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1、1数控机床故障诊断论文院系班级姓名学号日期2摘要：本文主要研究数控机床故障分析及消除措施的相关内容。从数控机床故障诊断的基础内容谈起，介绍数控机床故障规律，故障诊断的一般步骤及方法。接着讲述数控机床的常见故障，包括机械故障、伺服系统故障、PLC 等电气故障。最后通过实例具体介绍数控机床故障产生后分析处理的过程。从而得知，数控机床维修是一门复杂的技术，要熟悉数控机床的各个部分，理论加实践，提高工作效率。关键词：数控机床、故障、诊断、维修31 引言数控机床是一种高效的自动化机床，他综合了计算机技术，自动化技术，伺服驱动，精密测量和精密机械等各个领域的新的技术成果，是一门新兴的工业控制技术。由于其经
2、济性能好，生产效益高，在生产上处于越来越重要的地位。为了提高机床的使用率，提高系统的有效度，结合工作实际浅谈一下数控系统故障处置和维修的一般方法。以提高数控机床的维修技术。2 数控机床故障诊断2.1 数控机床的故障规律与一般设备相同，数控机床的故障率随时间变化的规律可用图 1 所示的浴盆曲线表示。在整个使用寿命期，根据数控机床的故障频度大致分为 3 个阶段，即早期故障期、偶发故障期和耗损故障期。早期故障期：早期故障期的特点是故障发生的频率高，但随着使用时间的增加迅速下降。偶发故障期：数控机床在经历了初期的各种老化、磨合和调整后，开始进入相对稳定的正常运行期。在这个阶段，故障率低而且相对稳定，近
3、似常数。偶发故障是由于偶然因素引起的。耗损故障期：耗损故障期出现在数控机床使用的后期，其特点是故障率随着运行时间的增加而升高。出现这种现象的基本原因是由于数控机床的零部件及电子元器件经过长时间的运行，由于疲劳、磨损、老化等原因，寿命已接近衰竭，从而处于频发故障状态。2.2 数控机床故障诊断的一般步骤无论是处于哪一个故障期，数控机床故障诊断的一般步骤都是相同的。当数控机床发生故障时，除非出现危险及数控机床或人身安全的紧急情况，一般不要关断电源，要尽可能地保持机床原来的状态不变，并对出现的一些信号和现象做好记录，这主要包括：故障现象的详细记录故障发生的操作方式及内容故障号及故障指示灯的显示内容故障
4、发生时机床各部分的状态与位置4故障诊断一般按下列步骤进行。 (1)详细了解故障情况。例如，当数控机床发生颤振、振动或超调现象时，要弄清楚是发生在全部轴还是某一轴；如果是某一轴，是全程还是某一位置；是一运动就发生还是仅在快速、进给状态某速度、加速或减速的某个状态下发生。为了进一步了解故障情况，要对数控机床进行初步检查，并着重检查荧光屏上的显示内容，控制柜中的故障指示灯、状态指示灯等。当故障情况允许时，最好开机试验，详细观察故障情况。 (2)根据故障情况进行分析，缩小范围，确定故障源查找的方向和手段。对故障现象进行全面了解后，下一步可根据故障现象分析故障可能存在的位置。有些故障与其他部分联系较少，
5、容易确定查找的方向，而有些故障原因很多，难以用简单的方法确定出故障源的查找方向，这就要仔细查阅数控机床的相关资料，弄清与故障有关的各种因素，确定若干个查找方向，并逐一进行查找。 (3)由表及里进行故障源查找。故障查找一般是从易到难、从外围到内部逐步进行。所谓难易，包括技术上的复杂程度和拆卸装配方面的难易程度。技术上的复杂程度是指判断其是否有故障存在的难易程度。在故障诊断的过程中，首先应该检查可直接接近或经过简单的拆卸即可进行检查的那些部位，然后检查需要进行大量的拆卸工作之后才能接近和进行检查的那些部位。2.3 数控机床的常用检修方法数控机床是涉及多个应用学科的十分复杂的系统，加之数控系统和机床
6、本身的种类繁多，功能各异，不可能找出一种适合各种数控机床、各类故障的通用诊断方法。这里仅对一些常用的一般性方法作以介绍，这些方法互相联系，在实际的故障诊断中，对这些方法要综合运用。（1）根据报警号进行故障诊断计算机数控系统大都具有很强的自诊断功能。当机床发生故障时，可对整个机床包括数控系统自身进行全面的检查和诊断，并将诊断到的故障或错误以报警号或错误代码的形式显示在 CRT 上。报警号(错误代码)一般包括下列几方面的故障(或错误)信息：程序编制错误或操作错误；存储器工作不正常；伺服系统故障；可编程控制器故障；5连接故障；温度、压力、液位等不正常；行程开关(或接近开关)状态不正确。利用报警号进行
7、故障诊断是数控机床故障诊断的主要方法之一。如果机床发生了故障，且有报警号显示于 CRT 上，首先就要根据报警号的内容进行相应的分析与诊断。当然，报警号多数情况下并不能直接指出故障源之所在，而是指出了一种现象，维修人员就可以根据所指出的现象进行分析，缩小检查的范围，有目的地进行某个方面的检查。（2）根据控制系统 LED 灯或数码管的指示进行故障诊断控制系统的 LED(发光二极管)或数码管指示是另一种自诊断指示方法。如果和故障报警号同时报警，综合二者的报警内容，可更加明确地指示出故障的位置。在 CRT 上的报警号未出现或 CRT 不亮时，LED 或数码管指示就是唯一的报警内容了。例如，FANUC1
8、0，11 系统的主电路板上有一个七段 LED 数码管，在电源接通后，系统首先进行自检，这时数码管的显示不断改变，最后显示“1”而停止，说明系统正常。如果停止于其他数字或符号上，则说明系统有故障，且每一个符号表示相应的故障内容，维修人员就可根据显示的内容进行相应的检查和处理。（3）根据机床参数进行故障诊断机床参数也称为机床常数，是通用的数控系统与具体的机床相匹配时所确定的一组数据，它实际上是 NC 程序中未定的数据或可选择的方式。机床参数通常存于 RAM 中，由厂家根据所配机床的具体情况进行设定，部分参数还要通过调试来确定。机床参数大都随机床以参数表或参数纸带的形式提供给用户。由于某种原因，如误
9、操作、参数纸带不良等，存于 RAM 中的机床参数可能发生改变甚至丢失而引起机床故障。在维修过程中，有时也要利用某些机床参数对机床进行调整，还有的参数须要根据机床的运行情况及状态进行必要的修正。因此，维修人员对机床参数应尽可能地熟悉，理解其含义，只有在理解的基础上才能很好地利用它，才能正确地进行修正而不致产生错误。（4）用诊断程序进行故障诊断诊断程序一般分为三套，即启动诊断、在线诊断或称后台诊断和离线诊断。启动诊断指从每次通电开始至进入正常的运行准备状态止，CNC 内部诊断程序自动执行的诊断，一般情况下数秒之内即告完成，其目的是确认系统的主要硬件可否正常工作。主要检查的硬件包括：CPU、存储器、
10、I/O 单元等印刷板或模块；CRT/MDI 单元、阅读机、软盘单元等装置或外设。若被检测内容正常，则 CRT 显示表明系统已进入正常运行的基本画面(一般是位6置显示画面)。否则，将显示报警信息。在线诊断是指在系统通过启动诊断进入运行状态后由内部诊断程序对 CNC 及与之相连接的外设、各伺服单元和伺服电机等进行的自动检测和诊断。只要系统不断电，在线诊断也就不会停止，在线诊断的诊断范围大，显示信息的内容也很多。一台带有刀库和台板转换的加工中心报警内容有五六百条。离线诊断是利用专用的检测诊断程序进行的旨在最终查明故障原因，精确确定故障部位的高层次诊断，离线诊断的程序存储及使用方法一般不相同（5）其他
11、诊断方法a、备板置换法（替代法）用同功能的备用板替换被怀疑有故障的模板。 （故障被排除或范围缩小）注意：断电状态下/选择开关/跨线一致，只改变模板。b、将功能相同的模板或单元相互交换，观察故障的转移情况，就能快速判断故障的部位。c、敲击法数控系统是由各种电路板组成，电路板上、接插件等处有虚焊或接口槽接触不良都会引起故障。可用绝缘物轻轻敲打疑点处，若出现，则敲击处很可能就是故障部位。d、升温法设备运行较长时间或环境温度较高时，机床就会出现故障，可用电吹风、红外灯照射可疑的元件或组件。确定故障点。e、功能程序测试法当数控机床加工造成废品而无法确定是编程、操作不当还是数控系统故障时，或是闲置时间较长
12、的数控机床重新投入使用时。将 G、M、S、T、F 功能的全部指令编写一个试验程序并运行在这台机床，可快速判断哪个功能不良或丧失。f、隔离法隔离法是将某些控制回路断开，从而达到缩小查找故障区域的目的。例：某加工中心，在JOG 方式下，进给平稳，但自动则不正常。首先要确定是 NC 故障还是伺服系统故障，先断开伺服速度给定信号，用电池电压作信号，故障依旧。说明 NC 系统没有问题。进一步检查是 Y 轴夹紧装置出故障。g、测量比较法为了检测方便，在模板或单元上设有检测端子，用万用表、示波器等仪器对这些端子的电平或波形进行测试，将测试值与正常值进行比较，可以分析和判断故障的原因和及故障的7部位。各种故障
13、诊断方法各有特点，要根据故障现象的特点灵活的组合应用。3 数控机床常见故障诊断与维修3.1 数控机床机械结构故障诊断与维修（1）进给运动系统（滚珠丝杠螺母副）的故障诊断a、丝杠螺母润滑不良1) 分油器是否分油2) 油管是否堵塞b、滚珠丝杠副噪声1) 滚珠丝杠轴承压盖压合不良2) 滚珠丝杠润滑不良3) 滚珠破损4) 电动机与滚珠丝杠联轴器松动（2）刀架、刀库及换刀装置故障诊断a、 转塔刀架没有抬起动作1) 控制系统是否有 T 指令输出信号2) 抬起电磁铁断线或抬起阀杆卡死3) 压力不够4) 抬起液压缸研损或密封损坏5) 与转塔抬起联接的机械部分研损b、 转塔不正位1) 转位盘上的撞块与选位开关松
14、动，使转塔到位时传输信号超期或滞后2) 上下联接盘与中心轴花键间隙过大产生位移偏差大，落下时易碰牙顶，引起不到位3) 转位凸轮与转位盘间隙过大4) 凸轮在轴上窜动5) 转位凸轮轴的轴向预紧力过大或有机械干涉c、 转塔转位不停1) 两计数开关不同时计数或复置开关损坏2) 转塔上的 24V 电源断线d、 刀具不能夹紧1) 风泵气压不足82) 增压漏气3) 刀具卡紧液压缸漏油4) 刀具松卡弹簧上的螺丝母松动e、 刀具夹紧后不能松开松锁刀的弹簧压力过紧f、 刀套不能夹紧刀具检查刀套上的调节螺母g、 机械手换刀速度过快气压太高或节流阀开口过大h、 换刀时找不到刀刀位编码用组合行程开关、接近开关等元件损坏
15、、接触不好或灵敏度降低（3）液压与气动系统故障诊断a、液压泵有异常噪声或压力下降1) 油量不足，滤油器露出油面2) 吸油管吸入空气3) 回油管高出油面，空气进入油池4) 进油口滤油器容量不足5) 滤油器局部堵塞6) 液压泵转速过高或液压泵装反7) 液压泵与电动机联接同轴度差8) 定子和叶片磨损，轴承和轴损坏9) 泵与其他机械共振c、液压泵发热、油温过高1) 液压泵工作压力超载2) 吸油管和系统回油管距离太近3) 油箱油量不足4) 摩擦引起机械损失，泄漏引起容积损失5) 压力过高d、系统及工作压力低，运动部件爬行泄漏9e、尾座顶不紧或不运动1) 压力不足2) 液压缸活塞拉毛或研损3) 密封圈损坏
16、4) 液压阀断线或卡死5) 套筒研损f、导轨润滑不良1) 分油器堵塞2) 油管破裂或渗漏3) 没有气体动力源4) 油路堵塞g、滚珠丝杠润滑不良1) 分油管是否分油2) 油管是否堵塞3.2 常见伺服系统故障及诊断a、伺服超差:机床的实际进给值与指令值之差超过限定的允许值.1) 检查 CNC 控制系统与驱动放大模块之间,CNC 控制系统与位置2) 检测器之间,驱动放大器与伺服电机之间的边线是否正确、可靠3) 检查位置检测器的信号及相关的 D/A 转换电路是否有问题4) 检查驱动放大器电压是否有问题5) 检查电动机轴与传动机械间是否配合良好，是否有松动或间隙存在6) 检查位置环增益是否符合要求，若不符合要求对有关的电位器应予以调整b、机床停止时，有关进给轴振动1) 检查高频脉动信号并观察其波形及振幅，若不符合应调节有关电位器2) 检查伺服放大器速度环的补偿功能，若不符合应调节补偿用电位器3) 检查位置检测用编码盘的轴、联轴节、齿轮系是否啮合良好c、机床运行时声音不好，有摆动现象1) 检查测速
