数控机床电气故障诊断实例分享

实例1：行程开关不能复位引起的急停报警

XK5020数控铣床配备的是FANUC-0i mate系统。机床运行中，突然出现急停报警，按强电复位键不能复位，机床锁住。由电气原理图7-117可知，不能复位的原因主要有以下几点：

①QF3、QF4空气开关脱扣。

②接触器KM1、继电器KA1、复位按钮故障，PLC急停信号不能复位。

③行程开关SQ2、SQ3、SQ4、SQ5故障。

图7-117 机床复位电路

检查QF3、QF4空气开关未脱扣，工作正常。若一直按住复位按钮不松手，KM1、KM2能正常吸合，KA2也能正常吸合，工作台可正常运动，因此排除KA1、KA2、复位按钮、PLC急停信号不能复位的问题。怀疑行程开关接触不良，检查各行程开关，按几下SQ3后再按复位按钮，急停报警消失（+X硬限位行程开关）。之后往+X方向超程一次，又不能复位，因此怀疑是此行程开关不能正常复位。拆下行程开关，发现触点间有污垢，接触不良，清洗后问题解决。

实例2：开关的电源对地短路故障维修

某数控铣床配备SINUMERIK 802D系统。在加工过程中系统突然断电，但电源指示灯亮；重新按启动按钮时，指示灯灭；松开按钮后，电源指示灯又亮，显示器无显示。

从故障现象看，电源指示灯亮，则+24V开关电源本身没有问题，而是按下启动按钮后+24V开关电源保护引起的故障，初步怀疑电源负载端短路。图7-118是与24V开关电源相关的电气原理图，KA2为控制电源继电器，KM1为驱动电源控制接触器，可见系统24V电源供电及驱动电源都与KA2有关。首先采用替代法，更换KA2后，故障现象依旧。用万用表检测KA2各引脚，发现引脚“L+”对地短路。去掉KA2继电器引脚“L+”，按下SB1启动按钮，KA2正常动作，KM1动作，驱动能正常启动。KA2本身无故障，而是“L+”后负载对地短路故障。先后拔掉CPU、PP72/48板24V电源接口，但故障现象依旧。

图7-118 电源电气接线图

一一检测刀具夹紧开关“L+”，X、Y、Z行程开关“L+”、润滑液面低“L+”，发现Y轴限位行程开关SQ2的“L+”对地短路，拔掉此线后开机，系统正常启动，但出现Z轴硬限位报警，而不是Y轴硬限位报警，这应该是电气图样有问题。拆开主轴上的盖板，发现Z轴限位行程开关电源线已被磨破，并和箱体接触对地短路。主要原因是由于结构限制，行程挡块设计为固定，行程开关运动时，导线也随行程开关一起运动，因操作超程导致导线在行程开关上的固定夹片破坏，从而使导线移动位置不固定，以致和箱体接触摩擦而磨破。重新安装固定夹片，用绝缘胶包好磨破部分，问题解决。

实例3：JET-40H立式加工中心，控制系统采用FANUC 18i系统，主轴转动采用FANUC AC主轴伺服电动机配合德国ZF双段式齿轮箱，齿轮箱换挡由24V直流电磁阀控制。能满足通常的内圆面、外圆面、螺旋面、螺纹、型腔及复杂3D曲面的铣削加工，系统刚性强、可靠性好、精度高、寿命长，是机械加工的较佳选择。

故障现象：换刀过程中，当程序执行到“刀库后退”时，监视器显示为1009号报警。按下复位开关，机床又可以正常工作。这种现象随机发生，不是每次换刀都出现。刀库回位过程中，刀库振动较大。

故障分析：查维修手册可知，1009报警为刀库上（X1010.2）、下（X1010.3）位置错误，刀库位置上、下极限开关无法正确动作。分析出现此故障的原因，有以下四种可能：

①刀库的换刀宏程序被修改。

②刀库上、下开关的信号线接触不良。

③刀库的接近开关表面不洁，沾有油污、铁屑。

④接近开关的挡块处于临界位置。

故障处理：

①取消保护程序开关，调出宏程序，进行校对，检查正常。

②将方式开关打在自动方式，在单段方式下执行宏程序，按照正常换刀程序，单步执行换刀动作。检查正常，说明信号线接触良好。

③用人为方式挡住或放开接近开关，通过PLC图检查接近开关，有0、1信号输出，说明接近开关能正常工作。

④观察换刀过程中振动较大，怀疑接近开关挡块的紧固螺钉松动，拆开挡块发现果然如此。因挡块的安装螺纹孔为可调位置的腰眼孔，当紧固螺钉松动时，在机械振动等作用下，使两接近开关之间的距离变小，刀库还没有脱离接近开关1，已经挡住接近开关2，故发生故障报警。

经调整两接近开关挡块之间的距离并紧固螺钉后，重新起动执行自动换刀，机床恢复正常。

实例4：一台德国产立式动立柱高速加工中心，配GE FANUC 21i系统，除X轴、Y轴、Z轴和主轴外，还配置了第四轴和第五轴。该机床快移速度为60m/min，切削进给速度为2.4m/min以上，任意点可换刀，换刀时间小于1s，加工效率是普通加工中心的7～8倍。

故障现象：机床自交机验收后，加工中偶尔出现第五轴未夹紧信息，引发进给停止，删除信息后可继续加工，发生频率逐渐由一天一次上升到一天几次。后来此信息转为报警，按RESET键才可消除，程序需从中断点重新执行，才可继续加工。此故障严重影响了生产的正常进行。该机床四、五轴为液压锁紧式，转动时放松，加工时锁紧。通过检修，发现可换触点组合常开点分断不畅。更换此触点组合后开机试验，故障排除。(www.xing528.com)

故障分析：此例中，系统、PMC运行良好，感测元件、执行元件动作正常，由于继电器质量欠佳、触点粘连，导致DC24V直接加到电磁阀线圈而不受系统控制，从而引发故障。正是从机床诊断信息出发，结合PMCI/O状态，从中发现了问题，找到了故障器件。

实例5：某型号五轴联动龙门铣床，采用SINUMERIK 840D数控系统，进给轴和主轴全部采用数字驱动的交流电动机。龙门移动分主动、从动两个坐标（即X1、X2轴），都采用海德汉LB382C光栅尺，电动机为SIMODRIVE 1FT6交流伺服电动机，内部为绝对编码器。经过一段时间的使用，发现X轴定位精度有些不准，并且龙门出现“迈步”现象，加工出的工件有所反映。

处理办法：首先处理龙门“迈步”现象，观察数控系统服务状态显示，发现X1、X2轴第1测量系统（即电动机编码器反馈）相差0.42mm、第2测量系统（即光栅尺反馈）几乎不差。

要调整龙门平行的问题，必须要调整机械配合。通过对几何精度的检测，可以知道X1、X2倾斜程度，不能只看机床测量系统，否则容易把倾斜的方向搞反，调整后造成更大的倾斜。机床设计X1、X2轴第1测量系统是绝对编码器数值差不能大于0.5mm，否则会出现NC及PLC的龙门同步报警，即使更改NC参数，报警也消除不掉，机床无法开动。经分析PLC也参与了控制，使得驱动使能无法给出，这样对机床的保护更加完善，但是维修也更困难了。

对于小于0.5mm的误差（无报警），可以采取两种方法来调整龙门平行度：第一种方法是直接更改其中一个轴第2测量系统的参考点的偏置参数（MD34090），回参考点后，自动纠偏，通过机械检测来逐步调平，该种方法较为简单，不同位置调整的效果可能不一样；第二种方法是龙门倾斜多是由于X1、X2轴其中之一的光栅尺精度误差引起的，可以进行精度检测和补偿，该种方法比较麻烦，但是比较精确。

对于大于0.5mm的误差（有报警），如果龙门倾斜过多（>1mm），可以采取解除龙门同步耦合，通过机械检测，单独断开其中一个轴来纠正偏差，注意不能开错方向，否则容易造成机械损害。解开龙门耦合后，报警就不封锁单轴移动了。如果倾斜不太多，可以先消除报警，然后采用更改参数（MD34090）回参考点的方式来纠偏即可。至于取消报警，可以更改第2测量系统的偏置参数（MD34090），使得检测的偏差小于0.5mm即可。

实例6：例5所示的龙门铣床数据备份回装时，出现B轴、C轴、B1轴硬件编码器错误报警，机床无法开动。

处理办法：经分析发现，上述三轴均为铁头上的附加轴，于是想到了PARKZNG轴的问题，即有机床需要卸掉式装载某些轴，如铁头上的轴，这时要插拉编码器电动机电源插座，又不希望操作者改以上相关参数，这时可以把该轴设为PARKZNG轴。

经查机床PLC程序交差对照表，发现B、C、B1轴、PARKZNG轴对应标志位分别是M200.3、M202.3、M24.3，把这些标志位强制设为“1”，报警消除。强制标志位的效果是同时复位该轴的DBB3X、DBX1.5和1.6。

实例7：例5所示的龙门铣床，横梁是由W1轴和W2轴双电动机、双光栅、全闭环控制，由光栅尺随时检测是否同步，保持水平状态，并且每个轴不仅电动机内部有抱闸，丝杠端部也有制动抱闸。机床投入使用4个多月时，出现超温，先出现W轴不同步，接着出现W1轴电动机驱动器故障等多个报警。此时发现W1、W2轴位置相差0.7～0.8mm，复位，改成半闭环，调整两轴水平后，故障消除，但不久又出现上述报警，有时重新送电又可消除，反复多次观察W1轴，电动机温度瞬间升高到120°，出现超温报警。

由于怀疑是W1轴抱闸没打开，测量柜内线电压为+24V，没问题，送电后抱闸打开时有声音，应该说抱闸有动作。于是又怀疑是否机械有松动导致W1轴下沉，使W1、W2轴不平衡或抱闸没完全打开，导致过载，经检查机械没松动。然后从电气原理图发现，控制机械抱闸的电缆经插头转接，是否转接有问题？经过查找，发现了转接插头，拆开后送电量，插针电压为21.4V，再拆开发现接线压得不紧。拧开后，反复试车没有问题。分析原因是由于接线有时虚连，使电压有波动，导致抱闸时松时夹，出现上述问题。

实例8：电源故障。

电源是整个机床正常工作的能量来源。常用的数控和伺服系统，如西门子系统、海德汉系统等是由德国等西方国家设计制造的，由于他们国家的电力充足，电网质量高，因此其电气系统的电源设计考虑较少，而对于我国有较大波动和高次谐波的电力供电网来说就略显不足，再加上某些人为的因素，难免出现由电源引起的故障，轻者会造成数据丢失、系统死机，重者会毁坏系统局部甚至全部。

一台德国产DMU60P加工中心在加工时，由于厂房改造，旁边有一台大功率焊机突然开始焊接，造成该设备死机，重启后，系统提示“硬盘系统文件丢失”，系统无法正常启动，只好更换硬盘并重新安装系统。

一台数控车床（SINUMERIK 810D系统），开机后出现报警“NC/PLC无法连接”，经检查，系统NCU单元指示灯和数码管均没有显示，而与之供电的电源模块输入电压用万用表测量正常。打开电源模块后发现，模块内部主接触器常闭的辅助触点烧黑，接触电阻过大，达到100多kΩ，造成上电后内部5V和24V电源电路无法启动，无法给NCU单元供电。更换此接触器后，系统启动恢复正常。分析其原因，可能是在开关机时，电网电压冲击过大造成的。

为了避免上述案例的发生，在给数控机床供电时应尽量做到以下几点：

①提供独立的配电箱而不与其他设备串用。

②在资金允许的情况下，应尽量配备三相交流稳压装置。

③电源始端有良好的接地。

④进入数控机床的三相电源应采用三相五线制，中线（N）与接地（PE）严格分开。

实例9：一台国产龙门加工中心，采用的是SINUMERIK 840D系统，使用几年后X轴在高速进给时振动严重，通过清洗光栅、检查机械传动后没有发现问题，于是认为系统参数应该适当调整，通过降低伺服增益参数32200的值，振动现象消除。

机床在加工时，有时候会出现工件质量变差，甚至在一定速度下运动会有抖动，这其中有很大可能是由于机床长时间使用，机械传动系统间隙过大甚至磨损严重，或者导轨润滑不充分甚至磨损造成的；对于电气控制系统来说则可能是速度环、位置环和相关参数已不在最佳匹配状态，应在机械故障基本排除后重新进行最佳化调整。

实例10：SINUMERIK 802S数控系统工作时，显示器突然不显示，电源指示灯、工作指示灯突然熄灭，系统停止工作。按下急停按钮后车床断电，再次恢复系统供电后，电源指示灯指示正常；按下系统启动按钮后，电源指示灯、工作指示灯均不亮，显示器不显示。

故障分析：SINUMERIK 802S数控系统采用24V直流开关电源供电，造成显示器不显示的原因有：24V直流开关电源故障；熔断器及直流供电电路故障；数控系统硬件故障。分析时首先检查电源指示灯，若指示灯亮，说明开关电源供电正常；若不亮，应检查开关电源输出的24V直流电压。若输出电压过低，应检查开关电源220V的输入电压；若无交流电压输入，应查找开关电源的交流供电电路；若开关电源输入交流电压正常，但输出电压为0V，则故障在开关电源，应更换新的开关电源。

故障排除：检查开关电源输出电压正常，故检查数控系统的熔断器，一切正常，考虑可能是数控系统的故障。于是再次通电检查，发现按下启动按钮前，电源指示灯亮，开关电源输出正常；按下启动按钮后，电源指示灯和工作指示灯都不亮，测量开关电源的输出电压值，输出电压变为零。经研究发现，电源指示灯和工作指示灯都由开关电源供电，电源指示灯直接由开关电源供电，其他直流用电设备均经过继电器的常开触点供电。产生上述现象的原因可能是继电器常闭触点之后的线路中存在短路，因此用逐条电路切断法检查短路存在的部位。当切断Z轴限位开关的电源线L+后，短路现象消失。拆开限位开关后检查，切削液进入限位开关内部，造成接线端子锈蚀，使L+与M短路。更换限位开关后，系统工作一切正常。

实例11：采用FANUC 0iB系统的ZH713立式加工中心工作中换16号刀时，Z轴停在换刀点后设备无任何动作，无报警显示。

该加工中心有一配有16把刀的鼓轮式刀库，ATC自动换刀，三轴联动。由于故障无报警信息，只有从设备动作时序入手加以解决。加工中心正常工作时，Z轴回到换刀基准点位置后，主轴电动机应运转至准停位置，由此初步怀疑主轴电动机故障。在MDA方式下编制主轴运转程序，循环起动主轴电动机，运转正常。在线观察、分析系统运行刀库换刀程序，发现缺少紧刀信号，致使主轴电动机无法运转，换刀动作不能完成。调出系统输出/输入状态表，手动反复按压上刀按钮，发现第5位紧刀信号状态始终为1（正常应在0、1间变化）。拆下紧刀开关，其常开触头铜片氧化、弹性不够、接触不良，清洗弯曲后用万用表测量触头接触良好，重新安装紧刀开关，给机床送电，再次按上刀按钮，原信号状态在0、1间变化。在MDA方式下编制换刀程序，循环起动，加工中心换刀工作正常。