数控机床常见故障分析

谢犇

数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物，是技术密集度及自动化程度很高的典型机电一体化加工设备。它与普通机床相比，其优越性是显而易见的，不仅零件加工精度高，产品质量稳定，且自动化程度极高，可减轻工人的体力劳动强度，大大提高了生产效率，特别值得一提的是可完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂曲面的零件加工，因而在机械制造业中的地位愈来愈显得重要。目前，数控机床的应用越来越广泛，其加工柔性好，精度高，生产效率高，具有很多的优点。但由于技术越来越先进、复杂，对维修人员的素质要求很高，要求他们具有较深的专业知识和丰富的维修经验，在数控机床出现故障才能及时排除。

1.以故障发生的部位，分为硬件故障和软件故障

硬件故障是指电子、电器件、印制电路板、电线电缆、接插件等的不正常状态甚至损坏，这是需要修理甚至更换才可排除的故障。而软件故障一般是指PLC逻辑控制程序中产生的故障，需要输入或修改某些数据甚至修改PLC程序方可排除的故障。零件加工程序故障也属于软件故障。最严重的软件故障则是数控系统软件的缺损甚至丢失，这就只有与生产厂商或其服务机构联系解决了。

1.1硬件故障

有时由于NC系统出现硬件的损坏，使机床停机。对于这类故障的诊断，首先必须了解该数控系统的工作原理及各线路板的功能，然后根据故障现象进行分析，在有条件的情况下利用交换法准确定位故障点。

1.2软故障

数控机床有些故障是由于NC系统机床参数引起的，有时因设置不当，有时因意外使参数发生变化或混乱，这类故障只要调整好参数，就会自然消失。还有些故障由于偶然原因使NC系统处于死循环状态，这类故障有时必须采取强行启动的方法恢复系统的使用。

2.以故障出现时有无指示，分为有诊断指示故障和无诊断指示故障

当今的数控系统都设计有完美的自诊断程序，时实监控整个系统的软、硬件性能，一旦发现故障则会立即报警或者还有简要文字说明在屏幕上显示出来，结合系统配备的诊断手册不仅可以找到故障发生的原因、部位，而且还有排除的方法提示。机床制造者也会针对具体机床设计有相关的故障指示及诊断说明书。上述这两部分有诊断指示的故障加上各电气装置上的各类指示灯使得绝大多数电气故障的排除较为容易。无诊断指示的故障一部分是上述两种诊断程序的不完整性所致（如开关不闭合、接插松动等）。这类故障则要依靠对产生故障前的工作过程和故障现象及后果，并依靠维修人员对机床的熟悉程度和技术水平加以分析、排除。

2.1伺服系统的故障

由于数控系统的控制核心是对机床的进给部分进行数字控制，而进给是由伺服单元控制伺服电机，带动滚珠丝杠来实现的，由旋转编码器做位置反馈元件，形成半闭环的位置控制系统。所以伺服系统在数控机床上起的作用相当重要。伺服系统的故障一般都是由伺服控制单元、伺服电机、测速电机、编码器等出现问题引起的。

2.2电动机系统中的低压电器故障，也是比较多见的。可导致电动机不转或运行不正常等故障，在调试阶段，容易出现电动机电源接线的相序错误、接头接触不良等问题。用久的老机床，直流电机的电刷磨损、永磁铁脱落、整流环的损坏等都是常见故障。连续大切削量的机床，如果保护装置不良，过载过流现象可能引发烧毁电机电枢。

数控机床中的电动机系统中的低压电器有：空气断路器、交流接触器、继电器、熔断器、开关、按钮、电磁抱闸等。当这些低压电器出现问题后都会引发什么样的故障？学会根据故障现象、电路图进行分析。

3.以机床的运动品质特性来衡量，则是机床运动特性下降的故障。

在这种情况下，机床虽 能正常运转却加工不出合格的工件。例如机床定位精度超差、反向死区过大、坐标运行不平稳等。这类故障必须使用检测仪器确诊产生误差的机、电环节，然后通过对机械传动系统、数控系统和伺服系统的最佳化调整来排除。

3.1外部故障

由于现代的数控系统可靠性越来越高，故障率越来越低，很少发生故障。大部分故障都是非系统故障，是由外部原因引起的。现代的数控设备都是机电一体化的产品，结构比较复杂，保护措施完善，自动化程度非常高。有些故障并不是硬件损坏引起的，而是由于操作、调整、处理不当引起的。这类故障在设备使用初期发生的频率较高，这时操作人员和维护人员对设备都不特别熟悉.

3.2由外部硬件损坏引起的故障

这类故障是数控机床常见故障，一般都是由于检测开关、液压系统、气动系统、电气执行元件、机械装置等出现问题引起的。有些故障可产生报警，通过报答信息，可查找故障原因。

3.3破坏性故障

这类故障出现会对操作者或设备造成伤害或损害，如超程运行、飞车、部件碰撞等。

发生破坏性故障后，例如，一台数控车床在正常加工的情况下，刀具撞到工件，造成重大的损失，经过仔细的分析，发现返回参考点错误，认真地分析发现行程开关（档块）位置与电子栅格位置重合，（偶尔）造成Z方向进给多出一个电子栅格，从而造成刀具工件相撞的破坏性故障。移动行程开关位置，从问题得到圆满解决。

3.4非破坏性故障

数控机床的绝多数故障属于这类故障，出现故障时对机床和操作人不会造成任何伤害，所以诊断这类故障时，可以再现故障，并可以仔细观察故障现象，通过故障现象对故障进行分析和诊断。

参考文献：

[1]《数控机床故障与诊断》.北京：机械工业出版社

[2]韩鸿鸾主编.数控铣工加工中心操作.机械工业出版社

[3]陈宏钧主编.典型零件机械加工生产实例.机械工业出版社

[4]徐衡主编.FANUC系统数控铣床和加工中心培训教程.化学工业出版社