数控机床电气故障诊断和维修案例分享

例5-9 故障现象：一台CK6140I数控车床，热继电器失效导致电动刀架不换刀。

故障诊断：工作中出现电动刀架不换刀现象，数控系统CRT提示“换刀时间过长”。经检查时间参数没有更改，诊断控制状态位也正确，再检查电柜内主电路电器，发现热继电器不通，拆下热继电器打开察看，发现电阻丝已烧坏。继续查找烧坏原因，发现电动机的相线间电阻很小，再查到电动机接线盒内发现引线端子上积满了铸铁末，这就是故障的根源，而造成故障根源的原因是操作工清扫机床时经常用气枪吹铁屑。

故障排除：更换同型号新的热继电器，清理电动机接线盒，重新接线，并用塑料带将接线盒包严，机床电动刀架恢复正常工作，同时提醒管理人员要杜绝操作工用气枪清扫机床，否则铁屑进入电气柜危害性更大。

例5-10 故障现象：一台配备FAGOR-8025M系统的XK8140数控铣床，行程开关失效导致不能回参考点。

故障诊断：X轴不能回参考点。通过系统工作方式9进入I/O诊断页面，按动X轴行程开关发现无反应，初步判定是X轴行程开关损坏，拆开开关发现里面全是切削液，因而造成开关损坏。那么切削液是从哪里来的呢？经检查原来工作台下的接水塑料管随X轴的运动而摇动造成一小裂口，水从裂口渗出并沿工作台浸入开关。

故障排除：更换同型号新的行程开关，开机试验机床，回参考点正常。为防止切削液的浸入，更换已裂的塑料管，并用管卡固定使其不再摇动。

以上两例说明，故障的表面现象是某个元件的损坏，而引起故障的原因是其他方面造成的，排除故障的同时必须解决故障根源。

例5-11 故障现象：一台卧式加工中心接近开关失效，导致主轴齿轮不能变挡。

故障诊断：系统CRT报警为“主轴齿轮变挡故障”。该机床主轴为三挡齿轮变速，在变速液压缸后装有三个感应开关，分别对应三个变挡位置。当在CRT上观察这三个开关的PLC输入地址状态时，发现对应1挡的开关状态始终为0，可以肯定故障出在此开关的电路上。分析PLC程序，也证实报警号是由此开关的状态错误而送出的。当打开电柜观察PLC的状态指示LED时，却发现此开关的输入点的LED是亮的；回过头来检查变速油缸的开关实体，开关体上的LED也是亮的，与CRT显示的不符。

故障出在哪里呢？如果没有细致的观察力，就可能武断地认为系统PLC的32位输入模块损坏了。但仔细地观察一下PLC输入模块的状态LED，发现对应此开关的LED的亮度与本模块上其他输入点正常发光的LED相比亮度略低。用万用表测量该输入点与地之间的电压，只有10V左右，远低于正常的24V。再观察感应开关上的LED，其亮度也较暗。断开开关的输出线，空载测量其与地间的电压，仍为10V左右，由此证明是开关损坏，造成输出电压值大大低于额定值，使PLC无法识别其为高电平，产生变挡报警。而PLC和开关上的LED仍能发光，只是亮度较低。

故障排除：更换同型号新的开关后，机床恢复正常。

例5-12 故障现象：两台德国CWK500加工中心托盘不能进行手动转动。

故障诊断：经调查，机床出现托盘不能进行手动转动的故障时，系统无报警显示，电网电源正常。但该机床有多次保险丝熔断记录，这次更换保险丝后无效。查阅电气图并根据其工作原理，画出相关控制动作流程图。

进一步分析，“手动”与PLC程序及软件无关。初步判断故障类型为机械故障或电器器件故障。托盘不能动，同“正输入”的指令信号与共同的励磁回路等有关；也和“负输入”的传动阻力与制动有关。故把故障大定位在励磁回路与托盘传动轴系统。流程图（图5-62）中的每个环节都可能成为故障原因。由故障记录，最可能的故障环节为励磁回路断路。观察检查励磁回路断路器与保险丝、电磁阀、托盘锁销。发现励磁回路中6A保险丝熔断，管壁发黑，表明存在严重短路故障。究其原因，查出电动机内电磁抱闸线圈匝间短路，整流管烧坏。

故障排除：换件，机床恢复正常。

图5-62 手动托盘动作控制流程图

例5-13 故障现象：SIMENS820系统的匈牙利MKC500卧式加工中心，出现工作台不能移动现象，CRT上显示7020报警。

故障诊断：查知7020报警为工作台交换门错误。这是硬件故障的软件报警（PLC报警）。进一步查出工作台交换门为复合行程开关SQ35控制，相关控制动作流程为：交换门行程开关压合发讯→PLC→输出指令→工作台移动。检查行程开关SQ35未发现异常。

能报警，表明PLC装置主体是好的。因此可能的故障点为PLC输入板或输出板相关接口电路故障或行程开关故障，而行程开关是一种常见易失效的器件。调用实时PLC的I/O接口信息表，SQ35复合触头开关的地址位/标志位为：E10.6、E10.7，正常运行时两者的接口信号状态为：“1”（闭合）、“0”（打开），诊断表实时接口信号状态则为：“0”、“0”。通过状态对比，判出故障点为E10.6未闭合。最终，故障原因是SQ35压合不良（E10.6接触不良）。

故障排除：用细砂纸擦去氧化膜，用酒精清理，故障排除。

例5-14 故障现象：一台配套SIEMENS 810M的立式加工中心，由于熔断器不良引起故障。

故障诊断：在加工过程中，机床突然断电，再次开机，CNC无显示，机床无法重新启动。经检查，该机床CNC的强电的启动回路正常，CNC的电源输入DC24V正常，且通过“短接”CNC输入的NC-ON触点，CNC仍然无法正常工作，因此判断故障的原因在CNC的电源模块上。测量CNC电源模块的+5V电源，发现+5V无电压输出，但CNC的风机正常转动。由此初步判定故障在CNC的电源模块上。

SIEMENS 810系统的外部电源控制要求十分简单，只要CNC的+24V电源输入正常，短接CNC电源模块上的NC-ON端，即可以启动CNC。810系统的电源模块内部控制回路如图5-63所示。各主要元件的作用如下：

Fl：系统电源输入熔断器，电源主回路短路保护元件；

F2：风机电源输入熔断器，风机短路保护元件；

L2、L3：风机电源滤波电感；

Z1：输入滤波器，对输入DC24V电源进行滤波；

V16：保护二极管；

C23：直流输入滤波电容；

U2：带封锁输入的DC24V/DC5V转换集成电路模块；

V12、V3、C21：DC5V输出电压调节、滤波环节，实际线路中还包括C8、C9、C10、Cll、C21、L1、V7、R16～R19等元器件（图中未画出）；

V15、N3、C24、C25：DC5V辅助电压输出、滤波环节，实际线路中还包括C22、V14等元器件（图中未画出）；

N4、R61、R62：DC5V基准电压与DC2.5V参考电压输出环节，实际线路中还包括C32、C32等元件（图中未画出）；

图5-63 810系统的电源控制原理图

N2、U1：电压监控回路，实际线路中还包括C7、C30、C19、C20、C14、R47、R46、R34、R36～R43、R20、R53、R54、R48、V17、V8、D28、H1、H2等元器件（图中未画出）。

根据对电源模块原理图的分析，经检查发现，CNC中的熔断器F1已经熔断，且测量确认UE与0V间无短路。

故障排除：直接更换熔断器F1后，CNC恢复正常。

例5-15 故障现象：一台配套SIEMENS 810M的加工中心，由于滤波电容不良引起故障。

故障诊断：在加工过程中，机床突然断电，再次开机，CNC无显示，机床无法重新启动。经检查，外部电源输入DC24V正常，且通过“短接”CNC输入的NC-ON触点，CNC仍然无法正常启动，判断故障的原因在CNC电源模块上。

故障排除：更换C23后，CNC恢复正常。(www.xing528.com)

例5-16 故障现象：一台配套SIEMENS 810T的数控车床，由于电源不良引起故障。

故障诊断：在自动加工过程中，CNC偶然会出现突然断电的故障，但再次启动机床即可恢复正常。此故障偶然发生，故障周期不定，有时几个月都可以正常工作，有时一天内会出现多次，因此给故障诊断与维修带来了较大的困难。虽然故障原因不明，但根据对810系统的分析可知，引起810系统CNC电源断电的原因通常只与CNC的电源回路有关。据此，维修时依次对CNC的主电源回路进行了仔细检查。在检查中测量发现，CNC的DC24V输入电源在正常情况下只有21.5V左右，这一电压偏低，且机床CNC电源供给回路的稳压措施不完善。通过对CNC电源回路进行进一步的检查后发现，该机床提供CNC电源的整流变压器绕组存在局部短路，导致输出容量不足，加上电源回路稳压/滤波电容容量偏小，稳压能力较低，两方面的综合原因导致了以上故障。

故障排除：更换新的整流变压器，并加大稳压/滤波电容容量后，故障排除。

例5-17 故障现象：一台配套SIEMENS直流伺服驱动的卧式加工中心，由于进线快速熔断器熔断而产生故障。

故障诊断：加工中心在电网突然断电后开机，驱动器无法启动。经检查，该机床X轴伺服驱动器的进线快速熔断器已经熔断。该机床的进给系统采用的是SIEMENS 6RA系列直流伺服驱动，对照驱动器检查伺服电动机和驱动装置，未发现任何元件损坏和短路现象。检查机床机械部分工作也正常。

故障排除：直接更换熔丝后，启动机床，工作恢复正常。分析故障原因，是由于电网突然断电而引起偶发性故障。

例5-18 故障现象：一台配套SIEMENS 810M的立式加工中心，由于接地不良引起PLC“死机”的故障。

故障诊断：加工中心在正常使用或者启动过程中经常无规律地出现CNC报警“ALM3-PLC停止”。机床故障后进行重新开机，通常又可以恢复正常工作，但有时需要开/关机多次。

810M出现“PLC停止”报警的原因，一般是由于PLC没有准备好或者软件出错，使得PLC的正常工作循环中断。在条件许可时，可以使用SIEMENS PLC编程器（如PG740等）通过调用PLC编程器的“中断堆栈”（OUTPUT IS-TACK），来进行故障的分析、诊断（关于“中断堆栈”的检查方法，可参见SI-EMENS手册中有关PLC部分的内容）。

鉴于维修现场无SIEMENS PLC编程器，且考虑到机床只要在启动后即可正常工作，因此，初步判断该机床CNC本身的组成模块软件、硬件均无损坏，发生故障的原因主要是来自CNC外部的电磁干扰或外部电源干扰等。

根据经验，通过对电气控制系统进行基础性检查，发现该机床的接地系统连接十分混乱，CNC的主接地线在CNC上与DC24V的0V线直接连接，在电气柜内又与机床的接地铜排连接等，从而形成了接地干扰与接地环流，影响了CNC的正常工作。

故障排除：重新整理机床的接地系统，在纠正了接地错误后，机床恢复正常工作。

例5-19 故障现象：一台北京第二机床厂磨床，使用FANUC 0i-MB系统，自动模式下G00指令运行C轴时，C轴不移动，程序不往下执行，无报警信息。改用手动模式运行，用手轮移动C轴，机床正常。

故障诊断：使用常规方法进行检查，打开诊断画面，查看诊断号000～015，只有#001：MOTION（正在执行自动运转移动指令）为“1”，其他为“0”，一切正常。重新检查，以手动模式进行操作，用手轮来回移动C轴，发现速度很快时，机床报警411：C轴移动中的位置偏差量大于设定值。查看诊断号300检测轴位置的偏差量值为24，再查看参数1826（各轴的到位宽度）设定值为20。实际检测到C轴的偏差量＞C轴设定的位置偏差量。按复位键清除报警，重新快速移动C轴，记下几次411报警的300诊断值：51、80、22、78，由于几次实际检测C轴的偏差量相差很大，且无规律，应该不是参数1826设定问题，是硬件故障。故障产生的部位可能有：编码器、伺服放大器、编码器信号传输线、伺服电动机、伺服电动机动力线。从易到难，先检查伺服电动机动力线，无接触不良和发热痕迹；更换伺服放大器，故障依旧；当松开伺服电动机编码器插座时发现内有明显铜锈迹，用酒精和钢丝刷清洗，并用电吹风吹干后重新试机，诊断号300的值在停止时为“0”，故障排除。分析原因是由于编码器插座接触不良，造成位置反馈信号工作不稳定而出现411报警。

例5-20 故障现象：一台大宇T360加工中心，使用FANUC 21i-MB系统。机床在回参考点时Y轴不能向参考点方向移动，手动操作方式正常。 Y轴使用挡块式回参考点方式，在回参考点工作方式下，以特定的速度移动，当零位开关检测到信号，Y轴减速并停止。然后，Y轴通过挡块后，缓慢移动到第一栅格点的位置停止，这样就完成Y轴回参考点。出现Y轴不能向参考点回归方向移动的原因有：

1）速度太低。检查倍率开关：如果倍率在速度F0处，查参数1421（F0速度）为400；如果倍率在20%、50%和100%处，通过PMC状态（STATUS）画面，确认X33.6和X33.7（倍率开关输入地址）分别为1、0，0、1，1、1，都正常。再检查参数1404.1（参考点回归速度选择，如果为0高速），则查参数1420（高速设定值）值，为48000；如果为1（手动移动速度），则查参数1424（手动移动速度）值，为24000，也正常。

2）回参考点的起始位置太近，已经使零位开关检测到信号。用手轮把Y轴向参考点反方向移动一段距离，再回参考点，故障依旧。难道零位开关坏了？打开PMC状态（STATUS）画面，查到X9.1（Y轴零位开关地址）为“1”，用手轮大距离来回移动Y轴，X9.1信号不变化，证实了刚才的假设。打开X9.1零位行程开关，发现开关内部有很多冷却水，行程开关触头防水橡皮圈破损。更换一只新的行程开关，重新开机，Y轴回原点，机床正常。

例5-21 故障现象：北京613所生产的DK7732数控线切割机在使用过程中X轴丢步，加工完零件后机床不能回到坐标原点。

故障诊断：首先设备在工作过程中X轴的步进电动机声音特别大，怀疑步进电动机有问题，但是经单独检测电动机，电动机工作正常。其次可能是X轴的驱动电路有问题，对驱动线路板进行全面检查，发现光电耦合器TLP52124的输出电压与正常值不符（输入端的额定电压是114V，输出端的最大压降为014V），怀疑该元件损坏，更换后，驱动电路工作正常；但是设备故障仍然没有排除。经进一步检测，发现没有高频输出，怀疑高频发生器有问题，经检测，发现高频发生器电路中的7555和NE555集成电路损坏，更换后，设备工作正常。

例5-22 故障现象：北京电加工研究所生产的DK7732数控线切割机，在加工过程中发现钼丝带电。

故障诊断：首先怀疑某些部位联电。打开控制柜，先将灰尘清理干净。检测开关电源，其线路连接较好，没有短路或联电现象，工作正常；由于灰尘已经清理干净，检查控制线路板，没有发现线路板及元器件可能因为散热不好或元件老化引起的短路等现象，但故障依然没有排除。经与厂家沟通，怀疑此故障可能是由高频发生器引起，经检测高频发生器，发现场效应管IR2FP250N损坏。

故障排除：高频发生器中的场效应管损坏导致钼丝带电，更换IRFP250N型效应管，故障排除，设备正常工作。

例5-23 故障现象：铭龙C21600型数控雕刻机X轴不能移动。

故障诊断：因X轴不能移动，首先怀疑是X轴的机械传动或电气控制出现问题。将控制柜打开，将X轴的电动机驱动板分别与Y、Z轴的驱动板调换（3个驱动板型号规格相同，可以通用），通电后发现，X轴驱动板控制Y轴时，Y轴不能移动，控制Z轴时，Z轴不能移动，而此时X轴可以正常移动。所以，可以判断X轴的机械传动部分工作正常，可能是X轴的驱动板导致此类故障。卸下此板，单独进行检测，同时与其他两轴的驱动板比较各个参数。结果发现，驱动板上的大功率三极管的参数与正常值不符，怀疑三极管损坏。

故障排除：更换相同型号的元件，重新测试，与另外两个控制卡的参数完全相同。将控制板重新安装，启动机床，机床各轴工作正常，故障排除。

例5-24 故障现象：配备FUNAC 0i2B数控系统的美国哈挺42机床加工时出现“401”报警。

故障诊断：按照设备维修手册所提供的信息，引起“401”报警后需要检查项目有9项：

1）PSM控制电源是否接通？

2）急停是否解除？

3）最后的放大器JX1B插头上是否有最终插头？

4）MCC是否接通？

5）驱动MCC的电源是否接通？

6）断路器是否接通？

7）PSM或SPM是否有报警发生？

8）更换伺服放大器。如果伺服放大器周围的电源驱动回路没有发现问题，就更换伺服放大器。

9）更换轴控制卡。如果以上措施都不能解决问题，那么更换轴控制卡。

清除线路板上的灰尘，按照顺序，经现场检测，除8）和9）两项外，其他部位都工作正常，可以排除这7种原因引起故障的可能。仔细检查伺服放大器及其周围的驱动回路，检测各坐标轴驱动控制单元，发现X轴的驱动控制单元某个元件粘连。

故障排除：更换损坏元件，报警解除。