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永城职业学院 毕 业 论 文 题 目： 浅谈数控机床的使用与维修 年 级： 机 电 093 学 号： 2009043052 姓 名： X X X 专 业： 机电一体化 指导教师： 王 丹 2011 年 9 月 6 日 永城职业学院毕业论文 浅谈数控机床的使用与维修 浅谈数控机床的使用与维修 摘要 1999 年的“考克斯报告”提醒中国人：高级数控机床是西方对我国禁运的战略物资。可 见数控机床工业具有超越一般市场的价值。当今机床行业，计算机数控化已成为技术进步的 大趋势。数控机床是电子信息技术和传统机械加工技术结合的产物，它集现代精密机械、计 算机、通讯、液压气动、光电等多学科技术为一体，具有高效率、高精度、高自动化和高柔 性的特点，是当代机械制造业的主流装备。数控机床大大提高了机械加工的性能（可以精确 加工传统机床无法处理的复杂零件），有效提高了加工质量和效率，实现了柔性自动化（相 对于传统技术基础上大批量生产的刚性自动化），并向智能化、集成化方向发展。一国数控 机床的水平和拥有量，已经是衡量当今制造业水平、工业现代化程度的重要指标，也是衡量 国家综合竞争力的重要指标。因此，如何更好的使用数控机床是一个很重要的问题。由于数 控机床是一种价格昂贵的精密设备，因此，其维修更是不容忽视。 【关键词】：数控机床，数控系统，检查，使用，维修，PLC ，参数 永城职业学院毕业论文 浅谈数控机床的使用与维修 目录 第一章第一章 浅谈数控机床的使用浅谈数控机床的使用 .1 1 1.1 合理地使用数控机床.1 1.2 数控系统的使用检查.2 1.3 数控机床运行使用中的注意事项.3 1.4 数控机床安全生产要求.4 第二章第二章 浅谈数控机床的维修浅谈数控机床的维修 .5 5 2.1 数控机床的外部故障诊断方法.5 2.2 数控机床常见故障及排除方法.6 2.3 数控机床各部故障分析及维修.7 2.31 数控机床主轴伺服系统故障检查及维修 .7 2.32 机床 PLC 初始故障的诊断 .8 2.33 数控设备检测元件故障及维修.8 2.34 数控机床加工精度异常故障及维修 .9 2.4 数控机床的维护.10 结论结论 .1212 参考文献参考文献 .1313 致谢致谢 .1414 永城职业学院毕业论文 浅谈数控机床的使用与维修 第 0 页 共 14 页 第一章第一章 浅谈数控机床的使用浅谈数控机床的使用 1.1 合理地使用数控机床 （1）数控机床的工作场地选择 一、避免阳光的直接照射和其它热辐射、避免太潮湿或粉尘过多的场所，尽量在空调 环境中使用，保持室温 20左右。由于我国处于温带气候、受季风影响、温度差异大，对于 精度高、价格贵的数控机床，应置于有空调的房间中使用。 二、要避免有腐蚀气体的场所。因腐蚀气体易使电子元件变质，或造成接触不良，或造 成元件短路，影响机床的正常运行。 三、要远离振动大的设备（如冲床、锻压设备等） 。对于高精度的机床还应采用防振措 施（如防振沟等） 。 四、要远离强电磁干扰源，使机床工作稳定。 图图 1-11-1 （2）数控机床的电源数控系统的供压电源。 数控机床的电源数控系统对电源要求较严，电压幅值为规定值的 85%-110%，频率为 （501）Hz，三相应力求平衡。数控机床所在地的接地电阻要符合接地标准。 （3）数控机床配置合适的自动编程系统手工编程对于外形不太复杂或编程量不大的零件程 序，简单易行。 当工件比较复杂时（如凸面或多曲面等） ，手工编程周期长（数天或数周） 、精度差、易 出错。因此，快速、准确地编制程序就成为提高数控机床使用率的重要环节；为此，有条件 的用户最好配置必要的自动编程系统，提高编程效率。 （4）数控机床配置必要的附件和刀具为了充分发挥数控机床的加工能力，必须配备必要的 附件和刀具。 切忌花了几十万元钱买来一台数控机床，因缺少一个几十元或几百元的附件或刀具而影 响整机的正常运行。由于单独签订合同购买附件的单价大大高于随同主机一起供货的附件单 价，因此，有条件的企业尽量在购买主机时一并购置易损部件及其它附件。 永城职业学院毕业论文 浅谈数控机床的使用与维修 第 1 页 共 14 页 （5）加工前的准备加工前要审查工件的数控加工工艺性，应重视生产技术准备工作以缩短 生产准备时间，充分提高数控机床的使用效率。 准备工作包括工件数控加工工艺分析、加工程序编制、工装与刀具配置、原材料准备及试切 加工等。合理安排适合在数控机床加工的各种工件，安排好数控机床加工运转所需的节拍。 （6）为维修保养做好准备建立一支高水平的维修队伍，保存好设备的完整。 数控机床的操作者应该经过专门的培训，取得职业资格证书方可上机操作。 1.2 数控系统的使用检查 数控系统是数控机床电气控制系统的核心。每台机床数控系统在运行一定时间后，某 些元器件难免出现一些损坏或者故障。为了尽可能地延长元器件的使用寿命，防止各种故障， 特别是恶性事故的发生，就必须对对数控系统进行日常的维护与保养。主要包括：数控系统 的使用检查和数控系统的日常维护。 为了避免数控系统在使用过程中发生一些不必要的故障，数控机床的操作人员在操作在使用 数控系统以前，应当仔细阅读有关操作说明书，要详细了解所用数控系统的性能，要熟练掌 握数控系统和机床操作面板上各个按键、按钮和开关的作用以及使用注意事项。一般说来， 数控系统在通电前后要进行检查。 （1）数控系统在通电前的检查 为了确保数控系统正常工作，当数控机床在第一次安装调试或者是在机床搬运后第一次 通电运行之前，可以按照下述顺序检查数控系统： 一、确认交流电源的规格是否符合 CNC 装置的要求，主要检查交流电源的电压、频率和 容量。 二、认真检查 CNC 装置与外界之间的全部连接电缆是否按随机提供的连接技术手册的规 定，正确而可靠地连接。数控系统的连接是指针对数控装置及其配套的进给和主轴伺服驱动 单元而进行的，主要包括外部电缆的连接和数控系统电源的连接。在连接前要认真检查数控 系统装置与 MDI/CRT 单元、位置显示单元、纸带阅读机、电源单元、各印刷电路板和伺服单 元等，如发现问题应及时采取措施或更换。同时要注意检查连接中的连接件和各个印刷线路 板是否紧固，是否插入到位，各个插头有无松动，紧固螺钉是否拧紧，因为由于不良而引起 的故障最为常见。 三、确认 CNC 装置内的各种印刷线路板上的硬件设定是否符合 CNC 装置的要求。 这些硬件设定包括各种短路棒设定和可调电位器。 四、认真检查数控机床的保护接地线。数控机床要有良好的地线，以保证设备、人身 安全和减少电气干扰，伺服单元、伺服变压器和强电柜之间都要连接保护接地线。 只有经过上述各项检查，确认无误后，CNC 装置才能投入通电运行。 （2）数控系统在通电后的检查 一、首先要检查数控装置中各个风扇是否正常运转，否则会影响到数控装置的散热问题。 二、确认各个印刷线路或模块上的直流电源是否正常，是否在允许的波动范围之内。 三、进一步确认 CNC 装置的各种参数。包括系统参数、PLCC 参数、伺服装置的数字设定 等，这些参数应符合随机所带的说明书要求。 四、当数控装置与机床联机通电时，应在接通电源的同时，作好按压紧急停止按钮的准 备，以备出现紧急情况时随时切断电源。 五、在手动状态下，低速进给移动各个轴，并且注意观察机床移动方向和坐标值显示是 否正确。 永城职业学院毕业论文 浅谈数控机床的使用与维修 第 2 页 共 14 页 六、进行几次返回机床基准点的动作，这是用来检查数控机床是否有返回基准点的功能， 以及每次返回基准点的位置是否完全一致。 七、CNC 系统的功能测试。按照数控机床数控系统的使用说明书，用手动或者编制数控 程序的方法来测试 CNC 系统应具备的功能。例如：快速点定位、直线插补、圆弧插补、刀径 补偿、刀长补偿、固定循环、用户宏程序等功能以及 M、S、T/span 辅助机能。 只有通过上述各项检查，确认无误后，CNC 装置才能正式运行。 1.3 数控机床运行使用中的注意事项 （1）要重视工作环境，数控机床必须在无阳光直射、有防震装置并远离有振动机床和环境 适宜的地方，附近不应有焊机、高频设备等工作干扰，避免环境温度对设备精度的影响，必 要时应采取适当措施加以调整；要经常保持机床的清洁。 （2）操作人员不仅要有资格证，在人岗操作前还要由技术人员按所用机床进行专题操 作 培训，使操作工熟悉说明书及机床结构、性能、特点，弄清和掌握操作盘上的仪表、开关、 旋钮及各按钮的功能和指示的作用，严禁盲目操作和误操作。 （3）数控机床用的电源电压应保持稳定，其波动范围应在+10-15以内，否则应增设交 流稳压器，因电源不良会造成系统不能正常工作，甚至引起系统内电子部件的损坏。 （4）数控机床所需压缩空气的压力应符合标准，并保持清洁，管路严禁使用未镀锌铁 管， 防止铁锈堵塞过滤器。要定期检查和维护气、液分离器，严禁水份进入气路。最好在机床气 压系统外增置气、液分离过滤装置，增加保护环节。 （5）润滑装置要清洁，油路要畅通，各部位润滑应良好，所加油液必须符合规定的质量 标准，并经过滤过滤器应定期清洗或更换，滤芯必须经检验合格才能使用，尤其对有气垫导 轨和光栅尺通气清洁的精密数控机床更为重要。 （6）电气系统的控制柜和强电柜的门应尽量少开。机加工车间空气中含有油雾、漂浮灰尘 和金属粉尘，如落在数控装置内堆积在印制线路板或控制元件上，容易引起元件间绝缘电阻 下降，导致元器件及印刷板的损坏。 （7）经常清理数控装置的散热通风系统，使数控系统能可靠地工作。数控装置的工作温度 一般应5560，每天应检查数控柜上各个排风扇的工作是否正常，风道过滤器有无被灰 尘堵塞。 （8）数控系统的 RAM(储存器)后备电池的电压由数控系统自行诊断，低于工作电压将自动报 警提示。此电池用于断电后维持数控系统 RAM 储存器的参数和程序等数据，机床在使用中如 果出现电池报警要求维修人员及时更换电池，以防储存器内数据丢失。 （9）正确选用优质刀具不仅能充分发挥机床加工效能，也能避免不应发生的故障，刀具的 锥柄、直径尺寸及定位槽等都应达到技术要求，否则换刀动作将无法顺利进行。 （10）在加工工件前须先对各坐标进行检测，复查程序，对加工程序模拟试验正常后，再加 工。 （11）操作工在设备回到“机床零点” 、 “工作零点” 、 “控制零点”操作前，必须确定各坐 标轴的运动方向无障碍物，以防碰撞. （12）数控机床的光栅尺属精密测量装置，不得碰撞和随意拆动。 （13） 数控机床的各类参数和基本设定程序的安全储存直接影响机床正常工作和性能 发 挥，操作工不得随意修改，如操作不当造成故障，应及时向维修人员说明情况以便寻找故障 线索，进行处理。 （14） 数控机床机械结构简化，密封可靠，自诊功能日臻完善，在日常维护中除清洁外部 及规定的润滑部位外，不得拆卸其他部位清洗。 （15） 数控机床较长时间不用时要注意防潮，停机两月以上时必须给数控系统供电，以保 永城职业学院毕业论文 浅谈数控机床的使用与维修 第 3 页 共 14 页 证有关参数不会丢失。 1.4 数控机床安全生产要求 (1)严禁取掉或挪动数控机床上的维护标记及警告标记。 (2)不得随意拆卸回转工作台，严禁用手动换刀方式互换刀库中刀具的位置。 (3)加工前应仔细核对工件坐标系原点的选择、加工轨迹是否与夹具、工件、机床干涉，新 程序经校核后方能执行。 (4)刀库门、防护挡板和防护罩应齐全，且灵活可靠。机床运行时严禁开电气柜门，环境温 度较高时不得采取破坏电气柜门联锁开关的方式强行散热。 (5) 切屑排除机构应运转正常，严禁用手和压缩空气清理切屑。 (6)床身上不能摆放杂物，设备周围应保持整洁。 (7)数控加工中心安装刀具时，应使主轴锥孔保持干净。关机后主轴应处于无刀状态。 (8)维修、维护数控机床时，严禁开动机床。发生故障后，必须查明并排除机床故障，然后 重新启动机床。 (9)加工过程中应注意机床显示状态，对异常情况应及时处理，尤其应注意报警、急停、超 程等安全操作。 (10)清理机床前，先将各坐标轴停在中间位置，按要求依序关闭电源，再清扫机床。 永城职业学院毕业论文 浅谈数控机床的使用与维修 第 4 页 共 14 页 第二章第二章 浅谈数控机床的维修浅谈数控机床的维修 2.1 数控机床的外部故障诊断方法 (1)故障发生的阶段故障是指设备或系统因自身原因而丧失规定功能的现象。 发生故障具有相同的规律，一般分为三个阶段： 一、初期磨损阶段，故障率较高，故障曲线呈上升趋势，此阶段故障多数属于设计制造 和装配缺陷造成的。 二、稳定磨损阶段，此时故障曲线趋近水平，故障率低，此阶段故障一般是由操作和维 护不良造成的偶发事故。 三、急剧磨损阶段，此阶段故障率大，故障曲线上升快，主要原因是运行过久、机件老 化和磨损过度造成的。 图图 2-12-1 （2）故障的分类按结构分为机械，电气和液压三类 。 由于现代数控系统的可靠性越来越高，数控系统本身的故障越来越低，而大部分故障的 发生则是非系统本身原因引起的。数控设备的外部故障可以分为软故障和外部硬件损坏引起 的硬故障。 软故障是指由于操作、调整处理不当引起的，这类故障多发生在设备使用前期或设备使 用人员调整时期。对于数控系统来说，另一个易出故障的地方为伺服单元。由于各轴的运动 是靠伺服单元控制伺服电机带动滚珠丝杠来实现的。用旋转编码器作速度反馈，用光栅尺作 位置反馈。一般易出故障的地方为旋转编码器与伺服单元的驱动模块。例如，一数控车床刚 投入使用的时候，在系统断电后重新启动时，必须要返回到参考点。即当用手动方式将各轴 移到非干涉区外后，再使各轴返回参考点。否则，可能发生撞车事故。所以，每天加工完后， 最好把机床的轴移到安全位置。外部硬件操作引起的故障是数控修理中的常见故障。这类故 障有些可以通过报警信息查找故障原因。对一般的数控系统来讲都有故障诊断功能或信息报 警。维修人员可利用这些信息手段缩小诊断范围。而有些故障虽有报警信息显示，但并不能 反映故障的真实原因。如一台采用 840C 系统的数控车床，第一天工作时完全正常，而第二 天上班时却无论如何也开不了机，工作方式一转到自动方式下就报警“EMPTYING SELECTED MOOE SELECTOR” 。加工完工件后，主轴不停，机械手就去抓取工件，后来仔细检查各部位都 永城职业学院毕业论文 浅谈数控机床的使用与维修 第 5 页 共 14 页 无毛病，而是自动工作条件下的一个模式开关位置错了。所以，当有些故障原因不明的报警 出现的话，一定要检查各工作方式下的开关位置。还有些故障不产生故障报警信息，只是动 作不能完成，这时就要根据维修经验、机床的工作原理和 PLC 运行状况来分析判断了。 对于数控机床的修理，重要的是发现问题。对外部故障诊断应遵从以下两条原则。首先 要熟练掌握机床的工作原理和动作顺序。其次，要会利用 PLC 梯形图，NC 系统的状态显示功 能或机外编程器监测 PLC 的运行状态，一般只要遵从以上原则，小心谨慎，一般的数控故障 都会及时排除。 2.2 数控机床常见故障及排除方法 数控系统故障维修通常按照：现场故障的诊断与分析、故障的测量维修排除、系统的试 车这三大步进行。 （1）数控机床故障诊断： 一、先外部后内部 现代数控系统的可靠性越来越高，数控系统本身的故障率越来 越低，而大部分故障的发生则是非系统本身原因引起的。由于数控机床是集机械、液压、电 气为一体的机床，其故障的发生也会由这三者综合反映出来。维修人员应先由外向内逐一进 行排查。尽量避免随意地启封、拆卸，否则会扩大故障，使机床丧失精度、降低性能。 二、先机械后电气 一般来说，机械故障较易发觉，而数控系统及电气故障的诊断 难度较大。在故障检修之前，首先注意排除机械性的故障。 三、先静态后动态 先在机床断电的静止状态，通过了解、观察、测试、分析，确 认通电后不会造成故障扩大、发生事故后，方可给机床通电。在运行状态下，进行动态的观 察、检验和测试，查找故障。而对通电后会发生破坏性故障的，必须先排除危险后，方可通 电。 四、先简单后复杂 当出现多种故障互相交织，一时无从下手时，应先解决容易的 问题，后解决难度较大的问题。往往简单问题解决后，难度大的问题也可能变得容易。 （2）数控机床的故障诊断技术 数控系统是高技术密集型产品，要想迅速而正确的查明原因并确定其故障的部位，要 借助于诊断技术。随着微处理器的不断发展，诊断技术也由简单的诊断朝着多功能的高级诊 断或智能化方向发展。诊断能力的强弱也是评价 CNC 数控系统性能的一项重要指标。目前所 使用的各种 CNC 系统的诊断技术大致可分为以下几类： 一、起动诊断 起动诊断是指 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。 二、在线诊断 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。 三、离线诊断 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。 四、现代诊断技术 随着电信技术的发展，IC 和微机性价比的提高，如通信诊断也称 远程诊断，即利用电话通讯线把带故障的 CNC 系统和专业维修中心的专用通讯诊断计算机通 过连接进行测试诊断. 永城职业学院毕业论文 浅谈数控机床的使用与维修 第 6 页 共 14 页 2.3 数控机床各部故障分析及维修 2.31 数控机床主轴伺服系统故障检查及维修 电子工业的飞速发展，使各种集成度高、性能先进的调速驱动层出不穷，给数控机床的 更新换代提供了有利条件，但对于目前大中型企业还无法将旧数控机床全部改造的现实，修 理旧的驱动系统，仍是维修战线上的一项艰巨任务。在维修主回路采用错位选触无环流可逆 调速驱动系统的数控车床中所遇到的部分故障及处理方法。 （1）故障现象：1.8m 卧车在点动时，花盘来回摆动。 检查：测量驱动控制系统中的20V 直流稳压电源的纹波为 4V 峰峰值，大大超过了规定 的范围。 分析：在控制系统的放大电路中，高、低通滤波器可以滤掉，如：测速机反馈，电流反 馈，电压反馈中的各次谐波干扰信号，但无法滤除系统本身直流电源电路中的谐波分量，因 它存在于整个系统中，这些谐波进入放大器就会使放大器阻塞，使系统产生各种不正常的现 象。在点动状态下，因电机的转速较低，这些谐波已超过了点动时的电压值，造成了系统的 振荡，使主轴花盘来回摆动，而且一旦去除谐波信号，故障马上消失。 处理：将电压板中的 100MF 和 1000MF 滤波电容换下焊上新电容，并测量纹波只有几个 毫伏后将电源板安装好，开机试运行，故障消除。 （2）故障现象：5m 立车在运行加工中发出哐哐声后，烧保险。 检查：发现 5FC5FG、5RG5RQ 正反组全无脉冲输出，测量结果，反相器损坏，又发现输 出波形较其他波形幅值低得多。 图图 2-22-2 分析：5m 立车主驱动直流电机的驱动电压由晶闸管全控桥反并联整流电路提供。12 路 触发脉冲中，有两路消失，另一路触发脉冲的幅值较其它正常触发脉冲要短三分之一，当出 现哐哐的齿轮撞击声时，误以为液压马达联轴节处出现了问题，但过了一会儿两路保险丝烧 坏，实际上，在这次故障的前一段时间里已烧过两次保险，当时只认为是偶然的电网不稳造 成，因换上保险丝后，故障就消除了。由于 5m 立车加工运行时的转速较低，虽然可控硅整 流电路是桥式整流，但是线路中触发脉冲丢失和幅值小同时存在时，也会造成电流不连续， 输出的电压不稳，从而使电机的转速不稳。一开始出现的哐哐声，实际就是转速不稳的表现。 由于电流断续而引起的烧保险故障能发生在运行后停车和正常运行的任何时刻。 永城职业学院毕业论文 浅谈数控机床的使用与维修 第 7 页 共 14 页 处理：将放大管及反相器换下，故障消除。 2.32 机床 PLC 初始故障的诊断 机床 PLC 初始故障的诊断为了保护机床和维修方便，PLC 有显示和检测机床故障的能力。 一旦发生故障，维修人员就能根据机床的故障显示号去确定故障类别，予以排除。但在实际 加工过程中，我们发现有时 PLC 同时显示几个故障，它们是由某一个故障引起的连锁故障， 排除了初始的引发故障，其它故障报警就消失了。可是从机床 PLC 显示的所有报警故障中， 维修人员并不知道哪个故障是初始引发故障，维修人员只能逐个故障去查，这就增加了维修 难度。机床 PLC 初始故障诊断功能，通过 PLC 程序，准确判断出初始故障的报警号。维修中， 首先排除初始故障，其它引发故障自行消失，这样就极大地方便了机床的维修，提高了机床 维修的快速性和准确性。 2 初始故障诊断原理设计的 PLC 程序不单单是把各个故障都能检 测和显示出来，还能把最关键的初始故障自动判断出来。 初始故障诊断原理：以 3 个故障为例，其中设置了 3 个故障检测位，分别为 R500.0、R510.0、R520.0；3 个初始故障检测位为 R500.2、R510.2、R520.2；F149.1 为系统 复位信号。初始状态时，无报警出现，故障检测位都为“0” ，初始故障检测位也都为“0” ， 复位信号 F149.1 为“0” 。在 3 个故障中假设首先发生第二个故障。在程序扫描的第一个周 期内，其对应的故障检测位 R510.0 变为“1” ，R500.2、R520.2、F149.1 初始值为“0” ，初 始故障检测位 R510.2 变为“1” ，通过自锁保持为“1” ，直到故障被排除，系统复位信号发 出后“1”状态才被解除。在程序扫描的第二个周期内，R510.2 保持为“1” ，实现了对 R500.1、R520.1 的封锁，即使此时另外某一个故障检测位为“1” ，也不能导致其初始故障检 测位变为“1” 。通过此 PLC 程序的控制，就能从同时发生的众多故障里准确地判断出初始故 障。在 JCS018 数控机床中，遇到了多个故障同时发生的问题，如换刀报警和液压报警同时 出现。维修时，先检查液压控制部分，然后才能确认故障出在换刀过程中。检查后我们才知 道换刀的动力由液压驱动来提供。PLC 控制程序设计中，当遇到换刀故障时，为防止更大的 意外发生，在报警的同时也断开了液压控制，因此换刀故障发生时出现了两个报警信息。为 遵循原机床的设计思路，而又能准确地发出报警信息，给 JCS018 数控机床增加了对初始故 障的检查功能。按照前面的程序分析，换刀和液压故障检测位分别为 R500.0 和 R510.0，初 始故障可从初始故障检测位 R500.2 和 R510.2 读出。当该机床再发生类似故障时，就能很快 地判断出初始故障。 2.33 数控设备检测元件故障及维修 检测元件是数控机床伺服系统的重要组成部分，它起着检测各控制轴的位移和速度的作 用，它把检测到的信号反馈回去，构成闭环系统。测量方式可分为直接测量和间接测量：直 接测量就是对机床的直线位移采用直线型检测元件测量，直接测量常用的检测元件一般包括： 直线感应同步器、计量光栅、磁尺激光干涉仪。间接测量就是对机床的直线位移采用回转型 检测元件测量，间接测量常用的检测元件一般包括：脉冲编码器、旋转变压器、圆感应同步 器、圆光栅和圆磁栅。 当机床出现如下故障现象时，应考虑是否是由检测元件的故障引起的： （1）机械振荡（加减速时）： 一、脉冲编码器出现故障，此时检查速度单元上的反馈线端子电压是否在某几点电压下 降，如有下降表明脉冲编码器不良，更换编码器。 二、脉冲编码器十字联轴节可能损坏，导致轴转速与检测到的速度不同步，更换联轴节。 永城职业学院毕业论文 浅谈数控机床的使用与维修 第 8 页 共 14 页 三、测速发电机出现故障，修复，更换测速机。 （2）机械暴走（飞车）： 在检查位置控制单元和速度控制单元的情况下，应检查： 一、脉冲编码器接线是否错误，检查编码器接线是否为正反馈，A 相和 B 相是否接反。 二、脉冲编码器联轴节是否损坏，更换联轴节。 三、检查测速发电机端子是否接反和励磁信号线是否接错。 （3）主轴不能定向或定向不到位： 在检查定向控制电路设置和调整，检查定向板，主轴控制印刷电路板调整的同时，应检查位 置检测器（编码器）是否不良，此时测编码器输出波形。 （4）坐标轴振动进给： 在检查电动机线圈是否短路，机械进给丝杠同电机的连接是否良好，检查整个伺服系统 是否稳定的情况下，检查脉冲编码是否良好、联轴节联接是否平稳可靠、测速机是否可靠。 检测元件是一种极其精密和容易受损的器件，一定要从下面几个方面注意，进行正确的 使用和维护保养。 一、不能受到强烈振动和摩擦以免损伤代码板，不能受到灰尘油污的污染，以免影响正 常信号的输出。 二、工作环境周围温度不能超标，额定电源电压一定要满足，以便于集成电路片子的正 常工作。 三、要保证反馈线电阻，电容的正常，保证正常信号的传输。 四、防止外部电源、噪声干扰，要保证屏蔽良好，以免影响反馈信号。 五、安装方式要正确，如编码器联接轴要同心对正，防止轴超出允许的载重量，以保证 其性能的正常。 总之，在数控设备的故障中，检测元件的故障比例是比较高的，只要正确的使用并加强 维护保养，对出现的问题进行深入分析，就一定能降低故障率，并能迅速解决故障，保证设 备的正常运行。 2.34 数控机床加工精度异常故障及维修 生产中经常会遇到数控机床加工精度异常的故障。此类故障隐蔽性强、诊断难度大。导 致此类故障的原因主要有五个方面:一、机床进给单位被改动或变化。二、机床各轴的零点 偏置(NULL OFFSET)异常。三、轴向的反向间隙(BACKLASH)异常。四、电机运行状态异常， 即电气及控制部分故障。五、机械故障，如丝杆、轴承、轴联器等部件。此外，加工程序的 编制、刀具的选择及人为因素，也可能导致加工精度异常。 （1）系统参数发生变化或改动 系统参数主要包括机床进给单位、零点偏置、反向间隙等等。例如 SIEMENS、FANUC 数 控系统，其进给单位有公制和英制两种。机床修理过程中某些处理，常常影响到零点偏置和 间隙的变化，故障处理完毕应作适时地调整和修改；另一方面，由于机械磨损严重或连结松 动也可能造成参数实测值的变化，需对参数做相应的修改才能满足机床加工精度的要求。 （2）机械故障导致的加工精度异常 一台 THM6350 卧式加工中心，采用 FANUC 0i-MA 数控系统。一次在铣削汽轮机叶片的过 程中，突然发现 Z 轴进给异常，造成至少 1mm 的切削误差量(Z 向过切)。调查中了解到：故 障是突然发生的。机床在点动、MDI 操作方式下各轴运行正常，且回参考点正常；无任何报 警提示，电气控制部分硬故障的可能性排除。分析认为，主要应对以下几方面逐一进行检查。 一、检查机床精度异常时正运行的加工程序段，特别是刀具长度补偿、加工坐标系 永城职业学院毕业论文 浅谈数控机床的使用与维修 第 9 页 共 14 页 (G54G59)的校对及计算。 二、在点动方式下，反复运动 Z 轴，经过视、触、听对其运动状态诊断，发现 Z 向运动 声音异常，特别是快速点动，噪声更加明显。由此判断，机械方面可能存在隐患。 三、检查机床 Z 轴精度。用手脉发生器移动 Z 轴， （将手脉倍率定为 1100 的挡位，即 每变化一步，电机进给 0.1mm） ，配合百分表观察 Z 轴的运动情况。在单向运动精度保持正常 后作为起始点的正向运动，手脉每变化一步，机床 Z 轴运动的实际距离 d=d1=d2=d3=0.1mm，说明电机运行良好，定位精度良好。而返回机床实际运动位移的变化 上，可以分为四个阶段：机床运动距离 d1d=0.1mm(斜率大于 1);表现出为 d=0.1mmd2d3(斜率小于 1)；机床机构实际未移动，表现出最标准的反向间隙；机床 运动距离与手脉给定值相等(斜率等于 1)，恢复到机床的正常运动。 无论怎样对反向间隙(参数 1851)进行补偿，其表现出的特征是：除第阶段能够补偿外， 其他各段变化仍然存在，特别是第阶段严重影响到机床的加工精度。补偿中发现，间隙补 偿越大，第段的移动距离也越大。 分析上述检查认为存在几点可能原因：一是电机有异常；二是机械方面有故障；三是存 在一定的间隙。为了进一步诊断故障，将电机和丝杠完全脱开，分别对电机和机械部分进行 检查。电机运行正常；在对机械部分诊断中发现，用手盘动丝杠时，返回运动初始有非常明 显的空缺感。而正常情况下，应能感觉到轴承有序而平滑的移动。经拆检发现其轴承确已受 损，且有一颗滚珠脱落。更换后机床恢复正常。 （3）机床电气参数未优化电机运行异常 一台数控立式铣床，配置 FANUC 0-MJ 数控系统。在加工过程中，发现 X 轴精度异常。 检查发现 X 轴存在一定间隙，且电机启动时存在不稳定现象。用手触摸 X 轴电机时感觉电机 抖动比较严重，启停时不太明显，JOG 方式下较明显。 分析认为，故障原因有两点，一是机械反向间隙较大；二是 X 轴电机工作异常。利用 FANUC 系统的参数功能，对电机进行调试。首先对存在的间隙进行了补偿；调整伺服增益参 数及 N 脉冲抑制功能参数，X 轴电机的抖动消除，机床加工精度恢复正常。 （4）机床位置环异常或控制逻辑不妥 一台 TH61140 镗铣床加工中心，数控系统为 FANUC 18i，全闭环控制方式。加工过程中， 发现该机床 Y 轴精度异常，精度误差最小在 0.006mm 左右，最大误差可达到 1.400mm。检查 中，机床已经按照要求设置了 G54 工件坐标系。在 MDI 方式下，以 G54 坐标系运行一段程序 即“G90 G54 Y80 F100；M30；” ，待机床运行结束后显示器上显示的机械坐标值为“- 1046.605” ，记录下该值。然后在手动方式下，将机床 Y 轴点动到其他任意位置，再次在 MDI 方式下执行上面的语句，待机床停止后，发现此时机床机械坐标数显值为“-1046.992” ，同 第一次执行后的数显示值相比相差了 0.387mm。按照同样的方法，将 Y 轴点动到不同的位置， 反复执行该语句，数显的示值不定。用百分表对 Y 轴进行检测，发现机械位置实际误差同数 显显示出的误差基本一致，从而认为故障原因为 Y 轴重复定位误差过大。对 Y 轴的反向间隙 及定位精度进行仔细检查，重新作补偿，均无效果。因此怀疑光栅尺及系统参数等有问题， 但为什么产生如此大的误差，却未出现相应的报警信息呢？进一步检查发现，该轴为垂直方 向的轴，当 Y 轴松开时，主轴箱向下掉，造成了超差。 对机床的 PLC 逻辑控制程序做了修改，即在 Y 轴松开时，先把 Y 轴使能加载，再把 Y 轴 松开；而在夹紧时，先把轴夹紧后，再把 Y 轴使能去掉。调整后机床故障得以解决。 2.4 数控机床的维护 数控系统是数控机床的核心部件，因此，数控机床的维护主要是数控系统的维护。数控 系统经过一段较长时间的使用，电子元器件性能要老化甚至损坏，有些机械部件更是如此， 永城职业学院毕业论文 浅谈数控机床的使用与维修 第 10 页 共 14 页 为了尽量地延长元器件的寿命和零部件的磨损周期，防止各种故障，特别是恶性事故的发生， 就必须对数控系统进行日常的维护。概括起来，要注意以下几个方面。 (1)制订数控系统日常维护的规章制度 根据各种部件特点，确定各自保养条例。如明文规定哪些地方需要天天清理（如 CNC 系 统的输入输出单元光电阅读机的清洁，检查机械结构部分是否润滑良好等） ，哪些部 件要定期检查或更换（如直流伺服电动机电刷和换向器应每月检查一次） 。 (2)应尽量少开数控柜和强电柜的门 因为在机加工车间的空气中一般都含有油雾、灰尘甚至金属粉末。一旦它们落在数控系 统内的印制线路或电器件上，容易引起元器件间绝缘电阻下降，甚至导致元器件及印制线路 的损坏。有的用户在夏天为了使数控系统超负荷长期工作，打开数控柜的门来散热，这是种 绝不可取的方法，最终会导致数控系统的加速损坏。正确的方法是降低数控系统的外部环境 温度。因此，应该有一种严格的规定，除非进行必要的调整和维修，不允许随便开启柜门， 更不允许在使用时敞开柜门。 (3)定时清扫数控柜的散热通风系统 应每天检查数控系统柜上各个冷却风扇工作是否正常，应视工作环境状况，每半年或每 季度检查一次风道过滤器是否有堵塞现象。如果过滤网上灰尘积聚过多，需及时清理，否则 将会引起数控系统柜内温度高（一般不允许超过 55） ，造成过热报警或数控系统工作不可 靠。 (4)经常监视数控系统用的电网电压 FANUC 公司