数控机床故障诊断与维修方法论述

数控机床故障诊断与维修方法论述 X X X XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX(单位) 【摘 要】数控机床是一种高效的自动化机床，具有高性价比。由于它价格昂贵，结构复杂，所涉及到的知识面很广，一旦出现故障维修困难，常带来较大的经济损失。数控机床的电气故障是数控机床的多发故障，其接线复杂、故障不易查找，一直是维修的一个重点和难点。本文就近几年来本人在对数控设备的维护使用过程中,逐渐学习并掌握了CNC 系统的一些故障规律和快速诊断方法并加以整理，根据生产中经常遇到实际问题介绍几种常用控制故障维修方法及应用实例，总结归纳出了数控机床的电气维修常用方法及技巧，本文根据生产中经常遇到实际问题介绍几种常用控制故障维修方法及应用实例，希望能对数控机床操作者有所启发。

【关键词】数控机床、电气故障、故障分析、故障诊断。

【引言】 数控机床是现代制造业的基础设备。目前，我国从国外引进了大量的数控系统及数控机床，同时，我国在数控系统的研究和开发上也做了也多年的研究，开发出了具有自主知识产权的数控系统，并与多家机床生产厂进行了 - 1 -

配套，形成了一定的数控机床产销规模。随着工业化进程的加快，数控机床在制造领域的作用越来越重要，任何一台数控设备都是一种过程控制设备，这就要求它在实时控制的每一刻都必须准确无误的工作。任何部分的故障与实效，都会使机床停机，造成停顿数控维修技术不仅是保障正常运行的前提，同时也对数控技术的的发展和完善起到了巨大的推动作用。

【正文】 一、故障诊断 数控机床集机、电、液、气、计算机、光学等技术于一体，其故障多种多样，故障现象和故障原因复杂。因此，一旦数控机床出现了某易故障，采用正确合理的诊断方法，对有效定位故障发生部位，找出故障原因至关重要。一旦查明的原因，故障也就几乎等于排除了。因此故障的分析诊断方法也就变得十分重要了。常用的诊断方法大致有以下几种： 1、故障自诊断法 故障自诊断是数控系统一项基本的，同时也是十分重要的技术。作为体现故障自诊断能力的故障报警种类，在一些数控系统中已经多达上千种。所以正确理解这些故障报警信息，合理利用故障自诊断功能，对数控系统的诊断和维修是十分关键的 1）开机自诊断 数控系统和计算机一样，每次上电，系统内部自诊断软件对系统中最为关键的硬件和控制软件进行诊断。如CPU、RAM、ROM等芯片，MDI、CRT、I/O等模块及其监控软件等。如检测中发现故障，则显示报警信号。值得提出的 - 2 -

是，通常情况下，报警信号只能给出一个故障范围，用户可根据信号翻阅说明书查找和解决问题。 2）运行自诊断 运行自诊断是数控系统正常工作是运行内部诊断程序，对系统本身、PLC、位置伺服单元及数控装置相连的其他外部装置进行自行测试、检查，并显示有关状态信息和故障信息。只要系统不断电，这种自诊断就会反复进行，不会停止。 3）脱机诊断 脱机诊断主要运用在一些早期的数控系统中，在这些系统中，当系统出现故障后，往往需要停机，使用随机的专用的诊断纸带对数控系统进行脱机诊断。诊断时先将纸带上的诊断程序读入数控装置的RAM中，系统中的计算机运行诊断程序，对诊断部位进行测试，从而判定是否有故障。 2、直观检查法 直观法就是利用人的手、眼、耳、鼻等感觉器官来寻找原因。这种方法在维修中是常用的，也是首先使用的。 1）问 像故障现场人员仔细询问故障产生的过程、故障的表象及其所造成的后果，并且在分析、判断的整个过程中可能要多次询问。 2）目视 总体查看机床各部分工作状态看其是否处于正常状态（例如个坐标轴位置、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、润滑装置等）有无报警指示，局部查看有无保险烧毁，元器件烧焦、开裂。电线电缆脱落，等等。 3）嗅觉 电缆、电线及各个接触器继电器线圈过载或者短路时会有刺 - 3 -

鼻的焦糊味道。 4）触摸 一定要注意这个方法一定要在整机断电的情况下并且你要确实了解各连接之间的功能与功用的情况下进行，因为有些插头一旦你拔下或人为松开将会产生严重的后果（例如，提供参数存储的的电池连接，绝对坐标机床参考点的记忆电池连接等等，这些一旦你拔下超过了一定时间，将会造成参数丢失，机床参考点丢失等等），当你在了解各连接的功能后，再去检查各个电路板，轴驱动器等之间的连接电缆插头有无松动，必要时可拔下再将其重新固定。 5）通电 这是为了检查有无冒烟、打火、有无异常声音、气味及原件异常的发热等状况的存在，一旦出现异常，立即断电分析。 应用案例: 配置有BEIJING-FANUC 0i-MA的数控铣床加工过程中，突然出现主轴停机。首先检查主电源插座是否断电，如果完好检查保险。打开电器柜检查发现电机主电路保险管烧坏，更换新保险。分析原因，由于主轴电机功率较小，加工时切削用量较大，电机过载不能正常工作导致。更换新保险故障消除，机床恢复正常。 3功能程序测试法 功能程序测试法时将数控系统的G、M、S、T、F功能的全部使用指令使用指令编成一个试验程序，在故障诊断时运行这个程序，由此来检测数控机订的各种功能是否正常。 通常，功能程序测试法用在以下场合。 1）机床加工造成报废零件而一时无法确定是编程，操作不当，还是数控系统故障时。 - 4 -

2）数控系统出现随机性故障，一时难以区别是外来干扰，还是系统稳定性不好。如果不能可靠地执行各种加工指令，可连续循环执行功能程序来诊断系统的稳定性。 3）闲置时间较长的数控机床在投入使用时或对数控机床进行定期检修时。 4、仪器检查法 使用常规的电工仪表，对各组交、直流电源电压，对各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冲信号的幅值、相位有无，用ＰＬＣ编程器查找ＰＬＣ程序中的故障部位及原因等等。 5、信号与报警指示分析法 1）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，结合指示灯状态说明书便可方便的获取故障原因及其故障的排除方法。 2）软件报警指示 所有的数控设备都设置了报警界面显示。可参照报警号相对应的故障诊断说明书。 6、参数检查法 数控系统发现故障时应及时核对系统参数，系统参数的变化会直接影响到机床的性能，甚至使机床不能正常工作，出现故障，参数通常存放在磁泡存储器或由电池保持的CMOSRAM中，一旦外界干扰或电池电压不足，会使系统参数丢失或发生变化而引起混乱现象，通过核对，修正参数，就能排 - 5 -

除故障。 应用案例: 一台型号为XK715F数控立式铣床，所配系统为FANUC-7CM。该铣床出现X轴伺服电机温升过高现象，无任何报警。检查机械、电机、伺服单元皆无故障。检查有关参数，发现22号参数（速度指令值）在机床停止时，其数值闪动比其他轴大许多。再查6号参数（反向间隙补偿量）其补偿值高达0.25mm。以满足机床加工精度要求为准，适当减小X轴反向间隙补偿值后，电机过热故障消除。 7、备板置换法 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。 备板置换前，应该检查有关电路，以免由于短路烧坏好板。 8、交叉换位法 交换法就是在分析出故障大致起因的情况下，利用备用的印刷线路板、模板、集成电路芯片或元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。 应用案例: 一台工业型数控铣床，配置FANUC-18i系统，故障现象为Y轴在加工过程中突然不动且无报警，此后不论在手动还是自动、MDI方式下Y轴均无动作，但X轴和Z轴正常。先确定机械部分无故障后把故障定位在电气部分。 分析与Y 轴控制有关数控装置、伺服驱动器和伺服电机三者中任何一个 - 6 -

出现故障均会出现此故障。由于X轴与Y轴的伺服驱动器一样，因此采用交换法，将Y轴伺服驱动器与确认无故障的X轴伺服驱动器互换，发现Y轴故障消失，X轴不动。此时可断定原Y轴驱动器损坏。更换新的驱动器故障消除，机床恢复正常。 二、 故障维修 现场维修是对数控机床出现的故障进行诊断，这里就简单的介绍两种常用的维修方法。 1、参数恢复法 机床参数分为三类： (1 )状态型参数——每项参数的八位二进制数位中，每一位都表示了一种独立的状态或者某种功能的有无。 (2 )比率型参数——指某项参数设置的某几位所表示的都是某种参量的比例关系。 (3 )真实型参数——这类参数直接表示系统某个参数的真实值。根据参数本身的重要性来分，它可分为普通级参数和秘密级参数两大类。普通级参数在数控系统制造厂家提供的资料上有详细介绍，用户按资料上的说明弄清含义，能正确灵活运用即可。秘密级参数在数控系统制造厂家提供的资料上没有说明，只是给设置好了而已，一旦这类参数出了问题，机床并不报警，但机床的功能会产生很大的变化，甚至不能正常工作。这部分参数在机床开箱时要想办法核查并记录下来，妥善保管。 数控机床在出厂前，已将所采用的数控系统设置了许多初始参数，适应相配套的每台数控机床，部分参数还要经过调试来确定。在机床交付时，具