数控车床常见故障

为了数控转塔冲床实验和故障数据采集工作的顺利进行，有必要明确数控转塔冲床故障的定义，并制定故障的计入原则：(1)数控冲床故障根据数控转塔冲床故障的定义，数控转塔冲床整机及其零部件、元器件在规定的条件下和规定的时间内，丧失规定功能的事件称为数控冲床故障

(2)关联性故障与非关联性故障关联性故障是指由机床本身条件引起的，在现场使用时出现的故障；非关联性故障与此相反，是已经证实是未按规定的要求使用而引起的，或已经证实的某项将不再采用的设计所引起的故障，是指非产品本身条件引起的故障

(3)数控冲床故障的计入原则本次对数控转塔冲床进行考核时，仅计入关联性故障，对某些非关联性故障也进行了记录，但仅用以指导后续的分析和判断

1)必须经更换元器件、零部件或附属设备才能排除的故障，如液压阀损坏，计为一次关联性故障

2)有寿命期要求的损耗件在其寿命期以内发生的故障，如液压系统密封圈在寿命期内的损坏，计为一次关联性故障

3)需要对电缆、接插件、印刷电路板等进行修整，以消除断路、短路和接触不良，方可排除的故障，如脚踏开关线断，计为一次关联性故障

4)冲床偶然出现失常或停运现象，但再次起动就能恢复正常工作，这种偶然事件如在72小时内累计达三次应计为一次关联性故障；不足三次则可作为非关联性故障处理

5)修复后累计工作不足24小时的，发生同一关联性故障，只计入一次

由于数控转塔冲床结构复杂，价格昂贵，而且只有在工作现场采集的数据才能反映产品在实际使用环境和维护条件下的情况，比之在实验室的模拟仿真更能表现出产品的实际可靠性水平

我们对该系列冲床用户的12台数控转塔冲床进行了定时截尾实验，现场采集了一批故障数据，保证了数据的真实性、完整性、时效性和可追溯性

本文所选定的数控冲床都是在出厂前通过功能测试、空转试验与精度检验之后，符合条件，具有出场合格证的产品

在数控转塔冲床故障数据采集的过程中，主要完成了以下工作：(1)根据厂家实际情况和课题研究的需要，确定研究对象，明确数据收集的内容和目的，制定数据采集标准和实验方案；(2)故障数据的采集具体由当班的工作人员完成，故障发生后，工作人员马上报修，并跟踪记录，详细记录下故障时间、故障现象等：(3)研究人员定期到工厂，汇总整理故障数据表格，并指导工作人员，以保证数据采集工作的顺利进行

1）数控切割机工控机工作时间长。由于生产的需要，部分用户的工业控制系统需要长时间工作，给工控机操作系统带来巨大负荷。数控切割机工控机内部温度过高。在长时间高温运行的环境中，计算机各元件长时间处于高温状态，如不及时冷却则极易发生老化、硬盘故障。

2）数控切割机的供电电压波动大、容易停电。数控切割机导轨要经常擦拭保养。

3）数控切割机在空气中的可吸入颗粒物多。由于数控切割机在切割时产生大量的金属粉尘会渗透到设备的各个部位，再加上数控切割机长期大量的切割，金属粉尘日积月累，也会给设备的运行造成很大的负担。

4）数控切割机地面震感大。机械制造工厂在生产中，由于拖动、震动等物理性位移动作，会产生极强的噪音，设备工作时带来的震动会给工控机磁盘、光驱、软驱带来强烈的损害。

5）数控切割机环境湿度不适宜。工控机主要是由众多电子元件的集成电路构成，它的绝缘性能跟环境湿度有着密不可分的关系。湿度太大容易使电路板短路而烧毁；湿度太小则容易产生静电，也会击穿部分电子元件。

由于数控机床自动化程度高，结构复杂，所以故障率也较普通机床设备高，维修难度也较大，同时对数控机床维修人员的素质要求也越来越高，要求机床出现故障后，能尽快排除。数控机床维修技术不仅能够保障数控设备正常运行，而且对数控技术的发展和完善也有一定的推动作用，因此，研究和诊断数控机床故障，以及常规处理是具有非常意义的。

一、前言

为了使数控机床应有的功效发挥出来，数控机床的正常运行占主导地位，在数控设备出现问题时，及时去排除故障就显得特别重要。但是相对于接触机床不多的维修人员来说，机床出现故障，往往不知从何下手，而延误维修时间。这时如果我们借助数控系统本身具备的自诊断功能的话，对我们的维修会产生很大帮助。同时，作为维修人员当数控机床发生故障后，我们需要向操作者了解故障发生的具体症状，产生的道程序及时间，操作方法正确与否，才能及时发现问题，以免隐患过大，造成不必要的损失。还有就是要检查按钮、熔断器，接线端子等元件，在接线时螺钉、航空插头和插座、电路板上的插头是否拧紧，每个拨把开关，操作方式是否正确等。还要根据机械故障较易察觉的特点，当发生机床过载或者过热报警时，应首先检查滑板的镶条是否装过紧，滑板和床身导轨之间摩擦力是否增大，从而使电机运转难度大，还有滚珠丝杠和托架之间是否同心，如丝杠中滚珠磨损造成丝杠过紧，也可使电机过载、过热，从而导致电气故障。因此我们在数控机床的正常维修当中，认真做好上面几项工作，共同配合，就可以少走弯路，较快排除故障，减少数控机床的停机时间，增强数控机床的使用率，使生产实践得以顺利进行，完成学生实习的进度。

二、常见故障的分类

数控机床由于自身原因不能正常工作，就是产生了故障。产生的原因也比较复杂，但很大一部分故障是由于操作人员操作机床不当引起的。

机床故障可分为以下几种类型。

（一）系统故障和随机故障

按故障的出现的必然性和偶然性，分为系统性故障和随机性故障。系统性故障是指机床和系统在某一特定条件下必定会出现的故障，随机性故障是指偶然出现的故障。因此，随机性故障的分析和排除比系统性故障困难的多。通常随机性故障往往会因为机械结构局部松动、错位、控制系统中元器件出现工作特性飘移，电器元件工作可靠性下降等原因造成，需经反复试验和综合判断才能排除。

（二）诊断显示故障和无诊断显示故障

按故障出现时有无自诊断显示，可以分为有诊断显示故障和无诊断显示故障两种。如今的数控系统有比较丰富的自诊断功能，出现故障时会停机、报警而且会自动显示相应报警的参数号，这样可以让维护人员很快找到故障原因。而无诊断显示故障，一般是机床停在某一位置不能动，手动操作也没法，维护人员只能根据出现故障前后现象来分析判断，排除故障难度就比较大。

（三）破坏性故障和非破坏性故障

以故障有无破坏性，分为破坏性故障和非破坏性故障。对于破坏性故障就像伺服失控造成撞车，短路烧断熔丝等，维护难度较大，有一定危险，修后这些现象是不能重复出现的。而非破坏性故障可经过多次反复试验至排除，就不会对机床造成危害。

（四）机床运动特性质量故障

此类故障发生后，机床会照常运行，不会有报警显示，但加工出的工件不合格。对于这些故障，必须在检测仪器配合下，对机械、控制系统、伺服系统等采取一些综合措施。

（五）硬件故障和软件故障

按发生故障的部位分为硬件故障和软件故障。硬件故障只要通过更换某些元器件就可以排除，但是软件故障是编程错误导致的，因此需要修改程序内容或修订机床参数来排除。

（六）数控机床常见的操作故障

1、防护门未关，机床不能运转。2、机床未回参考点。3、主轴转速S超过最高转速限定值。4、程序内没有设置F或S值。5、进给修调F%或主轴修调S%开关设为空挡。6、回参考点时离零点太近或参考点速度太快，引起超程。7、程序中G00位置超过限定值。8、刀具补偿测量设定错误。9、刀具换刀位置不正确。10、G40撤销不当，引起刀具切入已加工表面。11、程序中使用了非法代码。12、刀具半径补偿方向错误。13、切入、切出方式不当。14、切削用量太大。15、刀具钝化。16、工件材质不均匀，引起振动。17、机床被锁定（工作台不动）。18、工件未夹紧。19、对刀位置不正确，工件坐标系设置错误。20、使用了不合理的G功能指令。21、机床处于报警状态。22、断电后或报过警的机床，没有重新回参考点或复位。

三、故障常规处理方法

加工中心出现故障，除少量自诊断功能可以显示故障外（如存储器报警，动力电源电压过高报警等），大部分故障是由综合因素引起，往往不能确定其具体原因。

数控机床出现故障后，不能盲目处理，首先要检查故障记录，向操作人员了解故障出现的全过程。在确认通电对机床和系统无危险的情况下再进行观察，特别要确定以下故障信息：

1、故障发生时，报警号和报警提示是什么？哪盏指示灯或发光管发光？提示的警报内容是什么？2、如无报警，系统处于何种工作状态？系统的工作方式诊断结果是什么？3、故障发生在哪个程序段？执行何种指令？故障发生前执行了何种操作？4、故障发生在何种速度下？轴处于什么位置？与指令值的误差量有多大？5、以前是否发生过类似故障？现场是否有异常情况？故障是否重复发生？我们可以采用归纳法和演绎法，对上面的5个部分故障信息进行有效的归纳与演绎。归纳法是从故障原因出发，摸索其功能，调查原因对结果的影响，也就是说根据可能产生该种故障的原因分析，看最后是否与故障现象的符合程度来确定故障点。演绎法是指从现象出发，对故障现象原因进行分割分析法。即从故障现象开始，根据故障机理，列出该故障产生的种种原因，然后，对这些原因逐点进行分析，排除不正确的，最后确定故障点。

同时，在故障诊断过程中通常要按先外后内、先机后电、先静后动、现公用后专用、先简单后复杂、先一般后特殊的原则进行。

在分析好以上5个部分的故障之后，一般可以按以下步骤进行常规处理：

（一）充分调查故障现场

机床发生故障后，维护人员应仔细观察寄存器和缓冲工作寄存器尚存内容，了解已执行程序内容，向操作者了解现场情况和现象。当有诊断显示报警时，打开电器柜观察印制电路板上有无相应报警红灯显示。做完这些调查后，就可以按动数控机床上的复位键，观察系统复位后报警是否消除，消除的话属于软件故障，否则即为硬件故障。对于非破坏性故障，可让机床再重新运行，仔细观察故障是否再现。

（二）将可能造成故障的原因全部列出

加工中心上造成故障的原因多种多样，有机械的、电气的、控制系统的等等。此时，要将可能发生的故障原因全部列出来，以便排查。

（三）逐步选择确定故障产生的原因

根据故障现象，参考机床有关维修使用手册罗列出的因素，经过选择及综合判断，找出导致故障的确定因素。

（四）故障的排除

找到造成故障的确切原因后，就可以“对症下药”修理、调整和更换有关原件。

四、常见机械故障的排除

（一）进给传动链故障

由于导轨普遍采用滚动摩擦副，因此运动质量下降是导致进给传动故障的重要因素，如机械部件没有达到规定位置、运行中断、定位精度下降、反向间隙过大等，出现这些都是可调整各运动副预紧力、调整松动环节、提高运动精度及调整补偿环节。

（二）机床回零故障

机床在返回基准点时发生超程报警，无减速运动。此类故障一般是减速信号没有输入到CNC系统，一般可检查限位挡块及信号线。

（三）自动换刀装置故障

此类故障较为常见，故障表现为：刀锯库运动故障、定位误差大、换刀动作不到位、换到动作卡位、整机停止工作等，此类故障的排除一般可通过检查气缸压力、调整各限位开关位置、检查反馈信号线、调整与换刀动作相关的机床参数来排除。

（四）机床不能运动或加工精度差

这是一些综合故障，出现此类故障时，可通过重新调整和改变间隙补偿、检查轴进给时有无爬行等方法来排除。

五、数控机床的安全操作

数控机床的操作，一定要做到规范操作，以避免发生人身、设备、刀具等的安全事故。为此，数控机床在操作的过程中一定要严格按照数控机床的规范操作来完成，防止机床故障，从而保证机床正常运行。

主要体现在以下四个方面：

1、操作前的安全工作。

2、机床操作过程中的安全操作。

3、与编程相关的安全操作。

4、关机时的注意事项。

数控车床是一种高精度、高效率的自动化机床。配备多工位刀塔或动力刀塔，机床就具有广泛的工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹、槽、蜗杆等复杂工件，具有直线插补、圆弧插补各种补偿功能，并发挥了良好的经济效果。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。下面简单介绍下数控机床故障的排除方法：

一、数控机床故障诊断原则与基本要求

（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。

（2）故障诊断的基本要求

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。

（1）直观法。主要采用目测、手摸、通电等方法，维修人员在故障诊断时首先使用的方法是直观检查法。

（2）自诊断功能法。利用数控系统的自诊断功能，给出报警信息，指示故障的大致起因。

（3）交换法。将相同的模块和单元互相交换，观察故障转移的情况，从而快速确定故障的部位。

（4）仪器测量比较法。当系统发生故障后，采用常规电工检测仪器，对故障部分的电压、电源、脉冲信号等进行实测，将正常值与故障时的值相比较，可以分析出故障的原因与所在部位。仪器检查法是使用常规的电工仪表，对相关直流及脉冲信号及各组交、直流电源电压等进行测量，从而找出可能的故障问题。

（5）敲击法。数控系统由各种电路板组成，每块电路板上有很多焊点，任何虚焊或接触不良都可能出现故障可用绝缘物轻轻敲打有虚焊或接触不良的疑点处，若故障出现，则故障很可能就在敲击的部位。

四、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。

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。

以上就是数控机床设备的故障处理方法，专业化的检测流程和维修方法可以快速的解决设备问题。制定严谨的流程、完善的日常维护保养制度、使用专用的零部件和原材料可以有效的避免故障的产生。

由于现代的数控系统可变性越来越高，故障率越来越低，很少发生故障。大部分故障都是非系统故障，是由外部原因引起的。

1、现代的数控设备都是机电一体化的产品，结构比较复杂，保护措施完善，自动化程度非常高。有些故障并不是硬件损坏引起的，而是由于操作、调整、处理不当引起的。这类故障在设备使用初期发生的频率较高，这时操作人员和维护人员对设备都不特别熟悉。

例一、一台数控铣床，在刚投入使用的时候，旋转工作台经常出现不旋转的问题，经过对机床工作原理和加工过程进行分析，发现这个问题与分度装置有关，只有分度装置在起始位置时，工作台才能旋转。

例二、另一台数控铣床发生打刀事故，按急停按钮后，换上新刀，但工作台不旋转，通过PLC梯图分析，发现其换刀过程不正确，计算机认为换刀过程没有结束，不能进行其它操作，按正确程序重新换刀后，机床恢复正常。

例三、有几台数控机床，在刚投入使用的时候，有时出现意外情况，操作人员按急停按钮后，将系统断电重新启动，这时机床不回参考点，必须经过一番调整，有时得手工将轴盘到非干涉区。后来吸取教训，按急停按钮后，将操作方式变为手动，松开急停按钮，把机床恢复到正常位置，这时再操作或断电，就不会出现问题。

2、由外部硬件损坏引起的故障

这类故障是数控机床常见故障，一般都是由于检测开关、液压系统、气动系统、电气执行元件、机械装置等出现问题引起的。有些故障可产生报警，通过报答信息，可查找故障原因。

例一、一台数控磨床，数控系统采用西门子SINUMERIKSYSTEM3，出现故障报警F31“SPINDLECOOLANTCIRCUIT”，指示主轴冷却系统有问题，而检查冷却系统并无问题，查阅PLC梯图，这个故障是由流量检测开关B96检测出来的，检查这个开关，发现开关已损坏，更换新的开关，故障消失。

例二、一台采用西门子SINUMERIK810的数控淬火机床，一次出现6014“FAULTLEVELHARDENINGLIQUID”机床不能工作。报警信息指示，淬火液面不够，检查液面已远远超出最低水平，检测液位开关，发现是液位开关出现问题，更换新的开关，故障消除。

有些故障虽有报警信息，但并不能反映故障的根本原因。这时要根据报警信息、故障现象来分析。

例三、一台数控磨床，E轴在回参考点时，E轴旋转但没有找到参考点，而一直运动，直到压到极限开关，NC系统显示报警“EAXISATMAXTRAVEL”。根据故障现象分析，可能是零点开关有问题，经确认为无触点零点开关损坏，更换新的开关，故障消除。

例四、一台专用的数控铣床，在零件批量加工过程中发生故障，每次都发生在零件已加工完毕，Z轴后移还没到位，这时出现故障，加工程序中断，主轴停转，并显示F97号报警“SPINDLESPEEDNOTOKSTATION2”，指示主轴有问题，检查主轴系统并无问题，其它问题也可导致主轴停转，于是我们用机外编程器监视PLC梯图的运行状态，发现刀具液压卡紧压力检测开关F211，在出现故障时，瞬间断开，它的断开表示铣刀卡紧力不够，为安全起见，PLC使主轴停转。经检查发现液压压力不稳，调整液压系统，使之稳定，故障被排除。

还有些故障不产生故障报警，只是动作不能完成，这时就要根据维修经验，机床的工作原理，PLC的运行状态来判断故障。

例五、一台数控机床一次出现故障，负载门关不上，自动加工不能进行，而且无故障显示。这个负载门是由气缸来完成开关的，关闭负载门是PLC输出Q20控制电磁阀Y20来实现的。用NC系统的PC功能检查PLCQ20的状态，其状态为1，但电磁阀却没有得电。原来PLC输出Q20通过中间继电器控制电磁阀Y20，中间继电器损坏引起这个故障，更换新的继电器，故障被排除。

例六、一台数控机床，工作台不旋转，NC系统没有显示故障报警。根据工作台的动作原理，工作台旋转第一步应将工作台气动浮起，利用机外编程器，跟踪PLC梯图的动态变化，发现PLC这个信号并未发出，根据这个线索继续查看，最后发现反映二、三工位分度头起始位置检测开关I97、I106动作不同步，导致了工作台不旋转。进一步确认为三工位分度头产生机械错位，调整机械装置，使其与二工位同步，这样使故障消除。

发现问题是解决问题的第一步，而且是最重要的一步。特别是对数控机床的外部故障，有时诊断过程比较复杂，一旦发现问题所在，解决起来比较轻松。对外部故障的诊断，我们总结出两点经验，首先应熟练掌握机床的工作原理和动作顺序。其次要熟练运用厂方提供的PLC梯图，利用NC系统的状态显示功能或用机外编程器监测PLC的运行状态，根据梯图的链锁关系，确定故障点，只要做到以上两点，一般数控机床的外部故障，都会被及时排除。

由于数控机床采用了计算机控制技术，机械结构与普通机床相比大为简化，机械系统出现故障的机会大为减少，其常见的机械故障主要有以下几类：

1、进给传动链故障。由于数控机床的导轨普遍采用了滚动摩擦副，所以进给传动链故障主要是由运动质量下降造成的，如机械部件未运动到规定位置、运行中断、定位精度下降、反向间隙增大、机械爬行、轴承噪声变大（一般在撞车后出现）等，这部分故障可以通过调节各运动副预紧力，调整松动环节，提高运动精度以及调整补偿环节等方法进行解决。

2、主轴部件故障。由于使用可调速电机，数控机床主轴箱结构比较简单，容易出现故障的是刀柄自动拉紧装置、自动调速装置等。

3、自动换刀装置（ATC）故障。具有自动换刀装置的加工中心机床50%以上的故障与自动换刀装置有关，主要表现在：刀库运动故障、定位误差过大、机械手夹持刀柄不稳定、机械手运动误差较大等。故障严重时，造成换刀动作卡住、机床被迫停止工作。

4、用于检测各轴运动位置的行程开关压合故障。在数控机床上，为了保证自动化工作的可靠性，采用了大量检测运动位置的行程开关。机床经过长期运行，运动部件运动特性发生变化，行程开关压合装置的可靠性及行程开关本身品质特性的改变对整机的故障产生及故障排除带来较大影响。

5、配套附件的故障。数控机床上冷却装置、排屑器、导轨防护罩、冷却液防护罩、主轴冷却恒温油箱、液压油箱等的可靠性不高，也会造成故障而影响正常运行。

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