故障分析是进行数控机床维修的第一步自动化设备维修，通过故障分析，一方面可以迅速查明故障原因排除故障，同时也可以起到预防故障的发生与扩大的作用。一般来说，数控机床的故障分析主要方法有以下几种：
数控机床维修常规分析法常规分析法是对数控机床的机、电、液等部分进行常规检查，以此来判断故障发生原因的一种方法。在数控机床上常规分析法通常包括以下内容：
1)检查电源的规格(包括电压、频率、相序、容量等)是否符合要求
2)检查CNC伺服驱动、主轴驱动、电动机、输入/输出信号的连接是否正确、可靠
3)检查CNC伺服驱动等装置内的印刷电路板是否安装牢固，接插部位是否有松动
4)检查CNC伺服驱动，主轴驱动等部分的设定端、电位器的设定、调整是否正确
5)检查液压、气动、润滑部件的油压、气压等是否符合机床要求
6)检查电器元件、机械部件是否有明显的损坏，等等
数控机床维修动作分析法
动作分析法是通过观察、监视机床实际动作，判定动作不良部位并由此来追溯故障根源的一种方法。
一般来说，数控机床采用液压、气动控制的部位，如自动换刀装置、交换工作台装置、夹具与传输装置等均可以通过动作诊断来判定故障原因。
数控机床维修状态分析法
状态分析法是通过监测执行元件的工作状态，判定故障原因的一种方法，这一方法在数控机床维修过程中使用最广。
在现代数控系统中伺服进给系统、主轴驱动系统、电源模块等部件的主要参数都可以进行动态、静态检测，这些参数包括：输入/输出电压，输入/输出电流，给定/实际转速，位置实际的负载的晴况等。此外，数控系统全部输入/输出信号包括内部继电器、定时器等的状态，亦可以通过数控系统的诊断参数予以检查。
通过状态分析法，可以在无仪器、设备的情况下根据系统的内部状态迅速找到故障的原因，在数控机床维修过程中使用最广，维修人员必须熟练掌握。
数控机床维修操作、编程分析法
操作、编程分析法是通过某些特殊的操作或编制专门的测试程序段，确认故障原因的一种方法。如通过手动单步执行自动换刀、自动交换工作台动作，执行单一功能的加工指令等方法进行动作与功能的检测。通过这种方法，可以具体判定故障发生的原因与部件，检查程序编制的正确性。
数控机床维修系统自诊断法
数控系统的自诊断是利用系统内部自诊断程序或专用的诊断软件，对系统内部的关键硬件以及系统的控制软件进行自我诊断、测试的诊断方法。它主要包括开机自诊断、在线监控与脱机测试。