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1、数控机床故障诊断及维护 主讲：刘大龙机床结构v进给系统：X轴、Y轴、Z轴v主传动系统v辅助系统：冷却液、润滑、自动换刀装置数控系统的组成数控系统框图数控系统主轴伺服驱动进给系统PLC辅助装置本书主要内容v项目1 数控机床强电回路故障诊断与维修v项目2 FANUC 0i数控系统的连接与调试v项目3 FANUC 0i数控系统中PMC控制的应用v项目4 SINUMERIK 802Se/Ce数控系统的连接与调 试v项目5 SINUMERIK 802Se/Ce数控系统中PLC控制 的应用v项目6 数控机床机械部件的结构与维修v项目7 数控机床典型故障诊断与维修v项目8 零件加工误差分析与排除1. 数控机
2、床故障诊断及维护的意义和要求数控机床是现代制造业的基础设备。目前，我国从国 外引进了大量的数控系统及数控机床，同时，我国在数控 系统的研究和开发上也做了也多年的研究，开发出了具有 自主知识产权的数控系统，并与多家机床生产厂进行了配 套，形成了一定的数控机床产销规模。随着工业化进程的 加快，数控机床在制造领域的作用越来越重要。但是，数 控机床是很复杂的设备，即使只是一般的操作使用人员也 必须具备一定的专业知识,而对于那些数控机床维护维修人 员，则有相当高的专业技术水平的要求。数控机床故障诊断及维护的基本概念1.1 数控机床故障诊断及维护的目的 1.2数控机床故障诊断及维护的 主要内容v数控机床故
3、障分类vCNC装置故障v伺服系统故障v主轴系统故障v刀具系统故障v其它部位故障电源及电气控制部分维修、维护的内容(1)驱动电路 (2)位置反馈电路 (3)电源及保护电路 (4)开/关信号连接电路 特别注意：按钮、行程开关、接近开关、继电器 、 电磁阀等机床电器开关 电气系统的故障诊断及维护是维护和故障诊断的 重点1.3数控机床的工作环境要求 数控机床的工作环境是指数控机床工作时的温度、湿度、电网电压、接地等诸多方面。如果忽视工作环境变化对数控机床的影响，轻则可能使机床不能正常使用，严重的可能损坏相关机床部件。1.温度v精密数控机床一般都有恒温环境要求,只有在恒 温条件下, 才能确保机床精度和加
4、工精度。一 般普通型数控机床对室温没有具体要求，但大 量实践表明，当室温过高时数控系统的故障率 大大增加。数控系统中一般半导体工作温度要 求在4045以下，室温达到35时电气柜内 部温度经常可能达40以上，所以系统不能正 常工作。此外避免阳光对数控机床直接照射， 室内应配有良好的灯光照明设备。2.湿度v数控机床要求工作环境的相对湿度应该小于75%，在高温高湿中的数控机床，大多采用密封电气柜，且配备空调进行冷却。由于湿度大，在数控机床关电后，空气中的水分子在数控系统或驱动装置的线路板上产生结露。当再次上电时，线路板上的结露产生短路，造成硬件模块的损坏。因此对于高温高湿现场运行的数控机床，应该采取
5、相应的措施，如配备去湿或烘干装置，消除结露后再上电运行，或者数控机床不关电。从节能角度出发，只要去掉伺服驱动系统的使能，一台数控机床的耗能并不高。以一台三 个进给轴和一个7.5kW伺服主轴的数控机床为例，在数控机床工作时，功耗大约为15kW。但当去掉伺服使能后，数控系统与驱动系统的功耗大约只有100W3.电网电压v电源是维持系统正常工作的能源支持部分，它失效或故障的直接结果是造成系统的停机或毁坏整个系统。日本的数控系统一 般以允许在电压额定值的10%范围内波动，而欧美的一些数控系统要求在5%以内。我国电源波动较大，质量差，还隐藏有如高频脉冲这一类的干扰，加上人为的因素（如突然拉闸断电等）。电高
6、峰期间，例如白天上班或下班前的一个小时左右 以及晚上，往往超差较多，甚至达到20，使机床报警而无法进行正常工作，并对机床电源系统造成损坏，甚至导致机床 参数数据的丢失等。建议在CNC机床较集中的车间配置具有自动补偿调节功能的交流稳压供电系统；单台CNC机床可单独配置交流稳压器来解决。4.导电粉尘v如果机床长期加工铸铁、铝质工件、石墨工 件，数控机床的电气柜采用内外空气循环冷 却，电气柜密封不严，导电粉尘进入电气柜 并且在模块线路板上沉积，可能导致硬件部 分损坏，特别是高压部件，如驱动器的电源 模块等。如果数控机床主要用于加工上述材 料，在采购机床时应向机床制造厂提出明确 要求采用密闭的电气柜，
7、采用空调内循 环冷却。5.生产现场的油雾v生产现场的油雾可能造成数控机床显示屏幕 损坏。由于油雾具有很强的附着力和扩散性 ，如果油雾随空气进入数控机床操作站，可 能影响液晶显示器。油雾可能附着在显示器 的导电橡胶上，逐渐扩散，使显示器上开始 出现黑色线条，且逐步扩大，最终导致显示 器无法显示信息。6.地线用中线替代v数控机床的许多带微处理器的部件都采用共地结构，如数控系统、输入输出模块、伺服驱动器的控制模块等，这些模块的特点是系统的保护接地就是微处理器的基准工作电压。假如在用户现场没有保护接地，用户将主电源的中线作为地线连接到数控系统的保护接地端子上，当生产现场的三相动力电源出现不平衡时，中性
8、线上可能出现不平衡电流，将对数控系统的硬件产生影响，轻则造成数控系统数据丢失，重则造成数控系统硬件模块损坏。为了使数控机床能够充分发挥作用，为数控机床提供专用的地线是十分重要。数控机床的地线要采用一点接地型，即辐射式接地法，以防止窜扰。这种接地要求将数控柜中的信号接地、强电接地、机床接地等连接到公共的接地点上，而且数控柜和强电柜之间应该有足够粗的保护接地电缆，总的接地电阻要小于47，并且总接地点要十分可靠。7.伺服电机没有保护v伺服电机在数控机床上没有保护，直接暴露 在冷却液的喷射范围，或润滑油在伺服电机 轴端、电机的电缆插头处浸泡。冷却液或润 滑油可能进入伺服电机内部，并且在电机内 部积累，
9、进入编码器，使测量系统出现故障 。8.长期超性能使用v驱动系统设定了许多相关的过载极限参数， 但是当这些参数被更改后，可能造成伺服驱 动系统在过流状态下没有保护，导致驱动功 率器件损坏。另外，数控机床可能长期进行 大切削量的加工，使得驱动器电源模块或功 率模块过流损坏。因此，必须了解数控机床 允许的加工范围，才能保证在正确的范围内 加工，避免硬件部件损坏。1.4数控机床的操作规范(简) 一运行前 1. 检查程序与工件或毛坯是否一致。 2. 检查工件坐标系与程序坐标系是否相符。 3. 检查刀具表内刀具是否与程序内刀具信息一致；检查刀具的完好程度。 4. 检查程序是否正确、切削用量的选择是否合理。
10、 5. 确定机床状态及各开关位置（进给倍率开关应为0）。 6. 必须在确认工件夹紧后才能启动机床。 二加工中 1. 关闭防护门，启动机床；各坐标轴手动或自动回零(机械原点)。 2. 对刀，确定工件坐标系原点的位置。 3. 运行程序，观察机床动作及进给方向与程序是否相符。 4. 当工件坐标、刀具位置、剩余量三者相符后，逐渐加大进给倍率开关。 5. 当正常加工时，需要暂停程序前，应先将倍率开关缓慢关至0位。 6. 中断程序后恢复加工时，应缓慢进给至原加工位置，再逐渐恢复到正常切削速率。 三异常处理 1. 当机床因报警而停机时，应先清除报警信息，将主轴安全移出加工位置，确定排除警 报故障后，恢复加工
11、。 2. 当发生紧急情况时，应迅速停止程序，必要时可使用紧急停止按钮。 四. 加工完毕 清理机床；登记本次使用机床情况。 1.5对维修人员的要求 v1.专业知识面广v2.具有专业英语阅读能力v3.勤于学习不断提高v4.善于分析v5.善于总结v6.有较强的动手能力和实践技能v7.具有使用智能化仪器的能力1.6数控机床故障的类型 v数控机床故障的类型 1.按故障发生的原因分类v数控机床自身故障v数控机床外部故障 2.按故障发生的性质分类v软件故障v硬件故障v干扰故障 3.按故障发生的位置分类v数控系统故障v伺服系统故障v电气控制部分故障v主轴系统故障v进给系统故障v刀架、刀库、工作台故障等1.7
12、数控机床故障的特点1.引起故障的原因复杂 2.故障诊断困难 3.测试和检测困难1.8数控机床故障诊断及维护的基本技术v日常维护和保养 1.机械部分的检查保养 2.电气部分的维护保养 3.数控系统中硬件部分的检查维护 4.伺服电机和主轴电机的检查维护 5.液压系统的检查调整 6.气动系统的检查调整 7.检测反馈元件的检查 8.润滑部分的检查调整序号周期检查部位检查要求（内容）1每天切削液、液压油 、润滑油检查切削液、液压油、润滑油的油量是否充足。2每天切屑槽切屑槽内的切屑是否已处理干净。 3每天操作盘检查操作盘上的各指示灯是否正常，各按钮、开关是 否处于正确位置。4每天CRT显示屏CRT显示屏上
13、是否有任何报警显示，若有问题应 及时 予以处理5每天液压装置的压力 表液压装置的压力表是否指示在所要求的范围内。6每天冷却风扇各控制箱的冷却风扇是否正常运转。n数控机床的维护保养例表1-17每天刀具刀具是否正确夹紧在刀夹上；刀夹与回转刀架是否可 靠夹紧；刀具是否有损伤。8每天主轴、滑板等运转中，主轴、滑板处是否有异常噪声；有无与平常 不同的异常现象。9每月主轴的运转情况轴以最高转速一半左右的转速旋转30min，用手触摸 壳体部分，若感觉温和即为正常，以此了解主轴轴承 的工作情况。10每月滚珠丝杠检查X、Z轴的滚珠丝杠，若有污垢，应清理干净， 若表面干燥，应涂润滑脂。11每月超程限位开关检查X、
14、Z轴超程限位开关、各急停开关是否动作正常 ，可用手按压行程开关的滑动轮，若CRT上有超程报 警显示，说明限位开关正常。顺便将各接近开关擦拭 干净。12每月刀架检查刀架的回转头、中心锥齿轮 的润滑状态是否良好，齿面 是否有伤痕；看换刀时其换位动作是否平顺，以刀架夹紧、松 开时无冲击为好。13每月导套内孔检查导 套内孔状况，看是否有裂纹、毛刺，导套前面盖帽内是 否积存切屑。14每月切削液槽检查切削液槽内是否积存切屑。15每月液压装置检查液压装置，如压力表的动作状态、液压管路是否有损坏， 各管接头是否有松动或漏油现象等。16每月润滑油装置检查润润 滑泵的排油量是否合乎要求、润滑油管路是否损坏、 管接
15、头是否松动、漏油等17半年主轴主轴孔的振摆，主轴传动 用V带的张力及磨损情况，编码盘 用 同步带的张力及磨损情况。18半年导套装置主轴以最高转速的一半运转30min，用手触摸壳体部分无异常 发热及噪声为好。此外用手沿轴向拉导套，检查其间隙是否 过大19半年加工装置检查主轴分度用齿轮系的间隙。以规定的分度位置沿回转 方向摇动主轴，以检查其间隙。若间隙过大应进行调整； 检查刀具主轴驱动电动 机侧的齿轮润 滑状态。若表面干燥 应涂敷润滑脂。20半年润滑泵装 置浮子开 关可从润滑泵装置中抽出润滑油；看浮子落至警戒线以下时，是 否有报警指示以判断浮子开关的好坏。21半年直流电动 机若换向器表面脏，应用白
16、布沾酒精予以清洗；若表面粗糙，用 细金相砂纸予以修整；若电刷长度为10mm以下时，予以更换 。22半年其它检查各插头、插座、电缆、各继电器的触点是否接触良好 ； 检查各印刷电路板是否干净； 检查主电源变压器、各电动机的绝缘电 阻应在1M以上； 检查断电后保存机床参数、工作程序用的后备电池的电压 值，看情况予以更换。加工中心日常维护一览表1-2序号周期检查部位检查要求（内容）1每天工作台、机床 表面从工作台、基座等处清除污物和灰尘；擦去机床表面上的润滑油、 切削液和切屑；清除没有罩盖的滑动表面上的一切东西；擦净丝 杠 的暴露部位。2每天开关清理、检查 所有限位开关、接近开关及其周围表面。3每天导轨润 滑油箱检查 油量，及时添加润滑油，润滑油泵是否定时启动打油及停止。4每天主轴润 滑恒温 油箱工作是否正常，油量是否充足，温度范围是否合适。5每天刀具确认各刀具在其应有的位置上更换。6每天机床液压系统油箱液
