数控机床故障诊断与维修.docx
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数控机床故障诊断与维修
第七章
7-3主轴常见的支承方式有哪些？
从承载能力、运动速度、运动精度等方面分析这些支承方式的特点。
（1）前支承采用双列短圆柱滚子轴承和60°角接触双列向心推力球轴承组合，后支承采用成对向心推力球轴承。
此配置可提高主轴的综合刚度，可满足强力切削的要求，普遍用于各类数控机床主轴。
（2）前支承采用高精度双列向心推力球轴承（如图b）。
向心推力轴承有良好的高速性，主轴最高转速可达4000r/min，但它的承载能力小。
适于高速，轻载，高精密的数控机床主轴。
3）前后支承采用双列和单列圆锥滚子轴承。
轴承径向和轴向刚度高，能承受重载荷，尤其是可承受较强的动载荷。
安装，调整性能好，但这种支承方式限制了主轴转速和精度，所以用于中等精度，低速，重载的数控机床的主轴。
试题一参考答案
一填空题
1、数控机床按照工艺用途可以分为普通类数控机床、加工中心、金属成型类机床、特种加工类机床和其他等五类。
2、故障自诊断技术是当今数控系统的一项十分重要的技术，数控系统的自诊断技术分为启动自诊断、在线诊断和离线诊断。
3、PLC对用户程序的执行过程可以分为3个阶段，即输入采样、程序执行和输出刷新阶段。
4、数控系统的硬件结构可以分为单CPU结构和多CPU结构。
5、数控系统软件类故障发生的原因可能有：
误操作、供电电池电压不足、干扰信号、软件死循环、操作不规范和用户程序出错等等。
6、在加工中心等机床上，由于自动换刀、精密镗孔加工等需要，往往需要主轴系统具有定向准停控制功能，此时，在机床上需安装磁接近开关或脉冲编码器等检测元件。
7、如图一数控机床主轴的支承方式，前后支承采用双列和单列圆锥滚子轴承，这种支承方式的优点是径向和轴向刚度高，能承受重载荷，但限制了主轴的转速和精度，所以用于中等精度、低速、重载的数控机床的主轴。
二选择
1、加工中心Z轴的移动属于（B）
A、主运动B、进给运动C、辅助运动
2、热继电器在控制电路中起的作用是（B）。
A、短路保护；B、过载保护；C、失压保护；D、过电压保护
3、下列数控机床的功能中不需要安全互锁功能的是（C）。
A、限位B、换刀装置
C、冷却装置D、主轴单元
4、如图PMC顺序控制过程中，下列描述正确的是（B）。
A、接通A（按钮开关）后，B、C有电流通过，B、C接通。
C接通后B断开
B、接通A（按钮开关）后，B、C接通，经PMC程序的一个循环后B断开
C、接通A（按钮开关）后C接通，但B不接通
5、在FANUC系统PLC与外部信息交换中，PLC到CNC系统的信号为（D）
A、X信号B、Y信号C、F信号D、G信号
6、在数控机床PLC程序的编制中，下列哪种传输至数控系统的信号要求编入高级顺序程序中（C）。
A、运转方式切换B、手轮进给C、超程D、MST信号
7、如图FANUCPMC旋转指令，描述正确的是（B）。
A、旋转起始位置数位“1”
B、X000.0接通时，计算分度为10的回转体从R100的当前位置到F018前一位置的位置数
C、指定两位BCD码
D、回转方向被输出到R000.0
8、数控系统所规定的最小设定单位就是（B）。
A、数控机床的运动精度；B机床的加工精度；
C、脉冲当量；D、数控机床的传动精度
9、步进电动机多相通电可以（ A ）
A、减小步距角 B、增大步距角
C提高电动机转速D、往往能提高输出转矩
10、闭环控制系统比开环控制系统及半闭环控制系统（B）。
A稳定性好B精度高C故障率低D价格低
11、PWM是脉冲宽度调制的缩写，PWM调速单元是指（C）。
A、晶闸管相控整流器速度控制单元
B、直流伺服电机及其速度检测单元
C、大功率晶体管斩波器速度控制单元
D、感应电动机变频调速系统
12、FANUC系统αi系列伺服模块，端子接口JF1、JF2的功能是（D）。
A、键盘、CRT显示器的接口
B、为DC24V电源、*ESP急停信号、XMIF报警信息输入接口
C、伺服高速串行总线（HSSB）输入接口
D、伺服电动机编码器信号接口
13、通常CNC系统通过输入装置输入的零件加工程序存放在（B）中。
A、EPROMB、RAMC、ROMD、EEPROM
14、下列CNC装置的功能中，不是基本功能的为（C）
A、控制功能B、辅助功能C、固定循环功能D、进给功能
15、数控系统、主轴驱动装置、进给伺服驱动器等装置都带有（B）接口，可以实现离线诊断。
A、键盘B、RS232C以太网D、软盘驱动器
16、SIMODIVE611U数字伺服驱动单元由（B）组成
A、PP单元、电源模块、611U控制模块
B、电源模块、功率模块、611U控制模块
C、PP单元、功率模块、611U控制模块
17、HNC-21数控系统中设置了三种级别的权限，其中（B）为中间级权限，能修改机床调试时须设置的参数。
A、数控厂家B、机床厂家C、用户厂家
18、数控车床能进行螺纹加工，其主轴上一定安装了（B）。
A、测速发电机B、脉冲编码器C、温度控制器D、光电管
19、FANUC系统采用存储卡（CF卡）进行数据传输时，通道数必须设为（B）
A、1B、4C、5D、9
20、如图交流伺服驱动系统属于下列哪种结构形式（B）。
A、转速反馈信号与位置反馈信号处理分离
B位置处理和速度处理均在数控系统中完成
C、检测元件提供双重反馈信号
D、数字式伺服系统
22、手动运行数控机床，机床无动作，不可能由（B）引起。
A、机床被锁住或锁住按钮损坏
B、脉冲发生器故障
C、手动按钮接触不良或故障
D、使能信号没有接通
23、（A）可对线路中的瞬变、尖蜂等噪声进行保护。
A、压敏电阻保护（浪涌吸收器）B、阻容保护C、续流二极管保护
24、参考点返回位置是随机变化的故障，产生的原因可能是（A）。
A、位置编码器不良B、参数设置不当
C、闭环控制回路故障D数控系统软件出错
25、关于计算机和数控机床的RS-232C串行通信，下列描述错误的是（B）。
A、双方通信口、数据起始位、数据位、数据停止位、奇偶校验位、波特率等必须一致
B、不同的数控系统数据线可以通用
C、通信线不能热拔插
D、串口通信距离有限，且易受干扰
26、加工中心的刀具由（ C ）管理。
ADOVB主轴C可编程控制器D机械手
27、数控车床试运行时，G00指令运行正常，但执行到G01指令时，进给便停止，光标停在G01程序段，显示器无报警，可能原因是（D）。
A、系统处于G99状态，而主轴没开B、进给倍率被转到了0
CA对B都不对D、A和B都有可能
28、数控系统的报警大体可以分为操作报警、程序错误报警、驱动报警及系统错误报警，某个程序在运行过程中出现“圆弧端点错误”，这属于（ A）。
A程序错误报警；B、操作报警；
C、驱动报警； D、系统错误报警
29、数控机床的主机（机械部件）包括：
床身、主轴箱、刀架、尾座和（A ）。
A 、进给机构 B、液压系统C、冷却系统
30、下列哪项故障不可能由编码器故障引起的（D）。
A、螺纹加工出现“乱扣”的故障
B、主轴定向停不能完成故障
C、加工中心换刀过程的掉刀故障
D、主轴异常转速与指令值不符
31、进给驱动装置产生窜动现象是，可能的原因是（A）。
A、速度信号不稳或受到干扰
B、进给传动链的润滑状态不良
C、伺服系统增益过低D、外加负载过大
32、数控机床进给系统减少摩擦阻力和动静摩擦之差，是为了提高数控机床进给系统的（ C）。
A、传动精度 B、运动精度和刚度
C、快速响应性能和运动精度D传动精度和刚度
33、刀具交换时，掉刀的原因主要是由于（ D ）引起的。
A速度控制单元故障B、电动机的永久磁体脱落
C、刀具质量过小（一般小于5kg）D、刀具质量过大（一般大于10kg）
34、检查各种防护装置是否齐全有效是数控车床（D）需要检查保养的内容。
A、每年B、每月C、每周D、每天
35、数控车床液压系统中大部分液压泵可作为（A）使用。
A液压马达B溢流阀C换向阀D、调压阀
36、数控自定心中心架的动力为（A）传动。
A、液压B、机械C、手动D、电气
37、数控车床液压系统中的液压泵是液压系统的（D）。
A、执行元件B、控制元件C、操纵元件D、动力源
38、（ B ）项是造成机床气压过低的主要原因之一。
A、气泵不工作B、气压设定不当
C、空气干燥器不工作D、气压表损坏
39、数控机床机床锁定开关的作用是（ B ）。
A、程序保护B、试运行程序C、关机D、屏幕坐标值不变化
40、电源的电压在正常情况下，应为（ C ）V。
A、170B、100C、220至380D、850
三、简答题（每小题5分，共20分）
2、数控机床中的抗干扰的措施有哪些？
答：
1）减少供电线路的干扰2）减少机床电气控制中的干扰3）屏蔽技术4）保证良好接地
3、数控系统需要设定哪几方面的系统参数?
答：
需要设定的系统参数通常有下述几个方面：
（1）关于系统配置方面的设定系统中存储器容量和地址范围指定，I/O接口地址设置，系统配置的轴数和轴名、检测元件的种类指定，是否配置了PLC的确认等。
（2）关于输入、输出信号的设定输入和输出信号的有效跳变沿指定，串行通信时的波特率和帧格式指等定。
（3）关于主轴和运动轴的设定主轴转速档指定，最小移动单位和公／英制选择，轴加减速的时间常数，轴运动速度上限和低速指定，各移动轴参考点距机床原点的坐标值、各移动轴正负方向运动坐标极限指定，伺服电机的性能优化等。
（4）关于补偿的设定各运动轴的螺距误差补偿曲线设定，反向间隙补偿设定等。
（5）关于检测信号的设定反馈信号类型、分辨率等的设定等。
4、数控机床对进给伺服的性能有何要求？
答：
（1）精度高。
伺服系统要具有较好的静态特性和较高的伺服刚度，从而达到较高的定位精度，以保证机床具有较小的定位误差与重复定位误差；同时伺服系统还要具有较好的动态性能，以保证机床具有较高的轮廓跟随精度。
（2）快速响应，无超调。
为了提高生产率和保证加工质量，在启、制动时，要求加、减加速度足够大，以缩短伺服系统的过渡过程时间，减小轮廓过渡误差。
一般电动机的速度从零变到最高转速，或从最高转速降至零的时间小于200ms。
这就要求伺服系统要快速响应，但又不能超调，否则将形成过切，影响加工质量。
同时，当负载突变时，要求速度的恢复时间也要短，且不能有振荡，这样才能得到光滑的加工表面。
（3）调速范围宽。
在数控机床中，由于所用刀具、被加工材料、主轴转速以及进给速度等加工：
工艺要求各有不同,为保证在任何情况下都能得到最佳切削条件，要求进给驱动系统必须具有足够宽的无级调速范围（通常要大于1:
10000）。
尤其在低速（如<0.01m/min）时，要仍能平滑运动而无爬行现象。
而高速的范围要求可达20~100m/min。
四、分析题（每小题10分，共20分）
1、简述图中华中数控系统（数控铣床）怎样实现急停与超程解除？
答：
所有急停按钮的常闭触点以串联方式连接到系统的急停回路中。
在正常情况下，急停按钮处于松开状态，其触点处于常闭状态，按下急停按钮后，其触点断开使得系统的急停回路所控制的中间继电器KA断电，而切断移动装置（如进给轴电机、主轴电机、刀库/架电机等）的动力电源。
同时，连接在PLC输入端的中间继电器KA的一组常开触点向系统发出急停报警。
此信号在打开急停按钮时则作为系统的复位信号。
系统中各轴的正向、负向的超程限位开关的常闭触点以串联方式连接到系统的超程回路中。
同时，每个超程限位开关另有一个常开触点连接PLC输入端，使系统能够判断各超程限位开关的状态。
在正常情况下，超程限位开关处于松开状态。
若用户操作机床，不慎将某轴的超程限位开关压下，其常闭触点断开，使得系统的超程回路断开。
同时，使急停回路中的中间继电器KA断电而自动切断移动装置的动力电源。
超程限位开关连接在PLC输入端的常开触点向系统发出超程报警信息（发生超程的坐标轴及超程方向），并使超程解除按钮上的指示灯发光。
2、试分析如图数控车床四工位刀架工作原理。
答：
数控车床四工位刀架控制原理：
当数控系统发出换刀信号时，首先继电器K1动作，换刀电动机正转驱动蜗轮蜗杆机构使上刀体上升。
当上刀体上升到一定的高度时，离合转盘起作用，带动上刀体旋转进行选刀。
刀架上方的发信盘中对应的每个刀位都安装有一个传感器（如霍尔开关、感应开关等），当上刀体旋转到某刀位时，该刀位的传感器向数控系统输出信号，数控系统将刀位信号与指令刀位信号进行比较，当两信号相同时，说明上刀体已旋转到所选刀位。
此时数控系统控制继电器K1释放，继电器K2吸合，换刀电动机反转，活动销反靠在反靠盘上初定位。
在活动销反靠的作用下，螺杆带动上刀体下降，直至齿牙盘咬合，完成精定位，并通过蜗轮和蜗杆锁紧螺母，使刀架紧固。
此时，数控系统控制继电器K2释放，换刀电动机停转，从而完成换刀动作。
一、填空题（每格1分，共20分）
1、数控机床按运动方式分为 点位控制数控系统、 直线控制数控系统、轮廓控制数控系统等三类。
2、FANUC系统根据用途与基本软件不同可分为：
车床控制用系统（T型）、铣床/加工中心控制用系统（M型）、磨床控制用系统（G型）、冲床控制用系统（P型）等不同型号。
3、为防止干扰信号及高压串入，数控机床的输入输出接口要进行必要的电隔离，为此常用的器件及电路是继电器和光电隔离电路。
4、FANUC0i系列控制单元主要包括主板与I/O板两部分。
5、SINUMERIK802D数控系统机床数据分为通用机床数据、轴机床数据、PLC机床数据、伺服驱动数据等。
6、数控系统中常用的抗干扰措施有物理隔离、屏蔽、接地、滤波技术等。
7、滚珠丝杠预紧的目的是减小或消除反向间隙。
1、数控机床故障特点中，（B）故障发生率比较低。
A、磨合期B、稳定工作期C、衰退期
2、FANUC0-C系列数控系统属（B）。
A、高可靠型B、全功能型C高性价比系列D、具有网络功能的超小型、超薄型
3、数控系统所规定的最小设定单位就是（C）。
A、数控机床的运动精度；B机床的加工精度；
C、脉冲当量；D、数控机床的传动精度
4、热继电器在控制电路中起的作用是（B）
A、短路保护；B、过载保护；C、失压保护；D、过电压保护
5、（D）用来频繁地接通和分断交、直流主电路和控制电路，并可实现远距离控制。
A、开关B、继电器C、熔断器D、接触器
7、下面数控机床的功能中哪项无需由PLC完成的（D）。
A、主轴准停B、切削液通断C、换刀机械手动作D、轨迹插补
8、如图数控机床用PLC计数指令，描述错误的是（B）。
A、图为从1~10进行计数的计数器
B、当X000.0为“1”时，计数器即复位到“0”
C、在X000.1的上升沿，计数器加1
D、若控制条件R000.0断开时，其后X000.1即从“0”变为“1”，计数器不动作。
9、如图PMC顺序控制过程中，下列描述正确的是（C）。
A、接通A（按钮开关）后，B、C有电流通过，B、C接通。
C接通后B断开
B、接通A（按钮开关）后，B、C接通，经PMC程序的一个循环后B断开
C、接通A（按钮开关）后C接通，但B不接通
10、加工中心的刀具由（ C ）管理。
A、DOVB、主轴C、可编程控制器D、机械手
11、数控机床主轴模拟量控制中，变频器与数控系统及机床的连接中，下列（A）信号为CNC到变频器的信号。
A、主轴正反转信号B、主轴速度到达信号
C、主轴零速信号D、主轴负载表信号
12、半闭环控制系统的传感器装在（ A）
A、电机轴或丝杠轴端B、机床工作台上
C、刀具主轴上 D、工件主轴上
13、根据接受指令的不同伺服单元有（A）之分。
A、脉冲式和模拟式
B、直流伺服单元和交流伺服单元
C、开环和闭环
14、PWM是脉冲宽度调制的缩写，PWM调速单元是指（C）。
A、晶闸管相控整流器速度控制单元
B、直流伺服电机及其速度检测单元
C、大功率晶体管斩波器速度控制单元
D、感应电动机变频调速系统
15、通常CNC系统通过输入装置输入的零件加工程序存放在（B）中。
A、EPROMB、RAMC、ROMD、EEPROM
16、西门子数控系统中，下列哪项部件主电路需要AC220V供电（D）。
A、数控系统B、数字输入输出模块C、伺服驱动器D、伺服电机
17、华中世纪星HNC-21数控系统的伺服控制接口为（D）。
A、XS5B、XS10/XS20C、XS30~XS33D、XS40~XS43
18、数控车床试运行时，G00指令运行正常，但执行到G01指令时，进给便停止了，光标停在G01程序段，显示器无报警，可能原因是（D）
A、系统处于G99状态，而主轴没开B、进给倍率被转到了0C、A对B都不对D、A和B都有可能
19、直流电路中消除电感元件产生的干扰必须采用（C）。
A、涌浪吸收器B、RC吸收器C、续流二极管保护D、电网滤波器
20、FANUC0i系统接通电源的顺序依次为（A）。
A、机床电源（AC200V）、FANUC连接的从I/O设备（DC24V）、控制单元和CRT单元的电源（DC24V）
B、机床电源（AC200V）、控制单元和CRT单元的电源（DC24V）、FANUC连接的从I/O设备（DC24V）
C、控制单元和CRT单元的电源（DC24V）、FANUC连接的从I/O设备（DC24V）、机床电源（AC200V）
21、系统上电后，屏幕无显示或黑屏，可能的原因是（A）。
A、显示模块（视频板）损坏B、外部干扰
C参数设置错误或设置不当D系统内存不足
22、数控系统软件故障形成的可能原因是（A）。
A、用户程序出错引起的故障B、数控系统后备电池失效
C、系统参数设置错误D、操作者的误操作
23、关于数控机床回参考点操作，下列说法哪项不正确（C）。
A、系统通过参考点来确定机床的原点位置，以正确建立机床坐标系。
B、可以消除丝杠间隙的累计误差及丝杠螺距误差补偿对加工的影响
C、机床首次启动系统或在执行了系统“急停”或“复位”操作后，必须要进行返回参考点操作
D、并不是所有的机床开机后都必须回零
24、FANUC系统采用以太网口进行数据传输时，通道数必须设为（C）
A、1B、4C、5D、9
25、刀具交换时，掉刀的原因主要是由于（ D ）引起的。
A、速度控制单元故障B、电动机的永久磁体脱落C、刀具质量过小（一般小于5kg）D、刀具质量过大（一般大于10kg）
26、下列哪项故障不可能由编码器故障引起的（D）。
A、螺纹加工出现“乱扣”的故障
B、主轴定向停不能完成故障
C、加工中心换刀过程的掉刀故障
D、主轴异常转速与指令值不符
27、关于计算机和数控机床的RS-232C串行通信，下列描述错误的是（B）。
A、双方通信口、数据起始位、数据位、数据停止位、奇偶校验位、波特率等必须一致
B、不同的数控系统数据线可以通用
C、通信线不能热拔插
D、串口通信距离有限，且易受干扰
28、交流伺服电机电机轴的尾部一般都同轴安装有（C）等检测元件。
A、同步感应器B、光栅尺
C、测速发电机或脉冲编码器D、制动电阻
29、如图交流伺服驱动系统属于下列哪种结构形式（D）。
A、转速反馈信号与位置反馈信号处理分离B位置处理和速度处理均在数控系统中完成
C、检测元件提供双重反馈信号
D、数字式伺服系统
30、对于配有设计完善的位置伺服系统的数控机床，其定位精度和加工精度主要取决于（C）。
A、机床机械结构的精度B驱动装置的精度
C、位置检测元器件的精度D计算机的运算速度
31、数控机床加工调试中遇到问题想停机应先停止（B）。
A、冷却液；B、主运动；C、进给运动；D、辅助运动
32、数控机床的主机（机械部件）包括：
床身、主轴箱、刀架、尾座和（A ）。
A、进给机构B、液压系统 C、冷却系统
33、除（B）外，其他三个原因都会引起加工中心的主轴噪声。
A、电动机与主轴连接的皮带过紧
B、碟型弹簧位移量较小
C、齿轮啮合间隙不均匀或齿轮损坏D、传动轴承损坏或传动轴弯曲
34、检查屏幕上ALARM，可以发现NC出现故障的（A）。
A、报警内容B、报警时间C、排除方法D、注意事项
35、数控车床润滑装置是（C）需要检查保养的内容。
A、每天B、每周C、每个月D、一年
36、数控车床的卡盘、刀架和（D）大多采用液压传动。
A、主轴B、溜板C、尾架D、尾架套筒
37、数控车床液压系统中液压马达的工作原理与（A）相反。
A、液压泵B、溢流阀C、换向阀D、调压阀
38、数控车床的（D）的工位数越多，非加工刀具与工件发生干涉的可能性越大。
A、链式刀库B、排式刀架C、立式刀架D、转塔式刀架
39、数控车床的转塔刀架采用（A）驱动，可进行重负荷切削。
A液压马达B液压泵C气动马达D、气泵
40、数控车床卡盘夹紧力的大小靠（D）调整。
A、变量泵B溢流阀C、换向阀D、减压阀
2、在PLC开关量输入输出的控制中，应注意哪些问题？
答：
（1）开关量输入电路中常使用触点型行程开关，无触点型感应开关或霍耳开关等，加之数控装置的输入电路有各种形式，所以要注意开关量信号检测元件与CNC接口电路的配接。
（2）在开关量输出电路中，当被控对象是电磁阀、电磁离合器等交流负载，或虽是直流负载，但工作电压或电流超过输出信号的最大允许值，应首先驱动24V中间继电器，然后用其触点控制强电线路中的功率接触器或直接驱动负载。
同时应注意，中间继电器线圈一定要并联保护二极管，并注意二极管的方向，以便当线圈切断时，为电流提供释放回路，否则极易损坏驱动电路。
（3）为提高整个系统的抗干扰能力，弱电信号与强电驱动信号在走线槽中要尽量分别走线。
并且无触点型在交流接触器线圈两端要就近并联RC灭弧器。
交流电动机每相之间也要用一个灭弧器，每个交流电动机用三个。
3、数控机床主轴用脉冲编码器的作用是什么？
答：
（1）位移测量
（2）主轴控制1）主轴旋转与坐标轴进给的同步控制2）恒线速切削控制
3）主轴定向准停控制4）测速5）零标志脉冲用于回参考点控制
4、引起数控机床主轴伺服系统过载报警的原因有哪些？
答：
过程中，切削量过大、主轴正反转频繁、主轴电机冷却系统不良、主轴电机内部电机风扇损坏、主轴电动机与主轴驱动装置之间的连线断开或接触不良等。
1、数控机床主要由数控装置进给伺服系统主轴伺服系统、机床强电控制系统等组成。
2、数控机床PLC的形式有两种：
内装型PLC和独立型PLC。
3、数控系统将数控加工程序信息进行编译、运算和逻辑处理后，按两类控制量分别输出：
一类是连续控制量，送往伺服系统；另一类是离散的开关控制量，送往机床强电控制系统，从而协调数控机床各部分的
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