关于数控机床故障的分析与诊断技术
随着制造业的不断发展,机床制造业数控程度不断提高,因此数控机床被大量用于工业以及制造业 中,成为企业生产的关键设备。
1、数控机床的整体故障分析
数控机床故障是指设备或系统因自身原因而丧失规定功能的现象。机床按照其结构以及特性的故障源可分为机械故障和电气故障两类，其中电气故障又可细分为系统硬件故障，系统软件故障，干扰性故障，低压电气设备故障，功能组件功能性故障。发生故障具有相同的规律,一般分为三个阶段:初期运行阶段,这个阶段属于机床的磨合阶段，是故障频发期,故障曲线呈上升趋势,此区故障多数属于设计制造和装配缺陷造成的。正常运行阶段,此时故障曲线趋近水平,故障率低,此区故障一般是由操作和维护不良造成的偶发事故。设备衰老阶段,此阶段故障率大,故障曲线上升快,主要原因是运行过久、机件老化和磨损过度造成的。要判断是机械方面故障还是控制系统故障,其分析方法是:先检查控制系统,看程序能否正常运行,显示和其它功能键是否正常,有无报警现象等;再检查故能部件以及电机和检测元件,是否能正常运转,有无间歇或抖动现象,有无定位不准等问题。如果没有上述问题,则可初步判断故障原因在机械方面,着重检查传动环节。检查传动环节时应使电机断电,用手动并配合打表检查机器。下面针对电气数控单元故障做详细分析。
2、数控单元故障分析
数控单元故障为常见的机床电气故障，它可分为人机交互单元故障，供电单元故障，伺服系统故障，PLC可编程控制器单元故障，位置检测环故障，其他故障。人机交互单元故障多为按钮损坏或者功能失灵，指示灯损坏，导致输入指令无法传输从而机床功能无法实现。通过更换按钮或者更换操作面板即可实现快速维修。供电单元由于供电形式不同，或者由于电源波动较大，质量不稳定，或者隐藏高频脉冲。因此要更改接地保护方式添加稳压电源或者电抗器以及滤波器，用以减少由于电源问题=直接导致系统停机或者损坏。伺服系统故障多由于频繁启动或者长期运行造成的元件老化，或者由于低压直流短路造成，也会由于瞬间超压等原因造成。在机床运行中由于电机增益不匹配，负载过大瞬时超压或者电机过热卡死，也会造成系统损坏，当系统损坏时可以用替换模块或者插板来进行故障排除。数控系统以及的低压电器设备包括各功能部件的逻辑控制(如刀库管理,液压启动等),主要由PLC实现,必须采集各控制点的状态信息(如断电器,伺服阀,指示灯等), 它与外界繁多的各种信号源和执行元件相连接,变化频繁,发生故障的可能性较多,故障类型较多。位置环控制多由光栅尺进行全闭环控制。这是由数控系统发出控制指令,并与位置检测系统的反馈值相比较,进一步完成控制任务。但是光栅尺由于测量元件损坏或者进入杂质铁屑会影响其测量，或者由于进水吹风等光栅尺或者读数头故障影响测量。
3、数控机床的故障诊断技术
机床诊断技术包括：数控系统自诊断，对系统中关键的硬件和控制软件进行检测。状态诊断：在机床启动后检测驱动，各个电机的温升，功率以及运行状态。
动作诊断，在机床运动过程中检测各个功能部件的运动状态，判断动作不良的部位。操作诊断，见识由于操作失误或者程序错误造成的故障。点检诊断，定期点检液压气动元件以及配电柜，电主轴等功能区。
数控系统故障诊断方法包括直观法(望闻问切)包括：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。参数检查法：参数通常是存放在RAM中，有时电池电压不足、系统长期不通电或外部干扰都会使参数丢失或混乱，应根据故障特征，检查和校对有关参数。隔离法：一些故障，难以区分是数控部分，还是伺服系统或机械部分造成的，常采用隔离法。同类对调法用同功能的备用板替换被怀疑有故障的模板，或将功能相同的模板或单元相互交换。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。
数控机床故障诊断应遵循的原则包括：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。先机械后电气首先检查机械是否正常，行程开关是否灵活，气动液压部分是否正常等，在故障检修之前，首先注意排除机械的`故障。先静后动维修人员本身要做到先静后动。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。
诊断常用的仪器包括仪表及工具：万用表可测电阻、交、直流电压，电流相序表可检测直流驱动装置输入电流的相序。转速表可测量伺服电动机的转速，是检查伺服调速系统的重要依据。钳形电流表可不断线检测电流。测振仪是振动检测中最常用、最基本的仪器。短路追踪仪可检测电气维修中经常碰到的短路故障现象。逻辑测试笔-可测量数字电路的脉冲、电平。IC测试仪-用于数控系统集成电路元件的检测和筛选。工具-弹头钩形扳手、拉锥度平键工具、弹性手锤、拉卸工具等。
诊断用技术资料主要包括：数控机床电气说明书，电气控制原理图，电气连接图，参数表，PLC程序，编程手册，数控系统安装与维修手册，伺服驱动系统使用说明书等。数控机床的技术资料非常重要，必须参照机床实物认真仔细地阅读。一旦机床发生故障，在进行分析的同时查阅相关资料。
4 、结语
由于机床的先进性与复杂性涉及多个技术领域，因此故障种类繁多，诊断较为困难，为了解决机床设备的故障，需要注重研究数控机床的诊断与检测技术，保证机床长期安全平稳运行，发挥更大效益。
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