数控机床故障诊断范文

导语：如何才能写好一篇数控机床故障诊断，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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[关键词]数控；机床；故障

随着我国生产技术和制造业的快速发展，数控机床在机械制造业中的地位越来越高，其故障诊断技术在机械制造中已成为一种不可缺少的技术。数控机床的类型繁多，更新换代比较频繁，而且每种机床的故障诊断方式都有所不同。虽然每种数控机床都有自己的诊断系统，能提供许多诊断显示，但往往不能覆盖所有的故障（特别是那些需要经验才能判断的故障）：而且所提供的许多诊断显示因系统的特殊性而可读性较差，或者虽有诊断显示，却是由其它未分析到的原因引起的，因此无法排除故障。所以，对数控机床的故障诊断研究是目前我们面临的一个重要课题，笔者就工作中遇到的一些问题，谈谈自己的一些看法。

1.数控机床故障诊断的基本原则

数控机床的故障主要是微电子系统的硬、软件故障。故障诊断的侧重点在微电子系统与机械、液压、气动乃至光学等方面装置的交接节点上。现已大量采用硬、软件相结合的诊断系统，内容在不断更新，手段也不断提高。从故障的检测到故障排除，难度最大、工作量最多、涉及到学科交叉最广的仍是数字控制装置、可编程序装置以及驱动系统等的微电子硬、软件部分。此外，数控系统由于种类繁多，结构复杂，形式多变，给测试、监控带来许多困难。数控机床在故障诊断的过程中一般遵循以下原则：

1.1充分调查故障现象

故障产生后，要及时对现场进行细致的勘察。“透过现象看本质”故障后的现象是发现故障产生的最直接的表现。所以勘察现场时候一定要细致，无论是系统外观，CRT显示内容、各个印刷线路板上报警显示、有无烧伤等痕迹，不管多细微都应查清，不能放过。在确认系统通电无危险的情况下，可以通电并按下系统复位键（RESET键），观测系统有无异常，报警是否消失：如能消失，则故障多为随机发生的，甚至是操作错误造成。

1.2分析故障原因

CNC系统发生故障，往往是同一现象、同一报警号却可以有多种起因，甚至有的故障根源在机床上，但现象却反映在系统上。所以在查找故障的起因时，要进行综合判断和优化选择，确定最有可能产生故障的原因，通过必要的试验，达到确诊和排除故障的目的。数控机床的电气故障可按故障的性质、表象、原因或后果等分类。

2.数控机床故障识别的基本方法

2.1直观判断法

这种方法比较原始，但是也经常用到，就是从机床运行的基本情况，用人的感观进行判断，查看机床运转有无异常。

2.2报警灯显示法

根据报警指示灯显示故障所示，大致能判断出故障所在。例如，主轴伺服控制板上有四个报警指示灯，可组成不同的代码，不同的组合代表不同的故障。首先检查电机是否过载，刀具、切削条件及进给量是否符合要求。然后，用万用表测量保险是否熔断，若熔断，则检查循环中加减速是否太频繁。再查一下速度反馈信号及电机的连接线。最终查出是大功率三极管模块损坏，检查结果，CE击穿，更换一块新的模块即可。

2.3更换线路板法

若有备用线路板，换上新电路板就可判断旧板是否有故障。倘若没有备用电路板，可以用机床本身的条件。例如，采用RE5020立式加工中心，所用系统为美国AB的8400，它的x轴伺服系统有故障。经仔细查看，得知z轴伺服板与x轴伺服板一样，即可用z轴的伺服板换到x轴伺服板上，以确定x板是否损坏。换板时，一定要注意印刷线路板与原板的状态一致，包括电位器的位置，各种设定棒的位置。若是更换存储器板时，还应进行初始化，重新设定各种NC数据等。

3.故障的测试与维修

数控机床尚不能自动诊断出发生故障的具置，往往同一报警号可以有多种起因，不可能将故障缩小到某一具体部位上。逻辑分析仪具有实时检测故障诊断能力。逻辑分析仪通过IC板检测端子或输入输出端子施加脉冲信号，对线路进行定时分析，检测数字电路时序状态是否正确，或通过毛刺触发查找毛刺干扰在何处。逻辑分析仪的测试数据可与计算机中公用数据库的数据进行比较分析，也可存储在数据库里，供今后研究之用。系统中计算机可和逻辑分析仪及在线测试仪进行数据通讯，并有公用数据库将维修信息（故障现象、检测数据、故障原因、排除方法等）存档，图形以*T　iff格式，表格以*RTF格式，文档以文本文件格式等存储。逻辑分析仪还有RS-232接口，可与数控机床相联接。这些都为企业维修管理和企业间建立维修协作网打下基础。

逻辑分析仪是一种典型的数域测试仪器，由多线示波器的设计思路发展而成，在测量幅度上按数字电路的高、低电平进行了1和0的量化，在时间轴上也按时钟数字化，故测量结果为一系列数字信息。一段时间间隔内所测量获得的全部结果可以在逻辑分析仪内设的存贮器中存贮。此外，其内部还没有相应的触发机构或数字识别器，使多通道上同时出现的一组数字信息与规定触发字相符合时去触发仪器，使测量者感兴趣的一段时间内的测量数字信息冻结起来。便于分析。

4.结语

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关键词：数控机床；故障诊断；处理

引言

随着我国加工制造业的发展，以微电子技术为基础，以大规模集成电路为标志的数控机床在我国得到了广泛的应用，并给制造业带来了较高的经济效益。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。

1.数控机床故障的类型

数控机床是机电一体化的产物，技术先进、结构复杂。数控机床的故障也是多种多样、各不相同，故障原因一般都比较复杂，这给数控机床的故障诊断和维修带来不少困难。虽然数控机床有很多种，但数控机床发生的类型可分为两类：系统性故障、随机故障。

系统性故障是指只要满足一定的条件，机床或者数控系统就必然出现的故障。例如电网电压过高或者过低，系统就会产生电压过高报警或者过低报警；切削量过大时，就会产生过载报警等。随机故障是指在同样条件下，只偶尔出现一次或者二次的故障。要想人为地再现同样的故障则是不容易的，有时很长时间也很难再遇到一次。这类故障的分析和诊断是比较困难的。一般情况下，这类故障往往与机械结构的松动、错位，数控系统中部分元件工作特性的漂移、机床电气元件可靠性下降有关。

2.数控机床的故障诊断方法

2.1动态梯形图诊断法

通过动态梯形图信号的明暗或颜色的变化来判定故障的具体部位，这种方法对机床厂家编制的报警号的故障诊断特别有效，但要求维修者必须理解并掌握PMC具体控制原理，新型PMC还具有信号跟踪功能和强制功能，可以帮助分析故障出现前后系统输入/输出信号状态的变化情况及信号无效是由系统内部还是由系统外部信号导致的，从而更加完善了这种诊断方法。

2.2自诊断功能法

数控系统的自诊断功能，已成为衡量数控系统性能特性的重要指标，数控系统的自诊断功能随时监视数控系统的工作状态。一旦发生异常情况，立即在CRT上显示报警信息或用二极管指示故障的导致起因，这是维修中最有效的一种方法。通常有硬件报警指示和软件报警指示两种。硬件报警指示：这是指包括数控系统、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：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。

2.3仪器检查法

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，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。

2.4功能参数封锁法

所谓参数封锁法就是通过修改系统参数来判定故障是系统内部故障还是外部故障。数控机床某些控制功能由系统参数设定，通过参数维修数控机床是一种高效快捷的方法。如某一数控机床进给采用全闭环（位置检测采用光栅尺）控制，加工中出现了位置反馈信号断线报警，故障原因可能是光栅尺本身断线或系统内部检测电路故障。通过重新设定系统控制功能参数（FANUC-0i系统为1815#1设为“0”）及伺服设定参数，使系统由原来的全闭环控制改为半闭环控制（通过参数封锁了光栅尺），数控机床可以正常运行，则故障为光栅尺本身故障。最后仔细检测发现光栅尺内部有油污导致反馈信号不良。

3.数控机床的处理及维护

在现场维修结束后，应认真填写维修记录，列出有关必备的备件清单，建立用户档案。对于故障时间、现象、分析诊断方法、采用排故方法，如果有遗留问题应详尽记录，这样不仅使每次故障都有据可查，而且也可以不断积累维修经验。 对于数控机床来说，合理的日常维护措施可以有效预防和降低数控故障的发生机率。首先，针对每一台机床的具体性能和加工对象制定操作规程，建立工作、故障、维修档案是很重要的。其次，在一般的工作车间的空气都含有油雾、灰尘甚至金属粉末之类的污染物，一旦落在数控系统内的印制或线路电子器件上，就会引起元器之间绝缘电阻下降，甚至导致元器件及印制线路受到损坏。所以除非是需要进行必要的调整及维修，一般情况下不允许随便开启柜门，更不允许在使用过程中敞开柜门。数控机床目前一般都会采用专用稳压电源，这样提高电源负载能力。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减少供电开关电源的故障。

4.结束语

总之，对于数控机床的调试和维修，重要的是吃透控制系统的PLC梯形图和系统参数的设置。出现问题后，应首先判断是强点问题还是系统问题，是系统参数问题还是PLC梯形图问题。要善于利用系统自身的报警信息和诊断画面。只要遵从以上原则，一般的数控故障都可以及时排除。

参考文献：

[1]徐玉秀等.复杂机械故障诊断的分形与小波方法.北京：机械工业出版社，2003

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关键词：数控机床；故障诊断；维修方法 

中图分类号：TG659 文献标识码：B doi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.06.041 

0 引言 

数控机床是集合机械、电子、液压、气压气动控制为一体的高新技术产物，是技术密集度及自动化程度很高的自动加工设备，由于各种原因，不可避免地会出现故障，如果得不到及时维修，生产将会无法继续，会使企业经济效益受到影响。 

1 数控机床故障分类 

1.1 机械方面故障 

数控机床的机械部分主要包括：机床基础件、主传动系统、进给传动系统、系统、冷却系统、液压系统、气动系统、防护系统等。故障原因大多由于安装、调试不正确，操作过程中发生失误引起碰撞，从而造成机械传动失灵、导轨运动摩擦阻力过大的现象。常表现为：切削振动大，传动噪声大，加工精度达不到要求，主轴温升过高等。例如：进给轴的联轴器松动，导致齿轮、丝杠、轴承缺油，导轨不良等机械方面故障。 

1.2 电器方面的故障 

电器故障分为强电故障和弱电故障。强电部分主要是指控制系统中的主回路或高压、大功率回路中的继电器、接触器、开关、熔断器、电源变压器、电动机、电磁铁、行程开关等电气元器件及其所组成的控制电路。这部分电路处于高电压、大电流工作状态，故障率较高。弱电部分包括CNC装置、PLC控制器、CRT显示器以及伺服驱动单元、输入输出单元等。弱电故障又有硬件故障与软件故障之分，硬件故障是指上述各部分的集成电路芯片、分立电子元件、接插件以及外部连接组件等发生的故障。软件故障是指在硬件正常情况下所出现的动作出错、数据丢失等故障。 

2 数控机床故障诊断的方法 

引起数控机床故障的原因是多方面的，维修时不能只看故障的表象，要透过现象找到引起故障的根源，采取合理的诊断方法。 

2.1 机械方面的故障诊断方法 

机械方面故障诊断方法，一般采用直观诊断技术，充分利用人的感官，采用问、听、看、触、嗅直接发现问题所在，原则上找到问题的所在，问题就解决了一半，再根据机械原理，修复出现问题的部位。例如，我校使用的华中数控车床，学生在使用过程中报告说机床有异响，在主轴旋转时有“咯噔”“咯噔”的声音，据学生反映前一段时间就有异响，只是声音没有这么大，停机用手转动卡盘，发现阻力较大，怀疑是主轴轴承有问题，拆卸主轴后，发现主轴外圈有裂痕，主轴箱内已没有油，原来轴承因为缺油损坏。更换新的轴承，加注适量的油后，故障排除。 

2.2 电器方面故障诊断方法 

2.2.1 系统自诊断法 

维修时要充分利用数控系统的自诊断功能，根据CRT显示器上显示的报警信息，可判断出故障的大致部位，再进一步利用数控机床的PLC功能来诊断，可快速找到出现问题的模块。PLC程序是机床生产厂家根据机床的功能和特点，编制相应的动作顺序以及报警文本，对过程进行监控，PLC在数控机床上起着连接NC与机床的桥梁作用，一方面，它接受NC的控制指令，在内部顺序程序控制下，给机床侧发出控制指令，控制电磁阀、继电器、指示灯，另一方面根据机床侧的反馈信号，将机床侧的状态信号发送到NC，PLC在对大量信号的处理过程中任何一个信号不到位，任何一个执行元件不动作，都会使机床出现故障。所以根据PLC梯形图来分析和诊断故障，可以快速、方便的找到故障点，PLC梯形图能显示系统与各部分之间的接口信号状态，只要熟悉有关控制对象的正常状态和故障状态，就能找到数控机床的外围故障，它是故障诊断过程中常用、有效的方法之一。 

2.2.2 常规测量检查法 

常规检查采用感官来了解故障发生时所伴随的各种异常噪声、异常发热、发热元件表面的过热变色、烟熏黑或烧焦、金属烧结的亮点等。找出这些表面变化后，根据数控系统的组成及工作原理，从原理上分析各点的电压与参数，利用仪器仪表对数控机床电路或元器件进行测量、分析、比较、判断。运用这种方法对维修人员的水平要求较高，需对整个系统和各部分电路思路清楚，深入的了解才能进行。 

2.2.3 部件交换法 

这是一种在一定条件下采用的方法，就是将可能有故障的目标用备用板更换，或用机床上相同的板进行互换，然后启动机床，观察故障现象是否消失或转移，以确定故障的具体部位。采用此法之前要确认：数控系统各种电压正常，负载没有短路。如某数控车床，故障现象为X轴不动，其它功能正常。通过分析数控系统、伺服驱动器和各电机间的连接框图，从控制环节上看，故障可能出在数控系统、伺服驱动器或电机上，此时可以利用部件交换法来确定故障点，将X、Z轴电机电缆线互换，发现X轴伺服电机可以正常运转，Z轴伺服电机没有动作，此时，说明X轴电机正常，电缆恢复到原来位置后，再交换数控系统到伺服驱动器之间的电缆，发现X轴不动、Z轴正常，由此可判断X轴驱动器有故障。 

2.2.4 参数检查法 

加工程序出错，系统程序、计算机运算出错等数控机床软件故障，往往就是由于参数变化或丢失造成的，此外，机床受外界电、磁场的影响也会造成参数变化，出现这样的现象，要先检查参数，若有变化，要先恢复参数，再查找其它原因。例如：长期闲置的机床，由于电池电量不足和电子元器件的性能变化，很容易造成参数丢失或变化， 检查机床的参数情况，很容易找到故障所在。 

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[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：

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1 前言

机床维修工作质量直接关系到产品质量和经济效益。随着产品质量不断提高，旧机床精度急需修复和提高，机床的使用范围也不断在扩大。近年来，我国工业企业的生产装备水平也有了极大的提高，精密、大型、自动化、机电一体化先进机床日益增多。但由于生产现场的环境较差，对这类系统产生的影响也是毋庸置疑的，包括：高温、潮湿、粉尘、震动、信号干扰、电压波动等等一些因素，都会给伺服系统和机床造成系统的稳定和机床的精度上的致命影响，公司为了提高产品竞争力花费了大量资金引进的数控机床，任何部位的故障与失效，都会使机床停机，因此数控维修技术不仅是保障正常运行的前提，对数控技术的发展和完善也起到了巨大的推动作用。

2 数控机床故障诊断方法

2.1直观检查法（观察检查法）

它是维修人员利用自身的感觉器官（如眼、耳、鼻、手等）查找故障的方法。这种方法在维修中是最常见的。它要求维修人员具有丰富的实践经验以及综合判断能力。这种用人的感觉器官对机床进行诊断的技术，称为“实用诊断技术”。

通过目测故障电路板，仔细检查有无熔丝熔断、元器件烧坏、烟熏、开裂现象，从而可判断板内有无过流、过压、短路发生。用手摸并轻摇元器件（如电阻、电容、晶体管等）看有松动之感，以此检查一些断脚、虚焊等问题。针对故障的有关部分，用一些简单工具，如万用表、蜂鸣器等，检查各电源之间的连接线有无断路现象。若无，即可接入相应的电源，并注意有无烟、尘、噪声、焦糊味、异常发热的现象，以此发现一些较为明显的故障，并进一步缩小检查范围。

2.2 系统自诊断法

充分利用数控系统的自诊断功能，根据 CRT 上显示的报警信息及各模块上的发光二极管等器件的指示，可判断出故障的大致起因。进一步利用系统的自诊断功能，还能显示系统与各部分之间的接口信号状态，找出故障的大致部位。它是故障诊断过程中最常用、有效的方法之一。

2.3参数检查法

数控系统的机床参数是保证机器正常运行的前提条件，它们直接影响着数控机床的性能。

参数通常存放在系统存储器中，一旦电池不足或受到外界的干扰，可能导致部分参数的丢失或变化，使机床无法正常工作。通过核对、调整参数，有时可以迅速排除故障，特别是对于机床长期不用的情况，参数丢失的现象经常发生，因此，检查和恢复机床参数是维修中行之有效的方法之一。另外，数控机床经过长期运行之后，由于机械运动部件磨损，电气元件性能变化等原因，也需对有关参数进行重新调整。

2.4功能测试法

所谓功能测试法是通过功能测试程序，检查机床的实际动作，判别故障的一种方法。功能测试可以将系统的功能（如：直线定位、圆弧插补、螺纹切削、固定循环、用户宏程序等），用手工编程方法，编制一个功能测试程序，并通过运行测试程序，来检查机床执行这些功能的准确性和可靠性，进而判断出故障发生的原因。对于长期不用的数控机床或是机床第一次开机不论动作是否正常，都应使用此方法进行一次检查以判断机床的运行状况。

2.5部件交换法

所谓部件交换法，就是在故障范围大致确认，并在确认外部条件完全正确的情况下，利用同样的印制电路板、模块、集成电路芯片或匹配元件替换有疑点的部分的方法。部件交换法是一种简单、易行、可靠的方法，也是维修过程中最常用的故障判别方法之一。

交换的部件可以是系统的备件，也可以用机床上现有的同类型部件替换，通过部件交换就可以逐一排除故障可能的原因，把故障范围缩小到相应的部件上。

必须注意的是：在备件交换之前先仔细检查、确认故障源在该板的可能性最大时，在数控系统各种电源正常，线路不短路时，将备件进行交换。若在线路中存在短路、过电压等情况时，切不可以轻易更换备件。此外，备件（或交换板）应完好，且与原板的各种设定状态一致。

在交换CNC装置的存储器板或CPU板时，通常还要对系统进行某些特定的操作，如存储器的初始化操作等并重新设定各种参数，否则系统不能正常工作。这些操作步骤应严格按照系统的操作说明书、维修说明书进行。

2.6测量比较法

数控系统的印制电路板制造时，为了调整与维修的便利，通常都设置有检测用的测量端子。维修人员利用这些检测端子，可以测量、比较正常的印制电路板和有故障的印制电路板之间的电压或波形的差异，进而分析、判断故障原因及故障所在位置。

通过测量比较法，有时还可以纠正他人在印制电路板上调整、设定不当而造成的“故障”。

测量比较法使用的前提是：维修人员应了解或实际测量正确的印制电路板关键部位、易出故障部位的正常电压值、正确的波形，才能进行比较分析，而且这些数据应随时做好记录并作为资料积累。

2.7原理分析法

根据数控系统的组成及工作原理，从原理上分析各点的电平和参数，并利用万用表、示波器或逻辑分析仪等仪器对其进行测量、分析和比较，进而对故障进行系统检查的一种方法。

运用这种方法要求维修人员有较高的水平，对整个系统或各部分电路有清楚、深入的了解才能进行。对于具体的故障，也可以通过测绘部分控制线路的方法，通过绘制原理图进行维修。

除了以上介绍的故障检测方法外，还有插拔法、电压拉偏法、敲击法、局部升温法等，这些检查方法各有特点，维修人员可以根据不同的故障现象加以灵活应用，以便对故障进行综合分析，逐步缩小故障范围，排除故障。

3 数控机床的维护

对于数控机床来说，合理的日常维护措施，可以有效的预防和降低数控机床的故障发生几率。

首先，针对每一台机床的具体性能和加工对象制定操作规程建立工作、故障、维修档案是很重要的。包括保养内容以及功能器件和元件的保养周期。

其次，在一般的工作车间的空气中都含有油雾、灰尘甚至金属粉末之类的污染物，一旦他们落在数控系统内的印制线路或电子器件上，很容易引起元器件之间绝缘电阻下降，甚至导致元器件及印制线路受到损坏。所以除非是需要进行必要的调整及维修，一般情况下不允许随便开启柜门，更不允许在使用过程中敞开柜门。

另外，对数控系统的电网电压要实行实时监控，一旦发现超出正常的工作电压，就会造成系统不能正常工作，甚至会引起数控系统内部电子部件的损坏。所以配电系统在设备不具备自动检测保护的情况下要有专人负责监视，以及尽量的改善配电系统的稳定作业。

当然很重要的一点是数控机床采用直流进给伺服驱动和直流主轴伺服驱动的，要注意将电刷从直流电动机中取出来，以免由于化学腐蚀作用，使换向器表面腐蚀，造成换向性能受损，致使整台电动机损坏。这是非常严重也容易引起的故障。

4 结论

数控机床故障产生的原因是多种多样的，有机械问题、数控系统的问题、传感元件的问题、驱动元件的问题、强电部分的问题、线路连接的问题等。在检修过程中，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，切勿盲目的乱动，否则，不但不能解决问题，还可能使故障范围扩大。■

参考文献

【1】 牛志斌.数控机床现场维修555例详解.北京：机械工业出版社，2009.3

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关键词：数控机床；故障；排除；诊断

1 前言

数控机床是综合了可编程控制、计算机控制、伺服控制、机械制造和数据通信等多种先进技术于一体的机电一体化设备，由于其良好的性能与较高的生产效率使得在生产上得到广泛的应用。但是在使用过程中也不可避免地发生一些故障，因此数控机床故障诊断及排除是很重要的，笔者就其一般方法进行论述。

2 数控机床故障诊断的基本原则

2.1 先静后动

维修人员在面对机床故障时应做到先静后动，不可一上来就盲目动手，必须先询问机床使用人员故障发生的过程及状态，在阅读机床说明书及其他相关资料后才能查找故障。

2.2 先检查后通电

在故障机床断电的状态下，通过观察、测试、分析，确认为非破坏性故障，方可给机床通电，进行动态观察和测试，查找故障。而对于破坏性故障，只有在排除故障后才能通电，在正常运行下进行动态诊断。

2.3 先软件后硬件

当为发生故障的机床通电后，首先检查软件工作是否正常。不可一上来就大拆大卸，以免引起新的故障，降低机床性能。

2.4 先外部后内部

数控机床故障可由机械、液压、电气三方面引起。应该由外向内逐一排查，尽量避免随意启封、拆卸，否则很可能扩大故障，使机床丧失精度，降低性能。

2.5 先机械后电气

由于数控机床自动化程度高，技术较复杂，一般机械故障较容易察觉。所以在数控机床检修中，首先检查机械部分是否正常，行程开关是否灵活，气动、液压部分是否存在阻塞现象等。先逐一排除机械性故障，往往可以达到事半功倍的效果。

3 数控机床故障的主要分类

3.1 按故障有无诊断显示分

可分为有诊断显示故障和无诊断显示故障。有诊断显示的故障又可分成硬件诊断显示故障与软件诊断显示故障。硬件诊断显示的故障是指各单元装置上的警示灯在数控机床发生故障时指示出故障状态的故障。软件诊断显示的故障是指数控机床发生故障时在CRT显示器上显示出诊断号和诊断信息的故障。有诊断显示的故障较易排除；而对于无诊断显示的故障，其排除故障的难度较大。

3.2 按故障发生的性质分

可分为破坏性故障和非破坏性故障。破坏性故障往往是随机的，它经常与数控机床的电磁兼容性有关，只能根据操纵者提供的情况进行维修，难度大并且有一定的风险，在维修和排除时不允许此类故障重复出现；非破坏性故障的特点是，在某些特定的条件下，允许此故障重复出现，不会对机床造成更多损伤，所以可以经过多次试验、重演故障来分析故障，排除较易。

3.3 按数控机床发生故障的性质分

可分为系统性故障和随机性故障。系统性故障通常是指只要满足一定的条件或超过某一设定的限度，工作中数控机床必然会发生的故障。这一类故障现象极为常见，例如，，冷却或液压等系统由于管路泄露引起油位下降到使用极限值，必然会发生液位报警使机床停机。随机性故障是指数控机床在同样的条件下工作时只偶然发生一两次的故障。例如，工作环境温度过高或过低、电源波动与机械振动、有害粉尘与气体污染等均可引发此类随机性故障。

3.4 按数控机床发生故障的部位分

可分为机械故障和电气故障。机械故障又可分为功能型故障、动作型故障、结构型故障、使用型故障。电气故障又可分弱电故障和强电故障。弱电故障是指控制系统中以电子元器件、集成电路为主的控制部分发生的故障。强电故障是指控制系统中的主回路或高压大功率回路中的继电器、接触器、开关、熔断器、电源电压变压器、电动机、电磁铁、行程开关等电气元器件及其所组成的控制电器发生的故障。

4 故障诊断的要求及思路

4.1 故障诊断的要求包括以下几个方面：

（1）对人员素质的要求，要求维修人员有较广知识面、善于思考学结经验、能熟练操作机床和使用维修仪器，还需要有较强动手能力。（2）对技术资料的要求，技术资料是维修的指南，它在维修过程中起着非常重要的作用，通过它可以大大地提高维修效率与准确性。具体而言，技术资料包括以下部分：数控机床使用说明书、数控系统使用手册、PLC程序清单、机床参数清单、机床主要配套功能部件的说明书与资料等。（3）工具及备件的要求：由于数控机床是精密设备，要求完备合格的维修工具。包括数字万用表、数字转速表、示波器、相序表、长度测量工具等仪表；电烙铁、吸锡器、钳类扳手等工具；常用二极管、晶体管、电阻、集成电路等备件。

4.2 故障诊断思路

当数控机床发生故障时，维修人员应对故障发生的时间、故障发生时的操作方式，以及故障的内容进行调查分析。这样有利于较快确定故障范围或类型，从而找出故障点，排除故障。

5 数控机床故障诊断技术与排除方法

5.1 直观法

直观法是通过故障发生时产生的光、声、味等异常现象的观察，认真检查系统各处，观察有无损伤痕迹，进行排除，并缩小故障范围。直观一般包括：（1）询问现场人员故障产生的过程、现象及加工情况；（2）查看CRT报警指示灯及报警信息，机床各部分工作状态，保险丝是否烧断，电容器等元器件是否烧焦、开裂以及电线电缆是否脱落；（3）在断电的情况下，触摸电路板等电气元件安装情况，是否有接触不良等现象（4）闻电气元件是否有烧焦等异味，听是否有异常声响。

5.2 自诊断法

数控系统已具备了一定的自诊断功能，具体可分为两种：（1）启动诊断。它的机制是从开机后到正常的运行准备状态为止，自动诊断整个硬件系统，为系统正常工作做好准备。通过它可以测出系统大部分硬件故障。（2）在线诊断。它是通过CNC系统的内装诊断程序，当在系统处于正常运行状态时，自动对数控系统、伺服系统、外部I/O及其他外部系统测试、检查，并显示有关状态或故障信息。（3）离线诊断。当CNC系统出现故障或判断系统是否有故障时，往往需要停机进行检查，这就是离线诊断。它的主要目的是故障定位和修复系统，这样力求把故障定位在更小的范围之内。

5.3 功能程序测试法

它是把数控系统的G、M、S、T、F功能用手工编程或自动编程方法编织成一个功能测试程序，然后开启数控系统来运行这个功能测试程序，可快速判定系统哪个功能不良，以及故障发生的可能原因。此方法常用于以下情况：（1）长期闲置的数控机床第一次开机测试检查；（2）机床加工造成废品又无报警而一时难以确认是编程或操作的失误；（3）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不好。

5.4 交换法

当确定故障点大致范围后，维修人员用备用元器件替换被怀疑有故障的部分，甚至还可以用系统中兼容或相同的两个板互换检查，这样可以通过观察故障现象是随之转移还是故障依旧来判断被怀疑的地方。

5.5 参数检查法

在数控系统中有许多参数，它们是确定系统功能的重要依据，直接影响数控机床的性能，由于参数一般存放在RAM或磁泡存储器中，一旦电池电压不足或系统长期不通电等原因都可能会造成参数丢失或混乱，进而产生故障。应根据故障特征，核对、校正参数，排除故障。

6 结束语

近些年来，随着我国制造业水平不断发展，对数控机床的需求也越来越高，也就急需数控机床维修人才，但数控机床综合了诸如机械、电气、液压、计算机等多种技术，所以它的诊断也是较复杂、含金量较高的工作。通过加强对它的重视与对技术人员的培训，提高技术素质，以此满足现代化生产对数控机床的需要。

参考文献

[1]张志军.数控机床故障诊断与维修[M].北京：北京理工大学出版社，2010.

[2]李英.数控机床故障诊断与维修[M].北京：北京师范大学出版社，2011.

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【关键词】数控机床；故障；排除方法；

不同的数控机床，其结构和性能有很大的区别，但在故障诊断上有它的共性。通过对这些共性的分析得出一些对数控机床故障诊断原则、方法及故障排除方法。以下逐一介绍：

一、 数控机床故障诊断原则

1. 先外部后内部

数控机床是机械、液压、电气一体化的机床，所以故障的发生必然要从这三者之间综合反映出来。所以要求维修人员掌握先外部后内部的原则，即当数控机床发生故障后，维修人员应采用望、闻、听、问等方法，由外向里逐一进行检查。

例1：一数控车床刚投入使用的时候，在系统断电后重新启动时，必须要返回到参考点。即当用手动方式将各轴移到非干涉区外后，再使各轴返回参考点。否则，可能发生撞车事故。所以，每天加工完后，最好把机床的轴移到安全位置。此时再操作或断电后就不会出现问题。

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实原因。这时需根据报警信息和故障现象来分析解决。

例如：台立式加工中心采用FANUC-OM控制系统。机床在自动方式下执行到X轴快速移动时就出现414＃和410＃报警。此报警是速度控制OFF和X轴伺服驱动异常。由于此故障出现后能通过重新启动消除，但每执行到X轴快速移动时就报警。经查该伺服电机电源线插头因电弧爬行而引起相间短路，经修整后此故障排除。

2. 先机械后电气

由于数控机床是一种自动化程度高，技术复杂的先进机械加工设备。机械故障较易发现，而系统故障诊断难度要大一些。

3. 先静后动

维修人员要做到先静后动，不可盲目动手，应先询问操作人员故障发生的过程及状态，查看说明书、资料后方可动手查找故障原因，继而排除故障，

4. 先公用后专用

公用性问题会影响到全局，而专用性问题只影响局部。

5. 先简单后复杂

当出现多种故障相互交织掩盖、一时无从下手时，应先解决容易的问题，后解决较大的问题。常常在解决简单的故障的过程中，难度大的问题也可能变的容易，理清思路，将难度较大的变得容易一些。

6. 先一般后特殊

在排除某一故障时，要先考虑最常见的可能原因，然后再分析很少发生的特殊原因。

二、 数控系统自诊断技术及故障排除方法

所谓系统诊断技术，就是利用数控装置中的计算机及相关运行诊断软件进行各种测试。

1. 自诊断技术

1) 开机自诊断：数控系统通电后，设备内部诊断软件会自动对系统中各种元件如CPU、RAM及各应用软件进行逐一检测并将检测结果显示出来，如检测发现问题，系统会显示报警信息或发出报警信号。开机自诊断通常会在开机一分钟之内完成。

有时开机诊断会将故障原因定位到电路板或模块上，但也经常仅将故障原因定位在某一范围内，这时维修人员需查找相关维修手册根据提示找到真正故障原因并加以排除。

2) 运行自诊断：运行自诊断也称在线自诊断，是指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它外部装置进行自动测试、检查，并显示有关信息，这种诊断一般会在系统工作时反复进行。

3) 脱机诊断：当系统出现故障时，首先停机，然后使用随机的专用诊断纸带对系统进行脱机诊断。诊断时先要将纸带上的程序读入RAM系统中，计算机运行程序进行诊断，从而判定故障部位，这种诊断在早期的数控系统中应用较多。

2. 人工诊断技术

数控系统的故障种类很多，而自诊断往往不能对系统的所有部件进行测试，也不能将故障原因定位到具体确定的元器件上，这时要迅速查明原因就需要采用人工诊断方法。人工诊断方法有很多种，最常用的有:功能程序测试法、参数检查法、备件置换法、直观法、原理分析法等，现简介如下:

1) 功能程序测试法：这种方法将数控系统中的G、M、S、T、功能的全部指令编成一个测试程序，穿成纸带或存储到软盘上在进行诊断时运行这个程序，可快速判定哪个功能出现问题，这种方法一般在机床出现随机性故障时使用，也可用于设备闲置时间较长重新投入使用时测试用。

2) 参数检查法：一般系统的参数是存放在RAM中的，一旦出现干扰或其它原因会造成参数丢失或混乱，从而使系统不能正常工作，这时应根据故障特征，检查和核对有关参数，在排除某些故障时，有时还需对某些参数进行调整。

3) 备件置换法：是将系统中型号完全相同的电路板、模块、集成电路或其它零部件进行互相交换比较，或利用备用的元器件替换有疑点的部件，从而快速有效地确定故障部位。

4) 直观法：直观法是利用维修中常用的“先外后内”的原则，利用观察零部件的工作状态、听声音、摸发热等方法，进行逐个检查，如利用视觉可观察内部器件或外部连接的形状上的变化；利用听觉可查寻器件发出的异常声音;利用嗅觉或触觉可查寻过载、高温等现象;等等。

5) 原理分析法：当采用其它检查方法难以奏效时，可以从电路基本原理出发，一步一步用万用表、逻辑表、示波器等工具对测点进行检查对照，最终查明故障原因。

3. 高级诊断技术

1) 在高级诊断中，常用的方法主要有以下几种方法：

2) 自修复诊断：自修复诊断一般是指在系统内设置不参与运行的备用模块。自修复程序在控制系统每次开机运行，当发现某模块有问题时，系统会把故障信息显示在屏幕上，同时自动查寻备用模块，故障模块的工作即被备用模块取代，维修人员可根据提示更换下一故障模块。自修复诊断方法需要较多的备用模块，这会使系统体积增大，价格提高。

3) 诊断指导专家系统：近年来，随着图像识别、声音识别、自动翻译和智能工业机器人等技术的发展，这些技术越来越多地被应用到数控机床上。诊断专家系统以专家知识、经验为基础，自动模仿专家利用知识解决复杂问题的思维活动，这就使普通工作人员同样能对故障做出具有专家级水平的诊断结论。

例如：日本的FANUC系统的诊断指导专家系统是由知识库、推理计算机和人工控制器组成。知识库内存储了专家分析、故障判断和如何消除故障的经验知识。这些知识用于读出数控系统的状态信息，通过人工控制器，编程员可用简捷的记述把专家的知识编成程序，并把程序变成知识库目标形式，再存储到知识库中。推理机通过运行程序进行推理，操作者也可通过显示单位，用简单的人机对话的方式选择故障状态，必要时回答系统的提问，以补充为得出结论所需的其它信息。

4) 通讯诊断系统：该诊断方法又称海外诊断，是由中央维修站通过电话线路，甚至国际电话系统向用户设备发送诊断程序所进行的一种遥控诊断。通讯诊断系统除可用于故障发生后的诊断外，还可以为用户作定期的预防性诊断，设备生产厂家的维修工不必亲临现场，只需按预定的时间对机床进行系列试运行检查，在中央维修站分析诊断数据，即可发现可能存在的故障隐患。

【参考文献】

[1] 周兰 陈少艾.数控机床故障诊断与维修[M].北京:人民邮电出版社，2007..

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关键词：数控；维修；机电；原则；方法；故障

数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。当前，数控机床是现代加工车间最重要的装备。由于数控机床是一种价格昂贵的精密设备，因此，其维护更是不容忽视。掌握数控机床维修技术是当前机电类专业学生必不可少的技能。下面就来谈谈数控机床维修遵循的两个原则。

一、数控机床发生故障时，维修人员应遵循以下两条原则

（1）充分调查故障现场这是维修人员取得维修第一手材料的一个重要手段。调查故障现场，首先要查看故障记录单；同时应向操作者调查、询问出现故障的全过程，充分了解发生的故障现象，以及采取过的措施等。此外，维修人员还应对现场作细致的检查，观察系统的外观内部各部分是否有异常之处：在确认数控系统通电无危险的清况下方可通电，通电后再观察系统有何异常， CRT 显示的报警内容是什么等。

（2）认真分析故障的原因。数控系统虽有各种报警指示灯或自诊断程序，但不可能诊断出发生故障的确切部位。而且同一故障、同一报警可以有多种起因，在分析故障的起因时，一定要开阔思路，尽可能考虑各种因素。

二、准备好常用来进行诊断的仪器和资料

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。

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。

三、分析故漳时

维修人员也不应局限于 CNC 部分，而是要对机床强电、机械、液压、气动等方面都作详细的检查，并进行综合判断，达到确珍和最终排除故障的目的。对于数控机床发生的大多数故障，总体上说可采用下述几种方法来进行故障诊断。

（1）直观法。这是一种最基本、最简单的方法。维修人员通过对故障发生时产生的各种光、声、味等异常现象的观察、检查，可将故障缩小到某个模块，甚至一块印制电路板但是，它要求维修人员具有丰富的实践经验，以及综合判断能力。

（2）系统自诊断法。充分利用数控系统的自诊断功能，根据 CRT 上显示的报警信息及各模块上的发光二极管等器件的指示，可判断出故瘴的大致起因。进一步利用系统的自诊断功能，还能显示系统与各部分之间的接口信号状态，找出故障的大致部位，它是故障诊断过程中最常用、有效的方法之一。

（3）参数检查法。数控系统的机床参数是保证机床正常运行的前提条件，它们直接影响着数控机床的性能。参数通常存放在系统存储器中，一旦电池不足或受到外界的干扰，可能导致部分参数的丢夫或变化，使机床无法正常工作。通过核对、调整参数，有时可以迅速排除故障：特别是对于机床长期不用的情况，参数丢失的现象经常发生，因此，检查和恢复机床参数是维修中行之有效的方法之一。另外，数控机床经过长期运行之后，由于机械运动部件磨损，电气元括件性能变化等原因，也需对有关参数进行重新调整。

（4）功能测试法。所谓功能测试法是通过功能测试程序，检查机床的实际动作，判别故障的一种方法功能测试可以将系统的功能（如：直线定位，圆弧插补、螺纹切靓、固定循环、用户宏程序等），用手工编程方法，编制一个功能铡试程序，并通过运行测试程序，来检查机床执行这些功能的准确性和可靠性，进而判断出故障发生的原因。对于长期不用的数控机床或是机床第一次开机不论动作是否正常，都应使用木方法进行一次检查以判断机床的上作状况。

（5）部件交换法。所谓部件交换法，就是在故障范围大致确认，并在确认外部条件完全正确的情况下，利用同样的印制电路板、模块、集成电路芯片或兀器件替换有疑点的部分的方法。部件交换法是一种简单，易行、可靠的方法，也是维修过程中最常用的故障判别方法之一。交换的部件可以是系统的备件，也可以用机床上现有的同类型部件替换通过部件交换就可以逐一排除故障可能的原因把故障范围缩小到相应的部件上。必须注意的是：在交换之前应仔细检查、确认部件的外部工作刹长在线路中存在短路、过电压等情况时，切不可以轻易更换备件此外，备件（或交换板）应完好，且与原板的各种设定状态一致。在交换CNC装置的存储器板或CPU板时，通常还要对系统进行某些特定的操作，如存储器的初始化操作等并重新设定各种参数，否则系统不能正常工作。这些操作步骤应严格按照系统的操作说明书、维修说明书进行。

（6）测量比较法。数控系统的印制电路板制造时，为了调整_维修的便利通常都设置有检测用的测量端子。维修人员利用这些检测端子，可以侧量、比较正常的印制电路板和有故障的印制电路板之间的电压或波形的差异，进而分析、判断故障原因及故障所在位置。通过测量比较法，有时还可以纠正他人在印制电路板上的调整、设定不当而造成的“故障”。测量比较法使用的前提是：维修人员应了解或实际测量正确的印制电路板关键部位、易出故障部位的正常电压值，正确的波形，才能进行比较分析，而且这些数据应随时做好记录并作为资料积累。

（7）原理分析法。这是根据数控系统的组成及工作原理，从原理上分析各点的电平和参数，并利用万用表、示波器或逻辑分析仪等仪器对其进行侧量，分析和比较，进而对故障进行系统检查的一种方法。运用这种方法要求维修人员有较高的水平，对整个系统或各部分电路有清楚，深入的了解才能进行。对于其体的故障，也可以通过测绘部分控制线路的方法，通过绘制原理图进行维修。

（8）其它方法。除了以上介绍的故障检测方法外，还有插拔法、电压拉偏法、敲击法、局部升温法等等这些检查方法各有特点，维修人员可以根据不同的故障现象加以灵活应用，以便对故障进行综合分析，逐步缩小故障范围，排除故障。

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数控机床中数控系统（CNC）与机床本体（MT）之间的绝大部分信息是经由PLC传递控制的PLC与CNC及MT之间的信号传递，包括以下四种。1）MT侧到PLC侧。来自MT侧的开关量信号分为两类：一类是机床操作面板上的各种开关指令信号，如机床的工作方式控制、速度倍率控制、进给轴与进给方向的选择等控制，刀架、夹盘、冷却、、排屑的控制等；另一类是与上述各种控制相关的到位检测信号，如位置开关、压力开关、外部报警等保护装置、主轴伺服保护监视信号和伺服系统运行准备等信号。2）PLC侧到MT侧：主要是机床执行部件的执行信号，包括液气压、机床强电线路及冷却、、排屑等辅助装置的控制及状态指示。3）CNC侧到PLC侧：主要是M、S、T功能信息以及其他的状态信号。4）PLC侧到CNC侧：主要是机床各坐标基准点信号，M、S、T功能的应答信号等。由此可见，数控机床除位移坐标的自动控制由CNC直接负责外，其他各种控制都离不开PLC，在诊断机床故障时依据PLC对其各种信号的监控作用至关重要，探索、总结、归纳基于PLC技术的机床故障的判别与维修具有十分必要的现实意义。

2、PLC诊断机床故障的方法

在数控机床的CRT上，有多种与PLC相关的信息画面，如FANUC系统有“PMC维护”“PMC梯形图”和“PMC配置”三个选项的画面（FANUC系统称PLC为PMC）。根据故障报警或故障现象对其位置及产生原因进行初步的判断后，就可进一步通过这些画面进行分析查找。通过PLC查找故障方法可以归纳为以下步骤。1）在PLC的“信号”画面或“信号跟踪”画面中观察机床正确动作时所需控制信号所对应的PLC输出信号状态是否正确。对于M、S、T指令，可以写一个检查程序，以自动或单段的方式执行该程序，在执行的过程中观察相应的PLC输出信号的状态。若正确，则说明故障出在I/O端口到执行元件的连线、控制元件或执行装置本身。逐级检查连接线、继电器、接触器或电磁阀等状态是否正常，找到并排除故障。2）若PLC输出信号的状态不正确，观察机床正确动作时所对应输入量或系统变量，即PLC的输入量状态是否正确。如果不正确，则说明I/O端口到检测元件或指令元件的连线或元件本身故障。进一步检查接线、传感器或指令开关等是否正常，找到并排除故障。3）若PLC的输入量状态正确，而输出不正确，则说明在控制过程中出现了额外的信号变化，如干扰信号的影响，此时可以通过梯形图画面中触点、线圈等通电状态，或PLC参数画面中数据的状态进行分析与判断，找到并排除故障。

3、运用PLC查找机床故障的实例

根据PLC的I/O状态诊断故障机床本体作为被控对象，与其控制中心CNC之间的信息传递一般要通过PLC的输入输出接口来完成，许多故障可以通过PLC的I/0状态显示在屏幕上，这一特点为数控维修带来巨大的便利，在故障诊断时甚至不用万用表就可以判别信号的正常与否，极大地提高了维修的效率与安全性。实例一：数控铣床加工时无冷却液供给，且无系统报警。首先检查加工程序中有M08代码，然后检查“PMC维护”选项下“信号”画面中I/O信号状态。根据厂家提供的“输入、输出信号一览表”，查到控制冷却泵的PLC输出信号是Y2.1，由“信号”画面观察其状态为1，说明PLC的输出与输入状态正常，故障应是在继电器、接触器、冷却泵或是其间的连接上。进一步检查Y2.1所驱动的继电器，发现其触点无动作，再检查该继电器线圈两端的电压为直流24V，说明继电器的线圈烧坏，更换同型号的继电器，故障排除。结合动作顺序诊断电气故障数控机床中换刀等装置的工作过程是多个动作按照一定顺序自动执行完成的，当中间某个动作因故障没能实现时，后面的动作便都不能进行，反应到I/O信号状态上便是有多个信号状态不对。要找到症结的根源，就必须熟悉机械装置的动作过程，了解每一步动作的触发控制信号及到位检测信号，找到引发第一个没能正确执行的动作的原因。实例二：立式加工中心换刀臂移至主轴刀具抓刀时，无拔刀动作。该自动换刀装置的动作过程及每一步的到位信号是：换刀臂水平移动至刀库刀具抓刀（SQ1）换刀臂下降从刀库拔刀（SQ6）换刀臂水平回位（SQ7）换刀臂上升回位（SQ5）换刀臂水平移至主轴刀具抓刀（SQ2）主轴松刀（SQ4）换刀臂下降从主轴拔刀（SQ6）换刀臂旋转180°换刀换刀臂上移插刀（SQ5）主轴抓刀（SQ3）换刀臂水平移回（SQ7）刀库转动至旧刀位置换刀臂水平移至刀库返还旧刀（SQ1）换刀臂水平移回至原位（SQ7）。在这一过程中，每一步的到位信号SQ都是下一动作的激励条件。分析换刀臂无拔刀动作的原因，有三种可能：一是换刀臂水平移至主轴刀具，位置传感器SQ2未输出到位信号，即无松刀信号，主轴仍处于抓刀状态；二是松刀位置传感器SQ4未输出到位信号，即无换刀臂下移拔刀信号，换刀臂不下移；三是插拔刀电磁阀有故障，得到信号后不动作。通过进一步检查，确定SQ4未输出到位信号。调整感应间隙，故障消除。结合梯形图诊断电气故障利用PLC梯形图诊断机床故障是一种快速而且准确的方法，与前两种方法相比，它不仅显示故障信号的状态，而且显示导致故障状态的原因。实例三：立式加工中心主轴不转。从图1所示梯形图画面，查看主轴旋转指令G29.6程序段，发现R610.4常闭触点没有接通；再查R610.4程序段，发现R610.0常开触点没有分断；继续查R610.0程序段，发现X4.0常闭触点没有闭合，即齿轮1到位传感器没复位，调整后故障排除。利用PLC梯形图诊断故障，要求维修人员要熟悉PLC与NC间常用信号及常用的功能指令与典型控制程序。

4结束语

篇10

【关键词】故障诊断；数控机床；华中世纪星；机床维修

一、引言

数控机床是一种高效自动化机床，它综合了计算机技术、自动化技术、伺服驱动、精密测量和精密机械等各个领域的新的技术成果，是将现代技术和高科技知识集于一体的机、电、液、控技术设备，具有技术密集和知识密集的特点，有较高自动化水平和生产效率。在众多国内数控系统中，武汉华中数控有限公司研发的数控装置以其高性能、低价位并具有自主知识产权的特点，赢得了国家的认可，在机加行业得到广泛应用。

数控机床作为机电一体化高度复杂设备，在使用过程中难免会出现故障，而数控技术的综合性和复杂性使其在发生故障后维修的难度远大于普通设备，如果不能及时地定位排除故障，将制约数控机床的使用率，直接影响正常生产。资料表明，当维修数控机床时，大约80%的时间用于查找数控机床故障，而只有20%的时间用于故障的排除。当企业数控机床品牌、型号选定后，减少故障修理时间是提高数控机床的开动率、给企业创造更多经济效益的有力保证措施。

二、数控机床故障诊断基础

1.数控机床故障诊断原则

（1）先外部后内部

要求数控机床维修人员从外部向内部逐一进行检查排除。

（2）先机械后电气

要求数控机床维修人员在进行电气检查之前，应首先检查数控机床机械是否处于正常状态，如行程开关是否压上超程挡块、气动液压部分是否正常等。

（3）先静后动

要求数控机床维修人员在到达维修现场后，不应急于查找和排除故障，而应先询问操作人员故障发生时的情况，并查阅相关资料。

2.数控机床故障排除的思路

数控系统的型号颇多，产生的故障原因往往比较复杂，但无论哪种系统，它们的构成和控制原理基本相同。因此在数据机床出现故障时，要求维修人员必须有清晰的故障排除思路：

（1）调查故障现场，确认故障现象、故障性质，应充分掌握故障信息，做到“多动脑、慎动手”，避免故障的扩大化。

（2）根据所掌握故障信息明确故障的复杂程度，并列出故障部位的全部疑点。

（3）依据技术资料分析所有可能的故障原因，要求思路开阔，不应将故障局限于数控机床的某一部分，在深入分析的基础上，拟定检查的内容和方法，制订故障排除的方案。

（4）在确定故障排除方案后，利用万用表、示波器、转速表等测量工具，用试验的方法验证并检测故障，逐级定位故障部位，确认出故障的类型。为了准确、快速地定位故障，应遵循故障排除的原则。

（5）故障的排除，通常找到故障原因后，问题会迎刃而解。

（6）养成良好的工作习惯，解决故障后应做好相关资料的整理记录工作，为该机床建立故障档案，以便提高自身的业务水平，方便机床的后续维护和维修。

数控机床在使用中不可避免地要产生各种故障，维修不到位将严重影响数控机床开动率，造成设备闲置和经济损失，这使得掌握数控机床故障诊断技术变得越来越重要。下面以华中世纪星数控系统为例介绍一些机床故障的排除方法。

三、华中世纪星数控机床常见故障诊断与排除实例

世纪星HNC-21系列数控装置采用先进的开放式体系结构，内置嵌入式工业PC机、高性能32位中央处理器配置，7.5寸彩色液晶显示屏和标准机床工程面板，集成进给轴接口、主轴接口、手持单元接口、内嵌式PLC接口、远程I/O板接口于一体，支持硬盘、电子盘等程序存储方式以及软驱、DNC以太网等程序交换功能，主要适用于数控车铣床和加工中心的控制。华中世纪星数控机床数控机床故障分类有多种方法，按故障发生与需要维修的位置主要有数控系统不能正常开机故障、急停故障、自动换刀系统故障、主轴系统故障、手持单元故障、进给系统故障等，本文只对几种故障现象做详细介绍。

1.数控系统不能正常开机故障诊断与排除

数控机床要开动起来，首先要保证数控系统能够正常上电，这也是数控机床调试过程中首先要做的。

（1）数控系统电源接口

图1所示为HNC-21数控装置与其它装置单元连接的总体框图，其中XS1为数控系统电源接口，采用DC24V或AC24V作为输入电源。

图2所示为NC通电控制线路图，数控机床进线电源采用三相AC380V电源，经过变压器变为AC220V，再经过开关电源转变为DC24V后，作为数控系统的电源输入电压，SB1为数控机床控制面板上的NC电源关按钮，SB2为NC电源开按钮。

图1 总体框图 图2 NC通电控制线路

（2）数控不能正常开机的原因

1）系统电源不正确。

2）系统程序丢失。

（3）故障排除思路

1）当按下数控机床操作面板上的SB2启动按钮时，机床不能上电，应首先观察KA0指示灯是否得电。

2）如果得电又断电，说明NC通电控制线路24V电源已经接入，原因应是KA0常开触点没有接入控制回路，没有形成自锁回路。

3）如果指示灯没有点亮，则应检查+24V电源是否正确（检查从开关电源输入的24V是否连接到NC通电控制线路）。

4）24V电源正确后，仍不能正常启动且KA0指示灯仍不亮，则应检查开关SB2按钮是否损坏以及SB1和SB2是否接反以及数控系统中转接板连线是否正确。

5）检查XS1是否连接到数控系统以及电压是否正确，如都正常CRT显示屏仍不能正常上电，应检查数控系统中熔断器和显示屏是否损坏。

6）若系统能完成上电，但进不到操作系统界面，则需要重新做系统程序。

2.自动换刀系统故障诊断与排除

（1）刀架控制系统电气线路连接图

该数控机床刀架采用的是四工位车床刀架，刀架电机采用三相交流380V供电，正转时驱动电机正转，反转时刀架自动锁死，为了保证刀架完全锁死，保证刀具的定位精度，在PLC参数中设置了0.5s的反转锁死时间。每把刀具都各有一个霍尔位置检测开关，图3为四工位刀架控制线路图。

图3 四工位刀架控制线路图

（2）刀架换刀故障原因

当开机后系统处于正常工作状态，手动或者自动换刀时，刀架出现不能换刀主要有以下几种原因：

1）强电控制电路故障。

2）接触器控制电路故障。

3）PLC输入/输出故障。

4）刀架机械故障。

（3）故障排除方法思路

刀架故障现象主要有“刀架不动”和“刀架正转不停”两种。

1）刀架不动故障排除思路

①按下换刀启动按钮后，观察继电器指示灯是否点亮以及观察PLC输出点位Y0.6、Y0.7的状态变化，如继电器指示灯不点亮，检查刀架刀位控制模块24V电源控制回路（380V经变压器变220V后，经开关电源变为24V）和PLC程序输出点位（刀架正传Y0.6、反转Y0.7）设置是否正确；如点亮且继电器触点连接正确并吸合，确定继电器没有问题，再看接触器吸合状况。

②接触器不吸合，检查220V电压是否输入以及接触器是否损坏；如吸合说明接触器没问题，则可能是刀架相序接反、刀架锁死以及刀架电机损坏等原因。

③如控制线路连接连线正确，把刀架电机U、V相序互换，如还不能排除故障，说明可能电机卡死或电机损坏。

2）刀架正转不停故障原因及排除采取措施

故障原因 排除故障采取的措施

刀架刀位信号模

块的电源不正确 检查模块的电源是否正常，接线极性是否正确，通常的刀架刀位信号模块应该为DC24V。

PLC刀位信号参数设置错 检查PLC参数设置是否和系统输入一一对应

系统开关量输入

电缆接错或断路 1.检查开关量输入电缆

2.需更换开关量输入电缆

刀架位置检测霍尔元件损坏 需更换刀架刀位信号模块

无刀架反转输出（Y0.7） 1.检查输出端口

2.检查开关量输出电缆

3.检查电路

刀架反转继电器或接触器坏 需更换继电器或接触器

PMC参数设置错 查看正转延时时间、反转延时时间以及换刀超时等时间参数设置是否正确；

机械松动或机械坏 1.检查电机与刀架联接的部分定位销是否有松动

2.需更换刀架

3.急停故障诊断与排除

（1）急停故障原因分析

数控机床正常上电后，打开急停按钮，发现系统处于急停状态，数控系统处于急停状态主要有以下几种原因（如图4所示）：

1）急停回路故障。

2）“软急停”输入端口接线位置错误。

3）PLC中“软急停”点位设置错误。

4）外部输入线缆接错位置。

5）其它部件报警引起的急停。

（2）故障排除方法思路

1）首先按下“超程解除按钮”，如果系统能够复位，说明故障出现在超程限位开关位置，检查行程开关是否压限位挡块以及行程开关内部接线；如系统不能复位，说明故障可能是“急停开关故障”、“KA继电器故障”、“外部24V电源故障”、“软急停输入端口位置错误”、“PLC软急停点位设置错误”、“外部线缆连接错误”。

图4 HNC-21数控装置急停回路

2）外部24V电源故障，根据KA继电器指示灯可判断外部24电源是否接入急停回路。

3）KA继电器故障，打开急停开关，如KA继电器指示灯不亮检查外部电源，指示灯亮检查KA继电器线圈以及急停回路接线是否接在它的常开触点上。

4）急停开关故障，主要检查急停按钮的常闭触点，若未装手持单元或手持单元上无急停按钮，XS8接口中的4和17脚应短接。

5）检查“软急停”输入端口接线位置是否与PLC中“软急停”点位设置一致。

6）对于有报警信息的根据报警信息排除相应故障。

7）外部输入线缆接错位置，如将XS10和XS11对调，XS10中的第一个触点对应位置I0.0为急停回路中X向行程开关的常闭触点；而XS11第一个触点对应位置I2.4为“软急停”，两者互换接入数控系统，将发生急停报警，且按“超程接触按钮”也不能复位。

数控机床是复杂的设备，在诊断与维修时要事先消化技术资料，搜集现场相关信息，做好充足的准备。在此基础上，要遵守故障诊断与维修的原则和步骤，切忌盲目动手；另外应严格按照有关资料如图纸、说明书的规定要求去做，注意资料中的数据，因数据是指导设备维修的重要依据。最后数控机床是机电一体化的高科技产品，在遇到故障时，不能单一考虑是某一方面的故障，要学会根据故障现象，综合分析故障原因，灵活使用自诊断法、备件更换法、机电脱离法等各种诊断方法，这样才能更迅速、有针对性地将故障排除。

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