刘力岩

【摘要】数控（Numerical Control，NC）技术是用数字化信息进行控制的自动控制技术;采用数控技术控制的机床，称为数控机床。数控机床是现代制造业的基础装备，其质量如何及机床可靠性能的高低直接影响着一个国家先进制造业的发展水平。随着先进制造技术的发展，不仅要求机床具有优越的性能和高度的自动化功能，更要求具有性能与功能的维持性、可靠性、维修性和维修保障性，即要求机床具有可信性。随着机床使用时间的延长，数控机床会出现这样或那样的故障，本文就以数控机床电气系统故障为主进行分析。

【关键词】机床;数控机床;电气故障;分析诊断

一、数控机床及电气系统概述

1.数控机床

数控机床集机械、液压、气动、伺服驱动、精密测量、电气自动控制、现代控制、计算机控制和网络通信等技术于一体，是一种高效率、高精度、能保证加工质量、解决工艺难题和具有柔性加工特点的生产设备。数控机床具有加工精度高、生产率较高、减轻劳动强度，数控机床的操作由体力型转为智力型、改善劳动条件，可有效保持工作环境的清洁、有利于生产管理等优点。

2.数控机床电气系统的基本要求

（1）高可靠性;

（2）紧跟新技术的发展;

（3）稳定性;

（4）安全性;

（5）方便的可维护性;

（6）良好的控制特性;

（7）运行状态明显的信息显示;

（8）操作的宜人性。

二、数控机床电气控制系统的组成

数控机床电气控制系统由数控装置、进给伺服系统、主轴伺服系统、数控机床强电控制系统等组成，如图1所示：

图1

由图1中所示，电源及保护电路由数控机床强电线路中的电源控制电路构成，强电线路由电源变压器、控制变压器、各种断路器、保护开关、接触器及熔断器等连接而成，以便为辅助交流电动机（如冷却泵电动机、润滑泵电动机等）、电磁铁、离合器及电磁阀等功率执行元件供电。强电线路发生故障将会影响数控系统直至整机。

三、数控机床电气故障特点及诊断

数控机床故障的发生频率高低，故障原因等可以评定数控机床质量的好坏，通过多年来对全国汽车、航天、兵工、动力和通用机械等行业数十家机床用户进行调查发现：装有国外数控系统的数控机床。电气控制系统故障数占整台机床故障总数的21.8%，配备国外数控系统的加工中心，其数控电气控制系统（含伺服单元）故障数占故障总数的18.2%，国产数控机床最频繁的故障模式也集中在电气控制系统。由此可见，无论是国外数控机床还是国产数控机床，电气控制系统故障都是数控机床的重要故障源之一，都会对机床整机造成停机损。

1.数控机床电气故障的类型

（1）按故障引起的结果可分为致命性故障和非致命性故障;（2）按故障的统计特性又可分为独立故障和从属故障;（3）按照数控机床故障频率的高低又可分为早期故障、偶然故障和耗损故障;（4）按引起故障的机床部件分为软故障和硬故障。

2.数控机床电气控制系统故障的特点

数控机床的结构复杂性使其故障具有复杂性和特殊性，引起数控机床故障的因素有很多，不能只看故障的现象，要结合电气故障特点透过现象去检查引起故障的综合因素，找到引起故障的根源，采取合理的方法给予排除。电气控制系统故障的特点有：

（1）电器元件有使用寿命限制，非正常使用下会大大降低寿命。

（2）电气系统容易受外界影响造成故障，如环境温度过高，电柜温升过高致使有些电器损坏。甚至鼠害也会造成许多电气故障。

（3）操作人员非正常操作，能造成人为故障。

（4）电线、电缆磨损造成断线或者短路，蛇皮线管进冷却水、油液而长期浸泡，橡胶电线膨胀、黏化，式绝缘性能下降造成短路。

（5）冷却泵、排屑器、电动刀架等的异步电动机进水，轴承损坏而造成电动机故障。

3.数控机床电气故障诊断

（1）经验机械诊断法。a直观法（望闻问切）：问-机床的故障现象、加工状况等;看-CRT报警信息、报警指示灯、电容器等元件变形烟熏烧焦、保护器脱扣等;听-异常声响;闻-电气元件焦糊味及其它异味摸-发热、振动、接触不良等。b参数检查法：根据故障特征检查和校对有关参数;c隔离法：难以区分故障是哪部分造成时，常采用隔离法;d功能程序测试法：将G、M、S、T、功能的全部指令编写一些小程序，在诊断故障时运行这些程序，即可判断功能的缺失。

（2）程序系统诊断法。a开机自诊断：数控系统在通电开机后，都要运行开机自诊断程序，对系统中关键的硬件和控制软件进行检测，并将检测结果在CRT上显示出来;b运行自诊断：数控系统正常工作时，运行内部诊断程序，现代数控系统多将PLC集成于其中，而CNC与PLC之间则以一系列接口信号形式相互通讯联接。对系统本身、PLC、位置伺服单元以及与數控装置相连的其他外部装置进行自动测试、检查，并显示有关状态信息和故障信息;c在线诊断：是指通过数控系统的控制程序，在系统处于正常运行状态下，实时自动地对输入输出和其他外部装置进行自检，并显示状态信息、故障信息;d脱机诊断：当数控系统出现故障时，需要停机进行脱机诊断;e远程诊断：是近几年发展起来的一种新型的诊断技术。数控机床利用数控系统的网络功能通过互联网连接到机床制造厂家，数控机床出现故障后，通过机床厂家的专业人员远程诊断，快速确诊故障。

（3）参数调整法。数控参数能直接影响数控机床的性能。数控系统、PLC及伺服驱动系统都设置许多可修改的参数以适应不同机床、不同工作状态的要求。这些参数不仅能使各电气系统与具体机床相匹配，而且更是使机床各项功能达到最佳化所必需的。因此，任何参数的变化甚至丢失都是不允许的，而随机床的长期运行所引起的机械或电气性能的变化会打破最初的匹配状态和最佳化状态。此类故障多需要重新调整相关的一个或多个参数方可排除。这种方法对维修人员的要求是很高的，不仅要对具体系统主要参数十分了解，既知晓其地址熟悉其作用，而且要有较丰富的电气调试经验。

（4）交换法。一种简单易行的方法。当发现故障或者不能确定是否故障板而又没有备件的情况下，可以将系统中相同或相兼容的两个板互换检查。

4.故障诊断应遵循的原则

第一，先外部后内部。数控机床的检修要求维修人员掌握先外部后内部的原则，由外向内逐一进行检查排除。

第二，先机械后电气。首先检查机械是否正常，在故障检修之前，首先注意排除机械的故障;

第三，先静后动。维修人员首先询问机床操作人员故障发生的过程及状态，查阅机床说明书、图纸资料进行分析后，才可动手查找和处理故障。

5.故障处理

（1）故障处理对策

除非出现影响设备或人身安全的紧急情况，不要立即切断机床的电源，应保持故障现场。从机床外观、CRT显示的内容、主板或驱动装置报警灯等方面进行检查。可按系统复位键，观察系统的变化，报警是否消失。如消失，说明是随机性故障或是由操作错误引起的。如不能消失，把可能引起该故障的原因罗列出来，进行综合分析、判断，必要时进行一些检测或试验，达到确诊故障的目的。如表1所示。

（2）数控线切割机床的故障诊断处理

工具车间的一台SHT-320快速走丝线切割机床，平时很少发生故障，性能很好。但有一次使用中连续发生断丝，经询问操作工及初步检查，排除机械及其它方面原因，着手检查电气系统。1）目测无明显故障点及故障元件，检查未发现接触不良情况，电源正常。测量空载输出波形，看似正常，试机切割，火花正常，但几分钟后钼丝断了。2）再测量输出波形，发现脉冲下降沿底部有下冲现象。分析功放板的问题，空载时，将功放板逐一拔下，插上观察波形。在将第四块板拔下插入时，发现输出波形中有幅度不一的直流波形，再拔下，波形恢复正常，再测量振荡输出波形，脉冲下降沿下冲消失。3）检查该板，发现三极管的bc结击穿，更换后试机，一直五个小时未断丝。

经分析，该三极管不是插拔是损坏，是在故障出现时，其PN结就已损坏，这时电阻值大，直流电源电压通过PN结与电阻分压后加至其它同类作用的三极管的基极，使得输出脉冲中含有一直流分量，或是脉冲电源运行段时间后三极管发热，特性变坏，发生断丝。但由于示波器或测量原因，波形中观察不到，有直流成分后即断丝。

参考文献

[1]王贵成.数控机床故障诊断技术[M].北京：化学工业出版社，2005（第1版）.

[2]龚忠华.数控机床故障诊断与维修500例[M].北京：機械工业出版社，2004.