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1、第六章数控铣床故障诊断与维修方法 故障诊断技术是指在系统运行中或基本不拆卸的情况下，掌握系统现行状态的信息，查明故障的发生部位及产生原因，或预知系统的异常和故障，采取措施和对策的技术。故障诊断技术是数控维修的主要技术，对维修的效果起决定性的作用。 数控设备的故障是多种多样的，可以从不同角度对其进行分类。 1)按故障发生的位置分为电气控制系统故障和机床本体故障。 2)按故障的性质分为随机性故障和确定性故障。 3)按故障有无显示分为可显示报警信息的故障和无报警显示的故障。,4)按故障产生的原因分为内部原因故障和外部原因故障。 另外还有其他多种分类方法。例如，按故障发生时有无破坏性，可分为破坏性故障
2、和非破坏性故障；按故障发生的具体功能部位，可分为数控装置故障、进给伺服系统故障和主轴驱动系统故障等。 第一节故障分析与诊断方法 一、数控铣床故障诊断与维修的原则 数控铣床发生故障时，为了进行故障诊断，找出产生故障的根本原因，维修人员应遵循以下原则：,1)故障现场调查原则。调查故障现场是取得维修第一手材料的重要手段。调查故障现场时，先要查看故障记录情况，同时应向操作者询问出现故障的全过程以及已采取的措施等。此外，维修人员还应对现场作细致的检查，观察系统的外观、内部各部分是否有异常。在确认数控系统通电无危险的情况下方可通电，通电后观察并记录系统异常，显示报警的内容，以及有关的报警指示灯亮灭情况等。
3、 2)认真分析故障的原因。数控系统虽有各种报警指示灯或报警文本的信息显示，但不一定诊断出发生故障的确切部位。而且同一故障、同一报警可以有多种起因，在分析故障的起因时，一定要开阔思路，尽可能考虑各种因素。,3)先观察后动手。 4)先外部后内部、先机械后电气、先分析后动手、先简单后复杂。 二、数控机床的故障分析与诊断方法 1.感官检查法 感官检查法就是在故障发生时或故障发生后，利用人的感官对各种外部现象进行故障发生部位及故障产生原因的判断。在故障的现场，例如，通过观察故障发生时(或故障发生后)是否有异响、火花亮光发生，是否有焦煳味，是否有异常发热，是否有异常振动等现象来判断故障发生的主要部分。这是
4、一种最基本、最简单、最常用的方法。通过这种方法，维修人员可以发现一些明显的故障，如热继电器脱口、熔丝断裂、电路板,的断裂过热、插头的连接不牢固、开关位置的不合适、电位器的设置与短路棒的设置错误等。感官检查法的主要内容包括： (1)询问 向现场人员仔细询问故障产生的过程、故障表象及故障后果，还有机床开机时的异常，比较故障前后工件的精度变化等。 (2)目视 总体查看机床各部分工作状态是否处于正常状态(如各坐标轴位置、主轴状态、刀库、机械手位置等)，各电控装置(如数控系统、温控装置、润滑装置等)有无报警指示，局部查看有无熔断器烧毁，元器件烧焦、开裂，电线电缆脱落，各操作元件位置正确与否等。主传动齿轮
5、是否跳、摆，传动轴是否弯曲、晃动，转速是否正常等。,(3)触摸 在整机断电条件下可以通过触摸各主要电路板的安装状况、各插头座的插接状况、各功率及信号导线的连接状况等来发现可能出现故障的原因。 (4)听与嗅 听电源变压器、阻抗转换器与电抗器是否有因铁心松动产生振动而发出“吱吱”声，继电器、接触器是否出现异常声响，伺服电动机及液压、气动系统是否有异常声响。是否嗅到烟气、焦煳味等异味。 2.机床动作检查法 机床动作检查法是通过观察、监视机床实际动作，判定动作不良部位并由此来追溯故障根源的方法。一般来说，数控机床采用液压、气动控制的部位，如自动换刀装置、交换工作台装置、夹具与传输装置等均可以通过动作诊
6、断来判定故障原因。,3.状态分析法 现代数控系统不但能将故障诊断信息显示出来，而且能以诊断地址和诊断数据的形式提供诊断的各种状态。例如，系统回参考点错误时，可查看相关参数的状态值，进而判断出故障的原因。 4.编程检查法 编程检查法又称程序功能测试法，它是通过编制专门的测试程序段，确认故障原因的一种方法。这种方法可以将系统的功能(如直线定位、圆弧插补、螺纹切削、固定循环、用户宏程序等)用手工编程方法，编制一个功能测试程序，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，进而判断故障发生的原因。通常是用所维修机床的G、M、S、T、F等指令编写一个试验程序，在故障时运行这个程序，以确定是
7、何功能故障。,5.仪器检查法 仪器检查法是指使用常规电工仪表，对各组交、直流电源电压，对相关直流及脉冲信号等进行测量，从中寻找故障的方法。 6.系统自诊断法 数控系统的自诊断是利用系统内部自诊断程序或专用的诊断软件，对系统内部的关键硬件以及系统的控制软件进行自我诊断、测试的诊断方法。它主要包括开机自诊断、在线监控与脱机测试。利用系统的自诊断功能，可很简便地将系统与各部分之间的接口信号状态显示出来，找出故障的大致部位，它是故障诊断过程中最常用的方法。,7.参数检查法 系统参数变化会直接影响机床的性能，甚至使机床发生故障，整机不能正常工作。参数通常存放在系统存储器中，一旦电池不足或受到外界干扰，可
8、能导致部分参数丢失或变化，使机床无法正常工作。通过核对、调整参数，有时可以迅速排除故障，特别是长期不用的机床，参数丢失的现象经常发生。因此，检查和恢复机床参数是维修中行之有效的方法。另外，数控机床经过长期运行之后，由于机械运动部件磨损，电气元器件性能变化等原因，也需对有关参数进行重新调整。因此，发生故障时，应及时核对数控系统参数。,数控系统、PLC及伺服驱动系统都设置许多可修改的参数以适应不同机床、不同工作状态的要求。这些参数不仅能使各电气系统与具体机床相匹配，而且使机床各项功能达到最佳化。因此，任何参数的变化(尤其是模拟量参数)甚至丢失都是不允许的。而随着机床的长期运行所引起的机械或电气性能
9、的变化，会打破最初的匹配状态和最佳化状态。此类故障需要重新调整相关的参数方可排除。这种方法对维修人员的要求很高，不仅要求其对具体系统主要参数十分了解，而且要求其有较丰富的电气调试经验。,8.测量比较法 数控系统的印制电路板制造时，为了调整与维修的方便，通常都设置有检测用的测量端子。维修人员利用这些检测端子，可以测量、比较正常的印制电路板和有故障的印制电路板之一的电压或波形的差异，进而分析、判断故障原因及故障所在位置。通过测量比较法，有时还可以纠正他人在印制电路板上调整、设定不当而造成的故障。 使用测量比较法前，维修人员应了解或掌握正常印制电路板的检测端子的电压值和波形，而且这些数据应随时做好记
10、录并作为资料积累。,9.部件交换法 部件交换法就是在故障范围大致确认，并在确认外部条件完全正确的情况下，利用同样的印制电路板、模块、集成电路芯片或元器件替换有疑点部分的方法。部件交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。 10.原理分析法 原理分析法是根据数控系统的组成及工作原理，从原理上分析各点的电平和参数，并利用万用表、示波器或逻辑分析仪等仪器对其进行测量、分析和比较，进而对故障进行系统检查的方法。,11.I/O接口信号检查法 接口是信息的重要通道。通过I/O信号的状态诊断，确定故障部位和分析故障原因是维修时用得最多的方法之一。 12.指示灯显示故障法 为了提高
11、系统的可维护性，在现代数控系统中设置有众多的硬件报警指示装置，如在NC主板、各轴控制板、电源单元、主轴伺服驱动模块、各轴伺服驱动单元等部件上均有发光二极管或多段数码管，通过指示灯的亮与灭，数码管的显示状态(如数字编号、符号等)来为维修人员指示故障所在位置及其类型。因此，在处理数控系统故障过程中，维修人员可以各报警装置，观察有无报警指示，然后查阅说明书处理故障。,13.插拔法 插拔法的基本原理是将所怀疑的故障部件从系统中取出，然后观察故障现象是否发生变化，从而达到故障诊断的目的。 14.敲击法 有些元器件出现松动或连接不良时，对其敲击，会有明显的故障现象，据此就可确定故障部件。 15.局部升温法
12、 有些元器件在损坏或临界损坏时，对其升温，会有明显的故障现象发生。 除了以上介绍的故障检测方法外，还有隔离法、电压拉偏法等。故障分析的方法并不是单纯地应用一种，而是综合应用各种方法，灵活多样地进行问题分析，最后解决问题，达到维修的目的。,第二节维修的基本步骤 一、故障记录 数控机床发生故障时，操作人员应首先停止机床运行，保护现场，然后对故障进行尽可能详细的记录，并及时通知维修人员。故障的记录是维修人员排除故障的第一手材料，应尽可能详细。记录内容包括下述几个方面： 1.故障发生时的情况记录 1)机床型号、数控系统型号、系统软件的版本号。 2)故障的现象及发生部位。 3)发生故障时系统所处的操作方
13、式，如AUTO(自动方式)、MDI(手动数据输入方式)、EDIT(编辑)、HANDLE(手轮方式)和JOG(手动方式)等。,4)若故障在自动方式下发生，则应记录发生故障时的加工程序号、出现故障的程序段号、加工时采用的刀具号等。 5)若发生加工精度或轮廓误差过大等故障，应记录被加工工件号，并保留不合格工件。 6)在发生故障时，若系统有报警显示，则记录系统的报警显示情况与报警号。通过诊断画面，记录机床故障时所处的工作状态。如系统是否在执行M、S、T功能，系统是否进入暂停状态或是急停状态，系统坐标轴是否处于“互锁”状态，进给倍率是否为0%等。 7)记录发生故障时各坐标轴的位置跟随误差的值。 8)记录
14、发生故障时各坐标轴的移动速度、移动方向，主轴转速、转向等。,9)故障发生的时间与周期，如机床是否一直存在故障，若为随机故障，则一天发生几次，是否频繁发生。 10)故障发生时的环境情况，如是否总是在用电高峰期发生，故障发生时数控机床旁边的其他机械设备工作是否正常。 11)如果故障是在执行某固定程序段时出现，可利用MDI方式单独执行该程序段，检查是否还存在同样故障。 12)若机床故障与机床动作有关，在可能的情况下，应检查在手动情况下执行该动作是否也有同样的故障。 2.故障时的外界条件记录 1)周围环境温度是否超过允许温度，是否有局部的高温存在。 2)周围是否有强烈的振动源存在。,3)系统是否受到阳
15、光的直射。 4)电气柜内是否有切削液、润滑油或水进入。 5)输入电压是否超过了系统允许的波动范围。 6)车间内或线路上是否有使用大电流的装置正在进行起动、制动。 7)机床附近是否存在吊车、高频机械、焊接设备或电加工机床等强电磁干扰源。 8)附近是否正在安装修理、调试机床，是否正在修理、调试电气和数控装置。,二、现场检查 现场检查是维修人员在维修前，根据故障现象与故障记录，认真对照系统、机床使用说明书进行各项检查以便确认故障原因的过程。检查包括以下几个方面： 1.机床的工作状况检查 1)机床工作条件是否符合要求。 2)加工时所使用的刀具是否符合要求，切削参数选择是否合理、正确。 3)自动换刀时，
16、坐标轴是否到达了换刀位置，程序中是否设置了刀具偏移量。 4)系统的设定参数是否正确，如刀具补偿量等参数、坐标轴的间隙补偿量参数等。,5)安装是否合理，测量手段、方法是否正确、合理。 2.机床运转情况检查 1)在机床自动运转过程中是否改变或调整过操作方式，是否插入了手动操作。 2)机床侧是否处于正常加工状态，工作台、夹具等装置是否处于正常工作位置。 3)机床操作面板上的按钮、开关位置是否正确。 4)机床各操作面板上、数控系统上的【急停】按钮是否处于急停状态。 5)电气柜内的熔断器是否有熔断，自动开关、断路器是否有跳闸。 6)机床操作面板上的方式选择开关位置是否正确，【进给保持】按钮是否被按下。,3.线路连接情况的检查 1)检查电缆是否有破损，电缆拐弯处是否有破裂、损伤现象。 2)电源线与信号线布置是否合理，电缆连接是否正
