数控机床维修.docx

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数控机床维修

摘要

数控机床在中国的机械加工行业中得到了迅速普及,使得我国机械加工水平无论在加工质量方面还是在加工效率方面也得到了迅速提高。

但是随着机床使用时间的延长,数控机床会出现这样或那样的故障,

数控机床是复杂的大系统，它涉及光、机、电、液等很多技术，发生故障是难免的。

机械锈蚀、机械磨损、机械失效，电子元器件老化、插件接触不良、电流电压波动、温度变化、干扰、噪声，软件丢失或本身有隐患、灰尘，操作失误等都可导致数控机床出故障。

本文就以数控机床的常见故障为例,阐述了诊断维修的意义、基本条件、一般步骤以及一些解决的办法，并在最后分析了FANUC系统的故障诊断。

【关键词】数控机床故障诊断，故障维修，分析故障，排除故障

前言

数控系统完全或部分丧失了系统规定的功能就称为故障。

所谓系统故障诊断技术.就是在系统运行中或基本不拆卸的情况下，即可掌握系统先行状态的信息，查明产生故障部位和原因，或预知系统的异常和故障的动向，采取必要的措施和对策的技术。

诊断的目的就是要确定故障的原因和部位，以便维修人员或操作人员尽快地进行故障的修复。

只有坚持做好数控机床的日常维护、保养工作，才可以延长元器件的使用寿命，延长机械部件的磨损周期，防止意外恶性事故的发生，争取数控机床长时间稳定工作：

也才能充分发挥数控机床的加工优势，达到数控机床的技术性能，确保数控机床能够正常工作。

因此，无论是对数控机床的操作者，还是对数控机床的维修人员来说，数控机床的维护与保养就显得非常重要，我们必须高度重视。

目录

前言

一、数控机床诊断与维修的一般步骤

1.1故障的调查与分析……………………………………………………

（2）

1.2故障排除………………………………………………………………（3）

1.3维修排故后的总结提高工作…………………………………………（3）

二、数控机床故障的分类

2.1按数控机床发生的故障性质分类……………………………………（3）

2.2按故障类型分类………………………………………………………（4）

2.3按数控机床发生的故障后有无报警显示分类………………………（5）

2.4按故障发生部位分类…………………………………………………（6）

2.5按故障发生的破坏程度分类…………………………………………（7）

三、数控机床故障诊断与维修的基本条件

3.1人员条件………………………………………………………………（8）

3.2物质条件………………………………………………………………（9）

3.3关于预防性维护………………………………………………………（9）

四、FANUC系统的故障诊断与维修

4.1FANUC系统的故障诊断………………………………………………（9）

4.2FANUC系统的基本检查与测试………………………………………（10）

五、总结

参考文献…………………………………………………………………（12）

数控机床故障诊断与维修

一、数控机床诊断与维修的一般步骤

数控设备的故障诊断与维修的过程基本上分为故障原因的调查和分析、故障的排除、维修总结三个阶段。

1.故降的调查与分析

这是排除故障的第一阶段，是非常关键的阶段。

数控机床出现故障后，不要急于动手处理，首先要摸情楚故障发生的过程，分析产生故障的原因。

为此要做好下面几项工作：

（1）询问调査

在接到机床现场出现故障要求排除的信息时，首先应要求操作者尽量保持现场故障状态，不做任何处理，这样有利于迅速精确地分析故障原因。

同时仔细询问故障指示情况、故障表象及故陪产生的哲景情况，依此做出初步判断，以便确定现场排除故障所应挽带的工具、仪表、图样资料、备件等，减少往返时间。

（2）现场检查

到达现场后，首先要验证操作者提供的各种情况的准确性、完整性，从而核实初步判断的准确度。

由于操作者的水平，会出现对故障状况描述不清甚至完全不准确的情况，因此到现场后仍然不要急于动手处理，应重新仔细检查各种情况，以免破坏了现场，增加了排除故障的难度。

（3）故障分析

根据已知的故障状况，按故障分类办法分析故障类型，从而确定排故原则。

由于大多数故障是有指示的，所以一般情况下，对照机床配套的数控系统诊断手册和使用说明书，可以列出产生该故障的多种可能的原因。

（4）确定原因

对多种可能的原因进行排查，从中找出本次故障的真正原因，对于维修人员来说这是一种对该机床熟悉程度、知识水平、实践经验和分析判断能力的综合考验。

当前的CNC系统智能化程度都比较低，系统尚不能自动诊断出发生故障的确切原因，往往是同一报警信号可以有多种起因，不可能将故障缩小到具体的某一部件。

因此，在分析故障的起因时，一定要思路开阔。

有时候，自诊断出系统的某一部分有故障，但究其起源，却不在数控系统，而是在机械部分。

所以，无论是CNC系统，机床强电，还是机械、液压、气路等，只要有可能引起该故障的原因，都要尽可能全面地列出来，进行综合判断和蹄选，然后通过必要的试验，达到确诊和最终排除故障的目的。

（5）排故准备

有的故障的排除方法可能很简单，有些故障则比较复杂，需要做一系列的准备工作，例：

工具仪表的准备、局部的拆卸、零部件的修理，元器件的采购，甚至排故计划步骤的制定，数控机床电气系统故障的调查、分析与诊断的过程也就是故障的排除过程，一旦查明了寅因，故障也就几乎等于排除了，因此故障分析诊断的方法也就变得十分重要了。

一般情况下，在故障检测过程中，应充分利用数控系统的自诊断功能，如系统的开机诊斤、运行诊断、PLC的监控功能；同时在检测故障过程中还应掌握以下原则：

（1）先外部后内部

（2）先机械后电气

（3）先静后动

（4）先公用后专用

（5）先简单后复杂

（6）先一半后特殊

2.故障排除

这是抹故的第二阶段，是实施阶段-、如上所述，完成了故障分析，也就基本上完成了故障的排除，剩下的工作就是按照相关操作规程具体实施。

3.维修排故后的总结提高工作

对数控机床电气故障进行维修和分析样除后的总结与提高工作是排故的第三阶段，也是十分重要的阶段，应引起足够重视。

总结提高工作的主要内容包括：

1）详细记录从故障的发生、分析判断到抹除全过程中出现的各种问题，采取的各种措施,涉及的相关电路图、相关参数和相关软件.其间错误分析和排故方法也应记录，并记录其无效的原因。

除填入维修档案外，内容较多赛还要另文详细书写。

2）有条件的维修人员应该从较典缴的故障揮除实践中找出带有普遍意义的内容作为研究课敦，进行理论性探讨.写出论文，从而达到提高的目的，特别是在有些故障的排除中并未认真系统地分析判断.要是银有一定偶然性地样除了故障，这种情况下的事后总结研究就更加必要了。

二、数控机床故障的分类

数控机床全部或部分丧失了规定的功能的现象称为数控机床的故障。

数控机床是机电一体化的产物，技术先进、结构复杂。

数控机床的故障也是多种多样、各不相同，故障原因一般都比较复杂，这给数控机床的故障诊断和维修带来不少困难。

为了便于机床的故障分析和诊断，本节按故障的性质、故障产生的原因和故障发生的部位等因素大致把数控机床的故障划分为以下几类。

1、按数控机床发生的故障性质分类

（1）系统性故障

这类故障是指只要满足一定的条件，机床或者数控系统就必然出现的故障。

例如电网电压过高或者过低，系统就会产生电压过高报警或者过低报警；切削量过大时，就会产生过载报警等。

例如一台采用SINUMERIK810

系统的数控机床在加工过程中，系统有时自动断电关机，重新启动后，还可以正常工作。

根据系统工作原理和故障现象怀疑故障原因是系统供电电压波动，测量系统电源模块上的24V输人电源，发现为22.3V左右，当机床加工时，这个电压还向下波动，特别是切削量大时，电压下降就大，有时接近21V，这时系统自动断电关机，为了解决这个问题，更换容量大的24V电源变压器将这个故障彻底消除。

（2）随机故障

这类故障是指在同样条件下，只偶尔出现一次或者二次的故障。

要想人为地再现同样的故障则是不容易的，有时很长时间也很难再遇到一次。

这类故障的分析和诊断是比较困难的。

一般情况下，这类故障往往与机械结构的松动、错位，数控系统中部分元件工作特性的漂移、机床电气元件可靠性下降有关。

例如一台数控沟槽磨床，在加工过程中偶尔出现问题，磨沟槽的位置发生变化，造成废品。

分析这台机床的工作原理，在磨削加工时首先测量臂向下摆动到工件的卡紧位置，然后工件开始移动，当工件的基准端面接触到测量头时，数控装置记录下此时的位置数据，然后测量臂抬起，加工程序继续运行。

数控装置根据端面的位置数据，在距端面一定距离的位置磨削沟槽，所以沟槽位置不准与测量的准确与否有非常大的关系。

因为不经常发生，所以很难观察到故障现象。

因此根据机床工作原理，对测量头进行检查并没有发现问题；对测量臂的转动检查时发现旋转轴有些紧，可能测量臂有时没有精确到位，使测量产生误差。

将旋转轴拆开检查发现已严重磨损，制作新备件，更换上后再也没有发生这个故障。

2、按故障类型分类

按照机床故障的类型区分，故障可分为机械故障和电气故障。

（1）机械故障

这类故障主要发生在机床主机部分，还可以分为机械部件故障、液压系统故障、气动系统故障和润滑系统故障等。

例如一台采用SINUMERIK810系统的数控淬火机床开机回参考点、走X轴时，出现报警1680“SERVOENABLETRAV．AXISX"，手动走X轴也出现这个报警，检查伺服装置，发现有过载报警指示。

根据西门子说明书产生这个故障的原因可能是机械负载过大、伺服控制电源出现问题、伺服电动机出现故障等。

本着先机械后电气的原则，首先检测X轴滑台，手动盘动X轴滑台，发现非常沉，盘不动，说明机械部分出现了问题。

将X轴滚珠丝杠拆下检查，发现滚珠丝杠已锈蚀，原来是滑台密封不好，淬火液进人滚珠丝杠，造成滚珠丝杠的锈蚀，更换新的滚珠丝杠，故障消除。

（2）电气故障

电气故障是指电气控制系统出现的故障，主要包括数控装置、PLC控制器、伺服单元、CRT显示器、电源模块、机床控制元件以及检测开关的故障等。

这部分的故障是数控机床的常见故障，应该引起足够的重视。

3、按数控机床发生的故障后有无报警显示分类

按故障产生后有无报警显示，可分为有报警显示故障和无报警显示故障两类。

（1）有报警显示故障

这类故障又可以分为硬件报警显示和软件报警显示两种。

1）硬件报警显示的故障。

硬件报警显示通常是指各单元装置上的指示灯的报警指示。

在数控系统中有许多用以指示故障部位的指示灯，如控制系统操作面板、CPU主板、伺服控制单元等部位，一旦数控系统的这些指示灯指示故障状态后，根据相应部位上的指示灯的报警含义，均可以大致判断故障发生的部位和性质，这无疑会给故障分析与诊断带来极大好处。

因此维修人员在日常维护和故障维修时应注意检查这些指示灯的状态是否正常。

2）软件报警显示的故障。

软件报警显示通常是指数控系统显示器上显示出的报警号和报警信息。

由于数控系统具有自诊断功能，一旦检查出故障，即按故障的级别进行处理，同时在显示器上显示报警号和报警信息。

软件报警又可分为NC报警和PLC报警，前者为数控部分的故障报警，可通过报警号，在《数控系统维修手册》上找到这个报警的原因与怎样处理方面的内容，从而确定可能产生故障的原因；后者的PLC报警的报警信息来自机床制造厂家编制的报警文本，大多属于机床侧的故障报警，遇到这类故障，可根据报警信息，或者PLC用户程序确诊故障。

（2）无报警显示的故障

这类故障发生时没有任何硬件及软件报警显示，因此分析诊断起来比较困难。

对于没有报警的故障，通常要具体问题具体分析。

遇到这类问题，要根据故障现象、机床工作原理、数控系统工作原理、PLC梯形图以及维修经验来分析诊断故障。

例如一台数控淬火机床经常自动断电关机，停一会再开还可以工作。

分析机床的工作原理，产生这个故障的原因一般都是系统保护功能起作用，所以首先检查系统的供电电压为24V，没有间题；在检查系统的冷却装置时，发现冷却风扇过滤网堵塞，出故障时恰好是夏季，系统因为温度过高而自动停机，更换过滤网，机床恢复正常使用。

又如一台采用德国SINUMERIK810系统的数控沟槽磨床，在自动磨削完工件、修整砂轮时，带动砂轮的Z轴向上运动，停下后砂轮修整器并没有修整砂轮，而是停止了自动循环，但屏幕上没有报警指示。

根据机床的工作原理，在修整砂轮时，应该喷射冷却液，冷却砂轮修整器，但多次观察发生故障的过程，却发现没有切削液喷射。

切削液电磁阀控制原理图如图所示，在出现故障时利用数控系统的PLC状态显示功能，观察控制切削液喷射电磁阀的输出Q4.5，其状态为“1”，没有问题，根据电气原理图它是通过直流继电器K45来控制电磁阀的，检查直流继电器K45也没有问题，接着检查电磁阀，发现电磁阀的线圈上有电压，说明问题是出在电磁阀上，更换电磁阀，机床故障消除。

4、按故障发生部位分类

按机床故障发生的部位可把故障分为如下几类：

（1）数控装置部分的故障

数控装置部分的故障又可以分为软件故障和硬件故障。

1）软件故障。

有些机床故障是由于加工程序编制出现错误造成的，有些故障是由于机床数据设置不当引起的，这类故障属于软件故障。

只要将故障原因找到并修改后，这类故障就会排除。

2）硬件故障。

有些机床故障是因为控制系统硬件出现问题，这类故障必须更换损坏的器件或者维修后才能排除故障。

例如一台数控冲床出现故障，屏幕没有显示，检查机床控制系统的电源模块的24V输人电源，没有问题，NC-ON信号也正常，但在电源模块上没有5V电压，说明电源模块损坏，维修后，机床恢复正常使用。

（2）PLC部分的故障

PLC部分的故障也分为软件和硬件故障两种。

1）软件故障。

由于PLC用户程序编制有问题，在数控机床运行时满足一定的条件即可发生故障。

另外，PLC用户程序编制的不好，经常会出现一些无报警的机床侧故障，所以PLC用户程序要编制的尽量完善。

2）硬件故障。

由于PLC输人输出模块出现问题而引起的故障属于硬件故障。

有时个别输入输出口出现故障，可以通过修改PLC程序，使用备用接口替代出现故障的接口，从而排除故障。

例如一台采用德国SIEMENS810系统的数控磨床，自动加工不能连续进行，磨削完一个工件后，主轴砂轮不退回修整，自动循环中止。

分析机床的工作原理，机床的工作状态是通过机床操作面板上的钮子开关设定的，钮子开关接人PLC的输人E7.0，利用数控系统的PLC状态显示功能，检查其状态，但不管怎样拨动钮子开关，其状态一直为“0”，不发生变化，而检查开关没有发现问题，将该开关的连接线连接到PLC的备用输人接口E3.0上，这时观察这个状态的变化，正常跟随钮子开关的变化，没有问题，由此证明PLC的输人接接口E7.0损坏，因为手头没有备件，将钮子开关接到PLC的E3.0的输人接口上，然后通过编程器将PLC程序中的所有E7.0都改成E3.0，这时机床恢复了正常使用。

（3）伺服系统故障

伺服系统的故障一般都是由于伺服控制单元、伺服电动机、测速装置、编码器等出现问题引起的。

例如：

一台数控车床使用FANUC0iTC系统，系统出现417报警，报警信息为“SERVOALARM：

2－THAXISPARAMETERINCORRECT”,检查伺服系统参数设置发现，参数NO:

2023被人修改成为负值。

（该参数为电机一转的速度反馈脉冲数）。

修改此参数，系统报警解除。

（4）机床主体部分的故障

这类故障大多数是由于外部原因造成的，机械装置不到位、液压系统出现问题、检查开关损坏、驱动装置出现问题。

机床主轴、导轨、丝杠、轴承、刀库等由于种种原因，会出现丧失精度、爬行、过载等问题。

这些问题往往会造成数控系统的报警。

因此，数控系统的故障判断是一个综合问题。

5、按故障发生的破坏程度分类

按故障发生时的破坏程度分为破坏性故障和非破坏性故障。

（1）破坏性故障

这类故障出现会对操作者或设备造成伤害或损害，如超程运行、飞车、部件碰撞等。

发生破坏性故障后，

例如，一台数控车床在正常加工的情况下，刀具撞到工件，造成重大的损失，经过仔细的分析，发现返回参考点错误，认真地分析发现行程开关（档块）位置与电子栅格位置重合，（偶而）造成Z方向进给多出一个电子栅格，从而造成刀具工件相撞的破坏性故障。

移动行程开关位置，从问题得到圆满解决。

（2）非破坏性故障

数控机床的绝多数故障属于这类故障，出现故障时对机床和操作人不会造成任何伤害，所以诊断这类故障时，可以再现故障，并可以仔细观察故障现象，通过故障现象对故障进行分析和诊断。

三、维修工作的基本条件

1、人员条件

数控机床电气维修工作的快速性、优质性关键取决于电气维修人员的素质条件。

（1）首先是有高度的责任心和良好的职业道德。

（2）知识面要广。

（3）应经过良好的技术培训。

（4）勇于实践。

（5）掌握科学的方法。

（6）学习并掌握各种电气维修中常用的仪器、仪表和工具。

（7）掌握一门外语，特别是英语。

起码应做到能看懂技术资料。

2、物质条件

（1）准备好通用的和某台数控机床专用的电气备件。

（2）非必要的常备电器元件应做到采购渠道快速畅通。

（3）必要的维修工具、仪器仪表等，最好配有笔记本电脑并装有必要的维修软件。

（4）每台数控机床所配有的完整的技术图样和资料。

（5）数控机床使用、维修技术档案材料。

3、关于预防性维护

预防性维护的目的是为了降低故障率，其工作内容主要包括下列几方面的工作。

（1）人员安排为每台数控机床分配专门的操作人员、工艺人员和维修人员，所有人员都要不断地努力提高自己的业务技术水平

（2）建规建档针对每台机床的具体性能和加工对象制定操作规章，建立工作与维修档案，管理者要经常检查、总结、改进。

（3）日常保养对每台数控机床都应建立日常维护保养计划，包括保养内容（如坐标轴传动系统的润滑、磨损情况，主轴润滑等，油、水气路，各项温度控制，平衡系统，冷却系统，传动带的松紧，继电器、接触器触头清洁，各插头、接线端是否松动，电气柜通风状况等等）及各功能部件和元气件的保养周期（每日、每月、半年或不定期）。

（4）提高利用率

四、FANUC系统的故障诊断与维修

1、FANUC系统的故障诊断

FANUC公司早期生产的数控系统如（FS6、FS11、FS0等）系统的电源御断控制一般都配套有FANUC公司生产的独立型“输入单元”模块，（模块号：

A14C-0061-B101-B104），通过相应的外部控制信号，通过相应的外部控制信号，进行数控系统、伺服驱动的电源通、断控制。

而在FANUC0系统中，则比较多地采用输入单元与电源集成一体的电源控制模块FANUCAI电源单元。

对于采用独立型“输入单元”模块的FANUC系统．电源不能接通的故障诊断，可以根据输入单兀上的绿色状态指示灯PIL，电源报警红色指示灯ALM的状态，进行如F检查．判断故障原因。

⑴电源指示灯PIL不亮

l）CNC电源未加入，端子TPI上无电源。

应根据机床生产厂家的电气原理图，检查机床中与CNC电源输入有关的电路2）端子TPI上有电源。

应检查电源输入熔丝Fl、F2是否熔断辅助电源控制回路是否存在故障。

⑵电源指示灯PIL亮，报警指示灯ALM不亮这是电源模块的正常工作状态，如果在这状态下仍然无法接通系统电源，可能的原因有．l）接通电源的条件未满足。

应检查输入单元的电源接通条件，具体如下：

①电气柜门“互锁”（DOOR1/DOOK2）触点闭合。

②外部电源切断E-OFF（TP2的EOF与COM间）触点闭合。

③MDI/CRT单元上的电源切断OFF按钮触点闭合。

④MDI/CRT单元上的电源接通ON按钮触点短时闭合。

2）输入单元元器件损坏

⑶电源指示灯PIL、报警指示灯ALM同时亮报替指示灯亮，表明系统的控制电源回路或外部存在报警，可能的原因有：

1）电源模块的＋24V/士15V/+5V电源故障2）CP1-5/6的连接错误。

对干采用电源单元AI的FANUC系统．电源不能接通的故障诊断同样可以根据电源单元A1上的绿色状态指示灯PIL、电源报警红色指示灯ALM的状态．进行如下检查，判断故障原因。

⑴电源指示灯PIL不亮1）CNC电源未加入．即：

端子CPI上无输入电源。

应根据机床生产厂家的电气原理图，检查机床中与CNC电源输入有关的电路。

2）端子CPI上有电源，但PIL指示灯不亮。

应检查电源单元输入熔丝F11、F12是否熔断。

3）若熔丝和电源电压均正常，但PIL指示灯不亮．应检查电源单元的辅助电源控制回路是否存在故障。

⑵电源指示灯PIL亮，报警指示灯ALM不亮这是电源模块的正常工作状态，如果在这状态下仍然无法接通系统电源，可能的原因有：

1）接通电源的条件未满足。

应检查电源单元的电源接通条件，具体如下：

①MDI/CRT单元上的电源切断OFF按钮触点闭合②MDI/CRT单元上的电源接通洲按钮触点短时闭合．③无外部报警信号输入，即：

CP3/2-CP3/4为断开状态④无来自电源模块的士15v/+5V电源报警。

3）输入单元元件损坏。

⑶电源指示灯PIL、报警指示灯ALM同时亮报警指示灯亮．表明系统的控制电源回路或外部存在报警，可能的原因有：

l）来自电源模块的士15V/+5V电源报警输入2）外部报警信号已被输入，CP3/2一CP3/4触点被断开。

3）CPI、CP3的连接错误。

2、FANUC系统的基本检查与测试

（1）部件的外观检查数控装置与伺服驱动的外观检查应包括以下几个方面：

1）检查MDI/CRT单元、机床操作面板等单元的元器件外观有无破损。

2）检查控制单元、伺服驱动器、电源单元、I/O单元、PLC、电动机及编码器等单元的元器件有无不良；外形是否有破损、污染。

3）各连接电缆是否有破损、绝缘损坏或插接不良等。

（2）安装检查1）检查控制单元、伺服驱动器、电源单元、I/O单元、PLC等单元是否安装牢固，模块是否有松动、脱落现象。

2）检查面板上、机床上的操作元器件是否安装牢固。

3）检查连接电缆线是否按照要求布置、固定，电缆插头是否已经可靠固定。

4）检查各I/O连接端子的接线是否有松动，安装是否牢固等。

（3）连接检查1）检查系统、驱动的电源连接是否正确。

2）检查CNC、SV驱动器、PLC、I/O单元的接地线连接是否正确，线径是否足够大，连接位置是否合理，保护地是否为单点接地。

3）检查信号电缆是否已经可靠、合理接地。

4）如果电缆线已经更换，则应检查更换的电缆线是否符合系统要求；屏蔽层是否已经可靠连接等。

电源电压的确认作为系统的输入电压，应根据系统所使用电压的不同，满足系统安装、使用说明书规定的要求。

一般来说，系统对于输入电压的基本要求如下：

（1）交流输入电压系统交流主回路与控制回路的电压：

AC380V输入：

电压值：

380（）1V：

频率：

（50±1）Hz；AC220V输入：

电压值：

220

（1）V；频率：

（50±1）Hz：

AC200V输入：

电压值：

200

（1）V：

频率：

（50±1）Hz：

（2）FANUC系统各单元规定的交流输入电压控制单元的电源输入：

AC200

（1）V；频率：

（50±1）Hz；或AC220

（1）V；（60±1）Hz：

但不宜是AC200V/（60±1）Hz：

伺服单元的电源输入：

AC200

（1）V；频率：

（50±1）Hz；或AC220

（1）V；（60±1）H