數控機床的故障診斷及維修實例

石葉琴

摘? 要：當今社會，在企業生產過程中，數控機床替代了人類的大量勞動，并發揮著巨大的作用，在高強度的生產加工背景下，數控機床就會發生故障。數控機床故障的高發期主要集中在磨合期與衰退期這2個時間段，該文主要對強電部分、數控系統、驅動系統、機械部分常會出現的故障點進行羅列，并結合筆者自身實際操作數控機床的經驗，分享現代數控機床經典的故障案例。

關鍵詞：數控機床;故障點;診斷過程;維修案例

中圖分類號：TG519.1? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

數控機床在生產過程中一旦發生故障，生產將被停止，且直接影響企業的生產效率。為進一步滿足數控維修技術人員應具備的能力，我們深入企業、車間、學校數控實訓基地等地調查收集數控機床在各個模塊中常出現的故障。同時，結合自身所掌握的數控機床故障的理論知識，整理總結出常見的數控機床故障及案例分析。

1 電氣故障

如數控機床工作原理如圖1所示，結合機床說明書排除故障流程圖、調整方法及工作經驗，電氣部分引起的故障可分為強電故障和弱點故障。

1.1 強電和弱電故障

強電故障維修簡單，診斷起來也比較方便，但是維修人員也不能馬虎，必須要引起重視。在維修過程中，強電部分動作頻發、電流大，出現故障的概率高。

結合實際的操作經驗，強電故障包括主軸不能運行故障、系統無法啟動故障、X軸不能運行故障、變壓器無法工作故障。弱點故障包括硬件故障、軟件故障。

1.2 故障維修實例

FANUC系統的數控機床，熱繼電器無動作，換刀時，電動刀架無法正常工作。

1.2.1 故障診斷

數控機床加工零件，需要更換刀具時，發現電動刀架無法進行正常工作，數控計算機設備顯示刀架換刀時間太長。停車檢查，首先按下系統參數按鈕，翻查換刀時間參數，時間參數設置正確，自診斷狀態位設置也沒有問題。其次打開電氣柜，用萬用表逐個檢測主電路中的所有電器元件，當檢測到熱繼電器元件時，兩端電路不通，立即對其進行拆卸，打開后看見內部的電阻絲全部損壞。最后檢查電動機的電源觸點，接線端子處布滿鐵屑，而且電動機U、V、W相線，相線間幾乎沒有電阻值。

1.2.2 故障原因

FANUC系統數控機床操作人員習慣用氣槍打掃機床的鐵屑。

1.2.3 故障排除

故障排除分為4步。1）規范操作，做好數控設備的保養工作。考慮到電器柜短路引起設備、人身安全問題，嚴禁操作人員在清理數控機床鐵屑時使用氣槍。2）對熱繼電器進行換新。3）電動機電源觸點處重新布線。4）上電，按下電動刀架換刀指令，能正常換刀，繼續加工零件。

2 數控系統故障

2.1 系統信號故障

數控裝置是數控機床的核心部分，數控系統通過數控系統信號來控制數控機床的各個部分運行，常見的系統信號故障主要有主軸控制轉速故障、主軸控制方向故障和主軸控制反饋信號故障。

2.2 系統參數故障

數控機床在出廠前，已將所用的系統參數進行了調試優化，但有的數控系統還有一部分參數需要到用戶那里去調試，如果參數設置不對或者沒有調試好，就有可能引起各種各樣的故障現象，直接影響到機床的正常工作和性能的充分發揮。在數控維修的過程中，有時也利用參數來調試機床的某些功能，而且有些參數需要根據機床的運動狀態來進行調整。系統參數的設定很重要，如果系統參數設置錯誤，就會引發各種各樣的故障現象，包括系統不能正常啟動、不能正常運行、螺紋加工不能夠進行、系統顯示不正常及死機等。

2.3 故障維修實例

數控機床切削加工零件，執行T指令后，檢查程序中的T指令，設置正確，恢復但刀架仍尋找不到程序中指定的刀位號，旋轉不停，旋轉過程中，發現刀架轉動到指定的刀位號刀具時，刀架暫停數秒后重復上述動作。

2.3.1 故障診斷

根據維修技術人員的操作經驗進行檢查，初步判斷導致刀架不可以鎖緊的原因有3個。1）數控機床刀架電動機反轉延時參數設置不正確。2）刀架夾緊到位、限位的開關損壞，不能正常動作。3）刀架鎖緊機構發生故障。

2.3.2 故障排除過程

故障排除過程分為5步。1）切斷電源，經過刀架電機測試，發現數控機床的刀架能夠鎖緊，判斷該刀架的鎖緊機構無故障，可以正常工作。2）萬用表檢測限位開關線路，未發現問題，恢復操作，限位開關執行動作正常，判斷無故障。3）排查線路中的接近開關，沒有24 V直流電源，發現電源線處脫落。4）用電烙鐵將脫落線處焊接好后，數控機床刀架轉到程序中指定的刀號，能停頓數秒，但還是不能將其鎖緊。5）PLC控制數控機床刀架的I/O參數，檢查輸入輸出參數，參數沒問題，繼續觀察，發現刀架夾緊延時參數設置存在問題。

2.3.3 故障原因

數控機床PLC控制刀架夾緊延時參數設置有誤所致。

2.3.4 故障排除

根據FANUC數控機床的型號、廠家，查找機床說明書，將刀架夾緊延時參數按要求設置正確。啟動機床，執行換刀指令，可以正常換刀并鎖緊。

3 驅動系統故障

3.1 常見故障類型

3.1.1 主軸驅動系統故障

數控機床中的主軸驅動系統主要是指機床主切削運動的動力驅動裝置，也可以稱為主傳動系統。主運動通過主傳動機構，提供切削驅動功率和切削力，從而帶動主軸上安裝的工件和刀具一起運動，進給運動通過進給傳動機構使刀架（刀庫）帶動刀具作進給運動，提供各坐標軸切削過程中所需的切削轉矩。主、進給運動相對運動，可完成零件圖紙上復雜件的加工。因此，要想在數控機床中加工出高精度的零件，就必須保證主軸驅動系統的高穩定性[1]。

3.1.2 進給傳動系統故障

數控機床采用的伺服進給系統按控制系統的結構可以分為開環控制、閉環控制、半閉環控制以及混合控制4種。按伺服進給系統使用的伺服電動機的類型，半閉環、閉環數控機床常用的伺服進給系統可以分為起直流伺服驅動和交流伺服驅動2類。該文對進給伺服系統的常見故障進行了歸納總結，根據實際操作的經驗，將常見的進給驅動故障大致分為超程、過載、爬行和振動4類。

3.2 故障維修實例

FANUC數控系統的數控機床，連續生產零件5 h后，操作人員發現Z軸有故障且數控系統報警，這時數控機床無法正常加工。主、進給驅動系統能正常動作，并沒有影響零件加工的精度。關閉機床重新啟動后，一旦執行Z軸指令，仍出現上述故障。

3.2.1 故障診斷

故障排除分為2步。1）數控機床機械部分的故障包括2種。①高速切削，機床貼塑導軌因受熱變形。②軸承支撐滾珠絲杠的配合間隙大，引起負載受力不平衡，從而影響到進給系統Z軸傳遞運動的穩定性。2）數控機床電氣部分的故障：電氣元件系統參數設置錯誤，直接改變進給系統Z軸傳動運動的精度。

3.2.2 故障原因

機械貼塑導軌受熱、軸承配合間隙大和電氣元件系統參數設置錯誤一起所致。

3.2.3 故障排除

用工具把Z軸電機、滾珠絲杠拆卸開來，讓Z軸不帶負載進行工作。此時，執行Z軸指令后，仍然出現振蕩故障現象，但數控機床連續工作的時間增加了4 h，可以判斷出是電氣部分出現故障。交換數控系統X、Z軸的速度及位置反饋信號，Z軸伺服電機的轉動變成數控系統中X軸的指令來執行，而X軸伺服電機運行過程中發生與Z坐標軸運行時一樣的故障。需要更換同型號新的Z軸伺服驅動系統，恢復操作后，Z坐標軸可以正常工作[2]。

4 機械部分故障

數控機床是典型的一體化產品，機械部分占據核心地位。

4.1 常見故障類型

常見的故障有主軸機械故障、進給坐標軸機械故障和四方刀架故障。

4.2 故障維修實例

1臺臥式加工中心在銑削零件時，先液壓啟動Y軸后，再用手動運行指令執行Y軸。此時，液壓啟動無響應，CRT裝置上出現報警信息，按下其他坐標軸的按鈕，可以動作。但是Y軸執行無效。

4.2.1 故障診斷

針對上述出現的故障現象，初步判斷是由于滾珠絲杠來回竄動導致的故障。首先，排查Y軸進給系統內、外部線路、元器件的連接情況，未發現異常。其次，將Y軸液壓抱閘拆開，發現數控機床電機、絲杠之間的傳動帶脫落下來，再手動搖動Y軸的絲杠，運動時上下竄動。再次，打開滾珠絲杠上軸承座，未發現故障。最后，打開滾珠絲杠下軸承座，推力球軸承的緊固螺母松動，從而出現滾珠絲杠上下竄動的現象。

4.2.2 故障原因

故障是由滾珠絲杠下軸承座推力球軸承的緊固螺母松動導致的竄動。

4.2.3 故障排除

當數控系統接收NC指令后，數控機床測量裝置輸出反饋信號，假設數控機床滾珠絲杠間隙過大，這時數控系統就會出現報警信號，從而產生故障，指令執行無效，機床不能動作。用工具調整滾珠絲杠緊固螺母并鎖緊，滿足間隙要求，機床可以正常工作。

5 結語

該文從數控維修技術人員必須掌握機床的各個部分的組成結構、工作原理出發，結合數控機床在各個模塊中常會出現哪些故障，以及排除故障的經驗冷靜思索，在短時間內快速地查找出故障點，對其進行診斷并及時排除，第一時間恢復生產。為確保企業生產效率，技術人員需要注重提升自身的技術水平，以此來提高數控行業的效益。

參考文獻

[1]顧宏.基于數控車床加工精度的影響因素分析及應對策略探究[J].新型工業化，2018，8（2）：64-67.

[2]段穎.經濟型機床機械結構數控化改造研究[J].科技風，2019（8）：145.