丁强

摘 要：目前，数控机床系统的发展已不仅仅局限于性能的优良，更趋向于智能化。随着智能技术的引入，数控机床已具有规划加工运动的能力。通过推理、决策能力、智能监控和智能故障诊断，将智能化的人因技术应用于数控系统，形成智能化的诊断系统。数控机床作为一个复杂的被控对象，结合了多种先进技术，难以建立精确的数学模型。传统的控制理论虽然可以解决一些控制问题，但在加工过程控制和故障诊断与维修智能化方面存在很大的困难。为了解决这一问题，引入智能故障诊断技术，及时、有效地预测机床的故障趋势是非常重要的。

关键词：数控机床;故障诊断;智能化

1数控机床常见故障分析

1.1数控机床回参考点故障

数控机床位置检测装置如果采用绝对编码器时，由于系统断电后位置检测装置靠电池来维持坐标值实际位置的记忆，所以机床开机时，不需要进行返回参考点操作。目前，大多数数控机床采用增量编码器作为位置检测装置，系统断电后，工件坐标系的坐标值就失去记忆，机械坐标值尽管靠电池维持坐标值的记忆，但只是记忆机床断电前的坐标值而不是机床的实际位置，所以机床首次开机后要进行返回参考点操作。

数控机床回参考点常见故障现象和原因：

（1）机床回零过程没有减速动作或一直以减速回零，一般是因为减速开关及接线故障。

（2）机床回零动作正常，但系统得不到一转信号，原因可能是电机编码器及接线或系统轴板故障。

（3）多次返回参考点重复位置精度很差。原因可能是：伺服电机与丝杆的联轴器松动;电机扭矩过低或由于伺服调节不良，引起跟踪误差过大;编码器供电电压太低;零脉冲不良;传动链间隙增大。

（4）数控机床回参考点发生螺距偏移。原因可能是：减速开关和减速挡块安装位置不当，使得减速信号与零脉冲信号过近，会发生单个螺距偏移。调整减速开关或减速挡块的位置，使机床轴开始减速的位置大概处在一个栅距或一个螺距的中间位置。

1.2短路故障

在数控机床中，短路故障也是一种普遍的电气设备故障，而造成短路的主要原因便是电缆线的连接不可靠或电气元器件烧毁。造成断路故障的具体原因有：接触器触头因长时间烧灼，使接触表面发生较严重氧化问题，因而发生断路故障。另外，还存在一些电气元件之间的接触不良和导线卡紧螺丝不够牢固等问题。可选用专业设备，如数字万用表、电阻、压力器等，对数控机床进行常见故障检验，以分辨是否是短路故障。具体步骤是：运用电阻器检验电控系统，分辨电源电路是否断掉，与此同时参考电路设计图，选用按段测量法，依据测出的电阻值尺寸，精确地确定短路位置。若用变压器检验电控系统时，需接入电路，参考电路设计图分段测量工作电压，依据测出的数据，确定短路位置。另外，在短接故障段中，可以用短接方式来判断机床的电阻值是否有异常，从而判断机床是否出现断路，根据故障现象确定这一段路是否为故障点，假如故障仍在继续，则需要进一步检验，直到最后明确故障所在。

2数控系统的诊断技术与故障处理

2.1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，自动诊断程序不仅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。

2.2换件诊断法

现代数控系统大多采用模块化设计，根据其各部分功能的不同可分为不同的模块。随着现代数控技术的不断更新，电路的继承规模逐渐扩大，所应用技术的复杂性也在不断提升，按照常规的诊断方法，几乎不可能把故障在某个较小的范围内进行有效定位。而在具体应用中，采用换件诊断法能快速减少停机时间，确定故障版，消除系统故障。

由于在数控系统中所应用的电路板、木块、集成電路和其他零部件等的型号都一样，所以，可通过互相交换的方式来查看故障问题是否存在转移，以此来准确、快速的判断故障发生部位。举例来说，如在数控系统故障诊断中出现某个轴不能正常运行，出现爬行、抖动、不规则运动或只有某个方向动的情况时，通过此方法也能快速排查出故障点位。

在换件过程中，应注意以下事项：第一，更换电路板或组件之前应先断电。第二，在更换电路板时，如PLV的I/O板上标有地址开关，在交换排查中做好对应设置值的改变。第三，如遇到部分电路板上有跳线或桥线调整电阻、电容时，所有的调换应和原板保持一致。第四，换件中的模板的输入和输出应保持一致，否则极易造成故障范围的进一步扩大。第五，当确定替换部位为某一部分时，在替换前要先做好检查，主要涉及与被换件关联的线路和关联电器，需确保其无故障后才能换新，以免造成新替换元件受损。

2.3先进诊断技术

一是系统自身修复诊断。伴随着智能技术的持续发展，一些数控机床能够完成程序自修补，最先在数控机床机器设备运作故障时，选用自确诊技术，找到产生故障的主要范畴，在系统内部设定预留控制模块，整个过程不参加设备的常规运作，仅仅机器设备运行期内，实行系统程序流程自身修补。在控制模块内部发生故障问题时，系统软件能独立地将关键故障信息的造成，表明在电脑屏幕上，在预留控制模块中完成查询，时刻拆换故障控制模块，维护保养工作人员可依据提示信息，在不延误生产制造进度的情形下，对常见故障控制模块完成拆换，期待完成系统自修诊断，因为数控机床中必须设定较多的备用控制模块，促使机器设备容积持续增大，成本费持续提升。

二是通讯检测系统。创建通讯检测系统时，必须与监测中心保持联络，维护站将根据电话路线完成通讯，运用智能控制系统将特定的诊断程序发给设备运作人员，通讯诊断是一种远程诊断，它是一种通讯诊断系统，它的创建要以计算机为基础，普遍用以故障检测，以及按时对机器设备完成保护性诊断。在整个故障检测过程中，不用外派设备维修工到运行现场，只需在要求的时间内完成数控机床运作检测，自动将所获取的诊断数据信息定时传送给核心维修站，供统一分析。

结论

整体上看，数控机床在制造业领域的广泛运用，促进了生产制造水平的持续提升，给公司带来了较好的经济收益。但数控机床构造繁琐，在长期运作过程中，难以避免会发生各种不同级别的故障，这对维护人员提出了很高的要求。文中就数控机床的常见故障作了相应的讨论，在这个基础上，将人工智能技术应用到数控机床的故障检测工作中，能够在相应水平上提升数控机床故障检测工作效率。

参考文献：

[1]陈瀚.数控机床电气故障诊断及维修研究[J].设备管理与维修，2020（2）：75-77.

[2]陈淳辉，欧阳一明，张伟.数控机床故障诊断智能化研究[J].机械制造与自动化，2020（4）：67-68.