数控技术自考本科毕业论文-数控机床的故障诊断与维护.doc

郑州大学自考本科毕业论文 专业 数控技术 姓名 准考证号 论文题目数控机床的故障诊断与维护 2012年10月7日毕业论文样式-评价：论文评语：论文建议成绩：评审教师签名：年 月 日论文综合成绩：答辩组长签名： 院系盖章： 年 月 日学校自考办意见：目 录摘要3绪论3第一章 数控机床概论31.1 数控机床的产生31.2数控机床的特点31.3 数控机床的原理31.4 数控机床的组成31.5数控机床的分类3第二章机床故障诊断32.1常用的数控机床维修工具32.2数控机床故障诊断原则32.3数控机床的故障规律32.4数控系统的故障诊断32.5数控系统的常见故障分析32.6故障排除方法3第三章数控机床机械结构的故障诊断33.1主轴部分故障诊断33.2刀库和换刀装置故障诊断33.3滚珠丝杠螺母副故障诊断33.4导轨部分故障诊断3第四章 数控机床辅助部分的故障诊断34.1液压部分故障诊断34.2 气动部分故障诊断34.3润滑部分故障诊断34.4刀架故障3第五章数控机床的维护35.1机械部分的维护与保养35.2辅助装置的维护与保养35.3CNC系统的日常维护主要包括以下几方面：3结论3致 谢3参考文献3毕业设计（论文）任务书3毕业设计（论文）开题报告3摘要随着数控机床应用的普及，对数控机床的有效利用率要求越来越高，这一方面要求数控机床的可靠性要高，另一方面要求数控机床出现故障后能尽快排除。所以要求数控机床的维修人员不但要有理论知识，而且要有快速发现问题、解决问题的能力和丰富的实际经验。对此，企业急需掌握数控设备维修技术的技术人员。同时，数控设备的操作人员、维修技术人员也急切希望提高自己的技术水平， 以适应数控设备故障诊断和维修工作的需要。关键词：维护、故障、维修Abstrct Along with the popularization of using NC machine, the NC machine utilization requirements more and more high, this request, on the one hand, the reliability of the numerical control machine to high, on the other hand for NC machine tool failure as soon as possible after excluded. So the requirement of NC machine tool maintenance personnel should not only have theory knowledge, but also to have quick find out problems, to solve the question ability and rich practical experience. To this, enterprise need master CNC equipment maintenance technology and technical personnel. At the same time, the NC equipment operators, maintenance and technical personnel will be eager to hope to improve their technical level, in order to adapt to the NC equipment fault diagnosis and maintenance work needs.Keywords: maintenance, fault, maintenance绪论在机械加工工艺教学中，机械制造专业学生及数控技术专业学生都要学习数控车床操作技术。让学生了解相关工种的先进技术，同时培养工作岗位的前瞻性；在讲授数控知识的同时，必须要求学生掌握基本的机械加工工艺，增强系统意识，理解手动操作与自动操作之间的联系，真正把学生培养成为适应各种工作环境和岗位的多面手。数控车工基础工艺理论及技能有机融合，包括夹具的使用、量具的识读和使用、刃具的刃磨及使用、基准定位等，分类叙述了车床操作、数控车床自动编程仿真操作、数控车床编程与操作的初、中级内容。以机械加工中车工工艺学与数控车床技能训练密切结合为主线，常用量具识读及工件测量、刀具及安装、工件定位与安装、金属切削过程及精加工，较清晰地展示了数控车工必须掌握的知识和技能的训练途径。对涉及与数控专业相关的基础知识、专业计算，都进行了有针对性的论述，目的在于塑造理论充实、技能扎实的专业技能型人才。第一章 数控机床概论1.1 数控机床的产生数控机床，就是为了解决单件、小批量，特别是复杂型面零件加工的自动化并保证质量要求而产生的。20世纪40年代末，美国开始研究数控机床，1952年，美国PARSONS公司和麻省理工学院（MIT）合作成功研制出第一台三坐标数控铣床，并于1957年投入使用。这是制造技术发展过程中的一个重大突破，标志着制造领域中数控加工时代开始。数控加工是现代制造技术的基础，这一发明对于制造行业而言，具有划时代的意义和深远的影响。世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术的研究的发展。我国于是1958年开始研制数控机床，成功试制出配有电子数控系统的数控机床，1965年开始批量生产配有晶体管数控系统的三坐标数控铣床。经过几十年的发展，目前的数控机床已经在工业界得到广泛应用，在模具制造行业的应用尤为普及。数控机床种类繁多，模具制造常用数控加工机床有：数控铣床、数控电火花成型机床、数控电火花线切割机床、数控磨床和数控车床。数控机床通常由控制系统、伺服系统、检测系统、机械传动系统及其它辅助系统组成。控制系统用于数控机床的运算、管理和控制，通过输入介质得到数据，对这些数据进行解释和运算并对机床产生作用；伺服系统根据控制系统的指令驱动机床，使刀具和零件执行数控代码规定的运动；检测系统则是用来检测机床执行件（工作台、转台、滑板等）的位移和速度变化量，并将检测结果反馈到输入端，与输入指令进行比较，根据其差别调整机床运动；机床传动系统是由进给伺服驱动元件至机床执行件之间的机械进给传动装置；辅助系统种类繁多，如：固定循环（能进行重复加工）、自动换刀（可交换指定的刀具）、传动间隙补偿（补偿机械传动系统产生的间隙误差）等等。1.2数控机床的特点数控技术是用数字信息对机床运动和工作过程进行控制的技术，它是集传统的机械制造技术、计算机技术、现代控制技术、传感检测技术、网络通信技术和光机电技术等于一体的现代制造业的基础技术，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化和智能化起着举足轻重的作用。数控装备则是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透而形成的机电一体化产品。数控技术是制造自动化的基础，是现代制造装备的灵魂核心，是国家工业和国防工业现代化的重要手段，关系到国家战略地位，体现国家综合国力水平，其水平的高低和数控装备拥有量的多少是衡量一个国家工业现代化的重要标志。数控加工，也称之为NC（Numerical Control）加工，是以数值与符号构成的信息，控制机床实现自动运转。数控加工经历了半个世纪的发展已成为应用于当代各个制造领域的先进制造技术。数控加工的最大特征有两点：一是可以极大地提高精度，包括加工质量精度及加工时间误差精度；二是加工质量的重复性，可以稳定加工质量，保持加工零件质量的一致。也就是说加工零件的质量及加工时间是由数控程序决定而不是由机床操作人员决定的。与普通车床相比，数控车床具有以下几个特点：.适应性强由于数控机床能实现多个坐标的联动，所以数控机床能加工形状复杂的零件，特别是对于可用数学方程式和坐标点表示的零件，加工非常方便。更换加工零件时，数控机床只需更换零件加工的NC程序。.加工质量稳定对于同一批零件，由于使用同一机床和刀具及同一加工程序，刀具的运动轨迹完全相同这就保证了零件加工的一致性好，且质量稳定。.效率高数控机床的主轴转速及进给范围比普通机床大。目前数控机床最高进给速度可达到100m/min以上，最小分辨率达0.01um。一般来说，数控机床的生产能力约为普通机床的三倍，甚至更高。数控机床的时间利用率高达90，而普通机床仅为3050。.精度高数控机床有较高的加工精度，一般在0.005mm0.1mm之间。数控机床的加工精度不受零件复杂程度的影响，机床传动链的反向齿轮间隙和丝杠的螺距误差等都可以通过数控装置自动进行补偿。因此，数控机床的定位精度比较高。.减轻劳动强度在输入程序并启动后，数控机床就自动地连续加工，直至完毕。这样就简化了工人的操作，使劳动强度大大降低。（6）工序集中，一机多用数控机床，特别是自动换刀的数控机床，再一次装夹的情况下，几乎可以完成零件的全部加工，一台数控机床可以代替数台普通车床。这样可以减少装夹误差，节约工序间的运输、测量和装夹等辅助时间，还可以节省机床占地面积，带来较高的经济效益。还有能实现复杂的运动、产生良好的经济效益、利于生产管理现代化等特点。1.3 数控机床的原理在普通机床上加工零件，是操作者根据零件图样的要求，不断改鬓道具与工件之间相对运动轨迹，有道具对工件进行切雪儿加工出要求的零件。在数控机床上加工零件时，则是将被加工零件的加工工序、工艺参数和机床运动要求用数控语言编制出加工程序，然后输入到CNC装置，CNC装置对加工程序进行一系列的处理后，想伺服系统发出执行指令，有伺服系统驱动机床移动部件运动，从而自动完成零件的加工。图1-1为数控机床的工作过程图1-1为数控机床的工作过程1.4 数控机床的组成、机床本体数控机床的机床本体与传统机床相似，由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。但数控机床在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面都已发生了很大的变化，这种变化的目的是为了满足数控机床的要求和充分发挥数控机床的特点。、CNC单元CNC单元是数控机床的核心，CNC单元由信息的输入、处理和输出三个部分组成。CNC单元接受数字化信息，经过数控装置的控制软件和逻辑电路进行译码、插补、逻辑处理后，将各种指令信息输出给伺服系统，伺服系统驱动执行部件作进给运动. 输入/输出设备输入装置将各种加工信息传递于计算机的外部设备。在数控机床产生初期，输入装置为穿孔纸带，现已淘汰，后发展成盒式磁带，再发展成键盘、磁盘等便携式硬件，极大方便了信息输入工作，现通用DNC网络通讯串行通信的方式输入。输出指输出内部工作参数（含机床正常、理想工作状态下的原始参数，故障诊断参数等），一般在机床刚工作状态需输出这些参数作记录保存，待工作一段时间后，再将输出与原始资料作比较、对照，可帮助判断机床工作是否维持正常。伺服单元伺服单元由驱动器、驱动电机组成，并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。它的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动。对于步进电机来说，每一个脉冲信号使电机转过一个角度，进而带动机床移动部件移动一个微小距离。每个进给运动的执行部件都有相应的伺服驱动系统，整个机床的性能主要取决于伺服系统。驱动装置驱动装置把经放大的指令信号变为机械运动，通过简单的机械连接部件驱动机床，使工作台精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动， 最后加工出图纸所要求的零件。和伺服单元相对应，驱动装置有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机等。伺服单元和驱动装置可合称为伺服驱动系统，它是机床工作的动力装置，CNC装置的指令要靠伺服驱动系统付诸实施，所以，伺服驱动系统是数控机床的重要组成部分。可编程控制器可编程控制器 (PC，Programmable Controller) 是一种以微处理器为基础的通用型自动控制装置，专为在工业环境下应用而设计的。由于最初研制这种装置的目的是为了解决生产设备的逻辑及开关控制， 故把称它为可编程逻辑控制器( PLC， Programmable Logic Controller)。当PLC用于控制机床顺序动作时，也可称之为编程机床控制器( PMC， Programmable Machine Controller )。PLC己成为数控机床不可缺少的控制装置。CNC和PLC协调配合，共同完成对数控机床的控制。测量反馈装置测量装置也称反馈元件，包括光栅、旋转编码器、激光测距仪、磁栅等。通常安装在机床的工作台或丝杠上，它把机床工作台的实际位移转变成电信号反馈给CNC装置，供CNC装置与指令值比较产生误差信号，以控制机床向消除该误差的方向移动。电 气 回 路辅 助 装 置PLC主轴伺服单元操 作 面 板主轴驱动装置进给驱动装置测量反馈装置进给伺服单元输入/输出设 备计算机数 控装 置机 床 本 体图1-2数控机床的组成框图1.5数控机床的分类 1.5.1 按工艺用途分类1金属切削类数控机床: 与传统的车、铣、钻、磨、齿轮加工相对应的数控机床有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。尽管这些数控机床在加工工艺方法上存在很大差别，具体的控制方式也各不相同，但机床的动作和运动都是数字化控制的，具有较高的生产率和自动化程度。 在普通数控机床加装一个刀库和换刀装置就成为数控加工中心机床。加工中心机床进一步提高了普通数控机床的自动化程度和生产效率。例如铣、镗、钻加工中心，它是在数控铣床基础上增加了一个容量较大的刀库和自动换刀装置形成的，工件一次装夹后，可以对箱体零件的四面甚至五面大部分加工工序进行铣、镗、钻、扩、铰以及攻螺纹等多工序加工，特别适合箱体类零件的加工。加工中心机床可以有效地避免由于工件多次安装造成的定位误差，减少了机床的台数和占地面积，缩短了辅助时间，大大提高了生产效率和加工质量。 2特种加工类数控机床: 除了切削加工数控机床以外，数控技术也大量用于数控电火花线切割机床、数控电火花成型机床、数控等离子弧切割机床、数控火焰切割机床以及数控激光加工机床等。 3板材加工类数控机床: 常见的应用于金属板材加工的数控机床有数控压力机、数控剪板机和数控折弯机等。 近年来，其它机械设备中也大量采用了数控技术，如数控多坐标测量机、自动绘图机及工业机器人等。 1.5.2 按运动方式分类1、点位控制数控机床：这类数控机床仅能控制在加工平面内的两个坐标轴带动刀具与工件相对运动，从一个坐标位置快速移动到下一个坐标位置，然后控制第三个坐标轴进行钻镗切削加工。在整个移动过程中不进行切削加工，因此对运动轨迹没有任何要求，但要求坐标位置有较高的定位精度。通过采用分级或连续降速，低速趋近目标点，来减少运动部件的惯性过冲而引起的定位误差。点位控制的数控机床用于加工平面内的孔系，这类机床主要有数控钻床、印刷电路板钻孔机、数控镗床、数控冲床、三坐标测量机等。2、直线运动控制数控机床: 它是指控制机床工作台或刀具以要求的进给速度，沿平行于某一坐标轴或两轴的方向进行直线或斜线移动和切削加工的机床。这类数控机床要要求具有准确的定位功能和控制位移的速度，而且也要偶刀具半径和长度的补偿功能以及主轴转速控制的功能。现代组合机床也算是一种直线运动控制数控机床。3、轮廓控制的数控机床: 轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动的位移及速度进行连续相关的控制，使合成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求。它不仅能控制机床移动部件的起点与终点坐标，而且能控制整个加工轮廓每一点的速度和位移，将工件加工成要求的轮廓形状。常用的数控车床、数控铣床、数控磨床就是典型的轮廓控制数控机床。数控火焰切割机、电火花加工机床以及数控绘图机等也采用了轮廓控制系统。轮廓控制系统的结构要比点位/直线控系统更为复杂，在加工过程中需要不断进行插补运算，然后进行相应的速度与位移控制。现在计算机数控装置的控制功能均由软件实现，增加轮廓控制功能不会带来成本的增加。因此，除少数专用控制系统外，现代计算机数控装置都具有轮廓控制功能。按联动轴数也可分两轴联动、两轴半、三轴、四轴、五轴联动等。随着制造技术的发展，多坐标联动控制也越来普遍。1.5.3 按控制方式分类1、开环控制系统：它是指没有位置检测反馈装置的控制方式。特点是结构简单、价格低廉，但难以实现运动部件的快速控制。广泛应用于步进电机低扭矩、高精度、速度中等的小型设备德驱动控制中，特别在微电子生产设备中。2、半闭环控制系统：它是指在电动机轴或丝杆的端部装有角位移、角速度检测装置，通过位置检测反馈装置反馈给数控装置的比较器与输入指令比较，用差值控制运动部件。特点是调试方便、良好的系统稳定性、结构紧凑，但在机械传动链的误差无法得校正或消除。目前采用滚珠丝扛螺母机构有很好的精度和精度保持性和采取看可靠的、消除反向运动间隙的机构，可以满足大多数的数控机床用户。因此被广泛的采用且成为首选的控制方式。3、闭环控制系统：是在机床最终的运动部件的相应位置安装直线或回转式检测装置，将直接测量到的位移或角位移反馈到数控装置的比较器中，与输入指令位移量比较，用差值控制运动部件。优点是将机械传动链的全部环节都包含在闭环内，精度取决于检测装置的精度，超过半闭环系统。缺点是价格昂贵、对机构和传动链要求严格，不然会引起振荡，降低系统的稳定性。1.54 按功能水平分类一般把数控机床分为精密型、普通型、经济型。数控机床水平的高低一般取决于以下几个参数和功能。1、中央处理单元：经济型数控8位CPU，精密和普通型有16位发展到32或64位且采用精简指令集的CPU。2、分辨率和进给速度：经济型数控分别率10m进给速度815m/min；普通型数控分别率1m进给速度1524m/min；精密型数控分别率0.1m 进给速度 24100m/min。3、多轴联动功能：经济型数控23轴联动；普通与精密型数控35轴联动，甚至更多。4、显示功能：经济型数控只有简单的数码显示或简单的CRT字符显示；普通型则有较为齐全的CRT显示，还有图形、人及对话、自诊等功能；精密型则还有三维图形显示。5、通信功能：经济型无通信功能；普通型有RS232或DNC等接口；精密型有MAP等高性能通信接口。除用以上几种参数或功能来衡量数控的档次外还有伺服系统的类型和可编程控制器功能的强弱。1.55 按所用数控装置类型分类1硬线数控(NC)机床：使用硬线数控系统。它的输入处理、插补运算和控制功能，都是由专用的固定组合逻辑电路来实现。不同功能的数控机床，组合逻辑电路也不同。因而改变或增减控制和运算功能时，需要改变硬件电路。故通用性、灵活性差，制造周期长，成本高。2计算机数控(CNC)机床：使用计算机数控装置（软线数控装置）。硬件电路由小型或微型计算机、加上通用或专用的大规模集成电路组成。输入处理、插补运算等主要数控功能几乎全部由系统软件来实现。不同功能的机床只是系统软件不同。修改或增减功能，不需变动硬件电路，只需改变系统软件。因此，具有较高的灵活性，而且，由于硬件基本上通用，有利于大量生产，提高质量和可靠性，缩短制造周期和降低成本。1.6、 数控技术发展的主要趋势1、高速、高精化：效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。2、智能化：智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化；简化编程、简化操作方面的智能化；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。3、开放化：开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。4、网络化：数控设备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求。我国正处于经济发展的关键时期，制造技术是我们的薄弱环节。PC机进入数控领域，极大的促进了数控技术的发展，尽快缩小与发达国家的差距，在激烈的市场竞争中立于不败之地。使我国工业经济进一步走向繁荣。第二章机床故障诊断数控机床是个复杂的系统，一台数控机床既有机械装置、液压系统，又有电气控制部分和软件程序等。组成数控机床的这些部分，由于种种原因，不可避免地会发生不同程度、不同类型的故障，导致数控机床不能正常工作。这些原因大致包括：机械锈蚀、磨损和失效；元器件老化、损坏和失效；电气元件、接插件接触不良；环境变化，如电流或电压波动、温度变化、液压压力和流量的波动以及油污等；随机干扰和噪声；软件程序丢失或被破坏等。此外，错误的操作也会引起数控机床不能正常工作。数控机床维修的关键是故障的诊断，即故障源的查找和故障定位。一般讲,根据不同的故障类型，采用不同的故障诊断方法。2.1常用的数控机床维修工具1、单头钩形扳手：分为固定式和调节式，可用于扳动在圆周方向上开有直槽或孔的圆螺母。2、端面带槽或孔的圆螺母扳手：可分为套筒式扳手和双销叉形扳手。3、弹性挡圈装拆用钳子：分为轴用弹性挡圈装拆用钳子和孔用弹性挡圈装拆用钳子。4、弹性手锤：可分为木锤和铜锤。5、拉带锥度平键工具：可分为冲击式拉锥度平键工具和抵拉式拉锥度平键工具。6、拉带内螺纹的小轴、圆锥销工具(俗称拨销器)。7、拉卸工具：拆装在轴上的滚动轴承、皮带轮式联轴器等零件时，常用拉卸工具，拉卸工具常分为螺杆式及液压式两类，螺杆式拉卸工具分两爪、三爪和铰链式。8、拉开口销扳手和销子冲头。9、尺：分为平尺、刀口尺和90角尺。10、垫铁：面为90的垫铁、角度面为55的垫铁和水平仪垫铁。11、检验棒：有带标准锥柄检验棒、圆柱检验棒和专用检验棒。12、杠杆千分尺：当零件的几何形状精度要求较高时，使用杠杆千分尺可满足其测量要求，其测量精度可达0001mm。13、万能角度尺：用来测量工件内外角度的量具，按其游标读数值可分为2和5两种，按其尺身的形状可分为圆形和扇形两种。2.2数控机床故障诊断原则1、先外部后内部数控机车是集机械、液压、电气为一体的机床，故其故障的发生也我由这三者综合反映出来。维修人员应该由外向内逐一进行排查。尽量避免随意地启封、拆卸，否者会扩大故障，使机床丧失精度，降低性能。2、先机械后电气一般说来，机械故障容易发觉，而数控系统的故障的诊断难度较大。在故障的检修之前，首先排除机械的故障。3、先静后动先在机车断电的静止状态下，通过了解，观察测试，分析确认为非破坏性故障，必须先排除危险后，方可以通电。4、先简单后复杂当出现多种故障相互交织掩盖，一时无从下手时，先先解决容易的问题，后解决难度较大的问题。往往简单的解决了，难度大问题也简单化了。2.3数控机床的故障规律与一般设备相同，数控机床的故障率随时间变化的规律可用图1所示的浴盆曲线表示。在整个使用寿命期，根据数控机床的故障频度大致分为 3 个阶段，即早期故障期、偶发故障期和耗损故障期。1.早期故障期：早期故障期的特点是故障发生的频率高，但随着使用时间的增加迅速下降。2.偶发故障期：数控机床在经历了初期的各种老化、磨合和调整后，开始进入相对稳定的正常运行期。在这个阶段，故障率低而且相对稳定，近似常数。偶发故障是由于偶然因素引起的。3.耗损故障期：耗损故障期出现在数控机床使用的后期，其特点是故障率随着运行时间的增加而升高。出现这种现象的基本原因是由于数控机床的零部件及电子元器件经过长时间的运行，由于疲劳、磨损、老化等原因，寿命已接近衰竭，从而处于频发故障状态。2.4数控系统的故障诊断当数控设备出现故障时，首先要搞清故障现象，向操作人员了解第一次出现故障时的情况，在可能的情况下观察故障发生的过程，观察故障是在什么情况下发生的，怎么发生的，引起怎样的后果。只有了解到第一手情况，才有利于故障的排除，把故障过程搞清了，问题就解决一半了。搞清了故障现象，然后根据机床和数控系统的工作原理，就可以很快地确诊问题所在并将故障排除，使设备恢复正常使用。 现在数控系统的自诊断能力越来越强，设备的大部分故障数控系统都能够诊断出来，并采取相应的措施，如停机等，一般都能产生报警显示。当数控设备出现故障时，有时在显示器上显示报警信息，有时在数控装置上、PLC装置上和驱动装置上还会有报警指示。这时要根据手册对这些报警信息进行分析，有些根据报警信息就可直接确认故障原因，只要搞清报警信息的内容，就可排除数控设备出现的故障。一般分为如下步骤：1. 初步判别通常在资料较全时，可通过资料分析判断故障所在，或采取接口信号法根据故障现象判别可能发生故障的部位，而后再按照故障与这一部位的具体特点，逐个部位检查，初步判别。在实际应用中，可能用一种方法即可查到故障并排除，有时需要多种方法并用。对各种判别故障点的方法的掌握 程度主要取决于对故障设备原理与结构掌握的深度。2. 报警处理系统报警的处理：数控系统发生故障时，一般在显示屏或操作面板上给出故障信号和相应的信息。通常系统的操作手册或调整手册中都有详细的报警号，报警内容和处理方法。由于系统的报警设置单一、齐全、严密、明确、维修人员可根据每一警报后面给出的信息与处理办法自 行处理。机床报警和操作信息的处理：机床制造厂根据机床的电气特点，应用PLC程序，将一些能反映机床接口电气控制方面的故障或操作信息以特定的标志， 通过显示器给出，并可通过特定键，看到更详尽的报警说明。这类报警可以根据机床厂提供的排除故障手册进行处理，也可以利用操作面板或编程器根据电路图和 PLC程序，查出相应的信号状态，按逻辑关系找出故障点进行处理。3. 无报警或无法报警的故障处理当系统的PLC无法运行，系统已停机或系统没有报警但工作不正常时，需要根据故障发生前后的系统状态信息，运用已掌握的理论基础，进行分析，做出正确的判断。下面阐述这种故障诊断和排除办法。常规检查法 目测目测故障板，仔细检查有无保险丝烧断，元器件烧焦，烟熏，开裂现象，有无异物断路现象。以此可判断板内有无过流，过压，短路等问题。 手摸用手摸并轻摇元器件，尤其是阻容，半导体器件有无松动之感，以此可检查出一些断脚，虚焊等问题。 通电首先用万用表检查各种电源之间有无断路，如无即可接入相应的电源，目测有无冒烟，打火等现象，手摸元器件有无异常发热，以此可发现一些较为明显的故障，而缩小检修范围。案例分析：在哈尔滨某工厂排除故障时，机床的数控系统和PLC运行正常，但机床的液压系统无法启动，用编程器检查PLC程序运行正常，各所需信号状态均满足开机条件。进一步检查中发现，PLC信号状态与图纸和设备上的标记不一致，停机拔出电路板检查，发现PLC两块输出板编址不对，与另两块位置搞错， 经交换后，机床正常运转。对于发生这个故障的机床所采用的SIMATIC S5150K可编程控制器，只要编址正确，无论将线路板的位置怎样排列，系统均能正常运转，但相应地执行元件和信号源必须正确地对应，一旦对应错误就会发生故障，甚至毁坏机床。另外，根据用户提供的故障现象，结合自己的现场观察，运用系统工作原理亦可迅速做出正确判断。 1 仪器测量法当系统发生故障后，采用常规电工检测仪器，工具，按系统电路图及机床电路图对故障部分的电压，电源，脉冲信 号等进行实测判断故障所在。如电源的输入电压超限，引起电源监控可用电压表测网络电压，或用电压测试仪实时监控以排除其它原因。如发生位置控制环故障可用示波器检查测量回路的信号状态，或用示波器观察其信号输出是否缺相，有无干扰。例如，上海某厂在排除故障中，系统报警，位置环硬件故障，用示波器检查发现 有干扰信号，我们在电路中用接电容的方法将其滤掉使系统工作正常。如出现系统无法回基准点的情况，可用示波器检查是否有零标记脉冲，若没有可考虑是测量系统损坏。 2用可编程控制器进行PLC中断状态分析：可编程序控制器发生故障时，其中断原因以中断堆栈的方式记忆。使用编程器可以在系统停止状态下，调出中断堆栈和块堆栈，按其所指示的原因，查明故障所在。在可编程序控制器的维修中这是最常用有效和快速的办法。3 接口信号检查：通过用可编程序控制器检查机床控制系统的接口信号，并与接口手册的正确信号相对比，亦可查出相应的故障点。数控系统的诊断与维修4 诊断备件替换法：现代数控系统大都采用模块化设计，按功能不同划分不同模块，随着现代技术的发展，电路的集成规模越来越大技术也越来越复杂，按常规方法，很难把故障定位到一个很小的区域，而一旦系统发生故障，为了缩短停机时间，我们可以根据模块的功能与故障现象，初步判断出可能的故障模 块，用诊断备件将其替换，这样可迅速判断出有故障的模块。在没有诊断备件的情况下可以采用现场相同或相容的模块进行替换检查，对于现代数控的维修，越来越多的情况采用这种方法进行诊断，然后用备件替换损坏模块，使系统正常工作。尽最大可能缩短故障停机时间，使用这种方法在操作时注意一定要在停电状态下进 行，还要仔细检查线路板的版本，型号，各种标记，跨接是否相同，对于有关的机床数据和电位计的位置应做好记录，拆线时应做好标志。5 利用系统的自诊断功能判断：现代数控系统尤其是全功能数控具有很强的自诊断能力，通过实施时监控系统各部分的工作，及时判断故障，给出报警信息，并做出相应的动作，避免事故发生。然而有时当硬件发生故障时，就无法报警，有的数控系统可通过发光管不同的闪烁频率或不同的组合做出相应的指 示，这些指示配合使用就可帮助我们准确地诊断出故障模板的位置。如SINUMERIK 8系统根据MS100 CPU板上四个指示灯和操作面板上的FAULT灯的亮灭组合就可判断出故障位置。 上述诊断方法，在实际应用时并无严格的界限，可能用一种方法就能排除故障，亦可能需要多种方法同时进行。其效果主要取决于对系统原理与结构的理解与掌握的深度，以及维修经验的多少。2.5数控系统的常见故障分析 根据数控系统的构成，工作原理和特点，结合我们在维修中的经验，将常见的故障部位及故障现象分析如下。 1.位置环这是数控系统发出控制指令，并与位置检测系统的反馈值相比较，进一步完成控制任务的关键环节。它具有很高的工作频度，并与外设相联接，所以容易发生故障。常见的故障有：1.控环报警：可能是测量回路开路；测量系统损坏，位控单元内部损坏。2.不发指令就运动，可能是漂移过高，正反馈，位控单元故障；测量元件损坏。3.测量元件故障，一般表现为无反馈值；机床回不了基准点；高速时漏脉冲产生报警可能的原因是光栅或读头脏了；光栅坏了。2. 伺服驱动系统伺服驱动系统与电源电网，机械系统等相关联，而且在工作中一直处于频繁的启动和运行状态，因而这也是故障较多的部分。其主要故障有：系统损坏。一般由于网络电压波动太大，或电压冲击造成。我国大部分地区电网质量不好，会给机床带来电压超限，尤其是瞬间超限，如无专门的电压监控仪，则很难测到，在查找故障原因时，要加以注意，还有一些是由于特殊原因造成的损坏。如华北某厂由于雷击中工厂变电站并窜入电网而造成多 台机床伺服系统损坏。无控制指令，而电机高速运转。这种故障的原因是速度环开环或正反馈。如在东北某厂，引进的西德WOTAN公司转子铣床在调试中，机 床X轴在无指令的情况下，高速运转，经分析我们认为是正反馈造成的。因为系统零点漂移，在正反馈情况下，就会迅速累加使电机在高速下运转，而我们按标签检查线路后完全正确，机床厂技术人员认为不可能接错，在充分分析与检测后我们将反馈线反接，结果机床运转正常。 机床厂技术人员不得不承认德方工作失误。还有 一例子，我们在天津某厂培训讲学时，应厂方要求对他们厂一台自进厂后一直无法正常工作的精密磨床进行维修，其故障是：机床一启动电机就运转，而且越来越快，直至最高转速。我们分析认为是由于速度环开路，系统漂移无法抑制造成。经检查其原因是速度反馈线接到了地线上造成。加工时工件表面达不到要求，走圆 弧插补轴换向时出现凸台，或电机低速爬行或振动，这类故障一般是由于伺服系统调整不当，各轴增益系统不相等或与电机匹配不合适引起，解决办法是进行最佳化调节。保险烧断，或电机过热，以至烧坏，这类故障一般是机械负载过大或卡死。3. 电源部分电源是维持系统正常工作的能源支持部分，它失效或故障的直接结果是造成系统的停机或毁坏整个系统。一般在欧美 国家，这类问题比较少，在设计上这方面的因素考虑的不多，但在中国由于电源波动较大，质量差，还隐藏有如高频脉冲这一类的干扰，加上人为的因素（如突然拉闸断电等）。这些原因可造成电源故障监控或损坏。另外，数控系统部分运行数据，设定数据以及加工程序等一般存贮在RAM存贮器内，系统断电后，靠电源的后备蓄电池或锂电池来保持。因而，停机时间比较长，拔插电源或存贮器都可能造成数据丢失，使系统不能运行。4.可编程序控制器逻辑接口数控系统的逻辑控制，如刀库管理，液压启动等，主要由PLC来实现，要完成这些控制就必须采集各控制点的状态信息，如断电器，伺服阀，指示灯等。因而它与外界种类繁多的各种信号源和执行元件相连接，变化频繁，所以发生故障的可能性就比较多，而且故障类型亦千变万化。5.其他由于环境条件，如干扰，温度，湿度超过允许范围，操作不当，参数设定不当，亦可能造成停机或故障。有一工厂的数控设备，开机后不久便失去数控准备好信号，系统无法工作，经检查发现机体温度很高，原因是通气过滤网已堵死，引起温度传感器动作，更换滤网后，系统正常工 作。不按操作规程拔插线路板，或无静电防护措施等，都可能造成停机故障甚至毁坏系统。一般在数控系统的设计、使用和维修中，必须考虑对经常出现故障的部位给予报警，报警电路工作后，一方面在屏幕或操作面板上给出报警信息，另一方面发出保护性中断指令，使系统停止工作，以便查清故障和进行维修。2.6故障排除方法 1.初始化复位法一般情况下，由于瞬时故障引起的系统报警，可用硬件复位或开关系统电源依次来清除故障，若系统工作存贮区由于掉电，拔插线路板或电池欠压造成混乱，则必须对系统进行初始化清除，清除前应注意作好数据拷贝记录，若初始化后故障仍无法排除，则进行硬件诊断。2.参数更改，程序更正法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。例如，在哈尔滨 某厂转子铣床上采用了测量循环系统，这一功能要求有一个背景存贮器，调试时发现这一功能无法实现。检查发现确定背景存贮器存在的数据位没有设定，经设定后该功能正常。有时由于用户程序错误亦可造成故障停机，对此可以采用系统的块搜索功能进行检查，改正所有错误，以确保其正常运行。3.调节，最佳化调整法调节是一种最简单易行的办法。通过对电位计的调节，修正系统故障。如某军工厂维修中，其系统显示器画面混乱，经调节后正常。在山东某厂，其主轴在启动和制动时发生皮带打滑，原因是其主轴负载转矩大，而驱动装置的斜升时间设定过小，经调节后正常。最佳化调整是系统地对伺服驱动系统与被拖动的机械系统实现最佳匹配的综合调节方法，其办法很简单，用一台多线记录仪或具有存贮功能的双踪示波器，分别观察指令和速度反馈或电流反馈的响应关系。通过调节速度调节器的比例系数和积分时间，来使伺服系统达到即有较高的动态响应特性，而又不振荡的最佳工作 状态。在现场没有示波器或记录仪的情况下，根据经验，即调节使电机起振，然后向反向慢慢调节，直到消除震荡即可。4.备件替换法用好的备件替换诊断出坏的线路板，并做相应的初始化启动，使机床迅速投入正常运转，然后将坏板修理或返修，这是目前最常用的排故办法。5.改善电源质量法目前一般采用稳压电源，来改善电源波动。对于高频干扰可以采用电容滤波法，通过这些预防性措施来减少电源板的故障。6.维修信息跟踪法一些大的制造公司根据实际工作中由于设计缺陷造成的偶然故障，不断修改和完善系统软件或硬件。这些修改以维修信息的形式不断提供给维修人员。以此做为故障排除的依据，可正确彻底地排除故障。强电部分故障现象、原因与处理方法一揽表故障现象故障原因排除方法电流传感器报警电机过负荷。减小切削负荷。机床长期停机后，电源无法接通。三相电源进线处破损短路致使空气开关断开。更换电源进线。机床突然停电后系统电源无法接通。主回路过电压抑制器短路。更换同规格电压抑制器。机床维护后，电源无法接通。电柜门互锁开关损坏。更换电柜门互锁开关。机床开机后，系统电源无法接通MDI操作面板【ON】按钮连线脱落。重新连接【ON】按钮接线。控制器24V直流电源无电压输出。检查24V直流电源。直流电源内部整流桥短路或熔断器熔断更换整流桥或熔断器。机床突然停电后主回路电源无法接通。电源缺相。检查缺相原因并解决。机床开机时，系统出现 +24E FOSE BREAK 报警系统电源熔断器熔断。检查故障原因并更换熔断器。直流24V电源过电流保护动作。（1）直流回路过电流。（2）DC24V电流检测电阻不良。（1）检查过电流原因。（2）更换电流检测电阻。24V电源不能接通。开关量输入部分对地短路。检查外部开关量连线。显示器无显示，指示灯均不亮。（1）显示电路或主板有故障。（2）24V稳压电源损坏。（1）更换电路板 （2）更换稳压电源24V。机床运行时，控制系统偶尔出现掉电现象电源单元存在故障。（1）更换系统电源。（2）更换电源输入单元。机床工作时出现激烈振动。伺服电动机脉冲编码器出现故障。维修或更换伺服电动机。某轴出现过电流报警。所在轴驱动器IPM模块电路损坏，导致直流母线短路。更换伺服放大器IPM模块。伺服驱动器显示报警“8”。驱动器内部IPM模块损坏。更换IPM模块。加工过程中，出现某轴伺服电机过热报警。（1）外加切削负荷过大。（2）过热检测热敏电阻不良。（3）加工时冷却液进入电机，使电机绕阻对地短路。（1）减少切削用量。（2）更换检测热敏电阻或将触点短接。（3）维修伺服电机。某一轴向尺寸变化太大。某轴位置检测编码器不良。更换编码器。某一轴向加工尺寸变大或变小。伺服电机与滚珠丝杆之间联轴器松动。压紧锥套，锁紧联轴器。某一轴向尺寸误差过大。某轴伺服电机编码器脉冲数与系统设定不一致。重新设定此轴的电机参数。机床开机后出现401，416号报警。某轴位置编码器连接电缆部分断线。更换电缆，重新连接。系统显示某轴过电流报警。某轴拖板运动阻力过大。对拖板运动进行维修调整。第三章数控机床机械结构的故障诊断机械结构部分的主要组成有：床身、立柱、工作台、主轴箱、各导轨、滚珠丝杠螺母副、刀库和换刀机械手等。机械部分出现故障后，不会在屏幕上显示故障诊断代码，必须凭借现场维修人员的经验做出正确判断。数控机床机械部分维修花费的时间较长，停机造成的损失相当大。必须给予足够的重视。数控机床的机械部件具有传动链短，传动精度高，大量采用功能性部件，出现故障后机械维护的难度较大等特点。因此，进行机械部件的故障诊断除了需要熟悉机械部件的结构、故障特征和维修方法和手段，还要注意数控机床机电之间的内在联系。数控机床机械机构部分主要出现故障的地方是主轴部件、滚珠丝杠螺母副、导轨、刀库和换刀机械手等部分。3.1主轴部分故障诊断数控机床主轴部件的回转精度直接影响到工件的加工精度，主轴部件的准停功能和换刀功能直接影响到数控机床的自动化程度。主轴支承广泛采用滚动轴承支承方式，为了增加轴承支承刚度，滚动轴承一般在予紧状态下工作，数控铣床和加工中心主轴要在主轴端部安装刀具，主轴前端的两个传动键用于向刀具传递切削扭矩。装刀时刀柄上的键槽必须与传动键对准才能顺利换刀，因此换刀时主轴必须能够在周向准确准停，主轴的准停方式现多采用电气准停。主轴工作时必须进行润滑，一般有固定填充润滑脂或油气强制润滑两种方式。主轴部件发生故障的主要形式是主轴发热、主轴运转时有噪音、主轴振动大或夹不住刀具等。产生以上故障的主要原因是主轴长期工作产生的磨损，或主轴切削负荷过大，或主轴维护与润滑不良造成的。表1 主轴部件常见