摘要：针对一次没有任何系统自诊断信息的数控机床故障，本文记述了从零部件功能和原理入手，一步一步地进行检查，在实验室条件下模拟零件的工作状态，用示波器等仪器进行测量，并与正常状态进行比较，分析判断故障原因，逐步缩小故障范围，直到找出和排除故障的全过程。
关键词：位置检测光栅尺故障诊断与排除
0引言
为了满足高精度零件的加工要求，如今在大部分数控机床操作系统都采用了闭环控制系统，如图1所示。闭环控制系统控制精度比开环、半闭环控制系统高，但在提高精度的同时也增加了结构的复杂性，系统调试、维修比较困难。在采用光栅的闭环控制系统中，由于位置测量装置故障造成的设备故障故障比较多，下面我对该类故障一例进行分析。
1故障现象
我单位的一台德国数控车（TYPE：CTX-400-S2，操作系统：HEIDENHAIN）操作者反映，机床正常在工作中出现了刀塔下掉，撞上尾座，此过程无任何系统提示的报警信息。我们维修人员对设备进行了检查、试车，当时未发现任何异常，认为该故障为偶发现象，当时的技术和手段无法定位故障，最后维修人员对该机床的刀塔尾座机械精度进行了恢复，加工试件，经检验合格。
两周后，操作者再次以同一种故障进行报修。我们维修人员观察到了整个故障过程。机床在加工程序结束后，按下门锁按键，观察到刀塔向下滑落，速度逐渐加快，最后重重地撞在尾座上，此过程仍无任何系统报警信息，X轴的显示也正常，在关闭机床防护门后，看到刀塔在X轴电机的拖动下又缓缓上升到最初的滑落点，在下滑过程，拍下急停按钮后下滑可以被阻止，故障现象频频出现。
2故障的分析与排除
2.1初步诊断
根据观察到的现象，我们对故障进行分析，初步认为有以下几个方面可能造成该故障：（1）门开关故障，在开门后未能够给PLC指令信号，电机未接到报闸指令，造成在重力作用下的飞车；（2）电机故障，电机在伺服信号取消后，未能及时抱闸将电机抱死，造成刀塔在重力的作用下下滑。
根据分析，首先我们对机床的防护门开关及整个安全防护系统进行了认真的检查，在通电状态下测试，开关的各个状态都完全正常，于是排除了开关故障。接下来，我们对电机的抱闸系统进行了认真检查，查看了PLC的输出信号，正常；控制抱闸线圈的继电器工作状态，正常；检查了抱闸线圈的阻值，也正常。
根据检查结果，排除了防护门开关和电机的原因，联系厂家，希望取得技术支持，但厂家的也是提供上述建议，我们再次对上述的两种可能进行了认真排查，仍没有取得进展，维修陷入了困境。
2.2分析试验
在多方努力未果的情况下，我们决定从X轴的控制系统入手查找原因：
2.2.1检查电机
通过外加电源的方式，对电机的驱动抱闸系统进行重新检测，确认电机无故障。
2.2.2检查测量装置——光栅尺
打开机床护罩，观察到光栅尺外围环境比较脏，有较多油污。在确认电机无故障后，决定将光栅拆处，清理光栅外表及环境油污，对光栅尺进行检测。
2.2.3在实验室条件下对光栅尺（海德汉（HEIDENHAIN）LF481型）检测。
检测步骤：（1）明确该型号光栅尺的插头阵脚定义，该机床光栅尺选用的为15针D-sub插头，管脚定义（如图2），对应Sensor导线在内部与电缆连接如图3；
（2）实验室加电测试，我们给光栅尺的1、2脚和9、11脚分别都加上5V、0V，手动移动光栅尺读数头，通过示波器观看A+、A-、B+、B-、R+、R-的波形，发现均为正弦波，但是波形偶尔不稳定，在我们移动的时候,能观察到读数头在移动时,有波形的不稳定的现象。至此，我们判定光栅尺有可能受到污染，反馈信号不稳定。
3故障排除
为了验证上述判断，我们就对光栅尺进行了处理。
首先，对光栅尺进行清洗，清洗是在氟利昂清洗液中用超声波完成的。接下来，在实验室下对清洗后的光栅尺进行检测。清洗完成后再次在实验室对光栅尺检测时，当移动读数头时测量信号非常稳定。重新将光栅尺按规定条件安装完成后，故障排除。
4小结
虽然，涉及全闭环数控系统的故障比较复杂，但是做到胆大心细，从原理入手，认真分析就可以排除故障。但是在维修过程中要注意以下几点：（1）要防振，即在拆装、测试及清洗的全过程不能够有机械撞击，该类都属于精密设备，都有玻璃器件，耐冲击不强，如果受到较强冲击，玻璃器件受损就无法修复了；（2）要搞清不同型号测量元件的定义方式及信号类型，不能加错信号，否则也会造成人为损坏；（3）要保证安装精度，即要按照安装要求安装，对于用于直线测量的光栅，要求更为严格。在此次维修的过程中就由于没有把握好安装精度，在调试的过程中，造成X轴运动出现爬行现象。在调整安装后最终排除故障。
参考文献：
1、《HEIDENHAIN封闭光栅尺》5/2002
2、王爱玲《数控原理及数控系统》机械工业出版社2006.4.1