摘要論述了數控工具機故障診斷的基本方法，並列舉了幾例數控工具機的故障現象及排除方法。
關鍵詞數控工具機故障診斷維修
隨著微電子技術的發展，數控系統的故障診斷技術也由簡單的診斷朝著多功能的高階診斷或智慧型化方向發展，不同的數控系統雖然在結構和效能上有所區別，但在故障診斷上有它們的共性。
數控裝置控制系統故障主要利用自診斷功能報警號，計算機各板的資訊狀態指示燈，各關鍵測試點的波形、電壓值，各有關電位器的調整，各短路銷的設定，有關工具機引數值的設定，專用診斷元件，並參考控制系統維修手冊、電氣圖冊等加以排除。控制系統的常見故障及其診斷如下。
(1)數控工具機電池報警故障。當數控工具機斷電時，為儲存好工具機控制系統的工具機引數及加工程式，需靠後備電池予以支援。這些電池到了使用壽命，即其電壓低於允許值時，就產生電池故障報警。
當報警燈亮時，應及時予以更換，否則，工具機引數就容易丟失。因為換電或更換。若不見成效或者所用按鍵都不起作用，可進一步檢查該部分的介面電路、系統控制軟體及電纜連線狀況等。
(2)數控工具機鍵盤故障。在用鍵盤輸入程式時，若發現有關字元不能輸入、不能消除、程式不能復位或顯示屏不能變換頁面等故障，應首先考慮有關按鍵是否接觸不好，井予以修復或更換。若不見成效或者所用按鍵都不起作用，可進一步檢查該部分的介面電路、系統控制軟體及電纜連線狀況等。
(3)數控工具機熔絲故障。控制系統內熔絲燒斷的故障，多出現於對數控系統進行測量的誤操作或工具機發生了撞車等意外事故時。因此，維修人員要熟悉各熔絲的保護範圍，以便發生問題時能及時查出並予以更換。
(4)數控工具機刀位引數的更改。一旦發現刀位不對時，應及時核對控制系統記憶體刀位號與實際刀臺位置是否相符，若不符，應參閱說明書介紹的方法，及時將控制系統記憶體中的刀位號改為與刀臺位置一致。
(5)數控工具機控制系統的「notready(沒準備好)」故障。
①應首先檢查crt顯示面板上是否有其他故障指示燈亮及故障資訊提示，若有問題，應按故障資訊目錄的提示去解決。
②檢查伺服系統電源裝置是否有熔絲斷、斷路器跳閘等問題，若合閘或更換了熔絲後斷路器再跳閘，應檢查電源部分是否有問題;梭查是否有電機過熱，大功率電晶體元件過電流等故障而使計算機監控電路起作用;檢查控制系統各板是否有故障燈顯示。
③檢查控制系統所需各交流電源、直流電源的電壓值是否正常。若電壓不正常，也可造成邏輯混亂而產生「notready'』故障。
(6)工具機引數的修改。對每台數控工具機都要充分了解井掌握各工具機引數的含義及功能，除能幫助操作者很好地了解該工具機的效能外，還有利於提高工具機的工作效率或用於排除故障。
控制系統部分的故障現象很多，如：crt顯示裝置的亮度不夠;幀不同步，無顯示;光電閱讀機的故障;輸入、輸出印表機故障。至於工具機引數的全消除方法、數控裝置的初始化方法、備板的更換方法及注意事項等，因系統的不同，其方法也有所不同，這就需要根據具體情況具體分析，參考有關維修資料及個人工作經驗予以解決。
一、數控工具機故障診斷的基本方法
故障診斷是進行數控工具機維修的第一步，它不僅可以迅速查明故障原因，排除故障，也可以起到預防故障的發生與擴大的作用。一般來說，數控工具機的故障診斷方法主要有以下幾種：
1.常規診斷法
對數控工具機的機、電、液等部分進行的常規檢查，通常包括：(1)檢查電源的規格（包括電壓、頻率、相序、容量等）是否符合要求；(2)cnc、伺服驅動、主軸驅動、電機、輸入／輸出訊號的連線是否正確、可靠；(3)cnc、伺服驅動等裝置內的印製電路板是否安裝牢固，接插部位是否有鬆動；(4)cnc、伺服驅動、主軸驅動等部分的設定端、電位器的設定、調整是否正確；(5)液壓、氣動、潤滑部件的油壓、氣壓等是否符合工具機要求；(6)電器元件、機械部件是否有明顯的損壞。
2.動作診斷法
通過觀察、監視工具機的實際動作，判斷動作不良部位，並由此來追溯故障源。
3.狀態診斷法
通過監測執行元件的工作狀態判定故障原因。在現代數控系統中，伺服進給系統、主軸驅動系統、電源模組等部件主要引數的動、靜態檢測，及數控系統全部輸入輸出訊號包括內部繼電器、定時器等的狀態，也可以通過數控系統的診斷引數予以檢查。
4.操作、程式設計診斷法
這是通過某些特殊的操作或編制專門的測試程式段，確認故障原因的一種方法。如通過手動單步執行自動換刀、自動交換工作台動作，執行單一功能的加工指令等方法進行動作與功能的檢測，可以判定故障發生的具體原因與部件，檢查程式編制的正確性。
5.系統自診斷法
這是利用系統內部自診斷程式或專用的診斷軟體，對系統內部的關鍵硬體以及系統的控制軟體進行自我診斷、測試的診斷方法。主要包括開機自診斷、**監控和離線測試三個方面的內容。
二、維修例項
例1工具機型別為加工中心，採用siemens 810數控系統。在「自動換刀」過程中，經常出現主軸定位不正確，導致「自動換刀」無法正常進行的故障。
開始時，該工具機出現主軸定位不正確的次數不多，通過重新開機又能工作，但使用一階段後，故障頻率增高，影響了工具機的正常使用。故障出現後，經觀察，發現故障的真正原因是主軸在定位後發生了位置偏移。檢查主軸驅動系統無任何報警，機械結構簡單，工具機採用編碼器定位，動作正確。
從故障現象和可能發生的部位來看，電氣部分發生故障的可能性較小。考慮到影響主軸定位的機械原因最可能的是編碼器的連線。檢查連線部分，發現編碼器上連線套的緊定螺釘鬆動，使編碼器與主軸的連線部分間隙過大。
按要求固定好緊定螺釘後，故障消除。
例2立式加工中心，採用siemens 810m數控系統。在加工過程中，工具機突然斷電，再次開機，cnc無顯示，工具機無法重新啟動。
經檢查，該工具機cnc的強電啟動迴路及cnc的電源輸入dc 24v正常，且通過「短接」cnc輸入的nc-on觸點，cnc仍然無法正常工作，因此判斷故障的原因在cnc的電源模組上。測量cnc電源模組的＋5v電源，發現無電壓輸出，但cnc的風機正常轉動。由此初步判定故障在cnc的電源模組上。
siemens 810系統的外部電源控制要求十分簡單，只要cnc的＋24v電源輸入正常，短接cnc電源模組上的nc-on端，即可以啟動cnc。
siemens 810系統的電源模組內部控制迴路如圖1所示。
經查發現，熔斷器f1已經熔斷，且測量確認ue與0v間無短路。直接更換熔斷器f1後，cnc恢復正常。
例3立式加工中心，配套siemens 810m ga3數控系統。出現垂直軸「超程」引起急停的故障。
工具機開機後顯示「alm2000」服警，工具機無法正常啟動。經檢查、測量，發現工具機故障的原因是z方向「超程」開關觸點斷開，使「超程」保護動作，並且z工作台也處於「+z超程」的位置。由於該工具機z軸為垂直軸，伺服電機本身帶有制動器，無法簡單地利用「機械手動」操作退出z軸。
考慮到工具機無其他報警，維修時通過將工具機的「+z超程」訊號進行短時「短接」，保護功能在取消了「超程」保護後，手動移動z軸，退出「超程」保護位置，然後再恢復「超程」，工具機恢復正常工作。
例4立式加工中心，配套siemens 810m數控系統。出現「刀庫互鎖」引起的m03不能執行的故障。
工具機在自動執行如下指令時：
t**m06；
s**m03；
goo z-100；
有時主軸不轉，但z軸繼續向下運動。
本工具機採用的是「無機械手換刀」方式，由氣動控制「刀庫」的前後、上下運動。由於故障偶爾出現，分析故障原因，應與工具機的「換刀」與主軸間的「互鎖」有關。檢查工具機的plc程式設計，發現該工具機的「換刀」動作與主軸間存在「互鎖」，即：
只有當「刀庫」在「后位」時，主軸才能旋轉；一旦「刀庫」離開「后位」，主軸必須立即停止旋轉。現場觀察「刀庫」的動作過程，發現該工具機「刀庫」前後運動存在著明顯的衝擊，在「刀庫」到達「后位」時，存在振動現象。通過cnc診斷功能，可以發現「刀庫」的「后位」訊號出現多次通斷。
檢查程式中的「換刀完成」條件（m06執行完成）為「刀庫」的到達「后位」訊號，因此，當「刀庫」後退、第一次發出到達「后位」訊號時，cnc就認為「換刀」已完成，並開始執行s**m03指令。但m03執行完成後，由於振動，「刀庫后位」訊號再次消失，導致了主軸的「停轉」，從而出現了主軸不轉而z軸向下的現象。調節氣動迴路，使得刀庫振動消除，並適當減少無觸點開關與發信擋塊間的檢測距離，避免出現「后位」訊號的多次通斷現象。
在以上調節不能解決時，可以通過增加plc程式中的延時或加工程式中的延時解決。
例5數控萬能工具銑床xk8140a，採用siemens 810m數控系統。工具機停放一周後重新開啟時，進給保持燈一直亮著，各軸均無任何反應。
該銑床採用ift5066系列交流伺服系統及日本三菱公司的主軸驅動系統，x、y、z三軸（分別設定為縱向、橫向、垂直向）可聯動。根據故障現象，有可能是數控系統外部出現故障而使工具機無法正常運動。開啟工具機電櫃，檢視伺服板上的狀態指示燈。
很明顯，三軸（x、y、z）伺服板上都有報警。報警燈旁都有lv字樣，初步斷定交流電源l1、l2、l3電壓有故障。用萬用表檢查電源電壓，發現l2相電壓只有l1、l3的1/2（即100v左右）。
進一步斷定原因在工具機以外。最後，檢查外部進線線路，發現有某處線與線接觸不良。將此排除後，開動工具機，一切正常。
例6數控磨床，配備siemens 810數控系統。主軸不能啟動，出現報警6009 「 coolingsystem nok」（主軸冷卻系統不正常）。
檢查主軸冷卻系統未發現問題，根據plc報警機理，6009報警是由於plc標誌位f10l1被置位所致。所以利用系統diagnosis診斷功能，根據圖2所示的6009報警梯形圖，**檢查plc的狀態。發現標誌位f182.
3狀態為「1」使f101.1置位，而f182.3狀態為「1」是因為定時器t13的狀態為「1」，112.
1的狀態為「0」(見圖3)造成。在啟動主軸時，plc啟動冷卻水閥開的輸出，q1.5的狀態應為「1」(見圖4)，故t13的狀態為「1」是正確的。
112.1連線的是主軸冷卻水的流量開關(見圖5)，其狀態為「0」說明冷卻水流量有問題，但檢查流量正常，說明是流量開關損壞。更換新的流量開關，故障消除。
數控工具機故障診斷與維修需要遵循先外部後內部、先機械後電氣、先靜止後動作、先公用後專用、先簡單後複雜、先一般後特殊的原則；需要養成多問、多閱讀、多觀察、多思考、多實踐、多討論、多總結的良好習慣。
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數控工具機故障診斷與維護實訓報告
專業機電一體化 班級 0 9 0 6 1 0 4 學號 2 0 0 9 0 6 8 7 姓名許江波 指導教師羅紹華 起止日期 2011.9 2011.12 數控工具機故障診斷和維修實訓內容 這是我們在校期間最後的一期數控工具機故障診斷和維修實訓課，實訓時間長達18周，不僅是我們學習新的技術和技能，還...
《數控工具機故障診斷技術》思考題
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