隨著當(dāng)今控制理論與自動(dòng)化技術(shù)的高速發(fā)展，尤其是微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的日新月異，使得數(shù)控技術(shù)也在同步飛速發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式上的多樣化、復(fù)雜化、高智能化，使數(shù)控機(jī)床的故障診斷與排除更需專業(yè)的技術(shù)和知識(shí)。

一、數(shù)控機(jī)床常見故障分類

1、確定性故障

確定性故障是指控制系統(tǒng)主機(jī)中的硬件損壞或只要滿足一定的條件，數(shù)控機(jī)床必然會(huì)發(fā)生的故障。這一類故障現(xiàn)象在數(shù)控機(jī)床上最為常見，但由于它具有一定的規(guī)律， 因此也給維修帶來了方便，確定性故障具有不可恢復(fù)性， 故障一旦發(fā)生， 如不對(duì)其進(jìn)行維修處理， 機(jī)床不會(huì)自動(dòng)恢復(fù)正常。但只要找出發(fā)生故障的根本原因， 維修完成后機(jī)床立即可以恢復(fù)正常。正確的使用與精心維護(hù)是杜絕或避免故障發(fā)生的重要措施。

2、隨機(jī)性故障

隨機(jī)性故障是指數(shù)控機(jī)床在工作過程中偶然發(fā)生的故障，此類故障的發(fā)生原因較隱蔽， 很難找出其規(guī)律性， 故常稱之為“軟故障”， 隨機(jī)性故障的原因分析與故障診斷比較困難， 一般而言， 故障的發(fā)生往往與部件的安裝質(zhì)量、參數(shù)的設(shè)定、元器件的品質(zhì)、軟件設(shè)計(jì)不完善、工作環(huán)境的影響等諸多因素有關(guān)。隨機(jī)性故障有可恢復(fù)性，故障發(fā)生后， 通過重新開機(jī)等措施， 機(jī)床通常可恢復(fù)正常， 但在運(yùn)行過程中， 又可能發(fā)生同樣的故障。
加強(qiáng)數(shù)控系統(tǒng)的維護(hù)檢查， 確保電氣箱的密封， 可靠的安裝、連接， 正確的接地和屏蔽是減少、避免此類故障發(fā)生的重要措施。

二、數(shù)控機(jī)床常見的故障

1、主軸部件故障

由于使用調(diào)速電機(jī)，數(shù)控機(jī)床主軸箱結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，容易出現(xiàn)故障的部位是主軸內(nèi)部的刀具自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)、自動(dòng)調(diào)速裝置等。為保證在工作中或停電時(shí)刀夾不會(huì)自行松脫，刀具自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)采用彈簧夾緊，并配行程開關(guān)發(fā)出夾緊或放松信號(hào)。若刀具夾緊后不能松開，則考慮調(diào)整松刀液壓缸壓力和行程開關(guān)裝置，或調(diào)整碟形彈簧上的螺母，減小彈簧壓合量。此外，主軸發(fā)熱和主軸箱噪聲問題也不容忽視，此時(shí)主要考慮清洗主軸箱，調(diào)整潤(rùn)滑油量，保證主軸箱清潔度和更換主軸軸承，修理或更換主軸箱齒輪等。

2、進(jìn)給傳動(dòng)鏈故障

在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中，普遍采用滾珠絲杠副、靜壓絲杠螺母副、滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌和塑料導(dǎo)軌。所以進(jìn)給傳動(dòng)鏈有故障，主要反映是運(yùn)動(dòng)質(zhì)量下降。如：機(jī)械部件未運(yùn)動(dòng)到規(guī)定位置、運(yùn)行中斷、定位精度下降、反向間隙增大、爬行、軸承噪聲變大(撞車后)等。

對(duì)于此類故障可以通過以下措施預(yù)防

(1) 提高傳動(dòng)精度

調(diào)節(jié)各運(yùn)動(dòng)副預(yù)緊力，調(diào)整松動(dòng)環(huán)節(jié)，消除傳動(dòng)間隙，縮短傳動(dòng)鏈和在傳動(dòng)鏈中設(shè)置減速齒輪，也可提高傳動(dòng)精度。

(2) 高傳動(dòng)剛度

調(diào)節(jié)絲杠螺母副、支承部件的預(yù)緊力及合理選擇絲杠本身尺寸，是提高傳動(dòng)剛度的有效措施。剛度不足還會(huì)導(dǎo)致工作臺(tái)或拖板產(chǎn)生爬行和振動(dòng)以及造成反向死區(qū)，影響傳動(dòng)準(zhǔn)確性。

(3) 提高運(yùn)動(dòng)精度

在滿足部件強(qiáng)度和剛度的前提下，盡可能減小運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量，減小旋轉(zhuǎn)零件的直徑和質(zhì)量，以減小運(yùn)動(dòng)部件的慣性，提高運(yùn)動(dòng)精度。

(4) 導(dǎo)軌

滾動(dòng)導(dǎo)軌對(duì)臟物比較敏感，必須要有良好的防護(hù)裝置，而且滾動(dòng)導(dǎo)軌的預(yù)緊力選擇要恰當(dāng)，過大會(huì)使?fàn)恳︼@著增加。靜壓導(dǎo)軌應(yīng)有一套過濾效果良好的供油系統(tǒng)。

3、自動(dòng)換刀裝置故障

自動(dòng)換刀裝置故障主要表現(xiàn)在：刀庫(kù)運(yùn)動(dòng)故障、定位誤差過大、機(jī)械手夾持刀柄不穩(wěn)定、機(jī)械手運(yùn)動(dòng)誤差較大等。故障嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成換刀動(dòng)作卡住，機(jī)床被迫停止工作。

基本處理辦法

(1) 刀庫(kù)運(yùn)動(dòng)故障

若連接電機(jī)軸與蝸桿軸的聯(lián)軸器松動(dòng)或機(jī)械聯(lián)接過緊等機(jī)械原因，會(huì)造成刀庫(kù)不能轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)必須緊固聯(lián)軸器上的螺釘。若刀庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)不到位，則屬于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)故障或傳動(dòng)誤差造成。若現(xiàn)刀套不能夾緊刀具，則需調(diào)整刀套上的調(diào)節(jié)螺釘，壓緊彈簧，頂緊卡緊銷。當(dāng)出現(xiàn)刀套上／下不到位時(shí)，應(yīng)檢查撥叉位置或限位開關(guān)的安裝與調(diào)整情況。

(2) 換刀機(jī)械手故障

若刀具夾不緊、掉刀，則調(diào)整卡緊爪彈簧，使其壓力增大，或更換機(jī)械手卡緊銷。若刀具夾緊后松不開，應(yīng)調(diào)整松鎖彈簧后的螺母，使最大載荷不超過額定值。若刀具交換時(shí)掉刀，則屬于換刀時(shí)主軸箱沒有回到換刀點(diǎn)或換刀點(diǎn)漂移造成，應(yīng)重新操作主軸箱，使其回到換刀位置，重新設(shè)定換刀點(diǎn)。

4、各軸運(yùn)動(dòng)位置行程開關(guān)壓合故障

在數(shù)控機(jī)床上，為保證自動(dòng)化工作的可靠性，采用了大量檢測(cè)運(yùn)動(dòng)位置的行程開關(guān)。機(jī)床經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)行，運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)特性發(fā)生變化，行程開關(guān)壓合裝置的可靠性及行程開關(guān)本身品質(zhì)特性的改變，對(duì)整機(jī)性能產(chǎn)生較大影響。一般要適時(shí)檢查和更換行程開關(guān)，可消除因此類開關(guān)不良對(duì)機(jī)床的影響。

5、配套輔助裝置故障

(1) 液壓系統(tǒng)液壓泵應(yīng)采用變量泵，以減少液壓系統(tǒng)的發(fā)熱。油箱內(nèi)安裝的過濾器，應(yīng)定期用汽油或超聲波振動(dòng)清洗。常見故障主要是泵體磨損、裂紋和機(jī)械損傷，此時(shí)一般必須大修或更換零件。

(2) 氣壓系統(tǒng)

用于刀具或工件夾緊、安全防護(hù)門開關(guān)以及主軸錐孔吹屑的氣壓系統(tǒng)中，分水濾氣器應(yīng)定時(shí)放水，定期清洗，以保證氣動(dòng)元件中運(yùn)動(dòng)零件的靈敏性。閥心動(dòng)作失靈、空氣泄漏、氣動(dòng)元件損傷及動(dòng)作失靈等故障均由潤(rùn)滑不良造成，故油霧器應(yīng)定期清洗。此外，還應(yīng)經(jīng)常檢查氣動(dòng)系統(tǒng)的密封性。

(3) 潤(rùn)滑系統(tǒng)

包括對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌、傳動(dòng)齒輪、滾珠絲杠、主軸箱等的潤(rùn)滑。潤(rùn)滑泵內(nèi)的過濾器需定期清洗、更換，一般每年應(yīng)更換一次。

(4) 冷卻系統(tǒng)

它對(duì)刀具和工件起冷卻和沖屑作用。冷卻液噴嘴應(yīng)定期清洗。

(5) 排屑裝置

排屑裝置是具有獨(dú)立功能的附件，主要保證自動(dòng)切削加工順利進(jìn)行和減少數(shù)控機(jī)床的發(fā)熱。因此排屑裝置應(yīng)能及時(shí)自動(dòng)排屑，其安裝位置一般應(yīng)盡可能靠近刀具切削區(qū)域。

三、數(shù)控機(jī)床的常見故障排除方法

由于數(shù)控機(jī)床故障比較復(fù)雜， 同時(shí)數(shù)控系統(tǒng)自診斷能力還不能對(duì)系統(tǒng)的所有部件進(jìn)行測(cè)試， 往往是一個(gè)報(bào)警號(hào)指示出眾多的故障原因， 使人難以入手。下面介紹維修人員在生產(chǎn)實(shí)踐中常用的排除故障方法。

1、直觀檢查法

直觀檢查法是維修人員根據(jù)對(duì)故障發(fā)生時(shí)的各種光、聲、味等異常現(xiàn)象的觀察， 確定故障范圍， 可將故障范圍縮小到一個(gè)模塊或一塊電路板上， 然后再進(jìn)行排除。

2、初始化復(fù)位法

一般情況下， 由于瞬時(shí)故障引起的系統(tǒng)報(bào)警，可用硬件復(fù)位或開關(guān)系統(tǒng)電源依次來清除故障。若系統(tǒng)工作存貯區(qū)由于掉電、撥插線路板或電池欠壓造成混亂， 則必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化清除， 清除前應(yīng)注意做好數(shù)據(jù)拷貝記錄， 若初始化后故障仍無法排除，則進(jìn)行硬件診斷。

3、自診斷法

數(shù)控系統(tǒng)已具備了較強(qiáng)的自診斷功能， 并能隨時(shí)監(jiān)視數(shù)控系統(tǒng)的硬件和軟件的工作狀態(tài)。利用自診斷功能，能顯示出系統(tǒng)與主機(jī)之間的接口信息的狀態(tài)， 從而判斷出故障發(fā)生在機(jī)械部分還是數(shù)控部分， 并顯示出故障的大體部位( 故障代碼) 。

4、功能程序測(cè)試法

功能程序測(cè)試法是將數(shù)控系統(tǒng)的功能用編程法編成一個(gè)功能試驗(yàn)程序，并存儲(chǔ)在相應(yīng)的介質(zhì)上，如紙帶和磁帶等。在故障診斷時(shí)運(yùn)行這個(gè)程序， 可快速判定故障發(fā)生的可能起因。功能程序測(cè)試法常應(yīng)用于以下場(chǎng)合：機(jī)床加工造成廢品而一時(shí)無法確定是編程操作不當(dāng)、還是數(shù)控系統(tǒng)故障引起；數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)隨機(jī)性故障，一時(shí)難以區(qū)別是外來干擾，還是系統(tǒng)穩(wěn)定性不好；閑置時(shí)間較長(zhǎng)的數(shù)控機(jī)床在投入使用前或?qū)?shù)控機(jī)床進(jìn)行定期檢修時(shí)。

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(diǎn)的部分，從而把故障范圍縮小到印刷線路板或芯片一級(jí)。并做相應(yīng)的初始化啟動(dòng)，使機(jī)床迅速投入正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
對(duì)于現(xiàn)代數(shù)控的維修，越來越多的情況采用這種方法進(jìn)行診斷，然后用備件替換損壞模塊，使系統(tǒng)正常工作，盡最大可能縮短故障停機(jī)時(shí)間。

注意

(1) 使用這種方法在操作時(shí)注意一定要在停電狀態(tài)下進(jìn)行，還要仔細(xì)檢查線路板的版本、型號(hào)、各種標(biāo)記、跨接是否相同，若不一致則不能更換。拆線時(shí)應(yīng)做好標(biāo)志和記錄。

(2) 一般不要輕易更換CPU 板、存儲(chǔ)器板及電池，否則有可能造成程序和機(jī)床參數(shù)的丟失，使故障擴(kuò)大。

6、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(cuò)誤就可能造成系統(tǒng)的故障或某功能無效。發(fā)生故障時(shí)應(yīng)及時(shí)核對(duì)系統(tǒng)參數(shù)，參數(shù)一般存放在磁泡存儲(chǔ)器或存放在需由電池保持的MOSRAM中，一旦電池電量不足或由于外界的干擾等因素，使個(gè)別參數(shù)丟失或變化，發(fā)生混亂，使機(jī)床無法正常工作。此時(shí)，可通過核對(duì)、修正參數(shù)，將故障排除。

7、原理分析法

根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的組成原理，可從邏輯上分析各點(diǎn)的邏輯電平和特性參數(shù)，如電壓值和波形，使用儀器儀表進(jìn)行測(cè)量、分析、比較，從而確定故障部位。

其他故障排除方法

除以上常用的故障檢測(cè)方法之外，還可以采用拔插板法、電壓拉偏法、開環(huán)檢測(cè)法等?？傊?，根據(jù)不同的故障現(xiàn)象，可以同時(shí)選用幾個(gè)方法靈活應(yīng)用、綜合分析，才能逐步縮小故障范圍，較快地排除故障。

機(jī)床故障的產(chǎn)生原因是多方面的。對(duì)于較為復(fù)雜的故障，需要將幾種方法綜合運(yùn)用，才能正確判斷出故障產(chǎn)生的原因，診斷故障發(fā)生的具體部位，從而及時(shí)解決故障，減小數(shù)控機(jī)床給生產(chǎn)帶來的損失，有效提高機(jī)床的使用效率。