数控设备常见故障分析及维修方法综述

方卫华

(黑龙江北大荒农业股份有限公司浩良河化肥分公司)

1 维修数控机床的必备工具

(1)必备的物理工具。包括吸锡器，电烙铁，旋具类，各种扳手，各种钳类工具，另外加上剪刀，卷尺等常用工具。

(2)必备仪表类工具。首先，要必备的仪表类工具就是常用的长度测量工具用于测量机床移动距离，反向间隙值等，通过测量，可以大致判断机床的一位精度，重复定位精度，加工精度等，根据测量值可以调整数控系统的电子齿轮比，反向间隙等主要参数，以恢复机床精度，占是机械部件维修测量的主要检测工具之一。另外，一些细致的电子测量仪表也是必须的，如:数字转速表，相序表，示波器，数字万用表等。

(3)准备一些常用的零部件。数控机床的维修涉及的元器件，零件众多，备用的元件不可能全部准备充分，齐全，但是，若维修人员能准备一些最为常见的易损元器件，可以给维修带来很大的方便，有助于迅速处理解决问题。

2 常见故障分类

(1)硬件故障和软件故障。硬件故障是只是更换已损坏的器件，故障才能排除，软件故障是程序编制或参数错误造成的故障，只要相应改变程序内容或修改参数就能排除。

(2)系统性故障和随机性故障系统性故障是只要满足一定的条件，数控设备必然出现的故障，而随机性故障是在同样的条件下，只是偶然出现的故障，因此，随机性故障的分析和排除较为困难，这类故障往往与机械结构的局部松动错位，数控系统中部分元器件工作特性漂移及机床电气元件可靠性下降等有关，这类故障的排除要经过反复试验，综合判断才能排除。

(3)破坏性故障和非破坏性故障。如伺服系统失控造成飞车等破坏性故障，维修人员在维修时不许重演故障，只能根据现场人员介绍，经过检查，分析来排除，所以技术难度较高，且有一定的风险。

(4)有诊断和无诊断显示故障。现今的数控设备都有较丰富的自诊断功能，如目前国内配置了较多的日本FANUC公司和德国西门子公司的数控系统都具有几百条报警号，有诊断显示的故障一般都与控制部分有关，可根据报警内容，很容易找到故障原因。

(5)运动品质特性下降故障。出现这类故障时，数控设备仍可照常运行，但加工不出合格的工件。因无任何报警显示，只能靠检测仪器的检测来发现。例如，数控设备定位精度超差，反向死区太大，运动中发生振荡等，这类故障必须配合检测仪器，采取对机械，数控系统和伺服系统等调整措施解决。

3 数控机床故障诊断

(1)先外部后内部。维修人员应先由外向内逐一进行排查。尽量避免随意地启封，拆卸，否则会扩大故障，使机床丧失精度，降低性能，系统外部的故障主要是由于检测开关，液压元件，气动元件，电气执行元件，机械装置等出现问题问题而引起的。

(2)先机械后电气。一般来说，机械故障较易发觉，而数控系统及电气故障的诊断难度较大，在故障检修之前，首先注意排除机械性的故障。

(3)先静态后动态。先在机床断电的静止状态，通过了解，观察，测试，分析，确认通电后不会造成故障扩大，发生事故后，方可给机床通电。在运行状态下，进行动态的观察，检验和测试，查找故障，而对通电后会发生破坏性故障的，必须先排除危险后，方可通电。

(4)先简单后复杂。当出现多种故障互相交织，一时无从下手时，先解决容易的问题，后解决难度较大的问题，往往简单问题解决后，难度大的问题也可能变得容易。

4 数控机床的故障诊断技术

(1)起动诊断。起动诊断是指CNC系统每次从通电开始，系统内部诊断程序就自动执行诊断诊断的内容为系统中最关键的硬件和系统控制软件，如CPU，存储器等单元模块，以及MDI/CRT单元，纸带阅读机，软盘单元等装置或外部设备。只有当全部项目都确认正确无误之后，整个系统才能进入正常运行的准备状态，否则将在CRT画面或发光二极管用报警方式指示故障信息，此时起动诊断过程不能结束，系统无法投入运行。

(2)在线诊断。在线诊断是指通过CNC系统的内装程序，在系统处于正常运行状态时对CNC系统本身及CNC装置相连的各个伺服单元，伺服电机，主轴伺服单元和主轴电动机以及外部设备等进行自动诊断，检查。只要系统不停电，在线诊断就不会停止。

(3)离线诊断。离线诊断是指数控系统出现故障后，数控系统制造厂家或专业维修中心利用专用的诊断软件测试装置进行停机检查。力求把故障定位到尽可能小的范围内，如缩小到某个功能模块，某部分电路，甚至某个芯片或元件，这种故障定位更为精确。

5 故障的处理步骤

(1)充分掌握故障信息。①故障发生时报警号和报警提示是什么?②如无报警，系统处于何种工作状态?系统工作方式的诊断结果是什么?③故障发生时运动轴处于什么位置?④故障发生时执行了什么指令，进行了何种操作?⑤以前是否发生类似故障?故障是否重复发生等等。

(2)分析故障原因。在分析故障原因时，必须考虑2点，首先是充分调查现场，在掌握第一手材料的基础上，把发生的故障正确列出来，其次是要开阔思路，无论是机，液，气，还是数据系统，强电部分，把可能引起故障的原因及每一种可能解决故障的方法全部列出来，进行综合判断和筛选。

6 常见故障检测

(1)快速检测故障和维修原则。先简单后复杂。当出现多种故障现象时，先解决简单问题，常常在解决简单故障过程中，难度大的故障往往变得容易解决了，或在排除简单故障时受到启发，对复杂故障的认识更清晰，从而有了解决办法。

(2)先机械后电气。一般来说，机械故障易察觉，而数控系统故障的诊断难度要大些。根据经验，数控机床故障中吸很大一部分是由机械动作失灵引起的。因此，首先注意排除机械性故障，往往可以达到事半功倍的效果。

(3)先外部后内部。当数控机床发生故障后，维修人员通过望，闻，听，问等方法，由外部向内部逐个进行检查，首先应检查外部的开关，接插件连接等，因其接触不良造成信号传递失灵，是产生数控机床故障的重要原因之一。因此，通过检查和排除这些部位引起的故障，可迅速解决数控机床运行中的故障。

(4)先静后动。检查排除故障时，应先在机床断电的静止状态下通过观察，测试，分析，并确认为非恶性或破坏性故障后，才能给机床通电，再在运行工况下，进行动态的观察，测试和检验。而对于确定为恶性的破坏性故障时，必须先行处理排除危险后，方可进行通电，然后在运行工况下进行动态诊断。

7 快速检测故障和维修方法

(1)机械部分故障检查方法。①主轴部件故障。由于采用电气调速，主轴箱内部结构比较简单，自动变档位置，自动接紧刀柄装置及主轴运动精度过保持性等是可能出现故障的部位。②进给传动链故障。由于普遍采用了滚动摩擦副，进给传动链故障大部分是以运动品质下降表现出来的。如定位精度下降，反身间隙过大，机械爬行，轴承噪声过大等。因此，这部分检修常与运动副预紧力，松动环节和补偿环节的调整等。③行程开关故障。为保证数控机床的工作可靠性，大量采用了限制运动位置的行程开关。机床长期工作后，运动部件运动特性变化，压合行程开关的机械装置及行程开关本身品质特性等都会影响整机的故障率。

(2)数控系统故障检查方法。①直观法。这是一种最基本，最简单的方法。维修人员通过对故障发生的各种光，声，味等异常现象的认真观察，可将故障范围缩小到一个模块上。这往往要求维修人员具有丰富的实践经验以及综合判断能力。②参数诊断。数控系统的参数是经过一系列试验，调整而获得的重要数据，这些参数直接影响着数控机床的性能。参数通常是存放在存储器中，一旦电池电量不足或由于外界的某种干扰等因素，会使个别参数丢失或变化，使系统发生混乱，机床无法正常工作。通过核对，修正参数，就能将故障排除。

(3)交换法。这是一种在现场判断故障时简单易行的常用方法。即在分析出故障大致原因的情况下，维修人员可用备用的完好器件，如印刷电路板，模板，集成电路芯片或元器件等替换有故障疑点的印刷电路板，模板，集成电路芯片或元器件，替换后，若故障消除，则可将范围缩小到某一器件上。

(4)自诊断功能法。故障诊断技术是当今数控系统一项十分重要的技术，它的强弱是评价系统性能的一项重要指标。当数控系统一旦发生故障，借僵系统的自诊断功能，往往可以迅速，准确查明原因，并确定故障部位，这个方法是当前维修中最常用，最有效的一种方法。

(5)隔离法。有些故障，如运动抓行，抖动等，当一时难以芪分是数控部分还是伺服部分或是机械部分故障造成时，常采用隔离法。将电机分离，数控与伺服分离，位置闭环分隔作开环处理，这样能将复杂的问题化为简单，较快地找到故障的原因。

(6)局部升温法。数控系统经过长期运行后元器件均要老化，性能变坏。当他们尚未完全损坏时，出现的故障会变得时隐时现，这时可用热吹风贡或电烙铁等对被怀疑的元器件进行局部升温，加速其老化，以便彻底暴露故障部件。

(7)更新建立法。当CNC或PLC装置由于电网干扰，或其它偶然原因发生异常情况或死机的同时，应清除有关内存区，重新进行冷起动或热启动。并对CNC参数进行重新设置，便可排除故障。

8 数控机床的日常维护问题

数控系统是数控机床的核心部件，因此，数控机床的维护主要是数控系统的维护。数控系统经过一段较长时间的使用，电子元器件性能要老化甚至损坏，要想延长元器件的寿命和零部件的磨损周期，就要求我们日常对它们进行维护，维护要点有三:(1)因为在机加工车间的空气中一般都含有油雾，灰尘甚至金属粉未，一旦它们落在数控系统内的印制线路或电器件上，容易引起元器件间绝缘电组下降，甚至导致元器件及印制线路的损坏。因此除非进行必要的调整和维修，不允许随便开启柜门，更不允许在使用时敞开柜门。(2)每天检查数控系统上各个风扇工作是否正常，应视工作环境状况，每月或每季度检查一次风道通过滤器是否有堵塞现象，否则将引起温度报警系统不可靠的后果。(3)多检查一下机床的电缆线，主要检查移动电缆线的接头，硬角处接触不良，断线，虚接，或短路等故障，这样才能更有效的减少因为电压等问题导致的不良后果。

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