数控车床维护保养及常见故障处理详解

【任务描述】

任务要求：对车床进行以下常规维护保养并做好登记：清除表面污渍；在加油孔位置加注润滑油；检查皮带情况；检查齿轮箱及润滑油是否合格；清洁电柜箱。

【知识目标】

1.熟悉数控车床使用中应注意的问题。

2.熟悉数控系统的维护保养。

3.熟悉数控车床机械部件的维护保养。

4.熟悉数控车床的日常维护保养。

【能力目标】

1.能进行数控车床的日常维护保养。

2.能进行简单的数控车床故障排除。

【相关知识】

1.数控车床使用中应注意的问题

1）数控车床的使用环境

一般来说，数控车床的使用环境没有什么特殊要求，可同普通车床一样放在生产车间里，但要避免阳光直接照射和其他热辐射，避免太潮湿或粉尘较多的场所，特别要避免有腐蚀性气体的场所。腐蚀性气体最容易使电子元件腐蚀变质，使电子元件接触不良或造成元件间短路，影响车床正常运行。要远离振动大的设备，如压力机、锻压设备等。

2）电源要求

数控车床对电源也没有什么特殊要求，一般都允许波动±10%，但是因我国供电的具体情况，不仅电源波动振幅大（有时超过10%），而且质量差，交流电源上往往叠加一些高频杂波信号，故可采取专线供电或增设稳压装置等方式，以减少以上因素对供电质量的影响和电气干扰。

3）数控车床应有操作规程

操作规程是保证数控车床安全运行的重要措施之一，操作者一定要按照操作规程操作。车床发生故障时，操作者要注意保留现场，并向维修人员如实说明出现故障前后的情况，以利于分析、诊断故障原因，及时排除故障，减少停机时间。

4）数控车床不宜长期封存不用

数控车床较长时间不用时，要定期通电而不能长期封存起来，最好每周能通电1 ～2次，每次运行1 h，以利用车床本身的发热来降低车床内的湿度，使电子元器件不致受潮，同时也能及时发现有无电池报警发生，以防止系统软件、参数丢失。

5）持证上岗

操作人员不仅要有资格证，在上岗操作前还要接受技术人员按所用车床操作规程进行的专题操作训练，使操作人员熟悉说明书以及车床结构、性能、特点，弄清和掌握操作盘上的仪表、开关、旋钮的功能，严禁盲目操作和误操作。

6）检测各坐标

在加工工件前，须先对各坐标进行检测、复查，对加工程序进行模拟试验，检测正常后再加工。

7）防止碰撞

操作人员在设备回到机床零点操作前，必须确定各坐标轴的运动方向无障碍物，以防碰撞。

8）关键部件不要随意拆动

数控车床机械结构简单，密封可靠，自诊功能日益完善。在日常维护中，除清洁外部及规定的润滑部位外，不得拆卸其他部位。对于关键部件，如数控车床上的光栅尺等装置，更不得碰撞和随意拆动。

9）不要随意改变参数

数控车床的各类参数和基本设定程序的安全存储直接影响车床正常工作和性能发挥，操作人员不得随意修改。如因操作不当造成故障，应及时向维修人员说明情况，以便寻找故障线索，并进行处理。

2.数控系统的维护与保养

数控系统经过较长时间的使用，某些元器件的性能总要老化甚至损坏，有些机械部件更是如此。为了尽量延长元器件的寿命和零部件的磨损周期，防止各种故障，特别是恶性事故的发生，就必须对数控系统进行日常的维护工作。具体要注意以下7 个方面：

1）严格遵循操作规程

数控系统的编程、操作和维修人员都必须经过专门的技术培训，熟悉所用数控车床的机械部件、数控系统、强电装置、液压气动装置等的使用环境、加工条件等； 能按数控车床和数控系统使用说明书的要求正确、合理地使用设备。应尽量避免因操作不当引起的故障。要明确规定开机、关机的顺序和注意事项，如开机首先要手动或用程序指令自动回参考点，顺序为先X 轴再Z 轴。在车床正常运行时，不允许开关电气柜，禁止按动急停和复位按钮，不得随意修改参数。通常，在数控车床使用的第一年内，有1/3 以上的故障是因操作不当引起的。

2）系统出现故障

出现故障后要保护现场，维修人员要认真了解故障前后的情况，做好故障发生原因和处理的记录，查找故障，并及时排除，减少停机时间。

3）防止尘埃进入数控装置内

除了进行维修外，应尽量少开电气柜门。因为柜门常开易使空气中飘浮的灰尘和金属粉末落在印制电路板和电器接插件上，造成元件之间的绝缘电阻下降，从而出现故障，甚至造成元件损坏、数控系统控制失灵。一些已受外部尘埃、油污污染的电路板和接插件可采用专门的电子清洁剂喷洗。

4）存储器所用电池要定期检查和更换

通常，数控系统存储参数用的存储器采用CMOS 器件，其存储的内容在数控系统断电后靠支持电池供电保持。支持电池一般采用锂电池或可充电的镍镉电池。当电池电压下降到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。在一般情况下，即使电池尚未消耗完，也应每年更换一次，以确保数控系统能正常工作。更换电池一般要在数控系统通电状态下进行，这样才不会造成存储参数丢失。一旦参数丢失，在调换新电池后，须重新输入参数。

5）经常监视数控系统的电网电压

通常，数控系统如果超出允许的电网电压波动范围，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。对于电网电压波动较剧烈的地区，应及时配置数控系统用的交流稳压装置，使故障率有较明显的降低。

6）数控系统长期不用的维护

因某种原因造成数控系统长期闲置不用时，为了避免数控系统损坏，需注意以下两点：

①要经常给数控系统通电，特别是在环境湿度较大的梅雨季节。在车床锁住不动（即伺服电动机不转）的情况下，让数控系统空运行，利用电器元件本身的发热来驱散数控系统内的潮气，保证电器元件性能稳定、可靠。实践证明，在空气湿度较大的地区，经常通电是降低故障率的一项有效措施。

②数控车床的进给轴和主轴采用直流电动机驱动时，应将电刷从直流电动机中取出，以免化学腐蚀的作用使换向器表面腐蚀，从而造成换向性能变差，甚至导致整台电动机损坏。

7）备用电路板的维护

由于印制电路板长期不用容易出故障，因此，对所购的备用板应定期装到数控系统中通电运行一段时间，以防损坏。

3.数控车床机械部件的维护、保养

数控车床机械部件维护与普通车床不同的内容有以下3 个方面：

1）主传动链的维护

①熟悉数控车床主传动链的结构、性能参数，严禁超性能使用。

②主传动链出现不正常现象时，应立即停机排除故障。

③操作者应注意观察主轴箱温度，检查主轴润滑恒温油箱，调节温度范围，使油量充足。

④使用带传动的主轴系统，需定期观察调整主轴驱动带的松紧程度，防止驱动带打滑造成的丢转现象。

⑤由液压系统平衡主轴箱质量的平衡系统，需定期观察液压系统的压力表。当油压低于要求值时，需进行补油。

⑥使用液压拨叉变速的主传动系统，必须在主轴停车后变速。

⑦使用啮合式电磁离合器变速的主传动系统，该离合器必须在低于2 r/min 的转速下变速。

⑧注意保持主轴与刀柄联接部位及刀柄的清洁，以防止对主轴的机械碰击。

⑨每年更换一次主轴润滑恒温油箱中的润滑油，并清洗过滤器。

⑩每年清洗润滑油池底一次，并更换液压泵过滤器。

⑪每天检查主轴润滑恒温油箱，使其油量充足，保证工作正常。

⑫防止各种杂质进入润滑油箱，保持油液清洁。

⑬经常检查轴端及各密封处，防止润滑油液泄漏。

⑭刀具夹紧装置长时间使用后，会使活塞杆和拉杆之间的间隙加大，造成拉杆位移量减少，使碟形弹簧伸缩量不够，影响刀具的夹紧，故需及时调整液压缸活塞的位移量。

⑮经常检查压缩空气气压，并调整到标准要求值。足够的气压才能使主轴锥孔中的切屑和灰尘清理彻底。

2）滚珠丝杠副的维护

①定期检查、调整滚珠丝杠副的轴向间隙，保证反向传动精度和轴向刚度。

②定期检查滚珠丝杠支承与床身的联接是否有松动，以及支承轴承是否损坏。如有上述问题，要及时紧固松动部位，更换支承轴承。

③采用润滑脂润滑的滚珠丝杠，每半年清洗一次滚珠丝杠上的旧润滑脂，换上新的润滑脂。用润滑脂润滑的滚珠丝杠，每次车床工作前加油一次。

④注意避免硬质灰尘或切屑进入丝杠防护罩以及在工作过程中碰击防护罩。防护装置如有损坏，应及时更换。

3）液压系统的维护

①检查各液压阀、液压缸及管子接头是否有外漏。

②检查液压泵或液压马达运转时是否有异常噪声等。

③检查液压缸移动时工作是否正常、平稳。

④检查液压系统的各测压点压力是否在规定范围内，压力是否稳定。

⑤检查油液的温度是否在允许的范围之内。

⑥检查液压系统工作时有无高频振动。

⑦检查电气控制或撞块（凸轮）控制的换向阀工作是否灵敏、可靠。

⑧检查油箱内油量是否在油标刻线范围内。(www.xing528.com)

⑨检查液压缸行程开关或限位挡块的位置是否有变动。

⑩检查液压系统手动或自动工作循环时是否有异常现象。

⑪定期对油箱内的油液进行取样化验，检查油液质量，定期过滤或更换油液。

⑫定期检查蓄能器的工作性能。

⑬定期检查冷却器和加热器的工作性能。

⑭定期检查和紧固重要部位的螺钉、螺母、接头及法兰螺钉。

⑮定期检查和更换密封件。

⑯定期检查、清洗或更换液压件。

⑰定期检查、清洗或更换滤芯。

⑱定期检查、清洗油箱和管道。

4.数控车床日常维护保养

数控车床的维护是操作人员为保持设备正常技术状态、延长设备使用寿命所必须进行的日常工作，是操作人员主要职责之一。数控车床定期维护的内容见表1.5。

表1.5　数控车床定期维护的内容

续表

5.数控车床常见故障排除

1）数控车床常见的故障分类

数控车床是一种技术含量高且较为复杂的机电一体化设备。其故障发生的原因一般都较复杂，这给数控车床的故障诊断与排除带来了不少困难。为了便于故障分析和处理，数控车床的故障大体可分为以下6 类：

（1）数控车床的非关联性故障和关联性故障

数控车床故障按起因的相关性，可分为非关联性故障和关联性故障。所谓非关联性故障，是指因运输、安装、工作等原因造成的故障。关联性故障可分为系统性故障和随机性故障。系统性故障通常是指只要满足一定的条件或超过某一设定的限度，工作中的数控车床必然会发生的故障。

（2）数控车床的有报警显示故障和无报警显示故障

数控车床故障按有无报警显示，可分为有报警显示故障和无报警显示故障。有报警显示故障一般与控制部分有关，故障发生后可根据故障报警信号判断故障原因。无报警显示故障往往表现为工作台停留在某一位置不能运动，依靠手动操作也无法使工作台动作，这类故障的排除难度相对于有报警显示故障的排除难度要大些。

（3）数控车床的破坏性故障和非破坏性故障

数控车床故障按故障性质，可分为破坏性故障和非破坏性故障。因短路、伺服系统失控造成的“飞车”等故障，称为破坏性故障。在维修和排除这种故障时，不允许故障重复出现，故维修时有一定难度。对非破坏性故障，可经过多次试验、重演故障来分析故障原因，故障的排除相对容易些。

（4）数控车床的电气故障和机械故障

数控车床故障按发生部位，可分为电气故障和机械故障。

①电气故障。一般发生在系统装置伺服驱动单元和车床电气等控制部位。电气故障一般是由电器元件的品质因素下降、元器件焊接松动、接插件接触不良或损坏等因素引起的，这些故障表现为时有时无。

②机械故障。一般发生在机械运动部位。机械故障可分为功能型故障、动作型故障、结构型故障及使用型故障。功能型故障主要是指工件加工精度方面的故障。这些故障是可以发现的，如加工精度不稳定、误差大等。动作型故障是指车床的各种动作故障，可表现为主轴不转、工件夹不紧、刀架定位精度低、液压变速不灵活等。结构型故障可表现为主轴发热、主轴箱噪声大、机械传动有异常响声、产生切削振动等。使用型故障主要是指使用和操作不当引起的故障，如过载引起的机件损坏等。机械故障一般可通过维护保养和精心调整来预防。

（5）自诊断故障

数控系统有自诊断故障报警系统，它随时监测数控系统的硬件、软件和伺服系统等工作情况。当这些部分出现异常时，一般会在监视器上显示报警信息或指示灯报警，这些故障称为自诊断故障。自诊断故障系统可协助维修人员查找故障，是故障检查和维修工作中十分重要的依据。对报警信息要进行仔细分析，因为可能会有多种故障因素引发同一报警信息。

（6）人为故障和软/硬故障

人为故障是指操作人员、维护人员对数控车床还不熟悉或者没有按照使用手册要求，在操作或调整时处理不当而造成的故障。硬故障是指数控车床的硬件损坏造成的故障。软故障一般是指由于数控加工程序中出现语法错误、逻辑错误或非法数据；数控车床的参数设定或调整出现错误；保持RAM 芯片的电池电路短路、断路、接触不良，RAM 芯片得不到保持数据的电压，使参数、加工程序丢失或出错；电气干扰窜入总线，引起时序错误等造成的数控车床故障。

除了上述分类外，故障从时间上，可分为早期故障、偶然故障和耗损故障；故障从使用角度，可分为使用故障和本质故障；故障从严重程度，可分为灾难性故障、致命性故障、严重性故障及轻度性故障；故障按发生的过程，可分为突发性故障和渐变性故障。

2）常见故障检查方法

（1）直观法

直观法主要是利用人的手、眼、耳、鼻等器官对故障发生时的各种光、声等异常现象的观察，以及认真查看系统的每一处，遵循“先外后内”的原则，诊断故障采用望、听、嗅、问、摸等方法，由外向内逐一检查，往往可将故障范围缩小到一个模块或一块印制电路板。这要求维修人员具备丰富的实际经验，要有多学科的知识和综合判断的能力。

例如，数控车床加工过程中突然出现停机，打开数控柜检查发现Y 轴电动机主电路保险烧坏，经检查是与Y 轴有关的部件出现了问题，最后发现Y 轴电动机动力线有几处磨破，搭在床身上造成短路。更换动力线后故障消除，车床恢复正常。

（2）自诊断功能法

自诊断功能法，简言之就是利用数控系统自身的硬件和软件对数控车床故障进行自我检查、自我诊断的方法。

（3）数据和状态检查法

CNC 系统的自诊断不但能在CRT 上显示故障报警信息，而且能以多页的“诊断地址”和“诊断数据”的形式提供机床参数和状态信息。常见的有以下两个方面：

①接口检查。

②参数检查。

（4）报警指示灯显示故障

现代数控车床的数控系统内部除了上述自诊断功能和状态显示等“软件”报警外，还有许多“硬件”报警指示灯，它们分布在电源、伺服驱动和输入输出等装置上。根据这些报警指示灯的指示，可判断其故障原因。

（5）备板置换法

利用备用的电路板来替换有故障疑点的模板，是一种快速且简便判断故障原因的方法。常用于CNC 系统的功能模块，如CRT 模块、存储器模块等。

需要注意的是，备板置换前，应检查有关电路，以免因短路而造成好板损坏，同时还应检查试验板上的选择开关和跨接线是否与原电路板一致，有些电路板还要注意板上电位器的调整。置换存储器板后，应根据系统的要求，对存储器进行初始化操作，否则系统仍不能正常工作。

（6）功能程序测试法

所谓功能程序测试法，就是首先将数控系统的常用功能和特殊功能，如直线定位、圆弧插补、螺旋切削、固定循环及用户宏程序等手工编程或自动编程方法，编制成一个功能程序输入数控系统中，然后启动数控系统使其运行，以检查车床执行这些功能的准确性和可靠性，进而判断故障发生的可能原因。本方法对长期闲置的数控车床第一次开机时的检查，以及车床加工造成废品但又没有出现报警而一时难以确定是编程错误还是车床故障原因的情况是一个较好的判断方法。

（7）交换法

在数控车床中，常用功能相同的模块或单元，将相同的模块或单元互相交换，观察故障转移的情况，就能快速确定故障的部位。这种方法常用于伺服进给驱动装置的故障检查，也可用于两台相同的数控系统间相同模块的互换。

（8）测量比较法

CNC 系统生产厂在设计印制电路板时，为了调整和维修方便，在印制电路板上设计了多个检测端子。用户可利用这些端子比较测量正常的印制电路板和有故障的线路板之间的差异。可检测这些测量端子的电压和波形，分析故障的起因和故障所在的位置，甚至有时还可对正常的印制电路板人为地制造“故障”，如断开连线或短路，去除某些组件等，以判断真实的故障起因。因此，程序人员应在平时积累并熟悉印制电路板上关键部位或易发生故障部位在正常时的正确波形和电压值，因为CNC 系统生产厂家往往不提供有关这方面的资料。

（9）敲击法

当CNC 系统出现的故障表现为若有若无时，往往可用敲击法检查故障的所在部位。这是由于CNC 系统由多块印制电路板组成，每块板上有许多焊点，板件或模块间又通过插接件及电线相连，故任何虚焊或接触不良都可能引起故障。因此，用绝缘物轻轻敲打有虚焊和接触不良的疑点处，故障肯定会重复出现。

（10）局部升温法

CNC 系统经过长期运行后元器件均要老化，性能会变坏。当它们尚未完全损坏时，出现的故障会变得时有时无。这时，可用吹风机或电烙铁等来局部升温被怀疑的元器件，加速其老化，以彻底暴露故障部件。当然，采用此法时，一定要注意元器件的温度参数，不要将原来好的器件烤坏。

除上述常用的故障检测方法外，还有拔板法、电压拉偏法和开环检测法等。包括上面提到的诊断方法在内，所有这些检查方法各有特点，按照不同的故障现象，可同时选择几种方法灵活应用，对故障进行综合分析，才能逐步缩小故障范围，较快地排除故障。

3）常见数控车床故障种类及处理方法

数控装置控制系统故障主要利用自诊断功能报警号、计算机各板的信息状态指示灯、各关键测试点的波形、各有关电位器的调整、各短路销的设定、有关机床参数值的设定及专用诊断组件，并参考控制系统维修手册、电器图册等加以排除。控制系统部分的常见故障及其诊断如下：

（1）电池报警故障

当数控车床断电时，为保存好车床控制系统的机床参数及加工程序，常靠后备电池提供支持。这些电池达到使用寿命后以及其电压低于允许值时，就会产生电池故障报警。当报警灯亮时，应及时予以更换，否则机床参数就容易丢失。由于换电池容易丢失机床参数，因此，应在车床通电时更换电池，以保证系统能正常工作。

（2）键盘故障

在用键盘输入程序时，若发现有关字符不能输入、不能消除，程序不能复位，以及显示屏不能变换页面等故障，应首先考虑有关按键是否接触不良。若有问题，应予以修复或更换；若不见成效或者所有按键都不起作用，可进一步检查该部分的接口电路、系统控制软件和电线连接状况等。

（3）熔丝故障

控制系统内熔丝烧断故障多是由于对数控系统进行测量时的误操作，或车床发生撞车等意外事故。因此，维修人员要熟悉各个熔丝的保护范围，以便在发生问题时能及时查出，并予以更换。

（4）刀位参数的更换

当车床刀具的实际位置与计算机内存的刀位号不符时，如果操作者不注意，往往会发生撞车或打刀等事故。因此，一旦发现刀位号不对，应及时核对控制系统内存刀位号与实际刀台位置是否相符。若不符，应参照说明书介绍的方法，及时将控制系统内存中的刀位号改为与刀台位置一致。

（5）控制系统的“NOT READY（没有准备好）”故障

①应首先检查CRT 显示面板上是否有其他故障指示灯亮及故障信息提示。若有问题，应按故障信息目录的提示去解决。

②检查伺服系统电源装置是否有熔丝熔断后断路器跳闸等问题。若更换熔丝后断路器再跳闸，应检查电源部分是否有问题；检查电动机是否过热，以及由大功率晶体管组件过电流等故障而使计算机监控电路起作用；检查控制系统各板是否有故障灯显示。

③检查控制系统所需各交流电源、直流电源的电压值是否正常。若电压不正常，也可造成系统混乱而产生“NOT READY”故障。

（6）机床参数的修改

要充分了解每台数控车床，把握各机床参数及功能。这样，除了能帮助操作者很好地了解该车床的性能外，还有利于提高车床的工作效率或排除故障。

【巩固与提高】

1.简述数控车床日常维护与保养的主要内容。

2.简述数控车床故障诊断的一般步骤。