数控机床的常见故障及其诊断维修

数控机床的常见故障及其诊断维修

内蒙古北方重型汽车股份有限公司于2003年3月份建成了国内最先进的液压缸生产线，该线配备了当今世界最先进的机加设备，下面笔者以现场实际修复机床为例，进行分析。立式车削中心CH5120D×16/8－1是齐齐哈尔数控装备股份公司与德国多列士（DORRIES）公司合作生产VCE系列数控单柱立式车削加工中心。数控单柱立式车削加工中心主要由立柱、工作台、主传动系统、横梁、横梁升降机构、左、右垂直刀架、自动换刀系统（含左、右刀库）、液压系统、冷却系统、自动排屑装置及安全防护罩等组成。该设备选择SIEMENSSINUMERIK 840C 2×2（双通道）、SIMODRIVE 611 数字驱动系统和1FT5交流伺服电动机。可控制四轴X、Z、U和W，X、Z轴联动，U、W轴联动，装有19 in（1 in=25.4 mm，下同）操作面板，配10.4 in彩色显示器，RS232标准接口，3.5 in软驱，人机对话式自动编程图形显示，机外编程，PLC编程采用STEP 7语言，主轴采用交流变频电动机、坐标轴全闭环控制、螺距补偿、间隙补偿、自诊断及报警功能和恒速切削等系统所带的基本功能（840C基本功能配置）。

1. 数控设备故障诊断与处理案例

故障现象：机床电源接通后CRT无灰度，无任何画面，观察机床其他部位，均正常，电控柜中也无异常。

首先对CRT的连接电缆进行检查，发现连接无松动或是断开

现象，电控柜中的转接插头也没有问题。

检查CRT单元的输入电压，CRT单元所用的电源性质和电压的高低因生产厂家的不同有较大的差异，一般来说9 in单色CRT多用+24 V直流电源，而14 in彩色CRT为200 V交流电压，因此在此之前应先查找资料，搞清设备的具体情况。该设备的输入电压是直流24 V。

CRT单元本身的故障，CRT单元是由显示单元、调节器单元等部分组成，这类检查只是进行了简单的直观法，我们将数控系统中MMC电路板的VIDEO信号转接到电脑上，发现电脑的显示器也没有信号，因此我们推断问题在于MMC板，在处理电路板的问题时应谨慎处理，因为数控系统中如出现电路板问题时容易引起资料丢失。尤其是MMC板，它相当于一台独立的电脑，有自己的硬盘和内存，我们在处理问题的时候，首先对其内部所有东西进行了备份，而且连接电缆的时候一定要确保一端是断电状态，因为任何微小的波动都会引起资料的丢失或是电缆接头的烧坏，在拆卸电路板的时候必须保证是在断电的状态，而且应将整个单元拆卸。找到问题后，对症下药，问题就可迎刃而解了。

2. 数控设备常见故障分类

（1）进给驱动系统：进给驱动系统分为直流进给驱动和交流进给驱动，出现的故障大致可分为三类，一是利用软件的诊断程序，在CRT上显示报警信息；二是利用速度控制单元上的硬件（发光二极管的指示、熔丝熔断等）来显示报警；三是没有任何报警指示的故障。

（2）软件报警形式：这类报警是通过系统对进给驱动进行监

视、报警来显示在CRT上，第一种情况是有关伺服进给系统出错报警；这类报警大多由于速度控制方面的故障引起，或是NC与位置控制或伺服信号有关部分的故障；第二种情况是有关检测元件（测速电动机、旋转变压器或脉冲编码器）引起的故障；第三种情况是有关过热的报警，比如伺服单元、变压器及电动机。

（3）硬件报警形式：包括速度控制单元上的报警指示灯和熔丝熔断及各种开关（保护用）跳开等报警。报警指示灯的含义随速度控制单元设计上的差异也有所不同。

一般有以下几种情况：高电压报警。这类报警的原因一般是由于输入的交流电源电压超过了额定值的10%，或是电动机绝缘能力下降，可用摇表来测定电动机的绝缘能力。大电流报警。这类报警多由于速度控制单元上的功率驱动元件——晶闸管模块或是晶体管模块损坏，可在断电情况下，用万用表测量模块的集电极和发射极之间的阻值，如小于10 Ω，表明该模块已损坏。电压过低报警。过载报警。这类报警的原因有机械负载不正常，或是速度控制单元上电动机电流的上限制设定得太低，机械负载多由于设备使用时间较长，磨损严重。电流的设定值则可以更改。

速度反馈报警。这类报警多由于伺服电动机的速度或位置反馈线不良或连接器接触不良引起的，也有可能是NC中反馈信号处理模块的问题。熔丝烧断或断路器跳闸。这类报警的原因很多，须视具体情况而定，如更换熔丝仍出现报警，就必须找到熔断的原因。保护开关动作。这类报警如果是明显的保护开关动作，原因也很简单，重

复操作进行避免即可，如行程开关。如是变压器过热，空开跳闸，就要查找原因，有的是设定值有问题，有的是由于加工过程中过热引起的。

无报警显示的故障。这类故障包括机床振动，机床失控，机床噪声过大等情况，遇到这种情况需综合考虑，根据实际情况做出判断。

3. 主轴控制单元常见故障分类与进给控制单元情况相同，主轴驱动也分为直流和交流两种，目前的数控机床多为交流驱动，结合现场情况，着重谈一下交流驱动的常见故障。

（1）电动机过热。此类故障由于负载过大，电动机冷却系统过脏，无法正常冷却，冷却风扇不能正常工作，电动机与控制单元之间接触不良。现场曾出现报警指示电动机过热的报警，当时，检查电动机没有问题，却发现电动机拖动的变速器的温度也非常高，后来对变速器润滑油进行检查，发现油出现了严重的污染，造成了过热。

（2）交流输入电路的熔丝烧断。这类故障的原因多为，交流电源侧的阻抗太高，电源的整流桥损坏，逆变启用的晶体管模块损坏，控制单元的电路板出现故障。但根据现场的情况，遇到这种情况时更换熔丝就可解决问题。

（3）主轴电动机有异常噪声和振动。对这类故障应先检查确认是在何种情况下产生的。如在减速过程中产生，则故障发生在再生回路。此时应检查该回路处的熔丝是否熔断及晶体管是否损坏。如在恒速下产生，则应先检查反馈电压是否正常，然后突然切断指令，

观察电动机停转过程中是否有异常噪声。若有噪声，多出在机械部分。

（4）电动机速度超过额定值。可能是由于设定有问题，或是电路板有问题。

（5）电动机不转或达不到正常转速。这类故障的原因可能在速度指令不正常，主轴定向控制用的传感器安装不良，也可根据报警指示确定。

参考文献：

[1] 吴祖育，秦鹏飞. 数控机床[M]. 上海：上海科学基础出版社，2000.

[2] 孙汉卿. 数控机床维修技术[M]. 北京：机械工业出版社，2000.

[3] 陈亚鹏，李玉明. 电机特性与电器传动控制系统[E]. 天津：机电工程师进修大学电器学院，1989.

[4] 彭炎午. 计算机数控（CNC）系统[M]. 西安：西北工业大学出版社，2000.

[5] 廖效果. 数字控制机床[M]. 武汉：华中理工大学出版社，1998.