时间：2022-11-25 15:35:37
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇数控机床故障诊断论文，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
1数控机床的故障诊断技术
①数控系统自诊断。开机自诊断数控系统在通电开机后，都要运行开机自诊断程序，对系统中关键的硬件和控制软件进行检测，并将检测结果在CRT上显示出来。运行自诊断运行自诊断是数控系统正常工作时，运行内部诊断程序，对系统本身、PLC、位置伺服单元以及与数控装置相连的其他外部装置进行自动测试、检查，并显示有关状态信息和故障信息。
②在线诊断和离线诊断。在线诊断是指通过数控系统的控制程序，在系统处于正常运行状态下，实时自动地对数控装置、PLC控制器、伺服系统、PLC的输入输出和其他外部装置进行自检，并显示状态信息、故障信息。脱机诊断当数控系统出现故障时，需要停机进行检查，这就是脱机诊断。脱机诊断的目的是修复系统的错误和定位故障，将故障定位在最小的范围。
远程诊断实现远程诊断的数控系统，必须具备计算机网络功能。因此，远程诊断是近几年发展起来的一种新型的诊断技术。数控机床利用数控系统的网络功能通过互联网连接到机床制造厂家，数控机床出现故障后，通过机床厂家的专业人员远程诊断，快速确诊故障。
2数控机床故障的实用诊断方法
①诊断常用的仪器、仪表及工具万用表－可测电阻、交、直流电压、电流。
相序表－可检测直流驱动装置输入电流的相序。转速表－可测量伺服电动机的转速，是检查伺服调速系统的重要依据。钳形电流表－可不断线检测电流。测振仪－是振动检测中最常用、最基本的仪器。短路追踪仪－可检测电气维修中经常碰到的短路故障现象。逻辑测试笔－可测量数字电路的脉冲、电平。IC测试仪－用于数控系统集成电路元件的检测和筛选。工具－弹头钩形扳手、拉锥度平键工具、弹性手锤、拉卸工具等。
②诊断用技术资料主要有：数控机床电气说明书，电气控制原理图，电气连接图，参数表，PLC程序，编程手册，数控系统安装与维修手册，伺服驱动系统使用说明书等。数控机床的技术资料非常重要，必须参照机床实物认真仔细地阅读。一旦机床发生故障，在进行分析的同时查阅相关资料。
③故障处理。故障软故障－由调整、参数设置或操作不当引起硬故障－由数控机床（控制、检测、驱动、液气、机械装置）的硬件失效引起。
故障处理对策除非出现影响设备或人身安全的紧急情况，不要立即切断机床的电源，应保持故障现场。从机床外观、CRT显示的内容、主板或驱动装置报警灯等方面进行检查。可按系统复位键，观察系统的变化，报警是否消失。如消失，说明是随机性故障或是由操作错误引起的。如不能消失，把可能引起该故障的原因罗列出来，进行综合分析、判断，必要时进行一些检测或试验，达到确诊故障的目的。
④数控系统故障诊断方法。直观法（望闻问切）：问－机床的故障现象、加工状况等看－CRT报警信息、报警指示灯、电容器等元件变形烟熏烧焦、保护器脱扣等听－异常声响闻－电气元件焦糊味及其它异味摸－发热、振动、接触不良等。参数检查法：参数通常是存放在RAM中，有时电池电压不足、系统长期不通电或外部干扰都会使参数丢失或混乱，应根据故障特征，检查和校对有关参数。隔离法：一些故障，难以区分是数控部分，还是伺服系统或机械部分造成的，常采用隔离法。同类对调法用同功能的备用板替换被怀疑有故障的模板，或将功能相同的模板或单元相互交换。功能程序测试法：将G、M、S、T、功能的全部指令编写一些小程序，在诊断故障时运行这些程序，即可判断功能的缺失。
⑤故障诊断应遵循的原则。第一，先外部后内部数控机床的检修要求维修人员掌握先外部后内部的原则，由外向内逐一进行检查排除。第二，先机械后电气首先检查机械是否正常，行程开关是否灵活，气动液压部分是否正常等，在故障检修之前，首先注意排除机械的故障。第三，先静后动维修人员本身要做到先静后动。首先询问机床操作人员故障发生的过程及状态，查阅机床说明书、图纸资料，进行分析后，才可动手查找和处理故障。
数控机床是现代化企业进行生产的一种重要物质基础，是完成生产过程的重要技术手段，强化管理是关键，“防”与“治”的结合是解决数控机床“使用难、维修难”的唯一途径。
参考文献：
关键词：数控机床；故障诊断；检测
1数控机床的故障诊断技术
①数控系统自诊断。开机自诊断数控系统在通电开机后，都要运行开机自诊断程序，对系统中关键的硬件和控制软件进行检测，并将检测结果在CRT上显示出来。运行自诊断运行自诊断是数控系统正常工作时，运行内部诊断程序，对系统本身、PLC、位置伺服单元以及与数控装置相连的其他外部装置进行自动测试、检查，并显示有关状态信息和故障信息。
②在线诊断和离线诊断。在线诊断是指通过数控系统的控制程序，在系统处于正常运行状态下，实时自动地对数控装置、PLC控制器、伺服系统、PLC的输入输出和其他外部装置进行自检，并显示状态信息、故障信息。脱机诊断当数控系统出现故障时，需要停机进行检查，这就是脱机诊断。脱机诊断的目的是修复系统的错误和定位故障，将故障定位在最小的范围。
远程诊断实现远程诊断的数控系统，必须具备计算机网络功能。因此，远程诊断是近几年发展起来的一种新型的诊断技术。数控机床利用数控系统的网络功能通过互联网连接到机床制造厂家，数控机床出现故障后，通过机床厂家的专业人员远程诊断，快速确诊故障。
2数控机床故障的实用诊断方法
①诊断常用的仪器、仪表及工具万用表－可测电阻、交、直流电压、电流。
相序表－可检测直流驱动装置输入电流的相序。转速表－可测量伺服电动机的转速，是检查伺服调速系统的重要依据。钳形电流表－可不断线检测电流。测振仪－是振动检测中最常用、最基本的仪器。短路追踪仪－可检测电气维修中经常碰到的短路故障现象。逻辑测试笔－可测量数字电路的脉冲、电平。IC测试仪－用于数控系统集成电路元件的检测和筛选。工具－弹头钩形扳手、拉锥度平键工具、弹性手锤、拉卸工具等。
②诊断用技术资料主要有：数控机床电气说明书，电气控制原理图，电气连接图，参数表，PLC程序，编程手册，数控系统安装与维修手册，伺服驱动系统使用说明书等。数控机床的技术资料非常重要，必须参照机床实物认真仔细地阅读。一旦机床发生故障，在进行分析的同时查阅相关资料。
③故障处理。故障软故障－由调整、参数设置或操作不当引起硬故障－由数控机床（控制、检测、驱动、液气、机械装置）的硬件失效引起。
故障处理对策除非出现影响设备或人身安全的紧急情况，不要立即切断机床的电源，应保持故障现场。从机床外观、CRT显示的内容、主板或驱动装置报警灯等方面进行检查。可按系统复位键，观察系统的变化，报警是否消失。如消失，说明是随机性故障或是由操作错误引起的。如不能消失，把可能引起该故障的原因罗列出来，进行综合分析、判断，必要时进行一些检测或试验，达到确诊故障的目的。
④数控系统故障诊断方法。直观法（望闻问切）：问－机床的故障现象、加工状况等看－CRT报警信息、报警指示灯、电容器等元件变形烟熏烧焦、保护器脱扣等听－异常声响闻－电气元件焦糊味及其它异味摸－发热、振动、接触不良等。参数检查法：参数通常是存放在RAM中，有时电池电压不足、系统长期不通电或外部干扰都会使参数丢失或混乱，应根据故障特征，检查和校对有关参数。隔离法：一些故障，难以区分是数控部分，还是伺服系统或机械部分造成的，常采用隔离法。同类对调法用同功能的备用板替换被怀疑有故障的模板，或将功能相同的模板或单元相互交换。功能程序测试法：将G、M、S、T、功能的全部指令编写一些小程序，在诊断故障时运行这些程序，即可判断功能的缺失。
关键词：数控机床故障维修
由于数控机床具有先进性、复杂性和高智能化的特点，特别是近几年数控系统不断更新换代，数控机床被广泛应用于机械制造业，给传统制造业带来巨大的变化，使制造业成为工业化的领头军。数控机床是一种典型而复杂的机电一体化产品，种类繁多，形式多样，通常是集机械、电气、液压、气动等于一体的加工设备，其中任何一部分出现故障，都可能使机床停机，从而造成生产停顿，给企业的正常生产带来较大的影响。因此，提高数控机床维修人员的素质和能力，就显得十分重要。本文介绍了数控机床故障诊断与维修的一些原则和常用方法。
一、故障诊断的一般原则
数控机床主要由主机CNC装置、PMC可编程控制器、主轴驱动单元、进给伺服驱动单元、显示装置、操作面板、辅助控制装置、通信装置等组成。故障原因不外乎是操作错误、参数错误、外界环境及电源造成的故障、线路故障、器件损坏等。通常的故障诊断原则有：（1）先静后动。先在机床断电的静止状态下，通过观察测量，分析确定为非破坏性故障后，方可给机床送电。论文参考网。在工作状态下，进行动态的的观察、检验和测试，查找故障点。而对破坏性故障，必须先排除危险后，方可送电。（2）先机后电。一般来说，机械故障较易察觉，而数控系统故障的诊断难度较大，先排除机械性故障，往往可以达到事半功倍的效果。（3）先外后内。根据机床故障原因调查统计，80％以上来自于外部原因，只有不到20％是内部原因引起的。因此维修人员应由外向内进行排查，尽量避免随意启封、拆卸，否则可能会扩大故障，使机床精度减弱，降低性能。（4）先简后繁。当出现多种故障互相交织掩盖，一时无从下手时，应先解决容易的问题，后解决难度较大的问题。如果是功能性的故障，就应先从执行元件入手，看看气缸、电磁阀、电机、接触器等，是否存在卡滞等性能下降现象；然后是传感器、行程开关等输入信号元件；再次是电气接头、插件、活动的电线电缆等部位。这些外部元件受环境因素影响较大，比如磕碰、腐蚀、积尘等。还有元件本身的不良和机械磨损等原因，都决定了它们常是故障的根源。通常，简单问题解决后，难度大的问题也就变得容易了。
二、故障诊断与完善方法
2.1常规检测法是通过观察或借助简单的工具确定机床故障的方法。这种方法应先弄清楚故障的症状，有何特征及伴随情况，将故障范围缩小到一个模块或一块印刷电路板。它可以简单地归纳为4个字：“问，看，嗅，摸”。问，就是调查情况，在诊断故障前，修理人员询问操作手故障发生前的机床运转情况，产生在哪道程序及时间，操作方式是否得当等；看，就是观察，仔细检查有无保险丝烧断，元器件有无烧焦或开裂等情况；嗅，就是从机床散发出的某些特殊气味来判断，如某些元件烧焦的气味；摸，就是用手触试可能产生故障的温度、振动情况，以及元器件有无松动等。
2.2测量比较诊断法数控机床的生产厂家为了调整、维修机床的便利，在印刷电路板上往往设计了多个检测用的端子。用户也可利用这些端子，将怀疑有故障的印刷电路板同正常电路板进行比较。通过测量这些端子的电压与波形，可以分析故障的具体部位与原因。维修人员如果能在机床正常状态时，留心记录这些印刷电路板的测量端子，或一些关键部位的电压值和波形，在机床出现故障时，查找故障部位及原因将会更加方便。
2.3自诊断法现代数控系统具有很强的自诊断能力，当数控系统一旦出现故障，借助系统的诊断功能，可以迅速、准确地查明原因，并确定故障部位。
三、举例说明常见非机械故障和排除方法
3.1北京第一机床厂生产的XK5040数控立铣，数控系统为FANUC-3MA1.故障现象驱动Z轴时就产生31号报警。2.检查分析查维修手册，31号报警为误差寄存器的内容大于规定值。论文参考网。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号报警为：Z轴误差寄存器的内容超过±32767式数模交换器的命令值超出了-8192～+8191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，实现800在-1与-2之间变化，801在+1与-1之间变化，802却为0，没有任何变化，这说明Z轴、Y轴的位置信号控制进行交换，即用Y轴控制信号去控制Z轴，用Z轴去控制Y轴，Y轴就产生31号报警（实际是Z轴报警）。论文参考网。同时，诊断号8012为“0”，802有了变化。通过这样交换，再次说明Z轴位置控制单元有问题，这样就将故障定位在Z轴伺服电动机上。打开Z轴伺服电动机，发现位置编码器与电动机之间的十字联络块脱落，致使电动机在工作中无反馈信号而产生上述故障报警。3.故障处理将十字联络块与伺服电动机位置编码器重新连接好，故障排除。
3.2一台加工中心配量FANUC-6M1.故障现象机床在自动方式中出现416号报警。2.故障分析按下列顺序检查：脉冲编码器未出现不良；各连接器均牢固连接；X轴卯制线路板未出现异常；用万用表测量电动机连接线，也未发现问题。在重新启动机床，回零之后，用自动方式运转，机床正常但1H后又出现416号报警，再次按上述顺序复查一遍，发现反馈信号有一根已断，换按备用线后，机床正常，报警不再出现。
四、结论
因此，对维修人员来说，熟悉系统的自诊断功能是十分重要。包括开机自诊断和运行自诊断。开机自诊断，就是数控系统通电后，系统自诊断软件会对系统最关键的硬件和控制软件检查，如CPU、RAM、ROM等芯片，I／O口及监控软件。如果正常，将进人正常操作界面，如检测不通过，即在液晶上显示报警信息或报警号，指出哪个部分发生了故障，将故障原因定位在一定的范围内，然后通过维修手册找出造成故障的真正原因，根据书上的说明进行排除；运行自诊断，
参考文献：
[1] 任丽华. 数控机床常见电气故障的诊断方法[J]黑龙江纺织, 2006, (01) .
[2] 李玉琴, 潘祖聪, 刘琳娇. 数控机床常见故障诊断方法及实例[J]. 安徽水利水电职业技术学院学报, 2010, (01) :76-78
[3] 薛福连. 数控机床故障诊断及处理[J]. 设备管理与维修, 2010, (04) :23
[4] 冯华勇. 数控机床的电气维修与故障的排除[J]四川工程职业技术学院学报, 2007, (06) .
【关键词】数控机床故障诊断与维护；课程改革；行动导向教学法
一、引言
《数控机床故障诊断与维护》课程作为数控设备应用与维护专业的专业核心课，是一门实践性、应用性、针对性很强的课程，而现有国内大部分职业院校的教学模式仍没有走出学科体系的框架，教学内容以大量的理论为主，少量的实验为辅；教学形式以教师讲解为主，学生练习为辅。这样一种学科体系式的教学模式，导致教学内容与企业实际脱节，学生学习积极性无法调动，学生实践时间少，学生进入企业后处理实际问题的能力差，影响学生的培养质量，教学效果不够理想，急需对课程教学模式进行改革[1]。
20世纪80年代以来，在世界职业教育领域中出现的一种新的思潮——行动导向。这是将德国社会教育学家梅腾斯的“关键能力”培养这一职业教育理想转化为具体的教育教学实践，其体现形式为行动导向教学[2]。“行动导向”教学法代表了当今世界上的一种先进的职业教学理念。80年代以来，“行为导向”一词频频出现在职教文献，特别是欧美职教教学论著作中，一时成为追求和提高职业教学质量、改革教学的代名词。我国的许多职业技术学校引进这种教学模式，使教学改革获得重大突破。行动引导型教学法给学校注入了新的血液，将使学校教学焕发出前所未有的生机[3]。行动导向教学由一系列教学技术组成，是在培养技能人才方面有着独特优势的教学方法。行动导向教学法倡导通过行动、工作任务来学习，恰恰突出了《数控机床故障诊断与维护》课程教学的特征，符合数控机床故障诊断与维护学习的一般规律。
二、“行动导向”教学法的内涵
“行动导向”教学理论基础是行动导向学习理论和建构主义学习理论，它与传统的教学理念不同，行动导向的学习强调人的主观能动作用，认为知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情境，利用必要的学习资料，通过建构主义的方式获得的。“行动导向”教学的核心在于把职业活动过程或工作过程与学习过程统一起来，其目的在于促进学生职业能力的发展，是一种能力本位的教学观[2]。
“行动导向”教学是根据完成某一职业工作活动所需要的行动及产生和维持行动所需要的环境条件以及从业者的内在调节机制来设计、实施和评价职业教育的教学活动。具体说来，“行动导向”教学主要是通过有目的、系统化地组织学习者在实际或模拟的专业环境中，参与设计、实施、检查和评价职业活动的过程，通过学习者发现、探讨和解决职业活动中出现的问题，体验及反思学习行动的过程，并最终获得完成相关职业活动所需要的知识和能力。它倡导通过行动来学习和为了行动而学习，在教学过程中注重发挥学生的主体作用和教师的主导作用，注重对学生分析问题、解决问题能力的培养。
行动导向教学法的主要特点如下[4]：一是以能力培养为目标，通过任务的完成过程培养学生的职业能力；二是以任务为导向、以能力为基础来确定教学内容；三是以过程为导向来设计教学过程，一改以往讲授为主的教学过程，成为一个由资迅、计划、决策、实施、检查、评估6个环节组成的完整的“行为过程”；四是以学生为主体，教师引导学生自主学习，将传统分数激励转变为工作质量控制和过程评价。
行动导向教学法的一般教学形式。行动导向教学法的关键是每个教学环节的可操作性、可行动性，教师要事先根据学生特点、教学内容，设计可由学生直接参与的教学环节，即以行动为导向的行动环节。行动导向教学法一般有以下教学形式[5]：
（1）六步教学法，由收集资讯、计划准备、共同决策、实施、检查、评估等六个行动环节组成；一般适用于高年级的专业课教学。
（2）四步教学法，由获取信息、制订计划、实施计划、评估计划等四个行动环节组成，一般适用于低年级的专业课教学和理论课教学。
（3）项目教学法，突出完成一件工作的完整性和独立性，项目可大可小，大的项目除了上述行动环节，还增加了项目论证、分析决策、组织分工、管理等更多的行动环节。
（4）分组教学法，突出团队合作、讨论、意见归纳、汇报演讲、辩论等行动环节。
（5）角色扮演教学法，直接按现实岗位的要求，完成角色的行动任务。
在此处我们将主要采用“六步教学法”，研究“行动导向”教学法在《数控机床故障诊断与维护》课程教学中的应用。
三、基于“行动导向”教学法的《数控机床故障诊断与维护》课程体系构建
数控维修技术培养满足现代企业生产一线需要、从事数控机床故障诊断与维护、掌握现代科学知识的新型劳动者，它要求学生必须具备一定的思维素质能力、实践动手能力、技术创新设计能力、理论应用能力。知识是能力形成的首要基础，特别是数控技术是融合了多种学科的知识和理念，更需要有一个全面、合理的知识结构作为基础，所以必须改进教学方法使学生及时、全面地了解数控技术的基本学科结构，提高实际动手能力[6]。
（一）制订教学目标
《数控机床故障诊断与维护》课程是数控技术专业（专科）一门重要的专业方向课。该课程的教学目的，是使学生掌握数控机床的一般维修技术，通过维修实践环节，掌握数控机床的机械部分、电气控制系统的控制方法和调试维修技术，从而培养学生分析问题与解决问题的综合能力，培养学生较强的动手能力，为学生毕业后从事相关工作打上坚实的基础。
（二）课程基本要求
课程基本要求：1）了解职业岗位对数控维修从业人员的基本要求，掌握数控机床的日常维护与保养方法；2）掌握典型数控系统的硬件连接、参数设置及调试方法、数据备份，熟悉常用操作界面，并能正确使用以诊断故障原因；3）掌握典型伺服系统的安装调试方法、硬件连接、速度环和位置环参数调整等，并熟悉伺服系统常见故障及排除方法；4）掌握数控机床刀库、冷却和等辅助系统的控制方法，并能够对相关故障进行诊断和排除；5）掌握数控机床机械结构的特点，能够对机械系统的常见故障进行诊断和排除；6）了解数控机床的验收和精度检验方法，熟悉精度补偿方法。
四、基于工作过程的《数控机床故障诊断与维修》课程教学实施
对《数控机床故障诊断与维护》课程实施行动导向教学模式改革，首先要解决课程内容的取向和序化问题。我们以FANUC 0i-TD系统的数控车床为对象，以具体的工作任务为载体，以技能训练为核心，以相关知识为基础，将教、学、做有机结合。参照数控机床装调维修工国家职业资格标准，将机床电气控制、PMC、数控系统、传感器检测技术、伺服控制系统、主轴控制系统、刀架控制系统和机械调整部分等相关知识进行了整合，构建学习情境[7]。表1为教学实施项目卡。
表1 项目卡报告
评语 教师签字： 日期： 成 绩
学 时 6
姓 名 学 号 班 级 组 别
项目
编号 项目名称 FANUC 0i-TD数控系统的数控车床的主轴控制系统
课程
名称 数控机床故障诊断与维修 材 料 校本教材
《数控机床故障诊断与维护》
1.项目内容：
2.实训装置：
3.实训步骤：
4.实训结果：
5.小组讨论（或学习感受）：
6.小组评价：
完整的行动教学程序在《数控机床故障诊断与维修》课程教学中，可遵循“资讯、计划、决策、实施、检查、评价”的完整行动过程，根据故障排查的一般步骤，设计出适合该课程的行动导向教学程序[8]。
1.勘察。学生广泛收集故障信息，例如，查看故障现场、询问机床操作者，通过教师设计好的工作单，查看故障记录及开机观察等。
2.计划。搜集相关信息，学习相应知识，对故障信息进行分析，与小组成员共同讨论学习计划、故障排除计划。在该阶段，以学生为主体，教师事先找出难点，对难点进行提示，在此过程中，教师应及时了解各组的进展并对学生提供必要的帮助。
3.诊断。合理运用维修工具，进行故障的定位，探查可能的原因，做出判断，教师指导学生注意安全用电及工具的使用方法。
4.维修。合理运用维修工具，解决发现的故障，教师指出维修的注意事项，确保维修正确、顺利进行。
5.试机。调试机床，确保完成全部维修工作，机床能正常运转，全部工作完成后，要按照“5S”要求清理现场
6.评价。评价主要由成果评定、学生自评、小组互评、教师评价组成。成果评定由教师根据学生故障排除的准确程度和效率，以小组为单位进行评价。学生自评部分要求学生本着实事求是的精神，从项目完成情况、知识掌握情况、工具使用情况、安全操作等方面进行自我评价。小组互评部分主要由小组成员从沟通能力、协作能力、工作态度等方面对小组其他成员进行评价。最后，教师根据以上各项评价，对学生的学习做出整体的、最终的评价。
五、结论与分析
笔者在《数控机床故障诊断与维护》课程教学过程中研究性的使用了“行动导向”教学法，教学效果良好。随着数控技术的发展，社会上对数控技术专业毕业的学生在理论和实践方面的要求在不断提高，《数控机床故障诊断与维护》课程的教学思路和方式也在不断发展，实践和理论教学环节的联系也越来越强。“行动导向”教学法按照职业教育的规律和职业岗位的要求，始终把“教”“学”“做”联结在一起，“寓教于做”。这种教学理念是一次教育理念和教学模式的革命。它具有许多传统教学所不及的优点，比较适合《数控机床故障诊断与维护》课程的教学。
但是教学内容、学生的学习需要和教学条件决定了教师采用何种教学方法。传统教学法在传授知识文化方面效果非常好，而行动导向教学法更擅长传授技术文化。如何使它们优势互补，扬长避短，是我们教育工作者值得长期思考和研究的课题。实现行动导向教学和传统教学法的优势互补，关键在于教师。教师的教学观须深入把握教材，分析学生的知识水平，科学、合理、适度地采用各种教学方法，满足学生的学习需求，才能真正实现两种教学方法的“优势互补”[11]。
参考文献：
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[2]彭小银.基于行动导向教学法的《中国现代文学导读》教学设计[D].暨南大学，2012，11.
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[4]蒋军.滕跃.浅谈《数控机床故障诊断与维修》教学对学生能力的培养[J].职业技术研究，2010，29.
[5]韩茂源.行动导向教学法的理论释义及实践解读[J].黑龙江高教研究，2011，6.
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[7]黄登红.浅析行动导向教学法在“数控机床电气系统装调与维修”课程教学中的应用[J].职业教育，2013，6.
[8]赵佑初，唐美玲.基于工作过程的高职《电工电子技术》课程教学设计[J].职业教育研究，2012，9.
[9]文娟萍.基于工作过程的《数控机床故障诊断与维修》教学改革与实践[J].教改创新，2012，10.
[10]徐云飞.基于行动导向的《数控机床故障维修》课程教学方法的研究[J].现代企业教育，2012，11.
[11]王志成.数控机床故障诊断与维修课程“做中学”教学模式的研究与实践[J].沈阳工程学院学报（社会科学版），2012，7.
[12]张冉.高职数控技术专业行动导向教学典型案例分析[J].工业技术与职业教育，2013，11.
[论文摘要]数控机床故障的诊断是数控机床维修的关键。一般来说，随着故障类型的不同，采取的故障诊断的方法也就不同。本文从数控机床故障诊断的内容、原则、方法等方面入手来简要阐述一下数控机床故障的诊断方法。
系统可靠性是指数控系统在规定的条件和规定的时间内完成规定功能的能力。故障是指系统在规定的条件和规定的时间内失去了规定的功能。数控机床是个很复杂的大系统，它涉及光、机、电、液、气等很多技术，发生故障是难免的。机械磨损、机械锈蚀、机械失效、插件接触不良、电子元器件老化、电流电压波动、温度变化、干扰、噪声、软件丢失或本身有隐患、灰尘、操作失误等都可导致数控机床出故障。
一、数控机床故障诊断内容
故障诊断的内容：
1） 动作诊断：监视机床各动作部分，判定动作不良的部位。诊断部位是ATC、APC和机床主轴。2） 状态诊断：当机床电机带动负载时，观察运行状态。3） 点检诊断：定期点检液压元件、气动元件和强电柜。4） 操作诊断：监视操作错误和程序错误。5） 数控系统故障自诊断：不同的数控系统虽然在结构和性能上有所区别，但随着微电子技术的发展，在故障诊断上有它的共性。
二、数控机床故障诊断原则
在故障诊断时应掌握以下原则：
（1）先外部后内部 数控机床是集机械、液压、电气为一体的机床，故其故障的发生也会由这三者综合反映出来。维修人员应先由外向内逐一进行排查，尽量避免随意地启封、拆卸，否则会扩大故障，使机床大伤元气，丧失精度，降低性能。
（2）先机械后电气一般来说，机械故障较易发觉，而数控系统故障的诊断则难度较大些。在故障检修之前，首先注意排除机械性的故障，往往可达到事半功倍的效果。
（3）先静后动先在机床断电的静止状态，通过了解、观察测试、分析确认为非破坏性故障后，方可给机床通电。在运行工况下，进行动态的观察、检验和测试，查找故障。而对破坏性故障，必须先排除危险后，方可通电。
（4）先简单后复杂当出现多种故障互相交织掩盖，一时无从下手时，应先解决容易的问题，后解决难度较大的问题。往往简单问题解决后，难度大的问题也可能变得容易。
三、数控机床故障诊断的方法
1.直观检查法它是维修人员最先使用的方法。在故障诊断时，首先要询问，向故障现场人员仔细询问故障产生的过程、故障表象及故障后果，并且在整个分析、判断过程中可能要多次询问；其次是仔细检查，根据故障诊断原则由外向内逐一进行观察检查。总体查看机床各部分工作状态是否处于正常状态(例如各坐标轴位置、主轴状态、刀库、机械手位置等)，各电控装置(如数控系统、温控装置、装置等)有无报警指示，局部特别要注意观察电路板的元器件及线路是否有烧伤、裂痕等现象、电路板上是否有短路、断路，芯片接触不良等现象，对于已维修过的电路板，更要注意有无缺件、错件及断线等情况；再次是触摸，在整机断电条件下可以通过触摸各主要电路板的安装状况、各插头座的插接状况、 各功率及信号导线(如伺服与电机接触器接线)的联接状况等来发现可能出现故障的原因。
2.仪器检查法使用常规电工仪表，对各组交、直流电源电压，对相关直流及脉冲信号等进行测量，从中找寻可能的故障。例如：用万用表检查各电源情况，以及对某些电路板上设置的相关信号状态测量点的测量，用示波器观察相关的脉动信号的幅值、相位甚至有、无，用PLC 编程器查找PLC程序中的故障部位及原因等等。
3.功能程序测试法 功能程序测试法是将数控系统的G、M、S、T、F功能用编程法编成一个功能试验程序，并存储在相应的介质上。在故障诊断时运行这个程序，可快速判定故障发生的可能起因。功能程序测试法常应用于以下场合：
1）机床加工造成废品而一时无法确定是编程操作不当、还是由于数控系统故障引起的。
2）数控系统出现随机性故障。一时难以区别是外来干扰，还是系统稳定性差时。
3）闲置时间较长的数控机床在投入使用前或对数控机床进行定期检修时。
4.信号与报警指示分析法
1）硬件报警指示这是指包括伺服系统、数控系统在内的各电子、电器装置上的各种状态和故障指示灯，结合指示灯状态和相应的功能说明便可获知指示内容及故障原因与排除方法。
2）软件报警指示如前所述的系统软件、PLC程序与加工程序中的故障通常都设有报警显示，依据显示的报警号对照相应的诊断说明手册便可获知可能的故障原因及故障排除方法。
5.接口状态检查法现代数控系统多将PLC集成于其中，而CNC与PLC之间则以一系列接口信号形式相互通讯联接。有些故障是与接口信号错误或丢失相关的，这些接口信号有的可以在相应的接口板和输入/输出板上有指示灯显示，有的可以通过简单操作在CRT屏幕上显示，而所有的接口信号都可以用PLC编程器调出。这种检查方法要求维修人员既要熟悉本机床的接口信号，又要熟悉PLC编程器的应用。
6.参数检查法 数控系统、PLC及伺服驱动系统都设置许多可修改的参数以适应不同机床、不同工作状态的要求。这些参数不仅能使各电气系统与具体机床相匹配，而且更是使机床各项功能达到最佳化所必需的。因此，任何参数的变化(尤其是模拟量参数)甚至丢失都是不允许的；而随机床的长期运行所引起的机械或电气性能的变化会打破最初的匹配状态和最佳化状态。此类故障需要重新调整相关的一个或多个参数方可排除。这种方法对维修人员的要求是很高的，不仅要对具体系统主要参数十分了解，既知晓其地址熟悉其作用，而且要有较丰富的电气调试经验。
7.试探交换法即在分析出故障大致起因的情况下，维修人员可以利用备用的印刷电路板、集成电路芯片或元器件替换有疑点的部分，从而把故障范围缩小到印刷线路板或芯片一级。采用此法之前应注意以下几点：
1）更换任何备件都必须在断电情况下进行。
2）许多印制电路板上都有一些开关或短路棒的设定以匹配实际需要，因此在更换备件板上一定要记录下原有的开关位置和设定状态，并将新板作好同样的设定，否则会产生报警而不能工作。
3）某些印制电路板的更换还需在更换后进行某些特定操作以完成其中软件与参数的建立。这一点需要仔细阅读相应电路板的使用说明。
4）有些印制电路板是不能轻易拔出的，例如含有工作存储器的板，或者备用电池板，它会丢失有用的参数或者程序。必须更换时也必须遵照有关说明操作。
鉴于以上条件，在拔出旧板更换新板之前一定要先仔细阅读相关资料，弄懂要求和操作步骤 之后再动手，以免造成更大的故障。
8.测量比较法CNC系统生产厂在设计印刷线路板时，为了调整和维修方便，在印刷线路板上设计了一些检测量端子。维修人员通过检测这些测量端子的电压或波形，可检查有关电路的工作状态是否正常。但利用检测端子进行测量之前，应先熟悉这些检测端子的作用及有关部分的电路或逻辑关系。
9.特殊处理法 当今的数控系统已进入PC级、开放化的发展阶段，其中软件含量越来越丰富，有系统软件、机床制造者软件、甚至还有使用自己的软件，由于软件逻辑的设计中不可避免的一些问题，会使得有些故障状态无从分析，例如死机现象。对于这种故障现象则可以采取特殊手段来处理，比如整机断电，稍作停顿后再开机，有时则可能将故障消除。维修人员可以在自己的长期实践中摸索其规律。
参考文献：
关键词：冷光线 故障排查 记忆理解 电路
中图分类号：H05B33/00 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）10（b）-0050-02
1 引言
1.1 研究的目的和意义
随着社会的发展数控机床在机械加工部门的应用越来越广泛。进入21世纪，随着数控技术的飞速发展，数控设备已遍布全世界，不仅工业发达国家已广泛采用，就是发展中国家也大量使用。我国自改革开放以来也引进了不少先进的设备，这些设备的特点是以大规模集成电路为主的数控设备，这些设备功能强，生产效率高，但是复杂，它涉及机械、电器、液压、气动、光学与计算机技术等许多领域，尤其在故障诊断、状态监测方面涉及数字测试技术与计算机网络技术。因此，它的维修在理论上、方法上、手段上与普通的设备相比都有很大的区别，给维修工作带来很大的困难。目前，由于企业缺乏数控设备维修这方面的专业人才，数控机床的维修工作很大程度只能依赖外部的力量。一旦数控设备出现故障，哪怕是很小的问题都得停机等待维修，给企业正常的生产带来很大的影响，越来越多的企业用户希望能够依靠自身的力量来解决数控设备的故障问题，因此，提高设备维修技术人员的素质和能力，就显得尤为重要。
数控机床，最容易出现短路、虚接等电路问题。目前针对这类问题的判断方式是根据报警现象确定出现问题的大致位置，然后通过测量局部电压通过逐步排除法确定故障位置，这样的故障诊断方式费时耗力，对数控机床中经常出现的急停按钮故障、液压电动机互锁引起的急停故障、立卧转换互锁引起的急停故障、起动条件不满足引起的急停故障、机床超极限保护引起的急停故障、垂直进给轴超极限保护引起的急停故障、PLC故障引起的急停故障、电缆连接不良引起的急停故障、自动换刀过程中停电引起的急停故障。对于上述诸多故障问题，通过排查法确定故障位置需要耗费大量的时间，维修效率低下；且在出现电路连接故障时，难于准确断定故障所在线路位置。
在数控机床维修教学中讲解数控机床维修时，目前只能通过电路图讲解其控制流程，不便学生理解内部电气控制方式，给教学也带来较大的困扰，如何快速排查故障并便于理解已成为数控维修方面的首要解决的难题。
1.2 研究的主要内容
经过数控机床维修中深入研究，惊喜的发现将传统上应用于背光显示、广告灯、仪器面板、照明标志等领域的EL冷光技术应用于数控机床的维修和故障位置诊断具有理想的效果，无需对数控机床的电路结构进行复杂改进即可实现故障位置的快速、可视化诊断。
具体地说，通过如下技术方案实现的。
EL冷光技术在数控维修中的应用，将EL冷光线接入到数控机床的控制线路或作为数控机床的主线路。
由于EL冷光线具有电致发光特性，当交流电压加在发光粉所处的两个平板电极时，电场使得（ZnS）粒子产生激发式跃迁，从而在每一个充放循环中发光，当它含有不同的激活剂时，可发出不同颜色的光。在将EL冷光线接入到数控机床后，电路存在连接故障的位置或者电气元件所连接的EL冷光线不会发光，即可确定相应位置或电气元件为故障位置。
2 传统数控机床电路分析及故障排查难点分析
对于传统回路判断故障时，无论是电压法判断还是电阻法判断最基本的均是要逐条线路排查，并逐一检查相关电路之间的关系，以确定故障点位置，这种排查方式费时费力还不能准确确定故障点位置。
例如机床出现SV0433故障报警时，机床出现报警必定会因为报警急停，在排查这类故障时，报警信息显示变频器DC LINK电压低，直接现象为伺服无法上电，而维修手册中仅仅显示DC LINK电压下降而且没有解决方法，这类报警分析其故障原因有多处线路音响，想要准确判断必须测量伺服电源电压，MCC自检回路电压及相关前置电气线路中是否出现短路或断路情况，基础测量电压点位在23处，并要逐一排查。
如果机床仅仅出现EMG报警而不出现任何报警信息提示则排查所要测量的点位更多。为了解决这样的难题方便故障排查及教学中学生理解，这里提出引用冷光线技术进入接线以便更为方便的排查故障。
3 EL冷光线技术工艺与研究现状
3.1 EL冷光线技术发展现状
目前EL冷光线技术主要应用于以下几方面。
论文摘要:文章对数控机床的爬行与振动故障原因作了简单分析，指出一些诊断排故的方法和策略
数控机床是集机、电、液、气、光等为一体的自动化机床，经各部分的执行功能，最后共同完成机械执行机构的移动、转动、夹紧、松开、变速和换刀等各种动作，实现切削加工任务。工作时，各项功能相互结合，发生故障时也混在一起，故障现象和原因并非简单一一对应。一种故障现象可能有几种不同的原因，大部分故障以综合形式出现，数控机床的爬行与振动就是一个明显的例子。
数控机床进给伺服系统所驱动的移动部件在低速运行时，出现移动部件开始不能启动，启动后又突然作加速运动，而后又停顿，继而又作加速运动，如此周而复始，这种移动部件忽停忽跳，忽快忽慢的运动现象，称为爬行；而当其高速运行时，移动部件又出现明显的振动。这一故障现象就是典型的进给系统的爬行与振动故障。
造成这类故障的原因有多种可能，可能是因为机械部分出现了故障所导致，也可能是进给系统电气部分出现了问题，还可能是机械部分与电气部分的综合故障所造成，甚至可能因编程有误也会产生爬行故障。
一、分析机械部分原因与对策
因为数控机床低速运行时的爬行现象往往取决于机械传动部分的特性，高速时的振动又通常与进给传动链中运动副的预紧力有关，由此数控机床的爬行与振动故障可能会在机械部分。
如果在机械部分，首先应该检查导轨副。因为移动部件所受的摩擦阻力主要是来自导轨副，如果导轨副的动、静摩擦系数大，且其差值也大，将容易造成爬行。尽管数控机床的导轨副广泛采用了滚动导轨、静压导轨或塑料导轨，如果导轨间隙调整不好，仍会造成爬行或振动。对于静压导轨副应着重检查静压是否到位，对于塑料导轨可检查有否杂质或异物阻碍导轨副运动，对于滚动导轨则应检查预紧措施是否良好。关注导轨副的也有助于分析爬行问题，导轨副状态不好，导轨的油不足够，致使溜板爬行。这时，添加油，且采用具有防爬作用的导轨油是一种非常有效的措施。这种导轨油中有极性添加剂，能在导轨表面形成一层不易破裂的油膜，从而改善导轨的摩擦特性防止爬行。
其次，要检查进给传动链。因为在进给系统中，伺服驱动装置到移动部件之间必定要经过由齿轮、丝杠螺母副或其他传动副所组成的传动链。定位精度下降、反向间隙增大也会使工作台在进给运动中出现爬行。通过调整轴承、丝杠螺母副和丝杠本身的预紧力，调整松动环节，调整补偿环节，都可有效地提高这一传动链的扭转和拉压刚度（即提高其传动刚度），对于提高运动精度，消除爬行非常有益；另外传动链太长，传动轴直径偏小，支承座的刚度不够也是引起爬行的因素。因此，在检查时也要考虑这些方面是否有缺陷，逐个排查。
二、分析进给伺服系统原因与对策
如果故障原因在进给伺服系统，则需分别检查伺服系统中各有关环节。数控机床的爬行与振动问题属于速度问题，与进给速度密切相关，所以也就离不开分析进给伺服系统的速度环，检查速度调节器故障一是给定信号，二是反馈信号，三是速度调节器自身故障。根据故障特点（如振动周期与进给速度是否成比例变化）检查电动机或测速发电机表面是否光整；还可检查系统插补精度是否太差，检查速度环增益是否太高；与位置控制有关的系统参数设定有无错误；伺服单元的短路棒或电位器设定是否正确；增益电位器调整有无偏差以及速度控制单元的线路是否良好，应对这些环节逐项检查、分类排除。
三、其它因素
有时故障既不是机械部分的原因，又不是进给伺服系统的原因，有可能是其它原因如编程误差。如FANUC6M系统数控机床在一次切削加工时出现过载爬行。经过仔细核查，发现电动机故障引起过载，更换电动机过载消除，可爬行还是存在。先从机床着手寻找故障原因，结果核实传动链没问题，又查进给伺服系统确认无故障，随后对加工程序进行检查，发现工件曲线的加工，采用细微分段圆弧逼近来实现，而在编程中用了G61指令，也即每加工一段就要进行一次到位停止检查，从而使机床出现爬行现象，将G61改为G64指令连续切削，爬行消除。
如果故障既有机械部分的原因，又有进给伺服系统的原因，很难分辨出引起这一故障的主要矛盾，这是制约我们迅速查出故障原因的重要因素。面对这种情况，要进行多方面的检测，运用机械、电气、液压等方面的综合知识，采取综合分析判断，排除故障。
数控机床是技术密集和知识密集的设备，故障现象是多样的，其表现形式也没有简单的规律可遵循，这就要求维修的技术人员要有电子技术、计算机技术、电气自动化技术、检测技术、机械理论与实践技术、液压与气动等较全面的综合技术知识，还要求具有综合分析和解决问题的能力。
参考文献：
论文摘要：现代数控机床集合了电子计算机、伺服系统、自动控制系统、精密测量系统及新型机构等先进技术，能够加工形状复杂、精密、小批量零件，并且具有加工精度高、生产效率高、适应性强等特点。随着我国制造业的快速发展，数控机床在机械制造业已得到广泛应用，且对数控机床的精度要求也越来越高。如何检测数控机床的精度，正成为各行业用户在验收与维护数控机床时非常关注的问题。
机床的精度主要包括机床的几何精度、机床的定位精度和机床的切削精度。现根据我在日常工作中所积累的经验，就这些精度的检测项目、检测方法及注意事项进行综合的说明。
1 数控机床的几何精度
数控机床的几何精度反映机床的关键机械零部件（如床身、溜板、立柱、主轴箱等）的几何形状误差及其组装后的几何形状误差，包括工作台面的平面度、各坐标方向上移动的相互垂直度、工作台面X、Y坐标方向上移动的平行度、主轴孔的径向圆跳动、主轴轴向的窜动、主轴箱沿z坐标轴心线方向移动时的主轴线平行度、主轴在z轴坐标方向移动的直线度和主轴回转轴心线对工作台面的垂直度等。
常用检测工具有精密水平尺、精密方箱、千分表或测微表、直角仪、平尺、高精度主轴芯棒及千分表杆磁力座等。
1.1 检测方法：
数控机床的几何精度的检测方法与普通机床的类似，检测要求较普通机床的要高。
1.2 检测时的注意事项：
（1） 检测时，机床的基座应已完全固化。（2） 检测时要尽量减小检测工具与检测方法的误差。（3） 应按照相关的国家标准，先接通机床电源对机床进行预热，并让沿机床各坐标轴往复运动数次，使主轴以中速运行数分钟后再进行。（4） 数控机床几何精度一般比普通机床高。普通机床用的检具、量具，往往因自身精度低，满足不了检测要求。且所用检测工具的精度等级要比被测的几何精度高一级。（5） 几何精度必须在机床精调试后一次完成，不得调一项测一项，因为有些几何精度是相互联系与影响的。（6） 对大型数控机床还应实施负荷试验，以检验机床是否达到设计承载能力；在负荷状态下各机构是否正常工作；机床的工作平稳性、准确性、可靠性是否达标。
另外，在负荷试验前后，均应检验机床的几何精度。有关工作精度的试验应于负荷试验后完成。
2 数控机床的定位精度
数控机床的定位精度，是指所测机床运动部件在数控系统控制下运动时所能达到的位置精度。该精度与机床的几何精度一样，会对机床切削精度产生重要影响，特别会影响到孔隙加工时的孔距误差。
目前通常采用的数控机床位置精度标准是ISO230-2标准和国标GB10931-89。
测量直线运动的检测工具有：标准长度刻线尺、成组块规、测微仪、光学读数显微镜及双频激光干涉仪等。标准长度测量以双频激光干涉仪的测量结果为准。回转运动检测工具有360齿精密分度的标准转台或角度多面体、高精度圆光栅和平行光管等。目前通用的检测仪为双频激光干涉仪。
2.1 检测方法（用双频激光干涉仪时）
（1）安装与调节双频激光干涉仪。
（2）预热激光仪，然后输入测量参数。
（3）在机床处于运动状态下对机床的定位精度进行测量。
（4）输出数据处理结果。
2.2 检测时的注意事项：
（1）仪器在使用前应精确校正。
（2）螺距误差补偿，应在机床几何精度调整结束后再进行，以减少几何精度对定位精度的影响。
（3）进行螺距误差补偿时应使用高精度的检测仪器（如激光干涉仪），以便先测量再补偿，补偿后还应再测量，并应按相应的分析标准（VDI3441、JIS6330或GB10931-89）对测量数据进行分析，直到达到机床的定位精度要求。
（4）机床的螺距误差补偿方式包括线性轴补偿和旋转轴补偿这两种方式，可对直线轴和旋转工作台的定位精度分别补偿。
3 切削精度
检查机床切削精度的检查，是在切削加工条件下对机床几何精度和定位精度的综合检查，包括单项加工精度检查和所加工的铸铁试样的精度检查（硬质合金刀具按标准切削用量切削）。检查项目一般包括：镗孔尺寸精度及表面粗糙度、镗孔的形状及孔距精度、端铣刀铣平面的精度、侧面铣刀铣侧面的直线精度、侧面铣刀铣侧面的圆度精度、旋转轴转900侧面铣刀铣削的直角精度、两轴联动精度等。
参考文献
［1］何龙著.数控设备调试与维护［M］.重庆：西南交通大学出版社，2006，（8）.
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