數控機床的故障診斷及實例分析

馬濟明

（廣州柴油機廠股份有限公司，廣州 510370）

引言

數控機床和傳統的手動機床最大的不同是數控機床具有更高的技術含量，是機、電、儀一體的現代化機械設備。數控機床內部結構復雜，是計算機技術、自動化技術、精密測量技術以及伺服驅動技術等多個領域的綜合，在現代化制造業中發揮著重要作用。數控技術具有高度柔性、高加工精度、高質量穩定性、高生產效率以及較好的操作環境等特點。目前，市面上出售的和工廠中使用的機床集成度都非常高，涉及的技術也比較復雜，沒有一定基礎的人員很難完成數控機床的故障診斷和維修。因此，要完成數控機床的維修，一定要先有數控機床的故障診斷。數控機床的故障一般包括機械和電氣兩方面類型。

1 數控機床的故障診斷

1.1 數控機床的故障診斷順序

1.1.1 從外到內

數控機床的集成度很高，一些控制電路和檢測都做成模塊化的電路集成在設備內部。這些模塊一般不會發生故障，可靠性非常高。在排除故障的過程中，如果直接打開設備的外殼，很可能會擴大故障，開封后因為維修設備的精密程度問題，很難再恢復出廠的安裝效果，造成數控機床的精度降低。相反，容易出現故障的是設備的外部，如外力的破壞、撞擊等造成的設備局部損壞。

1.1.2 先機械后電氣

機械和電氣部分都是可能發生故障的，但電路故障的排查難度要大于機械故障的排查難度。一般的機械故障都可以通過眼睛直觀觀察到，電氣故障則需要專業的儀表進行檢測才能判斷。為了避免診斷中浪費精力，要先從比較簡單的機械故障開始，確定不是機械故障再檢查電氣部分。

1.1.3 先斷電再上電

數控機床的零部件較多，如果把處于故障狀態的機床直接啟動，可能會造成兩個方面的危害。一是擴大故障，損壞更多的零件；二是帶來安全隱患，如零件的碎片對周圍的維修人員造成人身傷害。所以，在故障診斷時要從斷電的時候開始，經過初步診斷和分析，確定上電不會有上述兩個方面的安全隱患時，再上電進行故障診斷。

1.1.4 先簡單后復雜

根據工作中的經驗和平時的學習，很多機床故障都是比較簡單的故障引起的。比較復雜的電路都有相關的保護電路，如果出現過電流等問題，一般是損壞保護電路。所以，檢查時也應該從簡單的問題排查，避免做過多的無用功。

1.2 數控機床的故障診斷方法

1.2.1 直觀觀察法

對于一些機械部件的損壞，一般可以用眼睛直接看到，如齒輪的損壞、其他機械部件的損壞等。通過觀察是最直觀、最直接的一種故障診斷方法。一般，保險管的燒壞或者電路板的過電流損壞，也可以通過直觀觀察法進行診斷。

1.2.2 數控設備自動診斷方法

數控設備有一定的自我診斷能力，一些故障可以通過數控設備的自我檢測進行診斷。

1.2.3 通過簡單程序測試

數控機床有硬件部分和軟件部分，當出現故障時不好判斷是硬件故障還是軟件故障時，就給數控機床編制一些簡答程序。如果這些簡單程序能夠正常運行，那么證明硬件部分是好的；如果這些簡單可靠的程序還是不能正常運行，那么證明是硬件部分的問題。

1.2.4 硬件交換法

數控機床有一些電路是多路并聯的，模塊也是相同的。在故障排查的過程中，如果沒有替代的模塊，可以把兩個相同的模塊進行交換。如果故障也發生了轉移，那么證明故障就發生在交換的模塊。

2 數控機床故障診斷及維修實例分析

2.1 機械振蕩的故障診斷

所謂的機械振蕩指的是電動機的轉速時快時慢。造成這種現象的原因是電動機的速度控制是閉環控制，需要根據檢測的轉速進行加速或者減速。如果出現這種情況，要按如下步驟進行故障診斷。首先，要檢查脈沖編碼器的聯軸器是否正常，這是最基本的機械故障診斷。如果不是這里的問題，檢測脈沖編碼器的各個接點的電壓是否正常。如果出現接觸不良，要及時更換接線或者直接更換脈沖編碼器。最后，檢測測速發電機。如果是測速發電機的故障，直接更換就可以排除故障。

2.2 機械暴走狀態的故障診斷

有時候電動機會轉速過高形成飛車現象。這種現象一般是轉速檢測故障引起的。檢查的順序是，首先檢查脈沖編碼器的機械連接是否正常，如果沒有轉速的信號輸出，電動機很容易持續加速，造成飛車現象。其次，檢查脈沖編碼器的接線順序是否正確、反饋的類型是否正確。如果反饋的類型不對，也可能造成飛車。最后，檢測測速發電機的接線正負以及勵磁信號的正負是否正確。

2.3 立式加工中心主軸過載的故障診斷

立式加工中心經常會有主軸過載的問題出現，具體的報警顯示為換擋失敗。在從換擋的過程中，首先是主軸抖動，然后電磁閥聯動杠管帶動換擋齒輪動作，這是一個換擋的過程。本次故障診斷針對的是V1300立式加工中心，其中的換擋齒輪動作是沒有反饋系統的。所以，正常情況下，認為電磁閥動作就認為已經完成換擋，即使換擋齒輪沒有到位也發現不了。出現這種問題時，如果負載過大，兩個齒輪的嚙合又沒有到位，就可能出現打滑問題，警報就會顯示換擋失敗。這種情況的排查包括以下幾個步驟：一是檢查電磁閥的安裝位置是否到位，如果沒有到位，在合適的位置重新安裝電磁閥；二是檢查電動機的功率是否存在不足，如果電動機功率不足，也會出現主軸剛性不好的問題；如果不是這個問題，檢查參數和皮帶等部分，是否存在故障。

3 結語

數控機床的故障診斷是維修的前提，能夠盡快確定故障所在，對數控機床的維修具有非常重要的意義。從更長遠的角度來看，對于增加企業的效益也有很大貢獻。但是，這需要有一定的經驗積累和科學方法，尚有待進一步研究和探索。

[1]吳國經.數控機床床故障診斷與維修[M].北京：電子工業出版社出版，2005.

[2]陳子銀，徐鯤鵬.數控加工技術[M].北京：北京理工大學出版社，2006.