数控机床故障诊断方法

1．采用电阻比对法诊断负载短路故障障实例

fanuc一besk伺服驱动板十15v负载软击穿烧保险丝。我们维修时，通过初步检查判定故障原因是负载局部短路，并且用数字表测得十15v对“地”电阻，正常板为1．3kω 故障板为300ω。因为通电好烧保险丝，根本无法通电检查，所以只能做电阻测量或拆元件检查。

但是，由于该伺服板的十15v电源与其负载（24只集成元件）的印刷电路成放射型结构，所以，电阻测量时无法做电路切割分离，并且由于元件多且为直接焊装，也不可能逐一拆卸检查。维修的实际操作十分困难，即使故障解决了，也往往弄得电路板伤痕累累。处理这种既不能做电路切割分离或元件拆卸也无法通电检查的故障，我们采用电阻比对法检查很方便。诊断检查时，不切割电路也不焊脱元件，而是直接测量十15v端与各集成元件的有关管脚问的电阻值，同时将故障板与正常板做对应值比较，即可查出故障。处理以上故障时，考虑到元件管脚多，所以首先分析厚膜块内部电路（图中已标出）和集成块管脚功能图，然后从中筛选出若干主要的测试点，做电阻测量。当测量到q7时，发现其3脚（ ＋ 15v）对14脚（输出）电阻为150ω（正常为6kω ，怀疑q7（lm339）有问题，更换q7后，伺服板恢复正常，说明q7管脚间阻值异常系内部软击穿，从而引起电源短路。

2. 快速过程的分步模拟法

有些控制过程，如的自动升降速过程，直流调速器的停车制动过程，只有零点几秒的瞬间时间。查寻这种快速过程的电路故障，显然无法采用一般仪表进行故障跟踪检测，所以故障诊断比较困难。下面通过故障实例一5v型直流可控硅主驱动停车时间太长的故障，介绍我们采用的特殊方法一分步模拟法。

经过对故障板的初步检查，判断故障原因在v5主驱动器制动电路。该制动控制逻辑复杂，涉及电路多，诊断故障决非举手之劳，而且由于制动过程短，无法测量，所以我们采用分步模拟法进行诊断检查。由电路原理得知制动过程如下：（1）本桥逆变，释放能量；（2）自动换桥，再生制动；（3）再次换桥，电路复原。为了分步测量的需要，以速度指令、速度反馈和电流反馈为设定量，将以上过程细分为八个步骤（列成一张表），然后逐步改变相应设定量，检测有关电路信号，对照电路逻辑，查出故障。我们做分步测试进行到第二步（即速度指令由1变0）时，发现“a后移”和“积分停止”均为高电平，按电路逻辑，应为低电平，据此查对电路，很快找出a2板中与非门dl06（型号：fzhi01）有问题，更换后，故障排除。

3．ct4一os3型查频器的一例特殊故障

ct4一os3型常用于ybm90和mk5oo的刀库驱动。在维修中，我们多次碰到该变频器时好时坏的缺相故障，并且测得缺相电压只有60至2oov（正常为400v)。由于这是一种时好时坏的软故障，诊断查寻困难。

但是，我们发现该变频器这种故障的多数原因是脉冲隔离级问题——振荡不稳定。这种故障现象，用检查，很难发现“波形丢失”，但一般都有三组脉冲幅值不相等，甚至差异软大的现象。其实，仔细分析一下隔离级电路的特点就能看出问题，这是一个比较特殊的间歇振荡器，仅用二只三级管，分别做振荡管和振荡器电源开关。由于采用单管振荡，而且振荡电路串入限流电阻和二只，加上变压器输出负载，所以振荡电路损耗大，增益低，容易造成电路偶发性停振和脉冲幅值不足的毛病，即产生时好时坏的电机缺相故障。从以上分析可以看出，这种电路对脉冲变压器q值和三极管β值要求严格，用户维修时，可以采用如下措施得到弥补：（1）选用高β（120至180）振荡管；（2）适当减少限流电阻阻值，即在51ω电阻上并接100一270ω。

4．诊断多种故障综合症

下面通过cvt035型晶体管直流驱动器的典型实例，说明多种故障综合症的诊断方法。该故障伺服板，经初步检查看出，电路板外观很脏，输出级烧损严重，可见用户的维护保养比较欠缺，处理这种故障，应该首先清除脏物，修复输出级，切忌贸然通电，否则可能引发短路，扩大故障面。例如铁粉灰尘的导电短路，输出级开关管击穿对前级和电源的短路等等。经上述处理后，通电检查又发现如下故障：（1）“欠压”红灯有时闪亮（“ready”绿灯闪灭）；（2）电机不转；（3）（±15v）变压器tl和电源开关管v69异常发烫。

这是一例典型的综合症，而且故障之间可能存在某种因果关系，所以处理故障需要顺序进行，否则可能事倍功半，甚至引发故障面扩大。我们通过分析，做出如下维修排序：开关电源一＞“欠压”灯——＞电机运转。首先检查电源板，通过测量主回路150v直流电压和断开±15v负载的检查后，得知故障在开关电源板内部，在检查电源板中发现10v稳压管v32的电压只有9．5v，（信息来源：http://www.diangon.com）由此检查下去，找到故障原因：v32的限流电阻rl85阻值变大。更换rl85后，±15v电源板和“欠压”灯等均恢复正常，但电机仍不转。可见，以上灯闪和元件发烫均由rl85变值引起，电机不转则另有原因。按通常的检查方法，可以逐级检测，但由于经验的缘故，我们只做简单的变换转向试验，结果发现反向运转正常，所以很快查出故障原因：换向电路的集成块n5（tl084）失效，更换n5后，一切正常。

5．pc接口法

由于各单元（除驱动器外）与数控系统之间都是通过pc接口（1／o）实现信号的传递和控制，因此，许多故障都会通过pc接口信号反映出来，我们可以通过查阅pc机床侧的1／o信号诊断各种复杂的机床故障或判别故障在数控系统还是在机床。其方法很简单，即要求熟悉全部pc（机床侧）接口信号的现行状态和正常状态（或制成一张表格），诊断时，通过对全部pc（机床侧）接口信号的现行状态和正常状态逐一查看比对，找出有故障的接口信号，然后根据信号的外部逻辑关系，查出故障原因。当你熟悉了pc接口信号后，应用这种pc接口比对法，非常简便快快捷，而且避免了分板复杂的梯形图程序。

6．西门子3gg系统数据异常的恢复

瑞士studer s45一6磨床配备西门子3gg系统，为双nc双结构，该系统具有很强的自诊断功能，发生故障时，可以借助屏幕提示，快速诊断修复故障。但是如果发生系统无法启动，并且plc处于停止状态，屏幕不亮，那么系统的自诊断功能将无法发挥作用，导致诊断困难。发生这种故障的原因比较多，如果电池电压低于2．7v，必须更换电池；如果nc或plc硬件损坏，需要更换电路板；如果机床的24v电源低于21v，需要检查电源电路和负载。

但是我们碰到更多的故障原因并不是硬件故障，而是机床数据异常这类软故障。其原因比较复杂，如电网干扰、电磁波干扰、电池失效、操作失误等均有可能造成机床数据的丢失或混乱，以致系统无法启动。

象这类软故障我们可以采用全清恢复法使系统恢复运行。3gg系统的全清步骤如下：

（1） 机床数据、用户程序、设定数据和背景存贮器的清除；

（2） 3gg系统的初始化；

（3） plc清零；

（4） 恢复被清除的全部数据、程序。一般需要设定波特率，调出128kb内存，然后，通过磁盘等媒体输入数据、程序。

（5） 试验并检查伺服系统的全部kv系数。

（6） 完成这些步骤后，系统恢复正常。

１、直观法  

这是一种最基本的方法。维修人员通过对故障发生时的各种光、声、味等异常现象的观察以及认真察看系统的每一处，往往可将故障范围缩小到一个模块或一块印刷线路板。这要求维修人员具有丰富的实际经验，要有多学科的较宽的知识和综合判断的能力。  

２、自诊断功能法  

现代的数控系统虽然尚未达到智能化很高的程度，但已经具备了较强的自诊断功能。能随时监视数控系统的硬件和软件的工作状况。一旦发现异常，立即在CRT 上报警信息或用发光二极管批示出故障的大致起因。利用自诊断功能，也能显示出系统与主机之间接口信号的状态，从而判断出故障发生在机械部分还是数控系统部分，并批示出故障的大致部位。这个方法是当前维修时最有效的一种方法。  

３、功能程序测试法  

所谓功能程序测试法就是将数控系统的常用功能和特殊功能，如直线定位、圆弧插补、螺纹切削、固定循环、用户宏程序等用手工编程或自动编程方法，编制成一个功能程序测试纸带，通过纸带阅读机送入数控系统中，然后启动数控系统使之进行运行，藉以检查机床执行这些功能的准确性和可靠性，进而判断出故障发生的可能起因。本方法对于长期闲置的数控机床第一次开机时的检查以及机床加工造成废品但又无报警的情况下，一时难以确定是编程错误或是操作错误，还是机床故障时的判断是一较好的方法。  

４、交换法  

这是一种简单易行的方法，也是现场判断时最常用的方法之一。所谓交换法就是在分析出故障大致起因的情况下，维修人员可以利用备用的印刷线路板、模板，集成电路芯片或元器件替换有疑点的部分，从而把故障范围缩小到印刷线路板或芯片一级。它实际上也是在验证分析的正确性。  

在备板交换之前，应仔细检查备板是否完好，并应检查备板的状态应与原板状态完全一致。这包括检查板上的选择开关，短路棒的设定位置以及电位器的位置。

在置换CNC装置的存储器板时，往往还需要对系统作存储器的初始化操作（如日本FANUC公司的FS—6系统用的磁泡存储器就需要进行这项工作），重新设定各种数控数据，否则系统仍将不能正常地工作。又如更换FANUC公司的7系统的存储器板之后，需重新输入参数，并对存储器区进行分配操作。缺少了后一步，一旦零件程序输入，将产生60号报警（存储器容量不够）。有的CNC系统在更换了主板之后，带需进行一些特定的操作。如FNUC公司在FS—10系统，必须按一定的操作步骤，先输入9000～9031号选择参数，然后才能输入0000号至8010号的系统参数和PC参数。总之，一定要严格地按照有关系统的操作、维修说明书的要求进行操作。  

５、转移法  

所谓转移法就是将CNC系统中具有相同功能的二块印刷线路板、模块、集成电路芯片或元器件互相交换，观察故障现象是否随之转移。藉此，可迅速确定系统的故障部位。这个方法实际上就是交换法的一种。因此，有关注意事项同交换法所述。  

６、参数检查法  

众所周知，数控参数能直接影响数控机床的功能。参数 通常是存放在磁泡存储器或存放在需由电池保持的CMOS RAM中，一旦电池不足或由于外界的某种干扰等因素，会使个别参数丢失或变化，发生混乱，使机床无法正常工作。此时，通过核对、修正参数，就能将故障排除。当机床长期闲置工作时无缘无故地出现不正常现象或有故障而无报警时，就应根据故障特征，检查和校对有关参数。  

另外，经过长期运行的数控机床，由于其机械传动部件磨损，电气无件性能变化等原因，也需对其有关参数进行调整。有些机床的故障往往就是由于未及时修改某些不适应的参数所致。当然这些故障都是属于故障的范畴。  

７、测量比较法  

CNC系统生产厂在设计印刷线路板时，为了调整、维修的便利，在印刷线路板上设计了多个检测用端子。用户也可利用这些端子比较测量正常的印刷线路板和有故障的印刷线路板之间的差异。可以检测这些测量端子的电压或波形，分析故障的起因及故障的所在位置。甚至，有时还可对正常的印刷线路人为地制造“故障”，如断开连线或短路，拨去组件等，以判断真实故障的起因。为此，维修人员应在平时积累印刷线路板上关键部位或易出故障部位在正常时的正确波形和电压值。因为 CNC系统生产厂往往不提供有关这方面的资料。

８、敲击法  

当系统出现的故障表现为若有若无时，往往可用敲击法检查出故障的部位所在。这是由于CNC系统是由多块印刷线路板组成，每块板上又有许多焊点，板间或模块间又通过插接件及电缆相连。因此，任何虚焊或接触不良，都可能引起故障。当用绝缘物轻轻敲打有虚焊及接触不良的疑点处，故障肯定会重复再现。  

９、局部升温  

 CNC系统经过长期运行后元器件均要老化，性能会变坏。当它们尚未完全损坏时，出现的故障变得时有时无。这时可用热吹风机或电烙铁等来局部升温被怀疑的元器件，加速其老化，以便彻底暴露故障部件。当然，采用此法时，一定要注意元器件的温度参数等，不要将原来是好的器件烤坏。  

１０、原理分析法  

根据CNC系统的组成原理，可从逻辑上分析各点的逻辑电平和特征参数（如电压值或波形），然后用万用表、逻辑笔、示波器或逻辑分析仪进行测量、分析和比较，从而对故障定位。运用这种方法，要求维修人员必须对整个系统或每个电路的原理有清楚的、较深的了解。  

除了以上常用的故障检查测试方法外，还有拔板法，电压拉偏法，开环检测法以及在上章中曾提出的诊断方法等多种。这些检查方法各有特点，按照不同的故障现象，可以同时选择几种方法灵活应用，对故障进行综合分析，才能逐步缩小故障范围，较快地排除故障。  

当数控系统出现报警发生故障时，维修人员不要急于动手处理，而应多进行观察和试验。  

１、充分调查故障现场  

 这是维修人员取得第一手材料的一个重要手段。一方面要向操作者调查，详细询问出现故障的全过程，查看故障记录单，了解发生过什么现象，曾采取过什么措施等；另一方面，要对现场要做细致的勘查。从系统的外观到系统内部各印刷线路板都应细心地察看是否有异常之处。在确认系统通电无危险有情况下，方可通电，观察系统有何异常，CRT显示的内容等。

２、认真分析产生故障的起因  

当前的CNC系统智能化程度都比较低，系统尚不能自动诊断出发生故障的确切原因。往往是同一报警号可以有多种起因，不可能将故障缩小到具体的某一部件。因此，在分析故障的起因时，一定要思路开阔。往往有这种情况，自诊断出系统的某一部分有故障，但究其起源，却不在数控系统，而是在机械部分。所以，无论是CNC系统，机床强电，还是机械、液压、气路等，只要有可能引起该故障的原因，都要尽可能全面地列出来，进行综合判断和筛选，然后通过必要的试验，达到确诊和最终排除故障的目的。    

造成数控系统故障而又不易发现的另一个重要原因是干扰。根据经验，大致有下面几种原因。  

（１）机床生产厂的装配工艺问题  

装配工艺不好反映在干扰方面的表现大致有如下几点。①没有采用一点接地法。有些机床生产为了图省事，到处就近接地，结果造成多点接地，形成地环流。②由于接地点选择不当或接触不良，甚至虚焊造成接地电阻变大而引起噪声干扰。③CNC系统与主机的信号通讯，有许多是采用屏蔽线连接的，若对屏蔽地处理不当，没有按照规定连接（如有的屏蔽地按规定只许接在系统侧，而不能接在机床侧）也是造成干扰的一种因素。  

（２）强电干扰  

 数控机床的强电柜中的接触器、继电器等电磁部件均是CNC系统的干扰源 。交流接触器，交流电机的频繁起动、停止时，其电磁感应现象会使CNC系统控制电路中产生尖峰或波涌等噪声，干扰系统的正常工作。因此，一定要对这些电磁干扰采取措施，予以消除。

 通常是采用在交流接触器线圈的两端或交流电机的三相输入端并联RC网络，而在直流接触器或在直流电磁阀的线圈两端反相并入一个续流二极管等的办法来抑制这些电器产生的干扰噪声。但要注意一点，这些并入的吸收网络的连线不应大于500px，否则，其效果就不理想。  

同时，查CNC系统的控制电路的输入电源部分，也要采取措施。一般多用浪涌吸收器并联在电源线间，从而可有效地吸收电网中的尖峰电压，起到一定的保护作用。  

（３）供电线路的干扰  

 由于我国局部地区电力不足和供电频率不稳和用户厂电网分配不合理等因素造成供电线路的干扰。现象可归纳为超压、欠压、频率和相位漂移、谐波失真、共模噪声及常模噪声等原因。为养活供电电线路干扰可采取下列措施。  

①在电网电压变化较大的地区，应在CNC系统的输入电源前增加电子稳压器，以养活电网电压波动。如果能加入电源调节器，则效果更好，但切不可串入自耦变压器。  

②用户厂的供电线路的容量应能满足数控机床电器容量的要求。  

③数控机床避免与电火花设备以及大功率的起、停频繁的设备共用一干线，以免这些设备的干扰通过供电线串入到CNC系统中。  

④数控机床设备安置时应远离中频炉、高频感应炉等变频设备。  

３．动手修复  

一旦故障部位已找到，但手头却无可更换的备件时，可用移植借用办法，作为应急措施来解决。例如某一组件坏了（如与非门或触发器等），但损坏的往往只是组件中的某一路，其它几部分还是好的。而在印刷线路板的设计中，又往往只是用了组件中的一部分，没有全部用满。此时，可将没有使用的富余部分取来作为应急用。具体的作法是，切断已损坏部分的插脚（包括输入和输出脚），然后由区线将信号输入、输出线引至富余的组件插脚上即可。