数控机床故障分析与维修维护技术.docx

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数控机床故障分析与维修维护技术

毕业论文〔设计〕

05级机电一体化专业

题目：

数控机床故障分析与

维修维护技术浅谈

学生姓名：

指导教师：

班级：

2007年11月6日

绪论

随着社会生产和科学技术的不断进步，各类工业新产品层出不穷。

机械制造产业作为国民工业的根底，其产品更是日趋精密复杂，特别是在宇航、航海、军事等领域所需的机械零件，精度要求更高，形状更为复杂且往往批量较小，加工这类产品需要经常改装或调整设备。

数控机床由于能提高生产效率和加工精度，适应多品种、小批量生产，现已成为现代化制造生产技术的主要手段之一。

更由于它兼容了计算机技术、自动控制技术与精度测量技术，从而表达了它也是一个高新技术产品。

然而任何设备都离不开维修，因此，数控机床维修是重要而必需的，也是一门具有一定难度的学科。

普通机床或专业化程度高的自动化机床显然无法适应这些要求。

同时，随着市场竞争的日益加剧，企业生产也迫切需要进一步提高其生产效率，提高产品质量及降低生产本钱。

数控机床是一种技术含量很高的机、电、仪一体化的高效的自动化机床，综合了计算机技术、自动化技术、伺服驱动、精密测量和精密机械等各个领域的新的技术成果，是一门新兴的工业控制技术。

不同的数控系统虽然在结构和性能上有所区别，但在故障诊断上有它的共性。

因而掌握和熟悉数控系统的工作原理、组成结构是作好维修工作的根底,并显得十分重要.

本设计在编写过程中,得到了指导老师的指点,也从许多文献中得到了有益的启发.由于我们水平有限,设计中肯定有许多不到之处,敬请各位领导和广大老师指正.

数控机床故障分析与维修维护技术

【摘要】本文从数控机床的根本组成出发，简述了数控机床的特点、平安运行要求以及维护和保养的相关知识。

数控机床的维护包括机床数控系统、机械部件、液压、气压系统，机床精度等方面。

针对数控机床常见的一些主要故障，说明了的数控机床维修和维护的根本诊断步骤与原那么，介绍了数控机床的CNC系统的诊断技术及数控机床故障诊断的常用方法〔直观法、系统自诊断法、参数检查法、功能测试法、部件交换法、测量比拟法、原理分析法等〕。

最后，就数控机床不能进给故障进行了较为详细的分析。

【关键词】

数控机床进给伺服系统故障分析过热报警维修及维护方法

【Summary】thistextcontrolstoolmachinefromthenumberofbasicconstitutetosetout,Chiensaidanumbertocontrolthecharacteristics,safemovementoftoolmachinetorequestandsupportandtherelatedknowledgeformaintaining.Thenumbercontrolsthemaintenanceoftoolmachinetoincludeatoolmachinenumbertocontrolsystem,machineparts,liquidtopress,barometricsystem,toolmachineaccuracyetc.aspect.Aimatnumbercontrolthetoolmachinealittlebitfamiliarmainbreakdown,thenumberforexplainingcontrolstoolmachinetomaintainandsupportsofbasicdiagnosisstepandprinciple,introducenumbercontroltheCNCsystemoftoolmachineofdiagnosistechniqueandnumbercontroltoolmachinebreakdowntheincommonusemethodofthediagnosis.（keepaviewmethod,systemtocheckamethod,functionatestamethod,partscommutationamethodfromthediagnosismethod,parameter,measurecomparisonmethod,principleanalysismethodetc.）End,counttocontroltoolmachinecan'tentertocarryontothebreakdownmoredetailedofanalytical.

【Keyword】

Thenumbercontrolstoolmachinetoentertobreakdownanalysistomaintainforservosystemandsupportsamethod

酒泉职业技术学院05届各专业

课程论文〔设计〕成绩评定表

姓名

杨伟

班级

05机电一体化〔1〕班

专业

机电一体化

指导教师第一次指导意见

指导教师第二次指导意见

指导教师第三次指导意见

指导教师评语及评分

成绩：

签字〔盖章〕年月日

辩论小组评价意见及评分

成绩：

签字〔盖章〕年月日

教学系毕业实践环节指导小组意见

签字〔盖章〕年月日

学院毕业实践环节指导委员会审核意见

签字〔盖章〕年月日

说明：

1、以上各栏必须按要求逐项填写.。

2、此表附于毕业论文（设计）封面之后。

一数控机床与数控系统概述

随着社会生产和科学技术的不断进步，各类工业新产品层出不穷。

机械制造产业作为国民工业的根底，其产品更是日趋精密复杂，特别是在宇航、航海、军事等领域所需的机械零件，精度要求更高，形状更为复杂且往往批量较小，加工这类产品需要经常改装或调整设备。

普通机床或专业化程度高的自动化机床显然无法适应这些要求。

同时，随着市场竞争的日益加剧，企业生产也迫切需要进一步提高其生产效率，提高产品质量及降低生产本钱。

一种新型的生产设备——数控机床就应运而生了。

〔一〕数控加工的概念

数控机床的工作原理就是将加工过程所需的各种操作〔如主轴变速、工件的松开与夹紧、进刀与退刀、开车与停车、自动关停冷却液〕和步骤以及工件的形状尺寸用数字化的代码表示，通过控制介质〔如穿孔纸带或磁盘等〕将数字信息送入数控装置，数控装置对输入的信息进行处理与运算，发出各种控制信号，控制机床的伺服系统或其他驱动元件，使机床自动加工出所需要的工件。

所以，数控加工的关键是加工数据和工艺参数的获取，即数控编程。

数控加工一般包括以下几个内容：

1、对图纸进行分析，确定需要数控加工的局部；

2、利用图形软件〔如CAXA制造工程师〕对需要数控加工的局部造型；

3、根据加工条件，选择适宜的加工参数，生成加工轨迹〔包括粗加工、半精加工、精加工轨迹〕；

4、轨迹的仿真检验；

5、生成G代码；

6、传给机床加工。

〔二〕数控机床主要由以下几局部组成,如图1-1所示

1、计算机数控装置〔CNC装置〕

计算机数控装置是计算机数控系统的核心。

其主要作用是根据输入的零件加工工序或操作命令进行相应的处理，然后输出控制命令到相应的执行部件〔伺服单元、驱动装置和PLC等〕，完成零件加工程序或操作所要求的工作。

2、伺服单元、驱动装置和测量装置

伺服单元和驱动装置包括主轴伺服驱动装置、主轴电动机、进给伺服驱动装置及进给电动机。

测量装置是指位置和速度测量装置，它是实现主轴控制、进给速度闭环控制和进给位置闭环控制的必要装置。

3、控制面板

控制面板又称操作面板，是操作人员与数控机床〔系统〕进行信息交互的工具。

4、控制介质与程序输入输出设备

控制介质是记录零件加工程序的媒介，是人与机床建立联系的介质。

程序输入输出设备是CNC系统与外部设备进行信息交换的装置，其作用是将记录在控制介质上零件加工程序，程序输入输出CNC系统，或将调试好的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的介质上。

5、PLC〔可编程序控制器〕、机床I/O〔输入/输出〕电路和装置

它是用二进制与逻辑运算、顺序动作有关的I/O控制，它由硬件和软件组成。

机床I/O电路和装置是用来实现I/O控制的执行部件，是由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等组成的逻辑电路。

6、机床本体

机床本体是数控系统的控制对象，是实现加工零件的执行部件。

它主要由主运动部件、进给运动部件、支承件以及特殊装置、自开工作台交换系统、自动刀具交换系统和辅助装置组成。

图1-1数控机床组成图

〔三〕数控系统的构成与特点

一般整个数控系统由三大局部组成，即控制系统，伺服系统和位置测量系统。

控制系统按加工工件程序进行插补运算，发出控制指令到伺服驱动系统；伺服驱动系统将控制指令放大，由伺服电机驱动机械按要求运动；测量系统检测机械的运动位置或速度，并反应到控制系统，来修正控制指令。

这三局部有机结合，组成完整的闭环控制的数控系统。

二数控机床常见故障诊断的原那么

由于数控设备与一般设备不同，它是集机电液气等自动控制一体化的综合性设备。

不同功能的数控设备具有各自特有的机构，其数控系统有可具有不同的类型。

但是，它们又具有许多共同的特性。

所以，无论是设备工作原理与结构，还是控制系统及其特性，常见的故障与特殊的故障现象等，必须在学习中寻找与归纳它们的共性与个性，寻找规律。

在分析故障现象时，就基于这些规律来寻找“捷径〞的。

这里介绍一些“原那么〞，就是在故障分析中，实践证明为奏效的“捷径〞。

主要应掌握以下几种原那么：

1、先外部后内部。

数控机床的检修要求维修人员掌握先外部后内部的原那么，即当数控机床发生故障后，维修人员应先用望、听、闻等方法，由外向内逐一进行检查。

2、先机械后电气，先机械后电气就是在数控机床的维修中，首先检查机械局部是否正常，行程开关是否灵活，气动液压局部是否正常等。

在故障检修之前，首先注意排除机械的故障。

3、先静后动，维修人员本身要做到先静后动，不可盲目动手，应先询问机床操作人员故障发生的过程及状态，阅读机床说明书，图纸资料，进行分析后，才可动手查找和处理故障。

4、先公用后专用。

只有先解决影响一大片的主要矛盾，局部的、次要的矛盾才可迎刃而解。

5、先简单后复杂。

应首先解决容易的问题，后解决难度较大的问题，常常在解决简单故障过程中，难度大的问题也可变得容易，或者在排除简易故障时受到启发，对复杂的故障的认识更为清晰，从而也有了解决方法。

6、先一般后特殊，在排除某一故障时，要首先考虑最常见的可能原因，然后在分析很少发生的特殊原因。

三数控机床故障诊断方法

机床在运行过程中,机械零部件,受到力、热、摩擦以及磨损等多种因素的作用,运行状态不断变化,一旦发生故障,往往会导致不良后果。

因此,必须在机床运行过程中,对机床的运行状态及时作出判断并采取相应的措施。

运行状态异常时,必须停机检修或停止使用,这样就大大提高了机床运行的可靠性,进一步提高了机床的利用率。

数控机床机械故障诊断包括对机床运行状态的识别、预测和监视三个方面的内容。

通过对数控机床机械装置的一些特征参数,如振动、噪声和温度等进行测定,将测定值与规定的正常值进行比拟,以判断机械装置状态变化的趋势性规律,从而对机械装置的运行状态进行预测和预报。

在诊断技术上,既有传统的“实用诊断方法〞,又有利用先进测试手段的“现代诊断方法〞。

〔一〕数控机床的CNC系统的诊断技术

数控系统是高技术密集型产品，要想迅速而正确的查明原因并确定其故障的部位，要借助于诊断技术。

随着微处理器的不断开展，诊断技术也由简单的诊断朝着多功能的高级诊断或智能化方向开展。

诊断能力的强弱也是评价CNC数控系统性能的一项重要指标。

目前所使用的各种CNC系统的诊断技术大致可分为以下几类：

1、起动诊断

起动诊断是指CNC系统每次从通电开始，系统内部诊断程序就自动执行诊断。

诊断的内容为系统中最关键的硬件和系统控制软件，如CPU、存储器、I/O等单元模块，以及MDI/CRT单元、纸带阅读机、软盘单元等装置或外部设备。

只有当全部工程都确认正确无误之后，整个系统才能进入正常运行的准备状态。

否那么，将在CRT画面或发光二极管用报警方式指示故障信息。

此时起动诊断过程不能结束，系统无法投入运行。

2、在线诊断

在线诊断是指通过CNC系统的内装程序，在系统处于正常运行状态时对CNC系统本身及CNC装置相连的各个伺服单元、伺服电机、主轴伺服单元和主轴电动机以及外部设备等进行自动诊断、检查。

只要系统不停电，在线诊断就不会停止。

在线诊断一般包括自诊断功能的状态显示有上千条，常以二进制的0或1来显示其状态。

对正逻辑来说，0表示断开状态，1表示接通状态，借助状态显示可以判断出故障发生的部位。

常用的有接口状态和内部状态显示，如利用I/O接口状态显示，再结合PLC梯形图和强电控制线路图，用推理法和排除法即可判断出故障点所在的真正位置。

故障信息大都以报警号形式出现。

一般可分为以下几大类：

过热报警类；系统报警类；存储报警类；编程/设定类；伺服类；行程开关报警类；印刷线路板间的连接故障类。

3、离线诊断

离线诊断是指数控系统出现故障后，数控系统制造厂家或专业维修中心利用专用的诊断软件和测试装置进行停机〔或脱机〕检查。

力求把故障定位到尽可能小的范围内，如缩小到某个功能模块、某局部电路，甚至某个芯片或元件，这种故障定位更为精确。

4、现代诊断技术

随着电信技术的开展，IC和微机性价比的提高，近年来国外已将一些新的概念和方法成功地引用到诊断领域。

1）通信诊断

也称远程诊断，即利用通讯线把带故障的CNC系统和专业维修中心的专用通讯诊断计算机通过连接进行测试诊断。

如西门子公司在CNC系统诊断中采用了这种诊断功能，用户把CNC系统中专用的“通信接口〞连接在普通线上，而两门子公司维修中心的专用通迅诊断计算机的“数据〞也连接到线路上，然后由计算机向CNC系统发送诊断程序，并将测试数据输回到计算机进行分析并得出结论，随后将诊断结论和处理方法通知用户。

通讯诊断系统还可为用户作定期的预防性诊断，维修人员不必亲临现场，只需按预定的时间对机床作一系列运行检查，在维修中心分析诊断数据，可发现存在的故障隐患，以便及早采取措施。

当然，这类CNC系统必须具备远程诊断接口及联网功能。

2）自修复系统

就是在系统内设置有备用模块，在CNC系统的软件中装有自修复程序，当该软件在运行时一旦发现某个模块有故障时，系统一方面将故障信息显示在CRT上，同时自动寻找是否有备用模块，如有备用模块，那么系统能自动使故障脱机，而接通备用模块使系统能较快地进入正常工作状态。

这种方案适用于无人管理的自动化工作场合。

需要注意的是：

机床在实际使用中也有些故障既无报警，现象也不是很明显，对这种情况，处理起来就不那样简单了。

另外有此设备出现故障后，不但无报警信息，而且缺乏有关维修所需的资料。

对这类故障的诊断处理，必须根据具体情况仔细检查，从现象的微小之处进行分析，找出它的真正原因。

要查清这类故障的原因，首先必须从各种外表现象中找山它的真实故障现象，再从确认的故障现象中找出发生的原因。

全面地分析一个故障现象是决定判断是否正确的重要因素。

在查找故障原因前，首先必须了解以下情况：

故障是在正常工作中出现还是刚开机就出现的；出现的次数是第一次还是已屡次发生；确认机床加工程序的正确性；是否有其他人。

〔二〕数控机床故障诊断方法

由于数控机床故障比拟复杂，同时数控系统自诊断能力还不能对系统的所有部件进行测试，往往是一个报警号指示出众多的故障原因，使人难以入手。

下面介绍维修人员任生产实践中常用的排除故障方法。

1、直观检查法

直观检查法是维修人员根据对故障发生时的各种光、声、味等异常现象的观察，确定故障范围，可将故障范围缩小到一个模块或一块电路板上，然后再进行排除。

一般包括：

1）询问：

向故障现场人员仔细询问故障产生的过程、故障表象及故障后果等；

2）目视：

总体查看机床各局部工作状态是否处于正常状态，各电控装置有无报警指示，局部查看有无保险烧断，元器件烧焦、开裂、电线电缆脱落，各操作元件位置正确与否等等；

3）触摸：

在整机断电条件下可以通过触摸各主要电路板的安装状况、各插头座的插接状况、各功率及信号导线的联接状况以及用手摸并轻摇元器件，尤其是大体积的阻容、半导体器件有无松动之感，以此可检查出一些断脚、虚焊、接触不良等故障；

4）通电：

是指为了检查有无冒烟、打火，有无异常声音、气味以及触摸有无过热电动机和元件存在而通电，一旦发现立即断电分析。

如果存在破坏性故障，必须排除前方可通电。

例：

一台数控加工中心在运行一段时间后，CRT显示器突然出现无显示故障，而机床还可继续运转。

停机后再开又一切正常。

观察发现，设备运转过程中，每当发生振动时故障就可能发生。

初步判断是元件接触不良。

当检查显示板时，CRT显示突然消失。

检查发现有一晶振的两个引脚均虚焊松动。

重新焊接后，故障消除。

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。

进一步利用系统的自诊断功能。

还能显示系统与各局部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。

数控系统已具备了较强的自诊断功能，并能随时监视数控系统的硬件和软件的工作状态。

利用自诊断功能，能显示出系统与主机之间的接口信息的状态，从而判断出故障发生在机械局部还是数控局部，并显示出故障的大体部位〔故障代码〕。

1）硬件报警指示：

是指包括数控系统、伺服系统在内的各电气装置上的各种状态和故障指示灯，结合指示灯状态和相应的功能说明便可获知指示内容及故障原因与排除方法；

2）软件报警指示：

系统软件、PLC程序与加工程序中的故障通常都设有报警显示，依据显示的报警号对照相应的诊断说明手册便可获知可能的故障原因及排除方法。

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未的性能。

参数通常存放在系统存储器中，一旦电池缺乏或受到外界的干扰，可能导致局部参数的丢夫或变化，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清况，参数丧失的现象经常发生，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，由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、螺纹切削、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管动作是否正常，都应使用木方法进行一次检查以判断机床的上作状况。

功能程序测试法是将数控系统的G、M、S、T、F功能用编程法编成一个功能试验程序，并存储在相应的介质上，如纸带和磁带等。

在故障诊断时运行这个程序，可快速判定故障发生的可能起因。

功能程序测试法常应用于以下场合：

1）机床加工造成废品而一时无法确定是编程操作不当、还是数控系统故障引起；

2）数控系统出现随机性故障，一是难以区别是外来干扰，二是系统稳定性好；

3）闲置时间较长的数控机床在投入使用前或对数控机床进行定期检修时。

例：

一台FANUC9系统的立式铣床在自动加工某一曲线零件时出现爬行现象，外表粗糙度极差。

在运行测试程序时，直线、圆弧插补时皆无爬行，由此确定原因在编程方面。

对加工程序仔细检查后发现该曲线由很多小段圆弧组成，而编程时又使用了正确定位外检查C61指令之故。

将程序中的G61取消，改用G64后，爬行现象消除。

5、备件替换法

用好的备件替换诊断出坏的线路板，即在分析出故障大致起因的情况下，维修人员可以利用备用的印刷电路板、集成电路芯片或元器件替换有疑点的局部，从而把故障范围缩小到印刷线路板或芯片一级。

并做相应的初始化起动，使机床迅速投入正常运转。

对于现代数控的维修，越来越多的情况采用这种方法进行诊断，然后用备件替换损坏模块，使系统正常工作。

尽最大可能缩短故障停机时间，使用这种方法在操作时注意一定要在停电状态下进行，还要仔细检查线路板的版本、型号、各种标记、跨接是否相同，假设不一致那么不能更换。

拆线时应做好标志和记录。

一般不要轻易更换CPU板、存储器板及电地，否那么有可能造成程序和机床参数的丧失，使故障扩大。

6、原理分析法

根据数控系统的组成原理，可从逻辑上分析各点的逻辑电平和特性参数，如电压值和波形，使用仪器仪表进行测量、分析、比拟，从而确定故障部位。

除以上常用的故障检测方法之外，还可以采用拔插板法、电压拉偏法、局部升温法、敲击法、测量比拟法、参数检查法、交叉换位法、初始化复位法、开环检测法等。

总之，根据不同的故障现象，可以同时选用几个方法灵活应用、综合分析，才能逐步缩小故障范围，较快地排除故障。

〔三〕故障的诊断步骤

当机床出现故障时，从管理的角度，应使操作者停止机床运行、保存现场、除非系统电气严重的故障〔如短路，元件烧毁〕都不应切断机床的电源。

由维修人员到现场分析机床当时的运行状态，对故障进行确认，在此过程中应注意以下的故障信息：

1、故障发生时报警号和报警提示是什么？

哪些指示灯和发光管指示了什么报警？

2、如无报警，系统处于何种状态？

系统的工作方式诊断结果〔如FANUC-0C系统的DGN700,701,712号诊断内容〕是什么？

3、故障发生在哪一个程序段？

执行何种指令？

故障发生前进行了何种操作？

4、故障发生在何种速度下？

轴处于什么位置？

与指令的误差量有多大？

5、以前是否发生过类似故障？

现场有无异常现象？

故障是否重复发生？

6、有无其他偶然因素，如突然停电，外线电压波动较大，某部位进水等。

在调查故障现象，掌握第一手材料的根底上分析故障的起因，故障分析可采用归纳法和演绎法。

归纳法是从故障原因出发寻找其功能联系，调查原因对结果的影响，即根据可能产生该故障的原因分析，看其最后是否与故障现象相符来确定故障点。

演绎法是从所发生的故障现象出发，对故障原因进行分割式的分析方法。

即从故障现象开始，根据故障机理，列出可能产生该故障的原因；然后对这些原因逐点进行分析，排除不正确的原因，最后确定故障点。

〔四〕故障处理对策

如果出现影响设备或人身平安的紧急情况，不要立即切断机床的电源。

应保持故障现场。

从机床外观、CRT显示的内容、主板或驱动装置报警灯等方面进行检查。

可按系统复位键，观察系统的变化，报警是否消失。

如消失，说明是随机性故障或是由操作错误引起的。

如不能消失，把可能引起该故障的原因罗列出来，进行综合分析、判断，必要时进行一些检测或试验，到达确诊故障的目的。

复位后，故障不能消失，可从以下几方面进行调查：

1、检查机床的运行状态

1）机床故障时的运行方式

2）CRT显示的内容〔报警信号和报警号〕

3）驱动装置、变频器等显示的报警指示

4）故障时轴的定位误差

5）刀具轨迹是否正常

6）辅助机能的运行状态

2、检查加工程序及操作情况

1）是否为新编制的加工程序

2）刀具补偿指令及补偿量是否正确