数控机床故障诊断及处理方法

摘要：由于数控机床具有综合性和复杂性的特点，引起故障的因素是多方面的，有些故障现象是电气方面的，但引起的原因是机械方面的，故障诊断方法有时要几种同时应用，对故障进行综合分析。

关键词：CNC 系统的故障信息提示；初始化复位法及参数更改；故障定位。

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2012）0510177-02

在数控机床中，大部分的故障都有据可查，而有些故障CNC系统提供的报警信息相对比较含糊甚至根本没有任何征兆，甚至出现故障的周期较长，没有规律，不定期，这些疑难故障给查找分析带来了很多困难。对于这类数控机床故障，需要对具体故障情况做具体检查和分析，逐步缩小故障范围，而且检查时特别需要机械、电气、液压等方面进行综合判断，不然就很难快速、正确地找到故障的真正原因。

对于数控机床如采用日本FANUC数控系统的龙门铣机床，掌握机械原理、液压与气压动传动图，要弄清楚在机床中作用和控制方式。并在图纸上详细注明，比如机床附件、刀具自动换刀，安装动作比较复杂，要分解来理解。刀库控制、换刀控制、刀具锁紧装置有气压传动来实现的，他们是由哪个电磁阀动作来实现的？对应的PLC输出是哪几个点？在图上详细注明，这样从电气控制到机械执行动作一目了然，同时特别对机、电关系比较密切的部分要重点了解，特别是现在数控镗铣床利用数字阀和伺服比例阀技术，要了解阀调整方法及调整数据，要重点了解阀功能和作用，特别动态和静态时比例阀电流及相对应的平衡泵的出口压力调节，只有掌握了机电一体化技术，学会多种本领，这样解决问题的就容易了。

数控机床一旦发生故障，要马上向操作者询问故障发生时的现象，要问详细的过程，了解故障出现前产生过什么征兆，当时操作者动过什么元件，外部环境情况如何，改动过什么？发生哪些报警信息，正确的现场资料往往不会造成错误的判断，不能使问题复杂化了，把故障问题正确地罗列出来，数控机床故障问题的一半实际上已经解决了是维修的一个捷径。

1 加工精度异常故障的维护

系统参数发生更改或丢失、机械方面故障、数控机床CNC、伺服驱动器、变频器等参数未能优化执行电机运行异常、机床位置闭环异常或PLC控制逻辑不妥，是生产中数控机床加工精度异常故障的常见原因，找出相关联的故障点并进行恰当处理，机床均可恢复正常。生产中数控机床加工过程中经常会遇到精度异常的故障。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：1）机械传动方面故障，如液压与气压传动部分、主轴、丝杆、进给等部件。此外，刀补的选择及刀具的确定因素、编写的加工程序，人为也可能导致加工精度异常。2）轴向的反向间隙（BACKLASH）出现异常。3）数控机床各轴的零点漂移（NULLOFFSET）异常。4）伺服电机运行状态出现异常，即CNC控制部分及电气出现故障。5）数控机床进给单元参数更改或线路人为的改动。

以沈阳一机床VMC650数控立式加工中心为例，配置的CNC数控系统发那（FANUOI）。在加工过程中出现Z轴精度异常。检查发现z轴轴向间隙过大，用手触摸Z轴伺服电机时感觉到电机抖动比较严重，启/停时不太明显，并且伺服电机启动时存在此种现象，JOG方式故障现象也存在。分析认为，故障原因主要有两种，一是z轴伺服电机工作出现异常；二是z轴机械反向间隙过大。利用FANUC系统的参数NO1008’4切削进给和快速移动间隙进补偿参数进行修改，对存在的间隙进行了补偿；利用“OneTouch”伺服调整方法对伺服电机进行调试，调整伺服增益参数及N脉冲抑制功能。z轴电机的抖动消除，加工中心加工精度恢复正常。

2 刀具的操作故障及维护

2.1 校正刀具不平衡

刀具存在不平衡的主要原因为刀具在装卡过程中存在问题，刀体里本身有缺陷，刀具设计存在缺陷，上刀所有的调节不合理。事实上每一次对刀具进行调节时，不管调节量的大小，你必须在使用之前再做一次平衡。

2.2 刀具正确的选用和维护

刀具选用是至关重要，刀具平衡不只是测量不平衡量和增加或去除重量。短的分量、轻的刀具容易平衡，比较容易获得很好的精度，而大型的、重的刀具要获得平衡困难得多，并且会产生很大振动的。也可以通过选择已经做过预平衡、预加工到最小不平衡的刀柄来降低成本和节约时间。

2.3 精度配合恰当

除了正确的处理和维护高质量的刀柄，刀具组件能正确地装卡到数控加工中心主轴是非常重要的。为获得牢固稳定的连接刀柄必需与主轴锥孔相匹配，并且尽可能精确。在高速下刀柄配合得好与坏尤其明显。你可能拥有世界上平衡得最好的刀具，但如果它没有正确装卡到加工中心主轴上，那也获得不了好的加工精度。

3 数控机床电气故障范围诊断

数控机床电气故障如何快速定位，有规律可循的，1）数控机床进行开机测试对故障检测，CNC系统通过自诊断判断是否存在故障，故障代码是什么，通过故障代码确定故障范围；2）是判定故障性质，并分离出故障的部位或模块；3）是将故障定位到可以更换的模块（变频器、伺服驱动器、编码器、通讯模块）或其他电器元件，以缩短故障处理时间。为了及时发现系统所出现的故障，快速定位故障所在部位并能及时排除，要求故障诊断应尽可能少且简便，故障诊断所需的时间应尽可能短。

4 数控机床故障排除手段及方法

4.1 复位、初始化法

CNC系统报警使数控机床停止运行，往往由于编程或者瞬时故障引起的，可用强行关闭硬件电源，按复位按钮或复位键进行复位来清除故障，若系统存储器欠压，连接线路接触不良、掉电造成故障报警，则必须对CNC系统进行复位，系统初始化前应注意作好数据备份，倘若初始化失败故障仍无法排除，则必需对硬件进行诊断。

4.2 参数的设置

CNC系统参数正确的设定是保证系统功能的重要依据，一旦CNC系统参数设定错误就可能导致数控机床不能工作或某功能无效。由于用户在编制程序中存在错误亦可造成故障报警或停机，这时可以采用CNC系统的块搜索功能进行查验，改正参数设置中的错误，以确保其数控机床正常运行。如其主轴在启动时实际转速与设定转速不一致，原因主轴转速模拟电压控制功能有效时，主轴转速输入有2种方式：S代码设定主轴的固定转速（转/分），S码值不改变时主轴转速恒定不变，称为恒转速控制（G97模态）；S代码设定刀具相对工件外圆的切线速度米/分），称为恒线速控制（G96模态），恒线速控制方式下，切削进给时的主轴转速随着编程轨迹x轴绝对CNC输出给主轴变频器0-10V控制电压受驱动装置的控制。

4.3 修调法

CNC系统参数正确的设定后，数控机床在使用过程中发现还要进一步调节某些参数，如维修中发现CNC系统液晶显示器画面亮度比较低，经调节屏幕供电12V电压后正常。经调节后正常。

CNC系统与其他电气系统实现控制的最佳化，细调是非常关键的。在主轴转速模拟电压控制方式有效时，主轴的实际转速可以用主轴倍率进行修调，进行主轴倍率修调后

的实际转速受主轴当前档位最高转速的限制，在恒线速控制方式下还受最低主轴转速限制值和最高主轴转速限制值的限制。CNC系统提供8级主轴倍率（50%～120%，每级变化10%），主轴倍率实际的级数梯形图定义，使用时应以机床生产厂家说明为准以下所述为标准梯形图的功能描述，例如GSK980TDa标准PLC梯形图定义的主轴倍率共有8级，主轴的实际转速可以用主轴倍率修调键在50%～120%指令转速范围内进行实时修调，主轴倍率掉电记忆。

4.4 模块替换法

目前最常用解决故障的方法，既节约实间，维修的成功率高。诊断出坏的系统模块（电器元件）用好的模块替换上，并做相应的初始化启动，设定好相应的参数，使机床迅速投入正常运行，根本问题解决后才有谈条件的筹码。

4.5 提高和改善抗干扰能力

数控机床目前一般都会采用专用稳压电源，这样提高抗干扰能力，能提高电源负载能力。遇到强干扰时，可以采用接地，利用电容滤波法抑制高频干扰，通过这些预防性措施来减少供电开关电源的故障。

5 总结

数控机床技术发展的总趋势一定智能、精密、复合、高速和绿色为一体的方向发展，随着数控机床技术进步机床复合技术进一步扩展，复合加工技术日趋成熟，数控机床自动化程度极高，出现故障比较隐蔽，检查比较困难。维修人员具备的条件要求比较苛刻。

“一台大型的数控机床就是一个加工厂”如铣一车复合、车一镗一钻一齿轮加工等复合、车磨复合、成形复合加工、特种复合加工等、十五轴联动加工中心等。复合加工的精度和效率大大提高，所以“一次装卡，一次加工”等理念正在被更实践接受。

参考文献：

[1]周文斌，《数控机床故障诊断与维修》，天津大学出版社.

[2]王延才，《变频器原理及应用》，机械工业出版社.

[3]梁森，《自动检测与转换技术》，机械工业出版社