毕业设计论文西门子数控铣床常见故障及维修方案设计管理资料.docx

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毕业设计论文西门子数控铣床常见故障及维修方案设计管理资料

高职毕业生毕业设计（论文）

课题名称西门子数控铣床的常见故障与维修

与方案设计

专业

班级

学号

姓名

指导教师

毕业设计（论文）任务书

毕业设计（论文）题目：

西门子数控铣床的常见故障与维修方案设计

专业：

姓名：

毕业设计（论文）工作起止时间：

毕业设计（论文）的内容要求：

6．有西门子数控铣床常见故障维修方案的设计

指导教师（签名）：

系主任：

年月日

毕业设计开题报告

一、课题设计（论文）目的及意义

随着科学技术的迅速发展，数控机床以其高效、高精度以及加工灵活可变的特点，在各行各业取得了越来越广泛的应用，在许多场合，它已成为企业保证产品质量、提高生产效率和管理水平的关键设备之一。

但同时，由于它们的先进性、复杂性和智能化高的特点，在维修理论、技术和手段上都发生了飞跃的变化。

任何一台数控设备都是一种过程控制设备，这就要求它在实时控制的每一时刻都准确无误地工作。

任何部分的故障与失效，都会使机床停机，从而造成生产停顿。

因而对数控系统这样原理复杂、结构精密的装置进行维修就显得十分必要了。

西门子数控铣床是目前使用较为广泛的一种数控机床，通过科学的方法、行之有效的措施，迅速判别故障发生的原因，随时解决出现的问题，既是保证西门子数控铣床安全、可靠运行，提高设备使用率的关键所在，也是当前西门子数控铣床使用过程中亟待解决的问题之一。

二、课题设计（论文）提纲

1.      论文总体的描述和分析

2.      系统模块的划分

3.    系统模块的设计

4.       系统模块的分析

5.      报告小结

6.      参考资料

三、课题设计（论文）思路、方法及进度安排

按照自顶向下，由总提到部分的设计原则，首先针对所设计的任务要求，根据所掌握的知识和资料，从全局出发，明确西门子数控铣床常见故障及诊断原则、技术、故障排除方法，然后根据故障现象做出判断，设计维修方案，最后汇总西门子数控铣床常见故障及维修方案的设计。

第一至二周：

认知常见故障、诊断原则、技术、排除方法

第三至四周：

对认知的问题进行分析、研究

第五周：

对分析、研究进行总结

第六周：

答辩

四、课题设计（论文）参考文献；

1周炳文编实用数控机床故障诊断及维修技术500例中国知识出版社2006

2杨中力编数控机床故障诊断与维修大连理工大学出版社2006

3刘久让编数控机床故障诊断与维修技术机械工业出版社2010

4李梦群编现代数控机床故障诊断与维修国防工业出版社2009

摘要：

随着科学技术的迅速发展，数控机床以其高效、高精度以及加工灵活可变的特点，在各行各业取得了越来越广泛的应用，在许多场合，它已成为企业保证产品质量、提高生产效率和管理水平的关键设备之一。

但同时，由于它们的先进性、复杂性和智能化高的特点，在维修理论、技术和手段上都发生了飞跃的变化。

任何一台数控设备都是一种过程控制设备，这就要求它在实时控制的每一时刻都准确无误地工作。

任何部分的故障与失效，都会使机床停机，从而造成生产停顿。

因而对数控系统这样原理复杂、结构精密的装置进行维修就显得十分必要了。

西门子数控铣床是目前使用较为广泛的一种数控机床，通过科学的方法、行之有效的措施，迅速判别故障发生的原因，随时解决出现的问题，既是保证西门子数控铣床安全、可靠运行，提高设备使用率的关键所在，也是当前西门子数控铣床使用过程中亟待解决的问题之一。

关键词：

西门子数控铣床；关键设备；故障发生；安全、可靠；维修

一、设计要求…………………………………………………………………………7

二、西门子数控铣床常见故障及分类………………………………………………7

按故障发生部位分类………………………………………………………7

按故障的性质分类…………………………………………………………7

按故障指示的形式分类……………………………………………………8

……………………………………………………8

三、西门子数控铣床常见故障的诊断………………………………………………9

故障诊断的原则……………………………………………………………9

故障诊断的技术……………………………………………………………9

四、西门子数控铣床故障的排除方法……………………………………………10

故障的排除方法…………………………………………………………10

维修后的开机调试………………………………………………………12

五、西门子数控铣床常见故障及维修方案………………………………………13

电源类故障………………………………………………………………13

系统显示累故障…………………………………………………………14

CNC单元故障……………………………………………………………16

急停报警类故障…………………………………………………………17

操作故障…………………………………………………………………20

参考点、编码器类故障…………………………………………………22

参数设定错误引起的故障………………………………………………24

刀架、刀库及换刀故障…………………………………………………25

加工类故障………………………………………………………………26

六、结论……………………………………………………………………………29

参考文献……………………………………………………………………………29

一、设计要求

6．有西门子数控铣床常见故障维修方案的设计

二、西门子数控铣床常见故障及分类

按故障发生部位分类

主机故障数控机床的主机通常指组成数控机床的机械、润滑、冷却。

排屑、液压、气动与防护等部分。

主机常见的故障主要有：

1）因机械部件安装、调试、操作使用不当等原因引起的机械传动故障。

2）因导轨、主轴等运动部件的干涉、摩擦过大等原因引起的故障。

3）因机械零件的损坏、联结不良等原因引起的故障，等等。

主机故障主要表现为传动噪声大、加工精度差、运行阻力大、机械部件动作不进行、机械部件损坏等等。

润滑不良、液压、气动系统的管路堵塞和密封不良，是主机发生故障的常见原因。

数控机床的定期维护、保养，控制和根除“三漏”现象发生是减少主机部分故障的重要措施。

电气控制系统故障从所使用的元器件类型上，根据通常习惯，电气控制系统故障通常分为“弱电”故障和“强电”故障两大类。

“弱电”部分是指控制系统中以电子元器件、集成电路为主的控制部分。

数控机床的弱电部分包括CNC、PLC、MDI／CRT以及伺服驱动单元、输入／输出单元等。

“弱电”故障又有硬件故障与软件故障之分。

硬件故障是指上述各部分的集成电路芯片、分立电子元件、接插件以及外部连接组件等发生的故障。

软件故障是指在硬件正常情况下所出现的动作出错、数据丢失等故障，常见的有：

加工程序出错，系统程序和参数的改变或丢失，计算机运算出错等。

“强电”部分是指控制系统中的主回路或高压、大功率回路中的继电器、接触器、开关、熔断器、电源变压器、电动机、电磁铁、行程开关等电气元器件及其所组成的控制电路。

这部分的故障虽然维修、诊断较为方便，但由于它处于高压、大电流工作状态，发生故障的几率要高于“弱电”部分，必须引起维修人员的足够的重视。

确定性故障确定性故障是指控制系统主机中的硬件损坏或只要满足一定的条件，数控机床必然会发生的故障。

这一类故障现象在数控机床上最为常见，但由于它具有一定的规律，因此也给维修带来了方便。

确定性故障具有不可恢复性，故障一旦发生，如不对其进行维修处理，机床不会自动恢复正常，但只要找出发生故障的根本原因，维修完成后机床立即可以恢复正常。

正确的使用与精心维护是杜绝或避免故障发生的重要措施。

随机性故障随机性故障是指数控机床在工作过程中偶然发生的故障。

此类故障的发生原因较隐蔽，很难找出其规律性，故常称之为“软故障”。

随机性故障的原因分析与故障诊断比较困难，一般而言，故障的发生往往与部件的安装质量、参数的设定、元器件的品质、软件设计不完善、工作环境的影响等诸多因素有关。

随机性故障有可恢复性，故障发生后，通过重新开机等措施，机床通常可恢复正常，但在运行过程中，又可能发生同样的故障。

加强数控系统的维护检查，确保电气箱的密封，可靠的安装、连接，正确的接地和屏蔽，是减少、避免此类故障发生的重要措施。

1）有报警显示的故障数控机床的故障显示可分为指示灯显示与显示器显示两种情况：

①指示灯显示报警。

指示灯显示报警是指通过控制系统各单元上的状态指示灯（一般由LED发光管或小型指示灯组成）显示的报警。

根据数控系统的状态指示灯，即使在显示器故障时，仍可大致分析判断出故障发生的部位与性质。

因此，在维修、排除故障过程中应认真检查这些状态指示灯的状态。

②显示器显示报警。

显示器显示报警是指可以通过CNC显示器显示出报警号和报警信息的报警。

由于数控系统一般都具有较强的自诊断功能，如果系统的诊断软件以及显示电路工作正常，一旦系统出现故障，可以在显示器上以报警号及文本的形式显示故障信息。

数控系统能进行显示的报警少则几十种，多则上千种，它是故障诊断的重要信息。

在显示器显示报警中，又可分为NC的报警和PLC的报警两类。

前者为数控生产厂家设置的故障显示，它可对照系统的“维修手册”，来确定可能产生该故障的原因。

后者是由数控机床生产厂家设置的PLC报警信息文本，属于机床侧的故障显示。

它可对照机床生产厂家所提供的“机床维修手册”中的有关内容，确定故障所产生的原因。

2）无报警显示的故障这类故障发生时，机床与系统均无报警显示，其分析诊断难度通常较大，需要通过仔细、认真的分析判断才能予以确认。

特别是对于一些早期的数控系统，由于系统本身的诊断功能不强，或无PLC报警信息文本，出现无报警显示的故障情况则更多。

对于无报警显示故障，通常要具体情况具体分析，根据故障发生前后的变化，进行分析判断，原理分析法与PLC程序分析法是解决无报警显示故障的主要方法。

按故障产生的原因分类

1）数控机床自身故障这类故障的发生是由于数控机床自身的原因所引起的，与外部使用环境条件无关。

数控机床所发生的极大多数故障均属此类故障。

2）数控机床外部故障这类故障是由于外部原因所造成的。

供电电压过低、过高，波动过大；电源相序不正确或三相输人电压的不平衡；环境温度过高；有害气体、潮气、粉尘侵入；外来振动和干扰等都是引起故障的原因。

此外，人为因素也是造成数控机床故障的外部原因之一。

据有关资料统计，首次使用数控机床或由不熟练工人来操作数控机床，在使用的第一年，操作不当所造成的外部故障要占机床总故障的三分之一以上。

除上述常见故障分类方法外，还有其他多种不同的分类方法。

如：

按故障发生时有无破坏性，可分为破坏性故障和非破坏性故障两种。

按故障发生与需要维修的具体功能部位，可分为数控装置故障，进给伺服系统故障，主轴驱动系统故障，自动换刀系统故障等等，这一分类方法在维修时常用。

三、西门子数控铣床常见故障的诊断

故障诊断原则

1）先外部后内部

现代数控系统的可靠性越来越高，数控系统本身的故障率越来越低，而大部分故障的发生则是非系统本身原因引起的。

由于数控机床是集机械、液压、电气为一体的机床，其故障的发生也会由这三者综合反映出来。

维修人员应先由外向内逐一进行排查。

尽量避免随意地启封、拆卸，否则会扩大故障，使机床丧失精度、降低性能。

系统外部的故障主要是由于检测开关、液压元件、气动元件、电气执行元件、机械装置等出现问题而引起的。

2）先机械后电气

一般来说，机械故障较易发觉，而数控系统及电气故障的诊断难度较大。

在故障检修之前，首先注意排除机械性的故障。

3）先静态后动态

先在机床断电的静止状态，通过了解、观察、测试、分析，确认通电后不会造成故障扩大、发生事故后，方可给机床通电。

在运行状态下，进行动态的观察、检验和测试，查找故障。

而对通电后会发生破坏性故障的，必须先排除危险后，方可通电。

4）先简单后复杂

当出现多种故障互相交织，一时无从下手时，应先解决容易的问题，后解决难度较大的问题。

往往简单问题解决后，难度大的问题也可能变得容易。

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发展，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发展。

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。

只有当全部项目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。

否则，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、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、某部分电路，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

随着电信技术的发展，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，即利用电话通讯线把带故障的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”连接在普通电话线上，而两门子公司维修中心的专用通迅诊断计算机的“数据电话”也连接到电话线路上，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办法通知用户。

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，则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，首先必须从各种表面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；山现的次数是第一次还是已多次发生；确认机床加工程序的正确性；是否有其他人。

四、西门子数控铣床故障的排除方法

故障的排除方法

由于数控机床故障比较复杂，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。

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：

:

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；

：

总体查看机床各部分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；

：

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；

：

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，必须排除后方可通电。

2.初始化复位法

一般情况下，由于瞬时故障引起的系统报警，可用硬件复位或开关系统电源依次来清除故障。

若系统工作存贮区由于掉电、拨插线路板或电池欠压造成混乱，则必须对系统进行初始化清除，清除前应注意作好数据拷贝记录，若初始化后故障仍无法排除，则进行硬件诊断。

3.自诊断法

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部分还是数控部分，并显示出故障的大体部位（故障代码）。

：

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：

：

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。

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：

、还是数控系统故障引起；

b.数控系统出现随机性故障，一时难以区别是外来干扰，还是系统稳定性个好；

c.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。

4.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部分，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，若不一致则不能更换。

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，否则有可能造成程序和机床参数的丢失，使故障扩大。

当发现故障板或者个能确定是否是故障板而又没有备件的情况下，可以将系统中相同或相兼容的两个板互换检查，例如两个坐标的指令板或伺服板的交换，从中判断故障板或故障部位。

这种交叉换位法应特别注意，不仅要硬件接线的正确交换，还要将一系列相应的参数交换，否则不仅达不到目的，反而会产生新的故障造成思维混乱，一定要事先考虑周全，设计好软、硬件交换方案，准确无误再行交换检查。

6.参数检查法

系统参数是确定系统功能的依据，参数设定错误就可能造成系统的故障或某功能无效。

发生故障时应及时核对系统参数，参数一般存放在磁泡存储器或存放在需由电池保持的CMOSRAM中，一旦电池电量不足或由于外界的干扰等因素，使个别参数丢失或变化，发生混乱，使机床无法正常工作。

此时，可通过核对、修正参数，将故障排除。

有时由于用户程序和参数错误亦可造成故障停机，对此可以采用系统的程序自诊断功能进行检查，改正所有错误，以确保其正常运行。

CNC系统生产厂在设计印刷线路板时，为了调整和维修方便，在印刷线路板上设计了一些检测端子。

维修人员通过测量这些检测端子的电压或波形，可检查有关电路的工作状态是否正常。

但利用检测端子进行测量之前，应先熟悉这些检测端子的作用及有关部分的电路或逻辑关系。

8.敲击法

当系统故障表现为有时正常有时不正常时，基本可以断定为元器件接触不良或焊点开焊，利用敲击法检查时，当敲击到虚焊或接触不良的故障部位时，故障就会出现。

数控系统经过长期运行后元件均要老化，性能变坏。

当它们尚未完全损坏时，出现的故障就会时有时无。

这时用电烙铁或电吹风对被怀疑的元件进行局部加温，会使故障快速出现。

操作时，要注意元器件的温度参数等，注意不要损坏好的元器件。

10.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、比较，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、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。

维修后的开机调试

机床的故障排除后通常分两大步进行通电试车：

1.自动状态试验

将机床锁住，用编制的程序进行空运转试验，验证程序的正确性，然后放开机床，分别将进给倍率开关、快速超凋开关、主轴速度超调开关进行多种变化，使机床在上述各开关的多种变化的情况下进行充分地运行，后将各超调开关置于100％处，使机床充分运行，观察整机的工作情况是否正常。

2.正常加工试验

夹装好工件按正常程序进行加工，加工后检查工件的加工精度是否符合标准要求。

五、西门子数控铣床常见故障及维修方案

电源是电路板的能源供应部分，电源不正常，电路板的工作必然异常。

而且，电源部分故障率较高，修理时应足够重视，在外观法检查后，可先对电源部分进行检查。

电路板的工作电源，有的是由外部电源系统供给；有的由板上本身的稳压电路产生，电源检查包括输出电压稳定性检查和输出纹波检查。

输出纹波过大，会引起系统不稳定，用示波器交流输入档可检查纹波幅值，纹波大一般是由集成稳压器损坏或滤波电容不良引起。

运算放大器、比较器，有些用单电源供电，有些用双电源供电，用双电源的运放，要求正负供电对称，（具有调零功能的运放除外）。

数控系统中对各电路板供电的系统电源大多数采用开关型稳压电源。

这类电源种类繁多，故障率也较高，但大部分都是分立元件，用万用表、示波器即可进行检查，机修开关电源时，最好在电源输人端接一只1:

1的隔离变压器，以防触电。

另外为了防止在修理过程中可能导致好的元件损坏，或引发新的故障发生，－3的接线方法，使输入电压从OV开始逐渐增大，在输入和输出回路中都有电流、电压检测，一旦发现有过压或过流现象，即可失掉，不致造成损失。

关于电源类常见