华中数控系统数控机床常见故障诊断及维修

CNC系统的特点

CNC装置是数控系统的核心，CNC数控是由软件（存储的程序）来实现数字控制的。数控系统的特殊性主要由它的核心装置——CNC 装置来体现的。而CNC装置结构包括了软件结构与硬件结构。

CNC装置的结构由 软件结构（管理软件、控制软件）和硬件结构，其中硬件结构分七个部分：CPU及总线（数据运算、控制器）、存储器（RAM、EPROM）、PLC装置（逻辑程序、逻辑运算）、I/O接口电路（I接口、O接口）、MDI/CRT接口、位置控制器、纸带阅读机

在数控系统的数字数字电路中传递的数字信号：无论是工作指令信号、反馈信号，还是控制指令信号，大多是数字信号，也就是电脉冲信号。在具有大规模数字电路的CNC装置中，信号输入与输出接口装置上，及其信号连接与传递途径中，传送的多是电脉冲信号。这种电信号极易受电网或电磁场感应脉冲的干扰。

CNC装置的输入与输出信号原理：输入电脉冲（来自光电阅读机、录音机、软盘驱动器） 通过CNC装置 输出各种工作指令与控制信号然后经过 负反馈电脉冲 传送给 伺服控制器和强电控制并点亮各种指示灯和报警显示

CNC系统的主要故障

以CNC系统为研究对象，可按故障成因进行分类（即按CNC系统内因与外因分类方法）可以分为以下几种：

按内/外因的故障分类有非关联性故障（外因造成）和关联性故障（内因造成）

非关联性故障（外因造成）：

一：运输、安装、调试不当 工作地环境不良 非器件本身断线 虚焊、异物短路、接触不良等的硬件性故障

二：电网电压不稳/突然停电/干扰突发性的欠压/过压/过流/热损耗等

关联性故障（内因造成）：

一：固有性、重演性故障——在一定条件下必然发生、易找出规律来排除

二：随机性、偶发性的故障——需反复实验才能找出、难找

显然，操作员与维修员的工作失误，必然引发故障。“人为”因素，除了损坏性动作外，一般造成的故障是“软件故障”。所以，如果我们把人与机器视为“统一体”，那么把他们的失误造成故障的成因也可看作是数控系统的内因。

“电磁干扰”，表面上是外因，但是外因是通过内因而起作用的。所以，分析时需要寻找数控系统的防干扰措施不完备而“未御敌于门外”的原因。

数控机床故障按发生性质分类分成 主机故障和 电气故障。 主机故障主要是发生于机床本体部分（机床侧）的机械故障。 电气故障分成强电故障与弱电故障。强电故障，主要是指发生于机床侧的电器器件及其组成电路故障。弱电故障是数控机床故障诊断的主要难点，存在于CNC装置系统，可以分成硬件故障与软件故障。

数控机床的主要故障类型是电气故障，主要是系统内因所致。据统计：

约30%的故障来自于机床低压电器。

占有较高故障率的故障来自于：检测元件及其电路、浮躁的I/O电路、印刷电路板及其元器件

约占5%的“不明故障”是起因于被干扰的数字信号（或存储的数据与参数）

约10%的故障起因于监控程序、管理程序以及微程序等造成的软件故障

新程序或机床调试阶段，操作工失误造成不少“软件”故障

在实际应用中，经常将涉及操作失误、电磁干扰造成数据或参数混乱，归于“软件”故障。所以，以后分析中也常将故障分成“硬性故障”和“软性故障”。实际工作中，硬性故障泛指所有的低压电器、电子元器件及其连接与线路故障。

CNC系统软件故障纤细及其成因

CNC系统的常见软件故障现象及其原因简单可归纳为以下几点

A：一种故障现象可以有不同的成因。（例如键盘故障，参数设置与开关都存在问题可能。） B：同中成因可以导致不同的故障现象。

C有些故障现象表现表面是软件故障，而究其成因是，却哟可能是硬件故障或干扰、人为因素所造成。

所以，查阅维修档案与现场调查对于诊断分析是十分重要的。

CNC系统常见的软件故障现象及其成因

软件故障现象 故障成因

软件故障成因 硬件故障成因

人为/软件成因 各种干扰 RAM/电池失电或失效 器件/线缆/接插件/印刷板故障

1 操作错误信息 操作失误

2 超调 加/减速或增益参数设置不当

3 死机或停机  参数设置错误或失匹/改写了RAM中的标准控制数据/开关位置错置

 编程错误

 沉长程序的运算出错/死循环/运算中断/写操作I/O的破坏 电磁干扰窜入总线导致时序出错

电网干扰电磁干扰/辐射干扰窜入RAM，或RAM失效与失电造成RM中的程序/数据/参数被更改或丢失;

 CNC/PLC中机床数据丢失

 系统参数的改变与丢失

 系统程序/PLC 用户程序的改变与丢失

 零件加工程序编程出错

 屏蔽与接地不良

 电源线连接相序错误

 负反馈结成正反馈

 主板/计算机内保险丝熔断

 相关电器，如;接触器、继电器或接线的接触不良

 传感器污染或失效

 开关失效

 电池充电电路线路中故障/各种接触不良/电池寿命终极或失效 4 失控

5 程序中断故障停机

6 无报警不能运行或报警停机

7 键盘输入后无相应动作

8 多种报警并存

显示“没准备好”

说明

维修后/新程序的调试阶段/新操作工 外因：突然停电、周围施工、感性负载 长期闲置后起用的机床，或老机床失修

内因：接口电路故障以及屏蔽与接地问题 带电测量导致短路或撞车后所造成，是人为因素

有些软件故障可以由系统自诊断后在CRT上显示报警号、信息或内容；但是有的软件故障（例如多种故障并存现象）必须调用相关状态参数的实时诊断画面，来获得信息。 CNC硬件故障现象及其成因

通常为了方便起见，将电器件故障与硬件故障混合在一起，通称为硬件故障。所以在后面的分析中的“硬件故障”，是指CNC系统中电器与电子器件/线缆/线路板及其接插件/电气装置等故障。可能与硬件故障相关的常见故障现象，归纳表下：

无输出 输出不正常

不能启动 不动作 无反应 失控 异常

 显示器不显示

 数控系统不能启动

 不能运行  轴不动

 程序中断

 故障停机

 刀架不转

 刀架不回落

 工作台不回落

 机械手不能抓刀

 键盘出入后无相应动作  飞车

 超程

 超差

 不能回零

 刀架转而不停  显示器混乱？不稳

 轴运行不稳

 频繁停机

 偶尔停机

 振动与噪声

 加工质量差（如表面振纹）  欠压

 过压

 过流

 过热

 过载

上表列出的故障现象中，有些故障现象表现为硬件不工作或工作不正常，而实际涉及的成因却可能是软性的或参数设置问题。例如，有的是控制开关位置不错置的操作失误。控制开关不动作可能是在参数设置为“0”状态，而有的开关位置正常（例如急停、机床锁住与进给保持开关）可能在参数设置中为“1”状态等。又如，伺服轴电机的高频振动就与电流环增益参数设置有关。再如，超程与不能回零可能是由于软超程参数与参照点设置不当引起的。同样，参数设置的失匹，可以造成机床的许多控制性故障。也就是说，故障机理中的软与硬经常是“纠缠”在一起，给诊断工作与故障定位带来困难。因此，“先软后硬”，先检查参数设置与相对硬件的实时状态，将有助于判别软件故障还是硬件故障。其实，“据理析象”就是基于分析、归纳与总结故障现象所有可能怜惜到的一切成因（故障机理）。

器件故障包括：低压电器故障、传感器故障、总线装置故障、接口装置故障、直流电源故障、控制器故障、调节器故障、伺服放大故障等。

器件故障的成因，可以归为两类： 一类是，器件功能丧失引起的功能故障（或称“硬性故障”）。一般采用静态检查，容易查出。其中又可以分成可恢复性的和不可恢复性的。器件本身硬性损坏，就是一种不可恢复的故障，必须换件。而接触性、移位性、污染性、干扰性（例如散热不良或电磁干扰）以及接线错误等造成的故障就是可以恢复的。

另一类是，器件的性能故障（或称“软性故障”）。即器件的性能参数变化以致部分功能丧失。一般需要动态检查，比较难查。例如传感器的松动、振动与噪声、温升、动态误差大、加工质量差等。

CNC系统的自诊断

自诊断功能是数控系统的重要特点。

数控系统的自诊断技术，是指系统在运行中，在基本不拆卸的情况下，即可掌握系统运行的状态信息，查明故障部位与原因，或预知系统劣化动向，并给出对策的技术。

目前，CNC系统自诊断技术包括如下几种类型：

 状态诊断 机床在负载情况下主轴与进给轴的运动状态。

 动作诊断 诊断机床主轴、自动换刀（ATC）装置、工作台自动交换装置（APCC）的各个动作及动作的不良部位。

 点检诊断 定时、循环式点检关键低压电器、伺服接口、液压及气动元件等的状态。

 操作诊断 监视程序错误（奇偶校验等）、输入数据，以及操作错误等。

 系统诊断 诊断CNC装置本身的关键元器件与线路板等的状态。