数控机床故障诊断与维修

摘要：数控机床是实施现代先进制造技术的主要机械装备，在使用过程中不可避免的会出现故障。文章阐述了数控机床故障诊断的一般方法，同时给出几个实例加以说明。

关键词：数控机床；故障诊断；维修

数控机床是一种高精度、高效的自动化机床，它综合了计算机技术、信息技术、自动化技术、控制工程、精密测量和精密机械等各个领域的新的技术成果，是信息技术与机械制造技术相结合的产物，是高新技术综合的机电一体化产品。由于其经济性能好，生产效益高，是实施现代先进制造技术的主要机械装备，在生产上处于越来越重要的地位。数控机床拥有量的多少与技术水平的高低是衡量一个国家工业现代化的重要标志。当前，我国的数控机床拥有量远不如发达国家，为了提高机床的使用率，提高系统的可靠性，数控机床的故障诊断和维修技术显得越来越重要，其维护保养和维修水平直接影响到机床的使用率。下面结合多年的教学和实践经验，根据维修实例谈谈数控机床故障诊断的基本方法。

一、数控机床故障诊断的一般方法

对于数控机床的故障诊断，一般首先检查操作方法是否错误。在数控加工过程中，操作是比较繁琐的，对于不很熟练的操作者来说尤其重要。有以下几点必须注意：1、通电后各坐标是否回零。2、机床各不见急停按钮是否被按下。3、机床各坐标是否在极限位置，如果机床在原点附近回零时，必须注意先向相反方向移动，到过减速区后再回零。其次是注意观察故障出现是有规律的还是偶然的。对于有规律的故障，则是因为机床存在某确定的问题。而对于偶然性的问题，则可能是由于连线接触不良、干扰、电源不稳定等临时故障引起的。然后是检查出现故障是否是由周围的环境及工作条件等原因引起。发生故障，需要区别是机械、液压、还是电气故障，对电气故障要区别是NC内部故障还是PC故障。最后观察故障出现时是否有自诊断显示。当前的数控系统一般都有自诊断功能，针对不同的情况采取不同的措施。具体来讲，处理数控机床故障方法主要有以下几种。

（一）直观法

维修人员通过故障发生时的各种光、声、味等异常现象的观察，认真察看系统的各个部分，将故障范围缩小到一个模块或一块印刷线路板。

（二）替换法

所谓替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。

（三）自诊断功能法

数控系统的自诊断功能，已经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发光二极管指示故障的大致起因，这是维修中最有效的一种方法。

（四）功能程序测试法

功能程序测试法就是将数控系统的常用功能和特殊功能用手工编程或自动编程的方法，编制成一个功能测试程序，送入数控系统，然后让数控系统运行这个测试程序，借以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可能原因。

（五）原理分析法

根据CNC组成原理，从逻辑上分析各点的逻辑电平和特征参数，从系统各部件的工作原理着手进行分析和判断，确定故障部位的维修方法。这种方法的运用，要求维修人员对整个系统或每个部件的工作原理都有清楚的、较深的了解，才可能对故障部位进行定位。

（六）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CMOS的RAM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，就能排除故障。

二、数控机床故障实例

针对以上各种故障处理方法，结合工程实际，相应给出以下实例加以说明：

例1：数控机床加工过程中，突然出现停机。打开数控柜检查发现Y轴电机主电路保险管烧坏，经仔细观察，检查与Y轴有关的部件，最后发现Y轴电机动力线外皮被硬物划伤，损伤处碰到机床外壳上，造成短路烧断保险，更换Y轴电机动力线后，故障消除，机床恢复正常。

例2：TH6350加工中心旋转工作台抬起后旋转不止，且无减速，无任何报警信号出现。对这种故障，可能是由于旋转工件台的简易位控器故障造成的，为进一步证实故障部位，考虑到该加工中心的刀库的简易位控器与转台的基本一样。于是采用交换法进行检查，交换刀库与转台的位控器后，并按转台位控器的设定对刀库位控器进行了重新设定，交换后，刀库则出现旋转不止，而转台运行正常，证实了故障确实出在转台的位控器上。

例3：AX15Z数控车床，配置FANUC1 0TE―F系统，故障显示：

FS10TE

1399B

ROM

TEST：END

RAM

TEST：

CRT的显示表明ROM测试通过，RAM测试未能通过。RAM测试未能通过，不一定是RAM故障，可能是RAM中参数丢失或电池接触不良一起的参数丢失，经检查故障原因是由于更换电池后电池接触不良，所以，一开机就出现上述故障现象。

例4：采用FANUC 6M系统的一台数控铣床，在对工件进行曲线加工时出现爬行现象，用自编的功能测试程序，机床能顺利运行完成各种预定动作，说明机床数控系统工作正常，于是对所用曲线加工程序进行检查，发现在编程时采用了G61指令，即每加工一段就要进行1次到未停止检查，从而使机床出现爬行现象，将G61指令改用G64（连续切削方式）指令代替之后，爬行现象就消除了

例5：PNE71 0数控车床出现Y轴进给失控，无论是点动或是程序进给，导轨一旦移动起来就不能停下来，直到按下紧急停止为止。

根据数控系统位置控制的基本原理，可以确定故障出在X轴的位置环上，并很可能是位置反馈信号丢失，这样，一旦数控装置给出进给量的指令位置，反馈的实际位置始终为零，位置误差始终不能消除，导致机床进给的失控，拆下位置测量装置脉冲编码器进行检查，发现编码器里灯丝已断，导致无反馈输入信号，更换Y轴编码器后，故障排除。

例6：G18CP4数控磨床，数控系统是FANUC1 1M系统，故障现象使机床不能工作，CRT显示器无任何报警信息。

检查机床各部分，发现CNC装置及CNC与各接口的连接单元都是好的，最后分析是由于外部干扰引起磁泡存储器内存储数据混乱而造成的，因此，对磁泡存储器存储内容进行了全部清除，重新按手册送入数控系统各种参数后，数控机床即恢复正常。

除了上面介绍的几种检查方法外，数控机床的故障诊断方法还有测量比较法、敲击法、局部升温法，电压拉编法及开环检测法等，这些方法各有特点，维修时应根据故障现象，常常同时采用几种方法，灵活运用，对故障进行综合分析逐步缩小故障范围，以达到排除故障的目的。

在实际工作中，由于数控机床所涉及的技术领域宽广，出现的故障往往比较复杂，涉及到机床的各个方面，必须要在熟悉机床结构的基础上针对特定的数控系统，综合运用多种诊断方法，寻求快捷、简单、有效的故障处理途径。例如潍坊柴油机厂，海科特80×800加工中心，调试完成后，用户反映工作台不交换。结果检查电信号，信号输入“OK”；程序输入“OK”，自诊断显示无报警；液压转位工作台控制电磁阀有“+24V”，电气正常。最后电磁阀拆下检查，发现油污胶质堵死阀心，致使液压系统不能正常工作，导致工作台不能交换。

例7：加工中心数控系统是FANUC1 1M系统，对刀时手动机械手伸出不动作。

针对该故障列出参考流程图如图1。

检查过程中先检查是否在手动状态下，TOG是否为“1”，若不在手动状态下，则不能完成手动机械手伸出的动作。若是处于手动状态下，再检查x地址手动伸出是否为“1”。为“1”代表信号已经送到PC，按钮到PC之间的线路没有问题。“0”代表信号没有进入PC，有可能是线断了，则寻找机床外的问题。当x地址输入为“1”后，再查相应电磁阀“Y”输出是否为“1”，如果为“1”，则证明条件全具备，检查电磁阀连线是否有故障。根据检测得到的不同情况，对故障加以排除。

实践证明，上述故障诊断和维修方法均是行之有效的实用方法。由于数控机床品种多，结构形式各异，与其配备的数控系统和功能也是多样的，所涉及的技术领域也不尽相同，因此在具体的故障诊断和维修过程中，应根据实际问题具体分析，灵活运用多种诊断方法，对故障进行综合分析逐步缩小故障范围，以达到排除故障的目的。随着科学技术与生产的发展，数控机床和数控加工设备的工作性能将越来越好，生产效率越来越高，同时数控机床和设备的结构也越来越复杂，各部分的关联也越来越密切，因此故障诊断技术就显得格外重要。

参考文献：

1、夏庆观.数控机床故障诊断[M].北京：机械工业出版社,2004.

2、汪木兰.数控原理与系统[M].北京:机械工业出版社,2004.

3、江苏多棱数控机床股份有限公司.TH(TK)56系列数控机床培训教材.2003.

（作者单位：湖北工业大学机械工程学院）