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1、第10章 数控机床的维护和常见故障处理,10.1 数控机床的使用与维护保养 10.2 数控机床的常见故障及处理 10.3 数控机床常见机械故障 10.4 数控机床常见电气故障 习题与思考题,10.1 数控机床的使用与维护保养,10.1.1 数控机床的使用要求使用数控机床时必须注意满足以下要求：(1) 对使用人员的要求。数控机床的使用人员必须具备初步的机、电、液基础知识和一定的机械加工实践能力。一名合格的使用人员应具有熟练的操作技巧及快速理解程序的能力，还应该具备对常见故障的判断与处理技能。,(2) 机床位置环境要求。机床的位置应远离振源，避免阳光直射、热辐射、潮湿及气流的影响。数控机床的环境温
2、度应低于30，相对湿度不超过80%。(3) 电源的要求。数控机床对电源的电压有较高要求，电源的电压波动必须在允许范围内，并保持相对稳定(一般允许在电压额定值的85%110%范围内波动)。(4) 按机床说明书使用机床。使用机床时，不允许随意改变制造厂设定的控制系统的参数，不允许随意提高液压系统的压力及更换机床附件等。,10.1.2 数控机床安全操作规程在使用数控机床的过程中要严格遵守操作规程。数控机床的操作规程一般如下：(1) 操作者必须熟悉机床的性能、结构、传动原理以及控制，严禁超性能使用。 (2) 使用机床前，应穿好工作服，戴好工作帽。 (3) 工作前，应按规定对机床进行检查，查明电气控制是
3、否正常，各开关、手柄位置是否在规定位置上，润滑油路是否畅通，油质是否良好，并按规定加润滑剂。,(4) 开机时应先注意液压和气压系统的调整，检查总系统的工作压力必须在额定范围内，溢流阀、顺序阀、减压阀等调整压力正确。定期清理气压系统内的杂质和水液，保持清洁和干燥。(5) 开机时应低速运行35 min，查看各部分运转是否正常。(6) 加工工件前，必须进行加工模拟或试运行，严格检查调整加工原点、刀具参数、加工参数及运动轨迹，并且要将工件清理干净，特别注意工件是否固定牢固，调节工具是否已经移开。,(7) 工作中发生不正常现象或故障时，应立即停机排除，或通知维修人员检修。 (8) 工作完毕后，应及时清扫
4、机床，并将机床恢复到原始状态，各开关、手柄放于非工作位置上，切断电源，认真执行好交接班制度。 (9) 必须严格按照操作步骤操作机床，未经操作者同意，不允许其他人员私自开动机床。 (10) 按动按键时用力适度，不得用力拍打键盘、按键和显示屏。(11) 禁止敲打中心架、顶尖、刀架、导轨、主轴等部件。,10.1.3 数控机床的维护保养,1CNC系统的日常维护CNC系统的日常维护除按说明书的规定进行外，还应注意以下几个方面：(1) 确保数控柜、电器柜的散热通风系统正常；(2) 定期检查和更换伺服电动机的电刷；(3) 定期更换系统后备电池；(4) 尽量少开电柜门；(5) 长期闲置的CNC系统应定时给系统
5、通电，在机床锁住不动的情况下进行空运行。,表10-1 数控机床CNC系统定期维护表,2. 数控机床机械系统的日常维护数控机床机械系统的日常维护与普通机床相似，只是保养的部位增多，保养要求较高。表10-2列出了数控机床机械系统定期维护的具体内容。,表10-2 数控机床机械系统定期维护表,表10-2 数控机床机械系统定期维护表,10.2 数控机床的常见故障及处理,10.2.1 故障与可靠性1故障故障是指设备或系统因自身的原因而丧失规定功能的现象。故障的形式是多种多样的， 但是故障具有相同的规律即故障规律曲线，如图10-1所示。,图10-1 故障规律曲线,由图10-1可知，该曲线分为、三个区域。I区
6、为初期运行区，此时系统的故障率呈负指数曲线函数，故障率较高，故障原因大多数是设计、制造和装配缺陷或初期使用操作不当造成的，我们通常叫它磨合期；区为系统的正常运行区，此时故障率趋近一条水平线，故障率低，故障原因一般是由操作和维护不良而造成的突发故障；区为系统的衰老区，此时故障率最大，主要原因是年久失修及磨损过度造成的。若加强维护，可以延长系统的正常运行区。,2可靠性可靠性是指在规定的条件下，数控机床维持无故障工作的能力。衡量可靠性的指标有如下三个：总工作时间(1) 平均无故障时间(MTBF)：是指一台数控机床在使用中两次故障间隔的平均时间。它一般用总工作时间除以总故障次数来计算，即,(2) 平均
7、修复时间(MTFR)：是指数控机床从出现故障直至正常使用所用修复时间的平均值。显然，要求这段时间越短越好。(3) 有效度(A)：是指一台可维修的数控机床，在某一段时间内，维持其性能的概率。它通常用平均无故障时间除以平均无故障时间与平均修复时间的和来计算，即,由此可见，有效度A是一个小于1的数，但越接近1越好。,10.2.2 故障的分类1系统性故障和随机性故障以故障出现的必然性和偶然性，将故障分为系统性故障和随机性故障。系统性故障是指机床或数控系统部分在一定的条件下必然出现的故障；随机性故障是指偶然出现的故障。一般随机性故障往往是由于机械结构的局部松动、错位，控制系统中的元器件出现工作特性飘移，
8、机床电气元件可靠性下降等原因造成的。这类故障在同样的条件下只偶然出现一两次，需要反复试验和综合判断才能排除。,2有诊断显示故障和无诊断显示故障以故障出现时有无自诊断显示，将故障分为有诊断显示故障和无诊断显示故障。目前数控机床配置的数控系统都有自诊断功能，日本FANUC公司和德国SIEMENS公司的数控系统都具有几百条报警信号。有诊断显示的故障一般都与控制部分有关，可根据报警内容，较容易找到故障原因。有时一些故障虽有诊断显示，但却是由其他原因引起的。例如由刀库运动误差造成的换刀位置不到位，机械手取刀时中途卡死，故障报警显示却是机械手换刀位置开关未压合，这时应对刀库的定位误差进行调整，而不是调整机
9、械手的位置开关。这类报警显示提供了分析造成故障原因的线索。无诊断显示的故障发生后，往往机床停在某一位置不能动，甚至手柄操作也失灵，维修人员只能根据出现故障前后的现象来分析判断，排除故障的难度较大。,3破坏性故障和非破坏性故障以故障有无破坏性将故障分为破坏性故障和非破坏性故障。对于破坏性故障如伺服系统失控造成撞车、短路等，维修难度大且有一定的危险，修后不允许重演这类现象；非破坏性故障可经多次反复试验直至排除，不会对机床造成损害。,4机床运动特性故障这类故障发生后，机床照常运行，也没有任何报警显示，但加工出的工件不合格。针对这些故障，必须在检测仪器配合下，对机械、控制系统、伺服系统等采取综合措施。
10、5硬件故障和软件故障以发生故障的部位分为硬件故障和软件故障。硬件故障只要通过更换某些元器件即可排除；而软件故障是因程序编制错误造成的，通过修改程序内容或修订机床参数即可排除。,10.2.3 故障诊断及处理的基本原则1调查故障现场机床故障发生后，维修人员应首先向操作者了解机床在什么情况下出现故障，故障现象如何，操作者采取了什么措施。仔细观察数控装置的工作寄存器和缓冲工作寄存器中尚存的工作内容，了解已执行的程序内容及自诊断显示的报警内容，然后按数控系统的复位键，观察系统经清除复位后故障报警是否消失，如果消失多属于软件故障，否则是硬件故障。对于非破坏性故障，有条件时可重演故障，并仔细观察现象，以验证
11、分析是否正确。,2分析可能造成故障的因素数控机床出现的同一故障现象，其原因可能是多种多样的，但通常都由机械、电气及控制系统等造成。要准确地判断故障出现的环节和造成故障的原因，必须罗列有关的因素。例如，行程开关工作不正常时，影响因素可能有以下几个方面： 机械运动不到位，开关未压下； 机械设计结构不合理，开关松动或挡块太短等； 开关自身质量有问题； 开关选型不当； 防护措施不好，开关内进入了杂物，使动作失常。,3确定产生故障的原因由于造成故障的因素很多，因此维修人员必须利用该机床的技术档案，根据自己的现场经验和判断能力以及机、电、液等综合技术知识，再采用必要的测试手段和仪器，确定可能的因素，然后通
12、过必要的试验逐一寻找、确定故障源。4排除故障当确定产生故障的原因之后就可以修理、调整有关的元件，使故障得以排除。,10.2.4 故障诊断的基本方法1直观法直观法是一种最基本、最简单的故障诊断方法，但要求维修人员有丰富的经验和综合判断能力。维修者利用问、看、听、触、嗅的感官功能，注意发生故障时的各种光、声、味等异常现象，观察可能发生故障的每块印刷线路板的表面状况，以进一步缩小检查范围。,例10-1 数控机床加工过程中，突然出现停机。打开数控柜检查发现Y轴电机主电路保险管烧坏，经仔细观察，检查与Y轴有关的部件，最后发现Y轴电机动力线外皮被硬物划伤，损伤处碰到机床外壳上，造成短路烧断保险。更换Y轴电
13、机动力线后，故障被排除，机床恢复正常。,2系统自诊断法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；进一步利用系统的自诊断功能，还能显示系统与各部件之间的接口信号状态，找出故障的大致部位。这种故障诊断方法即系统自诊断法，它是故障诊断过程中最常用、最有效的方法之一。,例10-2 AX15Z数控车床，配置FANUC1 OTE-F系统，故障显示： FS10TE 1399B ROM TEST：END RAM TEST：CRT的显示表明ROM测试通过，RAM测试未能通过。RAM测试未能通过，不一定是RAM故障，可能是RAM中参数丢失或
14、电池接触不良引起的参数丢失。经检查故障原因是更换电池后电池接触不良，所以一开机就出现了上述故障现象。,3参数检查法发生故障时，应及时核对系统参数，因为这些参数直接影响着机床的性能。由于受外界的干扰或不慎引起存储器内参数发生变化，从而产生故障。例如电池电量不足，数据丢失，机床无法工作，这时必须重新核对参数。又如三轴同时显示超程，这种现象通常不可能出现，多数是参数错误。另外，机床在长期使用后，由于机械运动部件磨损，电气元器件性能变化等原因，必须修改某些参数以保证数控机床运行在合理有效的范围内。,例10-3 G18CP4数控磨床， 数控系统是FANUC 11M系统，故障现象是机床不能工作，CRT显示
15、器无任何报警信息。检查机床各部分，发现CNC装置及CNC与各接口的连接单元都是好的，最后分析是由于外部干扰引起磁泡存储器内存储数据混乱而造成的。因此，对磁泡存储器存储内容进行了全部清除，重新按手册送入数控系统各种参数后，数控机床即恢复正常。,4功能测试法所谓功能测试法，是指通过功能测试程序，检查机床的实际动作，判别故障的一种方法。功能测试可以用手工编程方法，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)编制成一个功能测试程序，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。对于长期不用的数控机床或是机床第一次开机，不论动作是否正常，
16、都应使用本方法进行一次检查，以判断机床的工作状况。,例10-4 采用FANUC 6系统的一台数控铣床，在对工件进行曲线加工时出现爬行现象，用自编的功能测试程序，机床能顺利运行完成各种预定动作，说明机床数控系统工作正常。于是对所用曲线加工程序进行检查，发现在编程时采用了G61指令，即每加工一段就要进行1次到位停止检查，从而使机床出现爬行现象。将G61指令改用G64(连续切削方式)指令代替之后，爬行现象就消除了。,5部件置换法所谓部件置换法，是指在现场确定了故障的大致起因后，并确认外部条件完全正确的情况下，使用同样的印刷电路板、模块、集成电路芯片或元器件替换认为有故障的部分的方法。部件置换法是一种简单、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。必须注意：置换后，必须使被置换板参数与机床上原使用板的参数一致。,例10-5 TH6350加工中心旋转工作台抬起后旋转不止，且无减速，无任何报警信号出现。分析这种故障，可能是由于旋转工件台的简易位控器故障造成的。考虑到该加工中心的刀库的简易位控器与转台的基本一样，为进一步证实故障部位，于是采用交换法进行检查，交换刀库与转台的位控器，并按转台位控器的设定对刀库位控器进行了重新设定，交换后，刀库则出现旋转不止，而转台运行正常，证实了故障确实出在转台的位控器上。,
