数控机床维修实例分析.docx

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数控机床维修实例分析

第七章数控机床维修实例分析

由于现代数控系统的可靠性越来越高，数控系统本身的故障越来越低，数控设备的外部故障可以分为软件故障和外部硬件损坏引起的硬故障。

软件故障是指由于操作、调整处理不当引起的，这类故障多发生在设备使用前期或设备使用人员调整时期。

数控机床的修理，重要的是发现问题。

特别是数控机床的外部故障。

有时诊断过程比较复杂，但一旦发现问题所在，解决起来比较简单。

对外部故障诊断应遵从以下两条原则。

首先要熟练掌握机床的工作原理和动作顺序。

其次，要会利用PLC梯形图及NC系统的状态显示功能监测PLC的运行状态，一般只要遵从以上原则，小心谨慎，一般的数控故障都会及时排除。

外部硬件操作引起的故障是数控修理中的常见故障。

一般都是由于检测开关、液压系统、气动系统、电气执行元件、机械装置出现问题引起的。

这类故障有些可以通过报警信息查找故障原因。

对一般的数控系统来讲都有故障诊断功能或信息报警。

维修人员可利用这些信息手段缩小诊断范围。

而有些故障虽有报警信息显示，但并不能反映故障的真实原因。

这时需根据报警信息和故障现象来分析解决。

7.1  电源类故障

电源是电路板的能源供应部分，电源不正常，电路板的工作必然异常。

而且，电源部分故障率较高，修理时应足够重视，在外观法检查后，可先对电源部分进行检查。

电路板的工作电源，有的是由外部电源系统供给；有的由板上本身的稳压电路产生，电源检查包括输出电压稳定性检查和输出纹波检查。

输出纹波过大，会引起系统不稳定，用示波器交流输入档可检查纹波幅值，纹波大一般是由集成稳压器损坏或滤波电容不良引起。

运算放大器、比较器，有些用单电源供电，有些用双电源供电，用双电源的运放，要求正负供电对称，其差值一般不能大于0.2V（具有调零功能的运放除外）。

7.1.1FANUCOC/0D系统电源

1、单元输入电路工作原理

图8-1电源单元的输入电路

2、电源单元输出工作原理

3、电源单元常见故障及诊断

（1）电源单元无法接通的故障诊断

故障现象是机床工作指示灯亮而系统显示装置不亮。

图8-3SSCK-20数控车床电源单元的连接

图8-3为SSCK-20数控车床电源单元连接图。

当按下NC准备SB2时，CRT无任何显示且CRT的灯丝不亮。

测量CRT的CP15无24V输出，则说明电源单元没工作，即电源无法接通。

当电源状态指示灯LED{绿色PIL}不亮时，则故障原因可能是外部AC输入电路{CP1输入端}故障、熔断器F11、F12故障或辅助电路熔断器F1故障。

当电源单元状态指示灯LED亮时{此时ALM故障状态指示灯不亮}，故障原因可能是CP3外部连接开关SB2、SB3、SQ21及接线故障，也可能是内部电路RY2、RY3、RY4继电器控制电路故障。

当电源单元指示灯和故障状态指示灯都亮时，如果机床断电再送电故障解除，则为电源单元受到外界的干扰导致。

如果不能解除，则可能是电源单元输出电压+5V、+15V、-15、+24V直流电压异常或内部电路故障。

例SSCK-20数控车床

（2）电源单元熔断器熔断故障的诊断

1）熔断器F11、F12熔断故障诊断

熔断器F11、F12用来实现电源单元输入侧电路短路保护的。

当F11、F12熔断时,CRT不亮,电源单元状态指示灯PIL和故障状态指示灯ALM不亮。

产生故障原因可能是:

①浪涌吸收器VS11故障。

②整流块DS11击穿短路或电容C12、C13严重漏电。

③开关管Q14、Q15击穿短路或保护二极管D33、D34开路。

④辅助电路短路（如开关管Q1击穿短路）。

F11、F12的规格为A60L-0001-0194（7.5A）。

2）熔断器F13熔断故障诊断

熔断器F13用来实现电源单元+24V的输出侧短路保护。

当F13熔断时,CRT不亮（CRT灯丝也不亮）,电源单元状态指示灯PIL和故障状态指示灯ALM都亮。

产生故障原因可能是:

①CRT单元中可能发生短路或与之相连的+24V电源电缆线发生短路。

从电源单元上拔下CP15的插头,系统重新上电，如果电源单元的报警灯（红色指示灯ALM）不亮，且CP15端子有+24V输出，则故障在系统显示装置CRT侧。

②电源单元内部电路发生短路。

从电源单元上拔下CP15的插头,系统重新上电，如果电源单元的报警灯（红色指示灯ALM）还亮，说明故障在电源单元的内部，如二极管DS17击穿短路或电容C74、C75严重漏电等。

F13的规格为A60L-0001-0075（3.2A）。

3）熔断器F14熔断故障诊断

熔断器F14用来实现系统内部（各印刷电路板单元）、电源单元内部+24E电路及机床侧信号控制输入电路短路保护的。

当F14熔断时,CRT上将显示系统“950”报警号,电源单元状态指示灯PIL亮（故障状态指示灯ALM不亮）,系统主板故障指示灯L2亮。

产生故障原因可能是:

①系统内部+24E电路短路（包括电源单元内部电路）。

②机床侧+24E接线对地短路。

可以通过拔开系统I/O板的所有电缆接头后,测量系统+24E对地电阻,当测量的电阻为0时,则故障在系统内部+24E短路（需要更换相应的印刷电路板）。

如果测量的电阻为100Ω左右时,则故障在机床侧接线短路（详细检查机床侧所有的+24E接线）。

F14的规格为A60L-0001-0046（5A）。

4）熔断器F1熔断故障诊断

熔断器F1是实现电源单元内部控制模块及辅助调整电源电路短路保护的。

当F1熔断时,CRT不亮,电源单元状态指示灯PIL和故障状态指示灯ALM均不亮。

产生故障原因可能是:

①电源单元调整电源电路短路，如Q3击穿、ZD2击穿、C4漏电或浪涌吸收器故障。

②电源单元内部控制模块短路。

F1的规格为A60L-0001-0172（0.3A）。

系统中对各电路板供电的系统电源大多数采用开关型稳压电源。

这类电源种类繁多，故障率也较高，但大部分都是分立元件，用万用表、示波器即可进行检查，机修开关电源时，最好在电源输人端接一只1:

1的隔离变压器，以防触电。

关于电源类常见的几种故障现象，现总结了几点见下表：

故障现象

故障原因

排除方法

系统上电后系统没有反应，电源不能接通：

电源指示灯不

亮

1．外部电源没有提供、电源电压过低、

缺相或外部形成了短路

2．电源的保护装置跳闸或熔断形成了电

源开路

3．PLC的地址错误或者互锁装置使电

源不能正常接通

4．系统上电按钮接触不良或脱落

5．电源模块不良、元气件的损坏引起的故障（熔断器熔断、浪涌吸收器的短路等）

1.检查外部电源

2.合上开关、更换熔断器

4.更换按3.更改PLC的地址或接线

钮重新安装

5.更换元器件或更换电源模块

电源指示灯亮

系统

无反

应

1.接通电源的条件未满足

2.系统黑屏

3.系统文件被破坏，没有进入系统

1.检查电源的接通条件是否满足

2.见“显示类故障”排除方法

3修复系统

强电部分接通后，马

上跳闸

1）.机床设计时选择的空气开关容量过小，或空气开关的电流选择拨码开关选择了一个较小的电流

2）.机床上使用了较大功率的变频器或伺服驱动，并且在变频器或伺服驱动的电源进线前没有使用隔离变压器或电感器，变频器或伺服驱动在上强电时电流有较大的波动，超过了空气开关的限定电流，引起跳闸。

3）系统强电电源接通条件未满足

1.更换空气开关，或重新选择使用电流。

2.在使用时须外接一电抗。

3.逐步检查电源上强电所需要的各种条件，排除故障。

电源模块故障

1）整流桥损坏引起电源短路

2）续流二极管损坏引起的短路

3）电源模块外部电源短路

4）滤波电容损坏引起的故障

5）供电电源功率不足使电源模块不能正常工作

∙更换

∙更换

∙调整线路

∙更换

∙增大供电电源的功率

系统在工作过程中，突然断电

1.切削力太大，使机床过载引起空开跳闸

2.机床设计时选择的空气开关容量过小，引起空开跳闸

3.机床出现漏电

∙调整切削参数

∙更换空气开关

∙检查线路

事例1：

故障现象：

一普通数控车床，NC启动就断电，且CRT无显示

故障分析：

初步分析可能是某处接地不良，经过对各个接地点的检测处理，故障未排除。

之后检查了一下CNC各个板的电压，用示波器测量发现数字接口板上集成电路的工作电压有较强的纹波，经检查电源低频滤波电容正常。

我们在电源两端并接一小容量滤波电容，启动机床正常，本故障属于CNC系统电源抗干扰能力不强所致。

 事例2：

一进口数控系统，机床送电，CRT无显示，查NC电源+24V、+15V、-15V、+5V无输出。

故障分析：

此现象可以确定是电源方面出了问题，所以可以根据电气原理图逐步从电源的输入端进行检查，当检查到保险后的电噪声滤波器时发现性能不良，后面的整流、振荡电路均正常，拆开噪声滤波器外壳发现里面烧焦，更换噪声滤波器后，系统故障排除，

注意当遇到无法修复的电源时，可采用市面上出售的开关电源，但是一定要保证电压等级、容量一定要符合要求的情况下才可以使用。

对这种故障的排除首先是使屏幕正常工作。

有时也会仅仅是显示部分的原因。

但在许多时候可能并存着多种故障。

事例3：

一台进口卧式加工中心，开机时屏幕一片黑，操作面板上的NC电源开关已按下，红、绿灯都亮，查看电柜中开关和主要部分无异常，关机后重开，故障一样。

故障分析：

经查，确定其电源部分无故障，各处电压都正常，仔细检查发现数控系统有多处损坏，在更换了显示器，显示控制板后屏幕出现了显示，使机床能进入其它的故障维修。

事例4：

一立式加工中心，开机后屏幕无显示。

故障分析：

该加工中心使用进口数控系统，造成屏幕无显示的原因有很多，经对故障进行了检查，后确认系统提供的外部电源是正确的，但主板上的电压不正常，时有时无，可以确认是因主板故障造成，因此进行了更换，更换主板后系统有显示，由于主板更换后参数需要重新设置，按系统参数设置步骤，对照机床附带的参数表进行了设置调整后机床正常。

屏幕上无显示的故障原因很多，首先必须找出原因排除，如还有其他故障，根据机床的报警和其他故障信息作出处

事例5：

一加工中心，开机后打开急停，系统在复位的过程中，伺服强电上去后系统总空开马上跳闸

故障分析：

该加工中心使用国产数控系统，经对故障进行了检查分析，首先怀疑是否是空开电流选择过小，经过计算分析后确认所选择的空开有点偏小，但基本符合机床要求，然后用示波器观察机床上电时的电流的变化波形，发现伺服强电在上电时电流冲击比较大，也就是电流波形变化较大，进一步分析发现由于所选伺服功率较大，且伺服内部未加阻抗等装置，在使用时须外接一电抗与制动电阻，电气人员在设计时加了制动电阻，为了节省成本没有使用阻抗。

按照要求加上阻抗后，系统上电恢复正常。

7.2系统显示类故障

数控系统不能正常显示的原因很多，当系统的软件出错，在多数情况下回导致系统显示的混乱、不正常或无法显示，当电源出现故障、系统主板出现故障是都有可能导致系统的不正常显示。

显示系统本身的故障是造成系统显示不正常的主要原因，因此，系统在不能正常显示的时候，首先要分清造成系统不能正常显示的主要原因，不能简单的认为系统不能正常显示就是显示系统的故障，

数控系统显示的不正常，可以分为完全无显示和显示不正常两种情况。

当系统电源、系统的其他部分工作正常时，系统无显示的原因，在大多数的情况下是由于硬件原因引起，而显示混乱或显示不正常，一般来说是由于系统软件引起的。

当然，系统不同，引起的原因也不同，要根据实际情况进行分析研究。

关于电系统显示类常见的几种故障现象，现总结了下面几点：

故障现象

故障原因

排除方法

运行或操作中出现死机或重新启动

1）参数设置错误或参数设置不当所引起

2）同时运行了系统以外的其他内存驻留程序正从软盘或网络调用较大的程序或者从已损坏的软盘上调用程序，都有可能造成系统的死机。

这时应该中断零件程序的调用。

3）系统文件受到破坏或者感染了病毒

4）电源功率不够

5）系统元器件受到损害：

1.正确设置参数

2.停止部分正在运行或调用的程序

3.用杀毒软件检查软件系统清除病毒或者重新安装系统软件进行修复

4.确认电源的负载能力是否符合系统要求

统上电后画屏或乱码：

1）系统文件被破坏

2）系统内存不足

3）外部干扰

1.修复系统文件或重装系统

2.对系统进行整理，删除一些不必要的垃圾

3.增加一些防干扰的措施

系统上电后，NC电源指示灯亮但是屏幕无显示或黑屏

1）显示模块损坏，

2）显示模块电源不良或没有接通

3）显示屏由于电压过高被烧坏

4）系统显示屏亮度调节调节过暗

1.更换显示模块

2.对电源进行修复

3.更换显示屏

4.对亮度进行重新调整

主轴有转速但CRT速度无显示

∙主轴编码器损坏

∙主轴编码器电缆脱落或断线

∙系统参数设置不对，编码器反馈的接口不对或者没有选择主轴控制的有关功能

1.更换主轴编码器

2.重新焊接电缆

3.正确设置系统参数

主轴实际转速与所发指令不符

1）主轴编码器每转脉冲数设置错误

确认主轴编码器每转脉冲数是否设置正确。

2）PLC程序错误。

检查PLC程序中主轴速度和D/A输出部分的程序；

3）速度控制信号电缆连接错误

1.正确设置主轴编码器的每转脉冲数

2.改写PLC的程序，重新调试

3.重新焊接电缆

系统上电后，屏幕显示高亮但没有内容

∙系统显示屏亮度调节调节过亮

∙系统文件被破坏或者感染了病毒

∙显示控制板出现故障

1.对亮度进行重新调整

2.用杀毒软件检查软件系统清除病毒或者重新安装系统软件进行修复

3.更换显示控制板

系统上电后，屏幕显示暗淡但是可以正常操作，系统运行正常

1）系统显示屏亮度调节调节过暗

3）显示控制板出现故障

1.对亮度进行重新调整

2.更换显示器或显示器的灯管

3.更换显示控制板

主轴转动时显示屏上没有主轴转速显示或转进给是主轴转动但进给轴不动

1.主轴位置编码器与主轴连接的齿形皮带断裂

2.主轴位置编码器连接电缆断线

3.主轴位置编码器的连接插头接触不良

4.主轴位置编码器损坏

1.更换皮带

2.找出断线点，重新焊接或更换电缆

3.重新将连接插头插紧

4.更换损坏的主轴位置编码器

事例1：

故障现象：

一数控系统，工作后系统经常死机，停电后经常丢失机床参数和程序。

故障分析：

经分析和诊断，出现该故障的原因一般有如下几点：

电池不良；系统存储器出错；软件本身不稳定。

根据如上分析，逐条进行检查：

首先用万用表直接测量系统断电存储用电池，发现电池没有问题；测量主板上的电池电压，发现时有时无，进一步检查发现当用手按着主板一侧测量时电压正确，松开手是电压不正确，因此初步诊断为接触不良所知；拆下该主板，仔细检查发现该主板已经弯曲变形，校正后重新试验，故障排除。

事例2：

一台数控车床配FANUC0-TD系统，在调试中时常出现CRT闪烁、发亮，没有字符出现的现象，

故障分析：

我们发现造成的原因主要有：

①CRT亮度与灰度旋钮在运输过程中出现震动。

②系统在出厂时没有经过初始化调整。

③系统的主板和存储板有质量问题。

解决办法可按如下步骤进行：

首先，调整CRT的亮度和灰度旋钮，如果没有反应，请将系统进行初始化一次，同时按RST键和DEL键，进行系统启动，如果CRT仍没有正常显示，则需要更换系统的主板或存储板。

事例3：

一台日本H500/50卧式加工中心，开机时屏幕一片黑，操作面板上的NC电源开关已按下，红、绿灯都亮，查看电柜中开关和主要部分无异常，关机后重开，故障一样。

故障分析：

经查，故障是由多处损坏造成的，在更换了显示器，显示控制板后屏幕出现了显示，使机床能进入其它的故障维修。

事例4：

XHK716立式加工中心，在安装调试时，CRT显示器突然出现无显示故障，而机床还可继续运转。

停机后再开，又一切正常。

在设备运转过程中经常出现这种故障。

采用直观法进行检查，发现每当车间上方的门式起重机经过时，往往就会出现此故障，由此初步判断是元件连接不良。

检查显示板，用手触动板上元件，当触动某一集成块管脚时，CRT上显示就会消失。

经观察发现该脚没有完全插人插座中。

另外，发现此集成块旁边的晶振有一个引脚没有焊锡。

将这两种原因排除后，故障消除

7.3CNC单元故障系统软件故障分析与维修

典型CNC软件装置的结构：

CNC系统软件有管理软件和控制软件组成。

管理软件包括输入、I/O处理、显示、诊断等。

控制软件包括译码、刀具补偿、速度处理、插补计算、位置控制等。

数控系统的软件结构和数控系统的硬件结构两者相互配合，共同完成数控系统的具体功能。

早期的CNC装置，数控功能全部由硬件实现，而现在的数控功能则由软件和硬件共同完成。

目前数控系统的软件一般有两种结构：

前后台结构和中断型结构：

所谓前后台型是指在一个定时采样周期中，前台任务开销一部分时间，后台任务开销剩余部分的时间，共同完成数控加工任务。

前台任务一般设计成中断服务程序，

以西门子系统为例说明系统软件的配置。

总的来说系统软件包括三部分：

①数控系统的生产厂家研制的启动芯片、基本系统程序、加工循环、测量循环等。

②由机床厂家编制的针对具体机床所用的NC机床数据、PLC机床程序、PLC机床数据PLC报警文本。

R参数等组成。

等组成。

③由机床用户编制的加工主程序、加工子程序、刀具补偿参数、零点偏置

分类

名称

传输识别符

说明

制造者

820/810

850/880

Ｉ

启动芯片

—

—

存储或固化到EPROM中

系统生产厂

基本系统软件

—

—

加工循环

—

—

测量循环

—

—

Ⅱ

NC机床数据

%TEA1

TEA1

存储或固化到EPROM或RAM中

机床生产厂

PLC机床数据

%TEA2

TEA2

PLC用户程序

%PCP

PLC报警文本

%PCA

系统设定数据

%SEA

SEA

Ⅲ

加工主程序

%MPF

MPF

存储在RAM中

机床用户

加工子程序

%SPF

SPF

刀具补偿参数

%TOA

TOA

零点偏置参数

%ZOA

ZOA

R参数

%RPA

RPA

软件故障发生的原因：

软件故障一般由软件中文件的变化或丢失而形成的。

机床软件一般存储与RAM中软件故障可能形成的原因如下：

1.误操作引起：

在调试用户程序或者修改参数时，操作者删除或更改了软件内容，从而造成了软件故障

2.供电电池电压不足：

为RAM供电的电池或电池电路短路或断路、接触不良等都会造成RAM得不到维持电压，从而使系统丢失软件及参数。

3.干扰信号引起：

有时电源的波动或干扰脉冲会串入数控系统总线，引起时序错误或数控装置停止运行。

4.软件死循环：

运行比较复杂程序或进行大量计算时，有时会造成系统死循环引起系统中断，造成软件故障。

5.系统内存不足或软件的溢出引起：

在系统进行大量计算时，或者是误操作，引起系统的内存不足，从而引起系统的死机。

6.软件的溢出引起：

调试程序时，调试者修改参数不合理，或进行了大量错误的操作，引起了软件的溢出。

故障现象

故障原因

排除方法

不能进入系统，运行系统时，系统界面无显示

1.可能是系统文件被病毒破坏或丢失，可能是计算机被病毒破坏，也可能是系统软件中

有文件损坏了或丢失了。

2.电子盘或硬盘物理损坏

3.系统CMOS设置不对

1.重新安装数控系统，将计算机的CMOS设为A盘启动；插入干净的软盘启动系统后，重新安装数控系统。

2.电子盘或硬盘在频繁的读写中有可能损坏，这时应该修复或更换电子盘或硬盘；

3.更改计算机的CMOS

运行或操作中出现死机或重新启动

1.参数设置不当；

2.同时运行了系统以外的其他内存驻留程序；

3.正从软盘或网络调用较大的程序；

4.从已损坏的软盘上调用程序；

5.系统文件被破坏。

（系统在通讯时或用磁盘进行考贝文件时，有可能感染病毒，用杀毒软件检查软件系统清除病毒或者重新安装系统软件进行修复）

1.正确设置系统参数

2.3.4.停止正在运行或调用的程序

5.用杀毒软件检查软件系统清除病毒或者重新安装系统软件进行修复

系统出现乱码：

1.参数设置不合理

2.系统内存不足或操作不当

1.正确设置系统参数

2.对系统文件进行整理，删除系统产生的垃圾

操作键盘不能输入或部分不能输入

1.控制键盘芯片出现问题

2.系统文件被破坏，

3.主板电路或连接电缆出现问题

4.CPU出现故障，

1.更换控制芯片

2.重新安装数控系统

3.修复或更换

4.更换CPU

I/O单元出现故障，输入输出开关量工作不正常

1.I/O控制板电源没有接通或电压不稳

2.电流电磁阀、抱闸连接续流二极管损坏

各个直流电磁阀、抱闸一定要连接续流二极管，否则，在电磁阀断开时，因电流冲击使得DC24V电源输出品质下降，而造成数控装置或伺服驱动器随机故障报警。

1.检查线路，改善电源

2.更换续流二极管

数据输入输出接口（RS-232）不能够正常工作

1.系统的外部输入输出设备的设定错误或硬件出现了故障

在进行通讯时，操作者首先确认外部的通讯设备是否完好，电源是否正常，

2.参数设置的错误

通讯时需要将外部设备的参数与数控系统的参数相匹配，如波特率、停止位必须设成一致才能够正常通讯。

外部通讯端口必须于硬件相对应。

3.通讯电缆出现问题

不同的数控系统，通讯电缆的管角定义可能不一致，如果管角焊接错误或者是虚焊等，通讯将不能正常完成。

另外通讯电缆不能够过长，以免引起信号的衰减引起故障。

1.对设备重新设定，对损坏的硬件进行更换

2.按照系统的要求正确的设置参数

3.对通讯电缆进行重新焊接或更换

系统网络连接不正常

1.系统参数设置或文件配置不正确

2.通讯电缆出现问题

通讯电缆不能够过长，以免引起信号的衰减引起故障。

3.硬件故障通讯网口出现故障或网卡出现故障，可以用置换法判断出现问题的部位

1.按照系统的要求正确的设置参数

2.对通讯电缆进行重新焊接或更换

3.对损坏的硬件进行更换

7.4急停报警类故障

数控装置操作面板和手持单元上，均设有急停按钮，用于当数控系统或数控机床出现紧急情况，需要使数控机床立即停止运动或切断动力装置（如伺服驱动器等）的主电源；当数控系统出现自动报警信息后，须按下急停按钮。

待查看报警信息并排除故障后，再松开急停按钮，使系统复位并恢复正常。

该急停按钮及相关电路所控制的中间继电器（KA）的一个常开触点应该接入数控装置的开关量输入接口，以便为系统提供复位信号。

1.机床一直处与急停状态，不能复位

系统急停不能复位是一个常见的故障现象，引起此故障的原因也较多，总的说来，引起此故障的原因大致可以分为如下几种原因：

1）电气方面的原因，下图为一普通数控机床的整个电气回路的接线图，从图上可以清晰的看出可以引起急停回路不闭和的原因有：

（1）急停回路断路

（2）限位开关损坏

（3）急停按钮损坏

如果机床一直处于急停状态，首先检查急停回路中KA继电器是否吸合，继电器如果吸合而系统仍然处于急停状态，可以判断出