数控机床故障源分类及实例

司聚朝

（中钢集团邢台机械轧辊有限公司，河北 邢台 054025）

机床尤其是数控机床发生故障有很多种原因，笔者认为造成机床发生故障的原因不止是机械和电气两种，还有其他很多种。下面就发生机床故障的原因类型进行分析，并对典型故障进行排除指导。

1.机械或液压原因

很多机床尤其是数控机床发生故障，最先从数控界面上报警，但这并不意味着故障源一定就是电气方面引起的，实际情况是，很多貌似故障源是电气原因，实际是机械或液压原因。常见的此类故障如下。

（1）数控机床采用光栅尺做位置检测元件的直线轴发生暴走

先排除电气可能的原因：光栅尺定尺和读数头是否被污染；读数头的安装位置偏离了定尺3mm（参考该光栅尺的安装、调试说明书）；光栅尺的信号线有断线现象。如果排除了上述三种电气原因后，基本上可以断定，发生机床直线轴暴走的原因是：该直线轴的机械传动链磨损或松动造成反向间隙过大引起。由于该直线轴为带有光栅尺做位置控制、反馈的全闭环控制，直线轴的间隙过大使得该轴在定位时不准确而发生暴走。如果把光栅尺屏蔽掉而改为半闭环控制，此时的故障现象变为定位精度差，一般不会发生暴走现象。

（2）数控机床的直线轴一个方向运动正常，反方向出现报警

C61160车床采用西班牙FAGOR 8055TC数控系统数控化改造后，Z轴（溜板箱沿床身导轨方向）移动时，一个方向运动正常，另一个方向开始运动时，出现“Z轴跟随误差出界”。该直线轴采用光栅尺作为位置检测的全闭环控制。如果屏蔽掉光栅尺，故障现象改变为：一个方向运动正常，反方向出现爬行、震荡并有齿轮的撞击声。经过分析，发现由溜板箱上的背帽松动引起。当机床往正常方向运动时，由于背帽往里“坐”和其斜齿啮合良好而运动正常；当反向运动时，由于背帽向外顶使其和斜齿轮啮合不好而发生故障。

（3）数控机床直线轴不均衡“吃刀”时，该轴前后窜动

在C61200车床上加工轧辊辊径时，当X轴“吃刀”后，发现X轴前后窜动。加工的轧辊的辊径是圆形的金属棒料，但不规则即料偏。X轴为光栅尺做位置检测的全闭环控制，该轴改为半闭环控制后，这种现象消失。一般人认为是光栅尺有故障了，其实恰恰相反，正因为作为位置检测的光栅尺很正常，采用其作为位置检测时，发现了X轴传动链存在问题。最终检查出来是X轴滚珠丝杠背帽松动引起。

2.电气原因

由于电气原因引起机床故障太多，这里只就一个典型的原因作以分析。

TS6916落地式双面镗铣床，采用的是FAGOR数显装置，各个直线轴的电机采用西班牙FAGOR交流伺服电机，其驱动装置采用FAGOR公司的AXD驱动装置，在投产使用后，有时一个月或半个月偶尔出现Z轴瞬间暴走一下。经过测量线，没发现有断线的地方。这种故障不经常发生，偶尔发生一次，当找来维修人员的时候，很难重现故障现象。刚开始以为是变频器对FAGOR装置产生干扰引起，加强其屏蔽后，效果不理想，过了半年，该现象又出现了。经查找原因，发现出现问题的该直线轴编码器的信号线的12脚的阻值为0.6Ω，比其他信号线的阻值大了一倍。换了电缆线后，发现机床正常。

3.周围的振动

TK6913数控镗铣床，其数控系统采用西门子840D系统。投产不久即经常发生“NC与PLC通信不上”的故障。经查发现，发生该故障的次数和周围机床的开动率有关系，周围机床开动越多，该机床故障出现的频率越高。最后发现，电柜内的840D数控系统的NCU插件的固定螺丝松了，周围机床开动得多，传来的振动可使NCU插板出现瞬间抖动而引起故障所致。

4.气候和气温

C61315大型车床一切正常。有1年的12月末由于加工产品供料没了，机床停了1周时间。料供上后，开动机床时，机床主轴在采用高速挡时发生床头箱齿轮磕碰。该机床主轴三个挡位，主轴电机采用直流电机，其控制系统采用英国欧陆直流调速系统。该机床在停产1周中，气温骤降15°。经过仔细排查，发现该故障是因为气温骤降后，主轴箱内的油变稠，导致上述故障发生。排除该故障的方法是：机床送上电并给上油泵，不要旋转主轴，使主轴油变热即好。如果生产任务急迫，可以在机床送上油泵后，降低主轴控制系统的比例参数并提高启、制动时间，一般情况下会使故障消失或改善，这样可以降低开机床给油泵等待时间。

5.机床设计者的原因

从美国进口的轧辊数控磨床采用的是德国BOSCH数控系统，有一次X轴往离开磨削工件的方向运动正常（+X方向），手动往-X方向开动机床，机床X轴不移动，但机床显示器上也没有报警。经过仔细分析发现，之所以发生上述现象，是机床设计者处于保护机床测量臂的考虑。当时出现这种异常的现象时，发现靠近X轴的用于测量磨削工件精度的测量臂虽然升到头儿了，但数控系统没有接到测量臂到头儿信号，故认为测量臂没有升上去，X轴沿-X方向开就可能撞坏测量臂。看来这是机床设计者用做机床保护的。只不过该保护没有在报警文本中显示。

6.机床操作人员误操作原因

在多年的维修数控机床中，发现由于操作人员误操作引起的故障很多，下面列举两个典型的例子加以说明。

有一次机床操作人员在C61200车床加工大型产品时“冲刀”，机床没有任何报警。该机床的控制系统为日本FANUC 0TD数控系统。据机床操作人员说，在“冲刀”的同时，发现加工程序跳过几句（少执行一句）所致。当时在保持现场的情况下，空执行程序实验了几百次，一次也没有发现上述所说的加工程序少执行一句的现象。根据多年维修经验和对数控机床的理解，认为数控加工程序少执行的语句只有这种可能，即该语句之前附加了用作解释的不执行的符号，令人遗憾的是，该语句作为正常的加工程序有效，通过思考和多次实验及模拟，发现机床操作人员在按相应的键进行执行自动程序中少按了一个键就发生了上述现象。

采用西门子840D数控系统的青海轧辊车床CK84140，在机床人员加工轧辊时，同一操作者在相隔15天上夜班时，均造成产品报废。故障现象是：操作人员在拿起手持单元的瞬间，机床X轴快速冲向工件，造成工件报废。后让该操作人员重复以前的操作步骤多次，突然发现一次，原来是该手持单元的上面有两个键，操作人员一直没用过，也不知道起什么作用的，这两个键是：“+”和“-”方向键，该人员手较大，在拿上手持单元的瞬间无意识按“-”方向键一下，车床刀架瞬间快速向负方向冲去。

7.机床开动率

很多数控机床或采用PLC的普通机床在长期停电搁置后，支持其的电池电量不足会导致程序消失，而造成机床“瘫痪”，这应该引起维修人员的高度重视。