故障分析是進(jìn)行數(shù)控機(jī)床維修的第一步，通過(guò)故障分析，一方面可以迅速查明故障原因排除故障：同時(shí)也可以起到預(yù)防故障的發(fā)生與擴(kuò)大的作用。一般來(lái)說(shuō)，數(shù)控機(jī)床的故障分析主要方法有以F幾種，

⑴ 常規(guī)分析法 常規(guī)分析法是對(duì)數(shù)控機(jī)床的機(jī)、電、液等部分進(jìn)行的常規(guī)檢查，以此來(lái)判斷故障發(fā)生原因的一種方法。在數(shù)控機(jī)床上常規(guī)分析法通常包括以下內(nèi)容：

1）檢查電源的規(guī)格（包括電壓、頻率、相序、容量等）是否符合要求

2）檢查CNC伺服驅(qū)動(dòng)、主軸驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)機(jī)、輸入／輸出信號(hào)的連接是否正確、可靠

3）檢查CNC伺服驅(qū)動(dòng)等裝置內(nèi)的印刷電路板是否安裝牢固，接插部位是否有松動(dòng)

4）檢查CNC伺服驅(qū)動(dòng)，主軸驅(qū)動(dòng)等部分的設(shè)定端、電位器的設(shè)定、調(diào)整是否正確

5）檢查液壓、氣動(dòng)、潤(rùn)滑部件的油壓、氣壓等是否符合機(jī)床要求

6）檢查電器元件、機(jī)械部件是否有明顯的損壞，等等

⑵ 動(dòng)作分析法 動(dòng)作分析法是通過(guò)觀察、監(jiān)視機(jī)床實(shí)際動(dòng)作，判定動(dòng)作不良部位并由此來(lái)追溯故障根源的一種方法。

一般來(lái)說(shuō)，數(shù)控機(jī)床采用液壓、氣動(dòng)控制的部位如：自動(dòng)換刀裝置、交換工作臺(tái)裝置、夾具與傳輸裝置等均可以通過(guò)動(dòng)作診斷來(lái)判定故障原因。

⑶ 狀態(tài)分析法 狀態(tài)分析法是通過(guò)監(jiān)測(cè)執(zhí)行元件的工作狀態(tài)，判定故障原因的一種方法，這一方法在數(shù)控機(jī)床維修過(guò)程中使用*廣。

在現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)中伺服進(jìn)給系統(tǒng)、主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電源模塊等部件的主要參數(shù)都可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)、靜態(tài)檢測(cè)，這些參數(shù)包括：輸入／輸出電壓，輸入／輸出電流，給定／實(shí)際轉(zhuǎn)速、位置實(shí)際的負(fù)載的晴況等。此外，數(shù)控系統(tǒng)全部輸入／輸出信號(hào)包括內(nèi)部繼電器、定時(shí)器等的狀態(tài)，亦可以通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)的診斷參數(shù)予以檢查

通過(guò)狀態(tài)分析法，可以在無(wú)儀器、設(shè)備的情況下根據(jù)系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)迅速找到故障的原因，在數(shù)控機(jī)床維修過(guò)程中使用*廣，維修人員必須熟練掌握。

⑷ 操作、編程分析法 操作、編程分析法是通過(guò)某些特殊的操作或編制專門(mén)的測(cè)試程序段，確認(rèn)故障原因的一種方法。如通過(guò)手動(dòng)單步執(zhí)行自動(dòng)換刀、自動(dòng)交換工作臺(tái)動(dòng)作，執(zhí)行單一功能的加工指令等方法進(jìn)行動(dòng)作與功能的檢測(cè)。通過(guò)這種方法，可以具體判定故障發(fā)生的原因與部件，檢查程序編制的正確性。

⑸ 系統(tǒng)自診斷法 數(shù)控系統(tǒng)的自診斷是利用系統(tǒng)內(nèi)部自診斷程序或?qū)Ｓ玫脑\斷軟件，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的關(guān)鍵硬件以及系統(tǒng)的控制軟件進(jìn)行自我診斷、測(cè)試的診斷方法。

現(xiàn)在采用plc控制的機(jī)床是越來(lái)越多，運(yùn)用PLC的控制能簡(jiǎn)化電路，使設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單，安全，可靠。一些**的PLC具備了各種接口以實(shí)現(xiàn)連機(jī)，上網(wǎng)等功能。使得人們可以遠(yuǎn)程控制設(shè)備。那么，如何才能設(shè)計(jì)好一臺(tái)由PLC控制的機(jī)床呢？以本人的經(jīng)驗(yàn)，至少要了解以下幾方面的知識(shí)：
1 知道PLC的工作原理
可編程序控制器又簡(jiǎn)稱PLC，和繼電器系統(tǒng)類(lèi)似，PLC也是由輸入部分，邏輯部分和輸出部分組成，輸入部分收集并保存被控制部分實(shí)際運(yùn)行的數(shù)據(jù)，邏輯部分處理輸入部分所取得的信息，并判斷那些功能需作出輸出反應(yīng)。輸出部分提供正在被控制的許多裝置中，哪幾個(gè)設(shè)備需要實(shí)時(shí)操作處理。PLC采用大規(guī)模集成電路構(gòu)成的微處理器和存儲(chǔ)器來(lái)組成邏輯部分。盡管邏輯部分的作用與繼電器控制系統(tǒng)類(lèi)似，但是其組成，工作原理，運(yùn)行方式與前者是截然不同的。通過(guò)編程，可以靈活的改變其控制程序，相當(dāng)于改變了繼電器的硬接線線路，這就是所謂的“可編程序”。
2 掌握PLC的語(yǔ)言和指令
知道了PLC的工作原理后，理解它的語(yǔ)言就比較容易了。PLC語(yǔ)言*常見(jiàn)的有梯形圖和語(yǔ)句表兩種。其中梯形圖又是*為直觀和好用的。要詳細(xì)了解可以看相關(guān)教材，要強(qiáng)調(diào)的是，雖然原理一樣，基本指令也大同小異，但廠家不同PLC指令符號(hào)會(huì)有所不同，例如，同是上升沿微分，三菱公司的產(chǎn)品用PLS表示，歐姆龍公司卻稱為DIFU，而西門(mén)子公司則是│P│。這些具體的區(qū)別就要看各種產(chǎn)品的編程手冊(cè)了。
3 學(xué)會(huì)使用各種編程軟件
一個(gè)程序編好后要把它輸入PLC中，過(guò)去用的較多的是手持編程器，要人工輸入，比較麻煩，容易出錯(cuò)。近年來(lái)年隨著計(jì)算機(jī)的普及，已逐漸被各種編程軟件所取代。例如永宏公司的WinProladder編輯軟件，歐姆公司的CX-PROGRAMMER。西門(mén)子公司的STEP-7-MICRO-WIN32等。這些工具軟件都可以在WINDOWS的環(huán)境下運(yùn)行，用起來(lái)很方便，當(dāng)你選定了一個(gè)廠家PLC后，一定要學(xué)會(huì)使用它的編程軟件，因?yàn)檫@將極大的節(jié)約你的編程和調(diào)試時(shí)間。以永宏公司的WinProladder編輯軟件為例，在編程時(shí)它能為你提供操作數(shù)的輸入范圍，迅速搜索特殊指令。根據(jù)梯形圖自動(dòng)生成語(yǔ)句表，并指出其中的語(yǔ)法錯(cuò)誤，在調(diào)試時(shí)它通過(guò)數(shù)據(jù)線把程序快速準(zhǔn)確傳入PLC，然后監(jiān)控執(zhí)行狀態(tài)，可以對(duì)各輸入輸出點(diǎn)強(qiáng)制置位/復(fù)位。還可以進(jìn)行在線編輯。當(dāng)你熟練掌握了編程軟件的使用方法。就一定能事半功倍的完成的設(shè)計(jì)任務(wù)。
4 明白PLC控制的信號(hào)有那些
PLC是根據(jù)輸入條件來(lái)控制輸出信號(hào)的。輸入信號(hào)就是控制臺(tái)上的按鈕，機(jī)床上的限位開(kāi)關(guān)，壓力繼電器和光電開(kāi)關(guān)等各類(lèi)傳感器，而輸出點(diǎn)則控制繼電器或接觸器線圈的通斷，指示燈的明滅，液壓閥電磁鐵的吸合及變頻器的信號(hào)端子的輸出。在做一個(gè)機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)我們經(jīng)常會(huì)碰到兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是PLC可擴(kuò)展的I/O點(diǎn)數(shù)是有限的，另一個(gè)是增加I/O點(diǎn)數(shù)是要增加成本的。所以我們要知道控制的信號(hào)有那些，各是多少，統(tǒng)計(jì)出需要多少輸入和輸出點(diǎn)，據(jù)此選出PLC。

    數(shù)控機(jī)床是機(jī)械、液壓、電氣和計(jì)算機(jī)技術(shù)高度集成的一體化產(chǎn)品，其故障的發(fā)生也多數(shù)是機(jī)械、液壓、電氣等方面的綜合反映。分析數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的爬行與振動(dòng)現(xiàn)象產(chǎn)生原因，闡述故障的診斷與維修，并通過(guò)實(shí)例說(shuō)明診斷與維修技術(shù)方法。

    數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)爬行與振動(dòng)現(xiàn)象及其產(chǎn)生原因

   在驅(qū)動(dòng)移動(dòng)部件低速運(yùn)行過(guò)程中，數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)移動(dòng)部件開(kāi)始時(shí)不能啟動(dòng)，啟動(dòng)后又突然作加速運(yùn)動(dòng)，而后又停頓，繼而又作加速運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)部件如此周而復(fù)始忽停忽跳、忽慢忽快的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象稱為爬行。而當(dāng)其以高速運(yùn)行時(shí)，移動(dòng)部件又會(huì)出現(xiàn)明顯的振動(dòng)。

   對(duì)于數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)產(chǎn)生爬行的原因，一般認(rèn)為是由于機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件之間潤(rùn)滑不好，導(dǎo)致機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)時(shí)靜摩擦阻力增大；當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，工作臺(tái)不能向前運(yùn)動(dòng)，使?jié)L珠絲杠產(chǎn)生彈性變形，把電機(jī)的能量貯存在變形上；電動(dòng)機(jī)繼續(xù)驅(qū)動(dòng)，貯存的能量所產(chǎn)的彈性力大于靜摩擦力時(shí)，機(jī)床工作臺(tái)向前蠕動(dòng)，周而復(fù)始地這樣運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生了爬行的現(xiàn)象。

   事實(shí)上這只是其中的一個(gè)原因，產(chǎn)生這類(lèi)故障的原因還可能是機(jī)械進(jìn)給傳動(dòng)鏈出現(xiàn)了故障，也可能是進(jìn)給系統(tǒng)電氣部分出現(xiàn)了問(wèn)題，或者是系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)?shù)木壒剩€可能是機(jī)械部分與電氣部分的綜合故障所造成。

    爬行與振動(dòng)故障的診斷與排除

   對(duì)于數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)的爬行與振動(dòng)故障，不能急于下結(jié)論，而應(yīng)根據(jù)產(chǎn)生故障的可能性，羅列出可能造成數(shù)控機(jī)床爬行與振動(dòng)的有關(guān)因素，然后逐項(xiàng)排隊(duì)，逐個(gè)因素檢查，分析、定位和排除故障。查到哪一處有問(wèn)題，就將該處的問(wèn)題加以分析，看看是否是造成故障的主要矛盾，直至將每一個(gè)可能產(chǎn)生故障的因素都查到。*后再統(tǒng)籌考慮，提出一個(gè)綜合性的解決問(wèn)題方案，將故障排除。

    排除數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)爬行與振動(dòng)故障的具體方法如下：

    1.對(duì)故障發(fā)生的部位進(jìn)行分析

   爬行與振動(dòng)故障通常需要在機(jī)械部件和進(jìn)給伺服系統(tǒng)查找問(wèn)題。因?yàn)閿?shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)低速時(shí)的爬行現(xiàn)象往往取決于機(jī)械傳動(dòng)部件的特性，高速時(shí)的振動(dòng)現(xiàn)象又通常與進(jìn)給傳動(dòng)鏈中運(yùn)動(dòng)副的預(yù)緊力有關(guān)。另外，爬行和振動(dòng)問(wèn)題是與進(jìn)給速度密切相關(guān)的，因此也要分析進(jìn)給伺服系統(tǒng)的速度環(huán)和系統(tǒng)參數(shù)。

    2. 機(jī)械部件故障的檢查和排除

   造成爬行與振動(dòng)的原因如果在機(jī)械部件，首先要檢查導(dǎo)軌副。因?yàn)橐苿?dòng)部件所受的摩擦阻力主要是來(lái)自導(dǎo)軌副，如果導(dǎo)軌副的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)大，且其差值也大，將容易造成爬行。盡管數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌副廣泛采用了滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌或塑料導(dǎo)軌，如果調(diào)整不好，仍會(huì)造成爬行或振動(dòng)。靜壓導(dǎo)軌應(yīng)著重檢查靜壓是否建立；塑料導(dǎo)軌應(yīng)檢查有否雜質(zhì)或異物阻礙導(dǎo)軌副運(yùn)動(dòng)，滾動(dòng)導(dǎo)軌則應(yīng)檢查預(yù)緊是否良好。

   導(dǎo)軌副的潤(rùn)滑不好也可能引起爬行問(wèn)題，有時(shí)出現(xiàn)爬行現(xiàn)象僅僅就是導(dǎo)軌副潤(rùn)滑狀態(tài)不好造成的。這時(shí)采用具有防爬作用的導(dǎo)軌潤(rùn)滑油是一種非常有效的措施，這種導(dǎo)軌潤(rùn)滑油中有極性添加劑，能在導(dǎo)軌表面形成一層不易破裂的油膜，從而改善導(dǎo)軌的摩擦特性。

   其次，要檢查進(jìn)給傳動(dòng)鏈。在進(jìn)給系統(tǒng)中，伺服驅(qū)動(dòng)裝置到移動(dòng)部件之間必定要經(jīng)過(guò)由齒輪、絲杠螺母副或其他傳動(dòng)副所組成的傳動(dòng)鏈。有效提高這一傳動(dòng)鏈的扭轉(zhuǎn)和拉壓剛度，對(duì)于提高運(yùn)動(dòng)精度，消除爬行非常有益。引起移動(dòng)部件爬行的原因之一常常是因?yàn)閷?duì)軸承、絲杠螺母副和絲杠本身的預(yù)緊或預(yù)拉不理想造成的。傳動(dòng)鏈太長(zhǎng)、傳動(dòng)軸直徑偏小、支承和支承座的剛度不夠也是引起爬行的不可忽略的因素，因此在檢查時(shí)也要考慮這些方面是否有缺陷。

    另外機(jī)械系統(tǒng)連接不良，如聯(lián)軸器損壞等也可能引起機(jī)床的振動(dòng)和爬行。

    3.進(jìn)給伺服系統(tǒng)故障的檢查和排除

   如果爬行與振動(dòng)的故障原因在進(jìn)給伺服系統(tǒng)，則需要分別檢查伺服系統(tǒng)中各有關(guān)環(huán)節(jié)。應(yīng)檢查速度調(diào)節(jié)器、伺服電機(jī)或測(cè)速發(fā)電機(jī)、系統(tǒng)插補(bǔ)精度、系統(tǒng)增益、與位置控制有關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定有無(wú)錯(cuò)誤、速度控制單元上短路棒設(shè)定是否正確、增益電位器調(diào)整有無(wú)偏差以及速度控制單元的線路是否良好等環(huán)節(jié)，逐項(xiàng)檢查分類(lèi)排除。

    （1）速度調(diào)節(jié)器的檢測(cè)

   對(duì)速度調(diào)節(jié)器的故障，主要檢測(cè)給定信號(hào)、反饋信號(hào)和速度調(diào)節(jié)器本身是否存在問(wèn)題。給定信號(hào)可以通過(guò)由位置偏差計(jì)數(shù)器出來(lái)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換給速度調(diào)節(jié)器送出的模擬信號(hào)VCMD的檢測(cè)實(shí)現(xiàn)，這個(gè)信號(hào)是否有振動(dòng)分量可以通過(guò)對(duì)伺服板上的插腳用示波器來(lái)觀察。如果就有一個(gè)周期的振動(dòng)信號(hào)，那毫無(wú)疑問(wèn)機(jī)床振動(dòng)是正確的，速度調(diào)節(jié)器這一部分沒(méi)有問(wèn)題，而是前級(jí)有問(wèn)題；然后向D/A轉(zhuǎn)換器或偏差計(jì)數(shù)器去查找問(wèn)題，如果我們測(cè)量結(jié)果沒(méi)有任何振動(dòng)的周期性的波形，那么問(wèn)題肯定出在反饋信號(hào)和速度調(diào)節(jié)器。

  （2）測(cè)速電機(jī)反饋信號(hào)的檢測(cè)

   反饋信號(hào)與給定信號(hào)對(duì)于調(diào)節(jié)器來(lái)說(shuō)是完全相同的。因此出現(xiàn)了反饋信號(hào)的波動(dòng)，必然引起速度調(diào)節(jié)器的反方向調(diào)節(jié)，這樣就引起機(jī)床的振動(dòng)。由于機(jī)床在振動(dòng)，說(shuō)明機(jī)床的速度在激烈的振蕩中，當(dāng)然測(cè)速發(fā)電機(jī)反饋回來(lái)的波形也一定是動(dòng)蕩的。這時(shí)如果機(jī)床的振動(dòng)頻率與電機(jī)旋轉(zhuǎn)的速度存在一個(gè)準(zhǔn)確的比率關(guān)系，譬如振動(dòng)的頻率是電機(jī)轉(zhuǎn)速的四倍頻率。這時(shí)我們就要考慮電機(jī)或測(cè)速發(fā)電機(jī)有故障的問(wèn)題。

    （3）電機(jī)檢查

   當(dāng)機(jī)床振動(dòng)頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速成一定比率，首先就要檢查一下電動(dòng)機(jī)是否有故障，檢查它的碳刷、整流子表面狀況，以及檢查滾珠軸承的潤(rùn)滑情況。

   另外電動(dòng)機(jī)電樞線圈不良也會(huì)引起系統(tǒng)振動(dòng)。這種情況可以通過(guò)測(cè)量電動(dòng)機(jī)的空載電流進(jìn)行確認(rèn)，若空載電流隨轉(zhuǎn)速成正比增加，則說(shuō)明電動(dòng)機(jī)內(nèi)部有短路現(xiàn)象。出現(xiàn)本故障一般應(yīng)首先清理?yè)Q向器、檢查電刷等環(huán)節(jié)，再進(jìn)行測(cè)量確認(rèn)。如果故障現(xiàn)象依然存在，則可能是線圈匝間有短路現(xiàn)象，應(yīng)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行維修處理。如果沒(méi)有什么問(wèn)題，就要檢查測(cè)速發(fā)電機(jī)。

    （4）脈沖編碼器或測(cè)速發(fā)電機(jī)的檢測(cè)

   對(duì)于脈沖編碼器或測(cè)速發(fā)電機(jī)不良的情況，可按下述方法進(jìn)行測(cè)量檢查。首先將位置環(huán)、速度環(huán)斷開(kāi)，手動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，觀察速度控制單元印制電路板上F/V變換器的電壓，如果出現(xiàn)電壓突然下跌的波形，則說(shuō)明反饋部件不良。

   測(cè)速發(fā)電機(jī)中常常出現(xiàn)的一個(gè)問(wèn)題是炭刷磨下來(lái)的炭粉積存在換向片之間的槽內(nèi)，造成測(cè)速發(fā)電機(jī)換向片片間短路，一旦出現(xiàn)這樣的問(wèn)題就會(huì)引起振動(dòng)。

    （5）系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)節(jié)

   一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)也可能是由于參數(shù)設(shè)定不合理而引起系統(tǒng)振蕩，消除振蕩的**方法就是減少放大倍數(shù)。在FUNAC的系統(tǒng)中調(diào)節(jié)RV1，逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)可以看出立即會(huì)明顯變好，但由于RV1調(diào)節(jié)電位器的范圍比較小，有時(shí)調(diào)不過(guò)來(lái)，只能改變短路棒，也就是切除反饋電阻值，降低整個(gè)調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)。

    （6）外部干擾的處理

   對(duì)于固定不變的干擾，可檢查F/V變換器、電流檢測(cè)端子以及同步端的波形，檢查是否存在干擾，并采取相應(yīng)的措施。對(duì)于偶然性干擾，只有通過(guò)有效的屏蔽、可靠的接地等措施，盡可能予以避免。

  采用這些方法后，還做不到完全消除振動(dòng)，甚至是無(wú)效的，就要考慮對(duì)速度調(diào)節(jié)器板更換或換下后徹底檢查各處波形。

    故障診斷與維修實(shí)例

    〖例1〗 一臺(tái)配套FUNAC 11ME系統(tǒng)的加工中心，在長(zhǎng)期使用后，X軸作正向運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生振動(dòng)。

    故障分析及處理：

    伺服進(jìn)給系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)、爬行的原因主要有以下幾種：

    （1）機(jī)械部分安裝、調(diào)整不良；
    （2）伺服電動(dòng)機(jī)或速度、位置檢測(cè)部件不良；
    （3）驅(qū)動(dòng)器的設(shè)定和調(diào)整不當(dāng)；
    （4）外部干擾、接地、屏蔽不良等等。

   為了分清故障部位，考慮到機(jī)床伺服系統(tǒng)為半閉環(huán)結(jié)構(gòu)，脫開(kāi)電動(dòng)機(jī)與絲杠的連接后再次開(kāi)機(jī)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)故障仍然存在，因此初步判定故障原因在伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電氣部分。

   為了進(jìn)一步判別故障原因，維修時(shí)可更換了X、Y軸的伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)故障轉(zhuǎn)移到了Y軸，由此判定故障原因是由于X軸電動(dòng)機(jī)不良引起的。