數控機床的故障如何診斷

陳飛

摘要：本文介紹了數控機床的故障診斷與維修界定，分析了數控機床產生故障的類型和特點。針對故障，提出了故障的常用診斷方法。

關鍵字：數控機床;故障分析;故障診斷

中圖分類號：G4 文獻標識碼：A

機床是人類進行生產勞動的重要工具，也是社會生產力發展水平的重要標志。數控機床采用了計算機數控系統，因此也稱為計算機數控機床或CNC機床。數控機床綜合應用了計算機、自動控制、精密測量、現代機械制造和數據通信等多種技術，是機械加工領域中典型的機電一體化設備，適用于多品種、中小批量的復雜零件的加工。

一、故障診斷與維修界定

要保持數控機床的完好率，就要求對數控機床的可靠性、可維修性和可用性提出更高的標準，衡量可靠性的主要指標是平均故障間隙時間MTBF（Mean Time Between Failure），MTBF就是數控機床在使用過程中發生了N次故障，每次故障修復后又投入使用。測其每次故障前工作持續時間為T1、T2……TN，其平均故障間隙時間MTBF=T/N。（T為T1、T2、TN之和）?？删S修性的衡量指標是平均修復時間（MTTR），MTTR是規定的條件蝦和規定的時間內，機床在任一規定的維修級別上，修復性維修時間與在該級別上被修復產品的故障總數之比。簡單地說就是排除故障所需實際直接維修時間的平均值，MTBF=TI/N。（TI為第I次修復時間，N修復次數），可用性是在要求的外部資源得到保證的前提下機床在規定的條件下和規定的時刻或時間區間內處于可執行規定的功能狀態的能力。它是產品可靠性、維修性和維修保障的綜合反映，可靠性是從延長其正常工作時間來提高產品可用性，而維修性是從縮短因維修的停機時間來提高可用性。

近幾年國產數控系統MTBF大都超過10000H。但國際上先進企業數控系統MTBF已達80000H，雖然我國機床工業取得了較大進步，每年的產量達到了千臺以上，但我國的機床大部分水平較低且又缺門。一些用戶對數控機床的故障還不能及時做出正確的判斷和準確的排除故障，生產廠家的售后服務又不能及時的到現場服務。目前，國內各行業中的數控系統開動率平均僅達到25%左右。

二、故障的類型與特點分析

數控機床的故障類型有：

1.NC系統故障。NC系統故障會引起硬件故障和軟故障。

2.伺服系統的故障。由于數控系統的控制核心是對機床的進給部分盡心數字控制，而進給是由伺服單元控制伺服電機，帶動滾珠絲杠來實現的，由旋轉編碼器做位置反饋元件，形成位置控制系統。伺服系統故障一般是由伺服控制單元、伺服電機、測速電機、編碼器等問題引起的。

3.外部故障。由于現代的數控系統可靠性越來越高，故障率越來越低，很少發生故障。大部分故障都是非系統故障，是由外部原因引起的。

數控機床故障的特點：數控機床一般由數控系統，包含伺服電動機和檢測反饋裝置的伺服系統，強電控制柜，機床本體和各類輔助裝置組成。

數控機床的復雜性使其故障具有復雜性和特殊性，引起數控機床故障的因素又很多，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。

三、故障的診斷

1.要搞清故障現象

當數控設備出現故障時，首先要搞清故障現象，向操作人員了解第一次出現故障時的情況，在可能的情況下觀察故障發生的過程，觀察故障是在什么情況下發生的，怎么發生的，引起怎樣的后果。只有了解到第一手情況，才有利于故障的排除，把故障過程搞清了，問題就解決一半了。搞清了故障現象，然后根據機床和數控系統的工作原理，就可以很快地確診問題所在并將故障排除，使設備恢復正常使用。

現在數控系統的自診斷能力越來越強，設備的大部分故障數控系統都能夠診斷出來，并采取相應的措施。當數控設備出現故障時，有時在顯示器上顯示報警信息，有時在數控裝置上、PLC裝置上和驅動裝置上還會有報警指示。這時要根據手冊對這些報警信息進行分析，有些根據報警信息就可直接確認故障原因，只要搞清報警信息的內容，就可排除數控設備出現的故障。

另一些故障的報警信息并不能反映故障的根本原因，而是反映故障的結果或者由此引起的其它問題，這時要經過仔細的分析和檢查才能確定故障原因。

2.要利用數控系統的PLC狀態顯示功能

許多數控系統都有PLC狀態顯示功能，如西門子3系統PC菜單下的PC STATUS，西門子810系統DIAGNOSIS菜單下的PLC STATUS功能，以及發那科0T系統DGNOS PARAM 功能的PMC狀態顯示功能等，利用這些功能可顯示PLC的輸入、輸出、定時器、計數器等的即時狀態和內容。根據機床的工作原理和機床廠家提供的電氣原理圖，通過監視相應的狀態，就可確診一些故障。

3.要利用機床廠家提供的PLC梯形圖

數控設備出現的大部分故障都是通過PLC裝置檢查出來的，PLC檢測故障的機理就是通過運行機床廠家為特定機床編制的PLC梯形圖（即程序），根據各種輸入、輸出狀態進行邏輯判斷，如果發現問題，產生報警并在顯示器上產生報警信息。所以對一些PLC產生報警的故障，或一些沒有報警的故障，可以通過分析PLC的梯形圖對故障進行診斷，利用NC系統的梯圖顯示功能或者機外編程器在線跟蹤梯形圖的運行，可提高診斷故障的速度和準確性。

以上方法對機床側故障的檢測是非常有效的，因為這些故障無非是檢測開關、繼電器、電磁閥的損壞或者機械執行結構出現問題，這些問題基本都可以根據PLC程序，通過檢測其相應的狀態來確認故障點。而遇到一些系統故障時，有時情況比較復雜，采用以下的方法及檢測原則可快速確認故障點。

對于一些涉及到控制系統的故障，有時不容易確認哪一部分有問題，在確保沒有進一步損壞的情況下，用備用控制板代換被懷疑有問題的控制板，是準確定位故障點的有效辦法，有時與其它機床上同類型控制系統的控制板互換會更快速診斷故障（這時要保證不會把好的板子損壞）。

檢查故障要本著先外圍后內部、先機械后電氣、先簡單后復雜、先靜后動、先公用后專用、先查軟件后查硬件的原則。對于數控設備出現較復雜的故障，特別是涉及到控制系統時，應用這些原則可簡化故障的診斷過程，避免走彎路。

參考文獻

[1] 徐衡. 數控機床故障維修[M].北京：化學工業出版社， 2005

[2] 王愛玲. 數控機床故障診斷與維修[M].北京：機械工業出版社，2006