数控系统故障诊断方法与维护技巧

（1）数控系统的自诊断功能检查法

故障自诊断是CNC系统中十分重要的功能，当数控机床发生故障时，借助CNC系统的自诊断功能，可以迅速、准确地查明原因并确定故障部位。自诊断功能一般分为启动自诊断、在线自诊断和离线诊断。

1）启动自诊断。当CNC装置通电，系统自诊断软件对CNC装置中最关键的硬件和控制软件，如CPU、RAM、只读存储器（ROM）等芯片，MDI、监视器、I/O等模块，系统软件、监控软件等逐一进行检测，并将检测结果在监视器上显示出来。一旦检测通不过，即在监视器上显示报警信息或报警号，指明故障部位。当全部诊断项目都正常通过后，系统才能进入正常运行前的准备状态。启动诊断过程通常在一分钟内结束，有些采用硬盘驱动器的数控系统，因要调用硬盘中的文件，时间要略长一些。

启动自诊断可以将故障定位到电路板或模块，甚至可以定位到芯片。但是在多数情况下将故障原因定位在某一范围内，维修人员需要通过维修手册进一步查找故障原因并加以排除。维修人员要了解系统的自诊断所能检测的内容及范围，对于级别较高的故障报警，可以采取重新开机，让系统重新进行启动自诊断，检测关键部位是否正常。

2）在线自诊断功能。在线自诊断是在数控系统正常工作时，运行内部诊断程序，对系统本、伺服驱动单元、PLC以及与数控装置相连的其他外部装置进行自动检测，显示有关状态信息和故障信息。只要数控系统不断电，在线自诊断不停止。

数控系统具有丰富的在线自诊断功能，CNC系统的自诊断能力不仅能在监视器上显示故障报警信息，而且还能以多页的“诊断地址”和“诊断数据”的形式为用户提供各种机床状态信息。这些状态信息有：

①CNC系统与机床之间的接口输入/输出信号状态；

②CNC与PLC之间输入/输出信号状态；

③PLC与机床之间输入/输出信号状态；

④各坐标轴位置的偏差值；刀具距机床；

⑤参考点的距离；

⑥CNC内部各存储器的状态信息；

⑦伺服系统的状态信息；

⑧MDI面板、机床操作面板的状态信息。

充分利用CNC系统提供的这些状态信息，就有可能迅速准确地查明故障、排除故障。

在线自诊断是对数控机床各部位的状态进行检测，当机床发生故障时，故障部位的状态信息发生变化，通过这些变化能较准确地确定故障的起因和部位。20世纪80年代以来，一些数控系统采用内装式PLC，PLC自诊断监控功能可将接口、内部继电器、定时器等状态信息通过梯形图直观地显示出来，为维修提供了方便。

3）离线诊断。早期的一些数控机床出现故障时，要停机使用随机附带的专用诊断纸带对系统进行离线诊断。离线诊断时将纸带上的诊断程序读入数控装置的RAM中，由数控系统运行诊断程序，对故障部位进行检测。离线诊断一般是对以下部分进行检测：CPU、RAM、轴控制口和I/O接口、纸带阅读机等。在进行离线诊断时，原先存放在RAM中的系统程序、数据以及零件加工程序会被清除，离线诊断后要重新输入系统程序、数据以及零件加工程序。

（2）功能程序测试法

功能程序测试法是将数控系统G、M、S、T、F功能的全部使用指令编成一个试验程序，故障诊断时运行这个试验程序。功能程序测试法常应用于以下场合：

1）在机床加工中出现废品，无法确定是由于加工程序错误、操作不当还是数控系统本身的故障引起。

2）数控系统出现随机故障，难以区别是外来干扰，还是系统稳定性不好引起的。

3）闲置时间较长的数控机床恢复使用时和对数控机床进行定期检修后。

（3）参数检查法

数控系统的参数是经过试验和调整而取得的重要数据，通常存放在由电池保持的RAM中，当电池电压不足、数控装置受干扰或数控系统长期不通电，数控系统的参数可能会丢失或出错，影响机床的正常工作。因此，参数检查是故障诊断的重要方法之一。

（4）交换法

交换法是在数控系统中，将相同型号的电路板、模块、集成电路和其他零部件进行交换，观察故障转移情况，确定故障部位。

当数控系统某个坐标轴出现运动不正常，如爬行、抖动、时动时不动、一个方向动另一个方向不动等故障时，可以采用换轴法来确定故障部位。交换法也可以通过改变参数设置或PLC程序来实现，这种使用软件交换的方法更为方便。

（5）备板交换法

利用备用电路板、模块、集成电路芯处及其他元器件替换有疑点的部位，是一种快速而简便找出故障的方法。有时若无备板，可借用同型号系统上的电路板来试验。备板置换前，应检查有关部分电路，以免由于短路造成好板损坏，还应检查试验板上的选择开关和跨接线是否与原板一致，有些还应注意板上电位器的调整。在置换计算机的存储板后，往往需要对系统作存储初始化操作，输入机器参数等，否则系统仍不能正常工作。

（6）隔离法(www.xing528.com)

有些故障，如轴抖动、爬行，一时难以区分是数控部分故障，还是伺服系统或机械部分故障造成的。通常可采用隔离法，将机电分离，数控与伺服分离，或将位置闭环分离作开环处理。这样，复杂的问题就简单了，就能较快地找到故障原因。

（7）升降温法

人为地将元器件温度升高（应注意器件的温度参数）或降低，加速一些温度特性较差的元器件产生“病症”或使“病症”消除来寻找故障原因。

例如，CNC系统因故中断又无报警显示，经分析，故障原因在CPU控制系统上的可能性比较大。查位控板（01GN710），发现该板上的红色LED发光警示故障，提示位控环或CPU系统存在异常。

经检查连接电路无异常，更换位控板后试机，故障依旧，故确诊CPU板已坏。因该故障的特点是系统中断后，断电停机冷却10多分钟后又能重新启机工作，估计引起该故障的原因系CPU板上的某个元器件温度特性太差。因无备板可供试机，故采用手背触摸CPU板上元器件温升情况的方法（采用此方法必须注意安全，虽然弱电不足为患，但仍应站在绝缘垫上，采用单手触摸方法，尤其是在通电状态下检查电源板时更应如此，以防强电窜入）。

经仔细检查，发现CPU板上的ROM存储器区域有两块ROM集成电路块（型号MB7122E）的温升异常（与同板同型号的其他12块集成块相比较）。为进一步确诊芯片好坏，用酒精棉球不断冷却这两块集成块，结果冷却时故障始终没有发生，一旦停止冷却数分钟后，故障即发生，证实上述判断正常，经调换这两块ROM集成电路块后故障排除。

（8）敲击法

数控系统由各种电路板和连接插座组成，每块电路板上含有很多焊点，任何虚焊或接触不良都可能引起故障。用绝缘物轻轻敲打有接触不良疑点的电路板、插件或元器件时，若机器出现故障，则故障很可能就在敲击的部位。

（9）对比法

本方法是以正确的电压、电平或波形与异常的相比较来寻找故障部位。有时还可以将正常部分试验性地造成“故障”或报警（如断开连线，拔去组件），看其是否和相同部分产生的故障现象相似，以判断故障原因。

机床数控系统在运行一段时间之后，难免会出现一些故障，维护状况较好的数控系统的故障率相对较低。系统在运行过程中出现一些不正常现象，应及时维护和维修，如级别较低的报警，虽然不影响系统一时运行，但是如果不及时进行维护和排除，就有可能造成大的事故。例如，电网质量差，电压波动大，如果对此现象不重视，数控系统长期在恶劣的供电环境中运行，会造成主要模块烧毁的严重后果。做好预防性的维护工作是使用好数控机床的一个重要环节，数控维修人员、操作人员及管理人员应共同做好以下工作。

（1）严格遵循操作规程

数控系统编程、操作和维修人员必须经过专门的技术培训，熟悉所用数控机床的数控系统、强电配置、机械、液压、气动等部分的原理和结构，按机床和系统使用说明书的要求，正确合理地操作使用数控系统和机床，避免因使用不当而引起的故障。

（2）防止数控装置过热

定期清理数控装置的通风散热系统。应经常检查数控装置上各冷却风扇工作是否正常，应视车间环境状况，每半年或一个季度检查清扫一次，具体方法如下：

1）拧下螺钉，拆下空气过滤器；

2）在轻轻振动过滤器的同时，用压缩空气由里向外吹掉空气过滤器内的灰尘；

3）过滤器脏时，可用中性清洁剂（清洁剂和水的配方为5∶95）冲洗（但不可揉擦），然后置于阴凉处晾干即可。

环境温度过高造成数控装置内温度超过40℃时，不利于数控系统正常工作，如果数控机床环境温度高，应改善通风散热条件，有条件的要加装空调装置。

（3）经常检测电网电压

数控系统允许的电网电压范围为额定值的-15%～+10%，如果超出此范围，轻则使数控系统不能稳定工作，重则会造成重要电子部件损坏。因此，要经常注意电网电压的波动。对于电网质量比较恶劣的地区，应及时配置数控系统专用的交流稳压电源装置。

（4）防止灰尘进数控系统

除了进行检修外，应尽量少开电气柜和强电柜门。如果空气中飘浮的灰尘和金属粉末落在印制电路板和电气接插件上，容易造成元件间绝缘电阻下降，甚至使元件损坏。有些数控机床的主轴控制系统安置在强电柜中，就有可能引起主轴控制失灵。当夏天气温过高时，有些使用者干脆打开数控柜门，用风扇往数控柜中吸风，由于数控设备周围金属粉尘大，更应注意防止外部尘埃进入数控柜内部。

一些已受外部尘埃、油雾污染的电路板和接插件可用专用电子清洁剂喷洗。在清洁接插件时可对插孔喷射足够的液雾后，将原插头或插脚插入，再拔出，即可将脏物带出，可反复进行，直至内部清洁为止。接插部位插好后，多余的喷液会自然滴出，将其擦干即可。经过一段时间之后自然干燥的喷液会在非接触表面形成绝缘层，使其绝缘良好。在清洗已污染的电路板时，可用清洁剂对电路板进行喷洗，喷完后将电路板竖放，使尘污随多余的液体一起流出，待晾干后即可使用。

（5）存储器用电池定期检查和更换

数控系统中部分互补金属氧化物半导体（CMOS）存储器中的存储内容在断电时靠电池供电保持。一般采用锂电池或可充电的镍镉电池。当电池电压下降至一定值时就会造成参数丢失。因此，要定期检查电池电压，当该电压下降至限定值或出现电池电压报警时，应及时更换电池。更换电池时一般要在数控系统通电状态下进行，这样才不会造成存储的参数丢失。一旦参数丢失，在调换新电池后，可重新将参数输入。

（6）数控系统长期不用时的维护

当数控机床长期闲置不用时，也应定期对数控系统进行维护和保养。首先，应经常将数控系统通电，在机床锁住不动的情况下，让其空运行。在空气湿度较大的梅雨季节应该天天通电，利用电器元件本身的发热驱走数控柜内的潮气，以保证电子部件的性能稳定可靠。长期停置不用的机床，在梅雨天后开机往往容易发生各种故障。如果数控机床闲置半年以上不用，应将直流伺服电动机的电刷取出来，以免由于化学腐蚀作用，使换向器表面腐蚀，换向性能变坏，甚至损坏电动机。