談數(shù)控機(jī)床故障診斷與檢測(cè)

閆振

【摘 要】隨著數(shù)控機(jī)床的增多，企業(yè)急需掌握數(shù)控機(jī)床保養(yǎng)與檢修技術(shù)的技術(shù)人員。數(shù)控機(jī)床的檢修技術(shù)人員急切希望提高自己的技術(shù)水平，以適應(yīng)數(shù)控機(jī)床保養(yǎng)和檢修工作的需要。我國(guó)目前常用的數(shù)控機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)種類繁多，所有數(shù)控系統(tǒng)，由于數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在本質(zhì)上是類似的，因此對(duì)不同類型數(shù)控機(jī)床故障的診斷思路和檢修方法也是類似的。掌握一種數(shù)控機(jī)床檢修技術(shù)，可采用類比的方法，對(duì)其他類型數(shù)控機(jī)床進(jìn)行檢修。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控機(jī)床；故障診斷；故障檢測(cè)

數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代化企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)的一種重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是完成生產(chǎn)過程的重要技術(shù)手段。數(shù)控機(jī)床作為一種高度機(jī)電一體化設(shè)備，涵蓋了機(jī)械、電氣、液壓和氣動(dòng)等多種設(shè)備的共同特點(diǎn)，因此故障的出現(xiàn)在所難免。但數(shù)控機(jī)床的故障診斷和檢測(cè)主要側(cè)重于電子系統(tǒng)、機(jī)械、液壓氣動(dòng)和光學(xué)裝置的結(jié)合上，數(shù)控機(jī)床的故障率隨時(shí)間變化的規(guī)律可以用類似于浴盆曲線圖表示，故障發(fā)生頻率分為3個(gè)階段。分別是早期故障期、偶發(fā)故障期和耗損故障期。早期故障主要集中在機(jī)械部分和電氣液壓部分，原因主要是由于機(jī)床出廠前磨合期較短，運(yùn)動(dòng)部件間間隙較大，元件性能良莠不齊等。偶發(fā)故障期是當(dāng)機(jī)床經(jīng)過磨合故障相對(duì)穩(wěn)定的發(fā)生在一些元器件上的時(shí)期，故障原因主要是使用中的一些偶然因素造成的。耗損故障期主要是指數(shù)控機(jī)床使用的后期機(jī)床零部件及電子元器件疲勞磨損和老化等造成的故障時(shí)期。對(duì)以上三個(gè)時(shí)期的故障要進(jìn)行準(zhǔn)確的診斷和細(xì)致的檢測(cè)，才能保證數(shù)控機(jī)床使用壽命的延長(zhǎng)，降低故障的出現(xiàn)幾率。下面就數(shù)控機(jī)床的常見故障診斷做進(jìn)一步說明。

1）實(shí)用診斷

（1）詢問

就像醫(yī)生給病人看病一樣，要先詢問患者癥狀。數(shù)控機(jī)床不能向人一樣主動(dòng)回答問題，但是使用機(jī)床的操作人員可以給出相應(yīng)的答復(fù)。詢問過程主要是弄清故障是突發(fā)的還是漸發(fā)的，機(jī)床使用時(shí)有哪些異?，F(xiàn)象；通過對(duì)比故障前后工件加工的精度和表面粗糙度，以便分析故障產(chǎn)生原因；傳動(dòng)系統(tǒng)是否正常，切削是否均勻，背吃刀量和進(jìn)給量是否減小等；潤(rùn)滑油用量是否適當(dāng)。

（2）觀察

數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)故障一般可以通過觀察就能大致判斷故障發(fā)生的原因。觀察主要是一看轉(zhuǎn)速，二看顏色、三看傷痕、四看工件，五看變形。轉(zhuǎn)速的變化反應(yīng)傳動(dòng)系統(tǒng)故障，顏色的變化反應(yīng)油箱中潤(rùn)滑油失效，傷痕反應(yīng)機(jī)床零部件發(fā)生過碰撞，工件的變化反應(yīng)機(jī)床傳動(dòng)件的間隙或松動(dòng)，變形主要是看機(jī)床滾珠絲杠是否由于撞擊產(chǎn)生變形。

（3）觸摸

數(shù)控機(jī)床發(fā)生故障時(shí)可以通過對(duì)機(jī)床觸摸進(jìn)行判斷，具體步驟是看摸升溫，摸振動(dòng)，摸波紋，摸松緊，在觸摸的過程中人的手指可以靈敏的感覺到機(jī)床床身的溫度異常變化，并且能夠感覺到機(jī)床的振動(dòng)及爬行。從而準(zhǔn)確的判斷出故障的具體發(fā)生位置和發(fā)生原因。

（4）嗅取

數(shù)控機(jī)床在使用中由于劇烈摩擦或電氣元件絕緣破損短路，使附著的油脂或其他可燃物質(zhì)發(fā)生氧化蒸發(fā)或燃燒產(chǎn)生煙氣、焦糊等異味，可以通過嗅取空氣中的氣味來判斷機(jī)床故障的產(chǎn)生部位。

2）故障自診斷

（1）開機(jī)自診斷

數(shù)控機(jī)床在通電后，系統(tǒng)內(nèi)部自診斷軟件會(huì)自動(dòng)對(duì)系統(tǒng)中關(guān)鍵的硬件和控制軟件進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果顯示在CRT上，通過對(duì)報(bào)警故障代碼的分析研判，可以準(zhǔn)確的定位到相應(yīng)的電氣控制模塊從而找出故障原因并加以排除。

（2）運(yùn)行自診斷

運(yùn)行自診斷是數(shù)控系統(tǒng)正常工作時(shí)，運(yùn)行內(nèi)部診斷程序，對(duì)系統(tǒng)本身、PLC、位置伺服單元以及與數(shù)控裝置相連的其他外部裝置進(jìn)行的自動(dòng)測(cè)試和檢查，并顯示有關(guān)狀態(tài)信息和故障代碼?，F(xiàn)在的數(shù)控機(jī)床自診斷功能，不僅能在CRT上顯示故障報(bào)警信息，而且還能以多頁(yè)的“診斷地址”和“診斷數(shù)據(jù)”的形式為用戶提供各種機(jī)床狀態(tài)信息。包括CNC系統(tǒng)與機(jī)床之間的接口輸入/輸出信號(hào)狀態(tài)，CNC與PLC之間輸入/輸出信號(hào)狀態(tài)，PLC與機(jī)床間輸入/輸出信號(hào)狀態(tài)以及各坐標(biāo)軸位置的偏差值和刀具距機(jī)床參考點(diǎn)的距離數(shù)據(jù)。

（3）脫機(jī)診斷

早期的數(shù)控機(jī)床當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，需要停機(jī)使用專用的診斷紙帶對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行脫機(jī)診斷，診斷過程中要先將診斷程序讀入數(shù)控裝置的RAM中，系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)運(yùn)行診斷程序，對(duì)診斷部位進(jìn)行測(cè)試，從而判定故障，這種診斷僅適用于早期的數(shù)控機(jī)床故障檢測(cè)，而且該種診斷要在系統(tǒng)的RAM中輸入診斷程序，運(yùn)行診斷程序時(shí)，一般會(huì)沖掉原先存放在RAM中的系統(tǒng)程序、數(shù)據(jù)以及零件加工程序。因此脫機(jī)診斷存在諸多弊端。

數(shù)控機(jī)床發(fā)生的故障現(xiàn)象盡管比較繁多，但大體發(fā)生在機(jī)械部分、機(jī)床電氣部分和強(qiáng)電控制部分、進(jìn)給伺服系統(tǒng)部分，主軸伺服系統(tǒng)部分以及數(shù)控系統(tǒng)部分。因此數(shù)控機(jī)床一旦發(fā)生故障，常見的故障檢測(cè)方法有下面幾種。

1）功能程序測(cè)試法

功能程序測(cè)試法將所修數(shù)控系統(tǒng)G、M、S、T、F功能的全部使用指令編成一個(gè)測(cè)試程序，并制成控制介質(zhì)，在故障診斷時(shí)運(yùn)行這個(gè)程序，快速判定哪個(gè)功能指令不良或喪失。功能程序測(cè)試法適用于機(jī)床加工造成廢品而一時(shí)無(wú)法確定是編程問題還是數(shù)控系統(tǒng)故障的情況，同時(shí)也適用于長(zhǎng)時(shí)間閑置的數(shù)控機(jī)床在投入使用前進(jìn)行檢修。

2）參數(shù)檢查法

數(shù)控機(jī)床參數(shù)通常存放在由電池保持供電的RAM中，一旦電池電量不足，系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間不通電或外部干擾都會(huì)使參數(shù)丟失或混亂。因此長(zhǎng)時(shí)間閑置、無(wú)故出現(xiàn)異?；蛴泄收铣霈F(xiàn)不報(bào)警時(shí)，就可以應(yīng)用參數(shù)檢查法對(duì)機(jī)床相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)。

3）同型對(duì)調(diào)法

數(shù)控機(jī)床作為量產(chǎn)的機(jī)械產(chǎn)品，可以將型號(hào)完全一樣的正常機(jī)床上的電路板、模塊、集成電路和其他電器元件進(jìn)行逐一拆卸并安裝到發(fā)生故障的機(jī)床上進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)故障機(jī)床可以正常使用時(shí)則可以快速判定出故障機(jī)床上相關(guān)問題部件，從而做到準(zhǔn)確排除，但這種方法的局限性較大，而且僅適用于CNC系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)。

4）單段程序執(zhí)行法

數(shù)控機(jī)床上都具備程序單段執(zhí)行功能，此功能常用于調(diào)試加工程序。當(dāng)加工程序在自動(dòng)執(zhí)行過程中發(fā)生故障報(bào)警時(shí)，可以采取單段執(zhí)行，逐步執(zhí)行加工程序，并找出造成故障報(bào)警的那段程序并加以修改，從而順利排除故障。

5）備板調(diào)換法

數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)自診斷功能有時(shí)可以將故障定位到相關(guān)電路板上，因此調(diào)換備板有時(shí)可以解決故障報(bào)警，但是由于備板更換的操作要求較高，一般維修人員很難達(dá)到裝配精度，而且備板安裝到位后還要進(jìn)行系統(tǒng)存儲(chǔ)初始化，數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置也是一項(xiàng)不小的工作量。因此此種方法使用時(shí)對(duì)維修人員水平要求較高。

6）隔離故障法

當(dāng)數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)的故障一時(shí)無(wú)法判斷是數(shù)控部分還是伺服系統(tǒng)或者是機(jī)械部分時(shí)，可以采取隔離故障法。即將機(jī)床大概判明故障出現(xiàn)的部分進(jìn)行隔離，然后調(diào)試其他功能，如果其他功能一切正常，則說明故障發(fā)生在隔離部分。

7）可編程控制器檢查法

數(shù)控機(jī)床發(fā)生故障時(shí)可以利用可編程控制器的狀態(tài)信息診斷故障，利用該功能，可以直接在線檢查并觀察PLC的輸入和輸出的瞬時(shí)狀態(tài)。PLC檢查故障的原理就是通過運(yùn)行PLC梯形圖，發(fā)現(xiàn)問題并加以分析。提高故障診斷的速度和準(zhǔn)確性。

8）故障原理分析法

運(yùn)用萬(wàn)用表、邏輯筆、示波器或邏輯分析儀器對(duì)被測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，并把結(jié)果于正常結(jié)果進(jìn)行分析對(duì)比，縮小故障范圍，直至找出故障。

隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的快速發(fā)展，目前的大多數(shù)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)都支持通過網(wǎng)絡(luò)的連接。因此，數(shù)控機(jī)床的遠(yuǎn)程監(jiān)控和診斷是發(fā)展的必然趨勢(shì)，在車間設(shè)置一臺(tái)診斷服務(wù)器。可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷中心進(jìn)行診斷，這個(gè)過程中，數(shù)控機(jī)床、設(shè)備診斷服務(wù)器、遠(yuǎn)程診斷中心通過通信線路進(jìn)行信息交互，從而可以以最快的速度對(duì)數(shù)控機(jī)床的故障進(jìn)行定位，并通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)調(diào)出排除故障的相關(guān)方法，從而減少停機(jī)時(shí)間，還可以減少設(shè)備維修費(fèi)用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]FANUC-0i-mate tc系統(tǒng)使用說明書[Z].

[2]韓鴻鸞.數(shù)控機(jī)床電氣檢修[M].中國(guó)電力出版社.

[3]王侃夫.數(shù)控機(jī)床故障診斷及維護(hù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

[責(zé)任編輯：湯靜]