三数控机床故障分类、诊断及排除方法

数控机床是一种技术复杂的机电一体化设备，通常由电气控制、机械传动控制、液压传动控制等系统组成，它们之间相互制约，相互关联，其故障发生的原因一般都比较复杂，每一个部分出现故障时都会影响整个机床的运行状态。当数控系统发生故障时，可利用相应程序诊断出故障源所在范围或具体位置。

一、数控机床故障分类

1.按数控机床发生故障的部件分类

（1）主机故障 数控机床的主机部分，主要包括机械、润滑、冷却、排屑、液压、气动与防护装置。常见的主机故障是因机械安装、调试及操作使用不当等原因引起的机械传动故障与导轨副摩擦过大故障。故障表现为传动噪声大，加工精度差，运行阻力大。例如，传动链的挠性联轴器松动，齿轮、丝杠与轴承缺油，导轨塞铁调整不当，导轨润滑不良以及系统参数设置不当等原因均可造成以上故障。尤其应引起重视的是，机床各部位标明的注油点（注油孔）须定时、定量加注润滑油（脂），这是机床各传动链正常运行的保证。另外，液压、润滑与气动系统的故障主要是管路阻塞或密封不良，引起泄漏，造成系统无法正常工作。

（2）电气故障 电气故障分弱电故障与强电故障。弱电部分主要指CNC装置、PLC控制器、CRT显示器以及伺服单元、输入/输出装置等电子电路，这部分又有硬件故障与软件故障之分。硬件故障主要是指上述各装置的印制电路板上的集成电路芯片、分立元件、接插件以及外部连接组件等发生的故障。常见的软件故障有加工程序出错，系统程序和参数的改变或丢失，计算机的运算出错等。强电故障是指继电器、接触器、开关、熔断器、电源变压器、电磁铁、行程开关等电子元器件及其所组成的电路故障。这部分的故障十分常见，必须引起足够的重视。

2.按数控机床发生故障的性质分类

（1）系统性故障 是指只要满足一定的条件或超过某一设定的限度，工作中的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，液压系统的压力值随着液压回路过滤器的阻塞而降到某一设定参数时，必然会发生液压系统故障报警使系统断电停机；在加工中因切削用量过大达到某一限值是必然会发生过载或超温报警，导致系统迅速停机等。

（2）随机性故障 是指在同样的条件下工作时只偶然发生一次或两次的故障。由于此类故障在各种条件相同的状态下只偶然发生一两次，因此，随机性故障的原因分析与故障诊断较其他故障困难得多。一般情况下，这类故障的发生往往与机械结构的局部松动、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等诸因素有关。如电路板上的元器件松动变形或焊点虚脱，继电器触点、各类开关触头因污染锈蚀以及直流电刷不良等所造成的接触不可靠等。

3.按数控机床发生故障的有无报警显示分类

（1）有报警显示的故障 这类故障又可分为硬件报警显示与软件报警显示两种。

1）硬件报警显示故障。硬件报警显示故障是指各单元装置上的警告灯的指示。在数控系统中有许多用以指示故障部位的警告灯，如控制操作面板、位置控制印制电路板、伺服控制单元、主轴单元、电源单元等常外设警告灯。一旦数控系统的这些警告灯指示故障状态后，借助相应部位上的警告灯均可大致分析判断出故障发生的部位与性质。

2）软件报警显示故障。软件报警显示通常是指CRT显示屏上显示出来的报警号和报警信息。由于数控系统具有自诊断功能，一旦检测到故障，即按故障的级别进行处理，同时在CRT上以报警号形式显示该故障信息。这类报警显示常见的有存储器警示、过热警示、伺服系统警示、轴超程警示、程序出错警示、主轴警示、过载警示以及短路警示等。

（2）无报警显示的故障这类故障发生时无任何硬件或软件的报警显示，但机床却是在不正常状态，如机床通电后，手动方式或自动方式运行X轴时出现爬行现象，而CRT显示器上无任何报警显示。还有在运行机床某轴时发生异常声响，一般也无报警显示等。对于无报警显示故障，通常要具体情况具体分析，要根据故障发生的前后变化状态进行分析判断。

4.按数控机床发生故障的原因分类

（1）破坏性故障 这类故障的发生会对机床和操作者造成侵害导致机床损坏或人身伤害，如飞车、超程运动、部件碰撞等。

（2）非破坏性故障 大多数故障属于此类故障，这种故障往往通过“清零”即可消除。维修人员可以重现此类故障，通过现象进行分析、判断。

二、数控机床的故障诊断及排除方法

数控机床系统出现报警，发生故障时，维修人员不要急于动手处理，而应多进行观察，应遵循两条原则。一是充分调查故障现场，充分掌握故障信息，从系统的外观到系统内部的各个印制电路板都应细心察看是否有异常之处。在确认数控系统通电无危险的情况下，方可通电，观察系统有何异常，CRT显示哪些内容。二是认真分析故障的起因，确定检查的方法与步骤。目前所使用的各种数控系统，虽有各种报警指示灯或自诊断程序，但智能化的程度还不是很高，不可能自动诊断出发生故障的确切部位。往往是同一报警号可以有多种起因。因此，分析故障时，无论是CNC系统，还是机床强电、机械、液压、气动等装置，只要有可能引起该故障的原因，都要尽可能全面地列出来，进行综合判断。对于数控机床发生的大多数故障，总体上来说可采用下述几种方法来进行故障诊断及排除。

1.直观法

直观法是最基本的方法，也是最简单的方法。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，以及认真检查系统的每一处，观察有无烧毁和损伤痕迹，往往可将故障范围缩小到一个模块，甚至一块印制电路板，但这要求维修人员具有丰富的实践经验以及综合判断的能力。

2.PLC检查法

（1）利用PLC的状态信息诊断故障 PLC检测故障的机理是通过机床厂家为特定机床编制的PLC梯形图，根据各种逻辑状态进行判断，对一些PLC产生报警的故障或一些没有报警的故障，可以通过分析PLC的梯形图对故障进行诊断，利用CNC系统的梯形图显示功能或者机外编程器在线跟踪梯形图的运行，从而提高诊断故障的速度和准确性。

（2）利用PLC梯形图跟踪法诊断故障数控机床出现的绝大部分故障都是通过PLC程序检查出来的，有些故障可在屏幕上直接显示出报警原因，对于有些故障虽然在屏幕上有报警信息，但并没有直接反映报警的原因，还有些故障不产生报警信息，只是有些动作不执行。遇到后两种情况，跟踪PLC梯形图的运行是确诊故障很有效的方法。(www.xing528.com)

3.诊断程序法

用诊断程序进行故障诊断一般有三种形式：启动诊断、在线诊断及离线诊断。

（1）启动诊断 是指将数控系统每次从上电开始到进入正常的运行准备状态为止，系统内部诊断程序自动执行的诊断。诊断的内容为系统中最关键的硬件和系统控制软件，如CPU、存储器、I/O单元等模块以及CRT/MDI单元、纸带阅读机、软盘单元等装置或外部设备。

（2）在线诊断 指通过数控系统的内装程序，在系统处于正常运行状态时，对系统本身以及与数控装置相连的各个伺服单元、伺服电动机、主轴伺服单元和主轴电动机及外部设备等进行自动诊断检查和故障信息显示。

故障信息显示的内容一般有上百条，最多可达600条。其中许多信息大都以报警号和适当注释的形式出现。一般可分成以下几大类：

1）软件故障类，如过热报警、系统报警、存储器报警、编程/设定等。

2）连接故障类，如行程开关报警、印制电路板间报警等。

（3）离线诊断 是利用专用的检测诊断程序进行，目的是对故障点进行大致定位，力求把故障定位在尽可能小的范围内。现代CNC系统的离线诊断用软件，一般已与CNC系统控制软件一起存在CNC系统中，这样维修诊断时更为方便。

1）通信诊断。用户将CNC系统中专用通信接口连接到普通电话线上，再将专用通信诊断计算机的数据电话也连接到电话线路上，然后由计算机向CNC系统发送诊断程序，并将测试数据输回到计算机进行分析并得出结论。

2）自修复系统。配置备用模块后，则系统能自动使故障模块脱机而接通备用模块，从而使系统较快地进入正常工作状态。

3）专家诊断系统。具有AI（人工智能）功能的专家故障诊断系统，在处理实际问题时，通过具有某个领域的专门知识的专家分析和解释数据并作出决定。

数控系统是涉及多个应用学科且十分复杂的综合系统，但故障诊断是遵循一定规律的，需要综合运用各个方面的知识进行判断和处理，一般操作者只需要处理与操作有关的故障与报警问题。

4.参数检查法

在数控系统中有许多参数（机床数据）地址，其中存入的参数值是机床出厂时通过调整确定的，它们直接影响数控机床的性能。

5.换板法

就是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制电路板、模板、集成电路芯片或元器件替换有疑点的部分，甚至用系统中已有的相同类型的部件来替换，从而把故障范围缩小到印制电路板或芯片一级。这实际上也是在验证分析的正确性。

6.测量法

测量法就是使用万用表、示波器、逻辑测试仪等仪器对电子线路进行实际测量。

7.分析法

根据数控系统的组成原理，可从逻辑上分析出各点的逻辑电平和特征参数（如电压值或波形等），然后用万用表、逻辑测试仪、示波器等对其进行测量、分析和比较。

8.经验法

就是维修人员根据自己的知识和经验对故障进行深入具体的诊断，根据故障现象判断出故障诊断的方向。