數控機床由機、電、液三個部分組成，操作中就需要相關技術和知識的基礎，掌握數控機床的常見故障的診斷和維修保養技術能夠降低日常的維護費用、小部件的更換周期、避免嚴重機械事故的發生，還有利于延長機床的使用壽命，使機床盡可能能夠在最佳狀態保持最長的時間。本文主要對數控機床的常見故障分類、診斷方法和維修排除及維修人員生產實踐中常用的排除故障方法進行分析和研究。

組成數控機床機械的結構

數控機床主要是由有以下幾個部分的機械構成：立柱、床身、工作臺等機床的基礎結構部件《用于實現進給運動的進給運動傳動系統《用于實現構件的輪回和工件的定位系統，如數控回轉操作界酢用于實現機床主運動的主運動傳動系統；用于實現某些輔助運動和功能的建設系統，如潤滑劑、液壓、冷卻劑，加熱劑以及防護裝置、刀架、排屑系統以及自動換刀系統各項反饋裝置和構件等其他特殊功能結構系統，例如精度檢測、操作監控系統、圖形轉換系統、刀具破損檢測系統等。數控機床和其他的普通機床相比，不需要人工的進行手動操作，而是隨著數控指令的給出自動地進行加工操作的，這就免除了人工調試和人工修改的操作。所以，數控的機械結構必須要滿足自動化的控制條件，還要求機械結構靈敏度較高，具有較強的剛度和抗振性，精度穩定性好，熱變形不能過大，安仝可靠適應集成和復雜工藝的功能。

數控機床常見故障分類

1、確定性故障

確定性故障是指控制系統主機中的硬件損壞或只要滿足一定的條件，數控機床必然會發生的故障。這一類故障現象在數控機床上最為常見，但由于它具有一定的規律，因此也給維修帶來了方便確定性故障具有不可恢復性，故障一旦發生，如不對其進行維修處理，機床不會自動恢復正常。但只要找出發生故障的根本原因，維修完成后機床立即可以恢復正常。正確的使用與精心維護是杜絕或避免故障發生的重要措施。

2、隨機性故障

隨機性故障是指數控機床在工作過程中偶然發生的故障此類故障的發生原因較隱蔽，很難找出其規律性，故常稱之為“軟故障”，隨機性故障的原因分析與故障診斷比較困難，一般而言，故障的發生往往與部件的安裝質量、參數的設定、元器件的品質、軟件設計不完善、工作環境的影響等諸多因素有關。隨機性故障有可恢復性，故障發生后，通過重新開機等措施，機床通常可恢復正常，但在運行過程中，又可能發生同樣的故障。

加強數控系統的維護檢查，確保電氣箱的密封，可靠的安裝、連接，正確的接地和屏蔽是減少、避免此類故障發生的重要措施。

常見故障的診斷方法

本文主要介紹的是普通的診斷方法不能判斷的一些常見故障，它需要通專業的技術人員運用精密的儀器，通過先進的檢測手段對其進行高精度的定性或定量檢驗和測定，并通過對故障出現的位置和儀器所得的數據的分析，得出故障出現的原因，最后確定所要采取的最佳維修辦法。通常先運用簡易診斷法首先確定出數控機床當前的工作狀態，再通過精密診斷的方法確定產生故障的原因和最佳的維修辦法。

1裂紋監測

裂紋監測主要包括電阻法、超聲波法、磁性探傷法、聲發射法等幾種方法。由于機械結構所使用的材料性質不同，測量裂紋的方法也有所不同。通過監測來觀察零件的內部機體結構的裂紋情況和狀態，若沒有及時發現一些細小的裂縫，則就會很容易導致一些重大事故的方式。

2油液分析油液分析主要是對測量零件的磨損情況進行分析。針對潤滑油或液壓油中的各種金屬微粒和外來雜質等殘余物，可利用原子吸收光譜儀進行其大小、形狀、成分和深度的分析，從而判斷出對管道部件的原因機理和磨損程度，進而有效地掌握零件的磨損情況。

3噪聲監測

噪聲監測所使用的主要工具有噪聲測量計和聲波計等，測量的主要對象為機床齒輪和軸承，通過監測判斷出機械在運行過程中信號的變化，并總結出信號的變化規律，再結合振動和噪聲的分析和識別，確定出齒輪和軸承的故。障程度及維修方法。測量進行之前，第一步要進行強度的測定，如果確認強度存在異慚時，就要做定量的分析測定。

4溫度檢測

溫度檢測主要可包括接型和非接觸型兩種類型。接觸型主要采用的工具是溫度計、測量貼片、熱電偶、熱敏涂料直接接觸軸承、齒輪箱、電動機等，直接對表面的溫度進行測量《非接觸型所使用的測量儀器比較先進，主要包括紅外測溫儀、紅外掃描儀、紅外熱像儀等，不用接觸物體表面就可以監測到其表面溫度，操作靈活簡便，并且操作精密程度高。通常運用在機床運行中發熱異常的情況下進行檢測。

5振動磨損檢測

通過振動計巡回檢測器，對機床上已安裝的某些特征點傳感器進行檢測，得到機床上特定測量點的特征性數據，如位移速度、總振級的大小、振幅頻率和加速度等，從而對故障進行診斷和監測。

故障診斷原則：

1、先外部后內部

2、先機械后電氣

3、先靜態后動態

4、先簡單后復雜

排除數控機床故障的手段和方法

1復位、初始化法

由于編程或瞬間故障的產生，機械故障報警系統往往會使數控機床停止運作，這時可以強行地斷開硬件電源，再按復位按鈕或復位鍵，通過復位來清除故障的產生。但是如果由于連接線路接觸不良、掉電，系統存儲器壓力過小等引起的故障報警，就必須得對故障報警系統進行復位處理。在對系統進行復位之前

首先要確保數據已經備份，若進行初始化操作之后故障仍然沒有排除，就需要通過硬件診斷進行分析。

2微調法

若已經正確的設定系統的參數，但是數控機床仍然不能正常的使用，則就要進一步地調節某些參數，通過這種微調的方式，能夠實現系統和其他電氣系統的最佳控制。在主軸轉速模擬電壓控制功能有效時，通過主軸倍率對主軸實際的轉速進行微調，使其保持當前檔位最佳轉速。

3參數設置法

正確設定系統參數能夠保障機床的正常運作，如若系統的參數設定產生了一些差惦，就可能會造成數控機床的某些功能喪失。由于用戶在編制程序中所產生的錯誤也同樣會引發故障報警而使得機器停止運作，這時應啟動系統的快速搜索功能，就能保證在最短時間內找到問題所在，并對其進行及時地處理，保障數控機床能夠正常的運行。如果在啟動時出現主軸的實際轉速和設定轉速不一致的狀況，仍能夠使用主軸轉速模擬電壓控制功能，則有兩種主軸轉速輸人方式：一種是$代碼設定刀具相對于工件外圓的切線速度〈米/分），這時可稱為恒線速控制模式另一種是s代碼設定主軸的固定轉速（轉/分），如果不改變s碼的值，則主軸的轉速保持不變，這時的狀態可稱為恒轉速控制狀態。

4模塊替換法

模塊替換法是現今應用最為廣泛的故障維修辦法，所用時間短，效率高。診斷出故障所在的系統模塊，并用正常的模塊進行替換，并設置好相應的參數，使機床快速地進行正常的運作。

5提高改善抗干擾能力

數控機床大多運用專用的穩壓電源，通過提高抗干擾能力，來提高電源的負載能力。如果遭遇到強烈的于擾，通常采用接地的方式，利用電容濾波法降低高頻的十擾，這樣能夠有效地避免供電開關電源發生故障。

數控設備加工昂貴，內部結構復雜，如果出現故障，就要擁有較多的維修費用。所以必須要掌握一定的常見數控機床故障診斷和維修方法，并在平時的工作中不斷地積累對故障的診斷方法，降低維修產生的不必要的費用，有效地延長數控設備的使用壽命。

數控機床常見的故障

1、主軸部件故障

由于使用調速電機，數控機床主軸箱結構比較簡單，容易出現故障的部位是主軸內部的刀具自動夾緊機構、自動調速裝置等。為保證在工作中或停電時刀夾不會白行松脫，刀具自動夾緊機構采用彈簧夾緊，并配行程開關發出夾緊或放松信號。若刀具夾緊后不能松開，則考慮調整松刀液壓缸壓力和行程開關裝置或調整碟形彈簧上的螺母，減小彈簧壓合量。此外，主軸發熱和主軸箱噪聲問題，也不容忽視，此時主要考慮清洗主軸箱，調整潤滑油量，保證主軸箱清潔度和更換主軸軸承，修理或更換主軸箱齒輪等。

2、進給傳動鏈故障

在數控機床進給傳動系統中，普遍采用滾珠絲杠副、靜壓絲杠螺母副、滾動導軌、靜壓導軌和塑料導軌。所以進給傳動鏈有故障，主要反映是運動質量下降。如：機械部件未運動到規定位置、運行中斷、定位精度下降、反向間隙增大、爬行、軸承噪聲變大（撞車后）等。對于此類故障可以通過以下措施預防：

提高傳動精度：調節各運動副預緊力，調整松動環節，消除傳動間隙，縮短傳動鏈和在傳動鏈中設置減速齒輪，也可提高傳動精度。

高傳動剛度：調節絲杠螺母副、支承部件的預緊力及合理選擇絲杠本身尺寸，是提高傳動剛度的有效措施。剛度不足還會導致工作臺或拖板產生爬行和振動以及造成反向死區，影響傳動準確性。

提高運動精度：在滿足部件強度和剛度的前提下，盡可能減小運動部件的質量，減小旋轉零件的直徑和質量，以減小運動部件的慣性，提高運動精度。

導軌：滾動導軌對贓物比較敏感，必須要有良好的防護裝置，而且滾動導軌的預緊力選擇要恰當，過大會使牽引力顯著增加。靜壓導軌應有一套過濾效果良好的供油系統。

3、自動換刀裝置故障

自動換刀裝置故障主要表現在：刀庫運動故障、定位誤差過大、機械手夾持刀柄不穩定、機械手運動誤差較大等。故障嚴重時會造成換刀動作卡住，機床被迫停止工作。

刀庫運動故障：若連接電機軸與蝸桿軸的聯軸器松動或機械聯接過緊等機械原因，會造成刀庫不能轉動，此時必須緊固聯軸器上的螺釘。若刀庫轉動不到位，則屬于電機轉動故障或傳動誤差造成。若現刀套不能夾緊刀具，則需調整刀套上的調節螺釘，壓緊彈簧，頂緊卡緊銷。當出現刀套上／下不到位時，應檢查撥又位置或限位開關的安裝與調整情況。

換刀機械手故障：若刀具夾不緊、掉刀，則調整卡緊爪彈簧，使其壓力增大，或更換機械手卡緊銷。若刀具夾緊后松不開，應調整松鎖彈簧后的螺母，使最大載荷不超過額定值。若刀具交換時掉刀，則屬于換刀時主軸箱沒有回到換刀點或換刀點漂移造成，應重新操作主軸箱，使其回到換刀位置，重新設定換刀點。

4、各軸運動位置行程開關壓合故障

在數控機床上，為保證自動化丁作的可靠性，采用了大量檢測運動位置的行程開關。機床經過長期運行，運動部件的運動特性發生變化，行程開關壓合裝置的可靠性及行程開關本身品質特性的改變，對整機性能產生較大影響。一般要適時檢查和更換行程開關，可消除因此類開關不良對機床的影響。

5、配套輔助裝置故障

液壓系統。液壓泵應采用變量泵，以減少液壓系統的發熱。油箱內安裝的過濾器，應定期用汽油或超聲波振動清洗。常見故障主要是泵體磨損、裂紋和機械損傷，此時一般必須大修或更換零件。

氣壓系統。用于刀具或工件夾緊、安全防護門開關以及主軸錐孔吹屑的氣壓系統中，分水濾氣器應定時放水，定期清洗，以保證氣動元件中運動零件的靈敏性。閥心動作失靈、空氣泄漏、氣動元件損傷及動作失靈等故障均由潤滑不良造成，故油霧器應定期清洗。此外，還應經常檢查氣動系統的密封性。

潤滑系統。包括對機床導軌、傳動齒輪、滾珠絲杠、主軸箱等的潤滑。潤滑泵內的過濾器需定期清洗、更換，一般每年應更換一次。

冷卻系統。它對刀具和工件起冷卻和沖屑作用。冷卻液噴嘴應定期清洗。

排屑裝置。排屑裝置是具有獨立功能的附件，主要保證自動切削加工順利進行和減少數控機床的發熱。因此排屑裝置應能及時自動排屑，其安裝位置一般應盡可能靠近刀具切削區域。

維修人員生產實踐中常用的排除故障方法

3.1直觀檢查法

直觀檢查法是維修人員根據對故障發生時的各種光、聲、味等異常現象的觀察，確定故障范圍，可將故障范圍縮小到一個模塊或一塊電路板上，然后再進行排除。一般包括：

A。詢問：向故障現場人員仔細詢問故障產生的過程、故障表象及故障后果等；

B。目視：總體查看機床各部分工作狀態是否處于正常狀態，各電控裝置有無報警指示，局部查看有無保險燒斷，元器件燒焦、開裂、電線電纜脫落，各操作元件位置正確與否等等；

C。觸摸：在整機斷電條件下可以通過觸摸各主要電路板的安裝狀況、各插頭座的插接狀況、各功率及信號導線的聯接狀況以及用手摸并輕搖元器件，尤其是大體積的阻容、半導體器件有無松動之感，以此可檢查出一些斷腳、虛焊、接觸不良等故障；

D。通電：是指為了檢查有無冒煙、打火，有無異常聲音、氣味以及觸摸有無過熱電動機和元件存在而通電，一旦發現立即斷電分析。如果存在破壞性故障，必須排除后方可通電。

例：一臺數控加工中心在運行一段時間后，CRT顯示器突然出現無顯示故障，而機床還可繼續運轉。停機后再開又一切正常。觀察發現，設備運轉過程中，每當發生振動時故障就可能發生。初步判斷是元件接觸不良。當檢查顯示板時，CRT顯示突然消失。檢查發現有一晶振的兩個引腳均虛焊松動。重新焊接后，故障消除。

3.2初始化復位法

一般情況下，由于瞬時故障引起的系統報警，可用硬件復位或開關系統電源依次來清除故障。若系統工作存貯區由于掉電、撥插線路板或電池欠壓造成混亂，則必須對系統進行初始化清除，清除前應注意作好數據拷貝記錄，若初始化后故障仍無法排除，則進行硬件診斷。

例：一臺數控車床當按下自動運行鍵，微機拒不執行加工程序，也不顯示故障自檢提示，顯示屏幕處于復位狀態（只顯示菜單）。有時手動、編輯功能正常，檢查用戶程序、各種參數完全正確；有時因記憶電池失效，更換記憶電池等，系統顯示某一方向尺寸超量或各方向的尺寸都超最（顯示尺寸超過機床實斤能加工的最大尺寸或超過系統能夠認可的最大尺寸）。排除方法：采用初始化復位法使系統清零復位（一般要用特殊組合健或密碼）。

3.3自診斷法

數控系統已具備了較強的自診斷功能，并能隨時監視數控系統的硬件和軟件的工作狀態。利用自診斷功能，能顯示出系統與主機之間的接口信息的狀態，從而判斷出故障發生在機械部分還是數控部分，并顯示出故障的大體部位（故障代碼）。

A。硬件報警指示：是指包括數控系統、伺服系統在內的各電氣裝置上的各種狀態和故障指示燈，結合指示燈狀態和相應的功能說明便可獲知指示內容及故障原因與排除方法；

B。軟件報警指示：系統軟件、PLC程序與加工程序中的故障通常都設有報警顯示，依據顯示的報警號對照相應的診斷說明手冊便可獲知可能的故障原因及排除方法。

3.4功能程序測試法

功能程序測試法是將數控系統的G、M、S、T、F功能用編程法編成一個功能試驗程序，并存儲在相應的介質上，如紙帶和磁帶等。在故障診斷時運行這個程序，可快速判定故障發生的可能起因。

功能程序測試法常應用于以下場合：

A。機床加工造成廢品而一時無法確定是編程操作不當、還是數控系統故障引起；

B。數控系統出現隨機性故障，一時難以區別是外來干擾，還是系統穩定性個好；

C。閑置時間較長的數控機床在投入使用前或對數控機床進行定期檢修時。

例：一臺FANUC9系統的立式銑床在自動加工某一曲線零件時出現爬行現象，表面粗糙度極差。在運行測試程序時，直線、圓弧插補時皆無爬行，由此確定原因在編程方面。對加工程序仔細檢查后發現該曲線由很多小段圓弧組成，而編程時又使用了正確定位外檢查C61指令之故。將程序中的G61取消，改用G64后，爬行現象消除。

3.5備件替換法

用好的備件替換診斷出壞的線路板，即在分析出故障大致起因的情況下，維修人員可以利用備用的印刷電路板、集成電路芯片或元器件替換有疑點的部分，從而把故障范圍縮小到印刷線路板或芯片一級。并做相應的初始化起動，使機床迅速投入正常運轉。

對于現代數控的維修，越來越多的情況采用這種方法進行診斷，然后用備件替換損壞模塊，使系統正常工作。盡最大可能縮短故障停機時間，使用這種方法在操作時注意一定要在停電狀態下進行，還要仔細檢查線路板的版本、型號、各種標記、跨接是否相同，若不一致則不能更換。拆線時應做好標志和記錄。

一般不要輕易更換CPU板、存儲器板及電地，否則有可能造成程序和機床參數的丟失，使故障擴大。

例：一臺采用西門子SINUMERIKSYSTEM3系統的數控機床，其PLC采川S5—130W／B，一次發生故障時，通過NC系統PC功能輸入的R參數，在加工中不起作用，不能更改加上程序中R參數的數值。通過對NC系統工作原理及故障現象的分析，認為PLC的主板有問題，與另一臺機床的主板對換后，進一步確定為PLC主板的問題。經專業廠家維修，故障被排除。

3.6交叉換位法

當發現故障板或者個能確定是否是故障板而又沒有備件的情況下，可以將系統中相同或相兼容的兩個板互換檢查，例如兩個坐標的指令板或伺服板的交換，從中判斷故障板或故障部位。這種交叉換位法應特別注意，不僅要硬件接線的正確交換，還要將一系列相應的參數交換，否則不僅達不到目的，反而會產生新的故障造成思維混亂，一定要事先考慮周全，設計好軟、硬件交換方案，準確無誤再行交換檢查。

例：一臺數控車床出現X向進給正常，Z向進給出現振動、噪音大、精度差，采用手動和手搖脈沖進給時也如此。觀察各驅動板指示燈亮度及其變化基本正常，疑是Z軸步進電動機及其引線開路或Z軸機械故障。遂將Z軸電機引線換到X軸電機上，X軸電機運行正常，說明Z軸電動機引線正常；又將X軸電機引線換到Z軸電機上，故障依舊；可以斷定是Z軸電動機故障或Z軸機械故障。測量電動機引線，發現一相開路。修復步進電動機，故障排除。

3.7參數檢查法

系統參數是確定系統功能的依據，參數設定錯誤就可能造成系統的故障或某功能無效。發生故障時應及時核對系統參數，參數一般存放在磁泡存儲器或存放在需由電池保持的CMOSRAM中，一旦電池電量不足或由于外界的干擾等因素，使個別參數丟失或變化，發生混亂，使機床無法正常工作。此時，可通過核對、修正參數，將故障排除。

例：一臺數控銑床上采用了測量循環系統，這一功能要求有一個背景存貯器，調試時發現這一功能無法實現。檢查發現確定背景存貯器存在的數據位沒有設定，經設定后該功能正常。

數控機床主軸常見故障的解決方法

不帶變頻的主軸不轉

故障原因以及處理方法：

①機械傳動故障引起：檢查皮帶傳動有無斷裂或機床是否掛了空擋。

②供給主軸的三相電源缺相或反相：檢查電源，調換任兩條電源線。

③電路連接錯誤：認真參閱電路連接手冊， 確保連線正確。

④系統無相應的主軸控制信號輸出：用萬用表測量系統信號輸出端，若無主軸控制信號輸出，則需更換相關IC元器件或送廠維修。

⑤系統有相應的主軸控制信號輸出，但電源供給線路及控制信號輸出線路存在斷路或是元器件損壞：用萬用表檢查系統與主軸電機之間的電源供給回路，信號控制回路是否存在斷路； 是否存在斷路；各連線間的觸點是否接觸不良；交流接觸器，直流繼電器是否有損壞；檢查熱繼電器是否過流；檢查保險管是否燒毀等。

帶變頻器的主軸不轉

故障原因以及處理方法：

①機械傳動故障引起：檢查皮帶傳動有無斷裂或機床是否掛了空擋。

②供給主軸的三相電源缺相：檢查電源，調換任兩條電源線。

③數控系統的變頻器控制參數未打開：查閱系統說明書，了解變頻參數并更改。

④系統與變頻器的線路連接錯誤：查閱系統與變頻器的連線說明書，確保連線正確。

⑤模擬電壓輸出不正常：用萬用表檢查系統輸出的模擬電壓是否正常；檢查模擬電壓信號線連接是否正確或接觸不良，變頻器接收的模擬電壓是否匹配。

⑥強電控制部分斷路或元器件損壞：檢查主軸供電這一線路各觸點連接是否可靠，線路有否 斷路，直流繼電器是否損壞，保險管是否燒壞。

⑦變頻器參數未調好：變頻器內含有控制方式選擇，分為變頻器面板控制主軸方式，NC系統控制主軸方式等，若不選擇NC系統控制方式， 則無法用系統控制主軸，修改這一參數；檢查相關參數設置是否合理。

不帶變頻的主軸（換檔主軸）轉速不受控

故障原因處理方法：

①系統無S01- S04的控制信號輸出：檢查系統有無換檔控制信號輸出。若無，則為系統故障，更換IC或送廠維修。

②連接線路故障：若系統有換檔控制信號輸出，則檢查各連接線路是否存在斷路或接觸不良， 檢查直流繼電器或交流接觸器是否損壞。

③主軸電機損壞或短路：檢查主軸電機。

④機械未掛檔：掛好檔位。

主軸無制動

故障原因處理方法：

①制動電路異常或強電元器件損壞：檢查橋堆，熔斷器，交流接觸器是否損壞；檢查強電回路是否斷路。

②制動時間不夠長：調整系統或變頻器的制動時間參數。

③系統無制動信號輸出：更換內部元器件或送廠維修。

④變頻器控制參數未調好：查閱變頻器使用說明書，正確設置變頻器參數。

主軸啟動后立即停止

故障原因處理方法：

①系統輸出脈沖時間不夠：調整系統的M代碼輸出時間。

②變頻器處于點動狀態：參閱變頻器的使用說明書，設置好參數。

③主軸線路的控制元器件損壞：檢查電路上的各觸點接觸是否良好，檢查直流繼電器 交流 接觸器是否損壞， 造成觸頭不自鎖

④主軸電機短路，造成熱繼電器保護：查找短路原因，使熱繼電器復位。

⑤主軸控制回路沒有帶自鎖電路， 而把參數設置為脈沖信號輸出， 使主軸不能正常運轉：將系統控制主軸的啟停參數改為電平控制方式。

主軸轉動不能停止

故障原因處理方法：

①交流接觸器或直流繼電器損壞，長時間吸合，無法控制：更換交流接觸器或直流繼電器。

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