摘 要：根据日常维修的实践经验，通过 7 个故障案例，介绍 6 种常用的数控机床诊断方法，即功能程序测试法、交换法、转移法、在线诊断法、敲击法、局部升温法。
 
       关键词：故障诊断；方法；维修；实例
 
       0 引言
 
       数控机床是机械装置、液压气动系统、电气控制、软件程序组合的产物。 组成数控机床的这些部分由于种种原因不可避免地会发生不同程度、不同类型的故障。 为迅速诊断故障原因，及时排除故障，通过 7 个故障案例介绍 6 种常用的数控机床诊断方法（功能程序测试法、交换法、转移法、在线诊断法、敲击法、局部升温法），系统地描述 6 种方法的实效性，以供维修人员参考。
 
      1 、功能程序测试法
   
     功能程序测试法就是将数控系统的常用功能和重要的特殊功能，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或自动编程方法，编制一个功能测试程序，然后启动数控系统运行该功能测试程序， 检测机床执行这些功能的准确性和可靠性，以快速判断系统的哪个功能不良，进而判断出故障发生的可能原因。 该方法主要用于：长期闲置的数控机床；第一次开机时检查；机床加工造成废品但无报警，一时难以确定是编程或操作错误，还是机床故障所致。 可以连续多次运行功能测试程序，诊断系统运行的稳定性。
 
     例 1： 一台配 FANUC 0MC 数控系统的江苏多棱TH6363B 卧式加工中心。
 
     故障现象：运行自动加工后，出现零件尺寸误差大现象，系统无报警。
 
     故障诊断与处理：使用功能程序测试法，将存储在功能测试带中的程序输入系统，并进行空运行。 测试过程如图 1 所示。

        图 1 功能程序测试流程
 
      当运行到含有 G01、G02、G03、G18、G19、G41、G42等指令的四角带圆弧的长方形图形程序时，发现机床运行轨迹与所要求的图形尺寸不符，从而确认机床刀补功能不良。
 
      该系统的刀补软件存放在 EPROM 芯片中， 更换该集成电路后机床加工恢复正常。
 
      例 2：一台配 FANUC 9M 数控系统的北京第一机床厂 XK5040 数控铣床。
 
      故障现象： 在自动加工某一曲线轮廓时， 按图 1功能程序测试流程加工该曲线，出现爬行现象，使表面粗糙度增大。

      故障诊断与处理：运行测试程序，直线、圆弧插补时皆无爬行，由此确定原因在编程方面；仔细检查加工程序发现， 该加工曲线是由众多小段圆弧组成的，而编程时又使用了正确定位检查 G61 指令。
 
     将程序中的 G61 取消，改用 G64 后，爬行现象消除。
 
     2 、交换法
 
     交换法是在分析出故障大致起因的情况下，维修人员利用备用的印制线路板、模板、集成电路芯片或元器件替换有疑点的部分，或用系统中已有的相同类型的部件来替换，从而把故障范围缩小到印制线路板或芯片一级。 实际上这也是在验证对故障部位分析的正确性。
 
     在备板交换前，应仔细检查备板（或交换板）是否完好，备板和原板的各种状态是否相同，包括印制线路板上的开关、短路插片的设定是否一致，甚至电位器调整位置都应一样。 在置换 CNC 装置的存储器板时，往往还需要进行存储器初始化的操作（如 F6 系统用的是磁泡存储器，就需要进行这项操作），重新设定种参数，否则系统不能正常工作。 在更换 F7 系统的存储器板后，不但需要重新输入系统参数，还需要对存储器区进行分配操作。 如果缺少后一步操作，一旦输入零件程序，将产生 60 号报警（存储器容量不够）。
 
     对有的 FANUC 系统，在更换了主板之后，还需要进行一些特定的操作，如 F10 系统，必须先输入 9000~9031号选择参数，然后才能输入 0000~8010 号系统参数和PC 参数。 一定要严格按照有关的系统操作说明书、维修说明书的步骤进行操作。
 
     例 3：一台配 FANUC 3M 数控系统的北京第一机床厂 XK5040-1 型数控铣床。故障现象：CRT 不显示故障， 机床通电开机后屏幕无显示。
 
     故障诊断与处理：CRT 显示电路与普通黑白电视机显示电路相差无几，根据维修手册，首先检查 CRT高压电路、行输出电路、场输出电路及 I/O 接口，以上部位均无异常；检查各种加工程序和动作均正常。 因此，该故障可能发生在数控系统内部。 用仪器检查发现 PC-2 模板内部故障。 采用交换法，用相同功能模板PX-2 替换怀疑有故障的 PC-2 模板，CAT 恢复显示。更换 PC-2 模板，故障排除。
 
      3 、转移法
 
     转移法是将数控系统中具有相同功能的模板、印制线路板、集成电路芯片或元器件互相交换，然后观察故障现象是否随之转移，从而可迅速确定系统的故障部分。 该方法实质上是交换法的一种。
  
     例 4： 一台配 FANUC 0IMA 数控系统的 JCS-018立体加工中心。
 
     故障现象：运行中，Z 轴电动机忽然出现异常振动声，马上停机。
  
     故障诊断与处理：将电动机与丝杠分开，试车时仍然振动， 可见振动不是由机械传动机构造成的；为区分是伺候单元故障，还是电动机故障，采用 Y 轴伺候单元控制 Z 轴电动机，还是出现振动，所以判断为电动机故障。
 
     将该电动机修复后，故障排除。
 
     4 、在线诊断法
   
     在线诊断是指通过 CNC 系统的内装诊断程序，对数控装置、伺服系统、外部 I/O 及其他外部装置进行自动测试、检查。 系统不仅能在屏幕上显示报警号及报警内容， 而且还能实时显示 CNC 内部关键标志寄存器及 PLC 内操作单元的状态，为故障诊断提供极大的方便。 当机床在运行中发生故障时，利用自诊断功能，在 LCD 上会显示诊断编号和内容，还能显示系统与主机之间接口信号的状态，从而判断出故障起因是在数控系统部位还是机械部位，并能指出故障的大致位置。 数控机床诊断功能提示的故障信息越丰富，越能给故障诊断带来方便。
 
     例 5： 配 FANUC 0TD 数控系统的济南第一机床厂 CK6125D 数控车床。
 
     故障现象： 只要 Z 轴一移动，就产生 31 号报警。故障诊断及处理： 查维修手册，31 号报警为误差寄存器的内容大于规定值；根据 31 号报警指示，将 31号机床参数的内容由 2000 改为 5000，与 X、Y 轴的机床参数相同，然后用手轮驱动 Z 轴，31 号报警消除，但又产生了 32 号报警； 查维修手册知，32 号报警为“Z轴误差寄存器的数值超过了正负 32767 或模数变换器的命令值超出了-8192~8192 的范围”， 将参数改为3333 后，32 号报警消除，31 号报警又出现； 反复修改机床参数，故障均不能排除；为了诊断 Z 轴位置控制单元是否出现了故障， 将 800、801、802 诊断号调出，发现 800 在-1 与-2 之间变化，801 在+1 与-1 之间变化，而 802 却为 0 ，没有任何变化，这说明 Z 轴位置控制单元出现了故障。为了准确定位控制单元故障，将 Z轴与 Y 轴的位置信号进行交换，即用 Y 轴控制信号去控制 Z 轴， 用 Z 轴控制信号去控制 Y 轴，Y 轴发生 31
号报警（实际是 Z 轴报警），同时，诊断号 801 也变成了 0，802 有了变化，再一次证明 Z 轴位置控制单元有问题。

  
     交换 Z 轴、Y 轴伺服驱动系统， 仍不能排除故障，交换伺服驱动控制信号及位置控制信号，Z 轴信号能驱动 Y 轴，Y 轴信号不能驱动 Z 轴，因此将故障点定在Z 轴的伺服电机。 拆开 Z 轴伺服电机，发现位置编码器与电动机之间的十字连接块脱落 （编码器上的固定螺钉断了），使得电动机在工作中无反馈信号，产生报警。将伺服电机与位置编码器用十字连接块连接好，故障消除。
 
     5 、敲击法
 
     如果数控机床的故障若无若有，可用敲击法查出故障的部位所在，因为这种故障大多是由于虚焊或接触不良引起的，用绝缘物轻轻敲打有虚焊或接触不良的疑点处，故障会重复出现。
 
     例 6：一台配 FANUC 0M 数控系统的 TH6380B 卧式加工中心。
 
    故障现象： 在安装调试时，CRT 显示器突然出现无显示故障，而机床还可以继续运转。 停机后再开，又一切正常。 在设备运转过程中经常出现这种故障。
 
    故障诊断与处理：采用直观法进行检查，发现每当车间上方的门式起重机经过时，环境振动大，就会出现此故障，由此初步判断是元件连接不良；检查显示板，用手触动板上元件， 当触动某一集成块管脚时，CRT 上的显示就会消失，观察发现该脚没有完全插入插座中；另外，发现此集成块旁边的晶振的一个端子没有焊锡。
 
     将松动集成块插牢，对晶振端子焊锡，故障消除。
 
     6 、局部升温法
 
    数控系统经过长期运行后元件均要老化，性能变坏，当它们尚未完全损坏时，故障会时隐时现，可用热吹风机或电烙铁等对被怀疑的元件进行局部升温，加速其老化，以彻底暴露故障部件。 采用此法时一定要注意各种元器件的温度参数等，不要将原来是好的器件烤坏。
 
     例 7：一台配 FANUC 0M 数控系统的 TH6380B 卧式加工中心。
 
     故障现象：工作半个小时后 CRT 中部变白，逐渐严重，最后全部变暗，无显示；关机数小时后再开机，工作半小时后又“旧病复发”。
 
      故障诊断与处理：故障发生时机床其他部分工作正常，因此估计故障在 CRT 箱内，且与温度有关，检查 CRT箱内，两处装有冷却风扇，分别冷却电源和接口板；人为将接口板冷却风扇停转，使温度上升，发现开机后仅几分钟就出现上述故障，可见该电路板稳定性差。
 
    调换此接口板后故障消除。
 
    7 、结语
 
     6 种数控机床故障诊断方法各有特点， 应根据不同的故障现象灵活应用，对故障进行分析，以逐渐缩小范围，尽快发现故障，排除故障。