项目8数控机床故障诊断

PAGE2PAGE10教案序号28授课班级授课地点数控实训室课时安排4授课章节名称数控系统硬件故障的检查分析教学目标知识与技能：1．了解数控系统硬件故障的特点和一般处理步骤；2．熟悉FANUC数控系统报警的分类、常见报警的原因及处理方法；3．熟悉数控机床硬件故障诊断的方法。过程与方法：用实际工作任务促使学生形成探究知识、分析问题与解决问题的思维方式和行为习惯。情感与态度：通过完成项目任务，让学生养成职业素养，体验成功的快乐。教学重点数控系统硬件故障诊断的方法教学难点FANUC数控系统报警的分类、常见报警的原因及处理方法教法理实一体化教具多媒体、实训设备课外作业说明数控系统硬件故障诊断的方法。教学后记在数控机床中，往往涉及到实际的机床案例，学生会无从着手，教学中我们从几个典型的实际案例出发，教会学生方法，掌握步骤，慢慢摸索入门的诀窍。教学过程教学内容教学设计第一部分：组织教学和复习上次课主要内容（时间：3分钟）1．掌握利用存储卡进行NC参数的备份和恢复方法；2．掌握利用存储卡进行PMC程序的备份和恢复方法；3．掌握利用存储卡进行PMC参数的备份和恢复方法；4．掌握存储卡进行NC加工程序的备份和恢复方法；5.掌握在数控系统上查看、删除存储卡中的文件的方法。第二部分：学习新内容【步骤一】说明主要教学内容、目的（时间：3分钟）1．了解数控系统硬件故障的特点和一般处理步骤；2．熟悉FANUC数控系统报警的分类、常见报警的原因及处理方法；3．熟悉数控机床硬件故障诊断的方法。【步骤二】新知识的引入（时间：2分钟）在数控机床安装调试及使用过程中，难免出现这样那样的故障。故障又可分为硬件方面的故障和软件方面的故障，硬件故障又可按系统的不同组成部分来分：包括数控系统、伺服驱动系统和PLC等方面的故障。今天主要介绍数控机床数控系统的故障特点、处理数控系统硬件故障的一般步骤和方法。【步骤三】操练（时间：170分钟）一．数控系统硬件故障的特点和一般处理步骤（主要介绍教材P95本部分概述的内容）1．数控系统硬件故障特点数控系统的硬件故障是指发生在数控系统CPU及其外围电路，数控系统及其外围连接（如RS232接口、与伺服单元连接、与主轴连接等）电路的故障。由于数控系统逻辑电路、数据处理功能发生在低电压电路（+5V），所以CPU及其外围电路故障的发生几率是很低的，并且系统在这些部分功能的控制中有丰富的自诊断功能，根据故障报警信息，采取一些常用的维修方法就可以诊断出发生故障的电路板。与数控系统相关的硬件故障大多发生在数控系统和接口电路、与伺服单元之间的连接电路或是由系统内主板与其它电路板连接不牢固造成的。2．数控机床故障处理的一般步骤当机床出现故障时，从管理的角度，应使操作者停止机床运行，保持机床状态，除非机床电气部分存在严重故障（如短路、元件烧毁），否则都不应该切断机床的电源。维修人员到现场后，对故障进行分析、确认：（1）故障报警号和报警提示是什么？哪些指示灯和发光管知识了什么报警？（2）如无报警，系统处于什么状态？系统的工作方式诊断结果（FANUC系统的DGN700、701、712号诊断内容）是什么？（3）故障发生在哪一个程序段？执行的是何种指令？故障发生前进行了哪种操作？（4）故障发生在何种速度下？轴处于什么位置？与指令的误差有多大？（5）以前是否发生过类似故障？现场有无异常现象？故障是否重复发生？（6）有无其他偶然因素，如突然停电、外线电压波动大、某部位进水等。在掌握以上第一手资料的基础上，通过以下方法分析故障起因：——归纳法：从故障起因出发寻找功能联系，调查原因对结果的影响。——演绎法：从发生的故障现象出发，对故障原因进行分割式分析。二．FANUC数控系统报警的分类、常见报警的原因及处理方法（P175）1．数控系统报警分类与恢复错误代码 报警分类000-255 程序错误/有关编程和操作的报警（P/S报警）-参数错误300-349 绝对脉冲编码器（APC）报警350-399 串行脉冲编码器（SPC）报警400-499 伺服报警500-599 超程报警700-749 过热报警750-799 主轴报警900-999 系统报警1000-1999 机床厂家根据实际在PLC中的编程报警2000-2999 机床厂家根据实际在PLC中的编程报警5000以上 程序错误/有关编程和操作的报警（P/S报警）-程序错误报警信息的清除：在排除了引起故障的原因之后，按复位键就可清除报警。2．常见报警的原因及处理（P176）由学生自己学习。三．数控系统硬件故障诊断方法（主要介绍书上的内容）１．数控系统的自诊断功能这是数控系统十分重要的功能。当机床出现故障时，利用ＣＮＣ的自诊断功能可以迅速准确地查明原因并确定故障的部位。自诊断功能分为启动自诊断、在线自诊断合离线自诊断。（１） 启动自诊断功能当ＣＮＣ通电后，系统自诊断软件对ＣＮＣ中最关键的硬软件和控制软件（如ＣＰＵ、ＲＡＭ／ＲＯＭ、ＭＤＩ、监视器、Ｉ／Ｏ等模块，系统软件，监控软件等）逐一进行检测并将处理结果在监视器上显示。一旦通不过，即在显示器显示报警信息或报警号，指明故障部位。当全部诊断项目都完成并正常通过后，系统才进入正常运行前的准备状态。启动自诊断可以将故障定位到电路板或模块，甚至可以定位到芯片。但大多数情况只能将故障原因定位在某一范围内，维修人员只能通过维修手册进一步查找原因并加以排除。（２） 在线自诊断功能在系统正常工作时，运行内部诊断程序，对系统本身、伺服驱动单元、ＰＬＣ及与数控装置相连的其他外部装置进行自动监测，显示有关的故障与状态信息。只要系统不断电，在线自诊断不停止。数控系统不仅能在监视器上显示故障报警信息，而且还能以多页的“诊断地址”及“诊断数据”的形式为用户提供各种机床状态信息：－ＣＮＣ系统与机床之间的接口输入／输出信号状态；－ＣＮＣ与ＰＬＣ输入／输出信号状态；－ＰＬＣ与机床之间输入／输出信号状态；－各坐标位置的偏差值；－刀具距机床参考点的距离；－ＣＮＣ内部各存储器的状态信息；－伺服系统的状态信息；－ＭＤＩ面板、机床操作面板的状态信息等等。★ 充分利用这些状态信息，就可以迅速的查找故障，排除故障。（３） 离线诊断将专用的诊断程序读入数控装置的RAM中运行，对以下故障部位进行检测：CPU、RAM、轴控制口及I/O口。在进行离线诊断时，原先存放在RAM中的系统程序、数据及加工程序将被清除，诊断完后要重新装入。2．常规检查法外观检查连接电缆、连接线检查连接端及接插件检查在恶劣环境下工作的元器件检查易损部位元器件检查定期保养的部件及元器件检查电源电压检查3．故障现象分析法寻找故障的特征。组织机械、电气技术人员和操作者会诊，全面捕捉出现故障时机器的异常现象，分析产品检验结果和仪器记录内容，必要和可能时可以让故障再现，经过分析可能的情况找到故障线索。4．面板显示与指示灯显示分析法数控机床控制系统多配有面板显示器和指示灯。面板显示器可以把大部分被监视的故障识别结果以报警的方式给出，通过报警号和文字显示给予提示。维修人员和操作者要熟悉所使用机床的报警目录。对于针对性不强，涵义比较广泛的报警提示要不断总结经验掌握这类报警发生的具体原因。5．系统分析法就是把数控系统分成一个一个独立的功能单元，看其输入与输出是又有正确的对应关系。6．信号追踪法按照数控系统的方框图从前往后或者从后往前地检查有关信号的有无、性质、大小及不同运行方式下的状态，并与正常情况比较，看其是否有差异或者是否符合逻辑。7．静态测量法主要使用万用表测量元器件的在线电阻及晶体管上的PN节电压，用晶体管测试仪检查集成电路块等元器件的好坏。8．动态测量法对电路的输入点加上必要的激励信号，然后用万用表、示波器等对电路板的输出电压、电流及波形等进行全面诊断并排除故障。9．试探交换法【步骤四】知识和能力的归纳（时间：2分钟）1．了解数控系统硬件故障的特点和一般处理步骤；2．熟悉FANUC数控系统报警的分类、常见报警的原因及处理方法；3．熟悉数控机床硬件故障诊断的方法。【步骤五】习题说明数控系统硬件故障诊断的方法。教案序号29授课班级授课地点数控实训室课时安排4授课章节名称伺服系统的故障诊断与维修教学目标知识与技能：1．了解伺服系统的工作原理；2．熟悉进给伺服系统的故障形式与诊断方法；3．熟悉主轴伺服系统的故障形式与诊断方法；4．了解位置检测元件的维护方法。过程与方法：用实际工作任务促使学生形成探究知识、分析问题与解决问题的思维方式和行为习惯。情感与态度：通过完成项目任务，让学生养成职业素养，体验成功的快乐。教学重点进给伺服系统的故障形式与诊断方法教学难点进给伺服系统的故障形式与诊断方法教法理实一体化教具多媒体、实训设备课外作业说明进给伺服系统和主轴伺服系统常见故障的表现形式。教学后记采用案例教学法，从故障现象出发，按照故障处理的步骤，采用排他法缩小故障可能的原因。，最后确定故障点。给学生以实践的环境，授课效果很好。教学过程教学内容教学设计第一部分：组织教学和复习上次课主要内容（时间：3分钟）1．了解数控系统硬件故障的特点和一般处理步骤；2．熟悉FANUC数控系统报警的分类、常见报警的原因及处理方法；3．熟悉数控机床硬件故障诊断的方法。第二部分：学习新内容【步骤一】说明主要教学内容、目的（时间：3分钟）1．了解伺服系统的工作原理；2．熟悉进给伺服系统的故障形式与诊断方法；3．熟悉主轴伺服系统的故障形式与诊断方法；4．了解位置检测元件的维护方法。【步骤二】新知识的引入（时间：2分钟）在自动控制系统中，把输出量能以一定的准确度跟随输入量变化的系统称为随动系统。数控机床的伺服系统是指以机床移动部件的位移和速度作为控制量的自动控制系统，它由数控机床的驱动系统和CNC的位置控制部分组成。数控机床的伺服系统分为两类：进给伺服和主轴伺服系统。进给伺服系统控制机床各坐标的进给运动，主轴伺服系统控制主轴旋转运动。所以伺服系统的性能较大程度上决定着数控机床的性能。数控机床的最大移动速度、定位精度等指标主要取决于伺服系统（即机床的驱动系统和CNC装置的位置部分）的动态和静态性能。【步骤三】操练（时间：170分钟）一．伺服系统的工作原理1．伺服系统的构成数控机床的伺服系统一般由驱动单元、机械传动部件、执行件和检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统，机械传动部件和执行元件组成机械传动系统，检测元件和反馈电路组成检测装置，亦称检测系统。2．伺服系统的工作原理伺服系统是一个反馈控制系统，它以指令脉冲为输入给定值与反馈脉冲进行比较，利用比较后产生的偏差值对系统进行自动调节，以消除偏差，使被调量跟踪给定值。所以伺服系统的运动来源于偏差信号，且必须有一个不断输入能量的能源。二．进给伺服系统的故障及其诊断1．进给伺服系统的故障形式进给伺服系统的任务是完成各坐标轴的位置控制，在整个系统中它又分为：位置环、速度环、电流环。位置环接收控制指令脉冲和位置反馈脉冲，进行比较，利用其偏差，产生位置环的速度指令；速度环接收位置环发出的速度指令和电机速度反馈脉冲，同样，速度环将速度偏差信号进行处理，产生电流信号；电流环将电流信号及从电机电流检测元件发出的反馈信号进行处理，再驱动大功率元件，产生伺服电机的驱动电流。在这些环节中，任何一环出现异常或者故障，都会对伺服系统的正常工作造成影响。进给伺服系统出现故障三种表现形式：一是在CRT或操作面板上显示报警内容或报警信息；二是进给伺服驱动单元上用报警灯或数码管显示驱动单元的故障；三是运动不正常，但无任何报警。进给伺服的常见故障有：（1）超程,（2）过载,（3）窜动,（4）爬行,（5）振动,（6）伺服电机不转,（7）位置误差,（8）漂移,（9）回基准点故障2．故障的维修方法：（1）模块交换法,（2）外界参考电压法3．伺服电机维护（1）直流伺服电机的维护方法（2）交流伺服电机常见故障：接线故障，转子位置检测元件故障，电磁制动故障。（3）交流电机故障判断方法有：电阻测量,电机检查三．主轴伺服的故障及诊断主轴伺服系统故障表现形式：一是在CRT或操作面板上显示报警内容或报警信息；二是在主轴驱动装置上用报警灯或数码管显示主轴驱动装置的故障；三是主轴工作不正常但无任何报警信息。常见的主轴单元的故障有：（1）主轴不转（2）电动机转速异常或转速不稳定（3）外界干扰（4）主轴转速与进给不匹配（5）主轴异常噪声或振动（6）主轴定位抖动四．检测装置的故障及诊断1．检测元件工作原理（直线光栅测量装置）光栅尺由定尺（标尺光栅）和扫描头（指示光栅）组成（见下图）定尺的测长方向上有两组光栅线轨迹，主光栅线和每隔50mm一组的基准标记光栅线。这使得光栅尺起到两个作用：当轴移动时由主光栅线产生两组相位相差90度的正弦和余弦的电信号，用于决定轴的移动方向和位移量。另一个作用是当轴回零点时，由基准标记线产生一个基准信号以确定机床的机床零点。主光栅所产生的两组位置信号还要经过一个放大整形和插值倍频的专门装置，转变成一系列位置数字脉冲。2．位置检测元件的维护（1）光栅尺的维护维护工作指：①防污：避免受到冷却液的污染，从而造成信号丢失，影响位置控制精度②防振：光栅尺拆装时要用静力，不能用硬物敲击，以免引起光学元件的损坏（2）光电脉冲编码器的维护：编码器的维护主要注意两个问题：①防振和防污②联接问题【步骤四】知识和能力的归纳（时间：2分钟）1．了解伺服系统的工作原理；2．熟悉进给伺服系统的故障形式与诊断方法；3．熟悉主轴伺服系统的故障形式与诊断方法；4．了解位置检测元件的维护方法。【步骤五】习题说明进给伺服系统和主轴伺服系统常见故障的表现形式。教案序号30授课班级授课地点数控实训室课时安排2授课章节名称利用PLC进行数控机床的故障检测教学目标知识与技能：1．了解数控机床与PLC有关故障的特点；2．熟悉与PLC有关故障的检测思路和方法；3．了解利用PLC对数控机床进行故障诊断的注意事项。过程与方法：用实际工作任务促使学生形成探究知识、分析问题与解决问题的思维方式和行为习惯。情感与态度：通过完成项目任务，让学生养成职业素养，体验成功的快乐。教学重点进给伺服系统的故障形式与诊断方法教学难点进给伺服系统的故障形式与诊断方法教法理实一体化教具多媒体、实训设备课外作业数控机床与PLC有关故障的特点教学后记1.在数控机床中，输入输出点也是比较常见的故障现象，重点读懂PLC梯形图和PLC的信号，从而找到故障的根本原因，利用不同的处理方法排除PLC的控制故障。2.讲解在维修过程中，PMC出现故障时的一些特点，通过实例及实训讲解维修思路及方法教学过程教学内容教学设计第一部分：组织教学和复习上次课主要内容（时间：3分钟）1．了解伺服系统的工作原理；2．熟悉进给伺服系统的故障形式与诊断方法；3．熟悉主轴伺服系统的故障形式与诊断方法；4．了解位置检测元件的维护方法。第二部分：学习新内容【步骤一】说明主要教学内容、目的（时间：3分钟）1．了解数控机床与PLC有关故障的特点；2．熟悉与PLC有关故障的检测思路和方法；3．了解利用PLC对数控机床进行故障诊断的注意事项。【步骤二】新知识的引入（时间：2分钟）PLC在数控机床上起着连接CNC与机床的桥梁作用。PLC不仅要接收CNC的控制指令，还要根据机床侧的控制信号，在内部顺序控制程序的控制下，给机床侧发出控制指令，控制机床上的电磁阀、继电器、指示灯，并将状态信号发送到CNC。在对大量开关量信号处理的过程中，任何一个开关信号不到位，任何一个执行元件无动作，都会使机床出故障，并且在数控机床的维修过程中，这类故障占得比重还很大。因此，利用PLC查找故障是很重要的。【步骤三】操练（时间：80分钟）一．与PLC有关的故障的特点1.与PLC有关的故障首先确认PLC的运行状态，判断是自动运行方式还是停止方式。2.在PLC正常运行情况下，分析与PLC相关的故障时，应先定位不正常的输出结果，定位了不正常的结果即故障查找的开始。3.大多数有关PLC的故障是外围接口信号故障，所以在维修时，只要PLC有些部分控制的动作正常，都不应该怀疑PLC程序。如果通过诊断确认运算程序有输出，而PLC的物理接口没有输出，则为硬件接口电路故障。4.硬件故障多于软件故障，例如当程序执行M07(冷却液开)，而机床无此动作，大多是由外部信号不满足，或执行元件故障，而不是CNC与PLC接口信号的故障。二．与PLC有关故障检测的思路和方法1、根据报警号诊断故障也就是根据数控系统的故障报警信息，诊断数控机床的故障。2、根据动作顺序诊断故障数控机床上的刀具及托盘等装置的自动交换动作，都是按一定顺序来完成。因此，观察机械装置的运动过程，比较故障过程与正常时的差异，就可以发现疑点，诊断出故障。例5.3.4P119某立式加工中心自动换刀系统（图5.3.3P119）出现换刀臂在C点时无拔刀动作的故障。诊断：换刀动作的初始状态是:主轴保持要交换的旧刀具，换刀臂在B位置的上部，刀库将要交换的新刀具定位。自动换刀的过程：换刀臂左移（B→A压住SQ1）——→下降拔新刀——→右移回原点（A→B）——→上升——→右移（B→C压住SQ2并抓住主轴中的刀具压住SQ3）——→松刀（压住SQ4）——→下降（拔刀）——→换刀臂旋转180°两刀具交换位置——→上升——→刀具夹紧——→换刀臂左移（B→C）——→刀库转动找出旧刀具位置——→换刀臂左移（B→A）返回旧刀具给刀库——→换刀臂右移（A→B）——→刀库转动寻找下把刀。换刀臂在C点时无拔刀动作的故障可能原因是：（1） 换刀臂右移至C点后SQ2无信号，使松刀电磁阀YV2未激励；（2） 主轴松刀后SQ4无信号，换刀臂升降电磁阀YV1未激励；（3） 电磁阀本身故障。SQ4无信号的原因可能是感应块间隙过大，导致接近开关无动作。3、根据控制对象的工作原理诊断故障前面讲过，原理分析法是排除故障的最基本的方法。数控机床的PLC程序就是按照控制对象的工作原理设计的，通过对控制对象工作原理的分析，结合PLC的输入/输出状态是诊断故障的最有效方法。实例2P174某数控车床当脚踏尾座开关