数控机床维修标准.doc

数控机床的维修技术标准 一故障的分类 根据机床部件、故障性质以及故障原因等对常见故障作如下分类。 按数控机床发生故障的部件分类 主机故障：数控机床的主机部分，主要包括机械、润滑、冷却、排屑、液压、气动与防护等装置常见的主机故障有：因机械安装、调试、实际操作使用不当等引起的机械传动故障与导轨运动摩擦过大故障。故障表现为传动噪声大，加工精度差，运行阻力大。 电气故障：分弱电故障和强电故障 弱电部分主要指CNC装置、PLC控制器、CRT显示器以及伺服单元、输入输出装置等电路 , 这部分又有硬件故障与软件故障之分。硬件故障主要指上述各装置的印刷电路板上的集成电路芯片、分离元件、接插件以及外部连接组件 等发生的故障。 强电部分是指继电器、接触器、开关、熔断器、电源变压器、电动机、电磁铁、行程开关等电器元件以及所组成的电路。 按数控机床发生的故障的性质分类 系统故障：通常是指只要满足一定的条件或超过某一设定的限度, 工作中的数控机床必然会发生故障。例如: 液压系统的压力值随着液压回路过滤器的阻塞而降到某一设定参数时 , 必然会发生液压系统故障报警使系统断电停机 随机性故障：通常是指数控机床在同样条件下工作时只偶然发生一次或两次的故障。这类故障的发生往往与安装质量、组件排列、参数设定元器件的质量、操作失误、维护不当以及工作环境影响等因素有关，例如：接插件与连接组件因疏忽未加锁定，印刷电路板上的元件松动变形或焊点虚脱，继电器触点，各类开关触点因污染锈蚀以及直流电动机电刷不良等造成的接触不可靠等。 按报警发生后有无报警显示分类 有报警显示的故障：这类故障可分为硬件报警显示与软件报警显示两种。 硬件报警显示的故障，通常是指各单元装置的警示等（一般由LED发光管或小型指示灯组成）的指示。 软件报警显示故障，通常是指在CRT上显示出来的报警号和报警信息，由于数控系统具有自诊断功能，一旦检测到故障，即按故障的级别进行处理，同时在CRT上以报警号形式显示该故障信息。 无报警显示的故障：例如：机床通电后，在手动方式或自动方式运行时X轴出现爬行，无任何报警显示。 按故障发生的原因分类 数控机床自身故障：这类故障发生是由于数控机床自身的原因引起的，与外部使用条件无关。 数控机床外部故障：这类故障是由外部原因造成的。例如：数控机床的供电电压过低，波动过大，相序不对或三相电压不平衡；周围环境温度过高，有害气体、潮气、粉尘侵入等。 按故障发生时有无破坏性来分，可分为破坏性故障和非破坏性故障；按故障发生的部位分，可分为数控装置故障，进给伺服系统故障，主轴系统故障，刀架、刀库、工作台故障等。二故障的诊断原则在故障检测过程中，应充分利用数控系统的自诊断功能，如系统的开机诊断，运行诊断，PLC的监控功能。同时在检测故障过程中还应掌握以下原则： 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，即当数控机床发生故障后，维修人员应先用望、听、闻等方法，由外向内逐一进行检查。 先机械后电气。先机械后电气就是在数控机床的维修中，首先检查机械部分是否正常，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。 先静后动。维修人员本身要做到先静后动，不可盲目动手，应先询问机床操作人员故障发生的过程及状态，阅读机床说明书，图纸资料，进行分析后，才可动手查找和处理故障。 先公用后专用。只有先解决影响一大片的主要矛盾，局部的、次要的矛盾才可迎刃而解。 先简单后复杂。应首先解决容易的问题，后解决难度较大的问题，常常在解决简单故障过程中，难度大的问题也可变得容易，或者在排除简易故障时受到启发，对复杂的故障的认识更为清晰，从而也有了解决办法。 先一般后特殊。在排除某一故障时，要首先考虑最常见的可能原因，然后在分析很少发生的特殊原因。 三故障的诊断步骤当机床出现故障时，从管理的角度，应使操作者停止机床运行、保留现场、除非系统电气严重的故障（如短路，元件烧毁）都不应切断机床的电源。由维修人员到现场分析机床当时的运行状态，对故障进行确认，在此过程中应注意以下的故障信息： 故障发生时报警号和报警提示是什么？哪些指示灯和发光管指示了什么报警？ 如无报警，系统处于何种状态？系统的工作方式诊断结果是什么？ 故障发生在哪一个程序段？执行何种指令？故障发生前进行了何种操作？ 故障发生在何种速度下？轴处于什么位置？与指令的误差量有多大？ 以前是否发生过类似故障？现场有无异常现象？故障是否重复发生？ 有无其他偶然因素，如突然停电，外线电压波动较大，某部位进水等。 在调查故障现象，掌握第一手材料的基础上分析故障的起因，故障分析可采用归纳法和演绎法。归纳法是从故障原因出发寻找其功能联系，调查原因对结果的影响，即根据可能产生该故障的原因分析，看其最后是否与故障现象相符来确定故障点。演绎法是从所发生的故障现象出发，对故障原因进行分割式的分析方法。即从故障现象开始，根据故障机理，列出可能产生该故障的原因；然后对这些原因逐点进行分析，排除不正确的原因，最后确定故障点。 四故障的诊断方法观察检查法：它指检查机床的硬件的外观，特性连接等直观及易测的部分，检查软件的参数数据等。 PLC程序法：借助PLC程序分析机床故障，这要求维修人员必须掌握数控机床的PLC程序的基本指令和功能指令及接口信号的含义。 接口信号法：要求维修人员掌握数控系统的接口信号含义及功能，PLC和NC信号交换的知识。 试探交换法：适用对某单元，模块进行故障判断时，要求维修人员确定插拔这些单元和模块可能造成的后果（如参数丢失等），事先采取措施，确定更换部件的设定，交换后应将设定设置的与交换前一致。五利用PLC进行数控机床的故障检测1与PLC有关的故障的特点与PLC有关的故障首先确认PLC的运行状态，判断是自动运行方式还是停止方式在PLC正常运行情况下，分析与PLC相关的故障时，应先定位不正常的输出结果，定位了不正常的结果即故障查找的开始。 大多数有关PLC的故障是外围接口信号故障，所以在维修时，只要PLC有些部分控制的动作正常，都不应该怀疑PLC程序。如果通过诊断确认运算程序有输出，而PLC的物理接口没有输出，则为硬件接口电路故障。 硬件故障多于软件故障，例如当程序执行M07(冷却液开) ，而机床无此动作，大多是由外部信号不满足，或执行元件故障，而不是CNC与PLC接口信号的故障 PLC有关故障检测的思路和方法根据故障号诊断故障 机床厂家编制的动作顺序，以及报警文本，对控制过程进行监控，当出现异常情况，会发出相应报警。 例：配备SIN820系统的加工中心，产生7035号报警。 查阅报警信息为工作台分度盘不回落，在该数控系统中7字头的报警为操作信息或机床厂家设定的报警，指示CNC系统外的机床侧状态不正常。处理方法是，针对故障信息，调出PLC输入输出状态与拷贝清单对照。 工作台分度盘的回落是由工作台下面的接近开关SQ25、SQ28来检测的，其中SQ28检测工作台分度盘旋转到位，对应PLC输入接口I10.6，SQ25检测工作台分度盘回落到位，对应PLC输入点I10.0。工作台的回落是由输出接口Q4.7通过继电器KA32驱动电磁阀YV06动作来完成。 从PLC STATUS中观察，I10.6为“1”，表明工作台分度盘旋转到位，I10.0 为“0”表明工作台分度盘未落下。再观察Q4.7为“0”，KA32继电器不得电，YV06电磁阀不动作，因而工作台分度盘不回落产生报警。 处理方法：手动YV06电磁阀，观察工作台分度盘是否回落，如果能够回落，再次自动执行该动作，通过PLC程序，检查是什么条件没满足。 根据动作顺序诊断故障 数控机床上刀具及托盘等装置的自动交换动作都是按照一定的顺序来完成的，因此，观察机械装置的运动过程，比较正常和故障时的情况，就可发现疑点，诊断出故障的原因。 例：某立式加工中心自动换刀故障。 故障现象：换刀臂平移到位后，无拔刀动作。 ATC的动作起始状态是：主轴保持要交换的旧刀，换刀臂在B位置，换刀臂在 上部位置，刀库已将要交换的新刀具定位。 自动换刀的顺序为：换刀臂左移（BA）换刀臂下降（从刀库拔刀） 换刀臂右移 (AB)换刀臂上升换刀臂右移（BC ，抓住主轴中刀具）主轴液压缸下降（松刀）换刀臂下降（从主轴拔刀）换刀臂旋转180度（两刀具交换位置）换刀臂上升（装刀）主轴液压缸上升（抓刀）换刀臂左移（CB）刀库转动（找出旧刀具位置）换刀臂左移（BA 返回刀具给刀库）换刀臂右移（AB）刀库转动（找下一把刀）换刀臂平移至C位置时，无拔刀动作，分析原因，有几种可能： SQ2无信号，所以未输出松刀电磁阀YV2的电压，主轴仍处于抓刀状态，换刀臂不能下移 松刀接近开关SQ4无信号，则换刀臂升降电磁阀YV1状态不变，换刀臂不下降 电磁阀有故障，给予信号也不动作。逐步检查，发现SQ4未发出信号，进一步对SQ4进行检查，发现感应间隙过大，导致接近开关无信号输出，产生动作障碍。 根据控制对象的工作原理诊断故障 数控机床的PLC程序是按照控制对象的控制原理来设计的，通过对控制对象的工作原理的分析，结合PLC的I/O状态来检查。 例：数控车床工件夹紧故障 故障现象：该车床配备FANUC-0T系统，当脚踏尾座开关使套筒顶尖顶紧工件 时，系统产生报警 故障诊断：在系统诊断状态下，调出PLC输入信号，发现脚踏开关输入X04.2 为“1”， 尾座套筒转换开关X17.3为“1”，润滑油液面开关X17.6为“1”。调出PLC输出信号，当脚踏向前开关时，输出Y49.0为“1”，同时电磁阀也得电。这说明系统PLC输入输出状态均正常，分析尾座套筒液压系统。当电磁阀YV4.1得电后，液压油经溢流阀、流量控制阀和单向阀进入尾座套筒液压缸，使其向前顶紧工件。松开脚踏开关后，电磁换向阀处于中间位置，油路停止供油，由于单向阀的作用，尾座套筒向前时的油压得到保持，该油压使压力继电器常开触点接通，在系统PLC输入信号中X00.2为“1”，但检查系统PLC输入信号X00.2为“0”，说明压力继电器有问题，经进一步检查发现其触点损坏。 根据PLC的I/O状态诊断 许多故障都会在PLC的I/O接口这个通道来反映出来。 通过梯形图诊断故障 根据PLC的梯形图来分析和诊断故障是解决数控机床外围故障的基本方法。 例：配备SIN810数控系统的加工中心, 出现分度工作台不分度的故障且无报警，根据工作原理，分度是首先将分度的齿条和齿轮啮合，这个动作是靠液压装置来完成的，由PLC输出Q1.4控制电磁阀YV14来执行，PLC相关部分的梯形图 通过数控系统的DIAGNOSIS中的“STATUS PLC”软键，实时查看Q1.4的状态，发现其状态为“0”，由PLC梯形图查看F123.0也为“0”，按梯形图逐个检查，发现F105.2为“0”导致F123.0为“0”；根据梯形图查看STATUS PLC中的输入信号，发现I10.2为“0”从而导致F105.2为“0”。I9.3、I9.4、I10.2、I10.3为四个接近开关的检测信号，以检测齿条和齿轮是否啮合。分度时，这四个接近开关都应有信号，即都应闭合，现发现I10.2未闭合， 处理方法：检查机械部分确认机械是否到位；检查接近开关是否损坏。 动态跟踪梯形图诊断故障 要做好用PLC对数控机床故障检测要注意以下几点 ： 了解机床各组成部分检测开关的安装位置，如加工中心的刀库、机械手和回转工作台，数控车床的旋转刀架和尾架，机床的气、液压系统中的限位开关、接近开关和压力开关等，弄清检测开关作为PLC输入信号的标志。 了解执行机构的动作顺序，如液压缸、气缸的电磁换向阀等，弄清对应的PLC输出信号标志。 了解各种条件标志，如起动、停止、限位、夹紧和放松等标志信号。 借助必要的诊断功能，必要时用编程器跟踪梯形图的动态变化，搞清故障原因，根据机床的工作原理做出诊断。六数控系统的软件故障及维修1系统的软件故障及维修 数控机床停机故障多数是由软件错误、参数丢失或操作不当引发的。 检查软件可以避免拆卸机床而引发的许多麻烦。软件故障只要把相应的软件内容恢复正常之后，就可排除。所以说软件故障也称为可恢复性故障。 软件配置 以西门子系统为例说明系统软件的配置。总的来说系统软件包括三部分： 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。 由机床厂家编制的针对具体机床所用的NC机床数据、PLC机床程序、PLC机床数据、PLC报警文本。 由机床用户编制的加工主程序、加工子程序、刀具补偿参数、零点偏置参数、R参数等组成。软件故障发生的原因 误操作：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。 供电电池电压不足：为RAM供电的电池电压经过长时间的使用后，电池电压降低到监测电压以下，或在停电情况下拔下为RAM供电的电池、电池电路断路或短路、电池电路接触不良等都会造成RAM得不到维持电压，从而使系统丢失软件和参数 。这里要特别注意以下几点： 应对长期闲置不用的数控机床定期开机，以防电池长期得不到充电，造成机床 软件丢失，实际上机床开机也是对电池充电的过程。 当为RAM供电电池出现电量不足报警时，应及时更换新电池。 干扰信号引起软件故障，有时电源的波动及干扰脉冲会窜入数控系统总线，引起时序错误或造成数控装置停止运行等。 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。 操作不规范，这里指操作者违反了机床操作的规程，从而造成机床报警或停机现象。 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。 软件故障的排除 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来恢复系统的正常工作。 对于程序运行或数据处理中发生中断而造成的停机故障，可采用硬件复位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。 NC复位、PLC复位能使后继操作重新开始，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。 开关系统电源是清除软件故障的常用方法，但在出现故障报警或开关机之前一定要将报警的内容记录下来，以便排除故障。 2系统的硬件及维修 常规检查 外观检查 系统发生故障后，首先进行外观检查。 连接端及接插件检查 恶劣环境下工作的元器件检查 易损部位的元器件检查 定期保养的部件及元器件的检查 电源电压检查 故障现象分析法 故障分析是寻找故障的特征。组织机械、电子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（会出现故障发生时刻的现象）和可能（设备还可以运行到这种故障再现而无危险）时可以让故障再现，经过分析可能找到故障规律和线索。 面板显示与指示灯显示分析法 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显示给予提示。 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。在对具体单元内部结构了解不透彻的情况下，可不管单元内容如何，只考虑其输入和输出。 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。 静态测量法 静态测量法主要使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。 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。 七、 伺服系统的故障及维修技术伺服系统的工作原理 构成 ：数控机床的伺服系统一般由驱动单元、机械传动部件、执行件和检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统，机械传动部件和执行元件组成机械传动系统，检测元件和反馈电路组成检测装置，亦称检测系统。见下图所示：闭环控制系统框图 原理：伺服系统是一个反馈控制系统，它以指令脉冲为输入给定值与反馈脉冲进行比较，利用比较后产生的偏差值对系统进行自动调节，以消除偏差，使被调量跟踪给定值。 进给伺服系统的任务是完成各坐标轴的位置控制，在整个系统中它又分为：位置环、速度环、电流环。 进给伺服的故障及诊断进给伺服的故障形式 当进给伺服系统出现故障时，通常由三种表现形式：一是在 CRT 或操作面板上显示报警内容或报警信息；二是进给伺服驱动单元上用报警灯或数码管显示驱动单元的故障；三是运动不正常，但无任何报警 进给伺服的常见故障有： 超程 超程有：软件超程和硬件超程和急停保护三种。 过载 当进给运动的负载过大、频繁正反向运动，以及进给传动润滑状态和过载检测电路时不良时，都会引起过载报警。 窜动 在进给时出现窜动现象：测速信号不稳定；速度控制信号不稳定或受到干扰；接线端子接触不良当；反响间隙或伺服系统增益过大所致。 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状态不良、伺服系统增益过低以及外加负载过大等因素所致。 振动 分析机床振动周期是否与进给速度有关 伺服电机不转 数控系统至进给单元除了速度控制信号外，还有使能控制信号，使能信号是进给动作的前提。 位置误差 当伺服运动超过允许的误差范围时，数控系统就会产生位置误差过大报警，包括跟随误差、轮廓误差和定位误差等。主要原因：系统设定的允差范围过小；伺服系统增益设置不当；位置检测装置有污染；进给传动链累积误差大；主轴箱垂直运动时平衡装置不稳。 漂移 当指令为零时，坐标轴仍在移动，从而造成误差，通过漂移补偿或驱动单元上的另速调整来消除。 回基准点故障 机床不能返回基准点 机床不能返回基准点，一般有三种情况： 偏离基准点一个栅格距离 造成这种故障的原因有三种： 减速板块位置不正确； 减速档块的长度太短； 基准点用的接近开关的位置不当。该故障一般在机床大修后发生，可通过重新调整挡块位置来解决。 偏离基准点任意位置，即偏离一个随机值 这种故障与下列因素有关： 外界干扰，如电缆屏蔽层接地不良，脉冲编码器的信号线与强电电缆靠得太近； 脉冲编码器用的电源电压太低 (低于 4.75V) 或有故障； 数控系统主控板的位置控制部分不良； 进给轴与伺服电机之间的联轴器松动 微小偏移 其原因有两个： 电缆连接器接触不良或电缆损坏； 漂移补偿电压变化或主板不良。 机床在返回基准点时发出超程报警 这种故障有三种情况： 无减速动作 无论是发生软件超程还是硬件超程，都不减速，一直移动到触及限位开关而停机。可能是返回基准点减速开关失效，开关触头压下后，不能复位，或减速挡块处的减速信号线松动，返回基准点脉冲不起作用， 致使减速信号没有输入到数控系统。 返回基准点过程中有减速，但以切断速度移动 (或改变方向移动) 到触及限位开关而停机。可能原因有：减速后，返回基准点标记指定的基准脉冲不出现。其中，一种可能是光栅在返回基准点操作中没有发出返回基准点脉冲信号，或返回基准点标记失效，或由基准点标记选择的返回基准点脉冲信号在传送或处理过程中丢失；或测量系统硬件故障，对返回基准点脉冲信号无识别和处理能力。另一种可能是减速开关与返回基准点标记位置错位，减速开关复位后，未出现基准点标记 返回基准点过程有减速，且有返回基准点标记指定的返回基准脉冲出现后的制动到零速时的过程，但未到基准点就触及限位开关而停机，该故障原因可能是返回基准点的返回基准点脉冲被超越后，坐标轴未移动够指定距离就触及限位开关。 故障的维修方法： 模块交换法 外界参考电压法 伺服电机维护 直流伺服电机的维护方法 交流伺服电机常见的故障有： 接线故障 转子位置检测元件故障 电磁制动故障 交流电机故障判断方法有： 电阻测量：测量电枢的电阻，测量绝缘是否良好。 电机检查：脱开电给与机械装置，转动电机转子，正常时感觉有一定的均匀阻力，如果旋转过程中，出现周期性的不均匀的阻力，应该更换电机进行确认。 主轴伺服的故障及诊断主轴伺服系统故障表现形式： 在CRT或操作面板上显示报警内容或报警信息； 在主轴驱动装置上用报警灯或数码管显示主轴驱动装置的故障； 主轴工作不正常但无任何报警信息。 常见的主轴单元的故障有： 主轴不转 电动机转速异常或转速不稳定 主轴转速与进给不匹配 主轴异常噪声或振动 主轴定位抖动 七、检测装置的故障及诊断检测元件作用：检测位移和速度，向控制装置发送反馈信号，构成闭环控制。 测量方式分为：直接测量和间接测量。 检测元件工作原理（直线光栅测量装置）栅尺由定尺（标尺光栅）和扫描头（指示光栅）组成（见下图）定尺的测长方向上有两组光栅线轨迹，主光栅线和每隔50mm一组的基准标记光栅线。这使得光栅尺起到两个作用：当轴移动时由主光栅线产生两组相位相差90度的正弦和余弦的电信号，用于决定轴的移动方向和位移量。另一个作用是当轴回零点时，由基准标记线产生一个基准信号以确定机床的机床零点。主光栅所产生的两组位置信号还要经过一个放大整形和插值倍频的专门装置，转变成一系列位置数字脉冲。 EXE信号处理 位置检测元件的维护光栅尺的维护，维护工作包括： 防污：避免受到冷却液的污染，从而造成信号丢失，影响位置控制精度 防振：光栅尺拆装时要用静力，不能用硬物敲击，以免引起光学元件的损坏 光电脉冲编码器的维护： 编码器的维护主要注意两个问题： 防振和防污 联接问题机床数控系统的维修作业标准一、间隙补偿和螺距补偿的调整进给系统使用一定时间后会出现定位精度下降和反向死区间隙加大，如果经多次测定数值比较稳定，可以利用修改参数的办法来精调系统。正反向间隙补偿。图11-2-25所示为一般测定某一点的正反向间隙的方法，用数据输入操作方法把工作台移动到测定点位置，然后把千分表打在移动的工作台上，再沿同一方向移动到点（例如距离50mm或100mm），然后反向移动返回，在千分表上读出差值即为正反向间隙。移动速度一般为快速，在全行程中一般应选取3 5个测定点，取出平均值， 然后查找数控系统参数中间隙补偿参数地址，按实测值修改原地址。定位精度调整。用测量工具测出该轴的原始定位精度曲线用激光测距仪、刻线尺读数头，数显光栅尺），直线运动定位精度一般都在机床和工作台空载条件下进行，按国家标准和国际标准化组织ISO标准规定，对机床检测以激光测量为准。但目前在国内许多用户和制造厂受激光测距仪限制，还是大量使用刻线尺和光栅，这就使检测精度误差较大。另外， 由于标准规定对每个定位点把五次测量数据算出平均值和散差3，所以检测工作量较大。调整定位精度时先以一次较稳定的原始定位精度曲线为准，或以五次测量平均值曲线为准，来确定对该轴加入补偿点的位置和补偿量，送入系统中有关参数设定值，即会得到改善以后补偿后的定位精度。图11-2-26所示为调整精度的实例，根据图示原始定位精度曲线，确定加五次负螺距补偿点，每次补偿量0.01mm，补偿之间间隔为100mm，在离零位的100、200、400、800、1100mm处各补偿一次，上述数据都对应送到系统中各对应参数地址中，重测定位精度时将得到图示补偿后定位精度曲线。从正常的进给传动链测出的定位精度曲线一般都是有一定波动的递增或递减曲线，它反映丝杠螺距误差的累积。如果在曲线上有较大的局部跳跃、正反向曲线间隔较大等，一般都反映传动链的质量问题，如局部的跳跃往往跟机械负载跳跃变化有关（导珠管卡住滚珠、滚珠丝杠螺母副润滑脂中混有杂物、导轨镶条过紧使工作台运动时产生爬行、导轨防护罩在运动中有卡位现象等：) 正反向曲线间隙过大反映传动链反向死区过大，传运链各零部件预紧力不够或反向间隙没有调整好等。二、 挂挡故障其现象为送入一个转速指令，当需要主传动系统由低档变到高档或高档变到低档时，主轴不动或始终以挂档低速转动，过一定时间在屏幕上显示出变速报警。产生这一类故障原因有：a挂档油缸机械卡位、控制挂档油缸动作的油压电磁阔卡死或电磁阔的电磁铁线圈断路，齿轮滑块移动的花键轴拉毛卡位等。b挂档的两齿轮端面顶死或牙嵌离合器端面顶位，造成原因可能是挂档齿轮个别齿端面顶毛影响齿向滑动，挂档时齿轮转动速度过高或偏低，挂档油缸轴向滑动太快或太慢。c挂档油缸与拨杠连接松动造成滑动齿轮不到位或过位，挂档位置的两个位置开关或撞块松动，不能正常发出变档到位和脱位的电信号。d使用电磁离合器变档的机构在使用时间较长后，由于剩磁影响和部分磁性杂物主要是一些磨损下来的铁粉)吸附在离合器齿面上，也会造成挂档失灵。 主轴不转动。在输入主轴启动指令后主轴不转动，过一定时间在屏幕上就会显示机床报警内容，也有个别是没有报警内容显示但主轴不转的。遇到这种情况时最好先试验一下手动启动和数据输入M03、M04)，看其结果报警内容是否一样。这种故障产生的原因如下。a主轴伺服单元故障。这类故障在屏幕上有明确报警信号显示，然后伺服单元板上报警显示灯或数码管显示数字，按有关资料进行处理。一般来说交流主轴驱动单元故障明显低于直流主轴驱动单元。目前在国内使用的一些交流主轴伺服单元出故障常与电网供电质量有关如电压波动、突然停电、相电压不平衡等X伺服单元上的过载报警或过热报警常与机械负载有关，维修时必须同时考虑机械故障。b机械传动链卡死或脱开。主轴电机与主轴箱连接的联轴节碎裂、各传动轴上轴承碎裂卡住、尤其是拨叉杆相关的几个轴承，因轴承经常移动位置，润滑不能保证，所以轴承保护器容易碎裂。主轴上后轴承锁紧螺母松开，逐渐向后转动最后摩擦箱体上的后端盖，造成主轴卡死等。上述这些故障都会使主轴电机产生过载报警。现场检查时用手工回转主轴确定机械卡位部分在传动链的哪个部位，最后拆卸主轴箱更换有关零件或轴承。c缺少电气保护条件不允许主轴转动。这一般由程序事先设定保护条件，如挂档拨叉未到位、主轴松刀油缸未到位、主轴润滑油箱未启动等。在现场检查时只要检查主轴电机伺服单元运行指示灯正常，手动转动主轴部分机械运行正常时，就应该估计故障原因在这个方面。然后根据机床可编程序控制器设定的程序梯形图条件，逐一检查条件是否满足要求。d主轴准停失灵或停位不准。当要求主轴做准停功能时（如19、06指令或按手动主轴定向按钮），可能出现主轴不做任何动作，或主轴定向动作反复做，但主轴准停不了、或是主轴准停位置不对，以及停下来后以下的动作不执行如06刀具交换指令中主轴准停后不进一步执行刀具交换动作造成故障的原因对机械结构的准停装置来说往往跟各机械动作部件失灵、顺序动作时间不协调、各动作位置信号开关未发出信号等有关，可根据该机床维修资料来逐一检查。对电控的准停装置来说电磁体松开及表面污染、电磁传感器到放大器以及到简易定位控制板的连接电缆异常、放大器损坏、简易定位控制板有故障或生轴定向时的速度及信导反馈故障等。三、 主轴箱运行中异常噪声其来源可能如下。主轴电机速度反馈不稳造成机械运动产生振荡。各传动链中轴承出现异常噪声，一般是保持器碎裂。齿轮啮合噪声，在长期使用中受到超负荷冲击载荷使局部齿形受到损伤。机床维修时齿轮装配质量不佳等。部分拨叉、迷宫油封等零件松动后擦碰别的零件和箱壁，发出异常噪声。这些故障都可以在仔细观察后初步确定噪声产生的部位，然后进行局部拆卸检查解决。四、 主轴精度下降加工中心在长期使用后主轴的几何精度和运动精度会有所下降，一般机床的主轴精度保持几年是没有什么问题的，在使用中如果发现短期内有明显下降，例如主轴孔内插入心轴测定径向跳动由原来的0.005皿左右增大到0.01皿以上，用端铣刀铣平面时工件表面出现明显加工振动纹路等，就应该考虑主轴精度下降的因素。加工中心的主轴自身加工精度和材质质量都是很高的，前后支承轴轴承精度也很高，应该经得起长期使用，但在该类机床上有两个破坏精度的主要干扰，即在自动刀具交换过程中刀具松开拉紧时松刀油缸在压缩拉刀蝶形弹簧的顶力可达12000N），这顶力最后通过主轴传到轴向推力轴承、端盖紧固螺钉、主轴上轴承预紧螺母，容易造成这些零件松动，使主轴精度下降。另一个因素是刀具交换中刀柄锥面对主轴锥孔的撞击，造成主轴锥孔定位面上划伤和点烛现象，使主轴定位锥孔精度明显下降。所以在查找精度下降原因时优先考虑上述因素，首先检查主轴锥孔有没有拉毛。刀柄尾拉钉的拉紧面有没有拉毛。主轴前端盖和轴承套紧固螺钉有没有松动、轴承预紧螺母有没有松脱等。在机床不正常使用条件下，如发生撞车后精度下降，则应考虑主轴轴承精度破坏的因素。主轴轴承不能随便个别更换，必须考虑成套性和预载因素。否则很难恢复主轴的运动精度。五、 主轴锥孔中刀柄松脱不下来或拉不紧。这些故障都跟刀柄拉紧机构关，其影响因素主要有：a.松刀油缸机械故障或油缸活塞密封圈漏油造成推力不足。b蝶形弹簧拉杆紧固螺母松动。c蝶形弹簧组中部分弹簧片碎裂使拉杆卡住。d刀柄上键槽宽度方向尺寸偏小或主轴端键拉毛，使刀柄与主轴端键卡住。六、 干扰。 (1)机床生产厂的装配工艺问题:装配工艺不好反映在干扰方面的表现大致有如下几点。没有采用一点接地法。有些机床生产为了国省事，到处就近接地，结果造成多点接地，形成地环流。由于接地点选择不当或接触不良，甚至虚焊造成接地电阻变大而引起噪声干扰。CNC系统与主机的信号通讯，有许多是采用屏蔽线连接的，若对屏蔽地处理不当，没有按照规定连接（如有的屏蔽地按规定只许接在系统侧，而不能接在机床侧。如图12-3-1所示）也是造成干扰的一种因素。2强电干扰:数控机床的强电柜中的接触器、继电器等电磁部件均是CNC系统的干扰源。交流接触器，交流电机的频繁起动、停止时，其电磁感应现象会使CNC系统控制电路中产生尖峰或波涌等噪声，干扰系统的正常工作。因此，一定要对这些电磁干扰采取措施，予以消除。通常是采用在交流接触器线圈的两端或交流电机的三相输人端并联RC网络，而在直流接施或在直流电磁阀的线圈两端反相并人一个续流二极管等的办法来抑制这些电器产生的干扰噪声(如12-3-2)所示但要注意一点，这些并人的吸收网络的连线不应大于20cm，否则，其效果就不理想。图12 - 3 -干扰噪声抑制法同时，查CNC系统的控制电路的输人电源部分，也要采取措施。一般多用浪涌吸收器井联在电源线问，如图12-3-3所示，从而可有效地吸收电网中的尖峰电压，起到一定的保护作用。图12-3-3浪涌吸收器(3)供电线路的干扰：由于我国局部地区电力不足和供电频率不稳和用户厂电网分配不合理等因素造成供电线路的干扰。现象可归纳为超压、欠压、频率和相位漂移、谐波失真、共模噪声及常模噪声等原因。为减少供电电线路干扰可采取下列措施。 在电网电压变化较大的地区,应在CNC系统的输入电源前增加电子稳压器，以减少电网电压波动.如果能加入电源调节器,则效-果更好,但切不可串入自耦变压器. 用户厂的供电线路的容量应能满足数控机床电器容量的要求。 数控机床避免与电火花设备以及大功率的起、停频繁的设备共用同干线，以免这些设备的干扰通过供电线串入到系统中。数控机床设备安置时应远离中频炉、高频感应炉等变频设备。七、 主轴驱动系统的故障诊断与维修7.1 主轴驱动系统概述7.1.1 直流主轴驱动系统从原理上说，直流主轴驱动系统与通常的直流调速系统无本质的区别，但因为数控机床高速、高效、高精度的要求，决定了直流主轴驱动系统具有以下点：1)调速范围宽。采用直流主轴驱动系统的数控机床通常只设置高、低两级速度的机械变速机构，电动机的转速由主轴驱动器控制，实现无级变速，因此，它必须具有较宽的调速范围。2)直流主轴电动机通常采用全封闭的结构形式，可以在有尘埃和切削液飞溅的工业环境中使用。3)主轴电动机通常采用特殊的热管冷却系统，能将转子产生的热量迅速向外界发散。此外，为了使电动机发热最小，定子往往采用独特附加磁极，以减小损耗，提高效率。4)直流主轴驱动器主回路一般采用晶闸管三相全波整流，以实现四象限的行。5)主轴控制性能好。为了便于与数控系统的配合，主轴伺服器一般都带有D/A 转换器、“使能”信号输入、“准备好”输出、速度/转矩显示输出等信号接口。6)纯电气主轴定向准停控制功能。由于换刀、精密镗孔、螺纹加工等需要，数控机床的主轴应具有定向准停控制功能，而且应由电气控制系统自动实现，以进一步缩短定位时间，提高机床效率。数控机床常用的直流主轴驱动系统的原理框图如图7-1 所示。由图可见，主轴驱动系统类似于直流进给伺服系统，它也是由速度环和电流环构成的双环速度控制系统，通过控制直流主轴电动机的电枢电压实现变速。控制系统的主回路一般采用晶闸管反并联可逆整流电路。系统的工作原理可参阅直流进给伺服系统部分，在此不再赘述。图7-1 的上半部分为励磁控制回路，由于主轴电动机功率通常较大，且要求恒功率调速范围尽可能大，因此，一般采用他励电动机，励磁绕组与电枢绕组相互独立，并由单独的可调直流电源供电。图中，磁控制回路的电流给定、电枢电压反馈、励磁电流反馈三组信号经比较之后输入至比例一积分调节器，调节器的输出经过电压/相位转换器，控制晶闸管触发脉冲的相位，调节励磁绕组的电流大小，实现电动机的恒功率弱磁调速。主轴定向准停控制的作用是将主轴准确停在某一固定的角度上，以进行换刀等动作。主轴定向准停的位置检测，可以利用装在主轴上的位置编码器或磁性传感器进行，通过位置闭环，使主轴准确定位在规定的位置上。图7-2 为主轴定向准停控制示意图，当采用位置编码器作为位置检测器件时，为了控制主轴位置，主轴与编码器之间必须是11 传动或将编码器直接安装在主轴轴端。当采用磁性传感器作为位置检测器件时，磁性器件应直接安装在主轴上，而磁性传感头则应固定在主轴箱体上。采用编码器的方式与使用磁性传感器的方式相比，具有定位点在0360 范围内灵活可调，定位精度高，定位速度快等优点，而且还可以作为主轴同步进给的位置检测器件，因此其使用较广。7.1.2 交流主轴驱动系统与交流伺服驱动一样，交流主轴驱动系统也有模拟和数字式两种型式，交流主轴驱动系统与直流主轴驱动系统相比，具有如下特点：1)由于驱动系统必须采用微处理器和现代控制理论进行控制，因此其运行平稳、振动和噪声小。2)驱动系统一般都具有再生制动功能，在制动时，既可将电动机能量反馈回电网，起到节能的效果，又可以加快起制动速度。3)特别是对于全数字式主轴驱动系统，驱动器可直接使用CNC 的数字量输出信号进行控制，不要经过D/A 转换，转速控制精度得到了提高。4)与数字式交流伺服驱动一样，在数字式主轴驱动系统中，还可采用参数设定方法对系统进行静态调整与动态优化，系统设定灵活、调整准确。5)由于交流主轴电动机无换向器，主轴电动机通常不需要进行维修。6)主轴电动机转速的提高不受换向器的限制，最高转速通常比直流主轴电动机更高，可达到数万转。交流主轴驱动系统的原理如图7-3 所示。其工作过程如下：由CNC 来的转速给定指令1 在比较器中与测速反馈信号2 比较后产生转速误差信号，这一转速误差经比例积分调节器3 放大后，作为转矩给定指令电压输出。转矩给定指令经绝对值回路4 将转矩给定指令电压转化为单极性信号。然后经函数发生器6、V/F转换器7，转换为转矩给定脉冲信号。转矩给定脉冲信号在微处理器8 中与四倍频回路17 输出的速度反馈脉冲进行运算。同时，预先存储在微处理器ROM 中的信息给出幅值和相位信号，分别送到DA 振幅器10 和DA 强励磁9。DA 振幅器用于产生与转矩指令相对应的电动机定子电流的幅值，而DA 励磁强化回路用于控制增加定子电流的幅值。两者输出经乘法器11 处理后，形成定子电流的幅值给定。另一方面，从微处理器输出的U、V 相位信号sin和sin(120)分别送到U 相和V 相的电流指令回路12，并在电流指令回路中与幅值给定相乘后产生U 相和V 相的电流给定指令。电流给定指令与电流反馈信号比较之后的误差，经放大送到PWM 控制回路14，变成固定频率的脉宽调制信号，其中，W 相信号由Iu、Iv 人两信号合成产生。上述脉宽调制信号经PWM 转换器15，最终控制电动机的三相电流。作为检测器件的脉冲编码器产生每转固定的脉冲。这一脉冲经四倍频回路17 进行倍频后，经F/V转换器19 转换为电压信号，提供速度反馈电压。由于低速时，F/V 转换器的线性度较差，速度反馈信号一般还需要在微分电路18 和同步整流电路20 中作相应的处理。交流主轴驱动中采用的主轴定向准停控制方式与直流驱动系统相同。主轴伺服系统故障 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 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 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）。 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；主轴电机故障八、 主轴故障诊断1.主轴发热轴承损伤或不清洁、轴承油脂耗尽或油脂过多、轴承间隙过小。2.主轴强力切削停转电机与主轴传动的皮带过松。皮带表面有油、离合器松。3.润滑油泄漏润滑油过量、密封件损伤或失效、管件损坏。4. 主轴噪声（振动）缺少润滑、皮带轮动平衡不佳、带轮过紧、齿轮磨损或啮合间隙过大、轴承损坏或传动轴弯曲、主轴部件动平衡不好5.主轴没有或润滑不足 油泵转向不正确、油管或滤油器堵塞、油压不足6.刀具不能夹紧 蝶形弹簧位移量太小、刀具松夹弹簧上螺母松动7.刀具夹紧后不能松开 刀具松夹弹簧压合过紧、液压缸压力和行程不够8 加工精度达不到要求 9 机床在运输过程中受到冲击，安装不牢固、安装精度低或有变化10 切削振动大 主轴箱和床身连接螺丝钉松动，轴承预紧力不够、游隙过大，轴承预紧螺母松动，使主轴窜动，轴承拉毛或损坏，主轴与箱体超差11齿轮和轴承损坏变挡压力过大，齿轮受冲击产生破损，变档机构损坏或固定销脱落，轴承预紧力过大或无润滑12 主轴无变速电气变档信号是否输出，压力是否足够，变档液压缸研损或卡死，变档电磁阀卡死，变档液压缸拨叉脱落，变档液压缸窜油或内泄，变档复合开关失灵。13 主轴不转动主轴转动指令是否输出，保护开关没有压合或失灵，卡盘未夹紧工件，变挡复合开关损坏，变档电磁阀体内泄漏。14 液压变速时齿轮推不到位主轴箱内拨叉磨损九、 滚珠丝杠螺母副的故障诊断1.噪声大 丝杠支承轴承损坏或压盖压合不好、联轴器松动、润滑不良或丝杠副滚珠有破损2. 丝杠运动不灵活 轴向预紧太大、丝杠或螺母轴线与导轨不平行、丝杠弯曲3加工件粗糙度值高导轨的润滑油不足，致使溜板爬行，滚珠丝杠有局部拉毛或研损，丝杠轴承损坏，运动不平稳，伺服电动机未调整好，增益过大4反向误差大，加工精度不稳定丝杠轴联轴器锥套松动，丝杠轴滑板配合压板过紧或过松，丝杠轴滑板配合楔铁过紧或过松，滚珠丝杠预紧力过紧或过松，滚珠丝杠螺母端面与结合面不垂直，结合过松，滚珠丝杠支座轴承预紧力过紧或过松，滚珠丝杠制造误差大或轴向窜动，润滑油不足或没有，其他机械干涉。5滚珠丝杠在运转中转矩过大二滑板配合压板过紧或研损，滚珠丝杠螺母反向器坏，滚珠丝杠卡死或轴端螺母预紧力过大，丝杠研损，伺服电动机与滚珠丝杠联接不同轴无润滑油，超程开关失灵造成机械故障，伺服电动机过热报警6丝杠螺母润滑不良分油器是否分油，油管是否堵塞7滚珠丝杠副噪声滚珠丝杠轴承压盖压合不良，滚珠丝杠润滑不良，滚珠破损，电动机与滚珠丝杠联轴器松动十、 液压传动系统故障1. 液压泵不供油或油量不足压力调节弹簧过松，流量调节螺钉调节不当，定子偏心方向相反液压泵转向相反，油的粘度过高，使叶片运动不灵活，液压泵转速太低，叶片不能甩出，油量不足，吸油管露出油面吸入空气，吸油管堵塞，进油口漏气叶片在转子槽内卡死。2 液压泵有异常噪声或压力下降油量不足，滤油器露出油面，吸油管吸入空气，回油管高出油面，空气进入油池，进油口滤油器容量不足，滤油器局部堵塞，液压泵转速过高或液压泵装反，液压泵与电动机联接同轴度差，定子和叶片磨损，轴承和轴损坏，泵与其他机械共振3液压泵发热、油温过高液压泵工作压力超载，吸油管和系统回油管距离太近，油箱油量不足，摩擦引起机械损失，泄漏引起容积损失，压力过高。十一、 导轨副故障1导轨研伤 地基与床身水平有变化使局部载荷过大、长期短工件加工局部磨损严重、导轨润滑不良、导轨材质不佳、刮研不符和要求、导轨维护不良落入赃物。2.移动部件 导轨面研伤、导轨压板研伤、镶条与导