数控机床故障分析.docx
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数控机床故障分析
数控机床故障分析
与维修实训指导书
工学部自动化及机电控制工程系
2015年12月
资料Word
一、实训性质和任务
《数控机床故障分析与维修实训》是机床数控技术专业必修的实训环节。
本实训的任务是配合《数控机床故障分析与维修》课程，通过对数控机床上的典型故障进行系统而全面的分析诊断、故障定位与排除故障，理论结合实践地掌握数控机床故障诊断与维修的基本思路、判断原则、基本方法与具体的实施步骤。
二、实训要求
本实训中要求学生：
1．养成认真、注意安全、踏实、严谨、一丝不苟的工作作风。
2.确立数控机床故障检测与诊断的基本思路与判断原则。
3．学会全面查阅数控机床的技术资料，掌握机床的电气控制系统的组成及其基本原理。
学会在现象与背景的调查与分析基础上归纳总结出一些典型故障的故障特征、故障类型与故障大定位，制作出各种相关的系统框图与相关的动作流程图，以故障流程图来确定诊断与维修的具体步骤。
4.学会应用数控机床自诊断。
初步掌握故障检测与诊断的手段与方法。
初步能进行
故障定位。
学会建立故障档案。
5.实训报告容：
阐述每个实训项目的要求和容；按指导书的要求回答有关问题、填写实训中得到或求出的数据、画出要求的图纸等；做完每个项目后的体会、取得的经验和教训；对本实训项目的改进和提高提出自己的建议。
6．按实训环节递交报告，最后递交数控机床故障诊断与维修的总结报告。
7．以所有的实训报告与答辩的成绩综合评定，作为实训的考核结果。
三、实训容与学时安排
总学时为120（90）学时。
实训一数控机床综合实训系统2～3天
2～实训二数控车床机械故障诊断3天
2～3实训三计算机模拟故障分析天
实训四机床电器故障分析自诊断2～3天
实训五数控机床精度检测2～3天
实训六NCP400L数控车床故障综合分析2～3天
四、本实训与其它课程关系相关前修课程：
数控机床、典型数控系统、可编程控制器、数控机床编程、数控机床伺服系统、数控机床电器、微机原理及其应用。
五、教材及参考书教材：
数控机床故障分析与维修实训指导书MNC863T《、《参考书：
《数控机床故障诊断与维修》、MNC863T数控系统规格、操作说明》电气、数控系统连接与维修说明》《MNC863T数控系统电气使用说明书》《MNC863T、MNC863T数控车床使用说明书》《原理图》、
资料Word
实训分组科目一（RS-Sl/S2数控机床综合实训系统）
实训项目1步进驱动单元的故障诊断
一、实训目的
1.了解步进电机的工作原理。
2.了解步进驱动的缺点与不足。
二、实训设备
1.RS-S1/S2数控机床综合培训系统
2.万用表
3.示波器
4.逻辑笔
5.脉冲发生笔
三、实验预备知识
1.步进驱动系统为开环系统,数控系统向步进驱动器发出指令脉冲,驱动器按脉冲信号输出相应的脉冲功率驱动电机运转。
在电机端无执行悄况监测、反馈。
故称之为开环系统。
正常情况下,电机会忠实地执行系统所发出的命令。
2.由于开环系统无反馈检测,所以系统发出的命令值如因某种原因不能得到执行,系统无法进行报警监控,而形成运行误差。
此现象通常称之为步进电机的丢步现象。
形成丢步的主要因素有电机的输出扭矩小于驱动负载所需要的扭矩,电源供电故障,电机断相等。
3．步进驱动,根据电机的的结构,有不同的步距角（即每个脉冲电机所旋转的角度）,如西门子6FC5548系列五相二十拍步进电机步距角为0.36度,系统每发出1000个脉冲,电机旋转1000个步距角,即电机旋转一周。
例如,数控系统执行加工程序G91G1ZlOOF1000,步进电机步距角为0.36度,Z轴电机与丝杆为直连,Z轴丝杆螺距为10mm。
执行完该程序电机所转的圈数为100/10=10圈,系统所发的脉冲为10*360/0.36=10000个,系统每分钟所发脉冲数为1000/10*360/0.36=100000个。
四通86系列二相四拍混合式步进电机步距角为0.9度,系统每发出400个脉冲,也即旋转400个步距角,即电机旋转一周。
4．步进电机的输出扭矩随电机转述的升高而下降,所以步进电机在高速运行时,因有时会有丢步现象。
又由于步进电机是以脉动方式工作的,所以在低频的某一频率段会与机床产生振,影响加工,这些都要修改加工程序予以避开。
5．步进驱动器工作的三组脉冲信号:
资料Word
P+,P-；D+,D-；E+,E一；其中P为命令脉冲,D为方向脉冲,E为使能脉冲（有些驱动器无须此信号）
四、实训容
1．步进系统在正常情况下的运行试验；
2．步进系统在高速时的丢步试验；
3．步进系统的缺相运行试验；
4．步进系统在低频时的共振运行试验；
5．命令脉冲信号断路故障试验；
6．方向脉冲信号断路故障试验；
五、实训步骤
1．将以下NC机床数据-轴数据，按机床实际情况设置好。
机床电机为二相四拍步进电机，丝杆螺距为4mm,步进电机与丝杆之间减速一倍，根
据计算，设置好下列参数，重新启动数控系统后，方可进行下一步操作。
将参数设置好填入下表：
资料Word
参数号
参数含义到主轴编码器插座从X5插座来
X轴
Y轴信号名称
轴Z
MD30130
命令值输出形式元件位号元件位号接点号
接点号
MD30240
反馈类型3
10
GND
MD34200
参考点零脉冲形式4
12
GND
MD31020
电机每转的步数5
8
+5V
MD31400
MD31020同6
6
+5V
MD32260
电机最大转速7主轴
1
A
MD31030
机床坐标轴的丝杆螺距X5
8编码器
13
*A
MD31050
电机与丝杆间的减速比分子11
3
B*
MD31060
电机与丝杆间的减速比分母12
15
B
MD32000
G00速度）坐标轴最大速度（13
2
Z*
MD32010
点动快速14
14
Z
MD32020
点动速度15
屏蔽层
MD36200
坐标轴速度限制
:
．正常运行实验2）,等其它轴运行键（或+Z将倍率开关旋至100%,按动+X键将系统工作方式置于JOG方式,。
注意不要超程!
）观察轴运行情况（G91G94G1编一程序：
将倍率开关旋至100%,将系统工作方式置于MDA或AUTO方式，X10
。
注意不要超程!
）启动键执行,观察轴运行情况（Z10F200，并按NC:
．丢步实验3AUTOMDA或,然后重新启动NC,在将MD32000,与MD36200设置为大于实际计算出的数值注意观察轴运行情况（方式下编一程序：
G94G91G0Z100,将进给倍率开关置于100%-120%,!
）。
不要超程:
4．缺相运行实验将步,将倍率开关旋至100%,启动程序编一程序MDA或AUTO方式,G94G91GlZ100F100,在。
注意不要超程!
）（之间的钮子开关拨至,断开位置,观察轴运行情况Z进驱动模块上轴的A,A`:
．共震实验5,100%,启动和程序GlZ100F100,将倍率开关旋至G91在MDA或AUTO方式,编一程序G94
可以确定该点观察机床在什么速度下声音最大,,逐步旋小倍率开关至0,倾听机床运行的声音离共震点最近。
:
．命令脉冲信号断路故障实验6,JOG方式将系统置于P+、P-处于断开位子,拨码开关设置为故障状态将某一轴P+、P-,此时,观察机床运行情况。
按动相应轴的轴运行键有条件所以坐标轴无运行反应。
（都处于断开位子由于P+、P-,此时由于驱动器无命令脉冲。
）者可用示波器观察各相应端子上的脉冲波形方向脉冲信号断路故障实验：
．7资料Word
将某一轴D+、D-拨码开关设置为故障状态,将系统置于JOG方式,按动相应轴的向轴运行键,观察机床运行情况:
再按动相同轴的负方向轴运行键,观察机床运行情况:
此时,由于驱动器无方向脉冲,所以坐标轴只会朝一个方向运动。
六、思考题
1．为什么步进系统在高速时,有时会有丢步现象?
2．步进系统运行时的共振现象是故障吗?
资料Word
实训分组科目二MNC863T数控系统故障分析实训
实训要求：
1）熟悉数控系统的构成
2）熟悉数控机床的电气控制原理
3）熟悉数控系统常见故障的分析、诊断与维修方法
实训容：
1）MNC863T数控系统的构成、原理框图
2）MNC863T（NCP-400L）机床的电气控制原理、电源连接关系
3）NCP-400L数控车床的常见故障分析与诊断
实训目的：
1）培养学生阅读技术资料、熟悉数控机床系统组成的能力
2）培养学生阅读、分析数控机床电气控制系统的能力
3）培养学生对数控系统故障诊断常用方法的运用能力
实训步骤：
1）认真、细致的阅读NCP-400L数控车床系统的技术资料
2）对照NCP-400L数控车床，掌握MNC863T数控系统的结构、组成，画出半闭环控制系统框图
3）对照NCP-400L数控车床电气控制原理图与电器控制箱，吃透该机床的电气控制方法，画出相关电器连接关系框图
4）阅读MNC863T的维修手册，认识、掌握MNC863T数控系统的自诊断功能和系统的报警
5）在掌握课堂知识，并认真、细致完成上述步骤的条件下，结合资料的维修说明，进行现场模拟故障的分析、诊断和排除
实训相关问题：
1）根据资料，说明机床的使用要求、对电源与接地、防强电干扰的措施。
2）分析哪些是位置环故障？
哪些是速度环故障？
3）简述数控系统常用诊断方法机理，适用围？
4）怎样的故障应用参数法？
5）怎样的故障应用PLC程序法？
6）为什么通电后一定要做回零操作？
若此时出现超程报警应如何处理？
7）数控机床有哪些失常现象？
常见的成因与分析思路？
§1MNC863T数控系统（车床）
一、MNC863T的系统构成
MNC863T系统是航天数控集团设计、开发的适用于车床的普通半闭环NC系统，并具有主轴控制功能，可配ASCU-02型交流伺服单元、DSCU-02型直流伺服单元，以脉冲编码器作为位置检测元件，系统有四块板，即主板、X10板、X20板、X30板及操作面板、资料Word
CRT键盘板、直流稳压电源组成，如下所示：
1、系统组成框图主板操作面板接口20键盘接口板微机数控系统10接口RS-232板CNC、位置环
机床强电入口30CRT接口板机床强电出口伺伺服服控反制馈口口
SXZZX轴轴伺轴伺编编服编服码码单码单器器元器元
从电机来去电机
2、系统的插座、电缆连接示意图
说明：
1）插座、电缆编号
X1：
Z轴给定电缆插座--63ZG
X2：
X轴给定电缆插座--63XG
X3：
X轴反馈电缆插座--63XF
X4：
Z轴反馈电缆插座--63ZF
X5：
S轴反馈电缆插座--63SF
X7：
+5V电源插座
X8：
手轮电缆--HW
X9：
+24V电源插座
XP：
断电保护电池插座
资料Word
X11：
显示器电缆插座-------63DC
X12：
RS-232通信电缆插座---63RS
X13：
DC±12V电源插座
X21：
操作面板电缆插座—----63CB
X22：
键盘电缆插座--------—63KB
X31：
机床强电输入电缆插座—63PI
X32：
机床强电输出电缆插座—63PO
2）模板功能
主板：
包含CPU、存储器、位置环、伺服接口、86芯总线
X10板：
包含CRT、232通信接口
X20板：
包含机床操作面板接口，蜂鸣器接口、键盘接口、手轮接口
X30板：
机床强电16路输入、32路输出接口，其中输入采用光电隔离，输出采用继电器输出型
3、部分电缆连接信号说明
1）进给给定电缆：
表1
X轴交流给定电缆63XG：
主板X2插座→X轴交流伺服单元
Z轴交流给定电缆63ZG：
主板X1插座→Z轴交流伺服单元
2）主轴反馈电缆：
表2
S轴反馈电缆63SF：
主板X5插座→主轴编码器插座连接
3）+5V、±12V电源线连接：
表3
4）MNC863T装PLC强电接口电缆
机床强电输入电缆63PI：
X30板上X31插座→机床强电输入信号表4
机床强电输出电缆63PO：
X30板上X32插座→机床强电输出信号表5
强电操作面板电缆63CB：
X20板X21插座→强电操作面板表6
其中：
LX—X轴超程信LZ—Z轴超程信
DCX、DCZ—从机床侧发向NC侧的减速信号FHD—进给保持，运行暂停
DRN—空运行信号MLK—程检信号（执行指令，机床不动
轴伺服单元X、ZX2、X1插座来到从作）信号名称接点号元件位号元件位号接点号
1
表1、9
PRDY1152
VCMD325
GND、4、7244ENBL1
85轴伺服X2XVRDY1
26FB
818Z轴伺服X1PRDY2711
ENBL2912
TSA141
屏蔽层15
136VRDY2
资料Word
2
表
到主机PC电源插头来从信号名称接点号元件位号接点号元件位号11GND（黑色）GND2
2（黑色）GND3（黑色）33
表电源DC+5V44（红色）X7
6芯悬挂55+5V（红色）66+5V（红色）
+5V（红色）
2（黄色）+12V2DC电源3（黑色）GND3X134芯直插（棕色）4
-12V4
4
表
7643215
刀架落下夹紧号刀3号刀5主轴换档完成-LZ-LX号刀1148129131011
224V地+24VDCX号刀
21201915161718
卡盘脚踏开关+LXDCZ号刀号刀46+LZ
25242223
24V地+24V
资料Word
表5
1
2
3
4
5
6
7
液压启动
刀架电机反转
刹车启动
8
9
10
11
12
13
14
卡盘松开
主轴正转
主轴低速
主轴高速
形运Y主轴行
尾座进
主轴停止
15
16
17
18
19
20
21
刀架运动
+24V
COM
24V地
22
23
24
25
26
27
28
刀架电机正转
润滑启动
卡盘卡紧
冷却运行
主轴反转
29
30
31
32
33
34
35
主轴高速
主轴四速
主轴△运行
尾座退
+24V
36
37
COM
24V地
表6
1
2
3
4
5
6
7
主轴停止键
主轴正转
主轴反转
复位
SKP
冷却开
冷却关
8
9
10
11
12
13
14
点动换刀
X+
Z+
快进
X-
尾座退
主轴高低速
15
16
17
18
19
20
21
尾座进
程保
+24V
急停
地24V
手轮倍率
Z-
22
23
24
25
26
27
28
手轮倍率
FHD
手轮倍率
MLK
进给倍率
DRN
进给倍率
29
30
31
32
33
34
35
循环启动
进给倍率
B
进给倍率
A
进给倍率
+24V
36
37
液压启动
地24V
资料Word
二、NCP-400L数控车床的电气控制系统
轴流风扇机柜~380V
空气空气主轴电机、刀架电机开关开关水泵电机、润滑电机制动、上电空气控制变压器急停、照明开关TC1启动配电交流接开关触器伺服三交空气相流滤开关接波触
器
~190V
伺服轴伺服单元X变X、Z轴伺服电机Z轴伺服单元压器+5V主机、主板NC直~220V流电盘配电12V±CRT
10板、源器压变~28V
TC3小板主板、PLCI/O
24V
三、MNC863T的数控系统的诊断页面、系统报警一般情况下发生故障时都有报警信息数控机床的控制系统中都有故障自诊断功能，但按说明书中的故障出现，根据机床所使用的控制系统不同，提供的报警容多少不一，处理方法检查，大多数的故障都能找到解决方法。
1、MNC863T的数控系统自诊断CRT自诊断可检查系统面板各开关、按键、旋钮的接触是否故障，如有故障则在”键，即可9屏幕上显示出来，把要查元件设定到指定位置上，从系统方式选择画面按“进入诊断页面：
诊断方式DIAGNOSIS
OUTPUTINPUT
76543210PORT76543210PORT
3D8139C8
3C8139C0
3D893E81
PB1038C8
PB11
38C0
PB123E89
PB13PB16Word资料PB14
PB17
各诊断位地址含义表7所示。
表7
PORT
710
6自动执行时程序格式错或子程序格式错
5
4
3
2
1
0
INPUT11切螺纹超速
38C0
点动换刀键1213
冷却关键执行G28指令时机床未曾回零转进给时速度过大
冷却开键
跳选程序
复位
主轴反转
主轴正转
主轴停止
38C8
系统手轮倍率19面板急停
进给倍率
39C0
空运行2021
机床锁住伺服单元过载报警伺服单元未准备好
进给保持
—Z
—X
快速移动
+Z
+X
39C8RUN
液压启动2324
手动方式X轴坐标跟踪误差过大Z轴坐标跟踪误差过大
面板急停
程序保护
尾座进键
润滑报警
尾座退键
循环启动
3E81ABS
卡盘脚开关2627
X回零减速X轴坐标实际速度过大Z轴坐标实际速度过大
Z回零减速
刀架落夹紧
X+向限位
X—向限位
Z+向限位
Z—向限位
3E89
3031
主轴换档完螺距设定出错增益过大或过小
6实际刀位
实际5刀位
实际4刀位
3实际刀位
实际2刀位
实际1刀位
OUTPUT32X轴电机反馈线断线
3C81
主轴△运行3336
运主轴Y行Z轴电机反馈线断线、011号参数超围
主轴四速
主轴三速
主轴高速
主轴低速
主轴反转
主轴正转
3D81
冷却运行3841
卡盘松开编码器线数设置错非法G代码
卡盘卡紧
刹车启动
润滑启动
刀架电机反转
刀架电机正转
液压启动
3D89
COM4243
COM指令格式错G00时，坐标指令错
备用
备用
刀架运转灯
主轴停止灯
尾座退
尾座进
PLC
CNC→44G01时，坐标指令错
PB10
M代码选通4546
S代码选通G02、G03G04时，给定数据错
T代码选通时，坐标指令错
备用
备用
自动标志
备用
M30
PB11
M代码47G70、G71时，指令错
PB12
S代码48G92时，指令错
PB13
T代码49G32、G33、G34时，坐标指令错
PB14
备用50515255
Y△转换有无G05时，指令错G06时，指令错G72时，指令错G93、G95
液压系统有无时，指令格式错
主轴换档有无
刀位压紧信号状态
刀位压紧信号有无
实际刀号编码状态
实际刀号到位状态
→PLCCNC56G96、G97时，指令格式错
PB16
辅助功能完70
没有急停主轴伺服故障
备用
备用
主轴四速
主轴三速
主轴高速
主轴低速
PB17
主轴单元报警
换刀系统故障
刀具未夹紧
代码M非法
润滑系统报警
液压系统故障
冷却电机过载
急停
2、实时诊断操作
资料Word
诊断时，调出诊断页面，当某个输入信号输入后，则在该信号位地址下面显示“1”，未输入时显示“0”。
这样就可以通过操作面板上的旋钮、按钮、按键来检查个路输入信号是否连接正常，可靠，以及输出状态是否正确。
注意，在诊断方式时，不显示任何报警
3、系统的报警
系统在零件加工程序有错误、伺服单元有故障、机床的位置状态不对等情况出现时，自在屏幕上显示“报警”字样，并给出报警号，同时系统蜂鸣器处于长鸣状态。
例如，当出现机床限位报警时，画面
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