西工大数控机床故障诊断与维修技术研讨班讲座(1)[1]

数控设备故障诊断与维修技术主讲：刘安利（教授、博士生导师）西安电子科技大学Tel:13909287094Email:[e-mail]从“一般走向精英”专题系列讲座之一一、从“墨菲定理”所引出的思维问题•什么是墨菲定理？•最简单的表达形式就是“有可能出错的事情，就会出错”。•墨菲定理的原句是这样的：Iftherearetwoormorewaystodosomething,andoneofthosewayscanresultinacatastrophe,thensomeonewilldoit.（如果有两种或以上选择，其中一种将导致灾难，则必定有人会作出这种选择。）定义••根据“墨菲定理”，人们作出了以下四个推断：••任何事情都没有表面看起来那么简单；•所有的事都会比你预计的时间长；•会出错的事总会出错；如果你担心某种情况发生，那么它就更有可能发生。•墨菲定理告诉我们：•容易犯错误是人类与生俱来的•弱点，不论科技多发达，事故都会•发生。而且我们解决问题的手段越•高明，面临的麻烦就越严重，因为•人类到目前为止还制造不出永远不•出故障的设备。所以，我们在事前•应该是尽可能想得周到、全面一•些，如果真的发生了故障或者损•失，就笑着应对吧，关键在于要不•断总结所犯的错误，而不是企图掩•盖它。•墨菲定理并不是一种强调人为错误的概率性定理,而是阐述了一种偶然中的必然性，我们先举个例子：•你兜里装着一枚金币，生怕别人知道也生怕丢失，所以你每隔一段时间就会去用手摸兜，去查看金币是不是还在，于是你的规律性动作引起了小偷的注意，最终被小偷偷走了。即便没有被小偷偷走，那个总被你摸来摸去的兜最后终于被磨破了，金币掉了出去丢失了。这就说明了，越害怕发生的事情就越会发生的原因，为什么？就因为害怕发生，所以会非常在意，注意力越集中，就越容易犯错误。第二章引发数控机床故障的因素•一、何谓数控机床•数控机床（NumericalControlMachineTools）是指采用数字信息控制的机床。详言之，凡是用数字化的代码将零件加工过程中所需的各种操作和步骤以及刀具与工件之间的相对位移量等记录在程序介质上，送入计算机或数控系统经过译码、运算及处理，控制机床的刀具与工件的相对运动，加工出所需要的工件的一类机床即为数控机床。而所谓故障—就是导致数控机床全部或部分丧失原有的功能现象发生。数控机床一般由下列几个部分组成：1、数控系统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。2、伺服驱动装置、检测反馈装置1）伺服驱动装置是数控装置和机床主机之间的联接环节，接受数控装置生成的进给信号，经放大然后驱动主机的执行机构，实现机床的各向运动。•2）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。•3）机床主体---床身箱体、立柱、导轨、工作台、主轴和进给机构等；•4）程序的输入/输出设备；•5）可编程控制器；•6）电源等辅助部分。二、引发数控机床故障的外部因素环境电力•数控机床是机电一体化的产物，技术先进、结构复杂。按照功能结构分为机械部分电气部分和液压部分，其中电气部分包括电源、数控系统、伺服系统、检测系统和一些电缆、接头、开关等。其故障也是多种多样、各不相同，故障原因一般都比较复杂，这就给数控机床的故障诊断和维修带来不少困难。•1、电源故障电源是整个机床正常工作的能量来源，我们常用的数控和伺服系统，如西门子系统、发那科、海德汉系统等是由德国、日本等西方国家设计制造的，由于他们国家的电力充足，电网质量高，因此其电气系统的电源设计冗余较少，这对于我国有较大波动和高次谐波的电力三、引发数控机床故障的内部因素•供电网来说就略显不足，再加上某些人为的因素，难免出现由电源而引起的故障。轻者会造成数据丢失、系统死机，重者会毁坏系统局部甚至全部。因此我们在给数控机床供电时应尽量做到以下几点：•1）提供独立的配电箱而不与其他设备串用；•2）在资金允许的情况下，应尽量配备三相交流稳压装置；•3）电源始端有良好的接地；•4）进入数控机床的三相电源应采用三相五线制，中线(N)与接地(PE)严格分开。•2、数控系统位置环故障•1）位置环报警大多数情况下，若正在运动的轴实际位置误差超过机床参数所设定的允许值，则产生轮廓误差监控报警；若机床坐标轴定位使得实际位置与给定的位置之差超过机床参数设定的允许值，则产生静态误差监控报警；若测量装置有故障，则产生测量装置监控报警。位置环报警一般是由于位置测量元件，如光栅尺、编码器被污染或被损坏引起的，也有的是由于电缆破损或接头接触不良所致。•2）坐标轴在没有指令情况下产生运动，可能是漂移过大；位置或速度环接成正反馈；反馈回路开路；编码器安装不当引起的。3、机床开机返回不了参考点数控机床开机后返回不了参考点的故障一般有以下三种情况：第一种是由于是由于参考点开关出现问题，导致PLC没有产生减速信号；第二种情况使编码器或者光栅尺的零点脉冲出了问题；第三种情况是机床数控系统的测量模块出现问题，没有接收到零点脉冲。4、机床的动态性能变差机床在加工时，有时候会出现工件质量变差，甚至在一定速度下运动会有抖动，这其中有很大一种可能是由于机床长时间使用，机械传动系统间隙过大甚至磨损严重，或者导轨润滑不充分甚至磨损造成的；对于电气控制系统来说则可能是速度环、位置环和相关参数已不在最佳匹配状态，应在机械故障基本排除后重新进行最佳化调整。•5、偶发性停机故障偶发性故障一般有两种情况：一种情况是机床厂家设计上有缺陷，在某些特定的操作与功能运行相组合所造成的停机故障，对于这种故障，一般机床断电重启后便会消失；另一种情况是由环境条件引起的，如电网干扰、温度、湿度等。例如一些私营企业将数控机床放置于普通厂房，电气柜门长期开门运行，附近又有大量的粉尘和金属碎末，这些因素不仅仅会造成机床故障，严重的还会将机床系统和伺服驱动部分损坏，应务必改善。以上是数控机床在使用中会经常遇见的几类故障，在实际的故障诊断与维修中，还应该具体情况具体对待，根据故障发生时机床的状态、操作方式进项调查与分析，多和操作者进行交流，从中找出故障点，排除故障。•数控设备的正确使用是减少设备故障、延长使用寿命的关键，它在预防性维修中占有很重要的地位。据统计，有三分之一的故障是人为造成的，而且一般性维护（如注油、清洗、检查等）是由操作者进行的，解决的方法是：强调设备管理、使用和维护意识，加强业务、技术培训，提高操作人员素质，使他们尽快掌握机床性能，严格执行设备操作规程和维护保养规程，保证设备运行在合理的工作状态之中。四、引发数控机床故障的人为因素•第一节数控机床故障的直观法分类•一、按故障发生的部位分类•1、主机故障•数控机床的主机通常是指组成数控机床的机械、润滑、冷却、排屑、液压、气动与防护等部分。主机常见的故障主要有:•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。•第三章数控机床故障分类及其诊断方法•3）因机械零件的损坏、联结不良等原因引起的故障等等主机故障主要表现为传动噪声大、加工精度差、运行阻力大、机械部件动作不进行、机械部件损坏等等。润滑不良、液压、气动系统的管路堵塞和密封不良，是主机发生故障的常见原因。数控机床的定期维护、保养．控制和根除“三漏”现象发生是减少主机部分故障的重要措施。•2、电气控制系统故障•从所使用的元器件类型上，根据通常习惯，电气控制系统故障通常分为“弱电”故障和“强电”故障两大类。•1）“弱电”部分是指控制系统中以电子元器件、集成电路为主的控制部分。数控机床的弱电部分包括CNC、PLC、MDI/CRT以及伺服驱动单元、输入输出单元等。“弱电”故障又有硬件故障与软件故障之分。硬件故障是指上述各•部分的集成电路芯片、分立电子元件、接插件以及外部连接组件等发生的故障。软件故障是指在硬件正常情况下所出现的动作出错、数据丢失等故障，常见的有加工程序出错，系统程序和参数的改变或丢失，计算机运算出错等。2）“强电”部分是指控制系统中的主回路或高压、大功率回路中的继电器、接触器、开关、熔断器、电源变压器、电动机、电磁铁、行程开关等电气元器件及其所组成的控制电路。这部分的故障虽然维修、诊断较为方便，但由于它处于高压、大电流工作状态，发生故障的几率要高于“弱电”部分，必须引起维修人员的足够的重视。•二、按故障的性质分类•1、确定性故障•指控制系统主机中的硬件损坏或只要满足一定的条件，数控机床必然会发生的故障。这一类故障现象在数控机床上最为常见，但由于它具有一定的规律，因此也给维修带来了方便。确定性故障具有不可恢复性，故障一旦发生，如不对其进行维修处理，机床不会自动恢复正常．但只要找出发生故障的根本原因，维修完成后机床立即可以恢复正常。正确的使用与精心维护是杜绝或避免故障发生的重要措施。2、随机性故障•随机性故障是指数控机床在工作过程中偶然发生的故障。此类故障的发生原因较隐蔽，很难找出其规律性，故常称之为“软故障”，随机性故障的原因分析与故障诊断比较困难，一般而言，故障的发生往往与部件的安装质量•、元器件的品质、软件设计不完善、工作环境的影响等诸多因素有关。随机性故障有可恢复性，故障发生后，通过重新开机等措施，机床通常可恢复正常，但在运行过程中，又可能发生同样的故障。加强数控系统的维护检查，确保电气箱的密封，可靠的安装、连接，正确的接地和屏蔽是减少、避免此类故障发生的重要措施。•三、按故障的指示形式分类•1、有带显示的故障•数控机床的故障显示可分为指示灯显示与显示器显示两种情况•1）指示灯显示报警•指示灯显示报警是指通过控制系统各单元上的状态指示灯（一般由LED发光管或小型指示灯组成）显示的报警。根据数控系统的状态指示灯，即使在显示器故障时，仍可大致分析判断出故障发生的部位与性质，因此，在维修、排除故障过程中应认真检杳这些状态指示灯的状态。•2）显示器显示报警•显示器显示报警是指可以通过CNC显示器显示出报警号和报警信息的报警。由于数控系统一般都具有较强的自诊断功能，如果系统的诊断软件以及显示电路工作正常，一旦系统出现故障，可以在显示器上以报警号及文本的形式显示故障信息。数控系统能进行显示的报警少则几十种，多则上千种，它是故障诊断的重要信息。在显示器显示报警中，又可分为NC的报警和PLC的报警等两类。•前者为数控系统供应商设置的故障显示，它可对照系统的“维修手册”，来确定可能产生该故障的原因。后者是由数控机床生产厂家设置的PLC报警信息文本，属于机床本身的故障显示。它可对照机床生产厂家所提供的“机床维修手册”中的有关内容．确定故障所产生的原因。•3）无报警显示的故障•这类故障发生时，机床与系统均无报警显示，其分析诊断难度通常较大，需要通过仔细、认真的分析判断才能予以确认。特别是对于一些早期的数控系统，由于系统本身的诊断功能不强，或无PLC报警信息文本，出现无报警显示的故障情祝则更多。对于无报警显示故障，通常要具体情况具体分析，根据故障发生前后的变化进行分析判断，原理分析法与PLC程序分析法是解决无报警显示故障的主要方法。四、按故障产生的原因分类•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，与外部使用环境条件无关，数控机床所发生的极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。供电电压过低、过高，波动过大：电源相序不正确或三相输入电压的不平衡；环境温度过高：有害气体、潮气、粉尘授入；外来振动和干扰等都是引起故障的原因。此外，人为因素也是造成数控机床故障的外部原因之一，据有关资料统计，首次使用数控机床或由不熟练工人来操作数控机床，在使用的第一年，操作不当所造成的外部故障要占机床总故障的三分之一以上。第二节数控机床故障理论分类法•一、从故障的起因分类•1、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）。•2、非关联性故障•和系统