数控机床故障诊断与维修1.doc

数控机床诊断与维修系部：机电工程专业：数控技术班级：数控五班姓名：学号：0801120530指导教师：科学技术的发展，对机械产品提出了高精度、高复杂性的要求，而且产品的更新换代也在加快，这对机床设备不仅提出了精度和效率的要求，而且也对其提出了通用性和灵活性的要求。数控机床就是针对这种要求而产生的一种新型自动化机床。数控机床集微电子技术、计算机技术、自动控制技术及伺服驱动技术、精密机械技术于一体，是高度机电一体化的典型产品。它本身又是机电一体化的重要组成部分，是现代机床技术水平的重要标志。数控机床体现了当前世界机床技术进步的主流，是衡量机械制造工艺水平的重要指标，在柔性生产和计算机集成制造等先进制造技术中起着重要的基础核心作用。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，其维护更是不容忽视。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。系统外部的故障主要指由于检测开关、液压元件、气动元件、电气执行元件、机械装置等出现问题而引起的。 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。 对于数控机床的修理，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。 数控机床的故障复杂，诊断排除比较难，在数控机床故障检测排除时，应遵循一下原则1）先外部后内部。当数控机床发生故障后，维修人员应先采用望闻听问摸等方法由外向内逐一检查。2）先机械后电气。数控机床的故障大部分是机械动作失灵引起的，先检查机械部分是否正常，行程开关是否灵活等。可以达到事半功倍的效果。3）先静后动。维修人员本身应该做到先静后动，不可盲目动手，应先了解情况。4）先公用后专用。公用性问题影响全局，专用性问题只影响局部。5）先简单后复杂。出现多种故障交织掩盖，应先解决简单的，后解决难度大的。6）先一般后特殊。出现故障，应先考虑最常见的可能原因，后分析很少发生故障的特殊原因。数控机床是复杂的大系统，它涉及光、机、电、液等很多技术，发生故障是难免的。机械锈蚀、机械磨损、机械失效，电子元器件老化、插件接触不良、电流电压波动、温度变化、干扰、噪声，软件丢失或本身有隐患、灰尘，操作失误等都可导致数控机床出故障。数控机床的维修概念，不能单纯局限于数控系统发生故障时，如何排除故障和及时修复，使数控系统尽早投入使用，还应包括正确使用和日常保养等。一、数控机床的维护 对于数控机床来说，合理的日常维护措施，可以有效的预防和降低数控机床的故障发生几率。首先，针对每一台机床的具体性能和加工对象制定操作规程建立工作、故障、维修档案是很重要的。包括保养内容以及功能器件和元件的保养周期。 其次，在一般的工作车间的空气中都含有油雾、灰尘甚至金属粉末之类的污染物，一旦他们落在数控系统内的印制线路或电子器件上，很容易引起元器件之间绝缘电阻下降，甚至倒是元器件及印制线路受到损坏。所以除非是需要进行必要的调整及维修，一般情况下不允许随便开启柜门，更不允许在使用过程中敞开柜门。 另外，对数控系统的电网电压要实行时时监控，一旦发现超出正常的工作电压，就会造成系统不能正常工作，甚至会引起数控系统内部电子部件的损坏。所以配电系统在设备不具备自动检测保护的情况下要有专人负责监视，以及尽量的改善配电系统的稳定作业。 当然很重要的一点是数控机床采用直流进给伺服驱动和直流主轴伺服驱动的，要注意将电刷从直流电动机中取出来，以免由于化学腐蚀作用，是换向器表面腐蚀，造成换向性能受损，致使整台电动机损坏。这是非常严重也容易引起的故障。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公司生产的数控系统，允许电网电压在额定值的85%110%的范围内波动。如果超出此范围，就会造成系统不能正常工作，甚至会引起数控系统内部电子部件损坏。5. 定期更换存储器用电池FANUC公司所生产的数控系统内的存储器有两种：(1) 不需电池保持的磁泡存储器。(2) 需要用电池保持的CMOS RAM器件，为了在数控系统不通电期间能保持存储的内容，内部设有可充电电池维持电路，在数控系统通电时，由+5V电源经一个二极管向CMOS RAM供电，并对可充电电池进行充电；当数控系统切断电源时，则改为由电池供电来维持CMOS RAM内的信息，在一般情况下，即使电池尚未失效，也应每年更换一次电池，以便确保系统能正常工作。另外，一定要注意，电池的更换应在数控系统供电状态下进行。6. 数控系统长期不用时的维护为提高数控系统的利用率和减少数控系统的故障，数控机床应满负荷使用，而不要长期闲置不用，由于某种原因，造成数控系统长期闲置不用时，为了避免数控系统损坏，需注意以下两点：(1) 要经常给数控系统通电，特别是在环境湿度较大的梅雨季节更应如此，在机床锁住不动的情况下（即伺服电动机不转时），让数控系统空运行。利用电器元件本身的发热来驱散数控系统内的潮气，保证电子器件性能稳定可靠，实践证明，在空气湿度较大的地区，经常通电是降低故障率的一个有效措施。(2) 数控机床采用直流进给伺服驱动和直流主轴伺服驱动的，应将电刷从直流电动机中取出，以免由于化学腐蚀作用，使换向器表面腐蚀，造成换向性能变坏，甚至使整台电动机损坏。二、故障检查方法1、直观法这是一种最基本的方法。维修人员通过对故障发生时的各种光、声、味等异常现象的观察以及认真察看系统的每一处，往往可将故障范围缩小到一个模块或一块印刷线路板。这要求维修人员具有丰富的实际经验，要有多学科的较宽的知识和综合判断的能力。2、自诊断功能法现代的数控系统虽然尚未达到智能化很高的程度，但已经具备了较强的自诊断功能。能随时监视数控系统的硬件和软件的工作状况。一旦发现异常，立即在CRT上报警信息或用发光二极管批示出故障的大致起因。利用自诊断功能，也能显示出系统与主机之间接口信号的状态，从而判断出故障发生在机械部分还是数控系统部分，并批示出故障的大致部位。这个方法是当前维修时最有效的一种方法。3、功能程序测试法所谓功能程序测试法就是将数控系统的常用功能和特殊功能，如直线定位、圆弧插补、螺纹切削、固定循环、用户宏程序等用手工编程或自动编程方法，编制成一个功能程序测试纸带，通过纸带阅读机送入数控系统中，然后启动数控系统使之进行运行，藉以检查机床执行这些功能的准确性和可靠性，进而判断出故障发生的可能起因。本方法对于长期闲置的数控机床第一次开机时的检查以及机床加工造成废品但又无报警的情况下，一时难以确定是编程错误或是操作错误，还是机床故障时的判断是一较好的方法。4、交换法这是一种简单易行的方法，也是现场判断时最常用的方法之一。所谓交换法就是在分析出故障大致起因的情况下，维修人员可以利用备用的印刷线路板、模板，集成电路芯片或元器件替换有疑点的部分，从而把故障范围缩小到印刷线路板或芯片一级。它实际上也是在验证分析的正确性。在备板交换之前，应仔细检查备板是否完好，并应检查备板的状态应与原板状态完全一致。这包括检查板上的选择开关，短路棒的设定位置以及电位器的位置。在置换CNC装置的存储器板时，往往还需要对系统作存储器的初始化操作（如日本FANUC公司的FS6系统用的磁泡存储器就需要进行这项工作），重新设定各种数控数据，否则系统仍将不能正常地工作。又如更换FANUC公司的7系统的存储器板之后，需重新输入参数，并对存储器区进行分配操作。缺少了后一步，一旦零件程序输入，将产生60号报警（存储器容量不够）。有的CNC系统在更换了主板之后，带需进行一些特定的操作。如FNUC公司在FS10系统，必须按一定的操作步骤，先输入90009031号选择参数，然后才能输入0000号至8010号的系统参数和PC参数。总之，一定要严格地按照有关系统的操作、维修说明书的要求进行操作。转移法所谓转移法就是将CNC系统中具有相同功能的二块印刷线路板、模块、集成电路芯片或元器件互相交换，观察故障现象是否随之转移。藉此，可迅速确定系统的故障部位。这个方法实际上就是交换法的一种。因此，有关注意事项同交换法所述。参数检查法众所周知，数控参数能直接影响数控机床的功能。参数 通常是存放在磁泡存储器或存放在需由电池保持的CMOS RAM中，一旦电池不足或由于外界的某种干扰等因素，会使个别参数丢失或变化，发生混乱，使机床无法正常工作。此时，通过核对、修正参数，就能将故障排除。当机床长期闲置工作时无缘无故地出现不正常现象或有故障而无报警时，就应根据故障特征，检查和校对有关参数。另外，经过长期运行的数控机床，由于其机械传动部件磨损，电气无件性能变化等原因，也需对其有关参数进行调整。有些机床的故障往往就是由于未及时修改某些不适应的参数所致。当然这些故障都是属于故障的范畴。测量比较法CNC系统生产厂在设计印刷线路板时，为了调整、维修的便利，在印刷线路板上设计了多个检测用端子。用户也可利用这些端子比较测量正常的印刷线路板和有故障的印刷线路板之间的差异。可以检测这些测量端子的电压或波形，分析故障的起因及故障的所在位置。甚至，有时还可对正常的印刷线路人为地制造“故障”，如断开连线或短路，拨去组件等，以判断真实故障的起因。为此，维修人员应在平时积累印刷线路板上关键部位或易出故障部位在正常时的正确波形和电压值。因为CNC系统生产厂往往不提供有关这方面的资料。敲击法当系统出现的故障表现为若有若无时，往往可用敲击法检查出故障的部位所在。这是由于CNC系统是由多块印刷线路板组成，每块板上又有许多焊点，板间或模块间又通过插接件及电缆相连。因此，任何虚焊或接触不良，都可能引起故障。当用绝缘物轻轻敲打有虚焊及接触不良的疑点处，故障肯定会重复再现。局部升温CNC系统经过长期运行后元器件均要老化，性能会变坏。当它们尚未完全损坏时，出现的故障变得时有时无。这时可用热吹风机或电烙铁等来局部升温被怀疑的元器件，加速其老化，以便彻底暴露故障部件。当然，采用此法时，一定要注意元器件的温度参数等，不要将原来是好的器件烤坏。原理分析法根据CNC系统的组成原理，可从逻辑上分析各点的逻辑电平和特征参数（如电压值或波形），然后用万用表、逻辑笔、示波器或逻辑分析仪进行测量、分析和比较，从而对故障定位。运用这种方法，要求维修人员必须对整个系统或每个电路的原理有清楚的、较深的了解。除了以上常用的故障检查测试方法外，还有拔板法，电压拉偏法，开环检测法以及在上章中曾提出的诊断方法等多种。这些检查方法各有特点，按照不同的故障现象，可以同时选择几种方法灵活应用，对故障进行综合分析，才能逐步缩小故障范围，较快地排除故障。三故障排除的一般方法当数控系统出现报警发生故障时，维修人员不要急于动手处理，而应多进行观察和试验。充分调查故障现场这是维修人员取得第一手材料的一个重要手段。一方面要向操作者调查，详细询问出现故障的全过程，查看故障记录单，了解发生过什么现象，曾采取过什么措施等；另一方面，要对现场要做细致的勘查。从系统的外观到系统内部各印刷线路板都应细心地察看是否有异常之处。在确认系统通电无危险有情况下，方可通电，观察系统有何异常，CRT显示的内容等。认真分析产生故障的起因当前的CNC系统智能化程度都比较低，系统尚不能自动诊断出发生故障的确切原因。往往是同一报警号可以有多种起因，不可能将故障缩小到具体的某一部件。因此，在分析故障的起因时，一定要思路开阔。往往有这种情况，自诊断出系统的某一部分有故障，但究其起源，却不在数控系统，而是在机械部分。所以，无论是CNC系统，机床强电，还是机械、液压、气路等，只要有可能引起该故障的原因，都要尽可能全面地列出来，进行综合判断和筛选，然后通过必要的试验，达到确诊和最终排除故障的目的。造成数控系统故障而又不易发现的另一个重要原因是干扰。根据经验，大致有下面几种原因。（）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。有些机床生产为了图省事，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4.31所示）也是造成干扰的一种因素。（）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入端并联RC网络，而在直流接触器或在直流电磁阀的线圈两端反相并入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（如图4.32所示）。但要注意一点，这些并入的吸收网络的连线不应大于20cm，否则，其效果就不理想。同时，查CNC系统的控制电路的输入电源部分，也要采取措施。一般多用浪涌吸收器并联在电源线间，如图4.33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。（）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