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数控机床故障诊断与维修技术分解
数控机床故障诊断及维修技术
第一章 概述
一、 数控机床故障诊断及维修工作的基本要求
1． 人员条件
·掌握有关数控机床机械结构和电气控制方面的知识
涉及学科：计算机控制技术 模拟及数字电路 自控理论 电机及拖动技术 数控
加工技术 机械传动 液压和气动技术
·掌握机械和电气维修中检测仪器和工具的使用
·掌握常见的英文标识的意义
2． 物质条件
·相关器具
维修工具
测量仪器和仪表
其他辅助物品
·技术资料
机床使用说明书——机床生产厂家
系统操作说明书
连接说明书（硬件、功能）
维修说明书
参数说明书
交流伺服电机规格/参数说明书
伺服电机维修说明书
规格说明书（对系统功能有一定的了解）
二、 数控机床的故障特点
传统机床：触点控制，继电器电路，控制时间、行程、电流、电压
数控机床：计算机控制、PLC控制，如何用PLC及CNC之间的交换信息查找故障
数控机床的故障主要分机械故障和电气故障两大类：
机械故障主要表现为机床长期运转引起的磨损（需定期修复），再者就是因某些原因造成的机械部件的损坏（突然的——故障比较明显）
数控机床的电气故障主要包括硬件故障和软件故障。
硬件故障主要指电气元件、印刷线路板、电线电缆、接插件的故障——需修理或更换。软件故障一般是指PLC逻辑控制程序产生故障，需要输入或修改某些数据甚至修改PLC
程序，零件加工程序故障也是软件故障，最严重的软件故障是系统软件的缺失。
·系统软件的组成
类别
名称
存放位置
制造者
1
系统文件
启动芯片
存储或固化EPROM
FLASH MEMORY

系统生产厂家
基本系统软件（标配）
加工循环
测量循环
2
用户文件
NC机床数据
SRAM中（CMOS）

机床制造厂家
PLC机床数据
PLC用户程序
PLC报警文本
系统设定数据
3
用户文件
加工程序
存在RAM中（有电池支持）
机床用户
刀具补偿参数
零点偏置参数
R参数等
·软件故障发生的原因（软件变化/软件丢失）
1． 误操作：在调试用户程序或调用某些参数时误操作
2． 供电电池不足：RAM电池长期使用后电压降低
停电时拔下RAM电池
电池电路短路或断路
电池接触不良
·软件故障的排除方法
造成软件或数据丢失需重新置入
系统在运行过程中中断或停机——关机重起（有系统不稳定的问题）
第二章 数控机床的安装、调试及验收
一、 数控机床的安装
1． 开箱检查
2． 部件就位
3． 连接
外部电缆的连接（若整机购买不需要做此工作）
CRT/MDI面板
操作面板
电气柜
进给和主轴电机
控制单元
伺服驱动单元
电源的连接
电源变压器（输入电压和频率、电压波动范围、相序）
直流电源输出对地短路
数控电源
熔断器
其他线路连接
液、气、油
4． 系统参数的设定（若整机购买不需要做此工作）
有些是机床工作必须设定的参数
二、 数控机床的调试
1． 调水平
2． 通电试车
3． 系统工作状态的检查
三、 数控机床的验收
1． 机床功能验收：
主轴系统性能：高、中、低速正反转
主轴提速
主轴准停
进给系统性能：手动进给，高、中、低速
G00和G01测试
自动换刀装置：可靠、平稳
换刀速度
机床噪音
电气装置绝缘
数控装置
防护装置
润滑装置
气液装置：密封、压力
其他装置：排屑
2． 数控功能验收
运动指令：G00、G01、G02、G03
功能指令：平面选择、刀具补偿、暂停、固定循环等
操作功能：操作面板上的一些功能
显示功能
3． 机床精度验收
几何精度
卧式数控车床几何精度检验
序号
检 测 内 容
检测方法
允许误差/mm
实测误差
1
往复台Z轴方向运动的直线度
a
Z轴方向垂直平面内

0.02/1000
0.012

b
X轴方向垂直平面内

c
X轴方向水平面

0.02/1000
0.015
2

主轴端面跳动

0.02
0.006
3
主轴径向跳动
0.02
0.005
4
主轴中心线及往复台Z轴方向运动的平行度
a
垂直平面内

0.02/300
只许上偏
0.014
b
水平平面内
0.015/300
只许前偏
0.01
5

主轴中心线及X轴垂直度

0.02/300
0.008
6
主轴中心线及刀具中心线的偏离程度

a
垂直平面内

0.05
未测
b
水平平面内
0.05
7
床身导轨面平行度

a
山行外侧

0.04/1000
0.03
b
山行内侧
8
往复台Z轴方向运动及尾座中心线平行度

a
垂直平面内

0.02/100
0.003
b
水平平面内
0.02/100
0.005
9

主轴及尾座中心线之间高度偏差

0.04
0.035
10

尾座回转径向跳动

0.02
未测

位置精度
卧式数控车床定位精度检验项目
序号
检测项目
检测方法
允差
精度值
1
直线运动定位精度
在空载条件下，对所测的坐标轴在全行程内，分50mm间距正和反向快速移动定位，在每个位置上测出实际移动距离和理论移动距离之差，对实测数据处理求出精度值
Z轴
0.04
0.027
X轴
0.03
0.014
2
直线运动重复
定位精度
选择行程的中间和两端任意三个点作为目标位置，从正向和反向进行五次定位，测量出实际位置及目标位置之差。
Z轴
0.016
0.008
X轴
0.012
0.007

工作精度（加工精度）
卧式数控车床切削精度检验
序号
检测项目
检测方法
允许
误差
1
外圆
车削
圆度
试件材料为45钢，切削速度100-150m/min，背吃刀量0.1-0.15mm，进给量小于或等于0.1mm/r。试件长度取最大车削直径的1/2或最大车削长度的1/3，直径大于或等于长度的1/4。根据机床主要性能表中的最大切削直径和最大切削长度，检测时所采用试件直径为Φ150mm，长度L1为200mm,L2为20mm。
小于0.005mm
直径一致性
小于0.03/200mm
2
端面
车削
平面度
试件材料为灰铸铁，切削速度100m/min，背吃刀量0.1-0.15mm，进给量小于或等于0.1mm/r，试件外圆直径取Φ200mm，
Lmax＝50mm。
0.02/300mm
（只许凹）
3
螺纹
切削
螺距累积
误差
螺纹长度取80mm，螺纹直径36mm（螺纹长度大于或等于2倍工件直径），螺距不超过Z轴丝杠螺距之半，原机床Z轴丝杠螺距5mm，所以取螺距2mm，精车
60°螺纹。
0.02/60mm

单项检测试切件示意图如图所示。

外圆车削试件：工件材料45钢，切削速度100-150m/mmin，背吃刀量0.1-0.15mm，进给量≤0.1mm/r，机夹可转位刀具，PVD涂层刀片（低温真空）
L≤500mm，d>L/4
测量项目：圆度（在固定端测量）——0.007(L≤40mm),0.01(400≤L≤70mm)
直径的一致性——0.03/300mm
检测仪器：圆度仪、千分尺

面车削试件：工件材料灰铸铁，切削速度100m/min，背吃刀量0.1-0.15mm，进给量≤0.1mm/r，机夹可转位刀具，PVD涂层刀片（低温真空）
检测项目:精车端面平面度——直径在300mm以上允许0.02mm(内凹)
测量仪器:平尺、块规

螺纹切削试件：
测量项目：螺距累计误差
测量仪器：万工显

切削综合试件
1.轴类零件
圆度D6 0.015mm
直径尺寸精度D3 D4 D6 ±0.025mm
直径尺寸精度D1 D2 D5 ±0.02mm
直径尺寸差D2- D1=10 ±0.015mm
直径尺寸差D3- D4=0 ±0.020mm
长度尺寸精度L1=20 ±0.025mm
长度尺寸精度L2=170 ±0.035mm

2.盘类零件

略

第三章 数控机床的维护
一、 随机的安全使用手册
二、 数控系统操作手册中提出的警告和注意事项
三、 点检

四、 注意的其他问题
数控机床的使用环境
电源的波动
经常通电
严格遵守操作规程和日常维护制度
不要经常打开电气柜
定期清扫数控、电气柜中的通风系统
更换COMS的电池、编码器的电池
五、 机械部件的维护
主传动链的维护：同步齿形带松、主轴箱油温、润滑油换油、清洗过滤器
滚珠丝杠的维护：注意观察轴向间隙、润滑、避免杂质进入
刀库及换刀装置的维护：装刀到位、锁紧可靠、刀具碰撞、刀柄清洁、换刀位置
液压系统的维护：定期更换和过滤油液
定期检查或更换密封件
定期清洗和更换液压件
定期检查过滤系统和液压管路
定期检查泄露、噪音、振动、压力、油温
气动系统的维护：过滤
防止气动件生锈——油雾气的供油量
密封
压力
定期清洗更换气动元件
数控机床机械故障诊断方法

主轴部件的常见故障

滚珠丝杠常见故障

刀架、刀库及换刀装置主要故障

液压系统主要故障

第四章 数控系统故障诊断基础知识
一、 概述
1． 主流数控系统介绍
FANUC：F0系列——A、B、C、D
F0i系列——A、B、C
F16系列
F18系列

伺服驱动及伺服电机 伺服电机驱动模块
电源模块

主轴电机

伺服电机 主轴驱动

SIEMENS：810
802
840C
840D

FAGOR：8055i
8070

华中数控

2． 数控系统的主要功能
基本功能
控制轴功能
准备功能
插补功能
进给功能
刀具功能
补偿功能
主轴功能
辅助功能
显示功能
诊断功能
选择功能
固定循环
图形显示功能
通讯功能：RS232接口、DNC、网络（远程协同及诊断）
人机对话功能
3． 数控的组成框图
CNC装置
位置检测
主轴电机

速度检测

机床

进给电机

速度检测

位置检测

主轴驱动

PLC

进给驱动

二、 典型数控系统的硬件结构——FANUC0i
1． FANUC0i-TB数控系统的配置
名称
型号
额定输出
额定转矩
最大转速
转动惯量
CNC（包括控制单元）
FANUC0i-TB

PMC
PMC-SB7

αi系列伺服放大器
PSM-30i
（电源模块）
26KW

SPM26i
（主轴模块）

SVM2-40/40i
（双轴伺服模块）

αi系列
主轴电机
α22/7000i
（主轴电机）
22KW/26KW
连续/30分钟
140 N.m
6000rpm
0.128 kg.m2
αi系列伺服电机
α8/3000i
（X轴电机带抱闸）
1.6KW
8N.m
3000rpm
0.0026kg.m2
α8/3000i
（Z轴电机）
1.6KW
8N.m
3000rpm
0.0026kg.m2
2． FANUC0i-TB数控系统的外部连接

三、 FANUC0i数控系统的参数
数控系统的参数用来完成CNC系统及机床各部件的匹配，以实现数控机床的各种功能。它是机床正常工作及其性能充分发挥的重要保证
一般数控机床在出厂时，数控系统的参数已经设定，用户不必进行改动，如若丢失需重新传入。
有些参数系统生产厂家在公开发行的资料中不做介绍，只是随机提供，但用户不能搞清其具体含义。
1． FANUC0i数控系统参数的含义
2． FANUC0i数控系统参数的显示及修改
3． FANUC0i-TB数控车床参数的设置
·系统参数
P9900以上为系统参数
·控制轴设定（NC参数）
P1010：CNC控制轴数2
P1020：各编程轴的名称定义A1=88（第一轴为X轴），A2=90（第二轴为Z轴）
P1022：在基本坐标系中设定各坐标轴的名称，A1=1（基本坐标系中的X轴）
A2=3（基本坐标系中的Z轴）
若该参数不设置，将无法执行G02、G03
P1023：各轴的伺服轴号A1=1，A2=2
·伺服引导（SERVO SETTING）：伺服系统参数的初始化，没有进行伺服引导前LCD出现#417报警
初始化之前确定：
NC单元的类型：0i-B系列
伺服电动机的类型：X轴——α8B/3000i，Z轴——α8/3000i
电动机内的脉冲编码器：αi脉冲编码器
是否使用分离型位置编码器（如光栅尺）：未使用，半闭环
伺服电机转一转工作台移动的距离：根据传动系统设置，如10mm/r
机床的检测单位（可测量出的机床位置的最小单位）：0.001mm
NC的指令单位：0.001mm
初始化开始：
显示伺服参数设定画面（P3111.0=1，重起动）
SERVO SET
X轴 Z轴
INITIAL SET BITS（初始化设定） 00001010 00001010
MOTOR ID NO（伺服电机ID代码） 177 177
AMR（编码器） 00000000 00000000
CMR（指令倍乘比） 102 102
FEED GEAR （N） 1 1
M（N/M） 200 200
DIRECTION SET（电机旋转方向） 111 111
VOLOCITY PULSE NO（速度反馈脉冲数）8192 8192
POSITION PULSE NO（速度反馈脉冲数） 12500 12500
REF. COUNTER（参考计数器）

·主轴引导：主轴伺服系统参数的初始化，没有进行主轴引导前LCD出现#750、#751报警。
P4133：主轴电机型号代码——P4133=320
P4019.7=1：自动进行αi系列主轴参数初始化，短电后再通电，初始化生效，P4019.7自动复位为0。
·PMC模块和系统参数设置
·（PMC程序的调试）
传入PMC程序
调试机床控制面板程序
调试机床润滑
各进给轴的移动
各轴参考点的设置
轴行程的设置
主轴调试
自动换刀的调试
其他辅助动作的调试（如冷却、润滑等）
·伺服参数的优化
·螺距误差补偿和反向间隙补偿
·试运行
4．FANUC0i数控系统参数的备份
利用PCMCAI——计算机存储卡功能保存CNC数据
BOOT SYSTEM画面——SRAM DATA BACK UP
四、 FANUC0i数控系统的PLC
1． PLC的作用
2． PLC的输入/输出信号
输入信号
输出信号
地址
3． FANUC0i数控系统的PMC指令及编程
4． FANUC0数控系统PMC编程及调试软件的使用
5． PMC程序的传输
6． PMC程序设计

PLC 程序控制设计思路
程序
功能
第一级程序
主要处理急停、进给保持和X、Z轴超程
第二级程序
划分8个子程序功能区
子程序
系统方式控制
包括有编辑、手动数据输入（MDI）、手动连续进给（JOG方式）/存储器自动运行（MEM方式）、DNC操作方式、手动返回参考点、手动回零、手轮操作等
系统功能控制
包括单程序段运行、选择跳段运行、空运行、选择停止
机床闭锁、存储保护、循环启动、进给保持、复位及开/关防护门控制等
速度倍率控制
包括快速/手轮倍率、进给倍率、主轴倍率控制
坐标控制
包括快进、手动进给、X/Z轴方向、X/Z轴回零、超程解除等
辅助功能控制
定义各种辅助功能（略）及润滑、冷却控制
主轴控制
主轴正、反、停转；主轴定向及主轴速度控制
转塔刀架控制
定义刀塔计数位、刀塔计数奇偶校验、手动刀塔旋转、自动刀塔旋转、刀塔位置检查、刀塔夹紧检查、T代码定义及校验等
报警及信息显示
定义显示报警信息（略）

例：机床配有12把刀具的圆形刀塔。换刀采用两种方式，自动刀塔旋转和手动换刀。根据FANUC PMC程序中旋转（ROT）指令的规定，刀塔将计算现在位置和目标位置之间的步数选择最短路径的旋转方向

自动换刀PLC流程

手动换刀
流程

第五章 数控系统故障诊断及维修技术
一、 概述
1． 数控机床故障的分类
按故障部位分类：主机故障，电气故障
按故障的性质分：系统故障，随机故障
按有无报警信号分：有报警显示的故障（软件报警显示——NC、PC报警，硬件报
警显示——各部件上的报警指示灯），无报警显示的故障
2． 数控机床故障诊断的原则
3． 数控机床故障诊断的步骤
4． 数控机床故障诊断的方法
二、 FANUC0i数控系统故障诊断技术
1． FANUC0i数控系统启动诊断
启动自诊断在开机时进行，诊断内容有CPU、ROM、RAM、EPROM、I/O口、
LCD/MDI单元等，全部通过转入正常运行。若检查出错误，则不转入正常运行过程，转入报警，通过CRT或指示灯报警。
2． 在线诊断
在线诊断是CNC通过系统的内装软件（系统自带的、用户编制的PMC或宏程序），
在系统处于正常运行的情况下，对CNC本身及外部设备进行自诊断，一旦出现故障提供报警
·FANUC0i数控系统的报警
报警信号的分类
NC报警——系统故障、伺服故障、程序错误、软件超程等，见系统操作手册中的报警表。
PC报警——机床执行元件和动作产生错误时，CRT上显示报警信息，同时操作面板上的报警灯量，不同的机床厂家报警意义不同
1000 急停报警
硬件上指示灯或代码报警：操作面板上的报警灯、控制单元上的状态指示和报警灯、主轴驱动上的报警灯和报警号显示、驱动单元上的报警显示
·报警信号的处理

3． 离线检查——由厂家进行
远程诊断
自修复系统
人工智能（系统配置专家系统）

4． FANUC0i数控系统的诊断窗口
控制和伺服系统工作状态的信息窗口
·自动运行时的信息窗口
·绝对编码器信息窗口
·伺服系统信息窗口
·进给轴位置误差信息窗口
·进给轴的机械坐标系位置信息窗口
PMC工作状态的信息窗口
·机床输入点的信息窗口
·机床输出点的信息窗口
·CNC PMC的信息窗口
·PMC CNC的信息窗口
5． 及维修有关的参数
及机床行程有关的参数
进给轴反向间隙补偿参数
进给轴的第二参考点的位置设定值

三、数控系统常见故障诊断及排除方法
1． 控制系统常见故障
电池报警
键盘故障
熔丝故障
刀位参数的更改
控制系统NOT READY
机床参数的修改
机床软超程
全功能数控车床系统常见故障（FANUC）：

2．伺服系统常见故障

3．检测装置常见故障

4．数控机床故障诊断及维修实例
·机床回参考点不准
离参考点过近
会参考点速度过低：FANUC系统允许调整回参考点速度，由于加减速不一样，不准，有的系统会参考点速度不可调
零点开关位置不当，如松动
机械结构运动间隙
参数设置不当

·#401号报警，交流伺服
故障现象：X轴伺服不移动，但每次给电时不报警，说明控制系统没有问题，按X
正、负移动能运动，但立刻报警#401

第六章 数控机床机械结构故障诊断及维修
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