数控机床故障诊断一般包括三个步骤：第一步骤是故障检测；第二步骤是故障判定及隔离；第三步骤是故障定位。数控机床故障诊断一般采用追踪法、自诊断、参数检查、替换法、测量法。
1.追踪法
追踪法是指在故障诊断和维修前，维修人员要先对故障发生的时间、机床的运行状态和故障类型进行详细的了解，然后寻找产生故障的各种迹象。
追踪法检查是一种基本的检查故障的方法，发向故障后要查找引起故障的根源，采取合理的方法给与排除。
2.自诊断功能
现代数控系统尤其是全功能数控系统具有很强的自诊断功能，通过随时监控系统各部分的工作，及时判断故障并立刻在CRT上显示报警信息。有时当硬件发生故障而不能发出报警信息时，就要通过发光二极管的闪烁来指示故障的大致起因。自诊断一般分为现代数控系统尤其是全功能数控系统具有很强的自诊断功能，通过随时监控系统各部分的工作，及时判断故障并立刻在CRT上显示报警信息。有时当硬件发生故障而不能发出报警信息时，就要通过发光二极管的闪烁来指示故障的大致起因。自诊断一般分为启动自诊断、在线自诊断和离线自诊断。
启动诊断是指CNC系统每次从通电开始，系统内部诊断程序就自动执行诊断。诊断的内容为系统中最关键的硬件和系统控制软件，如 CPU、存储器、I/O 等单元模块，以及MDI/CRT单元、纸带阅读机、软盘单元等装置或外部设备。只有当全部项目都确认正确无误之后，整个系统才能进入正常运行的准备状态。否则，将在CRT画面或发光二极管用报警方式指示故障信息。此时起动诊断过程不能结束，系统无法投入运行。
在线诊断是指通过CNC系统的内装程序，在系统处于正常运行状态时对CNC系统本身及CNC装置相连的各个伺服单元、伺服电机、主轴伺服单元和主轴电动机以及外部设备等进行自动诊断、检查。只要系统不停电，在线诊断就不会停止。
在线诊断一般包括自诊断功能的状态显示有上千条，常以二进制的0、1来显示其状态。对正逻辑来说，0表示断开状态，1表示接通状态，借助状态显示可以判断出故障发生的部位。常用的有接口状态和内部状态显示，如利用I/O接口状态显示，再结合PLC梯形图和强电控制线路图，用推理法和排除法即可判断出故障点所在的真正位置。故障信息大都以报警号形式出现。一般可分为以下几大类：过热报警类；系统报警类；存储报警类；编程/设定类；伺服类；行程开关报警类；印刷线路板间的连接故障类。
离线诊断是指数控系统出现故障后，数控系统制造厂家或专业维修中心利用专用的诊断软件和测试装置进行停机（或脱机）检查。力求把故障定位到尽可能小的范围内，如缩小到某个功能模块、某部分电路，甚至某个芯片或元件，这种故障定位更为精确。
3.参数检查
系统参数是确定系统功能的依据，参数设定错误就可能造成系统的故障或某功能无效。发生故障时应及时核对系统参数，参数一般存放在磁泡存储器或存放在需由电池保持的 CMOS RAM中，一旦电池电量不足或由于外界的干扰等因素，使个别参数丢失或变化，发生混乱，使机床无法正常工作。此时，可通过核对、修正参数，将故障排除。
4.替换法
替换法是在数控系统出现故障时，利用备用电路板、模块、集成电路芯片及其他元器件代替有疑点的部位，观察故障点的转移情况，确定故障点的位置，是一种快速而简便的找出故障点的方法。当无备用板时，也可以用同型号系统上的元器件来代替。
5.测量法
CNC系统生产厂在设计印刷线路板时，为了调整和维修方便，在印刷线路板上设计了一些检测端子。维修人员通过测量这些检测端子的电压或波形，可检查有关电路的工作状态是否正常。但利用检测端子进行测量之前，应先熟悉这些检测端子的作用及有关部分的电路或逻辑关系。
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