数控机床故障诊断与维修常用教学方法初探

数控机床是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、机械设计和制造等先进技术的高新技术产物，是典型的机电一体化产品。在设有数控加工专业的技工院校中，实训数控机床的档次和拥有量，是反映一所学校硬件条件的重要标志。现在很多中职的学校都开设了数控机床故障诊断与维修课程。可是各个学校用于教学的数控系统品牌、型号不同，系统复杂程度也不一样，功能各异，结构样式也不尽相同。数控机床故障诊断与维修专业技术性强、教学难度大，因此在教学中，要根据学生的实际情况，总结利用一些简单明了的规律和方法进行故障的诊断，同时培养学生良好的工作习惯。下面介绍几种在教学中常用到的方法。

一、直观法

所谓直观法，就是利用感觉器官注意发生故障时的各种现象，如故障发生时有无火花、亮光产生，有无异常响声，何处异常发热及是否有焦糊味等。这是处理数控系统故障的第一步，往往也是最直接、最行之有效的方法。对于一般情况下的简单故障，通过这种直接观察，就能解决问题，这在CNC装置故障诊断中就常常用到。直观法一是问，问开机情况是否正常，走刀是否正常，切削用量是多少，常用的轮滑油是什么，以便核实保养。二是看，看保险丝有无烧断，空气开关有无跳闸，元件有无损坏，线路有无灰尘，插座、接头有无接触不良等。三是听，听各种异常的声音。如电源变压器、阻抗变换器与电杭器等因为铁心松动、锈蚀等原因引起的铁片振动的吱吱声；继电器、接触器等的磁回路间隙过大，短路环断裂，动静铁心或镶铁轴线偏差，线圈欠压运行等原因引起的电磺嗡嗡声或者触点接触不良的嗡嗡声，以及元器件因为过磨或过压运行失常引起的击穿爆裂声。还有主轴转动异常时的摩擦声、振动声等等。四是触，如轻轻敲打CNC系统的各线路板之间焊接点的可疑部位，检查虚焊、接触不良等。直观法在解决简单的“硬伤”故障时简单、有效，常应用在故障诊断的第一步。

二、利用CNC系统的自诊断功能

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CNC系统的自诊断功能就是依靠CNC系统快速处理数据的能力，对出错部位进行多路、快速的型号采集和处理，然后由诊断程序进行逻辑分析判断，以确定系统是否存在故障，并及时对故障进行定位。

CNC子诊断一般有三种：开机自诊断、运行自诊断、离线诊断。开机自诊断是指CNC系统从开始通电到进入正常运行的准备状态，由其内部诊断程序自动执行的系统诊断，目的是检查整个系统是否具备正常工作的条件。如系统控制软件和系统参数的EPROM自检、RAM的自检、光电编码器接线的诊断等。当系统自检的各个项目都确认无误后，系统进入正常的初始化或运行准备状态，进入下一个工作阶段。运行自诊断是CNC系统在运行过程中，对系统的各硬件模块、伺服驱动单元、运行状态、运行环境等进行的实时自动监测和诊断，一旦发现故障,即刻发出报警信号并实施相应的保护措施，它是数控系统故障自诊断功能的最主要部分。常用的基本方法有参数保护法和硬件监视法。离线诊断是指当系统出现故障要判定系统是否真有故障时，将数控系统与被控设备脱离作检查的方法，这是早期常用的故障诊断方法，对维修人员要求较高。随着数控技术的发展，离线诊断的技术已不再单独使用，逐步成为CNC系统中开机自诊断和运行自诊断的一部分，使维护诊断更为方便。数控技术的不断发展，出现了很多高新诊断技术,如专家诊断技术、通讯诊断技术等，大大提高了CNC系统的故障诊断能力。

三、根据报警信号进行故障诊断

数控机床的报警功能是指数控机床利用自诊断功能，在诊断出故障后将诊断到的故障或错误以报警信号或错误代码的形式显示在CRT上。报警信号一般包括以下故障(或错误)信息：程序编制错误或操作错误报警，急停报警，可编程控制器故障报警，伺服系统故障报警，行程开关(或接近开关)状态不正确报警，温度、压力、液位等不正常报警等。如：机床一直处于急停状态，不能复位报警。原因可能有以下几个：一是急停回路断路，或限位开关损坏，或急停按钮损坏；二是系统参数设置错误，使系统信号不能正常输入输出或复位条件不能满足；三是PLC中规定的系统复位所需要完成的信息未满足要求；四是PLC程序编写错误。利用报警信号进行故障诊断是数控机床故障诊断的主要方法之一，教学中就可以根据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。

四、利用PLC的状态信息诊断故障

PLC检测故障就是通过运行机床制造商为特定机床编制的PLC程序，根据各种输入、输出状态进行逻辑分析判断，发现问题、报警并在屏幕上产生报警信息。很多数控系统都有PLC输入、输出状态显示功能，利用这些功能，可以直接观察PLC输入和输出的瞬时状态。这些状态的检测对诊断数控机床的很多故障是非常有用的。

PLC状态诊断法常用的有：接口信号状态检查，PLC在线监控。

1.接口信号状态检查

PLC的诊断功能可以显示多种接口信号状态，主要有以下几种：机床外部开关信号、机床控制面板信号、报警处理信号、驱动控制使能信号、定时器、计数器、NCK与PLC数据接口信号等。

2.PLC在线监控

通过查看控制动作顺序是否与实际情况相符，诊断故障点；根据报警信息查看报警信号的通断，进而确定故障；根据在线监控逻辑关系的执行结果，找出故障原因。PLC状态信息可以帮助我们方便快捷地锁定有关的故障点，省时又省力。

五、培养良好的工作习惯

数控机床故障诊断除了这些常用的方法外，在实际的教学过程中还要注意培养学生良好的工作习惯，在诊断前进行故障现象了解，在故障排除后做好记录。故障现象了解就是了解故障在什么情况下发生。当故障发生时，为了更快地恢复机床，首先应正确地把握故障情况，进行妥善处理。因此应根据下列内容确认故障情况：什么时候发生的故障？进行了什么操作后发生的故障？发生的故障现象是什么？数控机床的每次故障都可能不同，维修人员在解决了某故障以后，应对维修过程及处理方法进行及时总结、归纳，形成书面记录，以供今后同类故障维修参考。特别是对那些自己一时难以解决，最终由同行技术人员或专家维修解决的问题，尤其应该细心观察、认真记录，以便于提高。如此日积月累，以达到提高自身水平与素质的目的。

一般来说，在教学中遇到的疑难问题及故障都会请专业人员或厂家来解决，在教学中对于数控机床的修理，重要的是发现问题，以及发现问题的方法，即常用的故障诊断法。

另外，在实训教学中还有一点应注意——数控机床维修的概念。在教学中不能单纯地理解成数控机床发生故障时，仅仅依靠维修人员排除故障和及时修复，使数控机床能够尽早地投入使用就可以了，还应注重正确使用和日常保养等工作。只有坚持做好对机床的日常维护保养工作，才能延长电器元件、机械部件的使用寿命，并要警惕意外恶性事故的发生，争取机床长时间稳定工作。因此在教学中强调数控机床的保养，是对学生素质的必要的培养，是养成良好的工作习惯的基础。

（作者单位：浙江省杭州市余杭区技工学校）