数控设备故障分类和机床维护

1.数控机床维修的基本要求

1.1对维修人员的素质要求数控设备是技术密集型和知识密集型机电一体化产品，其技术先进、结构复杂、价格昂贵,在生产上往往起着关键作用，因此对维修人员有较高的要求。(1)专业知识面广a.掌握或了解计算机原理、电子技术、电工原理、自动控制与电机拖动、检测技术、机械传动及机加工工艺方面的基础知识。b.既要懂电、又要懂机。电包括强电和弱电；机包括机、液、气。维修人员还必须经过数控技术方面的专门学习和培训，掌握数字控制、伺服驱动及PLC的工作原理，懂得NC和PLC编程。(2).具有专业英语阅读能力。(3).勤于学习，善于分析。(4).有较强的动手能力和实验技能。a.应会使用维修所必需的工具、仪表和仪器。b.胆大心细。2.常见故障分类

数控机床是一种技术复杂的机电一体化设备，其故障发生的原因一般都比较复杂，这给故障诊断和排除带来不少困难。为了便于故障分析和处理，本节按故障部件、故障性质及故障原因等对常见故障作了如下分类。2.1按数控机床发生故障的部件分类

①主机故障。数控机床的主机部分，主要包括机械、润滑、冷却、排屑、液压,气动与防护等装置。常见的主机故障有：因机械安装、调试及操作使用不当等原因引起的。a.机械传动故障b.导轨运动摩擦过大故障。故障表现为传动噪声大，加工精度差，运行阻力大.例如：轴向传动链的挠性联轴器松动，齿轮、丝杠与轴承缺油，导轨塞铁调整不当，导轨润滑不良以及系统参数设置不当等原因均可造成以上故障。尤其应引起重视的是，机床各部位标明的注油点（注油孔）须定时、定量加注润滑油（剂），这是机床各传动链正常运行的保证。c.液压、润滑与气动系统的故障现象主要是管路阻塞和密封不良。②电气故障。电气故障分弱电故障与强电故障。a.弱电部分主要指CNC装置、PLC控制器、CRT显示器以及伺服单元、输入、输出装置等等电子电路，这部分又有硬件故障与软件故障之分。硬件故障主要是指上述各装置的印刷电路板上的集成电路芯片、分立元件、接插件以及外部连接组件等等发生的故障。常见的软件故障有：加工程序出错，系统程序和参数的改变或丢失、计算机的运算出错等。b.强电部分,这部分的故障十分常见，必须引起足够的重视。2.2按数控机床发生的故障性质分类

①系统性故障。系统性故障，通常是指只要满足一定的条件或超过某一设定的限度，工作中的数控机床必然会发生的故障。这一类故障现象极为常见。例如：a.液压系统的压力值随着液压回路过滤器的阻塞而降到某一设定参数时，必然会发生液压报警使系统断电停机；b.润滑、冷却或液压等系统由于管路泄漏引起油标下降到使用限值必然会发生液位报警使机床停机；②随机性故障。随机性故障，通常是指数控机床在同样的条件下工作时只偶然发生一次或两次的故障。有的文献上称此为“软故障”。2.3按按故故障障发发生生后后有有无无报报警警显显示示分分类类(1)有有报报警警显显示示的的故故障障这类类故故障障又又可可分分为为硬硬件件报报警警显显示示与与软软件件报报警警显显示示两两种种。。a.硬硬件件报报警警显显示示的的故故障障硬硬件件报报警警显显示示通通常常是是指指各各单单元元装装置置上上的的警警示示灯灯（（一一般般由由LED发发光光管管或或小小型型指指示示灯灯组组成成））的的指指示示。。b.软软件件报报警警显显示示故故障障软软件件报报警警显显示示通通常常是是指指CRT显显示示器器上上显显示示出出来来的的报报警警号号和和报报警警信信息息。。这这类类报报警警显显示示常常见见的的有有：：存存储储器器警警示示、、过过热热警警示示、、伺伺服服系系统统警警示示、、轴轴超超程程警警示示、、等等等等，，上述述软软件件报报警警有有来来自自NC的的报报警警和和来来自自PLC的的报报警警。。(2)无无报报警警显显示示的的故故障障这类类故故障障发发生生时时无无任任何何硬硬件件或或软软件件的的报报警警显显示示，，因因此此分分析析诊诊断断难难度度较较大大,例例如如：：a.机机床床通通电电后后，，在在手手动动方方式式或或自自动动方方式式运运行行X轴轴时时出出现现爬爬行行现现象象，，无无任任何何报报警警示示。。b.又又如如机机床床在在自自动动方方式式运运行行时时突突然然停停止止，，而而CRT显显示示器器上上无无任任何何报报警警显显示示。。C.还还有有在在运运行行机机床床某某轴轴时时发发生生异异常常声声响响，，一一般般也也无无故故障障报报警警显显示示等等等等。。对于于无无报报警警显显示示故故障障，，通通常常要要具具体体情情况况具具体体分分析析，，要要根根据据故故障障发发生生的的前前后后变变化化状状态态进进行行分分析析判判断断。。2.4按故故障障发发生生的的原原因因分分类类(1)数数控控机机床床自自身身故故障障这类类故故障障的的发发生生是是由由于于数数控控机机床床自自身身的的原原因因引引起起的的，，与与外外部部使使用用环环境境条条件件无无关关。。(2)数数控控机机床床外外部部故故障障这类类故故障障是是由由于于外外部部原原因因造造成成的的。。例例如如：：a.数数控控机机床床的的供供电电电电压压过过低低，，波波动动过过大大，，相相序序不不对对或或三三相相电电压压不不平平衡衡；；b.周周围围的的环环境境温温度度过过高高;c.有有害害气气体体、、潮潮气气、、粉粉尘尘侵侵入入；；d.外外来来振振动动和和干干扰扰，，除上上述述常常见见故故障障分分类类外外，，还还可可按按故故障障发发生生时时有有无无破破坏坏性性来来分分，，可可分分为为破破坏坏性性故故障障和和非非破破坏坏性性故故障障；；按按故故障障发发生生的的部部位位分分，，可可分分为为数数控控装装置置故故障障，，进进给给伺伺服服系系统统故故障障、、主主轴轴系系统统故故障障、、刀刀架架、、刀刀库库、、工工作作台台故故障障等等等等。。2.5数控控机机床床故故障障的的排排除除思思路路和和原原则则2.5.1数控控机机床床故故障障的的排排除除思思路路1.确确认认故故障障现现象象，，调调查查故故障障现现场场，，充充分分掌掌握握故故障障信信息息。。当数数控控机机床床发发生生故故障障时时，，维维护护维维修修人人员员进进行行故故障障的的确确认认是是很很有有必必要要的的，，特特别别是是操操作作使使用用人人员员不不熟熟悉悉机机床床的的情情况况下下，，尤尤其其重重要要。。不不该该也也不不能能让让非非专专业业人人士士随随意意开开动动机机床床，，特特别别是是出出现现故故障障后后的的机机床床，，以以免免故故障障的的进进一一步步扩扩大大。。2.根据据所所掌掌握握故故障障信信息息，，明明确确故故障障的的复复杂杂程程度度并并列列出出故故障障部部位位的的全全部部疑疑点点。。在充充分分调调查查现现场场掌掌握握第第一一手手材材料料的的基基础础上上，，把把故故障障问问题题正正确确地地列列出出来来。。俗俗话话说说，，能能够够把把问问题题说说清清楚楚，，就就已已经经解解决决了了问问题题的的一一半半。。3.分分析析故故障障原原因因，，制制定定排排除除故故障障的的方方案案。。分析析故故障障时时，，维维修修人人员员不不应应局局限限于于CNC部部分分，，而而是是要要对对机机床床强强电电、、机机械械、、液液压压、、气气动动等等方方面面都都作作详详细细的的检检查查，，并并进进行行综综合合判判断断，，制制定定出出故故障障排排除除的的方方案案，，达达到到快快速速确确诊诊和和高高效效率率排排除除故故障障的的目目的的。。分析故障原因因时应注意：：1）思路一定要开开阔，无论是是数控系统、、强电部分、、还是机、液液、气等，只只要将有可能能引起故障的的原因以及每每一种可能解解决的方法全全部列出来，，进行综合、、判断和筛选选；2）在对故障障进行深入分分析的基础上上，预测故障障原因并拟定定检查的内容容、步骤和方方法，制定故故障排除方案案。2.5.2故障的排除应应遵循的原则则在检测故障过过程中，应充充分利用数控控系统的自诊诊断功能，如如系统的开机机诊断、运行行诊断、PLC的监控功功能。根据需需要随时检测测有关部分的的工作状态和和接口信息。。同时还应灵灵活应用数控控系统故障检检查的一些行行之有效的方方法，如交换换法、隔离法法等。2.6维修修的基本步骤骤:由于数控机床床发生故障的的原因一般较较复杂，而且且，数控机床床本身以及其其加工产品的的成本较高，，所以，当发发生故障，如如何有条不紊紊的排除故障障，确保能迅迅速、有效的的解决故障，，提高机床无无故障工作时时间，最大限限度地提高机机床利用率，，从而获得高高的经济效益益。一般按如如下步骤来进进行故障的处处理：故障记录→→维修前的的检查并记记录→故障障的排除→→相关资料料的整理。2.6.1CNC故障自诊诊断故障自诊断断技术是当当今数控系系统一项十十分重要的的技术，它它的强弱是是评价系统统性能的一一项重要指指标。大型的CNC、PLC装置都都配有故障障诊断系统统，可以由由各种开关关、传感器器等把油位位、温度、、油压、电电流、速度度等状态信信息，设置置成数百个个报警提示示，诊断故故障的部位位和地点。。随着微处理理器技术的的快速发展展，数控系系统的自诊诊断能力越越来越强，，从原来简简单的诊断断朝着多功功能和智能能化方向发发展。其报报警种类，，由10种种到20种种，现在已已有达到几几千种的。。当数控系统统一旦发生生故障，借借助系统的的自诊断功功能，往往往可以迅速速、准确地地查明原因因并确定故故障部位。。因此，对对维修人员员来说，熟熟悉和运用用系统的自自诊断功能能是十分重重要的。常用的自诊诊断方法归归纳起来一一般可分三三种。（一）开开机自诊断断在对数控系系统进行维维修时，维维修人员应应了解该系系统的自诊诊断能力，，所能检查查的内容及及范围，做做到心中有有数。在遇遇到级别较较高的故障障报警时，，可以关机机，重新开开机，让系系统再进行行开机自诊诊断，检查查数控系统统这些关键键部分是否否正常。（二）运运行自诊断断运行自诊断断是数控系系统正常工工作时，运运行内部诊诊断程序，，对系统本本身、PLC、位位置伺服单单元以及与与数控装置置相连的其其它外部装装置进行自自动测试、、检查，并并显示有关关状态信息息和故障信信息。只要要数控系统统不断电，，这种自诊诊断会反复复进行，不不会停止。。CNC系统统的自诊断断能力不仅仅能在CRT上显示示故障报警警信息，而而且还能以以多页的““诊断地址址”和“诊诊断数据””的形式为为用户提供供各种机床床状态信息息。这些状状态信息有有：a.CNC系统与与机床之间间的接口输输入输出信信号状态；；b.CNC与PLC之间输输人输出信信号状态；c.PLC与机床床之间输入入／输出信信号状态；；d.各坐坐标轴位置置的偏差值值；刀具距距机床参考考点的距离离；e.CNC内部各各存储器的的状态信息息；伺服系系统的状态态信息；f.MDI面板、、机床操作作面板的状状态信息等等等。充分利用CNC系统统提供的这这些状态信信息，就能能迅速准确确地查明故故障、排除除故障。2.6.2常用的的故障检查查方法由于数控系系统所产生生的故障千千变万化，，其原因往往往比较复复杂。而且且，目前国国内所使用用的数控系系统，极大大多数故障障自诊断能能力还比较较弱，智能能化程度较较低，不能能对系统的的所有部件件进行测试试，也不能能将故障原原因定位到到具体的元元器件上，，往往是一一个报警号号指示出众众多的故障障起因。而而使人难以以下手。因因此，要迅迅速诊断故故障原因，，及时排除除故障，很很有必要总总结出一些些行之有效效的故障检检查方法。。下面将结合合维修实例例，详细介介绍常用故故障检查方方法。（一）直直观法（常常规检查法法）就是利用人人的手、眼眼、耳、鼻鼻等感觉器器官来寻找找故障原因因。这种方方法在维修修中是常用用的，也是是首先使用用的。“先外后内内”的维修修原则要求求维修人员员在遇到故故障时应先先采用看、、闻、嗅、、摸等方法法，由外向向内逐一进进行检查。。有些故障障采用这种种直观法可可迅速找到到故障原因因，而采用用其它方法法要化费不不少时间，，甚至一时时解决不了了。1）问机机床床开机时的的异常？比比较故障前前后工件的的精度和传传动系统、、走刀系统统是否正常常？出力均均匀？切深深和走刀量量减小？润润滑油牌号号、用量？？机床何时时进行过保保养检修？？2）看就就是用肉眼眼看仔细检检查有无保保险丝烧断断、元器件件烧焦、烟烟熏、开裂裂现象，有有无异物断断路现象，，以此判断断板内有无无过流、过过压、短路路等问题。。看转速？？观察主传传动速度快快慢的变化化。主传动动齿轮、飞飞轮是否跳跳、摆？传传动轴是否否弯曲、晃晃动？3）听利利用用人体的听听觉功能可可查询到数数控机床因因故障而产产生的各种种异常声响响的声源，，如电气部部分常见的的异常声响响有：电源变压器器、阻抗变变换器与电电抗器等因因为铁心松松动、锈蚀蚀等原因引引起的铁片片振动的吱吱吱声;继电器、接接触器等的的磁回路间间隙过大，，短路环断断裂、动静静铁心或镶镶铁轴线偏偏差，线圈圈欠压运行行等原因引引起的电磁磁嗡嗡声或或者触点接接触不良的的嗡嗡声以以及元器件件因为过流流或过压运运行失常引引起的击穿穿爆裂声。。而伺服电电机、气控控器件或液液控器件等等发生的异异常声响基基本上和机机械故障方方面的异常常声响相同同，主要表表现在机械械的摩擦声声、振动声声与撞击声声等等。4）触当当CNC系系统出现时时有时无的的故障时，，宜采用此此方法。CNC系统统是由多块块线路板组组成的，板板上有许多多焊点，板板与板之间间或模块与与模块之间间又通过插插件或电缆缆相连。所所以，任何何一处的虚虚焊或接触触不良，就就会成为产产生故障的的主要原因因。检查时时，用绝缘缘物轻轻敲敲打可疑部部位（即虚虚焊、接触触不良、碰碰线、多余余物短路、、多余物卡卡触点等））。如果确确实是因虚虚焊或接触触不良而引引起的故障障，则该故故障会重复复出现。（二）系系统自诊断断法充分利用数数控系统的的自诊断功功能，根据据CRT上上显示的报报警信息及及各模块上上的发光二二极管等器器件的指示示，可判断断出故障的的大致原因因。进一步步利用系统统的自诊断断功能，还还能显示系系统与各部部分之间的的接口信号号状态，找找出故障的的大致部位位，它是故故障诊断过过程中最常常用、有效效的方法之之一。（三）功功能程序测测试法功能程序测测试法是将将所修数控控系统的G、M、S、T、F功能的全全部使用指指令编成一一个试验程程序，并穿穿成纸带或或存储在硬硬盘、电子子盘、软盘盘上。在故故障诊断时时运行这个个程序，可可快速判定定哪个功能能不良或丧丧失。功能能程序测试试法常应用用于以下场场合：1.机床加加工造成废废品而一时时无法确定定是编程，，操作不当当、还是数数控系统故故障时；2.数控系系统出现随随机性故障障，一时难难以区别是是外来干扰扰，还是系系统稳定性性不好。如如不能可靠靠地执行各各加工指令令，可连续续循环执行行功能测试试程序来诊诊断系统的的稳定性；；3.闲置时时间较长的的数控机床床在投入使使用时或对对数控机床床进行定期期检修时。。（四）参参数检查法法数控系统的的参数是经经过一系列列试验、调调整而获得得的重要数数据。参数数通常是存存放在由电电池保持的的RAM中中，一旦电电池电压不不足或系统统长期不通通电或外部部干扰会使使参数丢失失或混乱，，从而使系系统不能正正常工作。。当机床长长期闲置或或无缘无故故出现不正正常现象或或有故障而而无报警时时，就应根根据故障特特征，检查查和校对有有关参数。。对于经过长长时间运行行的数控机机床，由于于机械传动动部件磨损损，电气元元件性能变变化或调换换零部件所所引起的变变化，也需需对有关参参数进行调调整。有些些故障往往往是由于未未及时修改改某些不适适应的参数数值所造成成。（五）交交换法（备备件替换法法）现代数控系系统大都采采用模块化化设计，按按功能不同同划分为不不同的模块块，随着现现代数控技技术的发展展，电路的的继承规模模越来越大大，技术也也越来越复复杂，按照照常规的方方法，很难难把故障定定位在一个个很小的区区域，而一一旦系统发发生故障利利用此方法法可缩短停停机时间，，快速找到到故障板。。将具有相同同功能的两两块板互相相交换（一一块好的，，一块被怀怀疑是坏的的），观察察故障现象象是否随之之转移，还还是故障依依旧来判断断被怀疑板板。这些板板是指印刷刷线路板、、模块、集集成电路芯芯片或元器器件。若没没有备用电电路板或组组件，可把把故障区与与无故障区区的相同的的电路板或或组件互相相交换，然然后观察故故障排除及及转移情况况，也可得得到确诊。。注意：在数控系统统中往往有有型号完全全相同的电电路板、模模块、集成成电路和其其它零部件件。我们可可将相同部部分互相交交换，观察察故障转移移情况，以以快速确定定故障部位位。当数控控系统某个个轴运动不不正常，如如爬行、抖抖动、时动动时不动、、一个方向向动另一个个方向不动动等故障时时，常采用用换轴法来来确定故障障部位。1.“替换换”方法的的使用范围围在电气修理理中，采用用“替换””方法来检检查判断故故障应注意意应用场合合。对一些些比较简单单的电器，，如接触器器、继电器器、开关、、保护电器器及其它各各种单一电电器，在对对由电子元元件组成的的各种电路路电路板、、控制器、、功率放大大器及所接接的负载，，替换时应应小心谨慎慎，如果无无现成的备备件替换，，需从相同同的其它设设备上拆卸卸时更应谨谨慎从事，，以避免故故障没找到到，替换上上的新部件件又损坏，，造成新的的故障。2.“替换换”中的注注意点1）低压电电器的替换换应注意电电压、电流流和其它有有关的技术术参数，并并尽量采用用相同规格格的替换。。2）电子元元件的替换换，如果没没有相同的的，应采用用技术参数数相近的，，而且主要要参数最好好能胜过原原来的。3）拆卸时时应对各部部分做好记记录，特别别是接线较较多的地方方，可防止止反馈错误误引起的人人为故障。。4）在有反反馈环节的的线路中，，更换时要要注意信号号的极性，，以防反馈馈错误引起起其他的故故障。（六）隔隔离法有些故障，，如轴抖动动、爬行，，一时难以以区分是数数控部分，，还是伺服服系统或机机械部分造造成，常可可采用隔离离法．将机机电分离，，数控与伺伺服分离，，或将位置置闭环分离离作开环处处理．这样样复杂的问问题就化为为简单，就就能较快地地找到故障障原因．（七）原理理分析法原理分析法法是排除故故障的最基基本方法，，当其它检检查方法难难以奏效时时，可从电电路基本原原理出发，，一步一步步地进行检检查，最终终查出故障障原因。运用这种方方法必须对对电路的原原理有清楚楚的了解，，掌握各个个时刻各点点的逻辑电电平和特征征参数（如如电压值、、波形），，然后用万万用表、逻逻辑笔、示示波器或逻逻辑分析仪仪对被测点点进行测量量，并与正正常情况相相比较，分分析判断故故障原因的的可能性，，再缩小故故障范围，，直至找出出故障。数控机床是是机、电、、液（气））、光等等技术的结结晶，所以以在诊断中中应紧紧抓抓住微电子子系统与机机、液（气））、光等等装置的交交接点，这这些节点是是信息传输输的焦点，，对故障诊诊断会大有有帮助，可可以很快初初步判断故故障发生的的区段，如如故障是在在CNC系系统、PLC、MT及液压压等系统的的哪一侧，，以缩小检检查范围。。1.7数数控机床的的维护1.7.1预防性性维护的重重要性每台机床数数控系统在在运行一定定时间之后后，某些元元器件或机机械部件难难免出现一一些损坏或或故障现象象，问题在在于对这种种高精度、、高效益且且又昂贵的的设备，如如何延长元元器件的寿寿命和零部部件的磨损损周期，预预防各种故故，特别是是将恶性事事故消灭在在萌芽状态态，从而提提高系统的的平均无故故障工作时时间和使用用寿命，一一个重要方方面是要作作好预防性性维护。数控机床通通常是一个个企业的关关键设备，，有时在运运行中出现现了一些不不正常现象象，如级别别较低的报报警，虽然然不影响一一时运行，，但如果怕怕停机影响响生产，不不及时进行行维护和排排除，而让让其长时间间“带病””工作，必必然会造成成“小病不不治，大病病吃苦”的的后果。例例如：有些些地区电网网质量差，，电压波动动大，常造造成数控系系统跳闸。。有些使用用者对此现现象并不重重视，让系系统继续在在恶劣的供供电环境中中运行，最最后造成主主要模块烧烧坏的严重重后果。总之，，做好好预防防性维维护工工作是是使用用好数数控机机床的的一个个重要要环节节，数数控维维修人人员、、操作作人员员及管管理人人员应应共同同做好好这项项工作作。1.7.2预预防性性维护护工作作的主主要内内容数控系系统的的维护护保养养的具具体内内容，，在随随机的的使用用和维维修手手册中中通常常都作作了规规定，，现就就共同同性的的问题题作以以下要要求：：一.点点检1）专专职点点检负责对对机床床的关关键部部位和和重要要部位位按周周期进进行重重点点点检和和设备备状态态检测测与故故障诊诊断，，制定定点检检计划划，做做好诊诊断记记录，，分析析维修修结果果，提提出改改善设设备维维护管管理的的建议议。2）日日常点点检负责对对机床床的一一般部部位进进行点点检，，处理理和检检查机机床在在运行行过程程中出出现的的故障障。3）生产点点检负责对对生产产运行行中的