数控机床常见故障的排除 (2)

1、威 海 职 业 学 院毕业设计任务书系部 机电工程系 专业 数控技术 年级 10级 班级 二班 姓名 王正辉 学号 20100709064 指导教师 郭爱荣 职称 教 务 处 编 印摘 要数控机床是机电一体化在机械加工领域中的典型产品，具有高精度、高效率和高适应性的特点。数控机床已在我国批量生产、大量引进和推广使用，它们给机械制造业的发展创造了条件，并带来了很大的经济效益。由于机床数控系统的先进性、复杂性和智能化高的特点，若其任何部分发生故障与失效现象，都会使数控机床停机，从而造成生产停顿。因此，对数控车床的故障进行诊断与排除就显得十分必要。本文主要研究数控机床故障分析及消除措施的相关内容。从

2、数控机床故障诊断的基础内容谈起，介绍数控机床故障规律，故障诊断的一般步骤及方法。接着讲述数控机床的常见故障，包括伺服系统故障、PLC等电气故障。数控机床维修是一门复杂的技术，要熟悉数控机床的各个部分，理论加实践，提高工作效率。关键词：数控机床；诊断；故障分析目 录一、引言3二、机床故障诊断与排除的基本要求3（一） 对故障常识的了解3（二）排故前的准备工作4（三）现场排故与维修4三、机床数控系统故障诊断及其诊断方法5（一）数控系统的故障诊断5（二）数控机床故障诊断原则和方法6四、数控系统故障排除方法的应用7（一）初始化复位法7（二）参数更改，程序更正法7（三）最佳化调节法7（四）备板置换法8（五

3、）改善电源质量法8五、数控机床常见故障分析与排除8（一）屏幕无显示8（二）主轴失控9（三）机床误差或尺寸不准9六、数控车床维护与保养10（一）点检10（二）数控系统的日常维护10（三）电源的维护与保养10（四）数控机床的抗干扰11七、结论12参考文献13引 言 数控机床是高度机电一体化的产品，以其机械加工柔性好、精度高、生产效率高等诸多优点，被企业广泛采用；但是由于数控机床的技术含量高、结构复杂、易出故障等特点，数控机床的日常维护和维修是数控机床使用的重要工作，也是目前制约数控机床发挥作用的因素之一。认真做好数控机床的日常保养和维护，可以减少机械的磨损，延长电子元器件的使用寿命，从而增加数控机

4、床工作的可靠性和稳定性。遵循科学的故障诊断与维修规律，可以在较短的时间内恢复数控机床的正常工作状态，充分发挥数控机床的优越性能。第一章 机床故障诊断与排除的基本要求2.1对故障常识的了解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。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

5、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： MTB

6、F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）图1 故障发生规律曲线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。2.2排故前的准备工作接到用户的直接要求后，应尽可能直接与用户联系，以便尽快地获取现场及故障信息。如数控机床的进给与主轴驱动型号、报警指示或故障现象、用户现场有无备件等。2.3现场排故与维修 对数控机床出现的故障(主要是数控系统部分)进行诊断，找出故障部位过程

7、的关键是诊断，即对系统或外围线路进行检测，确定有无故障，并对故障定位指出故障的确切位置。从整机定位到插线板，在某些场合下要定位到元器件。第二章 机床数控系统故障诊断及其诊断方法3.1数控系统的故障诊断图2 诊断过程数控系统的故障诊断一般有故障检测、故障判断、隔离及故障定位三个阶段。第一个阶段的故障检测是对数控系统进行测试，判断是否存在故障；第二阶段是判断故障性质，并分离出故障部件或模块；第三阶段是将故障定位到可以更换的模块或印制线路板上，以缩短修理时间。1、初步判别通常在资料较全时，可通过资料分析判断故障所在，或采取接口信号法，根据故障现象判别可能发生故障的部位，而后再按照故障与这一部位的具体

8、特点，逐个部位检查，初步判别。2、报警处理1）系统报警的处理：数控系统发生故障时，一般在显示屏或操作面板上给出故障报警信号和相应的信息。通常系统的操作手册中都有详细的报警信号、报警内容和处理方法。由于系统的报警设置单一、齐全，维修时可根据每一报警后面给出的信息与处理办法自行处理；2）机床报警和操作信息的处理：机床制造厂根据机床的电气特点，应用PLC程序，将一些能反映机床接口电气控制方面的故障或操作信息以特定的标志，通过显示器给出，并可通过特定键，看到更详尽的报警说明；3）无报警或无法报警的故障处理当系统的PLC无法运行，系统已停机或系统没有报警但工作不正常时，需要根据故障发生前后的系统状态信息

9、，运用已掌握的理论基础进行分析，做出正确的判断。3.2数控机床故障诊断原则和方法1、数控机床故障诊断原则1）先外部后内部。数控机车是集机械、液压、电气为一体的机床，故其故障的发生也由这三者综合反映出来。维修人员应该由外向内逐一进行排查。尽量避免随意地启封、拆卸，否则会扩大故障，使机床丧失精度，降低性能。2）先机械后电气。一般说来，机械故障容易发觉，而数控系统的故障的诊断难度较大。在故障的检修之前，首先排除机械的故障。3）先静后动。先在机车断电的静止状态下，通过了解，观察测试，分析确认为非破坏性故障，必须先排除危险后，方可以通电。4）先简单后复杂。当出现多种故障相互交织掩盖，一时无从下手时，先先

10、解决容易的问题，后解决难度较大的问题。往往简单的解决了，难度大问题也简单化了。2、数控机床故障诊断方法1）直观法主要采用目测、手摸、通电等实用方法。2）仪器测量比较法当系统发生故障后，采用常规电工检测仪器，按系统电路图及机床电路图对故障部分的电压、电源、脉冲信号等进行实测，将正常值与故障时的值相比较，可以分析出故障的原因及故障的所在位置。3）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。4）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

11、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。利用备用的电路板来替换有故障疑点的模板，这是一种快速而简便的判断故障原因的方法，常用于CNC系统的功能模块，如CRT模块、存储器模块等。例如有一数控系统开机后即无显示，即可判断CRT模块是否有故障。需要注意的是，备板置换前，应检查有关电路，以免由于短路而造成好板损坏，同时还应检查试验板上的选择开关和跨接线是否与原模板一致，有些模板还要注意板上电位器的调整。5）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

12、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。6）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。7）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

13、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。第三章 数控系统故障排除方法的应用3.2初始化复位法一般情况下，由于瞬时故障引起的系统报警，可用硬件复位或开关系统电源依次来清除故障，若系统工作存贮区由于掉电，拔插线路板或电池欠压造成混乱，则必须对系统进行初始化清除，清除前应注意作好数据拷贝记录，若初始化后故障仍无法排除，则进行硬件诊断。3.2参数更改，程序更正法系统参数是确定系统功能的依据，参数设定错误就可能造成系统的故障或某功能失效。有时由于用户程序错误亦可造成故障停机，对此可以采用系统的块搜索功能进行检查，改正所有错误，以确保其正常运行。3.3最佳化

14、调节法这是一种最简单易行的办法。通过对电位计的调节，修理系统故障。最佳化调整是系统地对伺服驱动系统与被拖动的机械系统实现最佳匹配的综合调节方法，其办法很简单，用一台多线记录仪或具有存贮功能的双踪示波器，分别观察指令和速度反馈或电流反馈的响应关系。通过调节速度调节器的比例系数和积分时间，来使伺服系统达到既有较高的动态响应特性，而又不振荡的最佳工作状态。3.4备板置换法用好的备件置换诊断出坏的线路板，并做相应的初始化启动，使机床迅速投入正常运转，然后将坏板修理或返修，这是目前最常用的排故办法。3.5改善电源质量法目前一般采用稳压电源，来改善电源波动。对于高频干扰可以采用电容滤波法，通过这些预防性措

15、施来减少电源板的故障。第四章 数控机床常见故障分析与排除图3 开机后机床屏幕无显示4.1屏幕无显示对这种故障的排除首先是使屏幕正常工作。有时也会仅仅是显示部分的原因。但在许多时候可能并存着多种故障。有一台广数系统的数控机床，开机时屏幕一片黑，操作面板的 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。经查，故障是由多处损坏造成的，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。一台华兴系统的数控机床，在开机时屏幕跳动且发出 “ 嘀嘀 的报警音，经查，是接线连接有误。一台巨森系统数控车床，开机后屏幕无显示。经对故障进行了检查后确认

16、是因主板故障造成，因此进行了更换，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。4.2主轴失控一台巨森系统数控车床，启动主轴后低于 500r min 主轴转动显的无力且伴有异常声音。根据查看到的现象，引起该故障的原因可能有主轴控制器失控，机械变速器或电机上的原因也不能排除。由于拆卸机械部分检查的工作量较大，因此先对电气部分的主轴控制器进行检查，首先检查控制器中预设的参数，再检查控制扳，都无异常，经查看电路板较脏，按要求对电路板进行清洗，但装上

17、后开机故障照旧。因此控制器内的故障原因暂时可排除。为确定故障在电机还是在机械传动部分必须将电机和机械脱离，经分析，异常声音可能是轴承不良引起。将电机拆卸进行检查，发现轴承确已损坏。又经检查编码器的光盘已划破，更换轴承和编码器后所有故障全部排除。该故障主要是主轴旋转时有异常声音，因此在排除时应查清声源，再进行检查。有异常声音的常见为机械上磨擦、卡阻和轴承损坏。（1）主轴出现噪声的故障维修故障现象：主轴噪声较大，主轴无载荷情况下，负载表指示超过40%。分析诊断：首先检查主轴参数设定，包括放大器型号、电动机型号及伺服增益等，在确认无误后，则将检查重点放在机械侧。发现主轴轴承损坏，经更换轴承后，在脱开

18、机械侧的情况下检查主轴电动机旋转情况，发现负载表指示已正常但仍有噪声。随后，讲主轴参数00号设定为1，即让主轴驱动系统开环运行，结果噪声消失，说明速度检测元件有问题。经检查发现安装不正，调整位置之后再运行主轴电动机，噪声消失，机床能正常工作。（2）丝杠窜动引起的故障维修故障现象：TH6380卧式加工中心，启动液压后，手动运行Y轴时，液压自动中断，CRT显示报警，驱动失效，其他各轴正常。分析诊断：该故障涉及电气、机械、液压等部分。任一环节有问题均可导致驱动失效，因此检查的顺序大致如下。伺服驱动装置电动机及测量器件电动机与丝杠连接部分液压平衡装置开口螺母和滚珠丝杠轴承其他机械部分。检查驱动装置外部

19、接线及内部元器件的状态良好，电动机与测量系统正常。拆下Y轴液压抱闸后情况同前，将电动机与丝杠的同步传动带脱离，手摇Y轴丝杠，发现丝杠上下窜动。拆开滚珠丝杠上轴承座正常。拆开滚珠丝杠下轴承座后发现轴向推力轴承的紧固螺母松动，导致滚珠丝杠上下窜动。由于滚珠丝杠上下窜动，造成伺服电动机转动带动丝杠空转约一圈。在数控系统中，当NC指令发出后，测量系统应有反馈信号，若间隙的距离超过了数控系统所规定的范围，即电动机空走若干个脉冲后光栅尺无任何反馈信号，则数控系统必报警，导致驱动失效，机床不能运行。拧好紧固螺母，滚珠丝杠不再窜动，则故障排除。（3）刀架、刀库、换刀装置的故障维修故障现象：某加工中心采用凸轮机

20、械手换刀。换刀过程中，动作中断，发出2035号报警，显示机械手伸出故障。分析诊断：根据报警内容，机床是因为无法执行下一步“从主轴和刀库中拔出刀具”，而使换刀过程中断并报警。机械手未能伸出完成从主轴和刀库中拔刀动作，产生故障的原因可能有：“松刀”感应开关失灵。在换刀过程中，各动作的完成信号均由感应开关发出，只有上一动作完成后才能进行下一动作。第三步为“主轴松刀”，如果感应开关未发信号，则机械手“拔刀”就不会动作。检查两感应开关，信号正常。“松刀”电磁阀失灵。主轴的“松刀”，是由电磁阀接通液压缸来完成的。如电磁阀失灵，则液压缸未进油，刀具就“松”不了。检查主轴的“松刀”电磁阀，动作均正常。“松刀”

21、液压缸因液压系统压力不够或漏油而不动作，或行程不到位。检查刀库松刀液压缸，动作正常。行程到位；打开主轴箱后罩，检查主轴松刀液压缸，发现已到达松刀位置，油压也正常，液压缸无漏油现象。机械手系统有问题，建立不起“拔刀”条件。其原因可能是电动机控制电路有问题。检查电动机控制电路系统正常。刀具是靠碟形弹簧通过拉杆和弹簧卡头将刀具柄尾端的拉钉拉紧的。松刀时，液压缸的活塞杆顶压顶杆，顶杆通过空心螺钉推动拉杆，一方面使弹簧卡头松开刀具的拉钉，另一方面又顶动拉钉，使刀具右移而在主轴锥孔中变“松”。主轴系统不松刀的原因可能有以下几点： 刀具尾部拉钉的长度不够，致使液压缸虽已运动到位，而仍未将刀具顶松 拉杆尾部空

22、心螺钉位置起了变化，使液压缸行程满足不了“松刀”的要求 顶杆出了问题，已变形或磨损 弹簧卡头出故障，不能张开 主轴装配调整时，刀具移动量调的太小，致使在使用过程中一些综合因素导致不能满足“松刀”条件处理方法：拆下“松刀”液压缸，检查发现这一故障系制造装配时，空心螺钉的伸出量调的太小，故“松刀”液压缸行程到位，而刀具在主轴锥孔中“压出”不够，刀具无法取出。调整空心螺钉的“伸长量”，保证在主轴“松刀”液压缸行程到位后，刀柄在主轴锥孔中的压出量为0.4-0.5mm。经以上调整后，故障可排除。4.3机床误差或尺寸不准 在数控设备中，误差故障的现象较多，在各种设备上出现时的表现不一。如数控车床在直径方向

23、出现时大时小的现象较多。在加工中心上垂直轴出现误差的情况较多，常见的是尺寸向下逐渐增大，但也有尺寸向上增大的现象，在水平轴上也经常会有一些较小误差的故障出现，有些经常变化，时好时坏使零件的尺寸难以控制。造成数控机床中误差故障但又无报警的情况，主要有几种情况： 机床的数控系统较简单，在系统中对误差没有设置检测，因此在机床出现故障时不能有报警显示。 机床中出现的误差不在设计时预测的范围内，因此当出现误差时检测不到，由大多数的数控机床使用的是半闭环系统，因此不能检测到机床的实际位置。 丝杠与电机的联轴器结构对故障发生的频率和可能性不同，出现故障后现象也不同，有些尺寸只会向负方向增加，但有些正负方向变

24、化的可能性都会发生，根据修理中的各种情况，我们得出这样的结论：联轴器中间采用弹性联接的基本上是负向增加的多，而中间使用键联接的两种故障均会发生。 机床的电气系统中回零方式设置不当，回零点不能保证一致，该种故障出现的误差一般较小，除了一般的因减速开关不良造成故障外，回零时的减速距离太短也会使零点偏离。在有些系统中的监控页面中有 “ 删格量 ” 一项，记录并经常核对可及时发现问题。六、数控车床维护与保养（一）点检1.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、

25、紧固等工作（操作者）（二）数控系统的日常维护1、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）2、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。3、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。4、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。5、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）电源的维护与保养1、保养内容1）电压值是否正常，有否偏相；2）电气连

26、接是否良；3）开关是否有效；4）电器、接触器是否正常工作；5）热继电器、电弧抑制器等保护器件是否有效；6）电气柜防尘滤网、冷却风扇是否正常；7）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（四）数控机床的抗干扰1、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）2、供电线路干扰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。3、信号传输干扰数控信号在传递过程中受到外界的干扰模干扰干扰电压叠加在有用信号上，由绝

27、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。4、抗干扰措施1）减少供电线路的干扰A、数控机床远离具有中、高频电源的设备B、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C、在电源电压波动较大的地区，加稳压电源D、动力线和信号线分开走线E、信号线采用屏蔽线或双绞线F、控制线和电源线相交时，要采用直角相交2）减少机床控制中的干扰A、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B、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C、续流二极管保护直流电感元件在断电时，在线圈中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3）屏蔽技术（电磁、静电屏蔽）A、信号线采用屏蔽线（铜质网状）、穿在铁质蛇皮管或铁管中B、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。A、信号地用来提供电信号的基准电压（0V）B、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