加工中心典型故障分析及其解决方案设计

加工中心典型故障分析及其解决方案摘要：通过本次毕业设计了解和掌握到毕业设计应遵循的步骤和程序，通过对加工中心的学习，了解加工中心的工作原理及故障分析，结合加工中心，针对其常见故障，提出故障解决的方案,并在试验台上验证。本课题是基于加工中心故障实验台进行结构分析、加工中心试验台组成部分、加工中心故障实验台故障分析、加工中心故障实验台故障分析简介、分析控制电路中继电器代码，本课题重点分析了主轴的进给原理、电路连接、控制原理及其常见故障。在全面掌握加工中心故障实验台的连接、接线、工作原理、控制原理的基础上进行机床的故障分析和提出诊断方案，为学习和使用加工中心提供一个参考。关键字：数控加工中心，故障诊断，故障分析，解决方案。ITypicalFailureAnalysisanditsSolutionforMachiningCenterAbstract:Thegraduationdesignoffersagoodwaytounderstandandgraspthestepsandproceduresofgraduationdesign.Thelearningofthemachiningcentercanbetterunderstandtheworkingprincipleandfaultanalysisofmachiningcenter.Andbycombiningwithitscommonfaults,thedesignaimstocomeupwithsolutionstothoseproblems,andafterwardsverifythemonthetestbench.Basedonthestructureanalysis,componentpart,faultanalysisandtheintroductionofthesefaultsofmachiningcenterexperimentplatform,andanalysisoftherelayinthecontrolcircuitcode,thethesisemphasizesonthefeedprinciple,circuitconnection,controlprincipleandthecommonfaultsofprincipalaxis.Thefullygraspoftheconnection,wiring,workingprincipleandcontrolprincipleofmachiningcenterfaultexperimentplatformanditsfaultanalysisanddiagnosisprovideareferenceforthelearningandusingofprocessingcenter.Keywords:CNCmachiningcenter,faultdiagnosis,faultanalysis,solutionII目录1绪论.11.1数控机床的产生与发展.11.2加工中心的发展.11.3加工中心故障诊断的重要性.11.4本课题的研究内容.22加工中心组成部分.32.1加工中心的组成和工作原理.32.2加工中心装置介绍.33故障诊断.53.1常见故障现象及原因.53.2加工中心故障试验台.63.3实验台电气控制单元.83.4故障试验台介绍.94加工中心故障分析.174.1加工中心的故障检测.174.2加工中心故障实验台故障分析.184.3故障点编码方式.194.5常见故障及分析.204.6加工中心常见故障举例.234.7故障实验台验证.235展望.32总结.32参考文献.33致谢.3401绪论1.1数控机床的产生与发展随着社会科技的进步，机械工件的结构越来越合理，精度越来高。加工中心工作性能、表面精度和工作效率日趋升高，因此对数控设备数控设备机床也相应地要求高性能高精度与高自动化的需求在这样的情况下，出现了数控机床，数控机床的核心就是CNC数控系统。1952年，关国队RSONS公司麻省理工学院（MIT）协作研制了人类第一台三坐标标加工中心。它全面运用了计算机、自动控制系统、伺服驭动系统、精密检测装置等新型机械结构等多方面的科技成果，可用于制造复杂曲面零件。该机床的研制成功标志着机械制造行业的一次新的技术革命，使机械制造行业的发展进入一个新的时期。1.2加工中心的发展随着超高速切削、超精密等制造技术的应用和柔性制造系统的飞速发展和计算机集成系统的不断进步。也对数控制造技术提出了更高的需求。当今数控机床正向者如下方向发展。（1）朝高切削速度、高精度化及其高自动化发展。(2)智能化。（3)数控编程自动化。随着计算机科学技术的进步，目前CAD/cAM辅助制造工具的运用，自动生成编程已得到较多的发展，是数控技术发展的新进展。（4）可靠性最优化。（5)控制系统小型化。1.3加工中心故障诊断的重要性(1)课题研究背景及意义加工中心的故障诊断是以机械科学为基础,随着电子技术、计算机的产生和发展而飞速成熟的一颗综合技术。在机械控制系统偏离稳定功能状态时,我们就称该系统产生了故障,此时系统将有可能完全或者也有可能部分丧失其功能。故1障诊断就是为了寻找故障原因的过程,其包括系统状态检测、故障原因分析和劣化趋势的预测等内容。目前传统加工中心故障诊断技术在分析结构复杂的深层次故障时存在明显缺陷,且对操作工人的操作能力要求很高;而且随着人工智能技术的发展,使自动诊断技术向智能化发展。目前,随着知识的发现、人工智能的发展、多传感器信息融合技术的发展以及软计算等新理论的提升与发展,数控故障诊断也获得了新的发展机遇和挑战。(2)加工中心故障诊断技术研究现状加工中心的基本运行故障包含电气伺服系统故障和性能部件故障。其中,电气控制伺服系统故障可通过数控系统自动诊断的方式实现,如对驱动器电流、电动机转角、扭矩等运行信号的自动监测诊断,目前已经诞生出相应的商用监测故障系统,如西门子EPS和法兰克18i系列监测系统等。1.4本课题的研究内容（1）了解数控加工中心的组成结构和工作原理的基础上分析一些简单的典型故障。（2）对数控加工中心故障诊断实验台进行学习，了解其构造、工作原理，及使用方法。（3）验证各故障点的故障形式，对其进行分析，学习诊断方法，根据故障成因逆向完成故障排除。（4）研究实验台故障点，故障的设计原理，以及使用一些检测工具来测试相关数据。22加工中心组成部分图2.1立式加工中心ET-175V2.1加工中心的组成和工作原理加工中心的控制部分由两方面组成：1.软件部分；2.硬件部分。软件部分：控制程序和系统程序。硬件部分：1.可编程序控制器(简写为PLC)；2.数字控制装置(简写为CNC)；3.主轴驱动装置；4.输出输入设备；5.显示装置。数控车床由数控装置、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。2.2加工中心装置介绍（1）辅助装置：指加工中心的一些必要的配套部件，用以保证加工中心的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。（2）机床本体：加工中心的主体，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。它是用于完成各种切削加工的机械部件。3（3）自动换刀系统：机械手、刀库等部件组成了换刀系统。更换刀具的时候，由加工中心数控系统根据所需要的命令发出指令，机械手起到了交换刀具的作用，从刀库中选择合适的刀插入主轴孔，其次将主轴上的刀具取下，重新放回刀库，最后整个换刀过程结束。（4）主轴部件：主轴电动机、主轴箱、主轴轴承和主轴等几大部件组成了加工中心的主轴部件。主轴的作用是加工中心在切削加工过程中的功率输出，主轴的起动、变速、变向、停止等动作都是由加工中心数控系统来进行控制的；它的定位准确性和旋转精度，很大程度上可以影响在加工中的加工精度。43故障诊断3.1常见故障现象及原因故障可以按出现的部位分类，也可以按出现的类型分类，为了让机床设计人员方便，这里仅从故障出现的部位描述故障现象，并分析故障原因。（1）换刀装置故障加工中心换刀装置的故障主要表现为机械手掉刀、卡刀、不能换刀或松刀不到位等。其原因有刀库电机无反转致使机械手无法换刀；由于漏水问题，导致刀套下坠；因换刀臂顶刀弹力不足，致使换刀时掉刀；因刀库平移信号开关坏导致刀库动作错误；机械手电机过载报警，出现掉刀现象以及刀套抬起的电磁阀损坏等。多次循环换刀，加上导套根部存在先天裂纹，可能会导致导套断裂，故应加强对外购件产品探伤检验力度；此外，主轴热伸长，拉钉端部与主轴端部的间隙变小，刀柄振动引起干涉，也会导致掉刀。（2）工作台故障工作台的故障主要表现在工作台无动作、工作台不能回零、分度不准确以及工作台底部漏油等。原因有：由于信号开关损坏使得工作台起落信号异常；蜗杆传动间隙过大致使分度不准确；液压缸密封接触面上的接触压力小于被密封介质的内压，从而发生泄漏，导致工作台底部漏油等。（3）主轴系统故障主轴系统的故障主要体现在松拉刀机构上，表现在主轴不松刀、不能换刀或换刀时卡刀等。其原因有主轴松拉刀油缸螺钉断裂、松拉刀碟簧损坏、漏气以及信号异常等。除此之外，还有主轴有间隙、异响以及抱死等现象。主轴抱死的主要原因是轴承质量问题，装配不合适，轴承进水或锈蚀以及冷却和润滑不合理等。（4）机床防护系统故障机床防护系统的故障主要表现为机床护罩损坏或缝隙大、机床防护门脱落，防护罩漏水以及机床冷却液泄漏等。针对这些故障表象，可以采取相应的措施避免此类故障的发生。（5）进给系统故障5进给系统出现的故障主要表现为：由于限位行程开关损坏，导致、轴运行异常；、轴的垂直度误差过大以及进给系统进水引起过载故障等。（6）电气系统故障电气系统故障主要表现在元器件质量不过关，装配时绝缘损伤、爬电距离不足放电等方面。如主轴电缆线发生了短路故障、电缆线磨损短路、继电器损坏等。此外，还有电机损坏、系统保险断路、电气箱空调无制冷等现象。（7）自动交换托盘（托盘交换装置）加工中心中主要表现在：由于切屑进入工作台，导致交换台无法交换；接近开关故障，使得个工作台交换异常；交换台油缸磁环开关损坏、交换台油缸平移信号错误致使无法交换；交换台抬起落下电磁阀不灵活，交换台交换时不顺畅等。（8）冷却系统故障冷却系统故障主要变现为冷却电机过载，齿轮泵损坏（水泵故障）；风机损坏；恒温油箱有损坏以及油冷机损坏等。（9）液压系统故障液压系统故障主要表现有液压站故障、液压元件损坏、液压电机故障以及液压油的渗漏等现象。（10）排屑系统排屑系统的故障突出表现为电机过载。此外，还有螺排卡裂、排屑器损坏等。（11）气动系统故障气动系统的故障主要有气动元件漏气、气液转换器漏油、增压缸漏油等。（12）润滑系统故障润滑系统故障原因有润滑系统损坏、润滑油路不循环以及润滑站不上油等。3.2加工中心故障试验台加工中心故障试验台综合维修实训设备采用模块化机构，可以完成数控机床的电气装调、数控机床机械装调、数控机床整机调试、数控机床的维护维修四类岗位的人才培养要求。本实验台由数控控制台、数控系统、PMC单元、伺服进给单元、机床控制电路、伺服变压器、PMC练习模块等组成。各进给轴由伺服电机控制，主轴由变频器控制，刀架采用四工位电动刀架；根据岗位技能6要求，学生可以进行数控机床的安装调试、参数设备、伺服性能优化、数据备份、PMC编程、故障诊断与维修、数控编程操作等多种技能的实训。实训设备采用模块化的结构，配置数控机床来满足机电联调的技能训练要求。配置的智能化故障维修系统通过产生故障、故障分析、故障诊断、线路检查、故障点确定等过程训练学生数控机床维修能力，配合计算机软件可以进行学生登录、自动评分、成绩统计等方便的实训结果评价功能，还可以通过网络连接进行数控技术的应知考核，大大减轻教师的故障设定、评分、统计等工作量，是一套综合的数控技术设备。电源部分设置漏电开关和缺相保护电路，在发生漏电、短路、缺相、设备保护电路自动动作。技术参数：实验台型号：FANUCOimateTD数控车床综合维修考核实训系统1、电源：三相五线AC380V10%50HZ2、实验台尺寸：长宽m3、整机功率：4KW4、漏电保护：漏电动作电流30Ma5、缺相自动保护、过载保护6、伺服电机扭矩：8N.M8N.M表3.1实验台功能序号要求实现方案实现元件1控制轴运动功能采用伺服电机进行驱动发那科伺服放大器与伺服电机2刀具位置补偿CNC软件实现CNC系统3车削固定循环功能CNC软件实现CNC系统4准备功能CNC软件实现CNC系统5辅助功能CNC软件和PMC单元CNC软件和PMC单元6主轴功能采用变频器进行无极调速变频器、CNC系统77进给功能CNC软件实现CNC系统8刀具功能电动刀架配合PMC程序电动刀架83.3实验台电气控制单元（1）控制主回路如图3.1：图3.1控制主回路图控制主回路由总输入空气开关、系统及接口开关电源、控制变压器、变频器、驱动变压器、冷却泵、刀架电机构成。如图4.1所示。系统及接口开关电源：由控制变压器通过继电器KM1给数控系统提供DC24V电源，同时直接给低压控制回路提供AC24V电源。变频器：通过继电器KM2控制变频器的启停。驱动变压器：通过驱动变压器直接给伺服驱动器供电。冷却泵：通过继电器KM5控制冷却泵的启停。刀库电机：通过继电器KM3和KM4分别控制刀架电机的正反转。9（2）低压控制回路如图3.2图3.2低压控制回路图低压控制回路由照明灯、系统、伺服、刀架正转、刀架反转、冷却构成。并在除照明回路和数控系统回路除外的其他回路的干路中接有急停开关SB1。刀架正、反转间由继电器互锁机制。数控系统：由启动钥匙开关SA1控制，通过继电器KM1实现。伺服：由伺服启动开关SB3通过继电器KM2启动，由伺服停止开关SB2停。刀库正转：由控制开关KA7通过继电器KM3实现，并在回路中串入了KM4的动断触点。刀库反转：由控制开关KA6通过继电器KM4实现，并在回路中串入了KM3的动断触点。冷却：由控制开关KA5通过继电器KM5实现。3.4故障试验台介绍3.4.1主轴控制单元主轴控制单元主要由主轴变频器构成。主轴变频器用来实现主轴的调速与正反转，此外配合主轴编码器使用可以进行螺纹加工。（1）机床对变频器的控制原理发那科数控系统对模拟主轴的控制通过伺服驱动单元来完成如图3.3，主要包含速度和方向控制，速度控制的来源由系统根据速度指令转化为0+10V的10电压给变频器进行控制。如在MDI方式下输入“M03S1000”，该程序段中的S1000回通过系统转化为0+10V的模拟电压，输出给变频器的模拟量控制口；而主轴的旋转方向，是由PMC根据指令进行输出正反转继电器吸合来完成的。上例中的“M03”就是由PMC进行译码，输出一个信号给继电器，继电器吸合后，闭合变频器上的正转端子，完成正转的控制。图3.3伺服驱动单元（2）变频器的连接原理图图3.5变频器的连接原理图3.4.2驱动控制单元驱动模块采用发那科iSV20伺服放大器。它的外围连接电路大致分为光缆连接（FSSB总线）、控制电源连接、主电源连接、急停信号连接、MCC连接、11伺服电机主电源连接、伺服电机编码器连接和制动电阻连接等。图3.6数控机床电气控制单元（1）光缆连接（FSSB总线）发那科FSSB总线采用光纤通信，硬件连接方面遵循从A到B的规律，即COP10A为总线输出，COP10B为总线输入。（2）控制电源连接控制电源采用DC24V电源，主要用于伺服控制电路的电源供电，在上电顺序上推荐优先给伺服放大器供电。接线口为CXA19B和CXA19A。（3）主电源连接主电源是用于伺服电动机动力电源的变化。接线口为L2/L1、AGND/L3。（4）伺服电机动力电源连接伺服放大器给电机的动力电源采用接插件连接，在连接时一定要注意相许的正确性。接线口为V/U、AGND/W。（5）伺服电机编码器反馈连接伺服电机编码器的反馈接口接JF等接口。（6）制动电阻连接制动电阻连接口为CXA20。12图3.7X轴和Z轴伺服驱动接线图3.4.3加工中心故障试验台的连接发那科系统的PMC是通过专用的I/OLink与系统进行通讯的，PMC在进行着I/O信号控制的同时，还可以实现手轮与I/OLink轴的控制，但外围的连接却很简单，且很有规律，同样是从A到B，系统侧的JD51A(OIC系统为JD1A)连接到I/O模块的JD1B,JA3或者JA58可以连接手轮。如图3.8发那科的PMC地址分配大致如下：X-MT输入到PMC的信号，如接近开关、急停信号等Y-PMC输出到MT的信号F-CNC输入到PMC的信号，是固定的地址G-PMC输出到CNC的信号，也是固定的地址13R、T、C、K、D、A为PMC程序使用的内部地址0i用I/O模块是配置FANUC系统的数控机床使用最为广泛的I/O模块，如图采用4个50芯插座连接的方式，分别是CB104CB105CB106CB107。输入点有96位，每个50芯插座中包含24为的输入点，这些输入点被分为3个字节；输出点有64位，每个50芯插座中包含16为的输出点，这些输出点被分为2个字节。图3.8I/O模块图3.9数控系统的I/OLink连接对于地址Xm+4，既可以选源极型，也可以选漏极型，通过连接24V或0V来选择。COM4必须被连接到24V或0V，而不能悬空，从安全标准观点来看，推荐使用漏极型信号，如图3.9为使用漏极型信号的范例。3.4.4输入输出控制单元输入输出控制单元主要由输出控制、系统输出、系统输入、开关量输入信号和机床输入信号构成。（1）系统输出控制小型继电器，然后通过小型继电器的触点控制具体的设备。（2）数控系统的开关量输出信号有主轴正转控制、主轴反转控制、冷却控制、报警控制。（3）数控系统输出信号还有换刀用的刀具信号。（4）数控系统的输入信号有确定X、Z轴原位的粗定位信号和精定位信号；控制机床加工范围的+X限位、X限位、+Z限位、Z限位。14（5）机床输入信号有选刀用的刀具信号T1、T2、T3、T4；机床行程限位和定位用的霍尔开关信号。图3.10输入、输出控制单元图3.4.5系统测试单元系统测试单元由X轴系统控制信号、Y轴系统控制信号、Z轴系统控制信号、主轴编码器信号、主轴模拟电压信号、系统输出信号和系统输入信号构成。系统测试单元用于系统信号调试、故障查找、故障修复等。15图3.11系统测试单元图（1）主回路和控制回路主回路通过控制变压器把380V的交流电变换为24V交流电，通过端口3和4（AC24V）给控制回路供电。（2）主回路和输入输出控制单元主回路通过控制变压器把380V的交流电变换为24V交流电，并转变为DC24V，通过端口1L+和1M（DC24V）给输入输出控制单元中的机床输入信号侧供电。（3）控制回路和输入输出控制单元控制回路中KA7、KA6、KA5分别和输入输出控制单元中输出控制侧的KA7、KA6、KA5连接（4）输入输出控制单元输入输出单元的线路连接参照下表3.2进行：表3.2输入定义加工中心实验台输入口定义序号输入口定义序号输入口定义01X0.0X限位13X1.4未接02X0.1Z限位14X1.5未接03X0.2X定位15X1.6未接04X0.3Z定位16X1.7未接05X0.4X限位17X2.0备用06X0.5Z限位18X2.1备用07X0.6未接19X2.2备用08X0.7未接20X2.3备用09X1.0T121X2.4急停10X1.1T222X2.5备用11X1.2T323X2.6备用12X1.3T424X2.7备用16表3.3输出定义加工中心实验台输出口定义序号输出口定义序号输出口定义01Y0.0主轴正转08Y1.0备用02Y0.1主轴反转09Y1.1备用03Y0.2冷却10Y1.2备用04Y0.3未接11Y1.3备用05Y0.4刀库反转12Y1.4备用06Y0.5刀库正转13Y1.5备用07Y0.6未接14Y1.6备用系统输出端子Y0.0和L4连接、Y0.1和L3连接、Y0.2和L5连接、Y0.4和L6相连、Y0.5和L7相连。（5）输入输出控制单元和主轴控制单元主轴控制单元的010V和AGND分别与输入输出控制单元的系统输出侧的010V和AGND相连接主轴控制单元的FWD和REV分别与输入输出控制单元的输出控制侧的KA4和KA3上端口连接，主轴控制单元的COM和输入输出控制单元的输出控制侧的KA4和KA3下端口连接。174加工中心故障分析4.1加工中心的故障检测（1）常用的故障诊断方法直观法主要采用目测、手摸、通电等实用方法。仪器测量比较法故障发生后，根据系统电路图及机床电路图，用常规电工检测仪器，对故障部分的电压、电源、脉冲信号等进行实测，将正常值与故障时的值相比较，分析出故障的原因及故障的所在位置。用可编程序控制器进行PLC中断状态分析可编程序控制器发生故障时，其中断原因以中断堆栈的方式记忆。使用编程器可以在系统停止状态下，调出中断堆栈和块堆栈，按其所指示的原因查明故障所在。诊断备板置换法现代数控系统大都采用模块化设计，按功能不同划分不同模块，可以根据模块的功能与故障现象，初步判断出可能的故障模块，用诊断备件将其替换，这样可迅速判断出有故障的模块。利用系统的自诊断功能判断现代数控系统尤其是全功能数控系统具有很强的自诊断能力，通过实施时监控系统各部分的工作，及时判断故障，给出报警信息，并做出相应的动作，避免事故发生。然而有时当硬件发生故障时，就无法报警，有的数控系统可通过发光管不同的闪烁频率或不同的组合做出相应的指示，这些指示配合使用就可帮助我们准确地诊断出故障模板的位置。交换法在数控机床中，常有功能相同的模块或单元，将相同模块或单元互相交换，观察故障转移的情况，就能快速确定故障的部位。这种方法常用于伺服进给驱动装置的故障检查，也可用于两台相同数控系统间相同模块的互换。敲击法数控系统由各种电路板组成，每块电路板上会有很多焊点，任何虚焊或接18触不良都可能出现故障。若用绝缘物轻轻敲打不良疑点的电路板、接插件或元器件时，若故障出现，则故障很可能就在敲击的部位。对上述故障诊断方法有时要用几种方法同时进行故障综合分析，快速诊断出故障的部位，从而能快速排除故障。（2）常用的故障诊断工具及资料必要的诊断工具:百分表、万用表、示波器、红外测温仪和套装扳手等；完整资料、手册、线路图、维修说明书(包括CNC操作说明书)以及接口、调整与诊断、PLC说明书等。4.2加工中心故障实验台故障分析（1）故障点设置原则唯一正确答案原则不损坏元器件原则（短路点，如变压器初次级线圈、交流接触器线圈两端、线电压短路、相电压短路）特殊故障，协商原则（2）故障点编号原则故障点编号顺序：控制电路、主电路、显示电路、辅助电路依次编辑序号，顺序为从上至下、从左至右、数字递增原则以触点元器件引线为端子号，端子号与端子号之间为线号原则不允许出现重复好（即无公共号）原则（3）该设备在末设置故障时，电路属于正常运转状态，可进行应知应会的单独培训和实操。在设置故障点后，可加电检查判断故障现象的区域，用万用表检查故障点，并通过考核软件输入故障点序号，加以排除。（4）请在交流接触器允许动作次数下工作（小于600-1200次/小时）（5）该机床电路380V、220V、110V，都属于有效电压范围，操作时谨防触电。（6）接地装置必须可靠，并符合技术要求。194.3故障点编码方式（1）故障点编码方式故障编码根据实验台的故障设置软件进行。故障单点测试模块047总共48个单点故障点，按二进制编码，1为有效，0为无效。每四位二进制一组，分别对应四个故障点。这四个二进制数转换成一位十六进制数，这样每一个故障设置点就由一个12位的数组成。如表4.1表4.1继电器编码表继电器号编码二进制继电器号编码二进制继电器号编码二进制74000023200000393600000300001916000035320000151200003128000047440000811000027240000434000004.4加工中心试验台继电器控制点表4.2加工中心试验台继电器控制点继电器编号信号端子继电器编号信号端子K0主轴正转控制信号FWDK25X轴驱动信号PULS-K1主轴反转控制信号REVK26X轴驱动信号DIR+K2刀库正转控制信号K27X轴驱动信号DIR-K3刀库反转控制信号K28Z轴驱动信号PULS+K4冷却控制信号K29Z轴驱动信号PULS-K5K30Z轴驱动信号DIR+K6K31Z轴驱动信号DIR-K7K32编码器A+相信号K8X轴正方向限位信号K33编码器A-相信号K9X轴反方向限位信号K34编码器Z-相信号K10Z轴正方向限位信号K35编码器B+相信号K11Z轴反方向限位信号K36编码器Z+相信号K12Y轴正方向限位信号K37编码器B-相信号K13Y轴反方向限位信号K38控制主轴的模拟电压地AGNDK14X轴参考点定位信号K39控制主轴的模拟电压0-10VK15Z轴参考点定位信号K25X轴驱动脉冲信号PULS-K16Y轴参考点定位信号K26X轴驱动方向信号DIR+20K171号刀位传感器信号K27X轴驱动方向信号DIR-K182号刀位传感器信号K28Z轴驱动脉冲信号PULS+k193号刀位传感器信号K29Z轴驱动脉冲信号PULS-K204号刀位传感器信号K40控制电源AC24VK21K41控制电源1L+K22K42照明电路接触开关K23K43控制继电器KM14.5常见故障及分析（1）主轴类故障表4.3表4.3主轴类故障分析故障现象故障点编码继电器号主轴不能正转但可以反转主轴正转控制信号FWD无效010000000000K0主轴可以正转但不能反转主轴反转控制信号REV无效020000000000K1主轴可以转动但不能调速控制主轴的模拟电压AGND无效控制主轴的模拟电压0-10V无效000000004000000000008000K38K39（2）系统显示类表4.4表4.4系统显示类分析故障现象故障点编码继电器号数控系统关闭，显示面板黑屏无法显示系统控制继电器KM1失效控制电源AC24V无效控制电源1L+无效000000000008000000000001000000000002K43K40K41开机时伺服可以启动，数控控制电源1L+无效000000000002K4121系统无法启动（3）数控系统类报警故障表4.5表4.5数控系统类报警故障分析故障现象故障点编码继电器号EMG报警急停按钮按下按下急停按钮写入参数开关处于打开报警参数设定处于允许状态设定里写参数=1X（Z）向超程（硬限位）X轴处于负向或正向超程状态Z轴处于负向或正向超程状态工作台达到X（Z）轴限位开关（5）其他类故障表4.6表4.6其他类故障分析故障现象故障点编码继电器号冷却泵无法启动系统冷却输出控制信号无效冷却控制继电器KM5失效100000000000000000000080K4K47X轴无法归零X轴参考点定位信号无效004000000000K14Z轴无法归零Z轴参考点定位信号无效008000000000K15数控系统和伺服驱动都无法启动控制电源AC24V无效000000000001K40伺服驱动可以启动，但数控系统无法启动控制电源1L+无效000000000002K41手轮无法使用系统参数8131HPG置0，使得手轮不使用照明灯无法打开照明电路接触开关断开000000000004K4222X（Z）轴正（负）向超程撞机a)X轴正限位信号无效b)X轴负限位信号无效c)Z轴正限位信号无效d)Z轴负限位信号无效000800000000000400000000000200000000000100000000K8K9K10K11234.6加工中心常见故障举例序号故障描述序号故障描述1主轴不能正转或转动不正常10主轴可以转动但不能调速2数控系统关闭，显示面板黑屏无法显示。11开机时伺服可以启动，数控系统无法启动3参数写入开关处于打开报警12X、Y、Z向超程（硬限位）报警4开机时伺服无法启动（伺服停止灯亮）13开机时伺服无法启动（伺服停止等不亮）5冷却泵无法启动14X、Y、Z轴无法完成回零6数控系统和伺服驱动都无法启动15伺服驱动可以启动，但数控系统无法启动7手轮无法使用16照明灯无法打开8在MDI和MEMORY模式下不能进行换刀17机床不能回零、失去所有轴的限位保护9除了手轮，其他操作机床都没有动作18数控系统不能通电4.7故障实验台验证（1）故障一：显示面板无法显示且伺服系统关闭故障现象故障点编码继电器号数控系统关闭，显示面板黑屏无法显示系统控制继电器KM1失效控制电源AC24V无效控制电源1L+无效000000000008000000000001000000000002K43K40K41这个故障设计主要考察对加工中心数控系统回路和伺服控制回路电气控制、电路连接、电气原理的理解，并在故障中引入了电气控制中自锁、互锁机制，使学生对控制回路中自锁、互锁机制有深刻了解。电路电气类故障也是现实加工过程中车床故障多发的一类典型故障。24（2）故障现象详细描述机床在正常运行过程中突然显示器黑屏，数控系统关闭，照明灯也关闭。而且在实验台的控制回路中伺服停止指示灯熄灭，拨动系统启动开关，控制回路没有任何反应。故障编码方式如下表4.8所示：表4.8K40k42k43编码继电器号编码二进制十六进制码继电器号编码二进制十六进制码7400000312800000030000027240000015120000039360000081100000353200000232000000474400005191600000434000002K40k42k43编码000000000052（3）故障点设计使控制电源AC24V无效，造成控制回路整体失效，使得数控系统、伺服控制、主轴控制单元关闭。使系统控制继电器KM1失效，造成控制回路中数控系统关闭，无法正常打开，同时由于KM1在伺服控制回路中的互锁机制，造成即使控制电源24V有效，但数控系统和伺服控制仍旧无法正常打开。使得控制电源AC24V和系统控制继电器KM1同时失效，形成两点故障叠加，提高故障诊断难度。（4）故障现象分析和诊断修复在点击故障测试键后，控制面板黑屏关闭，数控系统关闭，控制回路的伺服停止和伺服启动指示灯都熄灭，主轴变频器也关闭。用万用表测量控制回路的3、4端口，发现电压为0如图4.1，即控制回路的供电断路。分析主回路和控制回路的电路图，发现主回路通过变压器TC1的3、4端口（AC24V）给控制回路供电，用万用表测主回路中AC24V，发现电压依旧为0如图4.2。再次观察主回路，发现变压器TC1和主回路AC24V端口中间串联有一个断路保护器QF7，观察电气柜，发现QF7处于闭合状态，没有异常。再次用万用表测量变压器TC1输出口1端口电压，测得电压为24V如图4.3。则说明主回路的AC24V端口发生断路故障。用连接线把TC1输出口1和主回路AC24V端口3连接后，控制回路中伺服停止灯亮，并且照明灯可以打开。此时控制回路供25电修复。图4.1控制回路端口3图4.2主回路电压图4.3解除后主回路电压但是在点击伺服启动按钮开关时，伺服开关指示灯不亮，而且数控系统不能打开，变频器没有恢复工作。分析主回路发现主回路通过控制继电器KM1给数控系统供电，控制继电器KM2给变频器供电，而且在控制回路中，KM2控制回路中串联有KM1的常开触点，说明KM1对KM2有顺序启动和锁定机制，伺服启动开关无法通过KM2自锁生效启动，可能原因是继电器KM1处于断开状态。当关闭并打开系统启动钥匙开关后，伺服依旧不能启动。用万用表测量控制回路中KM1上8号端口时发现电压为24v如图4.4,另外8号端口的测试输出电压为0V如图4.5，由此可分析出控制回路中继电器KM1的电路，处于断路状态。当用连接线把端口8和端口3连接后，发现电气控制柜中继电器KM1闭合，此时按下伺服启动开关后发现电气控制柜中继电器KM2闭合，伺服启动灯亮，变频器恢复正常工作，按下数控面板上POWER启动按钮后，数控系统正常启动。机床恢复正常工作状态。故障诊断修复完成。26图4.4故障输出电压图4.5真实输出电压图4.6消除故障接线图（2）故障二：出现急停报警且手轮无法使用故障现象故障点编码继电器号手轮无法使用系统参数8131HPG置0，使得手轮不使用参数8131HPG置0EMG报警急停按钮按下按下急停按钮写入参数开关处于打开报警参数设定处于允许状态设定里写参数=1EMG报警是急停按钮被按下后的一种报警，按下急停按钮后，机床的所有动作被停止。在实际生产中为了保证机器不被误操作等情况下采取的普遍安全措施（除机床有锁定功能）。一般在开机时，或有故障报警时出现。27写参数处于打开报警，是信息一个提示类报警。表达机床参数的写入功能处在打开状态，可以进行机床参数的设定和修改。一般在调试机床参数时开打。手轮又称手轮脉冲发射器，是数控机床工件零点设定（对刀）、机床坐标调整移动等最常用且最方便的工具。在实际加工生产中发挥着极大的作用。一台机床可以有一台或多台手轮，这些手轮的使用地址分配要在数控系统中进行设定，并可以同过参数设定选择手轮的使用否。（1）故障现象详细描述开机后显示面板下方EMG、ALM俩个报警灯闪烁，显示面板显示“SW0100参数写入开关处于打开”报警如图4.7。选择手轮运行模式时，机床工作台不移动，手轮进给倍率和选择轴键都不亮灯出现报警如图4.8。图4.7急停下报警图4.8参数打开报警（2）故障点设计操作面板上模式选择旋钮打到MDI模式，按操作面板上OFSSET键，进入窗口后，按显示屏下方软键，选择设定键，把光标指示到写参数栏，按1键，点击显示屏下方的输入软键。此时显示屏下方出现ALM灯闪烁，说明参数写入开关处于打开状态，点击MESSAGE键，可以看到“SW0100参数写入开关处于打开”报警。按POS键回到坐标显示界面。在上述操作基础上，按SYSTEM键，进入系统参数设定界面，按显示屏下方参数软键，进入参数设定界面，按操作面板上8131，再按显示屏下方的号搜索软键。此时光标指示到08131行，按操作面板上移动键，把光标指示到HPG，操作面板上输入0，按软键输入，把HPG值改为0.此时手轮设定为不使用状态。同时出现“PW000必须关断电源”报警。28接着按下急停按钮，显示屏下方出现EMG和ALM两个报警。之后按下POWER红键，关闭数控系统电源。故障设定完毕。按下POWER绿键，打开数控系统后。出现设定故障。故障编码方式由于这个故障和编码开关无关，属于拓展类故障，所以没有故障编码。即设定所有故障点都为0.侧编码为000000000000.（3）故障现象分析和诊断修复开机后看到EMG报警，观察控制面板上的急停按钮是否按下。观察发现急停按钮被按下，向右转动急停按钮后，发现EMG报警灯消失。EMG报警解决。但ALM报警灯依然闪烁，按控制面板上MESSAGE键，并选择报警软键，发现“SW0100参数写入开关处于打开”报警。说明数控系统正处于参数写入状态。工作模式旋钮打到MDI模式下，按OFSSET键，并选择设定软键，发现写参数被置1（0：不可以写入，1：可以写入），处于打开状态。当按0键和显示屏下方输入软键，把写参数置0，并按RESET复位键后，ALM报警消失。在使用手轮时，发现调到手轮模式，但进给倍率和和轴选择指示灯都不亮，且转动手轮工作台不移动。查阅B-64305CM/04维修说明书，进行不能进行手轮运行故障诊断。首先确认伺服是否被激活，发现伺服放大器灯亮，说明伺服被激活。接下来在数控系统中确认是否选择手轮模式。查参数手册知道选择手轮模式时PMCG0043信号会有如图4.9：图4.9PMCG0043信号按SYSTEM键，进入参数界面，按显示屏下方+软键，直到出现PMCMNT键时，按PMCMNT，进入PMC维护界面。控制面板上按G0043，显示屏下方按搜索软键，查看G0043的参数，发现手轮处于选择状态。由于手轮倍率选择和轴选择灯都不亮，可能是手轮使用没有激活。查参数手册发现参数8131可以设定手轮的使用与否。参数设定如下图4.10：图4.10参数8131按SYSTEM键，进入参数设定窗口，按参数软键，控制面板上按8131，显示屏下方按号搜索软键，发现HPG参数为0，说明手轮处于不使用状态。因此要把参数29修改为1.要进行参数修改，就必须打开参数写开关。按OFFSET键，在设定中，把写参数设定为1，再按SYSTEM键，返回8131参数界面，把光标移到HPG处，在控制面板上按1，显示屏下方按输入软键，把HPG参数修改为1，使手轮使用。此时出现“PW0000必须关断电源报警”。系统需要重启参数设定值才能生效。但在关闭前按OFFSET键，返回设定界面，把写参数置0，关闭参数写入开关。这时按POWER红键，关闭数控系统。系统关闭后，按POWER绿键，打开数控系统。系统打开后，发现手轮可以正常使用，机床没有报警提示。故障解决完成。（3）故障三：x轴回参考点不能正确完成故障现象故障点编码继电器号X轴回参考点（或原点）不能正常完成，却被限位，或回参考点时进给不正常X轴回参考点定位信号不正常008000000000K14这个故障设计主要考察学生对数控加工中心正常工作前提的掌握，是现实加工过程中加工中心故障多发的一类典型故障。因此具备x轴回参考点不能正确完成的故障诊断维修和调试能力是数控技术人才必不可少的技能之一。（1）故障现象描述：在手轮模式下，机床Z轴回参考点不能正确完成，显示面板显示（x）正向超程。如图4.11所示：图4.11报警（2）故障点设计：使x轴回参考点定位信号不正常，造成x轴回参考点（或原点）不能正常30