数控机床维修技巧详解

1.数控机床的常见故障分类

数控机床是一种复杂的机电一体化设备，其故障发生的原因一般都比较复杂，这就给故障诊断和排除带来不少困难。为了便于故障分析和处理，本节按故障发生的部位、故障性质及故障原因等对常见故障作如下分类。

（1）按数控机床发生故障的部件分类

1）机床本体故障。数控机床的机床本体部分，主要包括机械、润滑、冷却、排屑、液压、气动与防护装置。

因机械安装、调试及操作使用不当等原因而引起的机械传动故障和导轨副摩擦过大故障通常表现为传动噪声大，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，导轨润滑不良以及数控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表现在管路阻塞或密封不良，造成数控机床无法正常工作。

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、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、行程开关等元器件，以及由其所组成的电路发生故障。这一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。系统性故障通常指只要满足一定的条件或超过某一设定，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数控机床断电停机。又如：润滑、冷却或液压等系统由于管路泄漏引起游标下降到某一限值，必然会发生液位报警，使数控机床停机。再如：数控机床在加工中因切削用量过大达到某一限值时，必然会发生过载或超温报警，导致数控系统迅速停机。

因此，正确使用与精心维护数控机床是杜绝或避免这类系统性故障的切实保障。

2）随机性故障。随机性故障，通常指数控机床在同样的条件下工作时偶然发生的一次或两次故障。有的文献上称此为“软故障”。由于此类故障在条件相同的状态下偶然发生一两次，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。一般而言，这类故障的发生往往与安装质量、组件排列、参数设定、元器件品质、操作失误与维护不当，以及工作环境影响等因素有关。例如：接插件与连接组件因疏忽未加锁定，印制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，以及直流电刷接触不良所造成的接触不可靠等。另外，工作环境温度过高或过低，湿度过大，电源波动与机械振动、有害粉尘与气体污染等原因均可引发此类偶然性故障。

因此，加强数控系统的维护检查，确保电柜门的密封，严防工业粉尘及有害气体的侵袭等，均可避免此类故障的发生。

（3）按数控机床发生故障时有无报警显示分类

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。

a.硬件报警显示的故障。硬件报警显示指各单元装置上的警示灯（一般由LED发光管或小型指示灯等组成）有指示。在数控系统中有许多用来指示故障部位的警示灯，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、电源单元等部位以及光电阅读机、穿孔机等外设装置上常设有这类警示灯。一旦数控系统出现了故障，借助相应部位上的警示灯可大致分析判断出故障发生的部位与性质，这无疑给故障分析、诊断带来极大方便。因此，维修人员在日常维护和排除故障时应认真检查这些警示灯的状态是否正常。

b.软件报警显示的故障。软件报警显示通常是指显示屏（CRT）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，因此它一旦检测到故障，即按故障的级别进行处理，同时在CRT上以报警号的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。通常软件报警类型少则几十种，多则上千种，这无疑为故障判断和排除提供了极大的帮助。

上述软件报警包括来自NC的报警和来自PLC的报警。NC报警为数控部分的故障报警，可通过所显示的报警号，对照维修手册中有关NC故障报警及说明来确定产生该故障的原因。PLC的报警大多数属于机床侧的故障报警，显示由PLC的报警信息文本所提供，可通过所显示的报警号，对照维修手册中有关PLC故障报警信息、PLC接口说明，以及PLC程序等内容检查PLC有关接口和内部继电器状态，确定产生故障的原因。通常，PLC报警发生的可能性要比NC报警高得多。

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，因此分析诊断难度较大。例如在数控机床通电后，在手动方式或自动方式运行时，X轴出现爬行现象，且无任何报警显示；又如机床在自动方式运行时突然停止，而CRT上无任何报警显示；在运行机床的某轴时发生异常声响，一般也无报警显示等。一些早期的数控系统由于自诊断功能不强，尚未采用PLC控制器，无PLC报警信息文本，所以出现无报警显示的故障的情况会更多一些。

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。例如：X轴在运行时出现爬行现象，首先判断是数控部分故障还是伺服部分故障。具体做法是：在手摇脉冲进给方式中，可均匀地旋转手摇脉冲发生器，同时分别观察、比较CRT上Y轴、Z轴与X轴进给数字的变化速率。通常，如数控部分正常，则三个轴的变化速率应基本相同，从而可确定X轴的爬行故障是伺服部分还是机械传动所造成。

（4）按数控机床发生故障的原因分类

1）数控机床自身故障。这类故障是由数控机床自身的原因引起的，与外部使用环境条件无关。数控机床所发生的绝大多数故障均属此类故障，但应区别有些故障并非由机床本身而是由外部原因所造成的。

2）数控机床外部故障。这类故障是由外部原因造成的。例如，数控机床的供电电压过低，电压波动过大，电压相序不对或三相电压不平衡；环境温度过高；有害气体、潮气、粉尘侵入数控系统；外来振动和干扰，如电焊机所产生的电火花干扰等均有可能使数控机床发生故障。还有人为因素所造成的故障，如操作不当，手动进给过快造成超程报警，自动切削进给过快造成过载报警。又如由于操作人员不按时按量给机床机械传动系统加注润滑油，易造成传动噪声或导轨摩擦系数过大而使工作台进给超载。据有关资料统计，首次使用数控机床或由技能不熟练的工人来操作数控机床，在使用的第一年内，由操作不当所造成的外部故障要占1/3以上。

除上述常见故障分类外，还可按故障发生时有无破坏性分为破坏性故障和非破坏性故障；按故障发生的部位分为数控装置故障，进给伺服系统故障，主轴系统故障，刀架、刀库、工作台故障等。

2.数控机床维修的基本步骤

数控机床的维修一般可以分成：修前准备、现场工作与修后档案工作三个阶段。

（1）诊断与维修前的准备工作

为了掌握设备的工作原理与特性、常见故障的现象、机理与规律，必须熟悉系统结构与电气分布与连接情况。因此修前准备工作是必需的，包括技术准备、维修工具与仪器的准备，以及备件准备。

1）修前技术准备。包括查阅技术资料、查阅维修档案与画出相关的系统框图或动作流程图。

目的：充分掌握信息与寻找故障特征。

2）常用维修工具与仪器的准备。包括修理数控装置的常用仪表与电器检查的常用工具。(www.xing528.com)

3）备件准备。配备一套机床所需的各种规格的熔丝、电刷（若为直流电机）以及容易出故障的一些电器等。了解机床备件情况与物流信息。

（2）现场工作

现场的诊断与维修工作，包括的内容可概括如下：

1）现场调查。必须注重安全与效率两个方面，有三个基本步骤。

a.与操作员面对面地询问与调查。

b.机床外观检查与工作地环境调查。

c.无报警故障或无故障现象记录时在无危险的情况下可复演故障。

2）据理现象、判断类型。

a.根据数控机床工作原理与故障机理，来分析所寻到的故障特征。

b.故障类型判断：软/硬、机/电、强电/弱电故障。

c.故障大定位：判断故障发生部位是否在CNC系统/机床本体、CNC装置/PLC装置/伺服单元/位检系统/外围设备。

3）确定步骤。

a.从最怀疑的部位着手，遵守先简后繁、先软后硬、先机后电、先公后专、先一般后特殊、先查输入后查负载等诊断基本原则，来确定诊断步骤。

b.画出故障判断流程图，也就确定了具体工作的步骤。

c.确定每一步的有效诊断方法。注意充分利用机床的自诊断功能。

4）合理测试、故障定位。这部分工作，也可称为“故障点测试”。

被怀疑的故障部位，可称作故障点。故障点不一定就是故障源。报警点不等于故障点。所以，必须采用合理的测试手段与检测方法，来测试那些在诊断中被怀疑的程序段/点位/元器件等独立单元，以确定它们是否为真正的故障源，予以精确的故障定位——故障精定位。

5）排除故障、恢复设备。找出确切的故障成因，排除或移去真正的故障源，恢复设备。

注意：测出故障点，不一定需要“换件”。有些故障可以“复位”、“换位”、“定位”、“固位”、“纠错”、“排除干扰”或者简单地修改就可以恢复设备性能。

（3）修后档案工作

诊断与维修结束后必须给出诊断结果报告与维修报告。维修报告中包括诊断与维修时的调查与检查记录。一并存入维修档案。至此，一次维修工作才算结束。

无论是进口的还是国产的数控设备，调试阶段和用户维修服务阶段是数控设备故障的两个多发阶段。设备调试阶段是对数控机床控制系统的设计、PLC编制、系统参数的设置、调整和优化阶段。用户维修服务阶段，是对强电元件、伺服电动机和驱动单元、机械防护的进一步考核。

3.数控机床检修实例

【例8-1】配置某系统的XK715型数控立铣床，开机后不久出现403伺服未准备好，420、421、422号（X、Y、Z各轴超速）报警。

故障分析：

这种现象常与参数有关。检查参数后，发现数据混乱。将参数重新输入，上述报警消失。再对存储器重新分配后，机床恢复正常。

在排除某些故障时，对一些参数还需进行调整。因为有些参数（如各轴的漂移补偿值、螺距误差补偿值、KV系统、反向间隙补偿值、定位允差等）虽安装时调整过，但由于受加工的局限、加工要求或控制要求的改变，个别参数会有不适应的情况。同样，由于长时间的运行，机械传动部件会磨损，电器元件性能变化或调换零部件所引起的变化也需要对有关参数进行调整。

【例8-2】在配备FANUC-7CM数控系统的加工中心加工中，出现零件尺寸相差甚大，数控系统又无报警时，可使用功能程序测试法，将功能测试代码输入数控系统空运行。测试过程如图8-1所示。

图8-1 功能程序测试流程图

故障分析：

当运行到含有G01、G02、G03、G18、G19、G41等指令的四角带圆弧的长方形典型程序时，发现机床运行轨迹与所要求的图形尺寸不符，从而确认机床刀补功能不良。该系统的刀补软件存放在EPROM芯片中，调换该集成电路后机床加工恢复正常。