数控系统常见故障与分析

•目前数控系统种类繁多，形式各异，组成结构上都有各自的特点。这些结构特点来源于系统初始设计的基本要求和工程设计的思路。•对于不同的生产厂家来说，在设计思想上也可能各有千秋。有的系统采用小板结构，便于板子更换和灵活结合，而有的系统则趋向大板结构，使之有利于系统工作的可靠性，促使系统的平均无故障率不断提高。•无论哪种系统，它们的基本原理和构成是十分相似的。•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：•硬件控制系统是以微处理器为核心，采用大规模集成电路芯片、可编程控制器、伺服驱动单元、伺服电机、各种输入输出设备（包括显示器、控制面板、输入输出接口等）等可见部件组成。•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、加减速控制、位置控制、伺服控制、键盘控制、显示控制、接口控制等控制软件及各种参数、报警文本等组成。数控系统出现故障后，就要分别对软硬件进行分析、判断，定位故障并维修。一、电源类故障1、强电电源：变压器、伺服、变频器；冷却、润滑、刀库、刀架电机；2、控制类电源：伺服、变频器；PLC及其接口电路；CNC、电源模块。主回路分析：普通车床强电回路电源回路图电源电路分析：FANUC0i电源连接图FANUC0i24V电源推荐的连接方法：推荐的电源指标：不推荐使用的电路配置：①外部电源开关未接通；②电源进线熔断器熔芯断或机床总熔断器熔芯断；③机床电源进线断；④机床总电源开关坏；⑤控制变压器输入端熔断器熔芯断(或断路器跳)；⑥指示灯控制电路中熔断器熔芯断或断线；⑦电源指示灯灯泡坏。1.接通总电源开关后，电源指示灯不亮。2.强电部分接通后，马上跳闸。①机床设计时选择的空气开关容量过小，或空气开关的电流选择拨码开关选择了一个较小的电流；②机床上使用了较大功率的变频器或伺服驱动。3.FANUC输入电源故障FANUC的数控系统，一般采用FANUC公司生产的“输入单元”模块，通过相应的外部控制信号，进行数控系统、伺服驱动的电源的通、断控制。电源接通条件如下：①电柜门互锁触电闭合；②外部电源切换触电闭合；③MDI/CRT单元的电源切断OFF按钮触电闭合；④系统电源模块无报警，报警触点断开。不符合以上条件之任何一条,则会出现电源断电故障维修要点：a.FANUC6/11等系统的电源输入单元的元器件，除熔断器外，其他元器件损坏的几率非常小，维修时切勿轻易更换元器件。b.在某些机床上，由于机床互锁的需要，使用了外部电源切断信号，这时应根据机床电气原理图，综合分析故障原因，排除外部电源切断的因素，才能启动。4.CNC电源单元不能通电（FANUC）1）当电源单元不能接通时，如果电源指示灯（绿色）不亮。①电源单元的保险熔断；a.输入高电压b.元器件损坏，造成短路或过流②输入电压低；检查输入电压，电压的允许值为AC200V±10%,50HZ±1HZ。③电源单元不良，元器件损坏。2）电源指示等亮，报警灯也消失，但电源不能接通。电源接通条件如下：①电源ON按钮闭合②电源OFF按钮闭合③外部报警接点打开3）电源单元报警灯亮①24V输出电压的保险丝熔断a.9”显示器屏幕使用＋24v电压，＋24v与地短路b.显示器/手动数据输入板不良，或短路。②电源单元不良检查步骤：a.把电源单元的所有输出插头拔掉，只留下电源输入线和开关控制线。b.把机床所有电源关掉，把电源控制部分整体拔掉。c.再开电源，此时如果电源报警灯熄灭，那么可以认为电源单元正常，而如果电源报警灯仍然亮，那么电源单元坏。注意事项：16/18系统电源拔下的时间不要超过半小时，因为SRAM的后备电源在电源单元上。③24V的保险熔断a.＋24V是提供外部输入/输出信号用的，参照下图检查外部输入/输出回路是否短路。b.外部输入/输出开关引起＋24V短路或补充I/O板不良。④5V电源负荷短路检查方法：a.把＋5V电源所带负荷一个一个地拔掉，每拔一次，必须关电源再开电源。b.在拔掉任何一个＋5V电源负荷后，电源报警灯熄灭，那么可以证明该负荷及其连接电缆出现故障注意事项：当拔掉电机编码器的插头时，如果是绝对位置编码器，还需要重新回零，机床才能恢复正常。⑤系统的印刷电流板上有短路。检查：用完用表测量＋5V,±15V,+24D与0V之间的电阻必须在电源关的状态下测量。a.把系统各印刷板一个一个的往下拔，再开电源，确认报警灯是否再亮b.如果当某一印刷板拔下后，电源报警灯不亮，那就证明该板有问题，需更换该板或维修c.对于O系统，如果＋24D与0V短路，更换时一定要把输入/输出板与主板同时更换d.当计算机与CNC系统进行通信作业，如果CNC通信接口烧坏，有时也会使系统电源不能接通5.电源开关与机床开关后，电源不能接通。①电源输入端熔断器熔芯熔断或爆断(或自动开关跳闸)②机床电源进线断③机床总电源开关或电源开关坏④电气控制柜门未关好，开门断电保护开关动作⑤电气控制柜上的开门断电保护开关损坏或关门后与碰块接触不良6.控制电源故障：①控制变压器无输入电压（输入端保险烧断或断路器跳）原因：变压器内部短路、过载线短路，电流过大②无DC电流输出原因：因直流侧短路、过流、过压、过热等造成整流模块或直流电源损坏；整流电路有断线或接触不良③电源连接线接触不良或断线④控制变压器输入电源电压过高过低（超过±10%）或电压浪涌⑤控制变压器损坏原因：熔断器，断路器的电流过大，没有起到保护作用；电源短路，串接；负荷过大，内部绕组短路，短路等。⑥控制变压器副边熔断器熔断或爆断7．I/O无输入信号，＋24V电源报警①＋24V电源保险烧坏I/O输入短路，检查输入＋24V电源是否对地短路，排除故障；更换保险。②I/O无输入信号8.系统不能正常上电，且输入/输出板上有严重的烧毁痕迹维修：更换输入/输出板9.在机床运行中，控制系统偶尔出现突然掉电现象原因：电源供应系统故障维修：a.更换系统电源b.更换电源输入单元10.系统工作半个月或一个月左右，必须更换电池，不然参数有可能丢失：原因：电池是为了保障系统在不通电的情况下，不会丢失NC数据维修：a.检查确认电池连接电缆是否有破损b.存储板上的电池保持回路不良,请更换存储板。c.电池质量不好，更换质量较好的电池11、伺服电源故障①伺服变压器输入端断路器跳闸：原因：过流、短路、断路器内部故障等。②机床进行预启动操作后，伺服变压器控制接触器未吸合：原因：a.机床操作面板上预启动按钮接触不良或损坏；b.控制电路接触不良，连接不好或断线；c.接触器接触不良或损坏。③伺服变压器温控开关断开：原因：a.电气控制柜过热，伺服变压器温度升高，伺服变压器内部温控开关断开；b.负载过重引起伺服变压器温度升高。④伺服变压器电源电路断路器跳闸或副边无输出电压原因：伺服变压器损坏（内部短路、断线、输出电路短路等）⑤伺服放大器无电源原因：伺服变压器输出端接触器未吸合12.FANUC电源模块（单元）不良维修要点：①根据维修经验，在FANUC系统中，电源单元故障的原因多发生在电网供电不良的地区。由于加工过程中的外部突然断电或在工厂自发电供电的情况下工作，是引起电源单元故障的主要原因。②在一般情况下，电源单元的故障以进线的浪涌吸收器（VS11）的故障居多。当VS11故障，但维修现场无器件时，为了保证机床的正常生产，通常的做法是暂时取消VS11，确保机床的使用，待备件到位后，再予以更换。③在电网电压波动太大：（特别是自发电的场合），也有整流桥、开关管、滤波电容、续流管损坏的情况。对于以上器件，在无备件时，一般可以直接利用同规格的整流桥、开关管、电容、续流管进行替代。④FANUC电源单元的+24E熔断器熔断，是机床维修过程中经常遇到的问题之一：这一故障引起的原因一般与系统本身无关，属于系统外部故障。⑤＋24E为系统提供外部（机床侧）输入、输出信号使用电源：熔断器熔断一般是由机床侧的输入、输出信号对地短路引起的。⑥为了确定短路的大致范围，维修时可以通过逐一取下系统I/O信号连接插头M1、M2、M18、M19、M20等，进行检查，以缩小故障范围。⑦机床侧的可动部位的接线（如：车床的脚踏开关、操作面板上的波段开关），液压、冷却系统的输入、输出信号是容易引起短路的场合，维修时可进行重点检查。⑧继电器线圈两侧并联的保护二极管方向，更换时必须十分仔细，防止出错。13.西门子系统电源单元故障维修要点①SIEMENS810M由于使用的是DC24V电源，因此电源回路相对比较简单，故障原因多数是内部熔断器、保护二极管等元件损坏。②判定810系统电源是否存在故障的方法较简单，可以在系统加入DC24V电源后，通过直接短接系统的NC-ON触点进行检测。短接后若系统正常启动，显示器工作，证明系统单元无故障；否则应对系统电源单元进行维修。③由于810风机与系统在内部采用了独立的供电回路，因此，即使风机正常工作，只能代表外部DC24V供电正常，但不能代表系统内部电源的工作正常。④SIEMENS其他型号的数控系统（如3、8、850、880等），其电源控制方式与810系统基本相同，维修时可以参照进行。事例1：故障现象：一台进口卧式加工中心，开机时屏幕一片黑，操作面板上的NC电源开关已按下，红、绿灯都亮，查看电柜中开关和主要部分无异常，关机后重开，故障一样。故障分析：经查，确定其电源部分无故障，各处电压都正常，仔细检查发现数控系统有多处损坏，在更换了显示器，显示控制板后屏幕出现了显示，使机床能进入其它的故障维修。事例2：故障现象：一立式加工中心，开机后屏幕无显示。分析：该加工中心使用进口数控系统，造成屏幕无显示的原因有很多，经对故障进行了检查，后确认系统提供的外部电源是正确的，但主板上的电压不正常，时有时无，可以确认是因主板故障造成，因此进行了更换，更换主板后系统有显示，由于主板更换后参数需要重新设置，按系统参数设置步骤，对照机床附带的参数表进行了设置调整后机床正常。屏幕上无显示的故障原因很多，首先必须找出原因排除,如还有其他故障，根据机床的报警和其他故障信息作出处理。事例3：故障现象：一加工中心，开机后打开急停，系统在复位的过程中，伺服强电上去后系统总空开马上跳闸。分析：该加工中心使用国产数控系统，经对故障进行了检查分析，首先怀疑是否是空开电流选择过小，经过计算分析后确认所选择的空开有点偏小，但基本符合机床要求，然后用示波器观察机床上电时的电流的变化波形，发现伺服强电在上电时电流冲击比较大，也就是电流波形变化较大，进一步分析发现由于所选伺服功率较大，且伺服内部未加阻抗等装置，在使用时须外接一电抗与制动电阻，电气人员在设计时加了制动电阻，为了节省成本没有使用阻抗。按照要求加上阻抗后，系统上电恢复正常。小结：①数控机床由于采用的控制系统品种较多，电源接通、断开的控制要求各不相同，对于不同机床、不同的系统、维修时应根据机床与系统的实际情况，分别进行处理。②机床维修者必须熟悉各种系统的电源通/断控制要求，维修时做到心中有数。③对于控制较复杂的机床，不仅要掌握系统的电源ON/OFF要求，而且还必须对照机床电气原理图进行维修处理，除非万不得已，不得更改机床的原始操作方式和原始设计功能。④维修数控机床是多方位的，既要掌握系统生产厂家推荐的线路与控制方法，还必须根据机床、系统的实际情况灵活处理，不可教条。1.数控系统电源接通时无画面显示①显示器信号线电缆或电源线连接不良或断线；②电源单元故障，显示器无供电电源；（CRT灯丝不亮，LCD无背景光）③CRT显示器坏或CRT显示板坏；④LCD屏、LCD逆变器或LCD灯管坏；⑤主印刷电路板故障；⑥亮度调节不对。二系统显示类故障2.运行或操作中出现死机或重新启动①参数设置错误或参数设置不当所引起②同时运行了系统以外的其他内存驻留程序③系统文件受到破坏或者感染了病毒④电源功率不够⑤系统元器件受到损害3.主轴有转速但CRT速度无显示①主轴编码器损坏②主轴编码器电缆脱落或断线③系统参数设置不对，编码器反馈的接口不对或者没有选择主轴控制的有关功能4.主轴实际转速与所发指令不符①主轴编码器每转脉冲数设置错误确认主轴编码器每转脉冲数是否设置正确②PL