數控機床

故障診斷與維修數控技術系緒論一、數控機床的組成數控機床由數控裝置、伺服驅動裝置、檢測反饋裝置和機床本體四大部分組成，再加上程序的輸入/輸出設備、可編程控制器、電源等輔助部分。1.數控裝置(數控系統的核心)由硬件和軟件部分組成，接受輸入代碼經緩存、譯碼、運算插補）等轉變成控制指令，實現直接或通過PLC對伺服驅動裝置的控制。

一、數控機床的組成2.伺服驅動裝置是數控裝置和機床主機之間的聯接環節，接受數控裝置的生成的進給信號，經放大驅動主機的執行機構，實現機床運動。3.檢測反饋裝置是通過檢測元件將執行元件（電機、刀架）或工作臺的速度和位移檢測出來，反饋給數控裝置構成閉環或半閉環系統。4.機床本體是數控機床的機械結構件（床身箱體、立柱、導軌、工作臺、主軸和進給機構等。二、數控機床故障診斷

2.故障的分類1）從故障的起因分類關聯性故障—和系統的設計、結構或性能等缺陷有關而造成（分固有性和隨機性）。非關聯性故障—和系統本身結構與制造無關的故障。2）從故障發生的狀態分類突然故障—發生前無故障征兆，使用不當。漸變故障—發生前有故障征兆，逐漸嚴重。3）按故障發生的性質分類軟件故障—程序編制錯誤、參數設置不正確、機床操作失誤等引起。硬件故障—電子元器件、潤滑系統、限位機構、換刀系統、機床本體等硬件損壞造成。干擾故障—由于系統工藝、線路設計、電源地線配置不當等以及工作環境的惡劣變化而產生。

4）按故障的嚴重程度分類危險性故障—數控系統發生故障時，機床安全保護系統在需要動作時，因故障失去保護動作，造成人身或設備事故。安全性故障—機床安全保護系統在不需要動作時發生動作，引起機床不能起動。

數控設備使用壽命—故障頻率曲線4.數控機床維修的特點1）數控機床是高投入、高精度、高效率的自動化設備；2）一些重要設備處于關鍵的崗位和工序，因故障停機時，影響產量和質量；3）數控機床在電氣控制系統和機械結構比普通機床復雜，故障檢測和診斷有一定的難度。四、數控診斷技術的發展1.通訊診斷(遠程、海外診斷）用戶機床的通訊口通過電話線和維修中心的專用通訊診斷計算機相連。計算機發診斷程序用戶測試數據計算機診斷結果和處理方法用戶特點：實用簡便；有一定的局限性四、數控診斷技術的發展3.人工智能專家故障診斷系統4.人工神經元網絡(ANN)診斷ANN具有聯想、容錯、記憶、自適應、自學習和處理復雜多模式故障等特點。這種方法將被診斷的系統的癥狀作為網絡的輸入，將按一定數學模型所求得的故障原因作為網絡的輸出，并且神經網絡將經過學習所得到的知識以分布的方式隱存在網絡上，每個輸出神經元對應著一個故障原因。五、課程的基本要求與特點熟悉數控機床各組成部分的工作原理與結構確立數控機床故障診斷的基本思路與實施診斷的步驟及注意事項掌握常用測試儀器的使用方法通過理論和實訓環節的教學，能實施對數控機床的故障分析和診斷。課程涉及內容廣，故障檢測、分析難度高第一節數控機床的驗收與精度檢測一、數控機床的驗收1.機床性能主軸性能手動操作—高、中、低三擋轉速連續進行五次正、反轉的起動、停止，檢驗其動作的靈活性和可靠性。觀察功率、轉速、主軸的準停及機床的振動情況。一、數控機床的驗收一）、機床性能進給性能通過回原點、手動操作和手動數據輸入方式操作，檢驗正、反向的低、中、高速的進給運動的起動、停止、點動等動作的平穩性和可靠性。并檢查回原點的準確性和可靠性，軟、硬限位是否確實可靠。一、數控機床的驗收一）、機床性能自動換刀性能通過手動和M06指令自動運行，檢驗換刀的可靠性、靈活性和平穩性并測定換刀時間是否符合要求。機床噪聲主軸箱、冷卻風扇、液壓油泵等噪聲小于85分貝。一、數控機床的驗收四）、驗收檢查項目數控系統外觀檢查（各部分破損、碰傷）控制柜元器件的緊固檢查（接插件、接線端子、元器件的固定）輸入電源電壓、相序的確認檢查直流輸出電壓（24V、5V）確認數控系統與機床側的接口確認數控系統各參數的設定（最佳性能）二、精度檢驗1.幾何精度檢驗（靜態精度檢驗）是綜合反映機床關鍵零部件經組裝后的綜合幾何形狀誤差。有各坐標軸的相互垂直度、臺面的平行度、主軸的軸向和徑向跳動等檢驗項目。2.定位精度檢驗是測量機床各坐標軸在數控系統控制下所能達到的位置精度。有直線運動定位精度、直線運動重復定位精度、直線運動的原點復歸精度、直線運動失動量、回轉工作臺的定位精度、回轉工作臺的重復分度精度、數控回轉工作臺的失動量、回轉工作臺的原點復歸精度等。3.切削精度檢驗（對數控車床）外圓車削（直徑、圓度）端面車削（平面度）螺紋車削（螺距積累誤差）等二、數控系統的日常維護機床電氣柜的散熱通風門上熱交換器或軸流風扇對控制柜的內外進行空氣循環。（少開柜門）紙帶閱讀機的定期維護對光電頭、紙帶壓板定期進行防污處理支持電池的定期更換在機床斷電期間，有電池供電保持存儲在COMS器件內的機床數據二、數控系統的日常維護檢測反饋元件的維護光電編碼器、接近開關、行程開關與撞塊、光柵等元件的檢查和維護備用電路板的定期通電備用電路板應定期裝到CNC系統上通電運行，長期停用的數控機床也要經常通電，利用電器元件本身的發熱來驅散電氣柜內的潮氣。保證電器元件性能的穩定可靠。三、診斷常用的儀器儀表及工具脈沖發生筆與邏輯測試筆對芯片或功能電路板的輸入注入邏輯電平脈沖，用邏輯測試筆檢測輸出電平，以判別其功能正常與否。機械故障診斷儀對機械故障進行檢測、分析與診斷。2.工具“+”、“一”螺絲刀、鉗子、鑷子、烙鐵等四、診斷用技術資料數控機床生產廠家必須向用戶提供安裝、使用與維修有關的技術資料，主要有：數控機床電氣使用說明書數控機床電氣原理圖數控機床電氣連接圖數控機床結構簡圖數控機床參數表數控機床PLC控制程序四、診斷用技術資料數控系統操作手冊數控系統編程手冊數控系統安裝與維修手冊伺服驅動系統使用說明書數控機車的技術資料對故障分析與診斷非常重要，必須認真仔細地閱讀，并對照機床實物，做到心中有數。一旦機床發生故障，再進行分析的同時查閱資料。第三節故障處理一、故障軟故障—由調整、參數設置或操作不當引起（在使用初期發生較多，不熟悉）硬故障—由數控機床（控制、檢測、驅動、液氣、機械裝置）的硬件失效引起二、故障處理對策除非出現影響設備或人身安全的緊急情況，不要立即切斷機床的電源。應保持故障現場。

從機床外觀、CRT顯示的內容、主板或驅動裝置報警燈等方面進行檢查?？砂聪到y復位鍵，觀察系統的變化，報警是否消失。如消失，說明是隨機性故障或是由操作錯誤引起的。如不能消失，把可能引起該故障的原因羅列出來，進行綜合分析、判斷，必要時進行一些檢測或試驗，達到確診故障的目的。復位后，故障不能消失，可從以下幾方面進行調查：1.檢查機床的運行狀態機床故障時的運行方式CRT顯示的內容（報警信號和報警號）驅動裝置、變頻器等顯示的報警指示故障時軸的定位誤差刀具軌跡是否正常輔助機能的運行狀態2.檢查加工程序及操作情況是否為新編制的加工程序刀具補償指令及補償量是否正確故障是否與換刀有關故障是否與進給速度有關操作者的情況（新手）3.檢查系統的輸入電壓輸入電壓的波動，電壓值是否在正常范圍附近有否使用大電流的裝置4.檢查環境狀態CNC周圍的溫度狀況控制柜熱交換器、軸流風扇工作情況系統周圍的振動情況附近有否高頻干擾源5.檢查機床狀況熔絲是否已熔斷故障前是否修理過機床或設置過參數機床是否已調整好在運行過程中是否改變過工作方式機床是否正處于急停、鎖住狀態速度倍率開關是否設為零進給保持按鈕是否被按下間隙補償量是否合適機床各信號電纜有否破損信號線和電源線是否分開走線屏蔽線接地是否正確第三節數控系統故障診斷方法一、診斷步驟和要求

故障檢測（確定有否故障）1.故障診斷故障判斷（確定故障性質）故障定位（確定故障部位）2.故障診斷要求：故障檢測方法簡便有效使用的診斷儀器少而實用故障診斷的所需的時間盡可能短二、常用故障診斷方法1.直觀法（望聞問切）問—機床的故障現象、加工狀況等看—熔絲斷否、元器件煙熏燒焦、電容器膨脹變形、開裂、保護器脫扣、觸點火花、CRT報警信息、報警指示燈等聽—異常聲響（鐵芯、欠壓、振動等）聞—電氣元件焦糊味及其它異味摸—發熱、振動、接觸不良等二、常用故障診斷方法2.CNC系統的自診斷功能開機自診斷—系統內部自診斷程序通電后動執行對CPU、存儲器、總線和I/O等模塊及功能板、CRT、軟盤等外圍設備進行功能測試，確定主要硬件能正常工作。例運行中的故障信息提示—發生故障在CRT上報警信息，查閱維修手冊確定故障原因及排除方法。（不唯一，信息豐富則準確）FANUC107E系統的數控機床，開機后CRT顯示：FS107E13991SROMTEST：ENDRAMTEST未通過測試故障可能：參數丟失、支持電池失效或接觸不良等二、常用故障診斷方法3.數據和狀態檢查CNC系統的自診斷不但能在CRT上顯示故障報警信息，而且還能以多頁“診斷地址”和“診斷數據”的形式提供機床參數和狀態信息接口檢查參數檢查接口檢查—系統與機床、系統與PLC、機床與PLC的輸入/輸出信號，接口診斷功能可將所有開關量信號的狀態顯示在CRT上，“1”表示通，“0”表示斷。利用狀態顯示可以檢查數控系統是否將信號輸出到機床側，機床側的開關信號是否已輸入到系統，從而確定故障是在機床測還是在系統側。例：接口檢查二、常用故障診斷方法參數檢查數控機床的機床參數是經一系列的試驗和調整而獲得的重要參數，是機床正常運行的保證。包括有增益、加速度、輪廓監控及各種補償值等。當機床長期閑置不用或受到外部干擾會使數據丟失或發生數據混亂，機床將不能正常工作。可調出機床參數進行檢查、修改或傳送。二、常用故障診斷方法4.報警指示燈顯示故障除CRT軟報警外，還有許多“硬件”報警指示燈，分布在電源、主軸驅動、伺服驅動I/O裝置上，由此可判斷故障的原因。5.備板置換法（替代法）用同功能的備用板替換被懷疑有故障的模板。（故障被排除或范圍縮小）注意：斷電狀態下/選擇開關、跨線一致二、常用故障診斷方法六、將功能相同的模板或單元相互交換，觀察故障的轉移情況，就能快速判斷故障的部位。系統X驅動Y驅動X電機Y電機二、常用故障診斷方法七、敲擊法數控系統是由各種電路板組成，電路板上、接插件等處有虛焊或接口槽接觸不良都會引起故障。可用絕緣物輕輕敲打疑點處，若出現，則敲擊處很可能就是故障部位。八、升溫法設備運行較長時間或環境溫度較高時，機床就會出現故障，可用電吹風、紅外燈照射可疑的元件或組件。確定故障點。二、常用故障診斷方法九.功能程序測試法當數控機床加工造成廢品而無法確定是編程、操作不當還是數控系統故障時，或是閑置時間較長的數控機床重新投入使用時。將G、M、S、T、F功能的全部指令編寫一個試驗程序并運行在這臺機床，可快速判斷哪個功能不良或喪失。二、常用故障診斷方法十、隔離法隔離法是將某些控制回路斷開，從而達到縮小查找故障區域的目的。例：某加工中心，在JOG方式下，進給平穩，但自動則不正常。首先要確定是NC故障還是伺服系統故障，先斷開伺服速度給定信號，用電池電壓作信號，故障依舊。說明NC系統沒有問題。進一步檢查是Y軸夾緊裝置出故障。二、常用故障診斷方法十一、測量比較法為了檢測方便，在模板或單元上設有檢測端子，用萬用表、示波器等儀器對這些端子的電平或波形進行測試，將測試值與正常值進行比較，可以分析和判斷故障的原因和及故障的部位。各種故障診斷方法各有特點，要根據故障現象的特點靈活的組合應用。第四節電源的維護與保養1.電源的組成：三相輸入線路、熔斷器、電源開關、電源變壓器、控制變壓器、斷路器、各種繼電器、接觸器等。2.通過電源配置提供給數控機床所需要的各種電源，以滿足不同負載的要求。一般有：380V、220V、200V、24V以及5V等。第四節電源的維護與保養2.維護保養內容三相電源的電壓值是否正常，有否偏相所有電氣連接是否良好各類開關是否有效各繼電器、接觸器是否正常工作檢驗熱繼電器、電弧抑制器等保護器件是否有效檢查電氣柜防塵濾網、冷卻風扇是否正常第五節數控機床的抗干擾一、電磁波干擾電火花、中、高頻電加熱設備的電源都會產生強烈的電磁波，通過空間傳播被附近的數控系統所接受，如果能量足夠就會干擾數控機床的正常工作。（遠離這些設備）二、供電線路干擾輸入電壓過壓或欠壓引起電源報警而停機電源波形畸變*引起錯誤信息會導致CPU停止運行第五節數控機床的抗干擾三、信號傳輸干擾數控信號在傳遞過程中受到外界的干擾串模干擾—干擾電壓疊加在有用信號上，