數(shù)控機(jī)床故障診斷及其維修

1、數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修1.1數(shù)控加工的概念首先，要知道數(shù)控機(jī)床一般的故障出現(xiàn)在什么地方或者是如何去解決問題，我們就必須得熟練的了解數(shù)控機(jī)床的工作原理及特點(diǎn)等相關(guān)的一些知識(shí)！這樣我們才能在遇到這些問題的時(shí)候得心應(yīng)手。數(shù)控機(jī)床的工作原理就是將加工過程所需的各種操作(如主軸變速、工件的松開與夾緊、進(jìn)刀與退刀、開車與停車、自動(dòng)關(guān)停冷卻液)和步驟以及工件的形狀尺寸用數(shù)字化的代碼表示，通過控制介質(zhì)(如穿孔紙帶或磁盤等)將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置，數(shù)控裝置對(duì)輸入的信息進(jìn)行處理與運(yùn)算，發(fā)出各種控制信號(hào)，控制機(jī)床的伺服系統(tǒng)或其他驅(qū)動(dòng)元件，使機(jī)床自動(dòng)加工出所需要的工件。所以，數(shù)控加工的關(guān)鍵是加工數(shù)據(jù)和工藝參數(shù)的獲取，

2、即數(shù)控編程。數(shù)控加工一般包括以下幾個(gè)內(nèi)容：(1)對(duì)圖紙進(jìn)行分析，確定需要數(shù)控加工的部分；(2)利用圖形軟件(如CAXA造工程師)對(duì)需要數(shù)控加工的部分造型；(3)根據(jù)加工條件，選擇合適的加工參數(shù)，生成加工軌跡(包括粗加工、半精加工、精加工軌跡)；軌跡的仿真檢驗(yàn)；生成G代碼；(6)傳給機(jī)床加工。1.2數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)(1)具有高度柔性在數(shù)控機(jī)床上加工零件，主要取決于加工程序，它與普通機(jī)床不同，不必制造、更換許多工具、夾具，不需要經(jīng)常調(diào)整機(jī)床。因此，數(shù)控機(jī)床適用于零件頻繁更換的場(chǎng)合。也就是適合單件、小批生產(chǎn)及新產(chǎn)品的開發(fā)，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，節(jié)省了大量工藝設(shè)備的費(fèi)用。(2)加工精度高數(shù)控機(jī)床的加工精度

3、，一般可達(dá)到0.0050.1mm數(shù)控機(jī)床是按數(shù)字信號(hào)形式控制的，數(shù)控裝置每輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，則機(jī)床移動(dòng)部件移動(dòng)一個(gè)脈沖當(dāng)量(一般為0.001mm,而且機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈的反向間隙與絲杠螺距平均誤差可由數(shù)控裝置進(jìn)行補(bǔ)償，因此，數(shù)控機(jī)床定位精度比較高。(3)加工質(zhì)量穩(wěn)定、可靠加工同一批零件，在同一機(jī)床，在相同加工條件下，使用相同刀具和加工程序，刀具的走刀軌跡完全相同，零件的一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定。(4)生產(chǎn)率高數(shù)控機(jī)床可有效地減少零件的加工時(shí)間和輔助時(shí)間，數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量的范圍大，允許機(jī)床進(jìn)行大切削量的強(qiáng)力切削，數(shù)控機(jī)床目前正進(jìn)入高速加工時(shí)代，數(shù)控機(jī)床移動(dòng)部件的快速移動(dòng)和定位及高速切削加工，減少

4、了半成品的工序間周轉(zhuǎn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。(5)改善勞動(dòng)條件數(shù)控機(jī)床加工前經(jīng)調(diào)整好后，輸入程序并啟動(dòng)，機(jī)床就能自動(dòng)連續(xù)的進(jìn)行加工，直至加工結(jié)束。操作者主要是程序的輸入、編輯、裝卸零件、刀具準(zhǔn)備、加工狀態(tài)的觀測(cè)，零件的檢驗(yàn)等工作，勞動(dòng)強(qiáng)度極大降低，機(jī)床操作者的勞動(dòng)趨于智力型工作。另外，機(jī)床一般是封閉式加工，即清潔，又安全。(6)利于生產(chǎn)管理現(xiàn)代化數(shù)控機(jī)床的加工，可預(yù)先精確估計(jì)加工時(shí)間，所使用的刀具、夾具可進(jìn)行規(guī)范化、現(xiàn)代化管理。數(shù)控機(jī)床使用數(shù)字信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)代碼為控制信息，易于實(shí)現(xiàn)加工信息的標(biāo)準(zhǔn)化，目前已與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造(CAD/CAM有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，是現(xiàn)代集成制造技術(shù)的基礎(chǔ)。1.3數(shù)控機(jī)床使

5、用中應(yīng)注意的事項(xiàng)使用數(shù)控機(jī)床之前，應(yīng)仔細(xì)閱讀機(jī)床使用說明書以及其他有關(guān)資料，以便正確操作使用機(jī)床，并注意以下幾點(diǎn)：(1)機(jī)床操作、維修人員必須是掌握相應(yīng)機(jī)床專業(yè)知識(shí)的專業(yè)人員或經(jīng)過技術(shù)培訓(xùn)的人員，且必須按安全操作規(guī)程及安全操作規(guī)定操作機(jī)床；(2)非專業(yè)人員不得打開電柜門，打開電柜門前必須確認(rèn)已經(jīng)關(guān)掉了機(jī)床總電源開關(guān)。只有專業(yè)維修人員才允許打開電柜門，進(jìn)行通電檢修；(3)除一些供用戶使用并可以改動(dòng)的參數(shù)外，其它系統(tǒng)參數(shù)、主軸參數(shù)、伺服參數(shù)等，用戶不能私自修改，否則將給操作者帶來(lái)設(shè)備、工件、人身等傷害；(4)修改參數(shù)后，進(jìn)行第一次加工時(shí)，機(jī)床在不裝刀具和工件的情況下用機(jī)床鎖住、單程序段等方式進(jìn)行試

6、運(yùn)行，確認(rèn)機(jī)床正常后再使用機(jī)床；(5)機(jī)床的PLC程序是機(jī)床制造商按機(jī)床需要設(shè)計(jì)的，不需要修改。不正確的修改，操作機(jī)床可能造成機(jī)床的損壞，甚至傷害操作者；(6)建議機(jī)床連續(xù)運(yùn)行最多24小時(shí)，如果連續(xù)運(yùn)行時(shí)間太長(zhǎng)會(huì)影響電氣系統(tǒng)和部分機(jī)械器件的壽命，從而會(huì)影響機(jī)床的精度；(7)機(jī)床全部連接器、接頭等，不允許帶電拔、插操作，否則將引起嚴(yán)重的后果。數(shù)控機(jī)床故障分類2. 1按故障發(fā)生的部位分類主機(jī)故障數(shù)控機(jī)床的主機(jī)通常指組成數(shù)控機(jī)床的機(jī)械、潤(rùn)滑、冷卻、排屑、液壓、氣動(dòng)與防護(hù)等部分。主機(jī)常見的故障主要有：1) 因機(jī)械部件安裝、調(diào)試、操作使用不當(dāng)?shù)仍蛞鸬臋C(jī)械傳動(dòng)故障2) 因?qū)к?、主軸等運(yùn)動(dòng)部件的干涉、摩

7、擦過大等原因引起的故障3) 因機(jī)械零件的損壞、聯(lián)結(jié)不良等原因引起的故障，等等.主機(jī)故障主要表現(xiàn)為傳動(dòng)噪聲大、加工精度差、運(yùn)行阻力大、機(jī)械部件動(dòng)作不進(jìn)行、機(jī)械部件損壞等等。潤(rùn)滑不良、液壓、氣動(dòng)系統(tǒng)的管路堵塞和密封不良，是主機(jī)發(fā)生故障的常見原因。數(shù)控機(jī)床的定期維護(hù)、保養(yǎng).控制和根除“三漏”現(xiàn)象發(fā)生是減少主機(jī)部分故障的重要措施.電氣控制系統(tǒng)故障從所使用的元器件類型上.根據(jù)通常習(xí)慣，電氣控制系統(tǒng)故障通常分為“弱電”故障和“強(qiáng)電”故障兩大類，“弱電”部分是指控制系統(tǒng)中以電子元器件、集成電路為主的控制部分。數(shù)控機(jī)床的弱電部分包括CNCPLCMDI/CRT以及伺服驅(qū)動(dòng)單元、輸為輸出單元等。“弱電”故障又有硬

8、件故障與軟件故障之分.硬件故障是指上述各部分的集成電路芯片、分立電子元件、接插件以及外部連接組件等發(fā)生的故障。軟件故障是指在硬件正常情況下所出現(xiàn)的動(dòng)作出錯(cuò)、數(shù)據(jù)丟失等故障，常見的有.加工程序出錯(cuò)，系統(tǒng)程序和參數(shù)的改變或丟失，計(jì)算機(jī)運(yùn)算出錯(cuò)等?！皬?qiáng)電”部分是指控制系統(tǒng)中的主回路或高壓、大功率回路中的繼電器、接觸器、開關(guān)、熔斷器、電源變壓器、電動(dòng)機(jī)、電磁鐵、行程開關(guān)等電氣元器件及其所組成的控制電路。這部分的故障雖然維修、診斷較為方便，但由于它處于高壓、大電流工作狀態(tài)，發(fā)生故障的幾率要高于“弱電”部分.必須引起維修人員的足夠的重視。2.2按故障的性質(zhì)分類確定性故障確定性故障是指控制系統(tǒng)主機(jī)中的硬件損

9、壞或只要滿足一定的條件，數(shù)控機(jī)床必然會(huì)發(fā)生的故障。這一類故障現(xiàn)象在數(shù)控機(jī)床上最為常見，但由于它具有一定的規(guī)律，因此也給維修帶來(lái)了方便確定性故障具有不可恢復(fù)性，故障一旦發(fā)生，如不對(duì)其進(jìn)行維修處理，機(jī)床不會(huì)自動(dòng)恢復(fù)正常.但只要找出發(fā)生故障的根本原因，維修完成后機(jī)床立即可以恢復(fù)正常。正確的使用與精心維護(hù)是杜絕或避免故障發(fā)生的重要措施。隨機(jī)性故障隨機(jī)性故障是指數(shù)控機(jī)床在工作過程中偶然發(fā)生的故障此類故障的發(fā)生原因較隱蔽，很難找出其規(guī)律性，故常稱之為“軟故障”，隨機(jī)性故障的原因分析與故障診斷比較困難，一般而言，故障的發(fā)生往往與部件的安裝質(zhì)量、參數(shù)的設(shè)定、元器件的品質(zhì)、軟件設(shè)計(jì)不完善、工作環(huán)境的影響等諸多因

10、素有關(guān).隨機(jī)性故障有可恢復(fù)性，故障發(fā)生后，通過重新開機(jī)等措施，機(jī)床通?？苫謴?fù)正常，但在運(yùn)行過程中，又可能發(fā)生同樣的故障。加強(qiáng)數(shù)控系統(tǒng)的維護(hù)檢查，確保電氣箱的密封，可靠的安裝、連接，正確的接地和屏蔽是減少、避免此類故障發(fā)生的重要措施。2.3按故障的指示形式分類有報(bào)帶顯示的故障數(shù)控機(jī)床的故障顯示可分為指示燈顯示與顯示器顯示兩種情況：1）指示燈顯示報(bào)警指示燈顯示報(bào)警是指通過控制系統(tǒng)各單元上的狀態(tài)指示燈（一般由LED發(fā)光管或小型指示燈組成）顯示的報(bào)警.根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的狀態(tài)指示燈，即使在顯示器故障時(shí)，仍可大致分析判斷出故障發(fā)生的部位與性質(zhì)，因此.在維修、排除故障過程中應(yīng)認(rèn)真檢杳這些狀態(tài)指示燈的狀態(tài)。2）顯

11、示器顯示報(bào)警.顯示器顯示報(bào)警是指可以通過CNC顯示器顯示出報(bào)警號(hào)和報(bào)警信息的報(bào)警。由于數(shù)控系統(tǒng)一般都具有較強(qiáng)的自診斷功能，如果系統(tǒng)的診斷軟件以及顯示電路工作正常，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可以在顯示器上以報(bào)警號(hào)及文本的形式顯示故障信息。數(shù)控系統(tǒng)能進(jìn)行顯示的報(bào)警少則幾十種，多則上千種，它是故障診斷的重要信息。在顯示器顯示報(bào)警中，又可分為NC的報(bào)警和PLC的報(bào)等兩類。前者為數(shù)控生產(chǎn)廠家設(shè)置的故降顯示.它可對(duì)照系統(tǒng)的“維修手冊(cè)”，來(lái)確定可能產(chǎn)生該故障的原因。后者是由數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠家設(shè)置的PLC報(bào)警信息文本，屬于機(jī)床側(cè)的故降顯示。它可對(duì)照機(jī)床生產(chǎn)廠家所提供的“機(jī)床維修手冊(cè)”中的有關(guān)內(nèi)容.確定故障所產(chǎn)生的原因。

12、無(wú)報(bào)警顯示的故障這類故障發(fā)生時(shí).機(jī)床與系統(tǒng)均無(wú)報(bào)警顯示，其分析診斷難度通常較大.需要通過仔細(xì)、認(rèn)真的分析判斷才能予以確認(rèn)。特別是對(duì)于一些早期的數(shù)控系統(tǒng)，由于系統(tǒng)本身的診斷功能不強(qiáng)，或無(wú)PLC報(bào)警信息文本，出現(xiàn)無(wú)報(bào)警顯示的故障情祝則更多.對(duì)于無(wú)報(bào)警顯示故障，通常要具體情況具體分析，根據(jù)故障發(fā)生前后的變化.進(jìn)行分析判斷，原理分析法與PLC程序分析法是解決無(wú)報(bào)警顯示故障的主要方法.2. 4按故障產(chǎn)生的原因分類數(shù)控機(jī)床自身故障這類故障的發(fā)生是由于數(shù)控機(jī)床自身的原因所引起的，與外部使用環(huán)境條件無(wú)關(guān).數(shù)控機(jī)床所發(fā)生的極大多數(shù)故障均屬此類故障。數(shù)控機(jī)床外部故障這類故障是由于外部原因所造成的。供電電壓過低、過

13、高，波動(dòng)過大：電源相序不正確或三相輸入電壓的不平衡；環(huán)境溫度過高：有害氣體、潮氣、粉塵授入：外來(lái)振動(dòng)和干擾等都是引起故障的原因。此外，人為因素也是造成數(shù)控機(jī)床故障的外部原因之一，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，首次使用數(shù)控機(jī)床或由不熟練工人來(lái)操作數(shù)控機(jī)床，在使用的第一年，操作不當(dāng)所造成的外部故障要占機(jī)床總故障的三分之一以上。除上述常見故障分類方法外，還有其他多種不同的分類方法。如：按故障發(fā)生時(shí)有無(wú)破壞性.可分為破壞性故障和非破壞性故障兩種.按故障發(fā)生與需要維修的具體功能部位.可分為數(shù)控裝置故障，進(jìn)給伺服系統(tǒng)故障，主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障，白動(dòng)換刀系統(tǒng)故障等等，這一分類方法在維修時(shí)常用.數(shù)控機(jī)床各部故障分析及維修3.

14、1數(shù)控機(jī)床主軸伺服系統(tǒng)故障檢查及維修在維修主回路采用錯(cuò)位選觸無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)控車床中所遇到的部分故障及處理方法。 .故障現(xiàn)象：1.8m臥車在點(diǎn)動(dòng)時(shí)，花盤來(lái)回?cái)[動(dòng)。檢查：測(cè)量驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)中的士20V直流穩(wěn)壓電源的紋波為4V峰峰值，大大超過了規(guī)定的范圍。分析：在控制系統(tǒng)的放大電路中，高、低通濾波器可以濾掉，如：測(cè)速機(jī)反饋，電流反饋，電壓反饋中的各次諧波干擾信號(hào)，但無(wú)法濾除系統(tǒng)本身直流電源電路中的諧波分量，因它存在于整個(gè)系統(tǒng)中，這些諧波進(jìn)入放大器就會(huì)使放大器阻塞，使系統(tǒng)產(chǎn)生各種不正常的現(xiàn)象。在點(diǎn)動(dòng)狀態(tài)下，因電機(jī)的轉(zhuǎn)速較低，這些諧波已超過了點(diǎn)動(dòng)時(shí)的電壓值，造成了系統(tǒng)的振蕩，使主軸花盤來(lái)回?cái)[動(dòng)

15、，而且一旦去除諧波信號(hào)，故障馬上消失。處理：將電壓板中的100M林口1000MF濾波電容換下焊上新電容，并測(cè)量紋波只有幾個(gè)毫伏后將電源板安裝好，開機(jī)試運(yùn)行，故障消除。 .故障現(xiàn)象：5m立車在運(yùn)行加工中發(fā)出唯唯聲后，燒保險(xiǎn)。檢查：發(fā)現(xiàn)5FC5FG5RG5RCE反組全無(wú)脈沖輸出（線路見圖2）,測(cè)量結(jié)果，IC7反相器損壞，又發(fā)現(xiàn)1FG1FC俞出波形較其他波形幅值低得多。分析：5m立車主驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓由晶閘管全控橋反并聯(lián)整流電路提供。12路觸發(fā)脈沖中，有兩路消失，另一路觸發(fā)脈沖的幅值較其它正常觸發(fā)脈沖要短三分之一，當(dāng)出現(xiàn)唯唯的齒輪撞擊聲時(shí)，誤以為液壓馬達(dá)聯(lián)軸節(jié)處出現(xiàn)了問題，但過了一會(huì)兒兩路保險(xiǎn)

16、絲燒壞，實(shí)際上，在這次故障的前一段時(shí)間里已燒過兩次保險(xiǎn)，當(dāng)時(shí)只認(rèn)為是偶然的電網(wǎng)不穩(wěn)造成，因換上保險(xiǎn)絲后，故障就消除了。由于5m立車加工運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速較低，雖然可控硅整流電路是橋式整流，但是線路中觸發(fā)脈沖丟失和幅值小同時(shí)存在時(shí)，也會(huì)造成電流不連續(xù)，輸出的電壓不穩(wěn)，從而使電機(jī)的轉(zhuǎn)速不穩(wěn)。一開始出現(xiàn)的唯唯聲，實(shí)際就是轉(zhuǎn)速不穩(wěn)的表現(xiàn)。由于電流斷續(xù)而引起的燒保險(xiǎn)故障能發(fā)生在運(yùn)行后停車和正常運(yùn)行的任何時(shí)刻。處理：將放大管T1（另一組觸發(fā)電路中的放大管，功能如圖2中的T7）及反相器IC7換下，故障消除。3. 2機(jī)床PLC初始故障的診斷機(jī)床PLC始故障的診斷為了保護(hù)機(jī)床和維修方便，PLC有顯示和檢測(cè)機(jī)床故障的能

17、力。一旦發(fā)生故障，維修人員就能根據(jù)機(jī)床的故障顯示號(hào)去確定故障類別，予以排除。但在實(shí)際加工過程中，我們發(fā)現(xiàn)有時(shí)PLC同時(shí)顯示幾個(gè)故障，它們是由某一個(gè)故障引起的連鎖故障，排除了初始的引發(fā)故障，其它故障報(bào)警就消失了。可是從機(jī)床PLC顯示的所有報(bào)警故障中，維修人員并不知道哪個(gè)故障是初始引發(fā)故障，維修人員只能逐個(gè)故障去查，這就增加了維修難度。機(jī)床PLC始故障診斷功能，通過PLC程序，準(zhǔn)確判斷出初始故障的報(bào)警號(hào)。維修中，首先排除初始故障，其它引發(fā)故障自行消失，這樣就極大地方便了機(jī)床的維修，提高了機(jī)床維修的快速性和準(zhǔn)確性。2初始故障診斷原理設(shè)計(jì)的PLC程序不單單是把各個(gè)故障都能檢測(cè)和顯示出來(lái)，還能把最關(guān)鍵的

18、初始故障自動(dòng)判斷出來(lái)。初始故障診斷原理：以3個(gè)故障為例，其中設(shè)置了3個(gè)故障檢測(cè)位，分別為R500.0、R510.0、R520.0;3個(gè)初始故障檢測(cè)位為R500.2、R510.2、R520.2;F149.1為系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)。初始狀態(tài)時(shí)，無(wú)報(bào)警出現(xiàn)，故障檢測(cè)位都為“0”，初始故障檢測(cè)位也都為“0”，復(fù)位信號(hào)F149.1為“0”。在3個(gè)故障中假設(shè)首先發(fā)生第二個(gè)故障。在程序掃描的第一個(gè)周期內(nèi)，其對(duì)應(yīng)的故障檢測(cè)位R510.0變?yōu)椤?”，R500.2、R520.2、F149.1初始值為“0”，初始故障檢測(cè)位R510.2變?yōu)椤?”，通過自鎖保持為“1”，直到故障被排除，系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)發(fā)出后“1”狀態(tài)才被解除。在程序掃描的第二個(gè)周期內(nèi)，R510.2保持為“1”，實(shí)現(xiàn)了對(duì)R500.1、R520.1的封鎖，即使此時(shí)另外某一個(gè)故障檢測(cè)位為“1”，也不能導(dǎo)致其初始故障檢測(cè)位變?yōu)椤?”。通過此PLC程序的控制，就能從同時(shí)發(fā)生的眾多故障里準(zhǔn)確地判斷出初始故障。在JCS018數(shù)控機(jī)床中，遇到了多個(gè)故障同時(shí)發(fā)生的問題，如換刀報(bào)警和液壓報(bào)警同時(shí)出現(xiàn)。維修時(shí)，先檢查液壓控制部分，然后才能確認(rèn)故障出在換刀過程中。檢