故障診斷技術在數控機床維修中的標準化應用

高關勝 張鋒

【摘要】 數控機床在正常運行過程中會出現不同類型的故障，而將故障診斷技術靈活應用到數控機床維修中，可以幫助技術維修人員對故障進行精準的判斷，并診斷出故障的具體發生位置，這樣不僅可以提高故障維修效率，還能保證數控機床長期處于穩定運行中。

【關鍵詞】 故障診斷技術;數控機床;維修

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2022.01.017

Standardized Application of Fault Diagnosis Technology in the Maintenance of CNC Machine Tools

GAO Guan-sheng，ZHANG Feng

（Yunnan Vocational Institute of Energy Technology，Qujing 655000，China）

Abstract： Numerical control machine tools will have different types of faults during normal operation. The flexible application of fault diagnosis technology to the maintenance of CNC machine tools can help technical maintenance personnel to accurately judge the fault and diagnose the specific location of the fault. It can not only improve the efficiency of fault maintenance，but also ensure that the CNC machine tool is in stable operation for a long time.

Key words： fault diagnosis technology;CNC machine tools;maintenance

1 機床數控系統結構和故障類型分析

1.1 結構分析

數控系統是當前常用的一種系統，其類型較多、形式不同，在結構方面各具優勢，而這些結構優勢主要是根據數控系統的設計思路和設計要求而形成的。系統生產廠家在對系統進行設計過程中，會根據設計要求設計出不同的系統，有的為了方便使用過程中的維修和更換會采用小板結構;而有的為了保證系統的可靠性，在設計時會采用大板結構，這樣有助于提升系統的無故障率。總之，無論數控機床采用哪種系統，其結構和原理都是相似的，一般情況下都是由軟件和硬件控制系統所構成。其中軟件控制系統也叫作數控軟件，主要由報警文本、接口控制參數及軟件、顯示控制、位置控制、加速控制、減速控制、輸出控制、輸入控制等部件組成;而硬件控制系統的核心部件是微處理器，主要組成部件包括輸入輸出接口、顯示器、可編程控制器、大規模集成電路、控制面板等。

1.2 故障類型

數控機床的核心系統為伺服系統，在正常的運行過程中常常會出現故障，使機床的運行受到不同程度的影響。常見的故障類型一般有接觸故障、老化故障、磨損故障和失效故障等，這些故障如果不能及時處理，不僅會影響到機床的工作效率，甚至可能會導致安全事故發生[1]。數控機床一旦出現故障就會產生嚴重的后果，遇到這種情況就需要技術人員根據機床的實際使用情況對硬件系統和軟件系統進行檢測，并對故障類型進行診斷。

2 數控機床常見故障診斷方式及故障診斷技術

2.1 診斷方式

1）系統自動診斷方式。數控機床是由硬件和軟件系統組合而成的，而在軟件系統中有對故障進行自動診斷的系統，通過這個系統可以對機床的運行狀況進行動態監管，一旦出現故障就會自動發出報警提示，這樣就可以提醒操作人員及時發現故障。因此，數控機床在啟動時就要開啟自動診斷運行程序，對機床中的各項軟件和硬件系統進行綜合檢查和分析，并在顯示器中顯示檢查結果。在數控機床各個系統處于正常運行狀態下時，自動診斷程序不僅會對機床系統進行檢測，同時也會對與數控機床相關的其他裝置實施檢測，并將檢測到的運行信息和故障信息在顯示器中顯現出來，操作人員就能隨時掌握數控機床的基本運行狀況和故障產生原因。

2）人為控制診斷方式。相對自動診斷方式而言，人為控制診斷方式可以在任何時候對機床進行診斷，例如不關機進行診斷，關機重啟診斷，在遠程狀態下進行診斷。在不關機狀態進行的診斷一般是在數控機床正常運行過程中，利用機床系統內置的控制程序對輸出裝置、輸入裝置、伺服系統和數控裝置等進行檢測。關機重啟診斷則是在數控機床不運行的狀態下通過重新啟動數控系統來恢復系統正常運行功能來確定機床系統是否存在故障問題[2]。進入新時代之后，網絡技術已經在各行各業中得到普及和應用，因此，數控機床發生故障后，也可以借助網絡技術與機床生產廠家進行聯系，由廠家的技術人員通過遠程操作對機床故障進行診斷。

2.2 診斷技術

1）直觀診斷技術。在數控機床發生故障的時候采取的最常見的診斷技術就是直觀診斷法。直觀診斷法主要是根據機床表面出現的異常情況來對機床存在的故障進行診斷，例如通過直觀診斷法可以對機床部件的磨損程度、松動情況等進行檢查，并采取相應的維修和養護措施。如果發生故障時機床發出了燒焦的味道，這時維修人員就要對數控機床的線路、電阻、保護性開關等相關部件進行重點檢查。與此同時，維修人員通過直接接觸數控機床可以親身體驗并判斷機床及相關配套設施的運行溫度是否正常。

2）機床報警信息診斷技術。此種診斷技術雖然是數控機床自身具有的診斷方法，但是仍然要求維修人員和操作人員對常常出現故障問題的部件進行記錄和總結，并能夠迅速找到故障原因和位置，同時對故障進行排除，保證數控機床可以快速恢復正常運行。

3）調整參數診斷技術。數控機床一旦參數改變勢必會對機床的性能產生影響，所以，對數控機床存在的故障進行檢查時，需要通過數控機床參數的改變情況來準確判斷機床發生故障的原因及位置。對于數控機床系統而言，系統參數能夠發揮決定性的作用，可以直接影響系統的運行狀況，因此，在數控機床發生故障時，維修人員就可以對參數進行調整來診斷和排除故障。

4）替換部件診斷技術。當數控機床處于運行狀態時，一旦其中一個部件出現問題就會使數控機床出現故障，維修人員可以通過更換新部件的方式來判斷是否因為此部件損壞而產生的故障。

5）敲擊診斷技術。如果數控機床不定時的出現故障，有可能是因為線路接觸不良而造成的。這個時候就可以對懷疑的部件進行敲擊來判斷故障。由于數控機床系統結構較為復雜，包括大規模的集成電路，而且每個電路板都存在焊接點，這些焊接點一旦發生接觸不良情況，就需要通過敲擊診斷技術來判斷發生問題的具體部件。

3 故障針對技術在數控機床維修中的標準化應用

3.1 電源類故障分析

以某廠生產的DHP50型號的數控機床為例。此數控機床在一次啟動過程中突然出現屏幕不亮的問題，但是經過初步查看，操作板上的電源開關處于開機狀態，而且指示燈也沒有出現異常情況，操作人員在對開關和重要位置進行檢查之后也沒有發現問題，但是關閉開關重新啟動之后依然存在故障。由于導致數控機床屏幕不亮的原因有很多，需要進行逐一檢查才能找到故障發生的原因。首先要對電源系統進行查看，確定供電是否正常，如果電源正常而主板電壓存在異常情況就會出現屏幕時有時無的現象，因此判斷主板中存在故障，此時需要更換主板，這樣就能使機床正常運行，屏幕開始正常顯示[3]。但是更換主板之后，一些參數就會改變，需要對參數進行重新設計和調整，等一切正常以后在做進一步的檢測，判斷其他位置是否也存在故障，確保數控機床可以處于正常運行狀態。在對數控機床進行診斷和維修的過程中發現，不同的系統雖然結構相似但是電源的開關卻存在差異，因此維修人員必須對整個系統有全面的了解才能提升診斷維修故障的工作效率。

3.2 系統顯示類故障分析

以某數控機床在實際運行過程中出現的故障為例，故障現象為CTR來回閃爍卻沒有出現字符，導致機床無法正常運行。造成上述現象的原因很多，例如CTR的旋轉鈕出現了振動問題，就可能出現上述癥狀。如果是新購入的數控機床設備因為還未使用，所以在初始化調整中也有可能出現問題，另外，數控系統的存儲板和主板有問題也會產生上述情況，要根據具體的情況進行有針對性的判斷。首先要分析CTR的旋轉鈕是否存在異常反應，其次分析數控系統，并對系統進行控制和相應地調整使CRT轉向正常，經過上述診斷可以發現產生CTR閃爍發光的原因是系統沒有進行初始化。通過此案例分析可以得知，只有合理應用診斷技術判斷故障的發生原因才能快速進行維修。除此之外，如果系統自身存在問題也會導致系統故障，因此，維修人員在對故障進行分析的過程中，要分清主次，先確定造成故障的主要原因，然后采取有效的措施進行維修。

3.3 振動與爬行故障

某廠的機床采用立式SABRE1000，配備的系統為Acrametic2100，在機床啟動時出現了系統振動和爬行故障，提示的報警信息為伺服系統故障。在對故障機床進行診斷的過程中沒有發現機械部件存在問題，因此確定發生故障的原因是X軸伺服系統發生的異常導致機床出現振動和爬行故障。在經過全面的綜合檢查與分析之后，尤其是對速度控制邏輯進行了重點分析，發現此型號的機床是在速度調節反饋基礎上經過系統處理來實現工作的，在利用故障診斷技術分析故障原因時要通過反饋信息和梯形圖給定的信號來找到造成故障的具體原因[4]。同時還應該對位置偏差計數器的信號輸出速度進行檢查，并通過示波器來對伺服驅動進行測量，在進行故障判斷時如果模擬信號發出的振動信號具有周期性，則表明速度控制部分沒有異常情況，出現故障的部分是位置控制環，這時就需要對控制環轉換器進行重點檢查。對控制環轉換器檢查之后，如果此部分也沒有存在周期性的信號波動現象，就說明檢測元件和伺服電機存在故障問題。機床出現了振動和爬行現象，而通過示波器檢查的過程之后又發現速度控制部分沒有出現周期性的振動信號，通過一系列的判斷可以發現造成機床振動和爬行故障的原因與伺服電機的速度控制單元具有很大的關聯。為了進一步確定故障發生的原因和位置，要對X軸伺服電機進行拆卸，然后采用常規檢查方法進行診斷，在對編碼器和炭刷的表面情況進行觀察之后，發現在炭刷下存在很多的油膩灰塵和炭粉，使得電機存在固有的電流磁場，在電流通過的過程中發出了報警提示[5]。在排除這些故障的過程中要選用細毛刷對炭刷進行謹慎的清理，保證所有的灰塵和炭粉可以全部清理干凈，之后還要用無水酒精再對炭刷表面進行擦拭，最后再對其進行烘干，完成這些清理工作之后將X軸伺服電機重新安裝好進行調試，這時候不再出現振動和爬行現象，報警提示也就隨之消除，機床故障維修完成，此時機床可以正常啟動和運行。

故障診斷技術在數控機床維修中應用時，首先要對系統的穩定性和位置控制部分的準確性進行重點檢查和分析。機床發生振動和爬行故障的主要位置在伺服系統和機械傳動部件之間，由于機械傳動部件與系統低速爬行存在緊密聯系，而機械高速振動與機床供油系統、導軌預緊力、傳動鏈中的滾珠絲杠等有關，振動和爬行故障由于伺服系統的位置、速度等部件有關，無論伺服系統處于高速振動還是低速爬行都會發生電流報警，因此，針對發出的每一個報警信號都要經過綜合的檢查和分析之后才能判斷故障發生原因和位置，并采取相應的維修措施來排除故障[6]。

4 結語

綜上所述，由于數控機床采用先機的技術研制而成且具有復雜的結構，因此在使用的過程中如果不進行有效的日常維護或因為操作不當就會產生各種故障。所以要根據機床的實際情況，發揮診斷技術的最大優勢，有效解決數控機床運行過程中存在的各項故障問題，提升數控機床的工作效率，保證生產的安全性。

【參考文獻】

[1] 汪小寶，錢明珠.參數在數控機床故障診斷與維修中的應用[J].裝備制造技術，2016（12）：208-209+212.

[2] 蔣鐵球.基于PMC在數控機床故障診斷與維修中應用的研究[J].國防制造技術，2015（3）：62-64.

[3] 王勇.在數控機床故障診斷中應用智能診斷融合技術[J].煤炭技術，2013，32（7）：180-181.

[4] 陳建.故障診斷技術在數控機床維修保障中的應用探討[J].裝備維修技術，2020（2）：106.

[5] 武洋，潘思思.淺析數控機床的電氣故障診斷和維修技術[J].科學技術創新，2018（24）：182-183.

[6] 曾博文，朱群峰.現代數控機床的故障診斷與維修技術研究[J].當代旅游（高爾夫旅行），2018（3）：211.

【作者簡介】

高關勝，男，1989年出生，助教，學士，研究方向為機械制造及其自動化。