数控系统的故障诊断与维修技术.ppt

第四章 数控系统的故障诊断与维修技术 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。其中硬件控制系统是以微处理器为核心，包括可编程 控制器、伺服驱动单元、伺服电机等可见部件。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、位置控制、伺服控制等控制软件及各种机床参数 、PLC参数、报警文本等组成。 4.1 数控系统维修的基础 一、现代数控系统维修的基本条件 1维修人员应具备的基本素质 (1) 要有高度的责任心和良好的职业道德； 1 (2) 具备计算机、模拟与数字技术、自动控制技术、检 测技术以及机械加工工艺、刀具等方面的知识。 (3) 进行过良好的数控技术培训，已掌握有关数控、驱 动及PLC的工作原理，了解CNC编程和编程语言； (4) 熟悉机床的基本结构，具有较强的动手操作能力。 (5) 掌握常用检测仪器、仪表和各种维修工具的使用。 2应具备的维修手段 (1) 准备好常用备件、配件 ； (2) 随时可以得到微电子元器件的供应； (3) 必要的维修工具(仪器、仪表、接线等)，最好有小 型编程机或编程器等； 2 (4) 完整的技术资料、手册、线路图、维修说明书(包括 CNC操作说明书)、接口、调整与诊断、驱动说明书、PLC 说明(包括PLC用户程序单)、元器件表格等。 二、现代数控系统维修的阶段划分 现代数控系统的维修一般划分为三个阶段：准备阶段、 现场维修阶段和维修后的处理阶段。 （1）准备阶段包括现场调研、故障信息的采集、工具 与备件的准备等。它是开展维修工作的基础和前提，也是 搞好维修工作的基本保障。 （2）现场维修阶段是维修的具体工作过程，它包括对故 障的诊断、检测、分析、故障定位、修复等。 （3）维修后的处理阶段是指在数控设备重新投入运行后 的技术维护及技术管理等项工作。 3 三、故障发生时的处理 当数控系统故障发生时，操作人员应采取紧急措施， 停止运行，保护现场。如果操作人员不能及时排除故障， 除应及时通知维修人员之外，还应对故障做如下的记录： (1) 故障的种类 要了解机床在出现故障时，机床处于何 种运行方式，如手动数据输入方式(MDI)、存储器方式、编 辑，以及NC系统的状态显示，CRT有无报警显示，刀具轨 迹、速度，定位误差等。 (2) 故障的频繁程度 故障发生的时间、发生的次数， 发生故障时的外界情况，出现故障的程序段等。 (3) 故障的重复性 将引起故障的程序段重复执行几次 ，观察故障的重复性。 (4) 外界状态 外界状态包括环境温度、是否有强烈振 动?以及其他干扰源等。 4 (5) 操作状况 切削液、冷却油是否溅进数控系统，系 统是否受水浸渍?数控系统是否有阳光直射?输入电压值是否 稳定? (6) 运转情况 机床在运转中是否改变过或调整过运转方 式？机床是否处于报警状态？是否作好了运转准备，保险丝 是否正常？机床是否处于锁住状态？ (7) 机床情况 机床的调整状况？机床在运行过程中是否 发生振动？刀尖正常吗？ 等。 (8) 机床与数控系统之间的接线及接口情况 信号屏蔽线 接地是否正确?电缆线是否正常、完整无损，特别是在拐弯 处是否有破裂或损伤，信号线与电源线是否分开走线? (9) 数控装置的外观检查及程序检查 此外，有无其他偶 然或突发因素，如突然停电，外线电压波动较大、打雷、 某部件进水等。 5 4.2 现代数控系统的自诊断 一、自诊断技术概述 故障自诊断技术是当今数控系统一项十分重要的技术， 它的强弱是评价系统性能的一个重要指标。 (1) 开机自检 每当数控系统通电开始，系统内部自诊断软件对系统 中最关键的硬件和控制软件，如数控装置中的CPU、RAM 、ROM等芯片，MDI、CRT、I/O等模块及监控软件、系 统软件等逐一进行检测，并将检测结果在CRT上显示出来 。 (2) 实时自诊断 数控系统在正常运行时，自动对系统、伺服系统、外 部的I/O及数控装置相连的其它外部装置进行自动测试、检 查，并显示有关状态信息和故障。 6 自诊断系统的思想是：向被诊断的部件或装置写入一串 成为测试码的数据，然后观察系统相应的输出数据(称为校 验码)，根据事先已知的测试码、校验码与故障的对应关系 ，通过对观察结果的分析以确定故障。 二、西门子810系统的自诊断功能及报警处理方法 810系统具有很强的自诊断功能，实时监控系统各部分 的工作，并能及时识别出NC、PLC和机床中的故障，从而 避免工件、刀具或机床的事故。 1、CPU监控 CPU模块上的红色发光二极管(LED)指示控制系统的状 态。正常情况下，按下系统启动按钮的最初67s内，这个 LED频繁闪亮，然后熄灭，这时系统启动完成。而如果这 个LED常亮，则系统不能被启动，CRT也往往没有显示， 这时可从以下几方面着手查找故障原因： 7 (1) CPU模块硬件故障； (2) 模块中有跨接桥错接； (3) EPROM存储器故障； (4) 总线板损坏； (5) 机床数据错误； (6) 启动芯片用错或损坏。 2、EPROM存储器的自诊断 基本系统软件全部存储于EPROM存储器中，它们的正 确无误是系统正常工作的基本前提。因此，每次启动和 CPU循环工作中，系统都会自动对这些存储器的内容进行 校验和检查，一旦发现实际校验和与预定的校验和不符， 立即显示文字报警，并指出出错的芯片的片号。 8 3、一些报警的处理方法 (1) 报警115号指示系统自身的一些故障。 1号报警，反映工作存储器的电池即将用完。替换这个 电池必须在系统通电的情况下进行，否则存储内容会丢失 。 3号报警，表明PLC处于停止状态。此时。由于接口已 被封锁，机床不能工作。遇到这种情况，一般应用PLC的 编程仪读出中断堆栈，即可查明故障原因，对于偶然出现 的这种故障，也可以采用初始化的方法重新启动PLC ，使 机床恢复工作。 6号报警，指示的是数据存储器子模块电池用尽。替换 时，必须在系统断电的情况下拔出该子模块，否则会引起 系统故障。子模块调换后，需重新加载其存储器内容。 9 (2) 1648号为系统的RS-232C(V.24)接口的报警。此 类报警对数据传输过程进行监控，及时提示用户处理接口 故障，保证传输能够顺利进行。 22号报警“时间监控生效”，表示系统在60s内没有输 出或收到传输字符，也就是说传输接口不通。这时应检查 外部设备的状态或设定是否正确，电缆是否用错或接错等 。 28号报警“环行存储器溢出”,表明系统不能及时处理 传输时读入的字符，即：传输速度太快。应考虑降低系统 与外设双方的传输波特率。 (3) 进给轴专用报警100*196*(其中*代表轴号，为1、2 、3)，这类报警反映机床的位置控制闭环中各个环节可能 出现的故障，是实际应用中比较容易出现的一类报警。 10 104*达到数模转换极限。表明：该轴此时要求处理的 数字指令值高于机床数据268*中规定的数模转换极限值 ，系统无法对这样的数字指令值实现数模转换。可采取的 措施：降低速度运行；检查位置反馈传感器是否出问题； MD268*设定是否正确；检查相应轴的伺服驱动单元是否出 故障等。 116*轮廓监控。表明：轴运行速度高于机床数据 MD336*规定的轮廓监控门槛速度后，超过了MD332*规定 的容差带；或者在加速或制动时，相应轴不能在规定时间 内达到要求的速度，一般是速度系数设置不当。 可采取的措施：适当加大MD332*规定的容差带；调整 速度系数(MD252*)；检查相应轴伺服系统转速调节器的响 应特性，必要时重新做最佳化处理。 11 132*位置反馈回路硬件故障。表明：检测到的位置反 馈信号相位错误、接地短路或完全没有。可采取的措施： 检查测量回路电缆是否断路、脱落，通过插上特制的测量 回路短路插头，判断位置控制模块相应轴的部分是否有故 障；用示波器测量位置反馈信号的相位，判断电缆与位置 传感器是否出问题。 168*对运行中的进给轴拒绝发送调节器释放信号。各 进给轴的调节器释放信号来自PLC用户程序，因此应当根 据程序规定的逻辑关系，检查各有关的接口信号状态，查 明原因后，即可得出解决办法。 (4) 报警2000 2999*一般是在运行程序时出现。包括 ：指示机床当前的一些状态故障；提示没有为系统订 购编程要求的功能；更多的是指出程序编制中的错误。 12 (5) 30003050号报警指示内容和方式与第(4)类相似， 不同之处是，这类报警在程序编辑的模拟功能中即可指出 错误，而不必等到程序运行的时候。这类报警在排除原因 后用报警应答键消除。 (6) 60006031号报警，这些报警不是系统本身设置的 。而是机床电气控制设计者在编制PLC程序时结合编程的 逻辑关系，提取出一些能够反映机床的接口及电气控制方 面的故障的信息，赋予特定的一部分标志位获得的。处理 这类故障，可以按设计者提供的详细说明进行有关检查。 这类报警在排除原因后，用报警应答键消除。 (7) 60326039号是系统为PLC设置的报警。主要是给 PLC的使用设计者的提示。在机床使用中一般不会出现。 13 (8) 70007031号报警不反映故障，而是机床电气控制 设计者从他所编制的PLC程序中提取一些能够提示机床操 作者进行某种操作的信息，赋予特定标志位取得的。此类 报警不需清除，当相应状态消失，这些特定的标志复位后 ，报警显示会自动消除。 4.3 用机床参数来维修数控系统 一、数控机床的参数 数控机床的参数是数控系统所用软件的外在装置，它 决定了数控机床的功能、控制精度等。主要包括数控系统 参数、机床可编程控制器参数。在数控维修中，有时要利 用机床某些参数调整机床，有些参数要根据机床的运行状 态进行必要的修正，所以维修人员要熟悉机床参数。 14 二、数控机床参数的分类 1状态型参数 是指每项参数的八位二进制数位中，每一位都表示了 一种独立的状态或者是某种功能的有无。 例如FANUC 0TD系统的1号参数项中的各位所表示的就 是状态型参数。 ADFT 1：进行自动漂移补偿。 0：不进行自动漂移补偿。 RDRN 1：快速进给指令对空运行有效。 0：快速进给指令对空运行无效。 DECI 1：返回参考点的减速信号为1，开始减速。 0：返回参考点的减速信号为0时，开始减速。 ORC 1：补偿量为直径指定。 0：补偿量为半径指定。 10月29日 15 IOF 1：偏置量的输入为增量值。 0：偏置量的输入为绝对值。 TOC 1：在复位状态下，补偿被取消。 0：在复位状态下，补偿不被取消。 RS43 1：复位时G43、G44的偏置矢量仍被保留。 0：复位时G43、G44的偏置矢量仍被清除。 DCS 1：按下MDI操作面板的START按钮，不经过机床 在NC侧便可以直接启动系统(仅MDI方式时)。 PROD 1：在显示相对坐标值中，显示编程的位置。 SCW 1：最小移动单位为英制(机床为英制)。 0：最小移动单位为米制(机床为米制)。 0：根据来自机床侧的启动情况启动系统。 0：在显示相对坐标值中，显示包括偏移的位置 。 16 2比率型参数 是指某项参数设置的某几位所表示的数值都是某种参 量的比例系数。 例如FANUC 0TD系统的512、513、514号参数项中每 项的八位所表示的就是比率型分别设定每轴位置控制环增 益。设定本参数后，必须关掉一次电源。 LPGMX X轴伺服环增益倍数的设定。 LPGMY Y轴伺服环增益倍数的设定。 LPGMZ Z轴伺服环增益倍数的设定。 3真实值参数 是直接表示系统某个参数的真实值。这类参数的设定 范围一般是规定好的，用户在使用时一定要注意其所表示 的范围，以免造成设定参数的参数超出范围值。 17 三、数控机床的参数故障及其诊断 1产生参数故障的原因及排除 数控机床在使用过程中，在一些情况下会出现使数控 机床参数全部丢失或个别参数改变的现象，主要原因如下 ： 1) 数控系统后备电池失效 后备电池失效将导致全部参数丢失。因此，在机床正 常工作时应注意CRT上是否显示有电池电压低的报警。如 发现该报警，应在一周内更换符合系统生产厂要求的电池 。 2) 操作者的误操作 误操作在初次接触数控机床的操作者中是经常出现的 问题。由于误操作，有的将全部参数清除，有的将个别参 数改变。 18 3) 机床在DNC状态下加工工件或进行数据通讯过程中 电网瞬间停电 以FANUC0系统为例介绍故障排除的方法： (1) 对照随机资料参数表的硬拷贝逐个检查机床的参数 。当发现有不一致的参数，就硬拷贝该参数来恢复机床参 数。这种方式不需要外部设备，但检查并恢复一万多个参 数，费时费神，效率太低，容易出错。 (2) 利用FANUC公司提供的输入输出设备，如读带机， FANUC卡带及FANUC PPR(包括打孔机、打印机及读带 机)。因FANUC外部输入输出设备功能单一，利用率低， 随着计算机的普及，购买数控机床时选购FANUC输入输出 设备的厂家已越来越少。 19 (3) 利用计算机和数控机床的DNC功能通过DNC软件 进行参数输入。这种方式因其效率高，操作简单，输入参 数的出错率极低而受到所有用户的欢迎。 2FANUC 0系统的参数恢复 当加工中心出现参数丢失或异常时，记录下报警号， 确认是参数丢失问题后，按关机顺序将机床总电源关闭。 将串行通讯电缆分别联接到计算机和数控机床的RS232C 中行通讯接口上。操作计算机进入DNC通讯软件主画面， 设置通讯协议参数。通讯协议参数的设置应与机床数控系 统通讯参数的设置绝对一致，否则不能正常通讯。 进入通讯软件的数据输出功能菜单，将以前读出备份的 数控机床参数文件作为待输出的文件调入，按回车键后，等 待机床侧数据输入操作。 20 数控机床侧的详细操作如下： (1) 打开机床总电源开关。 (2) 不要释放急停按钮。 (3) 打开程序保护锁。 (4) 将模式开关置于EDIT状态。 (5) 按功能键DGNOSPABAM，出现参数设定画面 ，将PWE设定为1，并设定下列通讯参数ISO=1，I/O=0， NO.2.0=10，NO.2.7=0，NO.552=10，NO.553=10， NO.250=10，NO.251=10。 (6) 手工输入NO.900及其后的特殊参数。输入NO.900 参数后，CRT出现000P/S报警，不用理它；输入NO.901 参数后，出现下列信息： 21 WARNING： YOU SET No.901 # 01，THIS PARAMETER DESTROY NEXT FILE IN MEM0RY FROM FILE 0001 TO 0015，N0W NECESSARY TO CLEAR THESE FILE，WHICH DO YOU WANT? “DELT”：CLEAR THESE FILE； “DAN”：CANCEL PLEASE KEYIN“DELT”0R“CAN” 按CRT下方对应“DELE”的按键，重新显示参数画面 3依次键入其后的特殊参数后，关闭数控电源，5min后重新 开机。 (7) 按CRT下方的按键PARAM。 (8) 按INPUT键；这时，NC参数输入开始。几分钟后， NC参数输入结束。 22 (9) 再输入PMC参数，操作步骤同上。只是在计算机侧 要将原先备份的PMC参数文件调到输出文件中，在机床侧 操作的第7步，按DGNOS软键。 上述步骤完成后，将PWE设为0，关闭数控电源， 5min后开机，机床参数恢复完毕。 4.4 数控系统的软件故障 数控机床运行的过程就是在数控软件的控制下机床的 动作过程。 如果硬件或软件系统出现问题，数控机床就会 出现故障。因为： (1) 数控机床停机故障多数是由软件错误或操作不当引发 的； (2) 优先检查软件可以避免拆卸机床而引发的许多麻烦 。 23 一、数控系统的软件配置 以西门子SINUMERIK系统为例来说明数控系统的软件 配置。总的来说，数控系统软件包括三个部分： 第I部分由数控系统的生产厂家研制的启动芯片、基本 系统程序、加工循环、测量循环等组成。如果因意外破坏了 该部分软件，应与生产厂家取得联系更换或复制该软件。 第II部分由机床制造厂编制的针对具体机床所用的NC 机床数据、PLC机床数据、PLC报警文本、PLC用户程序 等组成。PLC用户可以随时根据具体的使用要求和具体机 床的性能对它进行修改。 第III部分由机床用户编制的加工主程序、子程序、刀具 补偿参数、零点偏置参数等组成。这部分软件或参数被存储 于RAM中与具体的加工密切相关的。 24 二、典型CNC装置的软件结构 CNC系统软件由管理软件和控制软件组成。管理软件 包括输入、I/O处理、显示、诊断等。控制软件包括译码、 刀具补偿、速度处理、插补运算、位置控制等。 目前CNC的软件一般采用两种类型的结构：前后台型 结构和中断型结构。 (1) 前后台型结构 前台任务一般设计成中断服务程序，主要实现插补、伺 服控制、PLC功能和实时监控等；后台任务则包括数据输入 、译码、数据处理、显示、通讯及管理等实时性较差的一些 功能，在结构上是一个循环程序。 25 CNC系统软件的各种功能子程序被安排在级别不同的 中断服务程序中，整个数控软件是一个大的中断系统。通过 各级中断程序之间的通信实现管理功能。 (2) 中断型结构 三、软件故障发生的原因 软件故障是由软件变化或丢失而形成的。机床软件一 般存储于RAM中。软件故障形成的可能原因如下： (1) 误操作引起 在调试用户程序或修改机床参数时，操 作者删除或更改了软件内容或参数，从而造成软件故障。 (2) 供电电池电压不足 造成RAM得不到维持电压，从 而使系统丢失软件及参数。应对长期闲置不用的数控机 床经常定期开机，以防电池长期得不到充电，造成机床软 件的丢失。为RAM供电的电池当出现电量不足报警时， 应及时更换新的电池。 26 (3) 干扰信号引起 有时电源的波动及干扰脉冲会串入 数控系统总线，引起时序错误或造成数控装置等停止运行 。 (4) 软件死循环 运行复杂程序或进行大量计算时，有 时会造成系统死循环引起系统中断，造成软件故障。 (5) 操作不规范 这里指操作者违反了机床的操作规程 ，从而造成机床报警或停机现象。如数控机床开机后没有 进行回参考点，就进行加工零件的操作。 (6) 用户程序出错 由于用户程序中出现语法错误、非 法数据、运行或输入中出现故障报警等现象。 四、软件故障的排除 1、对于软件丢失或参数变化造成的运行异常，程序中 断，停机故障，可采取对数据、程序更改或清除重新再输 入法来恢复系统的正常工作。 27 2、对于程序运行或数据处理中发生中断而造成的停机 故障，可采取硬件复位法或关掉数控机床总电源开关，然 后再重新开机的方法排除故障。 3、NC复位、PLC复位能使后续操作重新开始，而不 会破坏有关软件和正常处理的结果，以消除报警。亦可采 用清除法，但对NC、PLC采用清除法时，可能会使数据全 部丢失，应注意保护不想清除的数据。 4、开关系统电源是清除软件故障常用的方法，但在出 现故障报警或开关机之前一定要将报警信息的内容记录下 来，以便于排除故障。 4.5 数控系统的硬件故障 在数控系统硬件电路的维修中，如何识别、判断一个 元器件的好坏及元器件的替代是维修人员经常遇到的问题 。 28 一、元器件的故障与维修 1. 固定电容器的故障一般不外乎断路、短路、漏电、接 触不良和电容量变值等。 2. 可变电容器的常见故障有碰片、片距不均匀、旋转失 灵及松动等。碰片可通过直观法看出来或用万用表检查。 如果转轴失灵，多数是由于轴承积有污秽堵塞所致,可用汽 油、酒精等进行清除油污即可。 3. 电感线圈在使用中，应注意接线正确。对于带有屏蔽 罩的线圈，还可能因线圈或引线和金属相碰造成短路，检 查时应多加注意。 4. 电源变压器的损坏主要有线圈短路、断路以及绝缘不 良产生漏电等。判断是否由变压器线圈短路引起发热，可 测量它的空载损耗。如果空载损耗很小，则故障发生在负 载电路中；如果空载损耗大于变压器额定功率的1015， 则表明变压器有短路现象。 29 线圈断路时，无输出电压，产生原因有：外部引线断 线、引线焊片脱焊、线包经碰撞断线和受潮后内部霉断等 。检查是否断路的方法是用万用表测量各线圈的通断。 二、元器件的替代 1电阻器的替代 在数字电路中，除振荡、定时、分压等对电阻范围要 求较高的电路外，一般情况下对阻值的要求范围并不高， 可以采用金属膜电阻，只要满足额定功率的要求即可。 在线性电路中，一般多采用精密电阻，替代时应注意 采用相同精度、阻值的电阻。 2电容的替代 在数控设备中，特殊电容用得较少。一般说来，电容 介质材料并不重要，只要考虑其标称容量和耐压即可。 30 在振荡、定时、带通滤波等电容中，对容量要求较高 ，应采用相同容量的电容替代。在其余电路中，对容量要 求不高，可用相近容量的电容替代。 3半导体器件的替代 如果半导体器件已经损坏，则记录下各该器件的型号 、制造厂家，最好选同一制造厂、同一型号的产口品替代 。 如果找不到相同的元器件，应通过器件手册查找元器件 的主要参数，然后选择替代品。替代品应满足下述条件： (1) 材料相同，即锗锗，硅硅替代。 (2) 极性相同，即PNPPNP，NPNNPN替代 。 (3) 种类相同，三极管一三极管，场效应管一场效应管 替代。 (4) 主要性能相同。 31 4集成电路的替代 替代之前应确认原器件已经损坏，因为人为拆卸集成 电路容易损坏。 (1) 数字集成电路 由于数字集成电路已经形成标准化，因此只要系列、 序号相同，可不论制造厂家而直接替代。 在TTL电路中，当工作电压为+5V时，各系列可以互 换。但应注意速度问题，应以高代低；以低代高时，应考 虑能否适应线路的要求。 在CMOS电路中，互换时除应考虑速度外，还应考虑 使用的工作电压。 32 最好用同一个厂家的同一型号的器件予以替换。一般 来说，不同厂商制造的器件，在型号字头相同、序号相同 时可以替代，在寻找替代器件时，应根据器件手册提供的 特性参数查找同类品或类似品。 (2) 模拟集成电路 三、数控机床控制系统硬件结构 1. 电源系统 (1) 交流电源 交流电源一般依次经过开关、熔丝、接 触器等到调节器或直接到驱动对象、直流电源交流侧、变 压器的原边等供电。 (2) 直流电源 控制系统中的直流电源一般可由交流电压 、直流稳压获得。直流电压再经开关、熔丝或直接到各使 用单元。 33 (3) 电池电源 电池电源是控制系统断电期间RAM存 储器的能量来源。 2控制系统 数控机床的控制系统是指数控装置中的信号产生、处 理、传输及执行过程所涉及的单元和各单元联系的手段。 3独立单元 独立单元是指能够以简单的适配关系与系统中其它部 分结合在一起的一部分。例如NC系统本身、外接PLC、 伺服单元、电机及转速传感器、光栅系统、纸带穿孔阅读 机、操作面板等。 四、硬件故障检查与分析 1常规检查 34 (1) 外观检查 检查有怀疑部分的元器件，看空气断路器 、继电器是否脱扣，继电器是否有跳闸现象，熔丝是否熔断 ，印制线路板上有无元件破损、断裂、过热，连接导线是否 断裂、划伤，插接件是否脱落等。 (2) 连接电缆、连接线检查 针对故障有关部分，用一些 简单的维修工具检查各连接线、电缆是否正常。尤其注意 检查机械运动部位的接线及电缆，这些部位的接线易受力 、疲劳而断裂。 (3) 连接端及接插件检查 针对故障有关部位，检查接线 端子、单元接插件。这些部件容易松动、发热、氧化、电 化腐蚀而断线或接触不良。 (4) 恶劣环境下工作的元器件检查 针对故障有关部位， 检查在恶劣环境下工作的元器件。这些元器件容易受热、 受潮、受振动、粘灰尘或油污而失效或老化。 35 (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。直流伺服电机电枢电刷及整流子，测速发电机 电刷及整流子都容易磨损粘污物，前者造成转速下降，后 者造成转速不稳。 (6) 定期保养的部件及元器件的检查 有些部件、元器 件按规定应及时清洗润滑，否则容易出现故障。如果冷却 风扇不及时清洗风道等，则易造成过负荷。如果不及时检 查轴承，则在轴承润滑不良时，易造成通电后转不动。 (7) 电源电压检查 检查电源电压的方法是从前(电源侧 )向后地检查各种电源电压。应注意到电源组功耗大、易发 热，容易出故障。多数情况电源故障是由负载引起，因此 更应在仔细检查后继环节后再进行处理，熔丝断了只换熔 丝是不够的，应检查真正短路或过流过负载的原因。 36 2故障现象分析法 故障分析是寻找故障的特征。最好组织机械、电气技术 人员及操作者会诊，捕捉出现故障时机器的异常现象，分 析产品检验结果及仪器记录的内容，必要和可能时可以让 故障再现，经过分析可能找到故障规律和线索。 例如：GPM900B-2型数控曲轴铣床一次出现自动运行中 工件主轴无规律过负荷报警。操作人员反映工件中心架夹 紧部位有拉伤现象。经检查发现夹爪旋转机构失效造成干 滑动摩擦，加大了工件主轴回转时的负荷扭矩。 3面板显示与指示灯显示分析法 数控机床控制系统多配有面板显示器、指示灯。面板显 示器可把大部分被监控的故障识别结果以报警的方式给出 。对于各个具体的故障，系统有固定的报警号和文字提示 。 37 4系统分析法 判断系统存在故障的部位时，可对控制系统方框图中 的各方框单独考虑。根据每一方框的功能，将方框划分为 一个个独立的单元。在对某单元内部结构了解不透彻时， 可不管单元内容如何，只考虑其输入和输出。这样就简化 了系统，便于维修人员排除故障。首先检查被怀疑单元的 输入，如果输入中有一个不正常，该单元就可能不正常。 5信号追踪法 信号追踪法是指按照控制系统方框图从前往后或从后 向前地检查有关信号的有无、性质、大小及不同运行方式 的状态，与正常情况比较，看有什么差异或是否符合逻辑 。如果线路中由各元件“串联”组成，则出现故障时“串联” 的所有元件和连接线都值得怀疑。 38 6静态测量法 静态测量法主要是用万用表测量元器件的在线电阻及晶 体管上的PN结电压；用晶体管测试仪检查集成电路块等元 件的好坏。 7动态测量法 动态测量法是通过直观检查和静态测量后，根据电路原 理图给印制电路板上加上必要的交直流电压、同步电压和 输入信号，然后用万用表、示波器等对印制电路板的输出 电压、电流及波形等全面诊断并排除故障。动态测量有： 电压测量法、电流测量法及信号注入及波形观察法。 电压测量法是对可疑电路的各点电压进行普遍测量，根 据测量值与已知值或经验值进行比较，再应用逻辑推理方 法判断出故障所在。 39 电流测量法是通过测量晶体管、集成电路的工作电流 、各单元电路电流和电源板负载电流来检查电子印制电路 板的常规方法。 信号注入及波形观察法是利用信号发生器或直流电源 在待查回路中的输入信号，用示波器观察输出波形。 4.6 机床数控系统的典型维修实例 一、机床回不了参考点的故障分析与排除 参考点是用来对测量系统定标，用以校正、监督床鞍和 刀具运动的测量系统的。参考点的位置是在每个轴上用挡块 和限位开关精确地预先确定好的，参考点对机床零点的坐标 是一个已知数，参考点大多位于加工区域的边缘。 数控机床在每次开机后都必须首先进行回参考点的操作 ，寻找参考点主要与零点开关、编码器或者光栅尺的零点脉 冲有关，一般有两种方式。 40 (1) 轴向预定方向快速运动，压下零点开关后减速向前 继续运动，直到数控系统接收到第一个零点脉冲，轴停止 运动，数控系统自动设定坐标值。 (2) 轴快速按预定方向运动，压上零点开关后，反向减 速运动，当又脱离零点开关后，数控系统接收到第一个零 点脉冲，确定参考点。 数控系统回参考点的过程是PLC系统与数控系统配合完 成的，由数控系统给出回参考点的命令，然后轴按预定的 方向运动，压上零点开关后，PLC向数控系统发出减速信 号，数控系统按照预定的方向减速运动，由测量系统接收 零点脉冲，接收到第一个脉冲后，设定坐标值。所有的轴 都找到参考点后，回参考点的过程结束。 41 数控机床开机后回不了参考点的故障一般有以下几种 情况：一是由于零点开关出现问题，PLC没有产生减速信 号；二是编码器或者光栅尺的零点脉冲出现了问题；三是 数控系统的测量板出现了问题，没有接收到零点脉冲。 例1：一台采用FANUC 0TC系统的数控车床，X轴找 不到参考点。观察寻找参考点的过程，X轴一直向前运动 ，没有减速过程，直到压上限位开关。 根据故障现象和工作原理进行分析，有可能是零点开 关出现了问题。检查零点开关，发现确实是零点开关损坏 ，使PLC没有向NC系统提供减速信号。更换新的开关，故 障消除。 42 例2：一台采用西门子SINUMERIK 3M的数控磨床， 开机后Z轴找不到参考点。观察发生故障的过程，Z轴首先 快速负向运动，然后减速正向运动。 根据上述现象可知，零点开关没有问题，问题可能在 零点脉冲上。用示波器检查编码器的零点脉冲，确实没有 发现脉冲，肯定是编码器出现故障。将编码器从轴上拆下 检查，发现编码器内有很多油，原因是机床磨削工件时采 用了冷却油，油雾进入编码器，沉淀下来将编码器的零点 标记遮挡住，零点脉冲不能发出，从而找不到参考点。将 编码器清洗干净并进行密封，重新安装后故障消除。 43 例3：一台采用西门子SINUMERIK 3M数控系统的数 控磨床，开机后出现Y轴回不了参考点。观察故障现象，发 现当X轴回完参考点后，Y轴开始运动，但减速后一直运动 ，直到压上限位开关。 根据上述现象可知，是零点脉冲出现了问题。数控系 统是通过测量板接收零点脉冲和位置反馈信号的，由于位 置反馈采用的是光栅尺，所以测量板上X、Y轴各加一块 脉冲整形及放大电路EXE板。由于X轴没有问题，可能是 Y轴的EXE板出现问题，将X轴与Y轴的EXE板对换，开 机测试，故障转移到X轴上，说明确实是Y轴的EXE板出 现了问题，更换新的EXE板后故障排除。这个故障是由 于数控系统的测量板出现问题而导致Y轴回不了参考点。 44 例4：一台采用西门子SINUMERIK 3TT的数控铣床， 在回参考点时出现报警103“CONTOUR MONITORING” 。 该机床考虑安全因素，在Z轴运动时，X轴必须在干涉 区外，在回参考点时，首先X轴必须压上非干涉开关，表示 不在干涉区内，然后Z轴回参考点，Z轴回完参考点后，X 轴再回参考点。观察发生故障的过程，在开机回参考点时 ，X轴正向运动，但非干涉开关一直没有起作用，一直到X 轴不能运动产生103号报警，检查机床X轴非干涉开关和撞 块，发现撞块位置发生变化，X轴始终压不上非干涉开关。 根据机床的要求重新调整撞块位置，故障排除。 45 二、数控系统掉电死机故障的处理 例1：一台采用FANUC 0T系统的数控车床，开机之后 出现死机，任何操作不起作用。将内存全部清除后，重新 输入机床参数，系统恢复正常。该故障是由机床数据混乱 造成的。 例2：一台采用SINUMERIK 810的数控机床，开机后 进入自动状态，不能进行任何操作，经强制启动后，系统 恢复正常。该故障就是由于偶然原因使数控系统进入死循 环，必须强制启动使系统复位，退出死循环。 46 例3：一台从意大利进口的数控铣床，数控系统是德国 HEIDENHAIN公司的TNCl55。经过几年的使用后，在某 冬季CNC系统出现了故障，更换电池后，关机后机床数据 和加工程序仍经常丢失，有时机床在自动加工时，程序突 然中断，CNC系统死机。冬季过后，故障自然消失，直到 下一个冬季来到时，这个故障又重新出现，并且特别频繁 ，有时因关机使机床参数丢失，而重新输入数据时，CNC 系统就死机，使这台机床基本处于瘫痪状态。 产生故障的原因可能是，（1）干扰问题，（2）最大的可 能是接触问题，由于温度、湿度的变化，导致一些接插件接 触不良。经过检查所有的接地线，并关掉所有能产生干扰的 干扰源，但故障仍未消失。将机箱拆下并打开，发现总线槽 上插接的三块电路板，其中主块已弯曲变形，导致印制电路 板线路断路或接触不良。将该板校直、加固后，系统稳定工 作，再也没有发生这种故障。 47 三、电源系统的抗干扰技术 大量实际和统计数字表明，数控装置和计算机等的故 障，90来自电源噪声和电源本身的故障。强电设备会使 供电系统污染，产生强脉冲噪声，通过传输线影响微电子 设备，特别是数字控制装置的安全稳定运行。因此，不仅 要对微电子设备采取抑制措施，还要对其电源系统采取抑 制干扰措施。 数控系统中常采用的干扰抑制技术有： (1) 物理隔离 加大受干扰电路或装置与干扰源间的距离 ，是降低干扰的有效措施。因为干扰强度与距离平方成反 比。 (2) 屏蔽 为了将设备或部件内部产生的电场或磁场限制 在某一规定的空间内，或者为了使设备和元器件不受外部电 磁场的影响，隔离屏蔽是经常采用的措施。48 静电屏蔽 主要是为了消除两个或几个电路之间由 于分电容耦合而产生的干扰，如变压