浅谈数控机床电气故障与维修

【摘要】随着我国制造业快速发展，自动化和电子技术程度越来越高，应用越来越广泛。而数控加工是机械制造业中先进的加工技术，目前随着数控机床的大量使用和高性能数控系统的开发，对数控机床维修人员的素质要求越来越高，当机床出现故障后，要求能尽快排除故障，但由于数控技术是一门新兴技术，很多维修人员对这项技术还很陌生。本人通过在华中数控股份有限公司数控机床装调与维修专业的培训，在实践中总结了对数控机床电气故障维修的一般方法。

【关键词】数控机床;电气故障;维修;方法

数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床，而维修数控机床的技术人才一方面要具备综合的基础知识，另一方面要有解决实际问题的能力。因此，熟悉数控机床的原理，掌握数控机床电气故障诊断的常用方法和手段，对确定数控机床电气故障的原因和排除有着重要的作用。

一、数控机床常见电气故障

数控机床的组成如图1所示。数控机床常见电气故障可分为弱电故障与强电故障。弱电部分是指CNC装置、PLC控制器、CRT显示器、伺服单元、输入/输出装置等电路，这部分又可分硬件故障与软件故障。硬件故障主要是指上述装置的印制电路板上的集成电路芯片、分立元件、接插件以及外部连接组件等发生的故障。软件故障是指加工程序出错、系统程序和参数设置改变或丢失计算机的运算等等。强电故障是指继电器、接触器、开关、电源变压器、行程开关、电磁铁等元器件、电动机以及由其组成的电气设备发生的故障。

图1

二、数控机床电气故障检修的一般方法

数控机床电气故障的调查、分析与诊断的过程也就是故障的排除过程，一旦查明了原因，故障也就几乎等于排除了。对数控机床电气故障进行调查、分析与诊断可以参考以下方法：

1.直观法

直观法就是利用人的感官对数控机床的部件进行直接故障判断。有问、看、摸、通电等几种方法。问即向故障现场人员一般是操作人员仔细询问故障产生的起因、过程、故障现象及故障导致的后果，在整个分析判断故障过程中可能要多次询问，掌握判断故障的信息;看即查看数控机床各部分的工作状态，查看各电控装置有无报警指示，查看有无保险熔断，元器件烧焦、开裂、电线电缆脱落等现象，判断故障产生的原因;摸即在数控机床断电的情况下对主要电路各连接线的联接状况、各插座的插接状况、各电器元件的发热状况进行触摸，发现可能出现故障的原因;通电即给数控机床某电控电路通电观察是否有冒烟、电弧，是否有异常声音，是否有异味，是否过热的现象，一旦发现应立即断电检查，发现故障产生的模块。

2.测量法

测量法就是利用仪器仪表对数控机床电路或元器件进行检测实现故障判断。有交、直流参数的测量、脉冲信号的测量，测量某些电路板上设置的相关信号状态，从中找寻可能的故障。例如利用万用表测量各电源电压是否在规定的范围之内、各插座的插接状况、接线柱的接线是否良好等;用示波器观察相关的脉动信号的幅值、相位;用PLC编程器查找PLC程序中的故障部位及原因等。

3.交换法

交换法就是利用同样的印制电路板、模块、集成电路芯片或元器件来替换有故障疑点部分的方法，判断故障产生的模块。在交换部件时要注意以下问题：①更换任何备件都必须在断电情况下进行。②许多印制电路板上都有一些开关或短路棒的设定以匹配实际需要，因此在更换备件板一定要记录下原有的开关位置和设定状态，并将新电路板作好同样的设定，否则会产生报警而不能工作。③某些印制电路板的更换还需在更换后进行某些特定操作以完成其中软件与参数的建立。④有些印制电路板是不能轻易拔出的，例如含有工作存储器的板，或者备用电池板，它会丢失有用的参数或者程序。更换时必须遵照有关说明操作。因此，在拔出旧板更换新板之前一定要先仔细阅读相关资料，弄懂要求和操作步骤之后再动手，以免造成更大的故障。

4.交叉换位试验法

当发现故障可能出现在某模块时而又没有备件的情况下，可以将系统中相同或相兼容的两个模块互换检查试验，判断故障。例如两个坐标的指令或伺服驱动的交换，从中判断故障的部位。这种交叉换位法应特别注意，不仅硬件接线的正确交换，还要将相应的参数进行交换，否则不仅达不到目的，反而会产生新的故障而造成思维的混乱，一定要事先考虑周全，设计好软、硬件交换方案，准确无误再进行交换试验。

三、数控机床电气故障检修的步骤

数控机床出现电气故障时，不必急于动手检查，应先要谨慎考虑，再作相应的处理，这样能更快、更有效地排除故障，否则适得其反会扩大故障。数控机床电气故障时，首先检查电源是否正常，利用万用表测量各部分电源电压是否在允许范围之内;当数控机床出现故障报警时，首先查看系统自诊断。CNC系统故障自诊断技术是指硬件模块、功能部件上各状态测试点（在系统设计制造时设置的）和相应诊断软件的支持下，利用数控系统中计算机的运算处理能力，实时监测系统的运行状态，并在预知系统故障或系统性能、系统运行品质劣化动向时及时自动发出报警信息的技术。第二，充分利用数控系统的自诊断功能，分析判断故障发生在强电电路还是弱电电路。在使用自诊断功能时，可让数控系统重启自诊断并检查数控系统的关键部分是否正常。若是强电故障则可通过对继电器、接触器、开关、电源变压器、行程开关、电磁铁等元器件进行检测来排除故障。第三，若是弱电故障，首先根据自诊断情况对系统软件进行检查，数控软件包括数据输入/输出、插补控制、刀具补偿控制、加减速控制、位置控制、伺服控制、键盘控制、显示控制、接口控制等控制软件及各种参数、报警文本等组成，在排除故障时可进行参数重新设置试验再设置再试验等操作步骤完成故障排除;数控软件参数检查完成后再进行硬件故障判断，数控硬件包括以微处理器为核心，采用大规模集成电路芯片、可编程序控制器、伺服驱动单元、伺服电动机、各种输入/输出设备等可见部件。

在故障检查时按检查电气回路各插件接触情况各模块工作情况，这样的顺序进行故障排除。具体的故障排除步骤可见如图2所示，直至数控机床正常运行。

图2

图3

四、常见数控机床电气故障检修

系统急停不能复位是数控机床一个常见的故障，引起此故障的原因也较多，下面我们就说说如何来排除故障：首先分析急停不能复位故障是属机床电气故障，当此故障发生时通过简单分析就可知电源部分是正常的，而且急停控制电路不在强电电路中，因此我们可以不需考虑电源和强电故障，可直接去判断故障可能是软件或硬件故障。根据急停控制回路图3所示。

可以判断软件故障可能为：①系统参数设置错误，使系统信号不能正常输入或复位条件不能满足，引起的急停故障;②PLC程序发生错误，引起的急停故障;硬件故障可能为：①急停回路断开、限位开关损坏、急停按钮损坏，引起的急停故障;②急停复位所需要的“伺服允许、伺服准备好、主轴准备好”等信息未满足要求，引起的急停故障。通过以上的分析，利用相应的排除方法，急停不能复位故障就能很快恢复正常。

以上阐述的数控机床电气维修技术，是我在实践中得出的经验总结。虽然数控机床电气故障种类繁多、千变万化，维修方法也不尽相同，一篇短文很难尽述，但是我把一些基本方法与思路写出来，与大家交流，以期能与数控专业技术人员一起探讨对数控机床电气故障维修技术，增强维修技术水平，保证数控系统恢复正常运行。

参考文献

[1]郑小年，杨克冲.数控机床故障诊断与维修[M].湖北：华中科技大学出版社，2005，9.

[2]杨克冲，陈吉红，郑小年.数控机床电气控制[M].湖北：华中科技大学出版社，2005，1.

[3]陈吉红，杨克冲.数控机床实验指南[M].湖北：华中科技大学出版社，2003，5.

作者简介：戴建友（1976―），男，浙江建德人，浙江省建德市工业技术学校讲师，主要从事机电专业一体化教学研究。