浅析数控机床常见故障诊断分析及维修

王淑芳

摘要：数控机床故障诊断数控机床是个复杂的系统，一台数控机床既有机械装置、液压系统，又有电气控制部分和软件程序等，组成数控机床的这些部分，由于种种原因，不可避免地会发生不同程度、不同类型的故障，导致数控机床不能正常工作。因此注重系统保养，对于准确维修数控机床故障，降低机床故障率具有重要意义。

关键词：数控技术；常见故障；诊断方法；维修方法

一、数控机床常见的故障诊断

（一）故障诊断。（1）先外部后内部。由于数控机床是集机械、液压、电气为一体的机床，其故障的发生也会由这三者综合反映出来，维修人员應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。（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。出现多种故障互相交织一时无从下手时，应先解决容易的问题，后解决难度较大的问题。

（二）诊断技术。（1）起动诊断 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、I/O 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。（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和测试装置进行停机（或脱机）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。

二、数控机床各部故障分析及维修

（一）主轴伺服系统故障检查及维修。电子工业的飞速发展，使各种集成度高、性能先进的调速驱动层出不穷，给数控机床的更新换代提供了有利条件，但对于目前大中型企业还无法将旧数控机床全部改造的现实，修理旧的驱动系统，仍是维修战线上的一项艰巨任务。在维修主回路采用错位选触无环流可逆调速驱动系统的数控车床中所遇到的部分故障及处理方法。

（二）机床PLC初始故障的诊断。机床PLC初始故障的诊断为了保护机床和维修方便，PLC有显示和检测机床故障的能力。一旦发生故障，维修人员就能根据机床的故障显示号去确定故障类别，予以排除。但在实际加工过程中，发现有时PLC同时显示几个故障，它们是由某一个故障引起的连锁故障，排除了初始的引发故障，其它故障报警就消失了。可是从机床PLC显示的所有报警故障中，维修人员并不知道哪个故障是初始引发故障，维修人员只能逐个故障去查，这就增加了维修难度。机床PLC初始故障诊断功能，通过PLC程序，准确判断出初始故障的报警号。维修中，首先排除初始故障，其它引发故障自行消失，这样就极大地方便了机床的维修，提高了机床维修的快速性和准确性。

（三）设备检测元件故障及维修。测量方式可分为直接测量和间接测量：直接测量就是对机床的直线位移采用直线型检测元件测量，常用的检测元件包括：直线感应同步器、计量光栅、磁尺激光干涉仪。间接测量就是对机床的直线位移采用回转型检测元件测量，常用的检测元件包括：脉冲编码器、旋转变压器、圆感应同步器、圆光栅和圆磁栅。当机床出现如下故障现象时，应考虑是否是由检测元件的故障引起的：

1.机械振荡（加/减速时。）（1）脉冲编码器出现故障，此时检查速度单元上的反馈线端子电压是否在某几点电压下降，如有下降表明脉冲编码器不良，更换编码器。（2）脉冲编码器十字联轴节可能损坏，导致轴转速与检测到的速度不同步，更换联轴节。（3）测速发电机出现故障，修复，更换测速机。

2.机械暴走（飞车）。在检查位置控制单元和速度控制单元的情况下，应检查：（1）脉冲编码器接线是否错误，检查编码器接线是否为正反馈，A相和B相是否接反。（2）脉冲编码器联轴节是否损坏，更换联轴节。（3）检查测速发电机端子是否接反和励磁信号线是否接错。

3.主轴不能定向或定向不到位。在检查定向控制电路设置和调整，检查定向板，主轴控制印刷电路板调整的同时，应检查位置检测器（编码器）是否不良，此时测编码器输出波形。

4.坐标轴振动进给。在检查电动机线圈是否短路，机械进给丝杠同电机的连接是否良好，检查整个伺服系统是否稳定的情况下，检查脉冲编码是否良好、联轴节联接是否平稳可靠、测速机是否可靠。检测元件是一种极其精密和容易受损的器件，一定要从下面几方面注意，进行正确的使用和维护保养。a.不能受到强烈振动和摩擦以免损伤代码板，不能受到灰尘油污的污染，以免影响正常信号的输出。b工作环境周围温度不能超标，额定电源电压一定要满足，便于集成电路片子的正常工作。c要保证反馈线电阻、电容的正常，保证正常信号的传输。d防止外部电源、噪声干扰，要保证屏蔽良好，以免影响反馈信号。e.安装方式要正确，如编码器联接轴要同心对正，防止轴超出允许的载重量，以保证其性能的正常。总之，在数控设备的故障中，检测元件的故障比例是比较高的，只要正确的使用并加强维护保养，对出现的问题进行深入分析，就一定能降低故障率，并能迅速解决故障，保证设备的正常运行。

5.机床加工精度异常故障及维修。生产中经常会遇到数控机床加工精度异常的故障。此类故障隐蔽性强、诊断难度大。导致此类故障的原因主要有五个方面：（1）机床进给单位被改动或变化；（2）机床各轴的零点偏置（NULL OFFSET）异常；（3）轴向的反向间隙（BACKLASH）异常；（4）电机运行状态异常，即电气及控制部分故障；（5）机械故障，如丝杆、轴承、轴联器等部件。此外，加工程序的编制、刀具的选择及人为因素，也可能导致加工精度异常。

参考文献：

[1]吴国经.数控机床床故障诊断与维修[M].电子工业出版社出版，2005年

[2]王爱玲.数控机床故障诊断与维修.机械工业出版社2010

[3]邓三鹏.现代数控机床故障诊断与维修.国防工业出版社，2009