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1、数控机床 故障诊断与维修机电工程学院 数控技术系第一章 绪论 1-1 数控机床的组成一、从机床的角度看 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
2、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。二、从计算机角度看 1、硬件2、软件三、数控机床故障分析涉及的技术1、精密机械技术2、计算机技术3、自动控制伺服技术4、检测与传感技术5、网络与通信技术1-2 数控机床故障诊断概述一、故障的基本概念1、故障数控机床全部或部分丧失原有的 功能。2、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。即：确诊故障的原因和部位
3、，有人工诊断 、自诊断两种方式。3、故障诊断的主要对象机械故障机床本体故障电气故障主要是使用不当引起的故障。使用不当57%、电气37.5%、NC系统 5.5%二、故障的分类1、从故障发生的部件分类机械故障机床本体故障，又称主机故障 。电气故障包括强电故障和弱电故障。2、从故障的起因分类关联性故障和系统的设计、结构或性能 等 缺陷有关而造成（分固有性和随机性）。非关联性故障和系统本身结构与制造无 关 的故障。3、从故障发生的状态分类突然故障发生前无故障征兆，使用不当 。渐变故障发生前有故障征兆，逐渐严重 。4、按故障发生的性质分类软件故障程序编制错误、参数设置不正 确、 机床操作失误等引起。硬件
4、故障电子元器件、润滑系统、限位 机 构、换刀系统、机床本体等硬件损坏造成。干扰故障由于系统工艺、线路设计、电 源 地线配置不当等以及工作环境的恶劣变化而产 生。5、按故障的严重程度分类危险性故障数控系统发生故障时，机床 安 全保护系统在需要动作时，因故障失去保护动 作， 造成人身或设备事故，又称破坏性故障。安全性故障机床安全保护系统在不需要 动 作时发生动作，引起机床不能起动。6、按故障发生时有无报警分类1）有报警显示的故障硬件报警各功能模块上的报警灯软件报警指CRT显示器上显示报警信息 的 故障，一般有几十种到上千种，主要来自PLC和 CNC。2）无报警显示的故障故障发生时无任何硬件或软件的
5、报警信息 ，分析诊断难度较大。 三、数控系统的可靠性1、指标数控机床可靠性是指在规定条件下，机床维持无故障稳定工作的能力。衡量的指标有：（1）MTBF平均无故障时间（2）MTTR排除故障的修理时间（3）平均有效度A：A=MTBF/（MTBF+MTTR）（4）AFR平均故障率，FANUC公司常 用 指标。70年代：0.1次/月； 90年代：0.01次/月。2、故障频率曲线 表征着数控设备的使用寿命设备使用寿命-故障频率曲线T1914月，T2710年，T32年3、CNC机床的利用率要求有60%70%的开动率。受可靠性、人员素质和维修管理的影响。 四、数控机床维修的特点1、数控机床是高投入、高精度、
6、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 。4、维修的目的为提高可靠性和开动率。五、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。过程如 下：计算机发诊断程序 用户测试数据 数据送回诊断计算机 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
7、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。第二章 数控机床维护及故障诊断2-1 数控机床的验收与精度检测一、数控机床的验收 1、机床性能l1）主轴性能手动操作高、中、低三挡转速连 续进行五次正、反转的起动、停止， 检 验其动作的灵活性和可靠性。观察功 率、 转速、主轴的准停及机
8、床的振动情况 。2）进给性能通过回原点、手动操作和手动数据输入方式操作，检验正、反向的低、中、高 速的进给运动的起动、停止、点动等动作 的平稳性和可靠性。并检查回原点的准确 性和可靠性，软、硬限位是否确实可靠。3）自动换刀性能通过手动和M06指令自动运行，检验 换 刀的可靠性、灵活性和平稳性并测定换刀 时 间是否符合要求。l4) 机床噪声主轴箱、冷却风扇、液压油泵等噪声小 于85分贝。2、数控功能 指令功能指令的功能实现及准确性l操作功能检验回原点、执行程序、进给 倍率、急停等功能的准确性lCRT显示功能检验位置、程序、各种菜 单 显示功能3、连续空载运行进行816小时的空载自动连续运行4、验
9、收检查项目l数控系统外观检查（各部分破损、碰伤 ）l控制柜元器件的紧固检查（接插件、接 线端子、元器件的固定）l输入电源电压、相序的确认l检查直流输出电压（24V 、5V）l确认数控系统与机床侧的接口l确认数控系统各参数的设定（最佳性能 ）二、精度检验1.几何精度检验（静态精度检验） （1） 是保证加工精度的基本条件。是指综合反映机床关键零部件经组装后的综 合几何形状误差。 （2）主要有两类 第一类：有各运动坐标轴的垂直度、直线度、 平行度。第二类：主轴回转精度和直线运动精度要求 。 如车床的精度指标常用有：导轨的直线度、主轴和Z 轴的平行度和垂直度。 （3）检测要求和常用工具（P23）2.定
10、位精度检验是测量机床各坐标轴在数控系统控制下所 能达到的位置精度。直线运动：定位精度、重复定位精度、原点 复归精度、失动量（背隙）回转运动：工作台的回转定位精度、重复 分 度精度、回转失动量、回转原点复归精度等。 3.切削精度检验（对数控车床）指在切削条件下机床的几何精度、定位精度 的综合体现。常用检验方法：（1）单项加工精度检验。如车床：外圆车削（圆度）端面车削（平面度）螺 纹车削（螺距积累误差）等。（2）标准综合试件精度检验 2-2 数控机床的维护 一、点检1、按有关维护文件的规定，对数控机床进行 定 点、定时的检查和维护，称为点检。2、点检要求和内容 （1）点检六定: 定点、定标、定期、
11、定项、定人、定 法。 （2）点检种类专职点检重点设备、部位（设备部门）日常点检一般设备的检查及维护（车间）生产点检开机前检查、润滑、日常清洁、 紧固等工作（操作者）二、数控系统的日常维护l1、机床电气柜的散热通风、少开柜门l2、输入输出装置的定期维护（纸带阅读机）l3、支持电池的定期更换（供电状态，1次/年）l4、检测反馈元件的维护5、备用电路板的定期通电 6、数控系统长期不用时的保养 7、严格遵守操作规程和日常维护制度 8、做好修前准备（技术、工具、备件）三、机械部件、机床精度的维护l1、机械部件的维护主传动链、滚珠丝杠、刀库及换刀装置、液气压系统等。 2、机床精度的维护检查精度是机床性能的
12、基础，严禁超性能使用。遇到如下情况则需精度检验： 1）机床安装到位后的精度验收（静、定、动 ）。2）操作失误或故障引起的撞车后。3）机床移动、状态发生变化后。四、诊断常用的仪器仪表及工具1、仪器仪表 万用表可测电阻、交、直流电压、电流指针式：有测量过程数字式：直接读数 相序表可检查输入交流电源的相序 双踪示波器检查信号波形 钳形电流表不断线检测电流 机外编程器阅读、监控PLC的状态和T形 图脉冲发生笔与逻辑测试笔 机械故障诊断仪振动检测频谱分析仪2. 工具“+”、“一”螺丝刀、钳子、镊子、烙铁 等 五、诊断用技术资料 数控机床生产厂家必须向用户提供安装、使用与维修有关的技术资料，主要有 ：l数
13、控机床电气使用说明书l数控机床电气原理图l数控机床电气连接图l数控机床结构简图l数控机床参数表l数控机床PLC控制程序l数控系统操作手册l数控系统编程手册l数控系统安装与维修手册l伺服驱动系统使用说明书2-3 故障常规处理一、故障处理的基本步骤 第一步：调查、掌握故障信息，寻找故障特征 。 第二步：分析原因，确定检查方法和步骤。据 理 析象，判断类型，罗列成因（ 缘、象），确定思 路。 第三步：故障的检测和排除。测试定位，排除 恢 复。 二、故障处理对策除非出现影响设备或人身安全的紧急情况， 一 般不要立即切断机床的电源。应保持故障现场。原则：先外后内，先机后电，先静后动，先简后繁 ，先软后硬
14、，先公后专，先入后出，先一般后特殊。一般，根据报警在按复位钮后是否消失，再从以下几方面进行调查：1.检查机床的运行状态l机床故障时的运行方式lCRT显示的内容（报警信号和报警号）l驱动装置、变频器等显示的报警指示l故障时轴的定位误差l刀具轨迹是否正常l辅助机能的运行状态2.检查加工程序及操作情况l是否为新编制的加工程序l刀具补偿指令及补偿量是否正确l故障是否与换刀有关l故障是否与进给速度有关l操作者的情况（新手） 3.检查系统的输入电压l输入电压的波动，电压值是否在正常范 围l附近有否使用大电流的装置4.检查环境状态lCNC周围的温度状况l控制柜热交换器、轴流风扇工作情况l系统周围的振动情况l
15、附近有否高频干扰源 5.检查机床状况l熔丝是否已熔断l故障前是否修理过机床或设置过参数l机床是否已调整好l在运行过程中是否改变过工作方式l机床是否正处于急停、锁住状态l速度倍率开关是否设为零l进给保持按钮是否被按下l间隙补偿量是否合适l机床各信号电缆有否破损l信号线和电源线是否分开走线l屏蔽线接地是否正确2-4 数控系统故障诊断方法一、诊断步骤和要求 故障检测（确定有否故障） 1.故障诊断 故障判断（确定故障性质）故障定位（确定故障部位） 2.故障诊断要求：l故障检测方法简便有效l使用的诊断仪器少而实用l故障诊断的所需的时间尽可能短二、常用故障诊断方法1.直观法（问看听闻触）l问机床的故障现象
16、、加工状况等l看CRT报警信息、报警指示灯、熔丝断否 、 元器件烟熏烧焦、电容器膨胀变形 、开 裂、保护器脱扣、触点火花等。l听异常声响（铁芯、欠压、振动等）l闻电气元件焦糊味及其它异味l触发热、振动、接触不良等2.CNC系统的自诊断功能l开机自诊断 系统内部自诊断程序通电开始执行对CPU、存储器 、总线和I/O等模块及功能板、CRT、软盘等外围设 备进行功能测试，不通过时发出报警。 运行自诊断 在CNC正常工作时，系统的诊断程序对系统本身和 各功能模块进行测试，发生故障时在CRT上报警信 息。 脱机自诊断 指采用专用的诊断程序对系统进行脱机测试（停机 诊断），主要对CPU、存储器、PLC、控制接口、 I/O等进行测试。 查阅维修手册可确定故障原因及排除方法例如 开机诊断FANUC 10TE系统的数控机床，开机 后CRT显示： FS107E
