浅谈数控设备故障的诊断和维修方法

在数控设备使用越来越广泛，随之而来的是如何保证设备的有效利用率，设备出现故障时，要尽快将设备恢复正常使用。为了解决这个问题，首先要求维修人员应该有很高的素质，不但要求具有丰富的专业知识，如机电一体化技术、计算机原理、数控技术、PLC技术、自控技术、拖动原理、液压技术等，还要掌握机械加工常识和数控装置的简单编程，另外还要具有一定的英语水平，能够阅读英文技术资料。要有足够的资料，包括机、电、液图纸，机床参数备份，系统使用维修手册，PLC梯形图等。还要有一定量的备件。另外需要维修人员具有一定的经验，掌握一定的维修方法。笔者从事数控设备维修多年，积累了一定的经验，总结一套维修数控设备的方法，现介绍如下以供参考。
要搞清故障现象

当数控设备出现故障时，首先要搞清故障现象，向操作人员了解第一次出现故障时的情况，在可能的情况下观察故障发生的过程，观察故障是在什么情况下发生的，怎么发生的，引起怎样的后果。只有了解到第一手情况，才有利于故障的排除，把故障过程搞清了，问题就解决一半了。搞清了故障现象，然后根据机床和数控系统的工作原理，就可以很快地确诊问题所在并将故障排除，使设备恢复正常使用。

如，一台采用美国BRYANT公司TEACHABLE Ⅲ系统的数控外圆磨床在自动加工时，砂轮将修整器磨掉一块。为了观察故障现象并防止意外再次发生，将砂轮拆下运行机床，这时再观察故障现象，发现在自动磨削加工时，磨削正常没有问题，工件磨削完之后，修整砂轮时，砂轮正常进给，而砂轮修整器旋转非常快，很快就压上限位开关，如果这时砂轮没拆，肯定砂轮又要撞到修整器上。根据机床的工作原理，砂轮修整器由E轴伺服电机带动，用旋转编码器作为位置反馈元件。正常情况下修整器修整砂轮时，Z轴滑台带动E轴修整器移动到修整位置，修整器做30°~120°的摆动来修整砂轮。我们多次观察故障现象发现，E轴在压上限位开关时，在屏幕上E轴的坐标值只有60°左右，而实际位置大概在180°左右，显然是位置反馈出现问题，但更换了位控板和编码器都没有解决问题。我们又经过反复的观察和试验，发现：E轴修整器在Z轴的边缘时，回参考点和旋转摆动都没有问题，要利用系统的报警信息

现在数控系统的自诊断能力越来越强，设备的大部分故障数控系统都能够诊断出来，并采取相应的措施，如停机等，一般都能产生报警显示。当数控设备出现故障时，有时在显示器上显示报警信息，有时在数控装置上、PLC装置上和驱动装置上还会有报警指示。这时要根据手册对这些报警信息进行分析，有些根据报警信息就可直接确认故障原因，只要搞清报警信息的内容，就可排除数控设备出现的故障。

如，一台采用德国SIEMENS 810系统的数控沟道磨床，开机后就产生1号报警显示“BATTERY ALARM POWER SUPPLY”，很明显指示数控系统断电保护电池没电，更换新的电池后(注意：一定要在系统带电的情况下更换电池)，将故障复位，机床恢复使用。另一台采用SIEMENS 3系统的数控磨床，开机后屏幕没有显示，检查数控装置，发现CPU板上一个发光二极管闪烁，根据说明书，分析其闪烁频率，确认为断电保护电池电压低，更换电池后，重新启动系统故障消失。

如，一台采用日本FANUC 0TC系统的数控车床，出现2043号报警，显示“HYD. PRESSURE DOWN"，指示液压系统压力低。根据报警信息，对液压系统进行检查，发现液压压力确实很低，对液压压力进行调整使机床恢复了正常使用。
另一些故障的报警信息并不能反映故障的根本原因，而是反映故障的结果或者由此引起的其它问题，这时要经过仔细的分析和检查才能确定故障原因，下面的方法对这类故障及没有报警的一些故障的检测是行之有效的。

要利用数控系统的PLC状态显示功能

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。

如，一台采用日本FANUC 0TC的数控车床，一次出现故障，开机就出现2041号报警，指示X轴超限位的报警，但观察X轴并没有超限位，并且X轴的限位开关也没有压下，但利用NC系统的PMC状态显示功能，检查X轴限位开关的PMC输入X0.0的状态为“1”，开关触点确实已经接通，说明开关出现了问题，更换新的开关后，机床故障消除。

如，一台采用日本MITSUBINSHI MELDAS L3系统的数控车床，一次出现故障，刀塔不旋转。根据刀塔的工作原理，刀塔旋转时，首先靠液压缸将刀塔浮起，然后才能旋转。观察故障现象，当手动按下刀塔旋转的按钮时，刀塔根本没有反应，也就是说，刀塔没有浮起，根据电气原理图，PLC的输出Y4.4控制继电器K44来控制电磁阀，电磁阀控制液压缸使刀塔浮起，首先通过NC系统的PLC状态显示功能，观察Y4.4的状态，当按下手动刀塔旋转按钮时，其状态变为“1”，没有问题，继续检查发现，是其控制的直流继电器K44的触点损坏，更换新的继电器，刀塔恢复了正常工作。

要利用机床厂家提供的PLC梯形图

数控设备出现的大部分故障都是通过PLC装置检查出来的，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。

如，一台采用SIEMENS 810系统的数控磨床，一次出现故障，开机后机床不回参考点并且没有故障显示，检查控制面板发现分度装置落下的指示灯没亮，这台机床为了安全起见，只要分度装置没落下，机床的进给轴就不能运动。但检查分度装置，已经落下没有问题。根据机床厂家提供PLC梯形图，PLC的输出A7.3控制面板上的分度装置落下指示灯。用编程器在线观察梯形图的运行，发现F143.4没有闭合，致使A7.3的状态为“0”。F143.4指示工件分度台在落下位置，继续检查发现由于输入E13.2没有闭合导致F143.4的状态为“0”。根据电气原理图，PLC输入E13.2接的是检测工件分度装置落下的接近开关36PS13，将分度装置拆开，发现机械装置有问题，不能带动驱动接近开关的机械装置运动，所以E13.2始终不能闭合。将机械装置维修好后，机床恢复了正常使用。
一台采用SIEMENS 3TT系统的数控铣床，在自动循环加工过程中，工件已加工完毕，工作台正要旋转，主轴还没有退到位，这时第二工位主轴停转，自动循环中断，产生报警F97“SPINDLE1 SPEED NOT OK STATION2”和F98“SPINDLE2 SPEED NOT OK STATION2”，表示第二工位两个主轴速度不正常。但对主轴系统进行检测并没有发现问题。为了确定故障原因，用机外编程器动态监视机床PLC梯形图的运行，根据逻辑关系进行检查，最后发现是第二工位的工件卡紧液压压力开关，E21.1在出现故障的瞬间其状态发生变化，由“1”信号瞬间变成“0”信号，紧接着又变成“1”信号，E21.1接的是压力开关P21.1，它的状态变成“0”，信号指示工件没有卡紧，所以主轴停转，自动循环停止。由于工件的卡紧是由液压来完成的，对液压系统进行检查，发现压力有些不稳，对液压系统进行调整，使之稳定，机床恢复了正常工作。这个故障的报警信息反映的是由于液压不稳造成的主轴停转的现象，而没有反映液压不稳的故障根源。

以上两种方法对机床侧故障的检测是非常有效的，因为这些故障无非是检测开关、继电器、电磁阀的损坏或者机械执行结构出现问题，这些问题基本都可以根据PLC程序，通过检测其相应的状态来确认故障点。而遇到一些系统故障时，有时情况比较复杂，采用以下的方法及检测原则可快速确认故障点。利用交换法准确定位故障点

对于一些涉及到控制系统的故障，有时不容易确认哪一部分有问题，在确保没有进一步损坏的情况下，用备用控制板代换被怀疑有问题的控制板，是准确定位故障点的有效办法，有时与其它机床上同类型控制系统的控制板互换会更快速诊断故障(这时要保证不会把好的板子损坏)。

如，一台采用美国BRYANT公司TEACHABLE Ⅲ系统的数控内圆磨床，一次出现故障，在E轴运动时，出现报警："E AXIS EXCESS FOLLOWING ERROR"，这个报警的含义是E轴位移的跟随误差超出设定范围。由于E轴一动就产生这个报警，E轴无法回参考点。手动移动E轴，观察故障现象，当E轴运动时，屏幕上显示E轴位移的变化，当从0走到14时，屏幕上的数值突然跳变到471。反向运动时也是如此，当达到 -14时，也跳变到471。这时出现上述报警，进给停止。经分析可能是E轴位置反馈系统的问题，这包括E轴编码器、连接电缆、数控系统的位控板以及数控系统CPU板等，为了尽快发现问题，本着先简单后复杂的原则，首先更换位控板，这时故障消除。这台机床另一次X轴出现这个报警，首先更换位控板，故障没有排除，因此怀疑编码器的损坏可能性比较大，当拆下编码器时发现，其联轴节已断开，更换新的联轴节，故障消除。

要本着先外围后内部、先机械后电气、先简单后复杂、先静后动、先公用后专用、先查软件后查硬件的原则检查故障

对于数控设备出现较复杂的故障，特别是涉及到控制系统时，应用这些原则可简化故障的诊断过程，避免走弯路。有时这些原则应该结合使用，这样才能使故障尽快排除。