数控机床的开机调试及其机械典型故障分析的研究与实践

摘要：随着电子技术和自动化技术的发展，数控技术的应用越来越广泛。以微处理器为基础，以大规模集成电路为标志的数控设备，由于它们的先进性、复杂性和智能化高的特点，在维修理论、技术和手段上都发生了飞跃的变化。不同的数控机床其数控系统虽然在结构和性能上有所区别，本文就普通数控机床的机械典型故障的现象描述，故障可能产生原因的理论分析，其故障诊断与维修是本文阐述的重点。

关键词：数控系统、开机调试、机械结构、故障分析、诊断维修

一、数控机床的定义

数控机床是一种典型的机电一体化产品，能实现机械加工的高速度，高精度和高自动化，代表了机床的发展方向。数控机床是一个装有程序控制系统的机床，其主要组成部分有机床本体，数控装置和伺服系统三部分。的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控机床的大脑。与普通机床相比，数控机床有如下特点：加工精度高，具有稳定的加工质量；可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；

机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的3-5倍）；机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高等。

二、数控系统的构成及特点

目前世界上的数控系统种类繁多，形式各异，组成结构上都有各自的特点。这些结构特点来源于系统初始设计的基本要求和工程设计的思路。例如对点位控制系统和连续轨迹控制系统就有截然不同的要求。一般整个数控系统由三大部分组成，即控制系统，伺服系统和位置测量系统。控制系统主要由总线、CPU、电源、存贮器、操作面板和显示屏、位控单元、可编程序控制器逻辑控制单元以及数据输入/输出接口等组成。数控系统的可靠性要求高，因为一旦数控系统发生故障，即造成巨大经济损失；它具有较高的环境适应能力；接口电路复杂，数控系统要与各种数控设备及外部设备相配套，要随时处理生产过程中的各种情况，适应设备的各种工艺要求，因而接口电路复杂，而且工作频繁。

三、数控系统的开机调试

（一）通电前的外观及电源检查

对机床电器电控箱、CNC电箱门、各类接口插座、接线端子、电磁阀、按钮及开关、接地线检查。接通机床总电源，检查CNC电箱，主轴电机冷却风扇，机床电器箱冷却风扇的转向是否正确，润滑，液压等处的油标志指示以及机床照明灯是否正常，各熔断器有无损坏，如有异常应立即停电检修，无异常可以继续进行。

（三）CNC电箱通电

1.按CNC电源通电按扭，接通CNC电源，观察CRT显示，直到出现正常画面为止。如果出现ALARM显示，应该寻找故障并排除，此时应重新送电检查。

2.打开CNC电源，根据有关资料上给出的测试端子的位置测量各级电压，有偏差的应调整到给定值，并作好记录。

3.将状态开关置于适当的位置，如日本FANUC系统应放置在MDI状态，选择到参数页面。逐条逐位地核对参数，这些参数应与随机所带参数表符合。

4.将状态选择开关放置在JOG位置，将点动速度放在最低档，分别进行各坐标正反方向的点动操作，同时用手按与点动方向相对应的超程保护开关，验证其保护作用的可靠性。

5.将状态开关置于回零位置，完成回零操作，参考点返回的动作不完成就不能进行其它操作。因此遇此情况应首先进行本项操作，然后再进行第（4）项操作。

6.将状态开关置于JOG位置或MDI位置，进行手动变档试验，验证后将主轴调速开关放在最低位置，进行各档的主轴正反转试验，观察主轴运转的情况和速度显示的正确性。

7.进行手动导轨润滑试验，使导轨有良好的润滑。

8.逐渐变化快移超调开关和进给倍率开关，随意点动刀架，观察速度变化的正确性。

（四）MDI试验

1.测量主轴实际转速将机床锁住开关放在接通位置，用手动数据输入指令，进行主轴任意变档，变速试验，测量主轴实际转速，并观察主轴速度显示值，调

整其误差应限定在5％之内。

2.进行转塔或刀座的选刀试验其目的是检查刀座或正、反转和定位精度的正确性。

3.功能试验根据定货的情况不同，功能也不同，可根据具体情况对各个功能进行试验。为防止意外情况发生，最好先将机床锁住进行试验，然后再放开机床进行试验。

4.EDIT功能试验将状态选择开关置于EDIT位置，自行编制一简单程序，尽可能多地包括各种功能指令和辅助功能指令，移动尺寸以机床最大行程为限，同时进行程序的增加，删除和修改。

5.自动状态试验将机床锁住，用编制的程序进行空运转试验，验证程序的正确性，然后放开机床，分别将进给倍率开关，快速超调开关，后将各超调开关置于100％处，使机床充分运行，观察整机的工作情况是否正常。

四、数控机床典型机械结构故障分析与维修

（一）械结构故障分析的方法

1.听、摸、看、问、嗅诊断法

借用简单工具、仪器，如百分表、水准仪、光学仪等检测;通过人的感官，直接观察形貌、声音、温度、颜色和气味的变化，根据经验来诊断。

2.温度检测诊断法

接触型：采用温度计、热电偶、测量贴片、热敏涂料直接接触轴承、电动机、齿轮箱等装置的表面进类型行测量。

非接触型：采用先进的红外测温仪、红外热像仪、红外扫描仪等遥测不宜接近的物体。

2.震动测试诊断法

通过安装在机床某些特征点上的传感器，利用震动计巡回检测，检测机床上特定测量处的总振级大小，如位移、速度、加速度和幅频特性等，对故障进行预测和检测。

3.噪声检测诊断法

用噪声测量计、声波计对机床齿轮、轴承在运行中的噪声信号频谱的变化规律进行深入分析，识别和判别齿轮、轴承磨损失效故障状态。

（二）数控机床典型机械故障分析与维修

1.主轴常见故障及其与维修方法

（1）切削震动大

故障原因：主轴箱和床身连接螺钉松动；排除方法：恢复精度后禁锢连接螺钉。

故障原因：轴承预紧力不够，游隙过大；排除方法：重新调整轴承游隙，但预紧力不宜过大，以免损坏轴承。

故障原因：轴承预紧螺母松动，使主轴窜动；排除方法：禁锢禁固螺母，确保主轴精度合格。

故障原因：轴承拉毛或损坏；排除方法：更换轴承。

故障原因：主轴与箱体超差；排除方法：修理主轴或箱体，使其配合精度，位置精度达到要求。

（2）齿轮和轴承损坏

故障原因：主轴箱和床身连接螺钉松动；排除方法：恢复精度后。

故障原因：变挡机构损坏或固定挡销脱落；排除方法：修复或更换零件。

故障原因：轴承预紧力过大或无润滑；排除方法：重新调整预紧力，并使之润滑充足。

以上对于数控系统机械典型故障的维修技术，是笔者数十次数控系统的调试和维修的经验的总结。虽然，数控系统种类繁多，故障千变万化，维修方法也不尽相同，一篇短文很难尽述，但是笔者仍希望把一些基本方法与思路写出来，与大家交流以期能引起人们对数控系统机械典型维修技术的重视，维修技术的直接目的和结果是使数控系统恢复正常运行，从而保证生产的顺利进行。

【1】《数控机床维修从入门到精通》，牛志斌主编，化学工业出版社，2022年；

【2】《数控机床故障诊断与维修（第2版）》，王爱玲主编，机械工业出版社，2020年；

【3】《数控机床维修与维护实训精讲》，杨海琴、侯先勤，西安交通大学出版社，2018年。