二、数控机床故障诊断及维护的内容

（一）数控机床故障来源及分类

1. 故障衡量标准

数控机床是机电一体化在机械加工领域中的典型产品，它是将机械、电气、自动化控制、电动机、检测、计算机、机床、液压、气动等技术集中于一体的自动化设备，具有高精度、高效率和高适应性的特点。

衡量数控机床稳定性和可靠性的指标是平均无故障时间（Mean Time Between Failures，MTBF）tMTBF，即两次故障间隔的时间；同时，当设备出现故障后，要求排除故障的修理时间（Mean Time To Repair，MTTR）tMTTR越短越好，因此衡量上述要求的另一个指标是平均有效度A。

为了提高tMTBF，降低tMTTR，一方面要加强机床的日常维护，延长无故障时间；另一方面当出现故障后，要尽快诊断出原因并加以修复，提高维修效率。

2. 故障分类与来源

（1）机械故障与电气故障。数控机床由机床本体和电气控制系统两大部分组成。数控机床的故障可以分为机械故障和电气故障两大类。

机械故障常发生在主轴箱的冷却和润滑、导轨副和丝杠螺母副的间隙调整、润滑及支撑的预紧、液压与气动装置的压力和流量调整等方面。

数控机床从电气角度看，最明显的特征就是用电气驱动替代了普通机床的机械传动，因此，电气系统的故障诊断及维护内容多、涉及面广，如伺服系统、强电柜及操作面板，另外还包含数控系统与机床及机床电气设备之间的接口电路，如驱动电路、位置反馈电路、电源及保护电路和开/关信号连接电路等。电气系统是数控机床维护与故障诊断的重点。

实践证明，数控机床操作、保养和调整不当占整个故障的57%，电气系统（伺服系统、电源及电气控制部分）的故障占整个故障的37.5%，而数控系统的故障只占5.5%，如图0-2所示。

1—数控机床操作、保养和调整不当占57%

2—电气系统占37.5%　3—数控系统占5.5%

（2）系统性故障和随机性故障。

① 系统性故障。系统性故障是指只要满足一定的条件或超过某一设定的限度，工作中的数控机床就必然会发生的故障。这一类故障现象极为常见。例如，液压系统的压力值随着液压回路过滤器的阻塞而降到设定参数时，必然会发生液压系统故障报警，使系统断电停机。又如，润滑、冷却或液压等系统由于管路泄漏引起油标降到使用极限值时，必然会发生液位报警，使机床停机。再如，机床加工过程中切削量过大，达到某一限值时，必然会发生过载或超温报警，致使系统迅速停机。正确使用与维护数控机床可以避免这类系统性故障发生。

② 随机性故障。随机性故障是指数控机床工作时只是偶然发生的一次或两次故障。此类故障具有偶然性，因此，其原因分析与故障诊断较其他故障困难。这类故障的发生与安装质量、组件排列、参数设定、元器件品质、操作失误以及工作环境影响等诸因素有关。例如，接插件与连接组件因疏忽未加锁定，印制电路板上的元器件松动变形或焊点虚脱，继电器触点、各类开关触头因污染锈蚀以及直流电动机电刷不良等造成的接触不可靠等。工作环境温度过高或过低、湿度过大、电源波动与机械震动、有害粉尘与气体污染等原因均可引发随机性故障。因此，加强数控系统的维护检查，确保电气箱门的密封，严防工业粉尘及有害气体的侵袭等，均可避免随机性故障发生。

（3）硬件故障、软件故障和干扰故障。

① 硬件故障。硬件故障是指数控装置的印制电路板上的集成电路芯片、独立元件、接插件以及外部连接组件等发生的故障。这类故障也称“死故障”，只有更换已损坏的器件才能排除，比较常见的是输入/输出接口损坏，电动机、刀架损坏等。

② 软件故障。软件故障指数控系统加工程序错误，系统程序和参数的设定不正确或丢失，计算机的运算出错等。认真检查程序和修改参数可以解决这类故障。但是，参数修改要慎重，只有弄清参数的含义以及与其相关的其他参数方可修改，否则顾此失彼还会产生新的故障，甚至导致机床动作失控。

③ 干扰故障。干扰故障是指由于内部或外部干扰引发的故障。例如，由于系统线路分布不合理、电源地线配置不当、接地不良、工作环境恶劣等引发的故障。

（二）数控机床预防性维护的内容

1. 预防性维护的重要性

数控机床运行一段时间后，某些元器件或机械部件难免会损坏或出现故障。对于这种高精度、高效益且又昂贵的设备，如何延长元器件的寿命和零部件的磨损周期，预防各种故障，特别是将恶性事故消灭在萌芽状态，从而提高系统的平均无故障工作时间和使用寿命，一个很重要的方面是要做好预防性维护。

2. 预防性维护工作的主要内容

（1）严格遵循操作规程。数控系统编程、操作和维修人员必须经过专门的技术培训，熟悉所用数控机床的机械、数控系统、强电设备、液压、气源等部分，以及使用环境、加工条件等；能按机床和系统使用说明书的要求正确、合理地使用，尽量避免因操作不当引起的故障。通常数控机床在使用的第一年内，有1/3以上的系统故障是由于操作不当引起的。应按操作规程要求进行日常维护工作。

（2）防止数控装置过热。定期清理数控装置的散热通风系统，经常检查数控装置上各冷却风扇工作是否正常。应视车间环境状况，每半年或一个季度检查清扫过滤器一次。当环境温度过高，造成数控装置内温度达到55℃以上时，应及时加装空调装置。

（3）经常监视数控系统的电网电压。数控系统允许的电网电压范围是额定值的85%～110%，如果超出此范围，轻则使数控系统不能稳定工作，重则会造成重要电子部件损坏。因此，要经常注意电网电压的波动。对于电网质量比较恶劣的地区，应及时配置数控系统专用的交流稳压电源，这将使故障率明显降低。

（4）定期检查和更换直流电动机电刷。目前一些老的数控机床上大部分使用的是直流电动机，因为这种电动机电刷的过度磨损会影响其性能甚至损坏，所以必须定期检查电刷。数控车床、数控铣床、加工中心等，应每年检查一次；频繁加速机床（如冲床等），应每两个月检查一次。检查步骤如下。

① 要在数控系统处于断电状态，且电动机已经完全冷却的情况下检查。

② 取下橡胶刷帽，用旋具拧下刷盖，取出电刷。

③ 测量电刷长度，如磨损到原长的一半左右时，必须更换同型号的新电刷。

④ 仔细检查电刷的弧形接触面是否有深沟或裂缝，以及电刷弹簧上有无打火痕迹。如有上述现象，必须换上新电刷，并在一个月后再次检查。如还发生上述现象，则应考虑电动机的工作条件是否过分恶劣或电动机本身是否有问题。

⑤ 用不含金属粉末及水分的压缩空气导入电刷孔，吹净粘在刷孔壁上的电刷粉末。如果难以吹净，可用旋具尖轻轻清理，直至孔壁全部干净为止。清理时注意不要碰到换向器表面。

⑥ 重新装上电刷，拧紧刷盖。更换电刷后，要使电动机空运行跑合一段时间，以使电刷表面与换向器表面吻合良好。

（5）防止尘埃进入数控装置内。日常除了进行检修外，应尽量少开电气柜门。因为车间内空气中飘浮的灰尘和金属粉末落在印制电路板和电气接插件上，容易造成元件间绝缘性能下降，从而出现故障甚至使元件损坏。有些数控机床的主轴控制系统安置在强电柜中，强电柜门关得不严，是使电气元件损坏、主轴控制失灵的一个原因。当夏天气温过高时，有些使用者干脆打开电气柜门，用电风扇往电气柜内吹风，以降低机内温度，使机床勉强工作。这种办法最终会导致系统加速损坏。

（6）存储器用电池要定期检查和更换。数控系统中CMOS存储器中的存储内容在断电时靠电池供电保持，一般采用锂电池或可充电的镍镉电池，当电池电压下降至一定值时就会造成参数丢失。因此，要定期检查电池电压，当该电压下降至限定值或出现电池电压报警时，应及时更换电池。更换电池时，要在数控系统通电状态下进行，避免存储参数丢失。一旦参数丢失，在换上新电池后，应重新输入参数。

（7）数控系统长期不用时的维护。当数控机床长期闲置不用时，也应定期对数控系统进行维护保养。首先，应经常给数控系统通电，在机床锁住不动的情况下，让其空运行；其次，在空气湿度较大的梅雨季节应该天天通电，利用电气元件本身发热驱走电气柜内的潮气，以保证电子部件的性能稳定可靠。

（8）数控机床日常保养。为了更具体地说明数控机床日常保养的周期、检查部位和要求，这里附上某数控机床定期保养表，如表0-1所示，以供参考。