《數控機床故障診斷與維修》1精品課件

緒論

數控機床集機械制造、計算機、氣動、傳感檢測、液壓、光機電技術等一體。

內容：1．數控機床的組成與特點2．數控機床的發展現狀4．加強數控維修的意義5．對數控維修人員的要求

6．本課程的學習任務、要求

3．數控機床的故障與診斷技術2精品課件一．數控機床的發展現狀首臺機床：1952年美國麻省理工學院研制

目前生產能力：國內數控機床年產量已達50萬臺.數控系統：國外：日本的發那科公司、德國的西門子公司、海德漢公司、西班牙發格公司、法國數字公司等。國內：華中數控系統、廣州數控系統、南京華興數控系統、北京航天數控系統等3精品課件二、數控機床故障診斷與維修的意義

。技術需要。市場需要。企業的效益需要4精品課件三、數控機床維修工作的特點1、涉及的技術門類較多；2、數控機床的更新換代較快；3、數控機床選用的數控系統種類繁多；4、數控機床的維修手段與傳統的維修方式差別大；5、企業選用的數控機床品種多；6、維修工作的制約條件多5精品課件四、對數控維修人員的要求

。知識面廣。良好的系統的培訓。良好的英語閱讀能力。敢于實踐，通過實踐不斷總結經驗。敬業精神。持續的學習精神6精品課件五、本課程的學習任務、要求

。掌握數控機床安裝調試驗收的的知識、驗收機床精度的方法。。熟悉數控機床的機械結構、調整方法。掌握典型數控系統的軟硬件知識、具有對典型數控系統故障進行初步診斷及判斷的能力。

。熟悉數控機床維修的原則方法。7精品課件數控系統（NCsystem）——實現數字控制的機電控制設備。計算機數控CNC（ComputerNumericalControl）——由計算機軟件替代硬件，性能提高，價格降低。（1970年—至今）數控機床——裝備了數控系統的機床。任務提出：什么是“數控”？什么是“數控系統”？什么是“數控機床”？數控——數字控制，簡稱NC（numericalcontrol）GB8129-87定義——用數字化信號對機床運動及其加工過程進行控制的一種方法。(1952年—1970年）第一章：數控機床的故障診斷與維修基礎第一節：數控機床的工作原理及組成8精品課件一：數控機床的工作原理9精品課件數控機床的工作過程零件圖紙工藝分析與數值計算輸入加工程序程序調試模擬工件安裝與對刀試切工件加工與檢驗編制加工程序10精品課件二、數控機床的組成數控機床主要組成有:1、數控裝置（CNC）2、伺服驅動裝置3、檢測反饋裝置4、機床本體另外還有程序的輸入/輸出設備、可編程控制器（PLC）、電源等輔助部分。11精品課件（1）數控裝置CNC

數控裝置是數控機床電氣控制系統的控制中心。它能夠自動地對輸入的數控加工程序進行處理，將數控加工程序信息按兩類控制量分別輸出：一類是連續控制量(插補運算產生的指令)，送往伺服系統；另一類是離散的開關控制量(PLC指令)，送往機床強電控制系統，完成數控機床輔助功能的控制。

當前比較流行的數控系統有:日本FANUC、德國SIEMENS、西班牙FAGOR等。國內有華中數控、廣州數控、航天數控等。12精品課件13精品課件（2）伺服驅動裝置主軸伺服系統主軸伺服系統包括主軸電機(含速度檢測器件)和主軸伺服放大器（SpindleServoAmplifier)，實現對主軸轉速的調節控制，有的主軸伺服裝置還含有主軸定向控制功能。主軸伺服放大器（或主軸伺服裝置）分為數字主軸和模擬主軸，模擬主軸通常為通用變頻器。14精品課件進給伺服系統進給伺服系統由進給軸伺服電機(一般內裝速度和位置檢測器件)和進給伺服裝置（ServoAmplifier）組成。進給伺服系統驅動機床各坐標軸的切削進給，提供切削過程中所需要的轉矩、運轉速度。15精品課件（3）位置檢測裝置主要是將主軸運動和進給運動的速度或位移檢測反饋給數控系統，并與指令信號比較，比較的差值作為新指令控制機床正確運轉。（4）機床本體數控機床的機床本體與傳統機床相似，只是在整體布局、外觀造型、傳動系統、刀具系統的結構以及操作機構等方面發生了很大的變化。16精品課件操作面板分CRT/MDI操作面板與機床操作面板。

CRT：單色顯示屏（LCD：彩色液晶）；

MDI：（ManualDataInput）手動數據輸入；對CNC操作（例如修改CNC參數、PLC參數或程序、編制加工程序等）機床操作面板：對機床操作。17精品課件輸入與輸出設備

輸入裝置的作用是將控制介質上的數控代碼傳遞并存入數控系統內。輸入裝置根據控制介質的不同分為光電閱讀機、磁帶機和軟盤驅動器等（已經不常用了），MDI鍵盤也是輸入設備。輸出設備有顯示器CRT和打印機等（不常用）。18精品課件PLCPLC（ProgrammableLogicController)，可編程控制器。通常用于工業設備的順序自動控制。PLC用于數控機床通常稱之為可編程序機床控制器；稱之為PMC。（ProgrammableMachineController）。主要作用是機床輔助功能控制和機床主軸方向控制。機床輔助功能：有刀具控制、冷卻開關控制、潤滑開關控制、液壓氣壓控制、工作臺轉動、工件夾緊松開等。機床主軸方向控制：主軸正、反、停等。19精品課件一、數控機床維護與保養的目的和意義延長平均無故障時間,增加機床的開動率便于及早發現故障隱患,避免停機損失期保持數控設備的加工精度第二節數控機床維護與保養20精品課件二、數控機床維護與保養的基本要求在思想上重視維護與保養工作提高操作人員的綜合素質數控機床良好的使用環境嚴格遵循正確的操作規程提高數控機床的開動率要冷靜對待機床故障，不可盲目處理嚴格執行數控機床管理的規章制度21精品課件三、數控機床維護與保養的內容1.日檢(1)主要項目1)液壓系統2)主軸潤滑系統3)導軌潤滑系統4)冷卻系統5)氣壓系統22精品課件每天導軌潤滑油箱油量及時添加潤滑油潤滑泵能定時啟動及停止某加工中心的維護點檢表四、數控機床維護與保養的內容1.日檢(2)舉例23精品課件某加工中心的維護點檢表每天XYZ軸導軌面清除切屑及臟物檢查潤滑油是否充分導軌面有劃傷損壞四、數控機床維護與保養的內容1.日檢第一節數控機床維護與保養概述(2)舉例24精品課件每天壓縮空氣氣源壓力檢查壓力是否在正常范圍氣源自動分水濾水器和自動空氣干燥器清理分水器中濾出的水分，自動保持空氣干燥器正常工作某加工中心的維護點檢表四、數控機床維護與保養的內容1.日檢第一節數控機床維護與保養概述(2)舉例25精品課件每天主軸潤滑恒溫油箱油量充足并調節溫度范圍某加工中心的維護點檢表四、數控機床維護與保養的內容1.日檢第一節數控機床維護與保養概述(2)舉例26精品課件機床液壓系統油箱、液壓泵無異常噪音壓力表指示正常管路及各接頭無泄漏工作油面高度正常每天某加工中心的維護點檢表四、數控機床維護與保養的內容1.日檢(2)舉例27精品課件液壓平衡系統平衡壓力指示正常快速移動時平衡閥工作正常CNC的輸入輸出單元光電閱讀機清潔機械結構潤滑良好每天某加工中心的維護點檢表四、數控機床維護與保養的內容1.日檢(2)舉例28精品課件各種電氣柜散熱通風裝置各電柜冷卻風扇工作正常風道過濾網無堵塞各種防護裝置導軌、機床各種防護罩等應無松動每天某加工中心的維護點檢表四、數控機床維護與保養的內容1.日檢(2)舉例29精品課件2.周檢其主要項目包括機床零件、主軸潤滑系統，應該每周對其進行正確的檢查，特別是對機床零件要清除鐵屑，進行外部雜物清掃。四、數控機床維護與保養的內容第一節數控機床維護與保養概述30精品課件3.月檢(1)主要項目1)電源2)空氣干燥器某加工中心的維護點檢表每月電源電壓在正常情況下額定電180V-220V，頻率50Hz，如有異常，要對其進行測量、調整。空氣于燥器應該每月拆一次，然后進行清洗、裝配。四、數控機床維護與保養的內容(2)舉例31精品課件4.季檢1)機床床身2)液壓系統3)主軸潤滑系統(1)主要項目四、數控機床維護與保養的內容32精品課件5.年檢某加工中心的維護點檢表每年每半年滾珠絲杠清洗舊潤滑脂，涂上新的油脂液壓油路清洗溢流閥、減壓閥、濾油器及油箱箱底更換或過濾液壓油主軸潤滑恒溫油箱每年檢查并更換直流伺服電機碳刷檢查換向器表面，吹凈碳粉，去毛刺更換長度過短的電刷，跑合后使用潤滑液壓泵、濾油器清洗清理池底，更換濾油器四、數控機床維護與保養的內容33精品課件6.不定期檢查某加工中心的維護點檢表不定期檢查各軸軌道上鑲條、壓緊滾輪松緊狀態(按機床說明書調整)冷卻水箱檢查液面高度太臟、更換清理水箱底部經常清洗過濾器排屑器經常清理鐵屑檢查有無卡住清理廢油池及時取油池中廢油，以免外溢調整主軸驅動帶松緊按機床說明書調整34精品課件

數控機床是一種技術復雜的機電一體化設備，其故障發生的原因一般都比較復雜，這給故障診斷和排除帶來不少困難。為了便于故障分析和處理，本節按故障部件、故障性質及故障原因等對常見故障作了如下分類。第三節、數控機床故障診斷的類型和特點35精品課件（1）主機故障：

數控機床的主機部分，主要包括機械、潤滑、冷卻、排屑、液壓,氣動與防護等裝置。（2）電氣控制系統故障：電氣故障分弱電故障與強電故障：

弱電故障CNC、PLC、MDI/CRT以及伺服驅動單元、輸入輸出單元等。

強電故障控制系統中的主回路或高壓、大功率回路中的繼電器、接觸器、開關、熔斷器、電源、變壓器、電動機等電器元件及其組成的控制電路。發生故障的幾率高于“弱電”。

1、按故障發生的部位分類一、數控機床的常見故障的分類與特點36精品課件2、按故障產生的原因分類（1）數控機床自身故障

由于數控機床自身的原因所引起的，與外部環境條件無關，數控機床發生的極大多數故障均屬于此類故障。（2）數控機床外部故障

供電電壓過低、環境溫度過高、外來振動和干擾（3）人為因素

新員工在第一年中，操作不當所造成的外部故障要占機床總故障的1/3以上。37精品課件（1）、系統性故障

系統性故障，通常是指只要滿足一定的條件或超過某一設定的限度，工作中的數控機床必然會發生的故障。3.按故障的性質分類（2）、隨機性故障隨機性故障，通常是指數控機床在同樣的條件下工作時只偶然發生一次或兩次的故障。有的文獻上稱此為“軟故障”。38精品課件（1）有報警顯示的故障指示燈顯示報警--硬件報警顯示器報警--軟件報警（2）無報警顯示的故障4、按故障的指示形式分類39精品課件（1）危險性故障（2）安全性故障

5、按故障的嚴重程度分類40精品課件（1）完全失效（2）部分失效6、按故障的影響程度分類41精品課件二、數控機床故障的規律（一）、機械磨損故障42精品課件（二）、故障發生的規律43精品課件a:早期故障期b:偶發故障期c:耗損故障期機械部分電氣部分液壓部分44精品課件a:早期故障期（又稱飽和階段）這個階段由于新摩擦副表面的加工刀痕和表面脫炭層迅速磨光壓平，零件之間的間隙變動較快，需要及時調整間隙

機械部分：磨合磨損產生間隙，使設備相對運動部件之間產生較大間隙電氣部分：電子元器件經不住考驗液壓部分：潤滑不足或部分無潤滑導致銹蝕特點：故障發生率高，隨時間迅速下降45精品課件b:偶發故障（又稱正常磨損階段）偶發的故障是因操作失誤、保養不善、使用不當等外部隨機因素引起的。偶發故障期是設備的實際使用期，通常持續相當長的時間。在使用過程中應嚴格注意故障發生前的異常現象并及時消除，使故障率得到適當降低。特點：故障率低，相對穩定46精品課件C：磨損故障階段（又稱過度磨損階段）由于零件長時間的磨損與疲勞導致磨損故障率上升。通過有計劃的更換零件與維護保養可以減少故障，延長設備的使用壽命。特點：故障率隨運行時間升高47精品課件1、直觀檢查法第四節數控機床故障診斷方法問—機床的故障現象、加工狀況等看—CRT報警信息、報警指示燈、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、觸點火花等聽—異常聲響（鐵芯、欠壓、振動等）觸—發熱、振動、接觸不良等嗅—電氣元件焦糊味及其它異味48精品課件2、換件診斷法3、測量比較法4、參數檢查法5、敲擊法6、接口信號法7、原理分析法8、故障現象分析法9、報警顯示分析法10、功能程序測試法11、自診斷技術啟動診斷、在線診斷、離線診斷2.5數控機床日常故障診斷方法49精品課件現代數控系統大都采用模塊化設計，按功能不同劃分為不同的模塊，隨著現代數控技術的發展，電路的繼承規模越來越大，技術也越來越復雜，按照常規的方法，很難把故障定位在一個很小的區域，而一旦系統發生故障利用此方法可縮短停機時間，快速找到故障板。2.換件診斷法50精品課件在數控系統中往往有型號完全相同的電路板、模塊、集成電路和其它零部件。我們可將相同部分互相交換，觀察故障轉移情況，以快速確定故障部位。當數控系統某個軸運動不正常，如爬行、抖動、時動時不動、一個方向動另一個方向不動等故障時，常采用換件法來確定故障部位。51精品課件1）必須斷電后才能更換電路板或組件。2）有些電路板，例如PLC的I/O板上有地址開關，交換時要相應改變設置值。3）有些電路板上有跳線及橋接調整電阻、電容，也應與原板相同，方可交換。4）模塊的輸入輸出必須相同。以驅動器為例，型號要相同，若不同，則要考慮接口、功率的影響，避免故障擴大。5）在確定對某一部分要進行替換前，應認真檢查與其連接的有關線路和其他相關的電器。確認無故障后才能將新的替換上上，防止外部故障引起替換上去的部件損壞。換件時注意事項：52精品課件對一些比較簡單的電器，如接觸器、繼電器、開關、保護電器及其它各種單一電器，在對由電子元件組成的各種電路電路板、控制器、功率放大器及所接的負載，替換時應小心謹慎，如果無現成的備件替換，需從相同的其它設備上拆卸時更應謹慎從事，以避免故障沒找到，替換上的新部件又損壞，造成新的故障。“替換”方法的使用范圍53精品課件“替換”中的注意點1）低壓電器的替換應注意電壓、電流和其它有關的技術參數，并盡量采用相同規格的替換。2）電子元件的替換，如果沒有相同的，應采用技術參數相近的，而且主要參數最好能勝過原來的。3）拆卸時應對各部分做好記錄，特別是接線較多的地方，可防止反饋錯誤引起的人為故障。4）在有反饋環節的線路中，更換時要注意信號的極性，以防反饋錯誤引起其他的故障。54精品課件5）在需要從其他設備上拆卸相同的備件替換時，要注意方法，不要在拆卸中造成被拆件損壞。如果替換電路板，在新板環上前要檢查一下使用的電壓是否正常。“替換”前應做的工作在確定對某一部分要進行替換前，應認真檢查與其連接的有關線路和其他相關的電器。確認無故障后才能將新的替換上去，防止外部故障引起替換上去的部件損壞。55精品課件本方法是以正確的電壓、電平或波形與異常的相比較來尋找故障部位。有時還可以將正常部分試驗性地造成“故障”或報警（如斷開連線，拔去組件），看其是否和相同部分產生的故障現象相似，以判斷故障原因。3.測量比較法56精品課件有些故障，如軸抖動、爬行，一時難以區分是數控部分，還是伺服系統或機械部分造成，常可采用隔離法．將機電分離，數控與伺服分離，或將位置閉環分離作開環處理．這樣復雜的問題就化為簡單，就能較快地找到故障原因．隔離法事例：機電分離或將位置閉環分離作開環處理數控與伺服分離57精品課件人為地將元器件溫度升高（應注意器件的溫度參數）或降低，加速一些溫度特性較差的元器件產生“病癥”或使“病癥”消除來尋找故障原因。升降溫法58精品課件

原理分析法是排除故障的最基本方法，當其它檢查方法難以奏效時，可從電路基本原理出發，一步一步地進行檢查，最終查出故障原因。運用這種方法必須對電路的原理有清楚的了解，掌握各個時刻各點的邏輯電平和特征參數（如電壓值、波形），然后用萬用表、邏輯筆、示波器或邏輯分析儀對被測點進行測量，并與正常情況相比較，分析判斷故障原因的可能性，再縮小故障范圍，直至找出故障。

7、原理分析法事例：回參考點類故障59精品課件有些不定期出現的軟故障與外界電網電壓波動有關，當機床出現此類故障時，可把電源電壓人為地調高或調低，模擬惡劣地條件讓故障容易暴露。拉偏電源法60精品課件數控機床是機、電、液（氣）、光等技術的結晶，所以在診斷中應緊緊抓住微電子系統與機、液（氣）、光等裝置的交接點，這些節點是信息傳輸的焦點，對故障診斷會大有幫助，可以很快初步判斷故障發生的區段，如故障是在CNC系統、PLC、MT及液壓等系統的哪一側，以縮小檢查范圍。61精品課件拔插法是通過監視插件板或組件拔出再插入的過程，確定拔出插入的連接界面是否為故障部位。值得注意的是，在插件板或組件拔出再插入的過程中，改變狀態的部位可能不只是連接接口。因此，不能因為拔出插入后故障消失，就肯定是接口的接觸不良，還有內部的焊點虛焊恢復接觸狀態、內部的短路點恢復正常等可能性。拔插法62精品課件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。5.敲擊法事例：一加工中心運行過程中自動重啟或不能啟動，試分析其原因63精品課件功能程序測試法是將所修數控系統的G、M、S、T、F功能的全部使用指令編成一個試驗程序，存儲在硬盤、電子盤、軟盤上。在故障診斷時運行這個程序，可快速判定哪個功能不良或喪失。功能程序測試法常應用于以下場合：10.功能程序測試法64精品課件1.機床加工造成廢品而一時無法確定是編程，操作不當、還是數控系統故障時；2.數控系統出現隨機性故障，一時難以區別是外來干擾，還是系統穩定性不好。如不能可靠地執行各加工指令，可連續循環執行功能測試程序來診斷系統的穩定性；3.閑置時間較長的數控機床在投入使用時或對數控機床進行定期檢修時。65精品課件

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。充分利用數控系統的自診斷功能，根據CRT上顯示的報警信息及各模塊上的發光二極管等器件的指示，可判斷出故障的大致原因。進一步利用系統的自診斷功能，還能顯示系統與各部分之間的接口信號狀態，找出故障的大致部位，它是故障診斷過程中最常用、有效的方法之一。11.CNC系統的自診斷功能66精品課件FANUC10TE系統的數控機床，開機后CRT顯示：FS107E1399BROMTEST：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67精品課件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數據和狀態檢查接口檢查：系統與機床、系統與PLC、機床與PLC的輸入/輸出信號，

“1”表示通，“0”表示斷。68精品課件第五節數控機床的精度檢驗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。69精品課件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。檢查項目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。70精品課件3.切削精度檢驗切削精度檢查實質是對機床幾何精度和位精度在切削加工條件下的一項綜合考核幾何精度、定位精度、切削精度三者之間關系:幾何精度、定位精度檢驗合格,切削精度不一定合格。切削精度合格，幾何精度、定位精度一定合格.71精品課件第六節數控機床的安裝與調試數控機床安裝調試工作流程選擇安裝位置---設備開箱驗收---基礎制作---設備就位安裝---粗調水平---通電前準備與檢查---通電后檢查和空運行---二次灌漿---精調水平---機床及數控系統功能驗收---幾何精度檢測---定位精度檢測—切削精度檢測---設備移交。72精品課件數控機床的安裝選擇安裝位置需考慮因素：

(1)環境要求

(2)電網要求

(3)運輸方便要求

(4)施工維修要求

(5)操作維修安全要求73精品課件二、設備開箱驗收工作內容（1）對機床外觀驗收（油漆、磕碰、變形）（2）按設備裝箱單清點資料、隨機附件、工具和備件等（3）對機床配置是否與合同相符驗收74精品課件三、基礎制作小型機床