五、 控机床常见故障诊断及排除方法
不同的数控系统虽然在结构和性能上有所区别，但随着微电子技术的发展，在故障诊断上有它的共性。
1、 数控机床故障诊断原则
在故障诊断时应掌握以下原则：
（1）先外部后内部 数控机床是集机械、液压、电气为一体的机床，故其故障的发生也会由这三者综合反映出来。维修人员应先由外向内逐一进行排查。尽量避免随意地启封、拆卸，否则会扩大故障，使机床大伤元气，丧失精度，降低性能。
（2）先机械后电气 一般来说，机械故障较易发觉，而数控系统故障的诊断则难度较大些。在故障检修之前，首先注意排除机械性的故障，往往可达到事半功倍的效果。
（3）先静后动 先在机床断电的静止状态，通过了解、观察测试、分析确认为非破坏性故障后，方可给机床通电。在运行工况下，进行动态的观察、检验和测试，查找故障。而对破坏性故障，必须先排除危险后，方可通电。
（4）先简单后复杂 当出现多种故障互相交织掩盖，一时无从下手时，应先解决容易的问题，后解决难度较大的问题。往往简单问题解决后，难度大的问题也可能变得容易。
2、数控机床的故障诊断技术
数控系统是高技术密集型产品，要想迅速而正确的查明原因并确定其故障的部位，要借助于诊断技术。随着微处理器的不断发展。诊断技术也由简单的诊断朝着多功能的高级诊断或智能化方向发展。诊断能力的强弱也是评价CNC数控系统性能的一项重要指标。目前所使用的各种CNC系统的诊断技术大致可分为以下几类：
1. 启动诊断（Start Up Diagnostics）
启动诊断是指CNC系统每次从通电开始，系统内部诊断程序就自动执行诊断。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等单元模块，以及MDI/CRT单元、纸带阅读机、软盘单元等装置或外部设备。只有当全部项目都确认正确无误之后，整个系统才能进入正常运行的准备状态。否则，将在CRT画面或发光二极管用报警方式指示故障信息。此时启动诊断过程不能结束，系统无法投入运行。
２. 在线诊断（On-Line Diagnostics）
在线诊断是指通过CNC系统的内装程序，在系统处于正常运行状态时对CNC系统本身及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动机以及外部设备等进行自动诊断、检查。只要系统不停电，在线诊断就不会停止。
在线诊断一般包括自诊断功能的状态显示有上千条，常以二进制的0、1来显示其状态。对正逻辑来说，０表示断开状态，１表示接通状态，借助状态显示可以判断出故障发生的部位。常用的有接口状态和内部状态显示，如利用I/O接口状态显示，再结合PLC梯形图和强电控制线路图，用推理法和排除法即可判断出故障点所在的真正位置。故障信息大都以报警号形式出现。一般可分为以下几大类：①过热报警类；②系统报警类；③存储报警类；④编程／设定类；⑤伺服类；⑥行程开关报警类；⑦印刷线路板间的连接故障类。
3.离线诊断（Off-Line Diagnostics）
离线诊断是指数控系统出现故障后，数控系统制造厂家或专业维修中心，利用专用的诊断软件和测试装置进行停机（或脱机）检查。力求把故障定位到尽可能小的范围内，如缩小到某个功能模块、某部分电路，甚至某个芯片或元件，这种故障定位，更为精确。
4. 现代诊断技术
随着电信技术的发展，IC和微机性能/价格比的提高，近年来国外己将一些新的概念和方法成功地引用到诊断领域。
1）通信诊断
也称远程诊断即利用电话通讯线，把带故障的CNC系统和专业维修中心的专用通讯诊断计算机通过连接进行测试诊断。如德国西门子公司在CNC系统诊断中采用了这种诊断功能，用户把CNC系统中专用的“通信接口”连接在普通电话线上，而西门子公司维修中心的专用通迅诊断计算机的“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并得出结论，随后将诊断结论和处理办法通知用户。
通讯诊断系统还可为用户作定期的预防性诊断，维修人员不必亲临现场，只需按预定的时间对机床作一系列运行检查，在维修中心分析诊断数据，可发现存在的故障隐患，以便及早采取措施。当然，这类CNC系统，必须是具备远程诊断接口及联网功能。
2）自修复系统
就是在系统内设置有备用模块，在CNC系统的软件中装有自修复程序，当该软件在运行时一旦发现某个模块有故障时，系统一方面将故障信息显示在CRT上，同时自动寻找是否有备用模块，如有备用模块，则系统能自动使故障脱机，而接通备用模块使系统能较快地进入正常工作状态。这种方案适用于无人管理的自动化工作的场合。
3、 数控机床的故障诊断方法
由于数控机床故障比较复杂。同时，数控系统自诊断能力还不能对系统的所有部件进行测试，往往是一个报警号指示出众多的故障原因，使人难以下手。下面介绍维修人员在生产实践中常用的排除故障方法。
1. 直观检查法
它是维修人员最先使用的方法，即在故障诊断时，由外向内逐一进行观察检查。特别要注意观察电路板的元器件及线路是否有烧伤、裂痕等现象、电路板上是否有短路、断路，芯片接触不良等现象，对于已维修过的电路板，更要注意有无缺件、错件及断线等情况。
2. 功能程序测试法
功能程序测试法是将数控系统的G、M、S、T、F功能用编程法编成一个功能试验程序，并存储在相应的介质上，如纸带和磁带等。在故障诊断时运行这个程序，可快速判定故障发生的可能起因。
功能程序测试法常应用于以下场合
1）机床加工造成废品而一时无法确定是编程操作不当、还是数控系统故障引起
2）数控系统出现随机性故障。一时难以区别是外来干扰，还是系统稳定性不好
3）闲置时间较长的数控机床在投入使用前或对数控机床进行定期检修时

3. 试探交换法
即在分析出故障大致起因的情况下，维修人员可以利用备用的印刷电路板、集成电路芯片或元器件替换有疑点的部分，从而把故障范围缩小到印刷线路板或芯片一级。
采用此法之前要注意备用板的设定状态与原板的状态是否完全一致，这包括检查板上的选择开关、短路棒的设定位置以及电位器的位置。一般不要轻易更放CPU板及存储器板，否则有可能造成程序和机床参数的丢失，造成故障的扩大；若是EPROM板或EPROM芯片，请注意存储器芯片上贴的软件版本标签是否与原板完全一致，若不一致，则不能更换。
4. 参数检查法
发生故障时应及时核对系统参数，参数一般存放在磁泡存储器或存放在需由电池保持的CMOS RAM中，一旦电池不足或由于外界的干扰等因素，使个别参数丢失或变化，发生混乱，使机床无法正常工作。此时，可通过核对、修正参数，将故障排除。
5. 测量比较法
CNC系统生产厂在设计印刷线路板时，为了调整和维修方便，在印刷线路板上设计了一些检测量端子。维修人员通过检测这些测量端子的电压或波形，可检查有关电路的工作状态是否正常。但利用检测端子进行测量之前，应先熟悉这些检测端子的作用及有关部分的电路或逻辑关系。
除以上常用的故障检测方法之外，还可以采用敲击法检查是否虚焊或接触不良等。总之，按照不同的故障现象，可以同时选用几个方法灵活应用、综合分析，才能逐步缩小故障范围，较快地排除故障。
4、 数控机床常见故障的处理
数控机床的故障现象尽管情况不一，种类繁多，但按其发生的部位常见的故障及处理方法可分为如下几类：
1. 机械部分的常见故障
数控机床常见的机械故障是多种多样的，可参考机床相关说明书及机械修理手册，这里仅介绍一些共性的部件故障。
1）主轴部件故障
主轴部件故障有主轴运转时发出异常声音、自动调速装置、主轴快速运转的精度保持性故障等。表8-4为主轴部件常见故障及排除方法。

序号 故障现象 故障原因 排除方法
1 加工精度达不到要求 机床在运输过程中爱到冲击 检查对机床精度有影响的各部位。特别中导轨副，并按出厂精度重新调整或修复
安装不牢固、安装精度低或有变化 重新安装调平、紧固
2 切削振动大 主轴箱和床身连接螺钉松动 恢复精度后紧固连接螺钉
轴承预紧力不够、游隙过大 重新调整轴承游隙。但预紧力不宜过大，以免损坏轴承
轴承预紧螺母松动，使主轴窜动 紧固螺母，确保主轴精度合格
轴承拉毛或损坏 更换轴承
主轴与箱体超差 修理主轴或箱体，使其配合精度、位置精度过到要求
其他因素 检查刀具或切削工艺问题
如果是车床，则可能是转塔刀架运动部位松动或压力不够而未卡紧 调整修理
3 主轴箱噪声大 主轴部件动平衡不好 重做动平衡
齿轮啮合间隙不均匀或严重损伤 调整间隙事更换齿轮
轴承损坏或传动轴弯曲 修复或更换轴承，校直传动轴
传动带长度不一或过松 调整或更换传动带，不能新旧混用
齿轮精度差 更换齿轮
润滑不良 调整润滑油量，保持主轴箱的清洁度
4 齿轮和轴承损坏 变挡压力过大，齿轮受冲击产生破损 按液压原理图，调整到适当的压力和流量
变挡机构损雨水不或固定销脱落 修复或更换零件
轴承预紧力过大或无润滑 重新调整预紧力，并使之润滑充足
5 主轴无变速 电器变挡信号是否输出 电器人员检查处理
压力是否足够 检测并调整工作压力
变挡液压缸研损或卡死 修去毛刺和研伤，清洗后重装
变挡电磁阀卡死 检修并清洗电磁阀
变挡液压缸拨叉脱落 修复或更换
变挡液压缸窜油或内泄 更换密封圈
变挡复合开关失灵 更换新开关
6 主轴不转动 主轴转动指令是否输出 电器人员检查处理
保护开关没有压合或失灵 检修压合保护开关可更换
卡紧未夹紧工件 调整或修理卡盘
变挡复合开关损坏 更换复合开关
变挡电磁阀体内泄漏 更换电磁阀
7 主轴发热 主轴轴承预紧力过大 调整预紧力
轴承研伤或损坏 更换轴承
润滑油脏或有杂质 清洗主轴箱，更换新油
8 液压变速时齿轮推不到位 主轴箱内拨叉磨损 选用球墨铸铁作拨叉材料
在每个垂直滑移齿轮下方安装塔簧作为辅助平衡装置，减轻对拨叉的压力
活塞的行程与滑移齿轮的定位相协调
若拨叉磨损，予以更换
表8-4主轴部件故障诊断及排除
2）滚珠丝杠副故障
滚珠丝杠副故障大部分是由于运动质量下降、反向间隙过大、机械爬行、润滑不良等原因造成的。表8-5 为滚珠丝杠副常见故障以及诊断方法。
表8-5 滚珠丝杆副故障诊断
序号 故障现象 故障原因 排除方法
1 加工件粗糙度值高 导轨的润滑油不足够，致使溜板爬行 加润滑油，排除润滑故障
滚珠丝杆有局部拉毛或研损 更换或修理丝杆
丝杆轴承损坏，运动不平稳 更换损坏轴承
伺服电动机未调整好，增益过大 调整伺服电动机控制系统
2 反向误差大，加工精度不稳定 丝杆轴联轴器锥套松动 重新紧固并用百分表反复测试
丝杆轴滑板配合压板过紧或过松 重新调整或修研，用0.03mm赛尺不入为合格
丝杆轴滑板配合楔铁过紧或过松 重新调整或修研，使接触率达70％以上，用0.03mm赛尺不入为合格
滚珠丝杆预紧力过紧或过松 调整预紧力，检查轴向窜动值，使其误差不大于0.015mm
滚珠丝杆螺母端面与结合面不垂直，结合过松 修理、调整或加垫处理
丝杆支座轴承预紧力过紧或过松 修理调整
滚珠丝杆制造误差大或轴向窜动 用控制系统自动补偿能消除间隙，用仪器测量并调整丝杆窜动
润滑油不足或没有 调节至各导轨面均有润滑油
其他机械干涉 排除干涉部位
3 滚珠丝杆在运转中转矩过大 二滑板配合压板过紧或研损 重新调整或修研压板，使0.04mm赛尺塞不入为合格
滚珠丝杆螺母反向器损坏，滚珠丝杆卡死或轴端螺母预紧力过大 修复或更换丝杆并精心调整
丝杆研损 更换
伺服电动机与滚珠丝杆联接不同轴 调整同轴度并紧固连接座
无润滑油 调整润滑油路
超程开关失灵造成机械故障 检查故障并排除
伺服电动机过热报警 检查故障并排除
4 丝杆螺母润滑不良 分油器是否分油 检查定量分油器
油管是否堵塞 清除污物使油管畅通
5 滚珠丝杆副噪声 滚珠丝杆轴承压盖压合不良 调整压盖，使其压紧轴承
滚珠丝杆润滑不良 检查分油器和油路，使润滑油充足
滚珠产生破损 更换滚珠
电动机与丝杆联轴器松动 拧紧联轴器锁紧螺钉