数控机床维修的基本要求和故障类别

　　一 、问：数控机床维修的基本要求是什么？                         

　　答：数控机床是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、精密测量技术和机床设计等先进技术的 典型机电一体化产品，其控制系统复杂、价格昂贵，因此它对维修人员素质、维修资料的准备、维修 仪器的使用等方面提出了比普通机床更高的要求这些要求主要包括以下几个方面：1.人员素质的要求；2.技术资料的要求；3. 工具及备件的要求..4.常用元件。

　　1. 问人员素质的要求是指什么？

　　答：维修人员的素质直接决定了维修效率和效果为了迅速、准确判断故障原因，并进行及时、有效的 处理，恢复机床的动作、功能和精度作为数控机床的维修人员应具备以下方面的基本条件：a.较广的知识面；b.善于思考；c. 重视经验积累；d. 善于学习；e.具备外语基础与专业外语基础；f.能熟练操作机床和使用维修仪器；g.具有较强的动手能力.

　　a.具有较广的知识面是什么？

　　答：由于数控机床通常是集机械、电气、液压、气动等干一体的加工设备，组成机床的各部分之间具 有密切的联系，其中任何一部分发生故障均会影响其他部分的正常工作。数控机床维修的第一步是要 根据故障现象，尽快判别故障的真正原因与故障部位，这一点即是维修人员必须具备的素质，但同时 又对维修人员提出了很高的要求，它要求数控机床维修人员不仅仅要掌握机械、电气两个专业的基础 知识和基础理论，而且还应该熟悉机床的结构与设计思想，熟悉数控机床的性能，只有这样，才能迅 速找出故障原因，判断故障所在，此外，维修对为了对某些电路与零件进行现场测绘，作为维修人员 还应当具备一定的工程制图能力。

　　b.善于思考是什么？

　　答：数控机床的结构复杂，各部分之间的联系紧密。故障涉及面广。而且在有些场合．故障所反映出的现象不一定是产生故障的根本原因。作为维修人员必须从机床的故障现象通过分析故障产生的过程，针对各种可能产生的原因由表及里，透过现象看本质，迅速找出发生故障的根本原因井予以排除。通俗地讲，数控机床的维修人员从某种意义上说应“多动脑，慎动手”，切忌草率下结论，自月更 换元器件．特别是数控系统的模块以及印刷电路板

　　c.重视经验积累是什么？

　　答：数控机床的维修速度在很大程度上要依靠平时经验的积累，维修人员遇到过的问题、解决过的战障越多，其维修经验也就越丰富。数控机床虽然种类繁多，系统各异，但其基本的工作过程与原理却是和同的。因此，维修人员在解决了某故障以后，应对维修过程及处理方法进行及时总结、归纳．形成书面记录，以供今后同类故障维修参考。特别是对十自己时难以解决，?终由同行技术人员或专家维修解决的问题，尤其应该细心观察，认真记录，以便十提高。如此日积月累，以达到提高自身水平与素质的目的。

　　d.善于学习是什么？

　　答：作为数控机床维修人员不仅要注重分析与积累，还应当勤于学习，善于学习。数控机床，尤其是 数控系统，其说明书内容通常都较多，有操作、编程、连接、安装调试、维修手册、功能说明、PLC 编程等。这些手册、盗料少则数十万字．多到上千万字，要全面掌握系纹的全部内容绝非一日之功而 民在实际维修时，通常也不可能有太多的时间对说明书进行全面、系统的学习。

　　因此，作为维修人员要像了解机床、系统的结构那样全面了解系统说明书的结构、内容、范围并根据实际需要，精读某些与维修有关的重点章节，理清思路、把握重点、详略得当切忌大海捞针、无 从下手。

　　e.具备外语基础与专业外语基础有什么好处？

　　答：虽然目前国内生产数控机床的厂家已经日益增多，但数控机床的关键部分― 数控系统还主要依靠进口，其配套的说明书、资料往往使用原文资料数控系统的报警文本显示亦以外文居多。为了能迅 速根据系统的提示与机床说明书中所提供信息，确认故障原因，加快维修进程，作为一个维修人员，好能具备专业外语的阅读能力，提高外语水平，以便分析、处理问题。

　　f.能熟练操作机床和使用维修仪器是指的哪些？

　　答：数控机床的维修离不开实际操作，特别是在维修过程中．维修人员通常要进入一般操作者无法进 行的特殊操作方式．如：进行机床参数的设定与调整通过计算机以及软件联机调试利用 PLC 编程器监 控等。此外，为了分析判断故障原因维修过程中往往还需要编制相应的加工程序，对机床进行必要的 运行试验与工件的试切削。因此，从某种意义上说，一个高水平的维修人员，其操作机床的水平应比 操作人员更高，运用编程指令的能力应比编程人员更强。

　　g.具有较强的动手能力是指的哪些？

　　答：动手是维修人员必须具备的素质。但是，对于维修数控机床这样约精密、关键设备，动手必须有 明确的目的、完整的思路、细致的操作。动手前应仔细思考、观察，找准入手点动手过程中更要做好 记录，尤其是对于电气元件的安装位置、导线号、机床参数、调整值等都必须做好明显的标记，以便 恢复。维修完成后，应做好“收尾“工作，如：将机床、系统的罩壳、紧固件安装到位；将电线、电 缆整理整齐等。

　　在系统维修时应特别注意：数控系统中的某些模决是需要电池保持参教的，对于这些板于和模块 切忌随使插拔；更不可以在不了解元器得州乍用的情况下随意调换数控系统、伺服驱动等部件中的器 件、设定端子：任意调整电位器位，任意改变设呈未敬：以避免产生更严重的后果。

　　2.问技术资料的要求指哪些？

　　答：技术资料是维修的指南，它在维修工作中起着至关重要的作用．借助于技术资料可以大大提高维 修工作的效率与维修的准确胜。一般来说，对于重大的数控机床故障维修．在理想状态下，应具备以 下技术资料： a 数控机床使用说明书；b .PLC 程序清单 ；c机床参数清单 ；d 数控系统的连接说明、功能说明 ；e 伺服驱动系统、主轴驱动系统的使用说明书；f PLC 使用与编程说明；g主要配套功能部件的说明书与资料;h. 维修人员对机床维修过程的记录与维修的总结 ·

　　a.       数控机床使用说明书是什么？

　　答：它是由机床生产厂家编制井随机床提供的随机资料。机床使用说明书通常包括以下与维修有关的 内容：

　　1)   机床的操作过程和步骤

　　2)   机床主要机械传动系统及主要部件的结构原理示意图，机床的液压、气动、润滑系统图.

　　4)   机床安装和调整的方法与步骤

　　5)   机床电气控制原理图

　　6)   机床使用的特殊功能及其说明等。

　　b.PLC 程序清单指的是什么？

　　答：它是机床厂根据机床的具体控制要求设计、编制的机床控制软件，PLC 程序中包含了机床动作的执行过程，以及执行动作所需的条件，它表明了指令信号、检测元件与执行元件之间的全部逻辑关系。借助 PLC 程序，维修人员可以迅速找到故障原因，它是数控机床维修过程中使用?多、?重要的资料在某些系统(如 FANUC 系统、SIEMENS802D 等)中，利用数控系统的显示器可以直接对 PLC 程序进行动态检测和观察，它为维修提供了极大的便利，因此，在维修中定要熟练掌握这方面的操作和使用技能

　　c. 机床参数清单指哪些？

　　答：它是由机床生产厂根据机床的实际情况，对数控系统进行的设置与调整。机床参数是系统与机床之间的“桥梁”，它不仅直接决定了系统的配置和功能，而且也关系到机床的动、静态性能和精度因此也是维修机床的重要依据与参考。在维修时，应随时参考系统“机床参数”的设置清况来调整、维修机床；特别是在更换数控系统模块时．一定要记录机床的原始设置参数，以便机床功能的恢复。

　　d.什么是数控系统的连接说明、功能说明？

　　答：该资料由数控系统生产厂家编制通常只提供给机床生产厂家作为设针资料。维修人员可以从机床 生产厂家或系统生产、销售部门获得。系统的连接说明、功能说明书不仅包含了比电气原理图更为详细的系统各部分之间连接要求与说 明，而且还包括了原理圈中未反映的信号功能描述，是维修数控系统，尤其是检查电气接线的重要参 考资料。

　　e.伺服驱动系统、主轴驱动系统的使用说明书

　　答：它是伺服系统及主轴驱动系统的原理与连接说明书，主要包括伺服、主轴的状态显示与报警显示、驱动器的调试、设定要点，信号、电压、电流的测试点，驱动器设置的参数及意义等方面的内容，可 供伺服驱动系统、主轴驱动系统维修参考。

　　f..什么是 PLC 使用与编程说明 ？

　　答：它是机床中所使用的外置或内置式 PLC 的使用、编程说明书。通过 PLC 的说明书，维修人员可以 通过 PLC 的功能与指令说明．分析、理解 PLC 程序．并由此详细了解、分析机床的动作过程、动作条 件、动作顺岸以及各信号之间的逻辑关系，必要时还可以对 PLC 程序进行部分修改。

　　g.什么是机床主要配套功能部件的说明书与资料 ？

　　答：在数控机床上往往会使用较多功能部件如数控转台、自动换刀装置、润滑与冷却系纽排屑器等。 这些功能部件，其生产厂家一般都提供了较完整的使用说明书，机床生产厂家应将其提供给用户，以 硬功能部件发生故障时进行参考。

　　以上都是在理想情况下应其备的技术资料，但是实际维修时往往难以做到这一点。因此在必要时， 维修人员应通过现场测绘、平时积累等方法完善、整理有关技术资料。

　　h.什么是维修人员对机床维修过程的记录与维修的总结?

　　答：理想的清况是：维修人员应对自己所进行的每一步维修都进行详细的记录，不管当时判断是否 正确。这样不仅有助于今后进一步维修，而且也有助于维修人员的经验总结与水平的提高。

　　3. 工具及备件的要求是指哪些？

　　答：合格的维修工具是进行数控机床维修的必备条件，数控机床是精密设备，它对各方面的要求较普 通机床高，不同的故障，所需要的维修工具亦不尽相同。作为常用的工具主要有以下几类：a. 常用表类；b. 常用工具类c. 常用的元件

　　a.问常用表类指哪些？

　　⑴ 数字万用表

　　答：数字万用表可用于大部分电气参数的准确测量，判别电气元件的性能好坏。数控机床维修对数宇 万用表的基本侧量范围以及精度要求一般如下：

　　① 交流电压：200mV～700V，200mV 档的分辨率应不低于 100µV。

　　② 直流电压：200mV～1000V 200mV 档的分辨率应不低于 100µV

　　③ 交流电流：200µA～20A， 200µA 档的分辨率应不低于 0.1µ

　　④ 直流电流：20µA～20A，   20µA 档的分辨率应不低于 0.01µA

　　⑤ 电阻：      200Ω～200MΩ，200Ω档的分辨率应不低于 0.1Ω

　　⑥ 电容：      2nF～20µF，2nF 档的分辨率一股应不低于 1PF。

　　⑦ 晶体管：   hfe：0～1000。

　　⑧ 具有二极管测试与蜂鸣器功能。

　　⑵ 数字转速表

　　转速表用于测量与调整主轴的转速，通过测量主轴实际转速，以及调整系统及驭动器的参数可以 使编程的主轴转速理论值与实际主轴转速值相符它是主轴维修与调整的测量工具之一。

　　⑶ 示波器

　　示波器用于检测信号的动态波形如脉冲编码器、测速机、光栅的输出波形，伺服驱动、主轴驱动 单元的各级输入、输出波形等，其次还可以用十检测开关电源显示器的垂直、水平振荡与扫描电路的 波形等。

　　数控机床维修用的示波器通常选用频带宽为 10～100MHz 的双通道示波器。

　　⑷ 相序表相序表主要用于测量三相电源的相序，它是直流伺服驭动、主轴驱动维修的必要测量工具之一。

　　⑸ 常用的长度测量工具长度测量工具(如：千分表、百分表等)用于测量机床移动距离、反向间隙值等。通过测量，可以大致判断机床的定位精度、重复定位精度、加工精度等，根据测量值可以调整数控系统的电子齿轮 比、反向间隙等主要参数，以恢复机床精度。占是机械部件维修测量的主要检测工具之一。

　　b.常用工具类指哪些？

　　答：⑴ 电烙铁

　　它是常用的焊接工其一般应采用 30W 左右的尖头、带接地保护线的内铁式电烙铁，?好使用恒 温式电烙铁。

　　⑵ 吸锡器

　　常用的是便携式手动吸锡器，也可采用电动吸锡器。

　　⑶ 旋具类

　　规格齐全的一字与十字旋具各一套旋具以采用树脂或塑料手柄为宜为了进行伺服驱动器的调整与 装卸，还应配备无感螺旋刀与梅花形六角旋具各一套。

　　⑷ 钳类工具

　　各种规格的斜口钳、尖嘴钳、剥线钳、镊子、压线钳等。

　　⑸ 扳手类

　　各种规格的米制、英制内、外六角扳手各一套等．

　　⑹ 其它类

　　剪刀、吹尘器、卷尺、焊锡丝、松香、酒精、刷子等。

　　c.常用的元件指哪些？

　　答：数控机床的维修所涉及的元器件、零件众多，备用的元器件不可能全部准备充分、齐全，但是，若维修人员能准备一些较为常见的易损元器件，可以给维修带来很大的方便，有助于迅速处理解决问 题，这些元器件包括：

　　1)   常用的二极管类，如：IN4007、IN1004、IN4148、IS953

　　2)   各种规格的电阻(规格应齐全)：常用的电位器(1KΩ、2KΩ、10KΩ、47KΩ等)

　　3)   常用的晶体三极管类，如：2S719、2SC1983、2SA6395、2SC1152、BCY59 等。

　　4)   常用的集成电路，主要有：

　　① 运放类，如：LM319、LM339、LM311、LM248、LM301、LM308、LM158、LM324、LM393、RC455、 RC747、µA747、LF353、4858、1458、NE5514、NE5512、TLC374 等。

　　② 集成稳压源类：如：7805、7812、7815、7915、LM317、LM337、14315、17815 等

　　③ 光耦器件类，如：TLP521、TLP500、TLP512、SFH6001、SFH610、4N26、4N37、PC601、PC401
等。

　　④ 线驭动放大器／接收器类，如：75113、75115、75116、55114、54125、74125、74125、54265、 MC3487 等。

　　⑤ D/A 转换器类，如：AD767、BA17008、=DAC0800、DAC707DAC767、DAC1020 等

　　⑥ 输出驱动类，如：ULN2803、ULN2003、ULN2002、FT5461、DIA050000 等。

　　⑦ 模拟开关类，如：DG200、DG201、DG211 等。

　　由于以上元器件与系统的外部输入/输出电路、电源等易损部件有关．在连接不当、外部短路等情 况下，比较容易引起损坏。对于专业维修人员一般均应准备一部分，以便随时进行更换。

　　5)常用规格的熔断器及熔芯

　　二 问常见故障分为哪几大类？

　　答：常见故障分为1. 故障发生的部位分类；2. 按故障的性质分类；3. 按故障的指示形式分类；4. 按故障产生的原因分类。

　　1.故障发生的部位分类是指哪几类？

　　答：故障发生的部位分类：a. 确定性故障；b. 随机性故障

　　a.什么叫确定性故障？

　　答：确定性故障是指控制系统主机中的硬件损坏或只要满足一定的条件，数控机床必然会发生的故障。 这一类故障现象在数控机床上?为常见，但由于它具有一定的规律，因此也给维修带来了方便。确定性故障具有不可恢复性，故障一旦发生，如不对其进行维修处理，机床不会自动恢复正常．但只要找出发生故障的根本原因，维修完成后机床立即可以恢复正常。正确的使用与精心维护是杜绝或 避免故障发生的重要措施。

　　b.是叫随机性故障？

　　答：随机性故障是指数控机床在工作过程中偶然发生的故障此类故障的发生原因较隐蔽，很难找出其规律性，故常称之为“软故障”，随机性故障的原因分析与故障诊断比较困难，一般而言，故障的发生往往与部件的安装质量、参数的设定、元器件的品质、软件设计不完善、工作环境的影响等诸多因素有关。随机性故障有可恢复性，故障发生后，通过重新开机等措施，机床通常可恢复正常，但在运行过 程中，又可能发生同样的故障。加强数控系统的维护检查，确保电气箱的密封，可靠的安装、连接，正确的接地和屏蔽是减少、 避免此类故障发生的重要措施。

　　2.按故障的性质分类是指哪几类？

　　答：按故障的性质分类分为：a. 有报带显示的故障；b. 无报警显示的故障。

　　a.什么叫有报带显示的故障？

　　答：数控机床的故障显示可分为指示灯显示与显示器显示两种情况：

　　1)指示灯显示报警 指示灯显示报警是指通过控制系统各单元上的状态指示灯(一般由 LED 发光管或小型指示灯组成)显示的报警．根据数控系统的状态指示灯，即使在显示器故障时，仍可大致分析判断出故障发生的部位与性质，因此．在维修、排除故障过程中应认真检杳这些状态指示灯的状态。

　　2)显示器显示报警．显示器显示报警是指可以通过 CNC 显示器显示出报警号和报警信息的报警。 由于数控系统一般都具有较强的自诊断功能，如果系统的诊断软件以及显示电路工作正常，一旦系统 出现故障，可以在显示器上以报警号及文本的形式显示故障信息。数控系统能进行显示的报警少则几 十种，多则上千种，它是故障诊断的重要信息。

　　在显示器显示报警中，又可分为 NC 的报警和 PLC 的报等两类。前者为数控生产厂家设置的故降 显示．它可对照系统的“维修手册”，来确定可能产生该故障的原因。后者是由数控机床生产厂家设置 的 PLC 报警信息文本，属于机床侧的故降显示。它可对照机床生产厂家所提供的“机床维修手册”中 的有关内容．确定故障所产生的原因。

　　b.什么是无报警显示的故障？

　　答：无报警显示的故障 这类故障发生时．机床与系统均无报警显示，其分析诊断难度通常较大．需 要通过仔细、认真的分析判断才能予以确认。特别是对于一些早期的数控系统，由于系统本身的诊断 功能不强，或无 PLC 报警信息文本，出现无报警显示的故障情祝则更多．

　　对于无报警显示故障，通常要具体情况具体分析，根据故障发生前后的变化．进行分析判断，原 理分析法与 PLC 程序分析法是解决无报警显示故障的主要方法。

　　3.按故障的指示形式分为哪几类？

　　答：a.数控机床自身故障；b. 数控机床外部故障。

　　a.什么是数控机床自身故障？

　　答：这类故障的发生是由于数控机床自身的原因所引起的，与外部使用环境条件无关．数控机床所发 生的极大多数故障均属此类故障。

　　b.什么是数控机床外部故障？

　　答; 这类故障是由于外部原因所造成的。供电电压过低、过高，波动过大：电源相序不正确或三相输入电压的不平衡；环境温度过高：有害气体、潮气、粉尘授入：外来振动和干扰等都是引起故障的原因。

　　此外，人为因素也是造成数控机床故障的外部原因之一，据有关资料统计，首次使用数控机床或 由不熟练工人来操作数控机床，在使用的第一年，操作不当所造成的外部故障要占机床总故障的三分 之一以上。除上述常见故障分类方法外，还有其他多种不同的分类方法。如：按故障发生时有无破坏性．可分为破坏性故障和非破坏性故障两种．按故障发生与需要维修的具体功能部位．可分为数控装置故障，进给伺服系统故障，主轴驱动系统故障，白动换刀系统故障等等，这一分类方法在维修时常用。

　　三：CNC的故障自诊断哪几大类？

　　答：CNC的故障自诊断分为;’1.. 开机自诊断； 2. 在线监控； 3. 脱机测试这三类.

　　1.什么是开机自诊断？

　　答：所谓开机自诊断是指数控系统通电时，由系统内部诊断程序自动执行的诊断，它类似于计算机的 开机诊断。
开机自诊断可以对系统中的关键硬件，如：CPU、存储器、I/O 单元、CRT/MDI 单元，纸带阅读机、 软驱等装置进行自动检查；确定指定设备的安装、连接状态与性能：部分系统还能对某些重要的芯片， 如：PAM、ROM、专用 LSI 等进行诊断。数控系统的自诊断在开机时进行，只有当全部项日都被确认无误后，才能进入正常运行状态。诊断的时间决定十数控系统一般只需数秒钟，但有的需要几分钟。

　　2.什么是在线监控？

　　答：在线监控可以分为 CNC 内部程序监控与通过外部设备监控两种形式CNC 内部程序监控是通过系统内部程序，对各部分状态进行自动诊断、检查和监视的种方法。在 线监控范围包括 CNC 本身以及与 CNC 相连的伺服单元、伺服电动机、主轴伺服单元、主轴电动机、 外部设备等。在线监控在系统工作过程中始终生效。

　　数控系统内部程序监控包括接口信号显示、内部状态显示和故障显示三方面。

　　⑴ 接口信号显示 它可以显示 CNC 和 PLC、CNC 和机床之间的全部接口信号的现行状态。指不数字 输入／输出信号的通断清祝，帮助分析故障。

　　维修时必须了解 CNC 和 PLC、CNC 和机床之间各信号所代表的意义，以及信号产生撤消应具备的各 种条件才能进行相应检查。数控系统生产厂家所提供的“功能说明书’、“连接说明书”以及机床生产 厂家提供的“机床电气原理图”是进行以上状态检查的技术指南。

　　⑵ 内部状态显示 一般来说利用内部状态显不功能，可以显示以下几方面的内容：

　　1)造成循环指令(加工程序)不执行的外部原因。如：CNC 系统是否处于“到位检查”中：是否处于“机床锁住”状态：是否处于“等待速度到达”信号接通：在主轴每转进给编程时是否等待“位置编码器”的测量信号；在螺纹切削时，是否处于等待‘主轴 I 转信号” 进给速度倍率是否设定为 0 % ，等等。

　　2)复位状态显示，指示系统是否处于“急停”状态或是“外部复位”信号接通状态。

　　3)TH 报警状态显示。它可以显示出报警时的纸带错误孔的位置。

　　4)存储器内容以及磁泡存储器异常状态的显示。

　　5)位置跟随误差的显示。

　　6)伺服骆动部分的控制信息显示

　　7)编码器、光栅等位置测量元件的输入脉冲显示等等

　　⑶ 故障信息显示在数控系统中，故障信息一般以“报警显示”的形式在 CRT 进行显示。报警显示 的内容根据数控系统的不同有所区别。这些信息大都以“报警号”，加文本的形式出现，具体内容以及 排除方法在数控系统生产厂家提供的“维修说明书”上可以查阅。通过外部设备监控是指采用计算机、PLC 编程器等设备，对数控机床的各部分状态进行自动诊断、检查和监视的一种方法。如：通过计算机、PLC 编程器对 PLC 程序以梯形图、功能图的形式进行动态检测，它可以在机床生产厂家未提供 PLC 程序时，进行 PLC 程序的阅动态波形显示等内容，通常也需 要借助必要的在线监控设备进行。随着计算机网络技术的发展，作为外部设备在线监控的一种，通过网络联接进行的远程诊断技术 正在进一步普及、完善。通过网络，数控系统生产厂家可以直接对其生产的产品在现场的工作情况进 行检测、监控，及时解决系统中所出现的问题，为现场维修人员提供指导和帮助。

　　3.什么是脱机测试？

　　答：脱机测试亦称“离线诊断”，它是将数控系统与机床脱离后，对数控系统本身进行的测试与检查。 通过脱机测试可以对系统的故障作进一步的定位，力求把故障范围缩到?小。如：通过对印制线路板 的脱机测试，可以将故障范围定位到印制电路板的某部分甚至某个芯片或器件，这对印制电路板的修 复是 I 分必要的。数控系统的脱机测试需要专用诊断软件或专用测试装置，因此，它只能在数控系统 的生产厂家或专门的维修部门进行。随着计算机技术的发展，现代 CNC 的离线诊断软件正在逐步与 CNC 控制软件一体化有的系统已将 “专家系统”引入故障诊断中。通过这样的软件，操作者只要在 CRT/MDI 上作一些简单的会话操作， 即可诊断出 CNC 系统或机床的故障。

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