数控机床故障诊断与维修期末试题A卷及答案

数控机床故障诊断与维修期末试题A卷及答案一、单项选择题（每题1分，共15分）1.数控机床的故障诊断与维修工作中，最优先的原则是（）。A.先外部后内部B.先机械后电气C.先静后动D.先公用后专用2.在数控系统中，用于实现机床各坐标轴运动的执行部件是（）。A.CNC装置B.PLCC.伺服驱动系统D.测量反馈装置3.当数控机床出现主轴不能旋转的故障时，应首先检查（）。A.主轴驱动器的参数设置B.主轴电机是否过载C.主轴使能信号是否有效D.主轴编码器连接4.步进电机驱动系统出现“失步”现象，最不可能的原因是（）。A.驱动电压过低B.负载转矩过大C.脉冲频率过高D.电机绕组短路5.数控机床的返回参考点操作失效，与以下哪项关联最小？（）A.减速挡块的位置B.参考点开关的状态C.伺服电机的编码器D.主轴冷却系统6.闭环控制系统与半闭环控制系统的主要区别在于（）。A.有无位置检测装置B.位置检测装置的安装位置C.有无速度检测装置D.系统的控制精度7.在FANUC系统中，用于诊断PMC（PLC）输入/输出信号的画面是（）。A.SYSTEMB.OFFSETSETTINGC.PMCD.ALARM8.数控机床的急停按钮被按下后，通常会切断（）。A.CNC系统的工作电源B.伺服驱动系统的主回路电源C.机床照明电源D.计算机的显示器电源9.滚珠丝杠副进行预紧的主要目的是（）。A.提高传动效率B.消除反向间隙C.增加承载能力D.降低运动噪音10.下列传感器中，属于模拟量检测元件的是（）。A.光电编码器B.光栅尺C.旋转变压器D.接近开关11.数控机床的几何精度检验主要针对（）。A.机床在空载条件下的静态精度B.机床在切削状态下的动态精度C.数控系统的功能D.伺服系统的响应速度12.当数控车床在加工过程中出现“扎刀”现象，首先应怀疑（）。A.CNC程序错误B.主轴转速异常C.X轴或Z轴的反向间隙过大D.冷却液不足13.数控系统的“电池报警”通常意味着（）。A.伺服驱动电池电量低B.用于保持SRAM（静态存储器）数据的电池电压不足C.系统电源模块故障D.机床24V控制电源异常14.在SIEMENS840D系统中，用于显示和清除报警信息的操作区域键是（）。A.“ALARM”B.“OPERATE”C.“SERVICE”D.“START-UP”15.对数控机床进行日常维护时，不正确的做法是（）。A.定期检查并清理电气柜的过滤网B.用压缩空气直接吹扫控制单元电路板C.定期检查并紧固电缆接头D.按时更换伺服电机的轴承润滑脂二、多项选择题（每题2分，共10分，多选、少选、错选均不得分）1.数控机床的故障按发生部位可分为（）。A.系统性故障B.随机性故障C.主机故障D.电气故障E.数控装置故障2.数控机床主轴驱动系统常见的故障现象包括（）。A.主轴不转B.主轴转速不稳定C.主轴定位不准D.主轴无变速E.主轴振动或噪声过大3.下列属于数控机床进给伺服系统组成部分的有（）。A.伺服驱动器B.伺服电机C.位置检测装置D.滚珠丝杠副E.主轴编码器4.数控机床的PLC（PMC）故障可能表现为（）。A.机床操作面板按键失灵B.刀库不执行换刀动作C.辅助功能（M功能）不执行D.进给轴出现跟随误差报警E.冷却、润滑等辅助装置不工作5.导致数控机床加工精度下降的机械部分原因有（）。A.滚珠丝杠副磨损或间隙增大B.导轨副磨损或润滑不良C.机床床身水平度超差D.主轴轴承精度丧失E.伺服电机增益参数设置不当三、判断题（每题1分，共10分，正确的填“√”，错误的填“×”）1.（）数控机床的故障诊断中，“替换法”适用于任何可疑模块或元器件的判断。2.（）光栅尺作为位置检测元件，既可以用于半闭环系统，也可以用于全闭环系统。3.（）数控系统的“存储器奇偶校验错误”报警，通常可以通过格式化系统存储器并重新输入参数来消除。4.（）绝对式编码器在机床断电后重新上电，无需进行返回参考点操作即可确定当前位置。5.（）伺服驱动单元上显示的过电流报警，一定是由伺服电机本身短路引起的。6.（）数控机床的接地系统不良，可能导致系统不稳定、偶发性报警或元器件损坏。7.（）PLC程序是数控系统生产厂家固化的，用户无法查看和修改。8.（）液压或气压系统压力不足，可能导致数控机床的换刀装置、主轴松拉刀机构动作失效。9.（）数控机床的几何精度和定位精度是同一个概念，检验方法也相同。10.（）在维修数控机床时，为了快速定位故障，可以随意修改CNC参数和PLC程序。四、填空题（每空1分，共15分）1.数控机床故障诊断的基本流程包括：故障调查、______、______、______、维修排除和总结记录。2.FANUC0i系列数控系统中，按下系统操作面板上的______键可以进入参数画面；在参数写入保护状态下，需要将参数PWE（参数写入启用）设置为______。3.伺服电机的三种基本工作方式是：______、______和______控制。4.数控机床的定位精度是指机床的______部件在控制系统控制下运动所能达到的______精度。5.数控机床的冷却系统主要用于冷却______和______。6.当数控机床的刀库出现“换刀动作混乱”故障时，除了检查PLC程序，还应重点检查______传感器和______装置。7.数控机床的日常维护保养可分为______、______和______三个级别。五、简答题（每题5分，共20分）1.简述数控机床故障诊断中“先外部后内部”原则的具体含义，并举例说明。2.简述闭环进给伺服系统的工作原理，并画出其原理框图。3.列举数控机床回参考点操作时常见的三种故障现象，并分别说明其可能的主要原因。4.数控机床的PLC（PMC）在机床控制中主要完成哪些功能？六、分析题（每题10分，共20分）1.一台配备FANUC系统的数控铣床，在自动加工过程中，Z轴频繁出现“411伺服报警：移动过程中误差过大”。请分析产生此报警的可能原因，并阐述相应的诊断排查步骤。2.某数控车床在加工螺纹时出现“乱牙”现象（螺纹螺距不均匀）。请从机械传动、伺服系统、数控程序及加工工艺四个方面，分析可能导致此故障的原因。七、综合应用题（10分）一台立式加工中心（系统为SIEMENS810D），在自动运行模式下执行换刀指令（TxxM06）时，出现报警“700016：刀库电机断路器脱扣”，换刀动作中止。手动方式下，刀库正反转均不动作。已知该刀库采用普通三相异步电机驱动，通过接触器、热继电器控制，由PLC输出点控制接触器线圈。请根据故障现象，设计一个系统的故障诊断与排查方案，列出具体的检查步骤和可能故障点。数控机床故障诊断与维修期末试题A卷参考答案及评分标准一、单项选择题（每题1分，共15分）1.B2.C3.C4.D5.D6.B7.C8.B9.B10.C11.A12.C13.B14.A15.B二、多项选择题（每题2分，共10分）1.CDE2.ABCDE3.ABCD4.ABCE5.ABCD三、判断题（每题1分，共10分）1.×（替换法需谨慎，对于贵重或复杂模块，应在排除其他可能后使用）2.×（光栅尺用于全闭环，半闭环通常用电机端的编码器）3.√4.√5.×（也可能是驱动器故障、机械卡死、参数设置不当等原因）6.√7.×（PLC程序部分可由机床制造商或用户根据需要进行编辑和修改）8.√9.×（几何精度是静态基础精度，定位精度是坐标轴运动的精度，检验方法不同）10.×（严禁随意修改，修改前需记录原值并理解参数含义，否则可能导致严重故障）四、填空题（每空1分，共15分）1.故障分析，故障定位，故障排除（或类似表述：分析判断、检查确定、维修处理）2.SYSTEM（或PARAM），13.位置控制，速度控制，转矩控制4.移动，位置5.主轴，刀具/工件（或“切削区域”）6.刀位检测，刀库定位（或“计数”）7.日常，定期，不定期（或“一级，二级，三级”）五、简答题（每题5分，共20分）1.答：“先外部后内部”原则是指当数控机床发生故障时，维修人员应先从机床外部开始检查，如操作面板、开关位置、连接电缆、液压气动管路、散热风扇等（2分）。确认外部无明显问题后，再逐步深入到电气柜内部、CNC单元内部、驱动单元内部进行检查（1分）。举例：机床无法启动，应先检查外部电源是否接通、急停按钮是否释放、各防护门是否关闭到位等，再检查内部断路器、电源模块等（2分）。2.答：闭环进给伺服系统的工作原理是：CNC装置发出位置指令脉冲，与由位置检测装置（如光栅尺）实际检测到的机床工作台位移量进行实时比较（1分），其差值（即位置误差）经位置控制模块处理，形成速度指令（1分）。速度指令控制伺服驱动单元和伺服电机驱动工作台移动，以减小位置误差，直至误差为零或控制在允许范围内（1分）。原理框图如下：（2分）```[CNC位置指令]→[比较器]→[位置控制器]→[速度控制器]→[伺服驱动器]→[伺服电机]→[机床工作台]↑↓└──────[位置检测装置（光栅尺）]←──────┘```（框图结构正确即可得分）3.答：（1）找不到参考点，回参考点时超程报警。可能原因：减速挡块位置不当、参考点开关损坏或信号未接入、减速信号接收电路故障。（2分）（2）回参考点位置不准，每次回零位置不一致。可能原因：参考点开关动作不稳定、编码器零脉冲信号受到干扰、伺服电机与丝杠连接松动、栅格偏移量参数设置不当。（2分）（3）轴回参考点后无参考点到达信号。可能原因：系统参数中回参考点速度设置过低、位置环增益过低、编码器或光栅尺的反馈信号在参考点附近异常。（1分）4.答：数控机床的PLC主要完成以下功能：（1）机床操作面板的控制与状态显示。（1分）（2）机床外部开关输入信号的逻辑处理。（1分）（3）输出控制信号，驱动继电器、接触器、电磁阀等执行元件，控制冷却、润滑、换刀、主轴松拉刀、工作台交换等辅助动作。（2分）（4）实现数控系统（CNC）与机床之间、机床与用户之间的信号交互与通信。（1分）六、分析题（每题10分，共20分）1.答：可能原因：（1）机械方面：Z轴导轨润滑不良或滑块损坏导致摩擦阻力过大；滚珠丝杠磨损、弯曲或轴承损坏；丝杠螺母预紧过紧；平衡装置（如配重、液压平衡缸）失效导致电机负载过大。（2分）（2）电气方面：伺服电机故障（如刹车未完全打开）；伺服驱动器性能不良或参数设置不当（如位置环增益过低、加减速时间常数过小）；电机动力线或反馈线接触不良。（2分）（3）负载与程序方面：切削用量过大，导致负载瞬间超过电机能力；加工程序中Z轴移动指令的加减速过于频繁或F值设置不合理。（1分）诊断排查步骤：（1）观察报警发生的时机：是每次移动都报警，还是特定位置、特定操作（如下刀）时报警？记录详细信息。（1分）（2）机械检查：在断电状态下，手动转动Z轴丝杠，感觉是否顺畅、有无卡滞。检查导轨润滑、平衡系统状态。（1分）（3）电气检查：检查伺服电机刹车电源及控制。检查电机动力电缆和编码器反馈电缆连接是否牢固。（1分）（4）参数与监控：检查伺服相关参数，特别是位置环增益、误差极限参数。在伺服诊断画面上监控Z轴的负载率、电流、误差值，在移动时观察其变化是否异常。（1分）（5）替换法：如果条件允许，可以尝试交换Z轴与另一正常轴的伺服驱动器或电机，以判断故障是出自驱动器、电机还是机械侧。（1分）2.答：机械传动方面：（1）主轴与Z轴（纵向进给轴）之间的传动链存在间隙或连接松动，如主轴编码器联轴器松动、同步带打滑或磨损，导致主轴转角与Z轴进给不同步。（2分）（2）Z轴滚珠丝杠副存在轴向窜动或反向间隙过大，在螺纹切削的换向点产生滞后。（1分）伺服系统方面：（1）Z轴伺服系统的位置环或速度环增益设置不当，动态响应特性差，跟随误差大，在螺纹加工的加减速段易产生螺距误差。（1分）（2）伺服驱动器参数中，与反向间隙补偿、摩擦补偿相关的参数设置不当或未启用。（1分）数控程序方面：（1）螺纹加工程序中，指令格式错误，如G代码使用不当、螺距值F输入错误。（1分）（2）螺纹切削的引入段和超越段距离不足，导致在转速未稳定或减速阶段进行切削。（1分）加工工艺方面：（1）主轴转速设定过高，超过了伺服系统的跟踪能力，或与机床的机械特性不匹配。（1分）（2）工件装夹不牢，在切削力作用下发生微量位移或振动。（1分）七、综合应用题（10分）答：故障诊断与排查方案：1.确认故障现象与报警信息：详细记录报警号（700016）和内容，确认手动/自动模式下刀库电机均不动作，且系统有明确的电机断路器脱扣报警。（1分）2.检查电源与保护电路（强电侧）：检查机床总电源和刀库电机驱动回路