数控机床故障诊断方法

摘要科学技术的开展，对机械产品提出了高精度、高复杂性的要求，而且产品的更新换代也在加快，这对机床设备不仅提出了精度和效率的要求，而且也对其提出了通用性和灵活性的要求。数控机床就是针对这种要求而产生的一种新型自动化机床。数控机床集微电子技术、计算机技术、自动控制技术及伺服驱动技术、精密机械技术于一体，是高度机电一体化的典型产品。它本身又是机电一体化的重要组成局部，是现代机床技术水平的重要标志，坚持做好数控机床的日常保养和维修工作，可以有效地提高元器件的使用寿命，防止产生或及时消除事故隐患，使机床保持良好的运行状态。关键词：数控机床；故障；诊断目录文摘……………………1目录……………………2数控机床故障的诊断研究意义所在…………………31数控机床的组成及工作原理………31.数控机床的结构组成…………32.数控机床的工作原理…………42数控机床的故障诊断表达…………61.数控机床的故障规律…………62.数控机床故障的一般诊断步骤………………73数控机床的故障分类………………81按故障发生的位置分类………82按故障的性质分类……………93按故障有无显示分类…………94按故障产生的性质分类……………………104数控机床常用的诊断方法………105自诊断技术在数控维修中的应用………………141自诊断技术…………………142开机自诊断…………………153在线诊断……………………164离线诊断……………………176结束语……………17致谢…………………17参考文献……………18数控机床故障的诊断研究意义所在故障诊断始于机械设备故障诊断,主要指制造设备和制造过程的状态监测与故障诊断。制造设备主要指加工机床、夹具、量具和刀具;制造过程指制造工艺过程、工艺参数。机械设备运行时的状态监测与故障诊断包含两方面内容:一是对设备的运行状态进行监测;二是在发现异常情况后对设备的故障进行分析、诊断。设备故障诊断是随设备管理和设备维修开展起来的。欧洲各国在欧洲维修团体联盟(FENMS)推动下,主要以英国倡导的设备综合工程学为指导;美国以后勤学为指导;日本吸收二者特点,提出了全员生产维修(TPM)的观点。美国自1961年开始执行阿波罗方案后,出现一系列因设备故障造成的事故,导致1967年在美国宇航局(NASA)倡导下,由美国海军研究室(ONR)主持成立了美国机械故障预防小组(MFPG),并积极从事技术诊断的开发。美国诊断技术在航空、航天、军事、核能等尖端部门仍处于世界领先地位。英国在上世纪60-70年代,以机器保健和状态监测协会(MHMG&CMA)为最先开始研究故障诊断技术,在摩擦磨损、汽车和飞机发电机监测和诊断方面具领先地位。日本的新日铁自1971年开发诊断技术,1976年到达实用化。日本诊断技术在钢铁、化工和铁路等部门处领先地位。我国在故障诊断技术方面起步较晚,1979年才初步接触设备诊断技术,近年来得到迅速开展。目前国内对装备的故障诊断技术,尤其是板级故障诊断技术的研究有了较大的进展。经过二十多年的研究与开展,我国的故障诊断技术己广泛应用于军工、化工、工业制造等领域,如数控机床、汽车、发电、船舶、飞机、卫星、核反响堆等。⒈数控机床的组成及工作原理1.数控机床组成数控机床按照事先编制好的程序，由数控系统控制完成预定的运动轨迹和辅助动作。它一般由程序载体、输入装置、输出装置、CNC单元、PLC、伺服系统、位置检测反响系统和机床本体组成。输输入装置输出装置计算机数控装置PLC主轴控制单元主轴机床伺服电机速度控制单元工作台位置检测反响装置⑴．控制介质数控机床工作时，不需要操作工人直接操纵机床，但机床又必须执行人的意图，这就需要在人与机床之间建立某种联系，这种联系的中间媒介物即称为控制介质。⑵．数控系统数控装置是一种控制系统，是数控机床的中心环节。它能自动阅读输入载体上事先给定的数字，并将其译码，从而使机床进给并加工零件，数控系统通常由输入装置、控制器、运算器和输出装置4大局部组成。⑶．伺服系统伺服系统由伺服驱动电动机和伺服驱动装置组成，它是数控系统的执行局部。伺服系统接受数控系统的指令信息，并按照指令信息的要求带动机床的移动部件运动或使执行局部动作，以加工出符合要求的工件。每一个脉冲使机床移动部件产生的位移量叫做脉冲当量。目前所使用的数控系统脉冲当量通常为0.001mm/脉冲。⑷．辅助控制系统辅助控制系统是介于数控装置和机床机械、液压部件之间的强电控制装置。⑸．机床本体机床本体是数控机床的主体，由机床的根底大件〔如床身、底座〕和各运动部件〔如工作台、床鞍、主轴等〕所组成。1.2数控机床的关键结构部件伺服系统驱动电机〔1〕步进电动机步进电动机通常用于开环伺服系统机床。〔2〕直流伺服电动机①小惯量直流电动机②宽调速直流电动机③无刷直流电动机〔3〕交流伺服电动机近年来新型功率开关器件、专用集成电路和新的控制算法等的开展带动了交流驱动电源的开展，使其调速性能更能适应数控机床伺服系统的要求。交流速度控制系统正逐步取代直流速度控制系统。1.3位置检测装置检测装置是把位移和速度测量信号作为反响信号，并将反响信号转换成数字送回计算机，和脉冲指令信号相比拟，以控制驱动元件正确运转。〔1〕感应同步器感应同步器是一种电磁式的高精度位移检测元件，按其结构方式的不同可分为直线式和旋转式两种，前者用于长度测量，后者用于角度测量。感应同步器的特点是：精度高，工作可靠，抗干扰性强，维护简单，寿命长，可测量长距离位置，本钱低，易于批量生产。〔2〕光栅光栅就是在一块长条形的光学玻璃上均匀地刻划很多条与运动方向垂直的条纹，条纹之间的距离成为栅距。光栅测量装置是一种非接触式测量，利用光路减少了机械误差，具有精度高，响应速度快等特点，因此是数控机床和数显系统常用的检测元件。〔3〕磁栅磁栅是用电磁的方法计算磁波数目的一种位置检测元件，磁栅测量装置由磁性标尺、读取磁头和检测电路组成。磁栅位置检测电路的特点是：容易制造，检测精度高〔能到达每米±3m〕，安装使用方便，对环境条件要求较低，假设磁性标尺膨胀系数与机床一致，可在一般车间使用。由于磁头与磁栅为有接触的相对运动，因而有磨损，使用寿命受到一定的限制。一般使用寿命可到达5年，涂上保护膜后寿命那么可进一步延长。〔4〕旋转变压器旋转变压器是一种角位移检测元件，由定子和转子组成，分为有刷和无刷两种形式。有刷旋转变压器定子和转子均为两相交流分布绕组。数控机床检测装置主要使用无刷旋转变压器，因为无刷旋转变压器具有可靠性高、寿命长、体积小、不用维修以及输出信号大、抗干扰能力强等优点。〔5〕脉冲编码器脉冲编码器是把机械转角转化为电脉冲的一种常用角位移传感器。〔6〕测速发电机测速发电机是速度反响元件，相当于一台永磁式直流电动机。1.4进给运动传动部件滚珠丝杠螺母副是回转运动与直线运动相互转换的新型理想传动装置。具有如下优点：〔1〕传动效率高。〔2〕摩擦力小。〔3〕使用寿命长。〔4〕经预紧后可以消除轴向间隙，提高系统的刚度。〔5〕反向运动时无空行程，可以提高轴向运动精度。1.5数控机床加工过程的控制与特点数控系统的主要任务之一就是控制执行机构按预定的轨迹运动。一般情况是运动轨迹的起点坐标、终点坐标和曲线方程，由数控系统实时地算出各个中间点的坐标。即需要“插入、补上”运动轨迹各个中间点的坐标，通常这个过程就称为“插补”。2.数控机床的工作原理1.在数控机床上加工零件通常需要经过以下几个步骤。①制订工艺规程。②将NC程序通过输入装置传输到数控机床的CNC系统。③CNC系统分析程序段，并按要求将相应的指令、数值传送到各个坐标轴的伺服系统及机床强电控制系统。④伺服系统驱动机床的运动部件。⑤位置编码器检测并反响给数控系统。⑥机床辅助动作由数控系统的PLC直接控制。2．程序载体程序载体用于记录数控机床加工零件所需的程序。3．输入装置输入装置的作用是将程序载体上的程序完整、正确地读入数控机床的CNC中。4．CNC单元CNC单元是数控机床的核心。5．伺服系统伺服系统用于完成坐标轴的驱动。直接影响数控机床加工的速度、位置精度及加工的形状精度。6．位置反响系统闭环控制系统半闭环控制系统7．机床本体是数控机床的机械结构故障诊断的内容：〔1〕动作诊断：监视机床各动作局部，判定动作不良的部位。诊断部位是ATC、APC和机床主轴。〔2〕状态诊断：当机床电机带动负载时，观察运行状态。〔3〕点检诊断：定期点检液压元件、气动元件和强电柜。〔4〕操作诊断：监视操作错误和程序错误。〔5〕数控系统故障自诊断：不同的数控系统虽然在结构和性能上有所区别，但随着微电子技术的开展，在故障诊断上有它的共性。⒉数控机床的故障诊断概述数控机床是个复杂的系统，由于种种原因，不可防止地会发生不同程度、不同类型的故障，导致数控机床不能正常工作。一般这些原因大致包括机械锈蚀、磨损和失效；元器件老化、损坏和失效；电气元件、接插件接触不良；环境变化，如电流或电压波动、温度变化、液压压力和流量的波动以及油污等；随机干扰和噪声；软件程序丧失或被破坏等。此外，错误的操作也会引起数控机床不能正常工作。数控机床一旦发生故障，必须及时予以维修，将故障排除。数控机床维修的关键是故障的诊断，即故障源的查找和故障定位。一般来说，随着故障类型的不同，采用的故障诊断的方法也就不同。2.1数控机床的故障规律与一般设备相同，数控机床的故障率随时间变化的规律可用以下图所示的故障曲线表示。根据数控机床的故障度，整个使用寿命期大致可以分为3个阶段，即初始运行期、有效寿命期和衰老期。⑴初始运行期初始运行期的特点是故障发生的频率高，系统的故障率为负指数曲线函数。使用初期之所以故障频繁，原因大致如下。①机械局部。机床虽然在出厂前进行过运行磨合，但时间较短，而且主要是对主轴和导轨进行磨合。由于零件的加工外表存在着微观的和宏观的几何形状偏差，在完全磨合前，零件的加工外表还比拟粗糙，部件的装配可能存在误差，因而，在机床使用初期会产生较大的磨合磨损，使设备相对运动部件之间产生较大的间隙，导致故障的发生。②电气局部。数控机床的控制系统使用了大量的电子元器件，这些元器件虽然在制造厂经过了相当长时间的老化试验和其他方式的筛选，但实际运行时，由于电路的发热、交变负荷、浪涌电流及反电势的冲击，性能较差的某些元器件经不住考验，因电流冲击或电压击穿而失效，或特性曲线发生变化，从而导致整个系统不能正常工作。③液压局部。由于出厂后运输及安装阶段时间较长，液压系统中某些部位长时间无油，气缸中润滑油干涸，而油雾润滑又不可能立即起作用，造成液压缸或气缸可能产生锈蚀。此外，新安装的空气管道假设清洗不干净，一些杂物和水分也可能进入系统，造成液压、气动局部的初期故障。⑵有效寿命期数控机床在经历了初期的各种老化、磨合和调整后，开始进入相对稳定的正常运行期。在这个阶段，故障率低而且相对稳定，近似常数。偶发故障是由于偶然因素引起的。一般说来，数控系统要经过9～14个月的运行才能进入有效寿命期。因此，用户在安装数控机床后最好能使其长期连续运行，以便让初始运行期在一年的保修期内结束。⑶衰老期衰老期出现在数控机床使用的后期，其特点是故障率随着运行时间的增加而升高。出现这种现象的根本原因是由于数控机床的零部件及电子元器件经过长时间的运行，出现疲劳、磨损、老化等问题，已接近衰竭，从而处于频发故障状态。2.2数控机床故障诊断的一般步骤故障诊断是指在系统运行或根本不拆卸的情况下，即可掌握系统当前运行状态的信息，查明产生故障的部位和原因，或预知系统的异常和劣化的动向并采取必要对策的一门技术。当数控机床发生故障时，除非出现危及数控机床或人身平安的紧急情况，一般不要关断电源，要尽可能地保持机床原来的状态不变，并对出现的一些信号和现象做好记录。这主要包括：故障现象的详细记录；故障发生时的操作方式及内容；报警号及故障指示灯的显示内容；故障发生时机床各局部的状态与位置；有无其他偶然因素，如突然停电、外线电压波动较大、雷电、局部进水等。无论是处于哪一个故障期，数控机床故障诊断的一般步骤都是相同的。数控机床一旦发生故障，首先要沉着冷静，根据故障情况进行全面的分析，确定查找故障源的方法和手段，然后有方案、有目的地一步步仔细检查，切不可急于动手，凭着看到的局部现象和主观臆断乱查一通。这样做具有很大的盲目性，很可能越查越乱，走很多弯路，甚至造成严重的后果。故障诊断一般按以下步骤进行。(1)详细了解故障情况。例如，当数控机床发生颤振、振动或超调现象时，要弄清楚是发生在全部轴还是某一轴；如果是某一轴，是全程还是某一位置；是一运动就发生还是仅在快速、进给状态某速度、加速或减速的某个状态下发生。为了进一步了解故障情况，要对数控机床进行初步检查，并着重检查荧光屏上的显示内容，控制柜中的故障指示灯、状态指示灯等。当故障情况允许时，最好开机试验，详细观察故障情况。(2)根据故障情况进行分析，缩小范围，确定故障源查找的方向和手段。对故障现象进行全面了解后，下一步可根据故障现象分析故障可能存在的位置。有些故障与其他局部联系较少，容易确定查找的方向，而有些故障原因很多，难以用简单的方法确定出故障源的查找方向，这就要仔细查阅数控机床的相关资料，弄清与故障有关的各种因素，确定假设干个查找方向，并逐一进行查找。(3)由表及里进行故障源查找。故障查找一般是从易到难、从外围到内部逐步进行。所谓难易，包括技术上的复杂程度和拆卸装配方面的难易程度。技术上的复杂程度是指判断其是否有故障存在的难易程度。在故障诊断的过程中，首先应该检查可直接接近或经过简单的拆卸即可进行检查的那些部位，然后检查需要进行大量的拆卸工作之后才能接近和进行检查的那些部位。⒊数控机床常见故障分类系统可靠性是指数控系统在规定的条件和规定的时间内完成规定功能的能力。故障是指系统在规定的条件和规定的时间内失去了规定的功能。数控机床是个很复杂的大系统，它涉及光、机、电、液、气等很多技术，发生故障是难免的。机械磨损、机械锈蚀、机械失效、插件接触不良、电子元器件老化、电流电压波动、温度变化、干扰、噪声、软件丧失或本身有隐患、灰尘、操作失误等都可导致数控机床出故障。数控机床是各企业加工线上的关键生产设备，如果发生故障，而维修又跟不上，它的长时间停机将给生产带来巨大损失。为了将这种损失减少到最低，一方面必须提高生产设备的可靠性，另一方面可以通过尽量缩短设备故障诊断和维修时间来实现。生产设备的可靠性不管有多高，其发生故障都是不可防止的，因此用户最关心的还是在设备出现故障征兆信号时如何提前进行诊断以及发生故障之后如何及时进行维修等。这就要求设备制造企业对其所生产的设备及售出产品能够提供快捷的效劳和技术支持，并能对产品的故障提供及时、灵活的诊断和维修。随着网络技术的开展，基于网络的故障诊断系统的出现，很好的解决了上述问题。基于网络的故障诊断系统就是利用计算机网络让故障诊断专家系统通过网络获取机床的异常或故障资料并对其进行分析，得出可能的异常或故障原因后，再通过网络及时地反响诊断结果，供制造企业的设备维修人员参考。常见的故障类型有以下几种。1．按数控发生的位置分〔1〕电气控制系统故障。该类故障是数控机床最常见的故障，也是最难诊断的故障。电气控制系统故障通常分为两大类：一类是以电气元器件、集成电路为主的控制局部，人们通常称为“弱电”，主要包括CNC、PLC、MDI∕CRT以及伺服驱动单元、输入输出单元，这局部电路常常与软件有关，是的故障变得复杂，难以诊断与维修。另一类是以高压和大功率器件组成的控制电路，在这个回路中有大量的继电器、接触器、开关、熔断器、电源变压器、电动机、电磁铁、行程开关等电器器件，人们称为“强电”，故障率较高，但故障诊断较容易，维修较方便。〔2〕机床本体故障。数控机床本体通常指组成数控机床的机械、润滑、冷却、排屑、液压、气动与防护等局部。主机常见的故障主要有：因机械部件安装、调试、操作使用不当等原因引起的机械传动故障，因导轨、主轴等运动部件的干预、摩擦过大等原因引起的故障，因机械零件的损坏、联结不良等原因引起的故障，因液压装置故障而产生的液压压力缺乏等故障。这类故障主要表现为传动噪声大、加工精度差、运行阻力大机械局部动作不灵活或不动作、机械局部损坏等。润滑不良、液压、气动系统的管路堵塞和密封不良，是发生这类故障的常见原因。2．按故障的性质分〔1〕随机性故障。随机性故障是指数控机床在工作过程中偶然发生的故障，此类故障的发生故障较隐蔽，很难找出其规律。随机性故障的原因分析与故障诊断比拟困难，一般而言，故障的发生往往与部件的安装质量、参数的设定、元器件的品质、工作环境的影响等诸多因素有关。随机性故障有可恢复性，故障发生后，通过重新开机等措施，机床通常可恢复正常，但在运行过程中，又可能发生同样的故障。加强数控系统的维护检查，确保电气箱的密封，可靠的安装、连接，正确的接地和屏蔽是减少、防止此类故障发生的重要措施。〔2〕确定性故障。确定性故障是指数控机床中的某一部件损坏或满足一定的故障条件，数控机床必然发生的故障。这一类故障现象在数控机床上最为常见，但由于它具有一定的规律，因此维修比拟方便。正确的使用与精心维护时防止这类故障发生的重要措施。3．按故障有无显示分〔1〕可显示报警信息的故障。数控机床的故障显示可分为指示灯显示与显示器显示两种情况：指示灯报警是指通过控制系统各单元上的状态指示灯显示的报警，根据状态指示灯的不同显示或显示组合信息，可大致分析判断出故障发生的部位与性质。因此，在维修、排除故障过程中应认真检查这些状态指示灯的状态。显示器显示报警是指可以通过CNC显示器显示出报警信号和报警信息的报警。由于数控系统一般都具有较强的自诊断功能，如果系统的诊断软件以及显示电路工作正常，一旦系统出现故障，可以在显示器上以报警号及文本的形式显示故障信息。数控系统能进行显示的报警少那么几十种，多那么上千种，它是故障诊断的重要信息。在可显示报警信息的故障报警中，又可以分为NC报警和PLC报警两类。前者为数控系统生产厂家设置的故障显示，它可对照系统的“维修手册”来确定可能产生该故障的原因，一般维修手册有详细的说明。后者是由数控机床生产厂家设置的PLC报警信息文本，属于机床测的故障显示。它对照机床生产厂家所提供的“机床维修手册”中的有关内容，确定故障产生的原因。〔2〕无报警显示的故障。这类故障发生时，机床与系统均无报警显示，其分析诊断难度通常较大，需要维修人员的经验与维修技巧，需要通过仔细热真的分析判断才能予以确认。对于无报警显示故障，通常根据故障发生前后的故障、现场查看的信息进行综合分析判断，原理分析发于PLC状态分析法是解决这类故障的主要方法。4．按故障产生的原因分〔1〕内部故障原因。内部原因故障是指数控机床自身故障，这类故障的发生是由于数控机床自身的原因引起的，与外部使用环境条件无关。数控机床所发生的大多说故障均属此类故障。〔2〕外部原因故障。外部原因故障是指数控机床外部故障，这类故障是由于外部原因造成的。供电电压过低过高，波动过大，电源相序不正确或三相输入电压不平衡，环境温度过高，有害气体、潮气、粉尘的侵入，外来振动和干扰等都是引起这类故障的原因。此外，人为因素也是造成数控机床故障的外部原因之一，尤其是首次使用数控或由不熟练工人来操作数控机床，因操作不当所造成的外部故障是主要原因。另外还有其他多种分类方法。如：按故障发生时有无破坏性，可分为破坏性故障和非破坏性故障两种。按故障发生的具体功能部位，可分为数控装置，进给伺服系统故障，主轴驱动系统故障等。⒋数控机床常用的故障诊断方法数控机床是综合应用微电子、计算机、自动控制、自动检测、液压传动和精密机械等技术的最新成果而开展起来的新型机械加工设备。它的开展趋势是工序集中、高速、高效、高精度以及使用方便、可靠性高。要到达这些要求，就需要对机床的维护保养、日常检查、故障诊断等做复杂、有效的工作。在生产过程中，数控机床频繁地发生故障，必然影响产品的加工质量和生产效率，影响数控机床效益的发挥。因此，必须对出现的故障进行广泛深入的研究，找出其原因和规律，不断积累经验，采取有效措施，对故障进行预防、预测，建立一套排除故障的有效方法。1．感官的检查法这是故障分析之处必用的方法，主要是对数控机床的机、电、液等局部进行的初步检查，这是一种最根本、最简单的方法。就是利用人的感官注意发生故障时，或故障发生后的各种外部现象并判断故障发生的可能部位。在故障的现场，通过观察故障时〔或故障发生后〕是否有异响、火花亮光发生，是否有焦糊味，是否有异常发热，是否有异常振动等现象来判断故障发生的主要局部，通过观察可能发生故障的每块电路板，或是各种电控原件〔继电器，热继电器，断路器等〕的外表状况，例如是否烧焦、烟熏黑处或原件、连线断裂处，从而进一步缩小检查范围。还有，检查系统各种连接电缆有否松脱、断开、接触不良等。该方法既适用于有故障报警显示的较为先进系统，也适用于无故障报警显示的早期系统。使用该方法，对处理一些电气短路、断路、过载等是最常用的。维修人员通过对故障发生时产生的各种光、声、味等异常现象的观察、检查，可将故障缩小到某个模块，甚至一块印制电路板，但是他要求维修人员具有丰富的实践经验以及综合判断能力。通过这种方法可以发现一些明显的故障如热继电器脱口、熔丝断裂、线路板的断裂过热、插头的连接不牢固、开关位置的不适宜、电位器的设置与短路棒的设置错误等。主要包括：询问。向故障现场人员仔细询问故障产生的过程、故障表象及故障后果，还有机床开机时的异常，比拟故障前后工件的精度、变化等。目视。总体查看机床各局部工作状态是否处于正常状态〔例如各坐标轴位置、主轴状态、刀库、机械手位置等〕，各电控装置〔如数控系统、温控装置、润滑装置等〕有无报警指示，局部查看有无保险丝烧毁，元器件烧焦、开裂、电线电缆脱落，各操作元件位置正确与否等。主传动齿轮是否跳、摆，传动轴是否弯曲、晃动，转速是否正常。触摸。在整机断电条件下可以通过触摸各各主要电路板的安装状况、各插头座的插接状况、各功率及信号导线的连接状况等来发现可能出现故障的原因。听与嗅。听电源变压器、阻抗变换器与电抗器是否有因铁心松动产生振动而发出“吱吱”声，继电器、接触器是否出现异常声响，伺服电机，气控件、液控件是否有异常声响。是否嗅到一些烟气、焦糊味等味道。2．机床动作检查法动作法时通过观察、监视机床实际动作，判断动作不良部位并由此来追溯故障根源的一种方法。一般来说，数控机床采用液压、气动控制的部位，如自动换刀装置、交换工作台装置、夹具与传输装置等均可以通过动作诊断来判断故障原因。3．状态分析法现代数控系统不但能将故障诊断信息显示出来，而且能以诊断地址和诊断数据的形式提供诊断的各种状态，例如系统会参考点错误时，可以在故障时查看相关参数的状态值，进而判断出故障的原因，这一方法在数控机床维修过程中使用广泛，维修人员必须熟练掌握。4．编程检查法又叫程序功能测试法，它是通过编制专门的测设程序段，确认故障原因的一种方法。这种方法可以将系统的功能〔如直线定位、圆弧插补、螺纹切削、固定循环、用户宏程序等〕用手工编程方法，编制一个功能测试程序，并通过运动测试程序，来检查机床执行这些功能的准确性和可靠性，进而判断出故障发生的原因。通常做法是，用所维修的机床的G、M、S、T、F等指令编写一个试验程序，并储存在软盘上，在故障时运行这个程序，可确定哪个不良。例如有一FANUC系统的机床，在加工过程中出现尺寸相差较大的现象，用测试程序进行测试，发现运行到还有G01、G02、G18、G19、G40、G41等指令时与要求不符合，可以确定到不不良。还可以通过手动单步执行自动换刀、自动交换工作台动作，执行单一功能的加工指令等方法进行与功能的检测。听过这种方法，可以具体判定故障发生的原因与部件，检查程序编制的正确性。5．仪器检查法使用常规电工仪器表，对各组交、直流电源电压，对相关及脉冲信号等进行测量，从中寻找可能的故障。例如用万用表检查电源情况。以及对某些电路板上设置的相关信号状态测量点的测量，用示波器观察相关的脉动信号的幅值、相位，用PLC编程器查找PLC程序中的故障部位等。6．系统自诊断法数控系统的自诊断是利用系统内部自诊断程序或专用的诊断软件，对系统内部的关键硬件以及系统的控制软件进行自我诊断、测试的诊断方法。它主要包括开机自诊断、在线监控与脱机测试。充分利用数控系统的自诊断功能，根据CRT上显示的报警信息及各模块上的发光二极管等器件的指示，可判断出故障的大致起因。利用系统的自诊断功能，将系统与各局部之间的接口状态显示出来，找出故障的大致部位，它是故障诊断过程中最常用的方法之一。7．参数检查法数控系统的机床参数是保证机床正常运行的前提条件，它们直接影响着数控机床的性能。系统参数变化会直接影响到机床的性能，甚至使机床发生故障，整机不能正常运行。参数通常存放在系统存储器中，一旦电池缺乏或受到外界干扰，可能导致局部参数丧失或变化，是机床无法正常工作。通过核对、调整参数，有时可以迅速排除障碍，特别是对于机床长期不用的情况，参数丧失的现象经常发生。因此，检查和恢复机床参数是维修中行之有效的方法之一。另外，数控机床经长期运行之后，由于机械运行部件磨损，电气元件性能变化等原因，也需对有关参数进行重新调整。因此，发生故障时，应及时核对数控系统参数。数控系统、PLC及伺服驱动系统都设置许多可修改的参数以适应不同的机床、不同工作状态放入要求。这些参数不仅能使各电气系统与具体机床相匹配、而且使机床各项功能到达最正确化。因此，任何参数的变化〔尤其是模拟量参数〕甚至丧失都是不允许的。而随着机床的长期运行所引起的机械或电气性能的变化会打破最初的匹配状态和最正确化状态。此类故障需要重新调整相关的一个或多个参数方可排除。这种方法对维修人员的要求是很高的，不仅要对具体系统主要参数十分了解，而且要有较丰富的电气调试经验。8．测量比拟法控系统生产厂在设计印制电路板时，为了调整、维修的便利，通常在印制电路板上设计了多个检测用端子。维修人员也可利用这些端子比拟、测量正常的印制电路板和有故障的印制电路板之间的差异。可以检测这些测量端子的电压或波形，分析故障的起因及故障的所在位置。甚至有时还可对正常的印制电路板人为地制造“故障”，如断开连接或短路，拔去组件等，以判断真实故障的起因。9．部件交换法所谓部件交换法，就是在故障范围大致确定，并在确认外部条件完全正确的情况下利用同样的印制电路板、模块、集成电路芯片或元器件替换有疑点局部的方法。部件交换法是一种简单易行、可靠地方法，也是维修过程中最常见的故障判别方法之一。交换的部件可以是系统的备件，也可以用机床上现有的同类型部件替换，通过部件替换就可以逐一排除故障可能出现的原因，把故障范围缩小到相应的部件上。必须注意的是：在断电的情况下进行部件的更换，有些电路板如PLC德IO板上的地址开关的设置要相同，电路板上的跳线、电位器的状态也应当与原板相同，在备件交换之前要仔细检查、确认部件的外部工作线路中存在短路、过电压等情况时且不可以轻易更换备件。此外，备件〔或交换板〕应完好，且与原板的各种设定状态一致。在更换CNC装置的储存器板或CPU板时，通常还要对系统进行某些特定的操作，如存储器所谓初始化操作等，并重新设定各种参数，否那么系统不能正常工作。这些操作步骤应严格按照系统的操作说明书、维修说明书进行。在替换之前，应该对原部件的状态、连接情况进行记录，如电源电压的极性、大小，插头的连接型式等。10．原理分析法这是根据数控系统的组成及工作原理，从原理上分析各点的电平和参数，并利用万用表、示波器或逻辑分析仪器对其进行测量、分析和比拟，进而对故障进行系统检查的一种方法。运用这种方法要求维修人员有较高的水平，对整个系统或各局部电路要清楚或深入的了解后才能进行。对于气体的故障，也可以通过测绘局部控制局部的方法或通过绘制原理图进行维修。11．I∕O接口信号检查法接口是信息的重要通道，都过I∕O信号的状态诊断，确定故障部位和分析故障原因是维修时用的最多的方法之一。以FANUC系统为例，系统提供了系统与机床之间接口I∕O信号状态、PLC、与CNC装置之间、PLC与机床接口的I∕O信号状态的参数，也就是说，可以利用CRT画面的显示，来检查数控系统是否将信号输入到机床；或是机床测各种开关通断触发的开关信号是否按要求正确输入到数控系统中。总之，通过列出上述状态情况，可将故障区分出是机床一侧还是数控系统一侧，从而可将故障锁定在某一元件上，从而解决问题。12．指示灯显示故障法为了提高系统的可维修性，在现代数控系统中设置有众多的硬件报警指示装置，如在NC主板上、各轴控制板上、电源单元、主轴伺服驱动模块、各轴伺服驱动单元等部件上均有发光二极管或多段数码管，通过指示灯的亮与灭，数码管的显示状态〔如数字编号、符号等〕来为维修人员指示故障所在位置及其类型。因此，在处理数控系统故障过程中，如果直观法不能奏效，即从外观上很难判断问题所在，或是CRT屏幕不能点亮〔电源模块有故障〕的时候，我们可以借助上述各报警装置，观察有无报警指示，然后根据指示查阅随机说明书，依照指示来处理故障。如以下图为FS0i系统的报警指示1.电源接通时的LED变化〔绿色LED〕□：灯灭■：灯亮STATUS□□□□电源没有接通状态STATUS■■■■电源接通后，软件装载到DRAM中，或因错误，CPU处于停止状态STATUS■□■■等待系统内各处理器的ID设定STATUS□□■■系统内各处理器的ID设定完成STATUS■■□■FANUCBUS初始化完成STATUS□■□■PMC初始化完成STATUS■□□■系统内各印制电路板的硬件配置信息设定完STATUS■■■□PMC梯形图程序的初始化执行完STATUS□■■□等待数字伺服的初始化STATUS■□□□初始设定完成，正常运行中2．出现错误的LED显示□：灯灭■：灯亮STATUS□■□□ALARM■■□主CPU板上出现电池报警STATUS□■□□ALARM□■■出现伺服报警〔看门狗报警〕STATUS□■□□ALARM□■□出现其他系统方面的报警13．插拔法这种方法的根本原理是将疑心的故障部件从系统中取出，然后观察故障现象是否发生变化，从而到达故障诊断的目的，如系统提供的+24V和+5V电源使用的部件往往很多，当某个模块发生故障电源时，电源指示灯会有故障指示或者电源指示灯不亮，假设逐个取出各个部件，如发现电源指示灯不亮了，说明刚取出的模块是故障模块。14.敲击法当数控系统出现的故障表现为时有时无时，往往可用敲击法检查出故障的部位所在。这是由于数控系统是由多块印制电路板组成，每块板上又有许多焊点，板间或模块间又通过接插件及电缆相连。因此，任何虚焊或接触不良，都可能引起故障。当用绝缘物轻轻敲打有虚焊或接触不良的疑点时，故障会重复再现。15.局部升温法数控系统经过长期运行后元器件均会逐步老化，性能变坏。当它们尚未完全损坏时，相应的故障时有时无。这时可用热吹风机或电烙铁等来局部升温被疑心的元器件，加速其老化，以便彻底暴露故障部件。当然，采用此法时，一定要注意元器件的温度参数等，不要将原来好的元器件烤坏。故障分析的方法并不是单纯的地应用一种，而是综合运用各种方法，灵活多样的进行问题分析，最后解决问题，到达维修目的。⒌自诊断技术在数控机床维修中的应用1．什么是自诊断技术自诊断技术是指系统诊断软件的支持下，向被诊断的部件或装置写入一串预先编号的代码，然后观察系统相应的输出数据，并与事先的数据进行比拟，经过比拟综合分析以确定故障的技术。现代的CNC、PLC装置都配有故障诊断系统，把各种开关、温度、电流、电压、油位、油压、速度等状态信息，设置成许多的报警提示，当某个部件发生故障时，诊断系统就会把相应的故障信息显示出来，供维修人员参考，故障自诊断技术是当今数控系统一项十分重要的技术，他的强弱是评价数控系统性能的一个重要指标，当数控系统一旦发生故障，借助系统的自诊断功能，往往可以迅速、准确的查明原因并确定故障的部位。因此，对维修人员来说，熟悉和运用系统的自诊断技术是十分重要的。如SIEMENS系统设有较强的自诊断功能，能及时识别NC、PLC和机床中的故障，从而防止发生事故。监控范围包括程序写入、程序格式、系统处理器、串行接口、控制电压、温度、驱动、位置反响回路及位置传感器、NC与PLC之间的数据传送、加工的轮廓、系统存储器、主轴等多个方面。例如对CPU的监控，810∕820的CPU监控通过CPU模块上的红色发光二极管〔LED〕指示。正常情况下，接通系统后在6~7秒内LED闪烁，然后熄灭，系统启动完成，进入正常工作状态。如果LED一直发光无闪烁，那么系统不能正常启动，CRT通常无显示。故障可能有CPU模块中的硬件故障、CPU模块中短接端设定错误、EPROM存储器故障、系统总线板损坏、机床参数设定错误、启动芯片安装错误或损坏等。CNC的故障自诊断技术主要有三种方式：即启动诊断、在线诊断和离线诊断。2．开机自诊断所谓开机自诊断是指数控系统通电时，系统内部诊断程序自动执行并判别系统是否正常的诊断，它类似于计算机的开机自自检。开机自诊断可以对系统中的主要硬件，如CPU、存储器、I∕O单元、CRT∕MDI单元等装置进行自动检查，确定这些部件的安装情况、连接状态与性能指标，先进的系统还能对某写重要的芯片，如RAM、ROM、专用大规模集成电路等进行诊断，判别工作是否正常。数控系统的自诊断在开机时进行，只有当全部工程都被确认无误后，才能进入正常运行状态。如果检查有错，那么转向报警过程，通过CRT或硬报警〔发光二极管〕将故障显示出来，诊断的时间决定于数控系统，一般只需数秒钟，但有的需要几分钟。开机自诊断一般按规定的步骤进行，以FANUC公司的FANUC11系统为例诊断程序的执行过程中，系统主板上的七段显示按9→8→7→6→5→4→3→2→1的顺序变化，相应的检查内容为：9—对CPU进行复位，开始执行诊断指令。8—进行ROM测试，表示ROM检查出错时，显示器变为b。7—对RAM进行清零，系统对RAM中的内容进行去除，为正常运行做准备。6—对BAC〔总线随机控制〕芯片进行初始化。此时，假设显示为A，说明主板与CRT之间的传输出了过失；变为C，表示连接错误；变为F，表示I∕O板或连接电缆不良；变为H，表示所用的单元识别号不对；显示小写字母c表示光缆传输出错；显示J，表示PLC或接口转换电路不良等。5—对MDI单元进行检查4—对CRT单元进行初始化。3—显示CRT的初始画面，如软件版本号、系列号等。此时假设显示变为L，说明PLC的控制软件存在问题；变为O，那么表示系统未能通过初始化，控制软件存在问题。2—表示已完成数控系统的初始化工作。1—表示系统已可以正常运转，此时如显示变为E表示系统的主板或ROM板或CNC控制软件有故障。一般情况下CRT初始化完成后，假设其他局部存在故障，CRT就可显示出报警信息。西门子810∕820的根本系统软件存储于EPROM存储器中，它是系统正常工作的前提。每次启动系统，系统都要自动对存储器的内容进行检查，一旦发现错误，系统可以显示文字报警，并指出出错的芯片号。在维修过程中，EPROM存储器损坏的情况并不多见，引起此类故障的原因一般有：〔1〕存储器模块或EPROM芯片插接不良、安装位置出错。〔2〕不同版本、不同型号、不同种类的软件混用。对于以上情况，维修时只要进行纠正，并重新启动系统，故障即可排除。3.在线诊断在线诊断可以分为CNC内部程序诊断与外部设备诊断两种形式。CNC内部程序诊断CNC内部程序诊断是通过系统内部的诊断程序，在系统处于正常运行状态时，对各局部状态进行自诊断、检查和监视的方法。在线诊断范围包括cnc本身以及与CNC相连的伺服单元、伺服电动机、主轴伺服单元、主轴电动机、外部设备等。在线监控在系统工作过程中始终生效。数控系统内部程序监控包括借口信息显示、内部状态显示和故障显示三方面。借口信息显示。他可以显示CNC和PLC、CNC和机床之间的全部借口信号的现性状态，输入∕输出信号的通断情况。内部状态显示。是指系统工作中各种信号的状态显示。如CNC系统是否处“于到位检查”中，是否处于“机床锁住”状态，是否处于“等待速度到达”信号接通，在主轴每转进给程序时是否等待“位置编码器的测量信号，进给速度倍率是否设定为0%，指示系统是否处于“急停”状态或是“外部复位”信号接通状态，位置跟随误差的显示，伺服驱动局部的控制信息显示等。注意：系统提供的报警信息