试论数控机床常见故障及维修处理

高永祥

摘要：近年来，数控机床在我国制造业中的应用日益普遍，由于其价格较高，在生产制造中是至关重要的一部分内容，因此，一旦该环节出现问题，不但会造成生产的停滞，还会导致企业经济效益的缩水，品牌口碑也会因此下滑，由此可见，数控起床在企业生产所发挥的重要作用。然而，在企业生产管理中，重数控机床应用中功能发挥，轻维修养护的管理问题突出，极大地影响着机床运转安全。基于此，本文将对数控机床常见故障及维修处理相关问题进行深入研究。

Abstract： In recent years， the application of the numerical control machine tool manufacturing industry in our country is increasingly common， because the price is higher， in the production and manufacturing is a vital part of the content， therefore， once the links appear problem， not only can lead to the stagnation of production， can also lead to economic efficiency of enterprises， brand reputation will therefore decline， thus it can be seen， CNC wake up plays an important role in the production of enterprises. However， in the enterprise production management， the heavy CNC machine tool application function play， light maintenance management problems outstanding， greatly affect the machine tool operation safety. Based on this， this paper will conduct in-depth research on the common faults and maintenance of CNC machine tools.

关键词：数控机床;故障;维修处理

Key words： NC machine tool;the fault;repair processing

中图分类号：TG659                                        文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2022）03-0139-03

0  引言

数控机床故障诊断作为数控机床维修中的重要内容，因其在实际生产中出现的故障类型多样，因此，在维修处理中需根据不同的故障类型做相应处理。由于数控机床结构具有复杂性、技术含量高的特点，且其在功能、用途方面具有差异性，所以，在实际运行中，一旦数控机床操作人员进行不合理操作，或设备运行环境不良时，则极有可能诱发数控机床故障的发生，给企业生产运营带来不良影響和干扰。此外，由于数控机床维修过程相对复杂，因而，要恢复数控机床各项功能的发挥正常，需要维修人员对其常见故障类型做到了然于胸，掌握先进的技术手段，方可快速、准确的发展故障问题，及时解决。鉴于此，本文将从数控机床故障诊断中应遵循的基本原则入手，通过对实际生产中几种基本故障类型的分析，在进一步总结几种常用数控机床故障排除方法的基础上，结合笔者多年的实践工作经验，有针对性的提出了几点消处理故障的维修方法。

1  数控机床故障诊断中应遵循的基本原则

1.1 “先内后外”原则

数控机床，是集机械、液压和电气为一体的机床设备，如在生产中出现故障，则会综合反映在这三个部分。为提升故障诊断效率，现场维修人员要遵循“先内后外”的基本原则做好排查，在非必要的情况下，最好不通过启封或拆卸的方式来进行故障排查，此举具有扩大故障范围，损害机床元件的隐患，一旦操作不当，极有可能造成机床控制精度和整体性能的受损。

1.2 “由易而难”原则

当数控机床故障发生后，根据以往的经验，笔者发现通常为多种故障并存，并交相掩映，只听操作人员描述或观察，往往不知道该从哪下手，面对此类情况，维修人员应坚持“由易而难”的原则，先解决相对容易的问题，然后逐步深入到难度大的故障，只有层层递进，才能全面消除机床故障，从而将复杂的问题简单化，简单的问题消除掉。

1.3 “先静后动”原则

所谓先静后动，即在将故障机床断电确保其处于非运转状态时，采取问询了解、观察测试、分析确认的方式先判断故障类型是否为破坏性的，当得到肯定答案后再通电，然后做进一步的动态观察，通过针对性检测的方式来准确判定故障部位及类型。如在静态排查中发现机床设备为破坏性的时，应在消除所有危险因素后才能通电，再进入到动态观察阶段，这是确保故障诊断安全的一个重要原则。

1.4 “从机到电”原则

由于数控机床包括多个构件组合而成的，其中，当故障为机械故障时，相对易于发现和处理，如故障来自于数控系统，则维修难度系数会升级。为减少故障诊断和维修中不必要的麻烦，尽可能的缩减维修时间，在故障检修前，一般会先从机械性故障入手进行排查，以提升故障诊断效率。

2  数控机床诊断中常见的故障类型

2.1 根据故障发生部位的分类

根据数控机床故障发生部位的不同，故障类型主要包括：第一，主机故障。主要包括机械、润滑、冷却、排屑、液压，启动与防护等装置。第二，电气控制系统故障。此类故障还可分为弱电故障和强电故障两大类型。其中，弱电故障主要包括CNC、PLC、MDI/CRT及伺服驱动单元、输入输出单元等;强电故障主要指的是控制系统中的主回路或高压、大功率回路中的继电器、接触器、开关、熔断器、电源、变压器、电动机等电器元件及其组成的控制电路。其故障的发生率比弱电故障要高很多。

2.2 根据故障诱发因素分类

基于数控机床运行诱发其故障发生的诱因探究，其故障类型主要包括：第一，数控机床自身的故障。即由于数控机床自身的原因引起的，无关乎外部环境条件，在数控机床运行中出现的各类故障中，多数都属此列。第二，数控机床外部的故障。由于供电电压过低、环境温度过高或外来振动和干扰等因素造成的数控机床故障，属外部故障。第三，人为因素造成的故障。在企业生产中所使用的数控机床，因人为因素造成的故障类型中，约有1/3的故障源自人为因素，在人为故障中，出现最多的是新入员工，多是由于其经验不足，操作不当引起。

2.3 根据故障性质分类

数控机床故障类型中，根据其故障性质的不同，可分为：第一，系统性故障。所谓系统性故障，指的是当满足一定条件或超过某一设定的限度时，工作之中的数控机床必然会发生故障。第二，随机性故障。随机性故障，主要指的是处于同一工作条件下的数控机床，偶然或极少数的出现的一两次故障，针对此类故障类型，部分文献生称其为“软故障”[1]。

2.4 根据故障的指示形式分类

按照故障指示形式的不同，数控机床故障可分为如下类型：第一，有报警显示的故障。在此类故障中，当报警显示为指示灯部位时，维修人员则应清楚其故障来自于硬件报警;当报警来自显示器时，则应清楚其故障来自于软件报警。第二，无报警显示的故障。面对此类故障问题，应及时做接线等做排查处理。

除此之外，根据故障的严重程度，还可划分为危险性故障和安全性故障;根据故障的影响程度不同，可分为完全失效和部分失效的故障。

3  诊断数控机床故障的常用方法

3.1 直观检查法

直观检查法，指的是维修人员根据自己的经验，即通过对故障中出现的光、声和味等来进行直观观察，先圈定可能存在故障的区域，然后再判断故障类型。具体方法为：第一，问。通过对操作人员进行生产情况、故障时的情况的询问，来了解故障发生情况。第二，看。结合自己的目测查看CRT报警信息、报警指示灯、熔丝断否、元件烟熏烧焦、電容器膨胀变形、开裂、保护器脱扣、触点火花等基本情况。第三，听。通过设备运行来听是否存在异响问题，听的重点应放在铁心、欠压和振动方面。第四，触和嗅。通过对各种部件的接触反应，感受其发热、振动情况，及是否存在接触不良等问题，通过嗅来判断电气元件是否存在焦糊味或其他异味，以精准判断故障部位。在故障排除中，应确保整个检查过程的安全，特别是通电环节更要小心，不得有半点马虎。

如，在数控机床使用中，经过一段时间的运行会在CRT显示器中弹出“无显示故障”提示，此时的机床运行不受影响，当操作人员对其进行停机再启动处理后，这种现象就会自动消失。经检修发现，在设备处于工作状态时，振动故障会导致这种情况的出现，由此可推断为可能是设备中某些元件存在因接触不好而产生的故障。此外，在实际检修中，还出现过检查显示板时CRT显示失灵的情况，此时，通过排查发现晶振的两个引脚出现了虚焊松动问题，经焊接处理后，故障得以排除，数控机床性能恢复。

3.2 初始化复位法

在数控机床生产中，瞬时故障时有发生，通常表现即系统出现报警提示，面对这种表象，可采取硬件复位或开关系统电源的方式来进行故障清除，如在系统工作存贮区在掉电、拔插线路板或电池压力不足等情况下出现混乱时，进行系统化清除必不可少。需要注意的是，在系统化清除之前，要将系统内的数据拷贝好，否则会造成数据丢失。如采用这种方法还是不能排除相关故障，则应进行硬件的故障排查。如，在数控机床运行中，在按下自动运行按钮后，系统没有任何反应，屏幕上只显示菜单，但此时的手动和编辑功能并不受影响，且用户程序、参数等均无异常，对于这种情况，可通过初始化复位法来对系统进行清零复位处理，以排除数控机床的故障。

3.3 换件诊断法

现代数控系统大多采用模块化设计，根据其各部分功能的不同可分为不同的模块。随着现代数控技术的不断更新，电路的继承规模逐渐扩大，所应用技术的复杂性也在不断提升，按照常规的诊断方法，几乎不可能把故障在某个较小的范围内进行有效定位。而在具体应用中，采用换件诊断法能快速减少停机时间，确定故障版，消除系统故障。

由于在数控系统中所应用的电路板、木块、集成电路和其他零部件等的型号都一样，所以，可通过互相交换的方式来查看故障问题是否存在转移，以此来准确、快速的判断故障发生部位。举例来说，如在数控系统故障诊断中出现某个轴不能正常运行，出现爬行、抖动、不规则运动或只有某个方向动的情况时，通过此方法也能快速排查出故障点位。

在换件过程中，应注意以下事项：第一，更换电路板或组件之前应先断电。第二，在更换电路板时，如PLV的I/O板上标有地址开关，在交换排查中做好对应设置值的改变。第三，如遇到部分电路板上有跳线或桥线调整电阻、电容时，所有的调换应和原板保持一致。第四，换件中的模板的输入和输出应保持一致，否则极易造成故障范围的进一步扩大。第五，当确定替换部位为某一部分时，在替换前要先做好检查，主要涉及与被换件关联的线路和关联电器，需确保其无故障后才能换新，以免造成新替换元件受损。

3.4 自诊法

实际上，当前企业生产中所应用的数控机床的系统基本都有自诊功能，且能对系统中软硬件的工作状态进行实时监控。通过数控系统的自诊功能，可一目了然的知道系统和主机接口相关信息的状态，根据这些故障代码信息显示，能快速判断出故障类型是来自机械部分，还是数控部分，以提升故障诊断和维修实效。在此，需要维修人员了解的是，当硬件出现报警提示时，故障多来自数控系统和伺服系统，可通过对这两部分指示灯的状态观察和功能说明来判断故障所在;如报警音来自软件，则应推断出故障类型主要来自系统软件、PLC程序和加工程序这三个部分，由于这几个部分均有报警显示，因此，在故障排查中可根据报警号来确定故障部件，然后结合设备说明手册来进行处理。

除前述方法外，还可采用功能程序测试法、测量比较法、敲击法、接口信号法、原理分析法、故障现象分析法、报警显示分析法、功能程序测试法、启动诊断法、在线诊断法、离线诊断法、交叉换位法、参数检查法等进行故障排除，在此不做一一赘述。

4  数控机床常见故障的维修处理方法

4.1 报警不正常

机电部件是数控机床中的重要组成部分，当数控机床的数控系统发生无法重返参考点问题时，会出现报警异常，大多考虑是机床运行中，系统在寻找参考点时不能准确接收减速信号导致的。处理此类故障，维修处理工作应从如下方面入手：第一，检查X轴和Z轴，看是否存在异常，一旦发现异常，应尽快手动恢复。第二，检查开关，尤其是减速开关的信号，及各部件是否处于工作关闭状态，此外，还包括开关和部件的完整度等。待排查完毕，根据具体的故障类型采取有效措施加以修复，保证数控机床性能的正常发挥。

4.2 主轴无法启动

主轴不转问题在数控机床应用中时有发生，即电源指示灯无恙，但电机无法启动，可考虑马达失灵、变流器故障、输入信号失准等故障。此时，可行电机检查、判断逆变器的信号输入情况和数控系统是否存在故障，再判定主轴的启动情况，如主轴启动为单向运行，则应在维修中去掉变频器和电机;如主轴无法启动，则应先后对逆变器信号、转换器信号线及连线情况，待一切正常后输入说明，观察系统运行中的指示灯反应。此外，电器线圈驱动电路装置检查中，还应时刻关注指示灯情况，只有确保所有线路接触正常，才能消除主轴不启动故障。

4.3 导板无润滑

数控机床导轨的润滑度与其运行正常与否有着接关系，在判断是否为导板无润滑故障时，应先拆卸查看机床轨道，然后再看自动泵和进油管，如进油管没有问题，则进一步拆卸油分离器，对泵内的油量及其通路进行检查，并及时发现不正常之处，做润滑处理。

4.4 刀架故障

刀架失效，多是由于刀架更换时电动刀架不能停下转动导致的，对于此类故障，应对机床上的报警装置及其说明情况进行检查，相关说明应按提示输入即可，应重点检查系统的com（串行通信）端口有无输出电压，如有则及时清除，电压测试用万用表，如非此处故障，可推断为系统问题，需对数控机床主板进行更换维护。此外，还有一种情况，即刀架邮箱连接故障也会诱发刀架问题。如系统的com输出及连接不存在问题，但磁盘电路板开路，鑒于这种情况，应在故障排除中对烙铁做重新焊接或转动导线处理，如还是无法排除故障找出原因，需继续通过换方向盘的方式来做进一步检查，对排查出故障问题的部分，要及时和厂家沟通，联系处理。

在刀架失效故障中，常见的维修处理方法包括：第一，对构造出现断层的处理。在处理数控机床故障的过程中，数控机床传动零件间的关系处理是重中之重。因此，在对数控机床零件进行检查的过程中，要严格按照既定要求来调试数控机床零件，确保其达到预紧参数要求。由于其旋转部件产生的噪音在数控机床应用中具有结构屏障的作用，因此，在维修处理中应对油分离器和油球部分做重点检查，确保油分离器内未被堵塞，且不存在破损问题。此外，由于数控机床构造的特殊性，其内部结构只有压入轴承，因此，要使机床机构不存在安全隐患，必须确保管道内壁光滑无阻，圆球饱满，未见缺损。第二，对动作故障的维修处理。运动故障是数控机床应用中的常见故障，究其根源，主要在于机床自身的重量通常高于其参数设定的自重，因此，机床极易脱离机械手的控制，在处理此类故障问题时，应对工具重量有严格要求，不得高于标准水平，并第一时间更换已受损的机械手的夹紧销，尽可能的拧紧工具释放弹簧上的螺母。需要注意的是，在此类故障的维护处理中，螺母的最大压力应加以严格控制，最大不能高于额定参数，否则将收到适得其反的维修效果。

在刀架故障处理中，最为常用且有效的方法是实验法和测量法。前者是在开对开关或按钮操作过程中，观察与电路有关的接触器和继电器是否按既定要求动作在有序开展工作。若动作和电气部件动作不同步，则基本可断定为电气部件及其相关电路存在故障问题。要进一步确定故障部位，只需通过逐项分析、检查和检测的方法进行排除即可;后者需要用到万用表、万用笔，检查部位包括灯、故障区域内的电气元件等。对生产企业而言，应加强数控机床的故障及维修处理管理，加强日常养护，明确个人责任，加强细节管理，以确保数控机床安全、稳定运行。

5  结束语

综上所述，数控机床故障的成因不一而足，但任何一点故障都有可能造成不可估量的后果。因此，要求维修时严格遵守故障诊断基本原则，根据不同标准的故障类型，结合故障表象来分析、确定并排除相应故障，以节省故障排除时间，提升故障维修处理效率。身为一名数控机床管护人员，必须深刻认识到自身肩负责任的重大，在故障排除和维修处理中切不可盲目乱动，对工作中出现的数控机床故障问题，要在深入分析、精准排查、快速修复的基础上加强日常维护管理，将数控机床故障问题消灭于萌芽状态，真正做到知己知彼，百战不殆，以提升数控机床故障及维修处理效率，达到事半功倍的处理效果。

参考文献：

[1]关娜娜.数控机床常见故障及维修处理探究[J].内燃机与配件，2021（21）：172-173.

[2]田文杰，牛文铁，常文芬，张大卫.数控机床几何精度溯源方法研究[J].机械工程学报，2014（07）.

[3]蒋丽.零件的数控加工工艺分析[J].价值工程，2014（17）.

[4]刘思默.浅析数控机床常见故障及基本处理技术[J].内燃机与配件，2020.