教学材料《数控机床》-第五章

5.1常用的数控机床维修工具5.1.1常用拆卸及装配工具1．扳手类扳手是用于拆装带有棱角的螺母或螺栓的工具，有开口扳手、梅花扳手、活动扳手、套筒扳手、扭力扳手、勾头扳手、外六角扳手等多种。图5-1所示为勾头扳手。2．弹性手锤弹性手锤可分为木锤和铜锤。3．拉卸工具拆装在轴上的滚动轴承、皮带轮式联轴器等零件时，常用拉卸工具。下-页

返回5.1常用的数控机床维修工具4．螺丝刀螺丝刀是一种用于拧紧或拧松带有槽口的螺栓或螺钉的手用工具。有一字形螺丝刀、十字形螺丝刀、偏置螺丝刀等几种。5．钳类工具钳类工具包括各种规格的斜口钳、尖嘴钳、剥线钳、镊子、压线钳等。5.1.2常用的机械测量工具及仪表维修测量工具（如千分表、百分表等）用于测量机床移动距离、反向间隙值等，是机械部件维修测量的主要检测工具之一。上-页

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返回5.1常用的数控机床维修工具1．百分表及磁力表座百分表用于测量零件相互之间的平行度、轴线与导轨的平行度、导轨的直线度、工作台台面平面度以及主轴的端面圆跳动、径向圆跳动和轴向窜动。2．杠杆百分表杠杆百分表用于受空间限制的工件，如内孔跳动、键槽等。3．杠杆千分表杠杆千分表的工作原理与百分表和杠杆百分表一样，只是分度值不同，其测量精度可达0.001mm，常用于精密机床的修理。上-页

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返回5.1常用的数控机床维修工具4．激光干涉仪激光干涉仪可对机床、三测机及各种定位装置进行高精度的（位置和几何）精度校正，可完成各项参数的测量，如线形位置精度、重复定位精度、角度、直线度、垂直度、平行度及平面度等。其次，它还具有一些选择功能，如自动螺距误差补偿（适用大多数控系统）、机床动态特性测量与评估、回转坐标分度精度标定、触发脉冲输入输出功能等。图5-5所示为激光干涉仪。5．水平仪水平仪是机床制造和修理中最常用的测量仪器之一，用来测量导轨在垂直面内的直线度，工作台台面的平面度以及零件相互之间的垂直度、平行度等。上-页

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返回5.1常用的数控机床维修工具6．检验棒检验棒有带标准锥柄检验棒、圆柱检验棒和专用检验棒3种。

7．万能角度尺万能角度尺是测量工件内外角度的量具5.1.3常用的电气维修仪器仪表在数控机床的故障检测过程中，借助一些必要的仪器是必要的，仪器能从定量分析角度直接反映故障点状况，起到决定作用。1．数字万用表数字万用表是一种多用途电子测量仪器，一般包含安培计、电压表、欧姆计等功能，是数控维修最常用的仪器仪表之一。图5-7所示为数字万用表。上-页

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返回5.1常用的数控机床维修工具2．示波器示波器用十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。3．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。图5-9所示为示波器。上-页

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返回5.1常用的数控机床维修工具4.电烙铁电烙铁是最常用的焊接工其，一般应采用30W左右的尖头、带接地保护线的内铁式电烙铁，最好使用恒温式。图5-10所示为恒温式电烙铁。上-页

返回5.2常见故障排除方法数控机床是技术含量很高的机电一体化紧密结合的典范，是一个庞大的系统，涉及机、电、液、气、电子、光等各项技术，在运行使用中不可避免地要产生各种故障，关键的问题是如何迅速诊断，确定故障部位，并及时排除解决，恢复正常使用，提高维修效率。

1．直观检查法直观检查法是维修人员根据对故障发生时的各种光、声、味等异常现象的观察，确定故障范围，可将故障范围缩小到一个模块或一块电路板上，然后再进行排除。一般包括以下几种步骤。(1)询问：向故障现场人员仔细询问故障产生的过程、故障表象及故障后果等。下-页

返回5.2常见故障排除方法(2)目视：总体查看机床各部分工作状态是否处于正常状态，各电控装置有无报警指示，局部查看有无保险烧断，元器件烧焦、开裂、电线电缆脱落，各操作元件位置正确与否等。(3)触摸：在整机断电条件下可以通过触摸各主要电路板的安装状况、各插头座的插接状况、各功率及信号导线的连接状况以及用手摸并轻摇元器件，尤其是大体积的阻容、半导体器件有无松动之感，以此可检查出一些断脚、虚焊、接触不良等故障。(4)通电：是指为了检查有无冒烟、打火，有无异常声音、气味以及触摸有无过热电动机和元件存在而通电，一旦发现立即断电分析。上-页

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返回5.2常见故障排除方法2．初始化复位法一般情况下，由于瞬时故障引起的系统报警，可用硬件复位或重启系统电源依次来清除故障。3．自诊断法数控系统已具备了较强的自诊断功能，并能随时监视数控系统的硬件和软件的工作状态。4．交换法当发现故障板或者不能确定是否是故障板而又没有备件的情况下，可以将系统中相同或相兼容的两个板互换检查，从而缩小故障排除范围。上-页

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返回5.2常见故障排除方法5．参数检查法系统参数是确定系统功能的依据，参数设定错误就可能造成系统的故障或某功能无效。一旦电池电量不足或由于外界的干扰等因素，使个别参数丢失或变化导致机床无法正常工作。6．敲击法当系统故障表现为有时正常有时不正常时，基本可以断定为元器件接触不良或焊点开焊，利用敲击法检查时，当敲击到虚焊或接触不良的故障部位时，故障就会出现。7．局部升温法数控系统经过长期运行后元件均要老化，性能变坏。当它们尚未完全损坏时，出现的故障就会时有时无。上-页

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返回5.2常见故障排除方法8．原理分析法根据数控系统的组成原理，可从逻辑上分析各点的逻辑电平和特性参数，如电压值和波形，使用仪器仪表进行测量、分析、比较，从而确定故障部位。上-页

返回5.3数控机床维修实训5.3.1数控机床常见机械故障维修【故障一】故障现象：某型号数控车床，配备常州宏达设备厂的LD04型四工位电动刀架，如图5-12所示，未发生过任何机械碰撞，在手动或自动换刀时，刀架无回转动作，刀架电机发烫。1．相关知识LD04型刀架为典型的端齿盘式四工位自动回转刀架，是经济型数控车床普遍采用的电动刀架类型，其结构示意图如图5-13所示。下-页

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刀架换刀过程及原理如下。(1)刀架抬起：当换刀指令发出之后，刀架电动机启动正转，通过平键套筒联轴器使蜗杆转动，从而带动涡轮丝杠转动。刀架体内孔有内螺纹，与涡轮丝杠旋合。涡轮丝杠内孔与刀架中心定轴外圆是动配合，在转位换刀时，中心定轴固定不动，涡轮丝杠环绕中心定轴旋转。当涡轮丝杠转动时，由于刀架底座和刀架体的端面齿处在啮合状态，且涡轮丝杠轴向固定，因此刀架体垂直向上抬起。

(2)刀架转位：当刀架体抬至一定距离后，刀架底座和刀架体的端面齿脱开。离合转盘穿过4个颗销钉与涡轮丝杠连接，随涡轮丝杠一起转动。上-页

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返回5.3数控机床维修实训(3)刀架定位：刀架体转动时带着磁缸转动，当转到程序指定的刀号时，粗定位销在弹簧的作用下进入粗定位盘的槽中进行粗定位，同时NC系统发出反转指令使电机反转，由于粗定位销与粗定位槽的反靠作用限制，刀架体不能转动，涡轮丝杠螺纹带动刀架体下降，直到刀架体和刀架底座上的端面齿啮合实现精确定位。(4)刀架反锁压紧：电动机继续反转，此时涡轮丝杠停止转动，蜗杆继续转动，使锁紧力与转矩增大。当达到PMC所设定的反向锁紧时间后，电动机停止转动，整个换刀过程结束。上-页

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返回5.3数控机床维修实训2．故障分析及处理过程由于在手动换刀时，电机有启动声并迅速发热，结合刀架结构及换刀原理，可排除NC系统及电柜刀架电气控制回路故障，缩小了检修范围。故障排除步骤如下。(1)用内六角扳手插入蜗杆端部顺时针旋转，无法转动，结合其机械原理，可判断为刀架内部机械卡死。(2)拆下刀架电机，脱离电机与蜗杆的连接，试运转，发现电机没有因为堵转而烧毁，能正常运转。(3)将刀架内部各部件依次拆除，如图5-14所示，检查发现刀架内粉尘颗粒状杂质较多，刀架各零部件均正常，无弯曲、变形、磨损的痕迹。上-页

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返回5.3数控机床维修实训(4)重新安装刀架。①用煤油对各部件进行清洗，并用棉布擦拭干净，然后给机械部件上黄油。②将刀架中心定轴装入刀架底座内，中心定轴的销孔与刀架底座的销孔应对齐，打上销钉后拧紧螺钉，再把信号线从中心轴通孔穿过，如图5-15所示。③安装推力轴承和涡轮丝杠。推力轴承座圈在上轴圈在下，位置不能装反，如图5-16所示。④安装蜗杆。安装时可用铜锤或木榔头垂直敲入，注意轴承内不应掉入杂物，安装后转动蜗杆，检查蜗杆是否装得过紧、转动是否顺畅，如图5-17所示。上-页

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返回5.3数控机床维修实训⑤依次安装蜗杆挡板、蜗杆半圆键、联轴器、电机支座和电机，并将整个底座固定到机床工作台上。⑥安装粗定位盘，拧紧定位盘螺钉时应使粗定位盘能够均匀、平衡地装入，如图5-18所示。⑦安装粗定位销。注意观察弹簧是否能灵活将定位销弹出，以保证换刀时其动作灵敏可靠。⑧安装刀架体，刀架体应与底座保持一定的高度而不能直接安装到位，以便于之后弹簧、圆柱销、离合转盘的安装省时省力，如图5-19所示。⑨安装弹簧、圆柱销。上-页

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返回5.3数控机床维修实训⑩可先在离合转盘上安装两颗螺钉以便在后续安装中能灵活的移动调整其位置，如图5-20所示。(5)手动执行换刀检查，出现刀架不定期过位或不到位、刀架不能锁紧，甚至用手可以晃动的现象，确认安装机械部位无问题后可用调整发讯盘相对位置的方法解除，如图5-23所示。(6)经试切加工发现刀架的锁紧力度足够，能正常加工使用，本次刀架故障排除。【故障二】故障现象：某型号数控铣床，配备FANUCOi-mc系统，在进行整圆铣削时发生了轴向变形，产生明显圆度误差，上-页

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显示屏及伺服驱动器无任何报警或异常。将百分表固定在主轴上，通过主轴回转检测其半径变化值。1．相关知识1)反向间隙在数控机床上，由于各坐标轴进给传动链上驱动部件（如伺服电动机、伺服液压马达和步进电动机等）的反向死区、各机械运动传动副的反向间隙等误差的存在，造成各坐标轴在由正向运动转为反向运动时形成反向间隙，通常也称反向间隙或失动量。上-页

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返回5.3数控机床维修实训2)百分表的使用(1)根据工件的不同形状，可自制各种形状的侧头进行测量，如可用平侧头测量球形工件；可用球面测头测量圆柱形或平表面工件，可用尖头侧头或曲率半径很小的球面侧头测量凹面或形状复杂的表面。(2)百分表应固定在可靠的表架上，悬臂不宜过长。(3)百分表应牢固地装夹在表架夹具上，与装夹套筒紧固时，夹紧力不宜过(4)测杆与被测工件表面必须垂直，否则将产生较大的测量误差，测量圆柱形工件时，测杆轴线应与圆柱形工件直径方向一致。上-页

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返回5.3数控机床维修实训(5)在侧头与工件表面接触时，测杆应有0.3～1mm的压缩量，以保持一定的起始测量力。(6)测量前，应检查百分表是否夹牢又不影响其灵敏度，为此可检查其重复性，即多次提拉百分表测杆略高于工件高度，放下测杆，使之与工件接触，在重复性较好的情况下，才可进行测量。(7)测量杆上不要加油，免得油污进入表内，影响表的转动机构和测杆移动的灵活性。2．故障分析及处理过程数控机床进行整圆铣削，在圆弧插补过象限时，产生圆度误差可能的原因有：坐标轴的反向间隙参数设置不当；坐标轴进给传动链精度故障；伺服进给驱动器参数不当或硬件故障。上-页

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返回5.3数控机床维修实训故障排除步骤如下。1)切削进给补偿量的测定(1)机床手动回零。(2)在MDI状态下，运行程序G91GOIX-300Fl000，使机床移动到测量点X-300处，如图5-25所示。(3)安装百分表，将表压住主轴的圆柱表面或工作台基座上并保证表与被测量面垂直，将百分表的调到0刻度处，如图5-26所示。(4)在MDI状态下，运行程序G91GOIX-50Fl000，使机床移动到X-350处，如图5-27所示。上-页

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返回5.3数控机床维修实训(5)在MDI状态下，运行程序G91GOIX50Fl000，使机床返回到X0-300处，如图5-28所示。

(6)读取百分表的刻度值为0.01mm。

2)反向间隙参数的设定将测量出的间隙补偿量0.1mm按机床的检测单位折算成具体补偿数值。由于本机床的检测单位为0.001mm，经折算后可得切削进给的反向间隙补偿值为10，快速移动时的反向间隙补偿值为15。3．注意事项(1)进行测定步骤(2)、(3)、(4)操作时，要保证机床始终沿同一方向移动，不允许反向移动。上-页

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返回5.3数控机床维修实训(2)若磁力表座和表杆伸出过高过长，表座易受力移动，造成计数不准，因此测量时悬臂不宜过长。(3)重新设定补偿值的坐标轴必须再次回零后方可生效。(4)若检测得出的反向间隙太大，应先检查机械部分精度，如机械大修，更换丝杠、轴承，刮研镶条等，再考虑用系统补偿参数调整。5.3.2数控机床常见电气故障维修故障一故障现象：某型号数控铣床，配备华中HNC-21MD系统，某次开机时系统一直处于急停状态，控制面板所有按键失效，系统不能复位，如图5-33所示。上-页

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返回5.3数控机床维修实训1．相关知识电气原理图是了解数控机床电气控制系统的工作原理、维修维护数控设备的重要资料。数控系统的急停回路是为了保证机床的安全运行而设计的，用于数控系统或数控机床出现紧急情况时，需要使机床立即停止运动或切断动力装置的主电源。对照电气图上所列的元器件和线路编号，很容易就能掌握机床的急停控制回路逻辑。直流控制回路中当机床各轴硬限位开关、急停按钮无动作时，KA2线圈得电（外部运行允许），KA2的一对常开触点闭合使KM2的线圈得电，其常开触点闭合使主轴强电回路接通。上-页

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返回5.3数控机床维修实训2．故障分析及处理过程目测机床各轴当前的位置，确定机床工作台没有停在硬限位挡块上。按F3，发现机床没有触发其他报警。打开机床电柜，检查发现急停回路中的KA2继电器并没有吸合，如图5-38所示。因此可以判断出故障是因为急停回路断路引起。故障排除步骤如下。(1)常按超程解除，发现KA2继电器并没有吸合。根据电气原理图，可推断出故障位置应该不在行程限位开关及接线上。(2)切断机床电源，利用万用表的二极管挡对行程限位开关之外的整个急停回路逐步进行检查，通过进一步的检查发现急停按钮的常闭触点的线头脱落。(3)把线头可靠连接，重新开机，急停故障消失，机床恢复正常。上-页

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返回5.3数控机床维修实训【故障二】故障现象：某型号数控车床，配备华中HNC-21TD系统，在正常加工操作中选用3号时刀电动刀架转一直转不停，最后停在任意位置，系统出现“换刀超时”报警。

1．相关知识由刀架电气控制原理图可知，刀架换刀过程如下。(1)手动或自动方式进行选刀。(2)系统PMC输出一个刀架正转信号YO.6，KA2线圈得电，KA2常开触点闭合使KM2线圈得电，KM2常开触点吸合使刀架电机开始正向旋转，刀架开始正转，将机床刀架的当前刀位转换到目的刀位。上-页

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返回5.3数控机床维修实训(3)刀架上每把刀具对应有一个霍尔位置检测开关，如图5-42所示。刀架在正向旋转的过程中不停地对刀位输入信号进行检测，各刀具按顺序依次经过发磁体位置产生相应的刀位信号并通过开关量接口+P-XSl0输入到系统PMC中。(4)刀具到位以后，刀架仍继续正转一段时间（P4参数值），然后YO.6停止输出，停止正向旋转，延时一段时间以后，刀架反转控制信号YO.7有效，KA3线圈得电，KA3常开触点闭合使KM3线圈得电，KM3常开触点吸合使刀架电机开始反转。反转过程其实就是刀架锁紧的过程，此过程延续一段时间（P3参数值），直到刀架锁紧到位，整个换刀过程结束。上-页

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由换刀过程可知，在NC系统侧可设定的PMC换刀参数如下。P2:换刀允许最大时间，该时间参数过短将无法正常换刀，导致“换刀超时”报警。P3:刀架反转锁紧时间。P4:刀架正转延时时间，该时间参数过长，刀架有可能会多转几圈．影响工作效率。2．故障分析及处理过程由刀架的换刀过程及电气原理分析可知，本例故障可能的原因有：PMC换刀参数设置不当；3号刀位信号线开路，造成系统无法检测到位信号；3号刀位的霍尔元件损坏，无法发出到位信号；系统的刀位信号接口电路故障。上-页

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返回5.3数控机床维修实训故障排除步骤如下。(1)由于华中HNC-21TD系统修改PMC参数需要输入密码，而操作人员均不知道该机床的密码，因此可以初步排除参数不当故障。(2)检测3号刀位信号线有无开路。将系统输入开关量接口+P-XSl0拔下，万用表调到二极管测量挡，如图5-43所示。将一只表笔接在+P-XSl0接口的第10号针脚上，如图5-44所示。(3)进一步检查发现发讯盘上3号刀的霍尔元件的一只引脚脱落，如图5-46所示。上-页

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返回5.3数控机床维修实训(4)将霍尔元件脱落的引脚焊牢，故障排除，机床恢复正常运行。5.3.3数控机床常见系统故障维修【故障一】故障现象：某型号数控铣床，配备FANUCOi-mc系统，机床开机回零时出现“过行程”报警，如图5-47所示。1．相关知识数控机床软件超程报警是指机床运动坐标值超过系统参数设定的存储行程的极限值的报警。系统存储行程的极限值坐标是指机床坐标系中的坐标值，该值通过系统参数来设定。上-页

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返回5.3数控机床维修实训FANUCOi系统参数1320为各轴正向存储行程极限值参数，参数1321为各轴负向存储行程极限值参数。该参数默认单位为0.001mm，当设定为±99999999时，表示软件超程保护无效。2．故障分析及处理过程：查询技术资料《FANUCSeries0-MODELC维修说明书》的报警一览表可知，机床超过了X轴的正向存储行程（软限位），如表5-1所示。此类故障一般可以通过重新设定参数进行解决。故障排除步骤如下。(1)先按手动键，再按-X键，使X轴往相反方向移动，退出超程范围并按复位键清除报警。上-页

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返回5.3数控机床维修实训(2)为避免故障扩大化，应先验证机床返回参考点动作的正确性。(3)修改软件限位参数。(4)按SYSTEM键，再按参数按钮，显示参数界面．输入1320按NO检索按钮，显示1320号参数界面，如图5-51所示。(5)输入99999999，按INPUT键输入系统，将正向存储行程极限设定为无效，使机床回零时无软件超程的限制。(6)按+X键，进行手动回零操作，发现机床能正常回零。(7)打开1320号参数，输入2000或其他合理的数值，如图5-52所示。上-页

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返回5.3数控机床维修实训(8)按圈键再按+X键，进行手动回参考点操作。若依然出现“过行程”报警，则重复步骤(7)和步骤(8)的操作，并将第(7)步所输入的正向存储行程极限值适当增大，直至机床回零时无“过行程”报警。(9)按OFFSETSETTING键，再按SETTING按钮，输入0然后按INPUT键输入系统，清除“可写入参数”报警。(10)经调试正向存储行程极限值，机床回零动作正确，无任何报警。

3．注意事项(1)FANUC系统设定好软件限位参数无须回零即可立即生效，其他系统请参照说明书进行操作。上-页

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返回5.3数控机床维修实训(2)理论上讲，第(7)步1320参数所设定的正向存储行程极限值只要>0即可，但考虑到机床的实际运动精度，该值不宜设定过小。【故障二】故障现象：某型号数控加工中心，配备FANUCOi-mc系统，机床开机回零时出现OVERTRAVELOFHARDSTROKE硬限位超程报警，机床控制面板超程解除按钮《I指示灯不停闪烁，报警画面如图5-54所示。

1．相关知识FANUC系统数控机床回参考点的控制原理及动作顺序，如图5-55所示。回参考点的过程可分为两个阶段：第一阶段为寻找减速开关，第二阶段为寻找编码器一转脉冲信号。上-页

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返回5.3数控机床维修实训2．故障分析根据数控机床回参考点的控制原理及动作顺序，可知本例机床不能返回参考点可能的原因如下。(1)挡块的松动。(2)减速开关移位或失灵。(3)栅格偏移量参数设置不当。(4)快移速度参数设置不当。(5)减速挡块与硬限位挡块位置太近。(6)编码器及连接电缆故障。上-页

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返回5.3数控机床维修实训(7)系统轴板故障。3．故障排除步骤：(1)先按手动键，再常按超程解除键，同时按-Z键，使Z轴反方向移动，退出超程范围，然后按复位吲键清除限位超程报警。(2)检查挡块有无松动迹象，用手晃动减速挡块与硬限挡块，发现均无松动迹