数控机床故障检查与分析方法

数控机床故障检查与分析方法第1页，共66页，2023年，2月20日，星期五第3章数控机床故障检查与分析方法

数控机床是集机、机、液、光等一体化的高效自动化设备，其控制原理及结构比普通机床要复杂得多，一旦出现系统控制方面的故障，往往比较难于查找，需要维修人员应用机、电、液、光及数控原理等有关理论知识，综合运用各种不同的故障诊断方法来查找与处理。数控机床可能产生多种不同类型的故障，按故障发生部位的不同，可分为硬件故障和软件故障。其中软件故障是指由程序编制错误、机床操作不当、参数设定不合理等引起的故障，这是数控机床具有的故障特点，与此对应的故障诊断方法也是数控机床特有的。数控机床大多具有自诊断功能，充分利用数控的自诊断功能可以快速查找故障，提高故障排除速度。本章主要介绍数控机床常见故障检查与分析的一般方法，主要包括：系统分析法、观察检查法、自诊断功能法、参数检查法、PLC程序法、接口信号分析法、信号强制输法与交换法、测量比较法等。第2页，共66页，2023年，2月20日，星期五目录3.1系统分析法13.2观察检查法2

3.3自诊断功能法345

3.4接口信号分析法

3.5信号追踪法与信号强制输入法第3页，共66页，2023年，2月20日，星期五目录3.6PLC程序法63.7参数检查调整法7

3.8测量比较法8910

3.9交换法与替换法

3.10程序功能测试法第4页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.1系统分析法数控机床是一个集机、电、液、光及计算机技术为一体的复杂庞大系统，运行过程中一旦出现故障，诊断从何处着眼、故障排除从何处下手，必须用科学、系统、合理、有效的解决办法。从系统的基本观点和原理出发，把研究对象置于系统的形式之中，从要素、结构、系统整体、外部环境的相互作用方面综合进行考察，揭示其本质和规律，以维持系统的性能指标呈最优状态的方法，叫做“系统方法”第5页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.1系统分析法3.1.1.以系统观点认识系统1.“系统”特性（1）目的性即任何一个系统的发生和发展都具有很强的目的性，这种目的性就是系统要具有一定功能和要实现的目标。系统目的性是系统的一个主导因素，它决定着系统的性能指标、系统的要素组成和结构。（2）关联性即任何一个系统的各个要素之间都存在着相互作用、相互影响、相互制约的密切关联。这种关联构成了系统的结构框架，同时也决定着整个系统的机制。这种关联在一定时间、空间内处于相对稳定状态，但随着时间推移、空间变换、目标的改变、系统的发展都可能使其发生相应的变化。第6页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.1系统分析法3.1.1.以系统观点认识系统1.“系统”特性（3）结构性和层次性即任何一个系统的存在必然包含在一个更大的系统之中，这个更大的系统就是环境。同时这个系统本身又往往由若干个小系统组成，这些小系统就是“子系统”，子系统还可能有“孙系统”，从而形成了系统的结构性和层次性。如果对各个子系统还继续分解，直至可分解为易于运行管理的最小系统为止。一个系统经过分解处理所得到的各个子系统联系形式了一种系统的层次结构。图3-1表示系统的层次结构。第7页，共66页，2023年，2月20日，星期五图3-1系统的层次结构系统（整机）系统A（电控系统统）系统B（机械系统统）系统C（辅助系统统）系统A1（PLC系统统）系统A2（数控系统统）系统B1（主轴机构构）系统B2（进给机构构）系统B3（刀库机构构）系统C1（计算机）系统C2（对刀仪）系统A21（主轴驱动动）系统A22（进给驱动动）系统C11（工艺软件件）系统C12（编程软件件）第8页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.1系统分析法3.1.1.以系统观点认识系统1.“系统”特性（4）整体性由各个基本要素组成的系统是一个有机整体，在这个整体中，各个子系统既有自己的目标，也在为实现整体目标起着不可缺少的重要作用。第9页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.1系统分析法3.1.1.以系统观点认识系统2.系统的模型一个实际的系统要有输入、处理、输出三部分。输入是指系统处理所需要的内容、条件和数据，处理是根据条件对输入内容进行可能的各种加工和转换，输出是系统处理后的结果。输入有单输入单输出、多输入多输出之分，如图3-2所示

，数控系统中子程序这两种情况都有。伺服电动机是单输入单输出系统典型，而伺服驱动是多输入多输出系统的典型。

第10页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.1系统分析法3.1.1.以系统观点认识系统2.系统的模型如果P是已知的，则可以由I的内容，经过P的处理，确定输出O。如果P是未知的，则只能由I和O来推断P，即由系统的外部特性来研究和理解系统。此时我们把系统看成是“黑合子”，“黑合子”方法常用于系统的分析、故障的诊断。由系统的定义、组成和特征描述可确定系统的边界。边界之内称为系统，边界之外称为环境。系统与环境之间有信息、物质和能量的交换和活动。系统从环境中得到的某些物质或信息称系统的输入；系统向环境输送的某些物质或信息就是系统的输出。第11页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.1系统分析法3.1.1.以系统观点认识系统3.独立单元与系统框图根据系统的层次性可知，一个系统由若干个子系统组成，若子系统相对独立，也就是指具有独自特定功能。就可作为系统的一个独立单元。这些独立单元按照一定的关系连接组合就构成了一个系统。在图示法中，如果将这些独立单元以一个个单元框表示，又按照一定关系连接起来，就构成了系统框图。所谓系统框图，就是由一些独立的单元框按相互关系连接组合而成的图。在修前准备时，根据故障现象与机床技术资料，在分析系统工作原理或故障机理的基础上，就可以勾画出与故障现象相关的某个系统的系统框图。从相关的系统框图上，应该反映出所包括的主要独立单元有哪些、它们之间的组合与连接关系。并且应该从技术资料上查找出它们之间传递的是什么信号以及信号的正常状态。分析这个独立单元本身的功能以及与其它独立单元相互间关系的正常与否，来进行故障大定位与故障类别判断

第12页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.1系统分析法3.1.1.以系统观点认识系统4.系统之间的接口系统内部的子系统数量和大小完全是根据系统的规模和需要来确定的。子系统与子系统之间的联系称之为接口。在一个系统里，不是所有的子系统之间都建立接口。一般来说系统接口越多，系统必然越复杂。系统中子系统之间相互连接的结构型式可分为三大类，即串型、并型和混合型,如图3-3所示。一台数控机床内部各系统之间的联系,这三种接口型式都有。

第13页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.1系统分析法图3-3系统的接口模型第14页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.1系统分析法3.1.2系统分析方法在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单元。在对具体单元内部结构了解不透彻的情况下，可不管单元内容如何，只考虑其输入、输出。这样就简化了系统，便于维修人员判断故障。如果输入中有一个不正常，则该单元就可能不正常，这时应追查该输入的上一个独立单元或考虑“负载效应”。在输入都正常的情况下而输出不正常，那么故障即在本单元内部。这里要特别强调的是，独立单元的输入包括正常输入与干扰信号输入。正常输入是指电源输入与信号输入。干扰信号是一种不正常的输入。因此，为保证独立单元正常工作，除了单元本身完好之外，还应具有良好的防止干扰与抗干扰的措施。若数控系统带有分立式的PLC，系统产生故障后，首先应该确定故障发生在系统本身还是发生在PLC中，这就要求熟悉NC—PLC信息交换的内容，搞清楚某一动作不执行是由于NC没给PLC指令，还是由于NC给了PLC指令而PLC未执行，或者是由于PLC无准备好应答信号，NC不可能提供该指令等。第15页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.1系统分析法3.1.3系统方法的应用在接到数控机床故障诊断工作任务时，面对一个个机械零件，一条条线路，一大片电子电路，不能茫然，要有清晰的思路，正确选择诊断的切入点，运用系统方法，顺势推进，各个击破。

第16页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.1系统分析法3.1.3系统方法的应用系统分析法步骤是：1）无论有无相关技术资料，都要先从概念上将整机分成几大系统，勾画出系统边界，如机械系统、电气系统、数控系统、检测系统、硬件系统、软件系统等等，然后确定系统的层次，达到对纵向、横向脉络都很清楚。2）搞清并画出故障相关系统方框图，这时要尽量利用现有技术资料，同时参阅其它相关技术资料和书籍。第17页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.1系统分析法3.1.3系统方法的应用系统分析法步骤是：3）根据故障现象、报警提示、外部特征、故障发生过程进行分析，初步确定故障可能属于哪个系统，应将哪个系统作为诊断重点，哪个系统属于关联系统。4）进一步弄清每一个子系统（独立单元）的输入与输出信号，然后全面测试（检查）这些单元的输入与输出信号，确定是否属于正常。5）根据测试检查结果，有针对性的检查故障，缩小范围。当确定出故障大约出自于某一单元后，就要对这个单元内部状况及工作原理分析清楚，必要时，可以测绘出这个局部电气原理图（或机械结构图）。第18页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.1系统分析法3.1.3系统方法的应用

6）必要时可以把系统分割开来，断开一个子系统的前后联系，另外输入一个相应信号来判断这个单元是否正常（亦请注意到有些配合方式把相关单元脱开后，给该单元供电会造成其损坏）。如果输入正常输出不正常，则可以肯定问题就在这个单元。单独供给信号时，要特别注意原来信号的性质、大小、不同运行状态下信号状态以及它们的作用。7）脱机单独测试，将故障单元从系统中拿出，接到另一个正常系统中试验，如利用其它相同的数控机床或专用测试装置，进行试验，锁定故障位置。第19页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.1系统分析法3.1.3系统方法的应用8）如要用换件法进一步确定故障部位，则要保证备件的型号、规格、各种标记、电位器调整位置、开关状态、跳线选择、线路更改及软件版本与怀疑单元相同，并确保不会由于上下级单元损坏造成的故障而损坏新单元，此外还要考虑可能要重新调整新单元的某些电位器，以保证新单元与怀疑单元性能相近。9）要充分利用系统信息，包括报警、诊断信息、LPC、参数、显示等，清楚其含义，特别要注意某些一瞬即过的显示。第20页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.2观察检查法

观察检查法也叫“常规检查法”、“现象分析法”，凡在现场，维修人员通过感觉器官的感知来分析、判断故障的,均可纳入此种方法内。这种方法既包括修前准备中现场调查内容，还包括了修前检查的内容，如电源及其接口的检查，电缆的屏蔽与接地检查，机床参数设置检查、状态参数检查等。第21页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.2观察检查法3.2.1修前访问内容设备出现故障时，由于有些现象特别是一些只偶尔出现的故障现象，修理人员不在场，很难通过感官来感知到，只有通过询问操作者或目击者，掌握故障的一些信息。通常要了解的信息有：1．机床出现故障时运行方式，是手动方式还是自动方式?还是别的方式？2．自动方式时，运行程序是否为新程序，故障发生在主程序还是子程序，哪个程序段，是否在轴移动中发生的？是否在M/S/T代码执行中发生的？发生故障时是否在执行程序？加工什么零件，材质是情况如何?在此进行同样的操作是否发生同样的故障？（确认故障的再现性）第22页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.2观察检查法3.2.1修前访问内容3．出现故障时，有何报警提示，报警号及文本内容？（如能重演可现场再试）4．出现故障前，是否对机床调整、修改过，或经过何种操作或处理？5．故障何时”发生的？是开机就出现还是运行一段时间出现？是否正常运行突然发生？是否在打雷、停电或对电源有干扰时发生的？是否在输入/输出数据时发生？故障发生的频率（几次/小时，几次/日，几次/月）等6．当发生与进给轴伺服有关的故障时：应询问：是否在低速进给、高速进给时都发生故障？是否在某一特定轴移动时发生的故障？当发生了与主轴有关的故障时，主轴运行在加/减速状态？第23页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.2观察检查法3.2.1修前访问内容7．发生故障前机床的保养情况，一般都进行了哪些保养内容？（侧重询问机床清洁、润滑、调整情况）8．如果加工尺寸不准确：应了解误差大小如何？位置显示画面的尺寸是否正确？偏置量设定是否正确？等9．关于其他信息装置附近是否有干扰发生源：故障发生频率低时，考虑电源电压的外部干扰因素的影响，要确认在同一电源上是否还连接其他机床及焊机，如果有，应检查故障发生时，是否有设备在启动（或运行）。（干扰电源的检查）在机床方面，对干扰是否采取有效措施？对于输入电压应确认：1）电压有无变动？2）有无相间电压？3）是否供给标准电压？第24页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.2观察检查法3.2.2修前检查内容1．外观检查：即用直观法，按先静后动、先外后内原则，检查机床外观有无异常。有许多故障通过直观法就能找出故障部位及发现成因；2．电源及其接口检查：按先公用后专用、先一般后特殊原则进行。电源故障先查电源保护电路中熔断器、断路器、继电器是否正常，测量各负载的输入电压是否正常，电压波动范围是否合理。再查故障率较高的接触器、功放管、稳压管、电容等是否正常。刚修后的机床要注意直流电源与接口电路阻抗匹配问题，老机床应注意接口检查。3．接地及屏蔽检查：接地与屏蔽往往容易会被忽视，接地与屏蔽不良，外界干扰容易入侵而引起故障。第25页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.2观察检查法3.2.2修前检查内容4．电缆及插接件检查：经过检修的机床应确认电缆相序是否正确、长期运行的机床应检查插接件是否松动。移动电缆绝缘老化、损伤与断线情况，线路板污染后及是否短路。5．机床数据、电位器、短路棒等设置检查：新投入使用或经大修后的数控机床，有较多软故障，因此应按先软后硬原则处理如参数调置不当、程序错误、开关位置错误或环路电位器、短路棒设定不当等引起的故障。第26页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.2观察检查法3.2.3观察检查法实施途径1．直观法检查直观法检查就是利用人的感官注意发生故障时（或故障发生后）的各种外部现象并判断故障的可能部位。它是处理数控机床故障时首选的一种方法，往往也是最直接，最行之有效的方法。对于一般情况下“简单”故障，通过这种直接观察，就能解决问题。

第27页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.2观察检查法3.2.3观察检查法实施途径1．直观法检查1）利用目视检查先总体查看机床各部分工作状态是否处于正常状态(例如各坐标轴位置、主轴状态、刀库、机械手位置等)，各电控装置(如数控系统、温控装置、润滑装置等)有无报警指示。在电气方面，可分别观察：电网及进入机床的电源电压、电流值及波动是否正常；；机床接地及屏蔽是否符合要求；电源及保护电路中熔丝是否熔断及熔断后的颜色；断路器与热继电器等保护装置是否脱扣；各限位开关、急停按钮是否完好；接触器、继电器与各开关的触点是否烧蚀或压力失常；大功率管与电解电容、变压器等发热器件有无发热变色与膨胀变形；各线路板上元器件有无发热变色、松动、移位、破损、断线或脱落；

第28页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.2观察检查法3.2.3观察检查法实施途径1．直观法检查1）利用目视检查冷却风扇转动是否正常；移动线缆的外形是否老化开裂；各电缆接口有无异常。机械方面，可察看传动链各配合组件间隙是否过大；紧固锁紧装置、导轨压板是否松动；工作台、导轨副、丝杠螺母、齿轮、轴承等传动件润滑是否良好，有无磨损；工作台或刀架移动时有否振动或爬行；运动器件有否明显撞击、变形与划痕；液压系统、冷却系统的液位是否正常、管路与过虑网是否堵塞等。

第29页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.2观察检查法3.2.3观察检查法实施途径1．直观法检查2）利用触摸检查在整机断电条件下可以通过触摸各主要电路板的安装状况、各插头座的插接状况、各电线在接线端子上的连接是否有松动，接触不良；用手摸并轻摇元器件，尤其是大体积的阻容、半导体器件有无松动之感，以此可检查出一些断脚、虚焊、接触不良等故障；

第30页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.2观察检查法3.2.3观察检查法实施途径1．直观法检查3）利用听觉检查利用听觉来发现各种因故障而产生的异常声响并寻找声源。例如，电气方面：电源变压器、阻抗变换器与电抗器等，会因铁芯松动或锈蚀等引起铁片振动发出吱吱声；继电器、接触器等磁路间隙过大、短路环断裂以及动静铁芯或衔铁轴线偏差、线圈欠压运行等原因会出现电磁嗡嗡声；接线或触点的接触不良出现的呲呲声；电气元器件因为过流或者过压失常运行时出现的击穿爆破声；电刷严重磨损等出现的丝丝声等。机械方面主要表现为传动副之间缺少润滑油而产生的摩擦声；零件松动而产生的振动声；相对运动表面间有异物而产生的撞击声；液压、气压系统的气蚀、空穴产生的异响，滤油器堵塞产生的尖叫声，液压钢管未紧固的振动声；漏气、漏油、漏液的泄漏声，以及轴不平衡、不对中或弯曲而产生的异常声响等。

第31页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.2观察检查法3.2.3观察检查法实施途径2．通过上机操作检查在确认机床故障为非破坏性故障时，可通过故障重演操作，亲自观察以获取更准确的信息。比如，为了检查故障时有无冒烟、打火，有无异常声音、气味以及触摸判断电动机和元件有无过热，需要通电检查才得知，

一旦发现立即断电分析。当操作者叙述不清报警内容或观察不全面时，可通过重新上电操作来再现故障，获取更准确而全面故障报警信息。比如，在故障大定位后，要获取更详细的I/O接口实时状态，可通过PLC梯形图或查诊断画面的诊断地址、也须通过操作检查来实现。如果存在破坏性故障，必须排除后方可通电。

第32页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.2观察检查法3.2.3观察检查法实施途径3．利用CRT软件显示与硬件报警提示检查数控机床大多具有自诊断功能，当机床运行不正常时，自诊断软件会将机床运行结果以软件报警形式显示在面板显示器上或在硬件上用指示灯指示。对于各个具体的故障，系统有固定的报警号和文字显示给予提示。程序显示报警提示程序的中断部位，坐标值显示报警提示故障出现时运动部件坐标位置、状态显示报警能提示功能执行结果，而指示灯只能粗略地提示故障部位及类型。在维修人员未到现场前，操作者尽量不要破坏面板显示状态和机床故障后的状态，并及时向维修人员报告自己发现的面板瞬时异常现象。维修人员应充分利用CRT软件显示与硬件报警提示，分析故障原因。

第33页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.3自诊断功能法

故障自诊断功能是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项重要指标。当数控系统一旦发生故障，借助系统的自诊断功能，往往可以迅速、准确查明原因并确定故障部位。数控自诊断方法有启动自诊断、在线自诊断、脱机自诊断3种第34页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.3自诊断功能法3.3.1启动诊断启动诊断也叫开机自诊断。数控系统通电后，系统内部自诊断软件会对系统中最关键的硬件和控制软件，如数控装置中的CPU、PAM、ROM等芯片，MDI、CRT、I/O、AXIS等模块及监控软件、系统软件等逐个进行检测，并将检测结果显示在CRT上。开机自诊断通常需一分钟左右的时间。一旦检测通不过，即在CRT上显示报警信息或报警号，指出哪个部分发生故障。第35页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.3自诊断功能法3.3.2在线诊断自诊断的故障信息与报警号多则几百条，少则几十条。内容的多少，取决于数控系统自诊功能范围的在大小。。一般可分成下述几大类：（1）过热报警类：如电机过热、机内过热等报警；（2）系统报警类：如主轴驱动系统、进给伺服系统故障；（3）存储器报警类：如RAM电池电压过低报警；（4）编程/设定类：这类故障均为操作错误、编程错误引起的软故障；（5）伺服系统报警类：即与伺服单元和伺服电机有关的故障报警；（6）限位/超程报警类：包括软件限位/超程故障与硬件限位/超程故障；（7）印刷线路板间的连接故障类：如NC与PLC间I/O故障（8）误操作类报警：第36页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.3自诊断功能法3.3.3离线诊断当数控系统出现故障或需判断系统的故障时，往往需要停机检查，这种检查方式称为离线诊断，也称脱机诊断。其主要目的是最终查出故障和进行故障定位，力求把故障定位到尽可能小的范围内，如缩小到某个功能模块、某部分电路，甚至某个芯片或元件上。离线诊断可以在现场，也可以在维修中心或CNC系统制造厂，由于是离线，所以可以送到专业修理厂检测，也便于采用一些大型的检测设备来对故障进行查找。这种故障定位更为精确。第37页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.4接口信号分析法3.4.1接口信号分析法接口信号分析法，是一种利用机床各环节（独立单元）I/O接口信号实时逻辑状态与标准（正常）逻辑状态对比分析，找出故障点的方法。按前面所述，系统框图中每个独立单元，都具有特定的输入与输出信号，这些信号只有两种状态：即正常与不正常状态。如正常状态为“1”，则不正常状态就是“0”，按照负逻辑，则与上述相反。对系统各单元而言，无任哪类信号，都只有“0”和“1”两种状态。第38页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.4接口信号分析法3.4.2接口信号分析法实施步骤1）画出系统框图：从系统工作与控制原理出发，依据与故障现象相关的分析勾画出系统框图。以便于对故障进行大定位，判断出最有可能的部位2）查相关I/O信号的意义与标志位：通过查看自诊断画面或维修手册，查出与怀疑部分相关的I/O信号的意义与标志位。3）查相关的I/O信号的标准逻辑状态：通过查阅系统参数设置与维修手册或阅读电气原理图，分析出每个器件正常时输入与输出的逻辑状态。获得与怀疑部分相关的I/O信号的标准逻辑状态。第39页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.4接口信号分析法3.4.2接口信号分析法实施步骤4）通过查阅LPC输入输出单元上相关指示灯状态或通过数控系统诊断画面及有关LPC梯形图获取怀疑部分I/O信号实时逻辑状态。5）状态对比，将有关I/O信号的实时逻辑状态与其标准逻辑状态对比，判出故障器件。6）故障点测试，确定真正的故障成因，排除故障。第40页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.4接口信号分析法3.4.3应用接口信号分析法注意事项1.同一个独立单元往往有多个I/O接口，必须搞清每个I/O接口的地址代号及其含义，并作好记录。2.接口信号的状态是随程序流程进行而发生变化的，往往需要重演故障，监视诊断画面来记录程序各环节变化时刻的I/O信号状态变化。如果不可重演故障，或不可显示诊断画面时，就必须用推理方法来得出。无论哪种情况，都须预先画好接口信号状态变化的流程图。3.下位单元的输入，即是上位单元的输出。下位单元的输入受控于上位单元的逻辑控制。所以某单元输出不正常而报警成为报警点时，实际故障点可能是它的上位单元输出不正常。因此报警点≠故障点第41页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.5信号追踪法与信号强制输入法3.5.1信号追踪法

信号追踪法是根据电气控制中下位单元的状态是受控于上位单元逻辑状态及其传输结果的原理，某单元输入信号不正常就追踪其上位单元输出信号，如此逐级追查直到故障定位的方法。追踪相关信号能快速找到故障单元。

第42页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.5信号追踪法与信号强制输入法3.5.1信号追踪法1．硬接线系统（继电器---接触器系统）信号追踪法硬接线系统具有可见的接线、接线端子、测试点。故障状态可以用试电笔、万用表、示波器等测试工具测量电压、电流的大小、性质变化状态、电路的短路、断路、电阻值的变化等，从而判断出故障的原因。第43页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.5信号追踪法与信号强制输入法3.5.1信号追踪法2．NC、PLC系统状态显示法

NC、PLC程序是软件结构，有些机床面板、编程器可以进行状态显示，显示其输入、输出及中间环节标志位等状态，用于判断故障的位置。例如，PLC的输出Q由输入I0.0、中间标志F0.1和来自NC的信号F0.2的逻辑控制。我们可以分别检查I0.0、F0.1、F0.2的状态，若I0.0=0，则外接端子不通。若F0.1=1，则检查F0.1的软件线路。若F0.2=0，则要检查NC为什么不使其为1。这种检查要比硬接线系统方便得多。由于NC和PLC功能强而且较为复杂，因此要求维修人员熟悉具体机型控制原理，PLC使用语言。例如PLC程序中多有触发器支持。有的位置信号维持时间不长，有些环节动作时间很短，不仔细观察很难发现已起过作用，但状态的变化瞬间已经变了。第44页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.5信号追踪法与信号强制输入法3.5.2强制信号输入法将被怀疑的环节/独立单元与前一级隔离，对它输入标准状态信号，观察它或者后续线路的输出是否正常，来判断该环节或是前一环节是否存在故障的一种方法。强制信号输入法有两种方法，一种是硬接线信号的强制输入，如人为将某插头拔去（输入0）或将某开关触点闭合（输入1）等；另一种是控制变量强制法（又叫参数修改法）。如调出系统实时状态参数诊断画面。通过修改状态参数值来观察机床现象，一般对NC和PLC故障查找比较有效。第45页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.5信号追踪法与信号强制输入法3.5.2强制信号输入法在追踪中可以在信号线路上加上正常信号来测试后继电路，但这样做是危险的，因为这时忽略了许多连锁环节，因此要特别注意：1．搞清被强制单元能否安全地与前一级隔离。不能隔离的不可使用此法。2．明确标准信号是什么类型：是数字逻辑信号还是模拟信号。模拟信号是直流电平信号还是脉冲信号，是由恒流源还是恒压源提供的。第46页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.5信号追踪法与信号强制输入法3.5.2强制信号输入法3、强制信号输入前，应清楚产生的后果，确保在较长时间内移动或行程范围内不触及限位、撞块、尾架等，以免飞车碰撞！3安全设定：使用较小倍率、最低移动速度等进行试验4．手在急停开关旁，密切观察强制信号输入后机床的运行情况，以防出现紧急情况随时按压急停开关。第47页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.6PLC程序法

PLC程序法，是根据机床电气控制部分的程序化特点（梯形图或控制流程图），结合系统电气连接图与系统自诊断，进行信号逻辑对比分析，找出故障点的方法。第48页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.6PLC程序法3.6.1利用PL(M)C的状态信息诊断故障

很多数控系统都有PLC输入、输出状态显示功能，如SIEMENS810系统DIAGNOSIS菜单下的PLCSTATUS功能、FANUC0系统DGNOSPARAM软件菜单下的PMC状态显示功能，日本MITSUBISHI公司MELDASL3系统DI-AGN菜单下的PLC-I/F功能、日本OKUMA系统的CHECKDATA功能等。利用这些功能，可以直接在线观察PLC的输入和输出的瞬时状态，这些状态的在线检测对诊断数控机床的很多故障是非常有用的。数控机床的有些故障可以根据故障现象和机床的电气原理图，查看PLC相关的输入、输出状态即可确诊故障。

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数控机床出现的大部分故障都是通过PLC装置检查出来的。PLC检测故障的机理就是通过运行机床厂家为特定机床编制的PLC梯形图（即程序），根据各种输入、输出状态进行逻辑判断，如果发现问题，产生报警并在显示器上产生报警信息。所以对一些PLC产生报警的故障，或一些没有报警的故障，可以通过分析PLC的梯形图对故障进行诊断，利用NC系统的梯形图显示功能或者机外编程器在线跟踪梯形图的运行，可提高诊断故障的速度和准确性。

第50页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.6PLC程序法3.6.2利用PL(M)C程序（梯形图）跟踪法确诊故障数控机床出现的绝大部分故障都是通过PLC程序检查出来的。有些故障可在屏幕上直接显示出报警原因，有些虽然在屏幕上有报警信息，但并没有直接反映出报警的原因，还有些故障不产生报警信息，只是有些动作不执行。遇到后两种情况，跟踪PLC梯形图的运行是确诊故障的很有效的方法。FANUC0系统和MITSUBISHI系统本身就有梯形图显示功能，可直接监视梯形图的运行。西门子数控系统因为没有梯形图显示功能，对于简单的故障可根据梯形图通过PLC的状态显示信息，监视相关的输入、输出及标志位的状态，跟踪程序的运行，而复杂的故障必须使用编程器来跟踪梯形图的运行。第51页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.7参数检查调整法

参数检查调整法是通过在CRT上调出参数设置画面，利用标准的参数表对照检查机床实时参数来判定故障类型、确定故障原因并通过修改参数来排除故障的一种方法。数控机床的正确参数设置是保证机床正常运行的前提条件，也直接影响数控机床性能的发挥。第52页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.7参数检查调整法

参数检查调整法适用场合1多种报警共存，而且报警内容显示的故障不相关，这可能是由于电磁干扰或操作失误所引起；2。闲置之前运行正常，长期闲置后，机床无法启动，这很可能由于电池电压过低或失效引起参数丢失；3．之前运行正常，遇突然停电或打雷后的机床不能正常运行；4．服役较长的机床出现的各种超差故障；5．无缘无故出现不正常现象，可能是参数被人修改过。第53页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.8测量比较法

CNC系统生产厂在设计印刷线路板时，为了调整和维修方便，在印刷线路板上设计了一些检测端子。维修人员利用这些检测端子，可以测量、比较正常的印制电路板和有故障的印制电路板之间的电压或波形的差异，进而分析、判断故障原因及故障所在位置。但利用检测端子进行测量之前，应先熟悉这些检测端子的作用及有关部分的电路或逻辑关系。当对某硬件件环节发生怀疑或通过其它方法已判出某硬件或器件为故障点时，都要通过测试比较法来最后判定是否真有故障，以决定修复还是换件。尤其是采用信号追踪法时，需要逐级进行信号的测量对比，所以测量比较法往往与其它方法一起配合使用。第54页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.8测量比较法

使用测量比较法注意1．通常测试是在器件上提供的测试端子上进行，对没有提供测试端子的器件，要进行故障点测试时，一定要小心，以免造成短路而扩大故障范围。2．被测试信号可以是模拟信号（电压与波形），也可能是逻辑信号（0或1），不同的信号应选用不同的测试仪器（电流表、万用表或示波器、逻辑笔等）。所测得信号是否正常，是在与正常的或标准的信号作状态对比中进行鉴别的。当技术资料中没提供标准信号时，应通过测试相同器件对应的状态信号，进行对比。由于大多厂家一般不提供有关测量端子上的标准波形、电压、电阻值或标准逻辑状态等信号，因此，维修人员平时应注意收集和积累一些关键部位或容易出故障部位的标准信号。第55页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.9交换法与替换法

交换法是在故障范围大致确认并在确认外部条件完全正确的情况下，利用同样的印制电路板、模块、集成电路芯片、元器件或其它零部件与有疑点的部分进行交换，观察故障是否转移以快速确定故障部位的一种方法。交换法是一种简单，易行、可靠的方法，是在查找液压系统、数控系统、电气系统故障过程中最常用的故障判别方法之一。当数控机床某轴运动不正常如爬行、抖动、时动时不动等故障时，常以相同轴系所包含的调节器或伺服放大器、脉冲编码器、伺服电机及电缆线等相同独立单元与被怀疑有问题的部分进行交换，查看故障是否转移，从而判断出故障点。如果是整个轴系交换，也称“换轴法”。不同轴部件的交换，不仅是硬件的交换，而且包括了所有相关的软件参数设定的交换。第56页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.10程序功能测试法

功能程序测试法就是将数控系统的常用功能（如：G、M、S、T、F功能、刀具补偿及丝杠螺母间隙补偿功能等）和特殊功能用手工编程或自动编程的方法，编制成一个功能测试程序，送入数控系统，然后让数控系统运行这个测试程序，借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原因。第57页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.10程序功能测试法功能程序测试法常应用于以下场合：

a.机床加工造成废品而一时无法确定是编程操作不当、还是数控系统故障引起；

b.数控系统出现随机性故障，一时难以区别是外来干扰，还是系统稳定性不好；

c.闲置时间较长或维修后的数控机床出现不报警的故障，参数检查法未能生效，从而怀疑系统功能故障时。

d。对那些长期不用或维修后的数控机床，第一次开机不论动作是否正常，都应使用程序功能测试法进行一次检查以判断机床的工作状况。第58页，共66页，2023年，2月20日，星期五3.11其它方法1．初始化复位法

当CNC或PLC装置由于电网干扰，或其他偶然原因发生异常情况或死机时，应清除有关内存区，重新进行冷启动或热启动。并