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1、 数控机床故障诊断与维修 院系： 工学院 专业： 机械设计制造及其自动化 班级： 10机电三班 姓名： * 学号： 10*9 数控机床故障诊断与维修摘要:数控机床是个复杂的系统，一台数控机床既有机械装置、液压系统，又有电气控制部分和软件程序等。组成数控机床的这些部分，由于种种原因，不可避免地会发生不同程度、不同类型的故障，导致数控机床不能正常工作。故障诊断是进行数控机床维修的第一步,它不仅可以迅速查明故障原因,排除故障,也可以起到预防故障发生与扩大的作用。本文结合数控机床中几个常见的故障的维修实例,说明加强理论学习,适当了解数控系统硬件的相关连接及工作原理,注重系统保养,对于准确维修数控机床故
2、障,降低机床故障率具有重要意义。 关键词:数控机床，PLC，故障诊断，故障维修 Numerical control machine tool fault diagnosis and maintenanceAbstract:NC machine tool is a complex system, a numerical control machine tool has both machinery, hydraulic systems, and electric control parts and software programs, etc. These parts of NC machine
3、 tools, a variety of reasons, will inevitably occur to varying degrees, different types of fault, lead to CNC machine cant work normally. Fault diagnosis is the first step in NC machine tool maintenance, it not only can quickly find out the cause of the problem, troubleshooting, and also can rise to
4、 prevent failure and expansion.Based on several common faults in the numerical control machine tool maintenance examples, strengthen theoretical study, appropriate to understand related links and the working principle of numerical control system hardware, for maintenance of CNC machine tool fault ac
5、curately, reduce the machine failure rate is of great significance.Key words:Numerical control machine, PLC, fault diagnosis, fault maintenance一、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
6、障指示灯的显示内容。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，容易确定查
7、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。二、数控机床故障诊断的基本方法 数控设备是一种自动化程度较高，结构较复杂的先进加工设备，是企业的重点、
8、关键设备。要发挥数控设备的高效益，就必须正确的操作和精心的维护，才能保证设备的利用率。正确的操作使用能够防止机床非正常磨损，避免突发故障；做好日常维护保养，可使设备保持良好的技术状态，延缓劣化进程，及时发现和消灭故障隐患，从而保证安全运行，故障诊断是进行数控机床维修的第一步,它不仅可以迅速查明故障原因,排除故障,也可以起到预防故障的发生与扩大的作用。一般来说,数控机床的故障诊断方法主要有以下几种: （一）状态诊断法 通过监测执行元件的工作状态判定故障原因。在现代数控系统中,伺服进给 系统、主轴驱动系统、电源模块等部件主要参数的动、静态检测,及数控系统全部输入输出信号包括内部继电器、定时器等的状
9、态,也可以通过数控系统的诊断 参数予以检查。 （二）常规诊断法 对数控机床的机、电、液等部分进行的常规检查,通常包括:(1)检查电源的 规格(包括电压、频率、相序、容量等)是否符合要求;(2)CNC、伺服驱动、主轴 驱动、电机、输入/输出信号的连接是否正确、可靠;(3)CNC、伺服驱动等装置内的印制电路板是否安装牢固,接插部位是否有松动;(4)CNC、伺服驱动、主轴驱动等部分的设定端、电位器的设定、调整是否正确;(5)液压、气动、润滑部件的油压、气压等是否符合机床要求;(6)电器元件、机械部件是否有明显的损坏。 （三）系统自诊断法 这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
10、件以及系统的控制软件进行自我诊断、测试的诊断方法。主要包括开机自诊断、在线 监控和脱机测试三个方面的内容。 (四)动作诊断法 通过观察、监视机床的实际动作,判断动作不良部位,并由此来追溯故障源。 三、故障的调查与分析 这是排故的第一阶段，是非常关键的阶段，主要应作好下列工作：询问调查，现场检查，故障分析，确定原因，排故准备。 数控机床系统故障的调查、分析与诊断的过程也就是故障的排除过程，一旦查明了原因，故障也就几乎等于排除了。因此故障分析诊断的方法也就变得十分重要了。电气故障的常用诊断方法如下： (1) 直观检查法 这是故障分析之初必用的方法，就是利用感官的检查。 询问向故障现场人员仔细询问故
11、障产生的过程、故障表象及故障后果，并且在整个分析判断过程中可能要多次询问。 目视 总体查看机床各部分工作状态是否处于正常状态(例如各坐标轴位置、 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，局部查看有无保险烧煅，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等。 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(如伺服与电机接触器接线)的联接状况等来发现可 能出现故障的原因。 (2)仪器检查法是使用常规电工仪表，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，从中找寻可能的故障。
12、例如用万用表检查各电源情况，及对某些电路板上设置的相关信号状态测量点的测量，用示波器观察相关的脉动信号的幅值、相位甚至有无，用PLC编程器查找PLC程序中的故障部位及原因等。 (3)信号与报警指示分析法 硬件报警指示 这是指包括数控系统、伺服系统在内的各电子、电器装置上的各种状态和故障指示灯，结合指示灯状态和相应的功能说明便可获知指示内容及故障原因与排除方法。软件报警指示 如前所述的系统软件、PLC 程序与加工程序中的故障通常都设有报警显示，依据显示的报警号对照相应的诊断说明手册便可获知可能的故障原因及故障排除方法。 四、电气维修与故障的排除 这是排故的第二阶段，是实施阶段。如前所述，电气故障
13、的分析过程也就是故障的排除过程，因此电气故障的一些常用排除方法在上一节的分析方法中已综合介绍过了，本节则列举几个常见电气故障做一简要介绍，供维修者参考。 (1) 电源 电源是维修系统乃至整个机床正常工作的能量来源，它的失效或者故障轻者会丢失数据、造成停机。重者会毁坏系统局部甚至全部。西方国家由于电力充足，电网质量高，因此其电气系统的电源设计考虑较少，这对于我国有较大波动和高次谐波的电力供电网来说就略显不足，再加上某些人为的因素，难免出现由电源而引起的故障。 (2) 数控系统位置环故障 位置环报警；测量元件损坏；位置控制建立的接口信号不存在等。坐标轴在没有指令的情况下产生运动。可能是漂移过大；位
14、置环或速度环接成正反馈；反馈接线开路；测量元件损坏。 (3)机床坐标找不到零点。可能是零方向在远离零点；编码器损坏或接线开路；光栅零点标记移位；回零减速开关失灵。 (4)机床动态特性变差，工件加工质量下降，甚至在一定速度下机床发生振动。这其中有很大一种可能是机械传动系统间隙过大甚至磨损严重或者导轨润滑不充分甚至磨损造成的；对于电气控制系统来说则可能是速度环、位置环和相关参数已不在最佳匹配状态，应在机械故障基本排除后重新进行最佳化调整。 环境因素往往被人们所忽视，例如南方地区将机床置于普通厂房甚至靠近敞开的大门附近，电柜长时间开门运行，附近有大量产生粉尘、金属屑或水雾的设备等等。这些因素不仅会造
15、成故障，严重的还会损坏系统与机床，务必注意改善。本文由于篇幅所限不做更多的介绍。五、维修排故后的总结对数控机床电气故障进行维修和分析排除后的总结与提高工作是排故的第三阶段，也是十分重要的阶段，应引起足够重视。详细记录从故障的发生、分析判断到排除全过程中出现的各种问题，采取的各种措施，涉及到的相关电路图、相关参数和相关软件，其间错误分析和排故方法也应记录并记录其无效的原因。从排故过程中发现自己欠缺的知识，制定学习计划，力争尽快补课。总结故障排除过程中所需要的各类图样、文字资料，若有不足应事后想办法补济，而且在随后的日子里研读，以备将来之需。 总结的好处是迅速提高维修者的理论水平和维修能力；提高重复性故障的维修速度；利于分析设备的故障率及可维修性，改进操作规程，提高机床寿命和利用率；可改进机床电气原设计之不足；资源共享，它可作为其他维修人员的参数资料、学习培训教材。 六、结束
