機電設備故障診斷與維修技術（第二版）第七章數控機床維修【導學】１.了解數控機床維修工作對保證設備開動率的意義及數控機床維修的特點，明確數控機床故障的分類。２.熟悉數控機床維修中常用儀器工具的選用和使用方法。３.掌握數控機床機械部分和數控系統故障診斷的基本方法。４.具有分析、診斷和排除數控機床故障的初步能力。2

一、數控機床的故障類型

數控機床的故障可以從多個角度進行劃分分類。（一）從故障的性質分類數控系統故障分為軟件故障、硬件故障和干擾故障３種。（二）按故障發生后有無報警顯示分類１.有報警顯示的故障１）硬件報警顯示故障２）軟件報警顯示故障２.無報警顯示的故障有時數控機床在無任何報警顯示的情況下也會發生故障。這類故障發生后，由于無任何故障信息提示，因而查找難度很大，通常這類故障可劃分為兩種模式。一是計算機處于中斷狀態，設備呈“死機”現象，而系統無任何報警顯示。這種故障常見的原因是程序或參數出現了問題，二是數控機床出現爬行、異響等故障。第一節概述3（三）按數控機床發生故障的部件分類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、氣動與防護裝置等。常見的主機故障有：因機械安裝、調試及操作使用不當等原因引起的機械傳動故障和導軌運動摩擦過大故障。液壓、潤滑與氣動系統的故障主要表現在管路阻塞和密封不良等方面。２.電氣故障電氣故障分為弱電部分故障和強電部分故障。4二、數控機床維修的特點

（一）數控機床維修工作的內容更廣（二）維修故障的模式不同（三）對維修管理工作要求不同（四）對維修人員素質要求不同數控機床的維修人員要有更高的技術水平，更知識面，更強的責任心。他們除了應具備普通機床維修人員所應有的各種技能外，還應滿足下列要求：（１）廣泛的專業知識。（２）專業英語閱讀能力較強。（３）較強的動手能力。5三、數控機床診斷與維修的基本原則

１.先外部后內部２.先機械后電氣３.先靜后動４.先公用后專用５.先簡單后復雜６.先一般后特殊6四、常用診斷儀器

在故障診斷與維修中就需要一些能夠檢測各種印制電路板故障的儀器，如邏輯測試筆，邏輯分析儀等。（一）邏輯測試筆邏輯測試筆是用來測量數字電路的脈沖和電平的儀器。邏輯測試筆在使用中分電平測試和脈沖測試兩種狀態，通過撥動開關進行測試狀態轉換。（二）邏輯分析儀它是專門用于測量和顯示多路數字信號的測試儀器，根據通道個數不同，可同時顯示８個、１６個、６４個邏輯方波信號。78邏輯分析儀一般有異步測試和同步測試兩種使用方式。１.異步測試異步測試采樣選通信號是由邏輯分析儀內設置的時鐘發生器產生的，它和待測的通信信號在時間上沒有關系，為了得到正確的待測波形，采樣頻率要比待測波形頻率高幾倍，而且應可調。為了發現窄脈沖的影響，還設有采樣和鎖定兩種模式，鎖定模式能及時發現窄脈沖的存在。２.同步測試采樣選通信號是由外部輸入的時鐘信號形成的。因此，只要外部時鐘選得好，就可用很少的內存容量記錄下所需的測試信息。為了可靠地采集到穩定的數據，采樣延遲信號相對于采樣信號應該有足夠的數據設置時間和數據保持時間。9（三）集成電路測試儀（ＩＣ測試儀）集成電路測試儀是用于檢修數控機床和各種計算機印制電路板上數字集成電路和模擬集成電路以及各種元器件的通用型維修儀器，它分為離線測試儀和在線測試儀兩大類。在線測試儀按功能分為普及型和高檔型兩種。１.普及型在線ＩＣ測試儀２.高檔型在線ＩＣ測試儀10（四）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，它可以快速查找印制電路板上的任何短路。使用該儀器進行短路追蹤有３種方法：１.微電阻法即將儀器的測量阻值降低到１／１０ＭΩ，根據短路點的電阻值一般比相鄰連接的電阻值大的特點，一旦回路電阻值稍有變化，即可尋找出短路部位。２.微電壓測試法即根據短路點對地電壓比其他點對地電壓低的特性，向被測回路輸入一個直流電壓信號，測量各端對地電壓，尋找短路部位。３.電流流向追蹤法即利用電磁感應原理，用磁棒追蹤檢測方波信號，接收到的感應信號值和發生的聲頻信號都增大的部位即為短路部位。11第二節數控機床機械故障診斷數控機床主要的機械故障表現在機床各執行部件的運動故障以及切削加工過程中的振動、噪聲、刀具磨（破）損、工件質量問題等方面。對于數控機床來說，機械部分的故障與數控系統的故障是互相關聯的。因此，掌握機械故障的診斷技術和排除方法，是數控維修人員專業知識學習12一、主軸部件

數控機床的加工精度與主軸部件的結構、技術狀態有十分密切的關系。從結構上看不同規格、精度的數控機床其主軸隨采用的軸承不同而結構各異。如一般中小規格數控機床的主軸部件多采用成組高精度滾動軸承；重型數控機床多采用液體靜壓軸承；高精度數控機床多采用氣體靜壓軸承；轉速在２００００ｒ／ｍｉｎ的主軸采用磁力軸承或氮化硅材料的陶瓷軸承。從技術狀態看要使主軸部件在回轉精度、回轉速度、自動變速、準停和換刀等方面在使用中一直保持良好的技術狀態，就必須在合理使用設備的基礎上加強主軸部件的維護保養工作，對主軸運轉中出現的異常現象做出及時、準確的診斷。13二、滾珠絲杠與螺母三、刀庫與換刀裝置數控機床實現自動換刀有兩種方式。一種是靠機械手在機床主軸與刀庫之間自動交換刀具，一種是通過主軸與刀庫的相對運動而直接交換刀具，大多數數控機床采用的是前一種換刀方式。14第三節數控系統故障診斷與維修機床的數控系統由硬件系統和軟件控制系統兩大部分組成，因而數控系統的故障可分為硬件系統故障和軟件系統故障。軟件系統故障是由于系統參數設定有問題，編程中有語法問題等造成的，這類故障不是具體的元器件損壞；硬件系統故障則是數控裝置、可編程控制器、伺服驅動單元以及各種輸入輸出設備等發生了故障。15一、數控系統故障的診斷方法

（一）故障診斷方法１.裝置自診斷法裝置自診斷法是指數控系統借助系統配置的故障診斷程序，迅速、準確地查明故障原因，確定故障部位的一種診斷方法，常用的自診斷方法一般有啟動自診斷和實時自診斷兩種。２.常規檢查法指通過人的五官或借助一些簡單的儀器對故障進行分析診斷的方法。這種方法要求維修人員采用望、聞、嗅、問、摸等方法，由外向內逐一進行檢查，檢查人員可以通過元器件的異常變化現象，利用實踐經驗對故障的原因、部位作出判斷。這種方法是維修中最容易采用，并且也是應首先采用的方法。16３.備件替換法４.功能程序測試法功能程序測試法是將所維修數控系統Ｇ、Ｍ、Ｓ、Ｔ、Ｆ功能的全部使用指令編寫出一個試驗程序，并存儲在軟盤上。５.邏輯線路追蹤法（原理分析法）邏輯線路追蹤法根據ＣＮＣ系統原理圖，從前往后或從后往前地檢查與故障有關的信號有無、性質、大小及不同運行方式的狀態，與正常情況比較，看有什么差異或是否符合邏輯關系。６.分段優選法電纜斷路或短路故障的查找，有時非常困難，特別是大型數控機床各軸的行程很長，有時電樞到機床去的電纜要分幾段，每段有幾十米長，這時應用優選法從中部分段校線查找故障點，可以加快速度。17（二）故障診斷與維修的準備工作１.技術準備維修人員應熟讀有關系統的操作說明書和維修說明書，掌握數控系統的框圖、結構布置以及印制線路板上可供檢測的測試點上正常的電平值或波形。２.測量器具及工具的準備１）測量器具；２）維修工具３.備件準備18二、數控系統的軟件故障與診斷

（一）軟件故障的原因１.誤操作２.供電電池電壓不足或電池電路斷路、短路３.干擾信號４.軟件死循環５.操作不規范６.用戶程序編制錯誤（二）軟件故障的排除１）對于因軟件丟失或參數變化造成的運行異常、程序中斷、停機故障等，可采取對數據、程序更改補充的方法排除故障。２）對于程序運行和數據處理中發生中斷而造成的停機故障，可采用硬件復位的方法，即關掉機床總電源開關，然后再重新開機的方法排除故障，開關一次系統電源的作用與使用Ｒｅｓｅｔ法類似。19三、ＦＡＮＵＣ０系統的維修（一）ＦＡＮＵＣ０系統的基本配置20ＦＡＮＵＣ０系統各部件的功能如下：１）主印制電路板（ＰＣＢ）連接各功能板，故障報警等。２）數控單元電源３）圖形顯示板４）ＰＣ板（ＰＭＣ－Ｍ）５）基本軸控制板（ＡＸＥ）６）輸入輸出接口７）存儲器板８）子ＣＰＵ板管理９）擴展軸控制板（ＡＸＳ）１０）擴展軸控制板（ＡＸＡ）１１）擴展的輸入輸出接口１２）通訊板（ＤＮＣ２）21（二）ＦＡＮＵＣ０系統故障分類及處理ＦＡＮＵＣ０系統發生故障時，由系統進行自診斷。自診斷系統將故障分為數控系統故障和機床本體故障兩大類。前者包括數控單元故障，伺服系統故障、編碼器故障、超程故障和可編程機床控制器（ＰＭＣ）故障等，它們由ＣＮＣ控制軟件進行診斷；后者包括機床故障和操作信息等，由ＰＭＣ控制程序進行自診斷。當發生這些故障時，ＣＲＴ屏幕上或主印制電路板指示燈有報警顯示。1.ＣＮＣ控制軟件自診斷故障2.ＰＭＣ控制程序自診斷故障3.編程故障１）Ｐ／Ｓ１００號報警２）Ｐ／Ｓ０００號報警22（三）ＦＡＮＵＣ０系統故障排除實例１．ＦＡＮＵＣ－０Ａ系統電源輸入模塊維修（１）電源輸入模塊的工作原理（２）輸入單元的維修２．返回參考點位置偏移（１）故障分析（２）排除方法１）確認參考計數器值的設定是否正確。２）確認返回參考點位置偏移的程度，是否在一個柵格之內。３）確認減速擋塊是否裝配在正確位置上。４）檢查參數ＰＲＭ０５０８～ＰＲＭ０５１１中柵格偏移量設定是否正確。３.位置偏差量過大———４×０、４×１報警４.不能進行手動操作５.系統無顯示23四、ＳＩＥＭＥＮＳ８１０／８２０系統的維修

（一）硬件的維修特點（二）８１０／８２０系統的常見故障分析及排除方法１．電源模塊故障（１）電源模塊簡介；（２）電源模塊故障判斷方法２．顯示系統故障３．ＣＰＵ板（６ＦＸ１１３８－５ＢＢ０３）故障４．接口板（６ＦＸ１１２１－２ＢＣ０２）故障５．存儲板故障６．測量系統故障24第四節伺服系統故障診斷在自動控制系統中，把輸出量能夠以一定準確度跟隨輸入量的變化而變化的系統稱為伺服系統。伺服系統主要是控制機床的進給運動和主軸轉速。伺服系統是一種反饋控制系統，它以指令脈沖為輸入給定值，與輸出量進行比較，利用比較后產生的偏差值對系統進行自動調節，以消除偏差，使被調量跟蹤給定值。25一、主軸伺服系統故障及診斷１.主軸波動主軸波動是指由于電磁干擾、屏蔽和接地措施不良等影響，主軸轉速指令信號或反饋信號受到干擾，使主軸驅動出現隨機和無規律性的波動。２.過載切削用量過大，頻繁正、反轉等均可引起過載報警。３.主軸定位抖動主軸準停用于刀具交換、精鏜退刀及齒輪換擋等場合４.主軸轉速與進給不匹配當進行螺紋切削或用每轉進給指令切削時，會出現停止進給，主軸仍繼續運轉的故障。５.轉速偏離指令值６.主軸異常噪聲及振動７.主軸電動機不轉26二、進給伺服系統故障與診斷

（一）ＣＲＴ上顯示報警內容的故障（軟件報警故障）１.超程報警２.停機時誤差過大和運行時誤差過大報警３.漂移補償量過大報警４.過熱報警故障５.電動機再生放電的電流過大報警６.電動機過載７.速度單元的斷路器斷開報警８.伺服單元過電流報警９.伺服系統過壓報警27（二）報警指示燈報警的故障（硬件報警故障）這類報警除能對上述的各類高電壓、大電流、過載再生放電等故障報警外，還能對下面的故障報警：１.速度控制單元上的熔絲燒斷或斷路器跳閘報警２.保護開關動作報警28（三）無報警顯示的故障當機床已處于不正常運動狀態，但軟、硬件報警系統均無報警顯示時，稱機床出現了無報警顯示故障。１.機床失控（飛車現象）２.機床振動３.兩軸聯動加工外圓時圓柱度超差４.機床過沖５.機床移動時噪聲過大６.機床在快速移動時發生振動，甚至有大的沖擊，其原因是伺服電機內測速發電機電刷接觸不良引起的。７.所有軸均不運動29第五節數控機床維修實例

數控機床故障模式多種多樣，有時一個故障的發生往往需要采用幾種診斷方法交替使用才能查出故障原因，因此維修中，要根據各種故障