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第四章 数控系统的故障诊断与维修技术 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。其中硬件控制系统是以微处理器为核心，包括可编程控制器、伺服驱动单元、伺服电机等可见部件。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、位置控制、伺服控制等控制软件及各种机床参数、 PLC 参数、报警文本等组成。

§4.1 数控系统维修的基础 一、现代数控系统维修的基本条件

1 ．维修人员应具备的基本素质 (1) 要有高度的责任心和良好的职业道德；

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(2) 具备计算机、模拟与数字技术、自动控制技术、检测技术以及机械加工工艺、刀具等方面的知识。 (3) 进行过良好的数控技术培训，已掌握有关数控、驱动及 PLC 的工作原理，了解 CNC 编程和编程语言；

(4) 熟悉机床的基本结构，具有较强的动手操作能力。 (5) 掌握常用检测仪器、仪表和各种维修工具的使用。

2 ．应具备的维修手段 (1) 准备好常用备件、配件 ；

(2) 随时可以得到微电子元器件的供应； (3) 必要的维修工具 ( 仪器、仪表、接线等 ) ，最好有小型编程机或编程器等；

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(4) 完整的技术资料、手册、线路图、维修说明书 ( 包括 CNC 操作说明书 ) 、接口、调整与诊断、驱动说明书、PLC 说明 ( 包括 PLC 用户程序单 ) 、元器件表格等。

二、现代数控系统维修的阶段划分 现代数控系统的维修一般划分为三个阶段：准备阶段、现场维修阶段和维修后的处理阶段。 （ 1 ）准备阶段包括现场调研、故障信息的采集、工具与备件的准备等。它是开展维修工作的基础和前提，也是搞好维修工作的基本保障。 （ 2 ）现场维修阶段是维修的具体工作过程，它包括对故障的诊断、检测、分析、故障定位、修复等。 （ 3 ）维修后的处理阶段是指在数控设备重新投入运行后的技术维护及技术管理等项工作。

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三、故障发生时的处理 当数控系统故障发生时，操作人员应采取紧急措施，停止运行，保护现场。如果操作人员不能及时排除故障，除应及时通知维修人员之外，还应对故障做如下的记录： (1) 故障的种类 要了解机床在出现故障时，机床处于何种运行方式，如手动数据输入方式 (MDI) 、存储器方式、编辑，以及 NC 系统的状态显示， CRT 有无报警显示，刀具轨迹、速度，定位误差等。 (2) 故障的频繁程度 故障发生的时间、发生的次数，发生故障时的外界情况，出现故障的程序段等。 (3) 故障的重复性 将引起故障的程序段重复执行几次，观察故障的重复性。 (4) 外界状态 外界状态包括环境温度、是否有强烈振动 ? 以及其他干扰源等。

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(5) 操作状况 切削液、冷却油是否溅进数控系统，系统是否受水浸渍 ? 数控系统是否有阳光直射 ? 输入电压值是否稳定 ? (6) 运转情况 机床在运转中是否改变过或调整过运转方式？机床是否处于报警状态？是否作好了运转准备，保险丝是否正常？机床是否处于锁住状态？ (7) 机床情况 机床的调整状况？机床在运行过程中是否发生振动？刀尖正常吗？ 等。 (8) 机床与数控系统之间的接线及接口情况 信号屏蔽线接地是否正确 ? 电缆线是否正常、完整无损，特别是在拐弯处是否有破裂或损伤，信号线与电源线是否分开走线 ? (9) 数控装置的外观检查及程序检查 此外，有无其他偶然或突发因素，如突然停电，外线电压波动较大、打雷、某部件进水等。

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§4.2 现代数控系统的自诊断 一、自诊断技术概述

故障自诊断技术是当今数控系统一项十分重要的技术，它的强弱是评价系统性能的一个重要指标。

(1) 开机自检 每当数控系统通电开始，系统内部自诊断软件对系统中最关键的硬件和控制软件，如数控装置中的 CPU 、 RAM 、ROM 等芯片， MDI 、 CRT 、 I/O 等模块及监控软件、系统软件等逐一进行检测，并将检测结果在 CRT上显示出来。(2) 实时自诊断 数控系统在正常运行时，自动对系统、伺服系统、外部的 I/O 及数控装置相连的其它外部装置进行自动测试、检查，并显示有关状态信息和故障。

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自诊断系统的思想是：向被诊断的部件或装置写入一串成为测试码的数据，然后观察系统相应的输出数据 (称为校验码 ) ，根据事先已知的测试码、校验码与故障的对应关系，通过对观察结果的分析以确定故障。

二、西门子 810 系统的自诊断功能及报警处理方法 810 系统具有很强的自诊断功能，实时监控系统各部分的工作，并能及时识别出 NC 、 PLC 和机床中的故障，从而避免工件、刀具或机床的事故。

1 、 CPU监控 CPU 模块上的红色发光二极管 (LED) 指示控制系统的状态。正常情况下，按下系统启动按钮的最初 6～ 7s内，这个 LED频繁闪亮，然后熄灭，这时系统启动完成。而如果这个 LED 常亮，则系统不能被启动， CRT 也往往没有显示，这时可从以下几方面着手查找故障原因：

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(1) CPU 模块硬件故障； (2) 模块中有跨接桥错接； (3) EPROM 存储器故障； (4) 总线板损坏；

(5) 机床数据错误； (6) 启动芯片用错或损坏。 2 、 EPROM 存储器的自诊断

基本系统软件全部存储于 EPROM 存储器中，它们的正确无误是系统正常工作的基本前提。因此，每次启动和 CPU循环工作中，系统都会自动对这些存储器的内容进行校验和检查，一旦发现实际校验和与预定的校验和不符，立即显示文字报警，并指出出错的芯片的片号。

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3 、一些报警的处理方法 (1) 报警 1～ 15号指示系统自身的一些故障。 1号报警，反映工作存储器的电池即将用完。替换这个电池必须在系统通电的情况下进行，否则存储内容会丢失。 3号报警，表明 PLC 处于停止状态。此时。由于接口已被封锁，机床不能工作。遇到这种情况，一般应用 PLC 的编程仪读出中断堆栈，即可查明故障原因，对于偶然出现的这种故障，也可以采用初始化的方法重新启动 PLC ，使机床恢复工作。 6号报警，指示的是数据存储器子模块电池用尽。替换时，必须在系统断电的情况下拔出该子模块，否则会引起系统故障。子模块调换后，需重新加载其存储器内容。

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(2) 16～ 48号为系统的 RS-232C(V.24) 接口的报警。此类报警对数据传输过程进行监控，及时提示用户处理接口故障，保证传输能够顺利进行。 22号报警“时间监控生效”，表示系统在 60s内没有输出或收到传输字符，也就是说传输接口不通。这时应检查外部设备的状态或设定是否正确，电缆是否用错或接错等。 28号报警“环行存储器溢出” ,表明系统不能及时处理传输时读入的字符，即：传输速度太快。应考虑降低系统与外设双方的传输波特率。 (3) 进给轴专用报警 100*～ 196*( 其中 * 代表轴号，为1 、 2 、 3) ，这类报警反映机床的位置控制闭环中各个环节可能出现的故障，是实际应用中比较容易出现的一类报警。

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104*—达到数模转换极限。表明：该轴此时要求处理的数字指令值高于机床数据 268*中规定的数／模转换极限值，系统无法对这样的数字指令值实现数模转换。可采取的措施：降低速度运行；检查位置反馈传感器是否出问题；MD268* 设定是否正确；检查相应轴的伺服驱动单元是否出故障等。 116*—轮廓监控。表明：轴运行速度高于机床数据 MD336*规定的轮廓监控门槛速度后，超过了 MD332*规定的容差带；或者在加速或制动时，相应轴不能在规定时间内达到要求的速度，一般是速度系数设置不当。 可采取的措施：适当加大 MD332*规定的容差带；调整速度系数 (MD252*) ；检查相应轴伺服系统转速调节器的响应特性，必要时重新做最佳化处理。

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132*—位置反馈回路硬件故障。表明：检测到的位置反馈信号相位错误、接地短路或完全没有。可采取的措施：检查测量回路电缆是否断路、脱落，通过插上特制的测量回路短路插头，判断位置控制模块相应轴的部分是否有故障；用示波器测量位置反馈信号的相位，判断电缆与位置传感器是否出问题。 168*—对运行中的进给轴拒绝发送调节器释放信号。各进给轴的调节器释放信号来自 PLC 用户程序，因此应当根据程序规定的逻辑关系，检查各有关的接口信号状态，查明原因后，即可得出解决办法。 (4) 报警 2000 ～ 2999*一般是在运行程序时出现。包括：①指示机床当前的一些状态故障；②提示没有为系统订购编程要求的功能；③更多的是指出程序编制中的错误。

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(5) 3000～ 3050号报警指示内容和方式与第 (4) 类相似，不同之处是，这类报警在程序编辑的模拟功能中即可指出错误，而不必等到程序运行的时候。这类报警在排除原因后用报警应答键消除。 (6) 6000～ 6031号报警，这些报警不是系统本身设置的。而是机床电气控制设计者在编制 PLC 程序时结合编程的逻辑关系，提取出一些能够反映机床的接口及电气控制方面的故障的信息，赋予特定的一部分标志位获得的。处理这类故障，可以按设计者提供的详细说明进行有关检查。这类报警在排除原因后，用报警应答键消除。 (7) 6032～ 6039号是系统为 PLC 设置的报警。主要是给 PLC 的使用设计者的提示。在机床使用中一般不会出现。

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(8) 7000～ 7031号报警不反映故障，而是机床电气控制设计者从他所编制的 PLC 程序中提取一些能够提示机床操作者进行某种操作的信息，赋予特定标志位取得的。此类报警不需清除，当相应状态消失，这些特定的标志复位后，报警显示会自动消除。

§4.3 用机床参数来维修数控系统 一、数控机床的参数

数控机床的参数是数控系统所用软件的外在装置，它决定了数控机床的功能、控制精度等。主要包括数控系统参数、机床可编程控制器参数。在数控维修中，有时要利用机床某些参数调整机床，有些参数要根据机床的运行状态进行必要的修正，所以维修人员要熟悉机床参数。

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二、数控机床参数的分类 1 ．状态型参数

是指每项参数的八位二进制数位中，每一位都表示了一种独立的状态或者是某种功能的有无。 例如 FANUC 0TD 系统的 1号参数项中的各位所表示的就是状态型参数。

ADFT 1 ：进行自动漂移补偿。 0 ：不进行自动漂移补偿。

RDRN 1 ：快速进给指令对空运行有效。 0 ：快速进给指令对空运行无效。 DECI 1 ：返回参考点的减速信号为 1 ，开始减速。 0 ：返回参考点的减速信号为 0 时，开始减速。 ORC 1 ：补偿量为直径指定。 0 ：补偿量为半径指定。

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IOF 1 ：偏置量的输入为增量值。 0 ：偏置量的输入为绝对值。 TOC 1 ：在复位状态下，补偿被取消。 0 ：在复位状态下，补偿不被取消。

RS43 1 ：复位时 G43 、 G44 的偏置矢量仍被保留。 0 ：复位时 G43 、 G44 的偏置矢量仍被清除。 DCS 1 ：按下 MDI 操作面板的 START按钮，不经过机床

在 NC侧便可以直接启动系统 (仅MDI 方式时 ) 。PROD 1 ：在显示相对坐标值中，显示编程的位置。 SCW 1 ：最小移动单位为英制 ( 机床为英制 ) 。 0 ：最小移动单位为米制 ( 机床为米制 ) 。

0 ：根据来自机床侧的启动情况启动系统。 0 ：在显示相对坐标值中，显示包括偏移的位置。

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2 ．比率型参数 是指某项参数设置的某几位所表示的数值都是某种参量的比例系数。 例如 FANUC 0TD 系统的 512 、 513 、 514号参数项中每项的八位所表示的就是比率型分别设定每轴位置控制环增益。设定本参数后，必须关掉一次电源。

LPGMX X轴伺服环增益倍数的设定。LPGMY Y轴伺服环增益倍数的设定。LPGMZ Z轴伺服环增益倍数的设定。 3 ．真实值参数

是直接表示系统某个参数的真实值。这类参数的设定范围一般是规定好的，用户在使用时一定要注意其所表示的范围，以免造成设定参数的参数超出范围值。

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三、数控机床的参数故障及其诊断 1 ．产生参数故障的原因及排除

数控机床在使用过程中，在一些情况下会出现使数控机床参数全部丢失或个别参数改变的现象，主要原因如下：

1) 数控系统后备电池失效 后备电池失效将导致全部参数丢失。因此，在机床正常工作时应注意 CRT上是否显示有电池电压低的报警。如发现该报警，应在一周内更换符合系统生产厂要求的电池。

2) 操作者的误操作 误操作在初次接触数控机床的操作者中是经常出现的问题。由于误操作，有的将全部参数清除，有的将个别参数改变。

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3) 机床在 DNC 状态下加工工件或进行数据通讯过程中 电网瞬间停电

以 FANUC0 系统为例介绍故障排除的方法： (1) 对照随机资料参数表的硬拷贝逐个检查机床的参数。当发现有不一致的参数，就硬拷贝该参数来恢复机床参数。这种方式不需要外部设备，但检查并恢复一万多个参数，费时费神，效率太低，容易出错。 (2) 利用 FANUC公司提供的输入输出设备，如读带机，FANUC卡带及 FANUC PPR( 包括打孔机、打印机及读带机 ) 。因 FANUC 外部输入输出设备功能单一，利用率低，随着计算机的普及，购买数控机床时选购 FANUC 输入输出设备的厂家已越来越少。

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(3) 利用计算机和数控机床的 DNC功能通过 DNC 软件进行参数输入。这种方式因其效率高，操作简单，输入参数的出错率极低而受到所有用户的欢迎。

2 ． FANUC 0 系统的参数恢复 当加工中心出现参数丢失或异常时，记录下报警号，确认是参数丢失问题后，按关机顺序将机床总电源关闭。将串行通讯电缆分别联接到计算机和数控机床的 RS—232C中行通讯接口上。操作计算机进入 DNC 通讯软件主画面，设置通讯协议参数。通讯协议参数的设置应与机床数控系统通讯参数的设置绝对一致，否则不能正常通讯。

进入通讯软件的数据输出功能菜单，将以前读出备份的数控机床参数文件作为待输出的文件调入，按回车键后，等待机床侧数据输入操作。

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数控机床侧的详细操作如下： (1) 打开机床总电源开关。 (2) 不要释放急停按钮。 (3) 打开程序保护锁。 (4) 将模式开关置于 EDIT 状态。 (5) 按功能键 DGNOS／ PABAM ，出现参数设定画面，

将 PWE 设定为 1 ，并设定下列通讯参数 ISO=1 ， I/O=0 ，NO.2.0=10 ， NO.2.7=0 ， NO.552=10 ， NO.553=10 ， NO.250=10 ， NO.251=10 。 (6) 手工输入 NO.900 及其后的特殊参数。输入 NO.900参数后， CRT 出现 000P/S 报警，不用理它；输入 NO.901 参数后，出现下列信息：

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WARNING ： YOU SET No.901 # 01 ， THIS PARAMETER DESTROY NEXT FILE IN MEM0RY FROM FILE 0001 TO 0015 ， N0W NECESSARY TO CLEAR THESE FILE ， WHICH DO YOU WANT?

“DELT” ： CLEAR THESE FILE ； “DAN” ： CANCEL PLEASE KEY—IN“DELT”0R“CAN”

按 CRT 下方对应“ DELE”的按键，重新显示参数画面3依次键入其后的特殊参数后，关闭数控电源， 5min 后重新开机。

(7) 按 CRT 下方的按键 PARAM 。 (8) 按 INPUT键；这时， NC 参数输入开始。几分钟后，NC 参数输入结束。

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(9) 再输入 PMC 参数，操作步骤同上。只是在计算机侧要将原先备份的 PMC 参数文件调到输出文件中，在机床侧操作的第 7步，按 DGNOS 软键。 上述步骤完成后，将 PWE 设为 0 ，关闭数控电源， 5min 后开机，机床参数恢复完毕。

§4.4 数控系统的软件故障 数控机床运行的过程就是在数控软件的控制下机床的动作过程。 如果硬件或软件系统出现问题，数控机床就会出现故障。因为： (1) 数控机床停机故障多数是由软件错误或操作不当引发的；

(2) 优先检查软件可以避免拆卸机床而引发的许多麻烦。

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一、数控系统的软件配置 以西门子 SINUMERIK 系统为例来说明数控系统的软件配置。总的来说，数控系统软件包括三个部分：

第 I 部分由数控系统的生产厂家研制的启动芯片、基本系统程序、加工循环、测量循环等组成。如果因意外破坏了该部分软件，应与生产厂家取得联系更换或复制该软件。 第 II 部分由机床制造厂编制的针对具体机床所用的 NC 机床数据、 PLC 机床数据、 PLC 报警文本、 PLC 用户程序等组成。 PLC 用户可以随时根据具体的使用要求和具体机床的性能对它进行修改。

第 III 部分由机床用户编制的加工主程序、子程序、刀具补偿参数、零点偏置参数等组成。这部分软件或参数被存储于 RAM 中与具体的加工密切相关的。

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二、典型 CNC装置的软件结构 CNC 系统软件由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、插补运算、位置控制等。 目前 CNC 的软件一般采用两种类型的结构：前后台型结构和中断型结构。

(1) 前后台型结构 前台任务一般设计成中断服务程序，主要实现插补、伺服控制、 PLC功能和实时监控等；后台任务则包括数据输入、译码、数据处理、显示、通讯及管理等实时性较差的一些功能，在结构上是一个循环程序。

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CNC 系统软件的各种功能子程序被安排在级别不同的中断服务程序中，整个数控软件是一个大的中断系统。通过各级中断程序之间的通信实现管理功能。

(2) 中断型结构

三、软件故障发生的原因 软件故障是由软件变化或丢失而形成的。机床软件一般存储于 RAM 中。软件故障形成的可能原因如下： (1) 误操作引起 在调试用户程序或修改机床参数时，操作者删除或更改了软件内容或参数，从而造成软件故障。 (2) 供电电池电压不足 造成 RAM 得不到维持电压，从而使系统丢失软件及参数。①应对长期闲置不用的数控机床经常定期开机，以防电池长期得不到充电，造成机床软件的丢失。②为 RAM 供电的电池当出现电量不足报警时，应及时更换新的电池。

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(3) 干扰信号引起 有时电源的波动及干扰脉冲会串入数控系统总线，引起时序错误或造成数控装置等停止运行。 (4) 软件死循环 运行复杂程序或进行大量计算时，有时会造成系统死循环引起系统中断，造成软件故障。 (5) 操作不规范 这里指操作者违反了机床的操作规程，从而造成机床报警或停机现象。如数控机床开机后没有进行回参考点，就进行加工零件的操作。 (6) 用户程序出错 由于用户程序中出现语法错误、非法数据、运行或输入中出现故障报警等现象。

四、软件故障的排除 1 、对于软件丢失或参数变化造成的运行异常，程序中断，停机故障，可采取对数据、程序更改或清除重新再输入法来恢复系统的正常工作。

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2 、对于程序运行或数据处理中发生中断而造成的停机故障，可采取硬件复位法或关掉数控机床总电源开关，然后再重新开机的方法排除故障。 3 、 NC 复位、 PLC 复位能使后续操作重新开始，而不会破坏有关软件和正常处理的结果，以消除报警。亦可采用清除法，但对 NC 、 PLC 采用清除法时，可能会使数据全部丢失，应注意保护不想清除的数据。 4 、开关系统电源是清除软件故障常用的方法，但在出现故障报警或开关机之前一定要将报警信息的内容记录下来，以便于排除故障。

§4.5 数控系统的硬件故障 在数控系统硬件电路的维修中，如何识别、判断一个元器件的好坏及元器件的替代是维修人员经常遇到的问题。

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一、元器件的故障与维修 1. 固定电容器的故障一般不外乎断路、短路、漏电、接触不良和电容量变值等。 2. 可变电容器的常见故障有碰片、片距不均匀、旋转失灵及松动等。碰片可通过直观法看出来或用万用表检查。如果转轴失灵，多数是由于轴承积有污秽堵塞所致 , 可用汽油、酒精等进行清除油污即可。 3. 电感线圈在使用中，应注意接线正确。对于带有屏蔽罩的线圈，还可能因线圈或引线和金属相碰造成短路，检查时应多加注意。 4. 电源变压器的损坏主要有线圈短路、断路以及绝缘不良产生漏电等。判断是否由变压器线圈短路引起发热，可测量它的空载损耗。如果空载损耗很小，则故障发生在负载电路中；如果空载损耗大于变压器额定功率的 10 15∼％，则表明变压器有短路现象。

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线圈断路时，无输出电压，产生原因有：外部引线断线、引线焊片脱焊、线包经碰撞断线和受潮后内部霉断等。检查是否断路的方法是用万用表测量各线圈的通断。

二、元器件的替代 1 ．电阻器的替代

在数字电路中，除振荡、定时、分压等对电阻范围要求较高的电路外，一般情况下对阻值的要求范围并不高，可以采用金属膜电阻，只要满足额定功率的要求即可。 在线性电路中，一般多采用精密电阻，替代时应注意采用相同精度、阻值的电阻。

2 ．电容的替代 在数控设备中，特殊电容用得较少。一般说来，电容介质材料并不重要，只要考虑其标称容量和耐压即可。

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在振荡、定时、带通滤波等电容中，对容量要求较高，应采用相同容量的电容替代。在其余电路中，对容量要求不高，可用相近容量的电容替代。

3 ．半导体器件的替代 如果半导体器件已经损坏，则记录下各该器件的型号、制造厂家，最好选同一制造厂、同一型号的产口品替代。 如果找不到相同的元器件，应通过器件手册查找元器件

的主要参数，然后选择替代品。替代品应满足下述条件： (1) 材料相同，即锗—锗，硅—硅替代。 (2) 极性相同，即 PNP—PNP ， NPN—NPN替代。 (3) 种类相同，三极管一三极管，场效应管一场效应管替代。(4) 主要性能相同。

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4 ．集成电路的替代 替代之前应确认原器件已经损坏，因为人为拆卸集成电路容易损坏。

(1) 数字集成电路 由于数字集成电路已经形成标准化，因此只要系列、序号相同，可不论制造厂家而直接替代。 在 TTL 电路中，当工作电压为 +5V 时，各系列可以互换。但应注意速度问题，应以高代低；以低代高时，应考虑能否适应线路的要求。 在 CMOS 电路中，互换时除应考虑速度外，还应考虑使用的工作电压。

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最好用同一个厂家的同一型号的器件予以替换。一般来说，不同厂商制造的器件，在型号字头相同、序号相同时可以替代，在寻找替代器件时，应根据器件手册提供的特性参数查找同类品或类似品。

(2) 模拟集成电路

三、数控机床控制系统硬件结构 1. 电源系统

(1) 交流电源 交流电源一般依次经过开关、熔丝、接触器等到调节器或直接到驱动对象、直流电源交流侧、变压器的原边等供电。 (2) 直流电源 控制系统中的直流电源一般可由交流电压、直流稳压获得。直流电压再经开关、熔丝或直接到各使用单元。

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(3) 电池电源 电池电源是控制系统断电期间 RAM 存储器的能量来源。

2 ．控制系统 数控机床的控制系统是指数控装置中的信号产生、处理、传输及执行过程所涉及的单元和各单元联系的手段。

3 ．独立单元 独立单元是指能够以简单的适配关系与系统中其它部分结合在一起的一部分。例如 NC 系统本身、外接 PLC 、伺服单元、电机及转速传感器、光栅系统、纸带穿孔阅读机、操作面板等。

四、硬件故障检查与分析 1 ．常规检查

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(1) 外观检查 检查有怀疑部分的元器件，看空气断路器、继电器是否脱扣，继电器是否有跳闸现象，熔丝是否熔断，印制线路板上有无元件破损、断裂、过热，连接导线是否断裂、划伤，插接件是否脱落等。 (2) 连接电缆、连接线检查 针对故障有关部分，用一些简单的维修工具检查各连接线、电缆是否正常。尤其注意检查机械运动部位的接线及电缆，这些部位的接线易受力、疲劳而断裂。 (3) 连接端及接插件检查 针对故障有关部位，检查接线端子、单元接插件。这些部件容易松动、发热、氧化、电化腐蚀而断线或接触不良。 (4) 恶劣环境下工作的元器件检查 针对故障有关部位，检查在恶劣环境下工作的元器件。这些元器件容易受热、受潮、受振动、粘灰尘或油污而失效或老化。

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(5) 易损部位的元器件检查 元器件易损部位应按规定定期检查。直流伺服电机电枢电刷及整流子，测速发电机电刷及整流子都容易磨损粘污物，前者造成转速下降，后者造成转速不稳。

(6) 定期保养的部件及元器件的检查 有些部件、元器件按规定应及时清洗润滑，否则容易出现故障。如果冷却风扇不及时清洗风道等，则易造成过负荷。如果不及时检查轴承，则在轴承润滑不良时，易造成通电后转不动。 (7) 电源电压检查 检查电源电压的方法是从前 ( 电源侧 )向后地检查各种电源电压。应注意到电源组功耗大、易发热，容易出故障。多数情况电源故障是由负载引起，因此更应在仔细检查后继环节后再进行处理，熔丝断了只换熔丝是不够的，应检查真正短路或过流过负载的原因。

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2 ．故障现象分析法 故障分析是寻找故障的特征。最好组织机械、电气技术人员及操作者会诊，捕捉出现故障时机器的异常现象，分析产品检验结果及仪器记录的内容，必要和可能时可以让故障再现，经过分析可能找到故障规律和线索。 例如： GPM900B-2 型数控曲轴铣床一次出现自动运行中工件主轴无规律过负荷报警。操作人员反映工件中心架夹紧部位有拉伤现象。经检查发现夹爪旋转机构失效造成干滑动摩擦，加大了工件主轴回转时的负荷扭矩。

3 ．面板显示与指示灯显示分析法 数控机床控制系统多配有面板显示器、指示灯。面板显示器可把大部分被监控的故障识别结果以报警的方式给出。对于各个具体的故障，系统有固定的报警号和文字提示。

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4 ．系统分析法 判断系统存在故障的部位时，可对控制系统方框图中的各方框单独考虑。根据每一方框的功能，将方框划分为一个个独立的单元。在对某单元内部结构了解不透彻时，可不管单元内容如何，只考虑其输入和输出。这样就简化了系统，便于维修人员排除故障。首先检查被怀疑单元的输入，如果输入中有一个不正常，该单元就可能不正常。

5 ．信号追踪法 信号追踪法是指按照控制系统方框图从前往后或从后向前地检查有关信号的有无、性质、大小及不同运行方式的状态，与正常情况比较，看有什么差异或是否符合逻辑。如果线路中由各元件“串联”组成，则出现故障时“串联”的所有元件和连接线都值得怀疑。

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6 ．静态测量法 静态测量法主要是用万用表测量元器件的在线电阻及晶体管上的 PN 结电压；用晶体管测试仪检查集成电路块等元件的好坏。

7 ．动态测量法 动态测量法是通过直观检查和静态测量后，根据电路原理图给印制电路板上加上必要的交直流电压、同步电压和输入信号，然后用万用表、示波器等对印制电路板的输出电压、电流及波形等全面诊断并排除故障。动态测量有：电压测量法、电流测量法及信号注入及波形观察法。 电压测量法是对可疑电路的各点电压进行普遍测量，根据测量值与已知值或经验值进行比较，再应用逻辑推理方法判断出故障所在。

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电流测量法是通过测量晶体管、集成电路的工作电流、各单元电路电流和电源板负载电流来检查电子印制电路板的常规方法。

信号注入及波形观察法是利用信号发生器或直流电源在待查回路中的输入信号，用示波器观察输出波形。

§4.6 机床数控系统的典型维修实例 一、机床回不了参考点的故障分析与排除

参考点是用来对测量系统定标，用以校正、监督床鞍和刀具运动的测量系统的。参考点的位置是在每个轴上用挡块和限位开关精确地预先确定好的，参考点对机床零点的坐标是一个已知数，参考点大多位于加工区域的边缘。 数控机床在每次开机后都必须首先进行回参考点的操作，寻找参考点主要与零点开关、编码器或者光栅尺的零点脉冲有关，一般有两种方式。

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(1) 轴向预定方向快速运动，压下零点开关后减速向前继续运动，直到数控系统接收到第一个零点脉冲，轴停止运动，数控系统自动设定坐标值。 (2) 轴快速按预定方向运动，压上零点开关后，反向减速运动，当又脱离零点开关后，数控系统接收到第一个零点脉冲，确定参考点。

数控系统回参考点的过程是 PLC 系统与数控系统配合完成的，由数控系统给出回参考点的命令，然后轴按预定的方向运动，压上零点开关后， PLC向数控系统发出减速信号，数控系统按照预定的方向减速运动，由测量系统接收零点脉冲，接收到第一个脉冲后，设定坐标值。所有的轴都找到参考点后，回参考点的过程结束。

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数控机床开机后回不了参考点的故障一般有以下几种情况：一是由于零点开关出现问题， PLC没有产生减速信号；二是编码器或者光栅尺的零点脉冲出现了问题；三是数控系统的测量板出现了问题，没有接收到零点脉冲。 例 1 ：一台采用 FANUC 0TC 系统的数控车床， X轴找不到参考点。观察寻找参考点的过程， X轴一直向前运动，没有减速过程，直到压上限位开关。 根据故障现象和工作原理进行分析，有可能是零点开关出现了问题。检查零点开关，发现确实是零点开关损坏，使 PLC没有向 NC 系统提供减速信号。更换新的开关，故障消除。

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例 2 ：一台采用西门子 SINUMERIK 3M 的数控磨床，开机后 Z轴找不到参考点。观察发生故障的过程， Z轴首先快速负向运动，然后减速正向运动。 根据上述现象可知，零点开关没有问题，问题可能在零点脉冲上。用示波器检查编码器的零点脉冲，确实没有发现脉冲，肯定是编码器出现故障。将编码器从轴上拆下检查，发现编码器内有很多油，原因是机床磨削工件时采用了冷却油，油雾进入编码器，沉淀下来将编码器的零点标记遮挡住，零点脉冲不能发出，从而找不到参考点。将编码器清洗干净并进行密封，重新安装后故障消除。

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例 3 ：一台采用西门子 SINUMERIK 3M 数控系统的数控磨床，开机后出现 Y轴回不了参考点。观察故障现象，发现当 X轴回完参考点后， Y轴开始运动，但减速后一直运动，直到压上限位开关。 根据上述现象可知，是零点脉冲出现了问题。数控系统是通过测量板接收零点脉冲和位置反馈信号的，由于位置反馈采用的是光栅尺，所以测量板上 X 、 Y轴各加一块脉冲整形及放大电路 EXE板。由于 X轴没有问题，可能是 Y轴的 EXE板出现问题，将 X轴与 Y轴的 EXE板对换，开机测试，故障转移到 X轴上，说明确实是 Y轴的 EXE板出现了问题，更换新的 EXE板后故障排除。这个故障是由于数控系统的测量板出现问题而导致 Y轴回不了参考点。

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例 4 ：一台采用西门子 SINUMERIK 3TT 的数控铣床，在回参考点时出现报警 103“CONTOUR MONITORING” 。 该机床考虑安全因素，在 Z轴运动时， X轴必须在干涉区外，在回参考点时，首先 X轴必须压上非干涉开关，表示不在干涉区内，然后 Z轴回参考点， Z轴回完参考点后， X轴再回参考点。观察发生故障的过程，在开机回参考点时， X轴正向运动，但非干涉开关一直没有起作用，一直到 X轴不能运动产生 103号报警，检查机床 X轴非干涉开关和撞块，发现撞块位置发生变化， X轴始终压不上非干涉开关。根据机床的要求重新调整撞块位置，故障排除。

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二、数控系统掉电死机故障的处理 例 1 ：一台采用 FANUC 0T 系统的数控车床，开机之后出现死机，任何操作不起作用。将内存全部清除后，重新输入机床参数，系统恢复正常。该故障是由机床数据混乱造成的。 例 2 ：一台采用 SINUMERIK 810 的数控机床，开机后进入自动状态，不能进行任何操作，经强制启动后，系统恢复正常。该故障就是由于偶然原因使数控系统进入死循环，必须强制启动使系统复位，退出死循环。

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例 3 ：一台从意大利进口的数控铣床，数控系统是德国HEIDENHAIN公司的 TNCl55 。经过几年的使用后，在某冬季 CNC 系统出现了故障，更换电池后，关机后机床数据和加工程序仍经常丢失，有时机床在自动加工时，程序突然中断， CNC 系统死机。冬季过后，故障自然消失，直到下一个冬季来到时，这个故障又重新出现，并且特别频繁，有时因关机使机床参数丢失，而重新输入数据时， CNC 系统就死机，使这台机床基本处于瘫痪状态。 产生故障的原因可能是，（ 1 ）干扰问题，（ 2 ）最大

的可能是接触问题，由于温度、湿度的变化，导致一些接插件接触不良。经过检查所有的接地线，并关掉所有能产生干扰的干扰源，但故障仍未消失。将机箱拆下并打开，发现总线槽上插接的三块电路板，其中主块已弯曲变形，导致印制电路板线路断路或接触不良。将该板校直、加固后，系统稳定工作，再也没有发生这种故障。

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三、电源系统的抗干扰技术 大量实际和统计数字表明，数控装置和计算机等的故障，90％来自电源噪声和电源本身的故障。强电设备会使供电系统污染，产生强脉冲噪声，通过传输线影响微电子设备，特别是数字控制装置的安全稳定运行。因此，不仅要对微电子设备采取抑制措施，还要对其电源系统采取抑制干扰措施。

数控系统中常采用的干扰抑制技术有： (1) 物理隔离 加大受干扰电路或装置与干扰源间的距离，是降低干扰的有效措施。因为干扰强度与距离平方成反比。

(2) 屏蔽 为了将设备或部件内部产生的电场或磁场限制在某一规定的空间内，或者为了使设备和元器件不受外部电磁场的影响，隔离屏蔽是经常采用的措施。

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① 静电屏蔽 主要是为了消除两个或几个电路之间由于分电容耦合而产生的干扰，如变压器初次级之间接地的屏蔽层就属于此类。 ② 低频磁场屏蔽 对于恒定磁场和低频磁场，利用高磁导率的铁磁材料可实现屏蔽。它将磁力线限制在磁阻很小的屏蔽导体内。此外，利用双绞线也可消除这类干扰。 ③ 电磁屏蔽 对于高频电磁干扰的屏蔽，是通过反射或吸收的方法来承受或排除电磁能量。在几千赫以下，钢是电磁干扰的良好吸收材料；在几兆赫以上，任何结构适当的金属都是良好的电磁干扰吸收材料。 (3) 接地 一般控制系统都具有一公共参考电位，将各参考电位连接起来即构成一系统基准电位线，一般称为系统地线。它有时与公共底板相连，有时与设备外壳或柜体框架相连，称为接地系统。接地系统又分为三种。

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① 保护接地：一般强电设备都将其外壳、柜体框架；机座及操作手柄等金属构件与大地连接，称为保护接地，以保证人身和设备的安全。 ② 系统接地：即将系统地线与大地连接。一般有三种处理方法：系统接地与大地连接可通过电容电阻接地。因为具体情况各异，因此系统地线是否与大地连接应慎重处理。 ③ 屏蔽接地：所有静电屏蔽必须可靠接地，才能发挥屏蔽作用。即使电磁屏蔽也以接地为好。

(4) 滤波 滤波器可以抑制交流电源线上输入的干扰和传输线上感应的各种干扰。常用的有： ① 低通滤波器：这是一种广泛被采用的技术。由 LC 组成的低通滤波器能把 50Hz 的电源高频噪声滤掉，对共模和常模噪声都能很好抑制，对 50Hz 电源则无衰减。

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② 直流滤波器：直流稳压电源用大容量电解电容进行平滑滤波也是常用技术。在电源中除功率器件外，滤波电容是关键元件，应谨慎选择。

(5) 浪涌吸收器 电路在接通或切断感性或容性负载时，常会产生很高的电压或大的电流冲击，这种瞬时过电压( 或电流 )称为浪涌电压 ( 或浪涌电流 ) ，这是一种瞬变干扰。 例如直流 6V继电器线圈断电时有时会出现 300∼600V

的浪涌电压。对于浪涌噪声常用浪涌吸收器予以吸收。

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四、加工中心轴抖动故障维修 例 1：德国维尔纳公司制造的 TC1000卧式加工中心，其控制系统是西门子 850M ，由于 Z轴位置环发生故障，机床在移动 Z轴时产生机械撞击事故。位置检测回路修复后 Z轴只能以很慢的速度移动，稍快 Z轴就抖动，越快抖动越严重。更换伺服驱动装置和速度环等器件均无效。

通过检查润滑、轴承、导轨、导向块等各项均良好；滚珠丝杠螺母与立柱连接良好；滚珠丝杠螺母副也无轴向间隙，预紧力适度，进而怀疑滚珠丝杠有问题，换上备件，故障排除。经检测原滚珠丝杠弯曲超过 0.15mm/m 。 分析：撞车时产生的轴向力引起滚珠丝杠弯曲。低速时由于扭矩和轴向力都不大，所以影响不大，而高速时扭矩和轴向力都较大，加剧了滚珠丝杠的弯曲，使阻力大增，以致使 Z轴不稳定，引起抖动。

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例 2 ： TCl000卧式加工中心，其控制系统和机械结构同例 1 。工作台的移动为 X轴。由于该机工况比较恶劣，开始机床偶尔发生 1130 报警 (X轴夹紧报警 ) ，以后报警越来越频繁，并且 X轴在移动中发生颤抖现象。该机各轴指令值、跟随误差、瞬时速度等均可通过屏幕观察。经仔细观察，发生报警时的工况总是在振动最为恶劣的程序段。而 X轴移动中的颤抖则发生在该轴的任何位置，但只要在移动时加一反向推力，颤抖将显著减小。 检查发现滚珠丝杠螺母副存在较大的轴向间隙。将间隙消除并调整适当的预紧力，故障排除。

分析：这一故障主要是由机械轴向振动的长期作用和滚珠丝杠螺母预紧力太小，使得滚珠丝杠螺母副轴向产生间隙。反过来由于存在轴向间隙使得工况恶劣时振动加剧，工作台轴向窜动大引起报警，同时由于滚珠丝杠螺母副存在间隙或预紧力太小，移动中必然产生颤动。