數控機床故障分析與維修

數控機床的應用越來(lái)越廣泛，其加工柔性好，精度高，生產(chǎn)效率高，具有很多的優(yōu)點(diǎn)。但由于技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)、復雜，對維修人員的素質(zhì)要求很高，要求他們具有較深的專(zhuān)業(yè)知識和豐富的維修經(jīng)驗，在數控機床出現故障才能及時(shí)排除。下面結合一些典型的實(shí)例，對數控機床的故障進(jìn)行系統分析，以供參考。

一、NC系統故障

1、硬件故障

有時(shí)由于NC系統出現硬件的損壞，使機床停機。對于這類(lèi)故障的診斷，首先必須了解該數控系統的工作原理及各線(xiàn)路板的功能，然后根據故障現象進(jìn)行分析，在有條件的情況下利用交換法準確定位故障點(diǎn)。

例一、一臺采用德國西門(mén)子SINUMERIK SYSTEM3的數控機床，其PLC采用S5─130W／B，一次發(fā)生故障，通過(guò)NC系統PC功能輸入的R參數，在加工中不起作用，不能更改加工程序中R參數的數值。通過(guò)對NC系統工作原理及故障現象的分析，我們認為PLC的主板有問(wèn)題，與另一臺機床的主板對換后，進(jìn)一步確定為PLC主板的問(wèn)題。經(jīng)專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)家維修，故障被排除。

例二、另一臺機床也是采用SINUMERIK SYSTEM 3數控系統，其加工程序程序號輸入不進(jìn)去，自動(dòng)加工無(wú)法進(jìn)行。經(jīng)確認為NC系統存儲器板出現問(wèn)題，維修后，故障消除。

例三、一臺采用德國HEIDENHAIN公司TNC 155的數控車(chē)床，一次發(fā)生故障，工作時(shí)系統經(jīng)常死機，停電時(shí)經(jīng)常丟失機床參數和程序。經(jīng)檢查發(fā)現NC系統主板彎曲變形，經(jīng)校直固定后，系統恢復正常，再也沒(méi)有出現類(lèi)似故障。

2、軟故障

數控機床有些故障是由于NC系統機床參數引起的，有時(shí)因設置不當，有時(shí)因意外使參數發(fā)生變化或混亂，這類(lèi)故障只要調整好參數，就會(huì )自然消失。還有些故障由于偶然原因使NC系統處于死循環(huán)狀態(tài)，這類(lèi)故障有時(shí)必須采取強行啟動(dòng)的方法恢復系統的使用。

例一、一臺采用日本發(fā)那科公司FANUC-OT系統的數控車(chē)床，每次開(kāi)機都發(fā)生死機現象，任何正常操作都不起作用。后采取強制復位的方法，將系統內存全部清除后，系統恢復正常，重新輸入機床參數后，機床正常使用。這個(gè)故障就是由于機床參數混亂造成的。

例二、一臺專(zhuān)用數控車(chē)床，NC系統采用西門(mén)子的SINUMERIK SYSTEM 3，在批量加工中NC系統顯示2號報警“LIMIT SWITCH”，這種故障是因為Y軸行程超出軟件設定的極限值，檢查程序數值并無(wú)變化，經(jīng)仔細觀(guān)察故障現象，當出現故障時(shí)，CRT上顯示的Y軸坐標確定達到軟件極限，仔細研究發(fā)現是補償值輸入變大引起的，適當調整軟件限位設置后，故障被排除。這個(gè)故障就是軟件限位設置不當造成的。

例三、一臺采用西門(mén)子SINUMERIK 810的數控機床，一次出現問(wèn)題，每次開(kāi)機系統都進(jìn)入AUTOMATIC狀態(tài)，不能進(jìn)行任何操作，系統出現死機狀態(tài)。經(jīng)強制啟動(dòng)后，系統恢復正常工作。這個(gè)故障就是因操作人員操作失誤或其它原因使NC系統處于死循環(huán)狀態(tài)。

3、其他故障

因其它原因引起的NC系統故障有時(shí)因供電電源出現問(wèn)題或緩沖電池失效也會(huì )引起系統故障。

例一、一臺采用德國西門(mén)子SINUMERIK SYSTEM 3的數控機床，一次出現故障，NC系統加上電后，CRT不顯示，檢查發(fā)現NC系統上“COUPLING MODULE”板上左邊的發(fā)光二極管閃亮，指示故障。對PLC進(jìn)行熱啟動(dòng)后，系統正常工作。但過(guò)幾天后，這個(gè)故障又出現了，經(jīng)對發(fā)光二極管閃動(dòng)頻率的分析，確定為電池故障，更換電池后，故障消除。

例二、一臺采用西門(mén)子SINUMERIK 810的數控機床，有時(shí)在自動(dòng)加工過(guò)程中，系統突然掉電，測量其24V直流供電電源，發(fā)現只有22V左右，電網(wǎng)電壓向下波動(dòng)時(shí)，引起這個(gè)電壓降低，導致 NC系統采取保護措施，自動(dòng)斷電。經(jīng)確認為整流變壓器匝間短路，造成容量不夠。更換新的整流變壓器后，故障排除。

例三、另一臺也是采用西門(mén)子SINUMIK 810的數控機床，出現這樣的故障，當系統加上電源后，系統開(kāi)始自檢，當自檢完畢進(jìn)入基本畫(huà)面時(shí)，系統掉電。經(jīng)分析和檢查，發(fā)現X軸抱閘線(xiàn)圈對地短路。系統自檢后，伺服條件準備好，抱閘通電釋放。抱閘線(xiàn)圈采用24V電源供電，由于線(xiàn)圈對地短路，致使24V電壓瞬間下降，NC系統采取保護措施自動(dòng)斷電。

二、伺服系統的故障

由于數控系統的控制核心是對機床的進(jìn)給部分進(jìn)行數字控制，而進(jìn)給是由伺服單元控制伺服電機，帶動(dòng)滾珠絲杠來(lái)實(shí)現的，由旋轉編碼器做位置反饋元件，形成半閉環(huán)的位置控制系統。所以伺服系統在數控機床上起的作用相當重要。伺服系統的故障一般都是由伺服控制單元、伺服電機、測速電機、編碼器等出現問(wèn)題引起的。下面介紹幾例：

例一、伺服電機損壞 一臺采用SINUMERIK 810／T的數控車(chē)床，一次刀塔出現故障，轉動(dòng)不到位，刀塔轉動(dòng)時(shí)，出現6016號報警“SLIDE POWER PACK NO OPERATION”，根據工作原理和故障現象進(jìn)行分析，刀塔轉動(dòng)是由伺服電機驅動(dòng)的，電機一啟動(dòng)，伺服單元就產(chǎn)生過(guò)載報警，切斷伺服電源，并反饋給NC 系統，顯示6016報警。檢查機械部分，更換伺服單元都沒(méi)有解決問(wèn)題。更換伺服電機后，故障被排除。

例二、一臺采用直流伺服系統的美國數控磨床，E軸運動(dòng)時(shí)產(chǎn)生“E AXIS EXECESSFOLLOWING ERROR”報警，觀(guān)察故障發(fā)生過(guò)程，在啟動(dòng)E軸時(shí)，E軸開(kāi)始運動(dòng)，CRT上顯示的E軸數值變化，當數值變到14時(shí)，突然跳變到471，為此我們認為反饋部分存在問(wèn)題，更換位置反饋板，故障消除。

例三、另一臺數控磨床，E軸修整器失控，E軸能回參考點(diǎn)，但自動(dòng)修整或半自動(dòng)時(shí)，運動(dòng)速度極快，直到撞到極限開(kāi)關(guān)。觀(guān)察發(fā)生故障的過(guò)程，發(fā)現撞極限開(kāi)關(guān)時(shí)，其顯示的坐標值遠小于實(shí)際值，肯定是位置反饋的問(wèn)題。但更換反饋板和編碼器都未能解決問(wèn)題。后仔細研究發(fā)現，E軸修整器是由Z軸帶動(dòng)運動(dòng)的，一般回參考點(diǎn)時(shí)，E軸都在Z軸的一側，而修整時(shí)，E軸修整器被Z軸帶到中間。為此我們做了這樣的試驗，將E軸修整器移到Z軸中間，然后回參考點(diǎn)，這時(shí)回參點(diǎn)也出現失控現象；為此我們斷定可能由于E軸修整器經(jīng)常往復運動(dòng)，導致E軸反饋電纜折斷，而接觸不良。校線(xiàn)證實(shí)了我們的判斷，找到斷點(diǎn)，焊接并采取防折措施，使機床恢復工作。

三、外部故障

由于現代的數控系統可變性越來(lái)越高，故障率越來(lái)越低，很少發(fā)生故障。大部分故障都是非系統故障，是由外部原因引起的。

1、數控設備故障發(fā)生頻率較高

現代的數控設備都是機電一體化的產(chǎn)品，結構比較復雜，保護措施完善，自動(dòng)化程度非常高。有些故障并不是硬件損壞引起的，而是由于操作、調整、處理不當引起的。這類(lèi)故障在設備使用初期發(fā)生的頻率較高，這時(shí)操作人員和維護人員對設備都不特別熟悉。

例一、一臺數控車(chē)床，在剛投入使用的時(shí)候，旋轉工作臺經(jīng)常出現不旋轉的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)對機床工作原理和加工過(guò)程進(jìn)行分析，發(fā)現這個(gè)問(wèn)題與分度裝置有關(guān)，只有分度裝置在起始位置時(shí)，工作臺才能旋轉。

例二、另一臺數控車(chē)床發(fā)生打刀事故，按急停按鈕后，換上新刀，但工作臺不旋轉，通過(guò)PLC梯圖分析，發(fā)現其換刀過(guò)程不正確，計算機認為換刀過(guò)程沒(méi)有結束，不能進(jìn)行其它操作，按正確程序重新?lián)Q刀后，機床恢復正常。

例三、有幾臺數控機床，在剛投入使用的時(shí)候，有時(shí)出現意外情況，操作人員按急停按鈕后，將系統斷電重新啟動(dòng)，這時(shí)機床不回參考點(diǎn)，必須經(jīng)過(guò)一番調整，有時(shí)得手工將軸盤(pán)到非干涉區。后來(lái)吸取教訓，按急停按鈕后，將操作方式變?yōu)槭謩?dòng)，松開(kāi)急停按鈕，把機床恢復到正常位置，這時(shí)再操作或斷電，就不會(huì )出現問(wèn)題。

2、由外部硬件損壞引起的故障

這類(lèi)故障是數控機床常見(jiàn)故障，一般都是由于檢測開(kāi)關(guān)、液壓系統、氣動(dòng)系統、電氣執行元件、機械裝置等出現問(wèn)題引起的。有些故障可產(chǎn)生報警，通過(guò)報答信息，可查找故障原因。

例一、一臺數控磨床，數控系統采用西門(mén)子SINUMERIK SYSTEM 3，出現故障報警F31“SPINDLE COOLANT CIRCUIT”，指示主軸冷卻系統有問(wèn)題，而檢查冷卻系統并無(wú)問(wèn)題，查閱PLC梯圖，這個(gè)故障是由流量檢測開(kāi)關(guān)B9.6檢測出來(lái)的，檢查這個(gè)開(kāi)關(guān)，發(fā)現開(kāi)關(guān)已損壞，更換新的開(kāi)關(guān)，故障消失。

例二、一臺采用西門(mén)子SINUMERIK 810的數控淬火機床，一次出現6014“FAULT LEVEL HARDENING LIQUID”機床不能工作。報警信息指示，淬火液面不夠，檢查液面已遠遠超出最低水平，檢測液位開(kāi)關(guān)，發(fā)現是液位開(kāi)關(guān)出現問(wèn)題，更換新的開(kāi)關(guān)，故障消除。

有些故障雖有報警信息，但并不能反映故障的根本原因。這時(shí)要根據報警信息、故障現象來(lái)分析。

例三、一臺數控磨床，E軸在回參考點(diǎn)時(shí)，E軸旋轉但沒(méi)有找到參考點(diǎn)，而一直運動(dòng)，直到壓到極限開(kāi)關(guān)，NC系統顯示報警“EAXIS AT MAX.TRAVEL”。根據故障現象分析，可能是零點(diǎn)開(kāi)關(guān)有問(wèn)題，經(jīng)確認為無(wú)觸點(diǎn)零點(diǎn)開(kāi)關(guān)損壞，更換新的開(kāi)關(guān)，故障消除。

例四、一臺專(zhuān)用的數控車(chē)床，在零件批量加工過(guò)程中發(fā)生故障，每次都發(fā)生在零件已加工完畢，Z軸后移還沒(méi)到位，這時(shí)出現故障，加工程序中斷，主軸停轉，并顯示F97號報警“SPINDLESPEED NOT OK STATION 2”，指示主軸有問(wèn)題，檢查主軸系統并無(wú)問(wèn)題，其它問(wèn)題也可導致主軸停轉，于是我們用機外編程器監視PLC梯圖的運行狀態(tài)，發(fā)現刀具液壓卡緊壓力檢測開(kāi)關(guān) F21.1，在出現故障時(shí)，瞬間斷開(kāi)，它的斷開(kāi)表示銑刀卡緊力不夠，為安全起見(jiàn)，PLC使主軸停轉。經(jīng)檢查發(fā)現液壓壓力不穩，調整液壓系統，使之穩定，故障被排除。

還有些故障不產(chǎn)生故障報警，只是動(dòng)作不能完成，這時(shí)就要根據維修經(jīng)驗，機床的工作原理，PLC的運行狀態(tài)來(lái)判斷故障。

例五、一臺數控機床一次出現故障，負載門(mén)關(guān)不上，自動(dòng)加工不能進(jìn)行，而且無(wú)故障顯示。這個(gè)負載門(mén)是由氣缸來(lái)完成開(kāi)關(guān)的，關(guān)閉負載門(mén)是PLC輸出Q2.0控制電磁閥Y2.0來(lái)實(shí)現的。用NC系統的PC功能檢查PLCQ2.0的狀態(tài)，其狀態(tài)為1，但電磁閥卻沒(méi)有得電。原來(lái)PLC輸出Q2.0通過(guò)中間繼電器控制電磁閥Y2.0，中間繼電器損壞引起這個(gè)故障，更換新的繼電器，故障被排除。

例六、一臺數控機床，工作臺不旋轉，NC系統沒(méi)有顯示故障報警。根據工作臺的動(dòng)作原理，工作臺旋轉第一步應將工作臺氣動(dòng)浮起，利用機外編程器，跟蹤PLC梯圖的動(dòng)態(tài)變化，發(fā)現PLC這個(gè)信號并未發(fā)出，根據這個(gè)線(xiàn)索繼續查看，最后發(fā)現反映二、三工位分度頭起始位置檢測開(kāi)關(guān)I9.7、I10.6動(dòng)作不同步，導致了工作臺不旋轉。進(jìn)一步確認為三工位分度頭產(chǎn)生機械錯位，調整機械裝置，使其與二工位同步，這樣使故障消除。

發(fā)現問(wèn)題是解決問(wèn)題的第一步，而且是最重要的一步。特別是對數控機床的外部故障，有時(shí)診斷過(guò)程比較復雜，一旦發(fā)現問(wèn)題所在，解決起來(lái)比較輕松。對外部故障的診斷，我們總結出兩點(diǎn)經(jīng)驗，首先應熟練掌握機床的工作原理和動(dòng)作順序。其次要熟練運用廠(chǎng)方提供的PLC梯圖，利用NC系統的狀態(tài)顯示功能或用機外編程器監測PLC的運行狀態(tài)，根據梯圖的鏈鎖關(guān)系，確定故障點(diǎn)，只要做到以上兩點(diǎn)，一般數控機床的外部故障，都會(huì )被及時(shí)排除。

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