CNC系统故障实例与诊断方法

【例5-25】 一台PTA1600数控磨床，CRT显示报警。

故障现象：PTA1600数控磨床，CRT显示报警号为“300300”。

故障检查与分析：该机床数控系统为西门子840C，报警内容是“A2 DRIVE LINK OFF”，根据提示应检查NC端口到各伺服驱动器驱动总线的连接。

故障处理：逐段测量NC到驱动器及驱动器之间的连接电缆未见异常。从后往前逐级移动终端插头并取下对应的设备总线插头，加电重新初始化，报警依然存在，这就排除了驱动器损坏的可能性。检查NC参数发现丢失，重新输入参数后，机床报警消失。

【例5-26】 西门子820C系统2039号报警的解除。

故障现象：2039号报警，机床不能进入正常加工状态。

故障检查与分析：该机床为德国MIKROSA公司生产的无心磨床，控制系统为西门子820C系统。查阅机床技术资料，2039号报警为“未返回参考点”。在选择开关处于“自动”方式下，起动机床后就产生2039号报警，系统即进入加工页面，而未按正常情况进入自动返回参考点页面，因而机床不能进行正常工作。但按∧键（即上位键）可进入该画面，也能进行自动返回参考点操作，此后，机床能进行正常操作。但重新起动机床后又会产生2039号报警。重复上述故障。

根据以上检查，认为该报警的产生可能是系统参数配置错误。于是，在“自动”方式下首先进入加工页面，选择软键“OPERAT MODE”，进入系统设置菜单页面，发现“CYCLE WITHOUT WORK PIECES”项参数由“0”变为了“1”，使系统每次起动后都在工作区外循环，从而造成2039号报警。

故障原因：经了解在该故障发生前，曾因车间电工安装新机床电源，造成全车间电源短路跳闸，从而影响了正在工作的该机床，致使其系统参数改变。

故障处理：将该参数由“1”改为“0”后，重新起动机床，报警消除。

【例5-27】 数控球道磨床找不到参考点。

数控系统：西门子3M系统。

故障现象：机床在回参考点时，X轴找不到参考点，最后出现F3“ENDPOS.LH.SPI.SLIDE RETUENED”（左主轴滑台返回端点），指示X轴超限位报警。

故障检查与分析：本着先外围后内部的原则，首先检查X轴的零点开关，没有问题。观察故障现象，X轴压上限位开关后也能减速。根据先简单后复杂的原则，先检查NC系统的位控测量板，因为反馈元件采用的是光栅尺，所以，在位控测量板上，X轴、Y轴各加了一块EXE处理板。然后将X轴与Y轴的EXE板互换，这时开机测试，X轴回参考点正常，故障转移到Y轴上，Y轴找不到参考点，故障现象相同，从而确认EXE板有问题。

故障处理：更换EXE板，故障排除。

【例5-28】 数控台阶磨床，开机后屏幕没有显示。

数控系统：西门子805系统。

故障现象：这台机床在控制按钮按下时，屏幕没有显示。

故障检查与分析：检查系统电源，没有问题。系统起动信号在控制按钮按下时，也没有问题。系统板左下角的报警灯亮，认为可能由于干扰原因，系统起动不了。

故障处理：为了确认系统是否进入死循环，使系统进入初始化菜单。在系统控制板的左下角有一个设定开关，0位是系统正常工作状态，2位是系统初始化调整方式。在系统断电的情况下，将这个开关拨到2的位置，这时系统通电，进入了初始化状态，恢复了显示功能。为防止不必要的删除数据，不进行任何操作，将系统断电，然后将设定开关拨回0位，这时起动系统，系统恢复正常运行。

【例5-29】 数控无心磨床，系统起动时，MMC操作面板上显示“2001PLC未起动”报警，机床无法运转。

数控系统：西门子840D系统。

故障现象：出现该报警时，机床控制面板（MCP）上所有的按键指示灯闪烁。NCU板上右排指示灯的PS红灯闪烁、PF红灯常亮，驱动系统没有得到使能。

故障检查与分析：根据报警内容及故障现象，怀疑NCU板上存储的NCK（即PLC）数据丢失，需做系统总清，然后再重装相关数据，步骤如下（见图5-16）：

（1）NC总清

1）将NC起动开关S3→1。

2）起动NC，如NC已起动，按压复位按钮S1。

3）待NC起动成功后，七段显示管显示6，将S3→0。NC总清执行完成。

NC总清后，SRAM内存中的内容被全部清除，所有机器数据（MACHINEDATA）被预置为默认值，此时，PS和PF红灯都应该常亮。

（2）PLC总清

1）将PLC起动开关S4→2。

2）将S4→3，并保持约3s，直到PS灯再次亮起。

图5-16 840D系统NCU板操作及显示元件

3）在3s内，快速执行如下操作：S4：2→3→2。在这个过程中，PS灯先闪，后又亮，PF灯亮。

4）等PS和PF灯亮了，S4→0，这时，PS和PF灯灭，而PR灯亮。至此，PLC总清完成。

（3）数据恢复 包括NC数据和PLC程序，其步骤如下（注：适用于MMC103，即带硬盘的，对其他类MMC，可用PCIN4.0通过V24接口输入）：

按“SERVICE”软键→按“START UP”键→按扩展键→按“PASSWORD”键→按“SET PASSWORD”键→输入密码“SUNRISE”→按区域转换键→按“SERVICE”键→按扩展键→按“SERVICES STARTUP”（或“SERVICE ARCHIVE”）→选择恢复NC数据（或PLC数据）→按“READ START UP ARCHIVE”键→选择NC数据文件（或PLC数据文件）→按“START”软键→按“YES”键，系统开始自动恢复数据。

以上工作完成后，重启系统，报警解除，机床恢复正常运行。

【例5-30】 数控外圆磨床，执行加工程序时死机。

数控系统：西门子810G系统。

故障现象：这个故障是在设备调试时出现的，这台从英国进口的数控磨床在最终调试验收时，将系统通电，发现因为备用电池失效，机床数据和程序已丢失，外方技术人员将数据重新输入后，对机床进行调试，手动动作都已正常，工作没有问题；当进行自动磨削时，程序执行一段后就死机，不能进行任何操作，重新开机后，系统还可以正常工作，执行加工程序时又死机。

故障检查与分析：首先怀疑数控系统CPU主板有问题，但更换主板后，故障没有排除。因为每次都是在执行加工程序时出故障，为此单步执行加工程序，监视程序的运行，这时发现，每次执行子程序L110的N220语句时，系统就死机。N220语句的内容为G18D1，调用刀具补偿，而检查刀具补偿数据时，发现都为0，没有输入数据。

故障处理：根据机床要求，将刀具补偿P1赋值10后，机床加工正常运行，再也没有出现问题。

【例5-31】 一台数控外圆磨床磨轮速度随砂轮直径变小而变慢。

数控系统：西门子810G系统。

故障现象：这台专用数控外圆磨床在磨削工件时发现，砂轮的转速随砂轮直径变小而变慢，致使砂轮直径小时工件的表面质量不好。

故障检查与分析：分析机床的工作原理，主轴是通过UNIDRIVE变频器控制的，转速的快慢是通过NC系统给定到变频器的模拟电压信号控制的，而这个模拟电压信号确实随砂轮直径的减小而变低。因为每磨削一个工件，砂轮就要修整一次，所以磨削速度的改变应该在加工程序中进行计算，而磨削程序是机床制造厂家编制的，有可能程序有问题，将程序调出进行检查，在磨削子程序L150中相关的程序如下：

显然，N120语句的比率计算有误。

故障处理：把这个语句改成R602=R513/510后，这个问题就解决了。

【例5-32】 数控磨床Z轴找不到参考点，系统出现超极限报警。

故障现象：机床在回参考点时，Z轴找不到参考点，一直运动直至压到极限开关，系统出现超极限报警。

故障检查与分析：该机床是从德国EX-CELL-O公司引进的，采用西门子3M系统。正常情况下，Z轴回参考点，首先向负方向运动，当压到零点开关时，马上反向减速并向正方向运动，当NC系统接收到零点开关后编码器的第一个零点脉冲时，零点被确认，Z轴停止运动。旋转编码器除了能间接反馈轴向运动数值外，还是确认机床零点的重要元件，其输出信号波形图如图5-17所示，U_a1与Ua2脉冲系列和U_a1、U_a2反相脉冲系列为记数脉冲。编码器每转一圈，可发出若干个这样的脉冲，目前用的一些编码器，每圈发2400个脉冲。NC系统对这些脉冲进行记数，并换算成轴向运动的直线位移。Ua0与U_a0为零点脉冲，编码器每转一圈，可发出一个零点脉冲，用来确定机床参考点。

图5-17 编码器输出信号波形图

这台机床回参考点的过程是比较典型的，许多机床都采用这种方式。机床找不到参考点有如下几种可能：①零点开关有问题。仔细观察Z轴回参考点的过程，发现Z轴运动压到零点开关后，能减速并反向运动但不停止，直到压到极限开关。说明回参考点过程正常，零点开关没有问题，经对零点开关进行检查，也验证了这一判断。②零点脉冲丢失。零点开关没有问题，那么最大的可能就是零点脉冲出现问题，NC系统没有接收到这个信号，该机床其他两个轴可以正常回参考点，说明NC系统没有问题。更换NC系统伺服反馈板，问题也没有解决。那么肯定是编码器出了问题，用示波器测试，没有发现零点脉冲。

故障处理：因编码器无备件可更换，定货周期又长，不能解燃眉之急。为此我们对编码器进行了检查，当将编码器拆开后，发现内部有许多油，原因是编码器密封不好，机床冷却油的油雾进入编码器，时间长了沉淀下来，将编码器刻盘遮挡，致使零点脉冲发不出来，将编码器中的油清除并清洗后，重新密封安装，故障消除了。

说明：由于编码器与机床的零点密切相关，编码器拆动了之后，机床零点也相应变化。因此，机床恢复正常之后，还必须重新调整零点。如果机床零点调整不好，有时会出现其他问题或影响加工精度。因此故障不是特别明显时，不要轻易拆卸编码器。

【例5-33】 一台数控内圆磨床程序号修改不了。

数控系统：西门子810G系统。

故障现象：这台机床在调整产品时，新程序号输不进去。

故障检查与分析：据操作人员反映，在更换新产品转换新加工程序时，新加工程序号无法输入数字，只能输入字母，键盘上档按键不起作用。观察操作人员的操作，发现输入光标位置不对，因其定位在程序的标志%上（见图5-18），所以无法输入数字。

图5-18 自动操作方式页面

故障处理：使用箭头按键使光标移动到%号后面的数字10上，这时输入新程序号，正常进入。

【例5-34】 一台数控外圆磨床换砂轮后，砂轮“磨损尺寸到”指示灯不灭。

数控系统：西门子810G系统。

故障现象：这台外圆磨床砂轮用到尺寸后，砂轮“磨损尺寸到”指示灯亮，指示砂轮已用完，但换上新砂轮并修整后，该灯仍不灭，不能进行工件磨削。

故障检查与分析：根据机床电气原理图，PLC输出Q1.3控制“磨损尺寸到”指示灯，Q1.3的梯形图在PLC的PB3程序块11段中，详见图5-19。用系统DIAGNOSIS菜单中的PLCSTATUS功能检查F160.0的状态，其状态为“1”。

图5-19 砂轮磨损灯控制梯形图

标志位F160.0置位的梯形图在PB3的13段中，如图5-20所示。它是由F40.0置位的，在线检查F40.0的状态，发现其状态为“0”，因为F160.0为保持式标志位，置位后，必须通过PLC程序复位后其状态才能变为“0”，所以下一步应该查找F160.0没有复位的原因。

标志位F160.0复位的梯形图在PB3中的15段，如图5-21所示。F160.0的复位依赖于标志位F40.1，在线观察F40.1的状态为“0”。

图5-20 标志位F160.0置位梯形图

图5-21 F160.0复位梯形图

根据810G系统的工作原理，F40.1标志是加工程序中辅助功能M49指令的译码信号，查阅机床说明书M49指令是新砂轮修整结束指令，检查加工程序，发现在新砂轮修整程序中，新砂轮修整结束后，没有加这个指令。

故障处理：在MDI状态下输入M49指令，执行后，砂轮“磨损尺寸到”灯熄灭。为了防止下一次再出现这个问题，在新砂轮修整程序中，砂轮修整结束后，修整程序结束之前加入M49指令，使这一问题得到彻底解决。

【例5-35】 一台数控内圆磨床出现报警2040 Block not in memory（程序块没在存储器中）。

数控系统：西门子810G系统。

故障现象：这台机床在通电开机进行自动加工时，出现2040号报警，指示程序块没在存储器中。

故障检查与分析：根据报警信息的提示，通常都是跳转指令的跳转地址不对，而这个加工程序一直执行没有发生问题，也没有修改，但每次运行程序都出现报警，观察屏幕，在报警时执行的主程序是%1，显示的终止程序号是N165，每次都停止在这条语句。将执行的程序调出进行检查，清单如下：

在这个工件程序中，N165语句执行的指令是辅助指令M70，与这个报警无关，问题可能出在下一条调用子程序L130的语句上。将子程序L130从数控系统中调出检查，清单如下：

检查该子程序，N310语句有些异常，在程序段中出现一个“？”号，对比原程序，该语句应该是N310＠188 K1 K5，显然程序被改动了，但“？”号在键盘上输不进去。因此可能是由于在系统通电时，干扰信号把内存中的字符更改了。

故障处理：将程序中N310语句整个删除，按原程序重新输入这个语句，再运行程序，故障消除。

【例5-36】 一台数控球道磨床出现报警512 ENTRY DISABLED（输入不可能）。

数控系统：西门子3G系统。

故障现象：这台机床在修改机床数据时出现512报警，机床数据修改不了。

故障检查与分析：查阅西门子3系统报警手册，512报警原因之一是钥匙保护开关没有打开，检查面板上钥匙开关的位置，发现正常没有问题。512报警的原因之二为系统耦合模块上的设定开关没有拨到上方，检查这个开关的位置发现在下方的保护位置。(https://www.xing528.com)

故障处理：将这个开关拨到上方，这时修改的机床数据可以输入，待数据修改完毕，将该开关拨到下方的保护位置。

【例5-37】 一台数控球道磨床B轴不动。

数控系统：西门子3M系统。

故障现象：这台机床在开机回参考点时，X轴和Y轴回参考点没有问题，B轴回参考点不动，手动也不行。

故障检查与分析：因为其他两个轴运动没有问题，只有B轴不动，说明系统没有问题。而B轴手动和回参考点都不动可能是因为B轴的使能条件没有满足。

根据西门子3系统的工作原理，PLC输出Q72.3是B轴进给使能信号（见图5-22），检查这个信号为“0”，确实有问题。

图5-22 B轴进给使能Q72.3的梯形图

图5-23是关于B轴进给使能Q72.3的梯形图，用机外编程器监视梯形图的运行，发现是因为标志位F122.4触点没有闭合导致B轴使能条件Q72.3没有满足。

关于标志位F122.4的梯形图在PB3的15段中，如图5-23所示。继续用编程器监视梯形图的运行，发现标志位F105.6的触点没有闭合，关于标志位F105.6的梯形图在PB3的13段中（见图5-24），而标志位F105.6无电是因为定时器T8没有闭合。

图5-23 标志位F122.4的梯形图

用编程器监视图5-25所示的关于定时器T8的梯形图，输入信号I3.6没有闭合使定时器T8没有得电。

根据机床控制原理，PLC输入I3.6是分度装置在位信号，如图5-26所示。它连接的是接近开关B36，用来检测分度装置是否到位的反馈信号，I3.6的信号为“0”，说明分度装置没有到位，但检查分度装置已经到位没有问题；接着检查到位开关B36，发现B36接近开关的位置有问题，与检测目标距离有些远，检测不到分度装置已到位信号。

故障处理：将B36接近开关位置调整好且紧固后，这时机床B轴正常回参考点没有问题，机床故障被排除。

图5-24 标志位F105.6的梯形图

图5-25 定时器T8的梯形图

图5-26 PLC输入I3.6连接图

【例5-38】 一台专用数控磨床经常加工出废品。

数控系统：西门子805系统。

故障现象：这台机床在自动磨削时经常出现废品，没有报警。观察故障现象，在自动磨削时，首先MARPOSS测量臂下来，到位后Z轴带动工件运动，直至工件接触上MARPOSS探头，面板上“ADJUST”指示灯亮，这时Z轴停止运动，测量臂抬起。但在出废品时，工件接触上MARPOSS探头后，机床Z轴继续向前运动，又走一段距离后，测量臂才抬起，Z轴后移，开始磨削加工，这时磨削的工件就成了废品。

故障检查与分析：根据机床工作原理，在正常工作时工件接触上探头后，“ADJUST”灯亮，系统记录下Z轴的实际位置数据，同时Z轴停止向前运动并后移，测量头抬起，这时进行磨削，工件尺寸正常。

根据故障现象，工件接触上探头后，“ADJUST”灯亮，说明MARPOSS测量仪工作正常。

根据机床工作原理，工件接触上探头后，MARPOSS测量装置发出信号，使PLC的输入I2.7的状态变成“1”，这时PLC控制“ADJUST”灯亮；工件脱离探头时，I2.7的状态马上变成“0”，“ADJUST”灯马上熄灭，观察PLC的运行状态，也确实如此，也说明MARPOSS工作正常。

对机床测量原理进行分析，工件的测量是NC加工程序与PLC用户程序配合完成的。NC加工程序中发出测量指令，PLC控制测量过程。在加工程序中测量部分程序如下：

M45是测量臂落下命令，M46是指示等待测量作用的命令，执行M46指令后，F38.6变成“1”之后继续向下执行，这时PLC用户程序起作用。

梯形图在线跟踪：从测量等待标志F38.6入手，对PLC梯形图进行分析。有关F38.6的梯形图如图5-27所示，在线观察该段梯形图的运行，当测量探头接触到工件，PLC输入信号I2.7的动合触点闭合，将到位信号Q87.3置“1”，并且将Z轴位置数据存储到参数R814中，然后进行磨削加工。故障状态下，Q87.3的状态为“0”没有变化，原因是F38.6的触点闭合不久就断开了，这时I2.7闭合后，Q87.3的状态不能改变。

图5-27 F38.6的梯形图（一）

继续观察关于F38.6的梯形图，如图5-28所示，在出故障时执行完M46命令后即变成“1”，但还没有执行N110语句时就变成“0”，发现是因为I2.7触点瞬间闭合导致F38.6（M46）复位。为此观察测量臂的运行，执行M45后，向下运动，到达水平位置时，又向上反弹，出故障时，反弹的力比较大，故可能是振动使I2.7瞬间变成“1”后又恢复成“0”，但已使M46复位。

图5-28 F38.6的梯形图（二）

图5-29 测量臂慢速下降控制原理图

故障原因可能是下降速度太快。测量臂下降是由液压系统控制的，分析液压系统，发现减速阀Y2.5是起减速作用的，受PLC输出Q2.5控制（见图5-29）。在测量臂下降时观察Q2.5的状态，发现一直为“0”没有变化，说明减速阀没有起作用。检查PLC的控制程序，其程序梯形图如图5-30所示。在下降时，PLC输入I2.5变成“1”，输出Q2.5就变成“1”了，而观察PLC的程序运行，在测量臂下降时，I2.5触点断开始终没有变化。

根据电气原理图，PLC输入I2.5接的是一个接近开关B25（见图5-31），是检测测头减速位置的无触点开关，当快到达水平位置时，B25应该有电，但在测量臂下降过程中观察，B25却一直没电，检查接近开关B25并没有问题，只是位置有些远，检测不到减速信号。

图5-30 测量臂慢速下降控制梯形图

图5-31 PLC输入I2.5的连接图

故障处理：调整接近开关B25的检测距离后，机床恢复正常工作。

【例5-39】 一台数控沟槽磨床加工程序中断。

数控系统：西门子810M系统。

故障现象：在自动加工中，工件磨削完之后修整砂轮时，带动砂轮的Z轴向上运动，停下后，砂轮修整器并没有修整砂轮，自动循环停止，但屏幕上没有报警指示。

故障检查与分析：根据机床的工作原理，在修整砂轮时，应该喷射磨削液，冷却砂轮修整器，但多次观察发生故障的过程，却发现没有磨削液喷射。根据切削液喷射电磁阀控制原理（见图5-32），磨削液的喷射是由电磁阀4SOL5控制的，而电磁阀是由PLC输出Q4.5的直流继电器控制的。

图5-32 切削液喷射电磁阀控制原理

在机床故障停机时，利用数控系统的DIAGNOSIS功能，在线观察PLC输出Q4.5的状态，发现其状态为“1”，没有问题，检查直流继电器K45也没有问题，接着检查电磁阀的线圈上有电压，因此证明电磁阀有问题。

故障处理：更换电磁阀，机床故障消除。

【例5-40】 一台数控沟道磨床B轴不回参考点。

数控系统：西门子3G系统。

故障现象：这台机床开机后X、Y轴回参考点正常，B轴不回参考点。

故障检查与分析：因为其他两个轴都回参考点，只有B轴不回参考点，所以检查与B轴相关的问题。手动移动B轴也不动，并且没有报警，怀疑B轴没有伺服使能。根据系统工作原理，Q72.3为B轴（第四轴）的进给使能信号。利用系统PC功能检查Q72.3的状态为“0”，说明确实没有伺服使能信号。

关于B轴伺服使能的梯形图如图5-33所示。对这些元件进行检查，发现F112.5、F129.6和F170.3的状态都为“0”，F129.6和F170.3的状态为“0”正常没有问题，F112.5的状态为“0”，导致B轴进给使能信号Q72.3为“0”。

图5-33 B轴伺服使能的梯形图

关于F112.5的梯形图如图5-34所示。观察这些元件的状态，发现F112.4的状态为“0”使标志位F112.5的状态为“0”。

图5-34 F112.5的梯形图

关于标志位F112.4的梯形图如图5-35所示。对这些元件进行检查发现F91.5的状态为“1”和F93.4的状态为“0”，使F112.4状态为“0”。

图5-35 标志位F112.4的梯形图

关于标志位F91.5的梯形图如图5-36所示。F17.6和F120.3的状态都为“0”，但F91.5是保持式标志位，需要复位才能变为“0”，复位的标志位也是F93.4，其状态为“0”，无法使F91.5复位。问题最后都集中到标志位F93.4上。

图5-36 标志位F91.5的梯形图

关于标志位F93.4的梯形图如图5-37所示。Q9.0的状态和I4.7的状态都为“0”，使F93.4的状态为“0”，无法置“1”。PLC输入I4.7连接的是分度到位检测接近开关B47（见图5-38），检查这个开关发现已经损坏，没有反映分度到位信号，更换新的开关后，I4.7变为“1”，但因为Q9.0的状态还是“0”，对F93.4的状态没有产生影响。

图5-37 标志位F93.4的梯形图

图5-38 PLC输入I4.7的连接图

故障处理：为了排除故障，用系统PC功能对F91.5强制输入“0”，使其复位为“0”，这

B轴进给使能信号为“1”，正常返回参考点。

【例5-41】 一台数控外圆磨床开机不回参考点。

数控系统：西门子805系统。

故障现象：这台机床在开机回参考点时，轴不动。

故障检查与分析：观察故障现象，开机后按JOG-REF键，然后按各轴方向键回参考点，3个轴都不动，这时仔细观察系统屏幕显示，发现按JOG-REF键时，屏幕上菜单没有转换，还是JOG菜单，没有转换到返回参考点操作方式。

根据系统的工作原理，PLC输出Q82.0～Q82.3为机床操作方式编码（见表5-1）。

表5-1 操作方式编码

回参考点操作生成代码是PLC用户程序来完成的，具体程序如下：

利用系统DIAGNOSIS功能检查这些元件的状态，发现标志位F140.0的状态为“0”，所以不能转换到回参考点方式。

关于标志位F140.0的梯形图如图5-39所示。对梯形图中的元件进行检查，发现PLC输入I88.0的状态始终为“1”，使标志位F140.0复位，尽管PLC输入I1.3和I87.4的状态为“1”，标志位F137.6的状态为“1”，使F140.0的状态先置位，但这个梯形图是复位优先。

根据机床工作原理，这台机床的轴操作按键和操作方式转换按键不是连接的标准面板，而是使用操纵盒，JOG和JOG-REF都有单独指定按键，并且接入PLC，如图5-40所示。JOG按键连入PLC输入I88.0，因为PLC输入I88.0的状态一直为“1”（这个开关按下时，应该为“1”，松开时应该为“0”），使系统始终处于手动状态。

图5-39 标志位F140.0的梯形图

图5-40 手动按钮连接图

故障处理：对手动JOG操作方式转换按钮进行检查发现触点粘连，进行处理后，机床恢复正常工作。