『壹』 数控机床的常见故障及维护

数控机床常见故障问题
数控机床会出现各种各样的故障，并且多集中在主轴部分与进给伺服系统。原因有制造单位的设计问题，以及数控系统与主机连接不当和运用方面的问题，和有PLC程序设计的问题，如辅助控制器件的故障和控制回路断路等，下面将具体认识数控机床中常见的故障。
主轴部分问题。主轴部分的故障主要表现在主轴驱动系统的故障与主轴液压、主轴流量检测存在的故障。如广泰数控系统的CAK6150TJ数控车床，出现的问题是四工位刀架不能完成换刀动作，如果在电气与机械角度看，是刀架进水、定位销脱开或者是电机过载。亦如西门子802C数控系统中025000X轴有源编码器硬件故障”，以及在“025000Z轴上存在源编码器硬件故障”，使得两轴报警通常是同时出现，并且以025000Z轴报警较常见。
伺服系统的故障问题。伺服系统在数控机床设备中非常重要，只有高性能的伺服系统，才可能提供灵活、方便、准确、快速的驱动效果，而伺服系统故障通常是由伺服控制单元、伺服电机、液压系统、气动系统、电气执行元件、机械装置、测速电机、编码器等方面的问题导致。如测速装置故障、测速反馈信号干扰等，使得测速信号不稳定，导致窜动；以及速度控制信号不稳定或受到干扰产生窜动；以及螺钉松动，接线端子接触不良导致窜动等问题。
外部故障问题。数控机床外部故障问题存在两种情况，有软故障与外部硬件损坏导致的硬故障，软故障表现就是由于操作、调整处理不当所导致，这类故障在设备使用前期或设备使用人员调整时期发生。尤其是对那些带计算机硬盘保存数据的系统。如一数控车床在投入使用的时，就要求要返回到参考点。如果在系统断电后重新启动时没有使各轴返回参考点，这样就会造成撞车事故。

数控机床的维护
数控系统是数控机床的核心部件，因此，数控机床的维护主要是数控系统的维护。数控系统经过一段较长时间的使用，电子元器件性能要老化甚至损坏，有些机械部件更是如此，为了尽量地延长元器件的寿命和零部件的磨损周期，防止各种故障，特别是恶性事故的发生，就必须对数控系统进行日常的维护。概括起来，要注意以下几个方面。

(1)制订数控系统日常维护的规章制度

根据各种部件特点，确定各自保养条例。如明文规定哪些地方需要天天清理（如CNC系统的输入／输出单元——光电阅读机的清洁，检查机械结构部分是否润滑良好等），哪些部件要定期检查或更换（如直流伺服电动机电刷和换向器应每月检查一次）。

(2)应尽量少开数控柜和强电柜的门

因为在机加工车间的空气中一般都含有油雾、灰尘甚至金属粉末。一旦它们落在数控系统内的印制线路或电器件上，容易引起元器件间绝缘电阻下降，甚至导致元器件及印制线路的损坏。有的用户在夏天为了使数控系统超负荷长期工作，打开数控柜的门来散热，这是种绝不可取的方法，最终会导致数控系统的加速损坏。正确的方法是降低数控系统的外部环境温度。因此，应该有一种严格的规定，除非进行必要的调整和维修，不允许随便开启柜门，更不允许在使用时敞开柜门。

(3)定时清扫数控柜的散热通风系统

应每天检查数控系统柜上各个冷却风扇工作是否正常，应视工作环境状况，每半年或每季度检查一次风道过滤器是否有堵塞现象。如果过滤网上灰尘积聚过多，需及时清理，否则将会引起数控系统柜内温度高（一般不允许超过55℃），造成过热报警或数控系统工作不可靠。

(4)经常监视数控系统用的电网电压

FANUC公司生产的数控系统，允许电网电压在额定值的85%～110%的范围内波动。如果超出此范围，就会造成系统不能正常工作，甚至会引起数控系统内部电子部件损坏。

(5)定期更换存储器用电池

FANUC公司所生产的数控系统内的存储器有两种：

(a)不需电池保持的磁泡存储器。

(b)需要用电池保持的CMOSRAM器件，为了在数控系统不通电期间能保持存储的内容，内部设有可充电电池维持电路，在数控系统通电时，由+5V电源经一个二极管向CMOS
RAM供电，并对可充电电池进行充电；当数控系统切断电源时，则改为由电池供电来维持CMOSRAM内的信息，在一般情况下，即使电池尚未失效，也应每年更换一次电池，以便确保系统能正常工作。另外，一定要注意，电池的更换应在数控系统供电状态下进行。

6. 数控系统长期不用时的维护

为提高数控系统的利用率和减少数控系统的故障，数控机床应满负荷使用，而不要长期闲置不用，由于某种原因，造成数控系统长期闲置不用时，为了避免数控系统损坏，需注意以下两点：

(1）要经常给数控系统通电，特别是在环境湿度较大的梅雨季节更应如此，在机床锁住不动的情况下（即伺服电动机不转时），让数控系统空运行。利用电器元件本身的发热来驱散数控系统内的潮气，保证电子器件性能稳定可靠，实践证明，在空气湿度较大的地区，经常通电是降低故障率的一个有效措施。

(2)数控机床采用直流进给伺服驱动和直流主轴伺服驱动的，应将电刷从直流电动机中取出，以免由于化学腐蚀作用，使换向器表面腐蚀，造成换向性能变坏，甚至使整台电动机损坏。

『贰』 数控机床维修的方法

1 常见的维修方法
数控设备维修是一项很复杂、技术含量很高的一项工作，数控设备与普通设备有较大的差别。
1.1 利用数控系统的自诊断功能
一般CNC系统都有较为完备的自诊断系统，无论是发那科系统还是西门子系统，数控系统上电初始化时或运行中均能对自身或接口做出一定范围的自诊断。维修人员应熟悉系统自诊断各种报警信息。根据说明书进行分析以确定故障范围，定位故障元器件，对于进口的数控系统一般只能定位到板级，其片级维修一般可依靠各数控系统的厂家售后维修部门。
1.2 利用PLC程序的逻辑查找
现在一般CNC控制系统均带有PLC控制器，大多为内置式PLC控制。维修人员应根据梯形图对机床控制电器进行分析，在CRT上直观地看出CNC系统I/O的状态。通过PLC程序的逻辑分析，方便地检查出问题存在部位，如FANUC-OT系统中自诊断页面等。根据图纸PLC梯图进行分析，定位机床与CNC系统接口故障，以确定故障部位是机械、电器、液压还是气动故障。
1.3 与当场的操作人员充分沟通
现场操作人员是数控机床最亲密的伙伴，操作人员也是各种故障的第一发现人。因此，当故障发生后，维修人员一般不要急于动手，先与操作人员进行充分的沟通，要仔细询问故障发生时机床处在什么工作状态、表现形式、产生的后果、是否误操作，故障能否再现等，这样有助于维修人员快速分析和判断故障原因。
2 数控机床的抗干扰措施
机床数控系统中既包含高电压、大电流的强电设备，又包含低电压、小电流的控制与信号处理设备，即弱电设备。强电设备产生的强烈电磁干扰对弱电设备的正常工作构成
极大的威胁。此外，系统所处生产现场的电磁环境较恶劣，系统外各种动力负载的干扰、供电系统的干扰、大气中电磁波的干扰等都会对系统内的弱电设备产生严重影响，由于弱电设备是控制强电的设备，所以，一旦弱电设备受到干扰，最终将导致整个系统的瘫痪。
通常从以下几个方面采取措施来提高数控系统的扰干扰能力。
2.1 减少供电线路和信号线路的干扰可采取以下措施
（1）数控机床远离具有中、高频电源的设备。
（2）数控机床不要和大功率且频繁起停的设备用同一供电干线供电。
（3）对于电网电压较长时间的欠电压、过电压和电压波动的场合安装交流稳压器。
（4）采用电源滤波器。电源滤波器的作用是双向的，它不仅可以阻止电网中的噪声进入设备，也可以抑制设备所产生的噪声污染电网。
（5）采用带屏蔽层的隔离变压器。隔离变压器是一种应用相当广泛的电源抗干扰设备，它最基本的作用是实现电路与电路之间的电气隔离，解决设备与设备之间产生的干扰。
（6）模拟信号传输线的配线应尽可能短，并使用屏蔽线。
（7）光电编码器、手摇脉冲发生器、光栅尺等的输出信号在接收电路端并联电容，抑制高频干扰。光电编码器电缆的屏蔽层双端接地。
（8）电动机驱动电缆屏蔽层双端接地。
（9）动力线和信号线分开走线。
（10）控制信号线采用屏蔽双绞线。
2.2 减少机床电气控制系统中的干扰可采取以下措施
（1）在电源输入部分加压敏电阻保护（浪涌吸收器），对线路中的瞬变、尖蜂等噪声进行抑制。
（2）感性负载加装吸收电路，抑制瞬态噪声。系统中的感性负载如继电器、接触器、电磁阎、电动机等在关断时会产生强烈的脉冲噪声，影响其他电路的正常工作，必须在感性负载处加装吸收电路，抑制瞬态噪声。直流电感元件（直流继电器线圈）并联续流二掇管。交流接触器、电磁阀、继电器的线圈并联RC阻容吸收器。三相交流电动机的电枢绕组之间并联RC阻容吸收器。
（3）保证良好的“接地”。“接地”是数控机床安装中一项关键的抗干扰技术。数控系统和电气柜中的控制设备必须按照使用说明书的要求进行“接地”，否则电网中的许多干扰因素都会通过“地线”对机床的运行产生干扰。