數(shù)控機床是一種技術(shù)含量很高的機、電、液、氣、儀一體化的高效的自動化機床，綜合了計算機技術(shù)、自動化技術(shù)、伺服驅(qū)動、精密測量和精密機械等各個領(lǐng)域的新的技術(shù)成果，是一門新興的工業(yè)控制技術(shù)。不同的數(shù)控系統(tǒng)雖然在結(jié)構(gòu)和性能上有所區(qū)別，但在故障診斷上有它的共性，現(xiàn)結(jié)合工作實際談一下數(shù)控系統(tǒng)故障分析和維修的一般方法。
數(shù)控系統(tǒng)故障維修通常按照：現(xiàn)場故障的診斷與分析、故障的測量維修排除、系統(tǒng)的試車這三大步進行。
1、數(shù)控機床故障診斷
在故障診斷時應(yīng)掌握以下原則：
1.1先外部后內(nèi)部
現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的可靠性越來越高，數(shù)控系統(tǒng)本身的故障率越來越低，而大部分故障的發(fā)生則是非系統(tǒng)本身原因引起的。由于數(shù)控機床是集機械、液壓、電氣為一體的機床，其故障的發(fā)生也會由這三者綜合反映出來。維修人員應(yīng)先由外向內(nèi)逐一進行排查。盡量避免隨意地啟封、拆卸，否則會擴大故障，使機床喪失精度、降低性能。系統(tǒng)外部的故障主要是由于檢測開關(guān)、液壓元件、氣動元件、電氣執(zhí)行元件、機械裝置等出現(xiàn)問題而引起的。
1.2先機械后電氣
一般來說，機械故障較易發(fā)覺，而數(shù)控系統(tǒng)及電氣故障的診斷難度較大。在故障檢修之前，首先注意排除機械性的故障。
1.3先靜態(tài)后動態(tài)
先在機床斷電的靜止狀態(tài)，通過了解、觀察、測試、分析，確認通電后不會造成故障擴大、發(fā)生事故后，方可給機床通電。在運行狀態(tài)下，進行動態(tài)的觀察、檢驗和測試，查找故障。而對通電后會發(fā)生破壞性故障的，必須先排除危險后，方可通電。
1.4先簡單后復(fù)雜
當出現(xiàn)多種故障互相交織，一時無從下手時，應(yīng)先解決容易的問題，后解決難度較大的問題。往往簡單問題解決后，難度大的問題也可能變得容易。
2、數(shù)控機床的故障診斷技術(shù)
數(shù)控系統(tǒng)是高技術(shù)密集型產(chǎn)品，要想迅速而正確的查明原因并確定其故障的部位，要借助于診斷技術(shù)。隨著微處理器的不斷發(fā)展，診斷技術(shù)也由簡單的診斷朝著多功能的高級診斷或智能化方向發(fā)展。診斷能力的強弱也是評價cnc數(shù)控系統(tǒng)性能的一項重要指標。目前所使用的各種cnc系統(tǒng)的診斷技術(shù)大致可分為以下幾類：
2.1起動診斷
起動診斷是指cnc系統(tǒng)每次從通電開始，系統(tǒng)內(nèi)部診斷程序就自動執(zhí)行診斷。診斷的內(nèi)容為系統(tǒng)中最關(guān)鍵的硬件和系統(tǒng)控制軟件，如cpu、存儲器、i／o等單元模塊，以及mdi／crt單元、u盤等裝置或外部設(shè)備。只有當全部項目都確認正確無誤之后，整個系統(tǒng)才能進入正常運行的準備狀態(tài)。否則，將在crt畫面報警方式指示故障信息。此時起動診斷過程不能結(jié)束，系統(tǒng)無法投入運行。
2.2在線診斷
在線診斷是指通過cnc系統(tǒng)的內(nèi)裝程序，在系統(tǒng)處于正常運行狀態(tài)時對cnc系統(tǒng)本身及cnc裝置相連的各個伺服單元、伺服電機、主軸伺服單元和主軸電動機以及外部設(shè)備等進行自動診斷、檢查。只要系統(tǒng)不停電，在線診斷就不會停止。
在線診斷一般包括自診斷功能的狀態(tài)顯示有上千條，常以二進制的0、1來顯示其狀態(tài)。對正邏輯來說，0表示斷開狀態(tài)，1表示接通狀態(tài)，借助狀態(tài)顯示可以判斷出故障發(fā)生的部位。常用的有接口狀態(tài)和內(nèi)部狀態(tài)顯示，如利用i／o接口狀態(tài)顯示，再結(jié)合plc梯形圖和強電控制線路圖，用推理法和排除法即可判斷出故障點所在的真正位置。故障信息大都以報警號形式出現(xiàn)。一般可分為以下幾大類：過熱報警類；系統(tǒng)報警類；存儲報警類；編程／設(shè)定類；伺服類；行程開關(guān)報警類；印刷線路板間的連接故障類。
2.3離線診斷
離線診斷是指數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，數(shù)控系統(tǒng)制造廠家或?qū)I(yè)維修中心利用專用的診斷軟件和測試裝置進行停機（或脫機）檢查。力求把故障定位到盡可能小的范圍內(nèi)，如縮小到某個功能模塊、某部分電路，甚至某個芯片或元件，這種故障定位更為精確。
2.4現(xiàn)代診斷技術(shù)
隨著電信技術(shù)的發(fā)展，ic和微機性價比的提高，近年來國外已將一些新的概念和方法成功地引用到診斷領(lǐng)域。
（1）通信診斷
也稱遠程診斷，即利用電話通訊線把帶故障的cnc系統(tǒng)和專業(yè)維修中心的專用通訊診斷計算機通過連接進行測試診斷。如西門子公司在cnc系統(tǒng)診斷中采用了這種診斷功能，用戶把cnc系統(tǒng)中專用的“通信接口”連接在普通電話線上，而兩門子公司維修中心的專用通迅診斷計算機的“數(shù)據(jù)電話”也連接到電話線路上，然后由計算機向cnc系統(tǒng)發(fā)送診斷程序，并將測試數(shù)據(jù)輸回到計算機進行分析并得出結(jié)論，隨后將診斷結(jié)論和處理辦法通知用戶。
通訊診斷系統(tǒng)還可為用戶作定期的預(yù)防性診斷，維修人員不必親臨現(xiàn)場，只需按預(yù)定的時間對機床作一系列運行檢查，在維修中心分析診斷數(shù)據(jù)，可發(fā)現(xiàn)存在的故障隱患，以便及早采取措施。當然，這類cnc系統(tǒng)必須具備遠程診斷接口及聯(lián)網(wǎng)功能。
（2）自修復(fù)系統(tǒng)
就是在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置有備用模塊，在cnc系統(tǒng)的軟件中裝有自修復(fù)程序，當該軟件在運行時一旦發(fā)現(xiàn)某個模塊有故障時，系統(tǒng)一方面將故障信息顯示在crt上，同時自動尋找是否有備用模塊，如有備用模塊，則系統(tǒng)能自動使故障脫機，而接通備用模塊使系統(tǒng)能較快地進入正常工作狀態(tài)。這種方案適用于無人管理的自動化工作場合。
需要注意的是：機床在實際使用中也有些故障既無報警，現(xiàn)象也不是很明顯，對這種情況，處理起來就不那樣簡單了。另外有此設(shè)備出現(xiàn)故障后，不但無報警信息，而且缺乏有關(guān)維修所需的資料。對這類故障的診斷處理，必須根據(jù)具體情況仔細檢查，從現(xiàn)象的微小之處進行分析，找出它的真正原因。要查清這類故障的原因，首先必須從各種表面現(xiàn)象中找山它的真實故障現(xiàn)象，再從確認的故障現(xiàn)象中找出發(fā)生的原因。全面地分析一個故障現(xiàn)象是決定判斷是否正確的重要因素。在查找故障原因前，首先必須了解以下情況：故障是在正常工作中出現(xiàn)還是剛開機就出現(xiàn)的；出現(xiàn)的次數(shù)是次還是已多次發(fā)生；確認機床加工程序的正確性；是否有其他人改過機床參數(shù)設(shè)置。
3、數(shù)控機床的常見故障排除方法
由于數(shù)控機床故障比較復(fù)雜，同時數(shù)控系統(tǒng)自診斷能力還不能對系統(tǒng)的所有部件進行測試，往往是一個報警號指示出眾多的故障原因，使人難以入手。下面介紹維修人員任生產(chǎn)實踐中常用的排除故障方法。
3.1直觀檢查法
直觀檢查法是維修人員根據(jù)對故障發(fā)生時的各種光、聲、味等異?，F(xiàn)象的觀察，確定故障范圍，可將故障范圍縮小到一個模塊或一塊電路板上，然后再進行排除。一般包括：
a、詢問：向故障現(xiàn)場人員仔細詢問故障產(chǎn)生的過程、故障表象及故障后果等；
b、目視：總體查看機床各部分工作狀態(tài)是否處于正常狀態(tài)，各電控裝置有無報警指示，局部查看有無保險燒斷，元器件燒焦、開裂、電線電纜脫落，各操作元件位置正確與否等等；
c、觸摸：在整機斷電條件下可以通過觸摸各主要電路板的安裝狀況、各插頭座的插接狀況、各功率及信號導(dǎo)線的聯(lián)接狀況以及用手摸并輕搖元器件，尤其是大體積的阻容、半導(dǎo)體器件有無松動之感，以此可檢查出一些斷腳、虛焊、接觸不良等故障；
d、通電：是指為了檢查有無冒煙、打火，有無異常聲音、氣味以及觸摸有無過熱電動機和元件存在而通電，一旦發(fā)現(xiàn)立即斷電分析。如果存在破壞性故障，必須排除后方可通電。
3、數(shù)控機床的常見故障排除方法
由于數(shù)控機床故障比較復(fù)雜，同時數(shù)控系統(tǒng)自診斷能力還不能對系統(tǒng)的所有部件進行測試，往往是一個報警號指示出眾多的故障原因，使人難以入手。下面介紹維修人員任生產(chǎn)實踐中常用的排除故障方法。
3.1直觀檢查法
直觀檢查法是維修人員根據(jù)對故障發(fā)生時的各種光、聲、味等異?，F(xiàn)象的觀察，確定故障范圍，可將故障范圍縮小到一個模塊或一塊電路板上，然后再進行排除。一般包括：
a、詢問：向故障現(xiàn)場人員仔細詢問故障產(chǎn)生的過程、故障表象及故障后果等；
b、目視：總體查看機床各部分工作狀態(tài)是否處于正常狀態(tài)，各電控裝置有無報警指示，局部查看有無保險燒斷，元器件燒焦、開裂、電線電纜脫落，各操作元件位置正確與否等等；
c、觸摸：在整機斷電條件下可以通過觸摸各主要電路板的安裝狀況、各插頭座的插接狀況、各功率及信號導(dǎo)線的聯(lián)接狀況以及用手摸并輕搖元器件，尤其是大體積的阻容、半導(dǎo)體器件有無松動之感，以此可檢查出一些斷腳、虛焊、接觸不良等故障；
d、通電：是指為了檢查有無冒煙、打火，有無異常聲音、氣味以及觸摸有無過熱電動機和元件存在而通電，一旦發(fā)現(xiàn)立即斷電分析。如果存在破壞性故障，必須排除后方可通電。
功能程序測試法是將數(shù)控系統(tǒng)的g、m、s、t、f功能用編程法編成一個功能試驗程序，并存儲在相應(yīng)的介質(zhì)上，如紙帶和磁帶等。在故障診斷時運行這個程序，可快速判定故障發(fā)生的可能起因。
功能程序測試法常應(yīng)用于以下場合：
a、機床加工造成廢品而一時無法確定是編程操作不當、還是數(shù)控系統(tǒng)故障引起；
b、數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)隨機性故障，一時難以區(qū)別是外來干擾，還是系統(tǒng)穩(wěn)定性個好；
c、閑置時間較長的數(shù)控機床在投入使用前或?qū)?shù)控機床進行定期檢修時。
例：一臺fanucoimf系統(tǒng)的立式銑床在自動加工某一曲線零件時出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，表面粗糙度極差。在運行測試程序時，直線、圓弧插補時皆無爬行，由此確定原因在編程方面。對加工程序仔細檢查后發(fā)現(xiàn)該曲線由很多小段圓弧組成，而編程時又使用了正確定位外檢查c61指令之故。將程序中的g61取消，改用g64后，爬行現(xiàn)象消除。
3.5備件替換法
用好的備件替換診斷出壞的線路板，即在分析出故障大致起因的情況下，維修人員可以利用備用的印刷電路板、集成電路芯片或元器件替換有疑點的部分，從而把故障范圍縮小到印刷線路板或芯片一級。并做相應(yīng)的初始化起動，使機床迅速投入正常運轉(zhuǎn)。
對于現(xiàn)代數(shù)控的維修，越來越多的情況采用這種方法進行診斷，然后用備件替換損壞模塊，使系統(tǒng)正常工作。盡可能縮短故障停機時間，使用這種方法在操作時注意一定要在停電狀態(tài)下進行，還要仔細檢查線路板的版本、型號、各種標記、跨接是否相同，若不一致則不能更換。拆線時應(yīng)做好標志和記錄。
一般不要輕易更換cpu板、存儲器板及電地，否則有可能造成程序和機床參數(shù)的丟失，使故障擴大。
例：一臺采用西門子sinumerik828d系統(tǒng)的數(shù)控機床，一次發(fā)生故障時，通過nc系統(tǒng)pc功能輸入的r參數(shù)，在加工中不起作用，不能更改加上程序中r參數(shù)的數(shù)值。通過對nc系統(tǒng)工作原理及故障現(xiàn)象的分析，認為plc的主板有問題，與另一臺機床的主板對換后，進一步確定為plc主板的問題。經(jīng)專業(yè)廠家維修，故障被排除。
3.6交叉換位法
當發(fā)現(xiàn)故障板或者個能確定是否是故障板而又沒有備件的情況下，可以將系統(tǒng)中相同或相兼容的兩個板互換檢查，例如兩個坐標的指令板或伺服板的交換，從中判斷故障板或故障部位。這種交叉換位法應(yīng)特別注意，不僅要硬件接線的正確交換，還要將一系列相應(yīng)的參數(shù)交換，否則不僅達不到目的，反而會產(chǎn)生新的故障造成思維混亂，一定要事先考慮周全，設(shè)計好軟、硬件交換方案，準確無誤再行交換檢查。
例：一臺數(shù)控車床出現(xiàn)x向進給正常，z向進給出現(xiàn)振動、噪音大、精度差，采用手動和手搖脈沖進給時也如此。觀察各驅(qū)動板指示燈亮度及其變化基本正常，疑是z軸步進電動機及其引線開路或z軸機械故障。遂將z軸電機引線換到x軸電機上，x軸電機運行正常，說明z軸電動機引線正常；又將x軸電機引線換到z軸電機上，故障依舊；可以斷定是z軸電動機故障或z軸機械故障。測量電動機引線，發(fā)現(xiàn)一相開路。修復(fù)步進電動機，故障排除。
3.7參數(shù)檢查法
系統(tǒng)參數(shù)是確定系統(tǒng)功能的依據(jù)，參數(shù)設(shè)定錯誤就可能造成系統(tǒng)的故障或某功能無效。發(fā)生故障時應(yīng)及時核對系統(tǒng)參數(shù)，參數(shù)一般存放在磁泡存儲器或存放在需由電池保持的cmosram中，一旦電池電量不足或由于外界的干擾等因素，使個別參數(shù)丟失或變化，發(fā)生混亂，使機床無法正常工作。此時，可通過核對、修正參數(shù)，將故障排除。
例：一臺數(shù)控銑床上采用了測量循環(huán)系統(tǒng)，這一功能要求有一個背景存貯器，調(diào)試時發(fā)現(xiàn)這一功能無法實現(xiàn)。檢查發(fā)現(xiàn)確定背景存貯器存在的數(shù)據(jù)位沒有設(shè)定，經(jīng)設(shè)定后該功能正常。