数控机床故障诊断与维修技术分解

数控机床故障诊断与维修技术数控机床故障诊断与维修技术 第一章 概述 一 数控机床故障诊断与维修工作的基本要求 1 人员条件 掌握有关数控机床机械结构和电气控制方面的知识 涉及学科 计算机控制技术 模拟与数字电路 自控理论 电机与拖动技术 数 控 加工技术 机械传动 液压和气动技术 掌握机械和电气维修中检测仪器和工具的使用 掌握常见的英文标识的意义 2 物质条件 相关器具 维修工具 测量仪器和仪表 其他辅助物品 技术资料 机床使用说明书 机床生产厂家 系统操作说明书 连接说明书 硬件 功能 维修说明书 参数说明书 交流伺服电机规格 参数说明书 伺服电机维修说明书 规格说明书 对系统功能有一定的了解 二 数控机床的故障特点 传统机床 触点控制 继电器电路 控制时间 行程 电流 电压 数控机床 计算机控制 PLC 控制 如何用 PLC 与 CNC 之间的交换信息查找故障 数控机床的故障主要分机械故障和电气故障两大类 机械故障主要表现为机床长期运转引起的磨损 需定期修复 再者就是因某些原因造 成的机械部件的损坏 突然的 故障比较明显 数控机床的电气故障主要包括硬件故障和软件故障 硬件故障主要指电气元件 印刷线路板 电线电缆 接插件的故障 需修理或更换 软件故障一般是指 PLC 逻辑控制程序产生故障 需要输入或修改某些数据甚至修改 PLC 程序 零件加工程序故障也是软件故障 最严重的软件故障是系统软件的缺失 系统软件的组成 类别类别名称名称存放位置存放位置制造者制造者 启动芯片 基本系统软件 标配 加工循环 1 系统文件 测量循环 存储或固化 EPROM FLASH MEMORY 系统生产厂家 2NC 机床数据SRAM 中 CMOS 机床制造厂家 PLC 机床数据 PLC 用户程序 PLC 报警文本 用户文件 系统设定数据 加工程序 刀具补偿参数 零点偏置参数 3 用户文件 R 参数等 存在 RAM 中 有电 池支持 机床用户 软件故障发生的原因 软件变化 软件丢失 1 误操作 在调试用户程序或调用某些参数时误操作 2 供电电池不足 RAM 电池长期使用后电压降低 停电时拔下 RAM 电池 电池电路短路或断路 电池接触不良 软件故障的排除方法 造成软件或数据丢失需重新置入 系统在运行过程中中断或停机 关机重起 有系统不稳定的问题 第二章 数控机床的安装 调试与验收 一 数控机床的安装 1 开箱检查 2 部件就位 3 连接 外部电缆的连接 若整机购买不需要做此工作 CRT MDI 面板 操作面板 电气柜 进给和主轴电机 控制单元 伺服驱动单元 电源的连接 电源变压器 输入电压和频率 电压波动范围 相序 直流电源输出对地短路 数控电源 熔断器 其他线路连接 液 气 油 4 系统参数的设定 若整机购买不需要做此工作 有些是机床工作必须设定的参数 二 数控机床的调试 1 调水平 2 通电试车 3 系统工作状态的检查 三 数控机床的验收 1 机床功能验收 主轴系统性能 高 中 低速正反转 主轴提速 主轴准停 进给系统性能 手动进给 高 中 低速 G00 和 G01 测试 自动换刀装置 可靠 平稳 换刀速度 机床噪音 电气装置绝缘 数控装置 防护装置 润滑装置 气液装置 密封 压力 其他装置 排屑 2 数控功能验收 运动指令 G00 G01 G02 G03 功能指令 平面选择 刀具补偿 暂停 固定循环等 操作功能 操作面板上的一些功能 显示功能 3 机床精度验收 几何精度 卧式数控车床几何精度检验 序号检 测 内 容检测方法允许误差 mm实测误差 a Z 轴方向垂直平面内 b X 轴方向垂直平面内 0 02 10000 012 1 往复台 Z 轴方 向运动的直线 度 c X 轴方向水平面 0 02 10000 015 2 主轴端面跳动 0 020 006 3 主轴径向跳动 0 020 005 4 主轴中心线与往复台 Z 轴方向运动的平行度 a 垂直平面内 0 02 300 只许上偏 0 014 b 水平平面内 0 015 300 只许前偏 0 01 5 主轴中心线与 X 轴垂直度 0 02 3000 008 a 垂直平面内 0 05 6 主轴中心线与刀具中心 线的偏离程度 b 水平平面内 0 05 未测 a 山行外侧 7 床身导轨面平行度 b 山行内侧 0 04 10000 03 a 垂直平面内 0 02 1000 003 8 往复台 Z 轴方向运动与 尾座中心线平行度 b 水平平面内 0 02 1000 005 9 主轴与尾座中心线之间高度偏差 0 040 035 10 尾座回转径向跳动 0 02 未测 位置精度 卧式数控车床定位精度检验项目 序号检测项目检测方法允差精度值 Z 轴0 040 027 1直线运动定位精度 在空载条件下 对所测的 坐标轴在全行程内 分 50mm 间距正和反向快速移 动定位 在每个位置上测 出实际移动距离和理论移 动距离之差 对实测数据 处理求出精度值 X 轴0 030 014 Z 轴0 0160 008 2 直线运动重复 定位精度 选择行程的中间和两端任 意三个点作为目标位置 从正向和反向进行五次定 位 测量出实际位置与目 标位置之差 X 轴0 0120 007 工作精度 加工精度 卧式数控车床切削精度检验 序号检测项目检测方法 允许 误差 圆度小于 0 005mm 1 外圆 车削 直径一致性 试件材料为 45 钢 切削速度 100 150m min 背吃刀量 0 1 0 15mm 进给量小于或等于 0 1mm r 试件长 度取最大车削直径的 1 2 或最大车削 长度的 1 3 直径大于或等于长度的 1 4 根据机床主要性能表中的最大 切削直径和最大切削长度 检测时所 采用试件直径为 150mm 长度 L1 为 200mm L2 为 20mm 小于 0 03 200mm 2 端面 车削 平面度 试件材料为灰铸铁 切削速度 100m min 背吃刀量 0 1 0 15mm 进给量小于或等于 0 1mm r 试件外 圆直径取 200mm Lmax 50mm 0 02 300mm 只许凹 3 螺纹 切削 螺距累积 误差 螺纹长度取 80mm 螺纹直径 36mm 螺纹长度大于或等于 2 倍工件 直径 螺距不超过 Z 轴丝杠螺距之 半 原机床 Z 轴丝杠螺距 5mm 所以 取螺距 2mm 精车 60 螺纹 0 02 60mm 单项检测试切件示意图如图所示 外圆车削试件 工件材料 45 钢 切削速度 100 150m mmin 背吃刀量 0 1 0 15mm 进给量 0 1mm r 机夹可转位刀具 PVD 涂层刀片 低温真空 L 500mm d L 4 测量项目 圆度 在固定端测量 0 007 L 40mm 0 01 400 L 70mm 直径的一致性 0 03 300mm 检测仪器 圆度仪 千分尺 150 面车削试件 工件材料灰铸铁 切削速度 100m min 背吃刀量 0 1 0 15mm 进给量 0 1mm r 机夹可转位刀具 PVD 涂层刀片 低温真空 检测项目 精车端面平面度 直径在 300mm 以上允许 0 02mm 内凹 测量仪器 平尺 块规 螺纹切削试件 测量项目 螺距累计误差 测量仪器 万工显 切削综合试件 1 轴类零件 圆度 D6 0 015mm 直径尺寸精度 D3 D4 D6 0 025mm 直径尺寸精度 D1 D2 D5 0 02mm 直径尺寸差 D2 D1 10 0 015mm 直径尺寸差 D3 D4 0 0 020mm 长度尺寸精度 L1 20 0 025mm 长度尺寸精度 L2 170 0 035mm 2 盘类零件 略 第三章 数控机床的维护 一 随机的安全使用手册 二 数控系统操作手册中提出的警告和注意事项 三 点检 四 注意的其他问题 数控机床的使用环境 电源的波动 经常通电 严格遵守操作规程和日常维护制度 不要经常打开电气柜 定期清扫数控 电气柜中的通风系统 更换 COMS 的电池 编码器的电池 五 机械部件的维护 主传动链的维护 同步齿形带松 主轴箱油温 润滑油换油 清洗过滤器 滚珠丝杠的维护 注意观察轴向间隙 润滑 避免杂质进入 刀库与换刀装置的维护 装刀到位 锁紧可靠 刀具碰撞 刀柄清洁 换刀位置 液压系统的维护 定期更换和过滤油液 定期检查或更换密封件 定期清洗和更换液压件 定期检查过滤系统和液压管路 定期检查泄露 噪音 振动 压力 油温 气动系统的维护 过滤 防止气动件生锈 油雾气的供油量 密封 压力 定期清洗更换气动元件 数控机床机械故障诊断方法数控机床机械故障诊断方法 主轴部件的常见故障主轴部件的常见故障 滚珠丝杠常见故障滚珠丝杠常见故障 刀架 刀库及换刀装置主要故障刀架 刀库及换刀装置主要故障 液压系统主要故障液压系统主要故障 第四章 数控系统故障诊断基础知识 一 概述 1 主流数控系统介绍 FANUC F0 系列 A B C D F0i 系列 A B C F16 系列 F18 系列 伺服驱动及伺服电机 伺服电机驱动模块 电源模块 主轴电机 伺服电机 主轴驱动 SIEMENS 810 802 840C 840D FAGOR 8055i 8070 华中数控 2 数控系统的主要功能 基本功能 控制轴功能 准备功能 插补功能 进给功能 刀具功能 补偿功能 主轴功能 辅助功能 显示功能 诊断功能 选择功能 固定循环 图形显示功能 通讯功能 RS232 接口 DNC 网络 远程协同与诊断 人机对话功能 3 数控的组成框图 二 典型数控系统的硬件结构 FANUC0i 1 FANUC0i TB 数控系统的配置 名称名称型号型号额定输出额定输出额定转矩额定转矩最大转速最大转速转动惯量转动惯量 CNC 包 括控制单 元 FANUC0i TB PMCPMC SB7 PSM 30i 电源模块 26KW SPM26i 主轴模块 i 系列伺 服放大器 SVM2 40 40i 双轴伺服 模块 CNC 装置 PLC 主轴驱动 位置检测 主轴电机 速度检测 机床 进给电机 速度检测 位置检测 进给驱动 i 系列 主轴电机 22 7000i 主轴电机 22KW 26KW 连续 30 分钟 140 N m6000rpm0 128 kg m2 8 3000i X 轴电机 带抱闸 1 6KW8N m3000rpm0 0026kg m2 i 系列伺 服电机 8 3000i Z 轴电机 1 6KW8N m3000rpm0 0026kg m2 2 FANUC0i TB 数控系统的外部连接 三 FANUC0i 数控系统的参数 数控系统的参数用来完成 CNC 系统与机床各部件的匹配 以实现数控机床的各种功 能 它是机床正常工作及其性能充分发挥的重要保证 一般数控机床在出厂时 数控系统的参数已经设定 用户不必进行改动 如若丢失需 重新传入 有些参数系统生产厂家在公开发行的资料中不做介绍 只是随机提供 但用户不能搞 清其具体含义 1 FANUC0i 数控系统参数的含义 2 FANUC0i 数控系统参数的显示及修改 3 FANUC0i TB 数控车床参数的设置 系统参数 P9900 以上为系统参数 控制轴设定 NC 参数 P1010 CNC 控制轴数 2 P1020 各编程轴的名称定义 A1 88 第一轴为 X 轴 A2 90 第二轴为 Z 轴 P1022 在基本坐标系中设定各坐标轴的名称 A1 1 基本坐标系中的 X 轴 A2 3 基本坐标系中的 Z 轴 若该参数不设置 将无法执行 G02 G03 P1023 各轴的伺服轴号 A1 1 A2 2 伺服引导 SERVO SETTING 伺服系统参数的初始化 没有进行伺服引导 前 LCD 出现 417 报警 初始化之前确定 初始化之前确定 NC 单元的类型 0i B 系列 伺服电动机的类型 X 轴 8B 3000i Z 轴 8 3000i 电动机内的脉冲编码器 i 脉冲编码器 是否使用分离型位置编码器 如光栅尺 未使用 半闭环 伺服电机转一转工作台移动的距离 根据传动系统设置 如 10mm r 机床的检测单位 可测量出的机床位置的最小单位 0 001mm NC 的指令单位 0 001mm 初始化开始 初始化开始 显示伺服参数设定画面 P3111 0 1 重起动 SERVO SET X 轴 Z 轴 INITIAL SET BITS 初始化设定 00001010 00001010 MOTOR ID NO 伺服电机 ID 代码 177 177 AMR 编码器 00000000 00000000 CMR 指令倍乘比 102 102 FEED GEAR N 1 1 M N M 200 200 DIRECTION SET 电机旋转方向 111 111 VOLOCITY PULSE NO 速度反馈脉冲数 8192 8192 POSITION PULSE NO 速度反馈脉冲数 12500 12500 REF COUNTER 参考计数器 主轴引导 主轴伺服系统参数的初始化 没有进行主轴引导前 LCD 出现 750 751 报警 P4133 主轴电机型号代码 P4133 320 P4019 7 1 自动进行 i 系列主轴参数初始化 短电后再通电 初始化生效 P4019 7 自动复位为 0 PMC 模块和系统参数设置 PMC 程序的调试 传入 PMC 程序 调试机床控制面板程序 调试机床润滑 各进给轴的移动 各轴参考点的设置 轴行程的设置 主轴调试 自动换刀的调试 其他辅助动作的调试 如冷却 润滑等 伺服参数的优化 螺距误差补偿和反向间隙补偿 试运行 4 FANUC0i 数控系统参数的备份 利用 PCMCAI 计算机存储卡功能保存 CNC 数据 BOOT SYSTEM 画面 SRAM DATA BACK UP 四 FANUC0i 数控系统的 PLC 1 PLC 的作用 2 PLC 的输入 输出信号 输入信号 输出信号 地址 3 FANUC0i 数控系统的 PMC 指令及编程 4 FANUC0 数控系统 PMC 编程及调试软件的使用 5 PMC 程序的传输 6 PMC 程序设计 PLC 程序控制设计思路 程序功能 第一级程序主要处理急停 进给保持和 X Z 轴超程 第二级程序划分 8 个子程序功能区 系统方式控制 包括有编辑 手动数据输入 MDI 手动连续进给 JOG 方式 存储器自动运行 MEM 方式 DNC 操作方式 手动返回参考 点 手动回零 手轮操作等 系统功能控制 包括单程序段运行 选择跳段运行 空运行 选择停止 机床闭锁 存储保护 循环启动 进给保持 复位及开 关防 护门控制等 速度倍率控制包括快速 手轮倍率 进给倍率 主轴倍率控制 坐标控制包括快进 手动进给 X Z 轴方向 X Z 轴回零 超程解除等 辅助功能控制定义各种辅助功能 略 及润滑 冷却控制 主轴控制主轴正 反 停转 主轴定向及主轴速度控制 转塔刀架控制 定义刀塔计数位 刀塔计数奇偶校验 手动刀塔旋转 自动 刀塔旋转 刀塔位置检查 刀塔夹紧检查 T 代码定义及校验 等 子 程 序 报警及信息显示定义显示报警信息 略 例 机床配有 12 把刀具的圆形刀塔 换刀采用两种方式 自动刀塔旋转 和手动换刀 根据 FANUC PMC 程序中旋转 ROT 指令的规定 刀塔将计算现在 位置和目标位置之间的步数选择最短路径的旋转方向 自动换刀 PLC 流程 报警 报警 报警 功能结束 到位制动 旋转到位 刀塔正 反转旋转换刀 松制动OK 刀塔松制动 输出刀塔旋转方向 刀塔电机过载 代码正确 启动刀塔旋转功能 位置一致 刀塔位置与指令位置一致性检查 定义刀塔编码器代码 定义刀具功能指令代码 N Y N Y N Y Y N N 手动换刀流程 第五章 数控系统故障诊断与维修技术 一 概述 1 数控机床故障的分类 按故障部位分类 主机故障 电气故障 按故障的性质分 系统故障 随机故障 按有无报警信号分 有报警显示的故障 软件报警显示 NC PC 报警 硬件 报 警显示 各部件上的报警指示灯 无报警显示的故障 2 数控机床故障诊断的原则 3 数控机床故障诊断的步骤 4 数控机床故障诊断的方法 二 FANUC0i 数控系统故障诊断技术 1 FANUC0i 数控系统启动诊断 N 换刀结束 到位制动 位置一致 旋转位置与指令位置一致性检查 刀塔旋转换刀 松制动OK 刀塔松制动 按钮起动刀塔旋转换刀 选择刀具号 选择手动换刀方式 Y Y N 启动自诊断在开机时进行 诊断内容有 CPU ROM RAM EPROM I O 口 LCD MDI 单元等 全部通过转入正常运行 若检查出错误 则不转入正常运行过程 转入报警 通过 CRT 或指示灯报警 2 在线诊断 在线诊断是 CNC 通过系统的内装软件 系统自带的 用户编制的 PMC 或宏程序 在系统处于正常运行的情况下 对 CNC 本身及外部设备进行自诊断 一旦出现故障 提供报警 FAN