数控车床操作面板无显示故障诊断与排除校本教材.docx
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数控车床操作面板无显示故障诊断与排除校本教材
数控车床操作面板无显示故障诊断与排除
一、项目要求
华中世纪星系统数控车床开机后面板无显示，现对数控机床面板无显示故障进行诊断与维修，使其开机后能够正常显示。
1．时间要求：
6学时
2．质量要求：
能够准确无误地诊断与排除故障
3．安全要求：
严格按照安全操作规程进行项目作业
4．文明要求：
自觉按照文明生产规则进行项目作业
5．环保要求：
努力按照环境保护要求进行项目作业
二、项目分析
数据系统不能正常显示的原因很多，当电源故障、系统CPU故障时，均可能导致系统不能正常显示；系统的软件出错，在多数情况下可能会导致显示混乱、显示不正常或系统无显示；当然，显示系统本身的故障是造成系统显示不正常的直接原因。
因此，系统不能正常显示时，首先要分清造成系统不能正常显示故障的原因，抓住主要矛盾，不可以简单地认为只要系统无显示就是显示系统的故障。
当由于系统电源、系统出错等原因造成系统不能正常显示时，应首先对其它相关部分进行维修处理。
项目链接
一、数控机床维修的基本要求
数控机床是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、精密侧量技术和机床设计等先进技术的典型机电一体化产品，其控制系统复杂、价格昂贵，因此它对维修人员素质、维修资料的准备、维修仪器的使用等方面提出了比普通机床更高的要求这些要求主要包括以下几个方面。
1．人员素质的要求
维修人员的素质直接决定了维修效率和效果为了迅速、准确判断故障原因，并进行及时、有效的处理，恢复机床的动作、功能和精度作为数控机床的维修人员应具备以下方面的基本条件。
⑴具有较广的知识面
由于数控机床通常是集机械、电气、液压、气动等干一体的加工设备，组成机床的各部分之间具有密切的联系，其中任何一部分发生故障均会影响其他部分的正常工作。
数控机床维修的第一步是要
根据故障现象，尽快判别故障的真正原因与故障部位，这一点即是维修人员必须具备的素质，但同时又对维修人员提出了很高的要求，它要求数控机床维修人员不仅仅要掌握机械、电气两个专业的基础知识和基础理论，而且还应该熟悉机床的结构与设计思想，熟悉数控机床的性能，只有这样，才能迅速找出故障原因，判断故障所在，此外，维修对为了对某些电路与零件进行现场测绘，作为维修人员还应当具备一定的工程制图能力。
⑵善于思考
数控机床的结构复杂，各部分之间的联系紧密。
故障涉及面广。
而且在有些场合．故障所反映出的现象不一定是产生故障的根本原因。
作为维修人员必须从机床的故障现象通过分析故障产生的过程，针对各种可能产生的原因由表及里，透过现象看本质，迅速找出发生故障的根本原因井予以排除。
通俗地讲，数控机床的维修人员从某种意义上说应“多动脑，慎动手”，切忌草率下结论。
⑶重视经验积累
数控机床的维修速度在很大程度上要依靠平时经验的积累，维修人员遇到过的问题、解决过的战障越多，其维修经验也就越丰富。
数控机床虽然种类繁多，系统各异，但其基本的工作过程与原理却是和同的。
因此，维修人员在解决了某故障以后，应对维修过程及处理方法进行及时总结、归纳。
形成书面记录，以供今后同类故障维修参考。
特别是对十自己时难以解决，最终由同行技术人员或专家维修解决的问题，尤其应该细心观察，认真记录，以便十提高。
如此日积月累，以达到提高自身水平与素质的目的。
⑷善于学习
作为数控机床维修人员不仅要注重分析与积累，还应当勤于学习，善于学习。
数控机床，尤其是数控系统，其说明书内容通常都较多，有操作、编程、连接、安装调试、维修手册、功能说明、PLC编程等。
这些手册、资料少则数十万字．多到上千万字，要全面掌握系统的全部内容绝非一日之功而重在实际维修时，通常也不可能有太多的时间对说明书进行全面、系统的学习。
因此，作为维修人员要像了解机床、系统的结构那样全面了解系统说明书的结构、内容、范围并根据实际需要，精读某些与维修有关的重点章节，理清思路、把握重点、详略得当切忌大海捞针、无从下手。
⑸具备外语基础与专业外语基础
虽然目前国内生产数控机床的厂家已经日益增多，但数控机床的关键部分——数控系统还主要依靠进口，其配套的说明书、资料往往使用原文资料数控系统的报警文本显示亦以外文居多。
为了能迅速根据系统的提示与机床说明书中所提供信息，确认故障原因，加快维修进程，作为一个维修人员，最好能具备专业外语的阅读能力，提高外语水平，以便分析、处理问题。
⑹能熟练操作机床和使用维修仪器
数控机床的维修离不开实际操作，特别是在维修过程中，维修人员通常要进入一般操作者无法进行的特殊操作方式。
此外，为了分析判断故障原因维修过程中往往还需要编制相应的加工程序，对机床进行必要的
运行试验与工件的试切削。
因此，从某种意义上说，一个高水平的维修人员，其操作机床的水平应比操作人员更高，运用编程指令的能力应比编程人员更强。
⑺具有较强的动手能力
动手是维修人员必须具备的素质。
但是，对于维修数控机床这样约精密、关键设备，动手必须有明确的目的、完整的思路、细致的操作。
动手前应仔细思考、观察，找准入手点动手过程中更要做好记录，尤其是对于电气元件的安装位置、导线号、机床参数、调整值等都必须做好明显的标记，以便恢复。
维修完成后，应做好“收尾”工作，如：
将机床、系统的罩壳、紧固件安装到位；将电线、电缆整理整齐等。
2．资料要求
技术资料是维修的指南，它在维修工作中起着至关重要的作用，借助于技术资料可以大大提高维修工作的效率与维修的准确胜。
一般来说，对于重大的数控机床故障维修．在理想状态下，应具备以下技术资料：
⑴数控机床使用说明书
它是由机床生产厂家编制井随机床提供的随机资料。
机床使用说明书通常包括以下与维修有关的内容：
1）机床的操作过程和步骤
2）机床主要机械传动系统及主要部件的结构原理示意图
3）机床的液压、气动、润滑系统图
4）机床安装和调整的方法与步骤
5）机床电气控制原理图
6）机床使用的特殊功能及其说明等。
（2）PLC程序清单
它是机床厂根据机床的具体控制要求设计、编制的机床控制软件，PLC程序中包含了机床动作的执行过程，以及执行动作所需的条件，它表明了指令信号、检测元件与执行元件之间的全部逻辑关系。
借助PLC程序，维修人员可以迅速找到故障原因，它是数控机床维修过程中使用最多、最重要的资料。
在某些系统（如FANUC系统、SIEMENS802D等）中，利用数控系统的显示器可以直接对PLC程序进行动态检测和观察，它为维修提供了极大的便利，因此，在维修中定要熟练掌握这方面的操作和使用技能。
（3）机床参数清单
它是由机床生产厂根据机床的实际情况，对数控系统进行的设置与调整。
机床参数是系统与机床之间的“桥梁”，它不仅直接决定了系统的配置和功能，而且也关系到机床的动、静态性能和精度，因此也是维修机床的重要依据与参考。
在维修时，应随时参考系统“机床参数”的设置清况来调整、维修机床；特别是在更换数控系统模块时．一定要记录机床的原始设置参数，以便机床功能的恢复。
（4）数控系统的连接说明、功能说明
该资料由数控系统生产厂家编制通常只提供给机床生产厂家作为设针资料。
维修人员可以从机床生产厂家或系统生产、销售部门获得。
系统的连接说明、功能说明书不仅包含了比电气原理图更为详细的系统各部分之间连接要求与说明，而且还包括了原理图中未反映的信号功能描述，是维修数控系统，尤其是检查电气接线的重要参考资料。
（5）伺服驱动系统、主轴驱动系统的使用说明书
它是伺服系统及主轴驱动系统的原理与连接说明书，主要包括伺服、主轴的状态显示与报警显示、驱动器的调试、设定要点，信号、电压、电流的测试点，驱动器设置的参数及意义等方面的内容，可供伺服驱动系统、主轴驱动系统维修参考。
（6）PLC使用与编程说明
它是机床中所使用的外置或内置式PLC的使用、编程说明书。
通过PLC的说明书，维修人员可以通过PLC的功能与指令说明、分析、理解PLC程序，并由此详细了解、分析机床的动作过程、动作条件、动作顺序以及各信号之间的逻辑关系，必要时还可以对PLC程序进行部分修改。
（7）机床主要配套功能部件的说明书与资料
在数控机床上往往会使用较多功能部件如数控转台、自动换刀装置、润滑与冷却系统排屑器等。
这些功能部件，其生产厂家一般都提供了较完整的使用说明书，机床生产厂家应将其提供给用户，以便功能部件发生故障时进行参考。
以上都是在理想情况下应具备的技术资料，但是实际维修时往往难以做到这一点。
因此在必要时，维修人员应通过现场测绘、平时积累等方法完善、整理有关技术资料。
（8）维修人员对机床维修过程的记录与维修的总结
最理想的清况是，维修人员应对自己所进行的每一步维修都进行详细的记录，不管当时判断是否正确。
这样不仅有助于今后进一步维修，而且也有助于维修人员的经验总结与水平的提高。
3．常用工具的要求
合格的维修工具是进行数控机床维修的必备条件，数控机床是精密设备，它对各方面的要求较普通机床高，不同的故障，所需要的维修工具亦不尽相同。
作为常用的工具主要有以下几类：
常用仪表：
（1）数字万用表数字万用表可用于大部分电气参数的准确测量，判别电气元件的性能好坏。
数控机床维修对数字万用表的基本侧量范围以及精度要求一般如下：
①交流电压：
200mV～700V，200mV档的分辨率应不低于100μV。
②直流电压：
200mV～1000V200mV档的分辨率应不低于100μV
③交流电流：
200μA～20A，200μA档的分辨率应不低于0.1μ
④直流电流：
20μA～20A，20μA档的分辨率应不低于0.01μA
⑤电阻：
200Ω～200MΩ，200Ω档的分辨率应不低于0.1Ω
⑥电容：
2nF～20μF，2nF档的分辨率一股应不低于1PF。
⑦晶体管：
hfe：
0～1000。
⑧具有二极管测试与蜂鸣器功能。
（2）数字转速表
转速表用于测量与调整主轴的转速，通过测量主轴实际转速，以及调整系统及驭动器的参数可以使编程的主轴转速理论值与实际主轴转速值相符它是主轴维修与调整的测量工具之一。
（3）示波器
示波器用于检测信号的动态波形如脉冲编码器、测速机、光栅的输出波形，伺服驱动、主轴驱动单元的各级输入、输出波形等，其次还可以用十检测开关电源显示器的垂直、水平振荡与扫描电路的波形等。
数控机床维修用的示波器通常选用频带宽为10～100MHz的双通道示波器。
（4）相序表
相序表主要用于测量三相电源的相序，它是直流伺服驭动、主轴驱动维修的必要测量工具之一。
（5）常用的长度测量工具
长度测量工具（如：
千分表、百分表等）用于测量机床移动距离、反向间隙值等。
通过测量，可以大致判断机床的定位精度、重复定位精度、加工精度等，根据测量值可以调整数控系统的电子齿轮比、反向间隙等主要参数，以恢复机床精度。
占是机械部件维修测量的主要检测工具之一。
常用工具类：
（1）电烙铁
它是最常用的焊接工其一般应采用30W左右的尖头、带接地保护线的内铁式电烙铁，最好使用恒温式电烙铁。
（2）吸锡器
常用的是便携式手动吸锡器，也可采用电动吸锡器。
（3）旋具类
规格齐全的一字与十字旋具各一套旋具以采用树脂或塑料手柄为宜为了进行伺服驱动器的调整与装卸，还应配备无感螺旋刀与梅花形六角旋具各一套。
（4）钳类工具
各种规格的斜口钳、尖嘴钳、剥线钳、镊子、压线钳等。
（5）扳手类
各种规格的米制、英制内、外六角扳手各一套等。
（6）其它类
剪刀、吹尘器、卷尺、焊锡丝、松香、酒精、刷子等。
常用的元件：
数控机床的维修所涉及的元器件、零件众多，备用的元器件不可能全部准备充分、齐全，但是，若维修人员能准备一些最为常见的易损元器件，可以给维修带来很大的方便，有助于迅速处理解决问题，这些元器件包括：
1）常用的二极管类，如：
IN4007、IN1004、IN4148、IS953
2）各种规格的电阻（规格应齐全）：
常用的电位器（1KΩ、2KΩ、10KΩ、47KΩ等）
3）常用的晶体三极管类，如：
2S719、2SC1983、2SA6395、2SC1152、BCY59等。
4）常用的集成电路，主要有：
①运放类，如：
LM319、LM339、LM311、LM248、LM301、LM308、LM158、LM324、LM393、RC455、
RC747、μA747、LF353、4858、1458、NE5514、NE5512、TLC374等。
②集成稳压源类：
如：
7805、7812、7815、7915、LM317、LM337、14315、17815等
③光耦器件类，如：
TLP521、TLP500、TLP512、SFH6001、SFH610、4N26、4N37、PC601、PC401等。
④线驭动放大器／接收器类，如：
75113、75115、75116、55114、54125、74125、74125、54265、MC3487等。
⑤D/A转换器类，如：
AD767、BA17008、=DAC0800、DAC707DAC767、DAC1020等
⑥输出驱动类，如：
ULN2803、ULN2003、ULN2002、FT5461、DIA050000等。
⑦模拟开关类，如：
DG200、DG201、DG211等。
由于以上元器件与系统的外部输入/输出电路、电源等易损部件有关．在连接不当、外部短路等情况下，比较容易引起损坏。
对于专业维修人员一般均应准备一部分，以便随时进行更换。
5）常用规格的熔断器及熔芯
二、故障维修的基本步骤
1．故障记录
数控机床发生故障时，操作人员应首先停止机床，保护现场，然后对故障进行尽可能详细的记录，并及时通知维修人员。
故障的记录可为维修人员排除故障提供第一手材料，应尽可能详细。
记录内容最好包括下述几个方面：
（1）故障发生时的情况记录
（2）故障发生的频繁程度记录
（3）故障的规律性记录
（4）故障时的外界条件记录
2．维修前的检查
维修人员故障维修前，应根据故障现象与故障记录，认真对照系统、机床使用说明书进行各项检查，以便确认故障的原因。
这些检查包括：
（1）机床的工作状况检查
（2）机床运转情况检查
（3）机床和系统之间连接情况的检查
1）检查电缆是否有破损，电缆拐弯处是否有破裂、损伤现象?
2）电源线与信号线布置是否合理？
电缆连接是否正确、可靠?
3）机床电源进线是否可靠接地？
接地线的规格是否符合要求?
4）信号屏蔽线的接地是否正确？
端子板上接线是否牢固、可靠？
系统接地线是否连接可靠？
5）继电器、电磁铁以及电动机等屯磁部件是否装有噪声抑制器？
（4）CNC装置的外观检查
1）是否在电气拒门打开的状态下运行数控系统？
有无切削液或切削粉尘进入柜内？
气过滤器清洁状况是否良好?
2）电气柜内部的风扇、热交换器等部件的工作是否正常?
3）电气柜内部系统、驱动器的模块、印制电路板是否有灰尘、金属粉末等污染？
4）在使用纸带阅读机的场合，检查纸带阅读机是否有污物？
阅读机上的制动电磁动作是否正常?
5）电源学元的熔断器是否熔断?
6）电缆连接器插头是否完全插入、拧紧?
7）系统模块、线路板的数量是否齐全？
模块、线路板安装是否牢固？
8）机床操作面板MDI/CRT单元上的按钮有无破损，位置是否正确?
9）系统的总线设置，模块的设定端的位置是否正确?
（5）有关穿孔纸带的检查
总之，维修时应记录、检查的原始数据、状态较多，记录越详细，维修就越方便。
用户最好根据本厂的实际情况，编制一份故障维修记录表，在系统出现故障时，操作者可以根据表的要求及时填入各种原始材料，供维修时参考。
3．数控机床故障诊断
数控机床发生故障时，为了进行故障诊断，找出产生故障的根本原因，维修人员应遵循以下两条原则：
（1）充分调查故障现场。
这是维修人员取得维修第一手材料的一个重要手段，调查故障现场，首先要查看故障记录单；同时应向操作者调查、询问出现故障的全过程，充分了解发生的故障现象，以及采取过的措施等。
此外，维修人员还应对现场作细致的检查，观察系统的外观、内部各部分是否有异常之处；在确认数控系统通电无危险的情况下方可通电，通电后再观察系统有何异常，CRT显示的报警内容是什么等。
（2）认真分析故障的原因。
数控系统虽有各种报警指示灯或自诊断程序，但不可能诊断出发生故障的确切部位。
而且，同一故障、同一报警可以有多种起因，在分析故障的起因时，一定要开阔思路，尽可能考虑各种因素。
分析故障时，维修人员也不应局限于CNC部分，而是要对机床强电、机械、液压、气动等方面都作详细的检查，并进行综合判断，达到确诊和最终排除故障的目的。
三、数控故障诊断的主要方法
1．直观法这是一种最基本、最简单的方法。
维修人员通过对故障发生时产生的各种光、声、味等异常现象的观察、检查，可将故障缩小到某一个模块，甚至一块印制电路板，但是，它要求维修人员具有丰富的实践经验，以及综合判断能力。
2．系统自诊断法充分利用数控系统的自诊断功能，根据CRT上显示的报警信息及各模块上的发光二极管等器件的指示，可判断出故障的大致起因。
过一步利用系统的自诊断功能，还能显示系统与各部分之间的接口信号状态，找出故障的大致部位，它是故障诊断过程中最常用、有效的方法之一。
3．参数检查法数控系统的机床参数是保证机床正常运行的前提条件，它们直接影响着数控机床的性能。
参数通常存放在系统存储器中，一旦电池不足或受到外界的干扰，可能导致部分参数的丢失或变化，使机床无法正常工作。
通过核对、调整参数，有时可以迅速排除故障；特别是对于机床长期不用的情况，参数丢失的现象经常发生，因此，检查和恢复机床参数，是维修中行之有效的方法之一。
另外，数控机床经过长期运行之后，出于机械运动部件磨损，电气元器件性能变化等原因，也需对有关参数进行重新调整。
4．功能测试法所谓功能测试法是通过功能测试程序，检查机床的实际动作，判别故障的一种方法。
功能测试可以将系统的功能（如：
直线定位，圆弧插补、蛹纹切削、固定循环、用户宏程序等），用手工编程方法，编制一个功能测试程序，并通过运行测试程序，来检查机床执行这些功能的准确性和可靠性，进而判断出故障发生的原因。
对于长期不用的数控机床或是机床第一次开机，不论动作是否正常，都应使用本方法进行一次检查，以判断机床的工作状况。
5．部件交换法所谓部件交换法，就是在故障范围大致确认，并在确认外部条件完全正确的情况下，利用同样的印制电路板、模块、集成电路芯片或元器件替换有疑点的部分的方法。
部件交换法是一种简单、易行、可靠的方法，也是维修过程中最常用的故障判别方法之一。
交换的部件可以是系统的备件，也可以用机床上现有的同类型部件替换。
通过部件交换，就可以逐一排除故障可能的原因，把故障范围缩小到相应的部件上。
必须注意的是：
在备件交换之前，应仔细检查、确认部件的外部工作奈件；在线路中存在短路、过电压等情况时，切不可以轻易更换备件。
此外，备件（或交换板）应完好，且与原板的各种设定状态一致。
在交换CNC装置的存储器板或CPU板时，通常还要对系统进行某些特定的操作，如存储器的初始化操作等，并重新设定各种参数，否则系统不能正常工作。
这些操作步骤应严格按照系统的操作说明书、维修说明书进行。
6．测量比较法数控系统的印制电路板制造时，为了调整、维修的便利，通常都设置有检测用的测量端子。
维修人员利用这些检测端子，可以测量、比较正常的印制电路板和有故障的印制电路板之间的电压或波形的差异，进而分析、判断故障原因及故障所在位置。
7．原理分析法这是根据数控系统的组成及工作原理，从原理上分析各点的电平和参数，并利用万用表、示波器或逻辑分析仪等仪器对其进行测量、分析和比较，进而对故障进行系统检查的一种方法。
除了以上介绍的故障检测方法外，还有插拔法、电压拉偏法、敲击法、局部升温法等。
这些检查方法各有特点，维修人员可以根据不同的故障现象，加以灵活应用，以便对故障进行综合分析，逐步缩小故障范围，排除故障。
四、数控机床故障的分类
1．从故障的起因分类
关联性故障——和系统的设计、结构或性能等缺陷有关而造成（分固有性和随机性）。
非关联性故障——和系统本身结构与制造无关的故障。
2．从故障发生的状态分类
突然故障——发生前无故障征兆，使用不当。
渐变故障——发生前有故障征兆，逐渐严重。
3．按故障发生的性质分类
软件故障数控系统加工程序错误、系统程序和参数的设定不正确或丢失、计算机的运算出错等。
通过认真检查程序和修改参数可以解决这类故障。
但是，参数的修改要慎重，一定搞清参数的含义以及与其相关的其他参数方可修改，否则顾此失彼还会产生新的故障，甚至发生机床动作失控。
硬件故障数控装置的印制电路板上的集成电路芯片、分立元件、接插件以及外部连接组件等发生的故障。
只有更换已损坏的器件才能排除这类故障，这类故障也称“死故障”。
比较常见的是输入/输出接口损坏，功放元件损坏等。
干扰故障由于系统工艺、线路设计、电源地线配置不当等以及工作环境的恶变化而产生。
4．按故障的严重程度分类
危险性故障——数控系统发生故障时，机床安全保护系统在需要动作时，因故障失去保护动作，造成人身或设备事故。
安全性故障——机床安全保护系统在不需要动作时发生动作，引起机床不能起动。
对于不同的故障分类，可根据其故障的特点，采用不用的故障诊断与维修的方法。
按照故障维修的基础知识，仔细观察故障现象，做好维修前的准备工作，对其可能的故障原因进行一一列举并进行分析。
（一）源开关与机床开关按钮闭合后，电源不能接通故障分析
典型故障1：
检查电源输入端熔断器熔芯是否熔断或爆断（或自动开关跳闸），应更换电源保险丝。
典型故障2：
检查机床电源进线是否有断开现象，应换线并进行重新连接。
典型故障3：
检查机床总电源开关或电源开关是否损坏，应更换电源开关。
典型故障4：
观察电气控制柜门是否关好，是否启动开门断电保护开关动作，应将电气控制柜门关好。
典型故障5：
检查电气控制柜上的开门断电保护开关是否损坏或关门后与碰块是否接触不良，若是，应更换断电保护开关或重新安装碰块，使之接触良好。
（二）控制电源故障分析
1．控制变压器无输入电压（输入端保险烧断或断路器跳）
典型故障6：
检查控制变压器内部是否短路、过载线短路，电流过大，若是，应对其进行维修。
2．无DC电流输出
典型故障7：
检查直流侧是否因短路、过流、过压、过热等造成整流模块或直流电源损坏；整流电有断线或接触不良，若是，应找出故障点或重新接线。
典型故障8：
检查电源连接线是否有接触不良或断线，若是，应重新更换电源线并连接。
典型故障9：
用万用表检查控制变压器输入电源电压是否过高过低（超过±10%）或电压浪涌，更换电源。
典型故障10：
检查控制变压器是否损坏，可能的原因为熔断器，断路器的电流过大，没有起到保护作用；电源短路，串接；负荷过大，内部绕组短路，短路等。
典型故障11：
检查控制变压器附边熔断器是否熔断或爆断，若是，更换保险丝。
（三）CNC电源单元不能通电故障分析
1．当电源单元不能接通时，如果电源指示灯（绿色）不亮。
典型故障12：
电源单元的保险F1、F2已熔断
（1）输入高电压
（2）元器件损坏，造成短路或过流
典型故障13：
用万用表检查输入电压是否过低，电压的允许值为AC200V±10%,50HZ±1HZ。
典型故障14：
检查电源单元是否不良，内存元器件损坏，应更换电源单元。
2．电源指示灯亮，报警灯也消失，但电源不能接通。
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