数控系统使用与维护技术的要领

数控技术和装备是制造工业现代化的重要基础。其数控系统作为典型的高技术产品，它对的技术支持和服务是相当重要的。从以往的历程得知，数控系统除可靠性问题外，另一大问题就是缺乏有力的维护技术支持和服务。目前，可利用先进的信息技术手段(如网络和多媒体)，为建立新—代立体化的技术支持和服务体系开辟了新的途径。值此本文将对数控系统使用与维护技术的要领作探讨，即对其常见故障分析、排除方法及数控系统数加工精度异常故障的原因作方案性作介绍。由于伺服系统是数控技术或设备的核心部件，为此应先对数控技术的伺服系统性能作说明。

1、关于数控技术的伺服系统

数控设备一般由NC控制系统、伺服驱动系统和反馈检测系统3部分组成。它对位置系统要求的伺服性能包括：定位速度和轮廓切削进给速度；定位精度和轮廓切削精度，精加工的表面粗糙度；在外界干扰下的稳定性。这些要求主要取决于伺服系统的静态、动态特性。对闭环系统来说，总希望系统有较高的动态精度，即当系统有一个较小的位置误差时，数控设备(如数控机床)移动部件会迅速反应。下面就位置控制系统影响数控设备加工要求的几个性能指标作简述：

加工精度是机床必须保证的一项性能指标。位置伺服控制系统的位置精度在很大程度上决定了数控机床的加工精度；因此位置精度是一个极为重要的指标；开环放大倍数在典型的二阶系统中，K为开环放大倍数，工程上多称作开环增益。显然，系统的开环放大倍数是影响伺服系统的静态、动态指标的重要参数之一。提高可靠性数控机床是一种高精度、高效率的自动化设备，如果发生故障其损失就更大，所以提高数控机床的可靠性就显得尤为重要。可靠度是评价可靠性的主要定量指标之一，其定义为：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。对数控机床来说，它的规定条件是指其环境条件、工作条件及工作方式等，例如温度、湿度、振动、电源、干扰强度和操作规程等。这里的功能主要指数控机床的使用功能，例如数控机床的各种机能，伺服性能等。

2、数控系统加工精度异常与常见故障分析、排除的解决技巧

数控系统参数发生变化或改动、机械故障、机床电气参数未优化、电机运行异常、机床位置环异常或控制逻辑不妥，是生产中数控系统(如数控机床)加工精度异常故障的常见原因，找出相关故障点并进行处理，机床均可恢复正常。为此，应对常用的故障诊断方法作讨论。

2.1位置环节引起的故障

位置环节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。

2.11与伺服驱动系统关联而的问题

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。

*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。机床X轴在无指令的情况下高速运转，经分析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，而按标签检查线路后完全正确，技术人员认为不可能接错，在充分分析与检测后将反馈线反接，结果机床运转正常。还有从实践得知，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了启动机床其电机就运转，而且越来越快，直到 高转速。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 佳化调节。

2.12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。一般在电力充足，电源质量比较好时，这类问题比较少，因而在设汁上这方面的因素考虑的不是很多。但由于电力紧张，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—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。

2.13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。

2.14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。有一工厂的数控没备，开机后不久便失去数控准备信号，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。

一般在数控系统的没汁、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。

[NextPage]2.2生产中经常会遇到数控机床加工精度异常的故障

此类故障隐蔽性强、诊断难度大。导致此类故障的原因主要有五个方面：机床进给单位被改动或变化；机床各轴的零点偏置(NULL OFFSET)异常；轴向的反向间隙(BACKLASH)异常；电机运行状态异常，即电气及控制部分故障；机械故障，如丝杆、轴承、轴联器等部件。此外，加工程序的编制、刀具的选择及人为因素，也可能导致加工精度异常。

2.21系统参数发生变化或改动

系统参数主要包括机床进给单位、零点偏置、反向间隙等等。例如SIEMENS、FANUC数控系统，其进给单位有公制和英制两种。机床修理过程中某些处理，常常影响到零点偏置和间隙的变化，故障处理完毕应作适时地调整和修改，另一方面，由于机械磨损严重或连结松动也可能造成参数实测值的变化，需对参数做相应的修改才能满足机床加工精度的要求。

2.22机床电气参数未优化电机运行异常

例一台数控立式铣床，配置FANUC 0-MJ数控系统。在加工过程中，发现X轴精度异常。检查发现X轴存在一定间隙，且电机启动时存在不稳定现象。用手触摸X轴电机时感觉电机抖动比较严重。

分析认为，故障原因有两点，一是机械反向间隙较大；二是X轴电机工作异常。利用FANUC系统的参数功能，对电机进行调试。首先对存在的间隙进行了补偿；调整伺服增益参数及N脉冲抑制功能参数，X轴电机的抖动消除，机床加工精度恢复正常。

3、故障排除技术

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技术。

3.1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。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．则需进行硬件诊断。

3.2参数更改程序更正法

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，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。

3.3 佳化调整法

调节是一种 简单易行的办法。通过对电位计的调节，修正系统故障。如在维修中，其系统显示器画面混乱，经调节后正常。又如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。

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 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 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，然后再反向慢慢调节，直到消除震荡即可。

3.4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 常用的排故办法。

3.5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。

3.6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。

4、维修时的要领不可忽视

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；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；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，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；不应随意拆换元器件，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；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；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，而致使好板亦不能工作；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。

5、结束语

上述介绍的应用技术仅是解决问题的思流路或方案，数控系统或数控机床应用或维修中要领是在实践中逐步掌握和积累的，并应因设备物的不同而灵活使用，才能恰到好处事半功倍。