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当今控制理论与自动化技术的高速发展，尤其是微电子技术和计算机技术的日新月异，使得数控技术也在同步飞速发展，数控系统结构形式上的PC基、开放化和性能上的多样化、复杂化、高智能化不仅给其应用从观念到实践?带来了巨大变化，也在其维修理论、技术和手段上带来了很大变化。下面就GCL-15型数控机床出现的几个具体故障实例进行探讨。
1、 故障现象
GCL-15型数控车床，采用FANUC OT数控系统。X 、Z分别采用 FANUC5、10型AC伺服电动机驱动，主轴采用 FANUC 8S AC主轴驱动。车床带液压夹具、液压支架和15把刀的自动换刀装置，全封闭防护，自动排屑。车床本身价格高、精度好。
该车床发生的故障现象为：车床开机时全部动作正常，伺服进给系统高速运动平稳、低速无爬行 ， 加工的零件 精度全部达到要求。当车床正常工作 5-7h 后 ，Z 轴出现剧烈振荡 ，CNC 报警 ， 车床无法正常工作。这时，即使关机再启动 ，只要手动或自动移动Z轴，在所有速度范围内，都发生剧烈振荡。但是，如果关机时间足够长，车床又可以正常工作5-7h，并再次出现以上故障，如此周期性重复。
2、故障分析
根据以上故障现象，分析其原因不外乎与Z轴有关的机械、电气两个方面。在机械方面，可能是由于贴塑导轨的热变形、脱胶，滚珠丝杠、丝杠轴承的局部损坏或调整不当等原因引起的非均匀性负载变化，导致进给系统的不稳定。在电气方面，可能是由于某个元件的参数变化，引起系统的动态特性改变，导致系统的不稳定等。
鉴于本车床采用的是半闭环伺服系统，为了分清原因，维修的第一步是松开 Z 轴伺服电动机和滚珠丝杠之间的机械联接。在Z轴无负载的情况下，运行加工程序，以区分机械、电气故障。经试验发现：故障仍然存在，但发生故障的时间有所延长。因此，可以确认故障为电气原因，并且和负载大小或温升有关。
由于数控车床伺服进给系统包含了CNC 、伺服驱动器、伺服电动机三大部分， 为了进一步分清原因， 维修的第二步是将CNC的X轴和Z铀的速度给定和位置反馈互换 (CNC的M6与M8，M7与M9互换)，即：利用CNC的X轴指令控制车床的Z轴伺服和电动机运动 ，CNC的Z轴指令控制车床的X轴伺服和电动机运动，以判别故障发 生在CNC或伺服。经更换发现，此时CNC 的Z轴(带X轴伺服及电动机)运动正常，但X轴(带Z轴伺服及电动机)运动时出现振荡。据此，可以确认：控制Z轴的CNC正常，故障在Z轴伺服驱动或伺服电动机上。
考虑到该车床X 、Z轴采用的是同系列的AC伺服驱动，其伺服PCB板型号和规格相同，为了进一步缩小检查范围，维修的第三步是在恢复第二步CNC 和 X 、Z伺服间的正常连接后，将 X 、Z 的PCB板经过调整设定后互换。经互换发现 ， 这时 X 轴工作仍然正常 ，Z 轴故障依旧。可见 ，Z 轴的 PCB 板正常。
根据以上试验和检查，可以确认故障是由于Z轴伺服主回路或伺服电动机的不良而引起的。经以上维修，车床恢复了正常。
3、实例分析
数控车床的 “软故障”是维修过程中最难解决的问题之一。在条件许可时 ， 使用“互换法 ”可以较快地判别故障所在，而根据原理进行分析，是解决问题的根本办法。维修人员应根据实际情况，仔细分析故障现象，才能判定 故障原因，并加以解决。
（1）故障现象一是CRT 显示 414# 报警。报警信息为：
SERVO ALARM:X －－－AXIS
DETECTION SYSTEM ERROR
同时 ，伺服驱动单元的LED报警显示码为点亮。故障分析与处理通过查看系统维修说明书可知：414# 报警为“X 轴的伺服系统异常，当错误的信息输出至 DGN0720 时，伺服系统报警”。根据报警显示内容，用车床自我诊断功能检查车床参数 DGN072 上的信息，发现第 4 位为 “1”，而正常情况下该位应为“0”。现该位由“0” 变为 “1”则为异常电流报警，同时伺服驱动单元LED 报警显示码为点亮 ，也表示该伺服轴过电流报警。检查伺服驱动器模块 ，用万用表测得电源输入端阻抗只有6Ω，低于正常值，因而可判断该轴伺服驱动单元模块损坏。更换后正常。
（2）故障现象二转塔刀架在换刀过程时出现 2011# 、2014# 报警：
故障分析与处理查看电气使用说明书可知2011# 报警表示转塔有故障，2014# 报警指转塔未卡紧。可能是由于精定位时接近开关未发出信号，电磁铁不能锁紧。利用 FANUC 系统具有的PLC 梯形图动态显示功能，发现精定位接近开关 X0021.2 未亮 ( 没有接通) 。拆下此开关并检查，通断正常。估计是接近开关与感应块的距离不当造成的。调整两者的距离使它们保持適当的距离0.8mm，再查看X0021.2信号通断正常，转塔刀架能正常使用。
（3）故障现象：主轴不能定向，负载表指针达红区，08＃报警。
故障检查及分析：查车床维修手册，08＃报警为主轴定位故障。根据维修手册的要求，我们打开车床电源柜，在交流主轴控制器线路板上，找到了7个发光二极管（6绿1红）。这7个指示灯（从左到右）分别表示；①定向指令；②低速档；③磁道峰值检测；④减速指令；③精定位；③定位完成；以上为绿色）；⑦试验方式。
观察这7个指示的情况如下：l＃灯亮，3＃、5＃灯闪烁。这表明定位指令已经发出；磁道峰值已检测到；定位信号也检测到；但是系统不能完成定位，主轴仍在低速运行，故3＃、5＃灯不断闪烁。调节主轴控制器上的电位器RV5、RV6、RV7，仍不能定位。
从以上情况分析，怀疑是主轴箱上的放大器有问题。打开主轴防护罩检查放大器时，发现主轴上的刀具夹紧油缸软管盘绕成绞形，缠绕在主轴上，分析这个不正常的现象，我们判断就是该软管盘绕致使主轴定位偏移而不能准确定位，造成08＃报警。
解决方法：将该软管卸下捏直后装好，又将主轴控制器中的调节器RVII（定位点偏移）进行了重新调节。故障排除，报警消失，车床恢复正常运行。
4、结语
数控车床自身所具有的明显优势（高速化，大功率，高效率，长寿命等）使得它在工业中的应用前景极为乐观，随着数控技术进一步的开发和利用，我们深信，它必将在机械工程领域发挥巨大的作用。这就要求我们必须具备熟练的操作技巧和快速理解加工程序的能力，能对机床加工中出现的各种情况进行综合判断，分析影响加工质量的因素并提出处理的对策。通过努力，尽快跟上世界先进水平，这是摆在工业战线广大职工面前艰巨而光荣的任务。
参考文献
[1] 吴国经等.《数控机床床故障诊断与维修》[M].电子工业出版社.2005版
[2] 夏风芳.《数控机床》[M].高等教育出版社.2005年1月第一版
（作者单位：大连职业技术学院）
1、 故障现象
GCL-15型数控车床，采用FANUC OT数控系统。X 、Z分别采用 FANUC5、10型AC伺服电动机驱动，主轴采用 FANUC 8S AC主轴驱动。车床带液压夹具、液压支架和15把刀的自动换刀装置，全封闭防护，自动排屑。车床本身价格高、精度好。
该车床发生的故障现象为：车床开机时全部动作正常，伺服进给系统高速运动平稳、低速无爬行 ， 加工的零件 精度全部达到要求。当车床正常工作 5-7h 后 ，Z 轴出现剧烈振荡 ，CNC 报警 ， 车床无法正常工作。这时，即使关机再启动 ，只要手动或自动移动Z轴，在所有速度范围内，都发生剧烈振荡。但是，如果关机时间足够长，车床又可以正常工作5-7h，并再次出现以上故障，如此周期性重复。
2、故障分析
根据以上故障现象，分析其原因不外乎与Z轴有关的机械、电气两个方面。在机械方面，可能是由于贴塑导轨的热变形、脱胶，滚珠丝杠、丝杠轴承的局部损坏或调整不当等原因引起的非均匀性负载变化，导致进给系统的不稳定。在电气方面，可能是由于某个元件的参数变化，引起系统的动态特性改变，导致系统的不稳定等。
鉴于本车床采用的是半闭环伺服系统，为了分清原因，维修的第一步是松开 Z 轴伺服电动机和滚珠丝杠之间的机械联接。在Z轴无负载的情况下，运行加工程序，以区分机械、电气故障。经试验发现：故障仍然存在，但发生故障的时间有所延长。因此，可以确认故障为电气原因，并且和负载大小或温升有关。
由于数控车床伺服进给系统包含了CNC 、伺服驱动器、伺服电动机三大部分， 为了进一步分清原因， 维修的第二步是将CNC的X轴和Z铀的速度给定和位置反馈互换 (CNC的M6与M8，M7与M9互换)，即：利用CNC的X轴指令控制车床的Z轴伺服和电动机运动 ，CNC的Z轴指令控制车床的X轴伺服和电动机运动，以判别故障发 生在CNC或伺服。经更换发现，此时CNC 的Z轴(带X轴伺服及电动机)运动正常，但X轴(带Z轴伺服及电动机)运动时出现振荡。据此，可以确认：控制Z轴的CNC正常，故障在Z轴伺服驱动或伺服电动机上。
考虑到该车床X 、Z轴采用的是同系列的AC伺服驱动，其伺服PCB板型号和规格相同，为了进一步缩小检查范围，维修的第三步是在恢复第二步CNC 和 X 、Z伺服间的正常连接后，将 X 、Z 的PCB板经过调整设定后互换。经互换发现 ， 这时 X 轴工作仍然正常 ，Z 轴故障依旧。可见 ，Z 轴的 PCB 板正常。
根据以上试验和检查，可以确认故障是由于Z轴伺服主回路或伺服电动机的不良而引起的。经以上维修，车床恢复了正常。
3、实例分析
数控车床的 “软故障”是维修过程中最难解决的问题之一。在条件许可时 ， 使用“互换法 ”可以较快地判别故障所在，而根据原理进行分析，是解决问题的根本办法。维修人员应根据实际情况，仔细分析故障现象，才能判定 故障原因，并加以解决。
（1）故障现象一是CRT 显示 414# 报警。报警信息为：
SERVO ALARM:X －－－AXIS
DETECTION SYSTEM ERROR
同时 ，伺服驱动单元的LED报警显示码为点亮。故障分析与处理通过查看系统维修说明书可知：414# 报警为“X 轴的伺服系统异常，当错误的信息输出至 DGN0720 时，伺服系统报警”。根据报警显示内容，用车床自我诊断功能检查车床参数 DGN072 上的信息，发现第 4 位为 “1”，而正常情况下该位应为“0”。现该位由“0” 变为 “1”则为异常电流报警，同时伺服驱动单元LED 报警显示码为点亮 ，也表示该伺服轴过电流报警。检查伺服驱动器模块 ，用万用表测得电源输入端阻抗只有6Ω，低于正常值，因而可判断该轴伺服驱动单元模块损坏。更换后正常。
（2）故障现象二转塔刀架在换刀过程时出现 2011# 、2014# 报警：
故障分析与处理查看电气使用说明书可知2011# 报警表示转塔有故障，2014# 报警指转塔未卡紧。可能是由于精定位时接近开关未发出信号，电磁铁不能锁紧。利用 FANUC 系统具有的PLC 梯形图动态显示功能，发现精定位接近开关 X0021.2 未亮 ( 没有接通) 。拆下此开关并检查，通断正常。估计是接近开关与感应块的距离不当造成的。调整两者的距离使它们保持適当的距离0.8mm，再查看X0021.2信号通断正常，转塔刀架能正常使用。
（3）故障现象：主轴不能定向，负载表指针达红区，08＃报警。
故障检查及分析：查车床维修手册，08＃报警为主轴定位故障。根据维修手册的要求，我们打开车床电源柜，在交流主轴控制器线路板上，找到了7个发光二极管（6绿1红）。这7个指示灯（从左到右）分别表示；①定向指令；②低速档；③磁道峰值检测；④减速指令；③精定位；③定位完成；以上为绿色）；⑦试验方式。
观察这7个指示的情况如下：l＃灯亮，3＃、5＃灯闪烁。这表明定位指令已经发出；磁道峰值已检测到；定位信号也检测到；但是系统不能完成定位，主轴仍在低速运行，故3＃、5＃灯不断闪烁。调节主轴控制器上的电位器RV5、RV6、RV7，仍不能定位。
从以上情况分析，怀疑是主轴箱上的放大器有问题。打开主轴防护罩检查放大器时，发现主轴上的刀具夹紧油缸软管盘绕成绞形，缠绕在主轴上，分析这个不正常的现象，我们判断就是该软管盘绕致使主轴定位偏移而不能准确定位，造成08＃报警。
解决方法：将该软管卸下捏直后装好，又将主轴控制器中的调节器RVII（定位点偏移）进行了重新调节。故障排除，报警消失，车床恢复正常运行。
4、结语
数控车床自身所具有的明显优势（高速化，大功率，高效率，长寿命等）使得它在工业中的应用前景极为乐观，随着数控技术进一步的开发和利用，我们深信，它必将在机械工程领域发挥巨大的作用。这就要求我们必须具备熟练的操作技巧和快速理解加工程序的能力，能对机床加工中出现的各种情况进行综合判断，分析影响加工质量的因素并提出处理的对策。通过努力，尽快跟上世界先进水平，这是摆在工业战线广大职工面前艰巨而光荣的任务。
参考文献
[1] 吴国经等.《数控机床床故障诊断与维修》[M].电子工业出版社.2005版
[2] 夏风芳.《数控机床》[M].高等教育出版社.2005年1月第一版
（作者单位：大连职业技术学院）