主流的数控系统故障分析与维修

数控系统是由硬件控制系统和软件控制系统两大部分组成。

硬件控制系统是以微处理器为核心，采用大规模集成电路芯片、可编程控制器、伺服驱动单元、伺服电机、各种输入输出设备（包括显示器、控制面板、输入输出接口等）等可见部件组成。

软件控制系统即数控软件，包括数据输入输出、插补控制、刀具补偿控制、加减速控制、位置控制、伺服控制、键盘控制、显示控制、接口控制等控制软件及各种参数、报警文本等组成。

数控系统出现故障后，就要分别对软硬件进行分析、判断，定位故障并维修。作为一个好的数控设备维修人员，就必须具备电子线路、元器件、计算机软硬件、接口技术、测量技术等方面的知识。

一、电源引起的故障

1.系统上电后，系统没有反应，电源不能接通
1）外部电源没有提供，缺相或外部形成了短路
2）电源的保护装置跳闸形成了电源开路
3）PLC的地址错误或者互锁装置使电源不能正常接通
4）系统上电按钮接触不良或脱落
5）元气件的损坏引起的故障
（熔断器熔断、浪涌吸收器的短路等）

2.电源模块故障分析
1）整流桥损坏引起电源短路
2）续流二极管损坏引起的短路
3）电源模块外部电源短路
4）滤波电容损坏引起的故障
5）供电电源功率不足使电源模块不能正常工作

3.强电部分接通后，马上跳闸
1）机床设计时选择的空气开关容量过小，或空气开关的电流选择拨码开关选择了一个较小的电流；
2）机床上使用了较大功率的变频器或伺服驱动，并且在变频器或伺服驱动的电源进线前没有使用隔离变压器或电感器，变频器或伺服驱动在上强电时电流有较大的波动，超过了空气开关的限定电流，引起跳闸。

二、系统显示故障 

1.系统上电后无显示或黑屏
1）显示模块损坏
2）显示模块电源不良或没有接通
3）显示屏由于电压过高被烧坏
4）系统显示屏亮度调节调节过暗

2.系统上电后花屏或乱码
1）系统文件被破坏
2）系统内存不足
3）外部干扰

3.系统上电后，NC电源指示灯亮但是屏幕无显示或黑屏
1）显示模块损坏
2）显示模块电源不良或没有接通
3）显示屏由于电压过高被烧坏
4）系统显示屏亮度调节调节过暗

4. 运行或操作中出现死机或重新启动
1）参数设置错误或参数设置不当所引起
2）同时运行了系统以外的其他内存驻留程序
3）系统文件受到破坏或者感染了病毒
4）电源功率不够
5）系统元器件受到损害

5.系统上电后，屏幕显示高亮但没有内容
1）系统显示屏亮度调节调节过亮
2）系统文件被破坏或者感染了病毒
3）显示控制板出现故障

6. 系统上电后，屏幕显示暗淡但是可以正常操作，系统运行正常
1）系统显示屏亮度调节调节过暗
2）显示器或显示器的灯管损坏
3）显示控制板出现故障

7. 主轴有转速但CRT速度无显示
1）主轴编码器损坏
2）主轴编码器电缆脱落或断线
3）系统参数设置不对，编码器反馈的接口不对
4）或者没有选择主轴控制的有关功能

8. 主轴实际转速与所发指令不符
1）主轴编码器每转脉冲数设置错误，确认主轴编码器每转脉冲数是否设置正确；
2）PLC程序错误， 检查PLC程序中主轴速度和D/A输出部分的程序；
3）速度控制信号电缆连接错误

三、CNC单元故障

典型CNC软件装置的结构：CNC系统软件有管理软件和控制软件组成。管理软件包括输入、I/O处理、显示、诊断等。控制软件包括译码、刀具补偿、速度处理、插补计算、位置控制等。数控系统的软件结构和数控系统的硬件结构两者相互配合，共同完成数控系统的具体功能。早期的CNC装置，数控功能全部由硬件实现，而现在的数控功能则由软件和硬件共同完成。

目前数控系统的软件一般有两种结构：前后台结构和中断型结构：所谓前后台型是指在一个定时采样周期中，前台任务开销一部分时间，后台任务开销剩余部分的时间，共同完成数控加工任务。前台任务一般设计成中断服务程序。

CNC常见故障分析：

1.不能进入系统，运行系统时，系统界面出不出来
1）可能是系统文件被病毒破坏或丢失，可能是计算机被病毒破坏，也可能是系统软件中文件损坏了或丢失了。重新安装数控系统，将计算机的CMOS设为A盘启动；插入干净的软盘启动系统后，重新安装数控系统。
2）电子盘或硬盘物理损坏，电子盘或硬盘在频繁的读写中有可能损坏，这时应该修复或更换电子盘或硬盘；
3）系统CMOS设置不对。

2.运行或操作中出现死机或重新启动
1）参数设置不当；
2）同时运行了系统以外的其他内存驻留程序；
3）正从软盘或网络调用较大的程序；
4）从已损坏的软盘上调用程序；
5） 系统文件被破坏。
系统在通讯时或用磁盘进行考贝文件时，有可能感染病毒，用杀毒软件检查软件系统清除病毒或者重新安装系统软件进行修复

3. 系统出现乱码
1）参数设置不合理
2）系统内存不足
3）操作不当
4）参数设置不当
5）系统发生溢出

4.  操作键盘不能输入或部分不能输入
1）控制键盘芯片出现问题
2）系统文件被破坏
3）主板电路出现问题
4）CPU出现故障

5. 输入输出不正常
1）I/O单元出现故障
2） 外部干扰
3）I/O控制板电源没有接通或电压不稳

6.系统网络连接不正常
1）系统参数设置或文件配置不正确。
2）通讯电缆出现问题，通讯电缆不能够过长，以免引起信号的衰减引起故障。
3）硬件故障，通讯网口出现故障或网卡出现故障，可以用置换法判断出现问题的部位。

7.数据输入输出接口（RS 232）不能够正常工作
1）系统的外部输入输出设备的设定错误或硬件出现了故障，在进行通讯时，操作者首先确认外部的通讯设备是否完好，电源是否正常。
2）参数设置的错误
通讯时需要将外部设备的参数与数控系统的参数相匹配，如波特率、停止位必须设成一致才能够正常通讯。外部通讯端口必须于硬件相对应。
3）通讯电缆出现问题
不同的数控系统，通讯电缆的管角定义可能不一致，如果管角焊接错误或者是虚焊等，通讯将不能正常完成。另外通讯电缆不能够过长，以免引起信号的衰减引起故障。

8.系统参数设定、调整错误引起的故障
系统参数的设定很重要，如果系统参数设置错误，就会引发各种各样的故障现象如：系统不能正常启动；不能正常运行；螺纹加工不能够进行；系统显示不正常；死机等。

9.系统外部干扰引起的故障
1）数控系统、机床、车间等接地不良
2）系统的连接电缆屏蔽层接地不良引起
3）电缆的布置、安装不合理
4）系统各模块的安装、连接、固定的不可靠
5）电缆过长，引起系统信号的衰减
6）外部电源不稳定，纹波过大

四、急停报警故障

数控装置操作面板和手持单元上，均设有急停按钮，用于当数控系统或数控机床出现紧急情况，需要使数控机床立即停止运动或切断动力装置（如伺服驱动器等）的主电源；当数控系统出现自动报警信息后，须按下急停按钮。待查看报警信息并排除故障后，再松开急停按钮，使系统复位并恢复正常。该急停按钮及相关电路所控制的中间继电器（KA）的一个常开触点应该接入数控装置的开关量输入接口，以便为系统提供复位信号。

1.机床一直处与急停状态，不能复位
1）电气方面的原因，下图为一普通数控机床的整个电气回路的接线图，从图上可以清晰的看出可以引起急停回路不闭和的原因有：
急停回路断路
限位开关损坏
急停按钮损坏
2） 系统参数设置错误，使系统信号不能正常输入输出或复位条件不能满足引起的急停故障；PLC软件未向系统发送复位信息。检查KA中间继电器；检查PLC程序。
3） PLC中规定的系统复位所需要完成的信息未满足要求。如伺服动力电源准备好、主轴驱动准备好等信息。若使用伺服，伺服动力电源是否未准备好：检查电源模块；检查电源模块接线；检查伺服动力电源空气开关。
4） PLC程序编写错误

2.数控系统在自动运行的过程中，报跟踪误差过大引起的急停故障
这一类故障现象是属于运动状态问题，实际上是进给伺服系统位置环在运动中出现了问题。位置偏差过大是根据位置环中的位置偏差计数器输出的，既由来自光电脉冲编码器反馈的反应工作台实际运行距离的脉冲与来自数控系统所发的脉冲个数进行比较得出。这个偏差值的大小反映出数控系统要求某个轴运动的距离与轴实际移动的距离之间的差值，为使位置偏差不超出机床各轴要求的形状为职公差，所以数控系统对这个偏差值的大小进行了设置规定，这个参数值的大小是可以更改的，如果参数丢失或者设置的数值过小，往往造成数控系统跟踪误差过大。其常见原因有如下几点：

1）负载过大，如负载过大，或者夹具夹偏造成的摩擦力或阻力过大，从而造成加在伺服电动机的扭矩过大，使电动机造成了丢步形成了跟踪误差过大。
2）编码器的反馈出现问题，如：编码器的电缆是否出现了松动，或者用示波器检查编码其所反馈回来的脉冲是否正常。
3）伺服驱动器报警或损坏。
4）进给伺服驱动系统强电电压不稳或者是电源缺相引起。

3.伺服单元报警引起的急停
伺服单元如果报警或者出现故障，PLC检测到后可以使整个系统处在急停状态，直到将伺服部分的故障排除，系统才可以复位，如果是因为伺服驱动器报警而出现的急停，有些系统可以通过急停对整个系统进行复位，包括伺服驱动器，可以消除一般的报警。 

4  主轴单元报警引起的急停
主轴单元如果报警或者出现故障，PLC检测到后可以使整个系统处在急停状态，直到将主轴部分的故障排除，系统才可以复位，如果是因为主轴驱动器报警而出现的急停，有些系统可以通过急停对整个系统进行复位，包括伺服驱动器，可以消除一般的报警。
1）主轴空开跳闸
2）主轴单元报警或主轴驱动器出错，

五、手动操作类故障分析与维修 

1.手动运行机床，机床不动作
1）机床锁住按钮损坏，使机床按钮一直处在机床锁住的状态。数控机床机床如果机床锁住按钮被按下或者因为损坏而一直处于导通的状态，机床各轴是不能够运动的，在自动状态下，系统可以向各个轴发运动指令，但轴不执行。
2）系统参数设置错误错误，数控系统如果与轴相关的一些参数设置不当，可以造成轴运动不正常或不能够运行。
3）系统驱动程序没有安装或安装不正确，某些数控系统在调试时必须按装相应的驱动程序才能够运行，如果驱动程序没有安装或者安装的不正确，机床轴是不能够正常运行的。
4）软极限超程或硬极限超程
5）伺服驱动器报警或使能信号未到达
6）倍率选者开关选者0
7）动按钮损坏或接触不良

2. 手摇无效
1）机床锁住按钮损坏，使机床按钮一直处在机床锁住的状态
2）脉冲发生器坏
3）伺服或主轴部分出现报警报警
4）系统参数设置不对
5）手摇使能无效，或使能信号没有接通
为了安全考虑，一些手摇设置了一个使能按钮，当使能按钮被按下，系统检测到这个信号以后，手摇所发的脉冲才能够被系统接受，当使能信号没有接通或系统没有检测到，手摇既无效。

3.手动移动机床超程后无法解除
1）机床超程信号接反或者是机床运动方向相反。机床在运行时超程是经常遇到的现象，在进行超程解除的时候有可能因为操作者的不熟练，将超程解除的方向弄反，某些数控系统厂家为了机床运行的安全性，在机床超程的时候设置了一些输入信号，用来检测数控机床的超程方向，如果检测到数控机床超程后，机床只能够向超程的相反方向运动，这样能够防止机床继续向超程的方向运动。但是如果机床的超程信号接反或者是机床的运动方向相反，机床超程就不能够正常解除，
解除方法：将轴的运动方向更改，或者将超程信号进行互换，此故障现象即可排除
2）PLC的编写错误
3）参数设置错误

4.系统控制乱套，M、S、T指令有时执行有时不能够执行或者执行的动作不正确
1）参数设置错误或者是丢失从而引起系统的控制紊乱。
2） 系统受到较强烈的干扰

5. 系统G00、G01、G02、G03指令均不能执行
1）系统选择了每转进给，但是主轴未启动
2）PLC中已经设定了主轴速度到达信号，但该信号没有到达系统
3）轴的进给倍率选择了零

6. 机床油泵、冷却泵没有启动或启动后没有油、冷却液输出
1） 输入/输出板或回路出现故障
2） 电机电源相序不正确
如果油泵、冷却泵直接使用的是普通三相交流电机，有可能是因为电机电源进线相序搞反，造成电机的反转，致使油或冷却液不能够正常输出。