数控机床故障分析与维修.doc

目 录摘要 41.数控机床的概述与原理5 1.1 数控机床概述 5 1.1.1数控机床的工作原理 51.1.2 数控机床的组成5 1.2数控加工的过程6 1.2.1数控加工的过程 6 1.2.2数控机床的适用范围 62. 数控机床故障分析与维修的基本概念 7 2.1 数控机床维修的基本要求7 2.1.1维修人员素质的要求 7 2.1.2维修工具及备件 7 2.2 数控机床故障的概念和分类 82.2.1故障的基本概念 8 2.2.2故障分类 8 2.3 数控机床故障的维修思路103. 数控故障分析与维修 13 3.1数控机床刀库故障分析与维修 13 3.1.1加工中心刀库分类与形式133.1.2典型加工中心刀库结构与操作15 3.1.3刀库常见故障分析与维修16 3.2电源类故障分析与维修 17 3.3数控系统软件故障分析与维修 18 3.3.1典型CNC软件装置的结构18 3.3.2软件故障发生的原因19 3.4操作类故障分析与维修 21 3.5数控机床回参考点的故障分析与维修 22结论 23参考文献 24后记 25摘要数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术(1T)与制造技术(MT)结合发展的结果。现代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技术，都是建立在数控技术之上的。掌握现代数控技术知识是现代数控专业学生必不可少的。随着我国工业化程度的不断提高数控机床在制造领域的应用越来越普遍，数量也越来越多，但是由于数控系统的多样性数控机床结构和机械加工工艺的复杂性，以及当前从事数控故障分析与维修的技术人员非常紧缺因此，一旦数控机床发生故障，维修难的问题就变得尤为突出，这样导致了大量的数控机床因为得不到及时维修而使开机率不高，要改变这种现状，一方面，要在引进国外数控系统的同时注意消化与吸收，在自主开发的基础上注重提高数控系统的稳定性与可靠性：另一方面，要加大力度培养从事数控机床故障分析与维修的专业人员数控维修技术不仅是保障数控机床正常运行的前提，对数控技术的发展和完善也起到了巨大的推动作用，因此，目前它已经成为一门专门的学科本论文内容介绍了数控机床故障分析与维修的基本概念，数控机床机械故障分析与维修，数控机床系统故障分析与维修，数控机床操作类故障分析与维修等，在认识与认知的基础上，并深入地分析和阐述了故障的排除维修的方法关键词：数控技术故障分析维修技术人员1. 数控机床故障分析与维修的原理1.1 数控机床概述1.1.1数控机床的工作原理 数控机床加工零件时，根据所输入的数控程序，由数控装置控制机床执行机构的各种动作（包括机床主运动的启停和变速，进给运动的方向.速度和位移，以及其他诸如刀具选择交换.工件夹紧松开和冷却润滑的启停等 ），使刀具与工件及其他辅助装置严格地按照数控程序规定的顺序.路径和参数进行工作，从而加工出满足给定技术要求的零件。1.1.2数控机床的组成如图1.1所示，数控机床主要由以下几个部分组成：程序存储介质输入输出装置计算机控制装置 机床主运动机构机械结构伺服驱动位置检测辅助装置 图1-1数控机床组成部分1.程序存储介质 数控机床加工零件时，首先根据图纸上的零件几何状态.尺寸和技术要求，确定加工工艺，然后编制出零件的加工程序。程序必必须存储在某种存储介质（如纸带.磁带.磁盘等）上。目前最常用的是八单位标准穿孔纸带和磁盘。2.输入.输出装置 存储介质记载的加工信息需要输入装置输送给机床数控系统，机床内存种的零件加工程序可以通过输出装置传送到存储介质上。输入.输出装置是机床与外部设备的接口，目前输入装置主要由纸带阅读机.软盘驱动器.RS232C串行通信口.MDI方式等。3.计算机控制装置 数控装置是数控机床的核心，它接受输入装置送到的程序和数据，经过数控装置的控制软件和逻辑电路进行译码，运算和逻辑处理，将各种指令 信息输出给伺服系统。使设备按规定的动作执行。4.伺服驱动系统.位置检测装置及辅助控制装置伺服驱动系统由伺服驱动电路和伺服驱动装置组成，并与机床的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。它根据 数控装置传送来的速度和位移指令，控制执行部件的进给方向，速度和位移。每个进给运动的执行部件，都配有一套伺服驱动系统。伺服驱动系统有开环，半闭环和闭环之分。在半闭环和闭环伺服驱动系统中，还需要使用位置检测装置，间接或直接测量执行部件的实际进给位移，与指令位移进行比较，按闭环原理，将其误差转换放大后控制执行部件的进给运动。辅助控制装置是介于数控装置和机床机械，液压部件之间的控制系统，主要用于实现对护唇膏亚宾馆辅助功能M，主轴速度功能S和换刀功能T 的控制，可以通过可编程 逻辑控制器(PLC)来实现。5.机床的机械部件 数控机床的机械部件包括主运动部件，进给运动执行部件（如工作台， 拖板及其传动部件和床身立柱等支撑部件）及冷却，润滑，转位和夹紧等辅助装置。对于加工中心机床，还有存放刀具的刀库，交换刀具的机械手等部件。1.2数控机床的加工过程1.2.1数控加工的过程利用数控机床完成零件数控加工的过程,主要内容包括:根据零件加工图样进行工艺分析，确定加工方案，工艺参数和位移数据用规定的程序代码和格式编写零件加工程序单;或用自动编程软件进行CAD/CAM工作,直接生成零件的加工程序文件.程序的输入或传输 .由手工编写的程序,可以通过数控机床的操作面板输入;由编程软件生成的程序,则通过计算机的串行通讯接口直接传输到数控机床的数控单元(MCU).将输入或传输到数控单元的加工程序,进行试运行、刀具路径模拟等。通过对机床的正确操作，运行程序，完成零件的加工。1.2.2数控机床的适用范围根据数控机床加工的特点可以看出，最适合于数控加工的零件包括：多品种、小批量生产的零件或歆产品试制中的零件；几何形状复杂的零件；加工过程中必须进行多工序加工的零件；用普通机床加工时，需要昂贵工装设备（工具、夹具和模具）的零件；必格须严控制公差，对精度要求高的零件；工艺设计需多次改型的零件；价格昂贵，加工中不允许报废的关键零件；需要最短生产周期的零件。 由此可见,数控机床和普通机床都有各自的应用范围,如图1-2所示，图中横轴是工件的复杂程度，纵轴是每批的生产件数。由图可以看出数控机床的使用范围。 图1-3所示为在各种机床上加工零件时批量和综合费用的关系 图 1-2各种机床的使用范围 图1-3各种机床的加工批量与成本关系2.数控机床故障分析与维修的基本概念2.1数控机床维修的基本要求虽然现代CNC系统的可靠性不断提高，但在运行过程种因操作失误，外部环境的变化等仍免不了出现故障。为此，数控机床应具有自诊断能力，能采取良好的故障显示，检测方法，及时发现并能很快确定故障部位和原因，令操作人员或维修人员及时排除故障，尽快恢复工作。2.1.1维修人员素质的要求 数控设备是技术密集型和只是密集型的机电一体化产品，技术先进，结构复杂，价格昂贵，在生产上往往起着关键作用，因此对维修人员有较高的要求。维修工作做的好坏，首先取决于维修人员的素质。为了迅速，准确判断出故障原因，并进行及时，有效的处理，恢复机床的动作，功能和精度，要求维修人员应具备以下基本素质。1. 专业知识面广。2. 勤于思考。3. 重视经验积累。4. 善于学习。5. 具有专业英语阅读能力。6. 能熟练操作急促昂和使用维修仪器。7. 有较强的动手能力和实验技能。2.1.2维修工具及备件1.常用仪表类（1） 万用表（2） 数字式转速表。（3） 示波器。（4） 相序表。（5） PLC编程器。（6） 逻辑测试笔和脉冲信号笔。（7） IC测试仪。（8） IC在线测试仪。（9） 短路追踪仪。（10） 逻辑分析仪。2.维修工具（1） 电烙铁。（2） 吸锡器。（3） 旋具。（4） 钳类工具。（5） 扳手。（6） 常用的长度测量工具。（7） 其他。见到，镊子，刷子，吹尘器，清洗盘，带鳄鱼钳的连接线，松香，纯酒精，清洁触点用喷剂，润滑油等。2.2数控机床故障的概念和分类数控机床是一种技术复杂的机电一体化设备，其故障发生的原因一般都比较复杂，这给故障诊断和排除带来不少困难。为了便于故障分析和处理，本节按故障发生的部位，故障性质及故障原因等对常见故障作了分类。2.2.1故障的基本概念数控机床是高度机电一体化的技术装备，它与传统的机械装备相比，内容上虽然也包括机械，电气，液压，气动乃至光学等方面装置的交换点上。由于数控系统种类繁多，结构各异，形式多变，给测试和监控带来了许多困难。数控系统全部或部分丧失了系统规定的功能就称为故障。所谓系统故障诊断技术，就是在系统运行中或基本不拆卸的情况下，即可掌握系统现行状态的信息，查明产生故障部位和原因，或预知系统的异常和故障的动向，采取必要的措施和对策的技术。诊断的目的就是要确定故障的原因和部位，以便维修人员或操作人员尽快的进行故障的修复。2.2.2故障分类 数控设备的故障是多种多样的，可以从不同的角度对其进行分类2.2.2.1按数控机床发生故障的硬软件分类 (1)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、气动与防护装置。常见的主机故障有：因机械安装、调试 及操作使用不当等原因引起的机械传动故障与导轨副摩擦过大鞥故障。故障表现为传动噪声大，加工精度差，运行阻力大。例如：传动链的绕性连轴器松动，齿轮，丝杆与轴承缺油，导轨塞铁调整不当，导轨润滑不良以及系统参数设置不当等原因均可造成以上故障。尤其应引起重视的是，机床各部位标明的注油点(注油孔)须定时，定量加注润滑油（脂），这是机床各传动链正常运行的保证。另外，液压，润滑与气动系统的故障主要是管路阻塞或密封不良，引起泄露，造成系统无法 正常工作。(2)电气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。“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/C RT以及伺服驱动单元，输入、输出单元等。“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/输出装置等电子电路，这些部分又有硬件故障与软件故障之分。硬件故障主要是指上述个各装置的印制电路板上的集成电路芯片，分立元件，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，计算机的运算出错等。 “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、容电器、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，但由于它处于高电压、大电流的工作状态，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注视。(3)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的故障。这一类故障现象极为常见。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形同断电停机；润滑、冷却或液压等系统由于管路泄露引起游标下降到使用限值，必然引起发生液位报警是机床停机；机床加工中因切削量过大达到某一限值必然会发生过或者超温报警，导致系统迅速停机等。因此，正确 使用与精心维护是杜绝或避免这类系统性故障发生的切实保障。(4)随机性故障。通常是指数控机床在同样的情况下工作时只偶尔发生一次或两次的故障。由的文献上称此为“软故障”。由于此类的故障在各种条件相同的状态下只偶然发生一两此，因此，随即性故障的原因分析与故障诊断较其他故障困难得多。一般而言，这类故障的发生往往与安装质量、组件排列.参数设定.元器件品质，操作失误与维护不当，以及工作环境影响等诸因素有关。例如：接插件与连接组件因疏忽未加锁定，印制电路板上的元器件松动变形或焊点虚脱，继电器触点，各类开关触头因污染锈蚀以及直流电刷不良等所造成的接触不可靠等。另外，工作环境温度过高或过低，湿度过大，电源波动与机械振动，有害粉尘与气体污染等原因均可引发此类偶然性故障。因此，加强数控系统的维护检查，确保电器箱门的密封，严防有害粉尘及气体的侵袭等，均可避免此类故障的发生。2.2.2.2从故障的发生过程（状态）分类。(1)突然故障通常是指数控系统在正常使用过程中，事先并无任何故障征兆，而突然出现的故障。突然故障的例子有：因机器使用不当或出现超负荷而引起的零件折断：因设备各项参数达到极限而引起的零件变形和断裂等。(2)渐变故障通常是指数控系统在发生故障前的某一时期内，已经出现故障的征兆，但此时（或在消除系统报警后），数控机床还能够正常使用，并不影响加工出的产品质量。渐变故障与材料的磨损，腐蚀，疲劳及蠕变等过程由密切的关系。2.2.2.3按数控机床发生故障的有无报警显示分类（1）有报警显示的故障。 这类故障又可分为硬件报警显示与软件报警显示两种。硬件报警显示。通常是指各单元装置上的警示灯（一般由LED或小型指示灯等组成）的指示。在数控系统种又许多用以指示故障部位的警示灯，如控制操作面板，位置控制印制线路板，伺服控制单元，主轴单元。电源单元等部位以及光电阅读机，穿孔机等外设装置上常设有这类警示灯。一旦数控系统的这些警示灯指示故障状态后，借助相应部位上的警示灯均可大致分析判断出故障发生的部位与性质，这无疑给故障分析诊断带来极大方便。因此，维修人员日常维护和排除故障时应认真检查这些警示灯的状态是否正常。软件报警显示。通常是指CRT显示屏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。这类报警显示常见的有：存储器警示，过热警示。伺服系统警示，轴超程警示，程序出错警示，主轴警示，过载警示以及短路警示等。这些为故障判断和排除提供了极大的帮助。上述软件报警由来自NC的报警和来自PLC 的报警，前者为数控部分的故障报警，可通过所显示的报警号，对照维修手册中有关NC故障报警及说明，来确定可能发生该故障的原因。后者为PLC报警显示 ，由PLC的报警信息文本所提供，大多数属于机床侧的故障报警，可通过所显示的报警号，对照维修手册中有关PLC故障报警信息，PLC接口说明以及PLC程序等内容，检查PLC有关接口和内部继电器状态，确定该故障所产生的原因。通常，PLC报警发生的可能性要比NC报警高得多。（2）无报警显示的故障。这类故障发生时无任何硬件或软件的报警显示，因此分析诊断难度较大。例如：机床通电后，在手动方式或自动方式运行X轴时出现爬行现象，且无任何报警显示。又如机床在自动方式运行时突然停止，而CRT显示器上无任何报警显示还有在运行机床某轴时发生异常声响，无报警显示等。一些早期的数控系统由于自诊断功能不强，且尚未采用PLC控制器，无PLC报警信息文本，出现无报警显示的故障情况会更多一些。对于无报警显示故障，通常要具体情况具体分析，要根据故障发生的前后变化状态进行分析判断。例如：上述X轴在运行时出现爬行现象，可均匀地旋转手摇脉冲发生器，同时分别观察比较CRT显示器上Y轴，Z轴与X轴进给数字的变化速率。通常，如数控部分正常，三个轴的上述变化速率应基本相同，若X轴的机械传动所造成。2.2.2.4按数控机床发生故障的原因分类（1）数控机床的自身故障。 这类故障的发生是由于数控机床的自身原因引起的，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造成的。例如：数控机床的供电电压过低，电压波动过大，相序不对或三相电压不平衡;周围的环境温度过高，有害气体、潮气、粉尘侵入;外来震动和干扰，如电焊机所产生的电火花干扰等均有可能使数控机床发生故障。还有认为因素所造成的故障，如操作不当，手动进给过快造成超程报警，自动切削进给过快造成过载报警。又如操作人员不按时按量给机床机械加注润滑油，易造成传动噪声或导轨摩擦系数过大，而使工作台进给超载。据有关资料统计，首次采用数控机床或由不熟练的操作人员来操作，在使用数控机床的第一年内，由于操作不当所造成的外部故障要占三分之一以上。 除上述常见故障份额分类外，还可按故障发生是有无破坏性来分类，可分为破坏性故障和非破坏故障；从故障的影响的程度来看，数控系统故障可分为完全失效故障和部分失效故障；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。 2.3数控机床故障的维修思路故障分析是进行机床维修的第一步，通过故障分析，一方面可以显迅速查明故障原因排除故障，同时也可以起到 预防故障的发生与扩大的作用。因数控 机床型号颇多，所产生的故障原因往往比较复杂，这里介绍故障处理的一种思路，充分掌握故障信息，步骤大致如下。（1）确认故障发生的现象，调查故障现场，充分掌握故障信息。 当数控机床发生故障时，维护维修人员进行故障的确认是很有必要的 ，特别是 在操作人员不熟悉机床的情况下，尤其重要，不该也不能让非专业人士随意开动机床，特别是出现故障后的机床 ， 以免进一步故障。 专业维护维维修人员对于数控系统出现故障后，也不要给急于动手盲目处理，首先要查看故障记录，向操作人员询问故障出现的全过程。在确认通电对于系统无危险的情况下，再通电亲自观察，特别要注意确定一下主要故障信息，包括系统有何异常，CRT显示的报警内容是什么等。故障发生时报警号和报警提示是什么？有那些指示灯和发光管指示了什么报警？如无报警，系统处于何种工作状态？系统的工作方式和诊断结果是什么 ？故障发生在哪个程序段？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？机床轴处于什么位置？与指令值的误差量有多大？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？观察系统的外观、内部各部分是否有异常之处；(2)分析故障原因，制定排除故障的方案分析故障时，维修人员不应局限于CNC部分，而是要对机床的强电、机械、液压、气动等方面都作详细的检查，并进行综合判断，制定出故障排除的方案，达到快速确诊和高效率排除故障的目的。分析故障原因时应注意： 思路一定要开阔,无论时数控系统、强电部分、还是机、液、气等，只要将有可能引起故障的原因以及每一种可能解决的方法全部列出来，进行综合、判断和筛选; 在对故障进行深入分析的基础上，预测故障原因并拟定检查的内容、步骤和方法，制定故障排除方案。故障分析是进行数控机床维修的第一步，通过故障分析，一方面可以迅速查明故障原因，排除故障；同时也可以起到预防故障的发生与扩大的作用。一般来说，数控机床的故障分析主要方法有以下几种： 1、常规分析法常规分析法是对数控机床的机、电、液等部分进行的常规检查，以此来判断故障发生原因的一种方法：在数控机床上，常规分析法通常包括以下内容：（1）检查电源的规格（包括电压、频率、相序、容量等）是否符合要求。 （2）检查cnc、伺菔驱动、主轴驱动、电动机、输入输出信号的连接是否正确、可靠。（3）检查cnc、伺服驱动等装置内的印刷电路板是否安装牢固，接插部位是否有松动。（4）检查cnc伺服驱动、主轴驱动等部分的设定端、电位器的设定、调整是否正确。（5）检查液压、气动、润滑部件的油压、气压等是否符合机床要求。（6）检查电器元件、机械部件是否有明显的损坏，等等。2、动作分析法动作分析法是通过观察、监视机床实际动作，判定动作不良部位，并由此来追溯故障根源的一种方法。一般来说，数控机床采用液压、气动控制的部位，如：自动换刀装置、交换工作台装置、夹具与传输装置等均可以通过动作诊断宋判定故障原因。3、状态分析法 状态分析法是通过监测执行元件的工作状态，判定故障原因的一种方法，这一方法在数控机床维修过程中使用最广。在现代数控系统中，伺服进给系统、主轴驱动系统、电源模块等部件的主要参数都可以进行动态、静态检测，这些参数包括：输入输出电压，输入输出电流，给定实际转速、位置，实际的负载的情况等。此外，数控系统全部输入输出信号包括内部继电器、定时器等的状态，亦可以通过数控系统的诊断参数予以检查。通过状态分析法，可以在无仪器、设备的情况下，根据系统的内部状态，迅速找到故障的原因，在数控机床维修过程中使用最广，维修人员必须熟练掌握。4、操作、编程分析法操作、编程分析法是通过某些特殊的操作或编制专门的测试程序段，确认故障原因的一种方法。如通过手动单步执行自动换刀、自动交换工作台动作，执行单一功能的加工指令等方法进行动作与功能的检测。通过这种方法，可以具体判定故障发生的原因与部件，检查程序编制的正确性。5、系统自诊断法数控系统的自诊断是利用系统内部自诊断程序或专用的诊断软件，对系统内部的关键硬件以及系统的控制软件进行自我诊断、测试的诊断方法。它主要包括开机自诊断、在线监控与脱机测试这三个方面内容。3. 数控故障分析与维修数控系统是由硬件控制系统和软件控制系统两大部分组成。其中硬件控制系统是以微处理器为核心，采用大规模集成电路芯片、可编程控制器、伺服驱动单元、伺服电机、各种输入输出设备（包括显示器、控制面板、输入输出接口等）等可见部件组成。软件控制系统即数控软件，包括数据输入输出、插补控制、刀具补偿控制、加减速控制，位置控制、伺服控制、键盘控制、显示控制、接口控制等控制软件，及各种参数、报警文本等组成。数控系统出现故障后，就要分别对软硬件进行分析、判断，定位故障并维修。作为一个号的数控设备维修人员，就必须具备电子线路、元器件、计算机软硬件、接口技术、测量技术等方面的知识。 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，数控设备的外部故障可以分为软件故障和外部硬件损坏引起的硬故障。软件故障是指由于操作、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。 数控机床的维修，重要的是发现问题。特别是数控机床的外部故障。有时诊断过程比较复杂，但一旦发现问题所在，解决起来比较简单。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。外部硬件操作引起的故障是数控修理中的常见故障.一般都是由于检测开关、液压系统、气动系统、电气执行元件、机械装置歘现问题引起的。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由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，但并不能反应故障的真实原因。这时需要根据报警信息和故障现象来分析解决。本章内容只对刀库，电源类故障及数控系统软件等常见故障进行分析，对我院实训中心kvs650b数控加工中心刀库部分故障进行了着重介绍和分析.3.1数控机床刀库故障分析与维修利用刀库进行自动换刀是加工中心采用的主要方式.相对于未配置刀库的数控铣床,加工中心的加工范围和能力得到扩大,加工精度更容易保证,柔性化更强，更适合多品种小批量的现代数控加工要求。 3.1.1加工中心刀库分类与形式 加工中心刀库按照换刀过程中是否有机械手参与分为有机械手换刀刀库和无机械手换刀刀库两大类。 在无机械手换刀机床上，刀柄轴线与主轴锥孔轴线平行，并且刀具在主轴的运动范围之内。换到时，通过主轴移动与刀库的配合，首先将主轴上用毕的刀具放入确定的位置，然后通过刀库自动选刀功能使待换刀具转到换刀位置，再移动主轴使待换刀具放入主轴锥孔，完成换刀。在无机械手换刀机床上，刀库选刀和机床加工的时间不能重合，这种换刀方式将影响机床的生产效率，通常用于刀库刀位数较少的机床上。 在有机械手换刀的机床上，机床数控系统通常具有加工程序的预读功能，在换刀指令执行前，预读功能已经知道待换刀的信息，并控制刀库将代换的刀具输送至刀位。接到换刀指令后，主轴移动到换刀位，两个机械手爪将主轴上的刀具和刀库中准备号的待换刀具同时拔出，并进行位置交换，完成换刀过程。 有机械手换刀的刀库配置较为灵活，换刀时间短，可实现加工中自动选刀，但是其机械手结构和控制系统较为复杂，同时换刀机械手也是加工中心的故障的高发点。无机械手换刀刀库机械机构和控制都较为简单，但是换刀的时间长，影响加工效率刀具数量和机床结构形式受影响。刀库在结构上有很多形式，比较常用的主要有盘式和链式两种。如图3.1所示为盘式刀库。在盘式结构刀库中，按照刀具轴线在刀库中的放置方式又有轴向、径向和斜向安装，如图3.1（a）、图3.1（b）和图3.1（c）所示。其中刀具轴向安装结构形式较为紧凑，同等直径大小的情况下，可以比后者存储更多的刀具。但是，使用机械手换刀时便于机械手抓拿刀具，要调整刀具的位置或改变换刀机械手的运动方式，从而使结构复杂，可靠性降低。在要求刀库容量较大时，采用弹仓式结构可以方便存取并使结构紧凑，图3.1（d）所示为弹仓式结构。盘式刀库一般用于刀具容量要求不大的中小型加工中心上，刀具数量为几把到几十把，以20把以下较为常见。 图3.1盘式刀库 如图3.2所示为链式刀库。链式刀库容量一般比盘式刀库大，结构可以随刀库容量要求变化，常见的有单链结构、多链结构、“S”形折叠回绕结构等，如图3.2(a)、如图3.2(b)和图3.2(c)所示。链式刀库一般用于中大型加工中心上，刀具容量可达几十把到几百把. 图3.2 链式刀库 一般刀库安装在加工中心的床身上、立柱侧面或顶面上。但是，在刀库容量较大时，刀库的重量和运动对机床的性能有一定的影响（如床身的承载变形、刀库运动时的振动等），所以一些大型加工中心通常采用机床本体与刀库独立安装刀地基上的形式。3.1.2典型加工中心刀库结构与操作3.1.2.1 kvc650b型加工中心刀库结构及换刀过程Kvc650b数控加工中心是我院实训中心的一台高科技机床如图3.3图3.3kvc650b型数控加工中心图3.4加工中心刀库kvc650b型加工中心刀库是能够存放为16把采用BT40刀柄刀具的盘式刀库。该刀库容量较小，刀具在刀库中的存放为固定位置方式。换刀采用无机械手方式，通过主轴的移动与刀库的转动配合，完成刀具的交换。换刀过程主要包括还刀、选刀和抓刀三个过程,图3.5kvc650b换刀过程动作原理示意图。 图3.5加工中心换刀过程动作原理示意图(1)还刀：主轴到达还刀位置（有位置感应开关检测），刀盘刀夹进入刀柄机械手夹持槽位置，主轴拉刀爪松开刀柄，主轴提升到位，还刀动作完成，等待选刀。(2)选刀：选刀完成后，拉刀爪在松刀缸作用下张开，主轴下移到位，拉刀爪收拢拉紧刀柄钉，然后主轴水平移动将刀具从刀库中取出，刀具交换结束。(3)抓刀:选刀完成后,拉刀爪在松刀缸作用下张开,主轴下移到位,拉刀爪收拢拉紧刀柄拉钉,然后主轴水平移动将刀库中取出,刀具交换结束.3.1.3刀库常见故障分析与维修例1刀库不停转的故障维修 故障现象：一台配套FANUC0MC系统，型号为KVC650B的数控机床，刀库在换刀过程中不停转动。 分析及处理过程：拿螺钉旋具将刀库伸缩电磁阀手动钮拧到刀库伸出位置，保证刀库一直处于伸出状态，复位，手动将刀库当前刀取下，停机断电，用扳手拧刀库齿轮箱方头轴，让空刀爪转到主轴位置，对正后再用螺钉旋具将电磁阀手动钮关掉，让刀库回位。再查刀库回零开关和刀库电动机电缆正常，重新开机回零正常，MDI方式下换刀正常。怀疑系干扰所致，将接地线处理后，故障再未出现过。 例2刀库位置偏移的故障维修 故障现象：一台配套FANUC0MC系统，型号为KVC650B的数控机床，在换刀过程中，主轴上移至刀爪时，刀库刀爪有错动，拔插刀时，有明显声响，似乎卡滞： 分析及处理过程：主轴上移至刀爪时，刀库刀爪有错动，说明刀库零点可能偏移，或是由于刀库传动存在间隙，或者刀库上刀具重量不平衡而偏向一边。因为插拔刀别劲，估计是刀库零点偏移；将刀库刀具全部卸下将主轴手摇至Y轴第二参考点附近，用塞尺测刀库刀爪与主轴传动键之间间隙，证实偏移；用手推拉刀库，也不能利用间隙使其回正；调整参数7508直至刀库刀爪与主轴传动键之间间隙基本相等。开机后执行换刀正常。 例3刀库转动中突然停电的故障维修 故障现象：一台配套FANUC0MC系统，型号为KVC650B的数控机床，换刀过程中刀库旋转时突遇停电，刀库停在随机位置。 分析及处理过程：刀库停在随机位置，会影响开机刀库回零。故障发生后尽快用螺钉旋具打开刀库伸缩电磁阀手动钮让刀库伸出，用扳手拧刀库齿轮箱方头轴，将刀库转到与主轴正对，同时手动取下当前刀爪上的刀具，再将刀库电磁阀手动钮关掉，让刀库退回。经以上处理，来电后，正常回零可恢复正常。 例4换刀过程有卡滞的故障维修 故障现象：一台配套FANUC0MC系统，型号为KVC650B的数控机床，换刀过程中，刀时有卡滞，同时声响大。 分析及处理过程：观察刀库无偏移错动，故怀疑主轴定向有问题，主轴定向偏移会影响换刀。将磁性表吸在工作台上，将百分表头压在主轴传动键上平面，用手摇脉冲发生器，移动X轴，看两键是否等高。通过调整参数6531，将两键调平；再换刀，故障排除。 例5换刀不能拔刀的故障维修 故障现象：一台配套FANUC0MC系统，型号为KVC650B的数控机床，换刀时，手爪未将主轴中刀具拔出，报警。 分析及处理过程：手爪不能将主轴中刀具拔出的可能原因有： 刀库不能伸出；主轴松刀液压缸未动作；松刀机构卡死。 复位，消除报警：如不能消除，则停电、再送电开机。用手摇脉冲发生器将主轴摇下，用手动换刀换主轴刀具，不能拔刀，故怀疑松刀液压缸有问题。在主轴后部观察，发现松刀时，松刀缸未动作，而气液转换缸油位指示无油，检查发现其供油管脱落。，重新安装好供油管，加油后，打开液压缸放气塞放气两次，松刀恢复正常。 例6换刀卡住的故障维修 故障现象：一台配套FANUC0MC系统，型号为KVC650B的数控机床，换刀过程快结束，主轴换刀后从换刀位置下移时，机床显示1001“spindlealarm408servoalarm(serialerr)”报警。 分析及处理过程：现场观察，主轴处于非定向状态，可以断定换刀过程中，定向偏移，卡住；而根据报警号分析，说明主轴试图恢复到定向位置，但因卡住而报警关机。手动操作电磁阀分别将主轴刀具松开，刀库伸出，手工将刀爪上的刀卸下，再手动将主轴夹紧，刀库退回；开机，报警消除。为查找原因，检查刀库刀爪与主轴相对位置，发现刀库刀爪偏左，主轴换刀后下移时刀爪右指刮擦刀柄，造成主轴顺时针转动偏离定向，而主轴默认定向为M19，恢复定向旋转方向与偏离方向一致，更加大了这一偏离，因而偏离很多造成卡死；而主轴上移时，刀爪右指刮擦使刀柄逆转，而M19定向为正转正好将其消除，不存在这一问题。调整刀库回零位置参数7508，使刀爪与主轴对齐后，故障消除。3.2电源类故障分析与维修 电源的电路板的能源供应部分 ，电源不正常，电路板的工作必然异常。而且，系统控制电源不能正常接通，这时数控机床维修过程中经常遇到的故障之一，维修时必须从电源回路上入手，在常规的外观法检查后，可先对电源部分进行检查。 电路板的工作电源，有的是由外部电源细听供给；有的由板上本身的稳压电路产生。电源检查包括输出电压稳定性检查和输出纹波过大，会引起系统不稳定，用示波器交流输入挡可检查纹波幅值，纹波大一般好似由集成稳压器损坏或滤波电容不良引起。运算放大器、比较器，有些用单电源供电，用双电源的运放，要求正负供电对称，其差值一般不能大于0.2v（具有调零功能的运放除外）。 数控系统种对各电路板供电系统电源大多数采用开关型稳压电源。这类电源种类繁多，故障率也较高，但大部分都是分立元件，用万用表、示波器即可进行检查。维修开关电源时，最好在电源输入端接一只1：1的隔离变压器，以防触电。另外为了防止在修理过程中，可能导致好的元件损坏，或引发新的故障发生，最好使输入电压从OV开始逐渐增大，在输入和输出回路中都有电流、电压检测，一旦发现有过压或过流现象，即可关掉，不致造成损失。关于电源类常见的几种故障现象，现总结如下：故障现象故障原因维修方法系统上电后系统没有反应电源指示灯不亮外部电源没有提供，电源电压过低，缺相或外部形成了短路电源的保护装置跳闸或熔断形成了电源开路PLC的地址错误或者互锁装置使电源不能正常接通系统上电按钮接触不良或脱落电源模块不良,元气件的损坏引起的故障(熔断器熔断,浪涌器吸收器的短路等)检查外部电源合上开关、更换熔断器更改PLC的地址或接线更换按钮重新安装更换元器件或更换电源模块电源指示灯亮，系统无反应接通电源的条件未满足系统黑屏系统文件被破坏,没有进入系统检查电源的接通条件是否满足见“显示类故障”维修方法修复系统强电部分接通后，马上跳闸机床设计时,选择的空气开关容量过小，或空气开关的电流选择了一个较小的电流机床上使用了较大功率的变频器或伺服驱动，并且在变频器或伺服驱动电流进线前没有使用隔离变压器或电感器，变频器或伺服驱动在撒谎那个强电时电流由电流由较大的波动，超过了空气开关的限定电流，引起跳闸系统强电电源接通条件未满足更换空气开关，或选择使用电流在使用时须外接一电抗逐步检查电源上强电所需要的各种条件，排除故障电源模块故障 整流桥损坏引起电源短路 续流二级管损坏引起的短路 电源模块外部电源短路 虑波电容损坏引起的故障 供电电源功率不足使电源模块不能正常工作 更换 更换 调整线路 跟换 增大供电电源的功率系统在工作过程中突然断电 切削力太大，使机床过载引起的空开跳闸 机床的 设计时选择的空气开关容量过小，引起空开跳闸 机床出现漏电 调整切削参数 更换空气开关 检查线路 3.3数控系统软件故障分析与维修 3.3.1 典型CNC软件装置的结构 CNC系统软件有管理软件和控制软件组成.管理软件包括输入、I/O处理、显示、诊断等。控制软件包括译码、刀具补偿、速度处理、插补计算、位置控制等。数控系统的软件结构和数控系统的硬件结构两者互相配合，共同完成数控系统的具体功能。早期的CNC装置，数控功能全部由硬件实现，而现在的数控功能则由软件和硬件共同完成。目前数控系统的软件一般有两种结构：前后台结构和中断型结构。所谓前后台型是指在一个定时采样周期中，前后任务开销一部分时间 ，后台任务开销剩余部分的时间，共同完成数控加工任务。前台任务一般设计成中断服务程序。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：（1） 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。（2） 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、R参数等。（3） 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。系统软件配置如下表所示。分类名称传输识别符说明制造者820/810850/880启动芯片存储或固化剂EPROM中系统生产厂基本系统软件加工循环测量循环NC机床数据%TEA1%TEA1存储或固化剂到EPROM或RAM中机床生产厂PLC机床数据%TEA2%TEA2PLC用户程序%PCPPLC报警文本%PCA系统设定数据%SEASEA加工主程序%MPFMPF存储在RAM中机床用户加工子程序%SPFSPF刀具补偿参数%TOATOA零点偏置参数%ZOAZOAR参数%RPARPA3.3.2软件故障发生的原因 软件故障一般由软件中文件的变化或丢失而形成的。机床软件一般存储与RAM中软件故障可能形成的原因如下：（1） 误操作引起。在调试用户程序或者修改参数时，操作者删除或更改了软件内容，从而造成了软件故障。（2） 供电电池电压不足。为RAM供电的电池或电池电路短路或断路、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及参数。（3） 干扰信号引起。有时电源的波动或干扰脉冲会串入数控系统总线，引起时序错误或数控装置停止运行。（4） 软件死循环。运行比较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。（5） 系统内存不足或软件的溢出引起。在系统进行大量计算时，或者时误操作，引起系统的内存不足，从而引起系统的死机。（6） 软件的溢出引起。调试程序时，调试者修改参数不合理，或进行了大量错误的操作，引起了软件的溢出。软件故障原因及维修方法如下表所示。故障现象故障原因维修方法不能进入系统，运行系统时，系统界面无显示可能时系统文件被病毒破坏或丢失，可能是计算机被病毒破坏，也可能时系统软件中由文件损坏了或丢失了电子盘或硬盘物理损坏系统CMOS设置不对重新安装数控系统，将计算机的CMOS设为A盘启动；插入干净的软盘启动系统后，重新安装数控系统电子盘或硬盘在频繁的读写中由可能损坏，这时应该修复或更换电子盘或硬盘更改计算机的CMOS操作键盘不能输入或部分不能输入控制键盘芯片出现问题系统文件被破坏板电路或连接电缆出现问题PU出现故障更换控制芯片重新安装数控系统修复或更换更换CPU运行或操作中出现死机或重新启动参数设置不当同时运行了系统以外的其他内存驻留程序正从软盘或网路条用 较大的程序从已损坏的软盘上调用程序系统文件被破坏正确设置系统参数停止正在运行或条用的程序用杀毒软件检查软件系统消除病毒或者重新安装系统 软件进行修复 系统出现乱码参数设置不合理 系统内存不足或操作不当 正确设置系统参数对系统文件进行整理，删除系统产生的垃圾I/O单元出现故障输入输出开关量工作不正常I/O控制板电源没有接通或电压不稳电流电磁阀、抱闸连线续流二极管损坏各个直流电磁阀、抱闸一定要连接续流二极管，否则，在电磁阀断开时，因电流冲击使得DC24V电源输出品质下降，而造成数控装置或伺服驱动器随机故障 报警检查线路，改善电源更换续流二极管数据输入输出接口（RS-232）不能够正常工作系统的外部输入/输出设备的设定错误或硬件出现了故障在进行通信时，操作者首先确认外部的通信设备是否完好，电源是否正常参数设置的错误通信时需要将外部设置的参数与数控系统的参数相匹配，如波特率、通知位必须设成一致才能够正常通信，外部通信端口必须于硬件相对应通信电缆出现问题不同的数控系统，通信电缆的引脚定义可能不一致，如果管脚焊接错误或者是虚焊等，通信将不能正常完成，另外通信电缆不能过长，以免引起 信号的衰竭引起故障对设备重新设定，对损坏的硬件进行更换按照系统的要求正确的设置参数对通信电缆进行重新焊接或更换系统网络连接不正常系统参数设置或文件配置不正确通信电缆出现问题，通信电缆不能够过长，以免引起信号的衰减引起故障硬件故障，通信网口出现故障或网卡出现故障，可以用置换法判断出现问题的部位按照系统的要求正确的设置参数对通信电缆进行重新焊接或更换对损坏的硬件进行更换