1第9章 数控机床的故障诊断数控机床作为一种典型的机电一体化产品，数控机床作为一种典型的机电一体化产品，是一个由多种技术综合在一起协同工作的复是一个由多种技术综合在一起协同工作的复杂系统在使用过程中不可避免地会发生这杂系统在使用过程中不可避免地会发生这样或那样的故障，故障的定位和排除对机床样或那样的故障，故障的定位和排除对机床的效率有着重大的影响的效率有着重大的影响本章主要对数控机床故障的规律及故障诊断本章主要对数控机床故障的规律及故障诊断的方法进行一般性的总结介绍的方法进行一般性的总结介绍29.1 概 述9.1.1 系统可靠性和故障的概念系统可靠性是指系统在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力，而故障则意味着系统在规定条件下和规定时间内丧失了规定的功能数控机床是个复杂的系统，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，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、插接件接触不良；环境变化等；随机干扰和噪声；软件程序丢失或被破坏等等39.1.2 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图律可用图9.1所示的故障曲线表示。
所示的故障曲线表示1.初期运行期初期运行期的特点是故障发生的频率高，系统的故障率呈负指数函数曲线使用初期之所以故障频繁，原因大致如下1)机械部分(2)电气部分(3)液压部分 2.有效寿命期数控系统要经过九至十四个月的运行才能进入有效寿命期3.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49.1.3 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基本不拆卸的情故障诊断是指在系统运行或基本不拆卸的情况下，即可掌握系统当前运行状态的信息，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异常和劣化的动向并采取必要对策的一门技术故障诊断一般按下列步骤进行：故障诊断一般按下列步骤进行：(1)详细了解故障情况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3)由表及里进行故障源查找59.2 数控机床常用的故障诊断方法数控机床是涉及多个应用学科的十分复杂的数控机床是涉及多个应用学科的十分复杂的系统，加之数控系统和机床本身的种类繁多，系统，加之数控系统和机床本身的种类繁多，功能各异，不可能找出一种适合各种数控机功能各异，不可能找出一种适合各种数控机床、各类故障的通用诊断方法。
这里仅对一床、各类故障的通用诊断方法这里仅对一些常用的一般性方法作以介绍，在实际的故些常用的一般性方法作以介绍，在实际的故障诊断中，对这些方法要综合运用障诊断中，对这些方法要综合运用69.2.1 根据报警号进行故障诊断报警号报警号(错误代码错误代码)一般包括下列几方面的故障一般包括下列几方面的故障(或错误或错误)信息：信息：程序编制错误或操作错误；存储器工作不正常；伺服系统故障；可编程序控制器故障；连接故障；温度、压力、液位等不正常；行程开关(或接近开关)状态不正确利用报警号进行故障诊断是数控机床故障诊断利用报警号进行故障诊断是数控机床故障诊断的主要方法之一的主要方法之一79.2.2 根据控制系统LED灯或数码管的指示进行故障诊断控制系统的控制系统的LED(发光二极管发光二极管)或数码管指示是另一种或数码管指示是另一种自诊断指示方法如果和故障报警号同时报警，综合自诊断指示方法如果和故障报警号同时报警，综合二者的报警内容，可更加明确地指示出故障的位置二者的报警内容，可更加明确地指示出故障的位置在在CRT上的报警号未出现或上的报警号未出现或CRT不亮时，不亮时，LED或数码或数码管指示就是惟一的报警内容了。
管指示就是惟一的报警内容了例如，例如，FANUCl0、11系统的主电路板上有一个七段系统的主电路板上有一个七段LED数码管，在电源接通后，系统首先进行自检，这数码管，在电源接通后，系统首先进行自检，这时数码管的显示不断改变，最后显示时数码管的显示不断改变，最后显示“1”而停止，说而停止，说明系统正常如果停止于其他数字或符号上，则说明明系统正常如果停止于其他数字或符号上，则说明系统有故障，且每一个符号表示相应的故障内容，维系统有故障，且每一个符号表示相应的故障内容，维修人员就可根据显示的内容进行相应的检查和处理修人员就可根据显示的内容进行相应的检查和处理89.2.3 根据PC状态或梯形图进行故障诊断现在的数据控机床上几乎毫无例外地使用了可编程序控制现在的数据控机床上几乎毫无例外地使用了可编程序控制器器(PC)，只不过有的与，只不过有的与NC系统合并起来，统称为系统合并起来，统称为NC部分控制对象一般是换刀系统，工作台板转换系统，液压、润控制对象一般是换刀系统，工作台板转换系统，液压、润滑、冷却系统及其他自动辅助装置等这些系统及装置具滑、冷却系统及其他自动辅助装置等这些系统及装置具有大量的开关量测量反馈元件，发生故障的概率较大。
特有大量的开关量测量反馈元件，发生故障的概率较大特别是在偶发故障期，别是在偶发故障期，NC部分及各电路板的故障较少，上部分及各电路板的故障较少，上述各部分发生的故障可能会成为主要的诊断维修目标述各部分发生的故障可能会成为主要的诊断维修目标PC输入输出状态的确定方法是每一个维修人员所必须掌输入输出状态的确定方法是每一个维修人员所必须掌握的因为当进行故障诊断时经常需要确定一个传感元件握的因为当进行故障诊断时经常需要确定一个传感元件是什么状态以及是什么状态以及PC的某个输出应为什么状态用传统的的某个输出应为什么状态用传统的方法进行测量非常麻烦，甚至难以做到一般数控机床都方法进行测量非常麻烦，甚至难以做到一般数控机床都能够从能够从CRT上或上或LED指示灯上非常方便地确定其输入输出指示灯上非常方便地确定其输入输出状态99.2.4 根据机床参数进行故障诊断机床参数也称机床常数，是数控系统与具体机机床参数也称机床常数，是数控系统与具体机床相匹配时所确定的一组数据，它实际上是床相匹配时所确定的一组数据，它实际上是NC程序中未定的数据或可选择的方式机床参数程序中未定的数据或可选择的方式机床参数通常存于通常存于RAM中，由厂家根据所配机床的具体中，由厂家根据所配机床的具体情况进行设定，部分参数还要通过调试来确定。
情况进行设定，部分参数还要通过调试来确定机床参数大都随机床以参数表等形式提供给用机床参数大都随机床以参数表等形式提供给用户机床参数的内容广泛如机床参数的内容广泛如FANUC10，11，12系统的机床参数按功能分就有系统的机床参数按功能分就有26大类：如与设大类：如与设定有关的参数、与轴控制有关的参数、与坐标定有关的参数、与轴控制有关的参数、与坐标系有关的参数、与进给速度有关的参数等等系有关的参数、与进给速度有关的参数等等109.2.5 用诊断程序进行故障诊断所谓诊断程序就是对数控机床各部分包括数控系统本所谓诊断程序就是对数控机床各部分包括数控系统本身进行状态或故障检测的软件，当数控机床发生故障身进行状态或故障检测的软件，当数控机床发生故障时，可利用该程序诊断出故障源所在范围或具体位置时，可利用该程序诊断出故障源所在范围或具体位置用诊断程序进行故障诊断一般有三种形式，即启动诊用诊断程序进行故障诊断一般有三种形式，即启动诊断、诊断或称后台诊断和离线诊断断、诊断或称后台诊断和离线诊断启动诊断指从每次通电开始至进入正常的运行准备状态止，CNC内部诊断程序自动执行的诊断，一般情况下数秒之内即告完成，其目的是确认系统的主要硬件是否正常工作。
诊断是指在系统通过启动诊断进入运行状态后由内部诊断程序对CNC及与之相连接的外设、各伺服单元和伺服电机等进行的自动检测和诊断离线诊断是数控机床故障诊断的一个非常重要的手段，它能够较准确地诊断出故障源的具体位置，而许多故障靠传统的方法是不易进行诊断的119.2.6 经验法一般说来，对驱动系统故障应首先检查反馈系一般说来，对驱动系统故障应首先检查反馈系统、伺服电机本身、伺服驱动板及指令电压，统、伺服电机本身、伺服驱动板及指令电压，如测速反馈环、位置反馈环、指令增益、检测如测速反馈环、位置反馈环、指令增益、检测倍率和漂移补偿等对自动换刀不能执行则应倍率和漂移补偿等对自动换刀不能执行则应首先检查换刀基准点的到位情况，液、气压是首先检查换刀基准点的到位情况，液、气压是否正常，相关限位开关的动作是否正常等否正常，相关限位开关的动作是否正常等知识和经验要靠平时的学习与维修实践的总结知识和经验要靠平时的学习与维修实践的总结和积累，并无捷径可走，而这些又是数控机床和积累，并无捷径可走，而这些又是数控机床维修所必不可少的维修所必不可少的129.2.7 换板法将怀疑目标用备件板进行更换，或用机床上相同的板将怀疑目标用备件板进行更换，或用机床上相同的板进行互换。
然后启动机床，观察故障现象是否消失或进行互换然后启动机床，观察故障现象是否消失或转移，以确定故障的具体位置如果故障现象仍然存转移，以确定故障的具体位置如果故障现象仍然存在，说明故障与所更换的电路板无关，而在其他部位；在，说明故障与所更换的电路板无关，而在其他部位；如果故障消失或转移，则说明更换之板正是故障板如果故障消失或转移，则说明更换之板正是故障板此外，换板时，还要注意：此外，换板时，还要注意：(1)若不是对系统十分了解，有相当的把握，一般不要轻易更换CPU板及存储器板，这样有可能造成程序和机床参数的丢失，使故障扩大2)若是EPROM板或板上有EPROM芯片，请注意存储器芯片上贴的软件版本标签是否与原板完全一致若不一致，则不能更换3)有些板是通用的，要根据机床的具体情况及使用位置进行设定因此要注意板上拨动开关的位置是否与原板一致，短路线的设置是否与原板相同139.3 人工智能(AI)在故障诊断中的应用 9.3.1 专家系统的一般概念一般认为，专家系统是一个或一组能在某些特定领域内，应用大量的专家知识和推理方法求解复杂问题的一种人工智能计算机程序一般专家系统如图9.2所示它主要包括两大部分，即知识库和推理机。
知识库中存放着求解问题所需的知识，推理机负责使用知识库中的知识去解决实际问题目前，主要存在以下几个问题：(1)知识获取困难，特别是经验性知识(启发式知识)更难获取2)对人的形象思维难以模拟3)知识领域狭窄149.3.2 数控机床故障诊断的专家系统 从数控机床故障诊断的内容看，故障诊从数控机床故障诊断的内容看，故障诊断专家系统具体可以用于以下三个方面：断专家系统具体可以用于以下三个方面：(1)故障监测2)故障分析，又叫故障分离或状态分析3)决策处理159.4 习 题(1)叙述故障及故障诊断的一般定义叙述故障及故障诊断的一般定义2)为什么数控机床的故障规律会是如图为什么数控机床的故障规律会是如图9.1那那样的？样的？(3)数控机床发生故障时，你会怎么去做？数控机床发生故障时，你会怎么去做？(4)数控机床的常用故障诊断方法有哪些？数控机床的常用故障诊断方法有哪些？(5)什么是数控机床故障诊断的专家系统？系什么是数控机床故障诊断的专家系统？系统是如何工作的？统是如何工作的？。