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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一、数控机床的组成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。一、数控机床的组成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、数控机床故障诊断1.故障的基本概念故障—数控机床全部或部分丧失原有的功能。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。二、数控机床故障诊断2.故障的分类1）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。2）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。3）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。4）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。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。3.数控系统的可靠性数控机床除了具有高精度、高效率和高技术的要求外，还应该具有高可靠性。衡量的指标有：MTBF—平均无故障时间MTTR—排除故障的修理时间平均有效度A：A=MTBF/（MTBF+MTTR）数控设备使用寿命—故障频率曲线4.数控机床维修的特点1）数控机床是高投入、高精度、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。四、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。计算机发诊断程序用户测试数据计算机诊断结果和处理方法用户特点：实用简便；有一定的局限性四、数控诊断技术的发展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，而且只适合总线结构的CNC系统。四、数控诊断技术的发展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。五、课程的基本要求与特点熟悉数控机床各组成部分的工作原理与结构确立数控机床故障诊断的基本思路与实施诊断的步骤及注意事项掌握常用测试仪器的使用方法通过理论和实训环节的教学，能实施对数控机床的故障分析和诊断。课程涉及内容广，故障检测、分析难度高第二章数控机床维护及故障诊断第一节数控机床的验收与精度检测第二节数控机床的维护第三节数控机床的故障处理第四节数控系统故障诊断的方法第五节数控机床的抗干扰第一节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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、主轴的准停及机床的振动情况。一、数控机床的验收一）、机床性能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。一、数控机床的验收一）、机床性能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。机床噪声主轴箱、冷却风扇、液压油泵等噪声小于85分贝。一、数控机床的验收二）、数控功能指令功能—指令的功能实现及准确性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CRT显示功能—检验位置、程序、各种菜单显示功能三）、连续空载运行进行8—16小时的空载自动连续运行一、数控机床的验收四）、验收检查项目数控系统外观检查（各部分破损、碰伤）控制柜元器件的紧固检查（接插件、接线端子、元器件的固定）输入电源电压、相序的确认检查直流输出电压（24V、5V）确认数控系统与机床侧的接口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）是综合反映机床关键零部件经组装后的综合几何形状误差。有各坐标轴的相互垂直度、台面的平行度、主轴的轴向和径向跳动等检验项目。2.定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。有直线运动定位精度、直线运动重复定位精度、直线运动的原点复归精度、直线运动失动量、回转工作台的定位精度、回转工作台的重复分度精度、数控回转工作台的失动量、回转工作台的原点复归精度等。3.切削精度检验（对数控车床）外圆车削（直径、圆度）端面车削（平面度）螺纹车削（螺距积累误差）等第二节数控机床的维护一、点检点检—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点检要求和内容专职点检—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机床电气柜的散热通风门上热交换器或轴流风扇对控制柜的内外进行空气循环。（少开柜门）纸带阅读机的定期维护对光电头、纸带压板定期进行防污处理支持电池的定期更换在机床断电期间，有电池供电保持存储在COMS器件内的机床数据二、数控系统的日常维护检测反馈元件的维护光电编码器、接近开关、行程开关与撞块、光栅等元件的检查和维护备用电路板的定期通电备用电路板应定期装到CNC系统上通电运行，长期停用的数控机床也要经常通电，利用电器元件本身的发热来驱散电气柜内的潮气。保证电器元件性能的稳定可靠。三、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—可检查直流驱动装置输入电流的相序双踪示波器—检查信号波形钳形电流表—不断线检测电流三、诊断常用的仪器仪表及工具脉冲发生笔与逻辑测试笔对芯片或功能电路板的输入注入逻辑电平脉冲，用逻辑测试笔检测输出电平，以判别其功能正常与否。机械故障诊断仪对机械故障进行检测、分析与诊断。2.工具“+”、“一”螺丝刀、钳子、镊子、烙铁等四、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：数控机床电气使用说明书数控机床电气原理图数控机床电气连接图数控机床结构简图数控机床参数表数控机床PLC控制程序四、诊断用技术资料数控系统操作手册数控系统编程手册数控系统安装与维修手册伺服驱动系统使用说明书数控机车的技术资料对故障分析与诊断非常重要，必须认真仔细地阅读，并对照机床实物，做到心中有数。一旦机床发生故障，再进行分析的同时查阅资料。第三节故障处理一、故障软故障—由调整、参数设置或操作不当引起（在使用初期发生较多，不熟悉）硬故障—由数控机床（控制、检测、驱动、液气、机械装置）的硬件失效引起二、故障处理对策除非出现影响设备或人身安全的紧急情况，不要立即切断机床的电源。应保持故障现场。从机床外观、CRT显示的内容、主板或驱动装置报警灯等方面进行检查。可按系统复位键，观察系统的变化，报警是否消失。如消失，说明是随机性故障或是由操作错误引起的。如不能消失，把可能引起该故障的原因罗列出来，进行综合分析、判断，必要时进行一些检测或试验，达到确诊故障的目的。复位后，故障不能消失，可从以下几方面进行调查：1.检查机床的运行状态机床故障时的运行方式CRT显示的内容（报警信号和报警号）驱动装置、变频器等显示的报警指示故障时轴的定位误差刀具轨迹是否正常辅助机能的运行状态2.检查加工程序及操作情况是否为新编制的加工程序刀具补偿指令及补偿量是否正确故障是否与换刀有关故障是否与进给速度有关操作者的情况（新手）3.检查系统的输入电压输入电压的波动，电压值是否在正常范围附近有否使用大电流的装置4.检查环境状态CNC周围的温度状况控制柜热交换器、轴流风扇工作情况系统周围的振动情况附近有否高频干扰源5.检查机床状况熔丝是否已熔断故障前是否修理过机床或设置过参数机床是否已调整好在运行过程中是否改变过工作方式机床是否正处于急停、锁住状态速度倍率开关是否设为零进给保持按钮是否被按下间隙补偿量是否合适机床各信号电缆有否破损信号线和电源线是否分开走线屏蔽线接地是否正确第三节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：故障检测方法简便有效使用的诊断仪器少而实用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（望闻问切）问—机床的故障现象、加工状况等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听—异常声响（铁芯、欠压、振动等）闻—电气元件焦糊味及其它异味摸—发热、振动、接触不良等二、常用故障诊断方法2.CNC系统的自诊断功能开机自诊断—系统内部自诊断程序通电后动执行对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，确定主要硬件能正常工作。例运行中的故障信息提示—发生故障在CRT上报警信息，查阅维修手册确定故障原因及排除方法。（不唯一，信息丰富则准确）FANUC10TE系统的数控机床，开机后CRT显示：FS107E1399BROMTEST：ENDRAMTEST未通过测试故障可能：参数丢失、支持电池失效或接触不良等二、常用故障诊断方法3.数据和状态检查CNC系统的自诊断不但能在CRT上显示故障报警信息，而且还能以多页“诊断地址”和“诊断数据”的形式提供机床参数和状态信息接口检查参数检查接口检查—系统与机床、系统与PLC、机床与PLC的输入/输出信号，接口诊断功能可将所有开关量信号的状态显示在CRT上，“1”表示通，“0”表示断。利用状态显示可以检查数控系统是否将信号输出到机床侧，机床侧的开关信号是否已输入到系统，从而确定故障是在机床测还是在系统侧。例：NCP400L数控车床接口状态接口检查38C0H00110010二、常用故障诊断方法参数检查数控机床的机床参数是经一系列的试验和调整而获得的重要参数，是机床正常运行的保证。包括有增益、加速度、轮廓监控及各种补偿值等。当机床长期闲置不用或受到外部干扰会使数据丢失或发生数据混乱，机床将不能正常工作。可调出机床参数进行检查、修改或传送。二、常用故障诊断方法4.报警指示灯显示故障除CRT软报警外，还有许多“硬件”报警指示灯，分布在电源、主轴驱动、伺服驱动I/O装置上，由此可判断故障的原因。5.备板置换法（替代法）用同功能的备用板替换被怀疑有故障的模板。（故障被排除或范围缩小）注意：断电状态下/选择开关/跨线一致二、常用故障诊断方法六、将功能相同的模板或单元相互交换，观察故障的转移情况，就能快速判断故