数控机床系统硬件故障检查与分析
故障检查过程因故障类型不同而异，但大体上有下列的一些方法。
一、常规检查
1．外现检查
系统发生故障后，首先进行外观检查，查找明显的故障，有针对性地检查有关元器件。在整体检查中注意空气开关、断路器、热继电器是否有跳闸现象，各熔断器是否有熔断的现象，各印刷电路板是否有元器件破损、断裂、过热现象，连接线是否有断线，插接件是否有脱落。还要检查开关的位置、电位器的设定、短路棒的选择是否与原来状态相同。并且注意观察机床在故障出现时，是否有噪声、振动、焦糊味、异常发热等现象。另外，冷却风扇是否旋转正常等。对于故障发生时有什么异常现象，操作人员如何操作，要进行详细地询问，这对分析故障的原因是十分重要。
2．连接电缆与连接线检查
针对故障有关部分，有一些简单的仪表或工具连接线是否正常，电线、电缆是否断裂，或电阻值是否增大等。尤其要注意经常活动的电缆或电线，由于受力可能断开。
3．连接端及接插件的检查
针对故障有关部分，检查它的相关的接线端子、单元接插件。这些部件容易松动、发热、氧化、电化学腐蚀，而出现断线或者是接触不好。
4．对在恶劣环境下工作的元器件检查
对于容易受热、受潮、受振动、粘灰尘或油污处，容易使器件出现老化或失效。对于这些地方要认真检查。特别是通风道，外表面很干净，但在通风道内，常常积存大量导电粉尘。某厂就是由于铁粉末堆积造成了整个伺服模块烧毁，损失数十万元。
5．易损部位的元器件检查
元器件易损部位应按规定定期检查；直流伺服电机电枢的电刷、整流子，测速发电机电刷、整流子都易磨损，而且是容易出现各种问题的部位，甚至损害了电机。对于纸带阅读机的光电读入部件以及光学元件透明度，也要特别进行检查。光敏元件及发光元器件的老化，都可以造成读带错误。
6．应定期保养的部件及元器件的检查
这些部件、元器件应按照规定及时进行清洗与润滑。如果不进行保养是很容易出故障的。
有的电机整流子已磨成了沟，电机转子由于电刷粉的吹入，造成放电，轴承缺润滑油，这些都是没及时维护造成的；冷却风扇长期不转，甚至通风道堵塞，风扇电机转不动，结果电机烧毁；转子由于轴承没有润滑，造成上下端盖过热，最后电机抱住，甚至电机烧损。
7．电源电压检查
电源电压检查是非常重要的环节。首先要检查电源电压是否正常，这是数控机床正常工作最重要的条件，只要电压不正常，必然造成故障停机，甚至造成系统工作状态紊乱。有很多在国外试过车的机床或试验台，运到国内安装后就是不正常，也经常是电源的问题。检查时，一定不要让事故扩大，保证局部可靠地进行电源检查，譬如先拿下负载，单独测量供电电压、各控制电压值，然后一点一点扩大测量范围。
电源组件功耗大，容易出问题，而大多数情况电源故障是由负载引起的。要注意熔断器更换，因为熔断线是保护过流的，在更换新的熔丝之前一定要消除负载引起过流的因素才行。检查电源时一方面检查电源的供电线路，也要检查由它供电的无电源部分是否得到了正确的电压，同时，还要检查那些不该得到电的部分是否也有了电，特别还要注意到是否真的得到了该电压。某厂一设备24V与5V电压插反了，可经过实际分析，24V根本没有加到5V线路上去。这样，忙着去换板、换片子就是多余。
二、故障现象分析法
故障分析是寻找故障的特征，它所涉及的专业面很广，根据捕捉到的现象进行分析，找出故障的规律，然后分析发生的原因。
某厂加工齿轮时，表面出现刀痕，机械维修人员肯定地说是电气的问题。但看过刀痕，却找不出规律，因此电气维作人员就主动地修电气，最后把相同的控制箱拿过来，还是出刀痕。这个问题直到对伺服系统的Z轴VCMD进行测量，才弄清楚是由于主轴的震动引起刀痕，Z进给为0，刀痕照样有，拆开主轴后，发现主轴前轴承破碎。还有一些过负荷报警是由于夹头不同心，造成装夹应力使工件主轴回转时阻力太大。或夹爪旋转机构失效造成干滑动磨损，从而加大了工件主轴回转时负荷扭矩等。总之，一个现象的出现，要求维修人员做出准确地判断。比如齿轮面有刀痕，我们可以切一个平面，看一看是否有刀痕，然后，再看一看刀架在Z方向是否有进给，这可以用磁性靠表来试验。有刀痕，但磁性靠表一动不动，这个合成运动一个方面不动，当然是另一方面了。所以，可以肯定是由于主轴振摆引起的不规律的刀痕。这个试验是电气人员已知Z轴无VCMD情况下，想要说明机械人员拆主轴而做的试验。对于电气人员来说，无Z轴VCMD已经说明问题了。
三、面板显示与指示灯分析法
面板显示提供的故障信息非常重要，自诊断系统提供了报警号及文字显示，一定要详细地分析这些信息。这些信息是通过计算机模拟系统给出的可靠的、科学的信息。面板上指示灯或印刷电路板上的指示灯只是粗线条地提供给我们一些故障的信息，但这些信息可以使我们比较快地找到故障发生的地点。
作为维修人员一定要熟悉报警表、报警内容，当然各种维修手册中都有这些详细的内容，但由于文字翻译的原因，大多数是看不太懂，尽可能找原文来对照看，真正准确地弄懂这个报警的确切含义，这是非常重要的，然后按着这个方向去考虑问题到底出在哪里。
关于对待这些信息的态度，就是一定要认真分析得到的信息。某厂由于工人插错了5V及24V插座，引起片子烧坏，经过现场反复试验，确认24V电压没有进人5V端子，但机器启动不起来，但从PC的编码器中看到了一条数据传输使能没有。就根据这个线索，从查找片子是否烧坏，立即转到检查RS—232C的接线端子，一下子就查到了第6号脚断线，这个就是传输使能，接上后设备就正常运转。通过这个例子也可以看出，如果一下子跑到片子被烧坏这条路上去，那么解决这个问题就会十分困难。
对于报警内容要经过各种试验来确定自己要查的方向。如果方向弄错了，就无法查出故障原因，同时也浪费了大量的时间。这里，最重要的是对数控机床的结构、控制方法非常清楚，这不仅要求懂原理，还要能总结出简单的几条。所以在没有任何资料与图纸的条件下，只有理论清楚，才有可能迅速查出故障，懂了理论就可以去指导实践。反过来，通过实践，更进一步提高理论上的认识。
四、系统分析法
这也是一种查找故障、缩小故障范围的方法。这种方法的要点就是弄清楚整个系统的方框图，特别是要清楚每一个单元的输入与输出信号。然后就测试这个单元的输入与输出，确定是否正常。有时，甚至分割开来，另外输入一个相应的信号来判断这个单元是否正常。如果输出不正常则可以肯定问题是在这个单元。单独供给输入信号时，要特别注意原来的信号的性质、大小、不同运行状态下它的信号状态以及它的作用。
确定是某一个单元之后，就要对这个单元内部状况及工作原理分析清楚，必要时，可以测绘出来这个局部的电气原理图。详细地分析各单元的输入输出关系。
某厂一个探伤机就出现过类似的情况。去分析每个单元，分析清楚它的输入输出关系，分析它的波形，最后找出了为什么交直流同时加入时，会出现晶闸管的错误触发。值得特别强调的就是输出是由输入引起的。观察、分析输入信号是非常重要的，一定要仔细分析造成输入错误的原因，绝不要把解决问题的重点放在输出。比如说，输出有严重的干扰，我们就想方设法去滤波、选频，在输出电路上大作文章，可是这不如在输入上加一个小小的电容，一切问题就都解决了。这种情况，在实际工作中肯定会碰到。
在这里还要说一下更换器件的问题，目前我们维修的差不多都是老设备，具体地说，ROM或RAM还采用双电压的，目前这种片子也找不到了，只能用买到的片子代换。换的时候要注意哪些问题，有很多书上都有一些介绍，但最主要的是时序问题，否则换上去也不好用。一定要把它们之间各脉冲出现的时间弄准确了，或者是用示波器看清楚了。至于管脚与电压就好办了，更换一下电平，用一个二层管脚座就可以解决问题。
系统分析法要求维修人员不但有踏实的理论基础，还要有较强的动手能力才行。
五、信号追踪法
追踪故障信号相关联的信号可能找到故障单元。按照控制系统方框图从前往后或从后向前检查有关的信号有无、性质、大小及不同运行方式的状态，与正常情况比较，看有什么差异或者是否符合逻辑。如果线路由各元件“串联”组成，对“串联”的所有元件和连接线都值得怀疑。在较长的“串联”电路中，适宜的作法是将电路分成两半，从中间开始向两个方面追踪，直到找到有问题的元件（单元）为止。两个相同的线路，可以对它们部分地交换试验。这个方法类似于把一个电机从某电源上拆下，接到另一个电源上试验电机。类似地，在其电源上另接一电机试该电源，这样可以判断出电机是有问题，还是电源有问题。但对数控机床来说，问题就不是那简单，交换一个单元一定要保证所处的大环节（如位置环）的完整性，否则闭环可能受到破坏，保护环节失效。调节器输入得不到平衡。例如，只改用Y轴调节器驱动X轴电机，若只换接X轴电机及转速传感器于Y轴调节器，而不改接X轴位置反馈于Y轴反馈上，改接X轴转速设定于Y轴调节器上（或在NC中改X轴号为Y轴号）给指令于Y轴，这时Y轴各限位开关失效，且X轴无位置反馈，可能机床一启动即产生X轴测量回路硬件故障报警，且X轴各限位开关也不起作用。
1．硬接线系统（继电器一接触器系统）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。
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 IO. 0、中间标志FO.1和来自NC的信号FO.2的逻辑控制。我们可以分别检查：IO. 0，FO.1，FO.2的状态，若IO．0=0，则外接开关不通。若FO.1=1，则要检查FO.1的软件线路。若FO.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多了。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使用的汇编语言，例如 PLC程序中多有触发器支持，有的置位信号都维护时间不长。有些环节动作时间很短，不仔细观察很难发现已起过作用，但状态的变化已经消失了。
3．硬接线的强制在追踪中可以在信号线路上加上正常情况的信号来测试后继电路，但这样做是危险的，因为这无形中忽略了许多连锁环节。因此要特别注意：
（1）把涉及到的前级线断开，避免所加的电源对前级造成的损害；
（2）尽量地移动可能移动的机床部分，使可以较长时间移动而不致于碰上限位，以免碰撞；
（3）弄清楚所加信号是什么类型，例如直流还是脉冲，是恒流源还是恒压源提供的；
（4）设定要尽可能小一些（因为有时运动方式与速度与设定关系很难确定）；
（5）密切注意可能忽略的联锁可能导致的后果；
（6）要密切观察运动的情况，勿使超程。
4．NC、PLC控制变量的强制
在PLC中可以强制输出1，可以强制使某一位为1，虽然程序中这一位不可能为1，这种强制得到的瞬间效果。若想对标志位或输出长期强制，最好的是在程序中清除它的定义程序段或使程序段虽有，而不被执行。在诊断出故障单元后，亦可利用系统分析法和信号追踪法把故障范围缩小到单元内部某一个部件，某一个芯片，或某一个元件。当然还可以用各种检测仪器对某一插件的故障定位。