第2章數(shù)控系統(tǒng)的故障診斷及維護2

1、哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案 第 頁課程題目數(shù)控系統(tǒng)的故障診斷及維護課 時6教學(xué)目的：1.了解硬件維修的基本方法和注意事項2.了解數(shù)控系統(tǒng)軟件的組成和診斷的方法 教學(xué)重點與難點：重點：.數(shù)控系統(tǒng)軟件、硬件的認識難點：診斷思維的建立教學(xué)方法與手段：講授法教學(xué)內(nèi)容與課時分配：2.1數(shù)控系統(tǒng)的特點 1課時2.2數(shù)控系統(tǒng)的自診斷 1課時2.3數(shù)控系統(tǒng)的主要故障 1課時2.4利用機床參數(shù)來診斷數(shù)控系統(tǒng) 1課時2.5數(shù)控機床的啟、停運動故障 1課時2.6回參考點故障 1課時 教具： 多媒體作業(yè)與思考：P18習(xí)題教學(xué)后記：哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案 第 頁教 學(xué) 內(nèi) 容備 注第2章 數(shù)控系統(tǒng)的故障診斷及維護2.1 數(shù)

2、控系統(tǒng)的特點隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種類型的數(shù)控產(chǎn)品都得到了多次的技術(shù)補充和改進，使其系統(tǒng)已逐漸走向功能完善、性能穩(wěn)定、高速、高精度和高效率。從數(shù)控機床或者數(shù)控原理這門課程中知道CNC裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心。數(shù)控機床是由軟件（存儲的程序）來實現(xiàn)數(shù)字控制的。數(shù)控系統(tǒng)的特殊性主要由它的核心裝置CNC裝置來實現(xiàn)的。而CNC裝置結(jié)構(gòu)包括了軟件與硬件結(jié)構(gòu)。在數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)字電路中傳遞的信號：無論是工作指令信號、反饋信號，還是控制指令信號，大多是數(shù)字信號，也是脈沖信號。從圖2-1上CNC裝置輸入與輸出可以看出這一特點。實際上，在具有大規(guī)模數(shù)字電路的CNC裝置中，信號輸入與輸出接口裝置上，及其信號連接與傳遞途

3、徑中，傳送的多是電脈沖信號，這種信號極易受電網(wǎng)或電磁場感應(yīng)脈沖的干擾。圖2-1CNC裝置的輸入與輸出信號綜上所述，CNC裝置具有如下幾個重要特點。（1）數(shù)控裝置具有豐富的系統(tǒng)控制功能。如：刀具壽命管理、極坐標插補、圓弧插補、多邊形加工、簡易同步控制、C軸控制、串行和模擬主軸控制、主軸剛性攻絲、多主軸控制功能、主軸同步控制功能、PLC圖形顯示、PLC梯形圖編輯功能（需要編程卡）等。（2）具有軟件結(jié)構(gòu)與硬件結(jié)構(gòu)（3）工作與傳遞的信號為脈沖。（4）具有自診斷功能。2.2 數(shù)控系統(tǒng)的自診斷現(xiàn)代數(shù)控機床由于采用了計算機技術(shù)，軟件功能較強，配合相應(yīng)的硬件，具有較強的自診斷能力。自診斷功能按診斷的時間因素一

4、般分為啟動診斷、在線診斷和離線診斷。1.啟動診斷 指數(shù)控系統(tǒng)從通電開始，到進入正常運行狀態(tài)階段所進行的診斷。診斷的目的為確認數(shù)控系統(tǒng)各硬件模塊是否可以正常工作。哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案 第 頁教 學(xué) 內(nèi) 容備 注2.在線診斷 指數(shù)控系統(tǒng)在正常工作情況下，通過系統(tǒng)內(nèi)部的診斷程序和相應(yīng)的硬件環(huán)境，對系統(tǒng)運行的正確性檢查。3.離線診斷 是由經(jīng)過專門訓(xùn)練的人員進行的診斷，目的在于查明原因，精確確定故障部位，力求把故障定位在盡可能小的范圍內(nèi)，如縮小到某個模塊，某個印刷線路板或板上的某部分電路，甚至某個芯片或器件。2.3 數(shù)控系統(tǒng)的主要故障前面已經(jīng)說過數(shù)控系統(tǒng)由軟件和硬件組成，那么它的主要故障就也分為軟件故

5、障和硬件故障。一、 數(shù)控系統(tǒng)的軟件故障診斷1.軟件配置以西門子系統(tǒng)為例說明系統(tǒng)軟件的配置，總的來說系統(tǒng)軟件包括三部分。（1）部分 數(shù)控系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家研制的啟動芯片、基本系統(tǒng)程序、加工循環(huán)、測量循環(huán)等。（存儲或固化到EPROM中，制造者是系統(tǒng)生產(chǎn)廠）（2）部分 由機床廠家編制的針對具體機床所用的NC機床數(shù)據(jù)、PLC機床程序、PLC機床數(shù)據(jù)、PLC報警文本。（存儲或固化到EPROM中或RAM中，制造者是機床生產(chǎn)廠）（3）部分 由機床用戶編制的加工主程序、加工子程序、刀具補償參數(shù)、零點偏置參數(shù)、R參數(shù)等組成。（存儲在RAM中，制造者是機床用戶）以上幾部分軟件均可通過多種存儲介質(zhì)（如軟盤、硬盤、磁帶等

6、）進行備份，以便出現(xiàn)故障進行核查和恢復(fù)。2.數(shù)控系統(tǒng)的軟件故障現(xiàn)象及其成因見課本P25數(shù)控系統(tǒng)的常見軟件故障現(xiàn)象及其成因表2-3.由表可以看出：一種故障現(xiàn)象可以有不同的成因（例如鍵盤故障，參數(shù)設(shè)置與開關(guān)都存在問題可能）；同種成因可以導(dǎo)致不同的故障現(xiàn)象；有些故障現(xiàn)象表明是軟件故障，而究其成因時，卻有可能是硬件故障或干擾、人為因素所造成。所以，查閱維修檔案與現(xiàn)場調(diào)查對于診斷分析是十分重要的。3.數(shù)控系統(tǒng)的軟件故障的排除4.零件加工程序帶來的故障哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案 第 頁教 學(xué) 內(nèi) 容備 注零件加工程序也屬于數(shù)控軟件的范疇，無論對數(shù)控機床的維修人員還是編程人員來說都要能熟練掌握和運用手工編程指令

7、進行零件加工程序的編制。零件加工程序在運行中可能帶來的故障主要有：程序的語法錯誤報警和邏輯錯誤報警。二、 數(shù)控系統(tǒng)的硬件故障診斷1. 數(shù)控系統(tǒng)的硬件故障現(xiàn)象及其成因通常為了方便起見，將電氣器件故障與硬件故障混合在一起，通常稱為硬件故障。其器件故障包括：低壓電器故障、傳感器步驟、總線裝置故障、接口裝置故障、直流電源故障、控制器故障、調(diào)節(jié)器故障、伺服放大器故障等。起見故障的成因，可以歸為兩類。一類是，器件功能喪失引起的功能故障（或稱“硬性故障”）。一般采用靜態(tài)檢查容易查出。這類故障又可分成可恢復(fù)性的和不可恢復(fù)性的。器件本身硬性損壞，就是一種不可恢復(fù)性的故障，必須換件。而接觸性、移位性、污染性、干擾

8、性（例如散熱不良或電磁干擾）以及接線錯誤等造成的故障是可以修復(fù)的。另一類是，器件的性能故障（或稱“軟性故障”），即器件的性能參數(shù)變化以致部分功能喪失。一般需要動態(tài)檢查，比較難查。例如傳感器的松動、振動與噪聲、溫升、動態(tài)誤差大、加工質(zhì)量差等。2. 數(shù)控系統(tǒng)的硬件故障的檢查與分析數(shù)控系統(tǒng)的硬件故障泛指所有的電子器件故障，接插件故障，線路板（模塊）故障與線路故障等。其故障檢查過程因故障類型而異，以下所述方法無先后次序之分，可穿插進行，綜合分析，逐個排除。（1） 常規(guī)檢查（2） I/O信號狀態(tài)檢查（3） 故障現(xiàn)象分析法 故障分析是尋找估值的特征。（4） 系統(tǒng)分析法（5） 面板顯示與指示燈顯示分析法（6

9、） 信號追蹤法（7） 靜態(tài)測量法（8） 動態(tài)測量法 （有電壓測量法、電流測量法及信號注入和波形觀察法）哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案 第 頁教 學(xué) 內(nèi) 容備 注2.4 利用機床參數(shù)來診斷數(shù)控系統(tǒng)一、數(shù)控機床參數(shù)概述數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)是經(jīng)過一系列試驗、調(diào)整而獲得的重要數(shù)據(jù)。不同的系統(tǒng)其參數(shù)是不同的，但有一個共同性就是參數(shù)的類別和個數(shù)非常多，如西門子810系統(tǒng)，主要有NC機床數(shù)據(jù)參數(shù)、設(shè)定數(shù)據(jù)參數(shù)、PLC數(shù)據(jù)參數(shù)、刀補參數(shù)、零點偏置參數(shù)、R參數(shù)。其中NC機床數(shù)據(jù)參數(shù)、設(shè)定數(shù)據(jù)參數(shù)、PLC數(shù)據(jù)參數(shù)是機床制造廠家設(shè)定的；刀補參數(shù)、零點偏置參數(shù)、R參數(shù)是機床廠家和最終用戶都可以設(shè)定的。二、 數(shù)控機床參數(shù)的分類以FA

10、NUC 0i-MA數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)為例來加以說明。按參數(shù)的性質(zhì)來分類，可分為普通型參數(shù)和秘密級參數(shù)兩類。（1） 普通型參數(shù) 這類參數(shù)就是FANUC公司在各種資料中公開提供的參數(shù)，這類參數(shù)都有較明確的說明，有些參數(shù)說明不太明確，經(jīng)過實際聯(lián)機操作才能有較明確的了解。（2） 秘密級參數(shù) 這類參數(shù)在FANUC公司公開發(fā)表的各類資料中均無介紹。這類參數(shù)每個參數(shù)既無名稱和符號，又無任何說明，只是在隨機所帶的參數(shù)表中有初始的設(shè)定值，用戶是搞不清其含義的，而且一旦出現(xiàn)變化，用戶是無從下手解決的。必須要專門的維修人員才能解決。 三、數(shù)控機床參數(shù)的故障及其診斷 數(shù)控機床的參數(shù)是數(shù)控系統(tǒng)所用軟件的外在裝置，它決定了數(shù)

11、控機床的功能、控制精度等。主要包括數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)、機床可編程控制參數(shù)。數(shù)控機床在使用過程中，在一些情況下會出現(xiàn)使數(shù)控機床參數(shù)全部丟失或個人參數(shù)改變的現(xiàn)象，主要原因如下。（1）數(shù)控系統(tǒng)后被電池失效。后背電池失效將導(dǎo)致全部參數(shù)丟失。因此，在機床正常工作時應(yīng)注意CRT上是否顯示有電壓低的報警。如發(fā)現(xiàn)該報警，應(yīng)在一周內(nèi)更換符合系統(tǒng)生產(chǎn)廠要求的電池。更換電池的操作步驟嚴格按系統(tǒng)生產(chǎn)廠的要求操作。哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案 第 頁教 學(xué) 內(nèi) 容備 注（2）操作者的誤操作。誤操作在初次接觸數(shù)控機床的操作者中是經(jīng)常出現(xiàn)的問題。由于誤操作，有的將全部參數(shù)清除，有的將個別參數(shù)改變。為避免出現(xiàn)這類情況，應(yīng)對操作者加強上崗

12、前的業(yè)務(wù)培訓(xùn)及經(jīng)常性的業(yè)務(wù)培訓(xùn)，制定可行的操作章程并嚴格執(zhí)行。（3）機床在DNC狀態(tài)下加工工件或進行數(shù)據(jù)通訊過程中電網(wǎng)瞬間停電。 由上述原因可以看出，數(shù)控機床參數(shù)改變或丟失的原因，有的是可以通過采取措施減少或杜絕，有些則是無法避免的。當參數(shù)改變或機床異常時，首先要進行的工作就是數(shù)控機床參數(shù)的檢查和恢復(fù)。由于數(shù)控機床所配置的數(shù)控系統(tǒng)種類繁多，參數(shù)重裝的操作步驟也因系統(tǒng)而異，就是同一廠家的產(chǎn)品，也因系列不同而有所差別。以目前國內(nèi)使用較多的FANUC0系統(tǒng)為例，F(xiàn)ANUC0系統(tǒng)參數(shù)主要有著參數(shù)欄目下的數(shù)控參數(shù)及在診斷欄目下的基礎(chǔ)可編程控制器參數(shù)。當產(chǎn)生出現(xiàn)問題時，可以采用以下三種之一來恢復(fù)系統(tǒng)。a對

13、照隨機資料逐個檢查機床的參數(shù)。當發(fā)現(xiàn)有不一致的參數(shù)，就硬拷貝該參數(shù)來護膚機床參數(shù)。這種方式不需要外部設(shè)備。但檢查并恢復(fù)一萬多個參數(shù)，費時費神，效率太低，容易出錯。b.利用FANUC公司提供的備用的FANUC存儲卡、磁盤等進行參數(shù)輸入恢復(fù)。c.利用計算機和數(shù)控機床的DNC功能通過DNC軟件進行參數(shù)輸入。這種方式效率高，操作簡單，輸入?yún)?shù)的出錯率極低從而受到所有用戶的歡迎。一般來講，當在如下情況時可考慮先查參數(shù)。（1）多種報警同時并存：可能是電磁干擾或操作失誤所致干擾性參數(shù)混亂。（2）長期閑置機床的停機故障：電池失電造成參數(shù)丟失/混亂/變化失電性參數(shù)混亂。（3）突然停電后基礎(chǔ)的停機故障：電池失電失

14、電性參數(shù)混亂。（4）調(diào)試后使用的機床出現(xiàn)的報警停機，可報警卻不報警故障參數(shù)失匹。（5）新工序工件材料或加工條件改變后出現(xiàn)故障：可能需要修整有關(guān)參哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案 第 頁教 學(xué) 內(nèi) 容備 注數(shù)參數(shù)失匹。（6）長期運行的老機床的各種超差故障（可修整參數(shù)方法來補償器件或傳動件誤差）伺服電機溫升、高頻振動與噪聲。（7）“無緣無故”出現(xiàn)不正常現(xiàn)象，可能是參數(shù)被人為修改過了人為性參數(shù)混亂。2.5數(shù)控機床的啟、停運動故障數(shù)控基礎(chǔ)在啟動和停止過程中常會出現(xiàn)主軸啟動不了，啟動后出現(xiàn)失控現(xiàn)象，機床不能動作，出現(xiàn)“死機”等故障。1.主軸不能啟動主軸啟動運轉(zhuǎn)的必備條件是：PLC和CNC系統(tǒng)正常，機床準備信號MR

15、DY1與MRDY2必須接通。2.機床啟動后出現(xiàn)失控現(xiàn)象數(shù)控系統(tǒng)接通后進入準備狀態(tài)，無任何報警產(chǎn)生，屏幕顯示也正常，各種操作開關(guān)、按鈕也起作用，但是各種功能均處于不正常狀態(tài)。如可以點動快移，但快移修調(diào)開關(guān)不起作用；循環(huán)啟動按鈕有效，但進給率都不正常等等。機床啟動后，運行速度及方向失去控制，直至出現(xiàn)超程報警，這種情況常稱為失控現(xiàn)象。失控現(xiàn)象常出現(xiàn)在機床安裝調(diào)試或大修后，也可能在系統(tǒng)運行中突然出現(xiàn)。實際操作中，應(yīng)針對不同情況查找原因。在安裝調(diào)試后或大修后出現(xiàn)機床失控現(xiàn)象的可能原因有：從位置或速度檢測出來的信號不正常，其中，最大可能是機床數(shù)據(jù)設(shè)定錯誤，造成位置控制環(huán)路將負反饋接成正反饋，或電機和位置檢

16、測器之間的連杰異常，此時可以通過觀察位置偏差的診斷號（如DNG3000）的值來確認。若在運行中突然出現(xiàn)失控而停止運行，一般是信號反饋線因機床移動而拉斷，或數(shù)控系統(tǒng)的主控板及進給伺服單元的故障所致，如伺服電機內(nèi)檢測元件的反饋信號接反，或元件本身有故障。還有可能是這樣一些原因：數(shù)控系統(tǒng)的故障，CNC裝置輸至驅(qū)動單元的指令或極性有錯誤，相關(guān)參數(shù)設(shè)定的不匹配，或參數(shù)設(shè)置錯誤等。排除這類故障的方法是進行全機清零，然后重新輸入正常的參數(shù)，系統(tǒng)就會進入正常狀態(tài)。哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案 第 頁教 學(xué) 內(nèi) 容備 注3.機床不能動作，出現(xiàn)“死機”CRT屏幕無顯示而且機床不能動作，這類故障的最大可能原因是主控制線路

17、板或存儲器系統(tǒng)控制軟件的ROM板不良。另外，從數(shù)控系統(tǒng)方面分析機床不能動作的原因，一般有兩種情況，一是系統(tǒng)處于不正常狀態(tài)，如系統(tǒng)處于報警狀態(tài)，或處于緊急停止狀態(tài)，或是數(shù)控系統(tǒng)的復(fù)位按鈕處于接通的狀態(tài)；二是設(shè)定錯誤，如將進給速度設(shè)定為零值，或?qū)C床設(shè)定為所住狀態(tài)。此時如果運行程序，雖然在CRT會有位置顯示變化，但機床卻不能運動。2.6回參考點故障在機床通電后，要在機床上建立一個唯一的坐標系，而大多數(shù)數(shù)控機床的位置反饋系統(tǒng)都使用增量式的脈沖編碼器或者增量式光柵尺作為反饋元件，因而機床在通電開機之后，無法確定當前在機床坐標系中的真實位置，所以都必須首先返回參考點，從而確定機床的坐標系原點。一、回參考

18、點的方式回參考點是數(shù)控機床的重要功能之一，能否正確地返回參考點將會影響到零件的加工質(zhì)量。數(shù)控機床返回參考點的方式，因數(shù)控系統(tǒng)類型和機床生產(chǎn)廠家而異，要排除回參考點的故障先要搞清楚機床回參考點的方式，然后再對照故障現(xiàn)象來進行分析。值得一提的是，數(shù)控機床的位置檢測裝置無論是采用脈沖編碼器、感應(yīng)同步器、磁柵或光柵，一定都是增量式的才會有開機會參考點問題。如果采用的是絕對式的，只需在機床調(diào)試時第一次開機后，通過參數(shù)設(shè)置配合機床回零點操作調(diào)整到合適的參數(shù)點即可。此后每次開機，不必再進行會參考點操作。會參考點的方式因數(shù)控系統(tǒng)類型和機床生產(chǎn)廠家而異，目前采用脈沖編碼器或光柵尺作為位置檢測的數(shù)控機床多采用柵格

19、法來確定機床的參考點。脈沖編碼器或光柵尺均會產(chǎn)生零標志信號，脈沖編碼器的零標志信號又稱一轉(zhuǎn)信號。沒產(chǎn)生一個零標志信號相對于坐標軸移動一個距離，將該距離按一定等分數(shù)分割得到的數(shù)據(jù)即為柵格間距，其大小由參數(shù)確定。當伺服電動機（帶脈沖編碼器）與滾珠絲杠采用1：1直連時，一般設(shè)定柵格間距為絲杠螺距，光柵尺的柵哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案 第 頁教 學(xué) 內(nèi) 容備 注格間距為光柵尺上兩個零標志之間的距離。采用這種增量式檢測裝置的數(shù)控機床一般有以下四種參考點方式。 1.方式一回參考點前，先用手動方式以速度V1快速將軸移到參考點附近，然后啟動回參考點操作，軸便以速度V2慢速向參考點移動。碰到參考點開關(guān)后，數(shù)控系統(tǒng)即

20、開始尋找位置檢測裝置上的零標志。當?shù)竭_零標志時，發(fā)出與零標志脈沖相對應(yīng)的柵格信號，軸即在此信號作用下速度制動到零，然后再前移參考點偏移量而停止，所停位置即為參考點。偏移量的大小通過測量由參數(shù)設(shè)定。2.方式二回參考點時，軸先以速度V1向參考點快速移動，碰到參考點開關(guān)后，在減速信號的控制下，減速到速度V2并繼續(xù)前移，脫開擋板后，再找零標志。當軸到達測量系統(tǒng)零標志發(fā)出 柵格信號時，軸即制動到速度為零，然后再以V2速度前移參考點偏移量而停止于參考點。3.方式三會參考點時，軸先以速度V1快速向參考點移動，碰到參考點開關(guān)后速度制動到零，然后反向以速度V2慢速移動，到達測量系統(tǒng)零標志產(chǎn)生柵格信號時，軸即制動

21、到速度為零，再前移參考點偏移量而停止于參考點。4.方式四回參考點時，軸先以速度V1向參考點快速移動，碰到參考點開關(guān)后制動到速度為零，再反向微動直至脫離參考點開關(guān)，然后又沿原方向微動撞上參考點開關(guān)，并且以速度V2慢速前移，到達測量系統(tǒng)零標志產(chǎn)生柵格信號時，軸即制動到速度為零，再移參考點偏移量而停止于參考點。二、回參考點的故障類型及排除回參考點的故障一般來說主要有三類情況。1.第一類情況第一類是飯后參考點時機床停止位置與參考點位置不一致。在這類情況中又有三種情況。（1）停止位置偏離參考點一個柵格間距 一般情況下，光柵尺的柵格間哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案 第 頁教 學(xué) 內(nèi) 容備 注距為光柵尺上兩個零標志

22、之間的距離。出現(xiàn)停止位置偏離參考點一個柵格間距的故障，多數(shù)情況是減速擋塊安裝位置不正確或減速擋塊太短所致。檢驗是否是這一原因的一個簡單的方法是：先減小由參數(shù)設(shè)置的接近原點的速度，重試回參考點操作，若重試結(jié)果正常了，則可確定是此原因造成的。這時，只需通過重新調(diào)整擋塊位置或減速開口位置，或適當增加擋塊長度即可將此故障解決。也可通過設(shè)置柵格點偏移量改變電氣原點的方法解決。這是由于當一個減速信號由硬件輸出后，數(shù)字伺服軟件識別這個信號需要一定時間。因此當減速擋塊離原點太近時，軟件有時捕捉不到原點信號，導(dǎo)致原點偏離。如果減小接近原點速度參數(shù)，重試結(jié)構(gòu)仍舊偏離，可減小快速進給速度或快速進給時間常數(shù)的參數(shù)設(shè)置

23、，重回參考點。這是由于時間常數(shù)設(shè)置太大或減速擋塊太短，在減速擋塊范圍內(nèi)，進給速度不能達到接近原點速度。當開關(guān)被釋放時，即使柵格信號出現(xiàn)，軟件檢測出進給速度未達到接近原點速度，回參考點操作也不會停止，因而發(fā)生參考點偏離。如上述辦法用過后仍有偏離，則應(yīng)檢查參考計數(shù)器設(shè)置的值是否有效，修正參數(shù)設(shè)置。（2）隨機偏差，沒有規(guī)律性 造成此故障的原因有多種，較為主要的是：外界干擾，如屏蔽地連接不良，檢測反饋元件的通信電纜與電源電纜考得太近；脈沖編碼器的電源電壓過低；脈沖編碼器損壞；數(shù)控系統(tǒng)的主印刷電路板不良；伺服電機與工作臺聯(lián)軸器連接松動。伺服軸電路板或伺服放大器板不良等。在排除此類故障時，應(yīng)有開闊的思路和足夠的耐心，逐個原因進行檢查、排除，直到消除故障。（3）微小誤差 產(chǎn)生此類故障的原因多數(shù)為電纜或連接器接觸不良，或因主印刷電路板及速度控制單元工作性能不良，造成位置偏置過大。此時，需有針對性的檢查。2.第二類情況這一類故障的產(chǎn)