四、数控机床故障诊断方法

由于数控机床属于机电一体化设备，因此，对它的维护和故障诊断，既有常规的方法，又有专门的技术和检测手段。

【例0-1】某数控机床的坐标轴在正、反向进给时产生震动。故障产生的原因有以下几个。

① 导轨副和滚珠丝杠螺母副的配合间隙过大。

② 伺服电动机和丝杠的联轴器松动。

③ 电气参数（如加减速度时间）设定过小，使伺服系统在换向时超调，从而引起机床震动。

【例0-2】某数控铣床X-Y两轴联动加工平面轮廓时，零件表面出现条纹。故障产生的原因有以下几个。

① X轴进给速度控制信号波动较大。

② Y轴进给速度控制信号波动较大。

③ X或Y轴在进给运动时有爬行现象。

④ X或Y轴导轨副预紧过大及导轨防护板摩擦力较大。

⑤ 检测装置有故障，使速度或位置信号反馈不稳定。

⑥ 伺服电动机运行不正常。

⑦ 伺服电动机和丝杠的联轴器有松动，传动忽紧忽松。

⑧ 系统参数（如位置增益）设置不当等。

由此可见，数控机床故障具有综合性和复杂性的特点，引起数控机床故障的因素是多方面的，有时故障现象是电气方面的，但引起的原因是机械方面的，或者两者皆有。因此，要根据故障的现象和原因，采用合适的诊断方法和诊断设备，做出正确的判断。

数控机床故障诊断分为故障检测、故障判断与隔离、故障定位3个阶段。第一阶段故障检测就是对数控系统进行测试，判断是否存在故障；第二阶段故障判断与隔离是正确把握所发生故障的类型，分离出故障的可能部位；第三阶段故障定位是将故障定位到可以更换的模块或印制电路板，从而及时修复数控机床故障。数控机床故障诊断的基本方法如下。

1. 直观法

直观法是最基本、最简单的方法。维修人员根据故障发生时产生的各种光、声、味等异常现象，认真检查系统的每一处，观察是否有烧毁和损伤痕迹，往往可将故障范围缩小到一个模块，甚至一块印制电路板，但这要求维修人员具有丰富的实践经验以及综合判断能力。

2. 自诊断功能法

数控装置自诊断系统的运行机制：一般系统开机后，自动诊断整个硬件系统，为系统的正常工作做好准备，另外就是在运行或输入加工程序过程中，一旦发生错误，数控系统就自动进入自诊断状态，通过故障检测，定位并发出故障报警信息。

（1）启动诊断。启动诊断是指CNC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。利用启动诊断，可以测出系统的大部分硬件故障。

（2）在线诊断。在线诊断是指CNC系统的内部诊断程序，在系统处于正常运行状态时，实时自动测试数控装置、伺服系统、外部的I/O及其他外部装置，并显示有关状态信息和故障。系统不仅能在屏幕上显示报警符号及报警内容，而且能实时显示CNC内部关键标志寄存器及PLC内操作单元的状态，为故障诊断提供了极大方便。在线诊断对CNC系统的操作者和维修人员分析系统故障的原因、确定故障部位都有很大的帮助。

（3）离线诊断。当CNC系统出现故障或要判断系统是否真有故障时，往往要停止加工和停机进行检查，这就是离线诊断（或称脱机诊断）。离线诊断的主要目的是修复系统和故障定位，力求把故障定位在尽可能小的范围内。

3. 参数（机床数据）检查法

在数控系统中有许多参数（机床数据）地址，其中存入的参数值是机床出厂时通过调整确定的，它们直接影响数控机床的性能。通常这些参数不允许修改。如果参数设置不正确或因干扰使得参数丢失，机床就不能正常运行。因此，参数检查是一项重要的诊断。

4. PLC检查法

（1）利用PLC的状态信息诊断故障。PLC检测故障的机理是通过机床厂家编制的PLC梯形图的各种逻辑状态，对PLC产生报警的故障或没有报警的故障进行分析和诊断，从而提高诊断故障的速度和准确性。

（2）利用PLC梯形图跟踪法诊断故障。数控机床出现的绝大部分故障都是通过PLC程序检查出来的。有些故障可在屏幕上直接显示出报警原因和报警信息，还有些故障不产生报警信息，只是有些动作不执行。遇到后一种情况，跟踪PLC梯形图的运行是确诊故障很有效的方法，特别是复杂的故障必须使用编程器来跟踪梯形图进行诊断。

5. 功能程序测试法

功能程序测试法是将数控系统的功能（如直接定位、圆弧插补、螺纹切削、固定循环、用户宏程序等）用编制的程序进行测试。用它来检查机床执行这些功能的准确性和可靠性，从而快速判断系统哪个功能不良，进而判断出故障发生的原因。本方法对于长期闲置的数控机床或机床第一次开机自检，以及机床加工超差（无报警），难以确定是编程或操作的错误，还是机床故障所致，是一种较好的方法。

6. 交换法

交换法是一种简单易行的方法，也是现场判断时最常用的方法。所谓交换法，就是在分析出故障大致起因的情况下，维修人员利用备用的印制电路板、模板、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制电路板或芯片一级。这实际上也是在验证分析的正确性。

7. 单步执行程序确定故障点

数控系统一般都具有程序单步执行功能，这个功能常用于调试加工程序。当执行加工程序出现故障时，采用单步执行程序可快速确认故障点，从而排除故障。

8. 测量比较法

测量比较法是诊断机床故障的基本方法，利用万用表、相序表、示波器、震动检测仪等仪器，测量故障疑点的电流、电压和波形，将测量值与正常值进行比较，分析故障所在的位置。

9. 敲击法

如果数控系统的故障若有若无，则可用敲击法检查出故障的部位所在。因为CNC系统是由多块电路板组成的，板上有许多焊点，板与板之间或模块与模块之间又通过插件或电缆相连。所以，任何一处的虚焊或接触不良，都会成为产生故障的主要原因。检查时，用绝缘物轻轻敲打可疑部位，如果确实是因虚焊或接触不良引起的故障，该故障就会重复出现。

10. 原理分析法

根据数控系统的组成原理，可从逻辑上分析出各点的逻辑电平和特征参数（如电压值或波形等），然后用万用表、逻辑笔、示波器等对其进行测量、分析和比较，从而定位故障。

此外，还有局部升温法以及多种新出现和应用的方法。总之，只有按照不同的故障现象，同时选用几种方法灵活应用、综合分析，才能逐步缩小故障范围，较快地排除故障。