具有机、电、液、气等更宽广的专 业知识；再有，由于其电气控制系统中的 CNC 系统升级、更新换代比较快，如 果不定期参加的专业理论培训学习，则不能熟练掌握新的 CNC 系统应用。因此 对操作人员提出的素质要求是很高的。为此，必须对数控操作人员进行培训，使 其对机床原理、性能、润滑部位及其方式，进行较系统的学习，为更好的使用机 床奠定基础。同时在数控机床的使用与管理方面，制定一系列切合实际、行之有 效的措施。3、要为数控机床创造一个良好的使用环境 由于数控
