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故障分析是进行数控机床维修的第一步，通过故障分析，一方面可以迅速查明故障原因排除故障：同时也可以起到预防故障的发生与扩大的作用。一般来说，数控机床的故障分析主要方法有以f几种，

⑴ 常规分析法 常规分析法是对数控机床的机、电、液等部分进行的常规检查，以此来判断故障发生原因的一种方法。在数控机床上常规分析法通常包括以下内容：

1）检查电源的规格（包括电压、频率、相序、容量等）是否符合要求

2）检查cnc伺服驱动、主轴驱动、电动机、输入／输出信号的连接是否正确、可靠

3）检查cnc伺服驱动等装置内的印刷电路板是否安装牢固，接插部位是否有松动

4）检查cnc伺服驱动，主轴驱动等部分的设定端、电位器的设定、调整是否正确

5）检查液压、气动、润滑部件的油压、气压等是否符合机床要求

6）检查电器元件、机械部件是否有明显的损坏，等等

⑵ 动作分析法 动作分析法是通过观察、监视机床实际动作，判定动作不良部位并由此来追溯故障根源的一种方法。

一般来说，数控机床采用液压、气动控制的部位如：自动换刀装置、交换工作台装置、夹具与传输装置等均可以通过动作诊断来判定故障原因。

⑶ 状态分析法 状态分析法是通过监测执行元件的工作状态，判定故障原因的一种方法，这一方法在数控机床维修过程中使用*广。

在现代数控系统中伺服进给系统、主轴驱动系统、电源模块等部件的主要参数都可以进行动态、静态检测，这些参数包括：输入／输出电压，输入／输出电流，给定／实际转速、位置实际的负载的晴况等。此外，数控系统全部输入／输出信号包括内部继电器、定时器等的状态，亦可以通过数控系统的诊断参数予以检查

通过状态分析法，可以在无仪器、设备的情况下根据系统的内部状态迅速找到故障的原因，在数控机床维修过程中使用*广，维修人员必须熟练掌握。

⑷ 操作、编程分析法 操作、编程分析法是通过某些特殊的操作或编制专门的测试程序段，确认故障原因的一种方法。如通过手动单步执行自动换刀、自动交换工作台动作，执行单一功能的加工指令等方法进行动作与功能的检测。通过这种方法，可以具体判定故障发生的原因与部件，检查程序编制的正确性。

⑸ 系统自诊断法 数控系统的自诊断是利用系统内部自诊断程序或专用的诊断软件，对系统内部的关键硬件以及系统的控制软件进行自我诊断、测试的诊断方法。

现在采用plc控制的机床是越来越多，运用plc的控制能简化电路，使设计更加简单，安全，可靠。一些**的plc具备了各种接口以实现连机，上网等功能。使得人们可以远程控制设备。那么，如何才能设计好一台由plc控制的机床呢？以本人的经验，至少要了解以下几方面的知识：
1 知道plc的工作原理
可编程序控制器又简称plc，和继电器系统类似，plc也是由输入部分，逻辑部分和输出部分组成，输入部分收集并保存被控制部分实际运行的数据，逻辑部分处理输入部分所取得的信息，并判断那些功能需作出输出反应。输出部分提供正在被控制的许多装置中，哪几个设备需要实时操作处理。plc采用大规模集成电路构成的微处理器和存储器来组成逻辑部分。尽管逻辑部分的作用与继电器控制系统类似，但是其组成，工作原理，运行方式与前者是截然不同的。通过编程，可以灵活的改变其控制程序，相当于改变了继电器的硬接线线路，这就是所谓的“可编程序”。
2 掌握plc的语言和指令
知道了plc的工作原理后，理解它的语言就比较容易了。plc语言*常见的有梯形图和语句表两种。其中梯形图又是*为直观和好用的。要详细了解可以看相关教材，要强调的是，虽然原理一样，基本指令也大同小异，但厂家不同plc指令符号会有所不同，例如，同是上升沿微分，三菱公司的产品用pls表示，欧姆龙公司却称为difu，而西门子公司则是│p│。这些具体的区别就要看各种产品的编程手册了。
3 学会使用各种编程软件
一个程序编好后要把它输入plc中，过去用的较多的是手持编程器，要人工输入，比较麻烦，容易出错。近年来年随着计算机的普及，已逐渐被各种编程软件所取代。例如永宏公司的winproladder编辑软件，欧姆公司的cx-programmer。西门子公司的step-7-micro-win32等。这些工具软件都可以在windows的环境下运行，用起来很方便，当你选定了一个厂家plc后，一定要学会使用它的编程软件，因为这将极大的节约你的编程和调试时间。以永宏公司的winproladder编辑软件为例，在编程时它能为你提供操作数的输入范围，迅速搜索特殊指令。根据梯形图自动生成语句表，并指出其中的语法错误，在调试时它通过数据线把程序快速准确传入plc，然后监控执行状态，可以对各输入输出点强制置位/复位。还可以进行在线编辑。当你熟练掌握了编程软件的使用方法。就一定能事半功倍的完成的设计任务。
4 明白plc控制的信号有那些
plc是根据输入条件来控制输出信号的。输入信号就是控制台上的按钮，机床上的限位开关，压力继电器和光电开关等各类传感器，而输出点则控制继电器或接触器线圈的通断，指示灯的明灭，液压阀电磁铁的吸合及变频器的信号端子的输出。在做一个机床设计时我们经常会碰到两个问题，一个是plc可扩展的i/o点数是有限的，另一个是增加i/o点数是要增加成本的。所以我们要知道控制的信号有那些，各是多少，统计出需要多少输入和输出点，据此选出plc。

    数控机床是机械、液压、电气和计算机技术高度集成的一体化产品，其故障的发生也多数是机械、液压、电气等方面的综合反映。分析数控机床进给系统的爬行与振动现象产生原因，阐述故障的诊断与维修，并通过实例说明诊断与维修技术方法。

    数控机床进给系统爬行与振动现象及其产生原因

   在驱动移动部件低速运行过程中，数控机床进给系统会出现移动部件开始时不能启动，启动后又突然作加速运动，而后又停顿，继而又作加速运动，移动部件如此周而复始忽停忽跳、忽慢忽快的运动现象称为爬行。而当其以高速运行时，移动部件又会出现明显的振动。

   对于数控机床进给系统产生爬行的原因，一般认为是由于机床运动部件之间润滑不好，导致机床工作台移动时静摩擦阻力增大；当电机驱动时，工作台不能向前运动，使滚珠丝杠产生弹性变形，把电机的能量贮存在变形上；电动机继续驱动，贮存的能量所产的弹性力大于静摩擦力时，机床工作台向前蠕动，周而复始地这样运动，产生了爬行的现象。

   事实上这只是其中的一个原因，产生这类故障的原因还可能是机械进给传动链出现了故障，也可能是进给系统电气部分出现了问题，或者是系统参数设置不当的缘故，还可能是机械部分与电气部分的综合故障所造成。

    爬行与振动故障的诊断与排除

   对于数控机床出现的爬行与振动故障，不能急于下结论，而应根据产生故障的可能性，罗列出可能造成数控机床爬行与振动的有关因素，然后逐项排队，逐个因素检查，分析、定位和排除故障。查到哪一处有问题，就将该处的问题加以分析，看看是否是造成故障的主要矛盾，直至将每一个可能产生故障的因素都查到。*后再统筹考虑，提出一个综合性的解决问题方案，将故障排除。

    排除数控机床进给系统爬行与振动故障的具体方法如下：

    1.对故障发生的部位进行分析

   爬行与振动故障通常需要在机械部件和进给伺服系统查找问题。因为数控机床进给系统低速时的爬行现象往往取决于机械传动部件的特性，高速时的振动现象又通常与进给传动链中运动副的预紧力有关。另外，爬行和振动问题是与进给速度密切相关的，因此也要分析进给伺服系统的速度环和系统参数。

    2. 机械部件故障的检查和排除

   造成爬行与振动的原因如果在机械部件，首先要检查导轨副。因为移动部件所受的摩擦阻力主要是来自导轨副，如果导轨副的动、静摩擦系数大，且其差值也大，将容易造成爬行。尽管数控机床的导轨副广泛采用了滚动导轨、静压导轨或塑料导轨，如果调整不好，仍会造成爬行或振动。静压导轨应着重检查静压是否建立；塑料导轨应检查有否杂质或异物阻碍导轨副运动，滚动导轨则应检查预紧是否良好。

   导轨副的润滑不好也可能引起爬行问题，有时出现爬行现象仅仅就是导轨副润滑状态不好造成的。这时采用具有防爬作用的导轨润滑油是一种非常有效的措施，这种导轨润滑油中有极性添加剂，能在导轨表面形成一层不易破裂的油膜，从而改善导轨的摩擦特性。

   其次，要检查进给传动链。在进给系统中，伺服驱动装置到移动部件之间必定要经过由齿轮、丝杠螺母副或其他传动副所组成的传动链。有效提高这一传动链的扭转和拉压刚度，对于提高运动精度，消除爬行非常有益。引起移动部件爬行的原因之一常常是因为对轴承、丝杠螺母副和丝杠本身的预紧或预拉不理想造成的。传动链太长、传动轴直径偏小、支承和支承座的刚度不够也是引起爬行的不可忽略的因素，因此在检查时也要考虑这些方面是否有缺陷。

    另外机械系统连接不良，如联轴器损坏等也可能引起机床的振动和爬行。

    3.进给伺服系统故障的检查和排除

   如果爬行与振动的故障原因在进给伺服系统，则需要分别检查伺服系统中各有关环节。应检查速度调节器、伺服电机或测速发电机、系统插补精度、系统增益、与位置控制有关的系统参数设定有无错误、速度控制单元上短路棒设定是否正确、增益电位器调整有无偏差以及速度控制单元的线路是否良好等环节，逐项检查分类排除。

    （1）速度调节器的检测

   对速度调节器的故障，主要检测给定信号、反馈信号和速度调节器本身是否存在问题。给定信号可以通过由位置偏差计数器出来经d/a转换给速度调节器送出的模拟信号vcmd的检测实现，这个信号是否有振动分量可以通过对伺服板上的插脚用示波器来观察。如果就有一个周期的振动信号，那毫无疑问机床振动是正确的，速度调节器这一部分没有问题，而是前级有问题；然后向d/a转换器或偏差计数器去查找问题，如果我们测量结果没有任何振动的周期性的波形，那么问题肯定出在反馈信号和速度调节器。

  （2）测速电机反馈信号的检测

   反馈信号与给定信号对于调节器来说是完全相同的。因此出现了反馈信号的波动，必然引起速度调节器的反方向调节，这样就引起机床的振动。由于机床在振动，说明机床的速度在激烈的振荡中，当然测速发电机反馈回来的波形也一定是动荡的。这时如果机床的振动频率与电机旋转的速度存在一个准确的比率关系，譬如振动的频率是电机转速的四倍频率。这时我们就要考虑电机或测速发电机有故障的问题。

    （3）电机检查

   当机床振动频率与电机转速成一定比率，首先就要检查一下电动机是否有故障，检查它的碳刷、整流子表面状况，以及检查滚珠轴承的润滑情况。

   另外电动机电枢线圈不良也会引起系统振动。这种情况可以通过测量电动机的空载电流进行确认，若空载电流随转速成正比增加，则说明电动机内部有短路现象。出现本故障一般应首先清理换向器、检查电刷等环节，再进行测量确认。如果故障现象依然存在，则可能是线圈匝间有短路现象，应对电动机进行维修处理。如果没有什么问题，就要检查测速发电机。

    （4）脉冲编码器或测速发电机的检测

   对于脉冲编码器或测速发电机不良的情况，可按下述方法进行测量检查。首先将位置环、速度环断开，手动电动机旋转，观察速度控制单元印制电路板上f/v变换器的电压，如果出现电压突然下跌的波形，则说明反馈部件不良。

   测速发电机中常常出现的一个问题是炭刷磨下来的炭粉积存在换向片之间的槽内，造成测速发电机换向片片间短路，一旦出现这样的问题就会引起振动。

    （5）系统参数的调节

   一个闭环系统也可能是由于参数设定不合理而引起系统振荡，消除振荡的**方法就是减少放大倍数。在funac的系统中调节rv1，逆时针方向转动，这时可以看出立即会明显变好，但由于rv1调节电位器的范围比较小，有时调不过来，只能改变短路棒，也就是切除反馈电阻值，降低整个调节器的放大倍数。

    （6）外部干扰的处理

   对于固定不变的干扰，可检查f/v变换器、电流检测端子以及同步端的波形，检查是否存在干扰，并采取相应的措施。对于偶然性干扰，只有通过有效的屏蔽、可靠的接地等措施，尽可能予以避免。

  采用这些方法后，还做不到完全消除振动，甚至是无效的，就要考虑对速度调节器板更换或换下后彻底检查各处波形。

    故障诊断与维修实例

    〖例1〗 一台配套funac 11me系统的加工中心，在长期使用后，x轴作正向运动时发生振动。

    故障分析及处理：

    伺服进给系统产生振动、爬行的原因主要有以下几种：

    （1）机械部分安装、调整不良；
    （2）伺服电动机或速度、位置检测部件不良；
    （3）驱动器的设定和调整不当；
    （4）外部干扰、接地、屏蔽不良等等。

   为了分清故障部位，考虑到机床伺服系统为半闭环结构，脱开电动机与丝杠的连接后再次开机试验，发现故障仍然存在，因此初步判定故障原因在伺服驱动系统的电气部分。

   为了进一步判别故障原因，维修时可更换了x、y轴的伺服电动机进行试验，结果发现故障转移到了y轴，由此判定故障原因是由于x轴电动机不良引起的。