1.5 数控机床的故障维修

1.数控机床的故障的含义是什么？

数控机床故障（Fault）是指数控机床丧失了达到自身应有功能的某种状态，它包含两层含义：一是数控机床功能降低，但没有完全丧失功能，产生故障的原因可能是自然寿命、工作环境的影响、性能参数的变化、误操作等因素；二是故障加剧，数控机床已不能保证其基本功能，因此称为失效（Failure）。在数控机床中，有些个别部件的失效不至于影响整机的功能，而关键部件失效会导致整机丧失功能。

2.数控机床故障有哪些特点？

数控机床一般由CNC装置、I/O装置、伺服驱动系统、机床电器逻辑控制装置、机床等组成。数控机床的各部分之间有着密切的联系。数控装置将数控加工程序分为两种控制量分别输出：一类是连续控制量，送往伺服驱动系统；另一类是离散的开关控制量，送往机床电器和逻辑控制装置。伺服驱动系统位于数控装置与机床之间，它通过电信号与数控装置连接，通过伺服电动机、检测元件与机床的传动部件连接。机床电器、逻辑控制装置的形式可以是继电器控制线路或者是PLC控制线路，它接收数控装置发出的开关命令，主要完成主轴启停、工件夹紧、工作台交换、换刀、冷却、液压、气动和润滑系统及其他机床辅助功能的控制。另外要将主轴启停结束、工件夹紧、工作台交换结束、换刀到位等状态反馈信号送回数控装置。数控机床的复杂性使其故障具有复杂性、特殊性和多层性。数控机床的故障与现象一般没有一一对应关系，有些故障的现象是机械方面的，但是引起故障的因素是电气方面的；有些故障的现象是电气方面的，然而引起故障的因素是机械方面的；有些故障是电气和机械方面共同引起的。在进行数控机床故障的诊断时，要重视机床各部分的连接点。

3.数控机床的故障维修对人员有什么要求？

数控机床采用了先进的控制技术，是机、电、液、气相结合的产物，技术比较复杂，涉及的知识面也比较广。因此，要求维修人员要有一定的素质。具体要求如下：

① 要具有一定的理论基础，电气维修人员除了需要掌握必要的计算机技术、自控技术、PLC技术、电动机拖动原理外还要掌握一些液压技术、气动技术、机械原理、机械加工工艺等，另外还要熟悉数控机床的编程语言并能熟练使用计算机。机械维修人员除了掌握机械原理、机械加工工艺、液压技术、气动技术外，还要熟悉PLC技术，能够看懂PLC梯形图，也要了解数控机床的编程。所以作为数控机床的维修人员要不断学习，刻苦钻研，扩展知识面，提高理论水平。

② 要具有一定的英文基础，以便阅读原文技术资料。因为进口数控机床的操作面板、屏幕显示、报警信息、图纸、技术手册等大多都是英文的。而许多国产的数控机床也采用进口数控系统，屏幕显示、报警信息也都是英文的，系统手册很多也都是英文的，所以，具有良好的英文科技英语阅读能力，也是维修数控机床的基本条件之一。

③ 要具有较强的逻辑分析能力，要细心，善于观察，并善于总结经验，这是快速发现问题的基本条件。因为数控机床的故障千奇百怪，各不相同，只有细心观察，认真分析，才能找到问题的根本原因。而且还要不断总结经验，做好故障档案记录，这样技术水平就会不断提高。

④ 要具有较强的解决问题的能力，思路要开阔。应该了解数控机床及数控系统的操作，熟悉机床和数控系统的功能，能够充分利用数控系统的资源。当数控机床出现故障时，能够使用数控系统查看报警信息，检查、修改机床数据和参数，调用系统诊断功能，对PLC的I/O、标志位等信息进行检查等。还要善于解决问题，问题发现后，要尽快排除，提高解决问题的效率。

4.数控机床的故障维修对技术资料有何要求？

为了使用好、维护好、维修好数控机床，必须有足够的资料。具体资料要求如下；

① 全套的电气图纸、机械图纸、气动液压图纸及工装卡具图纸。

② 尽可能全的说明书包括机床说明书、数控系统操作说明书、编程说明书、维修说明书、机床数据、参数说明书、伺服系统说明书、PLC系统说明书等。

③ 应有PLC用户程序清单，最好为梯形图方式，以及PLC I/O的定义表及索引，定时器、计数器、保持继电器的定义及索引。

④ 应要求机床制造厂家提供机床的使用、维护、维修手册。

⑤ 应要求机床制造厂家提供易损件清单，电子类和气动、液压备件需提供型号、品牌。机械类外购备件应提供型号、生产厂家及图纸，自制件应有零件图及组装图。

⑥ 应有数据备份，包括机床数据、设定数据、PLC程序、报警文本、加工主程序及子程序、R参数、刀具补偿参数、零点补偿参数等，这些备份不但要求文字备份还要要求磁盘备份，以便于在机床数据丢失时用编程器或计算机尽快装入数控系统。

5.数控机床的故障维修需要哪些仪器、仪表？

维修数控机床需要一些仪器、仪表，下面介绍一些常用的必备的仪器、仪表。

（1）万用表

数控机床的维修涉及弱电和强电领域，最好配备指针式万用表和数字式万用表各一块。指针式万用表除了用于测量强电回路之外，还用于判断二极管、三极管、可控硅、电容器等元器件的好坏，测量集成电路引脚的静态电阻值等。指针式万用表的最大好处为反应速度快，可以很方便地用于监视电压和电流的瞬间变化及电容的充放电过程。数字式万用表可以准确测量电压、电流、电阻值，还可以测量三极管的放大倍数和电容值；它的短路测量蜂鸣器，可方便测量电路通断；也可以利用其精确的显示，测量电动机三相绕组阻值的差异，从而判断电动机的好坏。

（2）示波器

数控系统修理通常使用频带为10～100MHz的双通道示波器，它不仅可以测量电平、脉冲上下沿、脉宽、周期、频率等参数，还可以进行两信号的相位和电平幅度的比较，常用来观察主开关电源的振荡波形，直流电源的波动，测速发电动机输出的波形，伺服系统的超调、振荡波形，编码器和光栅尺的脉冲等。

（3）PLC编程器

很多数控系统的PLC必须使用专用的机外编程器才能对其进行编程、调试、监控和动态状态监视。如SIEMENS 810T/M系统可以使用PG685、PG710、PG750等专用编程器，也可以使用SIEMENS专用编程软件利用通用计算机作为编程器。使用编程器可以对PLC程序进行编辑和修改，可以跟踪梯形图的变化，以及在线监视定时器、计数器的数值变化。在运行状态下修改定时器和计数器的设置值，可强制内部输出，对定时器和计数器进行置位和复位等。SIEMENS的编程器都可以显示PLC梯形图。

（4）逻辑测试笔和脉冲信号笔

逻辑测试笔可测量电路是处于高电平还是低电平，或是不高不低的浮空电平，判断脉冲的极性是正脉冲还是负脉冲，输出的脉冲是连续的还是单个脉冲，还可以大概估计脉冲的占空比和频率范围。

脉冲信号笔可发出单脉冲和连续脉冲，可以发出正脉冲和负脉冲，它和逻辑测试笔配合起来使用，就能对电路的I/O的逻辑关系进行测试。

（5）集成电路测试仪

这类测试仪可以离线快速测试集成电路的好坏，是数控系统进行片级维修时的必要仪器。

（6）集成电路在线测试仪

这是一种使用计算机技术的新型集成电路在线测试仪器。它的主要特点是能够对焊接在电路板上的集成电路进行功能、状态和外特性测试，确认其功能是否失效。它所针对的是每个器件的型号和以及该型号器件应具备全部逻辑功能，而不管这个器件应用在何种电路中，因此，它可以检查各种电路板，而且不需要图纸资料或了解其工作原理，为缺乏图纸而使维修工作无从下手的数控机床维修人员提供一种有效的手段，目前，在国内应用日益广泛。

（7）短路跟踪仪

短路是电气维修中经常遇到的问题，如果使用万用表寻找短路点往往费时费力。如果遇到电路中某个元器件击穿，由于在两条连线之间可能并接有多个元器件，用万用表测量出哪一个元器件短路是比较困难的。再如对于变压器绕组局部轻微短路的故障，用一般万用表测量也是无能为力的，而采用短路故障跟踪仪可以快速找出电路中任何短路点。

（8）逻辑分析仪

它是专门用于测量和显示多路数字信号的测试仪器。它与测量连续波形的通用示波器不同，逻辑分析仪显示各被测试点的逻辑电平，二进制编码或存储器的内容。

维修时，逻辑分析仪可检查数字电路的逻辑关系是否正常，时序电路的各点信号的时序关系是否正确，信号传输中是否有竞争、毛刺和干扰。通过测试软件的支持，对电路板输入给定的数据进行监测，同时跟踪测试它的输出信息，显示和记录瞬间产生的错误信号，找到故障所在。

6.数控机床的故障维修需要哪些工具？

维修数控机床除了需要一些常用的仪表、仪器外，其他一些维修工具也是必不可少的，主要有如下几种。

（1）螺丝刀

常用的是大中小一字口和十字口的螺丝刀各一套，特别是维修进口机床需要一个刚性好窄口的一字口螺丝刀。拆装SIMENS系统一些模块时需要一套外六角形的专用螺丝刀。

（2）钳类工具

常用的平口钳、尖嘴钳、斜口钳、剥线钳等。

（3）电烙铁

常用25～30W的内热式电烙铁，为了防止电烙铁漏电将集成电路击穿，电烙铁要良好接地，最好在焊接时拔掉电源。

（4）吸锡器

将集成电路从印制电路板上焊下时，常使用吸锡器。另外现在还有一种热风吹锡器，比较好用，高温风将焊锡吹化并且吹走，很容易将焊点脱开。

（5）扳手

大小活扳手，内六方扳手一套。

（6）其他

镊子、刷子、剪刀、带鳄鱼夹子的连线等。

7.数控机床的故障维修对备品、备件有什么要求？

为了提高数控机床的故障维修速度，备件是必不可少的。发现问题后，如果没有备件，就无法恢复机床正常使用；另外，在诊断故障时，如果有足够的备件也可以采用备件替换法尽快确诊故障。所以为保障数控机床的正常运行储存一定量的备件是十分必要的。

8.数控机床出现故障时要了解哪些情况？

当数控机床出现报警、发生故障时，维修人员不要急于动手处理。首先要调查事故现场，这是维修人员取得第一手资料的一个重要手段。一方面要向操作人员调查，详细询问出现故障的全过程，查看故障记录单，了解故障的现象，曾采取过什么措施等；另一方面要对故障现场进行仔细检查，查看是否有软件或者硬件报警，然后进行分析诊断。概括地说，出现故障时，维修人员需要了解下列内容，并做相应的记录。

（1）故障的种类

① 了解故障现象，区分故障种类；

② 了解数控机床出现故障时，机床处于什么工作方式，是手动方式还是自动方式等；

③ 查看系统状态显示，显示器有无报警，如果有报警，报警内容是什么；

④ 定位误差的超差情况。

（2）故障发生的频率

① 了解故障发生的时间；

② 了解故障发生的频次，是经常发生还是偶然发生；

③ 了解故障发生的时刻，是在运行在什么状态下发生的。

（3）外界状态

① 了解环境温度情况，系统周围温度是否超出允许范围，系统制冷装置工作的状况；

② 了解机床附件是否有振动源；

③ 了解机床附近是否有干扰源；

④ 切削液、润滑油是否飞溅到了系统控制柜，控制柜是否进水，受到水的浸渍；

⑤ 了解机床供电电源的电源是否正常。

（4）操作状态

① 了解是在进行什么操作时出现的故障；

② 操作是否正确，是否有误操作。

（5）机床情况

① 了解机床的调整状态；

② 了解机床在运行时是否有振动；

③ 了解换刀时是否设置了偏移量；

④ 了解刀具的刀尖是否正常；

⑤ 了解丝杠是否有间隙。

（6）运行情况

① 了解机床在运行时是否改变过或调整过运转方式；

② 了解机床是否处于其他报警状态；

③ 了解机床是否做好运行准备；

④ 检查机床是否处于锁定状态；

⑤ 检查机床是否处于急停状态；

⑥ 检查系统的熔断器是否烧断；

⑦ 检查机床操作面板的方式选择开关设定是否正确；

⑧ 检查进给保持按钮是否被按下。

9.数控机床都有哪些故障？

数控机床的故障多种多样，各不相同，下面根据不同角度对其进行分类。

（1）软件故障和硬件故障

由于数控机床采用了计算机技术，使用软件配合硬件控制系统和机床的运行。所以，数控机床的故障又可以分为软件故障和硬件故障两大类。

1）软件故障

软件故障还可以分为如下几类：

① 加工程序编制错误造成的软件故障 这类故障通常数控系统都会有报警显示，遇到这类故障应根据报警显示的内容，检查核对加工程序，发现问题修改程序后，即可排除故障。

例如，一台采用FANUC 0TC系统的数控车床，在执行加工程序时出现报警057“No Solution of Block End”（块结束没有计算）。

这个报警的含义是某段程序的结束点与图纸不符，即计算的结果不对。但检查程序重新计算并没有发现问题，检查刀补也没有发现错误，重新对刀也没有解决问题。单步执行程序发现程序总是执行G01 Z0.4 F18时出现报警，这个语句是执行直线运动，不会出现这个报警。下一个语句是A225 X59.03，执行的是切削倒角的功能，肯定NC系统在执行这个语句之前进行计算，发现执行倒角功能后，结束点与程序给出的结束点X59.03差距太大，所以出现报警。而对这几个数据进行计算，没有误差。在出现报警时，使用软键功能“下一语句（NEXT）”功能发现屏幕上显示下一个语句的结果为A.225 X59.03，显然A.225的数据不对。重新检查程序，发现语句A225 X59.03这个语句A225后没有加小数点，这时NC系统认为是0.225。所以，计算后的结果肯定不对，将小数点加上后，程序正常运行。

② 机床数据设置不正确 机床数据设置不正确或者由于多种原因（如后备电池没电、电磁干扰、人为错误修改）使一些机床数据发生变化，或者机床使用一段时间后一些数据需要更改但没有进行更改，而引发的软件故障。

这类故障排除比较容易，只要认真检查、修改有问题的数据或者参数，即可排除故障。修改机床数据时要注意，一定要搞清机床数据的含义以及与其相关的其他机床数据的含义之后才能修改，否则可能会引起不必要的麻烦。

例如，一台采用SIEMENS 810T系统的数控内圆磨床，在假期过后，重新开机，屏幕没有显示。怀疑电池没电将机床数据丢失，造成死机。强行启动系统，进入初始化页面，但显示却是德文，检查加工程序也都丢失了，并且有1 号报警，说明确实是电池无电造成存储器数据丢失。重新装入数据与程序后，机床恢复正常工作。

又如，一台采用SIEMENS 840C系统的数控车床，在使用几年后，X轴运动时噪声和振动变大。

对X轴丝杠和滑台进行检查没有发现问题，更换伺服控制系统的电源、伺服放大器和伺服电动机没有解决问题。为此认为可能机床数据有问题，但对机床数据进行检查，没有发现有改变的，还是原来的数据，是不是伺服系统数据需要调整呢？找到X轴的加速度数据2760和Kv数据2520后，对设定的数据进行调整，当数据变小时，振动有所变化，继续调整直到没有振动为止。

再如，一台采用SIEMENS 810T系统的数控外圆磨床，在磨削加工时发现有时输入的刀具补偿的数据，在工件上反映的尺寸变化太大。有时补偿值输入0.005mm。但在尺寸变化上却是0.03mm的变化，而输入0.01mm补偿值，在工件的尺寸变化上也是0.03mm的变化。在测量机床的往返精度时发现，Z轴在从正向到反向转换时，让其走0.01mm，而从千分表上显示却是0.03mm，Z轴在从反向到正向转换时，亦是如此。因此，怀疑滚珠丝杠的反向间隙有问题，研究系统说明书发现，数控系统本身对滚珠丝杠的反向间隙具有补偿功能。为此认为补偿可能设置过大，将Z轴反向间隙补偿数据2201 调出检查，发现原来设置为80，怀疑可能数值过大，过补偿了。将这个数值向下调整，当设置到22时，反向间隙正好被补偿，这时机床的补偿功能恢复正常。

③ 机床参数设置不合理 现在的数控机床在编制加工程序时，使用了很多参数，如R参数、刀具补偿参数、零点补偿参数等。这些参数没有设置或者设置不好，也会引起机床故障。这类故障只要找到设置错了的参数，修改后，即可排除故障。

例如，一台采用SIEMENS 810G系统数控内圆磨床，在更换砂轮后，修整新砂轮时出现报警6055“Part parameters change too great”（工件参数变化过大），指示工件参数设置有问题，对设置的R参数进行检查，发现输入的新砂轮直径R642设置过大，按实际输入后，机床恢复正常工作。

又如，一台采用SIMENS 3TT系统的数控铣床在自动加工时出现F105报警，程序执行中断，F105报警指示NC2有问题。仔细观察程序的运行，当程序执行完语句N20 G00 X25 F20000后，就出现F105报警，而同时还可以看到在屏幕的最下行有316报警信息一闪而过。查阅说明书316号报警的含义是在程序中F功能没有编入（No F word is programmed），但检查程序没有发现问题，N20语句之后是N30 G01 X 165 Z 22 F R30，该程序段没有问题，而且以前这个程序也执行过没有问题。那么能不能是R参数设定有问题？将R参数打开进行检查，发现R30的内容为0.1320，而实际上应该设成1320，是将切削速度设置过小所致，将R30更改成1320后，机床恢复了正常使用。这个故障是由于R参数设定不合理造成的。

④ 操作失误引起的软故障 这些故障并不是硬件损坏引起的，而是因为操作、调整、处理不当引起的。这类故障一般多发生在机床投入使用初期或者新换操作人时，由于对机床不太熟悉发生的操作失误的故障。

例如，一台采用SIEMENS 3TT系统的数控铣床，在刚投入使用的时候，一次出现工作台不旋转的问题，并有F22报警，将该报警信息调出，显示信息为“Index required to startgroove”。分析机床的工作原理，发现这个问题与分度装置有关。为了安全起见这台机床只有分度装置在起始位置时，工作台才能旋转。为此对分度装置进行操作，使其停在起始位置，这时工作台旋转正常进行。这就是因为操作人员对机床操作不熟悉所致。

又如，有几台数控机床在刚投入使用的时候，有时出现意外情况时，操作人员按急停按钮后，之后又将系统电源断电。在重新加电启动机床时，这时机床回不了参考点，必须经过一番调整，有时得手工将轴盘到非关涉区。后来吸取教训，按下急停按钮后，将机床操作方式变为手动方式；松开急停按钮，把机床恢复到正常位置，这时再操作或断电，就不会出现问题了。

2）硬件故障

硬件故障指数控机床的硬件发生损坏，必须更换已损坏的器件才能排除故障。硬件故障除了包括CPU主板、存储器板、测量板、显示驱动板、显示器、电源模块、以及I/O模块外，还包括各种检测开关、执行机构、强电控制元件等。当出现硬件故障时，有时可能会出现软件报警或者硬件报警，这时可以根据报警信息查找故障原因。如果没有报警，就要根据故障现象以及所用数控系统的工作原理来检查。使用互换法可以提高故障诊断的效率和准确性。

例如，一台使用SIEMENS 810G系统的数控磨床，工作时出现报警3“PLC Stop”（PLC停止），不能进行任何操作，数控系统停止工作。在DIAGNOSIS菜单下查看PLC报警信息，发现有“6138 No Response From EU”（EU没有响应）报警。查看SIEMENS手册关于6138报警的解释，故障原因可能是与CPU模块连接的EU模块或者连接EU模块的电缆有问题。故首先检查连接电缆，但没有发现问题，又仔细观察故障现象。在出现故障时，接口板EU上的红色报警灯亮，所以，怀疑EU板有问题。将这块控制板与另一台机床的对换，这时另一台机床出现这个报警，从而确认为接口模块EU出现故障。更换新EU板，系统恢复正常工作。

又如，一台采用SIEMENS 810系统的数控沟槽磨床，一次出现故障，在自动磨削完工件修整砂轮时，带动砂轮的Z轴向上运动，停下后砂轮修整器并没有修整砂轮，而是停止了自动循环，但屏幕上没有报警指示。根据机床的工作原理，在修整砂轮时，应该喷射冷却液，冷却砂轮修整器，但多次观察发生故障的过程，却发现没有冷却液喷射。在出现故障时利用数控系统的PLC状态显示功能，观察控制冷却液喷射电磁阀的输出Q4.5，其状态为“1”，没有问题。根据电气原理图，PLC输出Q4.5通过一个直流继电器K4.5来控制电磁阀的，检查直流继电器K4.5也没有问题，电磁阀线圈上也有电压，说明问题是出在电磁阀上，更换电磁阀后，机床故障消除。

（2）控制系统故障和机床侧故障

按照故障发生的部分可以把故障分为控制系统故障和机床侧故障。

1）控制系统故障

控制系统的故障指由于数控系统、伺服系统、PLC等控制系统的软、硬件出现问题而引起的机床故障。由于现在的控制系统的可靠性越来越高，所以这类故障越来越少，但是这类故障诊断难度比较大，必须掌握各个系统的工作原理。

例如，一台采用SIEMENS 3TT系统的数控铣床，其PLC采用S5130W/B，一次这台机床发生故障，通过NC系统PC功能输入的R参数在加工中不起作用，虽然在屏幕上显示参数已被改变，但不能更改加工程序中所用的R参数数值。通过对NC系统工作原理及故障分析，PC功能输入的数据首先存入PLC，然后传入NC，因此怀疑PLC主板可能有问题，采用互换法与另一台机床的PLC主板对换后，故障转移到另一台机床上，说明确实是PLC主板有问题。经专业厂家维修后，机床故障被排除。

又如，一台采用SIEMENS 810T系统的数控淬火机床，一次出现故障，系统启动后，直接进入自动状态，不能进行任何操作。因此，怀疑因为某种原因使系统进入死机状态，强行启动系统后，系统进入初始化页面，检查机床数据和加工程序都没有丢失。因此，不进行初始化操作，直接退出初始化状态，这时系统恢复正常工作。

2）机床侧故障

机床侧故障是指在机床上出现的非控制系统的故障，包括机械问题、检测开关问题、强电问题、液压问题等。机床侧故障还可以分为主机故障和辅助装置故障。机床侧故障是数控机床的常见故障，对这类故障的诊断、维修要熟练掌握PLC系统的应用和系统诊断功能。

例如，一台采用SIEMENS 3M系统的数控磨床一次出现故障，负载门关不上，不能进行自动加工，而且没有故障报警。根据机床工作原理负载门的开关是由汽缸来驱动的，关闭负载门是PLC输出Q2.0通过中间继电器K2.0控制电磁阀V20来完成的。利用系统的PC功能检查PLC输出Q2.0的状态为“1”没有问题，电磁阀上也有电压，说明电磁阀损坏。更换新的电磁阀，机床恢复正常工作。这就是一个机床侧的故障。

又如，一台SIEMENS 810T系统的数控淬火机床，一次出现故障，出现报警6014“Fault level hardening liquid”（淬火液液位故障），机床无法工作。对淬火液的液位进行检查，发现液位远远高于液位下限，实际液位没有问题。根据机床工作原理，PLC输入I2.1连接液位检测开关SL21，利用系统DIAGNOSIS功能检测PLC输入I2.1的状态为“1”，确实是检测液位有问题。因此，怀疑液位检测开关有问题，检查液位开关果然损坏，更换后故障被排除。

（3）电气故障和机械故障

数控机床的故障根据性质可分为电气故障和机械故障。数控机床由于控制技术越来越先进，机械部分变得越来越简单，所以，数控机床的大部分故障都是电气故障。

1）电气故障

数控机床的故障大部分故障是电气故障，包括数控装置、PLC、CRT显示器以及伺服单元、I/O装置的弱电故障和继电器、接触器、开关、熔断器、电源变压器、电磁铁、接近开关、限位开关、压力流量开关等强电元器件及其所组成的电路的强电故障。

例如，一台采用SIEMENS 3M系统的数控磨床，一次出现报警F31“Spindle coolant circuit”（主轴冷却环路），指示主轴冷却有问题，而检查冷却系统并没有发现问题。根据机床工作原理，这个故障是流量检测开关F9.6检测出来的，检查这个开关已损坏，更换流量开关，机床故障消除。这个故障就是电气故障。

又如，一台采用SIEMENS 810G系统的数控磨床在机床启动后，出现报警6004“Technolube lube. not OK”（润滑系统有问题）。这个故障是在机床启动后1min左右出现的，指示润滑压力不够。观察润滑泵，机床启动后并未工作。分析机床的工作原理，PLC输出Q0.6连接直流继电器R0.6，R0.6通过接触器48T6控制润滑泵工作。利用数控系统DIAGNOSIS功能检查PLC输出Q0.6的状态，在机床启动时为“1”，没有问题，可能是直流继电器损坏。把该继电器拆下检查，发现其触点损坏，更换继电器，机床故障消除。这也是一例电气故障。

再如，一台采用SIEMENS 3M系统的数控球道机床，开机屏幕没有显示。观察数控系统的启动过程，正常没有问题，因此，怀疑显示器故障。为此在机床启动后，按照正常的操作顺序回参考点，机床正常运行，只是屏幕没有显示，证明确实是显示器损坏。对显示器进行检查发现一个电阻已经烧坏，更换后显示器恢复正常显示。这也是一例电气故障。

2）机械故障

现在的数控机床由于采用了先进的数控技术，机械部分相对变得简单一些。机械故障通常是一些机械部件长时间运行，磨损后精度变差、劣化或者失灵。

例如，一台采用SIEMENS 3TT系统数控铣床，工作台不旋转，数控系统没有故障显示。根据机床工作原理，工作台旋转的第一步应将工作台气动浮起。气动浮起是PLC输出Q0.4控制的，利用系统的PC功能检查PLC输出Q0.4的状态为“0”，说明第一步就没有完成。以Q0.4为线索，利用机外编程器跟踪梯形图的运行，发现PLC的输入I9.7和I10.6的状态变化不同步，使工作台不能旋转。PLC输入I9.7和I10.6连接的是二、三工位分度位置检测开关B9.7和B10.6，对这两个开关进行检查没有问题，而是这两个工位的分度装置工作不同步，原来是因为机械失灵产生了错位，对三工位机械装置进行调整，使之与二工位同步，这时机床恢复正常工作。

又如，一台SIEMENS 810T系统的数控淬火机床，在开机X轴回参考点时，出现报警1680“X-axis Servo enable trav.”（X轴伺服使能）。指示X轴伺服使能信号被撤销，手动走X轴也出现这个报警，这台机床的伺服控制器采用SIEMENS的SIMODRIVE 611A系统，检测伺服装置发现X轴伺服放大器有过载报警。本着先机械后电气的原则，首先检查X轴滑台，手动盘动X轴滑台，发现非常沉，盘不动，肯定是机械部分出现了问题。将X轴滚珠丝杠拆下检查，发现滚珠丝杠锈蚀严重，原来是滚珠丝杠密封不好，淬火液进入滚珠丝杠，造成滚珠丝杠锈蚀。更换滚珠丝杠，并采取防护措施，这时重新开机，机床正常运行。

（4）系统性故障和随机故障

根据故障出现的必然性和偶然性可将数控机床的故障分为系统性故障和随机故障。

1）系统性故障

系统性故障是指只要满足一定的条件，机床或者数控系统就必然出现的故障。例如，电网电压过高或过低，系统就会产生电压过高报警或电压过低报警；工件冷却、主轴冷却系统压力不够，就会产生冷却压力不足报警；数控系统电池电压低就会产生电池报警；切削量安排得不合适，就会产生过载报警。

例如，一台采用SIEMENS 810T系统的数控机床，有时在自动加工过程中，系统突然掉电。观察故障现象，在机床不加工时，从来不出现这个故障。只是在切削加工时，出现这个故障，并且每次停止的位置也不尽相同。因此，怀疑切削时，由于负载变大，使系统电压降低，给系统供电的电压也降低。当降低到一定程度时，系统采取保护措施，使系统断电。为此监视系统的24V供电电源，发现只有22V左右，在切削加工时，这个电压还要向下波动，系统断电后又恢复到22V左右。因此，认为变压器有问题，使供电电压过低，更换变压器后，这个故障再也没有出现过。

又如，一台采用SIEMENS 810T系统的数控淬火机床，一次出现故障经常自动关闭系统，重新启动后，还可以工作一段时间。因为系统自动关机，无法显示故障报警。为此根据经验首先检查数控系统的供电电源，电压稳定没有问题。在检查数控系统的冷却装置时发现，系统的冷却风扇的入口堵塞，操作人为了防止灰尘进入系统。在风扇的入口加了过滤网，但长时间没有清洗，使风扇入口堵塞，影响了系统的冷却效果。恰好出故障时又是在夏季，系统检测到超温后，采取保护措施立即自动关机。更换过滤网后，机床恢复正常工作。

2）随机故障

随机故障是指偶然条件下出现的故障。要想人为地再现同样的故障是不容易的，有时很长时间也难再遇到一次，因此，这类故障诊断起来是很困难的。一般来说，这类故障往往与机械结构的局部松动、错位，数控系统中部分元件工作特性的漂移、机床电气元件可靠性下降有关。因此，诊断排除这类故障要经过反复试验，然后进行综合判断、检查，最终找到故障根本原因。

例如，一台采用SIEMENS 805系统的数控沟槽磨床，在加工过程中偶尔出现问题，磨沟槽的位置发生变化，造成废品。分析这台机床的工作原理，在磨削加工时，首先携带Marposs探头的测量臂向下摆动到工件的卡紧位置，然后工件开始移动，当工件的基准端面接触到测量探头时，数控装置记录下此时的位置数据，然后测量臂抬起，加工程序继续运行。数控装置根据端面的位置数据，在距端面一定距离的位置磨削沟槽。所以，沟槽位置不准，与测量的准确与否有非常大的关系。因为不经常发生，所以，很难观察到故障现象。为此根据机床工作原理，对测量头进行检查并没有发现问题；对测量臂的转动进行检查时发现旋转轴有些紧，观察测量臂向下摆动时，有时没有精确到位，使探头有时接触工件的其他位置，有时根本接触不到工件，使测量产生误差。将旋转轴拆开检查发现已严重磨损，更换上新部件后，再也没有发生这个故障。

又如，一台采用SIEMENS 810G系统的外圆磨床，有时在自动磨削过程中出现报警6023“Pusher forward timeout”（退料器向前超时），指示机械手向前超时，并停止自动循环。观察现象，每次出现故障都是在工件磨削完之后，机械手插入工件时出现这个报警。根据机床工作原理，此时机床的机械手应该带动工件上滑，即返回，这时不应该出现这个故障报警。根据系统PLC梯形图进行分析检查，发现有时在工件磨削完，机械手插入工件出现故障报警时，PLC的输入I5.1的状态瞬间变为 “0”，PLC输入I5.1连接的是机械手向前位置检测接近开关5PX1，检查这个接近开关，没有问题。仔细观察机械手的动作，在机械手插入工件时，机械手臂晃动，有时晃动较大，使接近开关发出错误信息，从而产生误报警。检查机械手的旋转轴，发现由于磨损造成间隙较大，使机械手插入时产生晃动。制作加工新的旋转轴，安装上后，机床恢复稳定运行。

（5）有报警显示故障和没有报警显示的故障

数控机床的故障根据有无报警显示分为有报警显示故障和无报警显示故障。

1）有报警显示故障

现代的数控系统自诊断功能非常强，大部分故障系统都能检测出来，并且在系统屏幕上显示报警信息或者在硬件模块上用发光二极管显示故障。有很多故障根据报警信息就可以发现故障原因，但也有一些故障的报警信息只表示故障的一种结果，并没有指出故障原因。这时要根据故障报警信息、故障现象和机床工作原理来检查故障。

例如，一台采用FANUC 0TC系统的数控车床，在开机回参考点时出现报警520“Over travel：+Z axis”，指示Z轴运动超出了正向软件限位。在开机回参考点时就出现这个报警，说明系统工作在不正常状态，因为只有机床返回参考点后，软件限位才起作用。根据FANUC 0TC系统手册关于这个报警的解除方法，在开机时，同时按住数控系统面板上CAN键和P键，过一会松开，这时再回参考点，机床可以正常返回参考点，并不产生报警。

又如，一台采用SIEMENS 3M系统的数控磨床，一次出现故障，数控系统启动后，显示器没有显示。对系统进行检查发现系统的耦合模块上的左边的发光二极管闪亮，指示故障。对PLC进行热启动后，系统恢复正常工作。但过几天又出现这个故障，经对发光二极管的闪动频率的分析，确定是电池电压不足故障，更换电池后，故障消除。

2）无报警显示故障

数控机床还有一些故障没有报警显示，只是机床某个动作不执行。这类故障有时诊断起来比较困难，要仔细观察故障信息，分析机床工作原理和动作程序。

例如，一台采用SIEMENS 810M系统的数控淬火机床，一次机床开机后，启动淬火液泵时，泵启动不了，但没有报警信息。分析机床的工作原理，淬火泵的控制原理如图1-11所示，淬火液泵是受接触器K1控制的，SL9是淬火液液位开关，液面没有问题。而KA73是受PLC输出Q7.3控制的。首先检查Q7.3的状态，当淬火液泵启动按钮按下时，为“1”没有问题，继电器触点KA73也闭合，说明PLC部分没有问题，那么肯定是SL9的问题了；然后检查SL9的闭合状态，发现已断开，说明液位开关损坏了，更换新的开关故障消除。

又如，一台采用SIEMENS 810M系统的数控磨床X、Y、Z轴都不运动。这台机床开机回参考点的过程不执行，手动移动X、Y、Z轴也不动，除了“没有找到参考点”的故障显示外，没有其他报警，检查伺服使能条件也都满足。仔细观察发现，伺服轴的进给速率为“0”，但按进给速率增大键，屏幕上的速率数值并不变化，一直为“0”。关机再开也无济于事。为了复位类似死机的状态，强行启动系统，使系统进入初始化状态，但不进行初始化操作，直接退出初始化页面。这时操作速率进给键，恢复正常，将进给速率增加到100%，各轴操作正常进行。

（6）破坏性故障和非破坏性故障

以故障发生时有无破坏性将数控机床故障分为有破坏性故障和非破坏性故障。

1）破坏性故障

数控机床的破坏性故障会对机床或者操作者造成侵害，导致机床损坏或人身伤害，如飞车、超程、短路烧熔断器、部件碰撞等。有些破坏性故障是人为造成的，是由于操作不当引起的。例如，机床通电后不回参考点就手动快进，不注意滑台位置，就容易撞车；另外在调试加工程序时，有时程序中的坐标轴数值设置过大，在运行时容易超行程或者刀具与工件相撞。

破坏性故障发生后，维修人员在检查机床故障时，不允许简单再现故障，如果能够采取一些防范措施，保证不会再出现破坏性的结果时，可以再现故障，如果不能保证不再发生破坏性的事故，不可再现故障。

在诊断这类故障时，要根据现场操作人员的介绍，经过仔细的分析、检查来确定故障原因。这类故障的排除技术难度较大且有一定风险，所以，维修人员应该慎重对待这类故障。

例如，一台采用FANUC 0TC系统的数控车床，出现报警950“Fuse break（+24VE：FX14）”，此报警指示数控单元电源模块的F14熔断丝烧断，属于破坏性故障。检查这个熔断丝确实已经烧断，根据系统工作原理，F14的烧断可能是+24V电源有短路问题。测量电源+24E发现确实与地短接，而撤掉外接电缆插头后，+24E对地没有问题，说明问题出在外电路上。根据电气图纸进行检查，最后发现刀塔一个检测开关的电源线对地短接，处理后，+24E对地没有问题了，安装上新的熔断丝，系统恢复正常工作。

又如，一台采用SIEMENS 810G系统的数控内圆磨床，开机回参考点时，X轴回参考点正常没有问题。Z 轴回参考点时，以极快的速度运动，还没等操作人员反应过来，已经撞到工件的送料机构，将主轴砂轮撞碎，这也是破坏性故障。首先对限位开关进行检查，发现已经窜位，没有起到保护作用，使Z轴飞车时直接撞到上料装置。因为“飞车”可能是位置反馈有问题，这台机床Z轴位置反馈采用旋转编码器，将编码器从伺服电动机上拆下，旋转编码器的轴，屏幕上没有数值变化。而连接新编码器时，旋转其轴，屏幕上的Z坐标数值开始变化，说明是编码器损坏，更换编码器后，机床恢复正常工作。

2）非破坏性故障

数控机床的大多数故障属于非破坏性故障，维修人员应该重视这类故障。诊断这类故障可以通过再现故障，仔细观察故障现象，通过对故障现象和机床的工作原理的分析，从而确定故障点并排除故障。

例如，一台采用SIEMENS 810G系统的数控磨床，一次出现故障，开机后机床不回参考点并且没有故障显示。检查控制面板发现分度装置落下的指示灯没亮，这台机床为了安全起见，只要分度装置没落下，机床的进给轴就不能运动。但检查分度装置，已经落下没有问题。根据机床厂家提供PLC梯形图，PLC的输出Q7.3控制控制面板上的分度装置落下指示灯。用编程器在线观察梯形图的运行，发现F143.4没有闭合，致使Q7.3的状态为“0”。F143.4指示工件分度台在落下位置，继续检查发现由于输入I13.2没有闭合导致F143.4的状态为“0”。根据电气原理图，PLC输入I13.2接的是检测工件分度装置落下的接近开关36PS13，将分度装置拆开，发现机械装置有问题，不能带动驱动接近开关的机械装置运动。所以，I13.2始终不能闭合。将机械装置维修好后，机床恢复了正常使用。

又如，一台采用FANUC 0TC系统的数控车床，一次出现故障，刀塔旋转启动后，刀塔旋转不停，并出现报警2007“Turret indexing time up”（刀塔分度时间超），指示刀塔旋转超时。机床复位后，刀塔旋转停止，但出现报警2031“Turret not clamp”（刀塔没有卡紧），指示刀塔没有卡紧。观察故障现象，发现刀塔根本没有回落的动作。根据刀塔的工作原理和电气原理图，对故障进行分析检查，首先怀疑数控系统没有发出刀塔回落命令，但利用系统DGNOS PARAM功能观察PMC输出Y48.2，在刀塔旋转找到第一把刀后，Y48.2的状态变成“0”，说明刀塔回落的命令已发出。检查刀塔推出的电磁阀的电源也已断开，但刀塔并没有回落，说明电磁阀有问题，更换新的电磁阀故障消除。

10.数控机床故障维修的原则有哪些？

数控机床的控制先进、技术复杂，出现故障后诊断排除起来都比较难。为了快速排除机床故障，遵循如下故障维修原则。

（1）先外部后内部

数控机床是机械、液压、电气一体化的机床，故其故障的发生必然要从机械、液压、电气这三者综合反映出来。数控机床的故障维修要求维修人员应掌握先外部后内部的原则。即当数控机床发生故障后，维修人员应先采用望、闻、听、问、摸等方法，由外向内逐一进行检查。例如，数控机床中，外部的行程开关、按钮开关、液压气动元件以及印制线路板插头座、边缘接插件与外部或相互之间的连接部位、电控柜插座或端子排这些机电设备之间的连接部位，因其接触不良造成信号传递失灵，是产生数控机床故障的重要因素。此外，由于工业环境中，温度、湿度变化较大，油污或粉尘对元件及线路板的污染，机械的振动等，对于信号传送通道的接插件都将产生严重影响。在维修中随意的启封、拆卸，不适当的大拆大卸，往往会扩大故障，使机床大伤元气，丧失精度，降低性能。

（2）先机械后电气

由于数控机床是一种自动化程度高、技术复杂的先进机械加工设备。一般来讲、机械故障较易察觉，而数控系统故障的诊断则难度要大些。先机械后电气就是在数控机床的维修中，首先检查机械部分是否正常，行程开关是否灵活，气动、液压部分是否正常等。从维修实践中可以得知，数控机床的故障中有很大部分是机械动作失灵引起的。所以，在故障维修时，首先注意排除机械性的故障，往往可以达到事半功倍的效果。

（3）先静后动

维修人员本身要做到先静后动，不可盲目动手，应先询问机床操作人员故障发生的过程及状态，阅读机床说明书、图样资料后，方可动手查找和处理故障。其次，对有故障的机床也要本着先静后动的原则，先在机床断电的静止状态，通过观察测试、分析、确认为非恶性循环性故障，或非破坏性故障后，方可给机床通电。在运行工况下，进行动态的观察、检验和测试，查找故障。然而对恶性的破坏性故障，必须先排除危险后，方可通电，在运行工况下进行动态诊断。

（4）先公用后专用

公用性的问题往往影响全局，而专用性的问题只影响局部。如机床的几个进给轴都不能运动，这时应先检查和排除各轴公用的CNC、PLC、电源、液压等公用部分的故障，然后再设法排除某轴的局部问题。又如电网或主电源故障是全局性的，因此，一般应首先检查电源部分，看看熔断器是否正常，直流电压输出是否正常。总之，只有先解决影响一大片的主要矛盾，局部的、次要的矛盾才有可能迎刃而解。

（5）先简单后复杂

当出现多种故障互相交织掩盖、一时无从下手，应先解决容易的问题，然后解决难度较大的问题。常常在解决简单故障的过程中，难度大的问题也可能变得容易，或者在排除简易故障时受到启发，对复杂故障的认识更为清晰，从而也有了解决办法。

（6）先一般后特殊

在排除某一故障时，要先考虑最常见的可能原因，然后再分析很少发生的特殊原因。例如，数控机床不回参考点故障，常常是由于零点开关或者零点开关撞块位置窜动所造成。一旦出现这一故障，应先检查零点开关或者撞块位置，在排除这一常见的可能性之后，再检查脉冲编码器、位置控制等环节。

11.常用数控机床的故障维修方法有哪些？

数控机床采用了先进的控制技术，是机、电、液相结合的产物，技术先进、结构复杂。出现故障后，诊断也比较困难。下面介绍一些行之有效的数控机床故障诊断方法。

（1）了解故障发生的过程、观察故障的现象

当数控机床出现故障时，首先要搞清故障现象，要向操作人员询问故障是在什么情况下发生的，怎样发生的及发生过程。如果故障可以再现，应该观察故障发生的过程，观察故障是在什么情况下发生的，怎么发生的，引起怎样的后果，只有了解到第一手情况，才有利于故障的排除。把现象搞清楚，问题也就基本解决了。搞清了故障现象，然后根据机床和数控系统的工作原理，就可以很快地确诊问题所在并将故障排除，使设备恢复正常使用。

例如，一台采用美国Bryant公司TEACHABLE Ⅲ系统的数控外圆磨床在自动加工时，砂轮将修整器磨掉一块。为了观察故障现象并防止意外再次发生，将砂轮拆下运行机床，这时再观察故障现象，发现在自动磨削加工时，磨削正常没有问题。工件磨削完之后，修整砂轮时，砂轮正常进给，而砂轮修整器旋转非常快，很快就压上限位开关，如果这时砂轮没拆，肯定砂轮又要撞到修整器上。根据机床的工作原理，砂轮修整器由E轴伺服电动机带动，用旋转编码器作为位置反馈元件。正常情况下修整器修整砂轮时，Z轴滑台带动E轴修整器移动到修整位置，修整器做30°～120°的摆动来修整砂轮。仔细观察故障现象发现，E轴在压上限位开关时，在屏幕上E轴的坐标值只有60°左右，而实际位置大概在180°左右，显然是位置反馈出现问题，但更换了位控板和编码器都没有解决问题。又经过反复的观察和试验，发现E轴修整器在Z轴的边缘时，回参考点和旋转摆动都没有问题，当修整器移动到Z轴滑台中间时，手动旋转就出现故障。根据这个现象断定可能是由于E轴的编码器经常随修整器在Z轴滑台上往返移动，而使编码器的电缆中的某些线折断，导致电缆随修整器的位置不同，在Z轴边缘时，接触良好，不出现故障；而在Z轴的中间时，有的信号线断开，将反馈脉冲丢失。基于这种判断，开始校对编码器反馈电缆，发现确实有几根线接触不良，找到断线部位后，对断线进行焊接并采取防折措施，重新开机测试，故障消除，机床恢复了正常使用。

（2）直观观察法

就是利用人的手、眼、耳、鼻等感觉器官来查找故障原因。这种方法在数控机床故障维修时是非常实用的。

1）目测

目测故障板，仔细检查有无熔断器烧断，元器件烧焦，烟熏，开裂现象，有无异物、断路现象。以此可判断板内有无过流，过压，短路等问题。

2）手摸

用手摸并轻摇元器件，尤其是电阻、电容，半导体器件有无松动之感，以此可检查出一些断脚，虚焊等问题。

3）通电

首先用万用表检查各种电源之间有无短路现象，若无即可接入相应的电源，目测有无冒烟，打火等现象，手摸元器件有无异常发热，以此可发现一些较为明显的故障，而缩小维修范围。

例如，一台采用SIEMENS 810M系统的数控沟道磨床开机后有时出现11报警，指示UMS标识符错误，指示机床制造厂家储存在UMS中的程序不可用，或在调用的过程中出现了问题。出现故障的原因可能是存储器模板或者UMS子模板出现问题。首先将存储器模板拆下检查，发现电路板上A、B间的连接线已腐蚀，接触不良。将这两点焊接上后，开机测试，再也没有出现这个报警。

又如，一台采用SIEMENS 810M系统的淬火机床一次出现故障，在开机回参考点时，Y轴不走。观察故障现象，发现在让Y轴运动时，Y轴不走，但屏幕上Y轴的坐标值却正常变化，并且观察Y轴伺服电动机也正常旋转。因此，怀疑伺服电动机与丝杠间的联轴器损坏，拆开检查确实损坏，更换新的联轴器故障消除。

（3）根据报警信息诊断故障

现在数控系统的自诊断能力越来越强，数控机床的大部分故障数控系统都能够诊断出来，并采取相应的措施，如停机等，一般都能产生报警显示。当数控机床出现故障时，有时在显示器上显示报警信息，有时在数控装置上、PLC装置上和驱动装置上还会有报警指示。

另外机床厂家设计的PLC程序越来越完善，可以检测机床出现的故障并产生报警信息。

在数控机床出现报警时，要注意报警信息的研究和分析，有些故障根据报警信息即可判断出故障的原因。

例如，一台采用SIEMENS 810G系统的数控沟道磨床，开机后就产生报警1“Battery alarm power supply”，很明显指示数控系统断电保护电池没电。更换新的电池后（注意：一定要在系统带电的情况下更换电池），将故障复位，机床恢复使用。另一台采用SIEMENS 3系统的数控磨床，开机后屏幕没有显示，检查数控装置，发现CPU板上一个发光二极管闪烁。根据说明书，分析其闪烁频率，确认为断电后备电池电压低，更换电池后，重新启动系统故障消失。

又如，一台采用日本FANUC 0TC系统的数控车床，出现报警2043“Hyd. Pressure down”，指示液压系统压力低。根据报警信息，对液压系统进行检查，发现液压压力确实很低，对液压压力进行调整使机床恢复了正常使用。

再如，一台采用SIEMENS 810T系统的淬火机床，一次出现故障，出现报警1121“Clamping monitoring”（卡紧监视）。按系统复位按键，伺服系统启动不了，Z轴下滑一段距离，又出现这个报警。检查伺服系统没有发现故障，在调用系统报警故障信息时，发现有PLC报警6000“Axe X+ limit switch”（X轴正向超限位）。原来是因为X轴压上限位开关，使系统伺服条件取消，复位时Z轴抱闸打开，但伺服使能没有加上，所以下滑。在系统复位时使X轴脱离限位，这时系统恢复正常。

而另一些故障的报警信息并不能反映故障的根本原因，而是反映故障的结果或者由此引起的其他问题，这时要经过仔细的分析和检查才能确定故障原因。下面的方法对这类故障及没有报警的一些故障的检测是行之有效的。

（4）利用PLC的状态信息诊断故障

很多数控系统都有PLC I/O状态显示功能，例如，SIEMENS 810T/M、840D系统DIAGNOSIS菜单下的PLC STATUS功能；FANUC 0系统DGNOS PARAM软件菜单下的PMC状态显示功能；日本Mitsubishi公司MELDAS L3系统DIAGN菜单下的PLC-I/F功能；日本Okuma系统的CHECK DATA功能等。利用这些功能，可以直接在线观察PLC的I/O的瞬时状态，这些状态的监视对诊断数控设备的很多故障是非常有用的。

数控机床的有些故障可以直接根据故障现象和机床的电气原理图，查看PLC相关的I/O状态即可确诊故障。

例如，一台采用日本FANUC 0TC系统的数控车床，一次出现故障，开机就出现2041报警，指示X轴超限位。但观察X轴并没有超限位，并且X轴的限位开关也没有压下；但利用NC系统的PMC状态显示功能，检查X轴限位开关的PMC输入X0.0的状态为“0”，开关触点确实已经断开，说明开关出现了问题，更换新的开关后，机床故障消除。

又如，一台采用日本Mitsubishi公司的MELDAS L3系统的数控车床，一次出现故障，刀架不旋转。根据刀架的工作原理，刀架旋转时，首先靠液压缸将刀架浮起，然后才能旋转。观察故障现象，当手动按下刀架旋转的按钮时，刀架根本没有反应，也就是说，刀架没有浮起。根据电气原理图，PLC的输出Y4.4控制继电器K44来控制电磁阀，电磁阀控制液压缸使刀架浮起。首先通过NC系统的PLC状态显示功能，观察Y4.4的状态，当按下手动刀架旋转按钮时，其状态变为“1”，没有问题。继续检查发现，是其控制的直流继电器K44的触点损坏，更换新的继电器，刀架恢复了正常工作。

（5）利用PLC梯图跟踪法确诊故障

数控机床出现的绝大部分故障都是通过PLC程序检查出来的，PLC检测故障的机理就是通过运行机床厂家为特定机床编制的PLC梯形图（即用户程序），根据各种I/O状态进行逻辑判断，如果发现问题，产生报警并在显示器上产生报警信息。有些故障可在屏幕上直接显示出报警原因，有些虽然在屏幕上有报警信息，但并没有直接反映出报警的原因，还有些故障不产生报警信息，只是有些动作不执行，遇到后两种情况，跟踪PLC梯形图的运行是确认故障的很有效的办法。FANUC0系统和MITSUBISHI系统本身就有梯形图显示功能，可直接监视梯图的运行。而SIEMENS系统因为没有梯图显示功能，对于简单的故障可根据梯形图通过PLC的状态显示信息，监视相关的I/O及标志位的状态，跟踪程序的运行，而复杂的故障必须使用编程器来跟踪梯图的运行。可提高诊断故障的速度和准确性。

例如，一台采用SIEMENS 3TT系统的数控铣床，PLC采用SIMENS S5130W/B。这台机床一次出现故障，分度头不分度，但没有故障报警。根据机床的工作原理，分度时首先将分度的齿板与齿轮啮合，这个动作是靠液压装置来完成的，是由PLC输出Q1.4控制电磁阀Y1.4来执行的。连接机外编程器PG685跟踪梯形图的实时变化，PLC输出Q1.4的梯形图如图1-12所示。利用编程器观察这个梯形图，发现标志位F123.0触点没有闭合，是PLC输出Q1.4没有得电。

继续观察如图1-13所示的F123.0的梯形图，发现标志位F105.2的触点没有闭合。接着观察如图1-14所示的F105.2的梯形图，发现PLC输入I10.2没有闭合是故障的根本原因。PLC输入I9.3、I9.4、I10.2、I10.3连接四个接近开关，检测分度齿板和齿轮是否啮合，不分度时，由于齿板和齿轮不啮合，这四个接近开关都应该闭合。现在I10.2没有闭合，可能是机械部分或接近开关有问题，检查机械部分正常没有问题，检查接近开关发现已损坏，更换新的开关，机床恢复正常工作。

又如，一台采用SIEMENS 810G系统的数控磨床，一次出现故障，开机后机床不回参考点并且没有故障显示，检查控制面板发现分度装置落下的指示灯没亮。为了安全起见这台机床，只要分度装置没落下，机床的进给轴就不能运动。但检查分度装置，已经落下没有问题。根据机床厂家提供PLC梯形图，PLC的输出Q7.3控制控制面板上的分度装置落下指示灯。用编程器在线观察梯形图的运行，Q7.3的梯形图如图1-15所示，发现F143.4没有闭合，致使Q7.3的状态为“0”。F143.4指示工件分度台在落下位置，继续检查1-16所示的F143.4的梯形图，发现由于输入I13.2没有闭合导致F143.4的状态为“0”。

根据如图1-17所示的电气原理图，PLC输入I13.2连接的是检测工件分度装置落下的接近开关36PS13，将分度装置拆开，发现机械装置有问题，不能带动驱动接近开关的机械装置运动。所以，I13.2始终不能闭合。将机械装置维修好后，机床恢复了正常使用。

以上两种方法对机床侧故障的检测是非常有效的，因为这些故障无非是检测开关、继电器、电磁阀的损坏或者机械执行机构出现问题，这些问题基本都可以根据PLC程序，通过检测其相应的状态来确认故障点。

（6）机床参数检查法

数控机床有些故障是由于机床参数设置不合理或者机床使用一段时间后需要调整，遇到这类故障将相应的机床参数进行适当的修改，即可排出故障。

例如，一台采用SIEMENS 810G系统的数控磨床，在磨削加工时发现有时输入的刀具补偿的数据在工件上反映的尺寸没有变化或者变化过小。根据机床工作原理在磨削加工时Z轴带动砂轮对工件进行径向磨削，X轴正常时不动，只有要调整球心时才进行微动，一般在往复0.02mm范围内运动。因为移动距离较小，可能丝杠反向间隙会影响尺寸变化。

在测量机床的往返精度时发现，X 轴在从正向到反向转换时，让其走0.01mm，而从千分表上没有变化，X 轴在从反向到正向转换时，亦是如此。因此，怀疑滚珠丝杠的反向间隙有问题，研究系统说明书发现，数控系统本身对滚珠丝杠的反向间隙具有补偿功能，根据数据说明，调整机床数据2200反向间隙的补偿数值，使机床恢复了正常工作。

（7）单步执行程序确定故障点

很多数控系统都具有程序单步执行功能，这个功能是在调试加工程序时使用的。当执行加工程序出现故障时，采用单步执行程序可快速确认故障点，从而排除故障。

例如，一台采用SIEMENS 810G系统的数控磨床，在机床调试期间，外方技术人员将数控装置的数据清除，重新输入机床数据和程序后，进行调试。在加工工件时，一执行加工程序数控系统就死机，不能执行任何操作；关机重新启动后，还可以工作，但一执行程序又死机。首先怀疑加工程序有问题，但没有检查出问题，并且这个程序以前也运行过。当用单步功能执行程序时，发现每次死机都是执行到子程序L110的N220时发生的，程序N220语句的内容为G18 D1，是调用刀具补偿，检查刀具补偿数据发现为“0”，没有数据。根据机床要求将刀具补偿值P1 赋值10后，机床加工程序正常执行，再也没有发生死机的现象。

又如，一台采用FANUC 0TC系统的数控车床出现报警041 “INTERFERENCE IN CRC”（CRC干涉），程序执行中断。根据系统维护说明书，关于这个报警的解释为在刀尖半径补偿中，将出现过切削现象，采取的措施是修改程序。为进一步确认故障点，用单步功能执行程序，当执行到语句Z-65 R1时，机床出现报警，程序停止。因为这个程序已经运行很长时间，程序本身不会有什么问题，核对程序也没有发现错误。因此，怀疑刀具补偿有问题，根据加工程序，在执行上述语句时，使用的是4号刀2号补偿。重新校对刀具补偿，输入后重新运行程序，再也没有发生故障，说明故障的原因确实是刀具补偿有问题。

（8）测量法

测量法是诊断设备故障的基本方法，当然对于诊断数控设备故障时也是常用方法。测量法就是使用万用表、示波器、逻辑测试仪等仪器对电子线路进行测量。

例如，一台采用SIEMENS 805系统的外圆磨床，在启动磨轮时，出现报警7021“Grinding wheel speed”（磨轮速度），指示磨轮速度不正常，观察磨轮发现速度确实很慢。分析机床的工作原理，磨轮主轴是通过SIEMENS伺服模块6SN1123-1AA00 控制的，而速度给定是通过一滑动变阻器R4来调节的。这个变阻器的滑动触点随金刚石滚轮修整器的位置变化而变化，从而用模拟的办法，保证磨轮直径变小后，转速给定电压提高，磨轮转速加快，使磨轮的线速度保持不变。线路连接如图1-18所示，测量伺服模块的模拟给定输入56号和14号端子间的电压，发现只有2.6V左右，因为给定电压低，所以磨轮转速低。根据原理分析，R4在磨床内部，其滑动触头跟随砂轮直径的大小变化。因为机床内工作环境恶劣，容易损坏，并且测量R1和R2没有问题，电源电压也正常。为此将R4拆下检查，发现电缆插头里有许多磨削液，清洁后，测量其阻值变化正常，重新安装，机床故障消除。

又如，一台数控磨床Z轴找不到参考点，这台机床在机床回参考点时X、Y轴回参考点时没有问题。Z轴回参考点时，出现压限位报警，手动还可以走回。观察Z轴回参考点的过程，在压上零点开关后，Z 轴减速运行，但不停一直运动到限位才停止。根据原理分析认为，可能编码器零点脉冲有问题，用示波器检查编码器的零点脉冲，确实没有，换上新的编码器后，机床正常工作。

（9）采用互换法确定故障点

对于一些涉及控制系统的故障，有时不容易确认是哪一部分有问题。在确保没有进一步损坏的情况下，用备用控制板代换被怀疑有问题的控制板，是准确定位故障点的有效办法，有时与其他机床上同类型控制系统的控制板互换会更快速诊断故障（这时要保证不会把好的板子损坏）。

例如，一台采用美国Bryant公司TEACHABLE Ⅲ系统的数控内圆磨床，一次出现故障，在E轴运动时，出现报警“E-axis excess following error”，这个报警的含义是E轴位移的跟随误差超出设定范围。由于E轴一动就产生这个报警，E轴无法回参考点。手动移动E轴，观察故障现象。当E轴运动时，屏幕上显示E轴位移的变化；当从0走到14时，屏幕上的数值突然跳变到471。反向运动时也是如此，当达到-14时，也跳变到471。这时出现上述报警，进给停止。经分析可能是E轴位置反馈系统的问题，这包括E轴编码器、连接电缆、数控系统的位控板以及数控系统CPU板等。为了尽快发现问题，本着先简单后复杂的原则，首先更换位控板，这时故障消除。这台机床另一次X轴出现这个报警，首先更换位控板，故障没有排除。因此，怀疑编码器的损坏可能性比较大，当拆下编码器时发现，其联轴器已断裂，更换新的联轴器，故障消除。

又如，一台采用SIEMENS 3M系统的数控球道磨床，经常出现报警104“Control loop hardware”（控制环硬件），指示X轴伺服控制环有问题。根据故障手册中关于104报警的解释，该报警是X轴伺服环的故障。根据经验该报警通常为反馈回路有问题。分析机床的工作原理，为保证机床的精度，该机床采用光栅尺作为位置反馈元件，为此在系统测量板上加装EXE信号处理板对光栅尺反馈信号进行处理。对故障现象进行观察，无论X轴是否运动，都出现报警，有时开机就出现报警。因此，怀疑光栅尺或者系统的测量板有问题，因为检查测量板比较容易，所以，首先检查测量板。由于X轴和Y轴各采用一块EXE信号处理板，所以，采用互换法将X轴的EXE测量板与Y轴的EXE板对换。这时机床再出现故障时，显示114报警，这回报警指示的是Y轴伺服环有问题，故障转移到Y轴上，说明是原X轴的EXE信号处理板有问题。

（10）原理分析法

原理分析法是维修数控机床故障的最基本方法，当其他维修方法难以奏效时，可以从机床工作原理出发，一步一步地进行检查，最终查出故障原因。

例如，一台采用SIEMENS 810N系统的数控冲床，在长期停用后再启用时，通电后发现系统后备电池没电，导致数据丢失，但更换电池后，1号电池报警仍消除不掉。根据SIEMENS 810N系统的工作原理，电池电压信号接入电源模块，电源模块对电池电压进行比较判断，电压不足时产生报警信号，传到CPU模块，从而产生报警。为此对电源模块进行检查，发现电池的电压信号在电源模块上的印制电路板的印制电路连线腐蚀断路，所以，不管电池电压如何，数控装置得到的信息都是电压不足，将腐蚀的连线用导线连接上后，机床恢复正常工作。

以上介绍了维修数控机床故障的10 种方法，在维修数控机床出现的故障时这些方法往往要综合使用。有时单纯的使用某一方法很难奏效，这就要求维修人员具有一定的维修经验，合理地、综合地使用这些维修方法，使数控机床能尽快的恢复正常使用。

12.数控机床维修中要注意哪些事项？

数控机床的维修工作会涉及各种危险，维修工作必须遵守与机床有关的安全防范措施。只能由专门的维修人员来进行维修故障，在检查机床操作之前要熟悉机床厂家和系统的说明书。另外在诊断、维修数控机床故障时，要避免故障扩大，以及维修后保证不留隐患。下面是一些维修要注意的问题。

（1）维修时的安全注意事项

① 在拆开外罩的情况下开动机床时，衣服可能会卷到主轴或其他部件中，在检查操作时应站在离机床远一点的地方，以确保衣物不会被卷到主轴或其他部件中。在检查机床运转时，要先进行不装工件的空运转操作。开始就进行实物加工，如果机床误动作，可能会引起工件掉落或刀尖破损飞出，还可能或造成切屑飞溅，伤及人身。因此，要站在安全的地方进行检查操作。

② 打开电气柜门检查维修时，需注意电柜中高电压部分，切勿触碰高压部分。

③ 在采用自动方式加工工件时，要首先采用单程序段运行，进给速度倍率要调低，或采用机床锁定功能，并且应在不装刀具和工件的情况下运行自动循环过程，以确认机床动作是否正确。否则机床动作不正常，可能引起工件和机床本身的损伤或伤及操作者。

④ 在机床运行之前要认真检查所输入的数据，防止数据输入错误，自动运行操作中由于子程序或数据错误，可能引起机床动作失控，从而造成事故。

⑤ 给定的进给速度应该适合于预订的操作，一般来说对于每一台机床有一个可允许的最大进给速度，不同的操作，所适用的最佳进给速度不同，应参考机床说明书中确定最合适的进给速度，否则会加速机床磨损，甚至造成事故。

⑥ 当采用刀具补偿时，要检查补偿方向和补偿量，如果输入的数据不正确，机床可能会动作异常，从而可能引起对工件、机床本身的损害或伤及人员。

⑦ 在更换控制元件或者模块时，要关闭系统电源和机床总电源。

⑧ 至少要在关闭电源20min后，才可以更换伺服驱动单元。关闭电源后，伺服驱动和主轴驱动的电压会保留一段时间，因此即使驱动模块关闭电源后也有被电击的危险，至少要在关闭电源20min后，残余的电压才能消失。

（2）更换电子元器件时的注意事项

① 从系统上拆下控制模块时，应注意记录其安装位置，连接的电缆号，对于固定安装的控制模块，还应按前后取下相应的压接部件及螺钉做记录。拆卸下的压件及螺钉应放在专门的盒子里，以免丢失。重新安装时，要将盒内的所有器件都安装上，否则安装是有缺陷的，有可能制造新的隐患。

② 测量线路间的电阻阻值时，应切断电源，测量阻值时应红黑表笔互换测量两次，如果两个数值不同都要做好记录。

③ 模块的线路板大多附有阻焊膜，因此，测量时应找到相应的焊点作为测量点，不要铲除阻焊膜，有的线路板全部涂有绝缘层，此时可以在焊点处刮开绝缘层。

④ 不应随意切断印制线路。因为数控系统的线路板大多采用双面或多层金属孔板，印制线路细而密，一旦切断不易重新焊接，且切线时容易切断相邻的线路，而且有的点在切断某一根线时，并不能使其线路脱离，需要同时切断几根线才行。

⑤ 不应随意拆换元器件，防止由于误判，将拆下的元器件人为损坏。

⑥ 拆卸线路板上的元器件时应使用吸锡器或吸锡绳，切忌硬取。同一焊盘不应加热时间过长和重复拆卸，以免损坏焊盘。

⑦ 电烙铁应放在维修人员的前方，远离维修的线路板。烙铁头应做适当的修整，以适应集成电路的焊接，并避免焊接时碰伤其他元器件。

⑧ 线路板更换新的元器件，其引脚应先做适当处理，焊接中不应使用酸性焊油。

⑨ 记录线路板上的开关、跳线的位置，不应随便改变。在进行两板以上的对照检查时，或换元器件时注意标记各板的元件，以免错乱，致使将好板损坏。

⑩ 要分清线路板的电源配置和种类，根据检查需要，可分别供电或全部供电。应注意高压，有的线路板直接接入高压或板内有高压发生器，需适当绝缘，操作时应特别注意，以免触电。