数控机床故障种类以及分析解决方法

一、常见故障及其分类

1、 按故障发生的部位分类

（1）主机故障数控机床的主机通常指组成数控机床的机械、润滑、冷却。排屑、液压、气动与防护等部分。主机常见的故障主要有：

1）因机械部件安装、调试、操作使用不当等原因引起的机械传动故障。

2）因导轨、主轴等运动部件的干涉、摩擦过大等原因引起的故障。

3）因机械零件的损坏、联结不良等原因引起的故障，等等。

主机故障主要表现为传动噪声大、加工精度差、运行阻力大、机械部件动作不进行、机械部件损坏等等。润滑不良、液压、气动系统的管路堵塞和密封不良，是主机发生故障的常见原因。数控机床的定期维护、保养，控制和根除“三漏”现象发生是减少主机部分故障的重要措施。

 

（2）电气控制系统故障从所使用的元器件类型上，根据通常习惯，电气控制系统故障通常分为“弱电”故障和“强电”故障两大类。“弱电”部分是指控制系统中以电子元器件、集成电路为主的控制部分。数控机床的弱电部分包括CNC PLC MDI CRT以及伺服驱动单元、输入1 输出单元等。“弱电”故障又有硬件故障与软件故障之分。硬件故障是指上述各部分的集成电路

芯片、分立电子元件、接插件以及外部连接组件等发生的故障。软件故障是指在硬件正常情况下所出现的动作出错、数据丢失等故障，常见的有：加工程序出错，系统程序和参数的改变或丢失，计算机运算出错等。“强电”部分是指控制系统中的主回路或高压、大功率回路中的继电器、接触器、开关、熔断器、电源变压器、电动机、电磁铁、行程开关等电气元器件及其所组成的控制电路。这部分的故障虽然维修、诊断较为方便，但由于它处于高压、大电流工作状态，发生故障的几率要高于“弱电”部分，必须引起维修人员的足够的重视。

 

2 按故障的性质分类

（1）确定性故障确定性故障是指控制系统主机中的硬件损坏或只要满足一定的条件，数控机床必然会发生的故障。这一类故障现象在数控机床上最为常见，但由于它具有一定的规律，因此也给维修带来了方便。确定性故障具有不可恢复性，故障一旦发生，如不对其进行维修处理，机床不会自动恢复正常，但只要找出发生故障的根本原因，维修完成后机床立即可以恢复正常。正确的使用与精心维护是杜绝或避免故障发生的重要措施。

 

（2）随机性故障随机性故障是指数控机床在工作过程中偶然发生的故障。此类故障的发生原因较隐蔽，很难找出其规律性，故常称之为“软故障”。随机性故障的原因分析与故障诊断比较困难，一般而言，故障的发生往往与部件的安装质量、参数的设定、元器件的品质、软件设计不完善、工作环境的影响等诸多因素有关。随机性故障有可恢复性，故障发生后，通过重新开机等措施，机床通常可恢复正常，但在运行过程中，又可能发生同样的故障。加强数控系统的维护检查，确保电气箱的密封，可靠的安装、连接，正确的接地和屏蔽，是减少、避免此类故障发生的重要措施。

 

3 按故障的指示形式分类

（1）有报警显示的故障数控机床的故障显示可分为指示灯显示与显示器显示两种情况：

1）指示灯显示报警。指示灯显示报警是指通过控制系统各单元上的状态指示灯（一般由LED( 发光管或小型指示灯组成）显示的报警。根据数控系统的状态指示灯，即使在显示器故障时，仍可大致分析判断出故障发生的部位与性质。因此，在维修、排除故障过程中应认真检查这些状态指示灯的状态。

 

2）显示器显示报警。显示器显示报警是指可以通过CNC 显示器显示出报警号和报警信息的报警。由于数控系统一般都具有较强的自诊断功能，如果系统的诊断软件以及显示电路工作正常，一旦系统出现故障，可以在显示器上以报警号及文本的形式显示故障信息。数控系统能进行显示的报警少则几十种，多则上千种，它是故障诊断的重要信息

 

在显示器显示报警中，又可分为NC 的报警和PLC 的报警两类。前者为数控生产厂家设置的故障显示，它可对照系统的“维修手册”，来确定可能产生该故障的原因。后者是由数控机床生产厂家设置的PLC报警信息文本，属于机床侧的故障显示。它可照机床生产厂家所提供的“机床维修手册”中的有关内容，确定故障所产生的原因。

 

 

（2）无报警显示的故障这类故障发生时，机床与系统均无报警显示，其分析诊断难度通常较大，需要通过仔细、认真的分析判断才能予以确认。特别是对于一些早期的数控系统，由于系统本身的诊断功能不强，或无PLC 报警信息文本，出现无报警显示的故障情况则更多。

 

对于无报警显示故障，通常要具体情况具体分析，根据故障发生前后的变化，进行分析判断，原理分析法与PLC 程序分析法是解决无报警显示故障的主要方法。

 

4 按故障产生的原因分类

 

（1）数控机床自身故障这类故障的发生是由于数控机床自身的原因所引起的，与外部使用环境条件无关。数控机床所发生的极大多数故障均属此类故障。

（2）数控机床外部故障这类故障是由于外部原因所造成的。供电电压过低、过高，波动过大；电源相序不正确或三相输人电压的不平衡；环境温度过高；有害气体、潮气、粉尘侵入；外来振动和干扰等都是引起故障的原因。此外，人为因素也是造成数控机床故障的外部原因之一。据有关资料统计，首次使用数控机床或由不熟练工人来操作数控机床，在使用的第一年，操作不当所造成的外部故障要占机床总故障的三分之一以上。除上述常见故障分类方法外，还有其他多种不同的分类方法。如：按故障发生时有无破坏性，可分为破坏性故障和非破坏性故障两种。按故障发生与需要维修的具体功能部位，可分为数控装置故障，进给伺服系统故障，主轴驱动系统故障，自动换刀系统故障等等，这一分类方法在维修时常用。

 

二、故障分析的基本方法

故障分析是进行数控机床维修的第一步，通过故障分析，一方面可以迅速查明故障原因，排除故障；同时也可以起到预防故障的发生与扩大的作用。一般来说，数控机床的故障分析主要方法有以下几种：

（1）常规分析法常规分析法是对数控机床的机、电、液等部分进行的常规检查，以此来判断故障发生原因的一种方法。在数控机床上，常规分析法通常包括以下内容：

1）检查电源的规格（包括电压、频率、相序、容量等）是否符合要求。

2）检查CNC 伺服驱动、主轴驱动、电动机、输入+ 输出信号的连接是否正确、可靠。

3）检查”CNC”、伺服驱动等装置内的印刷电路板是否安装牢固，接插部位是否有松

动。

4）检查”CNC” 伺服驱动、主轴驱动等部分的设定端、电位器的设定、调整是否正确。

5）检查液压、气动、润滑部件的油压、气压等是否符合机床要求。

6）检查电器元件、机械部件是否有明显的损坏，等等。

 

（1）动作分析法动作分析法是通过观察、监视机床实际动作，判定动作不良部位，并由此来追溯故障根源的一种方法。

一般来说，数控机床采用液压、气动控制的部位，如：自动换刀装置、交换工作台装置、夹具与传输装置等均可以通过动作诊断来判定故障原因。

 

（2）状态分析法状态分析法是通过监测执行元件的工作状态，判定故障原因的一种方法，这一方法在数控机床维修过程中使用最广。在现代数控系统中，伺服进给系统、主轴驱动系统、电源模块等部件的主要参数都可以进行动态、静态检测，这些参数包括：输入( 输出电压，输入( 输出电流，给定( 实际转速、位置，实际的负载的情况等。此外，数控系统全部输入( 输出信号包括内部继电器、定时器等的状态，亦可以通过数控系统的诊断参数予以检查。通过状态分析法，可以在无仪器、设备的情况下，根据系统的内部状态，迅速找到故障的原因，在数控机床维修过程中使用最广，维修人员必须熟练掌握。

 

（3）操作、编程分析法操作、编程分析法是通过某些特殊的操作或编制专门的测试程序段，确认故障原因的一种方法。如通过手动单步执行自动换刀、自动交换工作台动作，执行单一功能的加工指令等方法进行动作与功能的检测。通过这种方法，可以具体判定故障发生的原因与部件，检查程序编制的正确性。

 

（4）系统自诊断法数控系统的自诊断是利用系统内部自诊断程序或专用的诊断软件，对系统内部的关键硬件以及系统的控制软件进行自我诊断、测试的诊断方法。它主要包括开机自诊断、在线监控与脱机测试这三个方面内容（详见下述）。

 

三、CNC的故障自诊断

 

1 开机自诊断

所谓开机自诊断是指数控系统通电时，由系统内部诊断程序自动执行的诊断，它类似于计算机的开机诊断。开机自诊断可以对系统中的关键硬件，如：CPU,、存储器、I/O单元、CRT/MDI 单元、纸带阅读机、软驱等装置进行自动检查：确定指定设备的安装、连接状态与性能：部分系统还能对某些重要的芯片，如：RAM ROM 专用LSI等进行诊断。

 

数控系统的自诊断在开机时进行，只有当全部项目都被确认无误后，才能进人正常运行状态。诊断的时间决定于数控系统，一般只需数秒钟，但有的需要几分钟。

 

2.在线监控

在线监控可以分为CNC内部程序监控与通过外部设备监控两种形式。

CNC内部程序监控是通过系统内部程序,对各部分状态进行自动诊断、检查和监视的一种方法。在线监控范围包括CNC本身以及与CNC相连的伺服单元、伺服电动机、主轴伺服单元、主轴电动机、外部设备等。在线监控在系统工作过程中始终生效。数控系统内部程序监控包括接口信号显示、内部状态显示和故障显示三方面。

 

(1)接口信号显示它可以显示CNC和PIC、CNC和机床之间的全部接口信号的现行状态。指示数字输入/输出信号的通断情况,帮助分析故障。维修时,必须了解CNC和PLC、CNC和机床之间各信号所代表的意义,以及信号产生、撤消应具备的各种条件,才能进行相应检查。数控系统生产厂家所提供的“功能说明书”“连接说明书”以及机床生产厂家提供的“机床电气原理图”是进行以上状态检查的技术指南。

(2)内部状态显示般来说,利用内部状态显示功能,可以显示以下几方面的内16.

 

1)造成循环指令(加工程序)不执行的外部原因。如: CNC系统是否处于“到位检查”中;是否处于“机床锁住”状态;是否处于“等待速度到达”信号接通;在主轴每转进给编程时,是否等待“位置编码器”的测量信号;在螺纹切削时,是否处于等待”主轴1转信号”;进给速度倍率是否设定为0%,等等。2)复位状态显示,指示系统是否处于“急停”状态或是“外部复位”信号接通状态。

3)TH报警状态显示。它可以显示出报警时的纸带错误孔的位置。

4)存储器内容以及磁泡存储器异常状态的显示

5)位置跟随误差的显示。

6)伺服驱动部分的控制信息显示。

7)编码器、光栅等位置测量元件的输入脉冲显t等等

(3)故障信息显示在数控系统中,故障信息般以报 显示的形式在CRT工进行显示。报警显示的内容根据数控系统的不同有所,别 这些信息天都以”报警号,加文本的形式出现,具体内容以及排除房法在教跨系统虽程 家提供的维修说明书干可以查阅。

 

通过外部设备监控是指采用计算机、PLC” 编程器等设备，对数控机床的各部分状态进行自动诊断、检查和监视的一种方法。如：通过计算机、PLC” 编程器对PLC 程序以梯形图、功能图的形式进行动态检测，它可以在机床生产厂家未提供PLC程序时，进行PLC程序的阅读、检查，从而加快数控机床的维修进度。此外，伺服驱动、主轴驱动系统的动态性能测试。动态波形显示等内容，通常也需要借助必要的在线监控设备进行。随着计算机网络技术的发展，作为外部设备在线监控的一种，通过网络联接进行的远程诊断技术正在进一步普及、完善。通过网络，数控系统生产厂家可以直接对其生产的产品在现场的工作情况进行检测、监控，及时解决系统中所出现的问题，为现场维修人员提供指导和帮助。

 

(2 脱机测试

脱机测试亦称“离线诊断”，它是将数控系统与机床脱离后，对数控系统本身进行的测试与检查。通过脱机测试可以对系统的故障作进一步的定位，力求把故障范围缩到最小。如：通过对印制线路板的脱机测试，可以将故障范围定位到印制电路板的某部分甚至某个芯片或器件，这对印制电路板的修复是十分必要的。数控系统的脱机测试需要专用诊断软件或专用测试装置，因此，它只能在数控系统的生产厂家或专门的维修部门进行。随着计算机技术的发展，现代CNC 的离线诊断软件正在逐步与CNC控制软件一体化，有的系统已将“专家系统”引入故障诊断中。通过这样的软件，操作者只要在CRT! MDI 上作一些简单的会话操作，即可诊断出CNC系统或机床的故障。