数控机床的故障诊断方法

2.2　数控机床的故障诊断方法

数控机床是涉及多个应用学科的十分复杂的系统，加之数控系统和机床本身的种类繁多，功能各异，不可能找出一种适合所有数控机床、所有类型故障的通用诊断方法。这里我们仅对一些常用的一般性方法加以介绍，这些方法互相联系，在实际的故障诊断中，对这些方法要综合运用。

1．自诊断功能法

现代的数控系统虽然尚未达到智能化很高的程度，但已经具备了较强的自诊断功能。能随时监视数控系统的硬件和软件的工作状况。一旦发现异常，立即在CRT上显示报警信息或用发光二极管指示出故障的大致起因。利用自诊断功能，也能显示出系统与主机之间接口信号的状态，从而判断出故障发生在机械部分还是数控系统部分。这个方法是当前维修工作最有效的方法之一。例如：AXl5Z数控车床，配置FANUC10TE-F系统：

CRT的显示表明ROM测试通过，RAM测试未能通过。RAM测试未能通过，不一定是RAM故障，可能是RAM中参数丢失或电池接触不良引起的参数丢失，经检查故障原因是由于更换电池后电池接触不良，所以开机就会出现上述故障现象。

2．功能程序测试法

所谓功能程序测试法就是将数控系统的常用功能和特殊功能，如直线定位、圆弧插补、螺旋切削、固定循环、用户宏程序等用手工编程或自动编程方法，编制成一个功能测试程序，输入到数控系统中，然后启动数控系统使之运行，借以检查机床执行这些功能的准确性和可靠性，进而判断出故障发生的可能原因。本方法对于长期闲置的数控机床第一次开机时的检查以及机床加工造成废品但又无报警的情况下，一时难以确定是编程错误还是操作错误，或者是机床故障的原因，这是一个较好的判断方法。

例如：采用FANUC6M系统的一台数控铣床，在对工件进行曲线加工时出现爬行现象，用自编的功能测试程序，机床能顺利运行完成各种预定动作，说明机床数控系统工作正常，于是，对所用曲线加工程序进行检查，发现在编程时采用了G61指令，即每加工一段就要进行一次到位停止检查，从而使机床出现爬行现象，将G6l指令改用G64（连续切削方式）指令代替之后，爬行现象就消除了。

3．利用机床参数进行诊断

数控机床的机床参数是经一系列的试验和调整而获得的重要参数，是通用的数控系统与具体的机床相匹配时所确定的一组数据，是机床正常运行的保证。包括有增益、加速度、轮廓监控及各种补偿值等。机床参数通常存于RAM中，由厂家根据所配机床的具体情况进行设定，部分参数还要通过调试来确定。机床参数大都随机床以参数表或参数纸带的形式提供给用户。由于某种原因，如误操作、外部干扰等，存于RAM中的机床参数可能发生改变甚至丢失而引起机床故障。在维修过程中，有时也要利用某些机床参数对机床进行调整，还有的参数须要根据机床的运行情况及状态进行必要的修正。因此，维修人员对机床参数应尽可能地熟悉，理解其含义，只有在理解的基础上才能很好地利用它，才能正确地进行修正而不致产生错误。

4．交换法

所谓交换法就是在分析故障大致起因的情况下，维修人员可以利用备用的印刷线路板、模板、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。交换法是一种简单易行的方法，也是现场判断时最常用的方法之一。它实际也是在验证分析的正确性。但在备板交换之前，应仔细检查备板是否完好，并应检查备板的状态应与原板状态完全一致。这包括检查板上的选择开关，短路棒的设定位置以及电位器的位置。在置换CNC的存储器板时，往往还需要对系统作存储器的初始化操作（如日本FANUC公司的FS-6系统用的磁泡存储器就需要进行这项工作），重新设定各种数控数据，否则系统仍将不能正常工作。又如更换FANUC公司的FS-7系统的存储器板之后，必须重新输入参数，并对存储器进行分配操作。缺少了后一步，一旦零件程序输入，将产生60号报警（存储器容量不够）。有的CNC系统在更换了主板之后，还需进行一些特定的操作。如FANUC公司的FS-10系统，必须按一定的操作步骤，先输入9000～9031号选择参数，然后才能输入0000号至8010号的系统参数和PC参数。总之，一定要严格地按照有关系统的操作、维修说明书的要求进行操作。

例如：TH6350加工中心旋转工作台抬起后旋转不停止，且无减速、无任何报警号出现。对这种故障，可能是由于旋转工作台的简易位控器故障造成的，为进一步证实故障部位，考虑到该加工中心刀库的简易位控器与转台的基本一样。于是，采用交换法进行检查，交换刀库与转台的位控器后，并按转台位控器的设定对刀库位控器进行了重新设定。交换后，刀库则出现旋转不止，而转台运行正常，证实了故障确实出在转台的位控器上。

5．隔离法

隔离法是将某些控制回路断开，从而达到缩小查找故障区域的目的。例：某加工中心，在JOG方式下，进给平稳，但自动则不正常。首先要确定是NC故障还是伺服系统故障，先断开伺服速度给定信号，用电池电压作信号，故障依旧，说明NC系统没有问题。进一步检查是Y轴夹紧装置出了故障。

6．局部升温法

CNC系统经过长期运行后元器件均要老化，性能会变差。当它们尚未完全损坏时，出现的故障会变得时有时无。这时可用热吹风机或电烙铁等来局部升温被怀疑的元器件，加速其老化，以便彻底暴露故障部件。当然，采用此法时，一定要注意元器件的温度参数，不要将原来是好的器件烤坏。

例如：某西门子系统的机床工作40min后出现CRT变暗现象。关机数小时后再开机，恢复正常，但40min后又旧病复发，故障发生时机床其他部分均正常，可初步断定是CRT箱内元件与温度的变化有关。于是人为地使CRT箱内风扇停转，几分钟后故障重现。可见箱内电路板热稳定性差，更换后故障消失。

7．敲击法

当CNC系统出现的故障表现为时有时无，往往可用敲击法检查出故障的部位所在。这是由于CNC系统是由多块印刷线路板组成，每块板上有许多焊点，板间或模块间又通过插接件及电线相连。因此，任何虚焊或接触不良，都可能引起故障。当用绝缘物轻轻敲打有虚焊及接触不良的疑点处，故障肯定会重复再现，若出现，则敲击处很可能就是故障部位。

8．对比法

CNC系统生产厂在设计印刷线路板时，为了调整、维修的便利，在印刷线路板上设计了多个检测端子。用户也可利用这些端子比较测量正常的印刷线路板和有故障的印刷线路板之间的差异。可以检测这些测量端子的电压和波形，分析故障的起因和故障的所在位置。甚至有时还可对正常的印刷线路板人为地制造“故障”，如断开连线或短路、拔去组件等，以判断真实故障的起因。为此，维修人员应在平时积累印刷线路板上关键部位或易出故障部位在正常时的正确波形和电压值。因为CNC系统生产厂往往不提供有关这方面的资料。

9．直观检查分析

直观法主要是利用人的手、眼、耳、鼻等器官对故障发生时的各种光、声、味等异常现象的观察以及认真察看系统的每一处，遵循“先外后内”的原则，诊断故障采用望、听、嗅、问、摸等方法，由外向内逐一检查，往往可将故障范围缩小到一个模块或一块印刷线路板。这要求维修人员具有丰富的实际经验，要有多学科的较宽的知识和综合判断的能力。比如，数控机床加工过程中突然出现停机。打开数控拒检查发现Y轴电机主电路保险烧坏，经检查是与Y轴有关的部件，最后发现Y轴电机动力线有几处磨破，搭在床身上，造成短路。更换动力线后故障消除，机床恢复正常。

10．利用PLC或梯形图诊断分析

现在的数控机床上几乎都采用了PLC控制，主要进行开关量的管理与控制。许多数控系统都有PLC状态显示功能，如西门子3系统PC菜单下的PC STATUS，西门子810系统DIAGNOSIS菜单下的PLC STATUS功能，以及发那科0T系统DGNOS PARAM 功能的PMC状态显示功能等，利用这些功能可显示PLC的输入、输出、定时器、计数器等的即时状态和内容。根据机床的工作原理和机床厂家提供的电气原理图，通过监视相应的状态，就可确诊一些故障。PLC检测故障的机理就是通过运行机床厂家为特定机床编制的PLC梯形图（即程序），根据各种输入、输出状态进行逻辑判断，如果发现问题，产生报警并在显示器上产生报警信息。所以，对一些PLC产生报警的故障，或一些没有报警的故障，可以通过分析PLC的梯形图对故障进行诊断，利用NC系统的梯图显示功能或者机外编程器在线跟踪梯形图的运行，可提高诊断故障的速度和准确性。

11．原理分析法

根据CNC系统的组成原理，可从逻辑上分析各点的逻辑电平和特征参数（如电压值或波形），然后用万用表、逻辑笔、示波器或逻辑分析仪进行测量、分析和比较，从而对故障进行定位。运用这种方法，要求维修人员必须对整个系统或每个电路的原理有清楚的、较深的了解。

比如：PNE710数控车床出现Y轴进给失控，无论是点动或是程序进给，导轨一旦移动起来就不能停止，直到按下紧急停止为止。根据数控系统位置控制的基本原理，可以确定故障出在Y轴的位置环上，并很可能是位置反馈信号丢失，这样，一旦数控装置给出进给量的指令位置，反馈的实际位置始终为零，位置误差始终不能消除，导致机床进给的失控，拆下位置测量装置脉冲编码器进行检查，发现编码器中灯丝已断，导致无反馈输入信号，更换Y轴编码器后，故障排除。

12．利用报警号诊断

利用报警号进行故障诊断是数控机床故障诊断的主要方法之一。如果机床发生了故障，且有报警号显示于CRT上，首先就要根据报警号的内容进行相应的分析与诊断。维修人员就可以根据报警号所指出的现象进行分析，缩小检查的范围，有目的地进行某个方面的检查。报警号（错误代码）一般包括下列几方面的故障（或错误）信息：

（1）程序编制错误或操作错误；

（2）存储器工作不正常；

（3）伺服系统故障；

（4）可编程控制器故障；

（5）连接故障；

（6）温度、压力、液位等不正常；

（7）行程开关（或接近开关）状态不正确。

除了以上常用的故障检查测试方法外，还有拔板法、电压拉偏法、开环检测法等等。包括上面提到的诊断方法在内，所有这些检查方法各有特点，按照不同的故障现象，可以同时选择几种方法灵活应用，对故障进行综合分析，才能逐渐缩小故障范围，较快地排除故障。一旦故障部位找到，但手头却无可更换的备件，可用移植借用办法作为应急措施来解决。例如某一组件损坏（如与非门或触发器等），但损坏的往往只是组件中的某一路，其他几部分还是好的。而在印刷线路板的设计中，又往往只是用了组件中的一部分，没有全部用满。此时，可将没有使用的剩余部分取来作为应急用。具体的做法是，切断已损坏部分的插脚（包括输入和输出脚），然后用线将信号输入、输出线引至剩余的组件插脚上即可，从而使数控机床尽快恢复工作。