数控机床故障诊断与维修实例

数控机床故障诊断与维修实例

数控机床的故障现象是多种多样的，其表现形式也没有简单的规律可遵循。对数控机床故障进行分析时，应当注意到数控机床本身的特点。

                              数控机床爬行与振动的分析

数控机床的滑动部件，如工作台、溜板、滑座等，在低速运动时常常会出现爬行现象。所谓爬行就是指上述部件时走时停的非匀速运动，轻微时表现为目光不易察觉的振颤，严重时表现为大距离冲动。由于爬行是非匀速冲动，从而严重地影响了加工精度；对定位精度要求高的数控机床则难以实现精确定位及微量进给；个别情况还可能出现扎刀，蹦飞工件等情况，故应引起高度重视。
   1、引起爬行的几个因素引起爬行的因素很多，归纳起来主要有以下几种：（ 1 ）磨擦阻力变化引起的爬行机床床身导轨和工作台导轨面都是经过磨削或刮削的，宏观看是平直而光滑的，但在微观上却存在着不同程度的犬牙参差的微峰。滑动导轨的两个接触面只是两面的微峰峰尖接触，所以它们之间实际接触面积是非常小的，因而峰尖所承受的压力之高，远远超过其弹性变形的极限而出现塑性变形，尤其是大（重）型数控机床更为突出。此外，发生塑性变形的接触点的金属分子会产生强烈的粘着作用。由于参差不齐的微峰会出现相互交错啮合，相对运动时便产生了爬行现象。这便是机床相对运动的两导轨表面产生磨擦阻力的主要根源。
   机床的爬行现象主要发生在低速运动时，此时两导轨面之间难以形成高速运动时的动压油膜，从而出现了由微峰直接接触的边界润滑。这时两导轨表面的微峰直接接触，压力极高，因而发生塑性变形，运动导致接触局部高热，出现金属分子的粘着，也称“冷焊”，这时两导轨间的磨擦系数是相当大的。
   我们都知道，推动一个物体运动所用的力应大于维持这个物体运动所用的力。也就是静磨擦力（静磨擦系数）大于动磨擦力（动磨擦系数）。在低速运动开始的短暂时间，磨擦系数μ b 从静止状态下的最大值开始呈迅速下降趋势至最小值。此时工作台表现为向前冲动。随着速度υ的增大，而开始上升。上升到较大值时，磨擦阻力增大，工作台趋向静止。此时，由于磨擦阻力的增大，相对驱动也随之增大。当驱动增大到足以克服磨擦阻力时，工作台又重复出现以前的相同冲动，驱动力随之减小。这个驱动力和磨擦力不断变化的过程，也就是工作台时走时停的循环冲动过程，这便是爬行的因素之一。
 （ 2 ）机械零（部）件别劲引起的爬行由于执行元件与运动部件中心线不同心或不平行（如滚珠丝杠螺母副之间）；或执行元件与导向面不平行（如工作台与床身导轨之间）；或运动部件导向装置夹得太紧（如导轨副预紧过大）；或液压缸活塞与活塞杆不同心产生别劲等现象均会造烦恼因磨擦阻力不均而产生爬行。还有因导轨平行度及扭曲度大，或导轨各段变化不一致使工作台移动时所需克服的阻力经常变化，滑动表面油膜破坏，导致出现爬行。
 （ 3 ）润滑不良引起的爬行当运动副的滑动速度减小时，油楔作用减弱，润滑油膜厚度降低，甚至破裂，造成金属表面局部接触。当滑动速度降低到一定数值时，油膜断裂比率增加，磨擦力随之增大，这种变化的磨擦力将导致工作台爬行。
 （ 4 ）液压系统泄漏引起的爬行由于液压系统中密封圈老化破裂，执行元件磨损等造成泄漏，使系统压力损失导致爬行，如液压泵内部零件磨损，引起液压泵输出流量和压力不足或波动；阀类元件及液压缸磨损，元件间隙变大，或液压缸活塞与缸体配合间隙过大，使高压腔与低压腔互通引起压力不足，使推力减小，在阻力变化时，液压泵不能提供压力变化而产生爬行。在液压系统的爬行中，及时消除液压缸中的气体是防止爬行的有效做法。
   2、消除爬行的对策为了有效地消除爬行，应针对具体原因采用不同的措施：（ 1 ）改善磨擦阻力改善磨擦阻力的变化。旨在减小磨擦曲线随运动速度增加而下降的斜率，也就是减小静、动磨擦系数差，其主要措施在于改善润滑状态。
   措施 1 ：改善导轨的润滑，保证充足的润滑油量及润滑油油性好、粘度适宜。对工作台载荷大的大型机床应采用粘度高的导轨润滑油。
   措施 2 ：在单靠润滑油本身难以达到性能要求的情况下，可在油中加入添加剂，以改善润滑油的性能，例如加入硫化鲸鱼油，三甲酚磷酸脂,MoS2 油剂等，或在导轨表面涂上一层固体 MoS2 润滑剂。
   措施 3 ：在导轨上粘贴上一层 TSF 导轨软带。TSF 导轨软带是一种以聚四氟乙烯为基的高分子复合材料，具有优异的磨擦性能，磨擦系数很低，约为铸铁滑动导轨的 1/10 ，在维修时采用 TSF 导轨是一种非常省事的办法。它工艺简单、性能优越有着有为广阔的应用前景。
 （ 2 ）减少机械传动部件间的磨擦阻力对于机械别劲原因造成的爬行，在保证各元件自身精度的同时，着重调整运动导向装置的平行度和同心度，重视导向装置（如滚珠丝杠）松紧程度的调整。加强润滑减少磨擦阻力，对于液压缸要处理好油缸与工作机构的联接要求，保证活塞、活塞杆运动时不受弯力、扭力的作用。对于大行程的液压缸，为防止滑动而压力过高，在设计时可采用无缝钢管作活塞杆，以减轻自重增大刚度。
 （ 3 ）液压元件磨损导致的系统泄漏分为正常磨损和非正常磨损。对正常磨损可修复或更换新件，对非正常磨损则一定要查明原因采取相应措施。若导轨被拉伤，则要修复导轨。若是油缸拉毛时，可研磨修刮，严重拉伤时可上镗床修复，并根据具体情况改进活塞结构或重配活塞。
 （ 4 ）液压系统内存在空气造成的爬行当系统中存在空气时，则应对密封不良处严加密封，并定时更换油液。选用消泡性能好的液压油，或在油中加入消泡添加剂。从油箱的设计出发，尽可能采用有隔离板的油箱，使回油产生的气泡不会很快到达吸油管附近，液压泵的吸油管与系统回油管之间的距离尽可能远，也不失为一个有效方法。
   机床爬行现象作为一种故障，对于数控机床所造成的直接后果相当严重，经济损失也是相当可观的。其引发的原因主要有机械、液压、润滑、电气等几个方面，它们之间往往相互关联、交织在一起。要在实践中不断积累经验，学会分析故障原因，以找到解决问题的最佳措施

在数控机床中有很多明显的不正常现象，但在有一些经济数控系统中，却没有报警，即使有时出现报警，报警的信息表明也不是你所看到不正常现象的报警。机床出现爬行与振动就是一个明显的例子。机床以低速运行时，机床工作台是蠕动着向前运动；机床要以高速运行时，就出现震动。

但是，如果仔细看一下导轨面润滑的情况，事实并非如此，就可以断定机床爬行和振动问题是属于速度的问题。既然是速度的问题就要去找速度环，我们知道机床的速度整个调节过程是由速度调节器来完成的。特别应该着重指出，速度调节器的时间常数，也就是速度调节器积分时间常数是以毫秒计的，因此，整个机床的伺服运动是一个过渡过程，是一个调节过程。

凡是与速度有关的问题，只能去查找速度调节器。因此，机床振动问题也要去查找速度调节器。可以从以下这些地方去查找速度调节器故障：一个是给定信号，一个是反馈信号，再一个就是速度调节器的本身。

第一个是由位置偏差计数器出来经 D/转换给速度调节器送来的模拟是 VCMD ，这个信号是否有振动分量，可以通过伺服板上的插脚 (FANUC6 系统的伺服板是 X18 脚) 来看一看它是否在那里振动。如果它就是有一个周期的振动信号，那毫无疑问机床振动是正确的，速度调节器这一部分没有问题，而是前级有问题，向 D ／一转换器或偏差计数器去查找问题。如果我们测量结果没有任何振动的周期性的波形。那么问题肯定出在其他两个部分。

我们可以去观察测速发电机的波形，由于机床在振动，说明机床的速度在激烈的振荡中，当然测速发电机反馈回来的波形一定也是动荡不已的。但是我们可以看到，测速发电机反馈的波形中是否出现规律的大起大落，十分混乱现象。这时，我们最好能测一下机床的振动频率与电机旋转的速度是否存在一个准确的比率关系，譬如振动的频率是电机转速的四倍频率。这时我们就要考虑电机或测速发电机有故障的问题。

因为振动频率与电机转速成一定比率，首先就要检查一下电动机是否有故障，检查它的碳刷，整流子表面状况，以及机械振动的情况，并要检查滚珠轴承的润滑情况，整个这个检查，可不必全部拆卸下来，可通过视察官进行观察就可以了，轴承可以用耳去听声音来检查。如果没有什么问题，就要检查测速发电机。测速发电机一般是直流的。

测速发电机就是一台小型的永磁式直流发电机，它的输出电压应正比于转速，也就是输出电压与转速是线性关系。只要转速一定，它的输出电压波形应当是一条直线，但由于齿槽的影响及整流子换向的影响，在这直线上附着一个微小的交变量。为此，测速反馈电路上都加了滤波电路，这个滤波电路就是削弱这个附在电压上的交流分量。

测速发电机中常常出现的一个毛病就是炭刷磨下来的炭粉积存在换向片之间的槽内，造成测速发电机片间短路，一旦出现这样的问题就避免不了这个振动的问题。

这是因为这个被短路的元件一会在上面支路，一会在下面支路，一会正好处于换向状态，这 3 种情况就会出现 3 种不同的测速反馈的电压。在上面支路时，上面支路由于少了一个元件，电压必然要小，而当它这个元件又转到了下面支路时，下面的电压也小，这时不论在上面支路，还是在下面支路中，都必然使这两条支路的端电压下降，且有一个平衡电流流过这两条并联的支路，又造成一定的电压降。当这个元件处于换向，正好它也处于短路，这时上下两个支路没有短路元件，电压得以恢复，且也无环流。这样，与正常测速发电机状态一样。为此，三种不同情况下电压做了一个周期地变化，这个电压反馈到调节器上时，势必引起调节器的输出也做出相应地，周期地变化。这是仅仅说了一个元件被短路。特别严重时有一遍换向片全部被碳粉给填平了，全部短路，这样就会更为严重的电压波动。

反馈信号与给定信号对于调节器来说是完全相同的。所以，出现了反馈信号的波动，必然引起速度调节器的反方向调节，这样就引起机床的振动。

这种情况发生时，非常容易处理，只要把电机后盖拆下，就露出测速发电机的整流子。这时不必做任何拆卸，只要用尖锐的勾子，小心地把每个槽子勾一下，然后用细砂纸光一下勾起的毛刺，把整流片表面再用无水酒精擦一下，再放上炭刷就可以了。这里特别要注意的是用尖锐的勾子去勾换向片间槽口时，别碰到绕组，因为绕组线很细，一旦碰破就无法修复，只有重新更换绕组。再一个千万不要用含水酒精去擦，这样弄完了绝缘电阻下降无法进行烘干，这样就会拖延修理期限。

除了上面讨论过这些引起振动的原因外，还可能是系统本身的参数引起的振荡。众所周知；一个闭环系统也可能由于参数设定不好，而引起系统振荡，但最佳的消除这个振荡方法就是减少它的放大倍数，在 FANUC 的系统中调节 RV1 ，逆时钟方向转动，这时可以看出立即会明显变好，但由于 RV1 调节电位器的范围比较小，有时调不过来，只能改变短路棒。

采用这些方法后，还做不到完全消除振动，甚至是无效的，就要考虑对速度调节器板更换或换下后彻底检查各处波形。

在这个实例中，出现爬行时，电机是在低速，一旦提高速度就震起来，这时电流就可能出现过流报警。产生这种报警的原因是机床工作台面为了迅速跟限反馈信号的变化而变化，必须有一个很大的加速度才行，这个加速度就是由电机的转矩给出的。电机转矩的变化来响应这个速度给定信号 ( 实际上是反馈信号) 的变化。转矩就是电流信号。大的转矩，就是大的电流信号造成的，在电流环中出现了一个电流的激烈变化，从而出现了过电流现象。在振动时不报警，而在振动加大时，出现了过电流报警。

从这个例子中，我们可以这样总结：位置问题去找位置环，而速度问题去找速度环。所谓位置环就是研究零件加工的尺寸问题，零件的尺寸精度要去研究位置环。当然，零件尺寸的重复精度还和基准点有关，我们在后面还要讨论基准点返回问题。但总的说来，尺寸问题，位置问题，要求考虑的对象是位置环，或者说与位置环有关的部分应是考虑的主要对象。速度的问题就要去研究速度环以及与速度环有关的部分。

   另外，如果加工零件形状有了问题，这显然是由几个轴进行插补造成的。这就是收据控制对轴进行的脉冲分配，那么如果我们认为收据控制对轴的脉冲分配是正确的 (常常是这样，很少遇到是收据控制出了毛病，或插补软件出了毛病而出现形状不对的现象) ，那么各轴在忠实地执行收据控制的指令上肯定存在问题。我们可以去查各个轴伺服单元存在的问题。我们如果想加工一条有一定斜率的直线，那么这两个轴的速度要按斜率的比率关系给定。

由于数控机床是机电一体化产品，这里边影响机床正常工作的因素很多，例如上面我们曾讨论过的加工形状误差的原因，除了电气方面的问题之外，我们在数控机床的验收一节中曾经讨论过失动量的测定，这也是影响加工的几何形状一个重要问题，这个机械方面的问题也与电气的问题混在一起，这种情况就十分难以分辨出到底哪个因素在这个问题中的比重占有多少。这些相关的因素是制约我们迅速查出故障的重要因素。

6． 2 数控机床基准点的故障分析与排除

普通的数控机床在断电之后，就失去了对各坐标位置的记忆。因此，重新开机后使机床坐标回到机床的一个固定点上，十分重要。这个操作叫做回参考点或回零。

6． 2 ．1 故障类型

   回参考点的故障一般来说主要有三类：第一类是返回参考点时机床停止位置与参考点位置不一致；第二类是机床不能正常返回参考点，且有报警产生；第三类是机床在返回参考点过程中数控系统突然变成 "不更预先" （没有准备好）状态，但又无报警产生。

6． 2 ．2 数控机床基准点的故障分析与排除实例

数控机床都有一个参考基准点（机械原点），在机床云心过程中它是一个固定点，通常把它作为第二、第三基准点及工件坐标系的才按靠基准，每次机床启动后，首先要进行机床手动回零返回基准点操作。如果返回基准点不准确，会造成加工零件报废，甚至设备损坏，因而，对于说能够机床来说，准确返回基准点相当重要，本文主要探讨基准点返回原理及基准点漂移故障排除方法。

一、基准返回原理

常用伺服电机内置增量式编码器作为位置反馈，在编码器的输出信号中，除了位置馈用的信号之外，还有一相零信号，每转一个，我们把它称为零栅格，在机床返回参考点时，首先机床以 G00 速度趋近机床零点，回零开关处于闭合 (在) 之上状态。在变为上的当回零开关信号由走开,同时坐标轴移动速度由 G00 速度降至机床系统设定的回零减速度，并以 FL 速度继续运行，当回零撞块离开回零开关时，回零信号由离开在系统开始读栅格上的变为。当第一个循环零信号出现时，机床停止运行，机械零点被设定。

二、基准点漂移故障原因及排除方法

数控机床在使用一段时间后，由于各种原因，会出现数控机床回零不准确的问题。数控机床零不准确时，往往造成加工零件的尺寸大小不一，难以保证加工精度，常常使加工的零件不能满足工艺要求，同时还可能造成机床损坏，工件报废。根据多年的工作经验，对坐标回零不准的处理，以及对日常维修此类故障进行总结，产生数控机床回零不准确的原因有三种，我们就此问题，把产生故障的原因、检查方法及排除措施归纳如下。

1．偏移一个栅格

基准偏移一个栅格的情况，其故障原因多半是减速撞块的起始位置确定不正确，或减速撞块的长度不组。

1). 减速撞块的起始位置确定不正确。检查方法：将机床与动机构从基准点朝减速撞块方向动，依诊断功能观察减速信号并计算监视器屏上自基准点至减速撞块的距离。排除措施：自减速撞块脱开点至基准点之距定为电机 1/2 转。

2). 减速撞块长度不足。检查方法：将机床与动机构从基准点朝减速撞块方向移动，依诊?断功能观察减速信号并计算监视器屏上自基准点至减速撞块的距离。排除方法：更换减速?撞块。

2．停机点不定量偏移

对于停机点不定量偏移的鼓掌、其原因主要是：

1). 干扰。检查方法：电缆屏蔽是否接地，火花消除元件是否与屏蔽层项链，脉冲传感的电缆是否置于电源电缆附近。排除方法：使电源屏蔽接地，火花消除元件接触良好，将电缆置于不同线槽内。

2). 脉冲传感器有故障。试更换脉冲传感器。

3). 脉冲传感器的电源电压低。电源装置上输出电压应是 5 V ，检查脉冲传感器上电源电压应是 4.7 V 或更高。措施：经过电缆的电压降低为 0.2 V 以下。

4)．位置板有故障，试换模块。

5)．伺服电机与机床的离合器连接松动。在电动机上做记号，并检查其与机床位置是否符合。措施：紧固离合器连接。

3．仅偏移很小距离

对于基准偏移很小距离的故障原因有两个：

1). 电缆短里或接头接触不良。检查焊接处，电缆接头是否加紧并紧固。

2). 输出信号发生偏移性振荡或位置板有故障。方法：接触偏移修正功能后，根据诊断功能检查位置偏移值，偏移性振? 荡相应于位置的偏移离。检查或更换印刷电路板及模板。

6． 3 数控车床故障分析与排除

实例 1 简易数控车床常见故障与分析处理

简易数控车床又叫做经济型数控车床，由于其价格经济自动化程度又高，因此在机加工行业中得到普遍认可和广泛使用。

简易数控车床是在普通车床的基础上发展起来的，但其自动化程度却得到极大提高。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，简易数控车床是较复杂的机—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。现结合自己在实际维修工作中的一点经验，对其常见故障作几点分析。

1．程序启动后，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的故障也可能是其驱动电路的故障。首先检查步进电机的连接插头是否接触良好，若连接插头接触良好，可再将没有故障的一相电机调换过来，若调换电机后运行正常，则说明原步进电机有故障，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极其保护元件释放二极管，一般情况下，这两个元件损坏的几率比较大。

2．加工程序运行过程中，工作台突然停止运行，步进电机抖动不转

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运行，应该是传动系统的某一部位损坏、变形或被异物卡住等原因造成的。首先将控制系统断电，然后用手转动丝杠，若在某一部位感觉阻力特大甚至根本转不动，则证明这一位置有故障。应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有无异物卡住等。若手动盘车没有异常，则是控制系统有故障，应按照 1 的步骤进行检查。

3．低速时步进电机运行正常，高速时步进电机丢步

这一现象可能是驱动电源电压降低，使步进电机输出转矩减小造成的。所以应重点检查驱动电源部分。当高压开头三极管损坏后，高压电源无法接通，使高速时步进电机输出力矩减少，造成丢步。也可能是机械故障造成的。所以在检查上述部件未果的情况下，还应检查丝杠、丝母、溜板、步进电机减速器等部分，当有部件弯曲、变型、或有异物卡住时会使运行阻力增大，当低速运行时，现象不明显，但高速运行时则不能完全克服运行阻力而造成丢步。

4．程序运行结束，刀具返回不到零点

这一现象一般是控制系统故障引起的。刀具在进给或在加工时要求低速运行，这时步进电机运转速度较低，采用低压电源供电，而程序回零点时，要求快速退回，这时要求步进电机高速运行，采用高压驱动电源，使输出转矩增大，保证正常回零。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，造成回零丢步，致使刀具返回不到原点。这一故障更换开关三极管即可消除。

5．程序运行结束，刀具返回原点时越位

这种现象一般是由机械传动系统运行阻力太大引起的。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，力矩大，又没有吃力阻力，步进电机运转正常不丢步。这样去时丢步而返回时正常就会造成上述现象。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原因。

6．空走刀时一切正常，但加工工件时尺寸误差很大

此现象一种可能是丝杠或丝母与车床部位连接松动造成。空走时没有吃刀阻力，溜板运行正常，加工工件时由于吃刀阻力增大，丝杠或丝母与车床连接处松动，造成加工工件尺寸漂移。坚固连接部分，故障即可消除。另一种可能是由电动刀架造成的。如果刀架换刀后不能自动锁紧，从而吃刀时刀具偏离加工点，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

这种现象主要是丝母与丝杠间存在间隙所引起。由于丝母与丝杠长期在某一段运行，使该段的间隙增大，在程序开始时，测定的丝杠间隙被补偿到程序里，但在磨损段无法补偿时，则工件局部尺寸超差。解决的办法是修理或更换丝杠。

8．电动刀架换刀时旋转不止，不能定位

   这是由于当程序要某号刀时，电动刀架正转选择刀具，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。这时应检查电动刀架上的霍尔元件，当霍尔元件损坏时，会使所要刀具到位时，没有检测信号输出，从而造成上述现象，这时，更换该号刀的霍尔元件即可。

9．程序执行过程中，计算机返回监控状态，一切工作不能进行

这种现象一般是监控程序出现故障造成的，也有可能是强磁干扰引起的。对于强磁干扰可采用接地或屏蔽的办法解决。若不按程序执行或起动程序时不按指令执行立即返回监控状态，一般是监控程序或计算机硬件出现故障，可更换可疑芯片，如片外程序存贮器芯片，可编程接口芯片或单片机本身，有时片外数据存贮器故障也可能引起此现象。若实在不能解决，可找生产厂家重新进行调试。

10．加工程序经常丢失，严重时造成控制系统不能正常工作

若控制系统断电后加工程序丢失，而机床上电后从新输入加工程序，机床可以正常加工，则可能是备用电池电压降低或断开，造成数据存贮器中的加工程序在机床断电后无法保持而丢失，这时，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贮器故障引起的，这时可更换片外数据存贮器或单片机本身。

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，准确快速地处理故障，提高机床维修效率。

实例 2 经济型数控车床自动回转刀架的常见故障分析及排除

经济型数控车床是指采用由单片机和步进电机组成的数控系统的车床，由于其价格低，适应性好，常常应用于教学和普通车床的数控改造。但是在使用过程中也不可避免的存在一些故障，下面主要就其回转刀架的故障谈一谈其分析和排除的方法。

数控车床一般都配有四工位自动回转刀架，它是根据微机数控系统改造传统机床设备的需要，同时兼顾刀架在机床上能够独立控制的需要而设计的。现有自动回转刀架，其结构主要有插销式和端齿盘式。由于刀架生产厂家无统一标准，因此，其结构、尺寸各异。而无论是哪一类刀架，要使其正常工作，均涉及到机械、电气、控制系统等多方面的稳定、可靠工作。一旦出现某种故障现象，则可能是机械原因，也可能是电气、控制系统方面的原因。因此，应根据不同故障类型，找准原因，准确迅速确定故障点，方能及时排除故障。

   现以目前使用较多的端齿盘式四工位自动刀架可能出现的各种故障现象加以分析，确定其排除方法。其它类型的刀架，虽其结构、尺寸、元器件类型号各有差异，但故障原因大多雷同，也可参照此法加以排除。

1刀架不能启动

1.1机械方面的原因

1.1.1刀架预紧力过大。当用六角扳手插入蜗杆端部旋转时不易转动，而用力时，可以转动，但下次夹紧后刀架仍不能启动。此种现象出现，可确定刀架不能启动的原因是预紧力过大，可通过调小刀架电机夹紧电流排除之。

1.1.2刀架内部机械卡死。当从蜗杆端部转动蜗杆时，顺时针方向转不动，其原因是机械卡死。首先，检查夹紧装置反靠定位销是否在反靠棘轮槽内，若在，则需将反靠棘轮与螺杆连接销孔回转一个角度重新打孔连接；其次，检查主轴螺母是否锁死，如螺母锁死，应重新调整；再次，由于润滑不良造成旋转件研死，此时，应拆开，观察实际情况，加以润滑处理。

1.2电器方面的原因

1.2.1电源不通、电机不转。检查溶芯是否完好、电源开关是否良好接通、开关位置是否正确。当用万用表测量电容时，电压值是否在规定范围内，可通过更换保险、调整开关位置、使接通部位接触良好等相应措施来排除。除此以外，电源不通的原因还可考虑刀架至控制器断线、刀架内部断线、电刷式霍尔元件位置变化导致不能正常通断等情况。

1.2.2电源通，电机反转。可确定为电机相序接反。通过检查线路，变换相序排除之。

1.2.3手动换刀正常、机控不换刀。此时应重点检查微机与刀架控制器引线, 微机输入／输出接口及刀架到位回答信号。

2刀架连续运转、到位不停

由于刀架能够连续运转，所以，机械方面出现故障的可能性较小，主要从电气方面检查。

2.1检查刀架到位信号是否发出，若没有到位信号，则是发讯盘故障。此时可检查：发讯盘弹性触头是否磨坏、发讯盘地线是否断路或接触不良或漏接，是否需要更换弹性片触头或重修，针对其线路中的继电器接触情况、到位开关接触情况、线路连接情况相应地进行线路故障排除。

2.2当仅出现某号刀不能定位时，则一般是由于该号刀位线断路所至。

3刀架越位过冲或转不到位

刀架越位过冲故障的机械原因可能性较大。主要是后靠装置不起征作用。

3.1检查后靠定位销是否灵活，弹簧是否疲劳。此时应修复定位销使其灵活或更换弹簧。

3.2检查后靠棘轮与蜗杆连接是否断开，若断开，需更换连接销。若仍出现过冲现象，则可能是由于刀具太长过重，应更换弹性模量稍大的定位销弹簧。

3.3出现刀架运转不到位（有时中途位置突然停留），主要是由于发讯盘触点与弹性片触点错位，即刀位信号胶木盘位置固定偏移所至。此时，应重新调整发讯盘与弹性片触头位置并固定牢靠。

3.4若仍不能排除故障，则可能是发讯盘夹紧螺母松动，造成位置移动。

4刀架不能正常夹紧

出现该故障时应当:

4.1检查夹紧开关位置是否固定不当，并调整至正常位置。

4.2用万用表检查其相应线路继电器是否能正常工作，触点接触是否可靠。若仍不能排除，则应考虑刀架内部机械配合是否松动。有时会出现由于内齿盘上有碎屑造成夹紧不牢而使定位不准，此时，应调整其机械装配并清洁内齿盘。

5其它故障现象

除以上故障外，有时还出现：无法机控选刀、夹紧后无回答信号、启动或松开手控按纽刀架返原来位置等故障现象。出现这些故障的主要原因是电路中继电器接触不良、胶木盘位置不正、电源相序不对所致，可分别读其加以调整、修复，使故障排除。

熟悉以上分析、检查方法及解决措施，对于及时、有效地找到根源，对症下药，迅速排除故障至关重要。但是，我们在总结故障产生的原因之后，有目的地预防故障的发生或减少故障发生的次数，也是我们所必须要做的。换言之，我们必须把维护和故障的排除结合起来，才能保证我们的机床稳定、高效地使用。

实例 3 伺服电动机故障的维修

故障现象：一台配套 SINUMERIK810 T 系统的数控车床，一次刀塔出现故障，转动不到位，刀塔转动时，出现6016号报警。
   分析及处理过程：根据工作原。理和故障现象进行分析，刀塔转动是由伺服电动机驱动的，电动机一起动，伺服单元就产生过载报警，切断伺服电源，并反馈给收据控制系统，显示 6016 报警。检查机械部分，更换伺服单元都没有解决问题。更换伺服电动机后，故障被排除

实例 4 电动机联轴器松动的故障维修

故障现象：一台数控车床，加工零件时，常出现径向尺寸忽大忽小的故障。

分析及处理过程：检查控制系统及加工程序均正常，然后检查传动链中电动机与丝杠的联接处，发现电动机联轴器紧固螺钉松动，使得电动机轴与丝杠产生相对运动。由于半闭环系统的位置检测器件在电动机侧，丝杠的实际转动量无法检测，从而导致零件尺寸不稳定：紧固电动机联轴器后故障消除。

6．4 数控铣床故障分析与排除

实例 1 HEIDENHAIN公司TNCl55 的数控铣床控制系统主板弯曲变形

    故障现象：一台采用德国 HEIDENHAIN 公司 TNCl55 的数控铣床，工作时系统经常死机，停电后经常丢失机床参数和程序。

分析及处理过程：经现场分析与诊断，出现该故障的原因一般有以下几点：

1)电池不良。

2)系统存储随机存取储存器出错。

3)系统软件本身不稳定。

根据以上分析，逐条进行了如下检查：首先用万用表直接测量系统断电存储用电池，发现正常：测量主板上的电池电压，发现时有时无，进一步检查发现当用手按着主板的一侧测量时电压正常，而按住另一侧时则不正常，因此初步诊断为接触不良导致；拆下该主板，仔细检查发现主板已弯曲变形，纠正后重新试验，故障排除。

实例 2 姆欧的新项目系统 Profibus 总线报警的故障维修

故障现象：一台配套姆欧的新项目 SINUMERIK 802 D 系统的四轴四联动的数控铣床，开机后有时会出现 380500 Profibus-DP ：驱动 A1(有时是 X,Y 或 Z) 出错。但关机片刻后重新开机，机床又可以正常工作。

分析及处理过程：因为该报警时有时无，维修时经过数次开关机试验机床无异常，于是检查总线、总线插头，确认连接牢固、正确，接地可靠。但数日后，故障重新出现；仔细检查 611 UE 驱动报警显示为 "电子 B280" ，故障原因为电流检测错误，测量驱动器的输入电压，发现实际输入电压为 406 V 。重新调节变压器的输出电压，机床恢复正常，报警从此不再出现。

实例 3 换刀故障的维修

故障现象：一台数控铣床发生打刀事故，按急停按钮后，换上新刀，但工作台不旋转。

分析及处理过程：通过PLC梯形图分析，发现其换刀过程不正确，计算机认为换刀过程没有结束，不能进行其他操作。因此，按正确程序重新换刀后，机床恢复正常。

6．5 加工中心故障分析与排除

6．5 ．1 加工中心的维护

   加工中心的维护工作是减少其故障的有效手段。

6．5 ．2 加工中心故障分析与排除实例

实例 1 机床过载报警的故障维修

故障现象：某配套 FANUC-0 M 系统的数控立式加工中心，在加工中经常出现过载报警，报警号为 434 ，表现形式为 Z 轴电动机电流过大，电动机发热，停上 40 min 左右报警消失，接着再工作一阵，又出现同类报警。
分析及处理过程：经检查电气伺服系统无故障，估计是负载过重带不动造成。
为了区分是电气故障还是机械故障，将 Z 轴电动机拆下与机械脱开，再运行时该故障不再出现。由此确认为机械丝杠或运动部位过紧造成。调整 Z 轴丝杠防松螺母后，效果不明显，后来又调整 Z 轴导轨镶条，机床负载明显减轻，该故障消除。

实例 2 压力开关损坏的故障维修

故障现象：某配套姆欧的新项目?840 C 系统的加工中心，一次开机后 B 轴不能运动。
   分析及处理过程：经检查， B 轴电磁阀已动作，但 PLC 显示 B 轴未放松，故判断压力开关有问题。拆下后经检查，发现该开关触点损坏；换一个压力开关后，故障消除。

实例 3 B 轴伺服报警的故障维修

故障现象：一台配套 OKUMA?OSP700 ，型号为 XHAD765 的数控机床，加工中 B 轴出现伺服报警 ALARMA ： "高级副总裁速度指令越限， B 轴 11 F9FD76"。
   分析及处理过程：按复位后，报警消除。分析报警内容，估计转台阻力大或是速度反馈有问题。将快速进给倍率开关拔到 10 ％， MDI 方式下转动 B 轴， B 轴上升后，抖动一下立即报警，同时有机械冲击声，感觉是 B 轴转不动，怀疑转台上升未到位或是机械卡滞，或是 B 轴电气有问题。MDI 方式下执行 M20 ， M21 指令升起,落下转台，查 PLC 数据 IAXBUl 在转台上升后能亮显，用尺检查转台上升的高度值正常，不应存在上下鼠齿盘未完全脱开的问题；再打开护板及转台侧盖查电动机插头和传动蜗轮蜗杆，在拉 B 轴电动机电缆时，发现 B 轴电动机三相电缆磨破，有一根电缆断裂。将电缆修复后开机， B 轴运转恢复正常。

实例 4 转台报警的故障维修

故障现象：一台配套 OKUMA?OSP700 ，型号为 XHAD765 的数控机床，早上开机后转台转位后下落时显示 "2870 旋转工作台夹紧检测器异常" ，同时工作台上升到旋转准备位置。
   分析及处理过程：复位后，报警清除。根据报警内容应查转台夹紧开关，由于转台转位前是正常的，根据经验，笔者怀疑其准确性。在 MDI 方式下执行 M20 工作台夹紧指令，工作台下落后又报警上升，经仔细观察，发现工作台下落缓慢，故怀疑下落时间超时而报警；让两个人站在工作台上，再执行 M20 指令，工作台落下明显加快,不再报警，证实了判断。
   该转台设计为上升时，液压缸压缩转台夹紧弹簧将转台顶起，夹紧时靠弹簧力将液压缸内油挤出，压紧工作台液压缸堵塞节流，弹簧力变小，油粘度增大等均会导致油流速变慢而引起转台下落超时。让机床热机 10 min ，其间连续执行 M20,M21 指令，等液压油温上升后再转转台正常。由于天气转冷，液压油随温度下降变稠，液压缸中油不能及时排出，造成超时报警。

实例 5 转台回零不准的故障维修

故障现象：一台配套 FANUC?OMC ，型号为 XH754 的数控机床，转台回零不准，回零后工作台歪斜。
   分析及处理过程：出现这种故障一般是由于转台回零开关不良、行程压块松动或开关松动。关机后将转台侧盖打开，用手压行程开关正常，查行程压块正常，查开关座正常，估计行程开关压合断开点变化。将开关座向正确方向调整小段距离后开机，故障消除。

实例 6 X 轴振荡的故障维修

故障现象：一台配套 FANUC?OMC ，型号为 XH754 的数控机床，加工中 X 轴负载有时突然上升到 80 ％，同时 X 轴电动机嗡嗡作响；有时又正常。
   分析及处理过程：现场观察发现 X 轴电动机嗡嗡作响的频率较低，故判断 X 轴发生低频振荡。发生振荡的原因有：1)轴位置环增益不合适。2)机械部分间隙大，传动链刚性差，有卡滞。3)负载惯量较大。
   经查 X 轴位置增益未变，负载也正常，经询问，操作工介绍此机床由于一直进行重切削加工， X 轴间隙较大，刚进行过间隙补偿。经查 X 轴间隙补偿参数 0535 ，发现设定值为 250 ，用百分表测得 X 轴实际间隙为 0.22 ，看来多补了；直至将设定值改为 200 后， X 轴振荡才消除。注： X 轴这么大间隙，要想提高加工精度，只有消除机械间隙。

实例 7 光栅尺故障的故障维修

故障现象：某配套姆欧的新项目?8 M 系统的进口加工中心，出现 114# 报警，手册提示为 Y 轴测量有故障，电缆损坏或信号不良。
   分析及处理过程：该机测量采用海德汉直线光栅尺，根据故障内容查 Y 轴电缆正常。为判断光栅尺是否正常，将 Y 轴光栅尺插到与其能配用的光栅数显表上通电，用手转动 Y 轴丝杠，发现 Y 轴坐标不变，则说明光栅尺故障。拆下该光栅尺，发现一光电池线头脱落：重新焊接好后，通电检查，数显表显示跟随光栅变化；再将光栅尺装回机床，开机报警消除，机床恢复正常。

实例 8 检测信号断线引起坐标轴故障的维修

故障现象：某配套姆欧的新项目?8 系统的卧式加工中心，在工作过程中机床突然停止运行，图像管出现收据控制报警 104 ；重新起动机床，报警消除，可以恢复正常，但工作不久，故障重复出现。
   分析及处理过程：查询收据控制?l04 报警，其含义为 "X 轴测量系统电缆断线" 。
   根据故障现象和报警，我们先检查读数头和光栅尺，光栅密封良好，里面洁净，读数头和光栅没有受到污染，并且读数头和光栅正常；随后检查测量电路板，经检查未发现不良现象，经过这些工作后，把重点放在反馈电缆上。测量反馈端子，发现 13 号线电压不稳，停电后测量 13 号线，发现有较大电阻，经仔细检查，发现此线在 X 轴运动过程中有一处断路，造成反馈值不稳，偏离其实际值。经重新接线后，机床故障消除。

6．6 柔性加工单元故障分析与排除

6．6 ．1 概述

数控技术与计算机集成制造系统简介

为满足现代生产中的多品种、中小批量、产品更新换代周期快的要求，出现许多先进制造方法和系统，概括起来主要有：

1.柔性制造单元(FMC)

2.柔性制造系统(FMS)

3.计算机集成制造系统(CIMS)

只介绍一下 FMC,FMS 的定义以及它们的特点。

（一）柔性制造单元（ FMC ）

1. FMC 的概念

柔性制造单元（有柔性的制造业的细胞，简称 FMC ）由一台或多台数控设备，自动化物流存储,传输和交换装置，及一台单元控制计算机组成。单元控制计算机协调和控制单元内各设备的运行并与上级计算机通信。

2. FMC 的组成

一般情况下， FMC 中存在着信息流,物流和加工三个子系统。信息流子系统包括 FMC 控制系统，监视系统，控制与管理软件；物流子系统包括工件流和刀具流的装卸,搬运和存储。下图就是一个 FMC 的控制结构框图。

3. FMC 的特点

⑴在单元计算机控制下，可在不同或同一机床上进行不同零件的加工；

⑵在单元计算机控制下，可以组成柔性制造系统并进行通信；

⑶在机床加工过程中可自动进行刀具的更换和工件的自动传输；

⑷在机床加工过程中可实现加工过程监控；

（二）柔性制造系统（ FMS ）

1. FMS 的定义

柔性制造系统（有柔性的制造业的系统，简称 FMS ）的定义是：柔性制造系统是由数控加工设备,物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统。它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、小批量生产。

2. FMS的基本组成

从硬件的形式看有三部分组成：多个加工设备、一套自动的物料储运系统以及一套计算机控制系统。

从软件内容看主要包括：运行控制软件、质量控制软件以及数据管理和通信软件。

从功能上看应该有：能自动进行零件的批量生产；改变软件，便能制造出某一零件族的任何零件；物料的运输和存储是自动完成的；能解决多机条件下零件的混合比，且无需额外增加费用。

3. FMS的效益

由于FMS是自动化系统,，应用FMS可以获得明显的效益，主要由于以下几方面的因素：

(1)主要设备利用率高。

(2)降低主要设备成本。

(3)降低直接人工成本。

(4)减少在制品库存量及生产周期。

(5)生产具有柔性、能适应市场需求的变化。

(6)具有自诊断和维护生产的能力。

(7)产品质量高。

(8)占地面积减少。

6．6．2 柔性加工单元的故障监测和诊断

数控柔性加工单元故障条目

1．伺服电源模块故障。

2．主轴放大器故障。

3．伺服放大器故障。

4．主轴电机故障。

5．伺服电机故障。

6．主轴温升超标。

7．主轴噪声超标。

8．主轴精度超标。

9．换刀时，主轴刀柄取不下。

10．换刀时，主轴不能拉上刀柄。

11．主轴不能起动。

12．机床执行了主轴定向指令后，主轴定向位置出现偏差。

13．换刀时顶刀。

14．主轴精度超差。

15．加工中CRT上显示704号报警。

16．超程报警。

17．油雾发生器故障。

18．运动轴运行时有抖动，噪声较大。

19．运动轴单脉冲进给达不到要求或低速爬行。

20．机床电源开关接通，CNC启动按钮按下，CRT上显示1001号报警。

21．机床电源开关接通，CNC启动按钮按下，CRT上显示1000号报警。

22、托盘交换故障。

23．手动方式按下刀库分度向前或分度向后按钮，自动方式执行选刀指令，刀链不启动。

24．刀库选刀故障。

25．刀库换刀故障。

26．排屑器故障

27．机床防护门不灵活，错位、卡死、关不严。

28．液压系统故障。

29．冷却系统故障。

30．CRT屏幕显示1000～1068号报警。（自定义的机床报警。）

31．机床电源接通后，按下CNC启动按钮，CNC未启动。

32．数控系统电源接通后无画面显示。

33．加工程序丢失或机床参数丢失。。

34．CRT显示屏画面抖动或晃动。

35．CRT上显示910～998报警。36、

36．手动（JOG）操作、手轮（MPG）操作、自动操作无法执行。

37．CRT屏幕显示400、401、4n0、4n1、4n4、4n6号报警。

38．位置检测反馈报警（硬断线报警）。

39．位置检测反馈报警（软断线报警）。

40．电机编码器无信号输出。

41．工件表面产生明显振纹，粗糙度增加。

42．工件圆度误差较大。

43．电气控制柜内通风不良。

44．回零重复性不稳与加工尺寸不稳。

45．机床某轴返回参考点时发生“90”号报警

46．总电源开关接通后电源指示灯不亮。

47．控制电源故障。

48．伺服电源故障。

6．6．3 柔性加工单元故障分析与排除实例

机床维修之前应首先阅读随机技术文件、资料，弄清原理后再进行修理。

故障检查与排除时，关断电源后，方可插、拔插头、连接器或拆卸电气元器件；检修操作过程中必须遵守安全操作规程。