二、數控機床故障診斷及維護的內容

（一）數控機床故障來源及分類

1. 故障衡量標準

數控機床是機電一體化在機械加工領域中的典型產品，它是將機械、電氣、自動化控制、電動機、檢測、計算機、機床、液壓、氣動等技術集中于一體的自動化設備，具有高精度、高效率和高適應性的特點。

衡量數控機床穩定性和可靠性的指標是平均無故障時間（Mean Time Between Failures，MTBF）tMTBF，即兩次故障間隔的時間；同時，當設備出現故障后，要求排除故障的修理時間（Mean Time To Repair，MTTR）tMTTR越短越好，因此衡量上述要求的另一個指標是平均有效度A。

為了提高tMTBF，降低tMTTR，一方面要加強機床的日常維護，延長無故障時間；另一方面當出現故障后，要盡快診斷出原因并加以修復，提高維修效率。

2. 故障分類與來源

（1）機械故障與電氣故障。數控機床由機床本體和電氣控制系統兩大部分組成。數控機床的故障可以分為機械故障和電氣故障兩大類。

機械故障常發生在主軸箱的冷卻和潤滑、導軌副和絲杠螺母副的間隙調整、潤滑及支撐的預緊、液壓與氣動裝置的壓力和流量調整等方面。

數控機床從電氣角度看，最明顯的特征就是用電氣驅動替代了普通機床的機械傳動，因此，電氣系統的故障診斷及維護內容多、涉及面廣，如伺服系統、強電柜及操作面板，另外還包含數控系統與機床及機床電氣設備之間的接口電路，如驅動電路、位置反饋電路、電源及保護電路和開/關信號連接電路等。電氣系統是數控機床維護與故障診斷的重點。

實踐證明，數控機床操作、保養和調整不當占整個故障的57%，電氣系統（伺服系統、電源及電氣控制部分）的故障占整個故障的37.5%，而數控系統的故障只占5.5%，如圖0-2所示。

1—數控機床操作、保養和調整不當占57%

2—電氣系統占37.5%　3—數控系統占5.5%

（2）系統性故障和隨機性故障。

① 系統性故障。系統性故障是指只要滿足一定的條件或超過某一設定的限度，工作中的數控機床就必然會發生的故障。這一類故障現象極為常見。例如，液壓系統的壓力值隨著液壓回路過濾器的阻塞而降到設定參數時，必然會發生液壓系統故障報警，使系統斷電停機。又如，潤滑、冷卻或液壓等系統由于管路泄漏引起油標降到使用極限值時，必然會發生液位報警，使機床停機。再如，機床加工過程中切削量過大，達到某一限值時，必然會發生過載或超溫報警，致使系統迅速停機。正確使用與維護數控機床可以避免這類系統性故障發生。

② 隨機性故障。隨機性故障是指數控機床工作時只是偶然發生的一次或兩次故障。此類故障具有偶然性，因此，其原因分析與故障診斷較其他故障困難。這類故障的發生與安裝質量、組件排列、參數設定、元器件品質、操作失誤以及工作環境影響等諸因素有關。例如，接插件與連接組件因疏忽未加鎖定，印制電路板上的元器件松動變形或焊點虛脫，繼電器觸點、各類開關觸頭因污染銹蝕以及直流電動機電刷不良等造成的接觸不可靠等。工作環境溫度過高或過低、濕度過大、電源波動與機械震動、有害粉塵與氣體污染等原因均可引發隨機性故障。因此，加強數控系統的維護檢查，確保電氣箱門的密封，嚴防工業粉塵及有害氣體的侵襲等，均可避免隨機性故障發生。

（3）硬件故障、軟件故障和干擾故障。

① 硬件故障。硬件故障是指數控裝置的印制電路板上的集成電路芯片、獨立元件、接插件以及外部連接組件等發生的故障。這類故障也稱“死故障”，只有更換已損壞的器件才能排除，比較常見的是輸入/輸出接口損壞，電動機、刀架損壞等。

② 軟件故障。軟件故障指數控系統加工程序錯誤，系統程序和參數的設定不正確或丟失，計算機的運算出錯等。認真檢查程序和修改參數可以解決這類故障。但是，參數修改要慎重，只有弄清參數的含義以及與其相關的其他參數方可修改，否則顧此失彼還會產生新的故障，甚至導致機床動作失控。

③ 干擾故障。干擾故障是指由于內部或外部干擾引發的故障。例如，由于系統線路分布不合理、電源地線配置不當、接地不良、工作環境惡劣等引發的故障。

（二）數控機床預防性維護的內容

1. 預防性維護的重要性

數控機床運行一段時間后，某些元器件或機械部件難免會損壞或出現故障。對于這種高精度、高效益且又昂貴的設備，如何延長元器件的壽命和零部件的磨損周期，預防各種故障，特別是將惡性事故消滅在萌芽狀態，從而提高系統的平均無故障工作時間和使用壽命，一個很重要的方面是要做好預防性維護。

2. 預防性維護工作的主要內容

（1）嚴格遵循操作規程。數控系統編程、操作和維修人員必須經過專門的技術培訓，熟悉所用數控機床的機械、數控系統、強電設備、液壓、氣源等部分，以及使用環境、加工條件等；能按機床和系統使用說明書的要求正確、合理地使用，盡量避免因操作不當引起的故障。通常數控機床在使用的第一年內，有1/3以上的系統故障是由于操作不當引起的。應按操作規程要求進行日常維護工作。

（2）防止數控裝置過熱。定期清理數控裝置的散熱通風系統，經常檢查數控裝置上各冷卻風扇工作是否正常。應視車間環境狀況，每半年或一個季度檢查清掃過濾器一次。當環境溫度過高，造成數控裝置內溫度達到55℃以上時，應及時加裝空調裝置。

（3）經常監視數控系統的電網電壓。數控系統允許的電網電壓范圍是額定值的85%～110%，如果超出此范圍，輕則使數控系統不能穩定工作，重則會造成重要電子部件損壞。因此，要經常注意電網電壓的波動。對于電網質量比較惡劣的地區，應及時配置數控系統專用的交流穩壓電源，這將使故障率明顯降低。

（4）定期檢查和更換直流電動機電刷。目前一些老的數控機床上大部分使用的是直流電動機，因為這種電動機電刷的過度磨損會影響其性能甚至損壞，所以必須定期檢查電刷。數控車床、數控銑床、加工中心等，應每年檢查一次；頻繁加速機床（如沖床等），應每兩個月檢查一次。檢查步驟如下。

① 要在數控系統處于斷電狀態，且電動機已經完全冷卻的情況下檢查。

② 取下橡膠刷帽，用旋具擰下刷蓋，取出電刷。

③ 測量電刷長度，如磨損到原長的一半左右時，必須更換同型號的新電刷。

④ 仔細檢查電刷的弧形接觸面是否有深溝或裂縫，以及電刷彈簧上有無打火痕跡。如有上述現象，必須換上新電刷，并在一個月后再次檢查。如還發生上述現象，則應考慮電動機的工作條件是否過分惡劣或電動機本身是否有問題。

⑤ 用不含金屬粉末及水分的壓縮空氣導入電刷孔，吹凈粘在刷孔壁上的電刷粉末。如果難以吹凈，可用旋具尖輕輕清理，直至孔壁全部干凈為止。清理時注意不要碰到換向器表面。

⑥ 重新裝上電刷，擰緊刷蓋。更換電刷后，要使電動機空運行跑合一段時間，以使電刷表面與換向器表面吻合良好。

（5）防止塵埃進入數控裝置內。日常除了進行檢修外，應盡量少開電氣柜門。因為車間內空氣中飄浮的灰塵和金屬粉末落在印制電路板和電氣接插件上，容易造成元件間絕緣性能下降，從而出現故障甚至使元件損壞。有些數控機床的主軸控制系統安置在強電柜中，強電柜門關得不嚴，是使電氣元件損壞、主軸控制失靈的一個原因。當夏天氣溫過高時，有些使用者干脆打開電氣柜門，用電風扇往電氣柜內吹風，以降低機內溫度，使機床勉強工作。這種辦法最終會導致系統加速損壞。

（6）存儲器用電池要定期檢查和更換。數控系統中CMOS存儲器中的存儲內容在斷電時靠電池供電保持，一般采用鋰電池或可充電的鎳鎘電池，當電池電壓下降至一定值時就會造成參數丟失。因此，要定期檢查電池電壓，當該電壓下降至限定值或出現電池電壓報警時，應及時更換電池。更換電池時，要在數控系統通電狀態下進行，避免存儲參數丟失。一旦參數丟失，在換上新電池后，應重新輸入參數。

（7）數控系統長期不用時的維護。當數控機床長期閑置不用時，也應定期對數控系統進行維護保養。首先，應經常給數控系統通電，在機床鎖住不動的情況下，讓其空運行；其次，在空氣濕度較大的梅雨季節應該天天通電，利用電氣元件本身發熱驅走電氣柜內的潮氣，以保證電子部件的性能穩定可靠。

（8）數控機床日常保養。為了更具體地說明數控機床日常保養的周期、檢查部位和要求，這里附上某數控機床定期保養表，如表0-1所示，以供參考。