数控系统的常见故障分析及排除方法

    1、常见故障分析

    根据数控系统的构成、故障部位及故障现象、工作原理和特点，结合我们在维修中的经验，将常见的故障部位及故障现象分析如下：

    (1) 位置环

    这是数控系统发出控制指令，并与位置检测系统的反馈值相比较，进一步完成控制任务的关键环节，具有很高的工作频度，并与外设相联接，所以容易发生故障。常见的故障有：

• 位控环报警，可能是测量回路开路；测量系统损坏，位控单元内部损坏。
• 不发指令就运动，可能是漂移过高，正反馈，位控单元故障；测量元件损坏。
• 测量元件故障，一般表现为无反馈值；机床回不了基准点；高速时漏脉冲产生报警可能的原因是光栅测量元件内灯泡坏了，光栅或读头脏了或是光栅损坏。

    (2) 伺服驱动系统关联

    伺服驱动系统与电源电网、机械系统等相关联，而且在工作中一直处于频繁的启动和运行状态，因而这也是故障较多的部分。

    主要故障有：

• 系统损坏一般由于网络电压波动太大，或电压冲击造成。我国大部分地区电网质量不好，会给机床带来电压超限，尤其是瞬间超限，如无专门的电压监控仪，则很难测到，在查找故障原因时，要加以注意，还有一些是由于特殊原因造成的损坏，如华北某厂由于雷击中工厂变电站并窜入电网而造成多台机床伺服系统损坏。
• 无控制指令，而电机高速运转。这种故障的原因是速度环开环或正反馈。如在东北某厂，引进的西德WOTAN公司转子铣床在调试中，机床X轴在无指令的情况下高速运转，经分析我们认为是正反馈造成的。因为系统零点漂移，在正反馈情况下，就会迅速累加使电机在高速下运转，而我们按标签检查线路后完全正确，机床厂技术人员认为不可能接错，在充分分析与检测后我们将反馈线反接，结果机床运转正常。机床厂技术人员不得不承认德方工作失误。
• 还有一例子，我们在天津某厂培训讲学时，应厂方要求对他们厂一台自进厂后一直无法正常工作的精密磨床进行维修，其故障是：一启动机床其电机就运转，而且越来越快，直到最高转速，根据工作人员的讲述，我们分析认为是由于速度环开路，系统漂移无法抑制造成，经检查是速度反馈线接到了地线上造成的。
• 加工时工件表面达不到要求，走圆弧插补轴换向时出现凸台，或电机低速爬行或振动，这类故障一般是由于伺服系统调整不当，各轴增益系统不相等或与电机匹配不合适引起，解决办法是进行最佳化调节。
• 保险烧断或电机过热，以至烧坏，这类故障可能的原因一般是机械负载过大或卡死。

    (3) 电源部分

    电源部分是维持系统正常工作的能源支持部分，它失效或故障的直接结果是造成系统的停机或毁坏整个系统。一般在欧美发达国家，电力充足，电源质量比较好，这类问题比较少，因而在设计上这方面的因素考虑的不是很多。在中国由于电力紧张，造成电源波动较大，而且质量差，还隐藏有如高频脉冲这一类的干扰，还有一些人为的因素，如突然拉闸断电等。

    另外，数控系统部分运行数据、设定数据以及加工程序等一般存贮在RAM存贮器内，系统断电后，靠电源的后备电池或锂电池来保持。因而，停机时间比较长，拔插电源或存贮器都可能造成数据丢失，使系统不能运行。

    (4) 可编程序控制器逻辑接口

    数控系统的逻辑控制如刀库管理、液压启动等，主要由PLC来实现。要完成这些控制就必须采集各控制点的状态信息，如断电器、伺服阀、指示灯等。因而，它与外界种类繁多的各种信号源和执行元件相连接，变化频繁，所以发生故障的可能性就比较多，而且故障类型亦千变万化。

    (5) 其他

    由于环境条件，如干扰、温度、湿度超过允许范围，操作不当，参数设定不当，亦可能造成停机或故障。有一工厂的数控设备，开机后不久便失去数控准备好信号，系统无法工作，经检查发现机体温度很高，原因是通气过滤网已堵死，引起温度传感器动作。更换滤网后，系统正常工作。

    不按操作规程拔插线路板，或无静电防护措施等，都可能造成停机故障甚至毁坏系统。

    一般在数控系统的设计、使用和维修中，必须考虑对经常出现故障的部位给予报警。报警电路工作后，一方面在屏幕或操作面板上给出报警信息，另一方面发出保护性中断指令，使系统停止工作，以便查清故障和进行维修。

    2、故障排除方法

    前面我们介绍了故障诊断方法，下面从几个方面介绍故障排除方法。

    (1) 初始化复位法

    一般情况下，由于瞬时故障引起的系统报警，可用硬件复位或开关系统电源依次来清除故障，其系统工作存贮区由于掉电，拔插线路板或电池欠压造成混乱，则必须对系统进行初始化清除，清除前应注意做好数据拷贝记录，若初始化后故障仍无法排除，则进行硬件诊断。

    (2) 参数更改程序更正法

    系统参数是确定系统功能的依据，参数设定错误就可能造成系统的故障或某功能无效。例如，在哈尔滨某厂转子铣床上采用了测量循环系统，这一功能要求有一个背景存贮器，调试时发现这一功能无法实现，检查发现确定背景存贮器存在的数据没有设定，经设定后该功能正常。有时由于用户程序错误亦可造成故障停机，对此可以采用系统的块搜索功能进行检查，改正所有错误，以确保其正常运行。

    (3) 最佳化调整法

    调节是一种最简单易行的办法。通过对电位计的调节，修正系统故障。如在某军工厂维修中，其系统显示器画面混乱，经调节后正常，在山东某厂，其主轴在启动和制动时发生皮带打滑，原因是由于其主轴负载转矩大，而驱动装置的斜升时间设定过小，经调节后正常。

    最佳化调整是系统地对伺服驱动系统与被拖动的机械系统实现最佳匹配的综合调节方法，其办法很简单，用一台多线记录仪或具有存贮功能的双踪示波器，分别观察指令和速度反馈或电流反馈的响应关系，通过调节速度调节器的比例系数和积分时间，来使伺服系统达到既有较高的动态响应特性，而又不振荡的最佳工作状态。在现场没有示波器或记录仪的情况下，可采用一种经验的办法，即调节使电机起振，然后向反向慢慢调节，直到消除震荡即可。

    (4) 备件替换法

    用好的备件替换诊断出坏的线路板并做相应的初始化启动，使机床迅速投入正常运转，然后将坏板进行修理或返修，这是目前最常用的排故办法。

    (5) 改善电源质量法

    目前我国的电源质量较差，解决这一问题的办法一般采用稳压电源，来改善电源波动。对于高频干扰可以采用电容滤波法，通过这些预防性措施来减少电源板的故障。

    (6) 维修信息跟踪法

    一些大的制造公司根据在实际工作中由于设计缺陷而造成的偶然故障，不断修改和完善系统软件或硬件。这些修改以维修信息的形式不断提供给维修人员。这些信息可以做为故障排除的依据，以正确彻底排除故障。

    3、维修中应注意的事项

    (1) 从整机上取出某块线路板时，应注意记录其相应的位置、连接的电缆号。对于固定安装的线路板，还应按前后取下相应的压接部件及螺钉作下记录，拆卸下的压件及螺钉应放在专门的盒内，以免丢失。装配后，盒内的东西应全部用上，否则装配会不完整。

    (2) 电烙铁应放在顺手的前方，远离维修线路板。烙铁头应作适当的修整，以适应集成电路的焊接，并避免焊接时碰伤别的元器件。

    (3) 测量线路间的阻值时，应断电源。测阻值时应红黑表笔互换测量两次，以阻值大的为参考值。

    (4) 线路板上大多刷有阻焊膜，因此测量时应找到相应的焊点作为测试点，不要铲除阻焊膜，有的板子全部刷有绝缘层，则只有在焊点处用刀片刮开绝缘层。

    (5) 不应随意切断印刷线路，有的维修人员具有一定的家电维修经验，习惯断线检查，但数控设备上的线路板大多是双面金属孔板或多层孔化板，印刷线路细而密，一旦切断不易焊接，且切线时易切断相邻的线，再则有的点，在切断某一根线时，并不能使其和线路脱离，需要同时切断几根线才行。

    (6) 不应随意拆换元器件，有的维修人员在没有确定故障元件的情况下只是凭感觉哪一个元件坏了，就立即拆换，这样误判率高，拆下的元件人为损坏率也较高。

    (7) 拆卸元件时应使用吸锡器及吸锡绳，切忌硬取。同一焊盘不应长时间加热及重复拆卸，以免损坏焊盘。

    (8) 更换新的器件，其引脚应作适当的处理，焊接中不应使用酸性焊油。

    (9) 记录线路上的开关、跳线位置，不能够随意改变。两极以上的对照检查或互换元器件，应注意标记各板上的元件，以免错乱，致使好板亦不能工作。

    (10) 查清线路板的电源配置及种类，根据检查的需要，可分别供电或全部供电。应注意高压，有的线路板直接接入高压，或板内有高压发生器，需适当绝缘，操作时应特别注意。