机床CNC单元故障分析技巧与维修实例

覃羡烘+黄永程

摘 要：机床系统CNC单元频频发生故障，并且难以查找原因，使得生产效率大大降低，必须采取有效的解决措施，才能提高生产率。该文通过对CNC软件系统机构的介绍，并列出数控车床、数控铣床和加工中心CNC故障具体实例，分析了机床CNC单元故障形成的原因，总结了故障分析技巧及排除方法。

关键词：CNC单元 软件故障 故障分析

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）07（b）-0035-03

由于现代数控应用技术的提高，系统的可靠性越来越好，导致数控系统本身故障越来越低。数控设备的故障可分为外部硬件损坏造成的硬件故障、系统内部的管理软件和控制软件的软件故障。外部硬件操作引起的故障是一种常见的数控维修故障，通常是由于检测开关、液压与气動系统、电气执行机构、机械装置等的问题引起的，这些故障可以通过报警信息查找故障原因。软件故障通常是由于操作不当、发生故障时的调整过程不当所引起的，这类故障多发生在设备使用调整时期或者是被使用前期。对一般的数控系统来说，软件故障要比硬件故障的诊断与维修更有难度，因为有些软件故障虽有报警信息显示，但并不能反映故障的真实原因，这时就必须根据报警信息和故障现象来分析解决，找出故障并解除。CNC单元故障属于系统软件故障，它的故障与诊断维修就显得有点困难。

1 典型CNC软件系统的结构

CNC系统软件由管理软件和控制软件组成，管理软件包括输入/输出、I/O处理、显示、诊断等；控制软件包括译码、刀具补偿、速度处理、插补计算、位置控制等。数控系统由软件装置和硬件装置相互配合，共同完成数控系统的具体功能。早期的CNC装置，数控功能全部由硬件实现，而现在的数控功能则由软件和硬件共同完成[1]。

目前数控系统的软件一般由两种结构组成，即前后台结构和中断型结构。所谓前后台型是指在一个常规采样周期内，花一些时间在前台任务，后台任务支出其余的时间，共同完成数控加工任务。中断型结构是指CNC系统软件的各种功能子程序被安排在级别不同的中断服务程序中，整个数控软件是一个大的中断系统，通过各级中断程序之间的通信实现管理功能[2]。

一般机床软件故障可能形成的原因如下。

（1）在调试用户程序或修改参数时，操作符误删或更改软件的内容，错误操作导致失败。

（2）RAM动力电池或电池短路或开路，如不良接触会导致RAM不保持电压，造成电力电池电压不足，所以，导致软件和系统参数的损失。

（3）功率波动或干扰脉冲干扰信号串进入数值控制系统总线，会导致由数字控制装置引起运行停止或时间误差。

（4）当运行一个复杂的程序或执行大量的计算时，有时会导致系统崩溃并导致软件故障。

（5）当系统执行大量的计算，或者错误的操作是由于内存不足或软件溢出导致的，系统会导致死机。

（6）调试程序，修改参数不合理，或有大量错误操作，会导致软件溢出。

2 CNC单元故障系统软件故障分析与维修

CNC单元故障系统软件故障分析与维修见表1所示。

3 CNC单元故障系统软件故障分析技巧与维修实例

当数控设备出现故障需要维修时，最重要的第一步是发现问题。要本着先静后动、先软件后硬件、先外部后内部、先机械后电气、先公用后专用、先简单后复杂、先一般后特殊的原则检查故障[3]。分析清楚了故障现象，然后根据机床和数控系统的工作原理，就可以很快地确诊了问题所在，并将故障排除，使设备恢复正常使用。

3.1 数控车床CNC单元故障分析与维修实例

实例1：CW6163B数控车床开机冷却泵不受系统控制，冷却液无法喷出，报警灯亮。

维修过程及分析：经检查，出现该机床报警灯亮的原因有3点，即冷却电机断路器断路、液压马达断路、刀架信号混乱。检查看到冷却电机断路器和液压电机均正常，常闭端还在正常输入24 V输入电压，刀架信号正常，刀具信号系统也检测得到；检查冷却液喷出口无杂物堵塞再仔细检查机器线路；检测冷却电机断路器端口信号为x6.6，系统的PMC x6.6地址显示为0，系统检测认为是冷却电机断路，所以，输出机床报警。又检查了该机床的I/O扩展板，发现I/O板接线松了，把接线插紧，开机机床报警灯不再亮，冷却水泵受机床控制，故障排除。

实例2：一台采用FANUC 0-TD系统N-084型数控车床，在自动加工模式中工作台突然停止工作。

维修过程及分析：首先看到CRT显示52l报警号，这个报警号对应为-Z轴负方向限位超程报警。根据系统发出的-Z轴超程故障报警，分析得出故障原因应该是x18限位开关换损坏了。维修过程是先将数控车床工作台退出机床禁区，返回机床参考点，再按RESET复位键来解除报警，故用手轮（脉冲发生器）在手动模式下配合合适的进给倍率，将工作台向+Z轴方向移动，即与工作台方向报警的反方向移动，等工作台退出超程禁区后，再按RESET复位键，这样报警故障就会排除。但是在移动过程中发现工作台没法向+Z轴方向移动，可能电源脱开了，故按操作面板上的P键和CAN键同时接通电源（按RESET复位键及DELETE删除键时不可接通电源），等工作台退出超程禁区，返回参考点，再按RESET复位键及DELETE删除键，重新试车加工，一切正常，故障排除。

3.2 数控铣床CNC单元故障分析与维修实例

实例1：一台专用数控铣床，NC系统采用发那科的FANUC-0，在批量加工中NC系统显示1024号报警“LIMIT SWITCH ”。

维修过程及分析：经检查，此报警为通道限位开关报警。警察程序的数值并没有变化，CRT上显示的X轴坐标确定达到软件极限，详细分析，发现这种故障是软件限位设置不当造成的，具体原因是补偿值输入变大引起的，X轴行程已经超出软件设定的极限值，适当调整软件的限位设置，故障排除。

实例2：一台广州数控980TD，开机CNC出现故障，显示“急停报警，ESP输入开路”。

维修过程及分析：出现这种报警有4种情况：一是X轴丝杆里进异物卡死了；二是急停开关被按下了；三是限位开关失灵了；四是机床装有行程开关，有硬限位超程情况存在。解决这4种故障的方法是：一是把X轴拆开，把里面的杂物清理干净；二是把开关拔起来或者顺时针方向转动急停开关至其弹起，然后按复位键解除报警；三是换个限位开关装上；四是按下厂家在系统面板上设置的“超程释放”按钮，按住此按钮然后同时按一下复位键，超程释放按钮不要松，使用手动方式把托板往超程的相反方向移动，等到行程开关按钮弹起，松开按钮，报警即可解除。该机床检查了前面3个原因发现都正常，检查第四项时发现Y超程了，按照上面解决第4个故障的方法操作了一遍，故障解除。

3.3 加工中心CNC单元故障分析与维修实例

实例：一台二手三菱700系列加工中心，运行程序时出现“M01 1026”报警。

维修过程及分析：“M01 1026”报警原因是主轴C轴控制中无法执行其他功能指令，属于程序参数错误。检查在加工中是否对多面加工主轴发出了C轴模式指令？是否对同期攻丝主轴发出了C轴模式指令？是否对同期攻丝主轴发出了多面加工指令？主轴是否正在作为主轴或者C轴使用？解决方法是先取消C轴指令，发现报警还在，再取消多面加工指令，报警还没有消除，最后通过关闭伺服取消C轴指令，报警消除。

4 结语

机床的CNC单元故障维修分析技巧关键在于了解第一手资料并发现问题，掌握如何及时变通检修思路，多做笔记，善于思考，才能少走弯路，维修技术才能得以提高。数控系统的自诊断功能有着本身局限性，所以，检修故障时要灵活分析，不能完全依赖数控系统的自诊断功能与资料，资料也存在翻译的错误，因此，检修故障主要凭借日常检修经验不断积累、不断总结，才能顺利而快速的排除故障。

参考文献

[1] 刘蔡保.数控机床故障诊断与维修[M].北京：化学工业出版社，2012.

[2] 余仲裕.数控机床维修[M].北京：机械工业出版社，2011.

[3] 夏罗生.数控机床维修与维护[M].北京：航空工业出版社，2011.