数控机床故障诊断方法与技术研究

张世亮

（武威职业学院教务处，甘肃 武威 733000）

自建国以来，我国就一直非常重视工业的发展。随着信息技术与电子技术的平稳提升，当前国内工业生产逐渐形成自动化、精密化大型化的产业发展趋势。达到了机电一体化水平的数控机床，常见于各类机械设备与制造业的生产工厂，当数控机床出现了故障问题，将会严重影响企业的生产效率。对此制造业往往会准备大量的应急手段，及时处理机械故障，以求及时恢复生产。机械故障检查，主要包括设备零部件检查和系统异常检查找出设备故障点。数控机床故障大部分来自于内部问题引发的故障。了解如何进行设备内部诊断，对及时排查机床设备故障而言具有重大意义。

1 数控机床的故障诊断研究目的

制造业的生产能力与生产水平，将直接决定人们的物质生活水平。制造业所需重要设备便是数控机床。数控机床是自动化机床设备的一种，相较于普通机床而言，自动化的程序控制能够有效减少操作繁琐度，甚至一些数控机床在设置好了生产系统以后，能够实现全自动生产（如日本Brother S700全自动机床）。自动机床集高精尖技术于一体，同时也包括了机电光液等工艺。由于具备加工精度高、生产质量可靠、生产效率高、适应能力强、灵活度好等优势，因而广受生产业青睐，且应用的范围也呈现出越来越广的局面。但由于数控机床属机电一体化设备，如果其中任何一个部件出现异常，都有可能会导致整个系统面临瘫痪，进而造成机床停产，影响企业效益。对此为确保机床可以正常生产，我们就必须加强机床设备的故障诊断技术和方法研究力度，通过日常的仔细排查，消除机床设备的生产安全隐患，提高机床生产效率，发挥自动化生产价值。

2 数控机床的常见故障

2.1 主机故障

机床主机故障包括防护、气动、机械、润滑、冷却、排屑、液压等。其发生原因主要为在操作机床设备时的操作不当，进而造成机床内部的传动系统发生故障；因导轨与主轴等部件的摩擦系数较大，各个运动部件在互相干涉的过程中造成设备系统的瘫痪；因设备内部的零部件损坏，或接触不良导致的设备故障。一般来说大部分情况下主机的故障都是因为气动、液压系统密封不良或管道杜塞所导致的。主要表现为传动噪声大、加工精度差、运动阻力大、设备动作失灵、设备部件损坏等。为消除主机故障造成机床整体性能下降，应定期展开机床维护与保养工作，尽可能减少机床故障隐患。

2.2 电气系统故障

此类的故障可以分为强电故障与弱电故障。

强电故障指的是电气控制系统主回路，以及大功率高压回路的控制电路包括电器元器件、行程开关、继电器、接触器、开关、熔断器、电源变压器、电动机、电磁铁出现了故障。通常来说强电类故障的诊断较为方便与简单，不过这类故障发生几率却要远远高于弱电类故障，因此检测人员切不可掉以轻心。

弱电类故障分为软件故障与硬件故障。软件故障指的是组件无任何问题，但是在实际操作中却频繁出现动作出错以及数据丢失，这类故障的产生原因是因为系统程序的参数遭到改变，以及计算机系统的运算出现错误造成的。硬件故障则是指集成电路、电子元器件与外部连接出现异常。

3 机床故障性质分类

3.1 确定性故障

该类故障指的是主机硬件损坏达到一定程度，那么机床就必然会出现故障问题。这一类的问题在数控机床中发生的极为频繁，且并不能完全解决。如若检测人员发现了系统故障，就必须采取特殊的手段及时处理问题，否则系统故障将无法解除。因确定性故障存在产生规律，因此确定性故障的修复方法并不复杂。只要检修人员能够理清故障问题，那么机床便可以在短时间恢复生产。为避免出现确定性故障问题，需要在平时做好系统维护。

3.2 随机性故障

随机性故障也被成为软故障。指的是数控机床生产运作中出现的偶然性故障。通常此类故障的发生成因比较隐蔽，检修人员无法按照故障发生规律找出故障问题，随机性故障的原因判断是较为困难的。结合检修经验得知，随机性故障通常受部件安装质量、参数设定、元器件品质、系统设计不合理、工作环境不良等因素影响。

4 机床故障诊断手段

4.1 直接观察

不论是采用哪种方式诊断机床故障，全都离不开直接观察的方法。这种诊断手段需要检修人员通过视觉观察的方式，观测机床设备在运行过程中出现的异常状况，判断机床中是哪一个部位、模块及线路出现问题。可以说直接检查是一种十分便捷与基础的故障诊断方式，使用的几率和使用的现状非常普遍。在检测前，工作人员需要先提前了解到故障具体有哪些表现以及故障发生过程，初步判断故障产生类别。之后用视觉、听觉、嗅觉等方式，检查机床设备的各部位工作状态是否有异常情况、电控装置是否报警、设备是否出现异常声响、机床设备是否有异常味道。最后通过局部检查方式，了解损坏具体部位，包括烧焦、开裂、接触不良、发热等问题。

4.2 仪器观察

即利用电工仪表检测机床设备与各个零部件的信息和参数，用仪器设备判断与确定机床故障部位。如使用万用表检查机床内部的各个电源异常情况。用示波器来检查脉动信号的幅值及相位。用PLC编辑器判断PLC的发生位置与故障成因。

4.3 信号报警分析

信号报警中的伺服与数控等系统故障指示灯都是检测人员需要观察的重点。排查故障时，检测人员通过检查指示灯状况是否提示设备出现异常，根据指示灯的结果排查与分析故障原因。

软件指示包括加工程序、PLC程序、系统软件等故障指示。根据指示等信号对照诊断说明，即可了解故障排查手段与故障形成原因。

4.4 接口检查

所有的PLC都会被集中在数控系统中，此外PLC与CNC使用了大量连接，完成了两者信号的传输。如若接口传输出现问题，则说明接口出现不稳情况，此时信号就会丢失。进而造成机床故障问题出现。接口故障的排查需要使用CRT屏幕设备，通过它的分析检查具体故障位置。如若接口连接复杂，则可以使用编程器检查接回信号。之后通过对比，确定故障具体位置。

4.5 参数调整

数控机床参数都是放在RAM中的，很少出现异常。不过在外部干扰、电池电压不足、长期不运行系统情况下，系统参数将会受到一定影响，包括正确性影响，需要采取特殊的手段与措施修正参数。一旦发现参数异常，那么就必须对其进行调整，排除掉错误参数，保障系统的正常运行。

4.6 备件置换

在机床设备发展与进步的同时，机床内部的电路集成也变得愈发的庞大和复杂。采用常规手段很难在短时间内确定故障具体点，浪费大量时间。这所带来的影响和后果是非常严重的。此时最佳的故障诊断方法便是备件置换方式，即解除损坏模式并安装备件，减少停机生产时间。当然我们也要注意在装配备件时，检修人员必须规范性操作，以免造成更大机床故障。

4.7 程序测试

这种方法有自动编程、手动编程两种方式。数控系统将特殊功能与常用功能整合到一起，编程出具备测试功能的程序，之后于常规状态下开启运行测试，根据运行测试结果判断与分析故障发生的地点及原因。

4.8 交叉换位

如果在正常情况下，并不能发现或判断是否有故障板问题。此时可以通过两个板交换检查的方式判断故障点和故障原因。不过这种方式对于技术人员的技术能力有着较高的要求，在操作中必须严格按照操作规范操作，否则将很有可能出现板件报废问题。

5 结语

数控机床能够帮助制造企业完成快速生产，是现代企业生产的物质保障。加强机床设备的基础管理，是解决机床使用难与维修难的必要前提。我们需要同时注重故障的治与故障的防研究，在做好应急措施的同时，加强故障排查力度。作为一种敏感性设备，数控机床的线路连接错误、传感器元件失灵和机械老化都有可能会造成机床设备的故障。我们不应盲目制定故障解决措施，而是要了解与掌握故障成因的基础上逐步减小故障范围，最终确定机床的故障点，制定有效性的问题解决措施。如果在此过程中我们忽视了系统性排查，那所带来的后果是无法轻易承担的，甚至有可能会进一步加剧故障程度。我们应做好设备的日常维护，了解机床原理和机构，以保机床的正常运行。

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