数控机床故障诊断和维修

2025/5/81第1章概

述教学提示：本章主要介绍了数控机床故障诊断与维护的意义，数控机床的可靠性，数控机床故障的分类，数控机床的安装调试，数控机床的日常维护，数控机床维修人员的要求，数控机床诊断与维修的一般步骤。教学要求：了解数控机床故障诊断与维护的意义，数控机床的可靠性，数控机床故障的分类；掌握数控机床的安装调试，数控机床的日常维护，数控机床维修人员的要求，数控机床诊断与维修的一般步骤。2025/5/82第1章绪论1.1数控机床故障诊断与维护的意义1.2数控机床的可靠性1.3数控机床故障的分类1.4数控机床的安装调试1.5数控机床的日常维护1.6数控机床维修人员的要求1.7数控机床诊断与维修的一般步骤2025/5/832025/5/841.1

数控机床的故障诊断与维护的意义2025/5/852025/5/861.2数控机床的可靠性2025/5/872．平均修复时间〔MeanTimeToRepair，简称MTTR〕数控系统在寿命范围内，从故障开始维修到能正常工作所用的平均修复时间。这个值越小，说明维修速度越快。3．有效度A一台可维修的数控机床在某一段时间内，维持其性能的概率。小于1，越接近1越好，它是衡量数控机床的可靠性和可维修性的指标。影响数控机床可靠性的因素，包括设计、包装、运输、安装、使用等全过程，使用时影响可靠性的指标如表1-1所示：2025/5/881.3

数控机床故障的分类数控机床全部或局部丧失了系统规定的功能就称为故障。数控机床的故障是多种多样的，可以从不同角度对其进行分类：1．从故障的起因分类数控系统故障分为关联性和非关联性故障2．从故障的时间分类数控系统故障又分为随机故障和有规那么故障。3．从故障的发生状态分类数控系统故障又分为突然故障和渐变故障4．按故障的影响程度分类数控系统故障分为完全失效和局部失效故障5．按故障的严重程度分类数控系统故障又分为危险性故障和平安性故障6．按故障的性质分类数控系统故障又分为软件故障、硬件故障和干扰故障三种2025/5/892025/5/8101.4

数控机床的安装调试数控机床运到工厂后，必须通过安装、调试和验收合格后，才能投入正常的生产。故数控机床的安装、调试和验收是机床使用前期的一个重要环节。2025/5/8112025/5/8121.4.3数控机床调试与性能检验完成上面所述的电源连接，再参照机床使用说明书，给机床各部件加润滑油。接着就可以进行机床调试。机床调试可按以下几个步骤进行：1．机床几何精度的调试2．机床的根本性能检验〔1〕机床/系统参数的调整〔2〕主轴功能〔3〕各进给轴检查〔4〕换刀装置的检查2025/5/813〔5〕限位、机械零点检查3、数控机床稳定性检验4、机床的精度检验〔1〕机床的几何精度检验〔2〕机床的定位精度检验〔3〕机床的切削精度检验2025/5/8141.5

数控机床的日常维护1.5.1数控机床维护与保养的点检管理数控机床的点检是开展状态监测和故障诊断工作的根底，主要包括以下内容：〔1〕定点：首先要确定一台数控机床有多少个维护点，科学地分析这台设备，找准可能发生故障的部位。只要把这些维护点“看住〞，有了故障就会及时发现。〔2〕定标：对每个维护点要逐个制订标准，例如间隙、温度、压力、流量、松紧度等，都要有明确的数量标准，只要不超过规定标准就不算故障。〔3〕定期：多长时间检查一次，要定出检查周期。有的点可能每班要检查几次，有的点可能一个或者几个月检查一次，要根据具体情况确定。2025/5/8152025/5/816〔8〕记录：检查要详细做纪录并按规定格式填写清楚。要填写检查数据及其与规定标准的差值、判定印象、处理意见，检查者签名并注明检查时间。〔9〕处理：检查中间能处理和调整的要及时处理和调整，并将处理结果进行处理记录。没有能力或者没有条件处理的，要及时报告有关人员安排处理，但任何人、任何时间处理都要填写处理记录。〔10〕分析：检查记录和处理记录都要定期进行系统分析。找出薄弱“维护点〞即故障率高的点或损失大的环节，提出意见，交设计人员进行改进设计。2025/5/817数控机床的点检可分为日常点检和专职点检两个层次。从点检的要求和内容上看，点检可分为专职点检、日常点检和生产点检三个层次,数控机床点检维修过程如图1-2所示。数控车床维护与保养一览如表1-2所示。1．专职点检2．日常点检3．生产点检2025/5/8181.5.2数控系统的日常维护①机床电气柜的散热：通风门上热交换器或轴流风扇对控制柜的内外进行空气循环〔少开柜门〕。②支持电池的定期更换：在机床断电期间，有电池供电保持存储在COMS器件内的机床数据。③检测反响元件的维护：光电编码器、接近开关、行程开关与撞块、光栅等元件的检查和维护。④备用电路板的定期通电，备用电路板应定期装到CNC系统上通电运行，长期停用的数控机床也要经常通电，利用电器元件本身的发热来驱散电气柜内的潮气，保证电器元件性能的稳定可靠。⑤纸带阅读机的定期维护：对光电头、纸带压板定期进行防污处理。2025/5/8191.5.3数控机床维修常用工具1．拆卸及装配工具(1)单头钩形扳手(2)端面带槽或孔的圆螺母扳手(3)弹性挡圈装拆用钳子(4)弹性手锤(5)拉带锥度平键工具(6)拉带内螺纹的小轴、圆锥销工具(俗称拨销器)。(7)拉卸工具(8)拉开口销扳手和销子冲头。2025/5/8202．常用的机械维修工具(1)尺：分为平尺、刀口尺和90°角尺。(2)垫铁：面为90°的垫铁、角度面为55°的垫铁和水平仪垫铁。(3)检验棒：有带标准锥柄检验棒、圆柱检验棒和专用检验棒。(4)杠杆千分尺：当零件的几何形状精度要求较高时，使用杠杆千分尺可满足其测量要求，其测量精度可达0.001mm。(5)万能角度尺：用来测量工件内外角度的量具，按其游标读数值可分为2′和5′两种，按其尺身的形状可分为圆形和扇形两种。2025/5/8211．百分表2．杠杆百分表3．千分表及杠杆千分表4．比较仪5．水平仪6．光学平直仪7．经纬仪1.5.4数控机床故障诊断与维修常用仪表2025/5/8221.5.5数控机床故障诊断与维修常用仪器在数控机床的故障检测过程中，借助一些必要的仪器是必要的，仪器能从定量分析角度直接反映故障点状况，起到决定作用。1．测振仪器如图1-4目前常用的测振仪有美国本特利公司的TK-81、德国申克公司的VIBROMETER-20、日本RI-0N公司的VM-63以及一些国产的仪器。2025/5/8232．故障检测系统由分析软件，微型计算机和传感器组成多功能的故障检测系统，可实现多种故障的检测和分析。如图1-5是某公司开发的故障检测系统，该系统硬件由笔记本电脑与轻便的采集箱及可靠耐用的传感器〔振动加速度传感器、光电转速传感器、钳型电流传感器〕等组成，组件配接灵活，可靠性高，适合现场使用；2025/5/8243．红外测温仪红外测温是利用红外辐射原理，将对物体外表温度的测量转换成对其辐射功率的测量，采用红外探测器和相应的光学系统接收被测物不可见的红外辐射能量，并将其变成便于检测的其他能量形式予以显示和记录，红外测温仪外形如图1-6所示。利用红外原理测温的仪器还有红外热电视、光机扫描热像仪以及焦平面热像仪等。红外诊断的判定主要有温度判断法、同类比较法、档案分析法、相对温差法以及热像异常法。2025/5/8254．激光干预仪激光干预仪可对机床、三坐标测量机及各种定位装置进行高精度的(位置和几何)精度校正，可完成各项参数的测量。激光干预仪用于机床精度的检测及长度、角度、直线度、直角等的测量，精度高、效率高、使用方便、测量长度可达十几米甚至几十米，精度达微米级。其外形见图1-7。2025/5/8265.短路追踪仪短路是电气维修中经常碰到的故障现象，使用万用表寻找短路点往往很费力。如遇到电路中某个元器件击穿短路，由于在两条连线之间可能并接有多个元器件，用万用表测量出哪一个元器件短路比较困难。再如对于变压器绕组局部轻微短路的故障，一般万用表测量也无能为力。而采用短路故障追踪仪可以快速找出电路板上的任何短路点，如焊锡短路、总线短路、电源短路、多层线路板短路、芯片及电解电容器内部短路、非完全短路等。短路追踪仪外形见图1-8。2025/5/8276．示波器主要用于模拟电路的测量，它可以显示频率相位、电压幅值，双频示波器可以比较信号相位关系，可以测量测速发电机的输出信号，其频带宽度在5MHz以上，两个通道。调整光栅编码器的前置信号处理电路，进行CRT显示器电路的维修。示波器外形见图1-9。2025/5/8287．PLC编程器不少数控系统的PLC控制器必须使用专用的编程器才能对其进行编辑、调试、监控和检查，如SIEMENS的PG710、PG750、PG685，OMRON的GPC01-GPC04等。这些编程器可以对PLC程序进行编辑和修改，监视输入和输出状态及定时器、移位存放器的变化值。在运行状态下修改定时器和计数器的设置值，可强制内部输出，对定时器、计数器和移位存放器进行置位和复位等。带有图形功能的编程器还可显示PLC梯形图。2025/5/8298．数域测试仪器主要用来对数控系统的故障进行诊断，常用的数域测试仪器有：〔1〕逻辑分析仪按多线示波器的思路开展而成，不过它在测量幅度上已按数字电路的上下电平进行了“1〞和“0〞的量化，在时间轴上也按时钟频率进行了数字量化。因此可以测得一系列的数字信息，再配以存储器及相应的触发机构或数字识别器，使多通道上同时出现的一组数字信息与测量者所规定的触发字相符合时，触发逻辑分析仪，以便将需要分析的信息存储下来。外形见图1-10。2025/5/830〔2〕微机开发系统这种系统配置又进行微机开发的硬、软件工具。在微机开发系统的控制下对被测系统中的CPU〔中央处理单元〕进行实时仿真，从而取得对被测系统实时控制。〔3〕特征分析仪它可从被测系统中取得4个信号，即启动、停止、时钟和数据信号，使被测电路在一定信号的鼓励下运行起来。其中时钟信号决定进行同步测量的速率。因此，可将一对信号“锁定〞在窗口上，观察数据信号波形特征。2025/5/831〔4〕故障检测仪这种新的数据监测仪器根据各自出发点不同，具有不同的结构和测试方法。有的是按各种不同时序信号来同时鼓励标准板和故障板，通过比较两种板对应节点响应波形的不同来查找故障。有些那么是根据某一被测对象类型，利用一台微机配以专门接口电路及连接工装夹具与故障机相连，在编写有关的测试程序对故障进行检测。2025/5/8322025/5/8332025/5/8341.6数控机床维修人员的要求2025/5/8352025/5/8365．良好的品质·勤于学习：刻苦钻研，边干边学；自觉的学习新出现的数控机床操作、编程，了解其结构；自觉的了解其他工厂中的设备；虚心学习别人的经验。·善于分析：能由表及里，去伪存真，找到发生故障的原因；能从众多故障现象中找出主要的，起决定性故障现象，并对此进行分析。·胆大心细：对于没见过的故障敢修；先熟悉情况，后动手、不要盲目蛮干。2025/5/8371.7

数控机床诊断与维修的一般步骤数控设备的故障诊断与维修的过程根本上分为故障原因的调查和分析、故障的排除、维修总结三个阶段。1．故障的调查与分析这是排除故障的第一阶段，是非常关键的阶段。数控机床出现故障后，不要急于动手处理，首先要摸清楚故障发生的过程，分析产生故障的原因。为此要做好下面几项工作：〔1〕询问调查在接到机床现场出现故障要求排除的信息时，首先应要求操作者尽量保持现场故障状态，不做任何处理，这样有利于迅速精确地分析故障原因。同时仔细询问故障指示情况、故障表象及故障产生的背景情况，依此做出初步判断，以便确定现场排故所应携带的工具、仪表、图样资料、备件等，减少往返时间。2025/5/838〔2〕现场检查到达现场后，首先要验证操作者提供的各种情况的准确性、完整性，从而核实初步判断的准确度。由于操作者的水平，对故障状况描述不清甚至完全不准确的情况不乏其例，因此到现场后仍然不要急于动手处理，重新仔细检查各种情况，以免破坏了现场，使排除故障增加难度。〔3〕故障分析根据的故障状况按故障分类方法分析故障类型，从而确定排故原那么。由于大多数故障是有指示的，所以一般情况下，对照机床配套的数控系统诊断手册和使用说明书，可以列出产生该故障多种可能的原因。2025/5/839〔4〕确定原因对多种可能的原因进行排查，从中找出本次故障的真正原因，对于维修人员来说这是一种对该机床熟悉程度、知识水平、实践经验和分析判断能力的综合考验。当前的CNC系统智能化程度都比较低，系统尚不能自动诊断出发生故障确实切原因，往往是同一报警信号可以有多种起因，不可能将故障缩小到具体的某一部件。因此，在分析故障的起因时，一定要思路开阔。有这种情况，自诊断出系统的某一局部有故障，但究其起源，却不在数控系统，而是在机械局部。所以，无论是CNC系统，机床强电，还是机械、液压、气路等，只要有可能引起该故障的原因，都要尽可能全面地列出来，进行综合判断和筛选，然后通过必要的试验，到达确诊和最终排除故障的目的。2025/5/840〔5〕排故准备有的故障的排除方法可能很简单，有些故障那么比较复杂，需要做一系列的准备工作，例如工具仪表的准备、局部的拆卸、零部件的修理，元器件的采购，甚至排故方案步骤的制定等。数控机床电气系统故障的调查、分析与诊断的过程也就是故障的排除过程，一旦查明了原因，故障也就几乎等于排除了。因此故障分析诊断的方法也就变得十分重要了。一般情况下，在故障检测过程中，应充分利用数控系统的自诊断功能，如系统的开机诊断、运行诊断、PLC的监控功能。同时在检测故障过程中还应掌握以下原那么：2025/5/841〔1〕先外部后内部〔2〕先机械后电气〔3〕先静后动〔4〕先公用后专用〔5〕先简单后复杂〔6〕先一般后特殊2025/5/8422．故障排除这是排故的第二阶段，是实施阶段。如上所述，完成了故障分析，也就根本上完成了故障的排除，剩下的工作就是按照相关操作规程具体实施。3．维修排故后的总结提高工作对数控机床电气故障进行维修和分析排除后的总结与提高工作是排故的第三阶段，也是十分重要的阶段，应引起足够重视。总结提高工作的主要内容包括：〔1〕详细记录从故障的发生、分析判断到排除全过程中出现的各种问题，采取的各种措施，涉及到的相关电路图、相关参数和相关软件，其间错误分析和排故方法也应记录，并记录其无效的原因。除填入维修档案外，内容较多者还要另文详细书写。2025/5/843〔2〕有条件的维修人员应该从较典型的故障排除实践中找出带有普遍意义的内容作为研究课题，进行理论性探讨，写出论文，从而到达提高的目的。特别是在有些故障的排除中并未认真系统地分析判断，要是带有一定偶然性地排除了故障，这种情况下的事后总结研究就更加必要了。〔3〕总结故障排除过程中所需要的各类图样、文字资料，假设有缺乏应事后想方法补齐，而且在随后的日子里研读，以备将来之需。〔4〕从排除故障过程中发现自己欠缺的知识，制定学习方案，力争尽快补课。〔5〕找出工具、仪表、备件之缺乏，条件允许时补齐。2025/5/844总结提高工作的好处是：〔1〕迅速提高维修者的理论水平和维修能力；〔2〕提高重复性故障的维修速度；〔3〕利于分析设备的故障率及可维修性，改进操作规程，提高机床寿命和利用率；〔4〕可改进原机床电气设计之缺乏；〔5〕资源共享。总结资料可作为其他维修人员的参数资料、学习培训教材。2025/5/8452025/5/846图1-1故障率随时间变化的曲线表1-1影响数控机床〔使用时〕可靠性的因素2025/5/847因素要

求措

施电网质量电压应在规定的误差范围之内，+10%~-15%；频率为（50±1）Hz；数控机床接地电阻要符合要求；以上三项要平衡。1．数控机床专线供电；2．使用稳压电源。安装环境无粉尘、无太阳直射；湿度、温度符合要求。建立专门的数控车间操作者1．岗位培训；2．取得上岗资格证；3．严格按操作规程操作。进行岗位培训；严禁无证上岗；制定详细的、可执行的操作规程。日常维护按照《机床使用说明书》进行日常的维护和保养制定切实可行的维护保养制度图1-2数控机床点检维修过程示意图

2025/5/848表1-2数控车床维护与保养一览表2025/5/849序号检查周期检

查

部

位检

查

内

容1每天导轨润滑机构油标、润滑泵，每天使用前手动打油润滑导轨2每天导轨清理切屑及脏物，检查滑动导轨有无划痕，滚动导轨润滑情况3每天液压系统油箱泵有无异常噪声，工作油面高度是否合适，压力表指示是否正常，有无泄漏4每天主轴润滑油箱油量、油质、温度、有无泄漏5每天液压平衡系统工作是否正常6每天气源分水过滤器、干燥器及时清理分水器中过滤出的水分，检查压力7每天电器箱散热、通风装置冷却风扇工作是否正常，过滤器有无堵塞，清洗过滤器8每天各种防护罩有无松动、漏水，特别是导轨防护装置9每天机床液压系统液压泵有无噪声，压力表接头有无松动，油面是否正常10每周空气过滤器坚持每周清洗一次，保持无尘，通畅，发