数控机床故障诊断

第6章数控机床常见故障诊断第1页，共58页。

数控机床超程故障处理方法6.2操作中常见的故障及诊断方6.3车床自动换刀装置常见故障

6.4加工中心自动换刀常见诊断故障6.5进给伺服系统的报警处理6.6数控机床无法回参考点报警6.1传动间隙误差调整及补偿方

6.7第2页，共58页。6.1数控机床无法回参考点报警 6.1.1回参考点的作用 回参考点好处如下：系统通过参考点来确定机床的原点位置，以正确建立机床坐标系。可以消除丝杠间隙的累计误差及丝杠螺距误差补偿对加工的影响。第3页，共58页。6.1数控机床无法回参考点报警 6.1.1回参考点的作用 下面以SSCK-20数控车床（系统为FANUC-OTD）为例：图6-1SCK-20数控车床参考点第4页，共58页。6.1数控机床无法回参考点报警 6.1.2回参考点的方式 1）数控机床返回参考点控制原理

图6-3数控机床返回参考点控制原理图（有挡块）第5页，共58页。6.1数控机床无法回参考点报警 6.1.2回参考点的方式 2）数控机床返回参考点PMC控制图6-4SCK-20数控车床返回参考点的PMC控制图第6页，共58页。6.1数控机床无法回参考点报警 6.1.3回参考点故障诊断案例 1）常见故障及可能的原因（1)找不到参考点（通常会导致机床超程报警）。机床回零过程无减速动作或一直以减速回零，多数原因为减速开关及接线故障。机床回零动作正常，但系统得不到一转信号。原因可能是电动机编码器及接线或系统轴板故障减速开关偏移。第7页，共58页。6.1数控机床无法回参考点报警 6.1.3回参考点故障诊断案例 2）常见故障案例分析

【例6.1】某一数控车床（系统为FANUC-TD)回零时，X轴回零动作正常（先正方向快速运动，碰到减速开关后，能以慢速运动），但机床出现系统因X轴硬件超程而急停报警。此时Z轴回零控制正常。处理方法：因为Z轴回零动作正常，可以通过采取交换方法来判断故障部位。交换后，发现故障转移到Z轴上（X轴回零操作正常而Z轴回零出现报警），则判定故障在系统轴板，最后更换轴板，机床恢复正常工作。第8页，共58页。6.1数控机床无法回参考点报警 6.1.3回参考点故障诊断案例 2）常见故障案例分析【例6.2】某一数控车床进行钻孔时（利用机床建立的坐标系），发现孔中心偏差了一个进给丝杠的螺距误差。处理方法：故障排除方法是调整减速挡块且机床重新进行参考点的设定。（详细方法请参阅节后的“数控机床返回参考点的调整（配置FANUC-OTD系统的车床）”）。总结：通过该故障分析，凡是机床返回参考点出现近似一个进给丝杠螺距误差时，多数故障原因在减速挡块偏离，如果有很小的偏差就应按返回参考点不准的原因进行检查。第9页，共58页。6.1数控机床无法回参考点报警 6.1.3回参考点故障诊断案例 2）常见故障案例分析【例6.3】日本进口加工中心SH5000/40的数控系统采用FANUC-18i系列，该加工中心采用光栅尺作为位置检测装置而且为绝对编码器，系统的连接如图6-5所示。该加工中心经过节假日休息后，首次开机时出现“#300报警（绝对位置丢失）”的故障。处理方法：经实际检测，电池电压不到3V（标准电压为6V),更换电池并手动操作返回参考点后，机床恢复正常工作。总结：该例子说明数控机床经常维护是十分必要的,要定期检查电池的电压并及时更换（包括系统电池和回转台的电池）。第10页，共58页。6.2数控机床超程故障处理方法 1.超程控制及处理方法 1）专用信号地址的硬件超程保护一般地，设定信号X2.0、X2.1、X2.2、X2.3、X2.4和X2.5分别为机床的X轴正向超程行程开关输入信号、Y轴正向超程行程开关输入信号、Z轴正向超程行程开关输入信号、X轴负向超程行程开关输入信号、Y轴负向超程行程开关输入信号和z轴负向超程行程开关输入信号。当机床各轴正向出现超程时，系统会发出500系统超程报警号；当机床各轴负向出现超程时，系统会发出501系统超程报警号。处理方法：系统出现超程报警时，系统状态开关工作在手动连续进给状态(JOG)，按下超程报警轴的反方向按钮开关，使机床反方向退出硬件超程范围，超程限位行程开关恢复常闭状态，然后按下系统复位键RESET使系统复位，一般就可以解除机床超程报警。如果反方向点动时机床不动，系统处于死机状态时，首先把系统硬件超程保护有效参数3004#5设定为0(该功能无效)，系统断电再重新上电，点动反方向移动，使机床退出超程。然后把系统参数3004#5设定为1，就解除了该报警。第11页，共58页。6.2数控机床超程故障处理方法 1.超程控制及处理方法 2）软件超程报警及处理方法（1）系统存储行程极限值的设定方法。图6-6为数控铣床X轴带动工作台运动建立的机床坐标系，其中SQl、SQ2为机床X轴方向的硬限位保护行程开关，SQ3为机床X轴正向返回机床参考点的减速开关。系统存储行程极限值的设定不能超过机床的硬限位保护范围，否则机床的软件限位功能不起作用。如果按图6-6所示设定存储行程极限坐标值，就把A、B(A为正值、B为负值)值转换成系统的检测单位后，分别输入到系统参数的l320和l321中，从而完成了系统存储行程极限值的设定。第12页，共58页。6.2数控机床超程故障处理方法 1.超程控制及处理方法 2）软件超程报警及处理方法（2）系统软件超程报警的处理方法：当机床运动坐标超过了存储行程极限值时，系统就会产生软件超程报警。各轴现超程时，系统会发出500系统超程报警号；各轴负向出现超程时，系统会发出501系统超程报警号。处理方法：当系统出现软件超程报警时，系统状态开关工作在手动连续进给状态(JOG)，按下超程报警轴的反方向按钮开关，使机床反方向退出超程范围，然后按下系统复位键RESET使系统复位，就可以解除系统软件超程报警。如果机床出现软件超程而系统处于死机状态时，首先把存储行程极限参数设定为无效，即参数1320设定为99999999，参数1321设定为－99999999，然后系统断电并重新上电，进行机床返回参考点操作后，再设定系统的存储行程极限参数。第13页，共58页。6.3操作中常见的故障及诊断方法6.3.1机床手动和自动均无法执行 1.位置坐标显示(相对、绝对、机械坐标)不变故障原因可能是：：(1)系统工作的状态不对。(2)系统处于急停状态(CRT显示“EMG”)。(3)系统复位信号接通。(4)系统轴互锁信号接通。(5)系统进给倍率为0。第14页，共58页。6.3操作中常见的故障及诊断方法6.3.2机床手动或手摇脉冲不执行而自动正常 1.机床手动(JOG)操作无效故障原因可能是：(1)系统状态选择未在手动状态。(2)进给轴和方向选择信号未输入。(3)进给速度参数设定不正确。第15页，共58页。6.3操作中常见的故障及诊断方法6.3.2机床手动或手摇脉冲不执行而自动正常

2．手摇脉冲操作无效故障原因可能是：(1)系统状态未在手摇脉冲状态(MPG)。(2)手摇脉冲轴选择信号未输入。(3)手摇脉冲本身及接线故障。第16页，共58页。6.3操作中常见的故障及诊断方法6.3.2自动操作无效而手动操作正常1．自动操作无效(循环起动指示灯不亮)故障原因可能是：(1)系统状态选择信号不正确。(2)系统循环起动信号未被输入。(3)系统进给暂停信号被输入。第17页，共58页。6.3操作中常见的故障及诊断方法6.3.2自动操作无效而手动操作正常2．自动操作无效(循环指示灯亮)故障原因可能是：(1)机床进给倍率为零。(2)系统输入了轴互锁信号。(3)系统等待主轴速度到达信号(程序中只是插补移动指令不执行)。第18页，共58页。【例6.4】某配套FANUC0T系统的数控车床,在自动运行过程中,发现机床进给与编程值不符,且调节进给倍率开关无法改变进给速度。(2)系统输入了轴互锁信号。分析：由于机床在手动方式、回参考点方式下工作正常,故可以基本排除系统与驱动系统的故障。引起进给与编程值不符,且调节进给倍率开关无法改变的原因不外乎机床参数设定错误、进给倍率开关连接不良或机床“程序控制”方式选择不当等。首先检查系统与进给速度有关的参数设定正确,利用诊断页面检查进给倍率开关信号正确。因此故障原因应与机床“程序控制”方式选择不当有关。进一步利用诊断页面,检查机床的程序控制信号,发现CRT上的“DRY”显示始终存在,系统的“试运行”输人信号始终为“1”,导致了系统将程序指令中的F代码忽略,机床始终以“试运行”速度运行。取消“试运行”信号后,机床恢复正常。第19页，共58页。【例6.5】南京JN系列数控系统调用零件加工程序时,不能进行选择。系统只给出第一个零件加工程序的内容。分析：根据故障报警的内容,检查数控系统内零件加工程序全部均存在,引导程序也存在。执行系统给出的那个零件加工程序时,也能够进行正常的加工,这说明整个数控系统没有问题。处理方法：查阅该系统使用说明书知:程序的调用必须要在N的序号后输入程序号才能进行。检查操作者调用加工程序的过程,发现其并未输入N及其序号、而是直接输人程序号进行调用,故产生了上述故障现象。纠正操作者的操作方法后,故障排除。第20页，共58页。【例6.6】某配套SIEMENS802C的数控铣床，执行某零件加工程序时出现14011号报警。分析：14011号报警的含义为“调用的程序不存在，或者没有供执行”。检查零件加工程序段并没有发现明显的错误，但程序中使用M98指令调用了子程序，程序如下：N20M98P0010；于是，检查子程序，但发现找不到该子程序。从正在运行的零件程序中（主程序或子程序）调用所要调用的程序，但是它在NC存储器中不存在，因此产生此报警。处理方法：按复位键消除报警，修改程序，重新启动零件程序。第21页，共58页。【例6.7】某配套SIEMENS802S的数控铣床，执行某加工程序时出现12110号报警。分析：12110号报警的含义为“程序出现语法错误或语义错误”。经检查发现该零件加工程序段中有如下程序：……N110G01I10X20.0Y30.0F800；……程序段中编程的地址与句法定义的有效的G功能相矛盾。处理方法：将程序修改为：N110G01X20.0Y30.0F800第22页，共58页。6.4车床自动换刀装置常见故障数控车床自动换刀装置是机床的重要组成部分。意大利BARUFFALDITS200/12电动转塔刀架为例，分析数控车床自动换刀装置的控制原理及常见故障的分析。具体内容可以分为：1.意大利BARUFFALDITS200/12电动转塔结构和动作原理

2.电动刀塔的电气控制线路3.电动刀塔常见故障及维修第23页，共58页。6.4车床自动换刀装置常见故障电动转塔结构和动作原理特点如下：采用行星轮系传动的减速机构，结构紧凑、传动效率高。

刀盘无需抬起实现转位刹紧控制。可双向回转和任意刀位就近选刀，最大限度地减少刀架转位的辅助时间。第24页，共58页。6.4车床自动换刀装置常见故障图6-8意大利BARUFFALDITS200/12电动转塔结构简图1一电动机2一齿轮3一电动机齿轮4一行星齿轮5一空套齿轮6一锁紧接近开关7一预分度到位接近开关8一电磁铁9一插销10一动齿盘11一挡圈12一定齿盘13一分度主轴14一双联齿盘15一弹簧16一滚轮架17一滚轮18一驱动齿轮19一箱体20一角度编码器21一后盖一电动机刹紧装置第25页，共58页。6.4车床自动换刀装置常见故障电动刀塔的电气控制线路：电动刀塔电动机是由电动机、制动器、热保护开关组成一体的三相力矩电动机，制动器安装在电动机后端盖上制动器的线圈为DC24V直流线圈，热保护开关在电动机绕组内。

电动刀塔常见故障及维修：1.正常工作中出现刀塔未锁紧报警。2.换刀时出现乱刀现象。3.换刀过程中出现断路器跳闸现象。4.换刀过程中系统发出电动机过热报警。第26页，共58页。6.4车床自动换刀装置常见故障图6-10电动转塔电气控制线路图第27页，共58页。【例6.4】某数控车床在运行过程中出现刀架不转位（一般系统会提示刀架位置信号错误），有多种原因可以引起刀架不转动。分析：刀架继电器过载后断开。刀架电动机380V相位错误。由于刀架只能顺时针转动（刀架内部有方向定位机械机构），若三相位接错，刀架电动机一通电就反转，则刀架不能转动。刀架电动机三相电缺相。处理方法：检查机床强电线路，拆开刀架，调整推力球轴承向间隙，更换损坏零件，检查24V电源，更换“系统位置板”。6.4车床自动换刀装置常见故障第28页，共58页。6.5加工中心自动换刀装置常见故障随着加工中心数控机床的普及和应用，自动换刀控制过程中的故障率也比较高。由于自动换刀装置结构复杂、控制为机电联合控制且电气控制的复杂系数高等原因，所以加工中心自动换刀装置的故障维修比较困难。BT50-24T00L为例：1．BTS0-24TOOL圆盘式刀库自动换刀装置机构和动作原理2.自动换刀装置常见故障及维修第29页，共58页。6.5加工中心自动换刀装置常见故障图6-11BT50—24TOOL圆盘式刀库结构简图圆盘式刀库结构简图凸轮式换刀机械手简图1一刀库旋转电动机2一刀库刀位计数开关(接近开关)3一刀库刀位复位开关(接近开关)4一刀库的刀座5一机械手换刀电动机停止开关6一机械手扣刀定位开关7一机械手原点确认开关8一倒刀气缸缩回定位开关9一回刀气缸伸出定位开关10机械手换刀电动机11一机械手l2一圆柱凸轮l3一杠杆14一锥齿轮l5一凸轮滚子16一主轴箱l7一十字轴l8一刀套第30页，共58页。6.5加工中心自动换刀装置常见故障自动换刀装置常见故障及维修：刀库换刀故障处理方法：1.PMC参数丢失或系统记忆值与实际不符；2.换刀装置拆修；3.操作者误操作。第31页，共58页。6.5加工中心自动换刀装置常见故障自动换刀装置常见故障及维修：刀具交换时掉刀：①主轴换刀点位置不正确；②主轴准停位置不正确。第32页，共58页。自动换刀装置常见故障及维修：刀具过程停止并发出换刀超时故障报警处理：①根据换刀动作时序图,查明,换刀故障时执行到第几步；②借助系统梯形图的信号变化,查明故障发生时是前一个动作没结束还是后一个动作没开始；③排除故障后,手动盘机械手电动机使机械手回到原位位置。6.5加工中心自动换刀装置常见故障第33页，共58页。6.6进给伺服系统的报警处理下面以FANUC系统的伺服系统的报警为例介绍伺服系统常见的故障。1.伺服过热报警（报警号400）：（1)系统检测原理。(2)故障的诊断方法。(3)故障产生的原因。（4）系统伺服参数整定不良，可进行伺服参数初始化。6.6.1伺服过热和伺服不能就绪报警第34页，共58页。6.6进给伺服系统的报警处理6.6.1伺服过热和伺服不能就绪报警下面以FANUC系统的伺服系统的报警为例介绍伺服系统常见的故障。1.系统检测原理：图6-13CNC系统伺服过热报警检测原理第35页，共58页。6.6进给伺服系统的报警处理2.故障诊断方法：首先确认CNC系统伺服过热报警，可以通过系统的显示装置CRT/LCD的报警画面或系统诊断号（FANUC-OC/OD系统为720～723，FANUC-16/18/21/OiA系统为200或伺服调整画面的ALM1)的＃7是否为1来判定。然后判别是电动机过热还是伺服放大器过热，可以通过系统诊断号（FANUC-OC/OD系统为730一733，FANUC-16/18/21/OiA系统为201或伺服调整画面的ALM2)的＃7是1还是0来判定。如果该位为+1‑则为电动机过热；如果该位为“0”则为放大器过热。FANUC-16i/18i/21i/OiB/OiC系统的430号伺服报警为伺服电动机过热；431号伺服报警为伺服放大器过热报警。6.6.1伺服过热和伺服不能就绪报警第36页，共58页。6.6进给伺服系统的报警处理3.故障原因：电机过热①机械传动故障引起的电动机过载。②切削条件引起的电动机过载。③电动机本身不良（电动机定子绕组的热偶开关不良）。6.6.1伺服过热和伺服不能就绪报警第37页，共58页。6.6进给伺服系统的报警处理4.伺服参数整定不良（电动机定子绕组的热偶开关）：①伺服放大器的风扇故障。②如果为伺服单元(SVU)，还可能是TH1,TH2接口或外接的热保护元件故障。③伺服放大器本身故障：硬件故障（智能逆变模块不良）；伺服软件不良。6.6.1伺服过热和伺服不能就绪报警第38页，共58页。6.6进给伺服系统的报警处理下面以FANUC系统的伺服系统的报警为例介绍伺服系统常见的故障。1.伺服移动误差过大报警：（1)系统检测原理。(2)故障原因及判别方法。(3)故障的诊断方法。6.6.2伺服移动误差过大和停止误差过大报警处理第39页，共58页。6.6进给伺服系统的报警处理下面以FANUC系统的伺服系统的报警为例介绍伺服系统常见的故障。2.伺服停止误差过大报替：（1)系统检测原理。(2)故障原因及判别方法。6.6.2伺服移动误差过大和停止误差过大报警处理第40页，共58页。6.6进给伺服系统的报警处理下面以FANUC系统的伺服系统的报警为例介绍伺服系统常见的故障。系统检测原理：当系统发出停止移动指令或静止时，系统的位置偏差计数器（FANUC-OC/OD系统的诊断号为800－803；FANUC-16/18/21/OiA系统的诊断号为300）偏差值超过了系统参数(FANUC-OC/OD系统为593－596；FANUC-16/18/21/OiA系统为1829）所设定的数值时，系统发出停止误差过大报警。6.6.2伺服移动误差过大和停止误差过大报警处理第41页，共58页。6.6进给伺服系统的报警处理下面以FANUC系统的伺服系统的报警为例介绍伺服系统常见的故障。故障原因及判断方法：如果是垂直轴原因①伺服电动机及动力电缆断相故障或伺服电动机的动力线连接错误。②伺服放大器不良。③系统该轴的伺服控制板不良。6.6.2伺服移动误差过大和停止误差过大报警处理第42页，共58页。6.6进给伺服系统的报警处理下面以FANUC系统的伺服系统的报警为例介绍伺服系统常见的故障。故障原因及判断方法：如果不是垂直轴原因①系统软件故障：伺服参数（停止误差检测标准参数）设定不当或伺服软件不良。②系统硬件故障：伺服放大器故障或系统伺服控制板不良。6.6.2伺服移动误差过大和停止误差过大报警处理第43页，共58页。6.6进给伺服系统的报警处理下面以FANUC系统的伺服系统的报警为例介绍伺服系统常见的故障。1.位置反馈线报警：（1)系统检查原理：①硬件断线报警：②软件断线报警：(2)故障诊断方法。(3)故障原因和处理方法。6.6.3伺服反馈线和伺服参数错误的报警处理第44页，共58页。6.6进给伺服系统的报警处理下面以FANUC系统的伺服系统的报警为例介绍伺服系统常见的故障。2.数字伺服参数设定异常报警：（1)系统检查原理。(2)故障产生的原因。(3)故障处理方法。6.6.3伺服反馈线和伺服参数错误的报警处理第45页，共58页。

1．进给间隙补偿量的测定2．快速进给间隙补偿量的测定3．系统伺服参数的设定4．使用新的反向间隙补偿功能6.7传动间隙误差调整及补偿方法第46页，共58页。

6.7传动间隙误差调整及补偿方法1.进给间隙补偿量的测定：（1）手动操作使机床返回到机床参考点。（2）用切削进给速度使机床移动到机床测量点，如G91G01X100F200（3）安装百分表，将百分表的调到0刻度位置。（4）用切削进给速度使机床沿相同方向再移动l00mm（5）用相同的切削进给速度从当前点返回到测量点（6）读取百分表的刻度值第47页，共58页。

6.7传动间隙误差调整及补偿方法2.快速进给间隙补偿量的测定：（1）手动操作使机床返回到机床参考点。（2）机床以快移速度移动到机床测量点，如G91G00X100（3）安装百分表，将百分表的调到0刻度位置。（4）用切削速度使机床沿相同方向再移动l00mm（5）用相同的快移速度从当前点返回到测量点（6）读取百分表的刻度值第48页，共58页。

6.7传动间隙误差调整及补偿方法3.系统伺服参数设定：(1)间隙补偿量控制功能参数的设定(2)间隙补偿量的参数设定第49页，共58页。

6.7传动间隙误差调整及补偿方法4.使用新的反向间隙补偿功能：(1)常规反向间隙加速功能。(2)采用新反向间隙加速功能。(3)两级反向间隙加速功能。第50页，共58页。

6.7传动间隙误差调整及补偿方法（1）.常规反向间隙的加速功能：①设定反向间隙补偿值，参数l851(间隙补偿值)的设定值为正值，在半闭环时有效；如果是全闭环，可将此参数设为l，并将系统参数2006#0(FCBL)的设定为l，即在全闭环中，反向间隙设定值不起作用。②使用反向间隙加速功能。参数2048(反向间隙加速范围值)设定为600。参数2071(反向间隙加速有效周期)通常设定为50～100。③如果过切，可加入反向间隙加速停止功能。参数2009#7(BLST)设为l，使用反向间隙加速停止功能。参数2082(反向间隙加速停止时间)设定为5。第51页，共58页。

6.7传动间隙误差调整及补偿方法（2）.采用新反向间隙加速功能：①设定反向间隙补偿(系统参数l851)。②使用新反向间隙加速功能，在常规反向间隙加速功能的基础上，设置2009#2(ADLB)为1，即使新反向间隙加速功能有效。③如是垂直轴，可调整转矩偏置。参数2087(转矩偏置)的设定值为一830×(a+b)，(a+b)为带符号的算术值(a、b为在伺服检测板上检测到的与转矩成比例的电压值，单位为v)。第52页，共58页。

6.7传动间隙误差调整及补偿方法（3）.两级反向间隙加速功能：【例6.11】:由某龙门数控铣削中心加工的零件，在检验中发现工件Y轴方向的实际尺寸与程序编制的理论数据存在不规则的偏差。该数控机床布局如图6-18所示。分析：从数控机床控制的角度来说，零件在Y轴方向的尺寸偏差是由机床的Y轴在进给过程中产生的偏差所造成。该机床数控系统为SINUMERIK810M，伺服系统为SIMODRIVE611A驱动装置，Y轴进给电动机为带内装式ROD302编码器的1FT5交流伺服电动机。①通过检查Y轴有关位置参数（如反向间隙、夹紧允许误差等）均在要求范围内，故可排除由于参数设置不当引起故障的因素。②检查Y轴进给传动链。该机床Y轴进给传动链如图6-19所示。第53页，共58页。

6.7传动间隙误差调整及补偿方法图6-19Y轴进给传动链图6-18龙门数控铣削中心第54页，共58页。

6.7传动间隙误差调整及补偿方法处理方法：①如图6-20a所示，将一个千分表座吸在横梁上，表头对准主轴并可沿Y轴的“-”方向运动，找正时使表头压缩到50μm左右，然后把表头复位到零。②将机床操作面板上的工作方式开关置于增量方式（INC）的×10档，轴选择开关