数控机床故障诊断与维修3

数控机床

故障诊断与维修绪论一、数控机床的组成数控机床由数控装置、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。1.数控装置(数控系统的核心)由硬件和软件部分组成，接受输入代码经缓存、译码、运算插补）等转变成控制指令，实现直接或通过PLC对伺服驱动装置的控制。

一、数控机床的组成2.伺服驱动装置是数控装置和机床主机之间的联接环节，接受数控装置的生成的进给信号，经放大驱动主机的执行机构，实现机床运动。3.检测反馈装置是通过检测元件将执行元件（电机、刀架）或工作台的速度和位移检测出来，反馈给数控装置构成闭环或半闭环系统。4.机床本体是数控机床的机械结构件（床身箱体、立柱、导轨、工作台、主轴和进给机构等。二、数控机床故障诊断

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。二、数控机床故障诊断

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：MTBF—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）数控设备使用寿命—故障频率曲线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。四、数数控诊诊断技技术的的发展展1.通通讯诊诊断(远程程、海海外诊诊断））用户机机床的的通讯讯口通通过电电话线线和维维修中心的的专用用通讯讯诊断断计算算机相相连。。计算机机发诊诊断程程序用用户测测试数数据计算机机诊断断结果果和处处理方方法用用户特点：：实用用简便便；有一定定的局局限性性四、数数控诊诊断技技术的的发展展2.自自修修复系系统当诊断断软件件发现现数控控机床床在运运行中中某一模块块有故故障时时，系系统在在CRT上上显示示的同同时，自自动寻寻找备备用模模块并并接上上。特点：：实用用但成成本比比较高高，而而且只只适合总线线结构构的CNC系统统。四、数数控诊诊断技技术的的发展展3.人人工工智能能专家家故障障诊断断系统统4.人人工工神经经元网网络(ANN)诊断断ANN具有有联想想、容容错、、记忆忆、自自适应应、自学习习和处处理复复杂多多模式式故障障等特特点。。这种方法法将被被诊断断的系系统的的症状状作为为网络络的输入，，将按按一定定数学学模型型所求求得的的故障障原因作为为网络络的输输出，，并且且神经经网络络将经经过学习所所得到到的知知识以以分布布的方方式隐隐存在在网络上，，每个个输出出神经经元对对应着着一个个故障障原因。五、课课程的的基本本要求求与特特点熟悉数数控机机床各各组成成部分分的工工作原原理与与结构构确立数数控机机床故故障诊诊断的的基本本思路路与实实施诊诊断的的步骤骤及注注意事事项掌握常常用测测试仪仪器的的使用用方法法通过理理论和和实训训环节节的教教学，，能实实施对对数控控机床床的故故障分分析和和诊断断。课程涉涉及内内容广广，故故障检检测、、分析析难度度高第一章章数数控机机床维维护及及故障障诊断断第一节节数控机机床的的验收收与精精度检检测第二节节数数控机机床的的维护护第三节节数数控机机床的的故障障处理理第四节节数数控系系统故故障诊诊断的的方法法第五节节数数控机机床的的抗干干扰第一节节数数控机机床的的验收收与精精度检检测一、数数控机机床的的验收收1.机机床性性能主轴性性能手动操操作——高、、中、、低三三挡转转速连连续进进行五次次正、、反转转的起起动、、停止止，检检验其其动作的的灵活活性和和可靠靠性。。观察察功率率、转转速、主轴的准准停及机床的的振动情况。。一、数控机床床的验收一）、机床性性能进给性能通过回原点、、手动操作和和手动数据输输入方式操作作，检验正、、反向的低、、中、高速的进给运动动的起动、停停止、点动等等动作的平稳稳性和可靠性性。并检查回回原点的准确确性和可靠性性，软、硬限限位是否确实实可靠。一、数控机床床的验收一）、机床性性能自动换刀性能能通过手动和M06指令自自动运行，检检验换刀的可可靠性、灵活活性和平稳性性并测定换刀刀时间是否符符合要求。机床噪声主轴箱、冷却却风扇、液压压油泵等噪声声小于85分分贝。一、数控机床床的验收二）、数控功功能指令功能—指指令的功能实实现及准确性性操作功能—检检验回原点、、执行程序、、进给倍率、、急停等功能能的准确性CRT显示功功能—检验位位置、程序、、各种菜单显显示功能三）、连续空空载运行进行8—16小时的空载载自动连续运运行一、数控机床床的验收四）、验收检检查项目数控系统外观观检查（各部部分破损、碰碰伤）控制柜元器件件的紧固检查查（接插件、、接线端子、、元器件的固固定）输入电源电压压、相序的确确认检查直流输出出电压（24V、5V）确认数控系统统与机床侧的的接口确认数控系统统各参数的设设定（最佳性性能）二、精度检验验1.几何精度度检验（静态态精度检验））是综合反映机机床关键零部部件经组装后后的综合几何形状误误差。有各坐坐标轴的相互互垂直度、台面的平平行度、主轴轴的轴向和径径向跳动等检验项目目。2.定位精度度检验是测量机床各各坐标轴在数数控系统控制制下所能达到的位置置精度。有直线运动定定位精度、直直线运动重复复定位精度、直线运运动的原点复复归精度、直直线运动失动量、回回转工作台的的定位精度、、回转工作台的重复复分度精度、、数控回转工工作台的失动量、回回转工作台的的原点复归精精度等。3.切削精精度检验（（对数控车车床）外圆车削（（直径、圆圆度）端面车削（（平面度））螺纹车削（（螺距积累累误差）等等第二节数数控机床的的维护一、点检点检—按有关维维护文件的的规定，对对数控机床床进行定点点、定时的的检查和维维护点检要求和和内容专职点检——重点设备备、部位（（设备部门门）日常点检——一般设备备的检查及及维护（车车间）生产点检——开机前检检查、润滑滑、日常清清洁、紧固等工作作（操作者者）二、数控系系统的日常常维护机床电气柜柜的散热通通风门上热交换换器或轴流流风扇对控控制柜的内内外进行空气循循环。（少少开柜门））纸带阅读机机的定期维维护对光电头、、纸带压板板定期进行行防污处理理支持电池的的定期更换换在机床断电电期间，有有电池供电电保持存储储在COMS器器件内的机机床数据二、数控系系统的日常常维护检测反馈元元件的维护护光电编码器器、接近开开关、行程程开关与撞撞块、光栅等元件件的检查和和维护备用电路板板的定期通通电备用电路板板应定期装装到CNC系统上通通电运行，长期停停用的数控控机床也要要经常通电电，利用电器元元件本身的的发热来驱驱散电气柜柜内的潮气。保保证电器元元件性能的的稳定可靠靠。三、诊断常常用的仪器器仪表及工工具1.仪器仪仪表万用表—可可测电阻、、交、直流流电压、电电流指针式：有有测量过程程数字式：直直接读数相序表—可可检查直流流驱动装置置输入电流流的相序双踪示波器器—检查信信号波形钳形电流表表—不断线线检测电流流三、诊断常常用的仪器器仪表及工工具脉冲发生笔笔与逻辑测测试笔对芯片或功功能电路板板的输入注注入逻辑电电平脉冲，，用逻辑测测试笔检测测输出电平平，以判别别其功能正正常与否。。机械故障诊诊断仪对机械故障障进行检测测、分析与与诊断。2.工具具“+”、““一”螺丝刀、、钳子、镊镊子、烙铁铁等四、诊断用用技术资料料数控机床生生产厂家必必须向用户户提供安装装、使用与维修修有关的技技术资料，，主要有：：数控机床电电气使用说说明书数控机床电电气原理图图数控机床电电气连接图图数控机床结结构简图数控机床参参数表数控机床PLC控制制程序四、诊断用用技术资料料数控系统操操作手册数控系统编编程手册数控系统安安装与维修修手册伺服驱动系系统使用说说明书数控机车的的技术资料料对故障分分析与诊断断非常重要，，必须认真真仔细地阅阅读，并对对照机床实实物，做到到心中有数数。一旦机机床发生故障，，再进行分分析的同时时查阅资料料。第三节故故障处理理一、故障软故障—由由调整、参参数设置或或操作不当当引起（在在使用初期期发生较多多，不熟悉悉）硬故障—由由数控机床床（控制、、检测、驱驱动、液气气、机械装装置）的硬硬件失效引引起二、故障处处理对策除非出现影影响设备或或人身安全全的紧急情情况，不要要立即切断断机床的电电源。应保保持故障现现场。从机床外观观、CRT显示的内内容、主板板或驱动装置置报警灯等等方面进行行检查。可可按系统复位键键，观察系系统的变化化，报警是是否消失。如消消失，说明明是随机性性故障或是是由操作错误引引起的。如不能消失失，把可能能引起该故故障的原因罗列出来来，进行综综合分析、、判断，必必要时进行一些些检测或试试验，达到到确诊故障障的目的。复位后，故故障不能消消失，可从从以下几方方面进行调查：：1.检查机机床的运行行状态机床故障时时的运行方方式CRT显示示的内容（（报警信号号和报警号号）驱动装置、、变频器等等显示的报报警指示故障时轴的的定位误差差刀具轨迹是是否正常辅助机能的的运行状态态2.检查加加工程序及及操作情况况是否为新编编制的加工工程序刀具补偿指指令及补偿偿量是否正正确故障是否与与换刀有关关故障是否与与进给速度度有关操作者的情情况（新手手）3.检查系系统的输入入电压输入电压的的波动，电电压值是否否在正常范范围附近有否使使用大电流流的装置4.检查环环境状态CNC周围围的温度状状况控制柜热交交换器、轴轴流风扇工工作情况系统周围的的振动情况况附近有否高高频干扰源源5.检查机机床状况熔丝是否已已熔断故障前是否否修理过机机床或设置置过参数机床是否已已调整好在运行过程程中是否改改变过工作作方式机床是否正正处于急停停、锁住状状态速度倍率开开关是否设设为零进给保持按按钮是否被被按下间隙补偿量量是否合适适机床各信号号电缆有否否破损信号线和电电源线是否否分开走线线屏蔽线接地地是否正确确第三节数数控系统统故障诊断断方法一、诊断步步骤和要求求故障检测（（确定有否否故障）1.故障诊诊断故故障判判断（确定定故障性质质）故障定位（（确定故障障部位）2.故障诊诊断要求：：故障检测方方法简便有有效使用的诊断断仪器少而而实用故障诊断的的所需的时时间尽可能能短二、常用故故障诊断方方法1.直观法法（望闻问问切）问—机床的的故障现象象、加工状状况等看—熔丝断断否、元器器件烟熏烧烧焦、电容容器膨胀变变形、开裂裂、保护器器脱扣、触触点火花、、CRT报报警信息、、报警指示示灯等听—异常声声响（铁芯芯、欠压、、振动等））闻—电气元元件焦糊味味及其它异异味摸—发热、、振动、接接触不良等等二、常用故故障诊断方方法2.CNC系统的自自诊断功能能开机自诊断断—系统内内部自诊断断程序通电电后动执行行对CPU、存储器器、总线和和I/O等等模块及功功能板、CRT、软软盘等外围围设备进行行功能测试试，确定主主要硬件能能正常工作作。例运行中的故故障信息提提示—发生生故障在CRT上报报警信息，，查阅维修修手册确定定故障原因因及排除方方法。（不不唯一，信信息丰富则则准确）FANUC107E系统统的数控机机床，开机机后CRT显显示：FS107E13991SROMTEST：ENDRAMTEST未未通过过测试故障可能：：参数丢失失、支持电电池失效或接触不良良等二、常用故故障诊断方方法3.数据和和状态检查查CNC系统统的自诊断断不但能在在CRT上上显示故障报警信息息，而且还还能以多页页“诊断地地址”和“诊断数数据”的形形式提供机机床参数和和状态信息接口检查参数检查接口检查——系统与机机床、系统统与PLC、机床与与PLC的的输入/输输出信号，，接口诊断断功能可将将所有开关关量信号的的状态显示示在CRT上，，“1”表表示通，““0”表示示断。利用状态显显示可以检检查数控系系统是否将将信号输出出到机床侧侧，机床侧侧的开关信信号是否已已输入到系系统，从而而确定故障障是在机床床测还是在在系统侧。。例：接口检查二、常用故故障诊断方方法参数检查数控机床的的机床参数数是经一系系列的试验验和调整而获得得的重要参参数，是机机床正常运运行的保证。包包括有增益益、加速度度、轮廓监监控及各种补偿偿值等。当当机床长期期闲置不用用或受到外部干干扰会使数数据丢失或或发生数据据混乱，机床将将不能正常常工作。可调出机床床参数进行行检查、修修改或传送送。二、常用故故障诊断方方法4.报警指指示灯显示示故障除CRT软软报警外，，还有许多多“硬件””报警指示灯，分布布在电源、、主轴驱动动、伺服驱驱动I/O装置置上，由此此可判断故故障的原因因。5.备板置置换法（替替代法）用同功能的的备用板替替换被怀疑疑有故障的的模板。（故障障被排除或或范围缩小小）注意：断电电状态下/选择开关关、跨线一一致二、常用故故障诊断方方法六、将功能能相同的模模板或单元元相互交换换，观察故障的的转移情况况，就能快快速判断故故障的部位。系统X驱动Y驱动X电机Y电机二、常用故故障诊断方方法七、敲击法法数控系统是是由各种电电路板组成成，电路板板上、接插件等处处有虚焊或或接口槽接接触不良都都会引起故障。。可用绝缘缘物轻轻敲敲打疑点处处，若出现，则则敲击处很很可能就是是故障部位位。八、升温法法设备运行较较长时间或或环境温度度较高时，，机床就会出现现故障，可可用电吹风风、红外灯灯照射可疑的元元件或组件件。确定故故障点。二、常用故故障诊断方方法九.功能程程序测试法法当数控机床床加工造成成废品而无无法确定是是编程、操作不不当还是数数控系统故故障时，或或是闲置时间较较长的数控控机床重新新投入使用用时。将G、M、、S、T、、F功能的的全部指令令编写一个个试验程序并并运行在这这台机床，，可快速判判断哪个功能不不良或丧失失。二、常用故故障诊断方方法十、隔离法法隔离法是将将某些控制制回路断开开，从而达达到缩小查找故故障区域的的目的。例：某加工工中心，在在JOG方方式下，进进给平稳，但自动动则不正常常。首先要要确定是NC故障还是伺服服系统故障障，先断开开伺服速度度给定信号，用用电池电压压作信号，，故障依旧旧。说明NC系系统没有问问题。进一一步检查是是Y轴夹紧装置出出故障。二、常用故故障诊断方方法十一、测量量比较法为了检测方方便，在模模板或单元元上设有检检测端子，用万万用表、示示波器等仪仪器对这些些端子的电平或或波形进行行测试，将将测试值与与正常值进行比比较，可以以分析和判判断故障的的原因和及故障障的部位。。各种故障诊诊断方法各各有特点，，要根据故故障现象的特点点灵活的组组合应用。。第四节电电源的维维护与保养养1.电源的的组成：三相输入线线路、熔断断器、电源源开关、电电源变压器、控控制变压器器、断路器器、各种继继电器、接触器器等。2.通过电电源配置提提供给数控控机床所需需要的各种电源，，以满足不不同负载的的要求。一般有：380V、、220V、200V、24V以及5V等。第四节电电源的维维护与保养养2.维护保保养内容三相电源的的电压值是是否正常，，有否偏相相所有电气连连接是否良良好各类开关是是否有效各继电器、、接触器是是否正常工工作检验热继电电器、电弧弧抑制器等等保护器件件是否有效效检查电气柜柜防尘滤网网、冷却风风扇是否正正常第五节数数控机床床的抗干扰扰一、电磁波波干扰电火花、中中、高频电电加热设备备的电源都都会产生强烈的的电磁波波，通过过空间传传播被附附近的数数控系统所所接受，，如果能能量足够够就会干干扰数控控机床的正正常工作作。（远远离这些些设备））二、供电电线路干干扰输入电压压过压或或欠压引引起电源源报警而而停机电源波形形畸变*引起错错误信息息会导致致CPU停止运运行第五节数数控控机床的的抗干扰扰三、信号号传输干干扰数控信号号在传递递过程中中受到外外界的干干扰串模干扰扰—干扰扰电压叠叠加在有有用信号号上，由绝缘不不良、漏漏电阻及及供电线线路等引引入。共模干扰扰—干扰扰电压对对二根或或以上信信号线的的干扰大大小相等等、相位位相同。。装置的的共模抑制制比较高高，影响响不大。。当不平平衡时，一部部分转为为串模。。四、抗干干扰措施施1.减少少供电线线路的干干扰数控机床床远离具具有中、、高