數控機床數控系統常見故障分析與排除

宋慶環

(唐山學院，河北 唐山063000)

0 引言

數控機床的數控系統是數控機床的核心，由于數控系統的復雜性使其故障具有復雜性和特殊性，引起數控系統故障的因素又很多，不能只看故障的表像，要透過現象去檢查引起故障的綜合因素，找到引起故障的根源，采取合理的方法給予排除。

1 數控系統的常見故障分析

根據數控系統的構成、工作原理和特點［1］，結合在維修中的經驗，將常見的故障部位及故障現象分析如下。

1.1 位置環

這是數控系統發出控制指令，并與位置檢測系統的反饋值相比較，進一步完成控制任務的關鍵環節。它具有很高的工作頻度，并與外設相聯接，所以容易發生故障。

常見的故障及引起故障的原因:①位控環報警的起因可能是測量回路開路，測量系統損壞或位控單元內部損壞。②不發指令就運動，可能是漂移過高，正反饋、位控單元故障。測量元件損壞。③測量元件故障，一般表現為無反饋值;機床回不了基準點;高速時漏脈沖產生報警可能的原因是光柵或讀頭臟了;光柵壞了。

1.2 伺服驅動系統

伺服驅動系統與電源電網、機械系統等相關聯，而且在工作中一直處于頻繁的啟動和運行狀態，因而這也是故障較多的部分。

其主要故障原因:①系統損壞。一般由于網絡電壓波動太大，或電壓沖擊造成。我國大部分地區電網質量不好，會給機床帶來電壓超限，尤其是瞬間超限，如無專門的電壓監控儀，則很難測到，在查找故障原因時，要加以注意，還有一些是由于特殊原因造成的損壞。②無控制指令，而電機高速運轉。這種故障的原因是速度環開環或正反饋。③加工時工件表面達不到要求，走圓弧插補軸換向時出現凸臺，或電機低速爬行或振動，這類故障一般是由于伺服系統調整不當，各軸增益系統不相等或與電機匹配不合適引起，解決辦法是進行最佳化調節。④保險燒斷，或電機過熱，以至燒壞，這類故障一般是機械負載過大或卡死。

1.3 電源部分

電源是維持系統正常工作的能源支持部分，它失效或故障的直接結果是造成系統的停機或毀壞整個系統。由于電源波動較大，質量差，還隱藏有如高頻脈沖這一類的干擾，加上人為的因素(如突然拉閘斷電等)。這些原因可造成電源故障監控或損壞。另外，數控系統部分運行數據，設定數據以及加工程序等一般存貯在RAM 存貯器內，系統斷電后，靠電源的后備蓄電池或鋰電池來保持。因而，停機時間比較長，拔插電源或存貯器都可能造成數據丟失，使系統不能運行。

1.4 可編程序控制器邏輯接口

數控系統的邏輯控制，如刀庫管理、液壓啟動等，主要由PLC 來實現，要完成這些控制就必須采集各控制點的狀態信息，如斷電器、伺服閥、指示燈等。因而它與外界種類繁多的各種信號源和執行元件相連接，變化頻繁，所以發生故障的可能性就比較多，而且故障類型亦千變萬化。

1.5 其他

由于環境條件，如干擾，溫度，濕度超過允許范圍，操作不當，參數設定不當，亦可能造成停機或故障。在操作者使用設備時，不按操作規程拔插線路板，或無靜電防護措施等，都可能造成停機故障甚至毀壞系統。

2 故障排除方法

2.1 初始化復位法

一般情況下，由于瞬時故障引起的系統報警，可用硬件復位或開關系統電源依次來清除故障，若系統工作存貯區由于掉電，拔插線路板或電池欠壓造成混亂，則必須對系統進行初始化清除，清除前應注意作好數據拷貝記錄，若初始化后故障仍無法排除，則進行硬件診斷。

2.2 自診斷法

數控機床的數控系統都具備較強的自診斷功能，并能隨時監視數控系統的硬件和軟件的工作狀態。利用自診斷功能，能顯示出系統與主機之間的接口信息的狀態，從而判斷出故障發生在機械部分還是數控部分，并顯示出故障的大體部位(故障代碼)。

1)硬件報警指示:是指包括數控系統、伺服系統在內的各電氣裝置上的各種狀態和故障指示燈，結合指示燈狀態和相應的功能說明便可獲知指示內容及故障原因與排除方法。

2)軟件報警指示:系統軟件、PLC 程序與加工程序中的故障通常都設有報警顯示，依據顯示的報警號對照相應的診斷說明手冊便可獲知可能的故障原因及排除方法［2］。

2.3 參數更改［3］

系統參數是確定系統功能的依據，參數設定錯誤就可能造成系統的故障或某功能無效。有時由于用戶程序錯誤亦可造成故障停機，對此可以采用系統的塊搜索功能進行檢查，改正所有錯誤，以確保其正常運行。

2.4 備件替換法

用好的備件替換診斷出壞的線路板，并做相應的初始化啟動，使機床迅速投入正常運轉，然后將壞板修理或返修，這是目前最常用的排故辦法。

對于數控設備的維修，越來越多的情況采用這種方法進行診斷，然后用備件替換損壞模塊，使系統正常工作。盡最大可能縮短故障停機時間，使用這種方法在操作時注意一定要在停電狀態下進行，還要仔細檢查線路板的版本、型號、各種標記、跨接是否相同，若不一致則不能更換。拆線時應做好標志和記錄。

一般不要輕易更換CPU 板、存儲器板及電地，否則有可能造成程序和機床參數的丟失，使故障擴大。

2.5 交叉換位法

當發現故障板或者個能確定是否是故障板而又沒有備件的情況下，可以將系統中相同或相兼容的兩個板互換檢查，例如兩個坐標的指令板或伺服板的交換，從中判斷故障板或故障部位。這種交叉換位法應特別注意，不僅要硬件接線的正確交換，還要將一系列相應的參數交換，否則不僅達不到目的，反而會產生新的故障造成思維混亂，一定要事先考慮周全，設計好軟、硬件交換方案，準確無誤再行交換檢查。

2.6 改善電源質量法

目前一般采用穩壓電源，來改善電源波動。對于高頻干擾可以采用電容濾波法，通過這些預防性措施來減少電源板的故障。

3 結語

數控系統種類繁多，故障千變萬化，維修方法也不盡相同，這里只是把一些基本方法與思路寫出來，希望能在維修中對故障的分析起到拋磚引玉的作用。

［1］ 鄧三鵬.數控機床故障診斷與維修［M］. 北京:機械工業出版社，2009.

［2］ 李攀峰.數控機床維修工必備手冊［M］. 北京:機械工業出版社，2011.

［3］ FAUNC oi Mate-TC 參數說明書［P］.