摘  要  隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，其維修理論、技術(shù)和手段也相應(yīng)得到變化、以通例通用的方法闡述數(shù)控機(jī)床的故障診斷及維修方法，以供讀者參改。

        數(shù)控維修和故障診斷技術(shù)不僅是保障系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提，對(duì)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和完善也起到了推動(dòng)作用，目前它已經(jīng)形成了一門(mén)專門(mén)的學(xué)科。
        一、數(shù)控系統(tǒng)診斷的基本條件
        數(shù)控系統(tǒng)種類(lèi)繁多、新舊夾雜，在維修上必須具備一定條件并作充分準(zhǔn)備。
        1.隨時(shí)可以得到微電子元器件的供應(yīng)。
        2.必要的維修工具、儀器、儀表、接線、微機(jī)及編程系統(tǒng)或編程器。
        3.完整資料、手冊(cè)、線路圖、維修說(shuō)明書(shū)(包括CNC操作說(shuō)明書(shū))、接口，調(diào)整與診斷、驅(qū)動(dòng)說(shuō)明書(shū)、PLC說(shuō)明書(shū)(包括PLC用戶程序單)、元器件表格等。
        二、現(xiàn)場(chǎng)診斷與維修
        現(xiàn)場(chǎng)診斷與維修是對(duì)數(shù)控機(jī)床所出現(xiàn)的故障(主要是數(shù)控部分)進(jìn)行診斷，找出故障部位，以相應(yīng)的手段排除，從而恢復(fù)數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機(jī)床正常運(yùn)行的過(guò)程。其中的關(guān)鍵是診斷，即對(duì)系統(tǒng)或外圍線路進(jìn)行檢測(cè)，確定有無(wú)故障，并對(duì)故障定位。從整機(jī)定位到插線板，在某些場(chǎng)合下甚至定位到元器件。
        1.數(shù)控系統(tǒng)一般的故障診斷
        (1)初步判別
        通常在資料較齊全的條件下，可通過(guò)資料分析判斷故障所在，或采取接口信號(hào)法根據(jù)故障現(xiàn)象判別可能發(fā)生故障的部位，而后再按照故障特征，與這一部位的具體特點(diǎn)逐個(gè)部位檢查。
        在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)一個(gè)故障可能用一種方法即可查到并排除，有時(shí)可能需要多種方法并用。對(duì)各種判別故障點(diǎn)的方法的掌握度主要取決于對(duì)故障設(shè)備的原理與結(jié)構(gòu)掌握的深度。
        (2)報(bào)警處理
        ①系統(tǒng)報(bào)警的處理
        數(shù)控系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，一般在顯示屏或操作面板上給出故障號(hào)和相應(yīng)的信息。通常系統(tǒng)的操作手冊(cè)或調(diào)整手冊(cè)中都有詳細(xì)的報(bào)警號(hào)、報(bào)警內(nèi)容和處理方法。由于系統(tǒng)的報(bào)警設(shè)置單一、齊全、嚴(yán)密、明確，維修人員可根據(jù)每一警報(bào)后面給出的信息與處理辦法自行處理。
        ②機(jī)床報(bào)警和操作信息的處理
        機(jī)床制造廠根據(jù)機(jī)床的電氣特點(diǎn)，應(yīng)用PLC程序，將一些能反映機(jī)床接口電氣控制方面的故障或操作信息以特定的標(biāo)志，通過(guò)顯示器給出，并可通過(guò)一個(gè)特定的鍵，看到更詳盡的報(bào)警說(shuō)明。這類(lèi)報(bào)警可以根據(jù)機(jī)床廠提供的排除故障手冊(cè)進(jìn)行處理。也可以利用操作面板或編程器，根據(jù)電路圖和PLC程序，查出相應(yīng)的信號(hào)狀態(tài)，按邏輯關(guān)系找出故障點(diǎn)，并進(jìn)行處理。
        (3)無(wú)報(bào)警或無(wú)法報(bào)警的故障處理
        當(dāng)系統(tǒng)的PLC無(wú)法運(yùn)行，但系統(tǒng)已停機(jī)，或系統(tǒng)沒(méi)有報(bào)警但工作不正常，這時(shí)，需要根據(jù)故障發(fā)生前后的系統(tǒng)狀態(tài)信息，運(yùn)用已掌握的理論基礎(chǔ)，進(jìn)行分析，做出正確的判斷。
        2.故障診斷方法。
        (1)常規(guī)檢查法
        ①目測(cè)  目測(cè)故障板，仔細(xì)檢查有無(wú)保險(xiǎn)絲燒斷，元器件燒焦、開(kāi)裂現(xiàn)象，有無(wú)異物短路現(xiàn)象。以此可判斷板內(nèi)有無(wú)過(guò)流、過(guò)壓、短路等問(wèn)題。
        ②手摸  用手摸并輕搖元器件有無(wú)松動(dòng)，可檢查出一些斷腳、虛焊等問(wèn)題。
        ③通電  首先用萬(wàn)用表檢查各種電源之間有無(wú)斷路現(xiàn)象，如無(wú)即可接入相應(yīng)的電源，目測(cè)有無(wú)冒煙、打火等現(xiàn)象，手摸元器件有無(wú)異常發(fā)熱的現(xiàn)象，以此可發(fā)現(xiàn)一些較為明顯的故障，縮小檢修范圍。另外，根據(jù)用戶提供的故障現(xiàn)象，結(jié)合自己的現(xiàn)場(chǎng)觀察，運(yùn)用系統(tǒng)工作原理亦可迅速做出正確判斷。
        ④儀器測(cè)量法
        當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障后，采用常規(guī)電工檢測(cè)儀器、工具，按系統(tǒng)電路圖及機(jī)床電路圖，對(duì)故障部分的電壓、電源、脈沖信號(hào)等進(jìn)行實(shí)測(cè)，判斷故障所在。如電源的輸入電壓超限，引起電源監(jiān)控，可用電壓表測(cè)網(wǎng)絡(luò)電壓，或用電壓測(cè)試儀實(shí)時(shí)監(jiān)控，以排除其它原因。如發(fā)生位置控制環(huán)故障可用示波器檢查測(cè)量回路的信號(hào)狀態(tài)，或用示波器觀察其信號(hào)輸出是否缺相，有無(wú)干擾。
        (2)用可編程序進(jìn)行PLC中斷狀態(tài)分析
        ①可編程控制器發(fā)生故障時(shí)，其中斷原因以中斷棧和塊堆棧，按其所指示的原因，查明故障之所在。在可編程控制器的維修中這是最常用，有效和快速的辦法。
        ②接口信號(hào)檢查
        通過(guò)用可編程控制器檢查機(jī)床控制系統(tǒng)的接口信號(hào)，并與接口手冊(cè)刊登的正確信號(hào)相對(duì)比，亦可查出相應(yīng)的故障點(diǎn)。
        (3)診斷備件替換法
        現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)大都采用模塊化設(shè)計(jì)，按功能不同劃分不同模塊。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，電路的集成規(guī)模越來(lái)越大，技術(shù)也越來(lái)越復(fù)雜。按照常規(guī)的方法，很難把故障定位到一個(gè)很小的區(qū)域，而一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，為了縮短停機(jī)時(shí)間，可以根據(jù)模塊的功能與故障現(xiàn)象，初步判斷出可能的故障模塊，用診斷備件將其替換，這樣可迅速判斷出有故障的模塊。在沒(méi)有備件的情況下可以采用現(xiàn)場(chǎng)相同或相容的模塊進(jìn)行替換檢查。對(duì)于現(xiàn)代數(shù)控的維修，越來(lái)越多的情況下采用這種方法進(jìn)行診斷，然后用備件替換損壞模塊，使系統(tǒng)正常工作，可縮短故障停機(jī)的時(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，對(duì)于有關(guān)的機(jī)床數(shù)據(jù)和電位計(jì)的位置應(yīng)做好記錄。拆線時(shí)應(yīng)做好標(biāo)志。
        (4)利用系統(tǒng)的自診斷功能判斷
        現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)尤其是全功能數(shù)控一般都具有自診斷能力，通過(guò)實(shí)施監(jiān)控系統(tǒng)各部分的工作，及時(shí)判斷故障，給出報(bào)警信息，并做出相應(yīng)的動(dòng)作，避免事故發(fā)生。然而有時(shí)當(dāng)硬件發(fā)生故障時(shí)，就無(wú)法報(bào)警，在有的數(shù)控系統(tǒng)可通過(guò)發(fā)光管不同發(fā)閃爍頻率或不同的組合做出相應(yīng)的指示，這些指示配合使用就可幫助我們?cè)\斷出故障模塊的位置。
        在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，上述診斷方法之間無(wú)嚴(yán)格的界限，可能用一種方法就可排除故障，亦可能需要多種方法同時(shí)進(jìn)行。其效果主要取決于對(duì)系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)的理解與掌握的深度，以及維修經(jīng)驗(yàn)的多少。
        3.數(shù)控系統(tǒng)的常見(jiàn)故障分析
        根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的構(gòu)成、工作原理和特點(diǎn)，結(jié)合在維修中的經(jīng)驗(yàn)，將常見(jiàn)的故障部位及故障現(xiàn)象分析如下：
        (1)位置環(huán)
        這是數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出控制指令，并與位置檢測(cè)系統(tǒng)的反饋值相比較，進(jìn)一步完成控制任務(wù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它具有很高的工作頻度，并與外設(shè)相連接，所以容易發(fā)生故障。常見(jiàn)的故障有：
        ①位控環(huán)報(bào)警，可能是測(cè)量回路開(kāi)路，測(cè)量系統(tǒng)損壞，位控單元內(nèi)部損壞。
        ②不發(fā)指令就動(dòng)作，可能是漂移過(guò)高，正反饋，位控單元故障，測(cè)量元件損壞。
        ③測(cè)量元件故障，一般表現(xiàn)為無(wú)反饋值，機(jī)床回不了基準(zhǔn)點(diǎn)，高速時(shí)漏脈沖產(chǎn)生報(bào)警可能的原因是光柵測(cè)量元件內(nèi)燈泡壞了，光柵或讀頭臟了，光柵壞了。
        (2)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
        伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與電源電網(wǎng)、機(jī)械系統(tǒng)等相關(guān)聯(lián)，而且在工作中一直處于頻繁的啟動(dòng)和運(yùn)行狀態(tài)，因而故障較多。
        ①系統(tǒng)損壞。一般由于網(wǎng)絡(luò)電壓波動(dòng)太大，或電壓沖擊造成。
        ②無(wú)控制指令，而電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)。這種故障的原因是速度環(huán)開(kāi)環(huán)變?yōu)檎答仭?br />        ③加工工件表面達(dá)不到要求，走圓弧插補(bǔ)軸換向時(shí)出現(xiàn)凸臺(tái)，或電機(jī)低速爬行或振動(dòng)，這類(lèi)故障一般是由于伺服系統(tǒng)調(diào)整不當(dāng)，各軸增益系統(tǒng)不相等或電機(jī)匹配不合適引起，解決辦法是進(jìn)行最佳化調(diào)節(jié)。
        ④保險(xiǎn)燒斷，或電機(jī)過(guò)熱，以致燒壞，這類(lèi)故障可能的原因一般是機(jī)械負(fù)載過(guò)大或卡死。
        (3)電源部分
        電源失效或故障會(huì)造成系統(tǒng)的停機(jī)或損壞整個(gè)系統(tǒng)。我國(guó)由于電力緊張，電源波動(dòng)較大，而且質(zhì)量差，如高頻脈沖的干擾，還有一些人為的因素，如突然拉閘斷電等。
        另外，數(shù)控系統(tǒng)部分運(yùn)行數(shù)據(jù)、設(shè)定數(shù)據(jù)以及加工程序等一般存儲(chǔ)在RAM存儲(chǔ)器內(nèi)，系統(tǒng)斷電后，靠后備蓄電池或鋰電池來(lái)保持。因而，停機(jī)時(shí)間比較長(zhǎng)，拔插電源或存儲(chǔ)器都可能造成數(shù)據(jù)丟失，使系統(tǒng)不能運(yùn)行。
        (4)可編程序控制器邏輯接口
        數(shù)控系統(tǒng)的邏輯控制如刀庫(kù)管理、液壓?jiǎn)?dòng)等，主要由PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)，要完成這些控制就必須采集各控制點(diǎn)的狀態(tài)信息，如斷路器、伺服閥指示等。因而，它與外界種類(lèi)繁多的各種信號(hào)源和執(zhí)行元件相連接，變化頻繁，所以發(fā)生故障的可能性就比較多，而且故障類(lèi)型亦千變?nèi)f化。
        (5)其他
        由于環(huán)境條件，如干擾、溫度、濕度超過(guò)允許范圍，操作不當(dāng)，參數(shù)設(shè)定不當(dāng)，亦可造成停機(jī)或故障。不按操作規(guī)程拔插線路板，或無(wú)靜電防護(hù)措施等，都可能造成停機(jī)故障甚至損壞系統(tǒng)。
        4.故障排除方法
        (1)初始化復(fù)位法
        一般情況下，由于瞬時(shí)故障引起的系統(tǒng)報(bào)警，可用硬件復(fù)位或開(kāi)關(guān)系統(tǒng)電源依次來(lái)清除故障。若系統(tǒng)工作存儲(chǔ)區(qū)由于掉電、拔插線路板或電池欠壓造成混亂，則必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化。清除前應(yīng)注意作好數(shù)據(jù)拷貝。若初始化后故障仍無(wú)法排除，則進(jìn)行硬件診斷。
        (2)參數(shù)更改，程序更正法
        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)誤可能造成系統(tǒng)的故障或某功能無(wú)效，此類(lèi)問(wèn)題可根據(jù)手冊(cè)輸入正確的參數(shù)即可。有時(shí)由于用戶程序錯(cuò)誤亦可造成故障停機(jī)，對(duì)此可以采用系統(tǒng)的塊搜索功能進(jìn)行檢查，改正所有錯(cuò)誤，以確保其正常運(yùn)行。
        (3)調(diào)節(jié)、最佳化調(diào)整法
        調(diào)節(jié)是一種最簡(jiǎn)單易行的辦法。通過(guò)對(duì)電位計(jì)的調(diào)節(jié)，修正系統(tǒng)故障。
        最佳化調(diào)整是系統(tǒng)地對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與被拖動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最佳匹配的綜合調(diào)節(jié)方法，其方法是用一臺(tái)多線記錄儀或具有存儲(chǔ)功能的雙蹤示波器，分別觀察指令和速度反饋或電流反饋的響應(yīng)關(guān)系，通過(guò)調(diào)節(jié)速度調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)和積分時(shí)間，來(lái)使伺服系統(tǒng)達(dá)到既有較高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，而又不振蕩的最佳工作狀態(tài)。在現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有示波器或記錄儀時(shí)，可采用一種經(jīng)驗(yàn)的辦法，即調(diào)節(jié)使電機(jī)起振，然后以反向慢慢調(diào)節(jié)，直到消除振蕩即可。
        (4)備件替換法
        用好的備件替換診斷出來(lái)的壞線路板，并做相應(yīng)的初始化啟動(dòng)，使機(jī)床迅速投入正常運(yùn)轉(zhuǎn)，然后將壞板進(jìn)行再檢測(cè)和修理。
        (5)改善電源質(zhì)量法
        目前一般采用穩(wěn)壓電源，來(lái)改善電源波動(dòng)，對(duì)于高頻干擾可以采用電容濾波法，通過(guò)這些預(yù)防性措施來(lái)減少電源板的故障。
        (6)維修信息跟蹤法
        一些大的制造公司根據(jù)實(shí)際工作中，由于設(shè)計(jì)缺陷而造成的偶然故障，不斷修改和完善系統(tǒng)軟件或硬件。這些修改以維修信息的形式不斷提供給維修人員。這些信息可以做為故障排除的依據(jù)，可徹底排除故障。
        三、維修調(diào)試后的技術(shù)處理
        在現(xiàn)場(chǎng)維修結(jié)束后，應(yīng)認(rèn)真填寫(xiě)維修記錄，列出有關(guān)必備的備件清單，建立用戶檔案；對(duì)于故障時(shí)間、現(xiàn)象、分析診斷方法、排除故障方法，如果還有遺留問(wèn)題應(yīng)詳盡記錄，這樣不僅使每次故障都有據(jù)可查，而且也可以積累維修經(jīng)驗(yàn)。