典型数控机床的故障诊断与维修分析

洪如

（厦门华厦职业学院信息与机电工程系，福建 厦门 361024）

数控机床是一种昂贵、高效的自动化机床，在许多行业中，这些设备均处于关键岗位的关键工序上，若出现故障后不能及时找到原因和故障部位并迅速修复设备，将会给企业造成很大的损失。

尽管现在数控机床的可靠性不断提高，但在设备运行过程中因操作失误、外部环境变化等原因，出现故障在所难免。因此，在借助数控机床的自诊断功能的同时，采取正确的故障诊断方法，及时发现并尽快确定故障的部位和原因，使操作人员或维修人员及时排除故障，缩短故障维修时间，使机床尽快恢复工作。

笔者结合多年的工作经验，将实际生产中几种典型数控机床常见故障现象进行分析，提出了具体的诊断过程，并给出了具体的解决办法。

1 实例之一

龙门数控镗铣床FANUC16iM系统，半闭环控制，每天开机手动返回参考点时，X 轴偶尔会出现90#报警，找不到参考点；返回参考点时，工作台有减速动作，但是一旦手动回参考点成功，重复用G28方式回零，没有任何问题。

分析处理：大多数机床制造商设置在手动返回参考点时，寻找并读取PCZ信号（物理栅格信号）建立参考点，而在G28方式下使用计数器清零的方式返回参考点，不寻找物理栅格信号。

从故障描述来看，重点应该检查一转信号。首先采用最简单易行的方法，检查反馈电缆，用万用表电阻档测量电缆两端通断，结果没有问题。接下来更换脉冲编码器，将X 轴编码器与另一个可以回参考点的轴（Y 轴）编码器更换，结果没有任何变化，即X 轴仍然不能够每次找到零点，而Y 轴回零正常，说明脉冲编码器良好。之后更换伺服放大器，仍然没有效果。相关的硬件均已更换，仍然没有找到故障点。

仔细分析大型机床的结构，发现X 轴反馈电缆经过坦克链到伺服放大器，共计约50m，初步判断可能是由于信号衰减造成的一转信号不好，最后将5V及0V线脚与电缆中多余的备用线并联加粗，降低线间电阻，提高信号幅值，最终排除了故障。

注意：FANUCa系列驱动的反馈装置，采用的是高速串行传送，用传统的示波器无法观测波形，所以更多的是采用替代法或者借助系统界面诊断排查故障。

2 实例之二

数控车床FANUC 0i TB数控系统（半闭环控制），Z 轴移动时411#报警。

分析处理：首先，我们通过伺服诊断画面，观察Z轴移动时误差值，见图1。

图1 实际位置误差诊断

通过观察，发现Z 轴低速移动时，“位置误差”数值可随着轴的移动跟随变化，而Z 轴高速移动时，“位置误差”数值尚未来得及调整完，就出现411#报警。这种现象是比较典型的指令与反馈不谐调，有可能是反馈丢失脉冲，也有可能是负载过重而引起的误差过大。

由于是半闭环控制，所以反馈装置就是电机后面的脉冲编码器，该机床使用FANUC 0iTB数控系统，而且X 轴和Z 轴均配置ai系列数字伺服电机，所以编码器互换性好，并且比较方便，因此维修人员首先更换了两个轴的脉冲编码器。但更换以后，故障依旧，初步排除编码器问题。

通过查线、测量，确认反馈电缆及连接也无问题。视线转向外围机械部分，将电机与机床脱离（见图2）。

图2 电机与机械脱开试验

将电机从联轴节中卸下，通电旋转电机，无报警，排除了数控系统和伺服电机问题。检查机械，此时，最好用手盘丝杆，发现丝杆很沉，明显超过正常值，说明进给轴传动链机械故障，通过钳工检修，修复Z 轴机械问题，重新安装Z 轴电机，机床正常工作。

3 实例之三

摩尔数控坐标磨床，紧急停止不能释放，检查所有紧急停止开关，均良好，并且没有硬件超程发生。

分析处理：查看梯形图（见图3）。

图3 摩尔坐标磨床的“急停处理”实例

发现在G8.4之前，串接了许多输入信号，其中X8.4（*ESP）状态良好，但是X2.6断开、R18.7激活由闭触点变为开触点，所以G8.4断开，变为低电平，*ESP触发，CNC紧急停止。

参考机床说明书，了解到X2.6是侧头信号，R18.7是侧头保护中间继电器信号，进一步检查侧头装置，发现侧头装置报警，导致X2.6和R18.7无法正常工作，修复侧头放大器后，问题解决，CNC紧急停止信号释放。

4 实例之四

加工中心机床，电源无法正常上电，电源单元红灯亮（电源报警）。

分析处理：经初步诊断为24E短路引起系统无法上电，处理方法为将I/O模块一个一个地摘除，当摘除到第1个输入模块后，电源24V正常，进一步检查该模块上的输入输出点，最终发现X9.2（Z 轴回零减速开关）对地短路，更换开关及整理线路，故障排除。

5 实例之五

某数控车床，FANUC OTD控制系统，FANUC a系列串行主轴，M03指令发出后出现主轴速度误差过大报警，主轴模块上的7段显示管“02”#报警，机床无法工作。

我们先后更换了主轴模块，反馈电缆，最终判断是主轴电机速度反馈问题，但是更换磁传感器备件后，原故障依旧没有解决。

后将主轴电机运至北京，经专业技术人员检查，发现电气系统及器件良好，但是主轴尾部端跳0.3mm以上（正常情况应该在0.01～0.02mm以下），导致齿面与传感器之间的间隙波动太大，无法有效调整和固定磁传感器位置，引发速度误差报警。具体检查方法（见图4）。

图4 主轴速度反馈测速齿轮的跳动检测

经进一步诊断，发现主轴电机后轴承座径向尺寸被磨大，已经无法固定轴承外圈，只得订购后轴承座备件，以备更换。

过后了解到，造成这一问题是由于钳工更换主轴三角带后张力调得过大（见图5），导致后轴承座损坏，所以我们在今后的日常维修保养中，要引以为戒。

图5 主轴电机轴端受力分析

6 实例之六

某加工中心，执行M10转台卡紧，但是屏幕上M10程序段不能完成，数十秒钟之后，出现PMC报警，显示M-FIN信号没有完成。

转台卡紧的工作过程见图6。

图6 M10与转台卡紧/松开控制

转台卡紧工作过程为：

（1）输入M10转台卡紧指令；

（2）PMC译码；

（3）输出Y指令，此例为Y10.0；

（4）2位4通电磁阀换相；

（5）液压缸动作，带动转台下移卡紧；

（6）卡紧到位后接近开关X10.0感应脉冲，PMC接受到X10.0的输入信号；

（7）PMC处理M-FIN信号，M代码完成。

故障诊断时，检查G5.0M-FIN信号是否触发。通过梯形图观察，G5.0确定没有触发，通过梯形图发现原因出在X10.0没有信号。经进一步检查，确认Y10.0有输出，电磁阀也吸合，转台机械动作也到位。使用金属物体感应接近开关X10.0后，PMC有反应，说明开关本身良好，最好调整开关与挡铁的距离，感应信号，问题解决。最终原因是接近开关位置偏高，通过调整解决M-FIN报警问题。

7 结束语

由于数控设备维修是一项技术含量很高的一项工作,因而对维修人员技术水平要求也很高,不但要在电气系统上下功夫,还要具备机械、液压等方面的知识。要熟悉整个机床的结构和工作原理，吃透控制系统的PMC梯形图、系统参数的设置，出现问题后，应首先判断是机械问题还是电气问题，是强电问题还是系统问题，是系统参数问题还是PMC梯形图问题，要善于利用系统自身的报警信息和诊断画面。需要不断总结数控机床的维修经验，逐步提高对故障的判断能力及排除故障的处理能力。

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