數控設備故障診斷及維修

張杰

摘要：介紹數控設備管理的基本條件、數控設備故障的診斷原則和方法以及維修中的注意事項。

關鍵詞：數控設備；診斷；維修

一、前言

數控設備維修技術人員已經被國家列為我國21世紀最緊缺的人才之一。在各種數控設備廣泛應用的今天，每個生產企業都迫切需要既掌握了電氣技術基礎理論又有一定的機械基礎，熟悉數控設備性能和構造，懂診斷，會維修，善管理的機電復合性高級技術應用人才，以降低數控設備的故障發生率，使企業降低維修費用，保證產品的生產周期，從而為企業創造出更大的效益。數控設備包括自動化控制系統、機械位移控制系統、液壓系統、氣動系統、冷卻系統、真空系統等，它是一種較為復雜的機電一體化設備。我們以在日常工作中的數控設備維修經歷來分析和總結維修數控設備的一些經驗和方法，以便在今后的工作中能夠事半功倍。

二、數控設備管理的基本條件

十所數控設備的身價從幾十萬元到上百萬元，都是關鍵產品關鍵工序的關鍵設備，一旦故障停機，其影響和損失往往很大。所以，我們不僅要看重其效能，而且要合理地使用，因此，為了充分發揮數控設備的效益，我們一定要重視維修工作，創造出良好的維修條件。

1.人員條件 數控設備電氣維修工作的快速性、優質性關鍵取決于電氣維修人員的素質條件。

（1）首先是有高度的責任心和良好的職業道德。

（2）知識面要廣，要學習并掌握有關數控設備電氣控制的各學科知識。

（3）應經過良好的技術培訓。包括數控技術基礎理論的培訓和針對具體數控設備的技術培訓。

（4）勇于實踐。要積極投入數控設備的維修與操作的工作中去，在不斷的實踐中提高分析能力和動手能力。

（5）掌握科學的方法。要做好維修工作光有熱情是不夠的，還必須在長期的學習和實踐中總結提高，從中提煉出分析問題、解決問題的科學方法。

（6）學習并掌握各種電氣維修中常用的儀器、儀表和工具。

（7）掌握一門外語，特別是英語，應做到能看懂技術資料。

2.物質條件

（1）準備好通用的和某臺數控設備專用的電氣備件。

（2）非必要的常備電器元件應做到采購渠道快速暢通。

（3）必要的維修工具、儀器儀表等，最好配有筆記本電腦并裝有必要的維修軟件。

（4）每臺數控設備完整的技術圖樣和資料，以及其使用、維修技術的檔案材料。

三、數控設備故障的診斷及維修

1、數控機床在故障診斷時應掌握以下原則：

1.1 先外部后內部

現代數控系統的可靠性越來越高，數控系統本身的故障率越來越低，而大部分故障的發生則是非系統本身原因引起的。由于數控機床是集機械、液壓、電氣為一體的機床，其故障的發生也會由這三者綜合反映出來。維修人員應先由外向內逐一進行排查。盡量避免隨意地啟封、拆卸，否則會擴大故障，使機床喪失精度、降低性能。系統外部的故障主要是由于檢測開關、液壓元件、氣動元件、電氣執行元件、機械裝置等出現問題而引起的。

1.2 先機械后電氣

一般來說，機械故障較易發覺，而數控系統及電氣故障的診斷難度較大。在故障檢修之前，首先注意排除機械性的故障。

1.3 先靜態后動態

先在機床斷電的靜止狀態，通過了解、觀察、測試、分析，確認通電后不會造成故障擴大、發生事故后，給機床通電。在運行狀態下，進行動態的觀察、檢驗和測試，查找故障。

1.4 先簡單后復雜

當出現多種故障互相交織，一時無從下手時，應先解決容易的問題，后解決難度較大的問題。往往簡單問題解決后，難度大的問題也可能變得容易。

2、數控機床的常見故障診斷方法

由于數控機床故障比較復雜，同時數控系統自診斷能力還不能對系統的所有部件進行測試，往往是一個報警號指示出眾多的故障原因，使人難以入手。下面介紹我們在生產實踐中常用的診斷故障方法。

2.1直觀檢查法

直觀檢查法是我們根據對故障發生時的各種光、聲、味等異常現象的觀察，確定故障范圍，可將故障范圍縮小到一個模塊或一塊電路板上，然后再進行排除。一般包括：

a.詢問：向設備操作人員仔細詢問故障產生的過程、故障表象及故障后果等，并且在整個分析判斷過程中可能要多次詢問。

b.目視：總體查看機床各部分工作狀態是否處于正常狀態，各電控裝置有無報警指示，局部查看有無保險燒斷，元器件燒焦、開裂、電線電纜脫落，各操作元件位置正確與否等等；

c.觸摸：在整機斷電條件下可以通過觸摸各主要電路板的安裝狀況、各插頭座的插接狀況、各功率及信號導線的聯接狀況以及用手摸并輕搖元器件，尤其是大體積的阻容、半導體器件有無松動之感，以此可檢查出一些斷腳、虛焊、接觸不良等故障；

d.通電：是指為了檢查有無冒煙、打火，有無異常聲音、氣味以及觸摸有無過熱電動機和元件存在而通電，一旦發現立即斷電分析。如果存在破壞性故障，必須排除后方可通電。

例：杭州可靠儀器廠的集成高溫老化系統在運行過程中，顯示屏突然出現顯示亂碼故障，設備嘯叫報警，該區電壓為零。停機后再開，設備一切正常。觀察發現，設備運轉過程中，操作人員在插拔元器件板時設備發生振動時故障就可能發生。初步判斷是元件接觸不良。當檢查該區控制板時，顯示屏顯示突然顯示亂碼。故判斷該控制板松動，重新拔插緊固后，故障消除。

2.2 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、撥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。

例：銀川數控車床當按下自動運行鍵，微機拒不執行加工程序，也不顯示故障自檢提示，但顯示屏幕處于工作狀態，而且編輯功能正常，檢查用戶程序、各種參數完全正確。此時首先采用初始化復位法使系統清零復位（一般要用特殊組合健Ctrl+N或密碼sunrise），設備恢復正常。

2.3 自診斷法

數控系統已具備了較強的自診斷功能，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。

a.硬件報警指示：數控系統、伺服系統的各電氣裝置上有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；

b.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。

2.4 功能程序測試法

功能程序測試法是將數控系統的G、M、S、T功能用編程法編成一個功能試驗程序，并存儲在相應的介質上，在故障診斷時運行這個程序，可快速判定故障發生的可能起因。

功能程序測試法常應用于以下場合：

a.機床加工造成廢品而一時無法確定是編程操作不當、還是數控系統故障引起；

b.數控系統出現隨機性故障，一時難以區別是外來干擾，還是系統穩定性不好；

c.閑置時間較長的數控機床在投入使用前或對數控機床進行定期檢修時。

例：漢川數控電火花切割機在批量加工過程中，回零點出現0.01cm誤差。由于無任何明顯故障點，我們采用功能程序測試法，讓設備運行一個功能試驗程序，最終發現Y軸步進電機驅動板有故障，維修該驅動板，設備恢復正常。

2.5 備件替換法

用好的備件替換診斷出壞的線路板，即在分析出故障大致起因的情況下，維修人員可以利用備用的印刷電路板、集成電路芯片或元器件替換有疑點的部分，從而把故障范圍縮小到印刷線路板或芯片一級，并做相應的初始化起動，使機床迅速投入正常運轉。對于現代數控的維修，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。

例：西門子SINUMERIK SYSTEM 2100A系統的數控加工中心，在通電開機，出現機床未準備好報警，通過直觀檢查法和初始化復位法都無法檢查出設備故障點，我們估計是設備驅動部分出現故障。由于該部分價值很高，不能輕易購買元件，所以將完好設備上的相應器件對有疑部分進行替換，確定了故障點。

2.6 參數檢查法

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。發生故障時應及時核對系統參數，參數一般存放在磁泡存儲器或存放在需由電池保在CMOS RAM中，一旦電池電量不足或由于外界的干擾等因素，使個別參數丟失或變化，發生混亂，使機床無法正常工作。此時，可通過核對、修正參數，將故障排除。

2.7原理分析法

根據數控系統的組成原理，可從邏輯上分析各點的邏輯電平和特性參數，如電壓值和波形，使用儀器儀表進行測量、分析、比較，從而確定故障部位。例如：烏克蘭電子束焊機，由于該設備是較為復雜的進口機電一體化設備，國內無任何技術支持，所以在出現故障時就只能翻閱圖紙采用原理分析法，解決故障。

3、維修中應注意的事項

（1）從整機上取出某塊線路板時，應注意記錄其相應的位置、連接的電纜號和線號。

（2）電烙鐵應放在順手的前方，遠離維修線路板。

（3）測量線路間的阻值時，應斷電源。測阻值時應紅黑表筆互換測量兩次，以阻值大的為參考值。

（4）不應隨意拆換元器件，在沒有確定故障元件的情況下只是憑感覺哪一個元件壞了，就立即拆換，這樣誤判率高，拆下的元件人為損壞率也較高。

（5）拆卸元件時應使用吸錫器，切忌硬取。同一焊盤不應長時間加熱及重復拆卸，以免損壞焊盤。

（6）查清線路板的電源配置及種類，根據檢查的需要，可分別供電或全部供電。應注意高壓，有的線路板直接接入高壓，或板內有高壓發生器，需適當絕緣，操作時應特別注意。

4.設備維修后的總結工作

詳細記錄從故障的發生、分析判斷到排除全過程中出現的各種問題，采取的各種措施，涉及到的相關電路圖、相關參數和相關軟件，其間錯誤分析和排故方法也應記錄并記錄其無效的原因。除填入維修檔案外，內容較多者還要另文詳細書寫，特別是在有些故障的排除中并未經認真系統地分析判斷而是帶有一定地偶然性排除了故障，這種情況下的事后總結研究就更加必要。從維修過程中發現自己欠缺的知識，制定學習計劃，盡快補課。這樣可以迅速提高維修者的理論水平和維修能力，提高重復性故障的維修速度，利于分析設備的故障率及可維修性，改進操作規程，提高機床壽命和利用率。

四、后記

隨著數控設備的不斷完善和日益發展，我們設備維護人員的工作難度越來越大，這是不可否認的事實，怎樣盡快適應和掌握它，已經成為我們認真探討并急需解決的課題。在通過平時無數次維修數控設備的工作經歷，我們認識到數控設備的故障現象千變萬化，沒有特定的可以一勞永逸解決故障的方式方法，由此我們深感自己的工作難度之大、壓力之大，必須打起十二分的精神認真分析故障規律，不斷積累工作經驗，還要有高度的責任心和不怕困難的精神，努力掌握數控技術，活到老學到老，多看、多問、多記、多思、多練，逐步提高自己的技術水平和維修能力，盡量在最短的時間內查出故障點，用最短的維修周期調試完成。

參考文獻：

[1]數控系統現場維修

[2]數控系統的常見故障分析及排除方法

[3]數控機床故障診斷及處理

[4]數控機床操作規程