数控车床的典型故障分析与维护分析

卢凯林

摘 要：以常规数控车床为典型介绍其应用时出现的典型故障及其出现的原因，分析了机床故障的维修护养的方法。

关键词：数控车床;典型故障;故障维修

数控机床是数字控制机床（Computer numerical control machine tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。

一、数控机床故障诊断及处理的基本原则

数控机床的大部分故障都以综合故障形式出现，判断与处理原则如下。

1.分析可能造成故障的因素

数控机床出现的同一故障现象，其原因是多种多样的，有可能是由于机械、电气及控制系统等造成的。要准确地判断故障出现的环节和造成故障的原因，必须罗列所有相关的因素。

例如，行程开关工作不正常时，其影响因素可能有以下几个方面：1）机械运动不到位，开关未压下;2）机械结构不合理，开关松动或挡块太短;3）开关自身质量有问题;4）开关选型不当;5）防护措施不好，开关内进了杂物，使动作失常。

2.确定产生故障的原因

由于造成故障的因素很多，因此维修人员必须利用该机床的技术档案，凭借现场操作经验、判断能力和掌握的机、电、液等综合专业技术知识，通过必要的测试手段，最后判别可能产生故障的原因，最后通过必要的试验，逐一寻找、确定故障源。

二、典型故障

（一）、换刀装置故障

数控车换刀一般的过程是：换刀电机接到换刀信号后，通过蜗轮蜗杆减速带动刀架旋转，由霍尔元件发出刀位信号，数控系统再利用这个信号与目标值进行比较以判断刀具是否到位。刀换到位后，电机反转缩紧刀架。在维修数控车的过程中可能遇到了以下几个故障现象。

故障一：一台四刀位数控车床，发生一号刀位找不到，其它刀位能正常换刀的故障现象。

故障分析：由于只有一号刀找不到刀位，可以排除机械传动方面的问题，确定就是电气方面的故障。可能是该刀位的霍尔元件及其周围线路出现问题，导致该刀位信号不能输送给PLC。对照电路图利用万用表检查后发现：1号刀位霍尔元件的24V供电正常，GND线路为正常，T1信号线正常。因此可以断定是霍尔元件损坏导致该刀位信号不能发出。

解决办法：更换新的霍尔元件后故障排除，一号刀正常找到。

（二）、稳压电源故障

机床在运行时机床照明灯突然不亮，机床操作面板灯也不亮，系统电源正常，同时系统急停报警，和主轴无信号警。关机后重新上电故障依旧。

用绝缘胶布把接头处重新包好，重新上电开机所有故障解决，报警解除照明灯也亮了。

（三）、伺服系统故障

由于数控系统的控制核心是对车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车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。

1、机床停止时，有关进给轴振动：

（1）检查高频脉动信号并观察其波形及振幅，若不符合应调节有关电位器

（2）检查伺服放大器速度环的补偿功能，若不符合应调节补偿用电位器

（3）检查位置检测用编码盘的轴、联轴节、齿轮系是否啮合良好

2、机床运行时声音不好，有摆动现象

（1）首先检查测速发电机换向器表面是否光滑、清洁，电刷与换向器间是否接触良好

（2）检查伺服放大器速度环的补偿功能，若不符合应调节补偿用电位器

（3）检查伺服放大器位置环增益是否符合要求，若不符合要求对有关的电位器应予以调整

（4）检查位置检测器与联轴节间的装配是否有松动

（5）检查由位置检测器来的反馈信号的波形及D/A转换后的波形幅度

3、飞车现象

（1）位置传感器或速度传感器的信号反相，或者是电枢线接反了，即整个系统不是负反馈而变成正反馈了

（2）速度指令给的不正确

（3）位置传感器或速度传感器的反馈信号没有接或者是有接线断开

（4）CNC控制系统或伺服控制板有故障电源板有故障而引起的逻辑混乱

三、数控车床故障排除的方法

（一）、直观法

这是一种最基本的方法。维修人员通过對故障发生时的各种光、声、味等异常现象的观察以及认真察看系统的每一处，往往可将故障范围缩小到一个模块或一块印刷线路板。这要求维修人员具有丰富的实际经验，要有多学科的较宽的知识和综合判断的能力。

（三）、自诊断功能法

现代的数控系统虽然尚未达到智能化很高的程度，但已经具备了较强的自诊断功能。能随时监视数控系统的硬件和软件的工作状况。一旦发现异常，立即在CRT上报警信息或用发光二极管批示出故障的大致起因。利用自诊断功能，也能显示出系统与主机之间接口信号的状态，从而判断出故障发生在机械部分还是数控系统部分，并批示出故障的大致部位。这个方法是当前维修时最有效的一种方法。

（四）、转移法

所谓转移法就是将CNC系统中具有相同功能的二块印刷线路板、模块、集成电路芯片或元器件互相交换，观察故障现象是否随之转移。藉此，可迅速确定系统的故障部位。这个方法实际上就是交换法的一种。因此，有关注意事项同交换法所述。

（五）、参数检查法

众所周知，数控参数能直接影响数控车床的功能。通过查阅相关参数设置情况判断故障且予以解除。

（六）、测量比较法

CNC系统生产厂在设计印刷线路板时，为了调整、维修的便利，在印刷线路板上设计了多个检测用端子。用户也可利用这些端子比较测量正常的印刷线路板和有故障的印刷线路板之间的差异。可以检测这些测量端子的电压或波形，分析故障的起因及故障的所在位置。甚至，有时还可对正常的印刷线路人为地制造"故障"，如断开连线或短路，拨去组件等，以判断真实故障的起因。为此，维修人员应在平时积累印刷线路板上关键部位或易出故障部位在正常时的正确波形和电压值，因为CNC系统生产厂往往不提供有关这方面的资料。

以上方法主要针对常规国产机床，如广州数控928TE等，检查与维修方法为积累经验总结而来，若要快速解决故障，须具体问题具体分析。

参考文献

[1] FANUC-0i-mate使用说明书

[2] 大连机床集团数控车床电器说明书

[3] 广州数控GSK980T使用说明书

[4] 沈阳机床集团数控车床电器说明书

[5] 《数控机床故障诊断及维护》 机械工业出版社 主编 王侃夫