数控机床故障诊断与维修基础知识

数控机床故障诊断与维修课堂授课：36学时（1-13周）课程安排成绩构成1考试成绩占80%2平时成绩占20%3旷课次数超过5次，取消考试资格2第一部分概述一、数控机床的组成与分类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。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。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。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。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。能够进行复杂型面零件的加工，解决工艺难题提高生产率具有柔性减轻工人的劳动强度1、数控车床的主要功能及分类数控车床主要用于加工各种轴类、套筒类和盘类零件上的回转表面，例如内外圆柱面、圆锥面、成型回转表面及螺纹面等。按加工范围和功能不同数控车床分类※普通型数控车床※普及型数控车床※多功能型数控车床※数控车削中心按主轴的配置形式不同数控车床分类※卧式数控车床（主轴轴线处于水平位置）※立式数控车床（主轴轴线处于垂直位置）普通型数控车床半封闭数控车床全封闭数控车床※机床床身为水平结构；普通数控车床的主要特点：※主轴变速机构为机械有级变挡或变频电气调速；※卡盘为手动控制/液压控制(选择);※配四工位刀架（标配）/六工位刀架（选配）；※数控系统为FANUC-OiMateTC或国产系统。普及型数控车床普及型数控车床光机普及型数控车床的主要特点：※机床床身为斜床身结构形式；※主轴变速为机械自动换挡和电气无级调速；※换刀装置为自动转塔换刀（标配为8工位）；※主轴卡盘为液压控制；※系统为FANUC-OiTC或802D系统；多功能型数控车床多功能型数控车床光机※多功能数控车床的主轴除了驱动主轴的串行数字伺服主轴电动机外还增配了主轴C轴控制的伺服电动机；※自动换刀装置在电动转塔基础上配备了刀具的动力头功能，完成车削、铣削、钻削功能的加工；※多功能数控车床的系统如采用FANUC-18i系统FANUC-OiTTC系统（双主轴双刀架数控车床）和西门子的840D系统等。※有的数控机床采用多轴控制如直线Y轴或旋转B轴。多功能型数控车床的特点电动刀塔的动力头功能数控车削中心※采用旋转轴（B轴）的多功能加工；2、数控铣床的功能及分类数控铣床的主要功能：数控铣床适合于各种箱体类和板类零件的加工，主要对工件进行型面的铣削加工外，也可以对工件进行钻、扩、铰、锪、镗以及攻螺纹等功能的加工。数控铣床的分类：※立式数控铣床※卧式数控铣床※龙门数控铣床※五面体数控铣床立式数控铣床立式数控铣床光机第4轴A轴（选配）卧式数控镗铣床卧式数控镗铣床光机动台式龙门数控铣床动台式龙门数控铣床光机动梁式龙门数控铣床新型五面体动力头功能3、数控加工中心的功能及分类数控铣床的主要功能：把铣削、镗削、钻削、攻螺纹和切削螺纹等功能集中在一台设备上，工件一次装夹后能完成较多的加工步骤，加工精度较高.数控铣床的分类：※立式数控加工中心※卧式数控加工中心※龙门数控加工中心斗笠式自动换刀立式加工中心凸轮机械手式自动换刀立式加工中心第4轴（选择）带机械手链式刀库的卧式加工中心大型龙门式（动台）数控加工中心4、五轴联动数控机床加工某些具有特殊要求的复杂形面的大型工件而出现的，也是为了提高对这些形面的加工精度、质量和工效才得到应用和发展的。五轴加工这里是指在一台机床上至少有五个坐标轴(三个直线坐标和两个旋转坐标)，而且可在计算机数控(CNC)系统的控制下同时协调运动进行加工。工作台回转的立式五轴加工中心系统基本轴：X、Y、Z轴回转轴：C轴（360度）A轴（30-120度）主轴回转的立式五轴加工中心能自行环绕Z轴360度，成为C轴，回转头上还有带可环绕X轴旋转的A轴，一般回转范围是±90度。系统基本轴：X、Y、Z轴回转轴：C轴（360度）B轴（+/-90度）主轴回转的立式五轴加工中心多功能卧式镗铣加工中心C轴（一般为±90度回转）B轴（0-360度回转）5、并联数控机床二、数控机床维修人员的要求（1）具备机床故障综合诊断的能力（2）通过系统文件的装载或调试来诊断系统故障的能力（3）具备计算机应用软件的操作能力（4）掌握自动控制领域里的总线控制技术（5）掌握计算机网络控制技术三、课程的意义技术的需要：通过对数控设备的共性的理论进行总结、归纳，再结合对某类典型数控系统进行培训，形成对数控设备进行维修的思路。企业效益的需要：数控设备的故障会直接影响企业生产的顺利进行，因此为了降低维修成本，企业需要数控维修人员对一些普通故障进行维修。市场需要：数控设备的大量使用，使得大批具备数控维修人员为企业服务，形成很大的市场。四、课程的学习目标通过对典型数控设备的机械结构的学习，掌握数控机床机械部件的工作原理及机械调试。通过对典型数控系统的硬件结构学习，掌握数控系统、伺服控制单元、主轴控制单元、可编程控制器之间的物理连接。通过对数控系统参数、接口、PLC编程及调试的学习，了解数控功能的开发，了解数控系统及PLC之间的信息交换原理。五、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。五、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。2012.02.273.数控机床的维护概述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）数控机床的维护目的：延长元器件的寿命和零部件的磨损周期，预防各种故障，提高数控机床的平均无故障工作时间和使用寿命。4.数控机床使用中应注意的问题1）．数控机床的使用环境对于数控机床最好使其置于有恒温的环境和远离震动较大的设备（如冲床）和有电磁干扰的设备。2）．电源要求3．数控机床应有操作规程进行定期的维护、保养，出现故障注意记录保护现场等。4．数控机床不宜长期封存5．注意培训和配备操作人员、维修人员及编程人员5.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。六、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；有一定的局限性六、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。六、数控诊断技术的发展3.人工智能专家故障诊断系统4.状态监测技术机械设备的诊断过程可分为诊断信息的获取、故障特这的提取、状态识别和故障诊断，机械设备在运行过程中的故障，可通过监测仪器在其运行中进行监测，当出现非平稳状态时，要进行故障的诊断及识别，及时维修，防止故障扩大。5.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。数控系统故障诊断方法（补充）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，就能快速判断故障的部位。系统X驱动Y驱动X电机Y电机二、常用故障诊断方法七、敲击法数控系统是由各种电路板组成，电路板上、接插件等处有虚焊或接口槽接触不良都会引起故障。可用绝缘物轻轻敲打疑点处，若出现，则敲击处很可能就是故障部位。八、升温法设备运行较长时间或环境温度较高时，机床就会出现故障，可用电吹风、红外灯照射可疑的元件或组件。确定故障点。二、常用故障诊断方法九.功能程序测试法当数控机床加工造成废品而无法确定是编程、操作不当还是数控系统故障时，或是闲置时间较长的数控机床重新投入使用时。将G、M、S、T、F功能的全部指令编写一个试验程序并运行在这台机床，可快速判断哪个功能不良或丧失。二、常用故障诊断方法十、隔离法隔离法是将某些