数控机床故障诊断与维修.ppt

数控机床故障诊断与维修 机电工程学院数控技术系 第一章绪论 一 数控机床的组成数控机床由数控装置 伺服驱动装置 检测反馈装置和机床本体四大部分组成 再加上程序的输入 输出设备 可编程控制器 电源等辅助部分 1 数控装置 数控系统的核心 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 一 数控机床的组成 2 伺服驱动装置是数控装置和机床主机之间的联接环节 接受数控装置的生成的进给信号 经放大驱动主机的执行机构 实现机床运动 3 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 4 机床本体是数控机床的机械结构件 床身箱体 立柱 导轨 工作台 主轴和进给机构等 二 数控机床故障诊断 1 故障的基本概念故障 数控机床全部或部分丧失原有的功能 故障诊断 在数控机床运行中 根据设备的故障现象 在掌握数控系统各部分工作原理的前提下 对现行的状态进行分析 并辅以必要检测手段 查明故障的部位和原因 提出有效的维修对策 二 数控机床故障诊断 2 故障的分类1 从故障的起因分类关联性故障 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 非关联性故障 和系统本身结构与制造无关的故障 2 从故障发生的状态分类突然故障 发生前无故障征兆 使用不当 渐变故障 发生前有故障征兆 逐渐严重 3 按故障发生的性质分类软件故障 程序编制错误 参数设置不正确 机床操作失误等引起 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 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 4 按故障的严重程度分类危险性故障 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 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 3 数控系统的可靠性数控机床除了具有高精度 高效率和高技术的要求外 还应该具有高可靠性 衡量的指标有 MTBF 平均无故障时间MTTR 排除故障的修理时间平均有效度A A MTBF MTBF MTTR 数控设备使用寿命 故障频率曲线 4 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 四 数控诊断技术的发展 1 通讯诊断 远程 海外诊断 用户机床的通讯口通过电话线和维修中心的专用通讯诊断计算机相连 计算机发诊断程序用户测试数据计算机诊断结果和处理方法用户特点 实用简便 有一定的局限性 四 数控诊断技术的发展 2 自修复系统当诊断软件发现数控机床在运行中某一模块有故障时 系统在CRT上显示的同时 自动寻找备用模块并接上 特点 实用但成本比较高 而且只适合总线结构的CNC系统 四 数控诊断技术的发展 3 人工智能专家故障诊断系统 4 人工神经元网络 ANN 诊断ANN具有联想 容错 记忆 自适应 自学习和处理复杂多模式故障等特点 这种方法将被诊断的系统的症状作为网络的输入 将按一定数学模型所求得的故障原因作为网络的输出 并且神经网络将经过学习所得到的知识以分布的方式隐存在网络上 每个输出神经元对应着一个故障原因 五 课程的基本要求与特点 熟悉数控机床各组成部分的工作原理与结构确立数控机床故障诊断的基本思路与实施诊断的步骤及注意事项掌握常用测试仪器的使用方法通过理论和实训环节的教学 能实施对数控机床的故障分析和诊断 课程涉及内容广 故障检测 分析难度高 第二章数控机床维护及故障诊断 第一节数控机床的验收与精度检测第二节数控机床的维护第三节数控机床的故障处理第四节数控系统故障诊断的方法第五节数控机床的抗干扰 第一节数控机床的验收与精度检测 一 数控机床的验收1 机床性能主轴性能手动操作 高 中 低三挡转速连续进行五次正 反转的起动 停止 检验其动作的灵活性和可靠性 观察功率 转速 主轴的准停及机床的振动情况 一 数控机床的验收 一 机床性能进给性能通过回原点 手动操作和手动数据输入方式操作 检验正 反向的低 中 高速的进给运动的起动 停止 点动等动作的平稳性和可靠性 并检查回原点的准确性和可靠性 软 硬限位是否确实可靠 一 数控机床的验收 一 机床性能自动换刀性能通过手动和M06指令自动运行 检验换刀的可靠性 灵活性和平稳性并测定换刀时间是否符合要求 机床噪声主轴箱 冷却风扇 液压油泵等噪声小于85分贝 一 数控机床的验收 二 数控功能指令功能 指令的功能实现及准确性操作功能 检验回原点 执行程序 进给倍率 急停等功能的准确性CRT显示功能 检验位置 程序 各种菜单显示功能三 连续空载运行进行8 16小时的空载自动连续运行 一 数控机床的验收 四 验收检查项目数控系统外观检查 各部分破损 碰伤 控制柜元器件的紧固检查 接插件 接线端子 元器件的固定 输入电源电压 相序的确认检查直流输出电压 24V 5V 确认数控系统与机床侧的接口确认数控系统各参数的设定 最佳性能 二 精度检验 1 几何精度检验 静态精度检验 是综合反映机床关键零部件经组装后的综合几何形状误差 有各坐标轴的相互垂直度 台面的平行度 主轴的轴向和径向跳动等检验项目 2 定位精度检验是测量机床各坐标轴在数控系统控制下所能达到的位置精度 有直线运动定位精度 直线运动重复定位精度 直线运动的原点复归精度 直线运动失动量 回转工作台的定位精度 回转工作台的重复分度精度 数控回转工作台的失动量 回转工作台的原点复归精度等 3 切削精度检验 对数控车床 外圆车削 直径 圆度 端面车削 平面度 螺纹车削 螺距积累误差 等 第二节数控机床的维护 一 点检点检 按有关维护文件的规定 对数控机床进行定点 定时的检查和维护点检要求和内容专职点检 重点设备 部位 设备部门 日常点检 一般设备的检查及维护 车间 生产点检 开机前检查 润滑 日常清洁 紧固等工作 操作者 二 数控系统的日常维护 机床电气柜的散热通风门上热交换器或轴流风扇对控制柜的内外进行空气循环 少开柜门 纸带阅读机的定期维护对光电头 纸带压板定期进行防污处理支持电池的定期更换在机床断电期间 有电池供电保持存储在COMS器件内的机床数据 二 数控系统的日常维护 检测反馈元件的维护光电编码器 接近开关 行程开关与撞块 光栅等元件的检查和维护备用电路板的定期通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 诊断常用的仪器仪表及工具 1 仪器仪表万用表 可测电阻 交 直流电压 电流指针式 有测量过程数字式 直接读数相序表 可检查直流驱动装置输入电流的相序双踪示波器 检查信号波形钳形电流表 不断线检测电流 三 诊断常用的仪器仪表及工具 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 机械故障诊断仪对机械故障进行检测 分析与诊断 2 工具 一 螺丝刀 钳子 镊子 烙铁等 四 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 数控机床电气使用说明书数控机床电气原理图数控机床电气连接图数控机床结构简图数控机床参数表数控机床PLC控制程序 四 诊断用技术资料 数控系统操作手册数控系统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数控机车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 第三节故障处理 一 故障软故障 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 硬故障 由数控机床 控制 检测 驱动 液气 机械装置 的硬件失效引起二 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 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机床故障时的运行方式CRT显示的内容 报警信号和报警号 驱动装置 变频器等显示的报警指示故障时轴的定位误差刀具轨迹是否正常辅助机能的运行状态 2 检查加工程序及操作情况是否为新编制的加工程序刀具补偿指令及补偿量是否正确故障是否与换刀有关故障是否与进给速度有关操作者的情况 新手 3 检查系统的输入电压输入电压的波动 电压值是否在正常范围附近有否使用大电流的装置 4 检查环境状态CNC周围的温度状况控制柜热交换器 轴流风扇工作情况系统周围的振动情况附近有否高频干扰源5 检查机床状况熔丝是否已熔断故障前是否修理过机床或设置过参数机床是否已调整好 在运行过程中是否改变过工作方式机床是否正处于急停 锁住状态速度倍率开关是否设为零进给保持按钮是否被按下间隙补偿量是否合适机床各信号电缆有否破损信号线和电源线是否分开走线屏蔽线接地是否正确 第三节数控系统故障诊断方法 一 诊断步骤和要求故障检测 确定有否故障 1 故障诊断故障判断 确定故障性质 故障定位 确定故障部位 2 故障诊断要求 故障检测方法简便有效使用的诊断仪器少而实用故障诊断的所需的时间尽可能短 二 常用故障诊断方法 1 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 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 触点火花等听 异常声响 铁芯 欠压 振动等 闻 电气元件焦糊味及其它异味摸 发热 振动 接触不良等 二 常用故障诊断方法 2 CNC系统的自诊断功能开机自诊断 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 例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 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 二 常用故障诊断方法 3 数据和状态检查CNC系统的自诊断不但能在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接口检查参数检查 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侧 机床侧的开关信号是否已输入到系统 从而确定故障是在机床测还是在系统侧 例 NCP400L数控车床接口状态 接口检查 38C0H00110010 二 常用故障诊断方法 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 机床将不能正常工作 可调出机床参数进行检查 修改或传送 二 常用故障诊断方法 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 由此可判断故障的原因 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 二 常用故障诊断方法 六 将功能相同的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 二 常用故障诊断方法 七 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 八 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 二 常用故障诊断方法 九 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功能的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 二 常用故障诊断方法 十 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 例 某加工中心 在JOG方式下 进给平稳 但自动则不正常 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 二 常用故障诊断方法 十一 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 各种故障诊断方法各有特点 要根据故障现象的特点灵活的组合应用 第四节电源的维护与保养 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 2 通过电源配置提供给数控机床所需要的各种电源 以满足不同负载的要求 一般有 380V 220V 200V 24V以及5V等 第四节电源的维护与保养 2 维护保养内容三相电源的电压值是否正常 有否偏相所有电气连接是否良好各类开关是否有效各继电器 接触器是否正常工作检验热继电器 电弧抑制器等保护器件是否有效检查电气柜防尘滤网 冷却风扇是否正常 第五节数控机床的抗干扰 一 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 二 供电线路干扰输入电压过压或欠压引起电源报警而停机电源波形畸变 引起错误信息会导致CPU停止运行 第五节数控机床的抗干扰 三 信号传输干扰数控信号在传递过程中受到外界的干扰串模干扰 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 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 四 抗干扰措施 1 减少供电线路的干扰数控机床远离具有中 高频电源的设备数控机床不要和大功率且频繁起 停的设备在同一供电干线上在电源电压波动较大的地区 加稳压电源动力线和信号线分开走线信号线采用屏蔽线或双绞线控制线和电源线相交时 要采用直角相交 四 抗干扰措施 2 减少机床控制中的干扰压敏电阻保护 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 四 抗干扰措施 3 屏蔽技术 电磁 静电屏蔽 信号线采用屏蔽线 铜质网状 穿在铁质蛇皮管或铁管中关键元件或组件采用金属容器屏蔽4 保证 接地 良好 接地 是数控机床安装中一项关键的抗干扰技术措施 电网的许多干扰都市通过 接地 对机床起作用的 信号地 用来提供电信号的基准电压 0V 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 接地线要粗 应大于电源线的截面积 数控机床的地线系统 第三章数控机床机械结构故障诊断 第一节数控机床机械故障诊断方法第二节主轴部件第三节滚珠丝杠螺母副第四节导轨副第五节刀库及换刀装置第六节液压与气压传动系统 第三章数控机床机械结构故障诊断 一 故障与故障诊断数控机床在机械结构上和普通机床不同点在于传动链缩短 传动部件的精度高 机械维护的面更广 主轴 进给轴 导轨和丝杠 刀库和换刀装置 液压和气动等 熟悉机械故障的特征 掌握数控机床机械故障的诊断的方法和手段 还要注意数控机床机电之间的内在联系 第一节数控机床机械故障诊断方法 1 机械故障的原因机床在运行过程中 机械零部件受到力 热 摩擦以及磨损等诸多因素的作用 使其领部件偏离或丧失原有的功能 2 机械故障诊断机床运行状态的识别 运行状态的信号获取 特征参数的分析 故障性质的判断和故障部位的确定 第一节数控机床机械故障诊断方法 二 机械故障诊断的方法实用诊断技术 问 听 看 闻 摸 查 振动 噪声测试 幅值大小 频率结构 油液分析 磨粒成分 型貌 数量 温度测试 表面温度及变化规律 超声 X射线探伤 机件内部缺陷 专家诊断系统 专家的经验 数据 第一节数控机床机械故障诊断方法 1 实用诊断技术问 操作者 渐 突发 故障现象 加工件的情况 传动系统的运动和动力 润滑 保养和检修情况 看 机床的转速变化 工件的表面粗糙度和振纹 颜色伤痕等明显症状听 机床运转声 强弱 频率高低等 闻 润滑油脂氧化蒸发油烟气焦糊气 第一节数控机床机械故障诊断方法 1 实用诊断技术触 用手感来判别机床的故障 温升 振动 伤痕和波纹 爬行 松紧 实用诊断技术在机械故障的诊断中具有实用简便 快速有效的特点 但诊断效果的好坏在很大程度上要凭借维修技术人员的经验 而且有一定的局限性 对一些疑难故障难以奏效 二 机械故障诊断的方法 2 机械振动检测诊断法以机床振动作为信息源 在机床运行过程中获取信号 对信号作各种处理和分析 通过某些特征量的变化来判别有无故障 根据由以往诊断经验形成的一些判据来确定故障的性质并综合一些其他依据来进一步确定故障的部位 具有实用可靠 判断准确的特点 2 机械振动检测诊断法 诊断过程1 阅被诊断设备的技术资料 分析传动关系 计算传动件的特征值 2 获取信号 信号调理与处理 3 信号分析 故障判断 部位 性质 故障振动信号分类1 平稳性故障信号2 冲击性故障信号 2 机械振动检测诊断法 1 平稳性故障信号 机械结构在正弦周期性力信号 复杂周期性力信号和准周期性力信号 轴弯曲 偏心 滚子失圆等渐变性故障 作用下产生的响应信号 特点 响应信号的频率成分与激励信号的频率成分相同 频谱为有限根谱线 而且能量集中在故障的特征频率及其倍频上 2 机械振动检测诊断法 2 冲击性故障信号机械结构在周期性冲击力作用下的脉冲响应 他与冲击信号本身有很大的不同 特点 信号能量短时间释放 其频谱为无穷根谱线 间隔等于脉冲发生的频率 能量集中于基频 2 机械振动检测诊断法 信号分析方法1 时域分析法 直观 了解信号的幅值和时间的关系 确定振动的程度 设备是否有故障及严重程度 不能确定故障部位 特征量的统计分析 相关分析等 均值 有效值 均方根值 方差等 2 机械振动检测诊断法 信号分析方法2 频域分析法 了解信号的频率结构 寻找故障源 幅值谱分析 应用傅里叶变换 傅里叶傅里叶积分将时域信号变为频域信号 功率谱分析 在频域中对信号能量或功率分布情况的描述 滤波谱 分析平稳性故障信号解调谱 分析冲击性故障信号 2 机械振动检测诊断法 测试仪器系统 2 机械振动检测诊断法 诊断实例1 了解设备的运行状态 设备在运行中有什么异常情况 不同速度档位有什么区别 2 得到设备的有关资料 设备的传动系统图 轴承分布图等技术资料 并对其进行分析 3 计算传动链和传动件的特征频率 计算传动链 计算各传动件的特征频率系数 对设备进行诊断测试1 放置测振 测速传感器 位置 信号要求 一般选振动或噪声较大的部位 2 连接仪器系统 3 开动被测设备 4 调节测速电平 显示主轴转速并记录 5 从较高频段开始测试 逐渐到较低频段 并调节放大器的增益 使信号处于最佳状态 6 记录 打印测试结果 传动链 30 60 27 30 27 57 特征系数4 69140 2 3563 332 157 1 0特征频率3 58107 41 7948 321 6143 50 763故障诊断分析1 由主轴转频计算各传动件的特征频率 2 对照计算值和测试结果 由前述机械故障诊断知识进行分析 判断故障的部位和故障性质 得出诊断结果 第二节主轴部件 主轴部件的性能要求高回转精度 足够的功率输出 刚度 抗振性 温升以及自动变速 准停和自动换刀等要求 主轴部件的结构成组高精度轴承 滚动 静压 磁力 陶瓷 及其配置 轴承间隙调整和润滑密封以及满足工件的自动装夹要求 第二节主轴部件 主轴的维护特点1 主轴润滑减少摩擦 带走热量 磨损和热变形 循环润滑方式 液压泵供油强力润滑和油脂润滑 油气润滑方式 定时定量把油雾送进轴承空隙中 喷注润滑方式 较大流量的恒温油喷注到主轴轴承 大容量恒温油箱 第二节主轴部件 2 防泄露 主轴故障诊断故障现象故障原因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 主轴强力电机与主轴传动的皮带过松 切削停转皮带表面有油 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 主轴故障诊断故障现象故障原因4 主轴噪声缺少润滑 皮带轮动平衡 振动 不佳 带轮过紧 齿轮磨损或啮合间隙过大 轴承损坏5 主轴没有或油泵转向不正确 油管或润滑不足滤油器堵塞 油压不足 第二节主轴部件 主轴故障诊断故障现象故障原因6 刀具不能蝶形弹簧位移量太小 刀夹紧具松夹弹簧上螺母松动7 刀具夹紧后刀具松夹弹簧压合过紧 不能松开液压缸压力和行程不够 第三节滚珠丝杠螺母副 滚珠丝杠螺母副的维护1 轴向间隙的调整保证反向传动精度和轴向刚度 垫片调隙式 螺纹调隙式 齿差调隙式 2 支承轴承的定期检查定期检查丝杠支承与床身的连接是否有松动以及轴承是否损坏 第三节滚珠丝杠螺母副 滚珠丝杠螺母副的维护3 滚珠丝杠副的润滑润滑剂 油 脂 可提高耐磨性和传动效率 工作前 半年 4 滚珠丝杠的防护防止硬质灰尘或切屑污物的进入 可采用防护罩或防护套管等 滚珠丝杠螺母副的故障诊断 故障现象故障原因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 丝杠运动轴向预紧太大 丝杠或螺母轴不灵活线与导轨不平行 丝杠弯曲 第四节导轨副 导轨副的维护1 间隙调整 保证导轨面之间合理的间隙 小摩擦力大 磨损 大运动失去准确性和平稳性 失去导向精度 2 滚动导轨的预紧 提高刚度 消除间隙3 导轨的润滑 降低摩擦系数 减少磨损 防止导轨面锈蚀 润滑方式 人工加油油杯供油 压力油润滑润滑油 粘度变化小 润滑性好 油膜刚度 第四节导轨副 4 导轨的防护防止切屑 磨粒或冷却液散落在导轨上而引起磨损 擦伤 和锈蚀 导轨面上应有可靠的防护装置 常用的有刮板式 卷帘式和叠层式防护罩 需要经常进行清理和保养 导轨故障诊断 3 导轨故障诊断 故障现象故障原因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 3 导轨故障诊断 故障现象故障原因2 移动部件导轨面研伤 导轨压板研伤 镶条与导轨间隙太小3 加工面在导轨直线度超差 工作台塞接刀处不平铁松动或塞铁弯度过大 机床水平度差使导轨发生弯曲 第五节刀库及换刀装置 刀库与换刀机械手的维护要点1 严禁把超重 超长的刀具装入刀库 防止机械手换刀时掉刀或发生碰撞2 不管什么方式选刀时 刀具号要和刀库上所需刀具一致3 手动方式放往刀库上装刀时 要确保装到位 装牢靠 刀座上的锁紧也要可靠 第五节刀库及换刀装置 刀库与换刀机械手的维护要点4 经常检查刀库的回零位置是否正确 主轴回换刀点位置到位 及时调整5 要保持刀具刀柄和刀套的清洁6 开机时 应先使刀库和机械手空运行 检查各部分工作是否正常 行程开关 电磁阀 液压系统的压力等 第五节刀库及换刀装置 刀库与换刀机械手的故障诊断故障主要表现在 刀库运动故障 定位误差过大 机械手夹持刀柄不稳定和机械手运动误差过大等故障现象故障原因1 刀库刀套不刀套上的调整螺母位置不对能卡紧刀具2 刀库不能旋转电机和蜗杆轴联轴器松动 第五节刀库及换刀装置 刀库与换刀机械手的故障诊断故障现象故障原因3 刀具从机械刀具超重 机械手卡紧销损手中脱落坏或没有弹出来4 刀具交换时换刀时主轴没有回到换刀点掉刀5 换刀速度过气压太高或太低和节流阀开快或过慢口太大或太小 第六节液压与气压传动系统 一 液压传动系统1 驱动对象液压卡盘静压导轨液压拨叉变速液压液压缸主轴箱的液压平衡液压驱动机械手和主轴上松刀液压缸等 第六节液压与气压传动系统 一 液压传动系统2 液压系统的维护要点控制油液污染 保持油液清洁 80 故障 控制液压系统中油液的温升 效率 压力 速度 动作可靠 泄漏 氧化 控制液压系统的泄漏 提高液压元件零部件的加工精度 元件和管道的安装质量以及提高密封件的质量和定期更换 第六节液压与气压传动系统 2 液压系统的维护要点防止液压系统振动和噪声 螺钉松动 管接头松脱而引起泄漏 严格执行日常点检制度 液压故障有隐蔽性 可变性和难于判断性的特点 严格执行定期紧固 清洗 过滤和更换制度 防止松动 污染 堵塞 磨损等情况的发生 第六节液压与气压传动系统 3 液压系统的点检元件和管接头是否有泄漏液压泵和液压马达运转时有否异常噪声液压缸移动时是否正常平稳液压系统的各点压力是否正常和稳定油液的温度是否在允许范围内电气控制及换向阀工作是否灵敏可靠油箱内油量是否在标线范围内 第六节液压与气压传动系统 3 液压系统的点检定期对油箱内的油液进行检验 过滤 更换 定期检查和紧固重要部位的螺钉和接头定期检查 更换密封件定期检查 清洗或更换滤芯和液压元件定期检查清洗油箱和管道 第六节液压与气压传动系统 二 气动系统1 驱动对象数控机床主轴锥孔的吹气和开关防护门主轴的松刀实现机械手的动例 某加工中心气动原理图 第六节液压与气压传动系统 二 气动系统2 气动系统维护的要点保证供给洁净的压缩空气 水分 油分 粉尘 保证空气中含有适量的润滑油 使气动控制和执行元件适度的润滑 采用压缩空气调理装置 第六节液压与气压传动系统 2 气动系统维护的要点保持气动系统的密封性 漏气将增加能量的消耗 导致供气压力下降甚至气动元件工作失常 使用仪表或肥皂水捡漏保证气动元件中运动零件的灵敏度 使用油雾分离器分离油雾保证气动装置具有合适的工作压力和运动速度 第六节液压与气压传动系统 3 气动系统的点检与定检管路系统点检 主要内容是对冷凝水和润滑油的管理 还要检查供气压力是否正常 有无漏气等气动元件的定检 主要内容是彻底处理系统的漏气现象 更换密封元件 处理管接头或联接螺钉松动 定期检查测量仪表 安全阀和压力继电器等 第四章伺服系统故障诊断 第一节主轴驱动系统主轴驱动系统 故障形式 故障诊断第二节进给伺服系统进给驱动系统 伺服系统结构形式 故障诊断第三节位置检测装置检测装置的维护 位置检测的故障诊断 第四章伺服系统故障诊断 伺服 工作台 电机 的运动速度和距离完全按CNC的指令行动 准确无误摩擦力 切削力 润滑 温度和设备 控制办法 三环结构位置环 外环 输入信号为CNC的指令和位置检测器反馈的位置信号速度环 中环 输入信号为位置环的输出和测速发电机经反馈网络处理信号 第四章伺服系统故障诊断 电流环 内环 输入信号为速度环的输出信号和经电流互感器得到的电流信号在三环系统中 位置环的输出是速度环的输入 速度环的输出是电流环的输入 电流环的输出直接控制功率变换单元 这三个环的反馈信号都是负反馈 第四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 第四章伺服系统故障诊断 一 常用主轴驱动系统介绍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 5 371 5 223 7 37kW 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 第四章伺服系统故障诊断 一 常用主轴驱动系统介绍SIEMENS公司主轴驱动系统直流主轴电动机 有1GG5 1GF5 1GL5和1GH5四个系列及配套的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 3 100kW 及配套的6SC650 6SC611A系列的主轴驱动模块 第四章伺服系统故障诊断 二 主轴伺服系统的故障形式及诊断方法主轴伺服系统发生故障时 有三种表现形式 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故障无任何故障报警信息 第四章伺服系统故障诊断 主轴伺服系统常见故障有 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 主轴伺服系统常见故障有 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 1 机械准停控制 V形槽和定位液压缸 2 磁性传感器的电气准停控制 图 3 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 主轴伺服系统常见故障有 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 主轴伺服系统常见故障有 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 第四章伺服系统故障诊断 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 调速特点是速度环的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的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 第四章伺服系统故障诊断 三 主轴直流驱动的故障诊断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 即可排除故障 第四章伺服系统故障诊断 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 1 驱动装置的组成 主轴驱动系统 第四章伺服系统故障诊断 2 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2 I 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 二 主轴通用变频器 第二节进给伺服系统 任务完成CNC对各坐标轴的位置控制组成进给驱动 位置检测及机械传动装置工作过程程序指令经插补运算得位置指令同时将检测到的实际位置信号反馈数控系统构成半或闭环控制系统 是外环为位置环内环为速度环的控制系统位置检测光栅 光电编码器 感应同步器 旋转变压器和磁栅等速度监测测速发电机和光电编码器等 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小惯量L 中惯量M系列直流伺服电动机采用PWM速度控制单元大惯量H系列直流伺服电动机 采用晶闸管速度控制单元均有过速 过流 过载等多种保护功能 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 第二节进给伺服系统 一 常见进给驱动系统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 第二节进给伺服系统 SIEMENS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 第二节进给伺服系统 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 方式一 方式二 方式三 方式四 第二节进给伺服系统 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1 常见故障超程 进给运动超过软限位或硬限位 CRT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 三 进给伺服系统的故障形式及诊断方法 常见故障 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 三 进给伺服系统的故障形式及诊断方法 常见故障 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 三 进给伺服系统的故障形式及诊断方法 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 三 进给伺服系统的故障形式及诊断方法 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 三 进给伺服系统的故障形式及诊断方法 2 故障定位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 驱动结构 模块式 四 进给驱动的故障诊断 驱动结构 单元式 四 进给驱动的故障诊断 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 四 进给驱动的故障诊断 1 直流进给驱动 晶闸管调速是利用速度调节器对晶闸管的导通角进行控制 通过改变导通角的大小来改变电枢两端的电压 从而达到调速的目的2 交流进给驱动 因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有报警显示的故障报警号400 457伺服系统错误报警报警号702 704过热报警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 FANUC系统进给驱动故障表示方式 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 FANUC系统进给驱动故障表示方式 3 无报警显示的故障机床失控速度反馈信号为正反馈信号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 定位精度低传动链误差大 伺服增益太低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 第三节位置检测装置 位置环是外环 其指令脉冲来自NC经插补运算 包含对伺服系统位置和速度的要求 位置环是伺服系统中重要的一环 检测元件的精度直接影响机床的位置精度 闭环常用光栅 半闭环常用编码器 故障形式是在CRT上显示报警号和信息轮廓误差 静态误差监视报警和测量装置监控报警 第三节位置检测装置 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 一 位置检测装置的维护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 第三节位置检测装置 一 位置检测装置的维护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 第三节位置检测装置 一 位置检测装置的维护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 第三节位置检测装置 一 位置检测装置的维护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 第三节位置检测装置 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 第三节位置检测装置 二 位置检测的故障诊断2 EXE信号处理通道放大器整形电路报警电路细分电路 第三节位置检测装置 二 位置检测的故障诊断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 第五章数控机床I O控制的故障 第一节数控机床PLC的功能第二节PLC输入 输出元件第三节数控机床PLC控制的故障诊断 第五章数控机床I O控制的故障 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 机床侧的开关量信号通过I O单元至PLC2 PLC至机床 PLC控制机床的信号通过PLC的开关量输出接口送到机床侧3 CNC至PLC 由CNC直接送入到PLC的寄存器4 PLC至CNC 第五章数控机床I O控制的故障 二 数控机床PLC的功能1 机床操作面板控制2 机床外部开关输入信号控制3 输出信号控制4 伺服控制 主轴和伺服驱动装置的使能控制 5 报警处理控制6 软盘驱动装置控制7 转换控制 第二节PLC输入 输出元件 一 输入元件1 控制开关 按钮 可锁开关 急停开关和转换开关等 2 行程开关 直动 滚动 微动式 3 接近开关 电感 电容 磁感应 光电 霍尔式等 4 压力开关 液压油在波纹管或橡皮膜的压力 5 温控开关 利用热敏元件 第五章数控机床I O控制的故障 第二节PLC输入 输出元件 失效形式 不能闭和或断开 接触不良 撞块诊断检查 弹簧有否卡死 测量接触电阻 调整 检查方式 金属片接近开关 看开关输出故障原因 开关坏 电源故障 第二节PLC输入 输出元件 二 输出元件1 接触器 控制各种电动机常见故障 线圈过热 噪声大 不能吸或断维护要求 定期检查 可动部位灵活 固定件无松动 保持触点清洁2 继电器 工作原理相同 触头多 在电路中起信号传递和转换作用 可实现多路控制 第二节PLC输入 输出元件 二 输出元件3 电磁阀