数控机床是现代制造业的关键设备，在很大程度上影响着装备制造业的发展。然而在实际生产操作中，又会出现各种常见故障，每个问题的产生都会有它的根源之所在，我们追根溯源总找到其解决的办法。
　　
　　故障分析的方法
　　
　　一、常见故障及其分类
　　
　　1.按故障发生的部位分类
　　
　　⑴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。
　　

数控机床
 
　　⑵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、输为输出单元等。
　　
　　“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锗、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
　　
　　⑴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。


数控机床
　　
　　⑵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
　　
　　⑴有报带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杳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的报等两类。前者为数控生产厂家设置的故降显示．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，属于机床侧的故降显示。它可对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。
　　
　　⑵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祝则更多．
　　
　　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
　　
　　⑴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。
　　

数控机床
 
　　⑵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入电压的不平衡；环境温度过高：有害气体、潮气、粉尘授入：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，白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，
　　
　　⑴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
　　
　　⑵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。
　　
　　⑶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、位置实际的负载的晴况等。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。
　　
　　⑷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。
　　
　　⑸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一个方面内容（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：PAM、ROM、专用LSI等进行诊断。数控系统的自诊断在开机时进行，只有当全部项日都被确认无误后，才能进入正常运行状态。
　　
　　诊断的时间决定十数控系统一般只需数秒钟，但有的需要几分钟。开机自诊断一般按规定的步骤进行，以FANUC公司的FANUCII系统为例诊断程序的执行过程中，系统主板上的七段显示按9→8→7→6→5→4→3→2→1的顺序变化，相应的检查内容为：
　　
　　9―对CPU进行复位，开始执行诊断指令：
　　
　　8―进行ROM测试，表示ROM检查出错时，显示器变为b；
　　
　　7―对RAM清零，系统对RAM中的内容进行清除，为正常运行作好准备；
　　
　　6一对BAC（总线随机控制）芯片进行初始化。此时，若显示变为A，说明主板与CRT之
　　
　　间的传输出了差错；变为C，表示连接错误：变为F，表示I/O板或连接电缆不良：变为H,表示所用的连接单元识别号不对；显示小写字母c表示光缆传输出错；显示J，表示PLC或接口转换电路不良等等。
　　
　　5―对MDI单元进行检查
　　
　　4―对CRT单元进行初始化
　　
　　3―显示CRT的初始画面，如：软件版本号、系列号等。此时若显示变成L，表明PLC的
　　
　　控制软件存在问题：变为O，则表示系统未能通过初始化，控制软件存在问题：
　　
　　2―表示已完成系统的初始化工作；
　　
　　1―表示系统已可以正常运转此时若显示变为E表示系统的主板或ROM板，或CNC控制软件有故障。
　　
　　在一般清况下CRT初始化完成后，若其他部分存在故障，CRT即可以显示出报警信息。
　　
　　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。
　　
　　⑴接口信号显示它可以显示CNC和PLC、CNC和机床之间的全部接口信号的现行状态。
　　
　　指不数字输入／输出信号的通断清祝，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。
　　
　　⑵内部状态显示一般来说利用内部状态显不功能，可以显示以下几方面的内容：
　　
　　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I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）伺服骆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示等等
　　
　　⑶故障信息显示在数控系统中，故障信息一般以“报警显示”的形式在CRT进行显示。报警显示的内容根据数控系统的不同有所区别。这些信息大都以“报警号”，加文本的形式出现，具体内容以及排除方法在数控系统生产厂家提供的“维修说明书”上可以查阅。
　　
　　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。
　　
　　3．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I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。
　　
　　数控机床常见机械故障及防范措施
　　
　　一、主轴部件故障
　　
　　由于使用调速电机，数控机床主轴箱结构比较简单，容易出现故障的部位是主轴内部的刀具自动夹紧机构、自动调速装置等。为保证在工作中或停电时刀夹不会自行松脱，刀具自动夹紧机构采用弹簧夹紧，并配行程开关发出夹紧或放松信号。若刀具夹紧后不能松开，则考虑调整松刀液压缸压力和行程开关装置或调整碟形弹簧上的螺母，减小弹簧压合量。此外，主轴发热和主轴箱噪声问题，也不容忽视，此时主要考虑清洗主轴箱，调整润滑油量，保证主轴箱清洁度和更换主轴轴承，修理或更换主轴箱齿轮等。
　　
　　二、进给传动链故障
　　
　　在数控机床进给传动系统中，普遍采用滚珠丝杠副、静压丝杠螺母副、滚动导轨、静压导轨和塑料导轨。所以进给传动链有故障，主要反映是运动质量下降。如：机械部件未运动到规定位置、运行中断、定位精度下降、反向间隙增大、爬行、轴承噪声变大(撞车后)等。
　　
　　对于此类故障可以通过以下措施预防：
　　
　　(1)提高传动精度调节各运动副预紧力，调整松动环节，消除传动间隙，缩短传动链和在传动链中设置减速齿轮，也可提高传动精度。
　　
　　(2)提高传动刚度。调节丝杠螺母副、支承部件的预紧力及合理选择丝杠本身尺寸，是提高传动刚度的有效措施。刚度不足还会导致工作台或拖板产生爬行和振动以及造成反向死区，影响传动准确性。
　　
　　(3)提高运动精度。在满足部件强度和刚度的前提下，尽可能减小运动部件的质量，减小旋转零件的直径和质量，以减小运动部件的惯性，提高运动精度。
　　
　　(4)导轨滚动导轨对赃物比较敏感，必须要有良好的防护装置，而且滚动导轨的预紧力选择要恰当，过大会使牵引力显著增加。静压导轨应有一套过滤效果良好的供油系统。
　　
　　三、自动换刀装置故障
　　
　　自动换刀装置故障主要表现在：刀库运动故障、定位误差过大、机械手夹持刀柄不稳定、机械手运动误差较大等。故障严重时会造成换刀动作卡住，机床被迫停止工作。
　　
　　1.刀库运动故障
　　
　　若连接电机轴与蜗杆轴的联轴器松动或机械联接过紧等机械原因，会造成刀库不能转动，此时必须紧固联轴器上的螺钉。若刀库转动不到位，则属于电机转动故障或传动误差造成。若出现刀套不能夹紧刀具，则需调整刀套上的调节螺钉，压紧弹簧，顶紧卡紧销当出现刀套上/下不到位时，应检查拨叉位置或限位开关的安装与调整情况。
　　
　　2.换刀机械手故障
　　
　　若刀具夹不紧、掉刀，则调整卡紧爪弹簧，使其压力增大，或更换机械手卡紧销若刀具夹紧后松不开，应调整松锁弹簧后的螺母，使最大载荷不超过额定值。若刀具交换时掉刀，则属于换刀时主轴箱没有回到换刀点或换刀点漂移造成，应重新操作主轴箱，使其回到换刀位置，重新设定换刀点。
　　
　　四、各轴运动位置行程开关压合故障
　　
　　在数控机床上，为保证自动化工作的可靠性，采用了大量检测运动位置的行程开关机床。经过长期运行，运动部件的运动特性发生变化，行程开关压合装置的可靠性及行程开关本身品质特性的改变，对整机性能产生较大影响。一般要适时检查和更换行程开关，可消除因此类开关不良对机床的影响。
　　
　　五、配套辅助装置故障
　　
　　1.液压系统
　　
　　液压泵应采用变量泵，以减少液压系统的发热油箱内安装的过滤器，应定期用汽油或超声波振动清洗。常见故障主要是泵体磨损、裂纹和机械损伤此时一般必须大修或更换零件。
　　
　　2.气压系统
　　
　　用于刀具或工件夹紧、安全防护门开关以及主轴锥孔吹屑的气压系统中，分水滤气器应定时放水，定期清洗，以保证气动元件中运动零件的灵敏性。阀心动作失灵、空气泄漏、气动元件损伤及动作失灵等故障均由润滑不良造成，故油雾器应定期清洗。此外，还应经常检查气动系统的密封性。
　　
　　3.润滑系统
　　
　　包括对机床导轨、传动齿轮、滚珠丝杠、主轴箱等的润滑。润滑泵内的过滤器需定期清洗、更换，一般每年应更换一次。
　　
　　4.冷却系统
　　
　　它对刀具和工件起冷却和冲屑作用。冷却液喷嘴应定期清洗。
　　
　　5.排屑装置
　　
　　排屑装置是具有独立功能的附件，主要保证自动切削加上顺利进行和减少数控机床的发热。因此排屑装置应能及时自动排屑，其安装位置一般应尽可能靠近刀具切削区域。
　　
　　六、结语
　　
　　数控机床是采用计算机控制，机电一体化的自动化加工设备，数控机床的使用是一项技术应用工程。正确预防和有效维修是提高数控机床使用效率的基本保证。对于常见的机械故障，虽然出现的机会不多，但绝不容忽视应综合分析和判断故障根源，尽可能缩短故障停机时间，以利于数控机床性能的高效发挥。

本文出自苏州艾纳克机械科技有限公司www.ankgy.com 数控机床维修，数控机床大修，昆山数控机床保养，主轴大修，昆山主轴大修，精密主轴大修，昆山精密主轴维修，厂区设备大修，设备保养，昆山机床维修