数控机床故障诊断和维护

./XX华信学院机电系机电一体化专业毕业论文数控机床故障诊断与维护学生姓名：xxx学号：xxxxxxx专业：机电一体化指导老师：xxx完成时间：2011年3月28日.摘要数控技术是集计算机技术、自动控制技术、测试技术和机械制造技术为一体的综合性高新技术,它将机械装备的功能、可靠性、效率、质量及自动化程度等提高到一个新的水平。数控机床故障诊断及维护在内容、手段和方法上与传统机床有很大的区别,具备数控机床故障诊断技术是正确使用数控机床的基础。数控的故障诊断是数控机床使用中重要组成部分,也是目前制约数控机床发挥作用的主要因素之一。因此,本文以系统的讲述数控机床结构及原理为基础,以阐明数控技术的基本知识和基本理论为重点,以突出数控机床及其系统的故障诊断与检测维修为关键,力图创建出集数控机床的基础知识、数控系统的的故障诊断理论和数控机床及其系统的检测维修为一体的数控机床故障诊断技术新体系。关键词：数控技术故障诊断机床结构新体系。.AbstractThenumericalcontroltechnologyisthecollectioncomputertechnology,theautomaticcontroltechnology,thetesttechnologyandthemachinemanufacturetechnologyisabodycomprehensivehightechnologyandnewtechnology,itthefunction,thereliability,theefficiency,thequalityandtheautomaticitywhichequipsthemachineryandsoonenhancetoanewlevel.Thenumericalcontrolenginebedbreakdowndiagnosisandthemaintenanceinthecontent,themethodandthemethodhastheverybigdifferencewiththetraditionalenginebed,hasthenumericalcontrolenginebedbreakdowndiagnosistechnologyisthecorrectusenumericalcontrolenginebedfoundation.Thenumericalcontrolbreakdowndiagnosisisinthenumericalcontrolenginebedusetheimportantconstituent,alsoisatpresentrestrictsoneofnumericalcontrolenginebeddisplayfunctionprimaryfactors.Therefore,thisarticletakethesystemnarrationnumericalcontrolenginebedstructureandtheprincipleasafoundation,expoundedthenumericalcontroltechnologyelementaryknowledgeandtheelementarytheoryarekeypoints,taketheprominentnumericalcontrolenginebedandthesystembreakdowndiagnosisandtheexaminationserviceasthekey,trieshardfoundsthecollectionnumericalcontrolenginebedtheelementaryknowledge,thenumericalcontrolsystemthebreakdowndiagnosistheoryandthenumericalcontrolenginebedandthesystemexaminationserviceisabodynumericalcontrolenginebedbreakdowndiagnosistechnologynewsystemKeywords:Numericalcontroltechnologybreakdowndiagnosisenginebedstructurenewsystem目录1.数控机床11.1数控加工的概念11.2数控机床的特点11.2.1具有高度柔性11.2.2加工精度高11.2.3加工质量稳定、可靠11.2.4生产率高11.2.5改善劳动条件11.2.6利于生产管理现代化21.3数控机床使用中应注意的事项22．数控机床的种类22.1按工艺用途分类22.2按运动方式分类22.3按伺服系统的控制方式分类32.4按数控系统的功能水平分类33．数控机床的维护33.1制订数控系统日常维护的规章制度33.2应尽量少开数控柜和强电柜的门33.3定时清扫数控柜的散热通风系统33.4经常监视数控系统用的电网电压33.5定期更换存储器用电池44．机床故障诊断44.1数控机床的故障诊断技术44.1.1数控系统自诊断44.1.2在线诊断和离线诊断44.2数控机床故障的实用诊断方法44.2.1诊断常用的仪器44.2.2诊断用技术资料44.2.3故障处理54.2.4数控系统故障诊断方法54.2.5故障诊断应遵循的原则55．数控铣床系统参数故障分析与排除实例55.1参数故障分析55.1.1产生参数故障的原因55.1.2参数的恢复方法65.2参数故障维修实例65.2.1CNC系统的失控与参数调整65.2.2手摇脉冲发生器损坏与参数调整75.2.3X、Y、Z三轴误差补偿参数丢失故障75.2.4伺服轴定位误差故障7结论8谢辞9参考文献10.1.数控机床1.1数控加工的概念数控机床的工作原理就是将加工过程所需的各种操作〔如主轴变速、工件的松开与夹紧、进刀与退刀、开车与停车、自动关停冷却液和步骤以及工件的形状尺寸用数字化的代码表示,通过控制介质〔如穿孔纸带或磁盘等将数字信息送入数控装置,数控装置对输入的信息进行处理与运算,发出各种控制信号,控制机床的伺服系统或其他驱动元件,使机床自动加工出所需要的工件。所以,数控加工的关键是加工数据和工艺参数的获取,即数控编程。数控加工一般包括以下几个内容：<1>对图纸进行分析,确定需要数控加工的部分；<2>利用图形软件〔如CAXA制造工程师对需要数控加工的部分造型；<3>根据加工条件,选择合适的加工参数,生成加工轨迹〔包括粗加工、半精加工、精加工轨迹；<4>轨迹的仿真检验；<5>生成G代码；<6>传给机床加工。1.2数控机床的特点具有高度柔性在数控机床上加工零件,主要取决于加工程序,它与普通机床不同,不必制造、更换许多工具、夹具,不需要经常调整机床。因此,数控机床适用于零件频繁更换的场合。也就是适合单件、小批生产及新产品的开发,缩短了生产准备周期,节省了大量工艺设备的费用。加工精度高数控机床的加工精度,一般可达到0.005～0.1mm,数控机床是按数字信号形式控制的,数控装置每输出一个脉冲信号,则机床移动部件移动一个脉冲当量〔一般为0.001mm,而且机床进给传动链的反向间隙与丝杠螺距平均误差可由数控装置进行补偿,因此,数控机床定位精度比较高。加工质量稳定、可靠加工同一批零件,在同一机床,在相同加工条件下,使用相同刀具和加工程序,刀具的走刀轨迹完全相同,零件的一致性好,质量稳定。生产率高数控机床可有效地减少零件的加工时间和辅助时间,数控机床的主轴转速和进给量的范围大,允许机床进行大切削量的强力切削,数控机床目前正进入高速加工时代,数控机床移动部件的快速移动和定位及高速切削加工,减少了半成品的工序间周转时间,提高了生产效率。改善劳动条件数控机床加工前经调整好后,输入程序并启动,机床就能自动连续的进行加工,直至加工结束。操作者主要是程序的输入、编辑、装卸零件、刀具准备、加工状态的观测,零件的检验等工作,劳动强度极大降低,机床操作者的劳动趋于智力型工作。另外,机床一般是封闭式加工,即清洁,又安全。利于生产管理现代化数控机床的加工,可预先精确估计加工时间,所使用的刀具、夹具可进行规范化、现代化管理。数控机床使用数字信号与标准代码为控制信息,易于实现加工信息的标准化,目前已与计算机辅助设计与制造〔CAD/CAM有机地结合起来,是现代集成制造技术的基础。1.3数控机床使用中应注意的事项使用数控机床之前,应仔细阅读机床使用说明书以及其他有关资料,以便正确操作使用机床,并注意以下几点：<1>机床操作、维修人员必须是掌握相应机床专业知识的专业人员或经过技术培训的人员,且必须按安全操作规程及安全操作规定操作机床；<2>非专业人员不得打开电柜门,打开电柜门前必须确认已经关掉了机床总电源开关。只有专业维修人员才允许打开电柜门,进行通电检修；<3>除一些供用户使用并可以改动的参数外,其它系统参数、主轴参数、伺服参数等,用户不能私自修改,否则将给操作者带来设备、工件、人身等伤害；<4>修改参数后,进行第一次加工时,机床在不装刀具和工件的情况下用机床锁住、单程序段等方式进行试运行,确认机床正常后再使用机床；<5>机床的PLC程序是机床制造商按机床需要设计的,不需要修改。不正确的修改,操作机床可能造成机床的损坏,甚至伤害操作者；<6>建议机床连续运行最多24小时,如果连续运行时间太长会影响电气系统和部分机械器件的寿命,从而会影响机床的精度；<7>机床全部连接器、接头等,不允许带电拔、插操作,否则将引起严重的后果。2．数控机床的种类2.1按工艺用途分类按工艺用途,数控机床可分类如下。普通数控机床：这种分类方式与普通机床分类方法一样,铣床、数控锚床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。加工中心机床：数控加工中心是在普通数控机床上加装一个刀库和自动换刀装置而构成的数控机床,它可在一次装夹后进行多种工序加工。2.2按运动方式分类按运动方式,数控机床可分类如下：点位控制数控机床。数控系统只控制刀具从要有数控钻床、数控坐标锤床、数控冲剪床等。直线控制数控机床：数控系统除了控制点与点之间的准确位置以外,还要保证两点之间移动的轨迹是一条直线,而且对移动的速度也要进行控制。这类机床主要有简易数控车床、数控销、铣床等。轮廓控制数控机床：数控系统能对两个或两个以上运动坐标的位移及速度进行连续相关的控制,使合成的运动轨迹能满足加工的要求。这类机床主要有数控车床、数控铣床等。2.3按伺服系统的控制方式分类按伺服系统的控制方式,数控机床可分类如下。开环控制系统的数控机床。闭环控制系统的数控机床。半闭环控制系统的数控机床。2.4按数控系统的功能水平分类技功能水平分类,数控系统可分类如下。经济性数控机床。经济性数控机床大多指采用开环控制系统的数控机床价格便宜,适用于自动化程度要求不高的场合。中档数控机床。这类数控机床功能较全,价格适中,应用较广。高档数控机床。这类数控机床功能齐全,价格较贵。3．数控机床的维护数控系统是数控机床的核心部件,因此,数控机床的维护主要是数控系统的维护。数控系统经过一段较长时间的使用,电子元器件性能要老化甚至损坏,有些机械部件更是如此,为了尽量地延长元器件的寿命和零部件的磨损周期,防止各种故障,特别是恶性事故的发生,就必须对数控系统进行日常的维护。概括起来,要注意以下几个方面。3.1制订数控系统日常维护的规章制度根据各种部件特点,确定各自保养条例。如明文规定哪些地方需要天天清理〔如CNC系统的输入／输出单元——光电阅读机的清洁,检查机械结构部分是否润滑良好等,哪些部件要定期检查或更换〔如直流伺服电动机电刷和换向器应每月检查一次。3.2应尽量少开数控柜和强电柜的门因为在机加工车间的空气中一般都含有油雾、灰尘甚至金属粉末。一旦它们落在数控系统内的印制线路或电器件上,容易引起元器件间绝缘电阻下降,甚至导致元器件及印制线路的损坏。有的用户在夏天为了使数控系统超负荷长期工作,打开数控柜的门来散热,这是种绝不可取的方法,最终会导致数控系统的加速损坏。正确的方法是降低数控系统的外部环境温度。因此,应该有一种严格的规定,除非进行必要的调整和维修,不允许随便开启柜门,更不允许在使用时敞开柜门。3.3定时清扫数控柜的散热通风系统应每天检查数控系统柜上各个冷却风扇工作是否正常,应视工作环境状况,每半年或每季度检查一次风道过滤器是否有堵塞现象。如果过滤网上灰尘积聚过多,需及时清理,否则将会引起数控系统柜内温度高〔一般不允许超过55℃,造成过热报警或数控系统工作不可靠。3.4经常监视数控系统用的电网电压如FANUC公司生产的数控系统,允许电网电压在额定值的85%～110%的范围内波动。如果超出此范围,就会造成系统不能正常工作,甚至会引起数控系统内部电子部件损坏。3.5定期更换存储器用电池如FANUC公司所生产的数控系统内的存储器有两种：<1>不需电池保持的磁泡存储器。<2>需要用电池保持的CMOSRAM器件,为了在数控系统不通电期间能保持存储的内容,内部设有可充电电池维持电路,在数控系统通电时,由+5V电源经一个二极管向CMOSRAM供电,并对可充电电池进行充电；当数控系统切断电源时,则改为由电池供电来维持CMOSRAM内的信息,在一般情况下,即使电池尚未失效,也应每年更换一次电池,以便确保系统能正常工作。另外,一定要注意,电池的更换应在数控系统供电状态下进行。4．机床故障诊断4.1数控机床的故障诊断技术数控系统自诊断开机自诊断数控系统在通电开机后,都要运行开机自诊断程序,对系统中关键的硬件和控制软件进行检测,并将检测结果在CRT上显示出来。运行自诊断运行自诊断是数控系统正常工作时,运行内部诊断程序,对系统本身、PLC、位置伺服单元以及与数控装置相连的其他外部装置进行自动测试、检查,并显示有关状态信息和故障信息。在线诊断和离线诊断在线诊断是指通过数控系统的控制程序,在系统处于正常运行状态下,实时自动地对数控装置、PLC控制器、伺服系统、PLC的输入输出和其他外部装置进行自检,并显示状态信息、故障信息。脱机诊断当数控系统出现故障时,需要停机进行检查,这就是脱机诊断。脱机诊断的目的是修复系统的错误和定位故障,将故障定位在最小的范围。远程诊断实现远程诊断的数控系统,必须具备计算机网络功能。因此,远程诊断是近几年发展起来的一种新型的诊断技术。数控机床利用数控系统的网络功能通过互联网连接到机床制造厂家,数控机床出现故障后,通过机床厂家的专业人员远程诊断,快速确诊故障。4.2数控机床故障的实用诊断方法诊断常用的仪器诊断常用的仪器、仪表及工具万用表－可测电阻、交、直流电压、电流。相序表－可检测直流驱动装置输入电流的相序。转速表－可测量伺服电动机的转速,是检查伺服调速系统的重要依据。钳形电流表－可不断线检测电流。测振仪－是振动检测中最常用、最基本的仪器。短路追踪仪－可检测电气维修中经常碰到的短路故障现象。逻辑测试笔－可测量数字电路的脉冲、电平。IC测试仪－用于数控系统集成电路元件的检测和筛选。工具－弹头钩形扳手、拉锥度平键工具、弹性手锤、拉卸工具等。诊断用技术资料诊断用技术资料主要有：数控机床电气说明书,电气控制原理图,电气连接图,参数表,PLC程序,编程手册,数控系统安装与维修手册,伺服驱动系统使用说明书等。数控机床的技术资料非常重要,必须参照机床实物认真仔细地阅读。一旦机床发生故障,在进行分析的同时查阅相关资料。故障处理故障软故障－由调整、参数设置或操作不当引起硬故障－由数控机床〔控制、检测、驱动、液气、机械装置的硬件失效引起。故障处理对策除非出现影响设备或人身安全的紧急情况,不要立即切断机床的电源,应保持故障现场。从机床外观、CRT显示的内容、主板或驱动装置报警灯等方面进行检查。可按系统复位键,观察系统的变化,报警是否消失。如消失,说明是随机性故障或是由操作错误引起的。如不能消失,把可能引起该故障的原因罗列出来,进行综合分析、判断,必要时进行一些检测或试验,达到确诊故障的目的。数控系统故障诊断方法直观法〔望闻问切：问－机床的故障现象、加工状况等看－CRT报警信息、报警指示灯、电容器等元件变形烟熏烧焦、保护器脱扣等听－异常声响闻－电气元件焦糊味及其它异味摸－发热、振动、接触不良等。参数检查法：参数通常是存放在RAM中,有时电池电压不足、系统长期不通电或外部干扰都会使参数丢失或混乱,应根据故障特征,检查和校对有关参数。隔离法：一些故障,难以区分是数控部分,还是伺服系统或机械部分造成的,常采用隔离法。同类对调法用同功能的备用板替换被怀疑有故障的模板,或将功能相同的模板或单元相互交换。功能程序测试法：将G、M、S、T、功能的全部指令编写一些小程序,在诊断故障时运行这些程序,即可判断功能的缺失。故障诊断应遵循的原则第一,先外部后内部数控机床的检修要求维修人员掌握先外部后内部的原则,由外向内逐一进行检查排除。第二,先机械后电气首先检查机械是否正常,行程开关是否灵活,气动液压部分是否正常等,在故障检修之前,首先注意排除机械的故障。第三,先静后动维修人员本身要做到先静后动。首先询问机床操作人员故障发生的过程及状态,查阅机床说明书、图纸资料,进行分析后,才可动手查找和处理故障。5．数控铣床系统参数故障分析与排除实例数控机床系统的参数是数控机床的灵魂,其功能的发挥是通过参数来设定并实现的,制造精度也需要通过参数来调整和保证。数控机床在使用过程中,在许多情况下都会产生参数故障,出现参数丢失或混乱后,数控机床系统将无法正常工作。了解数控机床参数故障产生的原因,掌握参数恢复的常用方法,将更有利于数控机床系统的操作和使用。5.1参数故障分析产生参数故障的原因数控机床在使用过程中,在许多情况下都会产生参数故障,故障产生的原因有三种：〔1数控系统后备电池失效。后备电池失效将导致全部参数丢失,因此在机床正常工作时,应注意CRT上是否有电池电压低的报警显示。如发现该报警,应在一周内更换符合系统生产厂要求的电池。更换电池的操作步骤应严格按照系统生产厂的要求进行,如果机床长期停用,最容易出现后备电池失效的现象。应定期为机床通电,使机床空运行一段时间。这样不但有利于后备电池使用寿命的延长和及时发现后备电池是否失效,而且对机床数控系统、机械系统等整个系统使用寿命的延长有很大的益处；〔2操作者的误操作。误操作在初次接触数控机床的操作者中是经常出现的问题。由于误操作,有时将全部参数消除,有时将个别参数改变。为了避免出现这类情况,应对操作者加强岗前、岗中的培训,制定可行的操作规程并严格执行；〔3机床在DNC状态下加工工件,或进行数据通讯过程中电网瞬间停电会导致参数丢失。通过上述三种故障现象可以看出,数控机床参数改变或丢失的原因。有些是可以通过采取措施减少或杜绝的,有些则是无法避免的。当参数改变或机床异常时,首先要进行的工作是数控机床参数的检查和恢复。参数的恢复方法由于数控机床所配的数控系统种类繁多,参数恢复的方法也因系统而异,即使是对同一厂家的产品,也因系列不同而有所差别。以FANUC0系统为例,阐述参数恢复的方法。FANUC0系统参数主要有在参数栏目下的数控参数及在诊断栏目下的PMC参数两大部分。当参数出现问题时,可以采取下面三种方法恢复：<1>对照随机资料参数表的硬拷贝,逐个检查机床的参数。当发现有不一致的参数,就复制该参数来恢复机床参数。这种方法不需要外部设备,但要检查并恢复一万多个参数,费时费神,效率低且容易出错。<2>利用FANUC公司专用的输入输出设备。如读带机、FANUC卡带及FANUCPPR<包括打孑L机、打印机及读带机的一体化输入输出装置>。因FANUC外部输入输出设备功能单一、利用率低,随着计算机的普及,购买数控机床时选购FANUC输入输出设备的厂家及用户越来越少。<3>利用计算机和数控机床的DNC功能,通过DNC软件进行参数输入。这种方法因其效率高、操作简单,输人参数的出错率非常低而受到用户的欢迎。采用这种方法对一台数控机床参数的全面恢复时间,从工作准备到工作结束时间一般不足lOmin,比采用其他方法快得多。5.2参数故障维修实例CNC系统的失控与参数调整CNC系统的失控与参数调整这种故障的表现形式为系统通电后能进入准备状态,无任何报警产生,光屏显示正常,各种操作开关、按钮可以起作用,但是,各种功能均处于不正常状态。比如,可以点动快移,但快移修调开关不起作用；循环启动按钮有效,但进给率都不正常等,这种情况称为失控现象。故障的排除方法：进行全机清零,然后输入正常的参数,系统就会进入正常状态。故障原因：参数中有些是相互关联的,如果出现不匹配的设定或者设置错误,就会出现这种现象。下面是控制系统为FANUCOM数控铣床典型的两个故障实例。实例1：机床只能向坐标负方向运动。在进行回零操作<返回参考点>时,机床在正方向移动很小一段距离就产生正向超程报警。从现象上看好像是通电后机床所处的位置就是机床原零点,再向正向移动就产生软件超程保护,所以只能向负方向运动。这样导致铣头越来越靠近工作台,最后机床将不能再使用。故障排除方法：机床通电后首先修改参数,对FANUCOM系统而言,将参数LT1X1LT1Z1,也就是第143与第144号参数的设置量改为+99999999,然后进行正确的回零操作,回零完毕后,将上述参数改为原设定量即可。对于其他的数控系统,只要找到对应的参数,用上述方法修改即可。实例2：机床不能完成参考点返回。机床通电后进行返回参考点操作就撞超程保护开关,产生超程报警,机床不能完成返回参考点的操作。这实际上是处于不报警的"报警"状态,是不宜进行其他操作的。故障排除方法：对于FANUCOM系统而言,故障排除方法是检查参数第000项的第7位,此项参数的正确设置为I,如果为0则改为I即可。故障的原因：受某种干扰造成的。干扰使参数改变的现象时有发生,特别对于状态型参数这种现象更为明显。手摇脉冲发生器损坏与参数调整手摇脉冲发生器的电路板、插件板、接口故障都会导致手摇脉冲发生器不能使用,这样对刀具就不能进行微调,不能进行对刀。此时只有更换或修复脉冲发生器,但这需要一定的时间。为使机床不停止工作,针对FANUCOM数控系统,可以将参数001项的第六位置为0,用点动按钮来进行单脉冲造作,这样也可完成刀具的微调工作,待手摇脉冲发生器修好后再将该参数设置为I。对于其他型号的数控系统,只要找到对应的参数,用上述方法修改即可。X、Y、Z三轴误差补偿参数丢失故障美国CINCINATI公司的A850型数控系统,在自检过程中出现误操作,致使机床出现下面两种故障。<1>系统自检能通过但不能加载,机床面板显示MACHINEINIrI’]LALIZATIONPERMISSION其意为允许机床初始化。<2>机床的x、Y、z轴误差补偿表参数全部丢失,其输人参数的菜单MIBCOMM和ERRCOMP都没有显示在面板上。经检查发现该系统的P3随机存储器板损坏,存储器内数据丢失。将一块与原随机存储器板相同型号的板插入系统,启动后故障照旧