数控机床故障排除：完整的分步指南

介绍

为什么高科技商店会因为一台重要机器故障而停摆？主轴每停机一分钟都会损失利润，并给交付承诺带来负担。一台三轴铣床或车削中心的拥有成本和每小时的使用成本可能高达数百美元。

停机时间一旦延长，代价将不菲。积极的一面是，大多数故障都有可预测的模式。只要您能够了解这些模式并采取一致行动，就能在数小时内而不是数天内恢复生产。

本指南为您提供数控机床故障排除的完整指南。您将找到故障原因，修复缺陷，并防止问题再次发生。 数控系统 立式加工中心 即使在长时间生产过程中，Yangsen 也能保持严格的公差。

数控机床基础知识

关键机械部件

加工中心安装在重型铸铁或钢制底座上。底座具有减震功能，并支撑导轨，使工作台能够沿 X、Y 和 Z 轴移动。滚珠丝杠连接到每个轴电机上，使工作台或主轴头能够从旋转运动转换为直线运动。滑块通过直线导轨或箱式导轨保持直线运动。

机床以主轴为中心。主轴拾取刀具，高速旋转，并必须保持刚性。常见的主轴是陶瓷或钢制轴承，内填充油脂或油气混合气。ATC（刀具更换器）无需操作员协助即可更换刀具。在铣床上，ATC 可能是旋转式或链条式。在车床上，ATC 通常是一个刀塔。

构建系统化的故障排除工作流程

安全第一

锁定电源。关闭主断路器并挂锁。排出管路中的空气。张贴标签，警告他人不要启动机器。不要仅依赖控制器的紧急停止按钮。杨森的 卧式加工中心 让您在一次设置中切割多个面并保持尺寸。

获得明确的基线

● 观察并聆听。电线松动、烧焦的气味、滴落的冷却液或剥落的油漆通常都表明存在问题。

● 检查控制器的诊断页面。记录电压、轴负载、主轴负载、油压和气压。

● 记录所有当前和过去的警报。许多控制器会存储最近的 100 条警报；滚动浏览它们以发现规律。

使用根本原因分析

正式的方法胜过猜测。“5个为什么”方法就很有效：

1. 为什么 轴停了吗？因为伺服驱动器警报触发。

2. 为什么 警报器响了吗？因为电流突然增大。

3. 为什么 电流为什么会突然上升？因为滑梯卡住了。

4. 为什么 卡住了吗？碎屑都塞在导轨盖里了。

5. 为什么 薯片包装了吗？因为包装破了，没有更换。

记录一切

记录日期、症状、根本原因、所用部件以及耗时。简单的日志可以帮助下一位技术人员更快地解决相同的故障。它还能显示可能预示设计缺陷或培训需求的模式。

快速参考故障排除表

与电源相关的问题及修复

电压不一致或断路器跳闸

CNC 控制器需要稳定的电压，误差在 ±5% 以内。使用真有效值万用表测量每条支路的电压。如果一条支路电压下垂，驱动器可能会复位，或者控制器可能会锁死。检查设备供电，然后检查主箱中的接线片是否松动。如果市电电压经常波动，请更换磨损的断路器并考虑使用稳压器。

电缆、连接器或接地故障

检查电源线绝缘层是否有裂纹。接线片下方的烧痕表明连接松动。请按制造商标明的扭矩值拧紧。接地缺失会导致噪音进入控制系统，使随机故障难以追踪。测量机架到工厂地线的电阻；该电阻应低于1欧姆。

紧急停止和过载电路

如果急停电路无法通电，请用仪表测量每个开关和继电器。门开关内的水或冷却液可能会导致触点短路。如果廉价的塑料急停按钮卡住，请更换。在较旧的机器上，继电器线圈可能出现故障；请更换已知良好的部件。

预防技巧

● 所有相位上的电涌抑制器可保护驱动器免受雷击。

● 小型不间断电源可使控制器保持足够长的运行时间，以便在断电时使轴停止运行。

● 给每个断路器和保险丝贴上标签，以便夜班技术人员能够快速采取行动。

机械问题和纠正措施

振动或噪音过大

在主轴箱上安装一个袖珍型振动计。将读数与制造商的规格进行比较。振动过大通常可能源于：

● 不平衡： 刀架未达到高转速所需的平衡。

● 腰带松垮： 磨损或松弛的皮带会拍打滑轮。

● 轴承磨损： 凹坑球或滚球会产生咆哮声。

通过使用平衡刀柄并从冷却液喷嘴中排出切屑来纠正不平衡。拧紧或更换皮带。如果轴承噪音仍然很大，请在轴承磨损损坏零件之前拉出主轴进行重建。当大型零件需要强力切削时， 龙门加工中心 为您提供符合规格的刚度和伸展度。

轴错位和间隙

用测试指示器扫过主轴鼻端检查主轴箱的走行。如果读数变化超过0.0008英寸，则需在主轴箱头部加垫片。对于反向间隙，请根据指令移动轴，并观察工作台上的千分表。如果运动开始较晚或停止较早，则反向间隙较大。在小型机器上调整滚珠螺母的预紧力；在大型机器上，请在控制系统中添加螺距误差补偿。

主轴过热

触摸主轴鼻。感觉应该温热，而不是烫手。高于室温 30°F（约 13°C）时应引起注意。检查冷却液流量、皮带张力和刀具负载。对于润滑脂填充的轴承，过多的润滑脂也会导致发热。如果润滑脂流动良好但温度仍然升高，请考虑更换轴承。

滚珠丝杠及导轨润滑

滚珠丝杠需要薄油膜。如果润滑油管路堵塞，丝杠会干涸并快速磨损。请拆除润滑油管路，用干净的溶剂冲洗，然后再换上新油。每六个月更换一次刮水器，以防止碎屑进入。

刀具和切削问题

刀具磨损、崩刃和破损

使用10倍放大镜。正常的后刀面磨损表现为刀刃上出现亮面。崩刃是指刀刃断裂成小块。断裂是指刀刃完全断裂。原因包括：

● 对于硬质合金牌号来说，速度太高。

● 进给太少，导致工具摩擦而不是切割。

● 间断切割会震动刀刃。

如果出现重复崩刃，请将主轴转速降低10%，进给提高5%，并使用韧性更高的刀具材质。务必使用冷却液将切屑排出。

表面光洁度差

径向跳动会导致金属撕裂。用十分位指示器测量径向跳动。如果超过0.0002英寸，请清洁锥度、更换拉钉或丢弃刀柄。如果表面仍然看起来暗淡，请进行第二次粗加工，以确保精加工刀具获得均匀的切屑负载。

错误的进给和速度

在按下循环开始按钮之前，计算表面进给率 (SFM) 和切屑负荷。6061 铝合金加工时，1/2 英寸立铣刀通常需要 800 SFM 的进给率和 0.004 英寸/齿的切屑负荷。对于开槽加工，进给率应减半。请使用进给率和速度图表或在线计算器，切勿猜测。

排屑

粘稠的切屑会缠绕刀具、滞留热量并刮伤刀具壁。对于深度超过三倍直径的钻头，应编写啄钻循环。添加贯穿刀具的冷却液或吹气。每周清洁冷却液箱中的过滤器；许多车间都会忽略这项简单的任务。

编程和控制错误

G代码拼写错误和语法错误

X0.1 中缺少小数点会变成 X1.0，从而导致工作中断。务必在 CAM 软件包中回溯代码。然后使用单程序段和 5% 的快速倍率运行毛坯上方的第一个零件。注意每一行代码。

后处理器和CAM输出

每个控制器都需要一个与其语法匹配的后处理。Fanuc 后处理可能发送机器能够理解的代码，但西门子或 Mazak 控制器可能会误读这些代码。请保持后处理库的更新。每次重大 CAM 更新后都要进行验证。

坐标偏移

尽可能使用探针设置工件偏移。手动寻边器虽然有效，但难免出错。归位后，缓慢移动每个轴以限制其停止，并听取是否平稳停止。如果停止时遇到阻力，则需要调整归位位置。有些控制器允许您通过简单的菜单重新设置网格偏移。

备份程序

每周将参数、宏变量和程序备份到U盘。将另一份备份存放在异地。如果内存出现问题，你会感谢自己多花了五分钟的时间。

伺服和运动控制故障

伺服驱动器警报

伺服警报通常表示过流或过压。请检查驱动器的 LED 指示灯代码。大多数制造商会将指示灯含义印在驱动器盖板上。如果电流过高，请检查轴是否卡住或电机电缆是否短路。如果电压过高，则可能是再生电阻断路。

编码器反馈丢失

编码器通过屏蔽电缆发送位置信息。松散的屏蔽层会像天线一样发挥作用。请将电机电源线和编码器线分别放在不同的线管中。更换浸油的连接器。如果仅在冷却液流动时出现错误，请检查电缆末端是否有油浸现象。

轴跟随误差

控制器发送目标路径。如果轴的滞后超过误差限值，则驱动器出现故障。故障原因包括导轨干燥、联轴器磨损或伺服增益低。请给导轨表面涂抹润滑脂，拧紧联轴器，然后运行自动调谐程序（如果控制器提供该程序）。

调整和校准

更换电机或驱动器后，进行阶跃测试。观察位置图。良好的调校应快速达到指令值，停止时不反弹，并保持平稳。小步增加比例增益，直到出现轻微过冲，然后降低。增加积分增益以消除稳态误差。记录最终值。

气动和液压故障

低压和泄漏

半握把卡住的拉杆通常表示气压不足。请阅读调压器。其压力应与主轴规格表上的压力一致，通常为 85 至 90 psi。更换生锈或有水渍的过滤器。在潮湿的气候条件下，请使用空气干燥器。使用 数控钻床，专为短周期和清洁切屑而设计。

执行器滞后

液压夹具需要时间才能达到设定压力。如果托盘交换器在旋转过程中停止，请检查慢速排气阀。如果油呈乳白色，则表示混入了水。请更换油并修理排气阀。

过滤器和调节器保养

每切割1000小时更换一次空气滤清器。用油漆笔在机身上标记每次更换。检查调节器是否蠕变；如果流量停止时出口压力上升，则阀座泄漏。请更换调节器，以免损坏下游密封件。

环境和操作员因素

温度和湿度

大多数控制器的额定电子元件寿命为 95°F（35°C）。超过此温度，电容器的寿命会缩短。如果车间经常出现高温，请安装一个小型柜式空调。在寒冷的车间，机器预热时会形成冷凝水。停机后保持主轴风扇运转，以干燥水分。

外部振动

锻锤、冲床，甚至是繁忙的过道都可能震动高精度轧机。请使用地面地震仪检查振动情况。如果振动超过制造商的极限，请铺设单独的垫块或添加橡胶隔振器。

操作员技能和培训

碰撞日志显示，新员工通常会在90天内引发首次碰撞。设置“影子日”，让实习生观察经验丰富的操作员如何写入偏移量并装载工具。每季度进行一次技能复习。自信的操作员能及早发现小问题。 雕铣机 将精细的细节工作与强大的金属去除能力结合在一个装置中。

预测性维护工具

振动分析

将加速度计安装到主轴、轴承和电机上。趋势读数。总速度的上升或轴承通过频率的峰值会提前数月发出警告。应安排维修，而不是被动应对。

热成像

手持式红外热像仪可标记电机、断路器和轴承中的热点。每月拍摄一次图像。如果出现面积超过两平方英寸的新热点，则需要立即采取行动。

油和冷却液分析

将主轴油样品送至实验室。铁含量高表明磨损严重。含水量应保持在500 ppm以下。对于冷却液，应将浓度保持在制造商规定的范围内，通常为6%至10%。监测pH值；低pH值会导致生锈，高pH值会损害皮肤。

机器监控软件

现代控制系统通过以太网传输数据。仪表盘软件记录正常运行时间、进给速率和警报。它会突出显示重复出现的故障，以便您专注于高价值的修复。有些系统会发送文本警报，以便夜班人员能够快速响应。

减少停机时间的预防策略

每日、每周和每月的清单

● 日常的： 擦拭窗户、清除碎屑、检查油位、排出空气管路中的水。

● 每周： 清洁冷却液箱过滤器，测试主轴风扇，检查刮水器。

● 每月： 提取振动数据、备份程序，并用花岗岩方尺验证轴线方尺。

在机器附近张贴检查清单。在每行上签名并注明日期。管理人员可以扫描日志以发现差距。

备件管理

存放传动带、保险丝、限位开关、备用风扇和一个伺服放大器。如有需要，请在每个零件上贴上机器型号和参数设置标签。先进先出的原则可防止零件在货架上老化。

持续改进文化

每次失败后，召集全体人员。问三个问题：

1. 什么失败了？

2. 为什么会失败？

3. 我们如何才能阻止这种事情的重演？

更新标准工作表。对员工进行变更培训并标记修订日期。

结论

CNC 机床集精密机械、智能软件和精密电子技术于一体。每个部件都可能出现故障，但对于经验丰富的专业人士来说，每个部件都会留下清晰的线索。安全操作，收集事实，追踪根本原因，进行修复，然后记录经验教训。将基本的日常维护与现代预测工具相结合，就能将事故转化为罕见事件。