數(shù)控機床是現(xiàn)代制造業(yè)的關鍵設備，在很大程度上影響著裝備制造業(yè)的發(fā)展。然而在實際生產(chǎn)操作中，又會出現(xiàn)各種常見故障，每個問題的產(chǎn)生都會有它的根源之所在，我們追根溯源總找到其解決的辦法。
故障分析的方法
一、常見故障及其分類
1.按故障發(fā)生的部位分類
?、胖鳈C故障數(shù)控機床的主機通常指組成數(shù)控機床的機械、潤滑、冷卻、排屑、液壓、氣動與防護等部分。主機常見的故障主要有：
1）因機械部件安裝、調(diào)試、操作使用不當?shù)仍蛞鸬臋C械傳動故障
2）因導軌、主軸等運動部件的干涉、摩擦過大等原因引起的故障
3）因機械零件的損壞、聯(lián)結不良等原因引起的故障，等等
主機故障主要表現(xiàn)為傳動噪聲大、加工精度差、運行阻力大、機械部件動作不進行、機械部件損壞等等。潤滑不良、液壓、氣動系統(tǒng)的管路堵塞和密封不良，是主機發(fā)生故障的常見原因。數(shù)控機床的定期維護、保養(yǎng)．控制和根除“三漏”現(xiàn)象發(fā)生是減少主機部分故障的重要措施。
?、齐姎饪刂葡到y(tǒng)故障從所使用的元器件類型上．根據(jù)通常習慣，電氣控制系統(tǒng)故障通常分為“弱電”故障和“強電”故障兩大類，
“弱電”部分是指控制系統(tǒng)中以電子元器件、集成電路為主的控制部分。數(shù)控機床的弱電部分包括CNC、PLC、MDI/CRT以及伺服驅(qū)動單元、輸為輸出單元等。
“弱電”故障又有硬件故障與軟件故障之分．硬件故障是指上述各部分的集成電路芯片、分立電子元件、接插件以及外部連接組件等發(fā)生的故障。軟件故障是指在硬件正常情況下所出現(xiàn)的動作出鍺、數(shù)據(jù)丟失等故障，常見的有．加工程序出錯，系統(tǒng)程序和參數(shù)的改變或丟失，計算機運算出錯等。
“強電”部分是指控制系統(tǒng)中的主回路或高壓、大功率回路中的繼電器、接觸器、開關、熔斷器、電源變壓器、電動機、電磁鐵、行程開關等電氣元器件及其所組成的控制電路。這部分的故障雖然維修、診斷較為方便，但由于它處于高壓、大電流工作狀態(tài)，發(fā)生故障的幾率要高于“弱電”部分．必須引起維修人員的足夠的重視。
2．按故障的性質(zhì)分類
?、糯_定性故障確定性故障是指控制系統(tǒng)主機中的硬件損壞或只要滿足一定的條件，數(shù)控機床必然會發(fā)生的故障。這一類故障現(xiàn)象在數(shù)控機床上最為常見，但由于它具有一定的規(guī)律，因此也給維修帶來了方便確定性故障具有不可恢復性，故障一旦發(fā)生，如不對其進行維修處理，機床不會自動恢復正常．但只要找出發(fā)生故障的根本原因，維修完成后機床立即可以恢復正常。正確的使用與精心維護是杜絕或避免故障發(fā)生的重要措施。
?、齐S機性故障隨機性故障是指數(shù)控機床在工作過程中偶然發(fā)生的故障此類故障的發(fā)生原因較隱蔽，很難找出其規(guī)律性，故常稱之為“軟故障”，隨機性故障的原因分析與故障診斷比較困難，一般而言，故障的發(fā)生往往與部件的安裝質(zhì)量、參數(shù)的設定、元器件的品質(zhì)、軟件設計不完善、工作環(huán)境的影響等諸多因素有關．
隨機性故障有可恢復性，故障發(fā)生后，通過重新開機等措施，機床通常可恢復正常，但在運行過程中，又可能發(fā)生同樣的故障。
加強數(shù)控系統(tǒng)的維護檢查，確保電氣箱的密封，可靠的安裝、連接，正確的接地和屏蔽是減少、避免此類故障發(fā)生的重要措施。
3．按故障的指示形式分類
?、庞袌髱э@示的故障數(shù)控機床的故障顯示可分為指示燈顯示與顯示器顯示兩種情況：
1）指示燈顯示報警指示燈顯示報警是指通過控制系統(tǒng)各單元上的狀態(tài)指示燈（一般由LED發(fā)光管或小型指示燈組成）顯示的報警．根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的狀態(tài)指示燈，即使在顯示器故障時，仍可大致分析判斷出故障發(fā)生的部位與性質(zhì)，因此．在維修、排除故障過程中應認真檢杳這些狀態(tài)指示燈的狀態(tài)。
2）顯示器顯示報警．顯示器顯示報警是指可以通過CNC顯示器顯示出報警號和報警信息的報警。由于數(shù)控系統(tǒng)一般都具有較強的自診斷功能，如果系統(tǒng)的診斷軟件以及顯示電路工作正常，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可以在顯示器上以報警號及文本的形式顯示故障信息。數(shù)控系統(tǒng)能進行顯示的報警少則幾十種，多則上千種，它是故障診斷的重要信息。在顯示器顯示報警中，又可分為NC的報警和PLC的報等兩類。前者為數(shù)控生產(chǎn)廠家設置的故降顯示．它可對照系統(tǒng)的“維修手冊”，來確定可能產(chǎn)生該故障的原因。后者是由數(shù)控機床生產(chǎn)廠家設置的PLC報警信息文本，屬于機床側(cè)的故降顯示。它可對照機床生產(chǎn)廠家所提供的“機床維修手冊”中的有關內(nèi)容．確定故障所產(chǎn)生的原因。
?、茻o報警顯示的故障這類故障發(fā)生時．機床與系統(tǒng)均無報警顯示，其分析診斷難度通常較大．需要通過仔細、認真的分析判斷才能予以確認。特別是對于一些早期的數(shù)控系統(tǒng)，由于系統(tǒng)本身的診斷功能不強，或無PLC報警信息文本，出現(xiàn)無報警顯示的故障情祝則更多．
對于無報警顯示故障，通常要具體情況具體分析，根據(jù)故障發(fā)生前后的變化．進行分析判斷，原理分析法與PLC程序分析法是解決無報警顯示故障的主要方法．
4．按故障產(chǎn)生的原因分類
?、艛?shù)控機床自身故障這類故障的發(fā)生是由于數(shù)控機床自身的原因所引起的，與外部使用環(huán)境條件無關．數(shù)控機床所發(fā)生的極大多數(shù)故障均屬此類故障。
?、茢?shù)控機床外部故障這類故障是由于外部原因所造成的。供電電壓過低、過高，波動過大：電源相序不正確或三相輸入電壓的不平衡；環(huán)境溫度過高：有害氣體、潮氣、粉塵授入：外來振動和干擾等都是引起故障的原因。
此外，人為因素也是造成數(shù)控機床故障的外部原因之一，據(jù)有關資料統(tǒng)計，首次使用數(shù)控機床或由不熟練工人來操作數(shù)控機床，在使用的第一年，操作不當所造成的外部故障要占機床總故障的三分之一以上。
除上述常見故障分類方法外，還有其他多種不同的分類方法。如：按故障發(fā)生時有無破壞性．可分為破壞性故障和非破壞性故障兩種．按故障發(fā)生與需要維修的具體功能部位．可分為數(shù)控裝置故障，進給伺服系統(tǒng)故障，主軸驅(qū)動系統(tǒng)故障，白動換刀系統(tǒng)故障等等，這一分類方法在維修時常用．
二、故障分析的基本方法
故障分析是進行數(shù)控機床維修的第一步，通過故障分析，一方面可以迅速查明故障原因排除故障：同時也可以起到預防故障的發(fā)生與擴大的作用。一般來說，數(shù)控機床的故障分析主要方法有以下幾種，
?、懦Ｒ?guī)分析法常規(guī)分析法是對數(shù)控機床的機、電、液等部分進行的常規(guī)檢查，以此來判斷故障發(fā)生原因的一種方法。在數(shù)控機床上常規(guī)分析法通常包括以下內(nèi)容：
1）檢查電源的規(guī)格（包括電壓、頻率、相序、容量等）是否符合要求
2）檢查CNC伺服驅(qū)動、主軸驅(qū)動、電動機、輸入／輸出信號的連接是否正確、可靠
3）檢查CNC伺服驅(qū)動等裝置內(nèi)的印刷電路板是否安裝牢固，接插部位是否有松動
4）檢查CNC伺服驅(qū)動，主軸驅(qū)動等部分的設定端、電位器的設定、調(diào)整是否正確
5）檢查液壓、氣動、潤滑部件的油壓、氣壓等是否符合機床要求
6）檢查電器元件、機械部件是否有明顯的損壞，等等
⑵動作分析法動作分析法是通過觀察、監(jiān)視機床實際動作，判定動作不良部位并由此來追溯故障根源的一種方法。
一般來說，數(shù)控機床采用液壓、氣動控制的部位如：自動換刀裝置、交換工作臺裝置、夾具與傳輸裝置等均可以通過動作診斷來判定故障原因。
?、菭顟B(tài)分析法狀態(tài)分析法是通過監(jiān)測執(zhí)行元件的工作狀態(tài)，判定故障原因的一種方法，這一方法在數(shù)控機床維修過程中使用最廣。
在現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)中伺服進給系統(tǒng)、主軸驅(qū)動系統(tǒng)、電源模塊等部件的主要參數(shù)都可以進行動態(tài)、靜態(tài)檢測，這些參數(shù)包括：輸入／輸出電壓，輸入／輸出電流，給定／實際轉(zhuǎn)速、位置實際的負載的晴況等。此外，數(shù)控系統(tǒng)全部輸入／輸出信號包括內(nèi)部繼電器、定時器等的狀態(tài)，亦可以通過數(shù)控系統(tǒng)的診斷參數(shù)予以檢查通過狀態(tài)分析法，可以在無儀器、設備的情況下根據(jù)系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)迅速找到故障的原因，在數(shù)控機床維修過程中使用最廣，維修人員必須熟練掌握。
?、炔僮鳌⒕幊谭治龇ú僮鳌⒕幊谭治龇ㄊ峭ㄟ^某些特殊的操作或編制專門的測試程序段，確認故障原因的一種方法。如通過手動單步執(zhí)行自動換刀、自動交換工作臺動作，執(zhí)行單一功能的加工指令等方法進行動作與功能的檢測。通過這種方法，可以具體判定故障發(fā)生的原因與部件，檢查程序編制的正確性。
?、上到y(tǒng)自診斷法數(shù)控系統(tǒng)的自診斷是利用系統(tǒng)內(nèi)部自診斷程序或?qū)Ｓ玫脑\斷軟件，對系統(tǒng)內(nèi)部的關鍵硬件以及系統(tǒng)的控制軟件進行自我診斷、測試的診斷方法。它主要包括開機自診斷、在線監(jiān)控與脫機測試這一個方面內(nèi)容（詳見下述）
三、CNC的故障自診斷
1．開機自診斷
所謂開機自診斷是指數(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。
開機自診斷可以對系統(tǒng)中的關鍵硬件，如：CPU、存儲器、I/O單元、CRT/MDI單元，紙帶閱讀機、軟驅(qū)等裝置進行自動檢查；確定指定設備的安裝、連接狀態(tài)與性能：部分系統(tǒng)還能對某些重要的芯片，如：PAM、ROM、專用LSI等進行診斷。數(shù)控系統(tǒng)的自診斷在開機時進行，只有當全部項日都被確認無誤后，才能進入正常運行狀態(tài)。
診斷的時間決定十數(shù)控系統(tǒng)一般只需數(shù)秒鐘，但有的需要幾分鐘。開機自診斷一般按規(guī)定的步驟進行，以FANUC公司的FANUCII系統(tǒng)為例診斷程序的執(zhí)行過程中，系統(tǒng)主板上的七段顯示按9→8→7→6→5→4→3→2→1的順序變化，相應的檢查內(nèi)容為：
9―對CPU進行復位，開始執(zhí)行診斷指令：
8―進行ROM測試，表示ROM檢查出錯時，顯示器變?yōu)閎；
7―對RAM清零，系統(tǒng)對RAM中的內(nèi)容進行清除，為正常運行作好準備；
6一對BAC（總線隨機控制）芯片進行初始化。此時，若顯示變?yōu)锳，說明主板與CRT之
間的傳輸出了差錯；變?yōu)镃，表示連接錯誤：變?yōu)镕，表示I/O板或連接電纜不良：變?yōu)镠,表示所用的連接單元識別號不對；顯示小寫字母c表示光纜傳輸出錯；顯示J，表示PLC或接口轉(zhuǎn)換電路不良等等。
5―對MDI單元進行檢查
4―對CRT單元進行初始化
3―顯示CRT的初始畫面，如：軟件版本號、系列號等。此時若顯示變成L，表明PLC的
控制軟件存在問題：變?yōu)镺，則表示系統(tǒng)未能通過初始化，控制軟件存在問題：
2―表示已完成系統(tǒng)的初始化工作；
1―表示系統(tǒng)已可以正常運轉(zhuǎn)此時若顯示變?yōu)镋表示系統(tǒng)的主板或ROM板，或CNC控制軟件有故障。
在一般清況下CRT初始化完成后，若其他部分存在故障，CRT即可以顯示出報警信息。
2．在線監(jiān)控
在線監(jiān)控可以分為CNC內(nèi)部程序監(jiān)控與通過外部設備監(jiān)控兩種形式CNC內(nèi)部程序監(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、檢查和監(jiān)視的種方法。在線監(jiān)控范圍包括CNC本身以及與CNC相連的伺服單元、伺服電動機、主軸伺服單元、主軸電動機、外部設備等。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。
⑴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)。
指不數(shù)字輸入／輸出信號的通斷清祝，幫助分析故障。維修時必須了解CNC和PLC、CNC和機床之間各信號所代表的意義，以及信號產(chǎn)生撤消應具備的各種條件才能進行相應檢查。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)檢查的技術指南。
⑵內(nèi)部狀態(tài)顯示一般來說利用內(nèi)部狀態(tài)顯不功能，可以顯示以下幾方面的內(nèi)容：
1）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；在螺紋切削時，是否處于等待‘主軸I轉(zhuǎn)信號”進給速度倍率是否設定為0%，等等。
2）復位狀態(tài)顯示，指示系統(tǒng)是否處于“急停”狀態(tài)或是“外部復位”信號接通狀態(tài)。
3）TH報警狀態(tài)顯示。它可以顯示出報警時的紙帶錯誤孔的位置。
4）存儲器內(nèi)容以及磁泡存儲器異常狀態(tài)的顯示。
5）位置跟隨誤差的顯示。
6）伺服駱動部分的控制信息顯示
7）編碼器、光柵等位置測量元件的輸入脈沖顯示等等
?、枪收闲畔@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”，加文本的形式出現(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“維修說明書”上可以查閱。
通過外部設備監(jiān)控是指采用計算機、PLC編程器等設備，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)檢測，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)控設備進行。
隨著計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展，作為外部設備在線監(jiān)控的一種，通過網(wǎng)絡聯(lián)接進行的遠程診斷技術正在進一步普及、完善。通過網(wǎng)絡，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和幫助。
3．脫機測試
脫機測試亦稱“離線診斷”，它是將數(shù)控系統(tǒng)與機床脫離后，對數(shù)控系統(tǒng)本身進行的測試與檢查。通過脫機測試可以對系統(tǒng)的故障作進一步的定位，力求把故障范圍縮到最小。如：通過對印制線路板的脫機測試，可以將故障范圍定位到印制電路板的某部分甚至某個芯片或器件，這對印制電路板的修復是I分必要的。數(shù)控系統(tǒng)的脫機測試需要專用診斷軟件或?qū)Ｓ脺y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。
隨著計算機技術的發(fā)展，現(xiàn)代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。
數(shù)控機床常見機械故障及防范措施
一、主軸部件故障
由于使用調(diào)速電機，數(shù)控機床主軸箱結構比較簡單，容易出現(xiàn)故障的部位是主軸內(nèi)部的刀具自動夾緊機構、自動調(diào)速裝置等。為保證在工作中或停電時刀夾不會自行松脫，刀具自動夾緊機構采用彈簧夾緊，并配行程開關發(fā)出夾緊或放松信號。若刀具夾緊后不能松開，則考慮調(diào)整松刀液壓缸壓力和行程開關裝置或調(diào)整碟形彈簧上的螺母，減小彈簧壓合量。此外，主軸發(fā)熱和主軸箱噪聲問題，也不容忽視，此時主要考慮清洗主軸箱，調(diào)整潤滑油量，保證主軸箱清潔度和更換主軸軸承，修理或更換主軸箱齒輪等。
二、進給傳動鏈故障
在數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)中，普遍采用滾珠絲杠副、靜壓絲杠螺母副、滾動導軌、靜壓導軌和塑料導軌。所以進給傳動鏈有故障，主要反映是運動質(zhì)量下降。如：機械部件未運動到規(guī)定位置、運行中斷、定位精度下降、反向間隙增大、爬行、軸承噪聲變大(撞車后)等。
對于此類故障可以通過以下措施預防：
(1)提高傳動精度調(diào)節(jié)各運動副預緊力，調(diào)整松動環(huán)節(jié)，消除傳動間隙，縮短傳動鏈和在傳動鏈中設置減速齒輪，也可提高傳動精度。
(2)提高傳動剛度。調(diào)節(jié)絲杠螺母副、支承部件的預緊力及合理選擇絲杠本身尺寸，是提高傳動剛度的有效措施。剛度不足還會導致工作臺或拖板產(chǎn)生爬行和振動以及造成反向死區(qū)，影響傳動準確性。
(3)提高運動精度。在滿足部件強度和剛度的前提下，盡可能減小運動部件的質(zhì)量，減小旋轉(zhuǎn)零件的直徑和質(zhì)量，以減小運動部件的慣性，提高運動精度。
(4)導軌滾動導軌對贓物比較敏感，必須要有良好的防護裝置，而且滾動導軌的預緊力選擇要恰當，過大會使牽引力顯著增加。靜壓導軌應有一套過濾效果良好的供油系統(tǒng)。
三、自動換刀裝置故障
自動換刀裝置故障主要表現(xiàn)在：刀庫運動故障、定位誤差過大、機械手夾持刀柄不穩(wěn)定、機械手運動誤差較大等。故障嚴重時會造成換刀動作卡住，機床被迫停止工作。
1.刀庫運動故障
若連接電機軸與蝸桿軸的聯(lián)軸器松動或機械聯(lián)接過緊等機械原因，會造成刀庫不能轉(zhuǎn)動，此時必須緊固聯(lián)軸器上的螺釘。若刀庫轉(zhuǎn)動不到位，則屬于電機轉(zhuǎn)動故障或傳動誤差造成。若出現(xiàn)刀套不能夾緊刀具，則需調(diào)整刀套上的調(diào)節(jié)螺釘，壓緊彈簧，頂緊卡緊銷當出現(xiàn)刀套上/下不到位時，應檢查撥叉位置或限位開關的安裝與調(diào)整情況。
2.換刀機械手故障
若刀具夾不緊、掉刀，則調(diào)整卡緊爪彈簧，使其壓力增大，或更換機械手卡緊銷若刀具夾緊后松不開，應調(diào)整松鎖彈簧后的螺母，使最大載荷不超過額定值。若刀具交換時掉刀，則屬于換刀時主軸箱沒有回到換刀點或換刀點漂移造成，應重新操作主軸箱，使其回到換刀位置，重新設定換刀點。
四、各軸運動位置行程開關壓合故障
在數(shù)控機床上，為保證自動化工作的可靠性，采用了大量檢測運動位置的行程開關機床。經(jīng)過長期運行，運動部件的運動特性發(fā)生變化，行程開關壓合裝置的可靠性及行程開關本身品質(zhì)特性的改變，對整機性能產(chǎn)生較大影響。一般要適時檢查和更換行程開關，可消除因此類開關不良對機床的影響。
五、配套輔助裝置故障
1.液壓系統(tǒng)
液壓泵應采用變量泵，以減少液壓系統(tǒng)的發(fā)熱油箱內(nèi)安裝的過濾器，應定期用汽油或超聲波振動清洗。常見故障主要是泵體磨損、裂紋和機械損傷此時一般必須大修或更換零件。
2.氣壓系統(tǒng)
用于刀具或工件夾緊、安全防護門開關以及主軸錐孔吹屑的氣壓系統(tǒng)中，分水濾氣器應定時放水，定期清洗，以保證氣動元件中運動零件的靈敏性。閥心動作失靈、空氣泄漏、氣動元件損傷及動作失靈等故障均由潤滑不良造成，故油霧器應定期清洗。此外，還應經(jīng)常檢查氣動系統(tǒng)的密封性。
3.潤滑系統(tǒng)
包括對機床導軌、傳動齒輪、滾珠絲杠、主軸箱等的潤滑。潤滑泵內(nèi)的過濾器需定期清洗、更換，一般每年應更換一次。
4.冷卻系統(tǒng)
它對刀具和工件起冷卻和沖屑作用。冷卻液噴嘴應定期清洗。
5.排屑裝置
排屑裝置是具有獨立功能的附件，主要保證自動切削加上順利進行和減少數(shù)控機床的發(fā)熱。因此排屑裝置應能及時自動排屑，其安裝位置一般應盡可能靠近刀具切削區(qū)域。
六、結語
數(shù)控機床是采用計算機控制，機電一體化的自動化加工設備，數(shù)控機床的使用是一項技術應用工程。正確預防和有效維修是提高數(shù)控機床使用效率的基本保證。對于常見的機械故障，雖然出現(xiàn)的機會不多，但絕不容忽視應綜合分析和判斷故障根源，盡可能縮短故障停機時間，以利于數(shù)控機床性能的高效發(fā)揮。