第5章 数控机床故障诊断的基础知识

第5章数控机床故障诊断的基础知识5.1数控机床故障诊断概述5.2数控机床故障的分类及处理•了解数控机床故障诊断的目的、内容•熟悉故障的分类和处理流程以及常见的故障处理方法•掌握维修手册等基本手册查询方法•掌握常见的故障诊断方法知识目标5.1数控机床故障诊断概述5.1.1数控机床故障诊断的目的5.1.2数控机床故障诊断的内容5.1.3数控机床故障诊断对人员的要求5.1.1数控机床故障诊断的目的数控机床故障诊断的目的就是为了提高MTBF，降低MTTR，一方面要加强日常维护，延长无故障的时间；另一方面当出现故障后，要尽快诊断出故障的原因并加以修复。5.1.2数控机床故障诊断的内容数控机床故障一般是由机械故障或者电气故障引起的。从机床的组成来看，数控机床由机床本体（包括液压、气动、润滑装置等）和电气控制系统两大部分组成。图5.1数控机床配置1—数控系统及面板；2—机床操作面板；3—断路器QF；4—熔断器FU；5—电源开关；6—稳压电源；7—主轴驱动装置；8—X、Y、Z轴进给驱动装置；9—变压器；10—接地线；11—接线端子板XT；12—接触器；13—中间继电器KA；14—I/O输入输出端子板XT；15—带编码器的X轴伺服电动机；16—带编码器的Y轴伺服电动机；17—带编码器及电磁阀制动器的Z轴伺服电动机；18—主轴电动机数控系统与机床及机床电器设备之间的接口有4个部分。（1）驱动电路。（2）位置反馈电路。（3）保护电路。（4）开/关信号连接电路。5.1.3数控机床故障诊断对人员的要求（1）首先具备高度的责任心和良好的职业道德。（2）勇于实践。（3）掌握科学的方法。（4）应熟练掌握数控机床的操作技能，熟悉编程工作，了解数控系统的基本工作原理与结构组成，这对判断是操作不当或编程不当造成的故障十分必要。（5）熟读数控机床有关的各种说明书，了解有关规格、操作说明、维修说明，以及系统的性能、结构布局、电缆连接、电气原理图、机床梯形图（PLC程序）等，实地观察机床的运行状态，使实物和资料相对应，做到心中有数。（6）除了会使用传统的仪器仪表工具外，还应具备使用多通道示波器、逻辑分析仪、频谱分析仪等现代化、智能化仪器的技能。（7）提高工作能力和效率，必须借鉴他人的经验，从中获得有益的启发。5.2数控机床故障的分类及处理5.2.1数控机床故障的分类5.2.2故障处理的步骤5.2.3故障处理的方法5.2.1数控机床故障的分类1．按故障发生的部位分类（1）主机故障。①因机械部件安装、调试、操作使用不当等原因引起的机械传动故障。②因导轨、主轴等运动部件的干涉、摩擦过大等原因引起的故障。③因机械零件的损坏、连接不良等原因引起的故障。（2）电气控制系统故障。（1）确定性故障。（2）随机性故障。2．按故障的性质分类（1）有报警显示的故障。①指示灯报警显示。②显示器报警显示。（2）无报警显示的故障。3．按故障的指示形式分类（1）数控机床自身故障。这类故障的发生是由于数控机床自身的原因所引起的，与外部使用环境无关，数控机床的绝大多数故障均属此类故障。（2）数控机床外部故障。这类故障是由于外部原因所造成的。电网供电电压过高、过低或波动过大；电源相序不正确或三相输入电压不平衡；环境温度过高；有害气体、空气潮湿、粉尘过大；外来振动和干扰等都是引起故障的原因。4．按故障产生的原因分类5.2.2故障处理的步骤1．初步判别图5.2初步判别故障框图（1）系统报警的处理。数控系统发生故障时，一般在显示屏或操作面板上给出故障信号和相应的信息。通常，系统的操作手册、调整手册或维修手册中都有详细的报警号、报警内容和处理方法。由于系统的报警设置单一、齐全、严密、明确，维修人员可根据每一警报后面给出的信息与处理方法自行处理。（2）机床报警和操作信息的处理。（3）无报警或无法报警的故障处理。2．报警处理3．填写故障诊断记录表5.2.3故障处理的方法1．常规方法（1）直观检查法。①询问法。②目视法。③触摸法。④通电法。【例5.1】一台数控加工中心在运行一段时间后，CRT显示器突然出现无显示故障，而机床还可继续运转。停机后再开又一切正常。观察发现，设备运转过程中，每当发生振动时故障就可能发生。分析：首先观察机床的运行状态，调阅机床最近的工作状态表。通过分析发现，在此故障前并无其他异常。打开机床电气柜，查阅机床电路图，初步判断是元件接触不良。当检查显示板时，CRT显示突然消失。检查发现有一晶振的两个引脚均虚焊松动。重新焊接后，故障消除。（2）初始化复位法。（3）自诊断法。①硬件报警指示。②软件报警指示。【例5.2】AX15Z数控车床，配置FANUC0TE—F系统，故障显示：FS10TE1399BROMTEST：ENDRAMTEST：测试未能通过分析：CRT的显示表明ROM测试通过，RAM测试未能通过。RAM测试未能通过，不一定是RAM故障，查阅机床报警手册，发现可能是RAM中参数丢失或电池接触不良引起的参数丢失，经检查故障原因是由于更换电池后电池接触不良，所以一开机就出现上述故障现象。功能程序测试法常应用于以下场合。①机床加工造成废品而一时无法确定是编程操作不当，还是数控系统故障引起。②数控系统出现随机性故障，一时难以区别是外来干扰，还是系统稳定性不好。③闲置时间较长的数控机床在投入使用前或对数控机床进行定期检修时。（4）功能程序测试法。【例5.3】采用FANUC6M系统的一台数控铣床，在对工件进行曲线加工时出现爬行现象。分析：引起爬行的原因很多，可能是机床的机械结构达到使用寿命或其他电气原因，也有可能是系统本身的故障。先用自编的功能测试程序，数控铣床能顺利运行完成各种预定动作，说明数控铣床数控系统工作正常，于是对所用曲线加工程序进行检查，发现在编程时采用了G61指令，即每加工一段就要进行一次停止检查，从而使数控铣床出现爬行现象，将G61指令改为G64（连续切削方式）指令，爬行现象就消除了。这说明系统本身存在瑕疵。【例5.4】一台采用SINUMERIKSYSTEM3系统的数控机床，其PLC采用S5-130W/B，一次发生故障时，通过CNC装置PC功能输入的R参数，在加工中不起作用，不能更改程序中R参数的数值。（5）备件替换法。分析：一般情况下，除非更改系统本身参数，一般不会出现这样的问题。在重新装载参数和PLC程序之后发现故障依旧，通过对CNC装置工作原理及故障现象的分析，认为PLC的主板有问题，与另一台数控机床的主板对换后，进一步确定为PLC主板的问题。经专业厂家维修，故障被排除。【例5.5】一台数控车床X轴向进给正常，Z轴向进给出现了振动、噪声大、精度差，采用手动和手摇脉冲进给时也是如此。（6）交叉换位法。分析：该车床X、Z轴使用相同的电动机、驱动装置和反馈装置，控制方式也相同。观察各驱动板指示灯亮度及其变化基本正常，怀疑是Z轴步进电动机及其引线开路或Z轴机械故障。遂将Z轴电动机引线换到X轴电动机上，X轴电动机运行正常，说明Z轴电动机引线正常；又将X轴电动机引线换到Z轴电动机上，故障依旧；可以断定是Z轴电动机故障或Z轴机械故障。测量电动机引线，发现一相绕组开路。修复步进电动机，故障排除。【例5.6】一台数控车床数控刀架换刀时突然出现故障，系统无法自动运行，在手动换刀时，总要过一段时间才能再次换刀。分析：首先，对刀具补偿等参数进行检查，发现一个手册上没有说明的参数P20变为20，经查有关资料P20是刀架换刀时间参数，将其清零，故障排除。（7）参数检查法。【例5.7】一台GSK928TC的数控车床出现“驱动器报警”的故障，而驱动器实际无报警。分析：查阅故障手册，分析驱动器的工作原理，故障原因可能是驱动器内部的ALM报警电路产生故障或执行圆弧加工程序时，由于加工的圆弧过象限，系统执行程序时死机导致无报警。初始化系统，修改加工程序，故障消失，证明故障是由加工圆弧时误产生。（8）测量比较法。（9）原理分析法。（1）通信诊断。（2）自修复系统。（3）人工智能（AI）专家故障诊断系统。（4）人工神经元网络诊断。2．先进方法