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數(shù)控機床維修的基本步驟
 

• 1.5.1 故障記錄

數(shù)控機床發(fā)生故障時，操作人員應(yīng)首先停止機床，保護現(xiàn)場，然后對故障進行盡可能詳細的記錄，并及時通知維修人員。故障的記錄可為維修人員排除故障提供*手材料。記錄內(nèi)容應(yīng)包括下述幾個方面：

• 故障發(fā)生時的情況記錄
  • 發(fā)生故障時的機床型號，采用的控制系統(tǒng)型號，系統(tǒng)的軟件版本號。
  • 故障的現(xiàn)象，發(fā)生故障的部位，以及發(fā)生故障時機床與控制系統(tǒng)的現(xiàn)象，如：是否異常聲音、煙、味等。
  • 發(fā)生故障時系統(tǒng)所處的操作方式，如：AUTO/SINGLE（自動/單段方式）、MDI（手動數(shù)據(jù)輸入方式）、STEP（步進方式）、HANDLE（手輪方式）、JOG（手動方式）、HOME（回零方式）等。
  • 如故障在自動方式下發(fā)生，則應(yīng)記錄發(fā)生故障時的加工程序號，出現(xiàn)故障的程序段號，加工時采用的刀具號以及刀具的位置等。
  • 若故障發(fā)生在精度超差或輪廓誤差過大時，應(yīng)記錄被加工工件號，并保留不合格工件。
  • 在發(fā)生故障時，若系統(tǒng)有報警顯示，則應(yīng)記錄報警顯示情況與報警號。
  • 通過診斷畫面，記錄機床故障時所處的工作狀態(tài)。如：系統(tǒng)是否在執(zhí)行M、S、T等功能？系統(tǒng)是否進入暫停狀態(tài)或是急停狀態(tài)？系統(tǒng)坐標(biāo)軸是否處于“互鎖”狀態(tài)？進給倍率是否為0% ？等等。
  • 記錄發(fā)生故障時，各坐標(biāo)軸的位置跟隨誤差的值。
  • 記錄發(fā)生故障時，各坐標(biāo)軸的移動速度、移動方向，主軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向，等等。
• 故障發(fā)生的頻繁程度的記錄
  • 故障發(fā)生的時間與周期，如：機床是否一直存在故障？若為隨機故障，則一天發(fā)生幾次？是否頻繁發(fā)生？
  • 故障發(fā)生時的環(huán)境情況，如：是否總是在用電高峰期發(fā)生？故障發(fā)生時（如雷擊后），周圍其他機械設(shè)備的工作情況？
  • 若為加工零件時發(fā)生的故障，則應(yīng)記錄加工同類工件時發(fā)生故障的概率情況。
  • 檢查故障是否與“進給速度”、“換刀方式”或是“螺紋切削”的等特殊動作有關(guān)。
• 故障的規(guī)律性記錄
• 在不危及人身安全和設(shè)備安全的情況下，是否可以重演故障現(xiàn)象？
• 檢查故障是否與機床的外界因素有關(guān)？
• 檢查故障如果是在執(zhí)行某固定程序段時出現(xiàn)，則可利用MDI方式單獨執(zhí)行該程序段，檢查是否還存在同樣故障？
• 若機床故障與機床動作有關(guān)，在可能的情況下，應(yīng)檢查在手動情況下執(zhí)行該動作，是否也有同樣的故障？
• 機床是否發(fā)生過同樣的故障？周圍的數(shù)控機床是否也發(fā)生同一故障？等等。
• 故障的外界條件記錄
• 發(fā)生故障時的周圍環(huán)境溫度是否超過允許溫度？是否有局部的高溫存在？
• 故障發(fā)生時，周圍是否有強烈的振動源存在？
• 故障發(fā)生時，系統(tǒng)是否受到陽光的直射？
• 檢查故障發(fā)生時，電氣柜內(nèi)是否有切削液、潤滑油、水的進入？
• 故障發(fā)生時，輸入電壓是否超過了系統(tǒng)允許的波動范圍？
• 故障發(fā)生時，車間內(nèi)或線路上是否有使用大電流的裝置正在進行起、制動？
• 故障發(fā)生時，機床附近是否存在吊車、高頻機械、焊接機或電加工機床等強電磁干擾源？
• 故障發(fā)生時，附近是否正在安裝或修理、調(diào)試機床？是否正在修理、調(diào)試電氣和數(shù)控裝置？
  • 1.5.2 維修前的檢查

維修人員在故障維修前，應(yīng)根據(jù)故障現(xiàn)象與故障記錄，認(rèn)真對照系統(tǒng)與機床使用說明書進行各項檢查，以便確認(rèn)故障的原因。這些檢查包括：

• 機床的工作狀況檢查
  • 機床的調(diào)整狀況如何？機床工作條件是否符合要求？
  • 加工時所使用的刀具是否符合要求？切削參數(shù)選擇是否合理、正確？
  • 自動換刀時，坐標(biāo)軸是否到達了換刀位置？程序中是否設(shè)置了刀具偏移量？
  • 系統(tǒng)的刀具補償量等參數(shù)設(shè)定是否正確？
  • 系統(tǒng)的坐標(biāo)軸的間隙補償量是否正確？
  • 系統(tǒng)的設(shè)定參數(shù)（包括坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)、比例縮放因子、鏡像軸、編程尺寸單位選擇等）是否正確？
  • 系統(tǒng)的工作坐標(biāo)系位置，“零點偏置值”的設(shè)置是否正確？
  • 工件安裝是否合理？測量手段、方法是否正確、合理？
  • 機械零件是否存在因溫度、加工而產(chǎn)生變形的現(xiàn)象？等等。
• 機床運轉(zhuǎn)情況檢查
  • 機床自動運轉(zhuǎn)過程中是否改變或調(diào)整過操作方式？是否插入了手動操作？
  • 機床側(cè)是否處于正常加工狀態(tài)？工作臺、夾具等裝置是否處于正常工作位置？
  • 機床操作面板上的按鈕、開關(guān)位置是否正確？機床是否處于鎖住狀態(tài)？倍率開關(guān)是否設(shè)定為“0”？
  • 機床各操作面板上、數(shù)控系統(tǒng)上的“急停”按鈕是否處于急停狀態(tài)？
  • 電氣柜內(nèi)的熔斷器是否有熔斷？自動開關(guān)、斷路器是否有跳閘？
  • 機床操作面板上的方式選擇開關(guān)位置是否正確?進給保持按鈕是否被按下？
• 機床與系統(tǒng)之間連接情況的檢查
  • 檢查電纜是否有破損，電纜拐彎處是否有破裂、損傷現(xiàn)象？
  • 電源線與信號線布置是否合理？電纜連接是否正確、可靠？
  • 機床電源進線是否可靠接地？接地線的規(guī)格是否符合要求？
  • 信號屏蔽線的接地是否正確？端子板上接線是否牢固、可靠？系統(tǒng)接地線是否連接可靠？
  • 繼電器、電磁鐵以及等電磁部件是否裝有噪聲抑制器（滅弧器）？等等。
• CNC裝置的外觀檢查
  • 是否在電氣柜門打開的狀態(tài)下運行數(shù)控系統(tǒng)？有無切削液或切削粉末進入柜內(nèi)？空氣過濾器清潔狀況是否良好？
  • 電氣柜內(nèi)部的風(fēng)扇、熱交換器等部件的工作是否正常？
  • 電氣柜內(nèi)部系統(tǒng)、驅(qū)動器的模塊、印制電路板是否有灰塵、金屬粉末等污染？
  • 在使用紙帶閱讀機的場合，檢查紙帶閱讀機是否有污物？閱讀機上的制動電磁鐵動作是否正常？
  • 電源單元的熔斷器是否熔斷？
  • 電纜連接器插頭是否*插入、擰緊？
  • 系統(tǒng)模塊、線路板的數(shù)量是否齊全？模塊、線路板安裝是否牢固、可靠？
  • 機床操作面板MDI/CRT單元上的按鈕有無破損，位置是否正確？
  • 系統(tǒng)的總線設(shè)置，模塊的設(shè)定端的位置是否正確？

總之，維修時應(yīng)記錄、檢查的原始數(shù)據(jù)、狀態(tài)越多，記錄越詳細，維修就越方便。用戶根據(jù)本廠的實際情況，編制一份故障維修記錄表，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，操作者可以根據(jù)表的要求及時填入各種原始材料，供維修時參考。

• 1.5.3 CNC故障自診斷

大型的CNC、PLC裝置都配有故障診斷系統(tǒng)，可以由各種開關(guān)、傳感器等把油位、溫度、油壓、電流、速度等狀態(tài)信息，設(shè)置成數(shù)百個報警提示，診斷指示出發(fā)生故障的部位。所以要首先利用自診斷提示進行故障處理。自診斷程序主要包括啟動自診斷、在線診斷、離線診斷等。所謂診斷程序就是對數(shù)控機床各部分包括CNC系統(tǒng)本身進行狀態(tài)或故障監(jiān)測的軟件，當(dāng)機床出現(xiàn)故障時，可利用該診斷程序診斷出故障源范圍及其具體位置。診斷程序一般分為三套：即啟動診斷、在線診斷和離線診斷。

• 啟動自診斷（初始化診斷）

啟動自診斷是指數(shù)控系統(tǒng)通電時，由系統(tǒng)內(nèi)部診斷程序自動執(zhí)行的診斷，它類似于計算機的開機診斷。

啟動自診斷可以對系統(tǒng)中的關(guān)鍵硬件，如:CPU、存儲器、I/O接口單元、CRT/MDI單元、紙帶閱讀機、軟驅(qū)等裝置或外部設(shè)備進行自動檢查；確定數(shù)控設(shè)備的安裝、連接狀態(tài)與性能；部分系統(tǒng)還能對某些重要的芯片，如：RAM、ROM、LSI等進行診斷。

數(shù)控系統(tǒng)的自診斷在開機時進行，只有當(dāng)全部項目都被確認(rèn)無誤后，才能進入正常運行準(zhǔn)備狀態(tài)，即CRT顯示進入正常運行的基本畫面（一般為位置顯示畫面）。如果檢查出有錯，機床則不再轉(zhuǎn)入正常運行過程，而是轉(zhuǎn)成報警過程，通過CRT或硬件（發(fā)光二極管）顯示報警信息或報警號。診斷的時間決定于數(shù)控系統(tǒng)，一般只需數(shù)十秒鐘，但有的采用硬盤驅(qū)動器的驅(qū)動系統(tǒng)則需要幾分鐘，如SINUMER1K840C系統(tǒng)因要調(diào)用硬盤中的文件，時間要略長一些。上述啟動診斷有些可將故障原因定位到電路板或模塊上，有些甚至可定位到芯片上，如指出哪塊EPROM出了故障，但不少情況僅將故障原因定位在某一范圍內(nèi)，維修人員需要通過維修手冊中所指出的有關(guān)數(shù)控可能造成的原因及相應(yīng)排除方法中找到真正的故障原因并加以排除。

在對數(shù)控系統(tǒng)進行維修時，維修人員應(yīng)了解該系統(tǒng)的自診斷能力，所能檢查的內(nèi)容及范圍，做到心中有數(shù)。在遇到級別較高的故障報警時，可以關(guān)機，重新開機，讓系統(tǒng)在進行啟動自診斷，檢查數(shù)控系統(tǒng)這些關(guān)鍵部分是否正常。下面舉例介紹開機自診斷在排除系統(tǒng)故障中的應(yīng)用。

例：由意大利F90鉆床改制的大型數(shù)控導(dǎo)軌鉆床，采用FUNAC-6M系統(tǒng)。每次系統(tǒng)通電，進行開機診斷時，CRT上出現(xiàn)“SYSTEM ERROR 908”，系統(tǒng)不能進入正常工作狀態(tài)。

分析診斷：908號報警為磁泡驅(qū)動器軟件奇偶校驗錯故障。現(xiàn)對磁泡存儲器重新進行初始化。然而，故障仍存在。將備用BMU磁泡存儲器存儲板調(diào)上，調(diào)前先將備板的壞環(huán)信息記下。以便對其進行初始化時輸入新的壞環(huán)信息。調(diào)上備板并進行初始化后，故障仍然存在。可見，故障原因不在BMU板上。后從故障記錄上發(fā)現(xiàn)，該機在頻繁出現(xiàn)908號報警時，曾在CRT上偶爾出現(xiàn)過一次081號ROM故障報警，因此，可調(diào)ROM或ROM版的方法來排除故障疑點。

故障排除：將備用ROM電路板與原ROM版調(diào)換。調(diào)換之后故障消除。

維修實例表明，開機自診斷可保證所檢測重要部件的可靠性，一旦發(fā)生故障，馬上禁止運行。同時，為維修人員迅速排除一些疑難故障提供幫助。然而，目前一些數(shù)控系統(tǒng)的自診斷上存在局限性，不可能將全部故障原因，準(zhǔn)確定位到一個具體的模塊上。因此，維修人員要思路開闊，不放過任意故障疑點，注意排除，zui終找出故障真正原因。

• 在線診斷（后臺診斷）

CNC機床的在線診斷是指CNC系統(tǒng)通過系統(tǒng)的內(nèi)裝程序，在系統(tǒng)處于正常運行狀態(tài)時，對CNC系統(tǒng)內(nèi)部的各種狀態(tài)外以及與CNC裝置相連的機床各執(zhí)行部件進行自動診斷檢查。在線診斷包括CNC系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置的自診斷功能和用戶單獨設(shè)計的對加工過程狀態(tài)的監(jiān)測與診斷系統(tǒng)，都是在機床正常運行過程中，監(jiān)視其運行狀態(tài)的。只要系統(tǒng)不斷電，在線診斷就一直進行而不停止。

另外，在線診斷是采用監(jiān)控的方式來提示報警的，所以也叫在線監(jiān)控。可分為CNC內(nèi)部程序監(jiān)控與通過外部設(shè)備監(jiān)控兩種診斷形式。

CNC內(nèi)部自診斷監(jiān)控是通過系統(tǒng)內(nèi)部程序，對各部分狀態(tài)進行自動診斷、監(jiān)視和檢查的一種方法。在線監(jiān)控范圍包括CNC本身以及與CNC相連的伺服單元、伺服、主軸伺服單元、主軸、外部設(shè)備等。在線監(jiān)控在系統(tǒng)工作過程中始終生效。

數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部程序監(jiān)控包括接口信號顯示、內(nèi)部狀態(tài)顯示和故障顯示三方面。

• 接口信號顯示它可以顯示CNC和PLC、CNC和機床之間的全部接口信號的現(xiàn)行狀態(tài)。指示數(shù)字輸入/輸出信號的通斷情況，幫助分析故障。

維修時，必須了解上述各信號所代表的意義，以及信號產(chǎn)生、撤銷應(yīng)具備的各種條件，才能進行相應(yīng)檢查。數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家所提供的“功能說明書”、“連接說明書”以及機床生產(chǎn)廠家提供的“機床電氣原理圖”是進行以上狀態(tài)檢查的技術(shù)指南。

• 內(nèi)部狀態(tài)顯示一般來說，利用內(nèi)部狀態(tài)顯示功能，可以顯示以下幾方面的內(nèi)容：
• 造成循環(huán)指令（加工程序）不執(zhí)行的外部原因。如：CNC系統(tǒng)是否處于“到位檢查”中；是否處于“機床鎖住”狀態(tài)；是否處于“等待速度到達”信號接通；在主軸每轉(zhuǎn)進給編程時，是否等待“位置編碼器”的測量信號；進給速度倍率是否設(shè)定為0%，等等。
• 復(fù)位狀態(tài)顯示。指示系統(tǒng)是否處于“急停”狀態(tài)或是“外部復(fù)位”信號接通狀態(tài)。
• 存儲器內(nèi)容是否能被正常讀取的顯示。
• 負載電流的顯示。
• 位置跟隨誤差的顯示。
• 伺服驅(qū)動部分的控制信息顯示。
• 編碼器、光柵等位置檢測元件的輸入脈沖顯示，等等。
• 故障信息顯示在數(shù)控系統(tǒng)中，故障信息一般以“報警顯示”的形式在CRT上進行顯示。報警顯示的內(nèi)容根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的不同有所區(qū)別。這些信息大都以“報警號”加文本形式出現(xiàn)，具體內(nèi)容以及排除方法在數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家提供的“維修說明”上可以查閱。

外部設(shè)備監(jiān)控是指采用計算機、PLC編程器等設(shè)備，對數(shù)控機床的各部分狀態(tài)進行自動診斷、檢查和監(jiān)視的一種方法。如：通過計算機、PLC編程器對PLC程序以梯形圖、功能圖的形式進行動態(tài)監(jiān)測，它可以在機床生產(chǎn)廠家未提供PLC程序時，進行PLC程序的閱讀、檢查，從而加快數(shù)控機床的維修進度。此外，伺服驅(qū)動、主軸驅(qū)動系統(tǒng)的動態(tài)性能測試、動態(tài)波形顯示等內(nèi)容，通常也需要借助必要的在線監(jiān)控設(shè)備進行。

隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，作為外部設(shè)備在線監(jiān)控的一種，通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接進行的遠程診斷技術(shù)正在進一步普及、完善。通過網(wǎng)絡(luò)，數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家可以直接對其生產(chǎn)的產(chǎn)品在現(xiàn)場的工作情況進行檢測、監(jiān)控，及時解決系統(tǒng)中所出現(xiàn)的問題，為現(xiàn)場維修人員提供指導(dǎo)和幫助。

在線診斷一旦監(jiān)視的信息超限，診斷系統(tǒng)就通過顯示器或指示燈等發(fā)出報警信號，提供報警號，配以適當(dāng)注釋，并顯示在屏幕上。維修人員根據(jù)這些故障信息，經(jīng)過分析處理，確診故障點并及時排除故障。

當(dāng)然，實際診斷并不是那么容易的，因為所提供的報警信息，并非是*準(zhǔn)確的，而僅僅是故障可能原因的因素，即僅僅提供了一些查找故障原因的線索。維修人員應(yīng)結(jié)合機床結(jié)構(gòu)，查閱機床維修手冊，憑借自己的實踐經(jīng)驗，注意排除故障假象，找出真正的故障所在。另外，故障現(xiàn)象與故障原因并非一一對應(yīng)關(guān)系，而往往是一種故障所引發(fā)出的現(xiàn)象是由幾種原因引起的，或一種原因引起幾種故障，即大部分故障是以綜合故障形式出現(xiàn)的。

CNC機床自診斷系統(tǒng)功能的強弱是評價一個CNC系統(tǒng)性能高低的一項重要指標(biāo)。

各種CNC機床的自診斷功能報警號不盡*相同，只能根據(jù)具體機床的使用說明書和維修手冊進行分析、診斷。不過報警編號的分類方法大同小異，一般是按機床上各元器件的功能分別編號的。例如某機床的CNC系統(tǒng)的報警信號編組如下：

與CNC系統(tǒng)硬件（如：存儲器、伺服系統(tǒng)等）有關(guān)的報警編號為1~99；

與機械控制有關(guān)的報警編號為100~339；

與操作失誤有關(guān)的報警編號為400~499；

與外部通信對話有關(guān)的報警編號為500~599；

與加工程序編制錯誤有關(guān)的報警編號為600~699。

此外，還有與可編程控制器故障，連接方面的故障，溫度、壓力、液壓等不正常，行程開關(guān)（或接近開關(guān)）狀態(tài)不正常等都應(yīng)有對應(yīng)的編號。在每一類報警范圍內(nèi)，又按故障分類報警。如過熱報警類、系統(tǒng)故障報警類、存儲器故障報警類、伺服系統(tǒng)報警類、行程開關(guān)報警類、印制線路板間的連接故障報警類、編程/設(shè)定錯誤報警類、無操作報警類等。

機床自診斷功能的故障報警顯示給維修帶來了極大的方便。故在使用和維修過程中，一定要充分重視，并利用故障報警顯示的狀態(tài)信息，經(jīng)分析后加一些必要的測試，zui后找出真正的故障原因。

為此，要特別重視、注意保護系統(tǒng)軟件及系統(tǒng)數(shù)據(jù)，特別是CNC與PLC機床數(shù)據(jù)、PLC用戶程序、報警文本等隨機所帶的CNC系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)資料，它們是用電池保存于RAM存儲器中。

例：配置某系統(tǒng)的臥式加工中心出現(xiàn)故障。機床工作過程中突然發(fā)生Y、Z軸不能動作，發(fā)出401號報警。后來關(guān)機后再啟動，還能繼續(xù)工作，此后關(guān)機也不起作用（即不動了）。

故障診斷：檢查401號報警內(nèi)容表：X、Y、Z軸速度控制“READY”信號斷開。由此檢查X、Y、Z軸的速度控制單元板，發(fā)現(xiàn)Y軸速度控制單元板（A06B-6045-C001）的TGLS報警燈亮，說明是Y軸伺服系統(tǒng)的故障。提示可能原因有：

① 印制電路板設(shè)定不合適；

② 速度反饋電壓沒給或是斷續(xù)給；

③ 電動機動力電纜沒有接到速度控制單元T1板的5、6、7、8端子上或動力電纜短路。

• 故障排除經(jīng)檢查電動機動力電纜已燒斷，更換電刷，故障排除。

維修實例表明，數(shù)控系統(tǒng)的自診斷功能在故障的診斷中起著十分重要的作用，它不但能保證系統(tǒng)的可靠運行，而且是維修人員排除故障的基本手段和方法。

• 離線診斷

當(dāng)CNC系統(tǒng)出現(xiàn)故障或要判斷系統(tǒng)是否真正有故障時，往往要停機檢查，此時稱為離線診斷（或脫機診斷）。其主要目的和任務(wù)是zui終查明故障和進行故障定位，力求把故障定位在盡可能小的范圍內(nèi)，如縮小到某一模塊上，某個線路板上或線路板上的某部分電路，甚至某個芯片或元器件。這種診斷方法屬于高層次診斷，其診斷程序存儲及使用方法一般不相同。

數(shù)控系統(tǒng)的脫機診斷需要診斷軟件或測試裝置，因此，它只能在數(shù)控系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家或?qū)ｉT的維修部門進行。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在CNC的離線診斷軟件正在逐步與CNC控制軟件一體化，有的系統(tǒng)已將“專家系統(tǒng)”引入故障診斷中。通過這樣的軟件，操作者只要在CRT/MDI上作一些簡單的會話操作，即可診斷出CNC系統(tǒng)或機床的故障。如美國A-B公司8200系統(tǒng)離線診斷時，只需要把的診斷程序讀入CNC中既可運行檢查故障。而有的將這些診斷程序與CNC控制程序一同存入CNC中，維修人員可隨時用鍵盤調(diào)用這些程序并使之運行，在CRT上觀察診斷結(jié)果。離線診斷可以在現(xiàn)場、維修中心或NC系統(tǒng)制造廠進行操作和控制。

 

• 1.5.4 故障診斷與排除的基本方法

數(shù)控機床系統(tǒng)出現(xiàn)報警，發(fā)生故障時，維修人員不要急于動手處理，而應(yīng)多進行觀察，應(yīng)遵循兩條原則，一是充分調(diào)查故障現(xiàn)場，充分掌握故障信息，這是維修人員取得*手材料的一個重要手段。一方面要查看故障記錄單，向操作者調(diào)查、詢問出現(xiàn)故障的全過程，*了解曾發(fā)生過什么現(xiàn)象，采取過什么措施等。另一方面要對現(xiàn)場親自做細致的勘查。從系統(tǒng)的外觀到系統(tǒng)內(nèi)部的各個印制線路板都應(yīng)細心察看是否有異常之處。在確認(rèn)數(shù)控系統(tǒng)通電無危險的情況下，方可通電，觀察系統(tǒng)有何異常，CRT顯示哪些內(nèi)容。二是認(rèn)真分析故障的起因，確定檢查的方法與步驟。目前所使用的各種數(shù)控系統(tǒng)，雖有各種報警指示燈或自診斷程序，但智能化的程度還不是很高，不可能自動診斷出發(fā)生故障的確切部位。往往是同一報警號可以有多種起因。因此，在分析故障的起因時，一定要開闊思路。往往有這種情況，當(dāng)數(shù)控自診斷出某一部分有故障，究其起源，卻不在數(shù)控系統(tǒng)本身，而是在機械部分。所以，分析故障時，無論是CNC系統(tǒng)，機床強電，還是機械、液壓、油氣路等，只要有可能引起該故障的原因，都要盡可能全面的列出來，進行綜合判斷和篩選，然后通過必要的試驗，達到確診和zui終排除故障的目的。

對于數(shù)控機床發(fā)生的大多數(shù)故障，總體上來說可采用下述幾種方法來進行故障診斷和排除：

• 直觀法（常規(guī)檢查法）

外觀檢查是指依靠人的五官等感覺并借助于一些簡單的儀器來尋找機床故障的原因。這種方法在維修中是常用的，也是首先采用的。“先外后內(nèi)”的維修原則要求維修人員在遇到故障是應(yīng)先采取看、聞、嗅、摸等方法，由外向內(nèi)逐一進行檢查。有些故障采用這種方法可迅速找到故障原因，而采用其他方法要花費許多時間，甚至一時解決不了。

例：配置某系統(tǒng)的TC1000型加工中心，控制面板顯示消失，經(jīng)檢查面板MS401板電源熔絲燒斷，而其內(nèi)部無短路現(xiàn)象，更換熔絲后，故障消失，顯示恢復(fù)正常。

例：WY203型自動換向數(shù)控組合機床，Z軸一啟動就出現(xiàn)跟隨誤差過大而報警停機。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)位置控制環(huán)反饋元件光柵電纜由于運動中受力而拉傷斷裂，造成丟失反饋信號所致。

例：TC1000型加工中心，一啟動就發(fā)生114號報警，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)Y軸光柵適配器插頭松脫。

例：TH6350型加工中心，在加工中突然停機，打開電器柜發(fā)現(xiàn)Y軸電動機主電路保險管燒壞，經(jīng)追查與Y軸有關(guān)的元器件發(fā)現(xiàn)，Y軸電動機動力線外被劃傷，損傷出碰到機床外殼上造成短路而燒斷熔絲。

• 問：機床開機時的異常？比較故障前后工件的精度和傳動系統(tǒng)、走刀系統(tǒng)是否正常？出力是否均勻？切深和走刀量是否減少？潤滑油牌號、用量？機床何時進行過保養(yǎng)檢修？
• 看：就是用肉眼仔細檢查有無保險絲燒斷、元器件燒焦、煙熏、開裂現(xiàn)象，有無異物斷路現(xiàn)象，以此判斷板內(nèi)有無過流、過壓、短路問題。看轉(zhuǎn)速？觀察主傳動速度快慢的變化。主傳動齒輪、飛輪是否跳、擺？傳動軸是否彎曲、晃動？
• 聽：利用人體的聽覺功能可查詢到數(shù)控機床因故障而產(chǎn)生的各種異常聲響的聲源，如電氣部分常見的異常聲響有：電源變壓器、阻抗變換器與電抗器等因為鐵心松動、銹蝕等原因引起的鐵片振動的吱吱聲；繼電器、接觸器等的磁回路間隙過大，短路環(huán)斷裂、動靜鐵心或鑲鐵軸線偏差，線圈欠壓運行等原因引起的電磁嗡嗡聲或者觸點接觸不良的嗡嗡聲以及元器件因為過流或過壓運行失常引起的擊穿爆裂聲。而伺服電動機、氣控器件或液控器件等發(fā)生的異常聲響基本上和機械故障方面的異常聲響相同，主要表現(xiàn)在機械的摩擦聲、振動聲與撞擊聲等等。
• 觸：也稱敲捏法。CNC系統(tǒng)是由多塊線路板組成的，板上有許多焊點，板與板之間或模塊與模塊之間又通過插件或電纜相連。所以，任何一處的虛焊或接觸不良，就會成為產(chǎn)生故障的主要原因。檢查時，用絕緣物（一般為代橡皮頭的小錘）輕輕敲打可疑部位（即虛焊、接觸不良的插件板、組件、元器件等。）如果確實是因虛焊或接觸不良而引起的故障，則該故障會重復(fù)出現(xiàn)，有些故障則在敲擊后，故障消失則也可以認(rèn)為敲擊處或敲擊作用力波及的范圍是故障部位。同樣，用手捏壓組件、元器件時，如故障消失或故障出現(xiàn)，可以認(rèn)為捏壓處或捏壓作用力波及范圍是故障部位。

這種觸的方法用于虛焊、虛接、碰線、多余物短路、多余物卡觸點等原因引起的時好時壞的故障現(xiàn)象。在敲捏過程中，要實時地觀察機床工作狀況。在作敲捏組件、元器件時，應(yīng)一個人專門負責(zé)敲捏；另外的人負責(zé)判斷是否出現(xiàn)故障消失或故障復(fù)現(xiàn)。如果一個人又作敲捏又判斷故障現(xiàn)象，一心二用，可能敲偏漏檢。敲捏的力度要適當(dāng)，并且應(yīng)由弱到強，防止引入新的故障。

• 嗅：在電氣設(shè)備診斷或各種易揮發(fā)物體的器件采用此方法效果較好。如一些燒壞的煙氣、焦糊味等異味。因劇烈摩擦，電器元件絕緣處破損短路，使附著的油脂或其他可燃物質(zhì)發(fā)生氧化蒸發(fā)或燃燒而產(chǎn)生的煙氣、焦糊氣等。

利用外觀檢查，有針對性地檢查懷疑部分的元器件，判斷明顯的故障。如熱繼電器脫扣？熔斷絲？線路板（損壞、斷裂、過熱等）、連接線路、更改的線路是否與原線路相符？并注意獲取故障發(fā)生時的振動、聲音、焦糊味、異常發(fā)熱、冷卻風(fēng)扇運行是否正常？等等。這種檢查很簡單，但非常必要。

應(yīng)用場合：利用人體的視覺功能可觀察到設(shè)備內(nèi)部器件或外部連接的形狀變化。如電氣方面可觀察線路元器件的連接是否松動，短線或銅箔斷裂，繼電器、接觸器與各類開關(guān)的觸點是否燒蝕或壓力失常，發(fā)熱元器件的表面是否過熱變色，電解電容的表面是否膨脹變形，保護器件是否脫扣，耐壓元器件是否有明顯的電擊點以及碳刷接觸表面與接觸壓力是否正常等。另外，對開機發(fā)生的火花、亮點等異常現(xiàn)象更應(yīng)再重點檢查。機械故障方面，主要可觀察傳動鏈中組件是否存在間隙過大，固定鎖緊裝置是否松動，工作臺導(dǎo)軌面、滾珠絲杠、齒輪及傳動軸等表面的潤滑狀況是否正常，以及是否有其他明顯的碰撞、磨損與變形現(xiàn)象等等。

現(xiàn)場維修中，利用人的嗅覺功能和觸覺功能可查詢因過流、過載或超溫引起的故障并可通過改變參數(shù)設(shè)置或PLC程序來解決。

例如，某龍門式加工中心在安裝調(diào)試后不久，Ｚ軸運動時偶爾出現(xiàn)報警，指示實際位置與指令不一致。采用直觀法發(fā)現(xiàn)Ｚ軸編碼器外殼因被撞而變形，故懷疑該編碼器已損壞，調(diào)換一個新編碼器后上述故障排除。

• 系統(tǒng)自診斷法

充分利用數(shù)控系統(tǒng)的自診斷功能，根據(jù)CRT上顯示的報警信息及各模塊上的發(fā)光二極管等器件的指示，可判斷出故障的大致起因。進一步利用系統(tǒng)的自診斷功能，還能顯示系統(tǒng)與各部分之間的接口信號狀態(tài)，找出故障的大致部位，它是故障診斷過程中zui常用、有效的方法之一。

• 拔出插入法

拔出插入法是通過監(jiān)視相關(guān)的接頭、插卡或插拔件拔出再插入這個過程中，確定拔出插入的連接件是否為故障部位。還有的本身就只是接插件接觸不良而引起的故障，經(jīng)過重新插入后，問題就解決了。

在應(yīng)用拔出插入法時，需要特別注意，在插件板或組件拔出再插入的過程中，改變狀態(tài)的部位可能不只是連接接口。因此，不能因為拔出插入后故障消失，就肯定是接口的接觸不良，還有內(nèi)部的焊點虛焊恢復(fù)接觸狀態(tài)、內(nèi)部的短路點恢復(fù)正常等可能性，雖然這種可能性很小。

• 參數(shù)檢查法

數(shù)控系統(tǒng)的機床參數(shù)是經(jīng)過理論計算并通過一系列試驗、調(diào)整而獲得的重要數(shù)據(jù)，是保證機床正常運行的前提條件，他們直接影響著數(shù)控機床的性能。

參數(shù)通常存放在系統(tǒng)存儲器RAM中，一旦電池電量不足或受到外界的干擾或系統(tǒng)長期不通電，可能導(dǎo)致部分參數(shù)的丟失或變化，使機床無法正常工作。通過核對、調(diào)整參數(shù)，有時可以迅速排除故障；特別是對于機床長期不用的情況，參數(shù)丟失的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，因此，檢查和恢復(fù)機床參數(shù)，是維修中行之有效的方法之一。另外，數(shù)控機床經(jīng)過長期運行之后，由于機械運動部件磨損，電器元器件性能變化等原因，也需要對有關(guān)參數(shù)進行重新調(diào)整。

例：配置某系統(tǒng)的XK715型數(shù)控立銑床，開機后不久出現(xiàn)403伺服未準(zhǔn)備好、420、421、422號（X、Y、Z各軸超速）報警。這種現(xiàn)象常與參數(shù)有關(guān)。檢查參數(shù)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)混亂。將參數(shù)重新輸入，上述報警消失。再對存儲器重新分配后，機床恢復(fù)正常。

在排除某些故障時，對一些參數(shù)還需進行調(diào)整，因為有些參數(shù)（如各軸的漂移補償值、螺距誤差補償值、KV系統(tǒng)、反向間隙補償值、定位允差等）雖在安裝調(diào)整過，但由于受加工的局限性、加工要求或控制要求改變，個別參數(shù)會有不適應(yīng)的情況。同樣的，由于長時間的運行，機械傳動部件會磨損，電器元件性能變化或調(diào)換零部件所引起的變化，也許對有關(guān)參數(shù)進行調(diào)整。

參數(shù)調(diào)整、修改前，有的系統(tǒng)還要求輸入保密參數(shù)值。如SIEMENS的SINUMERIK 810、840、880等系統(tǒng)應(yīng)輸入11號保密值。

• 功能測試法

所謂功能測試法是通過功能測試程序，檢查機床的實際動作，判別故障的一種方法。功能測試可以將系統(tǒng)的功能（如：直線定位，圓弧插補、螺紋切削、固定循環(huán)、用戶宏程序等G、M、S、T、F功能），用手工編程方法，編制一個功能測試程序，并通過運行測試程序，來檢查機床執(zhí)行這些功能的準(zhǔn)確性和可靠性，進而判斷出故障發(fā)生的原因。

這種方法常常應(yīng)用于以下場合：

①機床加工造成廢品而一時無法確定是編程、操作不當(dāng)，還是數(shù)控系統(tǒng)故障時；

②數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)隨機性故障，一時難以區(qū)別是外來干擾，還是系統(tǒng)穩(wěn)定性不好。如不能可靠的執(zhí)行各加工指令，可連續(xù)循環(huán)執(zhí)行功能測試程序來診斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

③閑置時間較長的數(shù)控機床再投入使用時或?qū)?shù)控機床進行定期檢修時。

例：當(dāng)配FANUC-7CM數(shù)控系統(tǒng)的加工中心加工中，出現(xiàn)零件尺寸相差甚大，系統(tǒng)又無報警時，我們使用功能程序測試法，將功能測試代輸入系統(tǒng)，并空運行。測試過程如圖1-4所示。

當(dāng)運行到含有G01、G02、G03、G18、G19、G41、G41等指令的四角帶圓弧的長方形典型圓形程序時，發(fā)現(xiàn)機床運行軌跡與所要求的圖形尺寸不符，從而確認(rèn)機床刀補功能不良。該系統(tǒng)得刀補軟件存放在EPROM芯片中，調(diào)換該集成電路后機床加工恢復(fù)正常。

 

圖1-4 功能程序測試流程圖

• 交換法（或稱部件替換法）

現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)大都采用模塊化設(shè)計，按功能不同劃分為不同的模塊，隨著現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，電路的集成規(guī)模越來越大，技術(shù)也越來越復(fù)雜，按照常規(guī)的方法，很難把故障定位在一個很小的區(qū)域，交換部件法是維修過程中zui常用的故障判別方法之一。

所謂部件替換法，就是在故障范圍大致確認(rèn)，并在確認(rèn)外部條件*正確的情況下，利用裝置上同樣的印制電路板、模塊、集成電路芯片或元器件替換有疑點部分的方法。部件交換法簡單、易行、可靠，能把故障范圍縮小到相應(yīng)的部件上。

必須注意的是：

• 在備件交換之前，應(yīng)仔細檢查、確認(rèn)部件的外部工作條件；在線路中存在短路、過電壓等情況時，切不可以輕易更換備件。
• 有些電路板，例如PLC的I/O板上有地址開關(guān)，交換時要相應(yīng)改變設(shè)置值；
• 有的電路板上有跳線及橋接調(diào)整電阻、電容，也應(yīng)與原板相同，方可交換；
• 模塊的輸入輸出必須相同。以驅(qū)動器為例，型號要相同，若不同，則要考慮接口、功能的影響，避免故障擴大。
• 此外，備件（或交換板）應(yīng)完好。

應(yīng)用場合：數(shù)控機床的進給模塊，檢測裝置有多套，當(dāng)出現(xiàn)進給故障，可以考慮模塊互換。

例：某數(shù)控車床，X軸不動，其他功能正常。故障判斷就可以采用交換法進行。

故障診斷：X軸不能動，故障可能發(fā)生在系統(tǒng)、驅(qū)動器或電動機。將X、Z兩軸步進電動機驅(qū)動電纜交換，發(fā)現(xiàn)X向正常，轉(zhuǎn)而Z向不動，說明原X軸正常，系統(tǒng)到驅(qū)動器信號也正常。由此判斷原X軸驅(qū)動器損壞，需拆開機箱檢修。后經(jīng)更換相同型號驅(qū)動器，故障排除。

“替換”是電器修理中常用的一種方法，主要優(yōu)點是簡單和方便。在查找故障的過程中，如果對某部分有懷疑，只要有相同的替換件，換上后故障范圍大都能分辨出來，所以在電氣維修中經(jīng)常被采用。但是如果使用不當(dāng)，也會帶來許多麻煩，造成人為故障。因此，正確認(rèn)識和掌握“替換”的使用范圍和操作方法，是提高維修工作效率和避免人為故障發(fā)生的方法。

“替換”方法的使用范圍：在電氣修理中，采用“替換”方法來檢查判斷故障應(yīng)注意應(yīng)用場合。對一些比較簡單的電氣，如接觸器、繼電器、開關(guān)、保護電氣及其他各種單一電氣，在對其有懷疑而一時又不能確定故障部位的情況下，使用效果較好。而在電子元件組成的各種電路板、控制器、功率放大器及所接的負載，替換時應(yīng)小心謹(jǐn)慎，如果無現(xiàn)成的備件替換，需從相同的其它設(shè)備上拆卸時更應(yīng)慎重從事，以防故障沒找到，替換上的新部件又損壞，造成新的故障。

“替換”中的注意點：

• 低壓電氣的替換應(yīng)注意電壓、電流和其他有關(guān)的技術(shù)參數(shù)，并盡量采用相同規(guī)格的替換；
• 電子元件的替換，如果沒有相同的，應(yīng)采用技術(shù)參數(shù)相近的，而且主要參數(shù)能勝任過來；
• 拆卸時應(yīng)對各部分做好記錄，特別是接線較多的地方，應(yīng)防止接線錯誤引起的人為故障；
• 在有反饋環(huán)節(jié)的線路中，更換時要注意信號的極性，以防反饋錯誤引起其他的故障。
• 在需要從其他設(shè)備上拆卸相同的備件替換時，要注意方法，不要在拆卸中造成被拆件損壞。如果替換電路板，在新版換上前要檢查一下使用的電壓是否正常。

“替換”前應(yīng)做的工作：在確認(rèn)對某一部分要進行替換前，應(yīng)認(rèn)真檢查與其連接有關(guān)線路和其他相關(guān)的電器。確認(rèn)*后才能將新的替換上去，防止外部故障引起替換上去的部件損壞。

此外，在交換CNC裝置的存儲器或CPU板時，通常還要對系統(tǒng)進行某些特定的操作，如：存儲器的初始化操作等，并重新設(shè)定各種參數(shù)，否則系統(tǒng)不能正常工作。這些操作步驟應(yīng)嚴(yán)格按照系統(tǒng)的操作說明書、維修說明書進行。

• 隔離法

當(dāng)某些故障，如軸抖動、爬行，一時難以區(qū)分是數(shù)控部分，還是伺服系統(tǒng)或機械部分造成的，常可采用隔離法。將機電分離，數(shù)控與伺服分離，或?qū)⑽恢瞄]環(huán)分開做開環(huán)處理。這樣，復(fù)雜的問題就化為簡單，能較快地找出故障原因。

例：配置某系統(tǒng)的JCS-018立式加工中心，Z軸忽然出現(xiàn)異常振動聲，馬上停機，將與絲杠分開，試車時仍然振動，可見振動不是由機械傳動機構(gòu)的原因所造成。為區(qū)分是伺服單元故障，還是故障，采用Y軸伺服單元控制Z軸，還是振動，所以初步可判斷為故障，更換后，故障排除。

• 升降溫法

當(dāng)設(shè)備運行時間比較長或者環(huán)境溫度比較高時，機床容易出現(xiàn)故障。這時可人為地（例如可用電熱風(fēng)或紅外燈直接照射）將可疑的元器件溫度升高（應(yīng)注意器件的溫度參數(shù)）或降低，加速一些溫度特性較差的元器件產(chǎn)生“病癥”或是使“病癥”消除來尋找故障原因。

例：配有某系統(tǒng)的一臺XK715型數(shù)控立式銑床工作數(shù)小時后，液晶顯示屏（LCD）中部逐漸變白，直至全部變暗，無顯示。關(guān)機一定時間，工作數(shù)小時后，又“舊病復(fù)發(fā)”。故障發(fā)生時機床其他部分工作正常，估計故障在LCD部分，且與溫度有關(guān)。打開數(shù)控裝置，故意將內(nèi)部冷卻風(fēng)扇停轉(zhuǎn)，使溫度上升，發(fā)現(xiàn)開機后，馬上就出現(xiàn)上述故障，可見，該顯示器散熱系統(tǒng)不符合條件，調(diào)換此LCD后故障消除。

• 電源拉偏法

電源拉偏法就是拉偏（升高或降低但不能反極性）正常電源電壓，制造異常狀態(tài)，暴露故障或薄弱環(huán)節(jié)，提供故障或處于好壞臨界狀態(tài)的組件、元器件位置。

電源拉偏法常用于工作較長時間才出現(xiàn)故障、或懷疑電網(wǎng)波動引起故障等場合。拉偏（升高或降低）正常電源電壓，可能具有破壞性，要先分析整個系統(tǒng)是否有降額設(shè)計或保險系數(shù)。要控制拉偏范圍（例如，正常工作電壓的+120%~85%），三思而后行。

• 測量比較法（對比法）

數(shù)控系統(tǒng)的印制電路板制造時，為了調(diào)整、維修的便利，通常都設(shè)置有檢測用的測量端子。維修人員利用這些檢測端子，可以測量、比較正常的印制電路板和有故障的印制電路板之間的電壓或波形的差異，進而分析、判斷故障原因及故障所在位置。有時，還可以將正常部分試驗性地造成“故障”或報警（如斷開連線、拔去組件），看其是否和相同部分產(chǎn)生的故障現(xiàn)象相似，以判斷故障原因。

通過測量比較法，有時還可以糾正在印制電路板上的調(diào)整、設(shè)定不當(dāng)而造成的“故障”。

測量比較法使用的前提是：維修人員應(yīng)了解或?qū)嶋H測量正確的印制電路板關(guān)鍵部位、易出故障部位的正常電壓值、正確的波形，才能進行比較分析，而且這些數(shù)據(jù)應(yīng)隨時做好記錄并作為資料積累。

例：某數(shù)控立銑床，Y軸移動時出現(xiàn)振動，快速時尤為明顯，甚至伴有大的沖擊，而其他軸皆運行正常。將故障軸Y正常軸X進行對比，用示波器比較低速時X軸和Y軸測速發(fā)電動機輸出

電壓波形如右圖所示。從圖中可以

看出Y軸測速發(fā)電動機輸出的電壓紋

波明顯大于X軸，拆開Y軸測速發(fā)

電動機，發(fā)現(xiàn)其電樞被碳刷粉末污染。

清楚碳粉后再測其波形，紋波大為

減小，移動Y軸，原抖動故障消除。

• 原理分析法（邏輯線路追蹤法）

原理分析法是排除故障的zui基本方法，當(dāng)其他檢查方法難以奏效時，可從電路基本原理出發(fā)，一步一步的進行檢查，zui終查出故障原因。

所謂原理分析法是通過追蹤與故障相關(guān)聯(lián)的信號，從中找到故障單元，根據(jù)CNC系統(tǒng)原理圖（即組成原理），從前往后或從后往前地檢查有關(guān)信號的有無、性質(zhì)、大小及不同運行方式的狀態(tài)，與正常情況比較，看有什么差異或是否符合邏輯關(guān)系。對于“串聯(lián)”線路，發(fā)生故障時，直到找到故障單元位置。對于兩個相同的線路，可以對他們進行部分地交換試驗。這種方法類似于把一個電動機從其電源上拆下，接到另一個電源上試驗電動機。類似地，可以在這個電源上另接一個電動機試驗電源，這樣可以判斷出電動機有問題還是電源有問題。但是對數(shù)控機床來說，問題就沒有這么簡單，交換一個單元，一定要保證該單元所處大環(huán)節(jié)（即位置控制環(huán)）的完整性。否則可能閉環(huán)受到破壞，保護環(huán)節(jié)失效積分調(diào)節(jié)器輸入得不到平衡。

對于硬接線系統(tǒng)，（繼電器—接觸器系統(tǒng)），它具有可見接線、接線端子、測試點。當(dāng)出現(xiàn)故障時，可用試電筆、萬用表、示波器等簡單測試工具測量電壓、電流信號的大小、性質(zhì)、變化狀態(tài)，電路的短路、斷路、電阻值變化等，從而判斷出故障的原因。

這些檢查方法各有特點，維修人員可以根據(jù)不同的故障現(xiàn)象，加以靈活應(yīng)用，以便對故障分析，逐步縮小故障范圍，排除故障。

數(shù)控機床是機、電、液（氣）、光等技術(shù)的結(jié)合，所以在診斷中緊緊抓住微電子系統(tǒng)與機、液（氣）、光等裝置的交接點，這些接點是信息傳輸?shù)慕裹c，對故障診斷大有幫助，可以很快初步判斷故障發(fā)生的區(qū)段，如故障可能是在CNC系統(tǒng)、PLC、MT及液壓等系統(tǒng)的哪一側(cè)，以縮小檢查范圍。