数控系统常见故障与分析.ppt

目前数控系统种类繁多 形式各异 组成结构上都有各自的特点 这些结构特点来源于系统初始设计的基本要求和工程设计的思路 对于不同的生产厂家来说 在设计思想上也可能各有千秋 有的系统采用小板结构 便于板子更换和灵活结合 而有的系统则趋向大板结构 使之有利于系统工作的可靠性 促使系统的平均无故障率不断提高 无论哪种系统 它们的基本原理和构成是十分相似的 数控系统是由硬件控制系统和软件控制系统两大部分组成 硬件控制系统是以微处理器为核心 采用大规模集成电路芯片 可编程控制器 伺服驱动单元 伺服电机 各种输入输出设备 包括显示器 控制面板 输入输出接口等 等可见部件组成 软件控制系统即数控软件 包括数据输入输出 插补控制 刀具补偿控制 加减速控制 位置控制 伺服控制 键盘控制 显示控制 接口控制等控制软件及各种参数 报警文本等组成 数控系统出现故障后 就要分别对软硬件进行分析 判断 定位故障并维修 一 电源类故障 1 强电电源 变压器 伺服 变频器 冷却 润滑 刀库 刀架电机 2 控制类电源 伺服 变频器 PLC及其接口电路 CNC 电源模块 主回路分析 普通车床强电回路 电源回路图 电源电路分析 FANUC0i电源连接图 FANUC0i24V电源 推荐的连接方法 推荐的电源指标 不推荐使用的电路配置 外部电源开关未接通 电源进线熔断器熔芯断或机床总熔断器熔芯断 机床电源进线断 机床总电源开关坏 控制变压器输入端熔断器熔芯断 或断路器跳 指示灯控制电路中熔断器熔芯断或断线 电源指示灯灯泡坏 1 接通总电源开关后 电源指示灯不亮 2 强电部分接通后 马上跳闸 机床设计时选择的空气开关容量过小 或空气开关的电流选择拨码开关选择了一个较小的电流 机床上使用了较大功率的变频器或伺服驱动 3 FANUC输入电源故障FANUC的数控系统 一般采用FANUC公司生产的 输入单元 模块 通过相应的外部控制信号 进行数控系统 伺服驱动的电源的通 断控制 电源接通条件如下 电柜门互锁触电闭合 外部电源切换触电闭合 MDI CRT单元的电源切断OFF按钮触电闭合 系统电源模块无报警 报警触点断开 不符合以上条件之任何一条 则会出现电源断电故障 维修要点 a FANUC6 11等系统的电源输入单元的元器件 除熔断器外 其他元器件损坏的几率非常小 维修时切勿轻易更换元器件 b 在某些机床上 由于机床互锁的需要 使用了外部电源切断信号 这时应根据机床电气原理图 综合分析故障原因 排除外部电源切断的因素 才能启动 4 CNC电源单元不能通电 FANUC 1 当电源单元不能接通时 如果电源指示灯 绿色 不亮 电源单元的保险熔断 a 输入高电压b 元器件损坏 造成短路或过流 输入电压低 检查输入电压 电压的允许值为AC200V 10 50HZ 1HZ 电源单元不良 元器件损坏 2 电源指示等亮 报警灯也消失 但电源不能接通 电源接通条件如下 电源ON按钮闭合 电源OFF按钮闭合 外部报警接点打开 3 电源单元报警灯亮 24V输出电压的保险丝熔断a 9 显示器屏幕使用 24v电压 24v与地短路b 显示器 手动数据输入板不良 或短路 电源单元不良检查步骤 a 把电源单元的所有输出插头拔掉 只留下电源输入线和开关控制线 b 把机床所有电源关掉 把电源控制部分整体拔掉 c 再开电源 此时如果电源报警灯熄灭 那么可以认为电源单元正常 而如果电源报警灯仍然亮 那么电源单元坏 注意事项 16 18系统电源拔下的时间不要超过半小时 因为SRAM的后备电源在电源单元上 24V的保险熔断a 24V是提供外部输入 输出信号用的 参照下图检查外部输入 输出回路是否短路 b 外部输入 输出开关引起 24V短路或补充I O板不良 5V电源负荷短路检查方法 a 把 5V电源所带负荷一个一个地拔掉 每拔一次 必须关电源再开电源 b 在拔掉任何一个 5V电源负荷后 电源报警灯熄灭 那么可以证明该负荷及其连接电缆出现故障注意事项 当拔掉电机编码器的插头时 如果是绝对位置编码器 还需要重新回零 机床才能恢复正常 系统的印刷电流板上有短路 检查 用完用表测量 5V 15V 24D与0V之间的电阻必须在电源关的状态下测量 a 把系统各印刷板一个一个的往下拔 再开电源 确认报警灯是否再亮b 如果当某一印刷板拔下后 电源报警灯不亮 那就证明该板有问题 需更换该板或维修c 对于O系统 如果 24D与0V短路 更换时一定要把输入 输出板与主板同时更换d 当计算机与CNC系统进行通信作业 如果CNC通信接口烧坏 有时也会使系统电源不能接通 5 电源开关与机床开关后 电源不能接通 电源输入端熔断器熔芯熔断或爆断 或自动开关跳闸 机床电源进线断 机床总电源开关或电源开关坏 电气控制柜门未关好 开门断电保护开关动作 电气控制柜上的开门断电保护开关损坏或关门后与碰块接触不良 6 控制电源故障 控制变压器无输入电压 输入端保险烧断或断路器跳 原因 变压器内部短路 过载线短路 电流过大 无DC电流输出原因 因直流侧短路 过流 过压 过热等造成整流模块或直流电源损坏 整流电路有断线或接触不良 电源连接线接触不良或断线 控制变压器输入电源电压过高过低 超过 10 或电压浪涌 控制变压器损坏原因 熔断器 断路器的电流过大 没有起到保护作用 电源短路 串接 负荷过大 内部绕组短路 短路等 控制变压器副边熔断器熔断或爆断 7 I O无输入信号 24V电源报警 24V电源保险烧坏I O输入短路 检查输入 24V电源是否对地短路 排除故障 更换保险 I O无输入信号 8 系统不能正常上电 且输入 输出板上有严重的烧毁痕迹维修 更换输入 输出板 9 在机床运行中 控制系统偶尔出现突然掉电现象原因 电源供应系统故障维修 a 更换系统电源b 更换电源输入单元 10 系统工作半个月或一个月左右 必须更换电池 不然参数有可能丢失 原因 电池是为了保障系统在不通电的情况下 不会丢失NC数据维修 a 检查确认电池连接电缆是否有破损b 存储板上的电池保持回路不良 请更换存储板 c 电池质量不好 更换质量较好的电池 11 伺服电源故障 伺服变压器输入端断路器跳闸 原因 过流 短路 断路器内部故障等 机床进行预启动操作后 伺服变压器控制接触器未吸合 原因 a 机床操作面板上预启动按钮接触不良或损坏 b 控制电路接触不良 连接不好或断线 c 接触器接触不良或损坏 伺服变压器温控开关断开 原因 a 电气控制柜过热 伺服变压器温度升高 伺服变压器内部温控开关断开 b 负载过重引起伺服变压器温度升高 伺服变压器电源电路断路器跳闸或副边无输出电压原因 伺服变压器损坏 内部短路 断线 输出电路短路等 伺服放大器无电源原因 伺服变压器输出端接触器未吸合 12 FANUC电源模块 单元 不良维修要点 根据维修经验 在FANUC系统中 电源单元故障的原因多发生在电网供电不良的地区 由于加工过程中的外部突然断电或在工厂自发电供电的情况下工作 是引起电源单元故障的主要原因 在一般情况下 电源单元的故障以进线的浪涌吸收器 VS11 的故障居多 当VS11故障 但维修现场无器件时 为了保证机床的正常生产 通常的做法是暂时取消VS11 确保机床的使用 待备件到位后 再予以更换 在电网电压波动太大 特别是自发电的场合 也有整流桥 开关管 滤波电容 续流管损坏的情况 对于以上器件 在无备件时 一般可以直接利用同规格的整流桥 开关管 电容 续流管进行替代 FANUC电源单元的 24E熔断器熔断 是机床维修过程中经常遇到的问题之一 这一故障引起的原因一般与系统本身无关 属于系统外部故障 24E为系统提供外部 机床侧 输入 输出信号使用电源 熔断器熔断一般是由机床侧的输入 输出信号对地短路引起的 为了确定短路的大致范围 维修时可以通过逐一取下系统I O信号连接插头M1 M2 M18 M19 M20等 进行检查 以缩小故障范围 机床侧的可动部位的接线 如 车床的脚踏开关 操作面板上的波段开关 液压 冷却系统的输入 输出信号是容易引起短路的场合 维修时可进行重点检查 继电器线圈两侧并联的保护二极管方向 更换时必须十分仔细 防止出错 13 西门子系统电源单元故障维修要点 SIEMENS810M由于使用的是DC24V电源 因此电源回路相对比较简单 故障原因多数是内部熔断器 保护二极管等元件损坏 判定810系统电源是否存在故障的方法较简单 可以在系统加入DC24V电源后 通过直接短接系统的NC ON触点进行检测 短接后若系统正常启动 显示器工作 证明系统单元无故障 否则应对系统电源单元进行维修 由于810风机与系统在内部采用了独立的供电回路 因此 即使风机正常工作 只能代表外部DC24V供电正常 但不能代表系统内部电源的工作正常 SIEMENS其他型号的数控系统 如3 8 850 880等 其电源控制方式与810系统基本相同 维修时可以参照进行 事例1 故障现象 一台进口卧式加工中心 开机时屏幕一片黑 操作面板上的NC电源开关已按下 红 绿灯都亮 查看电柜中开关和主要部分无异常 关机后重开 故障一样 故障分析 经查 确定其电源部分无故障 各处电压都正常 仔细检查发现数控系统有多处损坏 在更换了显示器 显示控制板后屏幕出现了显示 使机床能进入其它的故障维修 事例2 故障现象 一立式加工中心 开机后屏幕无显示 分析 该加工中心使用进口数控系统 造成屏幕无显示的原因有很多 经对故障进行了检查 后确认系统提供的外部电源是正确的 但主板上的电压不正常 时有时无 可以确认是因主板故障造成 因此进行了更换 更换主板后系统有显示 由于主板更换后参数需要重新设置 按系统参数设置步骤 对照机床附带的参数表进行了设置调整后机床正常 屏幕上无显示的故障原因很多 首先必须找出原因排除 如还有其他故障 根据机床的报警和其他故障信息作出处理 事例3 故障现象 一加工中心 开机后打开急停 系统在复位的过程中 伺服强电上去后系统总空开马上跳闸 分析 该加工中心使用国产数控系统 经对故障进行了检查分析 首先怀疑是否是空开电流选择过小 经过计算分析后确认所选择的空开有点偏小 但基本符合机床要求 然后用示波器观察机床上电时的电流的变化波形 发现伺服强电在上电时电流冲击比较大 也就是电流波形变化较大 进一步分析发现由于所选伺服功率较大 且伺服内部未加阻抗等装置 在使用时须外接一电抗与制动电阻 电气人员在设计时加了制动电阻 为了节省成本没有使用阻抗 按照要求加上阻抗后 系统上电恢复正常 小结 数控机床由于采用的控制系统品种较多 电源接通 断开的控制要求各不相同 对于不同机床 不同的系统 维修时应根据机床与系统的实际情况 分别进行处理 机床维修者必须熟悉各种系统的电源通 断控制要求 维修时做到心中有数 对于控制较复杂的机床 不仅要掌握系统的电源ON OFF要求 而且还必须对照机床电气原理图进行维修处理 除非万不得已 不得更改机床的原始操作方式和原始设计功能 维修数控机床是多方位的 既要掌握系统生产厂家推荐的线路与控制方法 还必须根据机床 系统的实际情况灵活处理 不可教条 1 数控系统电源接通时无画面显示 显示器信号线电缆或电源线连接不良或断线 电源单元故障 显示器无供电电源 CRT灯丝不亮 LCD无背景光 CRT显示器坏或CRT显示板坏 LCD屏 LCD逆变器或LCD灯管坏 主印刷电路板故障 亮度调节不对 二系统显示类故障 2 运行或操作中出现死机或重新启动 参数设置错误或参数设置不当所引起 同时运行了系统以外的其他内存驻留程序 系统文件受到破坏或者感染了病毒 电源功率不够 系统元器件受到损害3 主轴有转速但CRT速度无显示 主轴编码器损坏 主轴编码器电缆脱落或断线 系统参数设置不对 编码器反馈的接口不对或者没有选择主轴控制的有关功能 4 主轴实际转速与所发指令不符 主轴编码器每转脉冲数设置错误确认主轴编码器每转脉冲数是否设置正确 PLC程序错误检查PLC程序中主轴速度和D A输出部分的程序 速度控制信号电缆连接错误5 液晶屏幕显示暗淡 但仍能加工 更换液晶显示器 液晶屏已老化 更换液晶显示器灯管 更换显示控制模块 亮度调节太暗 调亮 6 液晶显示屏亮度太暗或太亮 环境温度影响 高温时亮度高 低温亮度低 亮度调节不当 显示缓冲板损坏7 CRT LCD显示屏画面抖动 晃动或有水波纹 接地断线或不正确 CRT LCD受干扰引起 信号线连接松动或接触不良 屏蔽不好 CRT LCD内部故障 措施 a 信号线采用屏蔽双绞线b 屏蔽层双端接地c CRT LCD与CNC外壳共地 单点接地 d 在CRT LCD输入接口端加100PF 330PF的瓷片电容滤波 每个信号线对OV焊接一个电容 e 信号线两端套铁氧钵磁环滤波 8 显示器屏幕上字符显示不正常 主板上的字符显示ROM是否装好 更换显示器屏幕 调整显示器屏幕 更换主板9 液晶屏显示字符忽亮忽暗 数控系统环境比较恶劣高温潮湿易引起亮度调节电位器接触不良 背景光逆变器不良 10 液晶屏很暗 调节亮度电位器 隐约能看见字符 液晶屏背景灯没有亮 没有给背景灯提供电压 检查给背景灯提供电压的逆变器组件是否有高压输出 检查连接线 背景灯损坏 检查液晶屏背景灯管11 显示器出现乱码 系统文件被破坏或参数设置不合理 系统内部RAM数据出错 需对RAM进行初始化处理 系统内存不足或系统发生溢出 外部干扰 12 系统具有图形功能但不能显示图形 有时屏幕上什么都不显示 系统的显示回路出现故障 图形板不良13 系统有时钟显示功能但不显示系统时间 确认时钟显示功能 查看相应参数设置是否正确 时钟芯片或时钟控制回路不良 更换存储板 时钟回路在存储板上 14 系统使用14 显示器 但显示屏幕的显示格式与9 的显示器屏幕的显示格式一样 更换字符显示ROM 更改显示格式的功能参数 根据维修经验 在FANUC系统中 系统无显示的硬件方面原因 除公共电源单元的故障外 一般都是由于连接不良引起的 显示回路 显示板元器件损坏的故障情况偶然存在 维修重点应检查显示器本身 在SIEMENS系统中 无显示的故障偶然有发生 硬件方面由于810显示器与系统一体 因此 基本上可以排除连接方面的故障原因 显示回路显示板元器件损坏的故障情况偶然存在 维修时重点应检查显示器本身 维修要点 数控系统的CRT显示器驱动电路与电视机原理相同 故障多属于显示的行 均输出电路 维修时可以参照电视机的有关维修方法 对于CRT一般的显示不良故障 如 亮度辉度同步幅度等问题 通过对于显示器的调节即可以解决 调节方法与电视机的调整相同 LCD显示屏的故障主要是灯管及逆变器易损坏 灯管寿命一般1万 3万小时 系统无显示的软件方面原因 一般以存储器出错居多 此类故障通过初始化及对系统参数 用户程序存储器进行清零后 系统显示可以恢复正常 事例1 故障现象 一数控系统 机床送电 CRT无显示 查NC电源 24V 15V 15V 5V均无输出故障分析 此现象可以确定是电源方面出了问题 所以可以根据电气原理图逐步从电源的输入端进行检查 当检查到保险后的电噪声滤波器时发现性能不良 后面的整流 振荡电路均正常 拆开噪声滤波器外壳发现里面烧焦 更换噪声滤波器后 系统故障排除 事例2 故障现象 一台数控车床配FANUC0 TD系统 在调试中时常出现CRT闪烁 发亮 没有字符出现的现象 我们发现造成的原因主要有 CRT亮度与灰度旋钮在运输过程中出现震动 系统在出厂时没有经过初始化调整 系统的主板和存储板有质量问题解决办法可按如下步骤进行 首先 调整CRT的亮度和灰度旋钮 如果没有反应 请将系统进行初始化一次 同时按RST键和DEL键 进行系统启动 如果CRT仍没有正常显示 则需要更换系统的主板或存储板 小结 数据系统不能正常显示的原因很多 当电源故障 系统CPU故障时 均可能导致系统不能正常显示 系统的软件出错 在多数情况下可能会导致显示混乱 显示不正常或系统无显示 当然 显示系统本身的故障是造成系统显示不正常的直接原因 因此 系统不能正常显示时 首先要分清造成系统不能正常显示故障的原因 抓住主要矛盾 不可以简单地认为只要系统无显示就是显示系统的故障 当由于系统电源 系统出错等原因造成系统不能正常显示时 应首先对其它相关部分进行维修处理 典型CNC软件装置的结构 CNC系统软件有管理软件和控制软件组成 管理软件包括输入 I O处理 显示 诊断等 控制软件包括译码 刀具补偿 速度处理 插补计算 位置控制等 数控系统的软件结构和数控系统的硬件结构两者相互配合 共同完成数控系统的具体功能 早期的CNC装置 数控功能全部由硬件实现 而现在的数控功能则由软件和硬件共同完成 目前数控系统的软件一般有两种结构 前后台结构和中断型结构 所谓前后台型是指在一个定时采样周期中 前台任务开销一部分时间 后台任务开销剩余部分的时间 共同完成数控加工任务 前台任务一般设计成中断服务程序 三CNC单元故障 1 不能进入系统 运行系统时 系统界面出不出来 原因 1 可能是系统文件被病毒破坏或丢失 可能是计算机被病毒破坏 也可能是系统软件中文件损坏了或丢失了 重新安装数控系统 将计算机的CMOS设为A盘启动 插入干净的软盘启动系统后 重新安装数控系统 2 电子盘或硬盘物理损坏电子盘或硬盘在频繁的读写中有可能损坏 这时应该修复或更换电子盘或硬盘 3 系统CMOS设置不对 CNC常见故障分析 2 运行或操作中出现死机或重新启动 原因 1 参数设置不当 2 同时运行了系统以外的其他内存驻留程序 3 正从软盘或网络调用较大的程序 4 从已损坏的软盘上调用程序 5 系统软件故障 重编新的程序 系统文件被破坏 6 电磁干扰或外部电源干扰7 主CPU过热保护 温度过高 8 电源单元 5V输出低于4 9V或纹波大 3 按下数控系统启动按钮 系统不启动 1 系统输入电源故障或系统电源模块损坏 2 控制电路故障 断路 短路 接触器 继电器 按钮 接线端子损坏或接触不良 3 数控系统电源无法接通 4 数控系统内部故障 CPU 存储器 软件 4 操作键盘不能输入或部分不能输入 原因 1 控制键盘芯片出现问题 2 系统文件被破坏 3 主板电路出现问题 4 CPU出现故障 5 输入输出不正常原因 1 I O单元出现故障 2 外部干扰 3 I O控制板电源没有接通或电压不稳 6 参数丢失 机床参数 梯形图丢失 电池电压低 换电池 主印刷电路板或存储板故障 换板 存储器 ROM RAM 闪存 电子盘 硬盘 存储卡 不良 操作错误 需将备份的机床参数 梯形等正确的将丢失的内容输入到数控系统中 干扰 机床突然断电系统参数设定 调整错误引起的故障 系统参数的设定很重要 如果系统参数设置错误 就会引发各种各样的故障现象如 系统不能正常启动 不能正常运行 螺纹加工不能够进行 系统显示不正常 死机等 7 系统网络连接不正常1 系统参数设置或文件配置不正确2 通讯电缆出现问题通讯电缆不能够过长 以免引起信号的衰减引起故障 3 硬件故障通讯网口出现故障或网卡出现故障 可以用置换法判断出现问题的部位 8 数据输入输出接口 RS 232 不能够正常工作 原因 1 系统的外部输入输出设备的设定错误或硬件出现了故障在进行通讯时 操作者首先确认外部的通讯设备是否完好 电源是否正常 2 参数设置的错误通讯时需要将外部设备的参数与数控系统的参数相匹配 如波特率 停止位必须设成一致才能够正常通讯 外部通讯端口必须于硬件相对应 3 通讯电缆出现问题不同的数控系统 通讯电缆的管角定义可能不一致 如果管角焊接错误或者是虚焊等 通讯将不能正常完成 另外通讯电缆不能够过长 以免引起信号的衰减引起故障 联机操作时 系统没有反应 a 请检查系统工作方式对不对 请把系统的工作方式置于EDIT方式 但打开程序保护键 或者在输入参数时 也可以置于急停状态 b 重新输入DNC通讯参数 c 检查系统是否处于RESET状态或者没有就绪 输入 输出数据操作时系统发生报警 a 请检查系统参数 b 检查线缆接线 c 检查外部输入设备的设定错误或硬件故障 在进行传输时 要确认 1 电源是否打开2 波特率与停止位是否与NC系统的数据输入输出参数设定匹配3 硬件有无故障4 传输的数据格式是否正确 FANUC为ISO 5 数据位设定是否正确 一般为7位d 检查CNC系统与通信有关的印刷板 e 当CNC系统与计算机进行通信时接地 1 计算机的外壳与CNC系统同时接地 2 不要在通电的情况下插拔连接电缆 3 通信电缆不能太长 4 通信电缆采用屏蔽双绞线 且屏蔽层双端接地 9 PMC程序 梯形图 不能传送 电缆不对 波特率不对 计算机与CNC两边的波特率值不一样 梯形图软件不对 不同系统用的软件不一样 事例1 故障现象 一普通数控教学车床 开机后系统显示白屏 系统的菜单与字迹无法分辨 故障分析 首先考虑是否将屏幕亮度调节按钮调节的过于明亮 手动调节其按钮 结果发现屏幕亮度虽然发生变化 但屏幕上的字迹还是无法分辨 排除不是亮度调节按钮出现问题 进一步检查 发现系统CMOS中的屏幕分辨率已被更改 造成系统显示模糊 经调整后 问题得到解决 四手动 自动运行类故障诊断及维修 一 手动操作类故障分析与维修1 在手动或自动方式下 机床都不能运行检查点 位置画面的位置数值变化还是不变化 CNC内部状态 利用PMC的诊断功能 确认输入 输出信号的状态 位置画面显示的数字不变化原因 有急停信号和互锁信号输入诊断及排除方法 a 系统状态 检查 ESP 急停 信号是否等于1 正常状态应为1 b 检查ERS 复位 信号是否等于0 ERS为1时 输入了外部复位信号 c 确定方式选择 d 软极限超程或硬极限超程 e 到位检查是否在执行 f 检查互锁信号是否已起作用 g 伺服驱动器报警或使能信号未到达 h 倍率选者开关选者0 j 动按钮损坏或接触不良 显示屏幕上的位置显示数字在变化 1 机床锁住按钮损坏 使机床按钮一直处在机床锁住的状态 2 系统参数设置错误错误 3 系统驱动程序没有安装或安装不正确 4 对于车床而言 应该确定目前是每分钟进给还是每转进给 3 机床操作面板的所有开关都不起作用 输入 输出接口板故障 检查 24V电源是否正常 4 MDI键盘上功能键有的能起作用 有的键不能起作用 检查确认MDI电缆是否有破损和连接不良 更换MDI键盘的信号接收回路电路板 更换MDI键盘信号控制回路电路板 5 系统键盘失效 数字键和字符键均不起作用 检查电缆是否有问题 更换主板 驱动程序 6 手轮工