数控机床典型故障诊断与维修

韩渴望

(江苏省常州技师学院，江苏 常州 213000)

1 数控机床维修排障原则

数控机床产生故障后，维修人员为了能快速且准确的排查到故障发生点。要求其具备扎实的数控系统工作原理相关知识，熟悉常见机械故障和软件故障，能根据机床的使用环境及操作者的描述，准确判断故障可能发生的原因[1]。数控维修的故障排查和诊断应遵循一定的原则，如先检测静态故障后检测动态故障；先机械故障后电气故障；先从外部的状态进行诊断后从内部状态进行判断等。有部分故障需在通电状态下进行检测；有些故障是机床操作不当导致的，需对操作者进行详细询问，判断原因；有些故障是因为设备维护和保养不合理导致的，因此查看设备的维修和保养记录也是其中重要步骤。机床维修遵从以上原则可快速准确的发现故障原因，高效完成机床的维修工作。

2 常见机床故障

2.1 数控机床常见机械故障

数控机床故障中最常见的是机械故障，机械故障可分为4种类型：功能型故障、动作型故障、结构型故障和使用型故障[2]。功能型故障是指机床部件长期磨损，定位精度和重复定位精度等变大产生的故障。例如，机床的导轨和丝杠因长时间使用，忽视了对它的保养，润滑不充分，长期磨损，机床丝杠和导轨间隙增大，则产生功能型故障。再如，对联轴器检查时发现松动，反向间隙是0.1 mm，判断是由丝杠反向间隙和轴承间隙的间隙差产生的，也为功能型故障，需将轴承固定，测量丝杠反向间隙值，如果间隙值超过0.02 mm，应将滚珠丝杠利用机械设备对超出的间隙进行缩小修复处理。动作型故障是指数控设备产生的各种动作故障，主要有主轴不转或转速不匹配，液压或气动卡爪无法夹紧，刀架定位精度低或刀具无法回到指定刀位。数控机床的主轴是零件加工的动力及零件装夹装置，要求精度高、抗振、耐磨，结构上还要完成刀具的安装，零件的安装、轴承的配合等。主轴的故障主要是驱动和液压系统故障。驱动系统导致的主轴旋转不正常，应先检查电机是否正常、控制柜接线是否有误、负载是否过大。液压系统主要检查有无漏液漏气现象、是否有噪声及振动异常、气压和液压表是否正常等。结构型故障是指机床零部件制造精度误差或润滑不到位，出现的发热、噪声变大现象，机床皮带传动或齿轮传动出现异响，切削过程出现明显的振动等。例如，机床主电机和主轴间的皮带出现过度磨损后，皮带的摩擦力降低，失去弹性，主轴的负载能力降低，粗加工切削用量增加，可能会引起主轴堵转现象或者未失效皮带超负荷工作，造成断裂、异响等。使用型故障是指机床在使用过程中出现的故障，有加工精度方面的故障、按钮使用故障、冷却系统故障、照明系统故障等。比如，用于加工的机床经常出现撞刀现象，机床的导轨、刀架、丝杠、主轴可能出现精度方面的故障。部分机床出现撞刀后，刀架的高度发生变化，刀架无法对准中心，造成零件加工出现偏心等问题。冷却系统故障可能因长时间使用忽略了对冷却液的更换，导致冷却液出现浑浊、异味、杂质增多，冷却电机出现堵转发热，无法抽水故障等。

2.2 数控机床常见电气故障

电气故障一般发生在系统装置，伺服驱动单元和机床电气控制等部位。电气故障多数因机床时间使用过长，元器件老化、松动、接插件接触不良、缺相等引起的。系统装置故障一般表现为系统参数丢失，部分功能无法正常使用[3]。比如，西门子802S系统数控车床曾出现过因学校假期时间过长，放假期间没有定期对机床进行通电运行，导致部分系统参数丢失，无法正常使用。需要对机床数据进行重置操作才能正常使用。还有部分Fanuc数控系统，如果长时间不使用，系统主板中的电池会出现失电故障，导致机床部分系统参数丢失或者出现无挡块回参考点故障信息报警。此类故障需要及时更换系统电池，并进行参数重置后才能正常使用。伺服系统的故障是机床设备电气故障中的主要故障之一。发生故障的结构主要有驱动单元、机械传动单元、测速单元、编码器单元等。一般表现为无法启动，移动定位不准确，切削速度不稳定。常见超程、过载、窜动、爬行、振动等故障。比如回参考点故障，这种故障一般分为找不到参考点和找不准参考点两类。找不到参考点可能是由于回参考点后减速开关信号失效或零位脉冲消失。此时可检测脉冲编码器零位或光栅尺的零位来确定是否损坏。找不准参考点故障应考虑是否是参考点挡块位置设置不正确引起的，可重新调整挡块的位置消除故障。机床电气故障多出现在新机床或使用年限过久的机床中。例如，新购西门子840D系统数控车床，使用中出现刀架换刀无法找到预定刀位，一直处于旋转状态，系统也没有报警数据，经过检查发现刀架电机没有出现缺相或者损坏等现象，根据经验，更换刀架进线的三相顺序后，问题得到解决。使用8年的Fanuc0i-mateTC数控车床在回零状态下，按住回零按钮，一直处于超程报警状态，无法回零。根据经验判断，主要问题可能出现在行程开关的硬件故障，应将行程开关拆开，把表面的污迹擦拭干净，拆开行程开关后，发现回零触点金属线已经断开，把触点清洁干净，重新把接触点焊回原位，万用表检测通断正常，将修复的行程开关装回原位，故障现象解除。

3 常见故障诊断与维修

数控机床的故障现象众多，一种故障现象可能有多个故障原因，因此，故障排除要有一个系统的过程，充分分析，常见的检查和维修方法包括以下几方面。

3.1 直观诊断法

这种方法是维修人员使用最多的方法，直观诊断首先是维修人员仔细询问操作者故障发生的过程、现象等并进行详细记录。然后对机床电、液、气进行检查，包括断电后直接触摸机床的电路板，检查各个接插头状态、各个信号线是否有断开现象。检查电源是否符合要求，有无缺相、短路、断路等现象。

3.2 状态诊断法

这种诊断方法主要通过常用电工检测仪表对相关电源模块电压、脉冲信号等进行检测。主要检测数控系统中的伺服信号、驱动信号及数控系统中的输入和输出信号，检查各个继电器和接触器动作是否正常，动作发生后诊断和分析输入和输出信号的有无，通过检测机床的实际动作，判断故障发生部位，并分析故障原因[4]。

3.3 系统诊断法

这种方法主要利用系统内部出现的报警信息进行诊断或采用专用诊断软件进行查看。硬件方面主要是系统中的各个电气装置中的故障报警指示。软件方面主要是PLC程序段中各个触点状态；加工程序中各个故障报警信息等。部分报警信息可通过查阅维修手册获得解决问题的方法。

4 结语

数控机床的价值不菲，对于数控设备而言，保持稳定运行至关重要。数控设备维修人员在努力提高自己维修水平的同时，要严格要求使用者注意对机床进行定期保养和维护，比如机床中各种电机要定期进行相位检查、发现污损部分及时进行清洁，水泵电机中的过滤网要及时清洗等。机床各个行程开关作为易损件，每天都要对它们进行清洁，并给予润滑保养。每天查看电器柜中的风冷设备是否正常运行。检查机床中易受振动而发生松动的部位，保证各零件接触正常。总之，数控机床要做好日常维护保养工作，维修人员要掌握机床的结构和原理，一旦出现故障，才能做到有目的、快速找到故障点进行维修。

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