数控机床机械故障原因分析与处理(一)

摘要

数控技术和数控机床在当今机器制造业中的关键作用及其巨大价值,表明了

其在我国基础制造业现代化中的重要意义，它已经成为我国机械制造产品升级改

造和进行智能化、柔性化、集成化加工制造的关键技术手段和标准。掌握现代云

南机电职业技术学院机械工程系技术是现代数控专业所需要的。数控专业维修技

能不仅是确保数控技术顺利操作的基础，对云南机电职业技术学院机械工程系的

建设与发展也产生着巨大的促进作用，所以，目前它已形成一个专门的领域.本研

究主要阐述对数控机床机械故障识别和处理的基本概念的理解和认识的基础上,

还进一步地研究和介绍了问题的解决维修的技术。

关键词：数控机床；故障分析；处理

目录

摘要..............................................................1

第一章数控机床故障分析与修理的原理..............................3

1.1数控机床概述.............................................3

1.1.1数控机床的工作原理.................................3

1.1.2数控机床的组成......................................3

1.2数控机床的加工过程.......................................3

1.2.1数控加工的过程......................................3

1.2.2数控机床的适用范畴.................................4

第二章数控机床故障分析与修理的基本概念..........................6

2.1数控机床修理的基本要求...................................6

2.1.1修埋人员素养的要求.................................6

2.1.2修理工具及备件......................................6

2.2数控机床故障的概念和分类.................................7

2.2.1故障的基本概念......................................7

2.2.2故障分类............................................7

2.2.3数控机床发生故障的原因.............................8

第三章数控故障分析与修理.......................................10

3.1数控机床刀库故障分析与修理..............................10

3.2电源类故障分析与修理....................................11

3.3操作类故障分析与修理....................................13

结论............................................................16

致谢.............................................................17

参考文献.........................................................18

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第一章数控机床故障分析与修理的原理

1.1数控机床概述

1.1.1数控机床的工作原理

数控系统在制造冬部件时，依据所提供的数控编程，由数控装置调节机床执行

机构的各项活动（包含机械主运行的启停和变速，推进运行的方式.转速和移动，还

有一些例如工具选择互换.材料夹紧松开和冷却水润滑式的启停等），使夹具与材

料及一些附属设备严密地依照数控编程指定的次序.依照路线和技术参数执行操

作，进而制造出符合给定要求的零部件。

1.1.2数控机床的组成

如图1.1.2所示，数控机床主要由以下几个部分组成：

愉

-运

入

算

程伺服驱动位置检测

输

机

序

出

控

储

装

制

备

辅助装置

置

装

介

置

质

图1-1数控机床组成部分

数控车床的基本机构部分包括为主操作单元，进给的控制单元（如工作台，拖

板及其传动系统部分和床身立柱等支承部分）及冷却水，轴承，转位和夹紧系统等

附属设备。对于加工中心机床，包括了放置工件的刀具仓，交换工件的机械手以及

配件。

1.2数控机床的加工过程

1.2.1数控加工的过程

运用数控技术进行零件数控制造的流程,主要包括有：

①按照零部件加工图样经过技术研究，制定了生产计划,以及技术技术参数和

定位数据

②用规范的程序设计命令和形式，制作零件加工程序单;或用自动编程管理软

件完成CAD/CAM操作，可以直观得到零件的制造过程资料.

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③程序的录入或传递.由手工创建的程式，也可能使用数控机床的操纵面板录

入;由编程软件所产生的程式，将资料经由运算机的串行通信端口直接传递至数控

机床的数控单元(MCU).

④将资料进入或传送到数控系统单元上的加工编程，完成试验、刀具路径仿

真等。

⑤实现控制工具的合理使用，执行编程，实现零件的生产。

1.2.2数控机床的适用范畴

通过数控机床制造的特性不难发现，最适用于数字控制设计的零部件还有：

①多种类、小量产的零部件或歆生产测试中的新零部件；

②几何形状复杂的冬件；

③加工过程中需要经过多步骤处理的零件；

④用一般机床时,往往要求昂贵T装机械(软件、夹具和模型)的零部件；

⑤必格须严控制公差，尤其对精度要求较高的零件；

⑥工艺设计需多次改型的零件；

⑦价格昂贵，在机械加工中不答应报废重要的重要零部件；

⑧需要最短生产周期的零件。

据此看来,数控系统和一般机械都有分别的应用范围,如图1.2所示,图中横

轴是制造成品的繁杂数量，而纵轴则是每批的总制造件数。由图中能够看到数控

机床的广泛使用范围。

图1.2.2各种机床的使用范畴

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第二章数控机床故障分析与修理的基本概念

2.1数控机床修理的基本要求

尽管现代CNC控制系统的稳定性已提高，但在过程种中因控制失败，以及环境

的改变等仍免不着显现问题。因此,数控系统应具备自诊断能力，能采用正确的故

障显示，方法，及早发觉并能迅速判定故障部位和情况，令操作者或修理人员及早

排除故障，并快速复原正常工作。

2.1.1修理人员素养的要求

数控设备属于工艺密集型和生产只是密集型的机电一体化产业，由于工艺先

进,结构复杂,且价格昂贵,在设备制造中往往起着关键作用，所以对维修技术人

员也有很大的需求。维修作业做的优劣，主要在于维修人员的素质。对于迅速,

正确诊断出故障情况,并做出准确,高效的处理，恢复机床的操作,能力与质量,需

要维修技术人员必须掌握的素质。

1.专业知识面广。

2.勤于摸索。

3.重视体会积存。

4.善于学习。

5.具有专业英语阅读能力。

6.能熟练操作急促昂和使用修理仪器。

7.有较强的动手•能力和实验技能。

2.1.2修理工具及备件

修理工具见下表

表2.1.2修理工具表

常用外表类修理工具其他工具

万用表扳手润滑油

数字式转速表钳类工具清洁触点用喷剂

示波器旋具纯酒精

相序表刷子

吹尘器

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2.2数控机床故障的概念和分类

数控系统是一个工艺较繁杂的机电一体化装置,其故障产生的因素也一样都

比较复杂，这就给诊断和解决造成了许多难题。因为有利于故障分析和处理，本节

按故障出现的位置,故障特点以及故障成因等对典型故障作了划分。

2.2.1故障的基本概念

数控技术是高度机电一体的重要技术武器，它与传统的机器武器一样，内涵上

可能也包含在机器，电刀，液压，气动乃至光学等相关方面设备的交流点上。由于数

控系统品种众多，内部结构多样,形式复杂多变，给测试和监控工作带来了许多困

难。

数控管理系统如果整个或部分地丢失了操作系统所规范的控制功能,就称之

为系统故障。叫做系统故障诊断技能,就是说在系统运行中或运转状况基本不排

除的特殊状况下，可以了解控制系统当前状况的重要信息，从而查明形成故障部位

和因素，或预知控制系统的运转状态异常具体情况和故障的发展动向，并采用一定

的预防措施和对策的技能。检测的主要目的在于要确定故障的起因和主要部份,

方便于修理人员或操作者快速的完成故障的检修。

2.2.2故障分类

数控装置的故障原因是各种各样的，因此应该从不同的方面对其加以分类

（1）主机故障。

数控系统的计算机组成部分，一般包含了机器、润滑剂、冷却水、排屑、液

压、气动控制系统与保护设备。最常用的主机故障因素有:因机械设备装配、设

计调试或者操作使用不善等因素而导致的机械设备传动故障，与导轨副之间磨擦

过大鞍故障。故障具体表现为机械传动噪音大，机械加工精确度差，运动电阻大。

比如:传动控制系统链的绕性连轴器松动，齿轮，丝杆与传动系统轴承等缺油，导轨

塞铁调节不好，导轨副保护不好或者系统参数设置不合理等因素，均可导致上述故

障。特别应受到注意的是，在机械设备各部份标定的注油点（注油孔）须按时，定量加

注润滑剂油（脂），这才是机械设备各传动控制系统链正常的重要保证。其它,液压,

润滑与气动系统中的故障一般是由于管道堵塞或密封性不好，而导致气体泄露，导

致整个控制系统无法正常工作。

⑵系统故障。

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这是指如果达到规定的要求或超出了某一规定的范围,则运行中的数控机床

上肯定会出现的问题。这类事故情况也十分普遍。比如:当液压设备的电压值由

于液压电源回路过滤器的堵塞而低于某一规定参数时，就一定会引起液压系统故

障报警使形同断电停机;轴承、冷却水或液压等设备因管路泄漏导致游标降低达

到工作极限,必然会引起的自动控制告警或机床停止;机械生产过程因切削剂量过

大到某一极限肯定会出现过或者超温告警，导致系统自动停止等。所以，合理运用

和认真维护是减少或防止这一类系统性问题出现的切实保障。

(3)随机性故障。

通常是指数控车床在所有相同的工作状态下，运行过程中仅偶尔出现一次或

二次以上的问题。有的书籍中也称其为“软故障二但因为这样的问题往往在所有

情况都相同的情况下仅偶尔出现于一二此，所以，立刻性问题的原因研究和故障诊

断比其他问题琲的多.但一般而言，这一类问题的出现原因通常与设备装配质量、

组件配置.参数选择.元器件质量，操作失误和维护错误，及操作环境等诸多原因相

关。比如:接插件和接线组件之间的疏忽或不加锁定，印制在电路板上的电气元器

件松动变化或焊点虚脱，继电器开关接点，包括各和开关电源接触的油污腐蚀或者

直流电刷错误等所引起的接触不安全问题等。此外，环境温度超高或过低,相对湿

度较大，供电波动性及机械设备震动，有害灰尘及空气等因素也会导致这种偶然性

发生。所以，做好数控机床的维护工作，保持控制柜门的密闭,严防有害灰尘及空气

的侵入等，都可以防止这种情况的出现。

2.2.3数控机床发生故障的原因

(1)数控机床的自身故障。

这一类事故的出现是由数控机床的本身问题造成的，与外界的环境状况没关

系。数控机床中所出现的极大多数问题，都属于此类问题。

(2)数控机床外部故障。

这一类问题主要是由外界因素所引起的。比如:数控车床的供电压力太优电

流变化太大，相序错误或三相电压不稳定;周边的条件温度过高，有害空气、潮气、

尘埃进入;以及外界震动的影响，如电焊机所引起的电火花影响等都有可能使数控

车床出现问题。还有由认为原因而引起的问题，如机械操纵错误，移动供弹速度过

快引起超程报警，或自动机床供弹速度过快引起超载报警等。还有,如作业人员未

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及时按量为机床机械加注润滑剂,可引起传动系统噪音以及轨道磨擦力增大，从而

引起机械快速移动进给线超载。据相关文献显示，第一次使用数控车床或使用不

熟悉的操纵人员进行操纵。

除上述常见故障份额划分之外，也可根据事故产生时的破坏力来划分,并分成

破坏性事故与非破坏性事故;按系统故障的造成的范围分析,数控系统故障又可分

成全部失效系统故障和H部失效系统故障;按系统故障引起的位置划分，可分成数

控装置故障，进给伺服系统故障，机床系统故障、刀架、刀库、操作台系统故障等。

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第三章数控故障分析与修理

3.1数控机床刀库故障分析与修理

通过刀库实现手动换刀也是机械加工核心所使用的最主要方法.相比于未配

备刀库的传统数控铳床，机械加工核心的机械加工范围和功能获得了扩展,机械加

工精确度也更易于提高，而且柔性化程度更强,更适应于多品种小批量的现代数控

加工需求。

加工设备的刀库根据在换刀流程中是不是有机械手的加入，分成有机械手换

刀刀库与无机械手换刀刀库二大类。

刀库在结构上有许多类型，较为常见的主要是盘型和链型二类。

如图3.1-1所示为盘式刀库。在盘式结构刀库中，在圆盘构造刀库中,根据工

件主轴在刀库中的摆放形式又有轴向、径向和斜向安装结构所示。这里的工件以

轴向安装结构形式最为紧凑，在同样尺寸尺寸的情况下，能够比它们储存更多的工

件。但是，在进行工具换刀时便于机器人抓拿工件，要调换工件的部位或更改换刀

时机器人的运动模式，闪面使构造更加复杂，准确性也大大降低了。在需要的刀库

容量较大时，采取弹仓式构造能够更容易存取并使构造更加紧凑，图所示即为弹仓

式构造。与盘式刀库构造一样使用于对工具容积需求并不大的中小型加工中心上,

通常工具总量约为几把到几十把之间，以20把以内的最为常用。

图3.1-1盘式刀库

如图3.1-2所示为链式刀库。链型刀水库容积一般较盘式刀库为大,构造上可

能根据刀仓容量的不同,较常用的有单链结构、多雍结构、〃S〃字形的回绕构造等,

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而链式刀库则一般用于较中大型的设备上，其重量可为几把至数百把。

（Q）

图3.1-2链式刀库

一样的刀库设置在加工设备的床身、立柱一侧的顶上面。不过，当刀水库数

量逐渐增大后，由于刀库的载荷与活动对机械的加工特性也有相应的限制（如宋身

的承载变形、刀库运动时的震动等），所以有些较大型的加工设备也往往采取将机

械自然本体和刀库单独放置在刀地基上的方式。

3.2电源类故障分析与修理

电源的电路板的能源供应部分，电源不正常，电路板的工作必然非常，而

且，系统控制电源不能正常接通，这时数控机床修理过程中经常遇到的故障之一,

修理时必须从电源回路上入手，在常规的外观法检查后，可先对电源部分进行检

查。

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表3.2电源类常见故障原因及处理

故障故障原因修理方法

现象

①外部供电也无法供给，电源电压过低,缺①检查外部电源

相或外来电流造成了故障②合上开关、更换熔断

系统上电源指示②电源的保护装置跳闸或熔断导致了供电器

电后系灯不亮问题开路③更换PLC的地址或接

统没有③PPLC的地址错和互锁装置的电源无法顺线

反应利连接④更换按钮重新安装

④系统上电按钮接触不良或脱落⑤更换元器件或更换电

⑤因电源模块设计不良,或人体元气部件的源模块

损伤而造成的事故

电源灯亮，①接通电源的条件未满足①检查供电的连接要求

但系统却②系统黑屏能否达到

没有反③系统文件有损坏,不能登录系统②见“显示类故障”修

理方法

③修复系统

①由「机床设计时，所选用的气流手柄电容过小,或根据①更换空气控制器，或

强电部气流手柄的电压选择了某个较小的电压挑选使用电流

分开通②当机械上采用了较大输出功率的变频器或伺服驱动器，②在使用时须外接一电

后,立而且在变频器或伺服驱动电流进线前并不是采用隔离变抗

即跳闸压器或电感器，当变频器或伺服驱动器在撒谎那个强电③逐步检查在电源上强

③时电流由电流方向由产生较大的震荡，甚至超出了空气电所需要的各种条件，

控制器的限制电压，从而导致跳闸系统的强电电源连接要以排除问题故障

求仍未达到

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©整流桥损坏引起电源短路①更换

②续流二级管损坏引起的短路②更换

电源模③电源模块外部电源短路③调整线路

块故障©虑波电容损坏引起的故障④跟换

⑤供电电源频率的不够使电源模块无法正常运行工作⑤增大供电电源的功

率

系统在①切削力太大，使机床过载引起的空开跳闸①调整切削参数

工作过②机床的设计时挑选的空气开关容量过小，引起空开②更换空气开关

程中突跳闸③检查线路

然断电③机床显现漏电

3.3操作类故障分析与修理

操作类的问题出现起因及解决方式以下表所示。

表3.3操作类故障现象的原因及排除

故障故障分析修理方法

现象

手操坐标无变①机械锁紧钮损坏，使机械按钮始终处丁锁定的情①切换按键

作机化况、数控机床的机械锁紧钮被取下或被破坏②重新设置系

械，②系统参数设置有误。数控系统中只要和主轴有关的统参数

机床某些参数设置不良，就可能导致主轴运行不正常或不③手动将超程

不移能够工作解除

动③硬极限超程④正确挑选运

④倍率开关挑选0动倍率

⑤手动按键栓坏或触及不好时⑤更换按钮

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位置有改①系统群东程序没有装或是设置不对；有些数控系统①重新安装操

变但主轴在运行中需要装一定的驱动才可以工作，如果驱动没作系统的工作

没有移动装或是设置的不对,机床主轴就不可以正常工作驱动程序

②伺伺服驱动器发出报警的使能信息未收到②清楚伺服驱

③系统的anshu配置错误,数控机床中如果和主轴有动器的告警，并

关的某些参数设置了错误,就可能导致主轴运行不正检测使能信息

常或根本不可以进行何时到来

③重新设置

系统参数

手摇坐标无变①脉冲发生器坏①更换或脉冲

无效化②系统参数设置不对发生器

③手摇使能无效,或使能信号没有接通,为了安全考②确定设置系

虑，一些手摇设置了一个使能按钮，当使能按钮被按统参数

下，系统检测到这个信号以后，手摇所发的脉冲才③检查线路，判

能够被系统接受，当使能信号没有接通或系统没有检定使能信号是

测到，手摇即无效否给出

位置虽有①机械的锁住按键也破坏了，使机械按键始终处在机①更换机床锁

改变但轴械锁住的状态住按钮

并不动作②伺服或主轴部分显现故障②清楚报警

手动移动机械超程①机械超程时接反的机械运行方向相反①将轴的运动

时不能解除机械在运行时超程是常常碰到的问题,在执行超程解方向更换

开动作的同时有可能会因为操作员的技术不纯熟，将②更换PLC程

超程解除的方式弄反，所以有些数控技术系统厂商出序

于机械操作的安全，在机械超程的同时设计了一个输③正确设置系

入信息,用来检查数控系统的超程方式,一旦检查到统参数

数孔机械超程之后,机械就只可以向超程的方式相反

防线移动,这样一来就可以避免了机械连续地向超程

的方式移动。但是一旦电机的超程讯号接反或者说是