⑴ 数控机床的常见故障及维护

数控机床常见故障问题
数控机床会出现各种各样的故障，并且多集中在主轴部分与进给伺服系统。原因有制造单位的设计问题，以及数控系统与主机连接不当和运用方面的问题，和有PLC程序设计的问题，如辅助控制器件的故障和控制回路断路等，下面将具体认识数控机床中常见的故障。
主轴部分问题。主轴部分的故障主要表现在主轴驱动系统的故障与主轴液压、主轴流量检测存在的故障。如广泰数控系统的CAK6150TJ数控车床，出现的问题是四工位刀架不能完成换刀动作，如果在电气与机械角度看，是刀架进水、定位销脱开或者是电机过载。亦如西门子802C数控系统中025000X轴有源编码器硬件故障”，以及在“025000Z轴上存在源编码器硬件故障”，使得两轴报警通常是同时出现，并且以025000Z轴报警较常见。
伺服系统的故障问题。伺服系统在数控机床设备中非常重要，只有高性能的伺服系统，才可能提供灵活、方便、准确、快速的驱动效果，而伺服系统故障通常是由伺服控制单元、伺服电机、液压系统、气动系统、电气执行元件、机械装置、测速电机、编码器等方面的问题导致。如测速装置故障、测速反馈信号干扰等，使得测速信号不稳定，导致窜动；以及速度控制信号不稳定或受到干扰产生窜动；以及螺钉松动，接线端子接触不良导致窜动等问题。
外部故障问题。数控机床外部故障问题存在两种情况，有软故障与外部硬件损坏导致的硬故障，软故障表现就是由于操作、调整处理不当所导致，这类故障在设备使用前期或设备使用人员调整时期发生。尤其是对那些带计算机硬盘保存数据的系统。如一数控车床在投入使用的时，就要求要返回到参考点。如果在系统断电后重新启动时没有使各轴返回参考点，这样就会造成撞车事故。

数控机床的维护
数控系统是数控机床的核心部件，因此，数控机床的维护主要是数控系统的维护。数控系统经过一段较长时间的使用，电子元器件性能要老化甚至损坏，有些机械部件更是如此，为了尽量地延长元器件的寿命和零部件的磨损周期，防止各种故障，特别是恶性事故的发生，就必须对数控系统进行日常的维护。概括起来，要注意以下几个方面。

(1)制订数控系统日常维护的规章制度

根据各种部件特点，确定各自保养条例。如明文规定哪些地方需要天天清理（如CNC系统的输入／输出单元——光电阅读机的清洁，检查机械结构部分是否润滑良好等），哪些部件要定期检查或更换（如直流伺服电动机电刷和换向器应每月检查一次）。

(2)应尽量少开数控柜和强电柜的门

因为在机加工车间的空气中一般都含有油雾、灰尘甚至金属粉末。一旦它们落在数控系统内的印制线路或电器件上，容易引起元器件间绝缘电阻下降，甚至导致元器件及印制线路的损坏。有的用户在夏天为了使数控系统超负荷长期工作，打开数控柜的门来散热，这是种绝不可取的方法，最终会导致数控系统的加速损坏。正确的方法是降低数控系统的外部环境温度。因此，应该有一种严格的规定，除非进行必要的调整和维修，不允许随便开启柜门，更不允许在使用时敞开柜门。

(3)定时清扫数控柜的散热通风系统

应每天检查数控系统柜上各个冷却风扇工作是否正常，应视工作环境状况，每半年或每季度检查一次风道过滤器是否有堵塞现象。如果过滤网上灰尘积聚过多，需及时清理，否则将会引起数控系统柜内温度高（一般不允许超过55℃），造成过热报警或数控系统工作不可靠。

(4)经常监视数控系统用的电网电压

FANUC公司生产的数控系统，允许电网电压在额定值的85%～110%的范围内波动。如果超出此范围，就会造成系统不能正常工作，甚至会引起数控系统内部电子部件损坏。

(5)定期更换存储器用电池

FANUC公司所生产的数控系统内的存储器有两种：

(a)不需电池保持的磁泡存储器。

(b)需要用电池保持的CMOSRAM器件，为了在数控系统不通电期间能保持存储的内容，内部设有可充电电池维持电路，在数控系统通电时，由+5V电源经一个二极管向CMOS
RAM供电，并对可充电电池进行充电；当数控系统切断电源时，则改为由电池供电来维持CMOSRAM内的信息，在一般情况下，即使电池尚未失效，也应每年更换一次电池，以便确保系统能正常工作。另外，一定要注意，电池的更换应在数控系统供电状态下进行。

6. 数控系统长期不用时的维护

为提高数控系统的利用率和减少数控系统的故障，数控机床应满负荷使用，而不要长期闲置不用，由于某种原因，造成数控系统长期闲置不用时，为了避免数控系统损坏，需注意以下两点：

(1）要经常给数控系统通电，特别是在环境湿度较大的梅雨季节更应如此，在机床锁住不动的情况下（即伺服电动机不转时），让数控系统空运行。利用电器元件本身的发热来驱散数控系统内的潮气，保证电子器件性能稳定可靠，实践证明，在空气湿度较大的地区，经常通电是降低故障率的一个有效措施。

(2)数控机床采用直流进给伺服驱动和直流主轴伺服驱动的，应将电刷从直流电动机中取出，以免由于化学腐蚀作用，使换向器表面腐蚀，造成换向性能变坏，甚至使整台电动机损坏。

⑵ 数控机床故障诊断的常用方法和手段是什么

数控机床，是一种技术含量很高的机、电、仪一体化的复杂的自动化机床，机床在运行过程中，零部件不可避免地会发生不同程度、不同类型的故障，因此，熟悉机械故障的特征，掌握数控机床机械故障诊断的常用方法和手段，对确定故障的原因和排除有着重大的作用。
一、数控机床故障诊断原则与基本要求
所谓数控机床系统发生故障(或称失效)是指数控机床系统丧失了规定的功能。故障可按表现形式、性质、起因等分为多种类型。但不论哪种故障类型，在进行诊断时，都可遵循一些原则和诊断技巧。
1.1、排障原则。
主要包括以下几个方面：1）充分调查故障现象，首先对操作者的调查，详细询问出现故障的全过程，有些什么现象产生，采取过什么措施等。然后要对现场做细致的勘测；2）查找故障的起因时，思路要开阔，无论是集成电器，还是和机械、液压，只要有可能引起该故障的原因，都要尽可能全面地列出来。然后进行综合判断和优化选择，确定最有可能产生故障的原因；3）先机械后电气，先静态后动态原则。在故障检修之前，首先应注意排除机械性的故障。再在运行状态下，进行动态的观察、检验和测试，查找故障。而对通电后会发生破坏性故障的，必须先排除危险后，方可通电。
1.2、故障诊断要求。
除了丰富的专业知识外，进行数控故障诊断作业的人员需要具有一定的动手能力和实践操作经验，要求工作人员结合实际经验，善于分析思考，通过对故障机床的实际操作分析故障原因，做到以不变应万变，达到举一反三的效果。完备的维修工具及诊断仪表必不可少，常用工具如螺丝刀、钳子、扳手、电烙铁等，常用检测仪表如万用表、示波器、信号发生器等。除此以外，工作人员还需要准备好必要的技术资料，如数控机床电器原理图纸、结构布局图纸、数控系统参数说明书、维修说明书、安装、操作、使用说明书等。
二、故障处理的思路
不同数控系统设计思想千差万异，但无论那种系统，它们的基本原理和构成都是十分相似的。因此在机床出现故障时，要求维修人员必须有清晰的故障处理的思路：调查故障现场，确认故障现象、故障性质，应充分掌握故障信息，做到“多动脑，慎动手”避免故障的扩大化。根据所掌握故障信息明确故障的复杂程度，并列出故障部位的全部疑点。准备必要的技术资料，比如机床说明书，电气控制原理图等，以此为基础分析故障原因，制定排除故障的方案，要求思路开阔，不应将故障局限于机床的某一部分。在确定故障排除方案后，利用示万用表、示波器等测量工具，用试验的方法验证并检测故障，逐级定位故障部位，确认出故障属于电气故障还是机械故障，是系统性的还是随机性的，是自身故障还是外部故障等等。故障的排除。通常找到故障原因后问题会马上迎刃而解。
三、故障处理方法
数控机床的数控系统是数控机床的核心所在，它的可靠运行，直接关系到整个设备运行的正常与否。下面总结提炼出一些判断与排除数控机床故障的方法。
3.1、充分利用数控系统硬件、软件报警功能。
在现代数控系统中均设置有众多的硬件报警指示装置，设置硬件报警指示装置有利于提高数控系统的可维护性。数控机床的CNC系统都具有自诊断功能。在数控系统工作期间，能够适时使用自诊断程序对系统进行快速诊断。一旦检测到故障，就会立即将故障以报警的方式显示在CRT上或点亮面板上报警指示灯。而且这种自诊断功能还能够将故障分类报警。
3.2、数控机床简单故障报警处理的方法。
通常，数控机床具有较强的自警功能，能够随时监控系统硬件和软件的工作状态，数控机床的大部分故障能够出现报警提示，可以根据故障提示，确定机床的故障，及时处理、排除故障，提高机床完好率和使用效率。
3.3、直接观察法。
直接观察法就是利用人的感觉器官注意发生故障时(或故障发生后)的各种外部现象并判断故障的可能部位的方法。这是处理数控系统故障首要的切入点，往往也是最直接、最行之有效的方法，对于一般情况下“简单”故障通过这种直接观察，就能解决问题。
3.4、利用状态显示诊断功能判断故障的方法。
现代数控系统不但能够将故障诊断信息显示出来，而且还能够以诊断地址和诊断数据的形式，提供诊断的各种状态。
3.5、发生故障及时核对数控系统参数判断故障的方法。
数控机床的数控系统的参数变化，会直接影响到数控机床的性能，使数控机床发生故障，甚至整机不能正常工作。因此，在对故障的分析诊断过程中，尽管采取了一些措施，仍然不能解决问题、排除故障，或者对故障出处不够明朗的话，应该改变思路，从人们所说的“软”故障着手。检查核对数控系统的参数，是否是因为数控系统参数变化所导致的故障，往往是一丝异常，便是症结所在。
四、故障举例
4.1、数控机床排屑器故障分析及其改进。
经现场工作人拆下电机并对其进行试运行，结果显示运转正常，因此可排除电机故障原因，同时可观察到电动机传动轴上的键并未在键槽上，因此可初步诊断故障的直接原因为电机轴与排屑螺旋杆脱离，进一步分析，由于传动键受到负载瞬时不断变化的力，若此时把传动键进行分割，这时就可以把分割的每一部分看成一个横梁，因此可对其进行振动分析。
经过受力情况的分析，传动键具备了微动磨损产生的条件因此传动键磨损属于微动磨损，而且搜寻发现键已脱落到螺旋杆管孔内，可以得出键完好只有些微小磨损，因此可排除键压溃以及键磨损原因，最后可断定此次故障的直接原因为键脱落，造成螺旋排屑杆与电机轴脱离失去传动力。将键装上并将电机重新装配后，故障排除工作正常。
4.2、数控机床的振动爬行处理。
数控系统的振荡现象已成为数控全闭环系统的共同性问题。系统振荡时会造成机床产生爬行与振动故障，机床的振荡故障通常发生在机械部分和进给伺服系统。产生振荡的原因有很多，陈了机械方面存在不可消除的传动间隙、弹性变形、摩擦阻力等诸多因素外，伺服系统的有关参数的影响也是重要的一方面。有时数控系统会因扩械上某些振荡原因产生反馈信号中含有高频谐波，这使输出转矩里不桓定，从而产生振动。对于这种高频振荡情况，可在速度环上加入一阶低通滤波环节，即为转矩滤波器。
速度指令与速度反馈信号经速度控制器转化为转矩信号，转矩信号通过一阶滤波环节将高频成分截止，从而得到有效的转矩控制信号。通过调节参数可将机械产生的100Hz以上的频率截止，从而达到消除高频振荡的效果。
五、故障排除的确认及善后工作
故障排除以后，维修工作还不能算完成，尚需从技术与管理两方面分析故障产生的深层次原因，采取适当措施避免故障再次发生。必要时可根据现场条件使用成熟技术对设备进行改造与改进。故障排除的确认，故障处理完毕。整理好线路，把机床的所有动作均试运转一遍，正常可交付使用，同时让操作工继续做好运行观察。一段时间后，询问一下操作工机床的运行状况，并再次对故障点进行全面检查。最后做维修记录，详细记录维修的整个过程，包括维修时间、更换件型号规格及故障原因分析等。从排除故障过程中发现自己欠缺的知识，制定学习计划，最终充实自己。