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數控機床故障的實用診斷方法
閱讀：2678 發布時間：2010-9-6 數控機床由于采用了機電一體化技術，技術*、控制復雜，易出現故障，不掌握故障診斷與維修的方法，判斷故障及維修的難度相當大。為了提高維修效率，下面介紹常用的故障診斷方法。
1、了解故障在什么情況下發生
當發生故障時為了更快的恢復機床，首先應正確地把握故障情況，進行妥善處理是zui主要，因此應根據下列內容確認故障情況。
（1）“何時”發生的故障
Ÿ 故障發生的日期及時間？
Ÿ 是否是運行時發生的？（運行多久發生的）
Ÿ 接通電源時發生的？
Ÿ 是否在打雷、停電或對電源有干擾時發生的？
Ÿ 多次出現？（發生的頻率，幾次/小時，幾次/日，幾次/月）
（2）“進行了何種操作”后發生的故障
Ÿ 發生故障時CNC的運行方式？
Ÿ （JOG方式/存儲器（MEM）方式/MDI方式/遠程運行方式（RMT）？）
Ÿ 程序運行時的情況…
1）發生故障時程序執行到什么位置？
2）程序號/順序號？
3）程序的內容？
4）是否在軸移動中發生的？
5）是否在M/S/T代碼執行中發生的？
6）發生故障時是否在執行程序？
Ÿ 在此進行同樣的操作是否發生同樣的故障？（確認故障的在現性）
Ÿ 是否在輸/輸出數據時發生的故障？
Ÿ 當發生與進給軸伺服有關的故障時：
1）是否在低速進給、高速進給時都發生故障？
2）是否某一特定軸移動時發生的故障？
Ÿ 發生了與主軸有關的故障時，主軸運行在加/減速狀態？
（3）發生的故障現象
Ÿ 畫面顯示是否正常？
Ÿ 報警畫面顯示的內容？
Ÿ 如果加工尺寸不準確：
1）誤差大小？
2）位置顯示畫面的尺寸是否正確？
3）偏置量設定是否正確？
（4）關于其他信息
Ÿ 裝置附近是否有干擾發生源：故障發生頻率低時，考慮電源電壓的外部干擾因素的影響，要確認在同一電源上是否還連接其他機床及焊機，如果有，應檢查故障發生時，是否有設備在啟動（或運行）。（干擾電源的檢查）
Ÿ 在機床方面，對干擾是否采取有措施？
Ÿ 對于輸入電壓應確認：
1）電壓有無變動？
2）有無相間電壓？
3）是否供給標準電壓？
2、根據報警信息進行故障診斷
現在的數控系統自診斷技術越來越*，許多故障數控系統都可以檢測出來，并產生報警及給出報警信息。當數控機床出現故障時，有時在顯示器上顯示報警信息，有時在數控裝置上、PLC裝置上和驅動裝置上還會有報警指示。這時要根據《手冊》對這些報警信息進行分析。另外，機床廣家設計的PLC程序越來越完善，可以檢測機床出現的故障并產生報警信息。所以在機床出現報警時，要注重報警信息的研究和分析，有些故障根據報警信息即可判斷出故障的原因，從而排除故障。
例如一臺使用西門子810系統的數控溝道磨床，開機后就產生1號報警顯示"BATTERYALARMPOWERSUPPLY很明顯指示數控系統斷電保護電池沒電，更換新的電池后（注意：一定要在系統帶電的情況下更換電池），將故障復位，機床恢復正常使用。
3、利用PL（M）C的狀態信息診斷故障
很多數控系統都有PLC輸人、輸出狀態顯示功能，如SIEMENS810系統DIAGNOSIS菜單下的PLCSTATUS功能、FANUC0系統DGNOSPARAM軟件菜單下的PMC狀態顯示功能，日本MITSUBISHI公司MELDASL3系統DI-AGN菜單下的PLC-I/F功能、日本OKUMA系統的CHECKDATA功能等。利用這些功能，可以直接在線觀察PLC的輸人和輸出的瞬時狀態，這些狀態的在線檢測對診斷數控機床的很多故障是非常有用的。
數控機床的有些故障可以根據故障現象和機床的電氣原理圖，查看PLC相關的輸人、輸出狀態即可確診故障。
數控機床出現的大部分故障都是通過PLC裝置檢查出來的。PLC檢測故障的機理就是通過運行機床廠家為特定機床編制的PLC梯形圖（即程序），根據各種輸人、輸出狀態進行邏輯判斷，如果發現問題，產生報警并在顯示器上產生報警信息。所以對一些PLC產生報警的故障，或一些沒有報警的故障，可以通過分析PLC的梯形圖對故障進行診斷，利用NC系統的梯形圖顯示功能或者機外編程器在線跟蹤梯形圖的運行，可提高診斷故障的速度和準確性。
例如一臺數控磨床出現報警6025“Dresser Arm Lower Time out”，指示修整臂下落超時。檢查修整器的狀態，發現修整器已經落下。手動抬起落下修整器正常沒有問題，根據電氣原理圖，修整器落下是由位置開關2LS5 檢測的，開關2LS5接人PLC的輸人12.5，如圖2-5所示。在系統DIAGNOSIS菜單下找到PLCSTATUS功能，在線檢查12.5的狀態，發現不管修整器落下還是升起，12.5的狀態一直是“0”說明PLC沒有接收到修整器到位信號。檢查到位開關2LS5并沒有發現問題，檢查12.5的端子電平為“0”，說明PLC的輸人口沒有問題，zui后檢查線路連接，發現開關2LS5在電源端子34上的電源連線脫落，重新將開關連線連接到電源后，機床故障消失。
4、利用PL（M）C程序（梯形圖）跟蹤法確診故障
數控機床出現的絕大部分故障都是通過PLC程序檢查出來的。有些故障可在屏幕上直接顯示出報警原因，有些雖然在屏幕上有報警信息，但并沒有直接反映出報警的原因，還有些故障不產生報警信息，只是有些動作不執行。遇到后兩種情況，跟蹤PLC 梯形圖的運行是確診故障的很有效的方法。FANUC0系統和MITSUBISHI系統本身就有梯形圖顯示功能，可直接監視梯形圖的運行。西門子數控系統因為沒有梯形圖顯示功能，對于簡單的故障可根據梯形圖通過PLC的狀態顯示信息，監視相關的輸人、輸出及標志位的狀態，跟蹤程序的運行，而復雜的故障必須使用編程器來跟蹤梯形圖的運行。
例如一臺采用西門子810系統的數控磨床，開機后機床不回參考點，并且*顯示。檢查控制面板發現分度裝置落下的指示燈沒亮，為了安全起見，只要分度裝置沒落下，機床的進給軸就不能運動。但檢查分度裝置，已經落下沒有問題。根據機床電氣原理圖，如圖所示，PLC的輸出Q7.3控制面板上的分度裝置落下指示燈。為此查看PLC梯形圖。
有關Q7.3的梯形圖在PB12的21塊中，如圖2-7所示。用編程器在線觀察梯形圖的運行，發現標志位F143.4沒有閉合，致使輸出Q7.3沒有電。標志位F143.4指示工件分度臺
在落下位置，其控制梯形圖在PB10的8塊中，如圖2-8所示。用編程器查看這部分梯形圖，發現由于輸人113.2的觸點沒有閉合，導致F143.4沒有電。根據如圖2-9所示的電氣原理圖，PLC輸人113.2接的是檢測工件分度裝置落下的接近開關13PS2。將分度裝置拆開，發現機械裝置有問題，不能帶動驅動接近開關的機械裝置運動，所以113.2始終不能閉合。將機械裝置維修好后，機床恢復了正常使用。
5、利用機床數據維修機床
數控機床有些故障是由于機床數據設置不合理或者機床使用一段時間后需要調整。遇到這類故障將相應的機床數據做適當的修改，即可排除故障。
例如一臺采用西門子公司siemens系統的數控磨床，在磨削加工時發現，有時輸人的刀具補償數據在工件上反映的尺寸沒有變化或者變化過小。根據機床工作原理，在磨削加工時Z軸帶動砂輪對工件進行徑向磨削，X軸正常時不動，只有要調整球心時才進行微動，一般在往復 0.02mm范圍內運動，因為移動距離較小，可能絲杠反向間隙會影響尺寸變化。
在測量機床的往返精度時發現，X軸在從正向到反向轉換時，讓其走 0.01mm，而從千分表上沒有變化；X軸在從反向到正向轉換時，亦是如此。因此懷疑滾珠絲杠的反向間隙有問題，研究系統說明書發現，數控系統本身對滾珠絲杠的反向間隙具有補償功能，根據數據說明，調整機床數據2201反向間隙的補償數值，使機床恢復了正常工作。
6、單步執行程序確定故障點
很多數控系統都具有程序單步執行功能，這個功能是在調試加工程序時使用的。當執行加工程序出現故障時，采用單步執行程序可快速確認故障點，從而排除故障。
例如一臺采用西門子公司840D系統的數控磨床，在機床調試期間，外方技術人員將數控裝置的數據清除，重新輸人機床數據和程序后，進行調試；在加工工件時，一執行加工程序數控系統就死機，不能執行任何操作，關機重新啟動后，還可以工作，但一執行程序又死機。懷疑加工程序有問題，但沒有檢查出問題，并且這個程序以前也運行過。當用單步功能執行程序時，發現每次死機都是執行到子程序L110的 N220時發生的，程序N220語句的內容為G18D1，是調用刀具補償，檢查刀具補償數據發現是0，沒有數據。根據機床要求，將刀具補償值P1賦值10 后，機床加工程序正常執行，再也沒有發生死機的現象。
7、直觀觀察法
直觀觀察法就是利用人的手、眼、耳、鼻等感覺器官來尋找故障原因。這種方法在維修中是非常實用的。
例如一臺淬火機床，在開機回參考點時，Y軸不走，觀察故障現象，發現在讓Y軸運動時， Y軸不走，但屏幕上Y軸的坐標值卻正常變化，并且觀察Y軸伺服電動機也正常旋轉，因此懷疑伺服電動機與絲杠間的聯軸節損壞，拆開檢查確實損壞，更換新的聯軸節故障消除。又如一臺數控溝道磨床開機后有時出現11號報警，指示UMS標識符錯誤，可能是機床制造廠家存儲在UMS中的程序不可用，或在調用的過程中出現了問題。出現故障的原因可能是存儲器模板或者UMS子模板出現問題。將存貯器模板拆下檢查，發現電路板上A、B間的連接線已腐蝕，接觸不良，將這兩點焊接上后，開機測試，再也沒有出現這個報警。
8、測量法
測量法是診斷機床故障的基本方法，當然對于診斷數控機床的故障也是常用方法。測量法就是使用萬用表、示波器、邏輯測試儀等儀器對電子線路進行測量。
例如一臺采用西門子系統的外圓磨床，在起動磨輪時，出現7021（GRINDING WHEEL SPEED）號報警，指示磨輪速度不正常，觀察磨輪發現速度確實很慢。分析機床的工作原理，磨輪主軸是通過西門子伺服模塊6SN1123-1AA00控制的，而速度給定是通過一滑動變阻器凡來調節的。這個變阻器的滑動觸點隨金剛石滾輪修整器的位置變化而變化，從而用模擬的辦法保證磨輪直徑變小后，轉速給定電壓提高，磨輪轉速加快，使磨輪的線速度保持不變。線路連接如圖2-10所示，測量伺服模塊的模擬給定輸人56號和14號端子間的電壓，發現只有2.6V左右。因為給定電壓低，所以磨輪轉速低。根據原理分析，R3在磨床內部，其滑動觸頭跟隨砂輪直徑的大小變化，因為機床內工作環境惡劣、容易損壞，并且測量R1和R2沒有問題，電源電壓也正常。為此將Ra拆下檢查，發現電纜插頭里有許多磨削液，清潔后，測量其阻值變化正常，.重新安裝，機床故障消除。
又如一臺數控磨床Z軸找不到參考點，這臺機床在機床回參考點時X、Y軸回參考點時沒有問題，Z軸回參考點時，出現壓限位報警，手動還可以走回。觀察Z軸回參考點的過程，在壓上零點開關后，Z軸減速運行，但不停一直運動到限位才停止。根據原理分析認為，可能編碼器零點脈沖有問題，用示波器檢查編碼器的零點脈沖，確實沒有，購買新的編碼器換上后，機床正常工作。
9、互換法確定故障點
有些關于系統的故障，由于涉及的因素較多，比較復雜，采用互換法可以快速準確定位故障點。
例如一臺數控車床出現故障，主軸旋轉時，出現7006號報警，指示主軸速度超差，觀察主軸確實也旋轉了，但屏幕上沒有顯示主軸實際轉速，因此懷疑主軸編碼器有問題，將該機床的主軸編碼器與另一臺機床的主軸編碼器對換，另一臺機床出現7006號報警，從而確定為主軸編碼器損壞。
又如一臺數控車床在正常加工時突然掉電，按系統啟動按鈕：，系統啟動不了，面板上的指示燈一個也不亮。測量系統電源的5V直流電源，在啟動按鈕按下瞬間，電壓上升，然后快速下降至0。因此首先懷疑系統電源模塊有問題，但換上備用電源模塊，故障依舊，說明電源模塊沒有問題。繼續檢查發現主軸編碼器連接電纜破損，一根線與地短路，處理后機床恢復正常使用。
10、原理分析法
原理分析法是排除故障的zui基本方法，當其他檢查方法難以奏效時，可以從機床工作原理出發，一步一步地進行檢查，zui終查出故障原因。
以上介紹了診斷數控機床故障的10種方法。在診斷機床故障時，這些方法往往要綜合使用，單純地使用某一方法很難奏效。這就要求維修人員要具有一定的維修經驗，合理地、綜合地使用診斷方法，使機床故障能夠盡快地排除。
綜上所述，數控機床是當代*機、電、光、氣一體化的結晶，電氣復雜，管路交叉林立。如何能迅速找出故障、隱患，并及時排除？如何能維修好這些昂貴的設備？這可能是擺在維修人員面前的一道難題。那么如何去解決這一難題呢？我覺得必須做到以下的“五要”，要多看資料、要多問多請教別人、要多作數據記錄多作總結、要多思多想、要多觀察多實踐。
1.要多看資料
要多看數控系統資料。每一臺機床都會配有所使用的數控系統的相關資料，如操作說明書、參數說明書、維修說明書等等。多看數控系統資料的目的是要了解各種數控系統和PLC可編程序控制器的特點和功能；要了解數控系統的報警及排除方法；要了解NC, PLC機床參數設定的含義；要了解PLC的編程語言；要了解數控加工程序編程的方法；要了解控制面板的操作和各菜單的內容；要了解主軸和走刀電動機的性能和驅動器的特征等等。往往數控資料一大堆，怎么看？主要要突出重點，搞清來龍去脈，作為一名維修人員，重點是吃透數控系統的基本組成和結構，掌握方框圖、動力線和信號線的走向，靈活運用數控系統所提供的維修功能，了解各LED指示燈的含義。然后，搞清參數的設定方法和各個參數的含義及其調整方法。zui后學習一下數控加工程序的編制和各種指令的含義和使用方法。但每部分內容要有重點的了解、掌握。
要多看電氣圖。機床上的每一個電氣元件，比如：接觸器、繼電器、時間繼電器等，以及PLC的輸入、輸出，要在電氣圖樣上一一注明。舉一個簡單例子來說，比如KM 1為液壓泵電動機M1起動的接觸器，一般在圖上注出其常開、常閉觸點的去向。因此，可在其對應的某頁上的常開或常閉觸點KM1,注明內容為液壓泵電動機開。對于大型的數控機床的電氣圖有幾十頁，甚至上百頁，要看懂表明每個元件的功能要花很長時間。有時，一兩次可能
還搞不清楚該元件的作用，要多看，消化后再寫上。因此，剛才講到的起動液壓泵電動機M1，也應清楚標明是PLC的哪一外輸出帶動接觸器KM1動作的，要做到來龍去脈一清二楚。而對電氣線路圖中的某些方框圖，比如每個軸的驅動器只有一個方框圖，只要了解某控制條件（通斷情況），對于更詳細的東西可等有空再研究、考慮。各個國家的電氣符號是不一樣的，首先要清楚了解。對于制造廠所編寫的厚厚的幾本PLC語句表，也要多看，掌握其編程語言，在看懂的基礎上進行中文注譯。這樣可以大大節省以后排除故障的時間，如果等發生故障后再去熟悉了解電氣圖、PLC語句表，勢必要花費大量時間，還往往會造成錯誤的判斷。
要多看液壓、氣動圖。在數控機床中，液壓、氣動和電氣是相互依存，密不可分的。在進行故障分析的時候，將液壓、氣動和電氣圖樣放在一起相互參照閱讀，可做到事半功倍的效果。如主軸鎖緊刀具是由哪個電磁閥動作的？對應的PLC輸出、輸入是哪幾個？在圖上用自己容易看懂的語言進行標注，這樣從電氣到機械動作一竿到底，同時特別對機電關系比較密切的部分要重點了解。既懂電又懂機，機電一體化，掌握多種本領，這樣解決問題的本領就大了。
要多看外文資料，提高自己專業外文的閱讀能力。當今世界、的數控技術都是掌握在外國人的手里，也就是說其資料必然是使用外文編寫的。當被翻譯成中文的時候，內容就開始落后了。不懂得外文，特別是英語，就無法看懂大量的、的外文技術資料，單依靠翻譯，往往不太理想。看外文版的技術資料，開始時比較吃力，生字多，多看多記后，常用的專業單詞也就這么多，以后看起來就流暢了，一個稱職的維修人員要基本掌握語言工具。
2.要多問多請教別人
如果專家來你廠安裝調試機床，你有機會參加那是不過的事情了。這是二次的學習機會，因為能從中獲得大量的*手資料和機床調試的方法及技巧。比如在激光測定各軸精度后，電氣如何進行修正的辦法等。要多問，不懂就要搞清楚。通過這段時間，會有極大的收獲，能夠獲得不少機床廠家內部用于裝配調試的資料和手冊（對用戶是保密的）。當機床投入正式生產之后，也應該經常與機床廠家和專家保持密切的。通過、，詢問獲得解決機床故障疑難的辦法及有關資料，還可得到特殊、的備件，這是非常有益的。同時對數控系統的代理商，比如SIEMENS, FANUC等公司也應保持良好的關系。多詢問，也可及時得到該數控系統深一步的資料及有關備件，還可有機會參加有關數控系統的專題學習班。
發生故障后，要向數控機床操作者詳細詢問故障的全過程，不要不問，或者隨便問一下就了事，這樣往往得不到正確的現場資料，造成錯誤的判斷，使問題復雜化，延長了機床的修復時間。因此，要多問，問詳細一點，了解故障出現的全過程（開始、中間、結束），產生過什么報警信號，當時操作過什么，碰過什么，改過什么，外界環境情況如何？要在充分調查現場，掌握*手材料的基礎上，把故障問題正確地列出來，實際上已經解決了問題的一半，然后再分析解決。對于經驗豐富的操作者，他們對機床操作熟悉，加工程序熟悉，機床常見病十分了解，與他們密切配合，對于迅速排除故障十分有利。
當其他維修人員在維修機床，而你沒有去時，等他們回來后，也應多問一聲，剛才發生了什么毛病？他是如何排除的？請他介紹其排除方法。這也是一種較好的學習機會。學習他人正確的排除故障的技巧和方法，特別是向經驗豐富的老維修人員學習，把他們的本領學到手，提高自己的水平。
3.要多作數據記錄多作總結
在日常維修保養數控機床的過程中，要記錄有關的各種參數，重點記錄機床調整好后的各種有關參數，如NC機床參數、PLC機床參數、PLC程序，以及主軸和各伺服電動機的電流、電壓、轉速等數據。還要記下電柜中繼電器、接觸器等在通電和正式加工時的狀態（閉合還是斷開），以及PLC所有輸入、輸出LED發光二極管的狀態（亮暗、閃爍），或者記錄下屏幕上PLC狀態X（輸入位）、Y（輸出位）是0還是1。這樣記錄下來對以后分析判斷故障有極大好處。
隨身帶上筆記本，把每天發生的故障，特別是發生過的故障，如何排除的過程一一記錄下來，人的腦子時間長了易忘記，“好記性，不如爛筆頭”。數控機床有的故障往往會重復出現，而且經常是這幾個故障，只要查一下當時是如何解決的，幾分鐘就可排除故障，既快又好。如果公司設立有設備報修記錄，在排除故障后，記好故障的排除方法，裝訂成冊進行存檔。這樣，一臺數控機床完整的歷史檔案就有了。
4.要多思多想
要多思，要開闊視野。在對數控機床的修理時，往往不夠冷靜，沒有很好地全面分析故障，鉆牛角尖。曾經有一個故障，WERNER加工中心的Y軸在加工中突然停機，屏幕上曾多次出現Y軸光柵尺臟的報警，當時就事論事地清潔光柵尺及光柵頭2次，結果還是停機。花了幾天時間還沒有解決，zui后才找到了真正的原因。原因是Y軸光柵頭到放大器之間的導線出了問題。
由于Y軸移動時蛇皮管長期彎曲，導致其中一根位置反饋線到某一位置折斷引起機床停機。當時，只注意靜態，忽略了動態，曾經出現過控制回路開路報警，但未引起足夠的重視。因此，應該把所發生的報警、故障情況全部列出來，通過由表及里，去偽存真，進行綜合判斷和篩選，預測發生故障的zui大可能性，隨后進行排除。“山窮水盡疑無路，柳暗花明又一村”，多思，給你指明了方向。
5.要多觀察多實踐
對于維修人員來說，要膽大心細，敢于動手。只會講，不動手，修不好數控機床。但是要熟悉情況后再動手，不要盲目，否則會擴大故障，造成事故，后果不堪設想。同時還要善于動手，首先要上機熟悉機床的操作面板和各菜單的內容，做到操作自如。同時也要充分利用數控機床的自診斷技術來迅速地處理解決故障。現在數控技術越發展，其自診能力越來越強。
盡管數控機床故障復雜，千變萬化，但只要認真對待，就一定能夠依靠自己的力量，把數控機床用好、修好、管好。