10数控机床故障诊断

数控机床控制技术与系统数控机床控制技术与系统第十章第十章数控机床故障诊断数控机床故障诊断zz加工中心坐标轴爬行故障加工中心坐标轴爬行故障zz进给传动链故障进给传动链故障zz加工中心换刀故障加工中心换刀故障zz伺服过载故障伺服过载故障zz机床数据机床数据zz抗干扰措施抗干扰措施附附：：现代数控机床控制技术及展望现代数控机床控制技术及展望数控机床控制技术与系统加工中心坐标轴爬行故障运动部件进给时不是连续的匀速运动，而是时走时停，这种现象称为爬行。爬行多发生在低速进给运动，速度有时为0.05mm/min，微小位移达0.001mm/次。在机械传动方面，产生爬行的主要原因是由摩擦系数随相对运动速度不同而造成的，为避免爬行现象的出现，可同时采取几项措施，包括：采用滚动导轨、塑料导轨和静压导轨等；在电气控制方面，若电气参数（如增益等）、垂直轴的平衡、电磁制动器、位置检测、速度检测等调整不当、污染等都会引起爬行现象。速度位移爬行现象数控机床控制技术与系统①②③诊断流程图加工中心坐标轴爬行故障数控机床控制技术与系统加工中心坐标轴爬行故障主轴箱立柱平衡油缸伺服电机电磁制动器Y机壳制动盘衔铁电磁铁心励磁线圈电机转子弹簧参考P44图3-11①平衡油缸和②电磁制动器蓄能器主轴箱平衡链条立柱平衡链条数控机床控制技术与系统③外加电压参考法9651456DC+24V-10~+10V＋SIMODRIVE611A驱动装置闭环控制插入单元功率模块电位器干电池使能信号短接参考P223图4-29-X331接线端子加工中心坐标轴爬行故障数控机床控制技术与系统进给传动链故障故障部位XYZW参考P226图10-6立柱工作台（沿床身前后运动）横梁（沿立柱上下运动）主轴箱（沿横梁左右运动）主轴头及刀具交换装置主轴头及刀库数控机床控制技术与系统进给传动链故障故障部位1－同步齿形带2－带轮3－Y轴伺服电机4－光电编码器5－横梁6－主轴箱反向间隙轴向窜动联接松动编码器损坏伺服电机故障数控机床控制技术与系统进给传动链故障故障诊断1.反向间隙诊断＋Y－Y主轴千分表工作方式开关手动增量点动INC×10μm找正千分表，－Y向点动10次，－Y向累积移动50μm，再＋Y向点动10次，观察千分表指针是否归零，以此判断Y轴是否存在反向间隙。参考P226图10-8a数控机床控制技术与系统进给传动链故障故障诊断2.轴向窜动诊断Y轴滚珠丝杠滚珠千分表JOG手动连续＋Y－Y工作方式开关找正千分表，在JOG方式下，主轴箱沿Y轴正、反向连续运动，观察千分表表针有无明显摆动，以此判断丝杠在Y轴是否存在窜动。参考P226图10-8b数控机床控制技术与系统进给传动链故障故障诊断3.联结松动伺服电机与同步齿形带轮的联结有松动，造成伺服电机旋转时同步带轮出现忽紧忽松的现象。同步带轮电机轴紧固螺母伺服电机数控机床控制技术与系统进给传动链故障故障分析伺服驱动数控系统光电编码器Y轴伺服电机上的光电编码器在Y轴传动链之外，通过同步齿形带的传动比和丝杠螺距间接测量出Y轴的直线位移量，组成半闭环伺服系统。若传动链中某个部位出现问题，编码器是测量不出来的，数控系统认为运动状态是好的，不产生报警。因此，当同步带轮联结出现松动时，造成Y轴运动出现随机性的抖动，表现为Y轴方向尺寸无规律的超差，但编码器不能直接测量出这个由传动链问题造成的尺寸误差，也就不能对Y轴进行精确的位置控制。数控机床控制技术与系统加工中心换刀故障（紧刀）（松刀）因为主轴轴线与刀库刀位点轴线中心距大于换刀臂的回转直径，因此，换刀臂分别在刀库和主轴处进行拔刀和插刀的动作。刀库、换刀臂和主轴之间的关系参考P227-228图10-10数控机床控制技术与系统加工中心换刀故障换刀臂运动轨迹复位（换刀开始、结束点）刀库抓刀（新）刀库选刀完成，新刀具到换刀点刀库拔刀（新）复位主轴抓刀（旧）主轴准停，抓刀后松刀主轴拔刀（旧）主轴插刀（新）换刀臂旋转，新旧刀具交换插刀后紧刀复位刀库旋转，旧刀位到换刀点刀库插刀（旧）刀库轴线换刀臂轴线主轴轴线换刀平面PLC输入/输出故障诊断故障现象：一配置SINUMERIK810T系统的数控机床，在自动加工时没有切削液喷淋，在手动操作状态下也是如此。故障分析：根据电气线路，切削液喷淋是通过PLC输出Q6.2控制切削液电动机进行的，切削液电动机电气控制线路如图1所示。诊断步骤：1）通过DIAGNOSIS诊断功能，进入PLCSTATUS界面，如图2所示。2）手动按下切削液按钮，观察Q6.2状态。3）Q6.2为1，说明PLC有信号输出，排除PLC程序故障。4）接触器K62线圈接通，主电路触点闭合，主电路有电源。5）对切削液电动机进行检查，发现绕组线圈烧坏。故障处理：更换切削液电动机后，冷却系统恢复正常工作。图2图1Q6.2=1－CH1数控机床控制技术与系统PLC输入/输出故障诊断数控机床控制技术与系统PLC输入故障现象：一配置SINUMERIK810T系统的数控机床CRT显示“SecondaryMCBtripped”报警（第二路热继电器跳闸）。出现报警时，机床不能进行其他操作，按复位键（Reset）或关机再重新开机，故障有时会消除。故障分析：对机床所涉及的热继电器进行检查，结果正常。根据PLC程序，该报警对应的PLC标志位为F108.0，如图1所示。正常情况下F108.0应为“0”；当外部输入I2.0为“0”时，F108.0即变为“1”，并自锁，产生报警。若按复位键（I98.7置“1”），则F108.0复位。诊断步骤：1）通过DIAGNOSIS诊断功能，进入PLCSTATUS界面，观察F108.0标志位和I2.0状态，确认报警时F108.0为“1”，I2.0为“0”。2）检查与输入口I2.0有关的热继电器连接，如图2。3）在线测量各热继电器常闭触点接线端子上的电压，发现2MCB7上的1107号接线端子没有电压，造成I2.0无信号，状态为“0”。检查及排故：1107号导线在2MCB6B的接线端子上虚接。紧固2MCB6B接线端子，故障排除。图2图1数控机床控制技术与系统伺服过载故障故障显示400号伺服报警：X轴过载诊断数据位720.1～727.1为“1”，“过载报警”确认数控机床控制技术与系统伺服过载故障故障诊断流程α伺服放大单元数控机床控制技术与系统伺服过载故障过载原因1.外部因素z环境温度高，散热不好。z电网电压低或缺相，造成整流电压降低，电流增大。z切削条件苛刻，负载增大。2.内部因素z伺服电机退磁，在转矩不变的情况下，磁场强度降低，造成电流增大。z伺服电机内热敏电阻灵敏度降低，造成过热误报警。z驱动装置主电路整流或逆变端管子短路，造成电流增大。。突变型PTC热敏电阻属于临界温度型热敏电阻，当温度上升到某临界点时，其电阻值突然变大，可用于过载保护电路。热敏电阻是一种新型的半导体测温元件，有正温度系数热敏电阻（PTC）和负温度系数热敏电阻（NTC）两大类。前者是电阻值随温度升高而增大；后者是电阻值随温度升高而减小。热敏电阻的测量范围为－50～＋300°C。数控机床控制技术与系统机床数据故障报警CRT显示1160报警：“Contourmonitoring”轮廓监控“0”为第一轴，设定为X轴第116号报警查报警手册，对116∗报警的说明（“∗”为轴号，可表示为0、1、2、3）参考P219-220表10-1数控机床控制技术与系统机床数据故障所涉及的机床数据2000～16000伺服使能切断延迟时间MD156∗01～24000轮廓监控生效速度MD336∗10000～32000轮廓监控允差带MD332∗标准值允许值含义数据号m1251000112510001000125*332MDVμ＝＝）（轮廓监控允差带＝××××K数控机床控制技术与系统机床数据轮廓监控允差带在稳速阶段，跟随误差E是稳定的，轮廓无偏差。但是，由于负载扰动等因素造成进给速度波动。在轮廓控制过程中，微小的跟随误差波动还是允许的。当实际轮廓误差大于MD332∗设定值时，就要产生116∗报警。数控机床控制技术与系统故障处理机床数据1）增大MD332∗的设定值，使允差带大于轮廓偏差。但是，如果实际轮廓偏差已经很大了，片面地用增大允差带的的方法来消除报警是不合适的。2）在保持MD332∗设定值不变的情况下，减小位置增益KV可以增大允差带，使实际轮廓偏差在允差带内。如设MD332∗为1000，KV由1改为0.7，则允差带由原来的125μm增大为160μm。但减小KV值会影响系统的快速响应性。3）增大速度环增益，加大抗负载扰动的能力，减小速度波动，从而使轮廓偏差减小，并小于允差带。但过大的速度增益会引起系统振荡，所以要调整到最佳状态。4）消除传动机构的间隙，提高机械传动的刚度，增加伺服系统的稳定性，保证轮廓的加工精度。这是解决此类故障的根本措施。接地为了防止共地线阻抗干扰，在每个设备中可能有多种接地线，即保护地线（安全接地）、工作地线（工作接地）、屏蔽地线（屏蔽接地）。1.安全接地设备的机壳所接地线称保护地线，应与真正大地连接，以免遭雷击、漏电和静电等危害。机电设备电源采用“TT”或“TN-S”接地形式，不允许采用“TN-C”接地形式。zTT接地形式TT电气装置外露导电部分直接接地，此接地点在电气上独立于电源端的接地点电源端有一点直接接地采用多个金属棒并联构成接地电阻小于4Ω的接地极数控机床控制技术与系统抗干扰措施（补充）zTN-S接地形式电气装置外露导电部分与电源端的接地点有直接电气连接TN-S电源端有一点直接接地中性导体和保护导体是分开的数控机床控制技术与系统抗干扰措施（补充）zTN-C接地形式（在机电设备中不允许）TN-C电源端有一点直接接地中性导体和保护导体是合一的电气装置外露导电部分与电源端的接地点有直接电气连接PE与N短接的端子称PEN端子在电气控制柜中也最好不要引入中线。如果引入了中线，在控制柜内不允许中线与地线连接，也不允许公用一个端子PEN。数控机床控制技术与系统抗干扰措施（补充）2.安全接地正确接法不正确接法数控机床控制技术与系统抗干扰措施（补充）3.屏蔽接地（1）普通屏蔽线适用于工作频率30kHz以下。用于输入/输出信号线、模拟信号线、脉冲式接口驱动器控制信号线（线长≤2m）、计算机串行通信线（线长≤2m）、电源线、电动机强电线。（2）双绞线和屏蔽双绞线适用于工作频率30kHz以下。双绞线用于直流电源线、小功率交流电源线（＜1kW）；屏蔽双绞线用于编码器信号线、高频信号线、脉冲接口式驱动器控制信号线（线长＞2m），计算机串行通信线（线长＞2m）。（3）同轴电缆适用于工作频率1000MHz以下。数控机床控制技术与系统抗干扰措施（补充）LC交流电源滤波器电源网络吸收了各种高、低频噪声，对此常用压降较小的LC滤波器来抑制混入电源的噪声。受干扰的电源电源滤波器滤波后的电源数控机床控制技术与系统抗干扰措施（补充）LC滤波器适用于高频信号的滤波，由电感L和电容C所组成。电感L1和L2(100μH)称为差摸电感，与电容C1(0.1μF)组成高频滤波器，用于吸收从电源线传导进来的中短波段的高频噪声干扰；电感L3和L4(5mH)组成共摸电感，用于吸收因电源波形畸变而产生的谐波干扰。差摸电感共摸电感LC滤波器内部电路数控机床控制技术与系统抗干扰措施（补充）铁氧体磁环伺服驱动器或变频器滤波电路铁氧体一般做成中空型，导线穿过其中。当导线中的电流穿过铁氧体时，低频电流几乎无衰减地通过，但高频电流却会受到很大的损耗，转变成热量散发。所以，铁氧体和穿过其中的导线即成为吸收型低通滤波器。将导线以同样的圈数和方向绕在磁环上，输入侧为4～5圈，输出侧的圈数必须在4圈以下。数控机床控制技术与系统抗干扰措施（补充）电磁兼容（EMC）①接地电阻小于4Ω，并在控制柜内最近的位置接入PE接地排。②电源线进入控制柜的位置（总空气开关前）三相对地接2.2nF/2000V，可明显地减少电源线接入的脉冲或浪涌干扰。③各电源线在磁环上绕4～5圈。④接地用的铜排厚度不低于3mm。⑤交流接触器、交流电磁阀等采用RC灭弧器吸收高压反电势，抑制干