《 数控机床故障诊断与维修（第4版） 》p13-数控机床常见故障分析 -p290-任务实施液压系统出油不畅造成润滑不良

数控机床常见故障分析1按故障发生的部位分析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机械传动故障与导轨副摩擦过大故障。故障表现为传动噪声大，加工精度差，运行阻力大。例如：传动链的挠性连轴器松动，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（脂），这是机床各传动链正常运行的保证。另外，液压、润滑与气动系统的故障主要是管路阻塞或密封不良，引起泄漏，造成系统无法正常工作。2）电气故障电气故障分弱电故障与强点故障。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制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。强电故障是指继电器、接触器、开关、熔断器、电源变压器、、电磁铁、行程开关等电器元器件及其所组成的电路故障。这部分的故障十分常见，必须引起足够的重视。2.按故障的性质分析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：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，必然会发生液压系统故障报警使系统断电停机；又如：润滑、冷却或液压等系统由于管路泄漏引起游标下降到使用限值，必然会发生液位报警使机床停机；再如：机床加工中因切削用量过大达到某一限值是必然会发生过载或超温报警，导致系统迅速停机。因此，正确的使用与精心维护是杜绝或避免这类系统性故障发生的切实保障。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”。由于此类故障在各种条件相同的状态下只偶然发生一两次，因此，随机性故障的原因分析与故障诊断较其它故障困难得多。一般而言，这类故障的发生往往与安装质量、组件排列、参数设定、元器件品质、操作失误与维护不当，以及工作环境影响等诸因素有关。例如：接插件与连接组件因疏忽未加锁定，印制电路板上的元器件松动变形或焊点虚脱，继电器触点、各类开关触头因污染锈蚀以及直流电刷不良等所造成的接触不可靠等。另外，工作环境温度过高或过低、湿度过大、电源波动与机械振动、有害粉尘与气体污染等原因均可引发此类偶然性故障。因此，加强数控系统的维护检查，确保电器箱门的密封，严防工业粉尘及有害气体的侵袭等，均可避免此类故障的发生。3.按故障的指示形式分析1）有报带显示的故障，数控机床的故障显示可分为指示灯显示与显示器显示两种情况。指示灯显示报警指示灯显示报警是指通过控制系统各单元上的状态指示灯（一般由LED发光管或小型指示灯组成）显示的报警。根据数控系统的状态指示灯，即使在显示器故障时，仍可大致分析判断出故障发生的部位与性质，因此在维修、排除故障过程中应认真检查这些状态指示灯的状态。显示器显示报警：显示器显示报警是指可以通过CNC显示器显示出报警号和报警信息的报警。由于数控系统一般都具有较强的自诊断功能，如果系统的诊断软件以及显示电路工作正常，一旦系统出现故障，可以在显示器上以报警号及文本的形式显示故障信息。数控系统能进行显示的报警少则几十种，多则上千种，它是故障诊断的重要信息。2）无报警显示的故障，这类故障发生时．机床与系统均无报警显示，其分析诊断难度通常较大．需要通过仔细、认真的分析判断才能予以确认。特别是对于一些早期的数控系统，由于系统本身的诊断功能不强，或无PLC报警信息文本，出现无报警显示的故障情祝则更多。对于无报警显示故障，通常要具体情况具体分析，根据故障发生前后的变化．进行分析判断，原理分析法与PLC程序分析法是解决无报警显示故障的主要方法。4.按故障产生的原因分析1）数控机床自身故障，这类故障的发生是由于数控机床自身的原因所引起的，与外部使用环境条件无关，数控机床所发生的极大多数故障均属此类故障。2）数控机床外部故障这类故障是由于外部原因所造成的。供电电压过低、过高，波动过大：电源相序不正确或三相输入电压的不平衡；环境温度过高：有害气体、潮气、粉尘授入：外来振动和干扰等都是引起故障的原因。电源单元状态显示LED指示为“1”故障排查1.故障现象电源单元状态显示LED指示为“1”，故障原因指向主电路电源模件(IPM)出现异常，同时数控系统显示“SV437转换器输入电路过电流”、“SP030转换器输入电路过电流”报警。2.故障排查1）测量交流接触器前端三相交流电压是否在正常范围，三相间是否平衡。2）检查交流接触器是否良好，并尝试更换。3）测量电抗器绕组间阻值是否正常、平衡，并尝试更换。4）以上没有问题，请更换电源单元模块。电源单元状态显示LED指示为“2/A”故障排查1.故障现象电源单元状态显示LED指示为“2/A”时，数控系统也同时显示伺服报警和主轴报警，数控系统显示报警如表5-3所示，从故障描述可以看出，电源单元数码指示、主轴、伺服报警全部指向风扇故障。表5-3电源单元状态显示LED指示为“2/A”时数控系统显示报警电源单元数码显示报警数控系统显示报警2-控制电路部的冷却风扇停止SV443转换器、冷却风扇停止A-外部冷却散热片的冷却风扇停止SV606转换器、散热器冷却风扇停止风扇电动机有三根线，两根是电源线，提供电动机旋转动力；另外一根是风扇转速模拟检测信号线，连接到控制器的主板上的，正常旋转时是+5V电压，允许误差范围是正负5%。如果风扇扇叶脏了，转速下降造成模拟电压值低于4.75V就会出现风扇报警。2.故障排查1）首先确认内部开始外部风扇报警。2）确认风扇扇叶是否附着油污，尝试清洁风扇。3）更换风扇。4)更换电源单元。电源单元状态显示LED指示为“4”故障排查

1.故障现象

电源单元状态显示LED指示为“4”，故障原因指向主电路电源切断，同时数控系统显示“SV433转换器DC链路部低电压”、“SP9051转换器DC链路部低电压”报警。此时电源单元、主轴模块数码管显示如图5-46所示。

图5-46电源单元、主轴模块数码管显示图

2.故障排查

1）确认三相交流输入电压以及接触器线圈控制回路是否正常正常。

2）尝试更换电源单元。

3）如果在运动中出现该故障时，请动态监测输入电源以及交流接触器吸合状态。

电源单元状态显示LED指示为“5”故障排查

1.故障现象

电源单元状态显示LED指示为“5”，故障原因指向DC链路短路、充电电流限制电阻故障，同时数控系统显示“SV442转换器DC链路充电异常”“SP9033转换器DC链路充电异常”报警。

2.故障排查

1）断电情况下，测量CX48与L1／L2／L3之间是否连接良好且相序是否一致。

2）测量交流接触器前端电压是否正常。

3）检查交流接触器线圈回路是否存在除CX3之外的触点，并确认其状态。

4）尝试更换电源单元。

5）如以上仍未解决故障，则尝试判断是否为直流母线回路短路引起的，确认连接的伺服或主轴单元是否良好。

6）CX48管脚示意图，如图5-45所示。

图5-45CX48管脚示意图

电源单元状态显示LED指示为“6”故障排查1.故障现象电源单元状态显示LED指示为“6”，故障原因指向控制电源电压下降，同时数控系统显示“SV432转换器控制电流低电压”、“SP9111转换器控制电流低电压”报警。2.故障排查全轴报警，首先检查电源单元，正常情况下电源单元控制电源电压值应≥22.8V，低于该值就会出现报警。这时应检查提供24V直流电压的开关电源至电源单元CXA2D接口的整个链路的连接情况和电压情况。3.如果外部电源异常请更换，反之请更换电源单元。数控返回参考点的必要性数控机床位置检测装置如果采用绝对编码器时，由于系统断电后位置检测装置靠电池来维持坐标值实际位置的记忆，所以机床开机时，不需要进行返回参考点操作。但是目前，大多数数控机床采用增量编码器作为位置检测装置，系统断电后，工作坐标系的坐标值就失去记忆，机械坐标值尽管靠电池维持坐标值得记忆，但只是记忆机床断电前的坐标值而不是机床的实际坐标，所以机床首次启动系统或在执行了系统“急停”或“复位”操作后，要进行返回参考点操作，是系统的位置记数与脉冲编码器的零位脉冲同步。机床执行返回参考点操作具有以下优点1.系统通过参考点来确定机床的原点位置，以正确建立机床坐标系。2.可以消除丝杠间隙的累计误差及丝杠螺距误差补偿对加工的影响。基频向下向上调变频调速1.从基频向下调变频调速降低电源频率时，必需同时降低电源电压。降低电源电压U1，有以下两种控制方法：（1）保持El/f1为常数。降低电源频率f1时，保持El/f1为常数，则φm为常数，是恒磁通控制方式，也称恒转矩调速方式。降低电源频率f1调速的人为机械特性，如图6-1(a）所示。降低电源频率f1调速的人为机械特性特点为：同步速度n1与频率f1成正比；最大转矩不变；转速降落Dn=常数，特性斜率不变(与固有机械特性平行)。这种变频调速方法与他励直流电动机降低电源电压调速相似，机械特性较硬，在一定静差率的要求下，调速范围宽，而且稳定性好。由于频率可以连续调节，因此变频调速为无级调速，平滑性好，另外，转差功率Ps较小，效率较高。(a）保持El/f1为常数的机械特性(b）保持Ul/f1为常数的机械特性图6-1基频向下变频调速时的机械特性（2）保持Ul/f1为常数。降低电源频率f1，保持Ul/f1为常数，则φm近似为常数，在这种情况下，当降低频率f1时，Dn不变。但最大转矩会变小，特别在低频低速时的机械特性会变坏，如图6.1.1（b)所示。其中虚线是恒磁通调速时为常数的机械特性，以示比较。保持Ul/f1为常数，则低频率调速近似为恒转矩调速方式。2.从基频向上变频调速从基频向上变频调速，升高电源电压是不允许的。因此，升高频率向上调速时，只能保持电压为不变，频率越高，磁通φm越低，是一种降低磁通升速的方法，类似他励直流电动机弱磁升速情况，其机械特性如图6-2所示。保持电压不变升速，近似为恒功率调速方式。随着，而p2近似为常数。因而该方法适合于带恒功率负载。图6-2基频向上变频调速时的机械特性FR-S500变频器基本参数功能含义阐述说明a.上限频率Pr.1和下限频率Pr.2 图6-4上限频率Pr.1和下限频率Pr.2图6-.5加速时间Pr.7和减速时间Pr.8如图6-4所示为上限频率Pr.1和图6-5下限频率Pr.2用于确定变频器的运行范围。如要求某电机工作在10-50HZ之间，则可设定为Pr.1=50，Pr.2=10，这样电机就不能再低于10HZ运行。b.基波频率Pr.3基波频率Pr.3是指电动机额定转矩时的基准频率。按照电动机的铭牌来设置，可在0-120HZ范围内设定，一般国产标准电机的额定频率为50HZ，故出厂设置为50HZ，使用时多不需改变；c.加减速时间（Pr.7、Pr.8、Pr.20）如图6.1.7所示为加速时间Pr.7是指从0HZ开始上升到加减速基准频率Pr.20所设定的频率时所需的加速时间；减速时间Pr.8是指从加减速基准频率Pr.20所设定的频率开始减速到0HZ时所需的减速时间。Pr.20为加减速基准频率，出厂设定为50HZ。d.电子过流保护Pr.9电子过流保护Pr.9是为保护电动机不过热而设定的电流值。设定范围为0-50A,设定值为0时保护功能无效，通常设定为电动机的额定电流值，对于0.4K、0.75K的电机设定为电动机的额定电流值的85%；e.扩展功能显示选择Pr.30当设定Pr.30=0时，仅显示基本功能参数；当设定Pr.30=1时，显示全部参数；f.操作模式选择Pr.79变频器的操作模式可以用PU（旋钮、RUN键）操作，也可以用外部信号操作或组合使用。设定值可取0-4，7，8，在数控机床的调试和使用中多涉及的为：当设定Pr.79=0时，用键可以切换PU（旋钮、RUN键）操作或外部信号操作；当设定Pr.79=1时，只能执行PU（旋钮、RUN键）操作;当设定Pr.79=2时，只能执行外部信号操作；Pr.79出厂设定为0.g.转矩提升Pr.0图6-6转矩提升Pr.0转矩提升的使用场合是当低速范围时，电动机输出转矩不足。如图6-6所示直线1表示V～f特性，横坐标为运行频率，纵坐标为对应的输出电压,100%表示变频器输出的最大电压，也就是电源电压。变频器的运行都有这样的特性，就是在改变其输出频率时也改变输出电压，从V～f特性线上可看出运行频率越低，变频器输出的电压也越低，当运行频率达到50HZ时，输出电压等于电源电压，而电机得到的输入电压越低，其输出转矩就越小，因此如果按照原有的V～f特性运行，当频率很低时，变频器输出电压也很低，电动机的输出转就很小，无法带动负载，为了满足电机在低频运行时也能带动负载的要求，把V～f曲线的起点进行提高，称之为转矩提升。这样就保证了在很低的频率下运行时，变频器仍有一定的输出电压，从而使电机具有一定的输出转矩。注意：转矩提升并非越大越好，因为设定值大时，电机的电流也较大，会使电机过热，同时变频器的输出电流较大，可能引起过电流断路。串行数字主轴相关功能参数

虽然系统出厂时已把串行数字电动机的标准控制参数存储在系统中，通过主轴参数初始化操作选择与实际主轴电动机相对应的标准参数，但在主轴参数初始化时，还需进行系统相关功能参数的设定，那么与串行数字主轴相关的功能参数有哪些呢？

主轴电机相关参数主要包括主轴电机类型设定、主轴编码器类型指定,电机相关参数的初始化,主轴档位转迁的设定。由于标准参数文件中所使用主轴电机的种类、数量与用户实际情况存在差异,因此有如下参数必须进行确认,确认存在差异后需要进行手动调整。

①主轴数量的确认和设定，见表6.2.3所示。

表6.2.3主轴数量的确认和设定参数号设定值备注No.088(设定后需要重启系统)0/1当只使用一个主轴电机时(模拟主轴或FANUC串行主轴);(标准化参数文件默认使用1个FANUC串行主轴电机n当侍用n个主轴电机时(1≤n≥3);-1无主轴电机时②主轴电机的类型的确认和设定，见表6.2.4所示。

表6.2.4主轴电机的类型的确认和设定参数号设定值备注No.3716#01当主轴电机为FANUC串行主轴电机0当主轴为模拟主轴电机③主轴放大器数量的确认与设定，见表6.2.5所示。

表6.2.5主轴放大器数量的确认与设定参数号设定值备注No.3717注:如果2个主轴其中一个是模拟主轴,请将其设置为第2主轴,且模拟主轴至多1个;1无论主轴电机是否使用FANUC串行主轴电机2无论主轴电机是否使用FANUC串行主轴电机④使用FANUC主轴电机,则可以按照如下操作进行主轴电机初始化按【YSYTEM】键进入参数画面,使用MDI面板输入“4133”,按[搜索号码],根据实际中所使用的电机在附录Ⅱ“主轴电机代码表”中查找对应电机代码,按【.输入】填入该参数当中。

按【YSYTEM】键进入参数画面,使用MDI而板输入“4019”,按[搜索号码],设定参数No.4019#7为1,如图6.2.6所示,之后切断NC及放大器电源图6.2.6参数4019#7设置

⑤主轴速度相关参数的确认和设定

标准参数文件是以电机和主轴之间按照1:1的直连方式连接进行设定的。

需要修改的情况:如果主轴电机和主轴之间连接存在减速比,或者存在2档(或者几个档),其间齿轮比分别为M:1的减速比(第一档减速比,电机旋转M次,主轴旋转1次)和N:1(第二档减速比,则按照如表6.2.6所示进行设定。

表6.2.6主轴速度相关参数的确认和设定

参数号设定值备注4020——电机最高转达值;电机在初始化后,系统自动设定37350主轴电机最低钳制速度37364095主轴电机最高钳制速度〔设定值=(主轴电机的最高钳制转速/主轴电机的最大转速*4095)3741——第一档位主轴最高转速:通过公式:M/1=[参数No.4020中的值]/[参数No.3741设定的值],可得出NO.3741的具体设定值。3742——第二档位主轴最高转速:通过公式:N/1=[参数No.4020中的值]/[参数No.3742设定的值],可得出NO.3742的具体设定值。4056——主轴与电机间的齿轮比,NO.4056的设定值为:100*M[注释1、2]4057100主轴与电机间的齿轮比。[注释1、2]4058——主轴与电机间的齿轮比,NO.4058的设定倩为:100*N[注释1、2]4059100主轴与电机间的齿轮比。[注释1、2]4171——电机传感器与主轴之间的齿轮比;根据公式:[No.4171的值]/[No.4172的值]-[No.4056的值],算出[No.4171值]/[No.4172的值]的最小约分值,即分别为No.4171,No.4172的参数设置值。[注释1、2]4172——4173——电机传感器与主轴之间的齿轮比;根据公式:[No.4173的值]/[No.4174的值]-[No.4058的值],算出[No.4173值]/[No.4174的值]的最小约分值,即分别为No.4173,No.4174的参数设置值。[注释1、2]4174——串行主轴参数设定、调整和监控画面①主轴伺服画面显示参数为了显示主轴伺服画面，需要将主轴伺服画面显示参数（SPS）设置为“1”，FANUC0i-MFPLUS系统的参数为3111#1，如图6.2.1所示。图6.2.1参数3111#1设置②主轴画面显示操作在FANUC0i-MFPLUS系统，执行下面操作即可显示主轴设定画面，按【SYSTEM】系统功能键,出现参数等画面，继续按【向下系统扩展】软键，最后按下【主轴设定】软键时，出现主轴设定调整画面，如图6.2.2所示。

图6.2.2主轴设定调整画面

③主轴设定调整画面主轴设定调整画面包含主轴设定画面、主轴调整画面和主轴监视画面。通过系统软件选择相应的主轴伺服画面。按下【SYSTEM】→[→]→[主轴设定]→[主轴设定]，进入主轴设定调整画面中的主轴设定画面，如图6.2.3所示，在该画面下显示当前主轴挡位下相关主轴参数，如主轴、电机型号、电机名称、主轴最高速度、电机最高速度、主轴编码器种类、最佳定位功能、刚性攻丝的电压模式。图6.2.3主轴设定画面主轴调整画面，可以针对运行方式的变化，修改对应运行方式下的相关参数（比例增益、积分增益、及电机电压）。

运行主轴后，按下[主轴设定]→[主轴调整]，可进入主轴调整画面，如图6.2.4所示。确认当前的运行方式是否正确,主轴挡位状态是否正确，如不是当前运行方式或挡位时，如执行M19时，仍显示速度控制，请先检查相关功能参数或信号状态，然后再继进行参数的设定。图6.2.4主轴调整画面

主轴监视画面，在这个画面可以确认主轴当前运行方式、监控主轴的报警、运行速度、运行负荷及信号状态。

运行主轴后，按下[主轴设定]→[主轴监视]，如图6.2.5所示所示。可以观察信息如下：主轴报警、运行方式、主轴速度、电机速度、主轴、负载表和控制输入信号/输出信号。

图6.2.5主轴监视画面

不执行螺纹加工的故障排查故障现象：某配套FANUC0i系统的数控车床，在自动加工时不执行螺纹加工程序。控制原理分析数控车床螺纹加工的实质就是主轴旋转与Z轴进给之间的插补。执行螺纹加工指令时，当系统得到主轴位置检测装置发出的一转信号后开始进行螺纹加工，根据主轴的位置反馈脉冲进行Z轴的插补控制，即主轴转一周，Z轴进给一个螺距或导程（多头螺纹加工）。2．故障成因分析造成自动加工时不执行螺纹加工指令的可能故障原因有以下：=1\*GB2⑴主轴编码器与系统之间的连接不良；=2\*GB2⑵主轴编码器的位置信号PA和*PA、PB和*PB不良或连接电缆断开；=3\*GB2⑶主轴编码器的一转信号PZ和*PZ不良或连接电缆断开；=4\*GB2⑷系统或主轴放大器故障；3．故障诊断处理=1\*GB2⑴对于可能的故障原因=1\*GB2⑴，如系统采用的是FANUC主轴模块，系统会发出9027（AL-27）报警，检查连接电缆接口及电缆线的校线查出故障并进行修复；=2\*GB2⑵对于可能的故障原因=2\*GB2⑵，查看系统显示装置上是否有主轴转速显示，如无主轴转速显示，则是该原因导致此故障；=3\*GB2⑶对于可能的故障原因=3\*GB2⑶，可通过加工指令G99（每转进给）和G98（每分钟进给）切换来判别，如果G98进给切削正常而G99进给切削不正常，即为该原因所致。对于可能的故障原因=3\*GB2⑶也可利用示波器检查PZ和*PZ信号，确认是否是因为主轴编码器一转信号输出故障造成；=4\*GB2⑷如果以上故障成因均已排除，则需检查系统或主轴放大器，需送售后服务进一步检测维修。螺纹加工时，出现起始段螺纹“乱扣”的故障排查

故障现象：某配套FANUC系统的数控机床，主轴采用变频器驱动，在执行G92车削螺纹时，出现起始段螺纹“乱扣”的现象。

1．控制原理分析

同于基本任务一的控制原理分析，数控车床螺纹加工的实质就是主轴旋转与Z轴进给之间的插补。“乱扣”是由于主轴与Z轴的进给不能实现同步引起的。

螺纹加工时，出现起始段螺纹“乱扣”现象是由于该机床使用变频器作为主轴驱动装置，主轴速度为开环控制，在不同的负载下，主轴的起动时间不同，且起动时的主轴速度不稳，转速有相应变化，导致了主轴与Z轴的进给不能实现同步引起。

2．故障排除

分别采用下述两种方法解决上述故障：

⑴在主轴旋转指令（M03）之后，螺纹加工指令G92之前增加G04延时指令，以保证在主轴速度稳定后在开始进行螺纹切削加工；

⑵更改螺纹加工程序的起始点，使其离开工件一段距离，保证在主轴速度稳定后，再接触工件，开始进行螺纹切削加工。螺纹加工时出现“乱扣”、螺距不准现象的故障排查1．控制原理分析一般的螺纹加工需要经过几次切削才能完成，每次重复切削时，开始的进刀位置必须相同。为了保证重复切削不乱扣，数控系统在接收到主轴编码器的一转信号后才开始螺纹切削的计算。2．故障成因分析及排查当数控系统接收到的一转信号不稳时，就会出现“乱扣”、螺距不准等现象。=1\*GB2⑴检查主轴编码器是否存在连接不良，将两端连接头连接处插紧；=2\*GB2⑵检查是否存在主轴编码器的一转信号PZ和*PZ不良或连接电缆断开；=3\*GB2⑶排除主轴编码器信号线受到干扰，检查确认信号线屏蔽完好，确保两端的屏蔽街头可靠接地；=4\*GB2⑷检查主轴编码器内部太脏或编码器本身出现问题，必要时更换主轴编码器；=5\*GB2⑸从机械方面检查丝杠有无窜动，主轴跳动是否过大，机械传动是否稳定，负载是否松动，刀架定位是否准确；如果以上故障成因均已排除，还出现“乱扣”现象，则需检查系统或主轴放大器，需送售后服务进一步检测维修。低压伺服系统介绍数控机床的伺服驱动系统按其功能和用途划分为：主轴驱动系统和进给伺服系统。数控机床的进给伺服是一种位置随动系统，是数控装置和机床的联系环节。它的作用是快速、准确地执行由数控装置发出的控制命令，通过伺服驱动系统转换成坐标轴的运动，精确地控制机床进给传动链的坐标运动，完成程序所规定的操作。数控机床伺服系统的本质特点在于：能够根据指令信号精确地控制执行部件的位置和进给速度。伺服系统由伺服驱动装置、伺服电机、位置检测装置等组成。数控机床运动中，主轴运动和进给伺服运动是机床的基本成形运动。数控机床伺服系统按功能可分为：主轴伺服系统和进给伺服系统。主轴伺服用于控制机床主轴的运动，提供机床的切削动力；进给伺服实现机床各进给轴的位置控制，不仅对单个坐标轴的运动速度和位置精度进行严格控制，而且在多轴联动时，还要求各轴有很多的动态配合，是要求最高的位置控制。对于进给伺服系统，按有无反馈检测元件将其分为：开环伺服系统和闭环伺服系统。其主要区别为是否采用了位置和速度检测反馈元件组成了反馈系统。开环控制常用步进电机作为驱动元件，它不需要由位置和速度检测元件组成反馈检测回路。闭环控制采用伺服电机作为驱动元件，根据位置检测元件所处在数控机床位置的不同，它可以分为半闭环控制、全闭环控制和混合闭环控制。半闭环控制一般将检测元件安装在伺服电机的非输出轴端，伺服电机角位移通过滚珠丝杠等机械传动机构转换为数控机床工作台的直线位移。全闭环控制是将位置检测元件安装在机床工作台或某些部件上，以获取工作台的实际位移量。混合闭环控制则采用半闭环控制和全闭环控制相结合的方式。伺服参数初始化伺服参数初始化就是将系统的参数按设定条件恢复到系统出厂时的标准设定。当数控系统的伺服驱动更换，或因为更换电池等原因，使伺服参数出现错误时，必须对伺服系统进行初始化处理与重新调整。1．伺服初始化参数设定（1）分离型检测装置是否有效的系统参数（2）绝对位置检测是否使用参数2．伺服参数初始化操作（1）在紧急停止状态，接通电源。（2）显示伺服参数的设定画面系统功能键SYSTEM—系统扩展软件—系统软件[SV-PRM]（3）使用光标，翻页键，将伺服初始化设定参数2000#1的1设定为0，然后系统断电在重新上电，从而完成了数字伺服参数的初始化操作。当伺服初始化结束后，初始化定位#1自动变为1。初始化设定为如下：#7#6#5#4#3#2#1#02000PRMCALDGPRMPLC01其中，#0：PLC01 0：检测单位为1μm。 1：检测单位为0.1μm。#1：DGPRM 0：系统进行数字伺服参数初始化的设定。 1：伺服参数初始化后，该项自动变化为1。#3（PRMCAL）：进行伺服初始化设定时，该项自动变化为1。根据编码器的脉冲数自动计算下列参数：2043、2044、2047、2053、2054、2056、2057、2059、2074、2076。伺服参数设定的准备工作（1）CNC单元的类型及相应软件（功能），如系统是FANUC-0iMFplus还是FANUC-16/18/21/0i系统。（2）伺服电动机的类型及规格，如进给伺服电动机是系列、i系列、系列还是IS系列。（3）电动机内装的脉冲编码器类型，如编码器是增量编码器还是绝对编码器。（4）系统是否适用分离型位置检测装置，如是否采用独立型旋转编码器或光栅尺作为伺服系统的位置检测装置。（5）电动机一转机床工作台移动的距离，如机床丝杠的螺距是多少，进给电动机与丝杠的传动比是多少。（6）机床的检测单位（例如0.001mm），检测装置的分辨率。（7）CNC的指令单位（例如0.001mm）。光栅基础知识光栅利用光的透射、衍射原理，通过光敏元件测量莫尔条纹移动的数量来测量机床工作台的位移量。一般用于机床数控系统的闭环控制。光栅主要由标尺光栅和光栅读数头两部分组成。通常，标尺光栅固定在机床运动部件上（如工作台或丝杠上），光栅读数头产生相对移动。光栅尺测量原理如图7-42所示。图7-42光栅尺测量原理透射光栅测量系统由光源、透镜、标尺光栅、指示光栅、光敏元件和信号处理电路组成，信号处理电路又包括放大、整型和鉴向倍频等。透射光栅测量系统工作原理如图7-43所示，通常情况下，标尺光栅与工作台装在一起随工作台移动外，光源、透镜、指示光栅、光敏元件和信号处理电路均装在一个壳体内，做成一个单独部件固定在机床上，这个部件称为光栅读数头，其作用是将光信号转换成所需的电脉冲信号。光栅读数是利用莫尔条纹的形成原理进行的，将指示光栅和标尺光栅叠合在一起，中间保持0.01-0.1mm的间隙，并且指示光栅和标尺光栅的线纹相互交叉保持一个很小的夹角θ，如图7-44所示。当光源照射光栅时，在α-α线上，两块光栅的线纹彼此重合，形成一条横向透光亮带：在b-b线上，两块光栅的线纹彼此错开，形成一条不透光的暗带。这些横向明暗相间出现的亮带和暗带酒是莫尔条纹。直线光栅尺外观如图7-45所示。两块光栅每相对移动一个栅距，则光栅某一固定点的光强按明—暗—明规律变化一个周期，即莫尔条纹移动一个莫尔条纹的间距。因此，光电元件只要读出移动的莫尔条纹数目，就可以知道光栅移动了多少栅距也就知道了运动部件的准确位移量。图7-43透射光栅测量系统工作原理示意图图7-44莫尔条纹图7-45直线光栅数控机床对检测元件的要求检测元件是检测装置的重要部件，其主要作用是检测位移和速度，发送反馈信号。位移检测系统能够测量的最小位移量称为分辨率。分辨率不仅取决于检测元件本身。也取决于测量电路。数控机床对检测元件的主要要求是：①寿命长，可靠性高，抗干扰能力强；②满足精度和速度要求；③使用维护方便，适合机床运行环境；④成本低；⑤便于与计算机联接。数控机床对位置检测装置的要求

位置检测装置是数控机床伺服系统的重要组成部分。它的作用是检测位移和速度，发送反馈信号，构成闭环或半闭环控制。数控机床的加工精度主要由检测系统的精度决定。不同类型的数控机床，对位置检测元件，检测系统的精度要求和被测部件的最高移动速度各不相同。现在检测元件与系统的最高水平是：被测部件的最高移动速度高至240m/min时，其检测位移的分辨率（能检测的最小位移量）可达1μm，如24m/min时可达0.1μm。最高分辨率可达到0.01μm。

数控机床对位置检测装置有如下要求：

①受温度、湿度的影响小，工作可靠，能长期保持精度，抗干扰能力强。

②在机床执行部件移动范围内，能满足精度和速度的要求

③使用维护方便，适应机床工作环境。

④成本低系统PMC画面功能及具体操作FANUC数控系统可通过屏幕对PMC实施操作，进行PMC梯形图的动态显示，监控与诊断PMC的各种输入/输出信号状态；可对定时器、计数器、保持型继电器、数据表等寄存器进行设定和显示；还能够对梯形图进行编辑等，由此来判断和查找数控机床故障位置。在MDI方式下按系统功能键，再按若干次向右的扩展软键，则在屏幕上显示PMC基本菜单结构画面，如图8-10所示。图8-10PMC基本画面注意：要显示下面5个软件，需要按一下扩展键。（1）PMC维护画面(PMCMNT)通过查看PMC各操作画面，可以完成查看地址状态、参数设置、梯形图监控等功能。按“SYSTEM”键，在右边扩展翻页找到【PMC维护】选项。①信号状态画面在PMC维护画面下，按下[信号]软键，即进入信号状态监控画面。在信号状态画面，显示所有地址的状态以及地址的符号注释，如图8-11所示。信号状态有三种显示方法：以为模式“0”或“1”显示，以16进制显示或以十进制显示。可以对部分信号进行强制。

图8-11PMC信号状态画面图8-12I/O设备画面在PMC运行时可以通过信号状态显示监控机床设备运行正常与否或判断故障原因。（信号按位可显示各位的状态，状态值为1或0两种状态，信号X8.4显示为“1”的状态，表明急停功能无效。信号按16进制或10进制可显示一个字节的状态，16进制、10进制可以通过软键相互切换。②I/O设备画面I/O输入输出画面如图8-12所示。在该画面上，可以完成对顺序程序和PMC参数的写入和读取。可用的输入输出设备有：存储卡，FLASHROM，U盘，其他。

③PMC报警画面PMC报警画面如图8-13所示，显示在PMC中发生的报警信息。图8-13PMC报警画面图8-14输入与输出画面I/O输入输出画面

I/O输入输出画面如图8-14所示。在该画面上，可以完成对顺序程序和PMC参数的写入和读取。可用的输入输出设备有：存储卡，FLASHROM，U盘，其他。PMC数据设定画面(C、T、K、D)在PMC基本界面上按软键[PMCPRM］，能够显示PMC的参数界面，如图8-15所示，可以分别打开TIMER(定时器）、COUNTR(计数）、KEPRL(保持型继电器）、DATA(数据表）等界面。按光标键，把光标移到希望修改的地址丐码上，输入数值，按功能键"INPUT"，数据被输入。图8-15PMC数据设定画面PMC其它数据设定画面(跟踪、跟踪设定、I/O诊断)信号跟踪可监控当前PMC各信号时序变化情况,便于PMC编写逻辑关系的检查与故障的判断,如图8-165所示。图8-16PMC跟踪、跟踪设定画面如图8-17所示为I/O诊断画面虽然可以显示地址的状态,但在该画面下,仅显示巳经定义符号的地址的状态,对于未进行符号定义的地址则不会显示。单击击“网络顺序”后,可直接进入I/O单独诊断画面,该画面只显示已经分配且定义符号的X地址与Y地址的状态。如果习惯该画面的显示方式且梯形图中相关地址均已定义符号和注释的情况下,可在此画面查看地址状态。图8-17PMCI/O诊断数据画面（2）PMC梯图画面(PMCLAD)梯形图界面可以编辑和监控梯形图状态，按“PMCLAD”软键进入。梯形图画面主要显示梯形图的结构等内容，如图8-18所示，在PMC程序列表画面中，可以选择对应的首级来查看编辑。图8-18PMC梯图列表画面8-19PMC梯图编辑画面按下【SYSTEM】键–[＞]-[PLC梯图]-[梯形图]-[操作]-[编辑]，进入PLC梯形图编辑画面。如图8-19所示。追加新的梯形图网格，通过软键操作，梯形图的网格编辑画面如所示，新网格的追加梯形图编辑画面中，按软键产生。然后可以添加常开、常闭、线圈等网格要素“与”、“或”与功能指令等编辑操作，如图8-20所示。图8-20PMC梯图新建画面图8-21PMC梯图双线圈检查画面PMC梯形图双线圈检查，按下按键“双重圈检查”，进入双线圈输出画面，如图8-21所示。（3）PMC配置画面(PMCCNF)PMC配置画面按“PMC配置”软键进入，分为标头、构成参数、设定、PMC状态、SYS参数、模块、符号、信息、在线、I/OLinki组设定和PROGLIST。①PMC标头画面如图8-22所示用于显示PMC程序的信息。定义顺序程序的名称，PMC的版本号，相关的机械制造信息。构成参数画面如图8-23所示用于CNC-PMC间接口、机床信号接口、LADDER执行设定和PMC内存。图8-22标头画面图8-23构成参数画面PMC设定画面PMC设定画面如图8-24所示，显示PMC一些设定的内容，用于调试，编辑，保护PMC程序，调试人员可以通过设置保证PMC梯形图的正常运行。PMC状态画面PMC状态画面如图8-25所示，显示多路径PMC切换。图8-24PMC设定画面图8-25PMC状态画面5.系统参数画面系统参数画面如图8-26所示，系统参数显示/编辑画面。6.模块画面模块画面显示I/O地址的设定的内容，可以对I/O信号进行地址分配,如图8-27所示。图8-26系统参数画面图8-27模块画面7.符号画面符号画面显示和编辑PMC程序中用到的符号地址与注释等信息，如图8-28所示。8.信息画面信息画面如图8-29所示，信息显示/编辑画面，CNC画面所显示的报警信息和操作信息的文字。图8-28符号画面图8-29信息画面9.在线画面在线画面用于在线监控的相关参数设定。在线监控用于设定数控系统与PC端的互联互通，完成梯形图的在线监测，上传下载，NC程序的传输等内容，如图8-30所示。图8-30在线画面图8-31I/OLinki画面10．I/OLinki画面（I/OLinki）使用I/OLinki画面,迹行I/OLinki通讯,还需确认I/OLinki模块设定有效,否则会报ER97报蕃。点击“属性“,可以看到SEL是没有勾选上的,因此此时I/OLinki设备是不生效的，如图8-31所示11.程序列表画面（PROGLIST）程序列表画面（PROGLIST）如图8-32所示，画面显示序号、程序、程序号、PMC版本和注释。图8-32程序列表画面任务导入在机床工作过程中，发现一些部位无润滑，检查后发现是液压系统出油不畅造成。现找出出油不畅的原因，并排除故障。任务分析

数控机床已成为机械制造的重要机床设备之一，要保证数控机床可靠稳定的工作，除了在机械结构和数控系统等方面要达到一定的要求之外，良好的冷却、润滑也是不可忽视的部分，数控机床的辅助装置主要是指润滑系统和冷却系统。

一、数控机床润滑系统

随着数控机床朝高速度、大功率、高精度的方向上发展，其可靠性已成为衡量其性能的置要指标。要保证数控机床可靠稳定的工作，除了在机械结构和数控系统等方面要达到一定的要求之外，良好的冷却、润滑也是不可忽视的因素，它们对延长数控机床的使用寿命、提高切削效率、保证工作正常具有十分重要的作用。

1．润滑的作用及分类

在数控机床中润滑主要有以下几个方面的作用：

（1）减小摩擦

在两个具有相对运动的接触表面之间存在着摩擦，摩擦使零件、部件产生磨损，增大运动阻力，剧烈的摩擦甚至会使接触表面发热损坏。以润滑油或者润滑脂加人到摩擦表面后，可以降低摩擦系数，从而减小摩擦。

（2）减小磨损

润滑油或润滑脂在相对运动件之间可以形成一层油膜，避免了两接触相对运动件的直接接触，可以减小磨损。

（3）降低温度

流动的润滑油可以把摩擦产生的大量热量带走，从而起到降低润滑表面温度的作用。

（4）防止锈蚀

润滑油在摩擦表面形成的保护油膜，阻挡了金属与空气或其他氧化源的直接接触，在一定程度上防止了金属零件的锈蚀。

（5）形成密封

润滑脂除具有主要的润滑作用外，还具有防止润滑剂的流出和外界尘屑进人摩擦表面的作用，避免了摩擦、磨损的加剧。

2．数控机床的润滑系统

数控机床良好的润滑对提高各相对运动件的寿命、保持良好的动态性能和运动精度等具有较大的意义。在数控机床的运动部件中，既有高速的相对运动，也有低速的相对运动，既有重载的部位，也有轻载的部位，所以在数控机床中通常采用分散润滑与集中润滑、油润滑与脂润滑相结合的综合润滑方式对数控机床的各个需润滑部位进行润滑。数控机床中润滑系统主要包括主轴传动部分、轴承、丝杠和导轨等部件的润滑。

在数控机床的主轴传动部分中，齿轮和主轴轴承等零件转速较高、负载较大，温升剧烈，所以一般采用润滑油强制循环的方式，对这些零件进行润滑的同时完成对主轴系统的冷却。这些润滑和冷却兼具的液压系统对液压油的过滤要求较为严格，否则容易影响齿轮、轴承等零件的使用寿命。一般在这部分液压系统中采用沉淀、过滤、磁性精过滤等手段保持液压油的洁净，并要求经过规定的时间后进行液压油的清理更换。

轴承、丝杠和导轨是决定加工中心各个运动精度的主要部件。为了维持它们的运动精度并减少摩擦及磨损，必须采用适当的润滑，具体采用何种润滑方式取决于数控机床的工作状况及结构要求。对负载不大、极限转速或移动速度不高的数控机床一般采用脂润滑，采用脂润滑可以减少设置专门的润滑系统，避免润滑油的泄露污染和废油的处理，而且脂润滑具有一定的密封作用，降低外部灰尘、水气等对轴承、丝杠和导轨副的影响。对一些负载较大、极限转速或移动速度较高的数控机床一般采用油润滑，采用油润滑既能起到对相对运动件之间的润滑作用，又可以起到一定的冷却作用。在数控机床的轴承、丝杠和导轨部位，无论是采用油润滑还是脂润滑，都必须保持润滑介质的洁净无污染，按照相应润滑介质的要求和工况定期地清理润滑元件，更换或补充润滑介质。

数控车床主轴轴承润滑可采用油脂润滑、迷宫式密封，也可采用集中强制型润滑，为保证润滑的可靠性，常装有压力继电器作为失压报警装置。

主轴轴承的润滑与密封是机床使用和维护