数控车床故障分析与维修分析论文

数控车床某一故障分析与维修分析论文
电子技术的发展以及国内数控装置的发展使得数控装置的价格走低,特别是经济型数控车系统的价格已经是到达了它的最低点。

经济型数控车床在中国的机械加工行业中得到了迅速普及，使得我国机械加工水平无论在加工质量方面还是在加工效率方面也得到了迅速提高.但是随着机床使用时间的延长,数控机床会出现这样或那样的故障，本文就以经济型数控机床的常见故障为例，谈了一些解决的办法。

简易数控车床常见故障与处理
简易数控车床又叫经济型数控车床，是在普通车床的基础上发展起来的,其自动控制系统主要由单片机构成，通过控制程序，控制机床的纵向及横向进给装置及换刀装置,自动完成零件的加工。

所以,简易数控车床仍是机电一体化设备，因而在出现故障时也要从机床的机械结构和电气控制两个方面综合分析。

1．程序运行后步进电机抖动不转
这一现象一般是步进电机或其控制系统断相造成的.有可能是步进电机本身故障也可能是其驱动电路故障.首先检查步进电机的连接插头是否接触良好，若接触良好,可将没有故障的电机调换过来，以便验证电机是否良好。

若调换电机后仍不能正常工作，则说明其控制部分不正常，可重点检查驱动板上的大功率三极管及其保护元件释放二极管，一般情况下，这两个元件
2．程序运行中工作台突然停止
这一现象一般是由机械故障引起的，但也可能是控制系统发生故障造成的。

这时可先将工作台退回原点，重新启动加工程序，若工作台总是运行到某一位置时停止，应该是传动系统的某一部位损坏、变形或被异物卡住等。

首先断电,然后检查丝母与丝杠间隙或溜板镶条是否太紧、滚珠丝杠的滚珠导槽内有无异物、丝杠有无弯曲变形、步进电机减速器内柔性齿轮是否松动或异物卡住等。

若手动盘车没有异常,则是控制系统故障，应按照故障1进行检查。

3．高速时步进电机丢步
可能是驱动电源电压降低，使步进电机输出转矩减小。

应重点检查驱动电源部分,当高压开关三极管损坏后,高压电源天法接通，高速时步进电机输出转矩减少而丢步。

也可能某处机械故障，所以还应检查丝杠、丝母、溜板、步进电
机减速器等处.当有部件弯曲、变形、或有异物时会使运行阻力增大，低速运行时现象不明显，但高速时则不能完全克服运行阻力.
4．程序运行结束刀具不回零点
一般是控制系统故障。

刀具在进给或在加工时,步进电机运转速度较低,而程序回零点时，则要求快速退回.步进电机高速运行,采用高压驱动电源，以使输出转矩增大。

控制高压驱动电源输出的有一开关三极管,当开关三极管损坏后，高速回零点时高压电源打不开，步进电机输出转矩不够，致使刀具不回到零点。

更换开关三极管即可消除。

5．刀具返回零点时越位
一般是机械传动系统运行阻力太大引起。

切削进给时，刀架低速运行,低电压驱动，步进电机运转转矩小，不足以克服阻力造成丢步。

而回零时步进电机高压驱动，运行速度高、转矩大，又没有切削阻力,步进电机不丢步。

这样去时丢步而返回时正常就会造成不回零现象。

这时可检查步进电机减速箱内传动齿轮或步进电机与丝杠之间传动齿轮上有无铁屑异物，或溜板镶条是否太紧使运行阻力增大等.
6．加工后的工件尺寸误差很大
一种可能是丝杠或丝母与车床连接松动.空走时没有吃刀阻力,溜板运行正常，加工时由于切削阻力增大,丝杠或丝母与车床连接处松动，造成加工工件尺寸漂移。

紧固连接部分,故障即可消除。

另一种可能是电动刀架造成.如果换刀后刀架不能自动锁紧,切削时刀具偏离加工点,也会造成上述现象.这时应检查刀架锁紧装置及刀架控制箱。

7．工件局部尺寸误差大
主要是丝母与丝杠间间隙过大所致。

由于丝母与丝杠长期在某一段运行,使该段的间隙增大。

程序开始时,测定的丝杠间隙被补偿到程序里,但在磨损段无法补偿，以致工件局部尺寸超差.解决的办法是修理或更换丝杠。

8．电动刀架换刀时不能定位且旋转不止
这是由于当程序要某号刀时，电动刀架正在转选刀具，当旋转到该号刀具时，没有应答信号,从而使刀架旋转不止，不能定位。

应检查电动刀架上的霍尔元件。

霍尔元件损坏时，会使所要刀具到位时,没有检测到信号输出，从而造成上述现象。

更换该号刀的霍尔元件即可。

9．程序执行过程中返回监控状态且工作停止
一般是监控程序出现故障或是强磁干扰引起。

对于强磁干扰可采用接地或
屏蔽的办法解决.若不按程序执行或启动程序时不按执行指令，立即返回监控状态，一般是监控程序或计算机硬件出现故障,可更换可疑芯片，如片外程序存储器芯片、可编程接口芯片或单片机本身。

有时片外数据存储器故障也能引起此现象。

否则只好找生产厂家重新调试。

10．加工程序经常丢失
若控制系统断电后加工程序丢失，而机床上电后重新输入加工程序，机床可以正常加工，则可能是备用电池电压降低或断开,造成数据存储器中的加工程序在机床断电后无法保持而丢失。

更换备用电池即可。

若加工程序在加工过程中经常部分或全部丢失,则极有可能是数据存储器故障，这时可更换片外数据存储器或单片机本身.
总之，简易数控车床由机械和电气两部分组成，出现故障后要从机械和电气两个方面进行分析，判断出是机械故障还是电气故障,再深入分析找出故障点.
数控车床的故障诊断内容及方法
一、故障诊断内容：系统可靠性的基本概念：系统可靠性是指数控系统在规定的条件和规定的时间内完成规定功能的能力,故障是指系统在规定的条件和规定的时间内失去了规定的功能。

数控机床是复杂的大系统,它涉及光、机、电、液等很多技术，发生故障是难免的.机械锈蚀、机械磨损、机械失效,电子元器件老化、插件接触不良、电流电压波动、温度变化、干扰、噪声,软件丢失或本身有隐患、灰尘，操作失误等都可导致数控机床出故障。

1）动作诊断:监视机床各动作部分，判定动作不良的部位.诊断部位是ATC、APC 和机床主轴。

2）状态诊断：当机床电机带动负载时，观察运行状态。

3)点检诊断：定期点检液压元件、气动元件和强电柜。

4）操作诊断：监视操作错误和程序错误。

5)数控系统故障自诊断。

二、各种CNC系统的诊断方法：CNC系统诊断技术当前使用的各种CNC系统的诊断方法归纳起来大致可分为三大类。

1、启动诊断（Star up Diagnostics）:把CNC系统每次从通电开始到进入正常的运行准备状态为止，系统内部诊断程序自动执行的诊断。

诊断的内容为系统中最关键的硬件和系统控制软件,如CPU、存储器、I/O单元等模块以及CRT/MDI
单元、纸带阅读机、软盘单元等装置或外部设备.
2、在线诊断(On—Line Diagnostics）：指通过CNC系统的内装程序，在系统处于正常运行状态时,对CNC系统本身以及与CNC装置相连的各个伺服单元，伺服电机,主轴伺服单元和主轴电机以及外部设备等进行自动诊断、检查。

一般来说，包括自诊断功能的状态显示和故障信息显示两部分.
①接口显示：为了区分出故障发生在数控内部，还是发生在PLC或机床侧,有必要了解CNC和PLC或CNC和机床之间的接状态以及CNC内部状态。

②内部状态显示：（a）由于外因造成不执行指令的状态显示.（b）复位状态显示。

(c)TH报警状态显示,即纸带水平和垂直校验,显示出报警时的纸带错误孔的位置.进口泵（d）磁泡存储器异常状态显示。

（e）位置偏差量的显示。

（f）旋转变压器或感应同步器的频率检测结果显示.（g)伺服控制信息显示。

（h)存储器内容显示等。

③故障信息显示的内容一般有上百条，最多可达600条.这许多信息大都以报警号和适当注释的形式出现。

一般可分成下述几大类：（a）过热报警类；（b）系统报警类；（c）存储器报警类；（d)编程/设定类，这类故障均为操作、编程错误引起的软故障；（e)伺服类：即与伺服单元和伺服电机有关的故障报警；（f）行程开关报警类；(g）印刷线路板间的连接故障类。

3、离线诊断（Off-Line Diagnostics）：离线诊断的主要目的是故障导通知故障定位，力求把故障定位在尽可能小的范围内.现代CNC系统的离线诊断用软件，一般多已与CNC系统控制软件一起存在CNC系统中,这样维修诊断时更为方便。

(a)通讯诊断：用户只需反CNC系统中专用“通信接口”连接到普通电话线上,而在西门子公司维修中心的专用通信诊断计算机的“数据电话"也连接到电话线路上，然后由计算机向CNC系统发送诊断程序，并将测试数据输回到计算机进行
分析关得出结论.(b）自修复系统:备用模块则系统能自动使故障模块脱机而接通备用模块，从而使系统较快地进入正常工作状态。

(c)具有AI(人工智能）功能的专家故障诊断系统：
①在处理实际问题时，通过具有某个领域的专门知识的专家分析和解释数据并作出决定。

②专家系统利用专家推理方法的计算机模型来解决问题，并且得到的结论和专家相同。

三、伺服系统的诊断方法：
采用发光二级管来批示故障可能产生的原因，例如过热报警，过流报警，过压报警，欠压报警,I2t值监控（用于电源电路)等.
数控车床常见故障及处理方法
数控车床是一种技术含量高且较复杂的机电一体化设备，其故障发生的原因一般都较复杂,给数控车床的故障诊断与排除带来不少困难。

为了便于故障分析和处理，数控车床的故障大体上可以分为以下几类。

1．主机故障和电气故障
一般说来，机械故障比较直观,易于排除，电气故障相对而言比较复杂。

电气方面的故障按部位基本可分为电气部分故障、伺服放大及位置检测部分故障、计算机部分故障及主轴控制部分故障。

至于编程而引起的故障,大多是由于考虑不周或输入失误而造成的，只需按提示修改即可.
（1)主机故障.数控车床的主机部分主要包括机械、润滑、冷却、排屑、液压、气动与防护等装置。

常见的主机故障有因机械安装、调试及操作使用不当等原因引起的机械传动故障与导轨运动摩擦过大故障。

故障表现为传动噪声大，加工精度差，运行阻力大。

(2)电气故障。

①机床本体上的电气故障.此种故障首先可利用机床自诊断功能的报警号提示,查阅梯形图或检查i／o接口信号状态，根据机床维修说明书所提供的周
纸、资料、排故流程图、调整方法，并结合工作人员的经验检查。

篷悯服放大及检测部分故障。

此种故障可利用计算机自诊断功能的报警号，计算机及伺服放大驱动板上的各信息状态指示灯,故障报警指示灯，参阅维修说明书上介绍的关键测试点的渡形、电压值，计算机、伺服放大板有关参数设定，短路销的设置及其相关电位器的调整，功能兼容板或备板的替换等方法来作出诊断和故障排除.
＠计算机部分故障.此种故障主要利用计算机自诊断功能的报警号，计算机各板上的信息状态指示灯，各关键测试点的波形、电压值,各有关电位器的调整，各短路销的设置，有关机床参数值的设定,专用诊断组件，并参考计算机控制系统维修手册、电气图等加以诊断及排除。

④交流主轴控制系统故障。

交流主轴控制系统发生故障时，应首先了解操作者是否有过不符合操作规程的意外操作,电源电压是否出现过瞬问异常，进行外观检查是否有短路器跳闸、熔丝断开等直观易查的故障。

如果没有，再确认是属于有报警显示类故障．还是无报警显示类故障，根据具体情况而定。

2．系统故障和随机故障
（1）系统故障。

此故障是指只要满足一定的条件，机床或数控系统就必然出现的故障.如,网络电压过高或过低,系统就会产生电压过高报警或电压过低报警；切削用量安排得不合适，就会产生过载报警等。

(2)随机故障。

此类故障是指在同样条件下．只偶尔出现一次或两次的故障c要想人为地再使其出现同样的故障则是不太容易的，有时很长时间也难再遇到一次.这类故障的诊断和排除都是很困难的.一般情况下,这类故障往往与机械结构的局部松动、错位，数控系统中部分组件工作特性的漂移．机床电气组件可靠性下降等有关。

比如：一台数控机床本来正常工作，突然出现主轴停止时产生漂移，停电后再进电，漂移现象仍不能消除。

调整零漂电位器后现象消失,这显然是工作点漂移造成的。

因此，排除此类故障应经过反复实验，综合判断.有些数控机床采用电磁离合器变挡,离合器剩磁也会产生类似的现象。

3．显示故障和无显示故障
以故障产生时有无自诊断显示来区分这两类故障.
（1）有报警显示故障。

现在的数控系统都有较丰富的自诊断功能，可显示出百余种的报警信号.其中，太部分是cNc系统自身的故障报警，有的是数控机床制造厂利用操作者信息，将机床的故障也显示在显示器上．根据报警信号能比较容易地找到故障和排除故障。

但是,这里讲的是比较容易的情况.有很多情况是虽
然有报警显示，但并不是报警的真正原因。

比如:一台配有FANuc控制系统的铣床就出现了这样的故障：现象是机床送电后只能向负方向点动，向正方向点动一个极小的距离就产生超程报警.停电后再送电．产生的情况与上述结果一样。

经诊断实际是由于一次突然停电,cNc系统受到干扰．造成cNc系统送电后即返回参考点完成状态．再向正方向点动自然就产生超程报警。

(2）无报警显示故障。

数控机床产生的故障还有一种情况,那就是无任何报警显示，但机床却是在不正常状态，往往是机床停在某一位置上不能正常工作，甚至连手动操作都失灵。

维修人员只能根据故障产生前后的现象来分析判断,排除这类故障是比较困难的.
4．破坏性故障和非破坏性故障
以故障产生时有无破坏性而将故障分为破坏性故障和非破坏性故障。

(1)破坏性故障。

此类故障的产生会对机床和操作者造成侵害，导致机床损坏或人身伤害，如飞车、超程运动、部件碰撞等。

这些破坏性故障往往是人为造成的.破坏性故障产生之后,维修人员在进行故障诊断时,绝不允许重现故障.
（2)非破坏性故障。

大多数的故障属于此类故障，这种故障往往通过“清零"即可消除。

5。

换刀装置故障数控车换刀一般的过程是:换刀电机接到换刀信号后,通过蜗轮蜗杆减速带动刀架旋转,由霍尔元件发出刀位信号,数控系统再利用这个信号与目标值进行比较以判断刀具是否到位。

刀换到位后,电机反转缩紧刀架。

在我维修数控车的过程中遇到了以下几个故障现象.
故障一:一台四刀位数控车床，发生一号刀位找不到,其它刀位能正常换刀的故障现象.
故障分析：由于只有一号刀找不到刀位，可以排除机械传动方面的问题，确定就是电气方面的故障。

可能是该刀位的霍尔元件及其周围线路出现问题，导致该刀位信号不能输送给PLC.对照电路图利用万用表检查后发现：1号刀位霍尔元件的24V供电正常，GND线路为正常,T1信号线正常。

因此可以断定是霍尔元件损坏导致该刀位信号不能发出。

解决办法：更换新的霍尔元件后故障排除,一号刀正常找到。

故障二：一台六刀位数控车床,换刀时所有刀位都找不到,刀架旋转数周后停止,并且数控系统显示换刀报警:换刀超时或没有信号输入。

故障分析查找:对于该故障，仍可以排除机械故障，归咎于电气故障所致.
产生该故障的电气原因有以下几种：1。

磁性元件脱落；2.六个霍尔元件同时全部损坏;3.霍尔元件的供电和信号线路开路导致无电压信号输出。

其中以第三种原因可能性最大。

因此找来电路图，利用万用表对霍尔元件的电气线路的供电线路进行检查。

结果发现:刀架检测线路端子排上的24V供电电压为0V，其它线路均正常。

以该线为线索沿线查找，发现从电气柜引出的24V线头脱落,接上后仍无反应.由此判断应该是该线断线造成故障.
解决办法：利用同规格导线替代断线后,故障排除。

故障三:一台配有FANUC—0imate系统大连机床厂的六刀位车床，选刀正常但是当所选刀位到位之后不能正常锁紧。

系统报警：换刀超时。

故障分析查找：刀架选刀正常，正转正常,就是不能反向锁紧。

说明蜗轮蜗杆传动正常，初步定为电气线路问题。

在机床刀架控制电气原理图上,发现刀具反向锁紧到位信号是由一个位置开关来控制发出的，是不是该开关即周围线路存在问题呢？为了确认这个故障原因，打开刀架的顶盖和侧盖，利用万用表参照电路图检查线路，发现线路未有开路和短路，通过用手按动刀架反向锁紧位置开关，观察梯形图显示有信号输入，至此排除电气线路问题.推断可能是挡块运动不到位，位置微动开关未动作。

于是重新换刀一次来观察一下，结果发现：果然挡块未运动到位.于是把挡块螺栓拧紧，试换刀一次正常。

再换一次刀，原故障又出现了，同时发现蜗杆端的轴套打滑并且爬升现象。

难道是它造成了电机反转锁紧时位置开关的挡块不能到位？于是把该轴套进行了轴向定位处理，将刀架顶盖装好。

结果刀架锁紧正常了。

解决办法：对轴套进行轴向定位故障解决。

6。

稳压电源故障机床在运行时机床照明灯突然不亮，机床操作面板灯也不亮,系统电源正常，同时系统急停报警,和主轴无信号警.关机后重新上电故障依旧。

故障分析检查:经询问当时操作人员，没有违规操作,排除人为原因，也可以排除机械原因,应该是电气故障引起.该机床的电器原理图显示,这些失电区域都和24V有关，并且该机床拥有两个稳压电源，一个是I/O接口电源，另一个为系统电源。

失电区域都与I/O接口有关，于是打开电气柜观察发现I/O接口稳压电源指示灯未能点亮，说明该电源未能正常工作或损坏.由稳压电源的工作原理知道,稳压电源有电流短路和过载保护的功能,当电源短路或过载时自动关断电源输出，以保护电源电路不被损坏。

于是试着把电源的输出负载线路拆下来，结果发现重新上电后电源指示灯亮了。

这说明电源本身没有损坏。

通过分析得知该电
源为I/O接口电源，负载不大，也不会出现过载现象，应该是输出回路中有短路故障.沿着输出线号进行检查发现有一根24V+输出线接头从绝缘胶布中露出并
接触到机床床体。

原因很明显：由于该线与机床发生对地短路,造成该稳压电源处于自我保护状态,使得操作面板和一些I/O接口继电器供电停止，导致发生以上故障。

至于变频器报警可能24V信号不能到位发出报警。

解决办法：用绝缘胶布把接头处重新包好,重新上电开机所有故障解决，报警解除照明灯也亮了。

7。

系统程序锁故障一台数控车，配有FANUC-0i—mate系统,无法输入对刀值等参数，不能编辑程序，并伴有报警.
故障分析检查：对此现象首先想到了程序保护开关,通过对比正常的系统发现:与系统锁住时现象一样.所以怀疑系统锁开关坏了,但经过短接,仍不能解决问题。

通过观察故障系统的梯形图发现X56输入点无信号输入，说明这条输入线路断路.沿着这条线号利用万用表检查，发现在操作面板后面选轴开关接头处线头脱落,导致线路无法输入信号,使PLC逻辑关系不正确，才出现以上故障。

解决办法:用烙铁焊锡把脱落的线头重新焊接好,报警解除，参数输入正常,故障消失.
8数控车床刀具故障现象及维修数控技术及数控机床的应用，成功地解决了某些形状复杂，一致性要求高的中、小批零件的自动化问题，这不仅大大提高了生产效率和加工精度，还减轻了工人的劳动强度，缩短了生产准备周期.但是，在数控车床使用过程中，数控车床难免会出现各种故障，所以故障的维修就成了数控车床使用者最关键的问题。

一方面销售公司售后服务不能得到及时保证，另一方面掌握一些维修技术可以快速判断故障所在，缩短维修时间,让设备尽快运转起来.在日常故障中，我们经常遇见的是刀架类、主轴类、螺纹加工类、系统显示类、驱动类、通信类等故障.而刀架故障在其中占有很大比例。

在这里，分类介绍一下日常工作中遇见的四工位电动刀架各类故障及相应地解决方法,希望能给大家提供一些有益的借鉴。

所用数控系统是广州数控设备有限公司所生产的GSK系列车床数控系统。

故障现象一：电动刀架锁不紧
故障原因处理方法
①发信盘位置没对正：拆开刀架的顶盖,旋动并调整发信盘位置,使刀架的霍尔元件对准磁钢，使刀位停在准确位置。

②系统反锁时间不够长:调整系统反锁时间参数即可（新刀架反锁时间ｔ＝１。

2ｓ即可）.
③机械锁紧机构故障：拆开刀架，调整机械，并检查定位销是否折断。

故障现象二：电动刀架某一位刀号转不停,其余刀位可以转动
故障原因处理方法
①此位刀的霍尔元件损坏：确认是哪个刀位使刀架转不停,在系统上输入指令转动该刀位，用万用表量该刀位信号触点对+24V触点是否有电压变化，若无变化,可判定为该位刀霍尔元件损坏，更换发信盘或霍尔元件。

②此刀位信号线断路，造成系统无法检测到位信号：检查该刀位信号与系统的连线是否存在断路,正确连接即可。

③系统的刀位信号接收电路有问题：当确定该刀位霍尔元件没问题,以及该刀位信号与系统的连线也没问题的情况下更换主
板。

常用的数控车床维修方法
数控设备维修是一项很复杂、技术含量很高的一项工作，数控设备与普通设备有较大的差别。

1、利用控制系统的自诊断功能
一般CNC系统都有较为完备的自诊断系统，无论是发那科系统还是西门子系统,数控系统上电初始化时或运行中均能对自身或接口做出一定范围的自诊断。

维修人员应熟悉系统自诊断各种报警信息.根据说明书进行分析以确定故障范围，定位故障元器件,对于进口的数控系统一般只能定位到板级,其片级维修一般可依靠各数控系统的厂家售后维修部门。

2、利用PLC程序的逻辑查找。

现在一般CNC控制系统均带有PLC控制器，大多为内置式PLC控制。

维修人员应根据梯形图对机床控制电器进行分析，在CRT上直观地看出CNC系统I/O的状态。

通过PLC程序的逻辑分析，进口泵方便地检查出问题存在部位，如。