数控机床故障特点的分析与维修技巧

总结出数

控机床的常用诊断方法与维修技巧。

关健词 数控机床 故障分析 控制系统 故障特点 维修技巧

一、概述

数控机床是集高、精、尖技术于一体涉及机械、电气、液压、气动、计算机、微电子、通信等现代化技术的自动化机床。其结构紧凑，自动化程度高，机、电、液密切协调配合，精度高，电气传动取代了机械传动，具有加工精度高、加工质量稳定可靠、生产效率高、适应性强、灵活性好等众多优点。虽然数控机床自我监测诊断能力强，但是由于它是集强、弱电于一体，数字技术控制机械制造的一体化设备，一旦系统的某些部分出现故障，其产生故障的原因也经常给维修人员造成不少困难，这些是数控机床区别于传统机床的显著特点，所以，数控机床的故障特点有别于传统机床。为此，本文结合维修实例探讨数控机床故障的检测分析和维修技巧。

二、数控机床常见的主要故障

数控机床常见的主要故障有电气故障、机械故障和控制系统故障三类。

（一）常见电气故障

数控机床的电气故障可按故障的性质、部位、现象等分类。(1)以故障发生的部位，分为硬件故障和软件故障。硬件故障是指电子、电器件、印制电路板、电线电缆、接插件等的不正常状态甚至损坏，这是需要修理甚至更换才可排除的故障。而软件故障一般是指PLC逻辑控制程序中产生的故障，需要输入或修改某些数据甚至修改PLC程序方可排除的故障。(2)以故障出现时有无指示，分为有诊断指示故障和无诊断指示故障。当今的数控系统都设计有完善的自诊断程序，实时监控整个系统的软、硬件性能，一旦发现故障则会立即报警或者还有简要文字说明在屏幕上显示出来，结合系统配备的诊断手册不仅可以找到故障发生的原因、部位，而且还有排除的方法提示。（3）电源故障，电源是电路板的能源供应部分，电源不正常，电路板的工作必然异常。而且，电源部分故障率较高，修理时应足够重视，在外观法检查后，可先对电源部分进行检查。

（二）急停报警故障

数控装置操作面板和手持单元上，均设有急停按钮，用于当数控系统或数控机床出现紧急情况，需要使数控机床立即停止运动或切断动力装置（如伺服驱动器等）的主电源；当数控系统出现自动报警信息后，须按下急停按钮。待查看报警信息并排除故障后，再松开急停按钮，使系统复位并恢复正常。该急停按钮及相关电路所控制的中间继电器（KA）的一个常开触点应该接入数控装置的开关量输入接口，以便为系统提供复位信号。

（三）参考点、编码器故障

按机床检测元件检测原点信号方式的不同，返回机床参考点的方法有两种，即栅点法和磁开关法。在栅点法中，检测器随着电机一转信号同时产生一个栅点或一个零位脉冲，在机械本体上安装一个减速挡块及一个减速开关，当减速撞块压下减速开关时，伺服电机减速到接近原点速度运行。当减速撞块离开减速开关时，即释放开关后，数控系统检测到的第一个栅点或零位信号即为原点。在磁开关法中，在机械本体上安装磁铁及磁感应原点开关或者接近开关，当磁感应开关或接近开关检测到原点信号后，伺服电机立即停止运行，该停止点被认作原点。

三、数控机床故障不同于传统机床的特点

数控机床故障的特点不同于传统机床，外部硬件操作引起的故障是数控修理中的常见故障。一般都是由于检测开关、液压系统、气动系统、电气执行元件、机械装置出现问题引起的。这类故障有些可以通过报警信息查找故障原因。对一般的数控系统来讲都有故障诊断功能或信息报警。维修人员可利用这些信息手段缩小诊断范围。而有些故障虽有报警信息显示，但并不能反映故障的真正原因，这就需要根据报警信息和故障现象来分析解决。

在机械传动的结构中，执行件的位置误差故障，可以说都是机械元件因素引起的。但在机电一体化的数控机床传动中，就不一定是这样了。比如掉刀现象，这是垂直滑板的导轨镶条、丝杠螺母、导轨润滑方面大家都知道的简单故障，但对数控机床则不然，往往是由于电气伺服控制系统或有关伺服元件产生了问题，造成表面类似掉刀的现象。同样，在伺服电机＋滚珠丝杠螺母的卧式转动上，如数控铣的纵、横向滑板运动，如果产生运动不平稳，跳动式跃进，许多也不是机械原因造成的，而是电气原因造成的，如果一时分不清机、电原因，不妨采用机电分离的方式观察、判断。

一般数控机床加工产品出现尺寸误差时，也不应像修理传统机床那样忙于直接寻找机械执行件上的传动误差，而应该首先在视屏上调出机床的静止误差、跟踪误差、反向间隙值等有关参数，若这些参数超出了原先设定的参数值控制范围，可直接由屏幕显示通过电气控制调整系统修改参数，使电气传动精度或者误差控制在说明书上所规定的范围内。特别是数控机床有关基本参数的及时检查调整与否，直接影响数控机床的加工精度。

在数控机床维修中，许多疑难故障往往与零漂有关，伺服驱动器有零漂，对数控机床不产生任何故障报警，这种现象往往易被忽略，当数控机床发生与零漂有关的故障时，如果不加以注意，很难查找到问题的真正原因。

四、数控机床故障的维修技巧与实例

数控机床故障维修的关键是进行故障诊断和分析，遵循相应的维修原则，灵活运用多种维修方法，总结维修经验和维修技巧，这样才能不断提高维修工作效率和技术水平。

（一）数控机床故障的维修原则

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。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。

（二）数控机床故障的常用诊断方法

1.感官直观检查法

看——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)，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——机床各部件是否有异常声响。

闻——有无异常的电气元件焦糊味及其它异味。

问——向故障现场人员仔细询问机床的故障现象、加工状况等。

摸——触摸各主要电路板的安装状况、各插头座的插接状况、各功率及信号导线等来发现可能出现发热、接触不良等故障的原因。

2.信号与报警指示分析法

硬件报警指示——括数控系统、伺服系统在内的各电子、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。

软件报警指示——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。

3.参数调整法

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。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。

4.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。

5.备件置换法

当故障分析结果集中于某一印制电路板上时，由于电路集成度的不断扩大而要把故障落实于其上某一区域乃至某一元件是十分困难的，为了缩短停机时间，在有相同备件的条件下可以先将备件换上，然后再去检查修复故障板。

6.交叉对调法

当发现故障板或者不能确定是否故障板而又没有备件的情况下，可以将系统中相同或相兼容的两个板或单元互换检查，例如两个坐标的指令板或伺服板的交换从中判断故障板或故障部位。

（三）数控机床故障的维修步骤

1.现场检查——验证操作者提供的各种情况的准确性、完整性，从而核实故障状况的准确度。

2.故障分析——根据已知的故障状况按故障诊断办法分析故障类型，从而确定排故原则。由于大多数故障是有显示的，所以一般情况下，对照机床配套的数控系统诊断手册和使用说明书，可以列出产生该故障的多种可能原因。

3.确定故障原因——对各种可能的故障原因进行排查从中找出本次故障的真正原因。

4.排故准备——有的故障的排除方法可能很简单，有些故障则往往较复杂，需要做一系列的准备工作，例如工具仪表的准备、局部的拆卸、零部件的修理，元器件的采购等等。

5.排除故障与日常保养——根据故障原因和部位进行维修；平时做好预防性维护降低故障率，对每台数控机床都应建立日常维护保养计划，包括保养内容(如坐标轴传动系统的润滑、磨损情况，主轴润滑等，油、水气路，各项温度控制，平衡系统，冷却系统，传动带的松紧，继电器、接触器触头清洁，各插头、接线端是否松动，电气柜通风状况等等)及各功能部件和元气件的保养周期。

（四）数控机床故障的实例与维修技巧

维修实例1：机床一直处于急停状态，不能复位

数控机床系统急停不能复位是一个常见的故障现象，引起此故障的原因也较多，总的说来，引起此故障的原因大致可以分为如下几种原因：

1.电气方面的原因，图1所示为一普通数控机床的整个电气回路的接线图，从图上可以清晰的看出可以引起急停回路不闭合的原因有：急停回路断路、限位开关损坏、急停按钮损坏等情形。急停回路是为了保证机床的安全运行而设计的，所以整个系统的各个部分出现故障均有可能引起急停。

2.系统参数设置错误，使系统信号不能正常输入输出或复位条件不能满足引起的急停故障；PLC软件未向系统发送复位信息。检查KA中间继电器；检查PLC程序。

3.松开急停按钮，PLC中规定的系统复位所需要完成的信息未满足要求。如伺服动力电源准备好、主轴驱动准备好等信息。若使用伺服，伺服动力电源是否未准备好：检查电源模块；检查电源模块接线；检查伺服动力电源空气开关。

4.PLC程序编写错误：检查逻辑电路。

维修实例2：一普通数控车床，NC启动就断电，且CRT无显示

初步分析可能是某处接地不良，经过对各个接地点的检测处理，故障未排除。之后检查了一下CNC各个板的电压，用示波器测量发现数字接口板上集成电路的工作电压有较强的纹波，经检查电源低频滤波电容正常。在电源两端并接一小容量滤波电容，启动机床正常，本故障属于CNC系统电源抗干扰能力不强所致。

维修实例3：一数控车床在工作时突然停机。

系统显示急停状态，并显示主轴温度报警。经过实际测量检查，发现主轴温度并没有超出允许的范围之内，故判断故障出现在温度仪表上，调整外围线路后报警消失，随即更换新仪表后恢复正常。

维修实例4：某数控机床出现防护门关不上，不能自动加工且无故障显示

故障分析:该防护门是由气缸来完成开关的，关闭防护门是由PLC输出Q2.0控制电磁阀YV2.0来实现。检查Q2.0的状态为“1”，但电磁阀YV2.0却没有得电，由于PLC输出Q2.0是通过中间继电器KA2.0来控制YV2.0的。检查发现，中间继电器损坏引起故障。

五、结束语

数控机床故障产生的原因是多种多样的，既有机械零部件的问题，也有数控系统的问题；既有传感元件、驱动元件的问题，也可能是强电部分、线路连接的问题等等。在检修过程中，首先要分析故障产生的可能原因和范围，然后逐步排除，直到找出故障点，切勿盲目乱动。否则，不但不能解决问题，还可能使故障范围进一步扩大。在数控机床维修中，不应局限于以往传统机床的维修经验和主观判断，在处理问题时要充分利用数控机床的自诊断功能，尽可能多地了解机床相关信息，拓宽思路，有助于故障的分析和判断。

参考文献：

[1]严峻.数控机床故障诊断与维修实例[M]．机械工业出版社,2011.

[2]宋家成．数控机床电气维修技术[M]．中国电力出版社,2009.

[3]殷际英.光机电一体化实用技术[M]．化学工业出版社,2003.