高关胜 张锋

【摘要】 数控机床在正常运行过程中会出现不同类型的故障，而将故障诊断技术灵活应用到数控机床维修中，可以帮助技术维修人员对故障进行精准的判断，并诊断出故障的具体发生位置，这样不仅可以提高故障维修效率，还能保证数控机床长期处于稳定运行中。

【关键词】 故障诊断技术;数控机床;维修

【DOI编码】 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 机床数控系统结构和故障类型分析

1.1 结构分析

数控系统是当前常用的一种系统，其类型较多、形式不同，在结构方面各具优势，而这些结构优势主要是根据数控系统的设计思路和设计要求而形成的。系统生产厂家在对系统进行设计过程中，会根据设计要求设计出不同的系统，有的为了方便使用过程中的维修和更换会采用小板结构;而有的为了保证系统的可靠性，在设计时会采用大板结构，这样有助于提升系统的无故障率。总之，无论数控机床采用哪种系统，其结构和原理都是相似的，一般情况下都是由软件和硬件控制系统所构成。其中软件控制系统也叫作数控软件，主要由报警文本、接口控制参数及软件、显示控制、位置控制、加速控制、减速控制、输出控制、输入控制等部件组成;而硬件控制系统的核心部件是微处理器，主要组成部件包括输入输出接口、显示器、可编程控制器、大规模集成电路、控制面板等。

1.2 故障类型

数控机床的核心系统为伺服系统，在正常的运行过程中常常会出现故障，使机床的运行受到不同程度的影响。常见的故障类型一般有接触故障、老化故障、磨损故障和失效故障等，这些故障如果不能及时处理，不仅会影响到机床的工作效率，甚至可能会导致安全事故发生[1]。数控机床一旦出现故障就会产生严重的后果，遇到这种情况就需要技术人员根据机床的实际使用情况对硬件系统和软件系统进行检测，并对故障类型进行诊断。

2 数控机床常见故障诊断方式及故障诊断技术

2.1 诊断方式

1）系统自动诊断方式。数控机床是由硬件和软件系统组合而成的，而在软件系统中有对故障进行自动诊断的系统，通过这个系统可以对机床的运行状况进行动态监管，一旦出现故障就会自动发出报警提示，这样就可以提醒操作人员及时发现故障。因此，数控机床在启动时就要开启自动诊断运行程序，对机床中的各项软件和硬件系统进行综合检查和分析，并在显示器中显示检查结果。在数控机床各个系统处于正常运行状态下时，自动诊断程序不僅会对机床系统进行检测，同时也会对与数控机床相关的其他装置实施检测，并将检测到的运行信息和故障信息在显示器中显现出来，操作人员就能随时掌握数控机床的基本运行状况和故障产生原因。

2）人为控制诊断方式。相对自动诊断方式而言，人为控制诊断方式可以在任何时候对机床进行诊断，例如不关机进行诊断，关机重启诊断，在远程状态下进行诊断。在不关机状态进行的诊断一般是在数控机床正常运行过程中，利用机床系统内置的控制程序对输出装置、输入装置、伺服系统和数控装置等进行检测。关机重启诊断则是在数控机床不运行的状态下通过重新启动数控系统来恢复系统正常运行功能来确定机床系统是否存在故障问题[2]。进入新时代之后，网络技术已经在各行各业中得到普及和应用，因此，数控机床发生故障后，也可以借助网络技术与机床生产厂家进行联系，由厂家的技术人员通过远程操作对机床故障进行诊断。

2.2 诊断技术

1）直观诊断技术。在数控机床发生故障的时候采取的最常见的诊断技术就是直观诊断法。直观诊断法主要是根据机床表面出现的异常情况来对机床存在的故障进行诊断，例如通过直观诊断法可以对机床部件的磨损程度、松动情况等进行检查，并采取相应的维修和养护措施。如果发生故障时机床发出了烧焦的味道，这时维修人员就要对数控机床的线路、电阻、保护性开关等相关部件进行重点检查。与此同时，维修人员通过直接接触数控机床可以亲身体验并判断机床及相关配套设施的运行温度是否正常。

2）机床报警信息诊断技术。此种诊断技术虽然是数控机床自身具有的诊断方法，但是仍然要求维修人员和操作人员对常常出现故障问题的部件进行记录和总结，并能够迅速找到故障原因和位置，同时对故障进行排除，保证数控机床可以快速恢复正常运行。

3）调整参数诊断技术。数控机床一旦参数改变势必会对机床的性能产生影响，所以，对数控机床存在的故障进行检查时，需要通过数控机床参数的改变情况来准确判断机床发生故障的原因及位置。对于数控机床系统而言，系统参数能够发挥决定性的作用，可以直接影响系统的运行状况，因此，在数控机床发生故障时，维修人员就可以对参数进行调整来诊断和排除故障。

4）替换部件诊断技术。当数控机床处于运行状态时，一旦其中一个部件出现问题就会使数控机床出现故障，维修人员可以通过更换新部件的方式来判断是否因为此部件损坏而产生的故障。

5）敲击诊断技术。如果数控机床不定时的出现故障，有可能是因为线路接触不良而造成的。这个时候就可以对怀疑的部件进行敲击来判断故障。由于数控机床系统结构较为复杂，包括大规模的集成电路，而且每个电路板都存在焊接点，这些焊接点一旦发生接触不良情况，就需要通过敲击诊断技术来判断发生问题的具体部件。

3 故障针对技术在数控机床维修中的标准化应用

3.1 电源类故障分析

以某厂生产的DHP50型号的数控机床为例。此数控机床在一次启动过程中突然出现屏幕不亮的问题，但是经过初步查看，操作板上的电源开关处于开机状态，而且指示灯也没有出现异常情况，操作人员在对开关和重要位置进行检查之后也没有发现问题，但是关闭开关重新启动之后依然存在故障。由于导致数控机床屏幕不亮的原因有很多，需要进行逐一检查才能找到故障发生的原因。首先要对电源系统进行查看，确定供电是否正常，如果电源正常而主板电压存在异常情况就会出现屏幕时有时无的现象，因此判断主板中存在故障，此时需要更换主板，这样就能使机床正常运行，屏幕开始正常显示[3]。但是更换主板之后，一些参数就会改变，需要对参数进行重新设计和调整，等一切正常以后在做进一步的检测，判断其他位置是否也存在故障，确保数控机床可以处于正常运行状态。在对数控机床进行诊断和维修的过程中发现，不同的系统虽然结构相似但是电源的开关却存在差异，因此维修人员必须对整个系统有全面的了解才能提升诊断维修故障的工作效率。

3.2 系统显示类故障分析

以某数控机床在实际运行过程中出现的故障为例，故障现象为CTR来回闪烁却没有出现字符，导致机床无法正常运行。造成上述现象的原因很多，例如CTR的旋转钮出现了振动问题，就可能出现上述症状。如果是新购入的数控机床设备因为还未使用，所以在初始化调整中也有可能出现问题，另外，数控系统的存储板和主板有问题也会产生上述情况，要根据具体的情况进行有针对性的判断。首先要分析CTR的旋转钮是否存在异常反应，其次分析数控系统，并对系统进行控制和相应地调整使CRT转向正常，经过上述诊断可以发现产生CTR闪烁发光的原因是系统没有进行初始化。通过此案例分析可以得知，只有合理应用诊断技术判断故障的发生原因才能快速进行维修。除此之外，如果系统自身存在问题也会导致系统故障，因此，维修人员在对故障进行分析的过程中，要分清主次，先确定造成故障的主要原因，然后采取有效的措施进行维修。

3.3 振动与爬行故障

某厂的机床采用立式SABRE1000，配备的系统为Acrametic2100，在机床启动时出现了系统振动和爬行故障，提示的报警信息为伺服系统故障。在对故障机床进行诊断的过程中没有发现机械部件存在问题，因此确定发生故障的原因是X轴伺服系统发生的异常导致机床出现振动和爬行故障。在经过全面的综合检查与分析之后，尤其是对速度控制逻辑进行了重点分析，发现此型号的机床是在速度调节反馈基础上经过系统处理来实现工作的，在利用故障诊断技术分析故障原因时要通过反馈信息和梯形图给定的信号来找到造成故障的具体原因[4]。同时还应该对位置偏差计数器的信号输出速度进行检查，并通过示波器来对伺服驱动进行测量，在进行故障判断时如果模拟信号发出的振动信号具有周期性，则表明速度控制部分没有异常情况，出现故障的部分是位置控制环，这时就需要对控制环转换器进行重点检查。对控制环转换器检查之后，如果此部分也没有存在周期性的信号波动现象，就说明检测元件和伺服电机存在故障问题。机床出现了振动和爬行现象，而通过示波器检查的过程之后又发现速度控制部分没有出现周期性的振动信号，通过一系列的判断可以发现造成机床振动和爬行故障的原因与伺服电机的速度控制单元具有很大的关联。为了进一步确定故障发生的原因和位置，要对X轴伺服电机进行拆卸，然后采用常规检查方法进行诊断，在对编码器和炭刷的表面情况进行观察之后，发现在炭刷下存在很多的油腻灰尘和炭粉，使得电机存在固有的电流磁场，在电流通过的过程中发出了报警提示[5]。在排除这些故障的过程中要选用细毛刷对炭刷进行谨慎的清理，保证所有的灰尘和炭粉可以全部清理干净，之后还要用无水酒精再对炭刷表面进行擦拭，最后再对其进行烘干，完成这些清理工作之后将X轴伺服电机重新安装好进行调试，这时候不再出现振动和爬行现象，报警提示也就随之消除，机床故障维修完成，此时机床可以正常启动和运行。

故障診断技术在数控机床维修中应用时，首先要对系统的稳定性和位置控制部分的准确性进行重点检查和分析。机床发生振动和爬行故障的主要位置在伺服系统和机械传动部件之间，由于机械传动部件与系统低速爬行存在紧密联系，而机械高速振动与机床供油系统、导轨预紧力、传动链中的滚珠丝杠等有关，振动和爬行故障由于伺服系统的位置、速度等部件有关，无论伺服系统处于高速振动还是低速爬行都会发生电流报警，因此，针对发出的每一个报警信号都要经过综合的检查和分析之后才能判断故障发生原因和位置，并采取相应的维修措施来排除故障[6]。

4 结语

综上所述，由于数控机床采用先机的技术研制而成且具有复杂的结构，因此在使用的过程中如果不进行有效的日常维护或因为操作不当就会产生各种故障。所以要根据机床的实际情况，发挥诊断技术的最大优势，有效解决数控机床运行过程中存在的各项故障问题，提升数控机床的工作效率，保证生产的安全性。

【参考文献】

[1] 汪小宝，钱明珠.参数在数控机床故障诊断与维修中的应用[J].装备制造技术，2016（12）：208-209+212.

[2] 蒋铁球.基于PMC在数控机床故障诊断与维修中应用的研究[J].国防制造技术，2015（3）：62-64.

[3] 王勇.在数控机床故障诊断中应用智能诊断融合技术[J].煤炭技术，2013，32（7）：180-181.

[4] 陈建.故障诊断技术在数控机床维修保障中的应用探讨[J].装备维修技术，2020（2）：106.

[5] 武洋，潘思思.浅析数控机床的电气故障诊断和维修技术[J].科学技术创新，2018（24）：182-183.

[6] 曾博文，朱群峰.现代数控机床的故障诊断与维修技术研究[J].当代旅游（高尔夫旅行），2018（3）：211.

【作者简介】

高关胜，男，1989年出生，助教，学士，研究方向为机械制造及其自动化。