摘 要：根據日常維修的實踐經驗，通過 7 個故障案例，介紹 6 種常用的數控機床診斷方法，即功能程序測試法、交換法、轉移法、在線診斷法、敲擊法、局部升溫法。
關鍵詞：故障診斷；方法；維修；實例
0 引言
數控機床是機械裝置、液壓氣動系統、電氣控制、軟件程序組合的產物。 組成數控機床的這些部分由于種種原因不可避免地會發生不同程度、不同類型的故障。 為迅速診斷故障原因，及時排除故障，通過 7 個故障案例介紹 6 種常用的數控機床診斷方法（功能程序測試法、交換法、轉移法、在線診斷法、敲擊法、局部升溫法），系統地描述 6 種方法的實效性，以供維修人員參考。
1 、功能程序測試法
功能程序測試法就是將數控系統的常用功能和重要的特殊功能，如直線定位、圓弧插補、螺紋切削、固定循環、 用戶宏程序等用手工或自動編程方法，編制一個功能測試程序，然后啟動數控系統運行該功能測試程序， 檢測機床執行這些功能的準確性和可靠性，以快速判斷系統的哪個功能不良，進而判斷出故障發生的可能原因。 該方法主要用于：長期閑置的數控機床；第一次開機時檢查；機床加工造成廢品但無報警，一時難以確定是編程或操作錯誤，還是機床故障所致。 可以連續多次運行功能測試程序，診斷系統運行的穩定性。
例 1： 一臺配 FANUC 0MC 數控系統的江蘇多棱TH6363B 臥式加工中心。
故障現象：運行自動加工后，出現零件尺寸誤差大現象，系統無報警。
故障診斷與處理：使用功能程序測試法，將存儲在功能測試帶中的程序輸入系統，并進行空運行。 測試過程如圖 1 所示。
圖 1 功能程序測試流程
當運行到含有 G01、G02、G03、G18、G19、G41、G42等指令的四角帶圓弧的長方形圖形程序時，發現機床運行軌跡與所要求的圖形尺寸不符，從而確認機床刀補功能不良。
該系統的刀補軟件存放在 EPROM 芯片中， 更換該集成電路后機床加工恢復正常。
例 2：一臺配 FANUC 9M 數控系統的北京第一機床廠 XK5040 數控銑床。
故障現象： 在自動加工某一曲線輪廓時， 按圖 1功能程序測試流程加工該曲線，出現爬行現象，使表面粗糙度增大。
故障診斷與處理：運行測試程序，直線、圓弧插補時皆無爬行，由此確定原因在編程方面；仔細檢查加工程序發現， 該加工曲線是由眾多小段圓弧組成的，而編程時又使用了正確定位檢查 G61 指令。
將程序中的 G61 取消，改用 G64 后，爬行現象消除。
2 、交換法
交換法是在分析出故障大致起因的情況下，維修人員利用備用的印制線路板、模板、集成電路芯片或元器件替換有疑點的部分，或用系統中已有的相同類型的部件來替換，從而把故障范圍縮小到印制線路板或芯片一級。 實際上這也是在驗證對故障部位分析的正確性。
在備板交換前，應仔細檢查備板（或交換板）是否完好，備板和原板的各種狀態是否相同，包括印制線路板上的開關、短路插片的設定是否一致，甚至電位器調整位置都應一樣。 在置換 CNC 裝置的存儲器板時，往往還需要進行存儲器初始化的操作（如 F6 系統用的是磁泡存儲器，就需要進行這項操作），重新設定種參數，否則系統不能正常工作。 在更換 F7 系統的存儲器板后，不但需要重新輸入系統參數，還需要對存儲器區進行分配操作。 如果缺少后一步操作，一旦輸入零件程序，將產生 60 號報警（存儲器容量不夠）。
對有的 FANUC 系統，在更換了主板之后，還需要進行一些特定的操作，如 F10 系統，必須先輸入 9000~9031號選擇參數，然后才能輸入 0000~8010 號系統參數和PC 參數。 一定要嚴格按照有關的系統操作說明書、維修說明書的步驟進行操作。
例 3：一臺配 FANUC 3M 數控系統的北京第一機床廠 XK5040-1 型數控銑床。故障現象：CRT 不顯示故障， 機床通電開機后屏幕無顯示。
故障診斷與處理：CRT 顯示電路與普通黑白電視機顯示電路相差無幾，根據維修手冊，首先檢查 CRT高壓電路、行輸出電路、場輸出電路及 I/O 接口，以上部位均無異常；檢查各種加工程序和動作均正常。 因此，該故障可能發生在數控系統內部。 用儀器檢查發現 PC-2 模板內部故障。 采用交換法，用相同功能模板PX-2 替換懷疑有故障的 PC-2 模板，CAT 恢復顯示。更換 PC-2 模板，故障排除。
3 、轉移法
轉移法是將數控系統中具有相同功能的模板、印制線路板、集成電路芯片或元器件互相交換，然后觀察故障現象是否隨之轉移，從而可迅速確定系統的故障部分。 該方法實質上是交換法的一種。
例 4： 一臺配 FANUC 0IMA 數控系統的 JCS-018立體加工中心。
故障現象：運行中，Z 軸電動機忽然出現異常振動聲，馬上停機。
故障診斷與處理：將電動機與絲杠分開，試車時仍然振動， 可見振動不是由機械傳動機構造成的；為區分是伺候單元故障，還是電動機故障，采用 Y 軸伺候單元控制 Z 軸電動機，還是出現振動，所以判斷為電動機故障。
將該電動機修復后，故障排除。
4 、在線診斷法
在線診斷是指通過 CNC 系統的內裝診斷程序，對數控裝置、伺服系統、外部 I/O 及其他外部裝置進行自動測試、檢查。 系統不僅能在屏幕上顯示報警號及報警內容， 而且還能實時顯示 CNC 內部關鍵標志寄存器及 PLC 內操作單元的狀態，為故障診斷提供極大的方便。 當機床在運行中發生故障時，利用自診斷功能，在 LCD 上會顯示診斷編號和內容，還能顯示系統與主機之間接口信號的狀態，從而判斷出故障起因是在數控系統部位還是機械部位，并能指出故障的大致位置。 數控機床診斷功能提示的故障信息越豐富，越能給故障診斷帶來方便。
例 5： 配 FANUC 0TD 數控系統的濟南第一機床廠 CK6125D 數控車床。
故障現象： 只要 Z 軸一移動，就產生 31 號報警。故障診斷及處理： 查維修手冊，31 號報警為誤差寄存器的內容大于規定值；根據 31 號報警指示，將 31號機床參數的內容由 2000 改為 5000，與 X、Y 軸的機床參數相同，然后用手輪驅動 Z 軸，31 號報警消除，但又產生了 32 號報警； 查維修手冊知，32 號報警為“Z軸誤差寄存器的數值超過了正負 32767 或模數變換器的命令值超出了-8192~8192 的范圍”， 將參數改為3333 后，32 號報警消除，31 號報警又出現； 反復修改機床參數，故障均不能排除；為了診斷 Z 軸位置控制單元是否出現了故障， 將 800、801、802 診斷號調出，發現 800 在-1 與-2 之間變化，801 在+1 與-1 之間變化，而 802 卻為 0 ，沒有任何變化，這說明 Z 軸位置控制單元出現了故障。為了準確定位控制單元故障，將 Z軸與 Y 軸的位置信號進行交換，即用 Y 軸控制信號去控制 Z 軸， 用 Z 軸控制信號去控制 Y 軸，Y 軸發生 31
號報警（實際是 Z 軸報警），同時，診斷號 801 也變成了 0，802 有了變化，再一次證明 Z 軸位置控制單元有問題。
交換 Z 軸、Y 軸伺服驅動系統， 仍不能排除故障，交換伺服驅動控制信號及位置控制信號，Z 軸信號能驅動 Y 軸，Y 軸信號不能驅動 Z 軸，因此將故障點定在Z 軸的伺服電機。 拆開 Z 軸伺服電機，發現位置編碼器與電動機之間的十字連接塊脫落 （編碼器上的固定螺釘斷了），使得電動機在工作中無反饋信號，產生報警。將伺服電機與位置編碼器用十字連接塊連接好，故障消除。
5 、敲擊法
如果數控機床的故障若無若有，可用敲擊法查出故障的部位所在，因為這種故障大多是由于虛焊或接觸不良引起的，用絕緣物輕輕敲打有虛焊或接觸不良的疑點處，故障會重復出現。
例 6：一臺配 FANUC 0M 數控系統的 TH6380B 臥式加工中心。
故障現象： 在安裝調試時，CRT 顯示器突然出現無顯示故障，而機床還可以繼續運轉。 停機后再開，又一切正常。 在設備運轉過程中經常出現這種故障。
故障診斷與處理：采用直觀法進行檢查，發現每當車間上方的門式起重機經過時，環境振動大，就會出現此故障，由此初步判斷是元件連接不良；檢查顯示板，用手觸動板上元件， 當觸動某一集成塊管腳時，CRT 上的顯示就會消失，觀察發現該腳沒有完全插入插座中；另外，發現此集成塊旁邊的晶振的一個端子沒有焊錫。
將松動集成塊插牢，對晶振端子焊錫，故障消除。
6 、局部升溫法
數控系統經過長期運行后元件均要老化，性能變壞，當它們尚未完全損壞時，故障會時隱時現，可用熱吹風機或電烙鐵等對被懷疑的元件進行局部升溫，加速其老化，以徹底暴露故障部件。 采用此法時一定要注意各種元器件的溫度參數等，不要將原來是好的器件烤壞。
例 7：一臺配 FANUC 0M 數控系統的 TH6380B 臥式加工中心。
故障現象：工作半個小時后 CRT 中部變白，逐漸嚴重，最后全部變暗，無顯示；關機數小時后再開機，工作半小時后又“舊病復發”。
故障診斷與處理：故障發生時機床其他部分工作正常，因此估計故障在 CRT 箱內，且與溫度有關，檢查 CRT箱內，兩處裝有冷卻風扇，分別冷卻電源和接口板；人為將接口板冷卻風扇停轉，使溫度上升，發現開機后僅幾分鐘就出現上述故障，可見該電路板穩定性差。
調換此接口板后故障消除。
7 、結語
6 種數控機床故障診斷方法各有特點， 應根據不同的故障現象靈活應用，對故障進行分析，以逐漸縮小范圍，盡快發現故障，排除故障。
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