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淺談數控維修中的故障自診斷技術研（yán）究

2022-7-18 來源：山東技師學院作（zuò）者：李銀（yín）濤

摘要：伴（bàn）隨信息技術的高速發展，數控維修診斷趨於智能化、自（zì）動化（huà），特別是近年來故障自診（zhěn）斷技術，成為人們關（guān）注的焦點（diǎn），其作為（wéi）數控核（hé）心性能評判指標之（zhī）一。微處理技術發展更對數控自診斷能力提升（shēng）奠定了基礎，由原有簡易化單一診斷逐（zhú）步趨於自動化方向，僅一個報警器類型就增加至千種。數控係統一旦出現故障，可（kě）通過應用（yòng）係統自診斷功能，精準、及時明確故障類型以（yǐ）及因素。所以，維（wéi）修人員掌握自診斷功能十分關鍵。本文依托實際方案，分別介紹了自診斷在維修（xiū）中的（de）實際應用，力爭為數控快（kuài）速（sù）維修奠定基礎。

關（guān）鍵詞：開機自診斷；運行自診斷；脫機自診斷

自診（zhěn）斷（duàn）技術作為數控係統核心技術，其為係統性（xìng）能係統性評估提供助（zhù）力。利用自診斷功能，可將係統與（yǔ）主機（jī）間接口信號狀況進行（háng）展（zhǎn）示，從而判（pàn）定故障發生（shēng）的具體部位，是當前維修行之有（yǒu）效的方（fāng）式之一。數控機床結合多（duō）個模塊於一身，不僅包含機械、電氣，而且涉（shè）及液、氣，結構複（fù）雜且自動化程度較高，在我國製造業發展中扮演重要角色。由於（yú）數控機床自身的複雜（zá）性及多樣性，使其（qí）各係統以及檢測（cè）裝置受到影響，引起（qǐ）同一種故障成因呈現多元化，對設（shè）備利用率造成影響，因此（cǐ），需積極應用故障自診（zhěn）斷技術（shù），確保數控維修中準確識別故障點，以此確保機床穩定運行。

1、數控機床故障規律及診斷步驟

1.1 數控機床故障規（guī）律

數控機床與普（pǔ）通設備相比，其發生故障（zhàng）與使用時間密切相關，可利用浴盆曲線表示。整個使用生命周期中，根據（jù）調查數據表明，數控機（jī）床發生故障的頻次，將其可歸納為三個階段（duàn），即早期故障、偶然性故障以及損耗故障。首先，針對數控機床而言，出現故障概率較（jiào）高，是該階段（duàn）最凸顯特征之一，且隨（suí）著數控機床使用磨合，其故障率逐漸趨於下降（jiàng）；其次，偶（ǒu）發故障期。數（shù）控機床粒徑各類調整（zhěng）、磨合後，逐漸進入正常穩定運行階段，該階段中數控機床（chuáng）發生故障概率較（jiào）低，且具有一定的穩定性，可將其視為常數，偶然（rán）性故障形成（chéng）核心（xīn）因素是各類突發性因素；最後，損耗故障期。在（zài）數控（kòng）機床使（shǐ）用末尾階段常見，隨著機（jī）床使用時間不（bú）斷推（tuī）移，其故障發（fā）生概率呈上升（shēng）態勢。該階段數控機床出現故障，主（zhǔ）要成因是由於機床持續（xù）性工作，零（líng）部件間磨損較為嚴重，加之部分操作（zuò）人員未規範（fàn）性操（cāo）作機床，未給予係統性養護，使其快（kuài）速進入疲勞期，不同程度縮短機床使用時間，最（zuì）終造成故障頻發。

1.2 數控機床故障診斷一（yī）般步驟

數控機床不管（guǎn）處於哪個故障階段，其故障診斷一般步驟均相同，當數控機床發生故障時，除危險及數控機床或人（rén）身安全緊急（jí）狀況，通（tōng）常建議無（wú）須切斷電源，需盡量保持機（jī）床與（yǔ）原來狀態不變（biàn），並針對出現信號及現象做好全麵（miàn）記錄，主（zhǔ）要包（bāo）含：（1）數控機床發（fā）生故障現象，應全麵記錄（lù）；（2）明確（què）機床（chuáng）發生故障時，給予（yǔ）維修人員的相關提示信號以及顯示內容；（3）發生故障時機床處於狀態（tài）及具體位置。

數控（kòng）機床一（yī）旦發生故障，需嚴格根據以下程序及要求實（shí）施：首（shǒu）先，全麵掌握故障狀況。譬如，機床發生故障（zhàng）時（shí），全部軸承（chéng）均存在此種現象（xiàng），還是（shì）定位於某一軸承；若（ruò）最終定位於特定軸承，應明確（què）處於全過程還（hái）是特定部位（wèi）。為全方位掌握故障（zhàng）狀況，應（yīng）對數控機床各（gè）部分進（jìn）行檢（jiǎn）查，並進行審核故障提示信號。若故障現場條（tiáo）件允許，建議開機試驗確認（rèn），便於快速、準（zhǔn）確定位故障發生部（bù）位以及（jí）形成（chéng）故（gù）障成（chéng）因（yīn）。

其次，根據現場數控機床實際狀況，鎖定故障（zhàng）範圍，明確故障源措施及趨勢（shì）。針對既形成的故障現象分析，通過現象看本質，從（cóng）淺入深（shēn），最終確定故障發生具體部位。需特（tè）別注意的是，部分數控機床發（fā）生故障後，故障點與其他部分（fèn）聯係缺乏緊密性，增加故障查找及確（què）定難度（dù），由於部分故障形成因素（sù）可能較多，無法通過常規方式，最終確定故障類型及部位，要求維修人員應全麵查（chá）找機床相關資料。構建完善的故障形成鏈，確定鏈條上可疑的故障因素，最終從多途徑實施查（chá）找，將其

可疑（yí）因素逐一排除。

最後，遵（zūn）循由表及裏確定故障源。故障查找應從簡單至難，從（cóng）最外部逐漸（jiàn）深（shēn）入內部。難易程度主要（yào）包含兩方（fāng）麵：一方麵，需考量維修技術（shù）的複雜程度；另一方麵（miàn），需考量故障確定過程中，對數控機床裝卸裝（zhuāng）配方麵難易程度。

2、數控機床自診斷方法

2.1 開機自診斷

將數（shù）控機（jī）床接入電源，確保其處於通電狀態，係統內部啟動自診斷軟件核心模塊診斷，如（rú）硬件控製等，最（zuì）終將檢測數據信息（xī）反饋於相關顯示屏上，為人們操作數控機床（chuáng）提供便捷。若檢測係統中部（bù）分信息未通過（guò），可通過顯示屏（píng）將其故障信息及部位顯示，待開機全部項目通（tōng）過診（zhěn）斷達標後，方可（kě）進入正常階段，通（tōng）常軟件開機自診斷（duàn）時間持續在 1 分鍾。但需特別注意的是，部分由硬盤驅動的數控係統，其可能自（zì）診斷耗損時間（jiān）較長（zhǎng）。上述開機診斷，常見（jiàn）故障部位是電路板或（huò）芯片上，通常可將故（gù）障發（fā）生（shēng）範圍確定，維修人員通過維修手冊，提出可能出現故障的若（ruò）幹個（gè）因素，並將其因素逐一排除，最終確定故障因素及（jí）發生部位。

譬如，日本東芝機械公司TOSNUC-600 係統，將其接入電源後，逐次實施自診斷檢測，並（bìng）將其檢測結果反饋於顯示（shì）屏上。顯（xiǎn）示屏上持續性停留於某一行上，無（wú）法進入下一環節，表示該項自診斷無法通過。診斷內容主要包含多個方麵：（1）顯示主 CPU 軟件版本；（2）CRT 及鍵盤檢查，診斷 ZDC2 電路板是否正常；（3）磁泡存儲器檢查，診斷 ZBM1 電路板是否正常；（4）參數過載。針對數控係統進行維修時，維修人員應掌握該係統自診斷能力，確保遇（yù）見故障報警時（shí），需將數控機（jī）床進行關機重啟，係統再次實施自診斷技（jì）術，檢查其核心（xīn）部分是否處於正常。

譬如，日本數控火焰切割機，采用 FANUC-6M 係統。故障現象：每次通電進行自診（zhěn）斷時，CRT 顯示“SYSTEM ERRER901”, 主（zhǔ）板上發光管處於異常，係統難以正常運作。分析診斷：維修手（shǒu）冊中，900-908 號報警磁泡驅動器故障，其中 901 號報警主要承擔開啟電（diàn）源之後，沒有立即檢測磁泡初始點。針（zhēn）對磁泡驅動類故障可將其存儲（chǔ）器進行初始化，無須將其驅動電路板進行調換。根據上述實際維修案例，開機（jī）自診斷是數控機床核心部分重要保障措施，一（yī）旦檢測重要部位出現故障，係統立即切斷電源停止工作（zuò）。

2.2 運行自診斷

運（yùn）行自診斷（duàn）主要指，數控機（jī）床處於正（zhèng）常狀態時（shí），其內部（bù）診斷程序對（duì）自身多個模塊進行自（zì）行檢測，檢測其是否處於正常狀態，如 PLC 等，若一旦內部模塊發生故障，將其相關故障信息顯示。此種診斷核心（xīn）特征是，未將係統與（yǔ）電源切斷，此種診斷持續性實施。現代數（shù）控係統，具有良好的運行自診（zhěn）斷，不僅可將故（gù）障信（xìn）息（xī）顯示於（yú） CRT 上，而且可以診斷地（dì）址或數據為用戶提供（gòng）各類機床（chuáng）信息（xī）。此類狀態（tài）信息（xī）涵蓋內容較多，如 CNC 係統與機床間接口信號狀態、CNC 與 PLC 間信號狀態等。

20 世紀 80 年代以來，我國積極將 PLC 應用於數控係統中，並增設相應的裝置，將內部模塊發生故障（zhàng）以梯形圖直觀顯示，切實為維修人員準（zhǔn）確、快速維修提供便捷。如日本東芝公司製造的 MPA-45120 型數控龍門銑（xǐ）床，主要（yào）由於數控係統和直流主軸（zhóu）調速單元構成。故障現象：機床（chuáng）實際工作過程中，突發性（xìng）停止工作，並在 CRT 顯示 PC4-00 號報警。將係統關機後，且持續片刻（kè）後，將係統重新正（zhèng）常啟動，但係統運作不（bú）久後便又出（chū）現相同問題（tí）。分（fèn）析診斷：PC4-00 號報警為主軸單元故障（zhàng）。一旦主（zhǔ）軸調速單元發生故障後，其及時將（jiāng）故障（zhàng）信號（hào）傳輸至 PLC，最終顯示於顯示屏上。在 PLC 至 NC 信（xìn）號中，輸出端傳輸主軸（zhóu）故障信號，可依托梯形圖直觀展示，便於維修人（rén）員及時掌握故障信號形（xíng）成原因。從故障現象（xiàng）狀態（tài）分析，主（zhǔ）要由於主軸單元輸送的電機過熱信號觸電閉合（hé），最（zuì）終形（xíng）成報警信號。主電機過熱原因通（tōng）常是銑頭切削深度過大，導致（zhì）其電機工作電流超過最（zuì）大限值，但檢查其均處於正常狀態，手部觸（chù）摸電機外殼，其（qí）溫度升高處於異常，檢查（chá）風冷電機和風道，發現風道內積滿塵（chén）埃。故障（zhàng）排除：將風（fēng）道蓋（gài）打開，清除其內（nèi）部塵土（tǔ）後排除故障。

2.3 脫機（jī）診斷

部分早期數控係統發生故（gù）障時，需立即停機，利用專項故障檢測儀器，對係（xì）統實施脫機診斷。診（zhěn）斷過程中（zhōng），需將其相關程序輸入數控係統中，通過計算機運行（háng）診斷程序，測試診斷部位，最終確定是否存在故障。譬如（rú），德國製造數控火（huǒ）焰切割機，采用 MG12SE10 型數控係統。故障現（xiàn）象：調（diào）換該係（xì）統 RAM 板上四節鋰電池，對其更（gèng）換時需進行切斷電源（yuán），造成其係統中（zhōng）程序丟失。當使用係統進行重新輸入時，出現異常現象，機器無法正常工作。分析診斷：逐步根據故障基本（běn）現象（xiàng）判定，可能包含多個故障因素，需對其（qí）進行逐一排查，最終（zhōng）確定（dìng）故障成因（yīn），如 CPU 故障、閱讀機質量較低。利用脫機方式，對閱（yuè）讀機進行測試，最終測試結果為第 2 數據沒有可靠性（xìng）。故障排除：用雙線示（shì）波（bō）器的全孔紙帶，將閱讀機數據波形進行調整（zhěng），將第二（èr）孔波形寬度進行調整，確保其與其他位置寬度相同。完（wán）成調（diào）整之（zhī）後（hòu），係統（tǒng）故障解（jiě）決，紙帶順利進入（rù）機（jī）器中。

3、結（jié）語

數控（kòng）係統故障診（zhěn）斷現象（xiàng）較多，其表現形式不一，對（duì）數控係統故障分析判斷時，需關注數控係統和機床自身特點。對於維修人員（yuán）而言，熟悉和運用係統自診斷功（gōng）能十分關鍵，數控係統發生故障時，可（kě）通過係統自診（zhěn）斷故障，及時、準確地為維修人員提供數據，降低（dī）故障診斷難度。

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