数控机床维护与数控系统故障诊断论文

烟台工程职业技术学院 数控技术 系 数控设备应用与维护 专业 08 级毕业设计（论文）题 目:数控机床维护及数控系统故障诊断 姓名 张涛 学号 指导教师（签名） 二 年 月 日烟台工程职业技术学院毕业设计（论文)诚 信 承 诺 书本人慎重承诺：我所撰写的设计（论文）数控机床维护及数控系统故障诊断是在老师的指导下自主完成，没有剽窃或抄袭他人的论文或成果。如有剽窃、抄袭，本人愿意为由此引起的后果承担相应责任。毕业论文（设计）的研究成果归属学校所有。 学生(签名) 年 月 日目录一 数控机床4(一) 数控机床的产生及发展4（二） 数控机床的特点5二 数控机床的维修6（一） 维修的内容6（二） 维修的特点6（三） 维修的目的：7（四） 故障诊断的方法：8三 主内容11（一） 主轴部分11（二） 主轴部件12（三） 电气部分结构15四 常见的维护问题17五 具体的维护问题19（一） 位置偏差的报警19（二） 机床“爬行”与振动19结束语22致 谢22参考文献23摘 要数控机床故障诊断及维护是数控机床调试和使用过程中很重要的组成部分，是目前制约数控机床发挥正常作用的因素之一。随着数控机床越来越多的推广和使用，对数控机床的诊断和维修就提出了更高的要求。科学技术的发展对机械产品提出了高精度、高复杂性的要求，而且产品的更新换代也在加速，这对机床不仅提出了精度和效率的要求而且也对其提出了通用性和灵活性的要求。数控机床就是针对这种要求而产生的一种新型自动化机床。数控机床集微电子技术、计算机技术、自动控制技术及伺服驱动技术、精密机械技术于一体，是高度机电一体化的典型产品。它本身又是机电一体化的重要组成部分，是现代机床技术水平的重要标志，坚持做好数控机床的日常保养和维修工作，可以有效地提高元器件使用寿命，避免产生或及时消除事故隐患，使机床保持良好的运行状态。关键词：数控机床；故障；维修数控机床维护及数控系统故障诊断张 涛一 数控机床(一) 数控机床的产生及发展 自从1952年美国麻省理工学院研制出世界上第一台数控机床以来，数控机床在制造工业，特别是在汽车、航空航天、以及军事工业中被广泛地应用，数控技术无论在硬件和软件方面，都有飞速发展。数控机床是在机械制造技术和控制技术的基础上发展起来的，其过程大致如下： 1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制直升飞机螺旋桨叶片轮廓检验用样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出采用数字脉冲控制机床的设想。 1949年，该公司与美国麻省理工学院(MIT)开始共同研究，并于1952年试制成功第一台三坐标数控铣床，当时的数控装置采用电子管元件。 1959年，数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板，出现带自动换刀装置的数控机床，称为加工中心( MC Machining Center)，使数控装置进入了第二代。 1965年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。 60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统(简称 DNC)，又称群控系统；采用小型计算机控制的计算机数控系统(简称 CNC)，使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。 1974年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置(简称 MNC)，这是第五代数控系统。 20世纪80年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。 20世纪90年代后期，出现了PC+CNC智能数控系统，即以PC机为控制系统的硬件部分，在PC机上安装NC软件系统，此种方式系统维护方便，易于实现网络化制造。高速、精密、复合、智能和绿色是数控机床技术发展的总趋势，近几年来，在实用化和产业化等方面也有较快的发展。 时 间名 称1952年NC数控铣床1958年MC加工中心1961年DNC计算机直接数控1965年AC自适应控制1973年CNC计算机数控1974年CAC/CAM计算机辅助设计/制造1979年FMC/FMS柔性制造单元/系统1980年CIMS计算机集成制造系统未来数控机床的类型将更加多样化，多工序集中加工的数控机床品种越来越多；激光加工等技术将应用在切削加工机床上，从而扩大多工序集中的工艺范围；数控机床的自动化程度更加提高，并具有多种监控功能，从而形成一个柔性制造单元，更加便于纳入高度自动化的柔性制造系统中。（二） 数控机床的特点1.特点：加工精度高，具有稳定的加工质量； 可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件； 加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间； 数控折弯机机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的35倍）； 机床自动化程度高，可以减轻劳动强度； 对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。二 数控机床的维修（一） 维修的内容 数控机床由机床本体（包括液压、气动和润滑装置等）和电气控制系统两大部分组成。就机床本体而言，由于机械部件处于运动摩擦过程中，因此，主轴箱的冷却和润滑，导轨副和丝杠螺母副的间隙调整、润滑及支承的预紧，液压和气动装置的压力和流量调整等。数控机床最终是以位置控制为目的，所以，位置检测装置维护的好坏将直接影响到机床的运动精度和定位精度。因此，电气系统的故障诊断及维护，内容多，设计面广，是维护和故障诊断的重点部分。（二） 维修的特点 1.数控机床是高投入、高精度、高效率的自动化设备； 2.一些重要设备处于关键的岗位和工序，因故障停机时，影响产量和质量； 3.数控机床在电气控制系统和机械结构比普通机床复杂，故障检测和诊断有一定的难度。按照数控机床故障频率的高低,整个使用寿命期大致可分为三个阶段,即初始使用故障期,相对稳定运行期以及寿命终了期.如图所示。（1）初始使用期整机安装调试后,开始运行半年至一年期间,故障频率较高,一般无规律可循.在这个时期,电气、液压和气动系统故障频率约占整个初始使用期的90%,为此,要加强对机床的监测,勤记录,定期对机床进行机电调整,以保证设备各种运行参数处于技术规范之内。（2）相对稳定运行期进入相对稳定的正常运行期后,各类元器件器质性的故障较为罕见,但不排除偶发性故障的产生,所以仍要坚持记录。另外,要坚持每个六个月对设备醉一次机电综合检测和复校，这个时期内，机电故障发生的概率近乎相等，且大多数可以排除。（3）寿命终了期机床进入寿命终了期后，各类元器件开始加速磨损和老化，故障频率开始逐年递增，故障性质属于渐发性和器质性的。故障诊断时往往不能单纯地从机械方面或电气方面来考虑，必须加以综合，全方位的加以考虑。 （三） 维修的目的：数控机床是机电一体化在机修加工领域中的典型产品，具有高精度、高效率和高技术的要求外，还应该具有高可靠性。要发挥数控机床的高效益，就要保证他的开动率，这就对数控机床提出了稳定性和可靠性的要求。衡量该要求的指标是平均无故障时间MTBF，即为两次无故障时间；同时，当设备出故障后，要求排故障的修理时间MTTR越短越好，所以衡量上述要求的另一个指标时平均有效度A：A=MTBF/MTBF+MTTR,为提高MTBF，降低MTTR,一方面要加强日常维护，延长无故障时间；另一方面出故障后，要尽快诊断出故障原因加以恢复，其实可以用通俗的话讲，就是平时要注意保养避免出病；生病后，要及时就医，诊断出病因，对症下药尽快康复。衡量的指标有： MTBF平均无故障时间 MTTR排除故障的修理时间 平均有效度A： A=MTBF/（MTBF+MTTR）特别是对柔性制造系统，任何一台数控机床出故障都会影响带整条生产线的运行，其经济损失是相当大的，因此快速诊断出故障原因和加强日常维护就显得很重要了。（四） 故障诊断的方法：1.故障诊断主要内容 ：故障诊断的实质是在诊断对象出现故障的前提下,通过来自外界或系统本身的信息输入,经过处理,判断出故障种类,定为故障部位(元部件),进而估计出故障可能时间、严重程度、故障原因等,甚至还可以提供评价、决策以及进行维修的建议。 现代故障诊断的主要内容应包括实时监测技术,故障分析(诊断)技术和故障修复方法三个部分。从信息获取到故障定位,再到故障的排除,作为单独的技术领域发展的同时,又作为故障诊断的技术共同协调发展。2.故障诊断应遵循的原则及常用的仪器和技术资料（1）第一，先外部后内部数控机床的检修要求维修人员掌握先外部后内部的原则，由外向内逐一进行检查排除。第二，先机械后电气首先检查机械是否正常，行程开关是否灵活，气动液压部分是否正常等，在故障检修之前，首先注意排除机械的故障。第三，先静后动维修人员本身要做到先静后动。首先询问机床操作人员故障发生的过程及状态，查阅机床说明书、图纸资料，进行分析后，才可动手查找和处理故障。（2）诊断常用的仪器、仪表及工具万用表可测电阻、交、直流电压、电流。相序表可检测直流驱动装置输入电流的相序。转速表可测量伺服电动机的转速，是检查伺服调速系统的重要依据。钳形电流表可不断线检测电流。测振仪是振动检测中最常用、最基本的仪器。短路追踪仪可检测电气维修中经常碰到的短路故障现象。逻辑测试笔可测量数字电路的脉冲、电平。IC测试仪用于数控系统集成电路元件的检测和筛选。工具弹头钩形扳手、拉锥度平键工具、弹性手锤、拉卸工具等。 （3）诊断用技术资料主要有：数控机床电气说明书，电气控制原理图，电气连接图，参数表，PLC程序，编程手册，数控系统安装与维修手册，伺服驱动系统使用说明书等。数控机床的技术资料非常重要，必须参照机床实物认真仔细地阅读。一旦机床发生故障，在进行分析的同时查阅相关资料。 3.常用的诊断方法W（1）直观检查法它是维修人员最先使用的方法。在故障诊断时，首先要询问，向故障现场人员仔细询问故障产生的过程、故障表象及故障后果，并且在整个分析、判断过程中可能要多次询问；其次是仔细检查，根据故障诊断原则由外向内逐一进行观察检查。总体查看机床各部分工作状态是否处于正常状态(例如各坐标轴位置、主轴状态、刀库、机械手位置等)，各电控装置(如数控系统、温控装置、润滑装置等)有无报警指示，局部特别要注意观察电路板的元器件及线路是否有烧伤、裂痕等现象、电路板上是否有短路、断路，芯片接触不良等现象，对于已维修过的电路板，更要注意有无缺件、错件及断线等情况；再次是触摸，在整机断电条件下可以通过触摸各主要电路板的安装状况、各插头座的插接状况、 各功率及信号导线(如伺服与电机接触器接线)的联接状况等来发现可能出现故障的原因。 （2）仪器检查法使用常规电工仪表，对各组交、直流电源电压，对相关直流及脉冲信号等进行测量，从中找寻可能的故障。例如：用万用表检查各电源情况，以及对某些电路板上设置的相关信号状态测量点的测量，用示波器观察相关的脉动信号的幅值、相位甚至有、无，用PLC 编程器查找PLC程序中的故障部位及原因等等。.（3）功能程序测试法 功能程序测试法是将数控系统的G、M、S、T、F功能用编程法编成一个功能试验程序，并存储在相应的介质上。在故障诊断时运行这个程序，可快速判定故障发生的可能起因。功能程序测试法常应用于以下场合：机床加工造成废品而一时无法确定是编程操作不当、还是由于数控系统故障引起的。 数控系统出现随机性故障。一时难以区别是外来干扰，还是系统稳定性差时。 闲置时间较长的数控机床在投入使用前或对数控机床进行定期检修时。 （4）信号与报警指示分析法 硬件报警指示这是指包括伺服系统、数控系统在内的各、电器装置上的各种状态和故障指示灯，结合指示灯状态和相应的功能说明便可获知指示内容及故障原因与排除方法。 软件报警指示如前所述的系统软件、PLC程序与加工程序中的故障通常都设有报警显示，依据显示的报警号对照相应的诊断说明手册便可获知可能的故障原因及故障排除方法。 （5）接口状态检查法数控系统多将PLC集成于其中，而CNC与PLC之间则以一系列接口信号形式相互通讯联接。有些故障是与接口信号错误或丢失相关的，这些接口信号有的可以在相应的接口板和输入/输出板上有指示灯显示，有的可以通过简单操作在CRT屏幕上显示，而所有的接口信号都可以用PLC编程器调出。这种检查方法要求维修人员既要熟悉本机床的接口信号，又要熟悉PLC编程器的应用。 （6）参数检查法 数控系统、PLC及伺服驱动系统都设置许多可修改的参数以适应不同机床、不同工作状态的要求。这些参数不仅能使各电气系统与具体机床相匹配，而且更是使机床各项功能达到最佳化所必需的。因此，任何参数的变化(尤其是模拟量参数)甚至丢失都是不允许的；而随机床的长期运行所引起的机械或电气性能的变化会打破最初的匹配状态和最佳化状态。此类故障需要重新调整相关的一个或多个参数方可排除。这种方法对维修人员的要求是很高的，不仅要对具体系统主要参数十分了解，既知晓其地址熟悉其作用，而且要有较丰富的电气调试经验。 （7）试探交换法即在分析出故障大致起因的情况下，维修人员可以利用备用的印刷电路板、集成电路芯片或元器件替换有疑点的部分，从而把故障范围缩小到印刷线路板或芯片一级。采用此法之前应注意以下几点： 更换任何备件都必须在断电情况下进行。 许多印制电路板上都有一些开关或短路棒的设定以匹配实际需要，因此在更换备件板上一定要记录下原有的开关位置和设定状态，并将新板作好同样的设定，否则会产生报警而不能工作。 某些印制电路板的更换还需在更换后进行某些特定操作以完成其中软件与参数的建立。这一点需要仔细阅读相应电路板的使用说明。 有些印制电路板是不能轻易拔出的，例如含有工作存储器的板，或者备用电池板，它会丢失有用的参数或者程序。必须更换时也必须遵照有关说明操作。 鉴于以上条件，在拔出旧板更换新板之前一定要先仔细阅读相关资料，弄懂要求和操作步骤 之后再动手，以免造成更大的故障。（8）测量比较法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量端子。维修人员通过检测这些测量端子的电压或波形，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。 （9）特殊处理法 当今的数控系统已进入PC级、开放化的阶段，其中软件含量越来越丰富，有系统软件、机床制造者软件、甚至还有使用自己的软件，由于软件逻辑的设计中不可避免的一些问题，会使得有些故障状态无从分析，例如死机现象。对于这种故障现象则可以采取特殊手段来处理，比如整机断电，稍作停顿后再开机，有时则可能将故障消除。维修人员可以在自己的长期实践中摸索其。故障处理对策除非出现影响设备或人身安全的紧急情况，不要立即切断机床的电源，应保持故障现场。从机床外观、CRT显示的内容、主板或驱动装置报警灯等方面进行检查。可按系统复位键，观察系统的变化，报警是否消失。如消失，说明是随机性故障或是由操作错误引起的。如不能消失，把可能引起该故障的原因罗列出来，进行综合分析、判断，必要时进行一些检测或试验，达到确诊故障的目的。三 主内容（一） 主轴部分 数控机床对主轴要求在很宽范围内转速连续可调，恒功率范围宽，当要求机床有螺纹加工功能、准停功能和恒线速加工等功能时，就要求主轴提出相应的进给控制和位置控制要求。主轴驱动系统的故障诊断与维修： 常见故障： 1.外界干扰当主轴转速指令为零时，主轴仍往复转动，调整零速平衡和漂移补偿也不能消除故障。原因为受电磁干扰，屏蔽和接地措施不良。 2.过载电机过热，驱动装置显示过电流报警，检查切削用量是否过大，正，反转是否频繁。 3.主轴定位主轴定位控制一种是利用磁性传感器的电气准停控制，另一种是编码器的准停控制。准停要经过减速过程，如减速或增益参数设置不当，传感器失灵等可引起定位抖动。 4.无转进给要执行每转进给的指令，主轴必须有每转一个脉冲的反馈信号，一般情况下为主轴编码器有问题。5.主轴电机不转CNC系统至主轴驱动装置除了转速模拟量（010伏）控制信号外，还有使能控制信号，一般为DC+24继电器线圈电压。另外主轴启动条件，如润滑，冷却等是否满足。（二） 主轴部件1、维护特点机床的主轴部件是机床重要部件之一，它带动工件或刀具执行机床的切削运动，因此数控机床主轴部件的精度，抗振性和热变形对加工质量有直接的影响，由于数控机床在加工过程中不进行人工调整，这些影响就更为严重。主轴部件是影响机床加工精度的主要部件，它的回转精度影响工件的加工精度，它的功率大小与回转精度影响加工效率；它的自动变速，准停和换刀等影响机床的自动化程度。因此，要求主轴部件具有与本机床工作性能相适应的高回转精度、刚度、抗震性、耐磨性和低的温升。在结构上，必须很好地解决刀具和工件的装夹，轴承的配置、轴承间隙调整和润滑密封等问题。主轴的结构根据数控机床的规格、精度采用不同的主轴轴承。（1）主轴润滑为了保证主轴有良好的润滑，减少摩擦发热，同时又能把主轴组件的热量带走，通常采用循环式润滑系统。用液压泵供油强力润滑，在油箱中使用油温控制器控制油液温度。（2）防泄漏在密封件中，被密封的介质往往是以穿漏、渗透或扩散的形式越界渗漏到密封连接处的彼测卧式加工中心主轴前支承处采用的双层小间隙密封装置。要是间隙密封结构能在一定的压力和温度范围内具有良好的密封防漏性能，必须保证法兰盘与主轴及轴承端面的配合间隙。如下图 主轴前支承的密封结构1进油口；2轴承；3套筒；4、5法兰盘；6主轴；7泄漏孔；8回油斜孔；9泄油孔。（3）刀具夹紧在活塞推动拉杆松开刀柄的过程中，压缩空气由喷气头经过活塞中心孔和拉杆中的孔吹出，将锥孔清理干净，防止主轴锥孔中掉入切屑和灰尘，把主轴锥孔表面和刀杆的锥柄划伤，同时保证刀具的正确位置。主轴锥孔的清理十分重要。2、主传动链的维护 （1）熟悉数控机床主传动链的结构、性能参数，严禁超性能使用。（2）主传动链出现不正常现象时，应立即停机排除故障。（3）注意保持主轴与刀柄连接部位及刀柄的清洁，防止对主轴的机械撞击。（4）经常检查轴端及各处密封，防止润滑油液的泄漏。（5）经常检查压缩空气气压，并调整到标准要求值。足够的气压才能使主轴锥孔中的切屑和灰尘清理彻底。3.主传动链的故障诊断序号故障现象故障原因1主轴发热主轴前后轴承损伤或轴承不清洁；主轴前端盖与主轴箱体压盖研伤；轴承润滑油脂耗尽或润滑油脂涂抹过多。2主轴在强力切削时停转电动机与主轴连接的皮带过松；皮带表面有油；皮带使用过久而失效；摩擦离合器调整过松或磨损。3主轴噪声缺少润滑；小带轮与大带轮传动平状况不佳；主轴与电机连接的皮带过紧；齿轮啮合间隙不均匀或齿轮损坏；传动轴承损坏或传动轴弯曲。4刀具不能加紧碟形弹簧位移量较小；检查刀具松夹弹簧上的螺母是否松动。5刀具夹紧后不能松开松刀弹簧压合过紧；液压缸压力和行程不够。6防滑油泄漏润滑油量过多；检查各处密封件是否有损坏；管件损坏。（三） 电气部分结构数控车床的电气系统由以下几部分组成；计算机数字控制设备(CNC)、可编程序控制器(PLC)、进给驱动装置、主轴驱动装置、外围执行机构控制元件等部分组成。1.计算机数字控制设备(CNC)CNC装置是数控车床的核心，包括硬件(EP后0电路扳、显示器、键盘等)以及相应的软件目前市场主流的车床CNC装置有德国西门子公司(SIEMENS)的802系列，日本发那 科公司(FANUC)的酗系列，国产的有广州数控的980系列，武汉华中数控“世纪星”系 列等。2.可编程序控制器(PLC)PLC在数控车床上是人机进行信息交换的主要途径，也是机床完成各种复杂动作的重 要部件可编程序控制器一般分两类：一类是内装型PLC，内装型PLC作为数控系统基本的或可选择的功能提供给用户，其软件和硬件被作为CNC系统的基本功能而与CNC其他 功能一起设计制造，因此具有较强的针对性；另一类是独立型PLC，其独立于CNC装置外， 具有完备的硬件和软件，能够独立完成规定的控制任务。 3.进给驱动装置(1)步进电机：它价格低，无反馈元件，调整简单，但它转速较低，尤过扭矩能力，有共振区，有步距角要求，控制精度较低这是一种开环控制装置。(2)直流伺服装置：它是发展较早的一种电机调速装置。这种进给装置过扭矩能力大，控制精度较高，但其电机制造成本高，且电机需要日常维护，现在车床上逐步被淘汰。(3)交流进给伺服装置：它是基于交流变频技术发展而发展起来的一种进给装置，它控制精度较高，运行平稳，有一定的过扭矩能力，且价格适中，不用日常维护，所以发展迅猛，特别是现在的全数字交流进给伺服装置交流伺服装置是现在进给装置的主导产品。(4)直线电机进给装置，它是将机械，电气和现代科技相结合的一种产物，它改变了现在的机床结构形式，使得速度更快(可达几十米分)椅度更高(可达到纳米要求)，体积更小等，直线电机是进给系统的发展方向。4.主轴驱动装置主轴驱动装置是数控车床主运动一旋转运动的动力装置，也可以分为4大类。(1)普通三相异步电动机：这种主轴驱动装置不需要驱动单元，价格低廉，机床主轴的变速一般采用手动变速或电气掖压控制的机械变速。(2)用变频器控制三相异步电动机的主轴驱动装置：它的价格为主轴伺服电机价格11312，又能满足机床无级变速的要求，随着变频技术的日趋成熟，这几年这种变速装置正在迅速发展。(3)主轴伺服电机：它转速高，响应快，可实现无级调速、恒线速切削、主轴定位等功能，它一般用在较高档的数控车床上。(4)电主轴：这是近几年新推出的一种主轴装置，它将电机和主轴结合在一起，具有体积小转速高(一般几千到几十万转分)噪声低等优点，但因价格高和其自身原因，现尚未普及，从长远来看它是主轴的发展方向。(5)外围执行机构控制元件主要由开关、按钮、接触铝、继电器、电磁阀等组成 四 常见的维护问题（一）按照机床故障的类型区分，故障可分为机械故障和电气故障。1.机械故障 这类故障主要发生在机床主机部分，还可以分为机械部件故障、液压系统故障、气动系统故障和润滑系统故障等。例如一台采用SINUMERIK 810系统的数控淬火机床开机回参考点、走X轴时，出现报警1680“SERVOENABLETRAVAXISX，手动走X轴也出现这个报警，检查伺服装置，发现有过载报警指示。根据西门子说明书产生这个故障的原因可能是机械负载过大、伺服控制电源出现问题、伺服电动机出现故障等。本着先机械后电气的原则，首先检测X轴滑台，手动盘动X轴滑台，发现非常沉，盘不动，说明机械部分出现了问题。将X轴滚珠丝杠拆下检查，发现滚珠丝杠已锈蚀，原来是滑台密封不好，淬火液进人滚珠丝杠，造成滚珠丝杠的锈蚀，更换新的滚珠丝杠，故障消除。 2.电气故障电气故障是指电气控制系统出现的故障，主要包括数控装置、PLC控制器、伺服单元、CRT显示器、电源模块、机床控制元件以及检测开关的故障等。这部分的故障是数控机床的常见故障，应该引起足够的重视。（二）按数控机床发生的故障后有无报警显示分类按故障产生后有无报警显示，可分为有报警显示故障和无报警显示故障两类。1.有报警显示故障这类故障又可以分为硬件报警显示和软件报警显示两种。 （1)硬件报警显示的故障。硬件报警显示通常是指各单元装置上的指示灯的报警指示。在数控系统中有许多用以指示故障部位的指示灯，如控制系统操作面板、CPU主板、伺服控制单元等部位，一旦数控系统的这些指示灯指示故障状态后，根据相应部位上的指示灯的报警含义，均可以大致判断故障发生的部位和性质，这无疑会给故障分析与诊断带来极大好处。因此维修人员在日常维护和故障维修时应注意检查这些指示灯的状态是否正常。 （2)软件报警显示的故障。软件报警显示通常是指数控系统显示器上显示出的报警号和报警信息。由于数控系统具有自诊断功能，一旦检查出故障，即按故障的级别进行处理，同时在显示器上显示报警号和报警信息。软件报警又可分为NC报警和PLC报警，前者为数控部分的故障报警，可通过报警号，在数控系统维修手册上找到这个报警的原因与怎样处理方面的内容，从而确定可能产生故障的原因；后者的PLC报警的报警信息来自机床制造厂家编制的报警文本，大多属于机床侧的故障报警，遇到这类故障，可根据报警信息，或者PLC用户程序确诊故障。2.无报警显示的故障 这类故障发生时没有任何硬件及软件报警显示，因此分析诊断起来比较困难。对于没有报警的故障，通常要具体问题具体分析。遇到这类问题，要根据故障现象、机床工作原理、数控系统工作原理、PLC梯形图以及维修经验来分析诊断故障。 例如一台数控淬火机床经常自动断电关机，停一会再开还可以工作。分析机床的工作原理，产生这个故障的原因一般都是系统保护功能起作用，所以首先检查系统的供电电压为24V，没有间题；在检查系统的冷却装置时，发现冷却风扇过滤网堵塞，出故障时恰好是夏季，系统因为温度过高而自动停机，更换过滤网，机床恢复正常使用。 又如一台采用德国SINUMERIK 810系统的数控沟槽磨床，在自动磨削完工件、修整砂轮时，带动砂轮的Z轴向上运动，停下后砂轮修整器并没有修整砂轮，而是停止了自动循环，但屏幕上没有报警指示。根据机床的工作原理，在修整砂轮时，应该喷射冷却液，冷却砂轮修整器，但多次观察发生故障的过程，却发现没有切削液喷射。切削液电磁阀控制原理图如图所示，在出现故障时利用数控系统的PLC状态显示功能，观察控制切削液喷射电磁阀的输出Q4.5，其状态为“1”，没有问题，根据电气原理图它是通过直流继电器K45来控制电磁阀的，检查直流继电器K45也没有问题，接着检查电磁阀，发现电磁阀的线圈上有电压，说明问题是出在电磁阀上，更换电磁阀，机床故障消除。五 具体的维护问题 对于每一个维修人员来说，只能靠自己来总结自己遇到的故障，每次修理一个故障，都要认真总结。这样，就可以不断地“净化”尽可能地把自己的实践上升到理论高度。通过理论的提高才能更进一步修好设备。（一）、位置偏差的报警在FANUC系统中出现有4 * 0及4 * 1（其中 * 代表轴号）的报警。报警解释是偏差过大。 实际上这是位置环中的一个问题，讨论位置环，就应讨论偏差计算器，如下图所示（二）、机床“爬行”与振动 在数控机床中有很多明显的不正常现象，但在有一些经济型数控系统中，却没有报警，即使有时出现报警，报警的信息表明也不是你所看到不正常现象的报警。机床出现“爬行”与振动就是一个很明显的例子。 机床爬行和振动问题是属于速度的问题。既然是速度的问题就要去找速度环，机床速度的整个调节过程是由速度调节器来完成的。特别应该着重指出，速度调节器的数间常数，也就是速度调节器积分时间常数是以毫秒计的，因此，整个机床的伺服运动是一个过渡过程，是一个调节过程。因此，机床振动问题也要去查找速度调节器。一个是给定信号，一个是反馈信号，再一个就是速度调节器的本身。 第一个是由位置偏差计数器出来经D/A 转换给速度调节器送来的模拟量 UCMD,这个信号是否有振动分量，可以通过伺服板上的插脚（FANUC系统的伺服板是18脚）来看一看它是否振动。如果它只有一个周期的振动信号，那毫无疑问机床振动是正确的，速度调节器这一部分没有问题，而是前级有问题，向D/A转换器或偏差计数器去查问题。如果测量结果没有任何振动的周期性的波形，那么问题肯定出在其他两个部分。 可以观察测速发电机的波形。由于机床振动，说明机床的速度在激烈的震荡中，当然测速发电机反馈回来的波形一定也是动荡不已的。但是可以看到，测速发电机反馈的波形中是否出现有规律的大起大落，十分混乱现象。这时，最好能测一下机床的振动频率与电动机旋转的速度是否存在一个准确的比率关系，譬如振动的频率是电机转速四倍频率。这时就要考虑电机或测速发电机有故障的问题。 因为振动频率一点动机转速成一定比率，首先就要检查电动机是否有故障，检查它的碳刷、换向器表面状况以及机械振动的情况，并要检查滚珠轴承的润滑的情况，不必全部拆卸下来，通过观察窗进行观察就可以了，轴承可以用耳去听声音来检查。如果没有什么问题，就要检查测速发电机。测速发电机一般是直流的。 测速发电机是一台小型的永磁式直流发电机，它的输出电压应正比于转速，也就是输出电压与转速是线性关系。只要转速一定，它的输出电压波形应当是一条直线，但由于齿槽的影响及换向器换向的影响，在这直线上附着一个微小的交变量。为此，测速反馈电路上都加了滤波电路，滤波电路就是削弱附在电压上的交流分量。 测速发电机中常常出现的一个毛病就是碳刷磨下来的碳粉积存在换向片之间的槽内，造成测速发电机片间短路，一旦出现这样的情况就避免不了振动的问题。 这是因为被短路的元件一会儿在上面支路，一会儿在下面支路，一会儿正好处于换向状态，这三种情况就会出现三种不同的测速反馈的电压，在上面支路时，上面由于少了一个元件，电压必然要小，而当它这个元件又转到了下面支路时，下面的电压也小，这时不论在上面支路，还是在下面支路中，都必然使这两条支路的端电压下降，且有一个平衡电流流过这两条并联的支路，又造成一定的电压降，当这个元件处于换向，正好它也处于短路，这时上下两个支路没有短路元件，电压得以恢复，且也无环流，这样，与正常测速发电机状态一样。为此，三种不同情况下电压做了一个周期的变化，这个电压反馈到调节器上时，势必引起调节器的输出也作出相应的、周期的变化。这是仅仅引起一个元件被短路。特别严重时有很多换相片被碳粉填平了，大面积短路，这样就会更为严重的电压波动。反馈信号与给定信号对于调节器来说是完全相同的，所以，出现了反馈信号的波动，必然引起速度调节器的反方向调节，这样，就引起机床的振动。 这种情况发生时，非常容易处理，只要把电机后盖拆下，露出测速发电机的换向器。这时不必做任何拆卸，只要用尖锐的钩子，小心地把每个槽子钩一下，然后用细砂纸磨一下钩起的毛刺，把换向片表面用无水酒精擦一下，再放上碳刷就可以了。这里特别要注意的是用尖锐的钩子去钩换向槽口时，别碰到绕组，因为绕组很细，一旦碰到就无法修复，只有重新更换绕组。再一个千万不要用含酒精去擦，以免绝缘电阻下降无法烘干。这样，就会拖延修理期限。 除了上面讨论过的引起振动的原因外，还可能是系统本身的参数引起振动的。一个闭环系统也可能由于参数设定不好，而引起系统振动，最佳的消除振动的方法就是减小它的放大倍数。在FANUC 的系统中调节 RV1，逆时针方向选转，只能改变短路棒，也就是切除反馈电阻值，降低整个调节器的放大倍数。 采用这些方法后，还做不到完全消除振动，甚至无任何改变，就要考虑更换速度调节器板或换下后彻底检查各处波形。在这个实例中，出现爬行时，电机是在低速，一旦提高速度就振起来，这时电流就可能出现过流报警。 产生报警的原因是机床工作台面为了迅速跟随反馈信号的变化而变化，必须有一个很大的加速度才行，这个加速度就是有电机的转矩给出的。电机转矩的变化来响应速度给定信号（实际上是反馈信号）的变化，转矩就是电流信号。大的转矩就是大的电流信号造成的，在电流环中出现了一个电流的激烈变化，从而出现了过流现象。 在振动时不报警，而在振动加大时，出现了过流报警。 总结：位置问题去找位置环，而速度问题去找速度环。所谓位置环就是研究零件加工的尺寸问题，零件尺寸的精度要去研究位置环。当然，零件尺寸的重复精度还和基准点有关，在后面还要讨论基准点返回问题。尺寸问题和位置问题要求考虑的对象是位置环，或者说与位置环有关的部分应是考虑的主要对象。速度的问题就要去研究速度环以及与速度环有关的部分。由于数控机床是机电一体化产品，这里边影响机床工作的因素很多，例如加工形状误差的原因，除了电气方面的问题之外，失动量的测定也是影响加工的几何形状一个重要问题，机械方面的问题也与电气的问题混在一起，这种情况就难以分辨出到底是哪个因素在这个问题中的比重占有多少。这些相关的因素是制约迅速查出故障的重要因素。结束语经过两个多月的努力，数控机床维护及数控系统故障诊断论文终于完成 在