1、湖南XXXXXXX學院畢業設計題目：數控銑床主運動調試與維修 系 別： 航空維修工程系 專 業：機電設備維修與管理 姓 名： 學 號： 10353115 指導老師： 2010年5月12日摘要 隨著科學技術的發展和數控技術的廣泛應用，在機械制造業中，普通機床逐漸被高精度、高效率、高自動化的數控機床所替代。數控機床的普及使用以及計算機輔助設計和制造技術的迅速發展，大幅度地縮短了產品的制造周期，提高了產品的加工質量，加速了產品的更新換代，提高了產品的市場競爭力，因而數控加工具有廣泛的發展前景和顯著的經濟效益。數控機床是指裝備了數控系統的機床。數控系統是一種控制系統，它能自動閱讀輸入載體上按規定格式編

2、寫的數字化控制信息；能自動譯解其中的指令進行計算，并由輸出部分向所控制的執行機構發出指令，從而使機床動作以加工零件。數控機床是一種高度機電一體化的產品。從數控機床的控制方式上，決定了其加工方式與普通機床加工方式的不同。數控機床加工的特點是在對零件進行工藝分析后，把編制好的加工程序輸入數控系統，由數控系統控制機床自動地完成加工。因此，必須很好的診斷出系統的故障并且正確合理的維修，以充分發揮數控機床的作用和效率。目錄摘要.3第一章：數控機床的故障診斷與維修 1.1數控機床的組成.4 1.2數控機床故障及故障分類.7 1.3 數控機床故障診斷與維修基礎知識.8 1.4數控機床診斷與維修的一般步驟與原

3、則.11第二章：進給伺服系統故障的診斷與維修 2.1進給伺服系統的概述.13 2.2常見進給驅動系統介紹.14 2.3伺服系統結構形式.15 2.4進給伺服系統的故障形式及診斷方法.17 2.5伺服電動機的維護.20 2.6進給驅動故障的診斷.21第三章FANUC數控系統故障分析與處理方法.25 3.1系統報警的原因和處理方法.26 3.3TH臥式加工中心全（半）閉環的修改. .30 3.4 VMC_1000C立式加工中心A軸回零的調整.30 3.5 FANUC-0i A關于報警履歷的顯示.31總結.32參考文獻.33第一章 數控機床故障診斷與維修基礎1. 概述數控機床是現代制造業的基礎設備。

4、目前，我國從國外引進了大量的數控系統及數控機床，同時，我國在數控系統的研究和開發上也做了也多年的研究，開發出了具有自主知識產權的數控系統，并與多家機床生產廠進行了配套，形成了一定的數控機床產銷規模。隨著工業化進程的加快，數控機床在制造領域的作用越來越重要。但是，數控機床是很復雜的設備，即使只是一般的操作使用人員也必須具備一定的專業知識,而對于那些數控機床維護維修人員，則有相當高的專業技術水平的要求。所以說我們很有必要了解并掌握有關數控機床故障診斷與維修的基礎知識。1.1.1數控機床的組成圖1-1數控機床的組成l 輸入輸出設備輸入輸出設備主要實現程序編制、程序和數據的輸入以及顯示、存儲和打印。這

5、一部分的硬件配置視需要而定，功能簡單的機床可能只配有鍵盤和發光二極管（LED）顯示器；功能普通的機床則可能加上紙帶閱讀機和紙帶穿孔機、磁帶和磁盤讀入器。人機對話編程操作鍵盤和視頻信號顯示器（CRT/LTD）；功能較高的可能還包括一套自動編程機或計算機輔助設計/計算機輔助制造（CAD/CAM）系統。l 數控裝置數控裝置是數控機床的核心。它接受來自輸入設備的程序和數據，并按輸入信息的要求完成數值計算。邏輯判斷和輸入輸出控制等功能。數控裝置通常是指一臺專用計算機或者通用計算機與輸入輸出接口板以及機床控制器（可編程序控制器）等所組成的控制裝置。機床控制器的主要作用是實現對機床輔助功能M、主軸轉速功能S

6、和換刀功能T的控制。數控裝置的主要功能有以下幾點:a.多坐標控制（多軸聯動）。b.插補功能（如直線、圓弧和其他曲線插補）。c.程序輸入、編輯和修改功能（人機對話、手動數據輸入、上位機通信輸入）。d.故障自診斷功能。由于數控系統是一個十分復雜的系統，為使系統故障停機時間減至最少，數控裝置中設有各種診斷軟件，對系統運動情況進行監視，及時發現故障，并在故障出現后迅速查明故障類型和部位，發出報警，把故障源隔離到最小范圍。e.補償功能。補償包括刀具半徑補償、刀具長度補償、傳動間隙補償、螺距誤差補償等。 f.信息轉換功能。主要包括EIA/JSO代碼轉換、英制/米制轉換、坐標轉換、絕對側增量值轉換等。 g.

7、多種加工方式的選擇。可以實現多種加工方式循環、重復加工，凸凹模加工和鏡像加工等。h.輔助功能。輔助功能也稱M功能，用來規定主軸的啟停和轉向、冷卻液的接通和斷開。刀具的更換等。 i.顯示功能。用CRT或LTD顯示程序、參數、各種補償量、坐標位置、故障源以及圖形等。 j.通信和聯網功能。 l 伺服系統 伺服系統是接受數控裝置的指令，驅動機床執行機構運動的驅動部件（如主軸驅動、進給驅動）。它包括伺服控制電路。功率放大電路和伺服電機等。伺服電機常用的是步進電動機。電液馬達、直流伺服電動機和交流伺服電動機。一股來說，數控機床的伺服驅動，要求有好的決速響應性能，能靈敏而準確地跟蹤由數控裝置發出的指令信號。

8、l 測量反饋裝置 該裝置由測量部件和響應的測量電路組成，其作用是檢測速度和位移，并將信息反饋給數控裝置，構成閉環控制系統。沒有測量反饋裝置的系統稱為開環控制系統。l 機床本體 機床本體是數控機床的主體，用于完成各種切削加工的機械部分，包括床身、立柱、主軸、進給機構等機械部件。機床是被控制對象，其運動的位移和速度以及各種開關量是被控制的。數控機床采用高性能的主軸及進給驅動裝置，其機械傳動結構得到了簡化。l 輔助裝置為了保證數控機床功能的充分發揮，還有一些配套部件（如冷卻、排屑、防護、潤滑、照明、儲運等一系裝置）和輔助裝置（編程機和對刀儀等）。 圖1-2典型數控機床的結構1.1.2數控機床的分類：

9、數控機床大致上可以分為兩大類。一類按伺服系統的控制特點可以分為開環控制數控機床、閉環控制數控機床和半閉環控制數控機床；另一類按控制系統的特點可以分為點位控制數控機床、點位直線控制數控機床和輪廓控制數控機床。下面讓我們分別以圖形和文字為例來逐一介紹一下各個類型的數控機床：開環控制：圖1-3開環控制數控機床半閉環控制：圖1-4半閉環控制數控機床閉環控制：圖1-5閉環控制數控機床點位控制：點位控制就是保證單點在空間的位置，而不保證點到點之間的路徑軌跡和精度的控制。這種控制主要用于數控沖床、數控鉆床、數控點焊設備中；還可以用在數控坐標鏜銑床上。點位直線控制：直線控制就是不僅要保證點的位置精度，而且要保

10、證點與點之間的走直線精度。在數控鏜銑床上使用這種控制方法，可以在一次裝夾箱式零件中對其平面和臺階完成銑削，然后再進行鉆孔、健孔加工。這樣可以大大提高生產率。輪廓控制：輪廓控制是對兩個或兩個以上的坐標軸同時進行控制。它不僅能保證各點的位置精度，而且還要控制加工過程中各點的位移速度，也就是刀具移動的軌跡。要保證尺寸精度，還要保證形狀精度。在運動過程中，同時要向兩個坐標軸分配脈沖，使它們走出所要求的形狀來，這叫插補運算。它是一種軟仿形，而不是靠模仿形。所以大大縮短了生產準備時間，更重要的是這種軟仿形的精度要比硬仿形的高很多倍。1.2數控機床故障及故障分類定義：系統故障診斷技術，就是在系統運行中或基本

11、不拆卸的情況下，即可掌握系統現行狀態的信息，查明產生故障的部位和原因或預知系統的異常和故障的動向，采取必要的措施和對策的技術，診斷的目的就是要確定故障的原因和部位，以便維修人員或者操作人員盡快地進行故障的修復。故障分類：故障分類按故障發生的部位分按故障的性質分按故障發生后有無報警按發生故障的后果分按故障發生的原因分主機故障電氣部分故障驅動裝置故障位置檢測裝置故障系統性故障隨機性故障按故障報警顯示故障按故障報警顯示故障破壞性故障非破壞性故障數控機床自身故障數控機床外部故障圖1-6故障的分類主機故障：數控機床的主機是指除電氣控制部分外的機床部分，如機械、液壓、氣動、潤滑、冷卻等部分。常見的主機故障

12、有自動刀具交換裝置（ATC）故障、自動工件交換裝置（APC）故障、液壓系統故障、氣動管道堵塞、潤滑系統供油中斷和冷卻液滲漏等。電氣部分故障： 電氣部分包括強電和弱電兩個部分，弱電部分主要由數字控制裝置（CNC）和可編程序控制器（PLC）組成。 常見的故障有硬件故障，如開關元件、接插件、顯示器、運行器、存儲器等發生的故障；軟件故障，如程序出嗜、參數出嗜和運算出嗜等造成的故障。1.3數控機床故障診斷與維修基礎知識概述數控機床的故障診斷與維修是一項技術含量高、專業性很強的工作，即使那些己經掌握了數控機床使用的技術人員，很多時候對數控機床出現的故障也是束手無策的。所以，在最新制定的數控行業職業技能等級

13、鑒定標準中， 將數控機床故障診斷與維修作為一個相對比較高的標準，要求數控高級技師必須具備一定的故障診斷與維修能力。1.3.1數控機床故障診斷與維修基礎知識實現數控機床故障診斷與維修基礎知識必須具備的三個條件了解和掌握各種測試和維修工具的使用 包括測試儀器儀表（萬用表，邏輯測試筆，示波器，PLC編程器，離線IC測試儀，在線IC測試儀，短路追蹤儀，邏輯分析儀，激光干涉儀），維修工具（電烙鐵，吸錫器，螺絲刀，鉗類工具，扳手），化學用品（松香，純酒精等），必要的備件。萬用表： 數控設備的維修涉及弱電和強電領域，最好配備指針式和數字式萬用表各一個。指針式萬用表除用于測量強電回路之外，還用于判斷二極管、三

14、極管、可控硅、電解電容等元器件的好壞，測量集成電路引腳的靜態電阻值。數字式萬用表可用來正確測量電壓、電流、電阻值，還可以測量三極管的放大倍數和電容值。它還有一個蜂鳴器檔測量電路的通斷判斷印刷電路的走向。邏輯測試筆：可測試電路是處于高電平還是低電平，或者是不高不低的浮空電平，判斷脈沖的極性是正脈沖還是負脈沖，輸出的脈沖是連續的還是單個的脈沖，還可以大概估計脈沖的占空比和頻事范圍。在選擇邏輯測試筆時應該注意，一是它的頻帶要寬，二是它的耐壓要高。示波器：示波器主要用于模擬電路的測量，它可以顯示頻率相位、電壓幅值，雙頻示波器可以比較信號相位關系，可以測量測速發電機的輸出信號，調整光柵編碼器的前置信號處

15、理電路，進行CRT顯示器電路的維修。數控系統修理通常先用頻帶寬度為10HZ100MHZ范圍內的雙通道示波器,它不僅可以測量電平、脈沖上下沿、脈寬、周期、頻率等參數,還可以進行兩信號的相位和電平幅度的比較.常用來觀察主開關電源的振蕩波形,直流電源或測速發電機輸出的紋波,何服系統的超調、振蕩波形；檢查、調整紙帶閱讀機的光電放大器的輸出波形，還可以檢查CRT電路垂直、水平振蕩和掃描波形、視放電路的視頻信號等。 普通示波器可以觀測周期性連續變化的電信號，但用它觀測時間短促的脈沖信號，進行相位比較和圖案檢查則有困難。因此，需要根據觀測對象正確選擇示波器類型和型號。對于邏輯示波器，應根據具體測試對象選擇以

16、下幾個主要特性：通道數、Y 通道頻域和時域晌應、掃描速度。PLC 編程器： 不少數控系統的 PLC控制器必須使用專用的編程器才能對其進行編程、調試、監控和檢查。這類編程器型號不少，這些編程器可以對 PLC 程序進行編輯和修改，監視輸入和輸出狀態及定時器、移位寄存器的變化值。在運行狀態下修改定時器和計數器的設置值，可強制內部輸出，對定時器、計數器和移位寄存器進行置位和復位等。帶有圖形功能的編程器還可以顯示 PLC 梯形圖。離線IC 測試儀： 這類測試儀可離線快速測試集成電路的好壞，數控系統進行片級維修時，它是必要的工具。它按測試的常用中、小、大規模的數字芯片和模擬芯片分類。國內常用的有河洛公司的

17、 PRUFER 萬藝- 20 型手持式常用芯片測試儀。在線IC測試儀：這是一種使用通用微型計算機技術的新型數字集成電路在線測試儀器，它的主要特點在于能夠對焊接在電路板上的芯片直接進行功能、狀態和外特性測試，確認其邏輯功能是否失效。它所針對的是每個器件的型號以及該型號器件應該具備的全部邏輯功能而不管該器件應用在何種電路中，因此它可以檢查各種電路板，而且無需圖紙資料或了解其工作原理，為缺乏圖紙而使維修工作無從下手的數控維修人員提供了一種有效手段，目前在國內應用日益廣泛。短路追蹤儀：短路追蹤儀是專門測試印制電路板上或元器件內部短路故障的電子儀器，它可以快速地查找印制電路板上的任何短路，如多層板短路、

18、總線短路、電源對地短路、芯片內部短路、元器件管腳短路以及電解電容內部短路、非完全短路等故障“在CRT 顯示器的故障測試中，經常會遇到電路中某元器件擊穿短路、某線路橋接短路、印制板上短路等現象。要想在線用萬用表測出哪一個元器件或哪條線路短路困難很大。而且對于變壓器局部繞組發生的輕微短路故障，用一般萬用表更是無能為力。對于這些清況，用短路追蹤儀則能方便、迅速地找出短路點。邏輯分析儀：邏輯分析儀是專門用于測量和顯示多路數字信號的測試儀器“通常分 8 個、16 個、64個通道，即可以同時顯示 8 個、 16 個或64個邏輯方波信號。它和顯示連續波形的通用示波器不同，邏輯分析儀顯示各被測點的邏輯電平，二

19、進制編碼或存儲器的內容。通過仿真頭它可仿真多種常用的系統，從而進行數據、地址或狀態值的預置、跟蹤檢查。維修時，它可用于檢查數字電路的邏輯關系是否正常，時序電路的各點信號的時序是否正確，信號傳輸中是否存在竟爭、毛刺和干擾。通過測試軟件的支持，對電路板輸入給定的數據，同時跟蹤測試它的輸出信息，顯示和記錄瞬間產生的錯誤信號，找出故障所在。激光干涉儀：激光干涉儀可對機床、三測機及各種定位裝置進行高精度的（位置和幾何）精度校正。具體說來，它可完成按標準測量各項參數，如線形位置精度、重復定位精度、角度、直線度、垂直度、平行度及平面度等。它還具有若干為機床制造廠和用戶所歡迎的選擇功能，如自動螺距誤差補償、機

20、床動態特性測量與評估、回轉坐標分度精度標定、觸發脈沖輸刀輸出功能等。l 有必要的維修備件和維修技術資料：電烙鐵電烙鐵是最常用的焊接工具，焊IC 芯片用3OW左右的即可，常采用尖頭的長壽命的烙鐵頭，使用恒溫式更好。使用時電焰鐵接地線非常重要，否則一亙電焰鐵漏電就有可能擊穿多個芯片。吸錫器將多個引出腳的IC芯片從電路板上焊下來，長用的方法是采用吸錫器，目前有手動和電動兩種，手動的價格比較便宜，但是效果不好，電動吸錫器點電熱絲和吸錫泵，使用時對準焊點，待錫熔化后按動吸錫泵將錫抽凈。螺絲刀常用的螺絲刀是大、中、小尺寸的平口和十字口的各一套。在拆下某些數控零部件需要專用螺絲刀，如拆下SIEMENS何服模

21、塊需用頭部為六角形的螺絲刀。鉗類工具 常用的鉗類工具是平頭鉗、尖嘴鉗、斜口鉗和剝線鉗。扳手常用的有大小活絡扳手、各種尺寸的內六角扳手。其他其他工具還有剪刀、鑷子、刷子、吹塵器、演洗盤、帶鱷魚鉗連接線。維修人員必須具備一定的素質：1、 專業知識面要寬2、 有較強的動手能力和實驗技能3、 能閱讀英文技術文獻必要的備件： 對于數控系統的維修，備件是一個必不可少的物質條件。如果沒有備件可以調換，根多故障我們是無法診斷的，更談不上維修了。采用備件來替換我們認為可能出現故障的元部件。將有助于我們迅速找出故障原因并找到排除故障的方法。但是，由于備件的價格普遍比較昂貴，基于成本控制方面的原因，我們又不可能保存

22、大量的備件，因此，數控系統的備件配置應該根據實際清況，通常一些易損的電氣元器件，如各種規格的熔斷器、保險絲、開關、電刷，還有易出故障的大功率模塊和印刷電路板等，均是應當配備的。 1.3.2數控機床故障診斷與維修的必備資料1、 設備的安裝調試資料2、 設備的使用操作資料3、 維修保養資料數控系統生產廠提供的有關資料，主要有數控系統維修手冊、診斷手冊、參數手冊、固定循環手冊、何服放大器、何服電機的參數手冊和維護調整手冊以及一些特殊功能的說明書、數控系統的安裝使用手冊等。設備的電氣圖紙資料，如設備的電氣原理圖，電氣接線圖，電器元件位置圖，可編程控制器部分的梯形圖或語句表，輸入輸出點的定義表，梯形圖中

23、的計時器、計數器、保持繼電器的定義及詳細說明，所用的各種電器的規格、型號、數量、生產廠家等明細表。機械維修資料，主要有設備結構圖、運動部件的裝配圖、關鍵件、易耗件的零件圖，零件明細表等。氣動部分的維修調整資料，主要有氣動原理圖、氣動管路圖、氣動元件明細表，有關過濾、調壓、油化霧化三點組合的調整資料，使用的霧化油牌號等。有關液壓系統的維修調整資料，包括液壓系統原理圖、液壓元件安裝位置圖、液壓管路圖，液壓元件明細表，液壓馬達的調整資料，液壓油的標號及檢驗更換周期資料，液壓系統清理方法及周期等。潤滑系統維修保養資料，數控設備一般采用自動潤滑單元，設備生產廠應提供的資料有潤滑單元管路圖、元件明細表、管

24、道及分配器的安裝位置圖、潤滑點位置圖、所用潤滑油的標號、潤滑周期及潤滑時間的調整方法等。冷卻部分的維修保養資料，數控設備冷卻部分有切削液循環系統、電器柜空調冷卻器、有關精密部件的恒溫裝置等，這些部分的主要資料是安裝調整維修說明書。有關安全生產的資料，如安全警示圖、保護接地圖、設備安全事項、操作安全事項等。設備使用過程中的維修保養資料，如維修記錄、周期保養記錄、設備定期調試記錄等。1.3.3對診斷與維修人員的素質要求一、專業知識面要寬 從事數控設備故障診斷與維修的技術人員必須掌握或了解計算機原理電子技術、電工原理、自動控制與電機拖動、檢測技術、機械傳動及機加工工藝方面的基礎知識。既要灌電、又要灌

25、機。電包括強電和弱電；機包括機、液、氣。同時，還必須經過了數控技術方面的培訓，掌握數字控制、何服驅動和 PLC 控制的工作原理，會數控編程和PLC編程。二、有較強的動手能力和實驗技能進行數控機床的故障診斷與維修，必須理論聯系實際，診斷與維修人員必須能結合實際的故障現象，通過實際動手來檢查、判斷、測試來定位故障源，找出排除故障的方法，并采用一定的維修方法，最終使數控機床的故障排除。在這個過程中，要求診斷與維修人員能熟練運用各種檢測儀器、儀表和維修工具。三、能閱讀英文技術文獻目前,我國應用的數控系統,大多數是從國外進口的,如FANUC,SIEMENS的數控產品.隨著這些產品的技術手冊大多數也是英文

26、的,而且數控系統的操作面板、 CRT 顯示、數控系統的報警等，幾乎都是英文提示，所以要想成為一個合格的故障診斷與維修人員，必須能讀懂這些專業英語文獻。1.4數控機床診斷與維修的一般步驟與原則故障診斷與維修的一般步驟l 故障現場，掌握充分的故障信息l 分析故障原因，確定檢查的方法與步驟l 故障的檢測和排除故障現場，掌握充分的故障信息： 數控機床一旦發生了故障，切忌盲目處理，特別是在故障現象和故障發生經過不清楚的情況下，重新給數控系統上電，開動機床。首先，應該詳細詢問現場操作人員故障發生的經過，故障發生過程中的一些故障現象，故障發生時機床正在做什么樣的操作等，然后現場查看機床當前的狀況，確認通電不

27、會對數控系統或機床造成損壞或帶來危險的前提下，可以上電進一步觀察。 發生時是否存在報警信息？如果有，報警信息的內容是什么？報警信息包括CNC系統的報警號信息和機床上的一些報警指示燈的信息。如果沒有報警，系統處于何種工作狀態？故障發生在那個程序段？執行何種指令？故障發生前進行了何種操作？ 故障發生在何種速度下？軸處于什么位置？與指令值的誤差量有多大？以前是否發生過類似故障？現場有無異常現象？故障是否重復發生?分析故障原因，確定檢查的方法和步驟： 在調查故障現象，掌握第一手材料的基礎上分析故障的起因。故障分析可采用歸納法和演繹法。1. 歸納法是從故障原因出發摸索其功能聯系。調查原因對結果的影響。即

28、根據可能產生該故障的原因分析，看其最后是否與故障現象相符來確定故障點。2. 演繹法是從所發生的故障現象出發，對故障原因進行分割式的分析方法，即從故障現象出發，根據故障機理，列出多種可能產生該故障的原因。然后，對這些原因逐點進行分析，排除不正確的原因，最后確定故障點。充分調查現場掌握第一手材料的基礎上，把故障問題正確地列出來。俗話說，能夠把問題說演楚，就己經解決了問題的一半。要思路開闊，無論是數控系統、強電部分、還是機械、液、氣等，要將有可能引起故障的原因以及每一種可能解決的方法全部列出來，進行綜合、判斷和篩選。在對故障進行深入分析的基礎上，預測故障原因并擬定檢查的內容、步驟和方法。故障的檢測和

29、排除：在檢測故障的過程中，應充分利用數控系統的自診斷功能，如系統的開機診斷、運行診斷、 PLC 的監控功能。根據需要隨時檢測有關部分的工作狀態和接口信息。同時還應靈活應用數控系統故障檢查的一些行之有效的方法，如交換法、隔離法等。故障診斷與維修的基本原則a. 先外部，后內部b. 先機械，后電氣c. 先靜后動d. 先公用，后專用e. 先簡單，后復雜f. 先一般，后特殊先外部后內部：數控機床是機械、液壓、電氣一體化的機床，故其故障的發生必然要從機械、液壓、電氣這三者綜合反映出來。數控機床的檢修要求維修人員掌握先外部后內部的原則，即當數控機床發生故障后，維修人員應先采用望、聞、問等方法，由外向內逐一進

30、行檢查。比如在數控機床中，外部的行程開關、按鈕開關、液壓氣動元件以及印刷線路板插座、邊緣接插件與外部或相互之間的連接部位，因其接觸不良造成信號傳遞失靈，是產生數控機床故障的主要因素。先機械后電氣：由于數控機床是一種自動化程度高、技術復雜的先進機械加工設備。一般來講，機械故障較易察覺而數控系統故障的診斷則難度要大些。先機械后電氣解釋在數控機床的檢修中，首先檢查機械部分是否正常，行程開關是否靈活，氣動、液壓部分是否存在阻塞現象等等。從我們的經驗來看，數控機床的故障中有很大部分是由機械動作失靈引起的。所以，在故障檢修之前，首先注意排除機械性的故障，往往可以達到事半功倍的效果。先靜后動：維修人員本身要

31、做到先靜后動，不可盲目動手，首先，應詢問機床操作人員故障發生的原因和過程及狀態，閱讀機床說明書、圖紙資料后，方可動手查找處理故障。其次，對有故障的機床也要本著先靜后動的原則，先在機床斷電的靜止狀態，通過觀察測試、分析、確認為非惡性循環性故障，或非破壞性故障后，方可給機床通電，在運行工況下，進行動態的觀察、檢驗和測試，查找故障。然而對惡性的破壞性故障。必須先行處理排除危險后，方可進入通電，在運行工況下進行動態診斷。先公用后專用：公用性的問題往往影響全局，而專用性的問題只影響局部。如機床的幾個進給軸都不能運動，這時應該先檢查和排除各軸公用的 CNC、PLC 、電源、液壓等公用部分的故障；然后再設法

32、排除某軸的局部問題,又如電網或主電源故障是全局性的，因此一般應首先解決影響一大片的主要矛盾，局部的、次要的矛盾才有可能迎刃而解。先簡單后復雜：當出現多種故障互相交織掩蓋，一時無從下手時，應先解決容易的問題，后解決難度較大的問題。常常在解決簡單故障的過程中，難度大的問題也有可能變得容易，或者在排除簡易故障時受到啟發，對復雜故障的認識更為清晰，從而也有了解決辦法。先一般后特殊：在排除某一故障時，要先考慮最常見的可能原因，然后再分析很少發生的特殊原因。第二章 進給伺服系統故障的診斷與維修2.1進給伺服系統的概述進給伺服系統由各坐標軸的進給驅動裝置。位置檢測裝置及機床進給傳動鏈等組成，進給伺服系統的任

33、務就是要完成各坐標油的位置控制。數控系統根據輸入的程序指令及數據，經插補運算后得到位置控制指令，同時，位置檢測裝置將實際位置檢測信號反饋于數控系統，構成全閉環或半閉環的位置控制。經位置比較后，數控系統輸出速度控制指令至各坐標軸的驅動裝置，經速度控制單元驅動伺服電動機帶動滾珠絲杠傳動進行進給運動。伺服電動機上的測速裝置將電動機轉速信號與速度制指令比較，構成速度環控制。因此，進給伺服系統實際上是外環為位置環，內環為速度環的控制系統。對進給伺服系統的維護及故障診斷將落實到位置環和速度環上。組成這兩個環的具體裝置有：用于位置檢測的光柵。光電編碼器。感應同步器。旋轉變壓器和磁柵等；用于轉速檢測的測速發電

34、機或光電編碼器等。進給驅動系統由直流或交流驅動裝置及直流和交流伺服電動機組成。2.2常見進給驅動系統介紹驅動系統直流進給驅動系統交流進給驅動系統步進驅動系統FANUC公司直流進給驅動系統SIEMENS直流進給驅動系統FANUC公司交流進給驅動系統SIEMENS交流進給驅動系統A-B公司交流進給驅動系統圖2-1常見的進給驅動系統FANUC公司直流進給驅動系統：1980年開始， FANUC公司陸續推出了小慣量 L 系列，中慣量 M 系列和大慣量 H 系列的直流伺服電動機。中、小慣量伺服電動機采用 PWM速度控制單元，大慣量伺服電動機采用晶閘管速度控制單元。驅動裝置具有多種保護功能，如過速、過電流、

35、過電壓和過載等。SIEMENS公司直流進給驅動系統SIEMENS公司在20世紀70年代中期推出了IHU系列永磁式直流伺服電動機，規格有IHU504、 IHU305、IHU307和 IHU313。與伺服電動機配套的速度控制單元有6RA20和6RA26兩個系列，前者采用晶閘管PWM控制，后者采用晶閘管控制。驅動系統除了各種保護功能外，另具有熱效應監控等功能。FANUC公司交流進給驅動系統 FANUC公司在20世紀80年代中期推出了晶體管PWM控制的交流驅動單元和永磁式三相交流同步電動機，電動機有S系列、 L系列、 SP系列和T系列。驅動裝置有a系列交流驅動單元等。SIEMENS公司交流進給驅動系統

36、1983年以來，SIEMENS公司推出了交流驅動系統，由6SC610系列進給驅動裝置和6SC611A系列進給驅動模塊。IFT5和IFT6系列永磁式交流同步電動機組成。驅動采用晶閘管PWM控制技術，帶有熱效應監控等功能。另外，SIEMENS公司還有用于數字伺服系統的SIMODRIVE 611D系列進給驅動模塊。A-B公司交流進給驅動系統A-B公司的交流驅動系統有1391系統交流驅動單元和1326型交流伺服電機，另外還有1391-DES系列數字式交流驅動單元。相應的伺服電機有1391-DES15、 1391-DES22、 1391-DES45這三種規格。2.3伺服系統結構形式圖2-2伺服系統結構形

37、式一 數控系統位置控制模塊上X1 41 端口的 25 針插座為伺服輸出口，輸出 0 士 10V 的模擬信號及使能信號至進給驅動模塊上 56 、 14 速度控制信號接線端子和65 、9 使能信號接線端子；位控模塊上的X111 、X121 和X131 端口的 15 針插座為位置檢測信號輸入口，由 1FT5 伺服電動機上的光電脈沖編碼器檢測獲得；速度反饋信號由 1FT5伺服電動機上的三相交流測速發電機檢測反饋至驅動模塊X311 插座中。圖2-3伺服系統結構形式二 伺服電動機上的編碼器既作為轉速檢測，又作為位置檢測，位置處理和速度處理均在數控系統中完成。伺服電動機上的脈沖編碼器將檢測信號直接反饋到數控

38、系統，經位置處理和速度處理，輸出速度控制信號。速度反饋信號及使能信號至驅動單元。 圖2-4伺服系統結構形式三 伺服電動機上的編碼器同樣作為速度和位置檢測，檢測信號經伺服驅動單元一方面作為速度控制；另一方面輸出至數控系統進行位置控制，驅動裝置具有通用性。數控系統輸出速度控制模擬信號和使能信號至驅動單元 CN1 B 插座中的 1、2 針腳和 5、8 針腳，伺服電動機上的編碼器將檢測信號反饋至 CN2插座中，一方面用于速度控制；另一方面再通過CN1A 插座輸出至數控系統中的位置檢測輸入口，在數控系統中完成位置控制。圖2-5伺服系統結構形式四 數字式伺服系統，三菱MELDA50系列數控系統和 MDS-

39、SVJ2 伺服驅動單元構成的數字式伺服系統。數控系統伺服輸出口與驅動單元上的CN1A 端口實行串行通信，通信信息經CN1B端口再輸出至第二軸驅動單元上的CN1A端口。伺服電動機上的編碼器將檢測信號直接反饋至驅動單元上的CN2端口中，在驅動單元中完成位置控制和速度抑制。2.4進給伺服系統的故障形式及診斷方法故障形式：故障形式超程過載躥動爬行振動伺服電動機不轉位置誤差漂移回參考點故障圖2-6進給伺服系統常見的故障形式超程當進給運動超過由軟件設定的軟限位或由限位開關決定的硬限位時，就會發生超程報警，一般會在CRT上顯示報警內容，根據數控系統說明書，即可排除故障，解除報警。過載當進給運動的負載過大、頻

40、繁正、反向運動以及進給傳動鏈潤滑狀態不良時，均會引起過載報警。一股會在CRT上顯示伺服電機過載、過熱或過流等報警信息。同時，在強電柜中的進給驅動單元上，用指示燈或數碼管提示驅動單元過載、過電流等信息。竄動在進給時出現竄動現象，有如下原因：測速信號不穩定，如測速裝置故障、測速反饋信號干擾等。 速度控制信號不穩定或受到干擾。接線端子接觸不良，加螺釘松動等。 當竄動發生在由正向運動向反向運動的瞬間，一般是由于進給傳動鏈的反向間隙或伺服系統增益過大所致。爬行發生在啟動加速段或低速進給時，一般是由于進給傳動鏈的潤滑狀態不良。伺服系統增益過低及外加負載過大等因索所致。尤其要注意的是，伺服電動機和滾珠絲杠連

41、接用的聯軸器，由于連接松動或聯軸器本身的缺陷，如裂紋等，造成滾珠絲杠轉動和伺服電動機的轉動不同步，從而使進給運動忽快忽饅，產生爬行振動現象。分析機床振動周期是否與進給速度有關。 如與進給速度有關，振動一股與該軸的速度環增益太高或速度反饋故障有關。 若與進給速度無關，振動一股與位置環增益太高或位置反饋故障有關。如振動在加減速過程中產生，往往是系統加減速時間設定過小造成的。伺服電動機不轉數控系統至進給驅動單元除了速度控制信號外，還有使能控制信號，一般為DC+24V繼電器線圈電壓。檢查數控系統是否有速度控制信號輸出。檢查使能信號是否接通。通過CRT觀察I/O 狀態，分析機床 PLC 梯形圖，以確定進

42、給軸的啟動條件，如潤滑、冷卻等是否滿足。對帶電磁制動的伺服電動機，應檢查電磁制動是否釋放。位置誤差當伺服軸運動超過位量允差范圍時，數控系統就會產生位置誤差過大的報警，包括跟隨誤差、輪廊誤差和定位誤差等。主要原因為：系統設定的允差范圍過小；伺服系統增益設置不當；位置檢測裝置有污染；進給傳動鏈累積誤差過大；主軸箱垂直運動時平衡裝置不穩。漂移當指令值為零時，坐標軸仍移動，從而造成位置誤差。通過漂移補償和驅動單元上的零速調整來消除。回參考點故障在全數字式的數控系統中，由于數控系統與伺服系統的通信聯系，伺服系統的狀態可通過數控系統的CRT來監控。 伺服監控參數含義 故障定位的方法有兩種：圖2-7模塊交換

43、法 圖2-8外接參考電壓法首先斷開閉環控制模塊上X331-56速度給定輸入正端和X331-14速度給定值輸入負端外加由 9V 干電池和電位器組成的直流回路；再短接該模塊上X331一9使能電壓24v和X331一65使能信號兩接點。接通機床電源，啟動數控系統，再短接電源和監控模塊上X141一63 脈沖使能和X141一9使能電壓24V 兩接點，X141一64驅動使能和X141一9使能電壓24V。 2.5伺服電動機的維護 圖2-9直流伺服電動機對直流電動機的電刷進行定期檢查，檢查步驟：在數控系統處于斷電狀態且電動機己經完全冷卻的清況下進行檢查。 取下橡膠刷帽，用螺釘旋具刀擰下刷蓋取出電刷。測量電刷長度

44、，如小于某給定值必須更換同型號的新電刷。仔細檢查電刷弧形接觸面是否有深溝或裂痕，以及電刷彈簧上有無打火痕跡。用不含金屬粉末及水分的壓縮 空氣導入裝電刷的刷握孔，吹凈粘在刷孔璧上的電刷粉末。重新裝上電刷，擰緊刷蓋。交流電動機的維護：常見故障：接線故障。由于接線不當，在使用一段時間后 就可能出現一些故障，主要為插座脫焊，端子接線松開引起接觸不良。 轉子位置檢測裝置故障。當霍爾開關或光電脈沖編碼器發生故障時，會引起電動機失控，進給有振動。電磁制動故障。帶電磁制動的伺服電動機，當電磁制動器出現故障時，會出現得電不松開，失電不制動的現象。故障判斷方法：用萬用表或電橋測量電樞繞組的直流電阻，檢查是否斷路，

45、并用兆歐表查絕緣是否良好。 將電動機與機械裝置分離，用手轉動電動機轉子，正常情況下感覺有阻力，轉一個角度后手放開，轉子有返回現象；如果用手轉動轉子時能連續轉幾圈并自由停下，該電動機己損壞；如果用手轉不動或轉動后無返回，電動機機械部分可能有故障。圖2-10IFT5系列交流伺服電動機例如配備SIEMENS IFT5系列交流伺服電動機的數控機床，當機床坐標軸快速移動時，有緊急制動現象，并伴有很大的響聲。IFT5系列交流伺服電動機采用霍爾開關組件和磁性感應盤進行轉子位置檢測。在排除機床機械裝置可能產生的故障因素后，將電動機拆開進行檢查，發現固定感應盤的螺釘有松動，這樣使觸發信號不正常，引起電動機換向失

46、靈，造成電動機故障。配備三菱HA系列交流伺服電動機的數控機床，工作時出現振動，并伴有伺服報警。該電動機采用光電脈沖編碼器作為位置檢測裝置。在排除機床機械裝置可能產生的故障因素后，拆開電動機檢查光碼盤，發現光碼盤上枯有塵粒，從而造成脈沖丟失引起機床報警。 在檢查交流伺服電動機時，對采用編碼器控制換向的，如原連接部分無定位標記的，編碼器不能隨便拆離，不然會使相位嗜位；對采用霍爾元件核向的應注意開關的出線順序。平時，不應敲擊電動機上安裝位置檢測裝置的部位。另外，伺服電動機一般在定子中埋設熱敏電阻，當出現過熱報警時，應檢查熱敏電阻是否正常。 2.6 進給驅動故障的診斷驅動裝置的結構有以下兩種：圖2-1

47、1模塊式結構圖2-12單元式結構直流PWM和晶閘管驅動方式： PWM 調速是利用脈寬調制器對大功率晶體管的開關時間進行控制。將速度控制信號轉換成一定頻卒的方波電壓，加到直流伺服電動機的電樞兩端，通過對方波寬度的控制，改變電樞兩端的平均電壓，從而達到控制電樞電流，進而控制伺服電動機轉速的目的。圖2-13PWM驅動控制線路 RP2、RP9為零漂調整， RP3 為速度給定調整， RP4 為速度反饋系數調整,RP5為速度增益調整,RP6為電流反饋系數調整， RP8為電流給定調整,場效應晶體管V處于開關工作狀態。當電動機正常工作時,復位信號RST為低電平,場效應晶體管處于關斷狀態,PI調節器正常工作;當

48、停機或出現故障時,RST為高電平,場效應晶體管處于飽和導通狀態，將PI調節器的RC網絡短接，而只能工作在比例狀態。場效應晶體管的飽和內阻很小，故比例放大倍數很小，輸出電壓很低,使PWM的脈寬減小，電樞電壓大大降低。 圖2-14交流進給驅動6SC610交流進給系統：TG為IFT5伺服電動機上的三相交流測速發電機， RLG 為霍爾式轉子位置檢測器。測試孔 X 為轉速實際值， R 為轉速給定值， W 為電流實際值， T 為電流給定值， MS 為士24 V 和士 15V 的參考值，NZ為轉速輔助給定值 發光二極管LED1不用，LED2為速度調節器， 200ms監控有效時亮，LED3為I2t監控有效時亮

49、， LED4為電動機過熱監控有效時亮。步進電動機驅動： 圖2-15歩進電動機驅動A1和A3是KT400_T數控系統上分別用于X軸和Z軸步進電動機脈沖輸出連接插座， CW和CW為正轉和正轉非信號，DIR和DIR為方向和方向非信號，FRAME為屏蔽接地。CN1為KT300步進驅動器脈沖輸入連接插座。進給驅動常見故障：1. 伺服使能查閱機床I/O接口信息，確認使能條件是否滿足；+24V是否能夠加到使能端。2. 伺服電動機低速時速度不穩定，負載慣量大及電機振動檢查驅動裝置增益設置情況。3. 欠電壓電源電壓太低；電源容量不足；整流器件損壞。4. 過電壓電源電壓過高；內裝或者外接的再生制動電阻接線端開或破

50、損；加減速時間過小，在減速過程中引起過電壓。5. 過電流驅動裝置輸出U、V、W之間短路；伺服電動機過載；功率開關晶體管損壞；加速過快。6. 伺服電動機過熱伺服電動機的環境溫度超過了給定值；伺服電動機過載；編碼器內的熱保護器故障。7. 過載負載過大；加減速時間設定過小；負載有沖擊現象；編碼器故障。8. 編碼器錯誤編碼器電纜破損或短路，引起編碼器與驅動裝置之間的通信錯誤。步進電動機驅動常見故障驅動器故障：1. 故障現象：電動機尖叫后不轉。故障原因：輸入脈沖頻率過高引起堵轉；輸入脈沖的突跳頻率太高；輸入脈沖的升速曲線不夠理想引起堵轉。排除方法：降低輸入脈沖頻率；降低輸入脈沖的突跳頻率；調整輸入脈沖的

51、升速曲線。2.故障現象：電動機選裝時噪聲很大。故障原因：電動機低頻選裝時，有進二進一現象，電動機告訴上不去。排除方法：檢查相序數控系統故障：1.故障現象：步進電機失步。故障原因:升降頻曲線設置不合適，或速度設置過高。排除方法：修改升降頻曲線降低速度。2.故障現象：顯示時有時無或抖動。故障原因:通常是由于干擾造成，檢查系統接線是否良好，是否使用屏蔽線。排除方法：正確接線。 例如某立式加工中心，備配DANUC0系統及a系列伺服驅動單元。故障時，CRT 顯示414號報警。同時伺服驅動單元報警顯示號碼9。查閱機床技術資料可知：414號報警為X軸的伺服系統有錯誤，當錯誤的信息輸出至DGN720時，伺服系統報警。根據報警顯示內容，用機床自診斷功能檢查機床參數DGN NO720上的信息，發現第4位為1。正常清況下，該位應為0，現該位由0變1，則為異常電流報警，同時a系列伺服驅動單元報警顯示號碼9，表示伺服軸過電流報警。檢查伺服驅動單元晶體管模塊，用萬用表測得電源輸入端阻抗只有6遠低于正常值的10 ，因而診斷伺服驅動單元晶體管模塊損壞。 例如一臺配有 FANUCF FS-11M系統的加工中心，產量SV023和SV009報警。SV023報警表示伺服電動機過載。產生的原因是： 電動機負載太大。速度控制單元的熱繼電器設定嗜誤，如熱繼電器設定位小于電動機額定電流。伺服變壓器熱敏開關不