前言

数控机床是一种高效的自动化机床，它综合了计算机技术，自动化技术，伺服驱动，精密测量和精密机械等各个领域的新的技术成果，是一门新兴的工业控制技术。由于其经济性能好，生产效率高，在生产上处于越来越重要的地位。本人经过二十年的数控机床维修，对数控机床的故障诊断及维修有了一些粗浅的认识。为了提高机床的使用效率，充分发挥数控机床的优势，结合工作实际浅谈一下数控系统故障诊断和维修的一般方法希望对同行有所帮助。

一、   数控机床的故障诊断方法

1、数控机床的故障规律 

与一般设备相同，数控机床的故障率随时间变化的规律可用浴盆曲线表示。在整个使用寿命期，根据数控机床的故障频度大致分为三个阶段，即早期故障期、偶发故障期和故障高发期。 

早期故障期：早期故障期的特点是故障发生的频率高，但随着使用时间的增加迅速下降。

偶发故障期：数控机床在经历了初期的各种磨合和调整后，开始进入相对稳定的正常运行期。在这个阶段，故障率低而且相对稳定，近似常数。偶发故障是由于偶然因素引起的。

故障高发期：故障高发期出现在数控机床使用的后期，其特点是故障率随着运行时间的增加而升高。出现这种现象的基本原因是由于数控机床的零部件及电子元器件经过长时间的运行，由于疲劳、磨损、老化等原因，寿命已接近衰竭，从而处于频发故障状态。

2、数控机床故障诊断的内容

无论是处于哪一个故障期，数控机床故障诊断的一般步骤都是相同的。当数控机床发生故障时，除非出现非常危险或涉及人身安全的紧急情况，一般不要关断电源，要尽可能地保持机床原来的状态不变，并对出现的一些信号和现象做好记录，这主要包括：

（1）出现这种故障，是否造成了产品、设备及安全事故。如果发生了事故，此时一定要详细询问机床操作人员的各种细节并由其对其发言签字。只要涉及操作人员的利益，一定对操作人员的供述仔细分析，防止个别人说假话。

（2）故障现象的详细记录  

把故障发生前后的一切现象，都记录清楚，不放过任何蛛丝马迹。经过多年的数控机床维修，我们发现，越是熟识的内容，越是习以为常的东西，往往是维修人员忽视的对象。也恰恰是这些习以为常的东西往往是导致故障发生的主要因素。

（3）故障发生的操作方式及内容

      在记录操作方式时，不能忽视机床操作者的情绪，如果操作者情绪低落，一定要留心注意。

（4）故障号及故障指示灯的显示内容

（5）故障发生时机床各部分的状态与位置

3、数控机床故障诊断的一般步骤  

 （1）、“望、闻、问、切”法

 机床不能说话，但其很多故障源会以各种形式表露出来，可以看看电柜、机床侧有无异常现象？闻闻有无糊味？问问机床操作人员操作步骤。必要是需要用万能表等仪器进行测量的就对相关信号进行测量。

（2）详细了解故障情况。例如，当数控机床发生颤振、振动或超调现象时，要弄清楚是发生在全部轴还是某一轴；如果是某一轴，是全程还是某一位置；是一运动就发生还是仅在快速、进给状态某速度、加速或减速的某个状态下发生。为了进一步了解故障情况，要对数控机床进行初步检查，并着重检查显示器上的显示内容，控系统上有无报警号或故障灯发亮，控制柜中的故障指示灯、状态指示灯等。当故障情况允许时，最好开机试验，详细观察故障情况。

(3)根据故障情况进行分析，缩小范围，确定故障源查找的方向和手段。对故障现象进行全面了解后，下一步可根据故障现象分析故障可能存在的位置。有些故障与其他部分联系较少，容易确定查找的方向，而有些故障原因很多，难以用简单的方法确定出故障源的查找方向，这就要仔细查阅数控机床的相关资料，弄清与故障有关的各种因素，确定若干个查找方向，并逐一进行查找。 

(4)由表及里进行故障源查找。故障查找一般是从易到难、从外围到内部逐步进行。所谓难易，包括技术上的复杂程度和拆卸装配方面的难易程度。技术上的复杂程度是指判断其是否有故障存在的难易程度。在故障诊断的过程中，首先应该检查可直接接近或经过简单的拆卸即可进行检查的那些部位，然后检查需要进行大量的拆卸工作之后才能接近和进行检查的那些部位。

  （5）对于偶发的故障，甚至故障源瞬间消失的故障，是维修人员非常头痛的问题。建议对主要设备，把出现的主要故障涉及的各个因素，编写程序块，编写的功能块具备“瞬间出现、永久抓取”的功能。这样再处理该类故障时就会节省很多时间。

二、数控机床常见的维修方法

数控机床是涉及多个应用学科的十分复杂的系统，加之数控系统和机床本身的种类繁多，功能各异，不可能找出一种适合各种数控机床、各类故障的通用诊断方法。这里仅对一些常用的一般性方法作以介绍，这些方法互相联系，在实际的故障诊断中，对这些方法要综合运用。

1、  根据报警号进行故障诊断

 计算机数控系统大都具有很强的自诊断功能。当机床发生故障时，可对整个机床包括数控系统自身进行全面的检查和诊断，并将诊断到的故障或错误以报警号或错误代码的形式显示在显示器上。

 报警号(错误代码)一般包括下列几方面的故障(或错误)信息：

①     程序编制错误或操作错误；

②     存储器工作不正常；

③     伺服系统故障；

④     可编程控制器故障；

⑤     连接故障； 

⑥     温度、压力、液位等不正常；

⑦     行程开关(或接近开关)状态不正确。 

利用报警号进行故障诊断是数控机床故障诊断的主要方法之一。如果机床发生了故障，且有报警号显示于显示器上，首先就要根据报警号的内容进行相应的分析与诊断。当然，报警号多数情况下并不能直接指出故障源之所在，而是指出了一种现象，维修人员就可以根据所指出的现象进行分析，缩小检查的范围，有目的地进行某个方面的检查。

2、  根据控制系统LED灯或数码管的指示进行故障诊断 

控制系统的LED(发光二极管)或数码管指示是另一种自诊断指示方法。如果和故障报警号同时报警，综合二者的报警内容，可更加明确地指示出故障的位置。在显示器上的报警号未出现或显示器不亮时，LED或数码管指示就是唯一的报警内容了。

3、  根据机床参数进行故障诊断

 机床参数也称为机床常数，是通用的数控系统与具体的机床相匹配时所确定的一组数据，它实际上是NC程序中未定的数据或可选择的方式。机床参数通常存于RAM中，由厂家根据所配机床的具体情况进行设定，部分参数还要通过调试来确定。机床参数大都随机床以参数表或参数纸带的形式提供给用户。由于某种原因，如误操作、参数纸带不良等，存于RAM中的机床参数可能发生改变甚至丢失而引起机床故障。在维修过程中，有时也要利用某些机床参数对机床进行调整，还有的参数须要根据机床的运行情况及状态进行必要的修正。因此，维修人员对机床参数应尽可能地熟悉，理解其含义，只有在理解的基础上才能很好地利用它，才能正确地进行修正而不致产生错误。

4、  用诊断程序进行故障诊断

 诊断程序一般分为三套，即启动诊断、在线诊断或称后台诊断。启动诊断指从每次通电开始至进入正常的运行准备状态止，CNC内部诊断程序自动执行的诊断，一般情况下数秒之内即告完成，其目的是确认系统的主要硬件可否正常工作。主要检查的硬件包括：CPU、存储器、I/O单元等印刷板或模块；CRT/MDI单元、阅读机、软盘单元等装置或外设。若被检测内容正常，则CRT显示表明系统已进入正常运行的基本画面(一般是位置显示画面)。否则，将显示报警信息。在线诊断是指在系统通过启动诊断进入运行状态后由内部诊断程序对CNC及与之相连接的外设、各伺服单元和伺服电机等进行的自动检测和诊断。只要系统不断电，在线诊断也就不会停止，在线诊断的诊断范围大，显示信息的内容也很多。

5、其它诊断方法

 a、备板置换法（替代法）  用同功能的备用板替换被怀疑有故障的模板。（故障被排除或范围缩小） 注意：断电状态下/选择开关/跨线一致，只改变模板。

 b、将功能相同的模板或单元相互交换，  观察故障的转移情况，就能快速判断故障的部位。

 c、敲击法  数控系统是由各种电路板组成，电路板上、接插件等处有虚焊或接口槽接触不良都会引起故障。可用绝缘物轻轻敲打疑点处，若出现，则敲击处很可能就是故障部位。

 d、升温法  设备运行较长时间或环境温度较高时，机床就会出现故障，可用电吹风、红外灯照射可疑的元件或组件。确定故障点。

 e、功能程序测试法  当数控机床加工造成废品而无法确定是编程、操作不当还是数控系统故障时，或是闲置时间较长的数控机床重新投入使用时。将G、M、S、T、F功能的全部指令编写一个试验程序并运行在这台机床，可快速判断哪个功能不良或丧失。

 f、隔离法  隔离法是将某些控制回路断开，从而达到缩小查找故障区域的目的。例：某加工中心，在JOG方式下，进给平稳，但自动则不正常。首先要确定是NC故障还是伺服系统故障，先断开伺服速度给定信号，用电池电压作信号，故障依旧。说明NC系统没有问题。进一步检查是Y轴夹紧装置出故障。

g、测量比较法  为了检测方便，在模板或单元上设有检测端子，用万用表、示波器等仪器对这些端子的电平或波形进行测试，将测试值与正常值进行比较，可以分析和判断故障的原因和及故障的部位。各种故障诊断方法各有特点，要根据故障现象的特点灵活的组合应用。 

三、 数控机床常见故障诊断与维修

 1、 数控机床机械结构故障诊断与维修 

进给运动系统（滚珠丝杠螺母副）的故障通常由滚珠丝杠副润滑不良和滚珠丝杠副噪声组成。检查滚珠丝杠副的润滑不良要看分油器是否分油？油管是否油堵塞？。检查滚珠丝杠副噪声通常要检查滚珠丝杠润滑是否良好？滚珠是否油破损？伺服电机与丝杠（或通过伺服电机的减速机与丝杠）的联轴器是否连接松动？

2、液压与气动系统故障

     如果液压泵有异常噪声或压力下降，需要检查：是否油量不足，滤油器露出油面？吸油管是否吸入空气？回油管是否高出油面，空气进入油池？滤油器是否堵塞？是否液压泵转速过高或液压泵装反？液压泵与电动机联接是否同轴度差？轴承和轴是否损坏？泵与其它机械是否产生了共振？

    如果液压泵发热、油温过高，按下列项次进行检查：液压泵工作压力是否超载？油箱油量是否不足？压力是否过高？

3、数控机床出现伺服超差

该故障在不同的数控系统中报警内容不一样，但意思一样，即机床的实际进给值与指令值之差超过限定的允许值。在西门子840D数控系统等中，往往报警：轮廓误差出借。在西班牙FAGOR系统中，会报警：跟随误差出界。出现这类故障的原因一般是：直线轴的滚珠丝杠背冒松动；直线轴的导轨润滑不良，阻力加大；控制该直线轴的数控系统的比例或积分时间参数调整不到位；电动机轴与传动机械间是否配合良好，是否有松动或间隙存在。

4、  不用手持单元时，机床的直线轴偷偷移动

遇到这类故障，一般是手持单元的0V线虚接所致

5、    电柜内的数控系统出现异常报警

遇到这类故障，首先要检查系统内的粉尘是否大？如果粉尘大，马上停电后进行保洁后，再观察。很多情况下故障会消失。粉尘是数控系统的大敌，粉尘会缩短系统50%以上的寿命。

6、    飞车现象

一般出现飞车现象，需要检查如下的内容：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。

7、零件加工表面粗糙

     检查切削条件是否合理，刀尖是否损坏？检查机械传动是否间隙过大？检查机床的振动状况如机床水平状态、地基、主轴旋转时有否振动？

     如果是磨床磨削的工件表面有横振纹，一般首先检查砂轮主轴的径向跳动是否超出了技术要求的数值？如果是磨床磨削的工件表面有螺旋纹，则要从主轴转速是否平稳、进给轴是否爬行、支撑工件的顶尖装夹是否良好等检查。

四、结束语

    数控机床的诊断与维修，需要理论与实践的一定实践的结合。任何文章和经验不可能包治百病。要想获得数控机床诊断和维修的高水平，学习和实践是不变的真理。