数控设备故障诊断及维修

张杰

摘要：介绍数控设备管理的基本条件、数控设备故障的诊断原则和方法以及维修中的注意事项。

关键词：数控设备；诊断；维修

一、前言

数控设备维修技术人员已经被国家列为我国21世纪最紧缺的人才之一。在各种数控设备广泛应用的今天，每个生产企业都迫切需要既掌握了电气技术基础理论又有一定的机械基础，熟悉数控设备性能和构造，懂诊断，会维修，善管理的机电复合性高级技术应用人才，以降低数控设备的故障发生率，使企业降低维修费用，保证产品的生产周期，从而为企业创造出更大的效益。数控设备包括自动化控制系统、机械位移控制系统、液压系统、气动系统、冷却系统、真空系统等，它是一种较为复杂的机电一体化设备。我们以在日常工作中的数控设备维修经历来分析和总结维修数控设备的一些经验和方法，以便在今后的工作中能够事半功倍。

二、数控设备管理的基本条件

十所数控设备的身价从几十万元到上百万元，都是关键产品关键工序的关键设备，一旦故障停机，其影响和损失往往很大。所以，我们不仅要看重其效能，而且要合理地使用，因此，为了充分发挥数控设备的效益，我们一定要重视维修工作，创造出良好的维修条件。

1.人员条件 数控设备电气维修工作的快速性、优质性关键取决于电气维修人员的素质条件。

（1）首先是有高度的责任心和良好的职业道德。

（2）知识面要广，要学习并掌握有关数控设备电气控制的各学科知识。

（3）应经过良好的技术培训。包括数控技术基础理论的培训和针对具体数控设备的技术培训。

（4）勇于实践。要积极投入数控设备的维修与操作的工作中去，在不断的实践中提高分析能力和动手能力。

（5）掌握科学的方法。要做好维修工作光有热情是不够的，还必须在长期的学习和实践中总结提高，从中提炼出分析问题、解决问题的科学方法。

（6）学习并掌握各种电气维修中常用的仪器、仪表和工具。

（7）掌握一门外语，特别是英语，应做到能看懂技术资料。

2.物质条件

（1）准备好通用的和某台数控设备专用的电气备件。

（2）非必要的常备电器元件应做到采购渠道快速畅通。

（3）必要的维修工具、仪器仪表等，最好配有笔记本电脑并装有必要的维修软件。

（4）每台数控设备完整的技术图样和资料，以及其使用、维修技术的档案材料。

三、数控设备故障的诊断及维修

1、数控机床在故障诊断时应掌握以下原则：

1.1 先外部后内部

现代数控系统的可靠性越来越高，数控系统本身的故障率越来越低，而大部分故障的发生则是非系统本身原因引起的。由于数控机床是集机械、液压、电气为一体的机床，其故障的发生也会由这三者综合反映出来。维修人员应先由外向内逐一进行排查。尽量避免随意地启封、拆卸，否则会扩大故障，使机床丧失精度、降低性能。系统外部的故障主要是由于检测开关、液压元件、气动元件、电气执行元件、机械装置等出现问题而引起的。

1.2 先机械后电气

一般来说，机械故障较易发觉，而数控系统及电气故障的诊断难度较大。在故障检修之前，首先注意排除机械性的故障。

1.3 先静态后动态

先在机床断电的静止状态，通过了解、观察、测试、分析，确认通电后不会造成故障扩大、发生事故后，给机床通电。在运行状态下，进行动态的观察、检验和测试，查找故障。

1.4 先简单后復杂

当出现多种故障互相交织，一时无从下手时，应先解决容易的问题，后解决难度较大的问题。往往简单问题解决后，难度大的问题也可能变得容易。

2、数控机床的常见故障诊断方法

由于数控机床故障比较复杂，同时数控系统自诊断能力还不能对系统的所有部件进行测试，往往是一个报警号指示出众多的故障原因，使人难以入手。下面介绍我们在生产实践中常用的诊断故障方法。

2.1直观检查法

直观检查法是我们根据对故障发生时的各种光、声、味等异常现象的观察，确定故障范围，可将故障范围缩小到一个模块或一块电路板上，然后再进行排除。一般包括：

a.询问：向设备操作人员仔细询问故障产生的过程、故障表象及故障后果等，并且在整个分析判断过程中可能要多次询问。

b.目视：总体查看机床各部分工作状态是否处于正常状态，各电控装置有无报警指示，局部查看有无保险烧断，元器件烧焦、开裂、电线电缆脱落，各操作元件位置正确与否等等；

c.触摸：在整机断电条件下可以通过触摸各主要电路板的安装状况、各插头座的插接状况、各功率及信号导线的联接状况以及用手摸并轻摇元器件，尤其是大体积的阻容、半导体器件有无松动之感，以此可检查出一些断脚、虚焊、接触不良等故障；

d.通电：是指为了检查有无冒烟、打火，有无异常声音、气味以及触摸有无过热电动机和元件存在而通电，一旦发现立即断电分析。如果存在破坏性故障，必须排除后方可通电。

例：杭州可靠仪器厂的集成高温老化系统在运行过程中，显示屏突然出现显示乱码故障，设备啸叫报警，该区电压为零。停机后再开，设备一切正常。观察发现，设备运转过程中，操作人员在插拔元器件板时设备发生振动时故障就可能发生。初步判断是元件接触不良。当检查该区控制板时，显示屏显示突然显示乱码。故判断该控制板松动，重新拔插紧固后，故障消除。

2.2 初始化复位法

一般情况下，由于瞬时故障引起的系统报警，可用硬件复位或开关系统电源依次来清除故障。若系统工作存贮区由于掉电、拨插线路板或电池欠压造成混乱，则必须对系统进行初始化清除，清除前应注意作好数据拷贝记录，若初始化后故障仍无法排除，则进行硬件诊断。

例：银川数控车床当按下自动运行键，微机拒不执行加工程序，也不显示故障自检提示，但显示屏幕处于工作状态，而且编辑功能正常，检查用户程序、各种参数完全正确。此时首先采用初始化复位法使系统清零复位（一般要用特殊组合健Ctrl+N或密码sunrise），设备恢复正常。

2.3 自诊断法

数控系统已具备了较强的自诊断功能，并能随时监视数控系统的硬件和软件的工作状态。利用自诊断功能，能显示出系统与主机之间的接口信息的状态，从而判断出故障发生在机械部分还是数控部分，并显示出故障的大体部位。

a.硬件报警指示：数控系统、伺服系统的各电气装置上有各种状态和故障指示灯，结合指示灯状态和相应的功能说明便可获知指示内容及故障原因与排除方法；

b.软件报警指示：系统软件、PLC程序与加工程序中的故障通常都设有报警显示，依据显示的报警号对照相应的诊断说明手册便可获知可能的故障原因及排除方法。

2.4 功能程序测试法

功能程序测试法是将数控系统的G、M、S、T功能用编程法编成一个功能试验程序，并存储在相应的介质上，在故障诊断时运行这个程序，可快速判定故障发生的可能起因。

功能程序测试法常应用于以下场合：

a.机床加工造成废品而一时无法确定是编程操作不当、还是数控系统故障引起；

b.数控系统出现随机性故障，一时难以区别是外来干扰，还是系统稳定性不好；

c.闲置时间较长的数控机床在投入使用前或对数控机床进行定期检修时。

例：汉川数控电火花切割机在批量加工过程中，回零点出现0.01cm误差。由于无任何明显故障点，我们采用功能程序测试法，让设备运行一个功能试验程序，最终发现Y轴步进电机驱动板有故障，维修该驱动板，设备恢复正常。

2.5 备件替换法

用好的备件替换诊断出坏的线路板，即在分析出故障大致起因的情况下，维修人员可以利用备用的印刷电路板、集成电路芯片或元器件替换有疑点的部分，从而把故障范围缩小到印刷线路板或芯片一级，并做相应的初始化起动，使机床迅速投入正常运转。对于现代数控的维修，越来越多的情况采用这种方法进行诊断，然后用备件替换损坏模块，使系统正常工作。尽最大可能缩短故障停机时间，使用这种方法在操作时注意一定要在停电状态下进行，还要仔细检查线路板的版本、型号、各种标记、跨接是否相同，若不一致则不能更换。拆线时应做好标志和记录。一般不要轻易更换CPU板、存储器板及电地，否则有可能造成程序和机床参数的丢失，使故障扩大。

例：西门子SINUMERIK SYSTEM 2100A系统的数控加工中心，在通电开机，出现机床未准备好报警，通过直观检查法和初始化复位法都无法检查出设备故障點，我们估计是设备驱动部分出现故障。由于该部分价值很高，不能轻易购买元件，所以将完好设备上的相应器件对有疑部分进行替换，确定了故障点。

2.6 参数检查法

系统参数是确定系统功能的依据，参数设定错误就可能造成系统的故障或某功能无效。发生故障时应及时核对系统参数，参数一般存放在磁泡存储器或存放在需由电池保在CMOS RAM中，一旦电池电量不足或由于外界的干扰等因素，使个别参数丢失或变化，发生混乱，使机床无法正常工作。此时，可通过核对、修正参数，将故障排除。

2.7原理分析法

根据数控系统的组成原理，可从逻辑上分析各点的逻辑电平和特性参数，如电压值和波形，使用仪器仪表进行测量、分析、比较，从而确定故障部位。例如：乌克兰电子束焊机，由于该设备是较为复杂的进口机电一体化设备，国内无任何技术支持，所以在出现故障时就只能翻阅图纸采用原理分析法，解决故障。

3、维修中应注意的事项

（1）从整机上取出某块线路板时，应注意记录其相应的位置、连接的电缆号和线号。

（2）电烙铁应放在顺手的前方，远离维修线路板。

（3）测量线路间的阻值时，应断电源。测阻值时应红黑表笔互换测量两次，以阻值大的为参考值。

（4）不应随意拆换元器件，在没有确定故障元件的情况下只是凭感觉哪一个元件坏了，就立即拆换，这样误判率高，拆下的元件人为损坏率也较高。

（5）拆卸元件时应使用吸锡器，切忌硬取。同一焊盘不应长时间加热及重复拆卸，以免损坏焊盘。

（6）查清线路板的电源配置及种类，根据检查的需要，可分别供电或全部供电。应注意高压，有的线路板直接接入高压，或板内有高压发生器，需适当绝缘，操作时应特别注意。

4.设备维修后的总结工作

详细记录从故障的发生、分析判断到排除全过程中出现的各种问题，采取的各种措施，涉及到的相关电路图、相关参数和相关软件，其间错误分析和排故方法也应记录并记录其无效的原因。除填入维修档案外，内容较多者还要另文详细书写，特别是在有些故障的排除中并未经认真系统地分析判断而是带有一定地偶然性排除了故障，这种情况下的事后总结研究就更加必要。从维修过程中发现自己欠缺的知识，制定学习计划，尽快补课。这样可以迅速提高维修者的理论水平和维修能力，提高重复性故障的维修速度，利于分析设备的故障率及可维修性，改进操作规程，提高机床寿命和利用率。

四、后记

随着数控设备的不断完善和日益发展，我们设备维护人员的工作难度越来越大，这是不可否认的事实，怎样尽快适应和掌握它，已经成为我们认真探讨并急需解决的课题。在通过平时无数次维修数控设备的工作经历，我们认识到数控设备的故障现象千变万化，没有特定的可以一劳永逸解决故障的方式方法，由此我们深感自己的工作难度之大、压力之大，必须打起十二分的精神认真分析故障规律，不断积累工作经验，还要有高度的责任心和不怕困难的精神，努力掌握数控技术，活到老学到老，多看、多问、多记、多思、多练，逐步提高自己的技术水平和维修能力，尽量在最短的时间内查出故障点，用最短的维修周期调试完成。

参考文献：

[1]数控系统现场维修

[2]数控系统的常见故障分析及排除方法

[3]数控机床故障诊断及处理

[4]数控机床操作规程