数控机床的常见故障和排除故障方法分析

数控机床由机、电、液三个部分组成，操作中就需要相关技术和知识的基础，掌握数控机床的常见故障的诊断和维修保养技术能够降低日常的维护费用、小部件的更换周期、避免严重机械事故的发生，还有利于延长机床的使用寿命，使机床尽可能能够在最佳状态保持最长的时间。本文主要对数控机床的常见故障分类、诊断方法和维修排除及维修人员生产实践中常用的排除故障方法进行分析和研究。

组成数控机床机械的结构

数控机床主要是由有以下几个部分的机械构成：立柱、床身、工作台等机床的基础结构部件《用于实现进给运动的进给运动传动系统《用于实现构件的轮回和工件的定位系统，如数控回转操作界酢用于实现机床主运动的主运动传动系统；用于实现某些辅助运动和功能的建设系统，如润滑剂、液压、冷却剂，加热剂以及防护装置、刀架、排屑系统以及自动换刀系统各项反馈装置和构件等其他特殊功能结构系统，例如精度检测、操作监控系统、图形转换系统、刀具破损检测系统等。数控机床和其他的普通机床相比，不需要人工的进行手动操作，而是随着数控指令的给出自动地进行加工操作的，这就免除了人工调试和人工修改的操作。所以，数控的机械结构必须要满足自动化的控制条件，还要求机械结构灵敏度较高，具有较强的刚度和抗振性，精度稳定性好，热变形不能过大，安仝可靠适应集成和复杂工艺的功能。

数控机床常见故障分类

1、确定性故障

确定性故障是指控制系统主机中的硬件损坏或只要满足一定的条件，数控机床必然会发生的故障。这一类故障现象在数控机床上最为常见，但由于它具有一定的规律，因此也给维修带来了方便确定性故障具有不可恢复性，故障一旦发生，如不对其进行维修处理，机床不会自动恢复正常。但只要找出发生故障的根本原因，维修完成后机床立即可以恢复正常。正确的使用与精心维护是杜绝或避免故障发生的重要措施。

2、随机性故障

随机性故障是指数控机床在工作过程中偶然发生的故障此类故障的发生原因较隐蔽，很难找出其规律性，故常称之为“软故障”，随机性故障的原因分析与故障诊断比较困难，一般而言，故障的发生往往与部件的安装质量、参数的设定、元器件的品质、软件设计不完善、工作环境的影响等诸多因素有关。随机性故障有可恢复性，故障发生后，通过重新开机等措施，机床通常可恢复正常，但在运行过程中，又可能发生同样的故障。

加强数控系统的维护检查，确保电气箱的密封，可靠的安装、连接，正确的接地和屏蔽是减少、避免此类故障发生的重要措施。

常见故障的诊断方法

本文主要介绍的是普通的诊断方法不能判断的一些常见故障，它需要通专业的技术人员运用精密的仪器，通过先进的检测手段对其进行高精度的定性或定量检验和测定，并通过对故障出现的位置和仪器所得的数据的分析，得出故障出现的原因，最后确定所要采取的最佳维修办法。通常先运用简易诊断法首先确定出数控机床当前的工作状态，再通过精密诊断的方法确定产生故障的原因和最佳的维修办法。

1裂纹监测

裂纹监测主要包括电阻法、超声波法、磁性探伤法、声发射法等几种方法。由于机械结构所使用的材料性质不同，测量裂纹的方法也有所不同。通过监测来观察零件的内部机体结构的裂纹情况和状态，若没有及时发现一些细小的裂缝，则就会很容易导致一些重大事故的方式。

2油液分析油液分析主要是对测量零件的磨损情况进行分析。针对润滑油或液压油中的各种金属微粒和外来杂质等残余物，可利用原子吸收光谱仪进行其大小、形状、成分和深度的分析，从而判断出对管道部件的原因机理和磨损程度，进而有效地掌握零件的磨损情况。

3噪声监测

噪声监测所使用的主要工具有噪声测量计和声波计等，测量的主要对象为机床齿轮和轴承，通过监测判断出机械在运行过程中信号的变化，并总结出信号的变化规律，再结合振动和噪声的分析和识别，确定出齿轮和轴承的故。障程度及维修方法。测量进行之前，第一步要进行强度的测定，如果确认强度存在异慚时，就要做定量的分析测定。

4温度检测

温度检测主要可包括接型和非接触型两种类型。接触型主要采用的工具是温度计、测量贴片、热电偶、热敏涂料直接接触轴承、齿轮箱、电动机等，直接对表面的温度进行测量《非接触型所使用的测量仪器比较先进，主要包括红外测温仪、红外扫描仪、红外热像仪等，不用接触物体表面就可以监测到其表面温度，操作灵活简便，并且操作精密程度高。通常运用在机床运行中发热异常的情况下进行检测。

5振动磨损检测

通过振动计巡回检测器，对机床上已安装的某些特征点传感器进行检测，得到机床上特定测量点的特征性数据，如位移速度、总振级的大小、振幅频率和加速度等，从而对故障进行诊断和监测。

故障诊断原则：

1、先外部后内部

2、先机械后电气

3、先静态后动态

4、先简单后复杂

排除数控机床故障的手段和方法

1复位、初始化法

由于编程或瞬间故障的产生，机械故障报警系统往往会使数控机床停止运作，这时可以强行地断开硬件电源，再按复位按钮或复位键，通过复位来清除故障的产生。但是如果由于连接线路接触不良、掉电，系统存储器压力过小等引起的故障报警，就必须得对故障报警系统进行复位处理。在对系统进行复位之前

首先要确保数据已经备份，若进行初始化操作之后故障仍然没有排除，就需要通过硬件诊断进行分析。

2微调法

若已经正确的设定系统的参数，但是数控机床仍然不能正常的使用，则就要进一步地调节某些参数，通过这种微调的方式，能够实现系统和其他电气系统的最佳控制。在主轴转速模拟电压控制功能有效时，通过主轴倍率对主轴实际的转速进行微调，使其保持当前档位最佳转速。

3参数设置法

正确设定系统参数能够保障机床的正常运作，如若系统的参数设定产生了一些差惦，就可能会造成数控机床的某些功能丧失。由于用户在编制程序中所产生的错误也同样会引发故障报警而使得机器停止运作，这时应启动系统的快速搜索功能，就能保证在最短时间内找到问题所在，并对其进行及时地处理，保障数控机床能够正常的运行。如果在启动时出现主轴的实际转速和设定转速不一致的状况，仍能够使用主轴转速模拟电压控制功能，则有两种主轴转速输人方式：一种是$代码设定刀具相对于工件外圆的切线速度〈米/分），这时可称为恒线速控制模式另一种是s代码设定主轴的固定转速（转/分），如果不改变s码的值，则主轴的转速保持不变，这时的状态可称为恒转速控制状态。

4模块替换法

模块替换法是现今应用最为广泛的故障维修办法，所用时间短，效率高。诊断出故障所在的系统模块，并用正常的模块进行替换，并设置好相应的参数，使机床快速地进行正常的运作。

5提高改善抗干扰能力

数控机床大多运用专用的稳压电源，通过提高抗干扰能力，来提高电源的负载能力。如果遭遇到强烈的于扰，通常采用接地的方式，利用电容滤波法降低高频的十扰，这样能够有效地避免供电开关电源发生故障。

数控设备加工昂贵，内部结构复杂，如果出现故障，就要拥有较多的维修费用。所以必须要掌握一定的常见数控机床故障诊断和维修方法，并在平时的工作中不断地积累对故障的诊断方法，降低维修产生的不必要的费用，有效地延长数控设备的使用寿命。

数控机床常见的故障

1、主轴部件故障

由于使用调速电机，数控机床主轴箱结构比较简单，容易出现故障的部位是主轴内部的刀具自动夹紧机构、自动调速装置等。为保证在工作中或停电时刀夹不会白行松脱，刀具自动夹紧机构采用弹簧夹紧，并配行程开关发出夹紧或放松信号。若刀具夹紧后不能松开，则考虑调整松刀液压缸压力和行程开关装置或调整碟形弹簧上的螺母，减小弹簧压合量。此外，主轴发热和主轴箱噪声问题，也不容忽视，此时主要考虑清洗主轴箱，调整润滑油量，保证主轴箱清洁度和更换主轴轴承，修理或更换主轴箱齿轮等。

2、进给传动链故障

在数控机床进给传动系统中，普遍采用滚珠丝杠副、静压丝杠螺母副、滚动导轨、静压导轨和塑料导轨。所以进给传动链有故障，主要反映是运动质量下降。如：机械部件未运动到规定位置、运行中断、定位精度下降、反向间隙增大、爬行、轴承噪声变大（撞车后）等。对于此类故障可以通过以下措施预防：

提高传动精度：调节各运动副预紧力，调整松动环节，消除传动间隙，缩短传动链和在传动链中设置减速齿轮，也可提高传动精度。

高传动刚度：调节丝杠螺母副、支承部件的预紧力及合理选择丝杠本身尺寸，是提高传动刚度的有效措施。刚度不足还会导致工作台或拖板产生爬行和振动以及造成反向死区，影响传动准确性。

提高运动精度：在满足部件强度和刚度的前提下，尽可能减小运动部件的质量，减小旋转零件的直径和质量，以减小运动部件的惯性，提高运动精度。

导轨：滚动导轨对赃物比较敏感，必须要有良好的防护装置，而且滚动导轨的预紧力选择要恰当，过大会使牵引力显著增加。静压导轨应有一套过滤效果良好的供油系统。

3、自动换刀装置故障

自动换刀装置故障主要表现在：刀库运动故障、定位误差过大、机械手夹持刀柄不稳定、机械手运动误差较大等。故障严重时会造成换刀动作卡住，机床被迫停止工作。

刀库运动故障：若连接电机轴与蜗杆轴的联轴器松动或机械联接过紧等机械原因，会造成刀库不能转动，此时必须紧固联轴器上的螺钉。若刀库转动不到位，则属于电机转动故障或传动误差造成。若现刀套不能夹紧刀具，则需调整刀套上的调节螺钉，压紧弹簧，顶紧卡紧销。当出现刀套上／下不到位时，应检查拨又位置或限位开关的安装与调整情况。

换刀机械手故障：若刀具夹不紧、掉刀，则调整卡紧爪弹簧，使其压力增大，或更换机械手卡紧销。若刀具夹紧后松不开，应调整松锁弹簧后的螺母，使最大载荷不超过额定值。若刀具交换时掉刀，则属于换刀时主轴箱没有回到换刀点或换刀点漂移造成，应重新操作主轴箱，使其回到换刀位置，重新设定换刀点。

4、各轴运动位置行程开关压合故障

在数控机床上，为保证自动化丁作的可靠性，采用了大量检测运动位置的行程开关。机床经过长期运行，运动部件的运动特性发生变化，行程开关压合装置的可靠性及行程开关本身品质特性的改变，对整机性能产生较大影响。一般要适时检查和更换行程开关，可消除因此类开关不良对机床的影响。

5、配套辅助装置故障

液压系统。液压泵应采用变量泵，以减少液压系统的发热。油箱内安装的过滤器，应定期用汽油或超声波振动清洗。常见故障主要是泵体磨损、裂纹和机械损伤，此时一般必须大修或更换零件。

气压系统。用于刀具或工件夹紧、安全防护门开关以及主轴锥孔吹屑的气压系统中，分水滤气器应定时放水，定期清洗，以保证气动元件中运动零件的灵敏性。阀心动作失灵、空气泄漏、气动元件损伤及动作失灵等故障均由润滑不良造成，故油雾器应定期清洗。此外，还应经常检查气动系统的密封性。

润滑系统。包括对机床导轨、传动齿轮、滚珠丝杠、主轴箱等的润滑。润滑泵内的过滤器需定期清洗、更换，一般每年应更换一次。

冷却系统。它对刀具和工件起冷却和冲屑作用。冷却液喷嘴应定期清洗。

排屑装置。排屑装置是具有独立功能的附件，主要保证自动切削加工顺利进行和减少数控机床的发热。因此排屑装置应能及时自动排屑，其安装位置一般应尽可能靠近刀具切削区域。

维修人员生产实践中常用的排除故障方法

3.1直观检查法

直观检查法是维修人员根据对故障发生时的各种光、声、味等异常现象的观察，确定故障范围，可将故障范围缩小到一个模块或一块电路板上，然后再进行排除。一般包括：

A。询问：向故障现场人员仔细询问故障产生的过程、故障表象及故障后果等；

B。目视：总体查看机床各部分工作状态是否处于正常状态，各电控装置有无报警指示，局部查看有无保险烧断，元器件烧焦、开裂、电线电缆脱落，各操作元件位置正确与否等等；

C。触摸：在整机断电条件下可以通过触摸各主要电路板的安装状况、各插头座的插接状况、各功率及信号导线的联接状况以及用手摸并轻摇元器件，尤其是大体积的阻容、半导体器件有无松动之感，以此可检查出一些断脚、虚焊、接触不良等故障；

D。通电：是指为了检查有无冒烟、打火，有无异常声音、气味以及触摸有无过热电动机和元件存在而通电，一旦发现立即断电分析。如果存在破坏性故障，必须排除后方可通电。

例：一台数控加工中心在运行一段时间后，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。观察发现，设备运转过程中，每当发生振动时故障就可能发生。初步判断是元件接触不良。当检查显示板时，CRT显示突然消失。检查发现有一晶振的两个引脚均虚焊松动。重新焊接后，故障消除。

3.2初始化复位法

一般情况下，由于瞬时故障引起的系统报警，可用硬件复位或开关系统电源依次来清除故障。若系统工作存贮区由于掉电、拨插线路板或电池欠压造成混乱，则必须对系统进行初始化清除，清除前应注意作好数据拷贝记录，若初始化后故障仍无法排除，则进行硬件诊断。

例：一台数控车床当按下自动运行键，微机拒不执行加工程序，也不显示故障自检提示，显示屏幕处于复位状态（只显示菜单）。有时手动、编辑功能正常，检查用户程序、各种参数完全正确；有时因记忆电池失效，更换记忆电池等，系统显示某一方向尺寸超量或各方向的尺寸都超最（显示尺寸超过机床实斤能加工的最大尺寸或超过系统能够认可的最大尺寸）。排除方法：采用初始化复位法使系统清零复位（一般要用特殊组合健或密码）。

3.3自诊断法

数控系统已具备了较强的自诊断功能，并能随时监视数控系统的硬件和软件的工作状态。利用自诊断功能，能显示出系统与主机之间的接口信息的状态，从而判断出故障发生在机械部分还是数控部分，并显示出故障的大体部位（故障代码）。

A。硬件报警指示：是指包括数控系统、伺服系统在内的各电气装置上的各种状态和故障指示灯，结合指示灯状态和相应的功能说明便可获知指示内容及故障原因与排除方法；

B。软件报警指示：系统软件、PLC程序与加工程序中的故障通常都设有报警显示，依据显示的报警号对照相应的诊断说明手册便可获知可能的故障原因及排除方法。

3.4功能程序测试法

功能程序测试法是将数控系统的G、M、S、T、F功能用编程法编成一个功能试验程序，并存储在相应的介质上，如纸带和磁带等。在故障诊断时运行这个程序，可快速判定故障发生的可能起因。

功能程序测试法常应用于以下场合：

A。机床加工造成废品而一时无法确定是编程操作不当、还是数控系统故障引起；

B。数控系统出现随机性故障，一时难以区别是外来干扰，还是系统稳定性个好；

C。闲置时间较长的数控机床在投入使用前或对数控机床进行定期检修时。

例：一台FANUC9系统的立式铣床在自动加工某一曲线零件时出现爬行现象，表面粗糙度极差。在运行测试程序时，直线、圆弧插补时皆无爬行，由此确定原因在编程方面。对加工程序仔细检查后发现该曲线由很多小段圆弧组成，而编程时又使用了正确定位外检查C61指令之故。将程序中的G61取消，改用G64后，爬行现象消除。

3.5备件替换法

用好的备件替换诊断出坏的线路板，即在分析出故障大致起因的情况下，维修人员可以利用备用的印刷电路板、集成电路芯片或元器件替换有疑点的部分，从而把故障范围缩小到印刷线路板或芯片一级。并做相应的初始化起动，使机床迅速投入正常运转。

对于现代数控的维修，越来越多的情况采用这种方法进行诊断，然后用备件替换损坏模块，使系统正常工作。尽最大可能缩短故障停机时间，使用这种方法在操作时注意一定要在停电状态下进行，还要仔细检查线路板的版本、型号、各种标记、跨接是否相同，若不一致则不能更换。拆线时应做好标志和记录。

一般不要轻易更换CPU板、存储器板及电地，否则有可能造成程序和机床参数的丢失，使故障扩大。

例：一台采用西门子SINUMERIKSYSTEM3系统的数控机床，其PLC采川S5—130W／B，一次发生故障时，通过NC系统PC功能输入的R参数，在加工中不起作用，不能更改加上程序中R参数的数值。通过对NC系统工作原理及故障现象的分析，认为PLC的主板有问题，与另一台机床的主板对换后，进一步确定为PLC主板的问题。经专业厂家维修，故障被排除。

3.6交叉换位法

当发现故障板或者个能确定是否是故障板而又没有备件的情况下，可以将系统中相同或相兼容的两个板互换检查，例如两个坐标的指令板或伺服板的交换，从中判断故障板或故障部位。这种交叉换位法应特别注意，不仅要硬件接线的正确交换，还要将一系列相应的参数交换，否则不仅达不到目的，反而会产生新的故障造成思维混乱，一定要事先考虑周全，设计好软、硬件交换方案，准确无误再行交换检查。

例：一台数控车床出现X向进给正常，Z向进给出现振动、噪音大、精度差，采用手动和手摇脉冲进给时也如此。观察各驱动板指示灯亮度及其变化基本正常，疑是Z轴步进电动机及其引线开路或Z轴机械故障。遂将Z轴电机引线换到X轴电机上，X轴电机运行正常，说明Z轴电动机引线正常；又将X轴电机引线换到Z轴电机上，故障依旧；可以断定是Z轴电动机故障或Z轴机械故障。测量电动机引线，发现一相开路。修复步进电动机，故障排除。

3.7参数检查法

系统参数是确定系统功能的依据，参数设定错误就可能造成系统的故障或某功能无效。发生故障时应及时核对系统参数，参数一般存放在磁泡存储器或存放在需由电池保持的CMOSRAM中，一旦电池电量不足或由于外界的干扰等因素，使个别参数丢失或变化，发生混乱，使机床无法正常工作。此时，可通过核对、修正参数，将故障排除。

例：一台数控铣床上采用了测量循环系统，这一功能要求有一个背景存贮器，调试时发现这一功能无法实现。检查发现确定背景存贮器存在的数据位没有设定，经设定后该功能正常。

数控机床主轴常见故障的解决方法

不带变频的主轴不转

故障原因以及处理方法：

①机械传动故障引起：检查皮带传动有无断裂或机床是否挂了空挡。

②供给主轴的三相电源缺相或反相：检查电源，调换任两条电源线。

③电路连接错误：认真参阅电路连接手册， 确保连线正确。

④系统无相应的主轴控制信号输出：用万用表测量系统信号输出端，若无主轴控制信号输出，则需更换相关IC元器件或送厂维修。

⑤系统有相应的主轴控制信号输出，但电源供给线路及控制信号输出线路存在断路或是元器件损坏：用万用表检查系统与主轴电机之间的电源供给回路，信号控制回路是否存在断路； 是否存在断路；各连线间的触点是否接触不良；交流接触器，直流继电器是否有损坏；检查热继电器是否过流；检查保险管是否烧毁等。

带变频器的主轴不转

故障原因以及处理方法：

①机械传动故障引起：检查皮带传动有无断裂或机床是否挂了空挡。

②供给主轴的三相电源缺相：检查电源，调换任两条电源线。

③数控系统的变频器控制参数未打开：查阅系统说明书，了解变频参数并更改。

④系统与变频器的线路连接错误：查阅系统与变频器的连线说明书，确保连线正确。

⑤模拟电压输出不正常：用万用表检查系统输出的模拟电压是否正常；检查模拟电压信号线连接是否正确或接触不良，变频器接收的模拟电压是否匹配。

⑥强电控制部分断路或元器件损坏：检查主轴供电这一线路各触点连接是否可靠，线路有否 断路，直流继电器是否损坏，保险管是否烧坏。

⑦变频器参数未调好：变频器内含有控制方式选择，分为变频器面板控制主轴方式，NC系统控制主轴方式等，若不选择NC系统控制方式， 则无法用系统控制主轴，修改这一参数；检查相关参数设置是否合理。

不带变频的主轴（换档主轴）转速不受控

故障原因处理方法：

①系统无S01- S04的控制信号输出：检查系统有无换档控制信号输出。若无，则为系统故障，更换IC或送厂维修。

②连接线路故障：若系统有换档控制信号输出，则检查各连接线路是否存在断路或接触不良， 检查直流继电器或交流接触器是否损坏。

③主轴电机损坏或短路：检查主轴电机。

④机械未挂档：挂好档位。

主轴无制动

故障原因处理方法：

①制动电路异常或强电元器件损坏：检查桥堆，熔断器，交流接触器是否损坏；检查强电回路是否断路。

②制动时间不够长：调整系统或变频器的制动时间参数。

③系统无制动信号输出：更换内部元器件或送厂维修。

④变频器控制参数未调好：查阅变频器使用说明书，正确设置变频器参数。

主轴启动后立即停止

故障原因处理方法：

①系统输出脉冲时间不够：调整系统的M代码输出时间。

②变频器处于点动状态：参阅变频器的使用说明书，设置好参数。

③主轴线路的控制元器件损坏：检查电路上的各触点接触是否良好，检查直流继电器 交流 接触器是否损坏， 造成触头不自锁

④主轴电机短路，造成热继电器保护：查找短路原因，使热继电器复位。

⑤主轴控制回路没有带自锁电路， 而把参数设置为脉冲信号输出， 使主轴不能正常运转：将系统控制主轴的启停参数改为电平控制方式。

主轴转动不能停止

故障原因处理方法：

①交流接触器或直流继电器损坏，长时间吸合，无法控制：更换交流接触器或直流继电器。

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