數控機床常見的故障及檢測原則

熊小剛

摘要：數控機床是一種技術復雜的機電一體化設備，其故障發生的原因一般都比較復雜，這給故障診斷和排除帶來不少困難。本文主要對數控機床常見故障分類、數控機床故障檢測原則進行闡述。

關鍵詞：數控機床;故障;檢測;原則

一、數控機床常見故障分類

為了便于故障分析和處理，本節按故障發生的部位、故障性質及故障原因等對常見故障做如下分類。

1.??? 按數控機床發生故障的部件分類（1）主機故障

數控機床的主機部分，主要包括機械、潤滑、冷卻、排屑、液壓、氣動與防護裝置。常見的主機故障有：因機械安裝、調試及操作使用不當等原因引起的機械傳動故障與導軌副摩擦過大故障。故障表現為傳動噪聲大，加工精度差，運行阻力大。例如：傳動鏈的撓性聯軸器松動，齒輪、絲杠與軸承缺油，導軌塞鐵調整不當，導軌潤滑不良以及系統參數設置不當等原因均可造成以上故障。尤其應引起重視的是，機床各部位標明的注油點（注油孔）須定時、定量加注潤滑油（脂），.這是機床各傳動鏈正常運行的保證。另外，液壓、潤滑與氣動系統的故障主要是管路阻塞或密封不良，引起泄漏，造成系統無法正常工作。

（2）電氣故障

電氣故障分弱電故障與強點故障。弱電部分主要指CNC裝置、PLC控制器、CRT顯示器以及伺服單元、輸入/輸出裝置等電子電路，這部分又有硬件故障與軟件故障之分。硬件故障主要是指上述各裝置的印制電路板上的集成電路芯片、分立元件、接插件以及外部連接組件等發生的故障。常見的軟件故障有：加工程序出錯，系統程序和參數的改變或丟失、計算機的運算出錯等。強電故障是指繼電器、接觸器、開關、熔斷器、電源變壓器、電磁鐵、行程開關等電器元器件及其所組成的電路故障。這部分的故障十分常見，必須引起足夠的重視。

2.??? 按數控機床發生故障的性質分類（1）系統性故障

系統性故障，通常是指只要滿足一定的條件或超過某一設定的限度，工作中的數控機床必然會發生的故障。這一類故障現象極為常見。例如：液壓系統的壓力值隨著液壓回路過濾器的阻塞而降到某一設定參數時，必然會發生液壓系統故障報警使系統斷電停機;又如：潤滑、冷卻或液壓等系統由于管路泄漏引起游標下降到使用限值，必然會發生液位報警使機床停機;再如：機床加工中因切削用量過大達到某一限值是必然會發生過載或超溫報警，導致系統迅速停機。因此，正確的使用與精心維護是杜絕或避免這類系統性故障發生的切實保障。

（2）隨機性故障

隨機性故障，通常是指數控機床在同樣的條件下工作時只偶然發生一次或兩次的故障。有的文獻上稱此為“軟故障”o由于此類故障在各種條件相同的狀態下只偶然發生一兩次，因此，隨機性故障的原因分析與故障診斷較其他故障困難得多。

3.??? 按數控機床發生故障的原因分類（1）數控機床自身故障

這類故障的發生是由于數控機床自身的原因引起的，與外部使用環境條件無關。數控機床所發生的絕大多數故障均屬此類故障，但應區別有些故障并非機床本身而是外部原因所造成的。

（2）數控機床外部故障

這類故障是由于外部原因造成的。例如：數控機床的供電電壓過低，波動過大，相序不對或三相電壓不平衡;周圍的環境溫度過高，有害氣體、潮氣、粉塵侵入;外來振動和干擾，如電焊機所產生的電火花干擾等均有可能使數控機床發生故障。還有人為因素所造成的故障，如操作不當，手動進給過快造成超程報警，自動切削進給過快造成過載報警。又如操作人員不按時按量給機床機械傳動系統加注潤滑油，易造成傳動噪聲或導軌摩擦系數過大，而使工作臺進給超載。據有關資料統計，首次采用數控機床或由不熟練工人來操作，在使用第一年內，由于操作不當所造成的外部故障要占三分之一以上。

除上述常見故障分類外，還可按故障發生時有無破壞性來分，可分為破壞性故障和非破壞性故障;按故障發生的部位分，可分為數控裝置故障，進給伺服系統故障、主軸系統故障、刀架、刀庫、工作臺故障等。

二、數控機床故障檢測原則

在檢測故障過程中，應充分利用數控系統的自診斷功能，如系統的開機診斷、運行診斷、PLC的監控功能。根據需要隨時檢測有關部分的工作狀態和接口信息。同時還應靈活應用數控系統故障檢查的一些行之有效的方法，如交換法、隔離法等。另外，從監測排除故障中還應掌握以下若干原則。

1.??? 先方案后操作（或先靜后動）

維護維修人員碰到機床故障后，先靜下心來，考慮出分析方案再動手。維修人員本身要做到先靜后動，不可盲目動手，應先詢問機床操作人員故障發生的過程及狀態，閱讀機床說明書、圖樣資料后，方可動手查找和處理故障。如果上來就碰這敲那連此斷彼，徒勞的結果也許尚可容忍，但造成現場破壞導致誤判或者引入新的故障導致更大的后果則后患無窮。

2.??? 先安檢后通電

確定方案后，對有故障的機床仍要秉承先靜后動的原則，先在機床斷電的靜止狀態，通過觀察測試、分析，確認為非惡性循環性故障，或非破壞性故障后，方可給機床通電，在運行工況下，進行動態的觀察、檢驗和測試，查找故障。然而對惡性的破壞性故障，必須先排除危險后，方可通電，在運行工況下進行動態診斷。

3.??? 先軟件后硬件

當發生故障的機床通電后，應先檢查軟件的工作是否仍正常。有些可能是軟件的參數丟失或者是操作人員使用方式、操作方法不對而造成的報警或故障。切忌一上來就大拆大卸，一直造成更大的后果。

4.??? 先外部后內部

數控機床是機械、液壓、電氣一體化的機床，故其故障的發射管內必然要從機械、液壓、電氣這三者綜合反映出來。數控機床的檢修要求維修人員掌握先外部后內部的原則。即當數控機床發生故障后，維修人員應先采用望、聞、聽、問等方法，由外向內逐一進行檢查。比如：數控機床中，外部的行程開關、按鈕開關、液壓氣動元件以及印制電路板插頭座、邊緣接插件與外部或相互之間的連接部位、電控柜插座或端子排這些機電設備之間的連接部位，因其接觸不良造成信號傳遞失靈，是產生數控機床故障的重要因素。此外，由于工業環境中，溫度、濕度變化較大，油污或粉塵對元件及線路板的污染，機械的振動等，對于信號傳送通道的接插件都將產生嚴重影響。在檢修中重視這些因素，首先檢查這些部位就可以迅速排除較多的故障。另外，盡量避免隨意地啟封和拆卸，不適當的大拆大卸，往往會擴大故障，使機床大傷元氣，喪失精度，降低性能。

5.??? 先機械后電氣

由于數控機床是一種自動化程度高、技術較復雜的先進機械加工設備。一般來講，機械故障較易察覺，而數控系統故障的診斷則難度要大些。先機械后電氣就是在數控機床的檢修中，首先檢查機械部分是否正常，行程開關是否靈活，氣動、液壓部分是否正常等。從經驗看來，數控機床的故障中有很大部分是由機械動作失誤引起的。所以，在故障檢修之前，首先逐一排除機械性的故障，往往可以達到事半功倍的效果。

6.??? 先公用后專用

公用性的問題往往影響全局，而專用性的問題只影響局部。如機床的幾個進給軸都不能運動，這時應先檢查和排除各軸公用的CNC、PLC、電源、液壓等公用部分的故障，然后再設法排除某軸的局部問題。又如電網或主電源故障是全局性的，因此一般應首先檢查電源部分，看看保險絲時候正常，直流電壓輸出是否正常。總之，只有先解決影響一大片的主要矛盾，局部的和次要的矛盾才有可能迎刃而解。

7.??? 先簡單后復雜

當出現多種故障相互交織掩蓋、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。常常在解決簡單故障的過程中，難度大的問題也可能變得容易，或者在排除簡易故障時受到啟發，對復雜故障的認識更為清晰，從而也有了解決辦法。

8.??? 先一般后特殊

在排除某一故障時，要先考慮最常見的可能原因，然后再分析很少發生的特殊原因。例如：當數控車床z軸回零不準時，常常是由于降速擋塊位置走動所造成。一旦出現這一故障，應先檢查該擋塊位置，在排除這一常見的可能性之后，再檢查脈沖編碼器、位置控制等環節。

總之，在數控機床出現故障后，視故障的難易程度，以及故障是否屬于常見性故障，合理的采用不同的分析問題和解決問題的方法。