第7章 数控机床故障诊断

数控机床位置检测装置故障诊断7数控机床的故障诊断概述数控机床的机械故障诊断数控机床伺服系统的故障诊断1.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）7数控机床的故障诊断7.1概述一、数控机床的可靠性与故障数控设备使用寿命—故障频率曲线如右图2.数控机床故障诊断的重要性数控机床是一个融机、电、液等技术于一体的复杂系统，因此在使用过程中不可避免会出现故障，及时确定和排除故障对提高机床的工作效率、延长机床的使用寿命以及保证产品质量具有极其重要的意义。7数控机床的故障诊断7.1概述一、数控机床的可靠性与故障根据故障出现的必然性和偶然性系统性故障随机性故障故障产生时有无自诊断显示有报警显示故障无报警显示故障以有无破坏性破坏性故障非破坏性故障硬件故障永久性的故障间发性故障软件故障编程故障参数设置不当故障7数控机床的故障诊断7.1概述二、数控机床常见故障分类1.故障现场充分调查1）故障调查（1）机床在什么情况下出现故障（2）故障产生时有什么外观现象（3）故障产生后操作者采取了哪些措施2）故障诊断如果故障现场还保持着，维修人员最好按下列步骤进行：（1）观查是否有报警显示，如有报警显示，则较容易判断故障，但是排除故障则是另一回事。（2）用自诊断功能观察发现故障。（3）检查零件加工程序有无错误。（4）观察CNC系统，主轴驱动系统印制电路板上的指示灯有无不正常显示。7数控机床的故障诊断7.1概述三、数控机床故障诊断的流程2.排除可能引起故障的诸多因素维修人员应遵循以下两条原则：l）充分调查故障现场2）认真分析故障的原因分析故障时，维修人员也不应局限于CNC部分，而是要对机床强电、机械、液压、气动等方面都作详细的检查并进行综合判断，达到确诊和最终排除故障的目的。7数控机床的故障诊断7.1概述三、数控机床故障诊断的流程3.确定故障产生原因的方法1）直观法2）利用CNC系统自诊断功能3）利用状态显示诊断功能4）利用印制电路板上的监测端子5）同类对调法6）部件替换法4.数控机床预防性维护预防性维护其工作内容主要包括下列几方面的工作：（1）人员安排（2）建规建档（3）日常保养7数控机床的故障诊断7.1概述三、数控机床故障诊断的流程1.主传动链的维护（1）熟悉数控机床主传动链的结构、性能和主轴调整方法，严禁超性能使用。（2）使用带传动的主轴系统，声定期调整主轴驱动带的松紧程度，防止因带打滑造成的丢转现象。（3）注意观察主轴箱温度，检查主轴润滑恒温油箱，调节温度范围，防止各种杂质进入油箱，及时补充油量。每年更换一次润滑油，并清洗过滤器。（4）经常检查压缩空气气压，调整到标准要求值，足够的气压才能使主轴锥孔中的切屑和灰尘清理干净，保持主轴与刀柄连接部位的清洁。（5）对采用液压系统平衡主轴箱重量的结构，需定期观察液压系统的压力，油压低于要求值时，要及时调整。7数控机床的故障诊断7.2数控机床的机械故障诊断一、数控机床主传动系统故障诊断与维修2.主传动系统的常见故障及排除方法1）主轴发热主轴轴承损伤或轴承不清洁主轴前端盖与主轴箱体压盖研伤轴承润滑油脂耗尽或涂抹太多电机与主轴连接的皮带过松皮带表面过油2）主轴在强力切削时停转皮带使用过久失效摩擦离合器调整过松或磨损7数控机床的故障诊断7.2数控机床的机械故障诊断一、数控机床主传动系统故障诊断与维修3）主轴噪声缺少润滑小带轮与大带轮传动不平稳齿轮啮合间隙不均匀或齿轮损坏传动轴承损坏或传动轴弯曲4）主轴没有润滑油循环或润滑不足油泵转向不正确或间隙太大吸油管没有插人油箱的油面下面油管和滤油器堵塞润滑油压力不足7数控机床的故障诊断7.2数控机床的机械故障诊断一、数控机床主传动系统故障诊断与维修3.主传动系统故障维修举例【工程实例7-1】故障现象：加工中心主轴定位不良，引发换刀过程发生中断。分析及处理过程：某数控加工中心主轴定位不良，引发换刀过程发生中断。开始时，出现的次数不很多，重新开机后又能工作，但故障反复出现。经在故障出现后，对机床进行了仔细观察，才发现故障的真正原因是主轴在定向后发生位置偏移，且主轴在定位后如用手碰一下（和工作中在换刀时当刀具插入主轴时的情况相近），主轴则会产生相反方向的漂移。检查电气单元无任何报警，该机床的定位采用的是编码器，从故障的现象和可能发生的部位来看，电气部分的可能性比较小；机械部分又很简单，最主要的是联接，所以决定检查联接部分。在检查到编码器的联接时发现编码器上联接套的紧定螺钉松动，使联接套后退造成与主轴的联接部分间隙过大使旋转不同步。将紧定螺钉按要求固定好后故障消除。7数控机床的故障诊断7.2数控机床的机械故障诊断一、数控机床主传动系统故障诊断与维修1.滚珠丝杠螺母副的维护与故障诊断1）滚珠丝杠螺母副的维护（1）轴向间隙的调整（2）支承轴承的定期检查（3）滚珠丝杠副的润滑（4）滚珠丝杠的防护2）滚珠丝杠副的故障诊断（1）滚珠丝杠螺母副噪声丝杠支承轴承的压盖压合情况不好丝杠支承轴承可能破坏电机与丝杠联轴器松动丝杠润滑不良滚珠丝杠螺母副滚珠有破损7数控机床的故障诊断7.2数控机床的机械故障诊断二、进给部件故障诊断（2）滚珠丝杠运动不灵活轴向预加载荷太大丝杠与导轨不平行螺母轴线与导轨不平行丝杠弯曲变形（3）滚珠丝杠螺母副传动不良：滚珠丝杠螺母副润滑状况不良（4）加工曲面有刀痕：各轴反向间隙过大2.导轨副的维护及故障检测1）导轨副的维护（1）间隙调整；（2）滚动导轨的预紧；（3）导轨副的润滑；（4）导轨的防护。7数控机床的故障诊断7.2数控机床的机械故障诊断二、进给部件故障诊断2）导轨副的故障诊断导轨研伤导轨上移动部件运动不良或不能移动加工面接刀处不平3.进给系统故障维修举例【工程实例7-2】进给轴频繁报警的故障维修故障现象：一台配套FAGOR8025MG，型号为XK5038-1的数控机床，机床频繁出现进给轴报警，多则一天一次，少则5~6天一次，停机断电半小时后开机又正常。7.2数控机床的机械故障诊断7数控机床的故障诊断二、进给部件故障诊断1.刀库与换刀机械手的维护要点l）严禁把超重、超长的刀具装入刀库，防止在机械手换刀时掉刀或刀具与工件、夹具等发生碰撞。2）顺序选刀方式必须注意刀具放置在刀库中的顺序要正确，其他选刀方式也要注意所换刀具是否与所需刀具一致，防止换错刀具导致事故发生。3）用手动方式往刀库上装刀时，要确保装到位、装牢靠，井检查刀座上的锁紧装置是否可靠。4）经常检查刀库的回零位置是否正确，检查机床主轴回换刀点位置是否到位，发现问题要即时调整否则不能完成换刀动作。5）要注意保持刀具刀柄和刀套的清洁。6）开机时，应先使刀库和机械手空运行，检查各部分工作是否正常，特别是行程开关和电磁阀能否正常动作、检查机械手液压系统的压力是否压常，刀具在机械手上锁紧是否可靠，发现不正常时应及时处理。7数控机床的故障诊断7.2数控机床的机械故障诊断三、自动换刀部件故障诊断2.刀库与换刀机械手的故障诊断1）普通刀架不能锁紧刀架反转信号没有输出刀架锁紧时间过短机械故障2）刀具交换时掉刀：换刀时主轴箱没有回到换刀点或换刀点漂移；机械手抓刀时没有到位就开始拔刀3）刀库换刀动作不能完成松刀感应开关或电磁阀损坏或失灵压力不足，液压系统出现问题，液压缸因液压系统压力不足或漏油而不动作，或行程不到位PLC调试出错，换刀条件不满足主轴系统出错7数控机床的故障诊断7.2数控机床的机械故障诊断三、自动换刀部件故障诊断4）刀具夹紧后不能松开，主轴刀柄取不下来松刀力不够气液压阀松或者拉力气缸损坏拉杆行程不够或者拉杆位置变动7：24锥为自锁与非自锁的临界点刀具松夹弹簧过紧液压缸压力和行程不够5）刀具不能夹紧主轴，不能拉上刀柄拉杆行程不够；松刀接近开关位置变动；拉杆头部损坏；阀未动做、卡死或者未上电；拉钉未拧紧或者型号选择不正确；碟形弹簧位移量太小；刀具夹紧弹簧上螺母松动。7数控机床的故障诊断7.2数控机床的机械故障诊断三、自动换刀部件故障诊断1.液压传动系统液压系统维护：（1）定期对油箱内的油液进行取样化验，检查油液质量，定期过滤或更换油液。（2）定期检查冷却器和加热器的工作性能，控制液压系统中油液的温度在标谁要求内。（3）定期检查、更换密封件，防止液压系统泄漏。（4）定期检查、清洗或更换液压件、滤芯，定期检查清洗油箱和管路。2.气动传动系统气动传动系统的维护：（1）选用合适的过滤器，清除压缩空气中的杂质和水分（2）注意检查系统中油雾器的供油量，保证空气中含有适量的润滑油来润滑气动元件防止生锈、磨损造成空气泄露和元件动作失灵。（3）定期检查更换密封件，保持系统的密封性。（4）注意调节工作压力，保证气动装置具有合适的工作压力和运动速度。（5）定期检查、清洗或更换气动元件、滤芯。7数控机床的故障诊断7.2数控机床的机械故障诊断四、液压与气压传动系统的故障诊断1.光栅尺：1）防污；2）防振。2.光电脉冲编码器：1）防振和防污；2）连接松动。3.感应同步器：对感应同步器的维护应注意如下几点：1）安装时，必须保持定尺和滑尺相对平行，且定尺固定螺栓不得超过尺面，调整间隙在0.09—0.15mm为宜。2）不要损坏定尺表面耐切削液涂层和滑尺表面一层带绝缘层的铝箔，否则会腐蚀厚度较小的电解铜箔。3）接线时要分清滑尺的正弦绕组和余弦绕组，其阻值基本相同，这两个绕组必须分接入励磁电压。4.旋转变压器7数控机床的故障诊断7.3数控机床位置检测装置故障诊断一、位置检测元件的维护对旋转变压器的维护应注意如下几点：1）接线时，定子上有相等匝数的励磁绕组和补偿绕组，转子上也有相等匝数的正弦绕组和余弦绕组，但转子和定子的绕组阻值却不同，一般定子电阻阻值稍大，有时补偿绕组自行短接或接入一个阻抗。2）由于结构上与绕线转子异步电动机相似，因此，炭刷磨损到一定程度后要更换。5.磁栅尺对磁栅尺的维护应注意如下几点：1）不能将磁性膜刮坏，防止铁屑和油污落在磁性标尺和磁头上，要用脱脂棉蘸酒精轻轻地擦其表面。2）不能用力拆装或撞击磁性标尺和磁头，否则会使磁性减弱或使磁场紊乱。3）接线时要分清磁头上激磁绕组和输出绕组，前者绕在磁路截面尺寸较小的横臂上，后者绕在磁路截面尺寸较大的竖杆上。7数控机床的故障诊断7.3数控机床位置检测装置故障诊断一、位置检测元件的维护1.输出信号一是电压或电流正弦信号，其中EXE为脉冲整形插值器；二是TTL电平信号。2.EXE信号处理1）通道放大器2）整形电路3）报警电路4）细分电路3.故障诊断当出现位置环开环报警时，将J2连接器脱开，在CNC系统的一侧，把J2连接器上的十5V线同报警线ALM连在一起，合上数控系统电源，根据报警是否再现，便可迅速判断出故障的部位是在测量装置还是在CNC系统的接口板上。7数控机床的故障诊断7.3数控机床位置检测装置故障诊断二、位置检测装置的故障诊断【工程实例7-5】某数控立式铣床配备FANUC3M数控系统，位置检测装置为与伺服电动机同轴连接的编码器。故障现象：在运行过程中Z轴产生31号报警。故障分析及处理：查维修手册，31号报警为误差寄存器内容大于规定值，根据31号报警提示，将误差寄存器的设定极限值放大，即将对应的参数由2000改为5000，然后用手摇脉冲发生器给Z轴发移动指令，又发生32号报警，32号报警表示误差寄存器的内容超过±32767，或数模转换指令值超过了-8192~+8191的范围。进一步定位故障是在Z轴控制单元还是在编码器上，采用交换法，将Z轴和Y轴驱动装置和反馈信号同时互换，发现同样的故障现象出现在Y轴上，这说明Z轴控制单元没问题，故障出现在与Z轴伺服电动机同轴连接的编码器上。7数控机床的故障诊断三、位置检测装置的故障诊断举例7.3数控机床位置检测装置故障诊断1.常用主轴驱动系统介绍1）FANUC公司主轴驱动系统三个系列交流主轴电动机:S系列电动机，额定输出功卒范围1.5～37kw；H系列电动机，额定输出功率范围1.5～22kw；P系列电动机，额定输出功