一 引言
自第一台数控机床问世来， 因其能提高产品质量，提高劳动生产率，减低操作者的劳动强度，能解决普通机床难以完成的复杂零件的加工而被广泛地应用于机械制造、汽车制造、航天及航空、兵器制造及轻工消费品生产等领域。控制系统是数控机床的核心，可以与伺服、变频器等多种传动产品接口，控制各种数控机床，而且整个机床程序对用户开放，用户可以自由编制机床程序，使产品更加具有厂家特色。 一旦数控系统发生故障，整个数控机床就会瘫痪，因此对数控系统的故障检查及维修显得尤为重要。
二 数控机床控制系统故障诊断技术
1.常规检查
（1）外观检查
数控系统发生故障后，首先进行外观检查，看一看有哪些明显的故障，检查是否有的元器件出了问题，在整体检查中注意空气开关、断路器、热继电器是否跳闸，各熔断器是否熔断，各印刷电路板是否有元器件破损、断裂、过热。 连接线是否断线，插接件是否脱落。 还要检查开关的位置、电位器的设定、短路棒的旋转是否与原来相同。 并且注意观察机床在故障出现时，是否有噪音、振动、焦糊味、异常发热现象，冷却风扇是否正常旋转。 对于故障发生时出现的现象，有什么异常，操作人员正在进行什么操作，要详细询问，这对分析故障的原因是十分有利的。
（2）接线检查
针对故障有关部分， 用一些仪表或工具来检查接线、电线、电缆是否断裂，电阻值是否增大等。
连接端及接插件的检查针对故障有关部分，检查它相关的接线端子、单元接插件。 这些部件容易松动、发热、氧化，造成断线或接触不良。
（3）对在恶劣环境下工作的元器件检查
对于容易受热、受振动、粘灰尘或油污处，容易使器件出现老化或失效。 对于这些地方要认真检查，特别是通风机要及时进行清扫、清洗。
（4）易损部位的元器件检查
元器件易损部件应按规定，定期检查&直流伺服电机电枢的电刷、整流子，测速发电机电刷、整流子都是易磨损而且容易出现各种问题的部位。
（5）电源电压检查
首先要查看电源电压是否正常，这是数控机床正常工作的重要条件，只要电压不正常，必然造成机床故障，一定不要让事故扩大，保证局部可靠地进行电源检查。 先不带负载，单独测量供电电压然后再扩大测量范围。 大多数情况电源故障是由负载引起的。注意熔断器更换时要选择合适的规格、型号。在更换新的熔丝之前要消除负载引起过流的因素。检查电源时一方面检查电源的供电线路，也要检查由它供电的无源部分是否得到了正确的电压。
2.显示与指示灯分析法
CRT显示提供给我们的故障信息非常重要， 自诊断系统为我们提供了报警号及文字显示。 维修时一定要详细分析这些计算机给出的可靠的信息。 面板上或数控系统上的指示邓也提供了一些故障信息，也可以帮维修人员很快地找到故障点。 作为维修人员一定要熟悉报警表、报警内容。
3.系统分析法
此方法要点是要清楚整个系统的框图。 不论某一个单元内部是什么工作原理，先把整个框图分析清楚。 每一个单元的输入、输出信号是什么’ 测试这个单元的输入、输出信号是否正常。 模拟输入信号时，要注意原输入信号的性质、大小、不同运行状态下的信号状态，以及作用。 如果输出信号不正确则可以肯定问题就在此单元。 确定是某个单元后，就要对该单元工作原理分析清楚，必要时，可以测绘出这个局部的电气原理图，详细地分析各单元的输入输出关系。 观察、分析输入信号是非常重要的，一定要仔细分析造成输入信号错误的原因。
4.信号追踪法
追踪同故障相关联的信号可能找到故障单元。 按控制系统方框图从前往后或从后向前检查有关的信号有无、 性质、大小以及不同的运行方式的状态，与正常状态比较，看有什么差异或者是否符合逻辑。 如果线路由各元件串联组成，相对应的所有元件、连接线都要仔细检查。 对于较长的串联电路，将其分成两部分，从中间开始向两个方向追踪，找到有问题的元件为止。 两个相同的线路，可以作部分的交换试验。
(1)硬接线系统信号追踪法硬接线系统具有可见的接线、接线端子、测试点。 故障状态可以用试电笔、万用表、示波器等测试工具测量电压、电流的大小、性质、变化状态，电路的短路、断路、电阻值的变化等，从而判断出故障的原因。
(2)系统状态显示法
NC、PLC程序是应用软件，有些机床面板、编程器可以显示其输入、输出及中间环节标志位等状态，用于判断故障的位置。 NC和PLC功能强而且很复杂，因此要求维修人员熟悉具体机型控制原理，PLC使用的编程语言。 例如，PLC程序中有触发器支持，有的置位信号维持时间不长，有些环节动作时间很短，一定要仔细观察。
(3)硬接线的强制
在追踪中可以在信号线上加上正常情况的信号来测试，要注意许多连锁环节。 把涉及到的前级线断开，避免所加的电源对前级造成损害，所加信号是什么类型，是直流信号还是脉冲，是恒流源还是恒压源提供的。
(4)NC、PLC控制变量的强制
PLC可以强制输入“1”信号，虽然程序中这一位不可能为“1”这种强制可以得到瞬间效果。 如果想对标志值或输出长期强制，最好的方法是在程序中清除它的定义程序段或使该程序虽有，而不被执行。 在诊断出故障单元后，也可利用系统分析法和信号追踪法把故障范围缩小到单元内部某一个部件，某一个芯片、某一个元件，也可以用各种检测仪器对某一插件板的故障定位。
5.专家系统
专家系统是通过数控机床知识的表达和知识的获取，在计算机上根据相应的算法和规则进行编程。 若是完备性的知识表达方法，功能是中等价的，不过对同一个问题，采用不同的表达方法，其求解的难易程度是不同的，若表达方法选择得当，就会使问题易于求解，因此选用适当的表达方法对问题求解’即知识获取(至关重要。专家诊断系统的推理策略为向后推理、广度优先搜索、并行搜索’用与(或树图表示)、属于启发式搜索、算法推理和确定型推理。
6. 特性跟踪
它是一种直接对机床控制系统的特性参数进行跟踪识别，一般发生故障的机床控制系统通常在可接收的范围内显示出稳定的特性和参数。 若机床控制系统正常工作时有一个特定的范围值，则机床的控制系统开路或短路时也有一个固定的数值， 当读取数值与所期望的特性值有某种偏差时，即可认为机床控制系统有故障。 在许多情况下，由于精密机床的监测系统的复杂性和各个取样点的影响，为此，检测机床的状态需要非常完善的逻辑推理系统。
三 控制系统中易发生故障部分的维修
1.伺服系统中PWM电路维修数控机床的直流伺服系统都离不开PWM电路。 PWM电路.脉宽调制直流电动机驱动电路*由功率整流器、控制部分和PWM变换器三部分组成，如图1 所示。
图1PWM电路原理框图
控制部分包括&速度调节器、电流调节器、固定频率振荡器以及三角波发生器、脉冲宽度调制器、基极驱动电路。
晶体管可逆功率放大器是其中容易出现故障的部分，其电路原理图如图2所示。
7. 无报警的故障检修
数控机床的控制系统中都有故障自诊断功能，一般情况下发生故障时都有报警信息出现，根据说明书中的故障处理方法检查，大多数的故障都能找到解决方法。 然而在实际使用中也有些故障既无报警，现象也不是很明显，对这种情况，处理起来就不象有据可查的那样简单了。 对这类故障必须根据具体情况，仔细检查，从现象的微小之处进行分析，找出它的真正原因。
要查清这类故障的原因首先必须从纵横交错的各种表面现象中找出它的真实情况，再从确认的故障现象中找出发生的原因。 全面地分析一个故障现象是决定判断是否正确的重要因素。 在查找故障原因前，首先必须了解以下情况：
(1)故障是在正常工作中出现还是刚开机就出现的’
(2)出现的次数，是第一次还是已多次发生’
(3)确认机床的加工程序不会有错’
(4)其他人员有否对该机床进行了修理或调整’
(5)请修时的故障现象与现场的情况是否有差别。
例如:加工中心主轴定向不准或错位的故障，发生时并没有报警。 检修该故障前须明确加工中心主轴的定向通常采用三种方式，磁传感器，编码器和机械定向。 使用磁传感器和编码器时，除了通过调整元件的位置外，还可以通过对机床控制器参数调整。 发生定向错误时大都无报警，只能在换刀过程中发生中断时才会被发现。 发生主轴定向方面的故障应根据机床的具体结构进行分析处理，先检查电气部分，如确认正常后再考虑机械部分。
四 结语
作为数控机床的核心，数控系统能否正常运行直接关系到机床的运行状况。 本文探讨了几种数控机床控制系统故障诊断技术， 并从数控系统主要部件的内部电路工作原理出发，研究了伺服系统的PWM电路检修程序。 在实际工作中，针对控制系统的不同故障， 需要采用不同的诊断和检修技术，本文是一个较好的总结。
