數(shù)控機(jī)床是一種技術(shù)含量很高的機(jī)、電、液、氣、儀一體化的高效的自動(dòng)化機(jī)床，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)、精密測(cè)量和精密機(jī)械等各個(gè)領(lǐng)域的新的技術(shù)成果，是一門(mén)新興的工業(yè)控制技術(shù)。不同的數(shù)控系統(tǒng)雖然在結(jié)構(gòu)和性能上有所區(qū)別，但在故障診斷上有它的共性，現(xiàn)結(jié)合工作實(shí)際談一下數(shù)控系統(tǒng)故障分析和維修的一般方法。
數(shù)控系統(tǒng)故障維修通常按照：現(xiàn)場(chǎng)故障的診斷與分析、故障的測(cè)量維修排除、系統(tǒng)的試車(chē)這三大步進(jìn)行。
1、數(shù)控機(jī)床故障診斷
在故障診斷時(shí)應(yīng)掌握以下原則：
1.1先外部后內(nèi)部
現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的可靠性越來(lái)越高，數(shù)控系統(tǒng)本身的故障率越來(lái)越低，而大部分故障的發(fā)生則是非系統(tǒng)本身原因引起的。由于數(shù)控機(jī)床是集機(jī)械、液壓、電氣為一體的機(jī)床，其故障的發(fā)生也會(huì)由這三者綜合反映出來(lái)。維修人員應(yīng)先由外向內(nèi)逐一進(jìn)行排查。盡量避免隨意地啟封、拆卸，否則會(huì)擴(kuò)大故障，使機(jī)床喪失精度、降低性能。系統(tǒng)外部的故障主要是由于檢測(cè)開(kāi)關(guān)、液壓元件、氣動(dòng)元件、電氣執(zhí)行元件、機(jī)械裝置等出現(xiàn)問(wèn)題而引起的。
1.2先機(jī)械后電氣
一般來(lái)說(shuō)，機(jī)械故障較易發(fā)覺(jué)，而數(shù)控系統(tǒng)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(jī)械性的故障。
1.3先靜態(tài)后動(dòng)態(tài)
先在機(jī)床斷電的靜止?fàn)顟B(tài)，通過(guò)了解、觀察、測(cè)試、分析，確認(rèn)通電后不會(huì)造成故障擴(kuò)大、發(fā)生事故后，方可給機(jī)床通電。在運(yùn)行狀態(tài)下，進(jìn)行動(dòng)態(tài)的觀察、檢驗(yàn)和測(cè)試，查找故障。而對(duì)通電后會(huì)發(fā)生破壞性故障的，必須先排除危險(xiǎn)后，方可通電。
1.4先簡(jiǎn)單后復(fù)雜
當(dāng)出現(xiàn)多種故障互相交織，一時(shí)無(wú)從下手時(shí)，應(yīng)先解決容易的問(wèn)題，后解決難度較大的問(wèn)題。往往簡(jiǎn)單問(wèn)題解決后，難度大的問(wèn)題也可能變得容易。
2、數(shù)控機(jī)床的故障診斷技術(shù)
數(shù)控系統(tǒng)是高技術(shù)密集型產(chǎn)品，要想迅速而正確的查明原因并確定其故障的部位，要借助于診斷技術(shù)。隨著微處理器的不斷發(fā)展，診斷技術(shù)也由簡(jiǎn)單的診斷朝著多功能的高級(jí)診斷或智能化方向發(fā)展。診斷能力的強(qiáng)弱也是評(píng)價(jià)cnc數(shù)控系統(tǒng)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。目前所使用的各種cnc系統(tǒng)的診斷技術(shù)大致可分為以下幾類(lèi)：
2.1起動(dòng)診斷
起動(dòng)診斷是指cnc系統(tǒng)每次從通電開(kāi)始，系統(tǒng)內(nèi)部診斷程序就自動(dòng)執(zhí)行診斷。診斷的內(nèi)容為系統(tǒng)中最關(guān)鍵的硬件和系統(tǒng)控制軟件，如cpu、存儲(chǔ)器、i／o等單元模塊，以及mdi／crt單元、u盤(pán)等裝置或外部設(shè)備。只有當(dāng)全部項(xiàng)目都確認(rèn)正確無(wú)誤之后，整個(gè)系統(tǒng)才能進(jìn)入正常運(yùn)行的準(zhǔn)備狀態(tài)。否則，將在crt畫(huà)面報(bào)警方式指示故障信息。此時(shí)起動(dòng)診斷過(guò)程不能結(jié)束，系統(tǒng)無(wú)法投入運(yùn)行。
2.2在線診斷
在線診斷是指通過(guò)cnc系統(tǒng)的內(nèi)裝程序，在系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)對(duì)cnc系統(tǒng)本身及cnc裝置相連的各個(gè)伺服單元、伺服電機(jī)、主軸伺服單元和主軸電動(dòng)機(jī)以及外部設(shè)備等進(jìn)行自動(dòng)診斷、檢查。只要系統(tǒng)不停電，在線診斷就不會(huì)停止。
在線診斷一般包括自診斷功能的狀態(tài)顯示有上千條，常以二進(jìn)制的0、1來(lái)顯示其狀態(tài)。對(duì)正邏輯來(lái)說(shuō)，0表示斷開(kāi)狀態(tài)，1表示接通狀態(tài)，借助狀態(tài)顯示可以判斷出故障發(fā)生的部位。常用的有接口狀態(tài)和內(nèi)部狀態(tài)顯示，如利用i／o接口狀態(tài)顯示，再結(jié)合plc梯形圖和強(qiáng)電控制線路圖，用推理法和排除法即可判斷出故障點(diǎn)所在的真正位置。故障信息大都以報(bào)警號(hào)形式出現(xiàn)。一般可分為以下幾大類(lèi)：過(guò)熱報(bào)警類(lèi)；系統(tǒng)報(bào)警類(lèi)；存儲(chǔ)報(bào)警類(lèi)；編程／設(shè)定類(lèi)；伺服類(lèi)；行程開(kāi)關(guān)報(bào)警類(lèi)；印刷線路板間的連接故障類(lèi)。
2.3離線診斷
離線診斷是指數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，數(shù)控系統(tǒng)制造廠家或?qū)I(yè)維修中心利用專(zhuān)用的診斷軟件和測(cè)試裝置進(jìn)行停機(jī)（或脫機(jī)）檢查。力求把故障定位到盡可能小的范圍內(nèi)，如縮小到某個(gè)功能模塊、某部分電路，甚至某個(gè)芯片或元件，這種故障定位更為精確。
2.4現(xiàn)代診斷技術(shù)
隨著電信技術(shù)的發(fā)展，ic和微機(jī)性?xún)r(jià)比的提高，近年來(lái)國(guó)外已將一些新的概念和方法成功地引用到診斷領(lǐng)域。
（1）通信診斷
也稱(chēng)遠(yuǎn)程診斷，即利用電話通訊線把帶故障的cnc系統(tǒng)和專(zhuān)業(yè)維修中心的專(zhuān)用通訊診斷計(jì)算機(jī)通過(guò)連接進(jìn)行測(cè)試診斷。如西門(mén)子公司在cnc系統(tǒng)診斷中采用了這種診斷功能，用戶(hù)把cnc系統(tǒng)中專(zhuān)用的“通信接口”連接在普通電話線上，而兩門(mén)子公司維修中心的專(zhuān)用通迅診斷計(jì)算機(jī)的“數(shù)據(jù)電話”也連接到電話線路上，然后由計(jì)算機(jī)向cnc系統(tǒng)發(fā)送診斷程序，并將測(cè)試數(shù)據(jù)輸回到計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析并得出結(jié)論，隨后將診斷結(jié)論和處理辦法通知用戶(hù)。
通訊診斷系統(tǒng)還可為用戶(hù)作定期的預(yù)防性診斷，維修人員不必親臨現(xiàn)場(chǎng)，只需按預(yù)定的時(shí)間對(duì)機(jī)床作一系列運(yùn)行檢查，在維修中心分析診斷數(shù)據(jù)，可發(fā)現(xiàn)存在的故障隱患，以便及早采取措施。當(dāng)然，這類(lèi)cnc系統(tǒng)必須具備遠(yuǎn)程診斷接口及聯(lián)網(wǎng)功能。
（2）自修復(fù)系統(tǒng)
就是在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置有備用模塊，在cnc系統(tǒng)的軟件中裝有自修復(fù)程序，當(dāng)該軟件在運(yùn)行時(shí)一旦發(fā)現(xiàn)某個(gè)模塊有故障時(shí)，系統(tǒng)一方面將故障信息顯示在crt上，同時(shí)自動(dòng)尋找是否有備用模塊，如有備用模塊，則系統(tǒng)能自動(dòng)使故障脫機(jī)，而接通備用模塊使系統(tǒng)能較快地進(jìn)入正常工作狀態(tài)。這種方案適用于無(wú)人管理的自動(dòng)化工作場(chǎng)合。
需要注意的是：機(jī)床在實(shí)際使用中也有些故障既無(wú)報(bào)警，現(xiàn)象也不是很明顯，對(duì)這種情況，處理起來(lái)就不那樣簡(jiǎn)單了。另外有此設(shè)備出現(xiàn)故障后，不但無(wú)報(bào)警信息，而且缺乏有關(guān)維修所需的資料。對(duì)這類(lèi)故障的診斷處理，必須根據(jù)具體情況仔細(xì)檢查，從現(xiàn)象的微小之處進(jìn)行分析，找出它的真正原因。要查清這類(lèi)故障的原因，首先必須從各種表面現(xiàn)象中找山它的真實(shí)故障現(xiàn)象，再?gòu)拇_認(rèn)的故障現(xiàn)象中找出發(fā)生的原因。全面地分析一個(gè)故障現(xiàn)象是決定判斷是否正確的重要因素。在查找故障原因前，首先必須了解以下情況：故障是在正常工作中出現(xiàn)還是剛開(kāi)機(jī)就出現(xiàn)的；出現(xiàn)的次數(shù)是次還是已多次發(fā)生；確認(rèn)機(jī)床加工程序的正確性；是否有其他人改過(guò)機(jī)床參數(shù)設(shè)置。
3、數(shù)控機(jī)床的常見(jiàn)故障排除方法
由于數(shù)控機(jī)床故障比較復(fù)雜，同時(shí)數(shù)控系統(tǒng)自診斷能力還不能對(duì)系統(tǒng)的所有部件進(jìn)行測(cè)試，往往是一個(gè)報(bào)警號(hào)指示出眾多的故障原因，使人難以入手。下面介紹維修人員任生產(chǎn)實(shí)踐中常用的排除故障方法。
3.1直觀檢查法
直觀檢查法是維修人員根據(jù)對(duì)故障發(fā)生時(shí)的各種光、聲、味等異?，F(xiàn)象的觀察，確定故障范圍，可將故障范圍縮小到一個(gè)模塊或一塊電路板上，然后再進(jìn)行排除。一般包括：
a、詢(xún)問(wèn)：向故障現(xiàn)場(chǎng)人員仔細(xì)詢(xún)問(wèn)故障產(chǎn)生的過(guò)程、故障表象及故障后果等；
b、目視：總體查看機(jī)床各部分工作狀態(tài)是否處于正常狀態(tài)，各電控裝置有無(wú)報(bào)警指示，局部查看有無(wú)保險(xiǎn)燒斷，元器件燒焦、開(kāi)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(jī)斷電條件下可以通過(guò)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(hào)導(dǎo)線的聯(lián)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(dǎo)體器件有無(wú)松動(dòng)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(wú)冒煙、打火，有無(wú)異常聲音、氣味以及觸摸有無(wú)過(guò)熱電動(dòng)機(jī)和元件存在而通電，一旦發(fā)現(xiàn)立即斷電分析。如果存在破壞性故障，必須排除后方可通電。
3、數(shù)控機(jī)床的常見(jiàn)故障排除方法
由于數(shù)控機(jī)床故障比較復(fù)雜，同時(shí)數(shù)控系統(tǒng)自診斷能力還不能對(duì)系統(tǒng)的所有部件進(jìn)行測(cè)試，往往是一個(gè)報(bào)警號(hào)指示出眾多的故障原因，使人難以入手。下面介紹維修人員任生產(chǎn)實(shí)踐中常用的排除故障方法。
3.1直觀檢查法
直觀檢查法是維修人員根據(jù)對(duì)故障發(fā)生時(shí)的各種光、聲、味等異?，F(xiàn)象的觀察，確定故障范圍，可將故障范圍縮小到一個(gè)模塊或一塊電路板上，然后再進(jìn)行排除。一般包括：
a、詢(xún)問(wèn)：向故障現(xiàn)場(chǎng)人員仔細(xì)詢(xún)問(wèn)故障產(chǎn)生的過(guò)程、故障表象及故障后果等；
b、目視：總體查看機(jī)床各部分工作狀態(tài)是否處于正常狀態(tài)，各電控裝置有無(wú)報(bào)警指示，局部查看有無(wú)保險(xiǎn)燒斷，元器件燒焦、開(kāi)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(jī)斷電條件下可以通過(guò)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(hào)導(dǎo)線的聯(lián)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(dǎo)體器件有無(wú)松動(dòng)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(wú)冒煙、打火，有無(wú)異常聲音、氣味以及觸摸有無(wú)過(guò)熱電動(dòng)機(jī)和元件存在而通電，一旦發(fā)現(xiàn)立即斷電分析。如果存在破壞性故障，必須排除后方可通電。
功能程序測(cè)試法是將數(shù)控系統(tǒng)的g、m、s、t、f功能用編程法編成一個(gè)功能試驗(yàn)程序，并存儲(chǔ)在相應(yīng)的介質(zhì)上，如紙帶和磁帶等。在故障診斷時(shí)運(yùn)行這個(gè)程序，可快速判定故障發(fā)生的可能起因。
功能程序測(cè)試法常應(yīng)用于以下場(chǎng)合：
a、機(jī)床加工造成廢品而一時(shí)無(wú)法確定是編程操作不當(dāng)、還是數(shù)控系統(tǒng)故障引起；
b、數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)隨機(jī)性故障，一時(shí)難以區(qū)別是外來(lái)干擾，還是系統(tǒng)穩(wěn)定性個(gè)好；
c、閑置時(shí)間較長(zhǎng)的數(shù)控機(jī)床在投入使用前或?qū)?shù)控機(jī)床進(jìn)行定期檢修時(shí)。
例：一臺(tái)fanucoimf系統(tǒng)的立式銑床在自動(dòng)加工某一曲線零件時(shí)出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，表面粗糙度極差。在運(yùn)行測(cè)試程序時(shí)，直線、圓弧插補(bǔ)時(shí)皆無(wú)爬行，由此確定原因在編程方面。對(duì)加工程序仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)該曲線由很多小段圓弧組成，而編程時(shí)又使用了正確定位外檢查c61指令之故。將程序中的g61取消，改用g64后，爬行現(xiàn)象消除。
3.5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(diǎn)的部分，從而把故障范圍縮小到印刷線路板或芯片一級(jí)。并做相應(yīng)的初始化起動(dòng)，使機(jī)床迅速投入正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
對(duì)于現(xiàn)代數(shù)控的維修，越來(lái)越多的情況采用這種方法進(jìn)行診斷，然后用備件替換損壞模塊，使系統(tǒng)正常工作。盡可能縮短故障停機(jī)時(shí)間，使用這種方法在操作時(shí)注意一定要在停電狀態(tài)下進(jìn)行，還要仔細(xì)檢查線路板的版本、型號(hào)、各種標(biāo)記、跨接是否相同，若不一致則不能更換。拆線時(shí)應(yīng)做好標(biāo)志和記錄。
一般不要輕易更換cpu板、存儲(chǔ)器板及電地，否則有可能造成程序和機(jī)床參數(shù)的丟失，使故障擴(kuò)大。
例：一臺(tái)采用西門(mén)子sinumerik828d系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，一次發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)nc系統(tǒng)pc功能輸入的r參數(shù)，在加工中不起作用，不能更改加上程序中r參數(shù)的數(shù)值。通過(guò)對(duì)nc系統(tǒng)工作原理及故障現(xiàn)象的分析，認(rèn)為plc的主板有問(wèn)題，與另一臺(tái)機(jī)床的主板對(duì)換后，進(jìn)一步確定為plc主板的問(wèn)題。經(jīng)專(zhuān)業(yè)廠家維修，故障被排除。
3.6交叉換位法
當(dāng)發(fā)現(xiàn)故障板或者個(gè)能確定是否是故障板而又沒(méi)有備件的情況下，可以將系統(tǒng)中相同或相兼容的兩個(gè)板互換檢查，例如兩個(gè)坐標(biāo)的指令板或伺服板的交換，從中判斷故障板或故障部位。這種交叉換位法應(yīng)特別注意，不僅要硬件接線的正確交換，還要將一系列相應(yīng)的參數(shù)交換，否則不僅達(dá)不到目的，反而會(huì)產(chǎn)生新的故障造成思維混亂，一定要事先考慮周全，設(shè)計(jì)好軟、硬件交換方案，準(zhǔn)確無(wú)誤再行交換檢查。
例：一臺(tái)數(shù)控車(chē)床出現(xiàn)x向進(jìn)給正常，z向進(jìn)給出現(xiàn)振動(dòng)、噪音大、精度差，采用手動(dòng)和手搖脈沖進(jìn)給時(shí)也如此。觀察各驅(qū)動(dòng)板指示燈亮度及其變化基本正常，疑是z軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其引線開(kāi)路或z軸機(jī)械故障。遂將z軸電機(jī)引線換到x軸電機(jī)上，x軸電機(jī)運(yùn)行正常，說(shuō)明z軸電動(dòng)機(jī)引線正常；又將x軸電機(jī)引線換到z軸電機(jī)上，故障依舊；可以斷定是z軸電動(dòng)機(jī)故障或z軸機(jī)械故障。測(cè)量電動(dòng)機(jī)引線，發(fā)現(xiàn)一相開(kāi)路。修復(fù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，故障排除。
3.7參數(shù)檢查法
系統(tǒng)參數(shù)是確定系統(tǒng)功能的依據(jù)，參數(shù)設(shè)定錯(cuò)誤就可能造成系統(tǒng)的故障或某功能無(wú)效。發(fā)生故障時(shí)應(yīng)及時(shí)核對(duì)系統(tǒng)參數(shù)，參數(shù)一般存放在磁泡存儲(chǔ)器或存放在需由電池保持的cmosram中，一旦電池電量不足或由于外界的干擾等因素，使個(gè)別參數(shù)丟失或變化，發(fā)生混亂，使機(jī)床無(wú)法正常工作。此時(shí)，可通過(guò)核對(duì)、修正參數(shù)，將故障排除。
例：一臺(tái)數(shù)控銑床上采用了測(cè)量循環(huán)系統(tǒng)，這一功能要求有一個(gè)背景存貯器，調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)這一功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)。檢查發(fā)現(xiàn)確定背景存貯器存在的數(shù)據(jù)位沒(méi)有設(shè)定，經(jīng)設(shè)定后該功能正常。