1.3　数控铣床常见故障诊断

1.3.1　常见故障分类

一台数控铣床由于自身原因不能正常工作，就是产生了故障。机床故障可分为以下几种类型。

① 系统性故障和随机性故障。以故障出现的必然性和偶然性，分为系统性故障和随机性故障。系统性故障是指机床和系统在某一特定条件下必然出现的故障。随机性故障是指偶然出现的故障。因此随机性故障的分析与排除比系统性故障困难得多。通常随机性故障是由机械结构局部松动、错位，控制系统中元器件出现工作特性漂移，电气元件工作可靠性下降等原因造成的，需经反复试验和综合判断才能排除。

② 诊断显示故障和无诊断显示故障。以故障出现时有无自诊断显示，可分为有诊断显示故障和无诊断显示故障两种。现今的数控系统都有较丰富的自诊断功能，出现故障时会停机、报警并自动显示出相应的报警参数号，使维修人员较容易找到故障原因。而无诊断显示故障，往往机床停在某一位置不能动，甚至手动操作也失灵，维修人员只能根据出现故障前后的现象来分析判断，因而排除故障难度较大。另外，诊断显示也有可能是其他原因引起的，例如因刀库运动误差造成换刀位置不到位、机械手卡在取刀中途位置，而诊断显示为机械手换刀位置开关未压合报警，这时应调整的是刀库定位误差而不是机械手位置开关。

③ 破坏性故障和非破坏性故障。以故障有无破坏性，分为破坏性故障和非破坏性故障。对于破坏性故障，如伺服系统失控造成撞车、短路烧坏保险等，维修难度大，有一定危险，维修后不允许重演这些现象。而非破坏性故障可经多次反复试验直至排除，不会对机床造成损害。

④ 机床运动特性质量故障。这类故障发生后，机床照常运行，也没有任何报警显示，但加工出的工件不合格。针对这些故障，必须在检测仪器的配合下，对机械、控制系统、伺服系统等采取综合措施。

⑤ 硬件故障和软件故障。按发生故障的部位分为硬件故障和软件故障。硬件故障只要通过更换某些元器件，如电气开关等，即可排除。而软件故障是由程序编制错误造成的，通过修改程序内容或修订机床参数就可排除。

1.3.2　故障原因分析

数控铣床出现故障，除少量自诊断显示故障原因外，如存储器报警、动力电源电压过高报警等，大部分故障是因综合故障引起的，因此不易确定其原因，必须做好充分的调查。

（1）充分调查故障现场

机床发生故障后，维修人员应仔细观察工作寄存器和缓冲工作寄存器尚存内容，了解已执行程序内容，向操作者了解现场情况和现象。当有诊断显示报警时，打开电气柜观察印制线路板上有无相应报警红灯显示。做完这些调查后，就可以按动数控系统的复位键，观察系统复位后报警是否消除，如消除，则属于软件故障，否则即属于硬件故障。对于非破坏性故障，可让机床再重演故障时的运行状况，再仔细观察故障是否再现。

（2）将可能造成故障的原因全部列出

数控铣床上造成故障的原因多种多样，有机械的、电气的、控制系统的等。可是故障到底出现在哪一环节？举例如下。

① 手摇轮操作无法转动，可按下述步骤查找故障原因。

a.确认系统是否处于手摇操作状态。

b.是否未选择移动坐标轴。

c.手摇脉冲发生器电缆连接是否有误。

d.系统参数中脉冲当量值是否正确。

e.系统中报警未解除。

f.伺服系统工作异常。

g.系统处于急停状态。

h.系统电源单元工作异常。

i.手摇脉冲发生器损坏。

② 若某行程开关工作不正常，其影响因素如下。

a.机械运动不到位，开关未压下。

b.机械设计结构不合理，开关松动或挡块太短，压合时速度太快等。

c.开关自身质量有问题。

d.开关选型不当。

e.防护措施不好，开关内进了油或切削液，使动作失常。

（3）逐步选择确定故障产生的原因

根据故障现象，参考机床有关维修使用手册中罗列出的诸多因素，经优化选择及综合判断，找出确切因素，才能排除故障。

（4）故障的排除

找到造成故障的确切原因后，就可以“对症下药”，修理、调整和更换有关元部件。

1.3.3　CNC系统故障的处理

（1）维修前的准备工作

① 维修用器具。为了便于维修数控装置，必须准备下列维修用器具。

a.交流电压表。用来测量交流电源电压，其测量误差应在±2%以内。

b.直流电压表。用来测量直流电压，量程为100V和30V，误差应在±2%以内。用数字式电压表更好。

c.万用表。分机械式和数字式，其中机械式是必备的，用来测量晶体管的性能。

d.相序表。用来测量三相电源的相序，在维修晶闸管伺服驱动系统时用。

e.示波器。应为频带宽度在5MHz以上的双通道示波器，用于光电放大器和速度控制单元的波形测量和调整。

f.逻辑分析仪。查找故障时，能把问题缩小到具体某个元器件，从而加快维修速度。

g.大、中、小号各种规格的“十”字形螺钉旋具和“一”字形螺钉旋具各一套。

h.清洁液和润滑油。

② 必要备件准备。应配备各种熔丝、电刷、易出故障的晶体管模块和印制线路板，而对不易损坏的印制线路板，如中央处理器（CPU）模块、寄存器模块及显示系统等，因其故障率低，价格昂贵，可不必配置备件，以免积压资金。对已购置的印制线路板，应定期装到CNC系统上通电运行，以免长期不用出现故障。

（2）CNC系统故障诊断方法

CNC系统发生故障（或称失效），是指CNC系统丧失了规定的功能。用户发现故障时，可遵循下述几个方面的判断方法进行综合判断。

① 直观法。就是充分利用人的感官，观察发生故障时的现象来判断发生故障的可能部位。如有故障时是否伴有响声、火花、亮光，它们来自何方，何处出现焦煳味，何处发热异常。然后仔细观察可能发生故障的每块线路板的表面状况，是否有烧焦、熏黑或断裂，以进一步缩小检查范围。这是一种最简单、最基本的方法。但要求维修人员具有丰富的经验。

② 报警指示灯显示故障。现代数控系统有众多的硬件报警指示灯，它们分布在电源单元、控制单元、伺服单元等部件上，可以根据报警指示灯判断故障所在部位。

③ 利用软件报警功能（自诊断功能）。CNC系统都有自诊断功能，只是自诊断能力有强弱之分。在系统工作期间，自诊断程序作为主程序的一部分对系统本身、与CNC连接的各种外围设备、伺服系统等进行监控，一旦发现异常，立即以报警方式显示在CRT上或点亮各种报警指示灯，甚至可以对故障进行分类，并决定是否停机。一般CNC系统有几十种报警号，有的甚至多达五六百项报警号，用户可以根据报警内容提示来寻找故障的根源。

④ 利用状态显示诊断功能。CNC系统不仅能将故障诊断信息显示在CRT上，而且能以“诊断地址”和“诊断数据”的形式提供诊断的各种状态，可将故障区分出是在机床的一侧还是另一侧，缩小检查范围。

⑤ 核对数控系统参数。系统参数变化会直接影响到机床的性能，甚至使机床发生故障，不能正常工作。CNC系统的有些故障就是由外界的干扰等因素造成个别参数发生了变化所引起的。因此可通过核对、修正参数，将故障排除。

⑥ 置换备件法。当通过分析认为故障可能出在印制电路板时，如有备用板进行替换，可迅速找出有故障的线路板，减少停机时间。但在换板时，一定要注意使印制线路板与原板的状态一致，这包括电位器的位置、短路设定棒的位置等。当更换寄存器板时，不需进行初始化、重新设定各种NC数控等操作，但一定要按说明书的要求进行。

⑦ 测量比较法。CNC系统生产厂在设计制造印制线路板时，为了调整维修的便利，在印制线路板上设计了多个检测用端子，用户也可利用这些端子将正常的印制线路板和出故障的印制线路板进行测量比较，分析故障的原因及故障的所在位置。

以上各种方法各有特点，对于较难判断的故障，需要将多种方法同时综合运用，这样才能产生较好的效果，从而正确判断出故障的原因及故障所处的位置。