数控机床故障诊断与维修绪论.

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1、数控机床 故障诊断与维修 绪 论 数控机床集机械制造、计算机、气动、传感检测 、液压、光机电技术等一体。 本章内容 1数控机床的幻灯片组成与特点 2我国数控机床的发展现状 4加强数控维修的意义 5对数控维修人员的要求 6本课程的学习任务、要求 3数控机床的故障与诊断技术 一、数控机床的组成与特点 数控机床由数控装置、伺服驱动装置、检测反 馈装置和机床本体四大部分组成，再加上程序的输 入/输出设备、可编程控制器、电源等辅助部分。 1. 数控装置(数控系统的核心)由硬件和软件部 分组成，接受输入代码经缓存、译码、运算插补） 等转变成控制指令，实现直接或通过PLC对伺服驱 动装置的控制。 2. 伺服

2、驱动装置是数控装置和机床主机之间的联 接环节，接受数控装置的生成的进给信号，经放大 驱动主机的执行机构，实现机床运动。 3. 检测反馈装置是通过检测元件将执行元件（电 机、刀架）或工作台的速度和位移检测出来，反馈 给数控装置构成闭环或半闭环系统。 4. 机床本体是数控机床的机械结构件（床身箱体 、立柱、导轨、工作台、主轴和进给机构）等。 数控机床组成框图 l组成部分 数控机床的特点 1 1对加工对象的适应性强对加工对象的适应性强 2 2加工精度高加工精度高 3 3生产效率高生产效率高 4 4操作者劳动强度低操作者劳动强度低 5 5经济效益好经济效益好 6 6便于生产管理的现代化便于生产管理的现

3、代化 二、我国数控机床的发展现状 起步年代：1958开始研制 目前生产能力：“十五”期间，中国数控机床行业实现了 超高速发展。其产量2001年为17521台，2002年24803 台，2003年36813台，2004年51861台，是2001年的 3.7倍，平均年增长39；2005年国产数控机床产量 59639万台，接近6万台大关，是“九五”末期的424倍。 2006年，中国数控金切机床产量达到85756台，同比增 长32.8%，增幅高于金切机床产量增幅18.4个百分点， 进而使金切机床产值数控化率达到37.8%，同比增加2.3 个百分点。 2007年数控机床产量突破了10万台大关,达 123

4、257台。 国产数控系统：。华中理工大学华中一型、华中二型 。北京航天机床数控集团航天一型 。广州数控 GSK 系列 。中国珠峰数控公司中华一型 二、我国数控机床的发展现状 1.故障的基本概念 数控机床全部或部分丧失了规定的功能的现象 称为数控机床的故障 。 故障诊断：在数控机床运行中，根据设备的 故障现象，在掌握数控系统各部分工作原理的前 提下，对现行的状态进行分析，并辅以必要检测 手段，查明故障的部位和原因。提出有效的维修 对策。 三、数控机床的故障与诊断 2.故障的分类 1）按数控机床发生的故障性质分类 系统性故障 这类故障是指只要满足一定的条件，机床或 者数控系统就必然出现的故障。例如

5、电网电压过高或者过 低，系统就会产生电压过高报警或者过低报警；切削量过 大时，就会产生过载报警等。 例如一台采用SINUMERIK810系统的数控机床在加工过程 中，系统有时自动断电关机，重新启动后，还可以正常工 作。根据系统工作原理和故障现象怀疑故障原因是系统供 电电压波动，测量系统电源模块上的24V输人电源，发现 为22.3V左右，当机床加工时，这个电压还向下波动，特 别是切削量大时，电压下降就大，有时接近21V，这时系 统自动断电关机，为了解决这个问题，更换容量大的24V 电源变压器将这个故障彻底消除。 随机故障这类故障是指在同样条件下，只偶尔出现一次 或者二次的故障。要想人为地再现同样

6、的故障则是不容易 的，有时很长时间也很难再遇到一次。这类故障的分析和 诊断是比较困难的。一般情况下，这类故障往往与机械结 构的松动、错位，数控系统中部分元件工作特性的漂移、 机床电气元件可靠性下降有关和系统本身结构与制造无关 的故障。 2）按故障类型分类 机械故障 这类故障主要发生在机床主机部分，还可以分 为机械部件故障、液压系统故障、气动系统故障和润滑系 统故障等。 电气故障 电气故障是指电气控制系统出现的故障，主要 包括数控装置、PLC控制器、伺服单元、CRT显示器、电 源模块、机床控制元件以及检测开关的故障等。这部分的 故障是数控机床的常见故障，应该引起足够的重视。 3）按数控机床发生的

7、故障后有无报警显示分类 按故障产生后有无报警显示，可分为有报警显示故障和无 报警显示故障两类。 （1）有报警显示故障 这类故障又可以分为硬件报警显示和软件报警显示两种。 1)硬件报警显示的故障。硬件报警显示通常是指各单元装 置上的指示灯的报警指示。在数控系统中有许多用以指示 故障部位的指示灯，如控制系统操作面板、CPU主板、伺 服控制单元等部位，一旦数控系统的这些指示灯指示故障 状态后，根据相应部位上的指示灯的报警含义，均可以大 致判断故障发生的部位和性质，这无疑会给故障分析与诊 断带来极大好处。因此维修人员在日常维护和故障维修时 应注意检查这些指示灯的状态是否正常。 2)软件报警显示的故障。

8、软件报警显示通常是指数控系统 显示器上显示出的报警号和报警信息。由于数控系统具有 自诊断功能，一旦检查出故障，即按故障的级别进行处理 ，同时在显示器上显示报警号和报警信息。 软件报警又可分为NC报警和PLC报警，前者为数控部 分的故障报警，可通过报警号，在数控系统维修手册 上找到这个报警的原因与怎样处理方面的内容，从而确定 可能产生故障的原因；后者的PLC报警的报警信息来自机 床制造厂家编制的报警文本，大多属于机床侧的故障报警 ，遇到这类故障，可根据报警信息，或者PLC用户程序确 诊故障。 （2）无报警显示的故障 这类故障发生时没有任何硬件及软件报警显示，因此分析 诊断起来比较困难。对于没有报

9、警的故障，通常要具体问 题具体分析。遇到这类问题，要根据故障现象、机床工作 原理、数控系统工作原理、PLC梯形图以及维修经验来分 析诊断故障。 例如一台数控淬火机床经常自动断电关机，停一会再开 还可以工作。分析机床的工作原理，产生这个故障的原因 一般都是系统保护功能起作用，所以首先检查系统的供电 电压为24V，没有间题；在检查系统的冷却装置时，发现 冷却风扇过滤网堵塞，出故障时恰好是夏季，系统因为温 度过高而自动停机，更换过滤网，机床恢复正常使用。 4）按故障发生部位分类 （1）数控装置部分的故障 数控装置部分的故障又可以分为软件故障和硬件故障。 1)软件故障。有些机床故障是由于加工程序编制出

10、现错误 造成的，有些故障是由于机床数据设置不当引起的，这类 故障属于软件故障。只要将故障原因找到并修改后，这类 故障就会排除。 2）硬件故障。有些机床故障是因为控制系统硬件出现问 题，这类故障必须更换损坏的器件或者维修后才能排除故 障。 例如一台数控冲床出现故障，屏幕没有显示，检查机床 控制系统的电源模块的24V输人电源，没有问题，NC-ON 信号也正常，但在电源模块上没有5V电压，说明电源模块 损坏，维修后，机床恢复正常使用。 （2）PLC部分的故障 PLC部分的故障也分为软件和硬件故障两种。 1)软件故障。由于PLC用户程序编制有问题，在数控机床 运行时满足一定的条件即可发生故障。另外，P

11、LC用户程 序编制的不好，经常会出现一些无报警的机床侧故障，所 以PLC用户程序要编制的尽量完善。 2)硬件故障。由于PLC输人输出模块出现问题而引起的故 障属于硬件故障。有时个别输入输出口出现故障，可以通 过修改PLC程序，使用备用接口替代出现故障的接口，从 而排除故障。 （3）伺服系统故障 伺服系统的故障一般都是由于伺服控制单元、伺服电动机 、测速装置、编码器等出现问题引起的。 例如：一台数控车床使用FANUC 0iTC系统，系统出现 417报警，报警信息为“SERVO ALARM：2TH AXIS PARAMETER INCORRECT”,检查伺服系统参数设置发 现，参数NO:2023被

12、人修改成为负值。（该参数为电机一 转的速度反馈脉冲数）。修改此参数，系统报警解除。 （4）机床主体部分的故障 这类故障大多数是由于外部原因造成的，机械装置不到位 、液压系统出现问题、检查开关损坏、驱动装置出现问题 。机床主轴、导轨、丝杠、轴承、刀库等由于种种原因， 会出现丧失精度、爬行、过载等问题。这些问题往往会造 成数控系统的报警。因此，数控系统的故障判断是一个综 合问题。 3）按故障发生的破坏程度分类 按故障发生时的破坏程度分为破坏性故障和非破坏性故障 。 （1）破坏性故障 这类故障出现会对操作者或设备造成伤害或损害，如超 程运行、飞车、部件碰撞等。 发生破坏性故障后，例如，一台数控车床在

13、正常加工的 情况下，刀具撞到工件，造成重大的损失，经过仔细的分 析，发现返回参考点错误，认真地分析发现行程开关（档 块）位置与电子栅格位置重合，（偶而）造成Z方向进给 多出一个电子栅格，从而造成刀具工件相撞的破坏性故障 。移动行程开关位置，从问题得到圆满解决。 （2）非破坏性故障 数控机床的绝多数故障属于这类故障，出现故障时对机 床和操作人不会造成任何伤害，所以诊断这类故障时，可 以再现故障，并可以仔细观察故障现象，通过故障现象对 故障进行分析和诊断。 3. 数控系统的可靠性 数控机床除了具有高精度、高效率和 高技术的要求外，还应该具有高可靠性。 衡量的指标有： MTBF平均无故障时间 MTT

14、R排除故障的修理时间 平均有效度A： A=MTBF/（MTBF+MTTR） l数控设备使用寿命故障频率曲线 4. 数控机床维修的特点 1）数控机床是高投入、高精度、高效 率的自动化设备； 2）一些重要设备处于关键的岗位和工 序，因故障停机时，影响产量和质量； 3）数控机床在电气控制系统和机械结 构比普通机床复杂，故障检测和诊断有一 定的难度。 数控诊断技术的发展 （1）通讯诊断(远程、海外诊断） 用户机床的通讯口通过电话线和维修 中心的专用通讯诊断计算机相连。 计算机发诊断程序 用户测试数据 计算机诊断结果和处理方法 用户 特点：实用简便； 有一定的局限性 （2） 自修复系统 当诊断软件发现数

15、控机床在运行中某 一模块有故障时，系统在CRT上显示的同 时，自动寻找备用模块并接上。 特点：实用但成本比较高，而且只适 合总线结构的CNC系统 （3） 人工智能专家故障诊断系统 （4） 人工神经元网络(ANN)诊断 ANN具有联想、容错、记忆、自适应、 自学习和处理复杂多模式故障等特点。这 种方法将被诊断的系统的症状作为网络的 输入，将按一定数学模型所求得的故障原 因作为网络的输出，并且神经网络将经过 学习所得到的知识以分布的方式隐存在网 络上，每个输出神经元对应着一个故障原 因。 4加强数控维修的意义 。技术需要 。市场需要 。企业的效益需要 5对数控维修人员的要求 。知识面广 。良好的系统的培训 。良好的英语阅读能力 。敢于实践，通过实践不断总结经验 。敬业精神 。持续的学习精神 6本课程的学习任务、要求 。掌握数控机床安装调试验收的的知识、验收机床 精度的方法。 。熟悉数控机床的机械结构、调整方法 。掌握典型数控系统的软硬件知识、具有对典型数 控系统故障进行初步诊断及判断的能力。 。熟悉数控机床维修的原则方法。 。加工复杂零件 。提高生产率 。减轻工人劳动强度 。提高加工精度