数控系统故障分析与维修

1. 数控系统故障分析与维修 华中数控 孙海亮高级工程师 中职国培机械制造与控制专业

2. 主要内容 一、概述二、电源类故障 三、系统类故障 １．数控系统状态类故障 ２．数控系统显示类故障 ３．数控系统操作类故障 ４．数控系统操运行类故障

3. 一、概述 • 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。

4. 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：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。

5. 二 、电源类故障

6. FANUC 0i电源连接图

7. FANUC 0i 24V电源

8. 推荐的连接方法： 推荐的电源指标：

10. 不推荐使用的电路配置：

12. 1、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电柜门互锁触点闭合； ②外部电源切换触点闭合； 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

13. 维修要点： a.FANUC 6/11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。

14. 2、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。

15. 2）电源指示等亮，报警灯也消失，但电源不能接通。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

16. 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。

17. 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。

18. ③24VE的保险熔断 a.＋24VE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。

19. 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。

20. b.在拔掉任何一个＋5V电源负荷后，电源报警灯熄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。

21. ⑤系统的印刷电流板上有短路。 检查：用万用表测量＋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＋24VD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

22. 4、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。

23. 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。

24. 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。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。

25. 5、西门子系统电源单元故障维修要点 ①SIEMENS 大部分使用的是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。

26. 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。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。

27. 6、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

28. 7、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

29. 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

30. 8、在机床运行中，控制系统偶尔出现突然掉电现象8、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

31. 9、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：9、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

32. 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。

33. 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。

34. 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。

35. 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。

36. 三 系统类故障 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） ③系统没有启动 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。 ⑦CRT显示器坏或CRT显示板坏； ⑧电子盘或硬盘物理损坏 １．数控系统状态类故障

37. 运行或操作中出现死机 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 运行或操作中重新启动 ①接触不良 ②电压偏底 ③元气件运行不良 ④主CPU过热保护(温度过高)

38. ２．数控系统显示类故障 显示屏幕显示暗淡，但仍能加工 ①液晶屏已老化（更换液晶显示器或显示器灯管） ②控制模块不正常（更换显示控制模块） ③给背景灯提供电压的逆变器组件是否有高压输出， ④连接线是否松动 ⑤背景灯损坏，检查液晶屏背景灯管 ⑥亮度调节不对。 显示显示屏亮度太亮 ①环境温度影响（高温时亮度高，低温亮度低） ②亮度调节不当或控制亮度调节的电位器出现故障 ③显示缓冲板损坏

39. 显示屏画面抖动、晃动或有水波纹 ①接地断线或不正确，CRT/LCD受干扰引起 ②信号线连接松动或接触不良，屏蔽不好 ③ CRT/LCD内部故障 显示屏显示忽亮忽暗 ①数控系统环境比较恶劣高温潮湿易引起亮度调节 　电位器接触不良 ②背景光逆变器不良

40. 显示器屏幕上字符显示不正常或出现乱码 ①主板上的字符显示ROM是否装好 ② 主板故障（更换主板） ③系统文件被破坏或参数设置不合理 ④系统内部RAM数据出错，需对RAM进行初始化处理 ⑤系统内存不足或系统发生溢出 ⑥外部干扰

41. 主轴有转速但速度无显示 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 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 ②PLC程序错误 检查PLC程序中主轴速度和D/A输出部分的程序 ③速度控制信号电缆连接错误

42. 维修要点 ①根据维修经验，在FANUC系统中，系统无显示的硬件方面原因，除公共电源单元的故障外，一般都是由于连接不良引起的；显示回路、显示板元器件损坏的故障情况偶然存在，维修重点应检查显示器本身。 ②在SIEMENS系统中，无显示的故障偶然有发生，硬件方面由于810显示器与系统一体，因此，基本上可以排除连接方面的故障原因；显示回路显示板元器件损坏的故障情况偶然存在，维修时重点应检查显示器本身。

43. ③数控系统的CRT显示器驱动电路与电视机原理相同，故障多属于显示的行，均输出电路，维修时可以参照电视机的有关维修方法。③数控系统的CRT显示器驱动电路与电视机原理相同，故障多属于显示的行，均输出电路，维修时可以参照电视机的有关维修方法。 ④对于CRT一般的显示不良故障，如：亮度辉度同步幅度等问题，通过对于显示器的调节即可以解决，调节方法与电视机的调整相同。 ⑤LCD显示屏的故障主要是灯管及逆变器易损坏，灯管寿命一般1万～3万小时。 ⑥系统无显示的软件方面原因，一般以存储器出错居多，此类故障通过初始化及对系统参数、用户程序存储器进行清零后，系统显示可以恢复正常。

44. 事例1： 故障现象： 一数控系统，机床送电，CRT无显示，查NC 电源+24V、+15V、-15V、+5V均无输出 故障分析： 此现象可以确定是电源方面出了问题，所以可以根据电气原理图逐步从电源的输入端进行检查，当检查到保险后的电噪声滤波器时发现性能不良，后面的整流、振荡电路均正常，拆开噪声滤波器外壳发现里面烧焦，更换噪声滤波器后，系统故障排除。

45. 事例2： 　故障现象：一台数控车床配FANUC0-TD系统，在调试中时常出现CRT闪烁、发亮，没有字符出现的现象，我们发现造成的原因主要有： ①CRT亮度与灰度旋钮在运输过程中出现震动 ②系统在出厂时没有经过初始化调整 ③系统的主板和存储板有质量问题 解决办法可按如下步骤进行： 首先，调整CRT的亮度和灰度旋钮，如果没有反应，请将系统进行初始化一次，同时按RST键和DEL键，进行系统启动，如果CRT仍没有正常显示，则需要更换系统的主板或存储板。

46. 小结： 　数据系统不能正常显示的原因很多，当电源故障、系统CPU故障时，均可能导致系统不能正常显示；系统的软件出错，在多数情况下可能会导致显示混乱、显示不正常或系统无显示；当然，显示系统本身的故障是造成系统显示不正常的直接原因。因此，系统不能正常显示时，首先要分清造成系统不能正常显示故障的原因，抓住主要矛盾，不可以简单地认为只要系统无显示就是显示系统的故障。当由于系统电源、系统出错等原因造成系统不能正常显示时，应首先对其它相关部分进行维修处理。

47. ３．数控系统操作类故障 按下数控系统启动按钮,系统不启动： 1）系统输入电源故障或系统电源模块损坏； 2）控制电路故障；(断路、短路、接触器、继电器、按 钮、接线端子损坏或接触不良) 3）数控系统ＰＬＣ没有加载或与控制器不符； 4）数控系统内部故障(CPU、存储器、软件)。

48. 操作键盘不能输入或部分不能输入： 1）控制键盘芯片出现问题； 2）系统文件被破坏； 3）主板电路出现问题； 4）CPU出现故障。 　　　　５）输入/输出接口板故障; 　　　６）检查+24V电源是否正常。 输入输出不正常 1）I/O单元出现故障； 2）外部干扰； 3）I/O控制板电源没有接通或电压不稳。 　　　　４）输入/输出接口板故障; 　　　　５）检查+24V电源是否正常。

49. 参数丢失(机床参数、梯形图丢失) １）电池电压低(换电池) ２）主印刷电路板或存储板故障(换板) ３）存储器(闪存、电子盘、硬盘、存储卡) 不良 ４）操作失误 ５）干扰 ６）机床突然断电 　　注意： 系统参数的设定很重要，如果系统参数设置错误，就会引发各种各样的故障现象如： 系统不能正常启动；不能正常运行；螺纹加工不能够进行；系统显示不正常；死机等。

50. 机床油泵、冷却泵没有启动或启动后没有油、 冷却液输出或输出流量较小 ①输入/输出板或回路出现故障 ②电机电源相序不正确