西工大数控机床故障诊断与维修技术研讨班讲座.ppt

数控设备故障诊断与维修技术,主讲：刘安利（教授、博士生导师）西安电子科技大学Telmail:src,从“一般走向精英”专题系列讲座之一,一、从“墨菲定理”所引出的思维问题,什么是墨菲定理？最简单的表达形式就是“有可能出错的事情，就会出错”。墨菲定理的原句是这样的：Iftherearetwoormorewaystodosomething,andoneofthosewayscanresultinacatastrophe,thensomeonewilldoit.（如果有两种或以上选择，其中一种将导致灾难，则必定有人会作出这种选择。）,定义,根据“墨菲定理”，人们作出了以下四个推断：任何事情都没有表面看起来那么简单；所有的事都会比你预计的时间长；会出错的事总会出错；如果你担心某种情况发生，那么它就更有可能发生。,墨菲定理告诉我们：容易犯错误是人类与生俱来的弱点，不论科技多发达，事故都会发生。而且我们解决问题的手段越高明，面临的麻烦就越严重，因为人类到目前为止还制造不出永远不出故障的设备。所以，我们在事前应该是尽可能想得周到、全面一些，如果真的发生了故障或者损失，就笑着应对吧，关键在于要不断总结所犯的错误，而不是企图掩盖它。,墨菲定理并不是一种强调人为错误的概率性定理,而是阐述了一种偶然中的必然性，我们先举个例子：,你兜里装着一枚金币，生怕别人知道也生怕丢失，所以你每隔一段时间就会去用手摸兜，去查看金币是不是还在，于是你的规律性动作引起了小偷的注意，最终被小偷偷走了。即便没有被小偷偷走，那个总被你摸来摸去的兜最后终于被磨破了，金币掉了出去丢失了。,这就说明了，越害怕发生的事情就越会发生的原因，为什么？就因为害怕发生，所以会非常在意，注意力越集中，就越容易犯错误。,第二章引发数控机床故障的因素,一、何谓数控机床数控机床（NumericalControlMachineTools）是指采用数字信息控制的机床。详言之，凡是用数字化的代码将零件加工过程中所需的各种操作和步骤以及刀具与工件之间的相对位移量等记录在程序介质上，送入计算机或数控系统经过译码、运算及处理，控制机床的刀具与工件的相对运动，加工出所需要的工件的一类机床即为数控机床。而所谓故障就是导致数控机床全部或部分丧失原有的功能现象发生。,数控机床一般由下列几个部分组成：1、数控系统由硬件和软件部分组成，接受输入代码经缓存、译码、运算插补）等转变成控制指令，实现直接或通过PLC对伺服驱动装置的控制。2、伺服驱动装置、检测反馈装置1）伺服驱动装置是数控装置和机床主机之间的联接环节，接受数控装置生成的进给信号，经放大然后驱动主机的执行机构，实现机床的各向运动。,2）检测反馈装置是通过检测元件将执行元件（电机、刀架）或工作台的速度和位移检测出来，反馈给数控装置构成闭环或半闭环系统。3）机床主体-床身箱体、立柱、导轨、工作台、主轴和进给机构等；4）程序的输入/输出设备；5）可编程控制器；6）电源等辅助部分。,二、引发数控机床故障的外部因素,环境,电力,数控机床是机电一体化的产物，技术先进、结构复杂。按照功能结构分为机械部分电气部分和液压部分，其中电气部分包括电源、数控系统、伺服系统、检测系统和一些电缆、接头、开关等。其故障也是多种多样、各不相同，故障原因一般都比较复杂，这就给数控机床的故障诊断和维修带来不少困难。1、电源故障电源是整个机床正常工作的能量来源，我们常用的数控和伺服系统，如西门子系统、发那科、海德汉系统等是由德国、日本等西方国家设计制造的，由于他们国家的电力充足，电网质量高，因此其电气系统的电源设计冗余较少，这对于我国有较大波动和高次谐波的电力,三、引发数控机床故障的内部因素,供电网来说就略显不足，再加上某些人为的因素，难免出现由电源而引起的故障。轻者会造成数据丢失、系统死机，重者会毁坏系统局部甚至全部。因此我们在给数控机床供电时应尽量做到以下几点：1）提供独立的配电箱而不与其他设备串用；2）在资金允许的情况下，应尽量配备三相交流稳压装置；3）电源始端有良好的接地；4）进入数控机床的三相电源应采用三相五线制，中线(N)与接地(PE)严格分开。,2、数控系统位置环故障1）位置环报警大多数情况下，若正在运动的轴实际位置误差超过机床参数所设定的允许值，则产生轮廓误差监控报警；若机床坐标轴定位使得实际位置与给定的位置之差超过机床参数设定的允许值，则产生静态误差监控报警；若测量装置有故障，则产生测量装置监控报警。位置环报警一般是由于位置测量元件，如光栅尺、编码器被污染或被损坏引起的，也有的是由于电缆破损或接头接触不良所致。2）坐标轴在没有指令情况下产生运动，可能是漂移过大；位置或速度环接成正反馈；反馈回路开路；编码器安装不当引起的。,3、机床开机返回不了参考点数控机床开机后返回不了参考点的故障一般有以下三种情况：第一种是由于是由于参考点开关出现问题，导致PLC没有产生减速信号；第二种情况使编码器或者光栅尺的零点脉冲出了问题；第三种情况是机床数控系统的测量模块出现问题，没有接收到零点脉冲。4、机床的动态性能变差机床在加工时，有时候会出现工件质量变差，甚至在一定速度下运动会有抖动，这其中有很大一种可能是由于机床长时间使用，机械传动系统间隙过大甚至磨损严重，或者导轨润滑不充分甚至磨损造成的；对于电气控制系统来说则可能是速度环、位置环和相关参数已不在最佳匹配状态，应在机械故障基本排除后重新进行最佳化调整。,5、偶发性停机故障偶发性故障一般有两种情况：一种情况是机床厂家设计上有缺陷，在某些特定的操作与功能运行相组合所造成的停机故障，对于这种故障，一般机床断电重启后便会消失；另一种情况是由环境条件引起的，如电网干扰、温度、湿度等。例如一些私营企业将数控机床放置于普通厂房，电气柜门长期开门运行，附近又有大量的粉尘和金属碎末，这些因素不仅仅会造成机床故障，严重的还会将机床系统和伺服驱动部分损坏，应务必改善。以上是数控机床在使用中会经常遇见的几类故障，在实际的故障诊断与维修中，还应该具体情况具体对待，根据故障发生时机床的状态、操作方式进项调查与分析，多和操作者进行交流，从中找出故障点，排除故障。,数控设备的正确使用是减少设备故障、延长使用寿命的关键，它在预防性维修中占有很重要的地位。据统计，有三分之一的故障是人为造成的，而且一般性维护（如注油、清洗、检查等）是由操作者进行的，解决的方法是：强调设备管理、使用和维护意识，加强业务、技术培训，提高操作人员素质，使他们尽快掌握机床性能，严格执行设备操作规程和维护保养规程，保证设备运行在合理的工作状态之中。,四、引发数控机床故障的人为因素,第一节数控机床故障的直观法分类一、按故障发生的部位分类1、主机故障数控机床的主机通常是指组成数控机床的机械、润滑、冷却、排屑、液压、气动与防护等部分。主机常见的故障主要有:1）因机械部件安装、调试、操作使用不当等原因引起的机械传动故障。2）因导轨、主轴等运动部件的干涉、摩擦。,第三章数控机床故障分类及其诊断方法,3）因机械零件的损坏、联结不良等原因引起的故障等等主机故障主要表现为传动噪声大、加工精度差、运行阻力大、机械部件动作不进行、机械部件损坏等等。润滑不良、液压、气动系统的管路堵塞和密封不良，是主机发生故障的常见原因。数控机床的定期维护、保养控制和根除“三漏”现象发生是减少主机部分故障的重要措施。2、电气控制系统故障从所使用的元器件类型上，根据通常习惯，电气控制系统故障通常分为“弱电”故障和“强电”故障两大类。1）“弱电”部分是指控制系统中以电子元器件、集成电路为主的控制部分。数控机床的弱电部分包括CNC、PLC、MDI/CRT以及伺服驱动单元、输入输出单元等。“弱电”故障又有硬件故障与软件故障之分。硬件故障是指上述各,部分的集成电路芯片、分立电子元件、接插件以及外部连接组件等发生的故障。软件故障是指在硬件正常情况下所出现的动作出错、数据丢失等故障，常见的有加工程序出错，系统程序和参数的改变或丢失，计算机运算出错等。2）“强电”部分是指控制系统中的主回路或高压、大功率回路中的继电器、接触器、开关、熔断器、电源变压器、电动机、电磁铁、行程开关等电气元器件及其所组成的控制电路。这部分的故障虽然维修、诊断较为方便，但由于它处于高压、大电流工作状态，发生故障的几率要高于“弱电”部分，必须引起维修人员的足够的重视。二、按故障的性质分类1、确定性故障,指控制系统主机中的硬件损坏或只要满足一定的条件，数控机床必然会发生的故障。这一类故障现象在数控机床上最为常见，但由于它具有一定的规律，因此也给维修带来了方便。确定性故障具有不可恢复性，故障一旦发生，如不对其进行维修处理，机床不会自动恢复正常但只要找出发生故障的根本原因，维修完成后机床立即可以恢复正常。正确的使用与精心维护是杜绝或避免故障发生的重要措施。2、随机性故障随机性故障是指数控机床在工作过程中偶然发生的故障。此类故障的发生原因较隐蔽，很难找出其规律性，故常称之为“软故障”，随机性故障的原因分析与故障诊断比较困难，一般而言，故障的发生往往与部件的安装质量,、元器件的品质、软件设计不完善、工作环境的影响等诸多因素有关。随机性故障有可恢复性，故障发生后，通过重新开机等措施，机床通常可恢复正常，但在运行过程中，又可能发生同样的故障。加强数控系统的维护检查，确保电气箱的密封，可靠的安装、连接，正确的接地和屏蔽是减少、避免此类故障发生的重要措施。三、按故障的指示形式分类1、有带显示的故障数控机床的故障显示可分为指示灯显示与显示器显示两种情况1）指示灯显示报警,指示灯显示报警是指通过控制系统各单元上的状态指示灯（一般由LED发光管或小型指示灯组成）显示的报警。根据数控系统的状态指示灯，即使在显示器故障时，仍可大致分析判断出故障发生的部位与性质，因此，在维修、排除故障过程中应认真检杳这些状态指示灯的状态。2）显示器显示报警显示器显示报警是指可以通过CNC显示器显示出报警号和报警信息的报警。由于数控系统一般都具有较强的自诊断功能，如果系统的诊断软件以及显示电路工作正常，一旦系统出现故障，可以在显示器上以报警号及文本的形式显示故障信息。数控系统能进行显示的报警少则几十种，多则上千种，它是故障诊断的重要信息。在显示器显示报警中，又可分为NC的报警和PLC的报警等两类。,前者为数控系统供应商设置的故障显示，它可对照系统的“维修手册”，来确定可能产生该故障的原因。后者是由数控机床生产厂家设置的PLC报警信息文本，属于机床本身的故障显示。它可对照机床生产厂家所提供的“机床维修手册”中的有关内容确定故障所产生的原因。3）无报警显示的故障这类故障发生时，机床与系统均无报警显示，其分析诊断难度通常较大，需要通过仔细、认真的分析判断才能予以确认。特别是对于一些早期的数控系统，由于系统本身的诊断功能不强，或无PLC报警信息文本，出现无报警显示的故障情祝则更多。对于无报警显示故障，通常要具体情况具体分析，根据故障发生前后的变化进行分析判断，原理分析法与PLC程序分析法是解决无报警显示故障的主要方法。,四、按故障产生的原因分类,1、数控机床自身故障这类故障的发生是由于数控机床自身的原因所引起的，与外部使用环境条件无关，数控机床所发生的极大多数故障均属此类故障。2、数控机床外部故障这类故障是由于外部原因所造成的。供电电压过低、过高，波动过大：电源相序不正确或三相输入电压的不平衡；环境温度过高：有害气体、潮气、粉尘授入；外来振动和干扰等都是引起故障的原因。此外，人为因素也是造成数控机床故障的外部原因之一，据有关资料统计，首次使用数控机床或由不熟练工人来操作数控机床，在使用的第一年，操作不当所造成的外部故障要占机床总故障的三分之一以上。,第二节数控机床故障理论分类法,一、从故障的起因分类1、关联性故障和系统的设计、结构或性能等缺陷有关而造成（分固有性和随机性）。2、非关联性故障和系统本身结构与制造无关的故障。二、从故障发生的状态分类1、突然故障发生前无故障征兆，使用不当。2、渐变故障发生前有故障征兆，逐渐严重。三、按故障发生的性质分类,1、软件故障程序编制错误、参数设置不正确、机床操作失误等引起。2、硬件故障电子元器件、润滑系统、限位机构、换刀系统、机床本体等硬件损坏造成。3、干扰故障由于系统工艺、线路设计、电源地线配置不当等以及工作环境的恶劣变化而产生。四、按故障的严重程度分类1、危险性故障数控系统发生故障时，机床安全保护系统在需要动作时，因故障失去保护动作，造成人身或设备事故。2、安全性故障机床安全保护系统在不需要动作时发生动作，引起机床不能起动。,第三节数控机床故障诊断与处理方法,一、数控机床维修的特点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。二、诊断常用的仪器仪表及工具器皿1.仪器仪表,1）万用表可测量电阻；交、直流电压、电流。指针式万用表有测量过程，而数字式万用表则直接读数。2）相序表可检查直流驱动装置输入电流的相序3）双踪示波器检查信号波形4）钳形电流表不断线检测电流5）脉冲发生笔与逻辑测试笔对芯片或功能电路板的输入注入逻辑电平脉冲，用逻辑测试笔检测输出电平，以判别其功能正常与否。6）机械故障诊断仪对机械故障进行检测、分析与诊断2、工具与器皿,“+”、“一”螺丝刀、钳子、镊子、烙铁、纸杯（存放螺丝用）和封口纸（拆卸编号）等3、备用电路板的定期供电备用电路板应定期装到CNC系统上通电运行，长期停用的数控机床也要经常通电，利用电器元件本身的发热来驱散电气柜内的潮气。保证电器元件性能的稳定可靠。三、诊断用技术资料数控机床生产厂家必须向用户提供安装、使用与维修有关的技术资料，主要有：1、数控机床电气使用说明书2、数控机床电气原理图3、数控机床电气连接图,4、数控机床结构简图5、数控机床参数表6、数控机床PLC控制程序7、数控系统操作手册8、数控系统编程手册9、数控系统安装与维修手册10、伺服驱动系统使用说明书数控机床的技术资料对故障分析与诊断非常重要，必须认真仔细地阅读，并对照机床实物，做到心中有数。一旦机床发生故障，再进行分析的同时查阅资料。,第四章数控机床电气故障诊断方法,一、故障与故障处理对策1、软故障由调整、参数设置或操作不当引起（在使用初期发生较多，不熟悉）2、硬故障由数控机床（控制、检测、驱动、液气、机械装置）的硬件失效引起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屏幕显示的内容、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。复位后，故障不能消失，可从以下几方面进行调查：,1）检查机床的运行状态2）机床故障时的运行方式3）CRT显示的内容（报警信号和报警号）4）驱动装置、变频器等显示的报警指示5）故障时轴的定位误差6）刀具轨迹是否正常7）辅助机能的运行状态3、检查加工程序及操作情况1）是否为新编制的加工程序2）刀具补偿指令及补偿量是否正确3）故障是否与换刀有关4）故障是否与进给速度有关5）操作者的情况（新手）,4.检查系统的输入电压1）输入电压的波动，电压值是否在正常范围；2）附近有否使用大电流的装置；5、检查环境状态1）CNC周围的温度状况；2）控制柜热交换器、轴流风扇工作情况；3）系统周围的振动情况；4）附近有否高频干扰源；6、检查机床状况1）熔丝是否已熔断、风扇是否在正常旋转；2）故障前是否修理过机床或设置过参数；3）机床是否已调整好；,4）在运行过程中是否改变过工作方式5）机床是否正处于急停、锁住状态6）速度倍率开关是否设为零7）进给保持按钮是否被按下8）间隙补偿量是否合适9）机床各信号电缆有否破损10）信号线和电源线是否分开走线11）屏蔽线接地是否正确二、数控机床电气故障诊断思路1、故障诊断1）故障检测（确定有否故障）2）故障判断（确定故障性质）3）故障定位（确定故障部位）,2.故障诊断要求：1）故障检测方法简便有效2）使用的诊断仪器少而实用3）故障诊断的所需的时间尽可能短三、数控系机床电气故障诊断常用方法1、直观法（问、看、听、闻、摸）1）问机床的故障现象、加工状况等2）看CRT报警信息、报警指示灯、熔丝断否、元器件烟熏烧焦、电容器膨胀变形、开裂、保护器脱扣、触点火花等3）听异常声响（铁芯、欠压、振动等）4）闻电气元件焦糊味及其它异味5）摸发热、振动、接触不良等2、CNC系统的自诊断功能,1）开机自诊断系统内部自诊断程序通电后动执行对CPU、存储器、总线和I/O等模块及功能板、CRT、软盘等外围设备进行功能测试，确定主要硬件能正常工作。2）运行中的故障信息提示发生故障在CRT上报警信息，查阅维修手册确定故障原因及排除方法。（不唯一，信息丰富则准确）例如：FANUC10TE系统的数控机床，开机后CRT显示：FS107E1399BROMTEST：ENDRAMTEST未通过测试故障可能：参数丢失、支持电池失效或接触不良等,3、数据和状态检查CNC系统的自诊断功能不仅能在CRT上显示故障报警信息，而且还能以多页“诊断地址”和“诊断数据”的形式提供机床参数和状态信息：1）接口检查系统与机床、系统与PLC、机床与PLC的输入/输出信号，接口诊断功能可将所有开关量信号的状态显示在CRT上，“1”表示通，“0”表示断。利用状态显示可以检查数控系统是否将信号输出到机床上，机床上的开关信号是否已输入到系统，从而确定故障是在机床上还是在系统上。2）参数检查数控机床的机床参数是经一系列的试验和调整而获得的重要参数，是机床正常运行的保证。包括有增益、加速度、轮廓监控及各种补偿值等。当机床长期闲置不用或受到外部干扰会使数据丢失或发生数据混乱机,机床将不能正常工作，可调出机床参数进行检查、修改或传送。4、报警指示灯显示故障除CRT软报警外，还有许多“硬件”报警指示灯，分布在电源、主轴驱动、伺服驱动I/O装置上，由此可判断故障原因。5、备板置换法（替代法）用同功能的备用板替换被怀疑有故障的模板。（故障被排除或范围缩小）注意：断电状态下/选择开关/跨线一致6、隔离法隔离法是将某些控制回路断开，从而达到缩小查找故障区域的目的。,7、将功能相同模板或单元相互交换，观察故障的转移情况，就能快速判断故障的部位。,系统,X驱动,Y驱动,X电机,Y电机,8、敲击法数控系统是由各种电路板组成，电路板上、接插件等处有虚焊或接口槽接触不良都会引起故障。可用绝缘物轻轻敲打疑点处，若出现，则敲击处很可能就是故障部位。9、升温法设备运行较长时间或环境温度较高时，机床就会出现故障，可用电吹风、红外灯照射可疑的元件或组件。确定故障点。10、功能程序测试法当数控机床加工造成废品而无法确定是编程、操作不当还是数控系统故障时，或是闲置时间较长的数控机床重新投入使用时，将G、M、S、T、F功能全部指令编写一个试验程序并运行在这台机床，可快速判断哪个功能不良或丧失。例：某加工中心，在JOG方式下，进给平稳，但自动则不正,正常。首先要确定是NC故障还是伺服系统故障，先断开伺服速度给定信号，用电池电压作信号，故障依旧，说明NC系统没有问题。进一步检查是Y轴夹紧装置出故障。11、测量比较法为了检测方便，在模板或单元上设有检测端子，用万用表、示波器等仪器对这些端子的电平或波形进行测试，将测试值与正常值进行比较，可以分析和判断故障的原因和及故障的部位。总之，各种故障诊断方法各有特点，要根据故障现象的特点灵活组合应用。四、电源的维护与保养1、电源的组成：三相输入线路、熔断器、电源开关、电源变压器、控制变压器、断路器、各种继电器、接触器等。通过电源配置提供给数控机床所需要各种电源，以满足不同负载要求。,一般有：380V、220V、200V、24V以及5V等。2、维护保养内容1）三相电源的电压值是否正常，是否有偏相2）所有电气连接是否良好3）各类开关是否有效4）各继电器、接触器是否正常工作5）检验热继电器、电弧抑制器等保护器件是否有效6）检查电气柜防尘滤网、冷却风扇是否正常五、数控机床的抗干扰1、电磁波干扰电火花、中、高频电加热设备的电源都会产生强烈的电磁波，通过空间传播被附近的数控系统所接受，如果能量足够就会干扰数控机床的正常工作。（远离这些设备）,2、供电线路干扰1）输入电压过压或欠压引起电源报警而停机。2）电源波形畸变*引起错误信息会导致CPU停止运行。3、信号传输干扰-数控信号在传递过程中受到外界的干扰：1）串模干扰干扰电压叠加在有用信号上，由绝缘不良、漏电阻及供电线路等引入。2）共模干扰干扰电压对二根或以上信号线的干扰大小相等、相位相同。装置的共模抑制比较高，影响不大。当不平衡时，一部分转为串模。4、抗干扰措施1)减少供电线路的干扰；2)数控机床远离具有中、高频电源的设备；3)数控机床不要和大功率且频繁起、停设备在同一供电干线上；4)在电源电压波动较大的地区，加稳压电源；,5)动力线和信号线分开走线；6)信号线采用屏蔽线或双绞线；7)控制线和电源线相交时，要采用直角相交；8)压敏电阻保护（浪涌吸收器）可对线路中的瞬变、尖蜂等噪声进行保护；9)阻容保护交流接触器和电机频繁起停时，因电磁感应会在机床电路中产生浪涌或尖蜂，可抑制、吸收干扰噪声；10)续流二极管保护直流电感元件在断电时，在线圈着将产生较大的感应电动势并联的二极管可减少对控制电路的干扰；11)信号线采用屏蔽线（铜质网状）穿在铁质蛇皮管或铁管中；12)关键元件或组件采用金属容器屏蔽；,六、数控机床的地线系统“接地”是数控机床安装中一项关键的抗干扰技术措施。电网的许多干扰都是通过“接地”对机床起作用的。1、信号地用来提供电信号的基准电压（0V）2、框架地是以安全性及防止外来噪声和内部噪声为目的的地线系统。它是装置的面板、单元的外壳、操作板及各装置间接口的屏蔽线3、系统地是将框架地和大地相连接，接地要可靠（接地电阻应小于10欧姆）4、接地线要粗（应大于电源线的截面积）第五章伺服系统故障诊断,第一节主轴驱动系统一般主轴要求：速度大范围连续可调、恒功率范围宽伺服主轴要求：有进给控制和位置控制主轴变速形式：电动机带齿轮换档（降速、增大传动比增大主轴转矩）；电动机通过同步齿带或皮带驱动主轴（恒功率、机械传动简单）一、常用主轴驱动系统介绍1.FANUC公司主轴驱动系统主要采用交流主轴驱动系统，有S、H、P三个系列（1.5371.5223.737kW）主要特点：1）采用微处理控制技术2）主回路采用晶体管PWM逆变器,3）具有主轴定向控制、数字和模拟输入2.SIEMENS公司主轴驱动系统直流主轴电动机：有1GG5、1GF5、1GL5和1GH5四个系列及配套6RA24、6RA27系列驱动装置（晶闸管）交流主轴电动机：有1PH5和1PH6两个系列（3100kW）及配套6SC650、6SC611A系列主轴驱动模块。二、主轴伺服系统的故障形式及诊断方法1.主轴伺服系统发生故障时，有三种表现形式：1）.在CRT或操作面板上显示报警内容或报警信息2）.在主轴驱动装置上用报警灯或数码管显示故障3）.无任何故障报警信息2.主轴伺服系统常见故障有：,1）外界干扰：屏蔽和接地措施不良时，主轴转速或反馈信号受电磁干扰，使主轴驱动出现随机和无规律的波动。判别方法，使主轴转速指令为零再看主轴状态。2）过载：切削用量过大，频繁正、反转等均可引起过载报警。具体表现为电动机过热、主轴驱动装置显示过电流报警等3）主轴定位抖动：主轴准停用于刀具交换、精镗退刀及齿轮换档等场合，有三种实现形式：a.机械准停控制（V形槽和定位液压缸）b.磁性传感器的电气准停控制（图1）c.编码器型的准停控制（准停角度可任意）上述准停均要经减速，减速或增益等参数设置不当；限位开关失灵；磁性传感器间隙变化或失灵都会引起定位抖动,磁性传感器主轴准停装置,1.磁性传感器2.发磁体3.主轴4.支架5.主轴箱,图1,4）主轴转速与进给不匹配:当进行螺纹切削或用每转进给指令切削时，会出现停止进给、主轴仍然运转的故障。主轴有一个每转一个脉冲的反馈信号，一般为主轴编码器有问题。可查CRT报警、I/O编码器状态或用每分钟进给指令代替5）转速偏离指令值：主轴实际转速超过所规定的范围时要考虑，电机过载、CNC输出没有达到与转速指令对应值、测速装置有故障、主轴驱动装置故障6）主轴异常噪声及振动：电气驱动（在减速过程中发生、振动周期与转速无关）；主轴机械（恒转速自由停车、振动周期与转速有关）7）主轴电动机不转：CNC是否有速度信号输出；使能信号是否接通、CTR观察I/O状态、分析PLC梯形图以确定主轴的启动条件（润滑、冷却）；主轴驱动故障；主轴电机故障。,三、主轴直流驱动的故障诊断1.控制电路控制回路采用电流反馈和速度反馈的双闭环调速系统，内环是电流环，外环是速度环。调速特点是速度环输出是电流环的输入，可以根据速度指令电压和转速反馈电压差值及时控制电动机的转矩。在速度差值大时，转矩大，速度变化快，转速尽快达到给定值，当转速接近给定值时，转矩自动减小，避免超调2.主电路数控机床直流主轴电动机由于功率较大，切要求正、反转及停止迅速，驱动装置采用三相桥式反并联逻辑无环流可逆变调速系统，在制动时，除了缩短制动时间，还能将主轴旋转的机械能转变成电能送回电网。还利用逻辑电路，使一组晶闸管工作时，另一组的触发脉冲被封锁，切断两组之间流通的电流,例：某加工中心采用直流主轴电动机、逻辑无环可逆调速系统。当用M03指令起动时有“咔、咔”的冲击声，电动机换向片上有轻微的火花，起动后无明显的异常现象；用M05指令使主轴停止时，换向片上出现强烈的火花，同时伴有“叭、叭”的放电声，随即交流回路的保险丝熔断。火花的强烈程度和电动机的转速成正比。但若用急停方式停止主轴，换向片上没有任何火花。分析诊断：急停（电阻能耗制动）；正常停机（回馈制动）。在任何时候不允许正、反两组同时工作，有火花说明逆变电路有故障。,例:某加工中心主轴在运转时抖动，主轴箱噪声增大，影响加工质量。经检查主轴箱和直流主轴电动机正常，把检查转到主轴电机的控制系统。测得的速度指令信号正常，而速度反馈信号出现不应有的脉冲信号，问题出在速度检测元件上，经检查，测速发电机碳刷完好，但换向器因碳粉堵塞，而造成一绕组断路，使测得的反馈信号出现规律性的脉冲，导致速度调节系统调节不平稳，使驱动系统输出的电流忽大忽小，从而造成电动机轴的抖动。用酒精清洗换向器，彻底消除碳粉，可排除故障。四、主轴交流驱动的故障诊断（一）6SC650系列主轴交流驱动系统1.驱动装置的组成（原理图）,2.驱动装置的组成（主轴驱动系统）,（二）.故障诊断故障代码当交流主轴驱动变频器在运行中发生故障，变频器面板上的数码管会以代码的形式提示故障的类型。辅助诊断除故障代码外，在控制和I/O模块还有测试插座，作为辅助诊断的手段通过测试，可进一步判断变频器是否缺相以及过电流等故障,变频器的操作和显示面板,I/O模块上的测试插座1接线端子2I/O模块3电流测试插孔测电机相电流测直流回路电流测电机总电流,6SC650系列变频器部分代码表故障代码故障名称故障原因F11转速控制开环1编码器电缆未接好；无实际转速值;4电机缺相工作；等F12过电流1变频器有短路故障;5转矩设定值过高；等F14电动机过热1电动机过载2电动机电流过大；等,第二节进给伺服系统一、常见进给驱动系统1.直流进给驱动系统FANUC公司直流进给驱动系统a.小惯量L、中惯量M系列直流伺服电动机b.采用PWM速度控制单元C.大惯量H系列直流伺服电动机，采用晶闸d.管速度控制单元e.均有过速、过流、过载等多种保护功能SIEMENS公司直流进给驱动系统1HU系列多种规格的永磁式直流伺服电动机，与电机配套的速度控制单元有6RA20（晶体管PWM控制）和6RA26（,晶闸管控制）两个系列。也均有过速、过流、过载等多种保护功能2.交流进给驱动系统FANUC公司交流进给驱动系统驱动装置：晶体管PWM控制的系列交流驱动单元电动机：S、L、SP和T系列永磁式三相交流同步电动机IEMENS公司交流进给驱动系统驱动装置：晶体管PWM控制的6SC610和6SC611A系列交流进给驱动模块，还有用于数字伺服驱动的611D系列电动机：1FT5和1FT6系列永磁式三相交流同步电动机3.步进驱动系统802S数控系统配STEPDRIVE步进驱动装置及IMP5五相步进电动机,二、伺服系统结构形式伺服系统不同的结构形式，主要体现在检测信号的反馈形式上，以带编码器的伺服电动机为例：,方式1转速反馈与位置反馈信号处理分离,方式2编码器同时作为转速和位置检测，处理均在数控系统中完成,方式3编码器方式同上，处理方式不同,方式4数字式伺服系统,三、进给伺服系统的故障形式及诊断方法故障出现后的表现方式：CRT、驱动单元、无常见故障1）超程进给运动超过软限位或硬限位，CRT2）过载进给运动的负载过大、频繁正反转以及传动链润滑不良等引起，CRT及伺服驱动单元都会有报警信息3）窜动测速信号或速度控制信号不稳定、接线接触不良等引起4）爬行发生在起动加速段或低速进给时，一般是由于进给传动链的润滑不良、伺服系统增益过低及负载过大、联轴器松动等引起5）振动与进给速度有关，速度环增益太高或速度反馈有故障；与速度无关，位置环增益太高或位置反馈有故障；在加速过程中产生，减速时间设定过小,6）伺服电动机不转数控系统速度信号是否输出；使能信号是否接通；冷却润滑条件是否满足；电磁制动是否释放；驱动单元故障；伺服电动机故障7）位置误差系统设置的允差过小；伺服增益设置不当；位置检测装置有污染；进给传动链累积误差过大；主轴箱垂直运动时平衡装置不稳8）漂移当指令值为零时，坐标轴仍移动从而造成位置误差。通过漂移补偿和驱动单元上的零速调整来消除9）回参考点故障有找不到和找不准参考点两种故障，前者主要是回参考点减速开关产生的信号或零标志脉冲信号失效所致，可用示波器检测信号；后者是参考点开关挡快位置设置不当引起，只要重新调整即可,2.故障定位,模块交换法X和Y的驱动单元一样，当一轴发生故障时，用另一轴代替看故障的转移情况,为确定是否伺服单元和伺服电动机故障，可以脱开位置环，检查速度环。有干电池和变阻器组成直流回路,四、进给驱动的故障诊断,1.驱动结构驱动结构模块式,驱动结构单元式,驱动方式直流PWM和晶闸管驱动方式、交流变频控制方式、步进电机驱动方式1.直流进给驱动PWM调速是利用脉宽调制器对大功率晶体管的开关时间进行控制。将速度控制信号转换成一定频率的电压，加到直流伺服电机电枢的两端，通过对方波宽度的控制改变电枢两端的平均电压，从而达到控制电枢电流，进而控制伺服电动机转速的目的。2.交流进给驱动采用交流同步电动机，驱动装置实质上是一个电子换向的直流电动机驱动装置。,PWM驱动控制线路简图,FANUC系统进给驱动故障表示方式：1.CRT有报警显示的故障1）报警号400457伺服系统错误报警2)报警号702704过热报警3)机床切削条件差及机床摩擦力矩增大，引起主回路中的过载继电器动作4)切削时伺服电机电流太大或变压器本身故障，引起变压器热控开关动作5)伺服电机电枢内部短路或绝缘不良等，引起变压器热控开关动作2.报警指示灯指示的报警（7个灯）BRK无熔丝断路器切断报警HVAL过电压报警,HCAL过电流报警（伴有401号报警）OVC过载报警（401或702报警）LVAL欠压报警TGLS速度反馈信号断线报警DCAL放电报警3.无报警显示的故障1)机床失控速度反馈信号为正反馈信号2)机床振动与位置有关的系统参数设定错误检测装置有故障（随进给速度）3)定位精度低传动链误差大；伺服增益太低4)电动机运行噪声过大换向器的表面粗糙度过低、油液灰尘等侵入电刷或换向器、电动机轴向窜动等.,6SC610交流进给驱动系统,一、位置检测装置的维护1.光栅透射光栅与反射光栅光栅输出信号：二个相位和一个零标志维护注意点:防污（冷却液轻微结晶、水雾、通入低压压缩空气、无水酒精轻檫）防振（不能敲击避免光学元件损坏）,第三节位置检测装置,2.光电脉冲编码器输出信号：二个相位和一个零标志维护注意点防振和防污（内部松动和信号丢失）联结松动（影响位置精度、进给运动的不稳定、伺服电机的换向而引起振动）,3.感应同步器组成：定尺和滑尺上面具有矩形绕组维护注意点在安装时必须保持定尺和滑尺的相对平行、不要损坏尺上耐切削液涂层和带绝缘层的铝箔、滑尺接线要分清SIN和COS绕组,4.旋转变压器输出电压与转子的角位移有固定的函数关系维护注意点定子和转子阻值不同不要接错、碳刷磨损要及时更换,1.电机轴2.测速发电机6.小齿轮7.旋转变压器8.安装板10.大齿轮11.防护罩,5.磁栅尺组成：磁性标尺、磁头和检测电路维护注意点不能将磁性膜刮坏、不能用力和撞击磁性标尺和磁头避免磁性减弱或磁场紊乱、在接线时要分清磁头上激磁绕组和输出绕组,二、位置检测的故障诊断SIEMENS数控位控模块与检测装置的连接1.输出信号(有两种形式）电压或电流正弦信号/TTL电平信号,机床在运动过程中，从扫描单元输出三组信号，两组增量信号和一组基准信号,2.EXE信号处理通道放大器整形电路报警电路细分电路,3.故障诊断当出现位置环开环报警时，将J2连接器脱开，在CNC系统的一侧，把J2连接器上的5V线同报警线ALM连在一起，合上数控电源，根据报警是否再现，可迅速判断出故障的部位是在测量装置还是在CNC系统的接口板上。在测量装置的话，可再测J1连接器上有无信号输入，可将故障定位在光栅或EXE电路例：一卧式加工中心，采用SINUMERIK8系统，带EXE光栅测量装置。运行中出现114号报警，同时伴有113号报警。分析：114号电缆断线或与地短路；信号丢失检查：外观检查和测量；（信号漏读）检查信号源和传输系统（光源和光学系统）实际：灯泡表面呈毛玻璃状、指示光栅表面也有一层雾状物.,第一节数控机床PLC的功能一、PLC与外部信息的交换1.机床至PLC机床侧的开关量