数控机床控制系统故障诊断与维护.doc

数控机床控制系统故障诊断与维护作者： 学校：专业：数控技术年级： 学号：指导教师： 2010年9月1日数控机床控制系统故障诊断与维护目录一、数控机床-4 （一）数控加工的概念-4（二）数控机床的特点-4（三）数控机床使用中应注意的事项-5二、数控机床的维护-6（一）制订数控系统日常维护的规章制度-6（二）应尽量少开数控柜和强电柜门-6（三）定时清扫树控柜的散热通风系统-7（四）经常监视数控系统用的电网电压-7（五）定期更换存储器用电池-7（六）数控系统长期不用时的维护-7三、数控机床控制系统故障诊断检测-8（一）数控机床控制系统的故障诊断-8（二）数控机床故障的实用诊断方法-8四、故障诊断实例实例、一-10实例、二-11实例、三-11五、结语-12内容提要科学技术的发展，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。主要介绍数控机床使用中应注意的事项、数控机床的维护主要包括：制订数控系统日常维护的规章制度、应尽量少开数控柜和强电柜门、定时清扫树控柜的散热通风系统、定期更换存储器用电池、经常监视数控系统用的电网电压、数控系统长期不用时的维护数控机床的故障诊断包括：数控系统自诊断、在线诊断、离线诊断、还有一种新型的远程诊断。数控机床故障的实用诊断方法常用的有仪器、仪表、及工具万用表可测电阻、交、直流电压、电流。包括一台配套FANUC 15MA数控系统的龙门加工中心、某配套FUNAC 0M的立式加工中心、青海XH755卧式加工中心故障诊断实例。数控机床是机电一体化紧密结合的典范，是一个庞大的系统，涉及机、电、液、气、电子、光等各项技术，在运行使用中不可避免地要产生各种故障，关键的问题是如何迅速诊断，确定故障部位，并及时排除解决，保证正常使用，提高生产效率。关键词：概念；维护；检修数控机床控制系统故障诊断与维护前言科学技术的发展，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。一、数控机床1. 数控加工的概念 （参考文献）数控机床的工作原理就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、工件的松开与夹紧、进刀与退刀、开车与停车、自动关停冷却液）和步骤以及工件的形状尺寸用数字化的代码表示，通过控制介质（如穿孔纸带或磁盘等）将数字信息送入数控装置，数控装置对输入的信息进行处理与运算，发出各种控制信号，控制机床的伺服系统或其他驱动元件，使机床自动加工出所需要的工件。所以，数控加工的关键是加工数据和工艺参数的获取，即数控编程。数控加工一般包括以下几个内容：(1) 对图纸进行分析，确定需要数控加工的部分；(2) 利用图形软件（如CAXA制造工程师）对需要数控加工的部分造型；(3) 根据加工条件，选择合适的加工参数，生成加工轨迹（包括粗加工、半精加工、精加工轨迹）；(4) 轨迹的仿真检验；(5) 生成G代码；(6) 传给机床加工。2. 数控机床的特点(1) 具有高度柔性在数控机床上加工零件，主要取决于加工程序，它与普通机床不同，不必制造、更换许多工具、夹具，不需要经常调整机床。因此，数控机床适用于零件频繁更换的场合。也就是适合单件、小批生产及新产品的开发，缩短了生产准备周期，节省了大量工艺设备的费用。(2) 加工精度高数控机床的加工精度，一般可达到0.0050.1mm，数控机床是按数字信号形式控制的，数控装置每输出一个脉冲信号，则机床移动部件移动一个脉冲当量（一般为0.001mm），而且机床进给传动链的反向间隙与丝杠螺距平均误差可由数控装置进行补偿，因此，数控机床定位精度比较高。(3) 加工质量稳定、可靠加工同一批零件，在同一机床，在相同加工条件下，使用相同刀具和加工程序，刀具的走刀轨迹完全相同，零件的一致性好，质量稳定。(4) 生产率高数控机床可有效地减少零件的加工时间和辅助时间，数控机床的主轴转速和进给量的范围大，允许机床进行大切削量的强力切削，数控机床目前正进入高速加工时代，数控机床移动部件的快速移动和定位及高速切削加工，减少了半成品的工序间周转时间，提高了生产效率。(5) 改善劳动条件使换向器表面腐蚀，造成换向性能变坏，甚至使整台电动机损坏。数控机床加工前经调整好后，输入程序并启动，机床就能自动连续的进行加工，直至加工结束。操作者主要是程序的输入、编辑、装卸零件、刀具准备、加工状态的观测，零件的检验等工作，劳动强度极大降低，机床操作者的劳动趋于智力型工作。另外，机床一般是封闭式加工，即清洁，又安全。(6) 利于生产管理现代化数控机床的加工，可预先精确估计加工时间，所使用的刀具、夹具可进行规范化、现代化管理。数控机床使用数字信号与标准代码为控制信息，易于实现加工信息的标准化，目前已与计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）有机地结合起来，是现代集成制造技术的基础。3. 数控机床使用中应注意的事项使用数控机床之前，应仔细阅读机床使用说明书以及其他有关资料，以便正确操作使用机床，并注意以下几点：(1) 机床操作、维修人员必须是掌握相应机床专业知识的专业人员或经过技术培训的人员，且必须按安全操作规程及安全操作规定操作机床；(2) 非专业人员不得打开电柜门，打开电柜门前必须确认已经关掉了机床总电源开关。只有专业维修人员才允许打开电柜门，进行通电检修；(3) 除一些供用户使用并可以改动的参数外，其它系统参数、主轴参数、伺服参数等，用户不能私自修改，否则将给操作者带来设备、工件、人身等伤害；(4) 修改参数后，进行第一次加工时，机床在不装刀具和工件的情况下用机床锁住、单程序段等方式进行试运行，确认机床正常后再使用机床；(5) 机床的PLC程序是机床制造商按机床需要设计的，不需要修改。不正确的修改，操作机床可能造成机床的损坏，甚至伤害操作者；(6) 建议机床连续运行最多24小时，如果连续运行时间太长会影响电气系统和部分机械器件的寿命，从而会影响机床的精度；(7) 机床全部连接器、接头等，不允许带电拔、插操作，否则将引起严重的后果。二、数控机床的维护 （参考文献） 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，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，三、数控机床;故障诊断;检测1数控机床的故障诊断技术（1）数控系统自诊断。开机自诊断数控系统在通电开机后，都要运行开机自诊断程序，对系统中关键的硬件和控制软件进行检测，并将检测结果在CRT上显示出来。运行自诊断运行自诊断是数控系统正常工作时，运行内部诊断程序，对系统本身、PLC、位置伺服单元以及与数控装置相连的其他外部装置进行自动测试、检查，并显示有关状态信息和故障信息。（2）、在线诊断和离线诊断。在线诊断是指通过数控系统的控制程序，在系统处于正常运行状态下，实时自动地对数控装置、PLC控制器、伺服系统、PLC的输入输出和其他外部装置进行自检，并显示状态信息、故障信息。脱机诊断当数控系统出现故障时，需要停机进行检查，这就是脱机诊断。脱机诊断的目的是修复系统的错误和定位故障，将故障定位在最小的范围。（3）远程诊断实现远程诊断的数控系统，必须具备计算机网络功能。因此，远程诊断是近几年发展起来的一种新型的诊断技术。数控机床利用数控系统的网络功能通过互联网连接到机床制造厂家，数控机床出现故障后，通过机床厂家的专业人员远程诊断，快速确诊故障。2数控机床故障的实用诊断方法诊断常用的仪器、仪表及工具万用表-可测电阻、交、直流电压、电流。相序表-可检测直流驱动装置输入电流的相序。转速表-可测量伺服电动机的转速，是检查伺服调速系统的重要依据。钳形电流表-可不断线检测电流。测振仪-是振动检测中最常用、最基本的仪器。短路追踪仪-可检测电气维修中经常碰到的短路故障现象。逻辑测试笔-可测量数字电路的脉冲、电平。IC测试仪-用于数控系统集成电路元件的检测和筛选。工具-弹头钩形扳手、拉锥度平键工具、弹性手锤、拉卸工具等。诊断用技术资料主要有：数控机床电气说明书，电气控制原理图，电气连接图，参数表， PLC程序，编程手册，数控系统安装与维修手册，伺服驱动系统使用说明书等。数控机床的技术资料非常重要，必须参照机床实物认真仔细地阅读。一旦机床发生故障，在进行分析的同时查阅相关资料。故障处理。故障软故障-由调整、参数设置或操作不当引起硬故障-由数控机床(控制、检测、驱动、液气、机械装置)的硬件失效引起。故障处理对策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。数控系统故障诊断方法。直观法(望闻问切)：问-机床的故障现象、加工状况等看-CRT报警信息、报警指示灯、电容器等元件变形烟熏烧焦、保护器脱扣等听-异常声响闻-电气元件焦糊味及其它异味摸-发热、振动、接触不良等。参数检查法：参数通常是存放在RAM中，有时电池电压不足、系统长期不通电或外部干扰都会使参数丢失或混乱，应根据故障特征，检查和校对有关参数。隔离法：一些故障，难以区分是数控部分，还是伺服系统或机械部分造成的，常采用隔离法。同类对调法用同功能的备用板替换被怀疑有故障的模板，或将功能相同的模板或单元相互交换。功能程序测试法：将G、M、S、T、功能的全部指令编写一些小程序，在诊断故障时运行这些程序，即可判断功能的缺失。 故障诊断应遵循的原则。第一，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，由外向内逐一进行检查排除。第二，先机械后电气首先检查机械是否正常，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。第三，先静后动维修人员本身要做到先静后动。首先询问机床操作人员故障发生的过程及状态，查阅机床说明书、图纸资料，进行分析后，才可动手查找和处理故障。四、维修实例实例、一故障现象：一台配套FANUC 15MA数控系统的龙门加工中心，在起动完成、进入可操作状态后，X轴只要一运动即出现高频振荡，电动机产生尖叫，系统无任何报警。 分析与处理过程：在故障出现后，观察X轴拖板，发现实际拖板振动位移很小；但触摸电动机输出轴，可感觉到转子在以很小的幅度、极高的频率振动：且振动的噪声就来自X轴伺服电动机。 考虑到振动无论是在运动中还是静止时均发生，与运动速度无关，故基本上可以排除测速发电机、位置反馈编码器等硬件损坏的可能性。 分析可能的原因是CNC中与伺服驱动有关的参数设定、调整不当引起的：且由于机床振动频率很高，因此时间常数较小的电流环引起振动的可能性较大。 由于FANUC 15MA数控系统采用的是数字伺服，伺服参数的调整可以直接通过系统进行，维修时调出伺服调整参数页面，并与机床随机资料中提供的参数表对照，发现参数PRMl852、PRMl825与提供值不符，设定值见下： 参数号 正常值 实际设定值 1852 1000 3414 1825 2000 2770 将上述参数重新修改后，振动现象消失，机床恢复正常运行。FANUC0i中绝对编码器故障故障原因： 编码器与伺服模块之间通讯错误，数据不能正常传送。恢复方法： 在该报警中牵涉三个环节：编码器，电缆，伺服模块。 先检测电缆接口，再轻轻晃动电缆，注意看是否有报警，如果有，修理或更换电缆。 在排除电缆原因后，可采用置换法，对编码器和伺服模块进行进一步确认。实例、二故障现象：某配套FUNAC 0M的立式加工中心，在手动操作时发现，显示变化，但实际坐标轴没有运动，系统无报警显示。分析及处理过程：为了迅速判别坐标轴不运动的原因，检查时首先检查了移动坐标轴时，电动机是否转动。经观察，发现该机床各轴伺服电动机均未转动。考虑到FANUC 0M为闭环系统，对于这种结构，出现显示变化，但伺服电动机不转，且系统无