数控机床故障诊断与维修

第0章绪论0.1数控机床故障诊断与维修的意义0.2数控机床故障诊断与维修的基本要求0.3数控机床故障诊断原则和方法0.4数控机床故障诊断与维修的基本步骤0.5数控机床维护保养的知识0.1数控机床故障诊断与维修的意义0.1.1数控机床故障诊断与维修的必要性数控维修技术不仅是保障正常运行的前提，对数控技术的发展和完善也起到了巨大的推动作用，因此，目前它已经成为一门专门的学科。另外，任何一台数控设备都是一种过程控制设备，这就是要求它在实时控制的每一时刻都准确无误地工作。任何部分的故障与失效，都会使机床停机，从而造成生产停顿。因而对数控系统这样原理复杂、结构精密的装置进行维修就显得一分必要了。下一页返回0.1数控机床故障诊断与维修的意义在许多行业中，花费了几一万到上千万美元引进的数控机床，这些设备均处于关键的工作岗位，若在出现故障后不能及时维修和排除故障，就会造成较大的经济损失。我们现有的维修状况和水平，与国外进口设备的设计与制造技术水平还是存在很大的差距。造成差距的原因在于:人员素质较差、缺乏数字测试分析手段、数控机床故障诊断与维修的综合判断能力和测试分析技术等有待提高等上一页下一页返回0.1数控机床故障诊断与维修的意义0.1.2数控机床的技术指标要发挥数控机床的效率，就要求机床开动率高，这对数控机床提出了可靠性的要求。衡量可靠性的主要指标是平均无故障工作时间MTBF(MeanTimeBe-tweenFailure)。平均无故障工作时间是指设备在一个比较长的使用过程中，两次故障间隔的平均时间如下式所示:MTBF=总工作时间/总故障次数下一页返回上一页0.1数控机床故障诊断与维修的意义当数控设备发生了故障，需要及时进行排除，从开始排除故障直到数控设备能正常使用所需要的时间称为平均修复时间MTTR(MeanTimeToRepair)，反映了数控设备的可维修性，衡量数控机床的可靠性和可维修性的指标是平均有效度A，其计算方法如下式所示:

A=MTBF/(MTBF+MTTR)

平均有效度是指可维修的设备在某一段时间内维持其性能的概率，这是一个小于1的正数，数控机床故障的平均修复时间越短，则A就越接近1,那么数控机床的使用性能就越好。下一页返回上一页0.1数控机床故障诊断与维修的意义数控机床的故障诊断与维修是数控机床使用过程中重要的组成部分，也是目前制约数控机床发挥作用的因素之一，所以学习数控机床故障诊断与维修的技术和方法有重要的意义。数控机床的生产企业加强数控机床的故障诊断与维修的力量，可以提高数控机床的质量，有利于数控机床的推广和使用;数控机床的使用单位培养掌握数控机床的故障诊断与维修的技术人员，有利于提高数控机床的使用率;随着数控机床的推广和使用，培养更多的掌握数控机床故障诊断与维修的高素质人才的任务也越来越迫切。返回上一页0.2数控机床故障诊断与维修的基本要求0.2.1维修人员基本素质的要求维修人员的素质与维修水平直接决定着效率和效果，为了迅速、准确判断故障原因，并进行及时有效的处理，作为数控机床的维修人员应具备以下方面的基本条件:(1)掌握多学科知识。由于数控机床是集机械、电气、液压、气动等于一体的加工设备，组成机床的各部分之间具有密切的联系，其中任何一部分发生故障都会影响其他部分的正常工作。它要求数控机床维修人员要掌握机械、液压气动、电气、计算机等多学科的基础理沦知识，而且要有丰富的经验与广博的知识，熟悉数控机床的知识，能迅速找出故障原因。下一页返回0.2数控机床故障诊断与维修的基本要求(2)善思慎行。数控机床既有硬件又有软件，其结构复杂，各部分之间的联系紧密，有时故障所反映出的现象却不一定是生产故障的原因，作为维修人员应能根据机床的故障现象分析故障的原因，这就要求维修人员善于思考，能透过现象看到本质，迅速地解决问题，切忌草率下结沦，擅自更换元器件，以便造成更大的故障。下一页返回上一页0.2数控机床故障诊断与维修的基本要求(3)重视积累。平时积累的经验在很大程度上决定数控机床的维修速度，维修人员遇到过的问题、解决过的故障越多，其维修经验也就越丰富。数控机床虽然种类多，系统各异，但其基本的工作过程与原理却是相同的。因此，维修人员在解决了某故障以后，应对维修过程及处理方法进行及时总结、归纳，形成书面记录，以供今后同类故障维修参考。特别是对自己一时难以解决、最终由同行及其他人员或专家维修解决的问题，更应该细心观察，认真记录。下一页返回上一页0.2数控机床故障诊断与维修的基本要求(4)勤于学习。数控机床，尤其是数控系统，其说明书内容通常较多，有操作、编程、连接、安装调试、维修手册、功能说明、PLC编程等。这些手册、资料内容很多，要全面掌握系统的全部内容需要很长时间，因此对维修人员来讲，要善于学习，时时学习，储备的知识多了，维修时便有了思路，提高了维修的速度及质量。事实上，如果对某个数控机床的所有资料学习明白了，那么维修的水平会得到很大的提高。下一页返回上一页0.2数控机床故障诊断与维修的基本要求(5)具备一定的英语阅读能力。目前数控机床进口的较多，其配套的说明书，资料往往是英文的，即使不是英文的，数控系统中的许多术语大都是英语的简写，良好的英语水平对这些术语的记忆理解会有很大的提高，况且数控系统的报警文本显示亦以英文居多。为了能迅速根据系统的提示与机床说明书中所提供信息，确认故障原因，加快维修进程，作为一个维修人员，最好能具备专业英语的阅读能力，提高英语水平，以便分析、处理问题。下一页返回上一页0.2数控机床故障诊断与维修的基本要求(6)能熟练操作机床。这是数控维修人员的基本要求。在维修过程中，维修人员通常要进入一般操作者无法进行的特殊操作方式。如进行机床参数的设定与调整，通过计算机以及软件进行联机调试，利用PLC编程器监控等。此外，为了分析判断故障原因，维修过程中往往还需要编制相应的加工程序，对机床进行必要的运行试验与工件的试切削。因此，从某种意义上说，一个高水平的维修人员，其操作机床的水平应比操作人员更高，运用编程指令的能力应比编程人员更强下一页返回上一页0.2数控机床故障诊断与维修的基本要求

(7)具有较强的动手能力。动手能力是维修人员必须具备的能力。尤其对于维修数控机床这样精密、关键的设备，动手必须有明确的目的、完整的思路、细致的操作。动手前应仔细思考、观察，找准入手点，动手过程中要做好记录，尤其对于电气元件的安装位置、导线号、机床参数、调整值等必须做好明显的标记，以便恢复。下一页返回上一页0.2数控机床故障诊断与维修的基本要求0.2.2技术资料的要求

1.数控机床使用说明书它是由机床生产厂家编制并随机床提供的随机资料。机床使用说明书通常包括以下与维修由关的内容:(1)机床电气控制原理图

(2)机床主要机械传动系统及主要部件的结构原理示意图。(3)机床的液压、气动、润滑系统图(4)机床安装和调整的方法与步骤。(5)机床的操作过程和步骤。下一页返回上一页0.2数控机床故障诊断与维修的基本要求2.数控系统的操作、编程说明书它是由数控系统厂家编制的数控系统使用手册，通常包括以下内容:(1)数控系统的面板说明

(2)数控系统的具体操作步骤，包括手动、自动、点动等方式的操作步骤，以及程序、参数等输入、编辑、设置和显示方法

(3)加工程序以及输入格式，程序的编制方法，各指令的基本格式以及所代表的意义等下一页返回上一页0.2数控机床故障诊断与维修的基本要求

3.数控系统维修说明书包括系统调试、维修用的大量信息，如“机床参数”的说明，报警的显示及处理方法以及系统的连接图等，它是维修数控系统与操作机床中必须参考的技术资料之一。

4.PLC程序清单它是机床厂根据机床的具体控制要求设计、编制的机床控制软件，PLC程序中包含了机床动作的执行过程，以及执行动作所需的条件，它表明了指令信号、检测元件与执行元件之间的全部逻辑关系。借助PLC程序，维修人员可以迅速找到故障原因，它是数控机床维修过程中使用最多、最重要的资料下一页返回上一页0.2数控机床故障诊断与维修的基本要求5.机床参数清单它是由机床生产厂根据机床的实际情况，对数控系统进行的设置与调整。机床参数是系统与机床之间的“桥梁”，它不仅直接决定了系统的配置和功能，而且也关系到机床的动、静态性能和静度，因此也是维修机床的重要依据与参考。在维修时，应随时参考系统“机床参数”的设置情况来调整、维修机床;特别是在更换数控系统模块时，一定要记录机床的原始设置参数，以便机床功能的恢复。下一页返回上一页0.2数控机床故障诊断与维修的基本要求

6.数控系统的连接说明、功能说明书该资料由数控系统生产厂家编制，通常只提供给机床生产厂家作为设计资料。维修人员可以从机床生产厂家或系统生产、销售部门获得。系统的连接说明、功能说明书不仅包含了比电气原理图更为详细的系统各部分之间连接要求与说明，而且还包括了原理图中未反映的信号功能描述，是维修数控系统，尤其是检查电气接线的重要参考资料。下一页返回上一页0.2数控机床故障诊断与维修的基本要求

7.伺服驱动系统、主轴驱动系统使用说明书它是伺服系统及主轴驱动系统原理与连接说明书，主要包括伺服、主轴的状态显示与报警显示，驱动器的调试、设定要点，信号、电压、电流的测试点，驱动器设置的参数及意义等方面的内容，可供伺服驱动系统、主轴驱动系统维修参考。

8.PLC使用与编程说明它是机床中所使用的外置式PLC的使用、编程说明书。通过PLC的说明书，维修人员可以通过PLC的功能与指令说明、分析、理解PLC程序，并由此详细了解、分机床的动作过程、动作条件、动作顺序以及各信号之间的逻辑关系，必要时还可以对PLC程序进行部分修改。下一页返回上一页0.2数控机床故障诊断与维修的基本要求

9.机床主要配套功能部件的说明书与资料在数控机床上往往会使用较多功能部件如数控转台、自动换刀装置、润滑与冷却系统等。这些功能部件，其生产厂家一般都提供了较完整的使用说明书，机床生产厂家应将其提供给用户，以便发生故障时进行参考。下一页返回上一页0.2数控机床故障诊断与维修的基本要求0.2.3维修工具及备件的要求1.常用仪表类

(1)万用表。数控设备的维修涉及弱电和强电领域，最好配备机械式和数字式万用表各一个。机械式万用表除用于测量强电回路之外，还用于判断晶闸管、电解电容等元器件的好坏，测量集成电路引脚的静态电阻值。数字式万用表可用来正确测量电压、电流、电阻值，还可测量晶体管的放大倍数和电容值。数字式万用表在测试二极管、晶体管的好坏上是非常简洁的，会有效地提高维修速度。下一页返回上一页0.2数控机床故障诊断与维修的基本要求（２）逻辑测试笔和脉冲信号笔。这两种笔形仪器体积小，价格低，对以数字电路为主体的数控系统的现场故障检查十分适用、方便。一般使用ＴＴＬ和ＣＭＯＳ逻辑电平通用型。逻辑测试笔可测试电路是处于高电平还是低电平，或是不高不低的浮空电平，判断脉冲的极性是正脉冲还是负脉冲，输出的脉冲是连续的还是单个脉冲，还可大概估计脉冲的占空比和频率范围。脉冲信号笔则可发单脉冲或连续脉冲，发正脉冲和负脉冲，它和逻辑测试笔配合使用，就能对电路的输入和输出的逻辑关系进行测试。下一页返回上一页0.2数控机床故障诊断与维修的基本要求（３）数字转速表。转速表用于测量与调整主轴的转速，通过测量主轴实际转速，以及调整系统及驱动器的参数，可以使编程的主轴转速理论值与实际主轴转速值相符，它是主轴维修与调整的测量工具之一。（４）示波器。示波器用来检测信号的动态波形如脉冲编码器、测速机、光栅的输出波形，伺服驱动、主轴驱动单元的各级输入、输出波形等，数控系统维修通常用频带宽度为１０～１００ＭＨｚ范围内的双通道示波器。它不仅可以测量电平、脉冲上下沿、脉宽、周期、频率等参数，还可以进行两信号的相位和电平幅度的比较。下一页返回上一页0.2数控机床故障诊断与维修的基本要求（５）常用的长度测量工具。长度测量工具（如：千分表、百分表等）用于测量机床移动距离、反向间隙值等。通过测量，可以大致判断机床的定位精度、重复定位精度、加工精度等，是机械部件维修测量的主要检测工具之一。（６）相序表。相序表主要用于测量三相电源的相序，它是主轴驱动维修的必要测量工具之一。（１）ＩＣ在线测试仪。它的主要特点是能对电路板上的芯片直接进行功能、状态和外特性测试，确认其逻辑功能是否失效，无须图样资料或了解其工作原理。下一页返回上一页0.2数控机床故障诊断与维修的基本要求（２）短路追踪仪。可以迅速地找出电路板上任何短路点，如焊锡短路、总线短路、电源短路、多层电路板短路、芯片及电解电容短路等。（３）逻辑分析仪。可检查数字电路的逻辑关系是否正确，信号传输中是否有竞争和干扰，它可以同时显示８个、１６个或６４个逻辑方波信号。（４）ＩＣ测试仪。可以离线快速测试集成电路的好坏。下一页返回上一页0.2数控机床故障诊断与维修的基本要求２常用工具类（１）电烙铁。它是最常用的焊接工具，一般应采用３０Ｗ左右的尖头、带接地保护线的内热式电烙铁，最好使用恒温式电烙铁。（２）吸锡器。常用的是便携式手动吸锡器，也可采用电动吸锡器。（３）旋具类。规格齐全的一字与十字旋具各一套，旋具以采用树脂或塑料手柄为宜，为了进行伺服驱动器的调整与装卸，还应配备无感螺旋刀与梅花形六角旋具各一套。（４）钳类工具。各种规格的斜口钳、尖嘴钳、剥线钳、镊子、压线钳等。（５）扳手类。各种规格的米制、英制内、外六角扳手各一套等。下一页返回上一页0.2数控机床故障诊断与维修的基本要求３常用的备件数控机床的维修所涉及的元器件、零件众多，备用的元器件不可能全部准备充分、齐全，但是，若维修人员能准备一些最为常见的易损元器件，可以给维修带来很大的方便，有助于迅速处理解决问题，这些元器件包括：（１）常用的二极管，常用的晶体三极管，各种规格的电阻，常用的电位器。（２）常用的集成电路，主要有运放类、集成稳压源类、光耦器件类、Ｄ／Ａ转换器类、输出驱动器类及模拟开关类。返回上一页0.3数控机床故障诊断原则和方法0.3.1数控机床故障诊断原则（１）先外部后内部。数控机床是集机械、液压、电气为一体的机床，故其故障的发生也由这三者综合反映出来。维修人员应先由外向内逐一进行排查。尽量避免随意地启封、拆卸，否则会扩大故障，使机床丧失精度，降低性能。（２）先机械后电气。一般来说，机械故障较易发觉，而数控系统故障的诊断难度较大。在故障检修之前，首先排除机械的故障，往往可达到事半功倍的效果。下一页返回0.3数控机床故障诊断原则和方法（３）先静后动。先在机床断电的禁止状态下，通过了解、观察测试、分析确认为非破坏性故障后，方可给机床通电。在运行状态下，进行动态的观察、检验和测试，查找故障。而对破坏性故障，必须先排除危险后，方可通电。（４）先简单后复杂。当出现多种故障互相交织掩盖，一时无从下手时，应先解决容易的问题，后解决难度较大的问题。往往简单问题解决后，难度大的问题也可能变得容易了。下一页返回上一页0.3数控机床故障诊断原则和方法0.3.2数控机床的故障分析与诊断方法１感官检查法这是故障分析之初必用的方法，主要是对数控机床的机、电、液等部分进行的初步检查，这是一种最基本、最简单的方法。就是利用人的感官注意发生故障时，或故障发生后的各种外部现象并判断故障的可能部位。在故障的现场，通过观察故障时（或故障发生后）是否有异响、火花亮光发生，是否有焦煳味，是否有异常发热，是否有异常振动等现象来判断故障发生的主要部分，通过观察可能发生故障的每块电路板，或是各种电控元件（继电器，热继电器，断路器等）的表面状况。下一页返回上一页0.3数控机床故障诊断原则和方法维修人员通过对故障发生时产生的各种光、声、味等异常现象的观察、检查，可将故障缩小到某个模块，甚至一块印制电路板，但是它要求维修人员具有丰富的实践经验以及综合判断能力。通过这种方法可以发现一些明显的故障如热继电器脱口、熔丝断裂、线路板的断裂过热、插头的连接不牢固、开关位置的不合适、电位器的设置与短路棒的设置错误等。主要内容包括：（１）询问：向故障现场人员仔细询问故障产生的过程、故障现象及故障后果，还有机床开机时的异常，比较故障前后工件的精度、变化等。下一页返回上一页0.3数控机床故障诊断原则和方法（２）目视：总体查看机床各部分工作状态是否处于正常状态（例如各坐标轴位置、主轴状态、刀库、机械手位置等），各电控装置（如数控系统、温控装置、润滑装置等）有无报警指示，局部查看有无保险烧毁，元器件烧焦、开裂、电线电缆脱落，各操作元件位置正确与否等。（３）触摸：在整机断电条件下可以通过触摸各主要电路板的安装状况、各插头座的插接状况、各功率及信号导线的连接状况等来发现可能出现故障的原因。（４）听与嗅：听电源变压器、阻抗变换器与电抗器是否有因铁芯松动产生振动而发出“吱吱”声，继电器、接触器是否出现异常声响，伺服电动机、气控件、液控件是否有异常声响。是否嗅到一些烟气、焦煳等异味。下一页返回上一页0.3数控机床故障诊断原则和方法２机床动作检查法动作法是通过观察、监视机床实际动作，判定动作不良部位并由此来追溯故障根源的一种方法。一般来说，数控机床采用液压、气动控制的部位，如自动换刀装置、交换工作台装置、夹具与传输装置等均可以通过动作诊断来判定故障原因。３状态分析法现代数控系统不但能将故障信息显示出来，而且能以诊断地址和诊断数据的形式提供诊断的各种状态，例如系统回参考点错误时，可在故障时查看相关参数的状态值，进而判断出故障的原因，这一方法在数控机床维修过程中使用广泛，维修人员必须熟练掌握。下一页返回上一页0.3数控机床故障诊断原则和方法４编程检查法编程检查法又叫程序功能测试法，它是通过编制专门的测试程序段，确认故障原因的一种方法。这种方法可以将系统的功能（如直线定位、圆弧插补、螺纹切削、固定循环、用户宏程序等）用手工编程方法，编制一个功能测试程序，并通过运行测试程序，来检查机床执行这些功能的准确性和可靠性，进而判断出故障发生的原因。通常做法是，用所维修的机床Ｇ、Ｍ、Ｓ、Ｔ、Ｆ等指令编写一个试验程序，并存储在软盘上，在故障时运行这样程序，可确定哪个功能不良。下一页返回上一页0.3数控机床故障诊断原则和方法例如有一ＦＡＮＵＣ系统的机床，在加工过程中出现尺寸相差较大的现象，用测试程序进行测试，发现运行到含有Ｇ０１、Ｇ０２、Ｇ１８、Ｇ１９、Ｇ４０、Ｇ４１等指令时，机床的运行轨迹与要求不符合，可以确定是刀补不良。还可通过手动单步执行自动换刀、自动交换工作台动作，执行单一功能的加工指令等方法进行动作与功能的检测。通过这种方法，可以具体判定故障发生的原因与部件，检查程序的正确性。下一页返回上一页0.3数控机床故障诊断原则和方法５仪器检查法使用常规电工仪表，对各组交、直流电源电压，对相关直流及脉冲信号等进行测量，从中寻找可能的故障。例如用万用表检查电源情况，以及对某些电路板上设置的相关信号状态测量点的测量，用示波器观察相关的脉动信号的幅值、相位，用ＰＬＣ编程器查找ＰＬＣ程序中的故障部位等。下一页返回上一页0.3数控机床故障诊断原则和方法６系统自诊断法数控系统的自诊断是利用系统内部自诊断程序或专用的诊断软件，对系统内部的关键硬件以及系统的控制软件进行自我诊断，测试是诊断方法。它主要包括开机自诊断、在线监控与脱机测试。充分利用数控系统的自诊断功能，根据ＣＲＴ上显示的报警信息及各模块上的发光二极管等器件的指示，可判断出故障的大致起因。利用系统的自诊断功能，将系统与各部分之间的接口信号状态显示出来，找出故障的大致部位，它是故障诊断过程中最常用的方法之一。下一页返回上一页0.3数控机床故障诊断原则和方法７参数检测法数控系统的机床参数是保证机床正常运行的前提条件，它们直接影响着数控机床的性能。系统参数变化会直接影响到机床的性能，甚至使机床发生故障，整机不能正常工作。参数通常存放在系统存储器中，一旦电池不足或受到外界干扰，可能导致部分参数丢失或变化，使机床无法正常工作。通过核对、调整参数，有时可以迅速排除故障，特别是对于机床长期不用的情况，参数丢失的现象经常发生。因此，检查和恢复机床参数是维修中行之有效的方法之一。下一页返回上一页0.3数控机床故障诊断原则和方法数控系统、ＰＬＣ及伺服驱动系统都设置许多可修改的参数以适应不同机床、不同工作状态的要求。这些参数不仅能使各电气系统与具体机床相匹配，而且使机床各项功能达到最佳化。因此，任何参数（尤其是模拟量参数）的变化甚至丢失都是不允许的。而随着机床的长期运行所引起的机械或电气性能的变化会打破最初的匹配状态和最佳化状态。此类故障需要重新调整相关的一个或多个参数方可排除。这种方法对维修人员的要求是很高的，不仅要对具体系统主要参数十分了解，而且要有较丰富的电气调试经验。下一页返回上一页0.3数控机床故障诊断原则和方法８测量比较法数控系统的印制电路板制造时，为了调整与维修的方便，通常都设置有检测用的测量端子。维修人员利用这些检测端子，可以测量、比较正常的印制电路板和有故障的印制电路板之间的电压或波形的差异，进行分析、判断故障原因及故障所在位置。通过测量比较法，有时还可以纠正他人在印制电路板上调整、设定不当而造成的“故障”。测量比较法使用的前提是：维修人员应了解或掌握好的印制电路板的检测端子的正常电压值，正确的波形，才能进行比较分析，而且这些数据应随时做好记录并作为资料积累。下一页返回上一页0.3数控机床故障诊断原则和方法９部件交换法所谓部件交换法，就是在故障范围大致确认，并在确认外部条件完全正确的情况下，利用同样的印制电路板、模块、集成电路芯片或元器件替换有疑点部分的方法。部件交换法是一种简单易行、可靠的方法，也是维修过程中最常用的故障判别方法之一。交换的部件可以是系统的备件，也可以用机床上现有的同类型部件替换，通过部件交换就可以逐一排除故障可能出现的原因，把故障范围缩小到相应的部件上。下一页返回上一页0.3数控机床故障诊断原则和方法必须注意的是：在断电的情况下进行部件的更换，有些电路板如ＰＬＣ的ＩＯ板上的地址开关的设置要相同，电路板上的跳线、电位器的状态也应当与原板相同，在备件交换之前要仔细检查、确认部件的外部工作线路中存在短路、过电压等情况时，切不可轻易更换备件。此外，备件（或交换板）应完好，且与原板的各种设定状态一致。在交换ＮＣＮ装置的存储器板或ＣＰＵ板时，通常还要对系统进行某些特定的操作，如存储器的初始化操作等，并重新设定各种参数，否则系统不能正常工作。这些操作步骤应严格按照系统的操作说明书、维修说明书进行。下一页返回上一页0.3数控机床故障诊断原则和方法１０原理分析法这是根据数控系统的组成及工作原理，从原理上分析各点的电平和参数，并利用万用表、示波器或逻辑分析仪等仪器对其进行测量、分析和比较，进而对故障进行系统检查的一种方法。运用这种方法要求维修人员有较高的水平，对整个系统或各部分电路要清楚或深入的了解后才能进行。对于其他的故障，也可以通过测绘部分控制线路的方法或通过绘制原理图进行维修。下一页返回上一页0.3数控机床故障诊断原则和方法１１Ｉ／Ｏ接口信号检查法接口是信息的重要通道，通过Ｉ／Ｏ信号的状态诊断，确定故障部位和分析故障原因是维修时用得最多的方法之一。以ＦＡＮＵＣ系统为例，系统提供了系统与机床之间接口Ｉ／Ｏ信号状态、ＰＬＣ与ＣＮＣ装置之间、ＰＬＣ与机床之间接口的Ｉ／Ｏ信号状态的参数，也就是说，可以利用ＣＲＴ画面的状态显示（通常是二进制字节“０”和“１”指示），来检查数控系统是否将信号输入到机床，或是机床侧各种开关通断触发的开关信号是否按要求正确输入到数控系统中。下一页返回上一页0.3数控机床故障诊断原则和方法１２指示灯显示故障法为了提高系统的可维修性，在现代数控系统中设置有众多的硬件报警指示装置，如在ＮＣ主板上、各轴控板上、电源单元、主轴伺服驱动模块、各轴伺服驱动单元等部件上均有发光二极管或多段数码管，通过指示灯的亮与灭、数码管的显示状态（数字编号、符号等）来为维修人员指示故障所在位置及其类型。因此，在处理数控系统故障过程中，如果直观法不能奏效，即从外观上很难判断问题所在，或是ＣＲＴ屏幕不能点亮（电源模块有故障）的时候，我们可以借助上述各报警装置，观察有无报警指示，然后根据指示查阅随机说明书，依照指示来处理故障。下一页返回上一页0.3数控机床故障诊断原则和方法１３插拔法这种方法的基本原理是将怀疑的故障部件从系统中取出，然后观察故障现象是否发生变化，从而达到故障诊断的目的，如系统提供的＋２４Ｖ和＋５Ｖ电源使用的部件往往很多，当某个模块发生电源故障时，电源故障指示灯会有故障指示或者电源指示灯不亮，若逐个取出各个部件，如发现电源指示灯亮了，说明刚取出的模块是故障模块。下一页返回上一页0.3数控机床故障诊断原则和方法１４敲击法对有些元器件出现松动或连接不良时，对其敲击时，会有明显的故障现象，据此就可确定故障部件。１５局部升温法有些元器件在损坏或临近损坏时，给其升温，会有明显的故障现象发生。除了以上介绍的故障检测方法外，还有隔离法、电压拉偏法等。这些检查方法各有特点，维修人员可以根据不同的故障现象加以灵活应用，以便对故障进行综合分析，逐步缩小故障范围，排除故障。返回上一页0.4数控机床故障诊断与维修的基本步骤0.4.1故障记录故障的记录是维修人员排除故障的第一手材料，应尽可能详细。记录内容最好包括下述几个方面：１故障发生时的情况记录（１）发生故障的机床型号，采用的数控系统型号，系统的软件版本号。（２）故障的现象、发生故障的部位以及出现的现象。（３）发生故障时系统所处的操作方式，如ＡＵＴＯ（自动方式）、ＭＤＩ（手动数据输入方式）、ＥＤＩＴ（编辑）、ＨＡＮＤＬＥ（手轮方式）和ＪＯＧ（手动方式）等。下一页返回0.4数控机床故障诊断与维修的基本步骤（４）若故障在自动方式下发生，则应记录发生故障时的加工程序号，出现故障的程序段号，加工时采用的刀具号等。（５）若发生加工精度或轮廓误差过大等故障，应记录被加工工件号，并保留不合格工件。（６）在发生故障时，若系统有报警显示，则记录系统的报警显示情况与报警号。通过诊断画面记录机床故障时所处的工作状态。如系统是否在执行Ｍ、Ｓ、Ｔ功能，系统是否进入暂停状态或是急停状态，系统坐标轴是否处于“互锁”状态，进给倍率是否为０等。（７）记录发生故障时各坐标轴的位置跟随误差的值。下一页返回上一页0.4数控机床故障诊断与维修的基本步骤（８）记录发生故障时各坐标轴的移动速度、移动方向，主轴转速、转向等。（９）故障发生的时间与周期，如机床是否一直存在故障，若为随机故障，则一天发生几次，是否频繁发生。（１０）故障发生时的环境情况，如是否总是在用电高峰期发生，故障发生时数控机床旁边的其他机械设备工作是否正常。（１１）如果故障是在执行某固定程序段时出现，可利用ＭＤＩ方式单独执行该程序段，检查是否还存在同样故障。（１２）若机床故障与机床动作有关，在可能的情况下，应检查在手动情况下执行该动作是否也有同样的故障。下一页返回上一页0.4数控机床故障诊断与维修的基本步骤２故障时外界条件记录（１）发生故障时的周围环境温度是否超过允许温度，是否有局部的高温存在。（２）发生故障时，周围是否有强烈的振动源存在。（３）故障发生时，系统是否受到阳光的直射。（４）检查故障发生时电气柜内是否有切削液、润滑油或水进入。（５）故障发生时，输入电压是否超过了系统允许的波动范围。下一页返回上一页0.4数控机床故障诊断与维修的基本步骤（６）故障发生时，车间内或线路上是否有使用大电流的装置正在进行起、制动。（７）故障发生时，机床附近是否存在吊车、高频机械、焊接机或电加工机床等强电磁干扰源。（８）故障发生时，附近是否正在安装修理、调试机床，是否正在修理、调试电气和数控装置。下一页返回上一页0.4数控机床故障诊断与维修的基本步骤0.4.2现场检查现场检查是维修人员故障维修前，应根据故障现象与故障记录，认真对照系统、机床使用说明书进行各项检查以便确认故障原因的过程。检查包括以下几个方面：１机床的工作状况检查（１）机床工作条件是否符合要求。（２）加工时所使用的刀具是否符合要求，切削参数的选择是否合理、正确。（３）自动换刀时，坐标轴是否到达了换刀位置，程序中是否设置了刀具偏移量。下一页返回上一页0.4数控机床故障诊断与维修的基本步骤（４）系统的设定参数是否正确，如刀具补偿量等参数，坐标轴的间隙补偿量参数等。（５）安装是否合理，测量手段、方法是否正确、合理。２机床运转情况检查（１）在机床自动运转过程中是否改变或调整过操作方式，是否插入了手动操作。（２）机床侧是否处于正常加工状态，工作台、夹具等是否处于正常工作位置。（３）机床操作面板上的按钮、开关位置是否正确。下一页返回上一页0.4数控机床故障诊断与维修的基本步骤（４）机床各操作面板上、数控系统上的“急停”按钮是否处于急停状态。（５）电气柜体内的熔断器是否有熔断，自动开关、断路器是否有跳闸。（６）机床操作面板上的方式选择开关位置是否正确，进给保持按钮是否被按下。下一页返回上一页0.4数控机床故障诊断与维修的基本步骤３线路连接情况的检查（１）检查电缆是否有破损，电缆拐弯处是否有破裂、损伤现象。（２）电源线与信号线布置是否合理，电缆连接是否正确、可靠。（３）机床电源进线是否可靠接地，接地线的规格是否符合要求。（４）信号屏蔽线的接地是否正确，端子板上接线是否牢固、可靠，系统接地线是否连接可靠。（５）继电器、电磁铁以及电动机等电磁部件是否装有噪声抑制器等。下一页返回上一页0.4数控机床故障诊断与维修的基本步骤（６）检查ＣＮＣ伺服驱动、主轴驱动、电动机、输入／输出信号的连接是否正确、可靠。（７）检查ＣＮＣ伺服驱动等装置内的印制电路板是否安装牢固，接插部位是否有松动。（８）检查ＮＣＮ伺服驱动，主轴驱动等部分的设定端、电位器的设定、调整是否正确。４ＣＮＣ装置的外观检查（１）是否在电气柜门打开的状态下运行数控系统，有无切削液或切削粉末进入柜内，空气过滤器清洁状态是否良好。（２）电气柜内部的风扇、热交换器等部件的工作是否正常。下一页返回上一页0.4数控机床故障诊断与维修的基本步骤（３）电气柜内部系统，驱动器的模块、印制电路板是否有灰尘、金属粉末等污染。（４）检查电器元件、机械部件是否有明显的损坏。（５）电源单元的熔断器是否熔断。（６）电缆连接器插头是否完全插入、拧紧。（７）系统模块、线路板的数量是否齐全，模块、线路板安装是否牢固、可靠。（８）机床操作画板ＭＤＩ／ＣＲＴ单元上的按钮有无破损，位置是否正确。下一页返回上一页0.4数控机床故障诊断与维修的基本步骤0.4.3故障诊断与综合分析这个过程是维修的重要环节，维修的质量与效率与综合分析有关，综合分析的好坏体现了维修人员的维修水平，在具体操作中应注意以下事项：（１）从整机上取出某块线路板时，应注意记录其记录相对应的位置，连接的电缆号，对于固定安装的线路板，还应按前后取下相应的压接部件及螺钉做记录。拆卸下的压件及螺钉应放在专门的盒内，以免丢失，装配后，盒内的东西应全部用上，否则装配不完整。下一页返回上一页0.4数控机床故障诊断与维修的基本步骤（２）电烙铁应放在顺手的前方，远离维修线路板。烙铁头应作适当的修整，以适应集成电路的焊接，并避免焊接时碰伤别的元器件。（３）测量线路间的阻值时，应断电源，测阻值时应红黑表笔互换测量两次，以阻值大的为参考值。（４）线路板上大多刷有焊膜，因此测量时应找到相应的焊点作为测试点，不要铲除焊膜，有的板子全部刷有绝缘层，则只需在焊点处用刀片刮开绝缘层。下一页返回上一页0.4数控机床故障诊断与维修的基本步骤（５）不应随意切断印制电路。有的维修人员具有一定的家电维修经验，习惯断线检查，但数控设备上的线路板大多是双面金属孔板或多层孔化板，印制电路细而密，一旦切断不易焊接，且切线时易切断相邻的线，再则有的点在切断某一根线时，并不能使其和线路脱离，需要同时切断几根线才行。（６）不应随意拆换元器件。有的维修人员在没有确定故障元件的情况下只是凭感觉哪一个元件坏了，就立即拆换，这样误判率较高，拆下的元件人为损坏率也较高。（７）拆卸元件时应使用吸锡器及吸锡绳，切忌硬取。同一焊盘不应长时间加热及重复拆卸，以免损坏焊盘。下一页返回上一页0.4数控机床故障诊断与维修的基本步骤（８）更换新器件，其引脚应作适当的处理，焊接中不应使用酸性焊油。（９）记录线路上的开关、跳线位置，不应随意改变。进行两板以上的对照检查时，或互换元器件时注意标记各板上的元件，以免错乱，致使好板亦不能工作。（１０）查清线路板的电源配置及种类，根据检查的需要，可分别供电或全部供电。应注意高压，有的线路板直接接入高压或板内有高压发生器，需适当绝缘，操作时应特别注意。下一页返回上一页0.4数控机床故障诊断与维修的基本步骤0.4.4故障排除故障排除的过程是真正意义上的动手过程，在这个过程中应注意以下几点：（１）对拆卸的东西要有记录，以便将来恢复。如电位器的设定位置，设定端子的设定情况，短路棒的设定情况等。（２）多替换的电路板或元器件要做好处理工作，有问题的要做好标识或销毁，避免将来再次使用而带来不必要的麻烦。下一页返回上一页0.4数控机床故障诊断与维修的基本步骤（３）不要带来新的故障，维修的每个环节都应仔细认真，不要轻易动手，以免带来新的故障。（４）做好总结，培训维修人员，提高类似故障的解决效率。在现场维修结束后，应认真填写维修记录，列出有关必备的备件清单，建立用户档案，对于故障时间、现象、分析诊断方法等进行记录，这样不仅使每次故障都有据可查，而且也可以积累维修经验。返回上一页0.5数控机床维护保养的知识0.5.1消除干扰是数控机床维护的重要内容干扰是造成数控系统故障的原因之一，消除系统的干扰可以从以下几个方面着手：１正常连接系统地线为了避免出现多点接地环流，数控机床必须采用单点接地法，不能在机床的各部位就近接地。接地线的规格要符合机床说明书的要求，导线线径必须足够大。在需要屏蔽的场合必须采用屏蔽线，如图0-1和图0-2所示。下一页返回0.5数控机床维护保养的知识２防止强电对弱电造成干扰数控机床强电柜内的接触器、继电器等电磁部件都是常见的干扰源，交流接触器的频繁通断、交流电动机的频繁启停，主回路与控制回路的布线不合理，都可能使ＣＮＣ的控制电路产生尖峰脉冲、浪涌电压等干扰，影响系统的正常工作。（１）在交流接触器线圈的两端、交流电动机的三相输出端上并联ＲＣ吸收器。（２）在直流接触器或直流电磁阀的线圈两端，加入续流二极管。（３）ＣＮＣ的输入电源线间加入浪涌吸收器与滤波器。（４）伺服电动机的三相电枢线采用屏蔽线。下一页返回上一页0.5数控机床维护保养的知识３抑制或减小供电线路上的干扰在一些大功率或高频的设备周围往往会造成电力不足或频率不稳，而电压的冲击、欠电压，频率和相位漂移等将影响系统的正常工作。应尽可能减小线路上的此类干扰，防止供电线路干扰的具体措施一般有以下几点：（１）对于电网电压波动较大的地区，应在输入电源上加装电子稳压器。（２）避免数控机床和电火花设备频繁启动、停止的大功率设备共用同一干线。（３）安装数控机床时应尽可能远离中频炉、高频感应炉等变频设备。下一页返回上一页0.5数控机床维护保养的知识0.5.2正确使用设备对于初次使用数控机床的操作者，应当培训，使得操作者详细了解数控系统的性能、操作说明书，熟练系统和机床面板操作，以免发生因操作不当引起的故障。下一页返回上一页0.5数控机床维护保养的知识0.5.3积极实施预防性维护预防性维护的目的是为了降低故障率，是日常保养的主要内容，其工作内容主要包括下列几方面的工作。１人员安排为每台数控机床分配专门的操作人员、工艺人员和维修人员，所有人员都要不断地努力提高自己的业务技术水平。２建规建档针对每台机床的具体性能和加工对象制定操作规章，建立工作与维修档案，管理者要常检查、总结、改进。下一页返回上一页0.5数控机床维护保养的知识３日常保养计划对每台数控机床都应建立日常维护保养计划，计划要全面涉及数控机床的主要部件如坐标轴传动系统的润滑、磨损情况，主轴润滑等，液压气动回路，冷却系统，继电器、接触器头清洁，电气柜通风状况等，同时要制定各功能部件和元器件的保养周期。另外，在日常使用中，要特别保护好数控系统，少开数控系统柜门，以免空气中的油雾、灰尘、金属粉末落入系统电路板上，引起元器件间的绝缘电阻下降，导致电路故障。定期地清理系统的通风装置。下一页返回上一页0.5数控机床维护保养的知识0.5.4数控机床的常规检查数控机床的常规检查是保证机床正常运行的重要手段，一般从以下几个方面进行检查：１电气部分的检查（１）机床电器检查。打开机床电控箱，检查继电器、接触器、熔断器等电器是否正常，伺服电动机速度控制单元插座、主轴电动机速度控制单元插座等有无松动，如有松动应恢复正常状态，有锁紧机构的接插件一定要锁紧，有转接盒的机床一定要检查转接盒上的插座，接线有无松动。下一页返回上一页0.5数控机床维护保养的知识（２）ＣＮＣ电箱检查。打开ＣＮＣ电箱门，检查各类接口插座、伺服电动机反馈线插座、主轴脉冲发生器插座、手摇脉冲发生器插座、ＣＲＴ插座等，如有松动要重新插好，有锁紧机构的一定要锁紧。按照说明书机床各个印制线路板上的短路端子的设置情况，一定要符合机床生产厂设定的状态，一般情况下无需重新设置时用户一定要对短路端子的设置状态做好原始记录。下一页返回上一页0.5数控机床维护保养的知识（３）接线质量检查。检查所有的接线端子，包括强弱电部分的端子及各电动机电源线的接线端子，每个端子都要用旋具紧固一次，直到用旋具拧不动为止，各电动机插座一定要拧紧。（４）电磁阀检查。所有电磁阀都要用手推动数次，以防止长时间不通电造成的动作不良，如发现异常，应做好记录，以备通电后确认修理或更换。（５）限位开关检查。检查所有限位开关动作的灵活及固定性是否牢固，发现动作不良或固定不牢的应立即处理。下一页返回上一页0.5数控机床维护保养的知识（６）操作面板上按钮及开关检查。检查操作面板上所有按钮、开关、指示灯的接线，发现有误应立即处理，检查ＣＲＴ单元上的插座及接线。（７）地线检查。要求有良好的地线，测量机床地线，接地电阻不能大于１Ω。（８）电源相序检查。用相序表检查输入电源的相序，确认电源的相序与机床上各处标定的电源相序应绝对一致。（９）接通机床总电源，检查ＣＮＣ电箱、主轴电动机冷却风扇、机床电箱冷却风扇的转向是否正确，润滑、液压等处的油标指示以及机床照明灯是否正常，各熔断器有无损坏，如有异常应立即停电检修，无异常可以继续进行。下一页返回上一页0.5数控机床维护保养的知识（１０）观察有无漏油，特别是主轴换挡以及卡盘卡紧处的液压缸和电磁阀。如有漏油应立即停电修理或更换。（１１）按ＣＮＣ电源通电按钮，接通ＣＮＣ电源，观察ＣＲＴ显示，直到出现正常画面为止。如果出现ＡＬＡＲＭ显示，应该寻找故障并排除，此时应重新送电检查。（１２）打开ＣＮＣ电源，根据有关资料上给出的测试端子的位置测量各级电压，有偏差的应调整到给定值，并做好记录。下一页返回上一页0.5数控机床维护保养的知识（１３）进行参数核对。将状态开关置于适当的位置，如日本ＦＡＮＵＣ系统应放置在ＭＤＩ状态，选择到参数页面。逐条逐位地核对参数，这些参数应与随机所带参数表符合。发现有不一致，应搞清各个参数的意义后再决定是否修改，如齿隙补偿的数值可能与参数表不一致，这在进行实际加工后可随时进行修改。（１４）将状态选择开关放置在ＪＯＧ位置，将点动速度放在最低挡，分别进行各坐标正反方向的点动操作，同时用手按与点动方向相对应的超程保护开关，验证其保护作用的可靠性，然后再进行慢速的超程试验，验证超程撞块安装的正确性。下一页返回上一页0.5数控机床维护保养的知识（１５）将状态开关置于回零位置，完成回零操作，参考点返回的动作不完成就不能进行其他操作。因此遇此情况应首先进行本项操作。（１６）将状态开关置于ＪＯＧ位置或ＭＤＩ位置，进行手动变挡试验，验证后将主轴调速开关放在最低位置，进行各挡的主轴正反转试验，观察主轴运转的情况和速度显示的正确性，然后再逐渐升速到最高转速，观察主轴运转的稳定性。（１７）检查信号电缆是否可靠、合理接地。如果电缆线已经更换，则应检查更换的电缆线是否符合系统要求、屏蔽层是否已经可靠连接等。下一页返回上一页0.5数控机床维护保养的知识（１８）测量主轴实际转速。将机床锁住开关在接通位置，用手动数据输入指令，进行主轴任意变挡、变速试验，测量主轴实际转速，并观察主轴速度显示值，调整其误差应限定在５％之内。（１９）进行转塔或刀座的选刀试验。其目的是检查刀座或正、反转和定位精度的准确性。（２０）ＥＤＩＴ功能试验。将状态开关置于ＥＤＩＴ位置，自行编制一简单程序，尽可能多地包括功能指令和辅助功能指令，移动尺寸以机床最大行程为限，同时进行程序的增加、删除和修改。下一页返回上一页0.5数控机床维护保养的知识（２１）自动状态检查。将机床锁住，用编制的程序进行空运转试验，验证程序的正确性。（２２）伺服电动机与主轴电动机检查。重点检查运行噪声、温升和冷却风扇运行是否正常。（２３）测量反馈元件的检查。检测元件如编码器、光栅尺等应每年检查一次，看是否松动、是否被油雾和灰尘污染。（２４）电源电压的检查。系统交流主回路与控制回路的电压一般有ＡＣ３８０Ｖ、ＡＣ２２０Ｖ、ＡＣ２００Ｖ三种规格，应检查电源电压与频率是否与系统的要求一致，电压的误差与频率的误差是否在允许的范围之内。下一页返回上一页0.5数控机床维护保养的知识在ＦＡＮＵＣ系统中，常用的电压种类与要求如下：①系统逻辑电路用５Ｖ电压：＋５（±５％）Ｖ。②系统输入、输出信号，显示器用２４Ｖ电压：＋２４（±１０％）Ｖ。③系统外部输入、输出信号用２４Ｖ电压：＋２４（±１０％）Ｖ。④系统位置控制电路用＋１５Ｖ电压：＋１５（±５％）Ｖ。⑤系统位置控制电路用－１５Ｖ电压：－１５（±５％）Ｖ。⑥系统电源模块基准用１０Ｖ电压：＋１０（±０５％）Ｖ。下一页返回上一页0.5数控机床维护保养的知识２液压系统的检查有些机床液压系统应用较多，应检查液压油质是否良好，油温是否正常，液压油压是否正常，每年应更换油过滤器装置，最好每隔几年更换液压油。液压电动机的运行是否正常，压力传感器是否正常。３气动系统的检查气动系统的故障率相对较低，且故障现象容易辨别，主要表现在气压过低，原因主要是过滤器装置堵死，或者是减压阀故障。下一页返回上一页0.5数控机床维护保养的知识４润滑部分的检查润滑工作人员应定期加油，以免系统自动润滑时缺油，另外操作人员应随时注意ＣＲＴ显示器上的运动轴监控画面，发现电流增大等异常现象时，及时通知维修人员，对一些单独润滑的部分要进行定期润滑。５机床本体的检查检查机床各个运动轴传动部分是否良好，滚珠丝杠的预紧是否合适，联轴器的各个锁紧螺钉是否松动，联轴器的缓冲垫是否损坏，同步齿形带是否松动或磨损，丝杠的螺据补偿是否合适，减速挡是否松动或位置发生变化，齿轮间隙是否需要调整等，这些检查都应有记录，以备维修时使用。返回上一页图0-1数控机床的接地方式系统返回图0-2数控机床的接地系统(a)一点接地;(b)两点接地返回第1章数控车床概述1.1数控车床的工艺范围1.2数控车床分类1.3数控车床的组成及布局1.4数控车床的电气控制1.1数控车床的工艺范围数控车床与普通车床一样，主要用于加工各种轴类、套筒类和盘类零件上的回转表面，例如内外圆柱面、圆锥面、成型回转表面及螺纹面等。但是，数控车床是将零件的数控加工程序输入到数控系统中，由数控系统通过车床Ｘ、Ｚ坐标轴的伺服电动机去控制车床进给运动部件的动作顺序、移动量和进给速度，再配以主轴的转速和转向，便能加工出各种形状不同的轴类或盘类回转体零件，还可加工高精度的曲面与端面螺纹。使用的刀具主要有车刀、钻头、铰刀、镗刀及螺纹刀具等。数控车床加工零件的尺寸精度可达ＩＴ５～ＩＴ６，表面粗糙度可达１.６μｍ以下。它是目前使用十分广泛的一种数控机床，而且其种类很多。返回1.2数控车床分类随着数控车床制造技术的不断发展，形成了产品繁多、规格不一的局面。因而也出现了几种不同的分类方法。１按数控系统的功能分类（１）经济型数控车床。经济型数控车床，如图1-1所示，一般是在普通车床基础上进行改进设计的，采用步进电动机驱动的开环伺服系统，其控制部分采用单板机或单片机实现。此类车床结构简单，价格低廉，但无刀尖圆弧半径补偿和恒线速切削等功能。（２）全功能型数控车床。全功能型数控车床，如图1-2所示，一般采用闭环控制系统或半闭环控制系统，具有高刚度、高精度和高效率等特点。下一页返回1.2数控车床分类（３）车削中心。车削中心（如图1-3所示）是以全功能型数控车床为主体，并配置刀库、换刀装置、分度装置、铣削动力头和机械手等，实现多工序的复合加工的机床。在工件一次装夹后，它可完成回转类零件的车、铣、钻、铰、攻螺纹等多种加工工序。车削中心的功能全面，但价格较高。（４）ＦＭＣ车床。ＦＭＣ车床实际上是一个由数控车床、机器人等构成的柔性加工单元。它能实现工件搬运、装卸的自动化和加工调整准备的自动化，如图1-4所示。下一页返回上一页1.2数控车床分类２按主轴的配置形式分类（１）卧式数控车床。卧式数控车床是指主轴轴线处于水平位置的数控车床。（２）立式数控车床。立式数控车床是指主轴轴线处于垂直位置的数控车床。还有具有两根主轴的车床，称为双轴卧式数控车床或双轴立式数控车床。下一页返回上一页1.2数控车床分类３按数控系统控制的轴数分类（１）两轴控制的数控车床。机床上只有一个回转刀架，可实现两坐标轴联动控制。（２）四轴控制的数控车床。机床上有两个独立的回转刀架，可实现四轴联动控制。对于车削中心或柔性制造单元，还要增加其他的附加坐标轴来满足机床的功能。目前，我国使用较多的是中小规格的两坐标连续控制的数控车床。返回上一页1.3数控车床的组成及布局１数控车床的组成和配置数控车床机械结构由主轴传动机构、进给传动机构、工作台、床身等部分组成，数控车床本体结构特点：（１）采用高性能的主轴部件。具有传递功率大、刚度高、抗振性好及热变形小等优点。（２）进给伺服传动采用高性能传动件，具有传动链短、结构简单、传动精度高等特点，一般采用滚珠丝杠副、直线滚动导轨副等。下一页返回1.3数控车床的组成及布局（３）有较完善的刀具自动交换和管理系统。（４）车床的机械结构还有辅助装置，主要包括刀具自动交换机构、润滑装置、切削液装置、排屑装置、过载与限位保护功能等部分。主传动系统一般采用变频器对交流主轴电动机进行无级调速，通过带传动或变速齿轮机构传动主轴。主轴的运动信号使用主轴编码器检测，一方面可实现主轴调速的数字反馈，另一方面可用于进给运动的控制，例如车螺纹时，控制主轴与刀架之间的准确运动关系。主轴编码器采用与主轴同步的光电脉冲发生器。该装置可以通过中间轴上的齿轮或同步带轮１∶１与主轴同步转动，也可以通过弹性联轴器与主轴同轴安装。下一页返回上一页1.3数控车床的组成及布局２数控车床的结构布局特点（１）床身结构形式：水平床身、倾斜床身以及水平床身斜滑板、立式床身。水平床身特点：加工工艺性好，其刀架水平放置，有利于提高刀架的运动精度，但这种结构床身下部空间小，排屑困难。中小型数控车床多采用倾斜床身或水平床身斜滑板结构①机床外形美观，占地面积小：②易于排屑和冷却液的排流；下一页返回上一页1.3数控车床的组成及布局③便于操作者操作和观察；④易于安装上下料机械手，实现全面自动化；⑤可采用封闭截面整体结构，以提高床身的刚度。（２）数控车床多采用自动回转刀架，刀架工位数量有限。（３）数控车削中心一般具有Ｃ轴控制。返回上一页1.4数控车床的电气控制数控车床的电气控制系统主要由数控车床主电路部分、数控系统部分、伺服驱动器部分、伺服电动机部分、主轴变速驱动部分、机床输入／输出控制部分等组成。具体电路如图1-5～图1-11所示。１数控车床电气控制系统各部分的组成、作用１）总电源电路总电源电路组成：由动力总线Ｕ、Ｖ、Ｗ等组成。总电源电路的作用是：起到为整机床及主轴回路、刀架回路、冷却回路传送电源的作用。下一页返回1.4数控车床的电气控制２）主轴回路电路组成：由接触器ＫＭ１、带热保护的空气开关ＱＦ１、变频器、电动机Ｍ１等组成。电路作用：控制机床主轴，为机床提供满足加工要求所需的转速和转矩。各元件的作用：（１）接触器ＫＭ１起到通断电源，为变频器提供电源的作用。（２）ＱＦ１起到为主轴电动机Ｍ１提供短路及过载保护作用。（３）变频器起到控制电动机Ｍ１速度的作用。下一页返回上一页1.4数控车床的电气控制３）冷却回路电路组成：由交流接触器ＫＭ２、带热保护的空气开关ＱＦ２、电动机Ｍ２、灭弧器ＦＶ２等组成。电路作用：为机床提供冷却液。各元件的作用：（１）交流接触器ＫＭ２起到通断电源，为电动机Ｍ２提供电源的作用。（２）ＱＦ２起到为主轴电动机Ｍ２提供短路及过载保护作用。（３）电动机Ｍ２起到为水泵提供动力的作用。下一页返回上一页1.4数控车床的电气控制４）刀架控制回路电路组成：由交流接触器ＫＭ３、ＫＭ４、带热保护的空气开关ＱＦ３、电动机Ｍ３等组成。电路作用：接收数控系统指令控制刀架，为机床提供所需工位的刀。各元件的作用：（１）交流接触器ＫＭ３、ＫＭ４起到控制刀架电动机正反转的作用。（２）ＱＦ３起到为主轴电动机Ｍ３提供短路及过载保护作用。（３）电动机Ｍ３起到带动刀架换刀及夹紧的作用。下一页返回上一页1.4数控车床的电气控制５）伺服电源电路电路组成：由带热保护的空气开关ＱＦ４、交流接触器ＫＭ５、隔离变压器ＴＣ１等组成。电路作用：把三相３８０Ｖ的交流电源变成三相２２０Ｖ的交流电源，为伺服提供动力、控制电源，并具有隔离和抗干扰的作用。６）伺服驱动回路电路组成：由三相２２０Ｖ的交流电源Ｕ４２、Ｖ４２、Ｗ４２，Ｘ轴伺服驱动器、Ｚ轴伺服驱动器，Ｘ、Ｚ轴伺服电动机、信号线、反馈线等组成。电路作用：接收数控系统指令为机床Ｘ、Ｚ轴丝杆提供驱动力。下一页返回上一页1.4数控车床的电气控制２电路控制原理分析三相电源Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３经过空气开关ＱＦ０输出，作为机床电气控制系统的总电源。其中相线Ｌ３通过熔断器ＦＵ１、继电器ＫＡ０的触点连接到开关电源的电源输入端Ｌ上，零线Ｎ、地线ＰＥ分别连接到开关电源的Ｌ、Ｎ上，形成２２０Ｖ的交流电压供开关电源使用并提供保护接地。三相电源其中Ｌ１、Ｌ２两相通过ＦＵ１、ＦＵ２输入到变压器ＴＣ２，经过ＴＣ２降压后形成１１０伏交流电压供给控制电路。下一页返回上一页1.4数控车床的电气控制启动时按下启动按钮ＳＢ２，控制电源从１号线—ＳＢ１按钮—５号线—中间继电器ＫＡ０—０号线—变压器ＴＣ２形成回路，ＫＡ０得电并自锁—ＫＡ０常开触点闭合（图1-8）—开关电源得电—开关电源输出＋２４Ｖ、＋１２Ｖ、－１２Ｖ、＋５Ｖ直流电压供给数控系统—数控系统得电并处于待机状态。同时ＫＭ１得电吸合，三相电源Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３通过ＱＦ１、ＫＭ１输入变频器，变频器得电处于待机状态。下一页返回上一页1.4数控车床的电气控制同时ＫＭ５得电吸合，三相电源Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３通过ＱＦ４、ＫＭ５输入到隔离变压器ＴＣ１，ＴＣ１把三相３８０Ｖ交流电源降压为三相２２０Ｖ交流电输入到伺服驱动器，伺服驱动器得电处于待机状态。继电器ＫＡ５控制交流接触器ＫＭ２的线圈，ＫＭ２的主触点控制冷却电动机。继电器ＫＡ３、ＫＡ４分别控制交流接触器ＫＭ３、ＫＭ４的线圈，ＫＭ３、ＫＭ４的主触点组成一个正反转控制电路，控制电动刀架的换刀与夹紧。下一页返回上一页1.4数控车床的电气控制停止时按下停止按钮ＳＢ１—一号线与三号触点断开—控制电路电源回路断开—ＫＡ０失电—ＫＡ０常开触点打开—数控系统、主轴变频器、伺服驱动器、冷却回来、刀架控制回路全部断电停止。ＸＳ３９端口各管脚的作用：端口第２３脚提供２４Ｖ电压供给各管脚作为系统功能信号。急停／超程：２４Ｖ电压通过ＳＱ４、ＳＱ３、ＳＢ３输入到１０号管脚作为系统的超程和急停功能的控制信号。超程悉放：按钮ＳＢ４并联在行程开关ＳＱ４、ＳＱ３上，当机床超程了按下ＳＢ４可以起到取消ＳＱ３、ＳＱ４超程检测作用。下一页返回上一页1.4数控车床的电气控制循环启动：按钮ＳＢ５连接到管脚８，起到程序循环启动作用。进给保持：按钮ＳＢ６连接到管脚７，起到程序进给保持作用。Ｘ、Ｚ零点：行程开关ＳＱ１、ＳＱ２分别连接到管脚１、９脚，作为机床的零点检测。主轴旋转允许：变频器检测故障输出端ＴＡ、ＴＢ连接到管脚２２，作为主轴旋转允许控制端。返回上一页图1-1经济型数控车床返回图1-2全功能型数控车床返回图1-3车削中心返回图1-4FMC车床返回图1-5数控车床主电路控制图下一页图1-6数控车床主釉控制电路图下一页上一页图1-7伺服驱动控制电路图下一页上一页图1-8数控系统电源图下一页上一页图1-9数控系统上电控制图下一页上一页图1-10数控机床刀架控制图下一页上一页图1-11系统功能控制电路图返回上一页

第2章系统不能工作故障诊断与维修2.1数控系统概述2.2广州ＧＳＫ９８０ＴＤ数控系统2.3数控系统的具体电路控制2.4系统不能正常工作故障诊断与维修实例分析2.1数控系统概述2.1.1数控系统的基本概念数字控制（ＮｕｍｅｒｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌ）技术，简称数控（ＮＣ）技术，是近代发展起来的用数字化信息进行控制的一种自动控制技术。其控制对象可以是各种生产过程，控制参数主要有位移、速度、温度、流量等。采用数控技术的系统称为数控系统。根据不同的被控制对象，有各种各样的数控系统。目前应用最广泛的是机械加工行业中各种机床数控系统。装备了数控系统的机床称为数控机床，如数控车床、数控铣床、数控线切割机床、数控加工中心等。下一页返回2.1数控系统概述数字控制技术的发展是随着数字电子技术的发展而发展起来的。数控系统的硬件基础是数字逻辑电路，最初的数控系统是由固定的数字逻辑电路组成的专用硬件数控系统，简称ＮＣ系统。它的柔性差、功能单一，且成本高，发生故障时维修工作量大，从而限制了它的推广和应用。随着微电子计算机技术的飞速发展，出现了采用计算机或微型计算机的数控系统，由硬件和软件共同完成数控任务，称之为计算机数控系统（ＣｏｍｐｕｔｅｒＮｕｍｅｒｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌ），简称ＣＮＣ系统。它具有柔性好、功能强、可靠性高、易于实现机电一体化，且性价比高等优点。下一页返回上一页2.1数控系统概述2.1.2数控系统的组成数控系统一般由输入／输出设备、数控装置、主轴和进给驱动控制装置及可编程序控制器组成，如图2-1所示。数控机床是严格按照外部输入的加工程序对工件进行加工的。数控加工程序按零件加工顺序记载机床加工所需的各种信息，有零件加工的轨迹信息（如几何形状、几何尺寸等）、工艺信息（如进给速度、主轴转速等）及开关命令（如换刀、主轴启动／停止、冷却液开／关等）。下一页返回上一页2.1数控系统概述数控装置是数控系统的核心。它的主要功能是正确地识别和解释数控程序，对分析结果进行各种数据计算和逻辑判断处理，完成各种输入／输出任务。其形式可以是由数字逻辑电路构成的专用硬件数控装置（ＮＣ），也可以是计算机数控装置（ＣＮＣ）。其数控功能由硬件和软件共同完成。输入／输出设备主要用于程序的编制、存储、打印、显示等，常用的输入／输出设备还带有纸带阅读机、纸带穿孔机或者盒式磁带录音机等，高级的输入／输出设备还包括自动编程机、ＣＡＤ／ＣＡＭ系统或上位机等。下一页返回上一页2.1数控系统概述主轴和进给驱动控制装置位于数控装置和机床之间。主轴驱动装置控制主轴的旋转运动，主要由速度控制单元、主轴电动机组成。而进给驱动装置控制机床各坐标轴的切削进给运动，主要由位置控制单元、速度控制单元、进给电动机和测量反馈单元组成。可编程序控制器也位于数控装置和机床之间，它和数控装置交换控制命令，主要完成机床主轴的启停、转速选择、方向控制、换刀、冷却液开停、液压、气动、润滑系统控制功能及其他机床辅助功能。其形式有内装型和独立型。内装型ＰＬＣ从属于ＣＮＣ装置，实际上是ＣＮＣ装置带有的ＰＬＣ功能。而独立型ＰＬＣ独立于ＣＮＣ装置，能独立完成规定的控制任务，是通用型ＰＬＣ。下一页返回上一页2.1数控系统概述2.1.3机床数控系统的工作过程数控系统的工作过程如图2-2所示。１数据输入输入给数控系统的数据有零件加工程序、控制参数和补偿数据等。２译码将零件加工程序以程序段为单位进行处理，把其中的零件轮廓信息及其他辅助信息解释成计算机能够识别的数据形式，并以一定的数据格式存放在指定内存中。下一页返回上一页2.1数控系统概述３预处理ＣＮＣ装置内部数据预处理过程指从数控加工程序输入后到插补前的整个过程。由于在编写加工程序时，一般不考虑刀具装置或刀具的几何尺寸等问题，所以数控装置在根据加工程序进行加工之前，先要进行一些数据的预处理。预处理主要包括刀具补偿、进给速度处理、坐标转换等。（１）刀具补偿。包括刀具位置补偿、刀具长度补偿和刀具半径补偿。其任务是将加工前输入的实际刀具参数计算在内，把零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹。下一页返回上一页2.1数控系统概述（２）进给速度处理。进给速度处理是指根据程序中的指令进给速度和操作面板上的倍率旋钮的位置，确定实际加工时刀具的移动速度，然后通过软件来计算各运动坐标方向的分速度。同时，由于当机床启动，停止或加工过程中改变进给速度时，会产生冲击、失步、超程等问题，还需要进行自动加／减速处理。（３）坐标变换。每台机床都设计有一个固定的机械零点。其位置是由机床制造厂所确定的。除机床零点外，每台机床还设置有一个机床参数考点，以此作为ＣＮＣ装置的坐标计量基准。同时为了编程和加工方便，还设有工件坐标系。所以在加工前需进行坐标变换的处理。下一页返回上一页2.1数控系统概述４插补数控装置对加工控制信息预处理完毕后，开始逐段运行加工程序。插补就是根据曲线段已知的几何数据及速度信息，计算出曲线段起点、终点之间的一系列中间点，分别向各个坐标发出方向、大小和速度都确定的协调的运动序列命令，通过各个轴运动的合成，产生数控加工程序要求的工件轮廓的刀具运动轨迹。５位置控制在闭环控制系统中，在每个采样周期内，将插补计算出的理论位置与实际反馈位置进行比较，用差值去控制进给电动机，同时还要完成位置增益调整和各坐标方向的误差补偿。下一页返回上一页2.1数控系统概述６输入／输出处理由数控装置发出的开关命令在系统程序控制下，在各加工程序段插补开始前或完成后，适时出给机床控制器。主要处理数控装置与机床之间的开关信号。７显示在机床的运行过程中，数控系统要随时监视数控机床的工作状态，通过显示部件及时向操作者提供系统的工作状态和故障情况。下一页返回上一页2.1数控系统概述2.1.4数控系统的分类１按被控机床运动轨迹分类（１）点位控制数控系统。这类数控系统控制机床运动部件从一点准确地移动到另一点，在移动过程中不进行加工，因此对两点间的移动速度和运动轨迹没有严格要求。这类数控机床主要有数控钻床、数控坐标镗床、数控冲床等。（２）直线控制数控系统。这类数控系统不仅要控制机床运动部件从一点准确地移动到另一点，还要控制两相关点之间的移动速度和轨迹。这类数控机床主要有简易数控机床、数控镗铣床等。下一页返回上一页2.1数控系统概述（３）轮廓控制数控系统。这类数控系统能够同时对两个或两个以上运动坐标位移及速度进行连续相关的控制，使其合成的平面或空间的运动轨迹符合被加工工件形状的要求。相应的数控机床主要有数控车床、数控铣床、数控磨床、数控电加工机床等。下一页返回上一页2.1数控系统概述２按控制方式分类（１）开环控制数控系统。这类系统不带位置检测装置，ＣＮＣ装置发出的指令信号流是单向的，往以步进电动机作为驱动元件，如图2-3所示。ＣＮＣ装置输出的指令进给脉冲经环形分配器和功率放大后驱动步进电动机转动，再经机床传动机构（此轮箱、丝杠螺母副等）带动工作台移动。这种机构控制简单、价格低廉，且调试维修方便，被广泛应用于早期的数控装置中。下一页返回上一页2.1数控系统概述（２）闭环控制数控系统。这类数控系统带有位置检测反馈装置，以直流或交流电动机为驱动元件。按照位置检测装置安装位置的不同，闭环控制数控系统又可以进一步分为全闭环、半闭环控制数控系统。①全闭环控制数控系统。位置检测装置安装在机床工作台上，用以检测机床工作台的实际运行位置（直线位移），并将其与ＣＮＣ装置指令位置（或位移）相比较，用差值进行控制。其控制框图如图2-4所示。下一页返回上一页2.1数控系统概述②半闭环控制数控系统。位置检测装置安装在电动机轴上或丝杠的一端，通过角位移的测量间接计算出机床工作台的实际运行位置（直线位移），然后将其与ＣＮＣ装置计算出的指令位置（或位移）相比较，用差值进行控制。其控制框图如图2-5所示。这种系统环路不包括机械传动环节，机械传动的精度误差将影响到被加工工件的精度，使其控制精度不如全闭环控制数控系统，但机械传动带来的误差，可以通过补偿的方法消除，仍可获得满意的精度。因此在实际应用中，这种方式被广泛采用。下一页返回上一页2.1数控系统概述３按数控系统功能水平分类按照数控系统的功能水平，数控系统可分为经济型（低档型）、全功能型（中档型）和高档型三种。但不同时期的划分标准不同。（１）经济型数控系统。这一档次的机床通常采用开环控制方式，进给伺服系统大多使用步进电动机驱动，进给分辨率为１０μｍ，快速进给速度可达１０ｍ／ｍｉｎ，仅能满足一般精度要求的加工。这种系统功能简单，价格便宜，适用于精度要求不高的场合及普通机床的数控化改造。下一页返回上一页2.1数控系统概述（２）全功能型数控系统。这类系统以实用为准，进给分辨率为１μｍ，快速进给速度可达１０～２０ｍ／ｍｉｎ。其功能较多，价格