數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修緒論

1、 緒 論 數(shù)控機(jī)床集機(jī)械制造、計(jì)算機(jī)、氣動、傳感檢測、數(shù)控機(jī)床集機(jī)械制造、計(jì)算機(jī)、氣動、傳感檢測、液壓、光機(jī)電技術(shù)等一體。液壓、光機(jī)電技術(shù)等一體。 本章內(nèi)容本章內(nèi)容1 1數(shù)控機(jī)床的幻燈片組成與特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床的幻燈片組成與特點(diǎn)2 2我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀4 4加強(qiáng)數(shù)控維修的意義加強(qiáng)數(shù)控維修的意義 5 5對數(shù)控維修人員的要求對數(shù)控維修人員的要求 6 6本課程的學(xué)習(xí)任務(wù)、要求本課程的學(xué)習(xí)任務(wù)、要求 3 3數(shù)控機(jī)床的故障與診斷技術(shù)數(shù)控機(jī)床的故障與診斷技術(shù) 數(shù)控機(jī)床組成框圖數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)二、二、我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀起步年代：起步年代：1958開始研制開始研制

2、目前生產(chǎn)能力目前生產(chǎn)能力：“十五十五”期間，中國數(shù)控機(jī)床行業(yè)實(shí)現(xiàn)期間，中國數(shù)控機(jī)床行業(yè)實(shí)現(xiàn)了超高速發(fā)展。其產(chǎn)量了超高速發(fā)展。其產(chǎn)量2001年為年為17521臺，臺，2002年年24803臺，臺，2003年年36813臺，臺，2004年年51861臺，是臺，是2001年的年的3.7倍，平均年增長倍，平均年增長39；2005年國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)年國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量量59639萬臺，接近萬臺，接近6萬臺大關(guān)，是萬臺大關(guān)，是“九五九五”末期的末期的424倍。倍。2006年，中國數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量達(dá)到年，中國數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量達(dá)到85756臺，同臺，同比增長比增長32.8%，增幅高于金切機(jī)床產(chǎn)量增幅，增幅高于金切

3、機(jī)床產(chǎn)量增幅18.4個(gè)百分個(gè)百分點(diǎn)，進(jìn)而使金切機(jī)床產(chǎn)值數(shù)控化率達(dá)到點(diǎn)，進(jìn)而使金切機(jī)床產(chǎn)值數(shù)控化率達(dá)到37.8%，同比增，同比增加加2.3個(gè)百分點(diǎn)。個(gè)百分點(diǎn)。 2007年數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量突破了年數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量突破了10萬臺大萬臺大關(guān)關(guān),達(dá)達(dá)123257臺。臺。國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)：。華中理工大學(xué)華中一型、華中二型。華中理工大學(xué)華中一型、華中二型。北京航天機(jī)床數(shù)控集團(tuán)航天一型。北京航天機(jī)床數(shù)控集團(tuán)航天一型。廣州數(shù)控廣州數(shù)控 GSK 系列。中國珠峰數(shù)控公司中華一型。中國珠峰數(shù)控公司中華一型 二、我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀二、我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀1.故障的基本概念故障的基本概念 數(shù)控機(jī)床全部或部分喪失了規(guī)

4、定的功能的現(xiàn)象數(shù)控機(jī)床全部或部分喪失了規(guī)定的功能的現(xiàn)象稱為數(shù)控機(jī)床的故障稱為數(shù)控機(jī)床的故障 。 故障診斷：在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行中，根據(jù)設(shè)備的故障診斷：在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行中，根據(jù)設(shè)備的故障現(xiàn)象，在掌握數(shù)控系統(tǒng)各部分工作原理的前故障現(xiàn)象，在掌握數(shù)控系統(tǒng)各部分工作原理的前提下，對現(xiàn)行的狀態(tài)進(jìn)行分析，并輔以必要檢測提下，對現(xiàn)行的狀態(tài)進(jìn)行分析，并輔以必要檢測手段，查明故障的部位和原因。提出有效的維修手段，查明故障的部位和原因。提出有效的維修對策。對策。三、數(shù)控機(jī)床的故障與診斷2.故障的分類故障的分類 1）按數(shù)控機(jī)床發(fā)生的故障性質(zhì)分類）按數(shù)控機(jī)床發(fā)生的故障性質(zhì)分類 系統(tǒng)性故障系統(tǒng)性故障 這類故障是指只要滿足一定的條

5、件，機(jī)床或這類故障是指只要滿足一定的條件，機(jī)床或者數(shù)控系統(tǒng)就必然出現(xiàn)的故障。例如電網(wǎng)電壓過高或者過者數(shù)控系統(tǒng)就必然出現(xiàn)的故障。例如電網(wǎng)電壓過高或者過低，系統(tǒng)就會產(chǎn)生電壓過高報(bào)警或者過低報(bào)警；切削量過低，系統(tǒng)就會產(chǎn)生電壓過高報(bào)警或者過低報(bào)警；切削量過大時(shí)，就會產(chǎn)生過載報(bào)警等。大時(shí)，就會產(chǎn)生過載報(bào)警等。 例如一臺采用例如一臺采用SINUMERIK810系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床在加工過程系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床在加工過程中，系統(tǒng)有時(shí)自動斷電關(guān)機(jī)，重新啟動后，還可以正常工中，系統(tǒng)有時(shí)自動斷電關(guān)機(jī)，重新啟動后，還可以正常工作。根據(jù)系統(tǒng)工作原理和故障現(xiàn)象懷疑故障原因是系統(tǒng)供作。根據(jù)系統(tǒng)工作原理和故障現(xiàn)象懷疑故障原因是系統(tǒng)供電

6、電壓波動，測量系統(tǒng)電源模塊上的電電壓波動，測量系統(tǒng)電源模塊上的24V輸人電源，發(fā)現(xiàn)輸人電源，發(fā)現(xiàn)為為22.3V左右，當(dāng)機(jī)床加工時(shí)，這個(gè)電壓還向下波動，特左右，當(dāng)機(jī)床加工時(shí)，這個(gè)電壓還向下波動，特別是切削量大時(shí)，電壓下降就大，有時(shí)接近別是切削量大時(shí)，電壓下降就大，有時(shí)接近21V，這時(shí)系，這時(shí)系統(tǒng)自動斷電關(guān)機(jī)，為了解決這個(gè)問題，更換容量大的統(tǒng)自動斷電關(guān)機(jī)，為了解決這個(gè)問題，更換容量大的24V電源變壓器將這個(gè)故障徹底消除。電源變壓器將這個(gè)故障徹底消除。 隨機(jī)故障隨機(jī)故障這類故障是指在同樣條件下，只偶爾出現(xiàn)一次這類故障是指在同樣條件下，只偶爾出現(xiàn)一次或者二次的故障。要想人為地再現(xiàn)同樣的故障則是不容易或

7、者二次的故障。要想人為地再現(xiàn)同樣的故障則是不容易的，有時(shí)很長時(shí)間也很難再遇到一次。這類故障的分析和的，有時(shí)很長時(shí)間也很難再遇到一次。這類故障的分析和診斷是比較困難的。一般情況下，這類故障往往與機(jī)械結(jié)診斷是比較困難的。一般情況下，這類故障往往與機(jī)械結(jié)構(gòu)的松動、錯(cuò)位，數(shù)控系統(tǒng)中部分元件工作特性的漂移、構(gòu)的松動、錯(cuò)位，數(shù)控系統(tǒng)中部分元件工作特性的漂移、機(jī)床電氣元件可靠性下降有關(guān)和系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)與制造無關(guān)機(jī)床電氣元件可靠性下降有關(guān)和系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)與制造無關(guān)的故障。的故障。 2）按故障類型分類）按故障類型分類 機(jī)械故障機(jī)械故障 這類故障主要發(fā)生在機(jī)床主機(jī)部分，還可以這類故障主要發(fā)生在機(jī)床主機(jī)部分，還可以分為

8、機(jī)械部件故障、液壓系統(tǒng)故障、氣動系統(tǒng)故障和潤滑分為機(jī)械部件故障、液壓系統(tǒng)故障、氣動系統(tǒng)故障和潤滑系統(tǒng)故障等。系統(tǒng)故障等。 電氣故障電氣故障 電氣故障是指電氣控制系統(tǒng)出現(xiàn)的故障，主電氣故障是指電氣控制系統(tǒng)出現(xiàn)的故障，主要包括數(shù)控裝置、要包括數(shù)控裝置、PLC控制器、伺服單元、控制器、伺服單元、CRT顯示器、顯示器、電源模塊、機(jī)床控制元件以及檢測開關(guān)的故障等。這部分電源模塊、機(jī)床控制元件以及檢測開關(guān)的故障等。這部分的故障是數(shù)控機(jī)床的常見故障，應(yīng)該引起足夠的重視。的故障是數(shù)控機(jī)床的常見故障，應(yīng)該引起足夠的重視。 3）按數(shù)控機(jī)床發(fā)生的故障后有無報(bào)警顯示分類）按數(shù)控機(jī)床發(fā)生的故障后有無報(bào)警顯示分類按故障產(chǎn)

9、生后有無報(bào)警顯示，可分為有報(bào)警顯示故障和無按故障產(chǎn)生后有無報(bào)警顯示，可分為有報(bào)警顯示故障和無報(bào)警顯示故障兩類。報(bào)警顯示故障兩類。（1）有報(bào)警顯示故障）有報(bào)警顯示故障這類故障又可以分為硬件報(bào)警顯示和軟件報(bào)警顯示兩種。這類故障又可以分為硬件報(bào)警顯示和軟件報(bào)警顯示兩種。1)硬件報(bào)警顯示的故障。硬件報(bào)警顯示通常是指各單元裝硬件報(bào)警顯示的故障。硬件報(bào)警顯示通常是指各單元裝置上的指示燈的報(bào)警指示。在數(shù)控系統(tǒng)中有許多用以指示置上的指示燈的報(bào)警指示。在數(shù)控系統(tǒng)中有許多用以指示故障部位的指示燈，如控制系統(tǒng)操作面板、故障部位的指示燈，如控制系統(tǒng)操作面板、CPU主板、伺主板、伺服控制單元等部位，一旦數(shù)控系統(tǒng)的這些指

10、示燈指示故障服控制單元等部位，一旦數(shù)控系統(tǒng)的這些指示燈指示故障狀態(tài)后，根據(jù)相應(yīng)部位上的指示燈的報(bào)警含義，均可以大狀態(tài)后，根據(jù)相應(yīng)部位上的指示燈的報(bào)警含義，均可以大致判斷故障發(fā)生的部位和性質(zhì)，這無疑會給故障分析與診致判斷故障發(fā)生的部位和性質(zhì)，這無疑會給故障分析與診斷帶來極大好處。因此維修人員在日常維護(hù)和故障維修時(shí)斷帶來極大好處。因此維修人員在日常維護(hù)和故障維修時(shí)應(yīng)注意檢查這些指示燈的狀態(tài)是否正常。應(yīng)注意檢查這些指示燈的狀態(tài)是否正常。2)軟件報(bào)警顯示的故障。軟件報(bào)警顯示通常是指數(shù)控系統(tǒng)軟件報(bào)警顯示的故障。軟件報(bào)警顯示通常是指數(shù)控系統(tǒng)顯示器上顯示出的報(bào)警號和報(bào)警信息。由于數(shù)控系統(tǒng)具有顯示器上顯示出的

11、報(bào)警號和報(bào)警信息。由于數(shù)控系統(tǒng)具有自診斷功能，一旦檢查出故障，即按故障的級別進(jìn)行處理，自診斷功能，一旦檢查出故障，即按故障的級別進(jìn)行處理，同時(shí)在顯示器上顯示報(bào)警號和報(bào)警信息。同時(shí)在顯示器上顯示報(bào)警號和報(bào)警信息。 軟件報(bào)警又可分為軟件報(bào)警又可分為NC報(bào)警和報(bào)警和PLC報(bào)警，前者為數(shù)控部報(bào)警，前者為數(shù)控部分的故障報(bào)警，可通過報(bào)警號，在分的故障報(bào)警，可通過報(bào)警號，在數(shù)控系統(tǒng)維修手冊數(shù)控系統(tǒng)維修手冊上找到這個(gè)報(bào)警的原因與怎樣處理方面的內(nèi)容，從而確定上找到這個(gè)報(bào)警的原因與怎樣處理方面的內(nèi)容，從而確定可能產(chǎn)生故障的原因；后者的可能產(chǎn)生故障的原因；后者的PLC報(bào)警的報(bào)警信息來自機(jī)報(bào)警的報(bào)警信息來自機(jī)床制造廠

12、家編制的報(bào)警文本，大多屬于機(jī)床側(cè)的故障報(bào)警，床制造廠家編制的報(bào)警文本，大多屬于機(jī)床側(cè)的故障報(bào)警，遇到這類故障，可根據(jù)報(bào)警信息，或者遇到這類故障，可根據(jù)報(bào)警信息，或者PLC用戶程序確診用戶程序確診故障。故障。（2）無報(bào)警顯示的故障）無報(bào)警顯示的故障 這類故障發(fā)生時(shí)沒有任何硬件及軟件報(bào)警顯示，因此分析這類故障發(fā)生時(shí)沒有任何硬件及軟件報(bào)警顯示，因此分析診斷起來比較困難。對于沒有報(bào)警的故障，通常要具體問診斷起來比較困難。對于沒有報(bào)警的故障，通常要具體問題具體分析。遇到這類問題，要根據(jù)故障現(xiàn)象、機(jī)床工作題具體分析。遇到這類問題，要根據(jù)故障現(xiàn)象、機(jī)床工作原理、數(shù)控系統(tǒng)工作原理、原理、數(shù)控系統(tǒng)工作原理、PL

13、C梯形圖以及維修經(jīng)驗(yàn)來分梯形圖以及維修經(jīng)驗(yàn)來分析診斷故障。析診斷故障。 例如一臺數(shù)控淬火機(jī)床經(jīng)常自動斷電關(guān)機(jī)，停一會再開例如一臺數(shù)控淬火機(jī)床經(jīng)常自動斷電關(guān)機(jī)，停一會再開還可以工作。分析機(jī)床的工作原理，產(chǎn)生這個(gè)故障的原因還可以工作。分析機(jī)床的工作原理，產(chǎn)生這個(gè)故障的原因一般都是系統(tǒng)保護(hù)功能起作用，所以首先檢查系統(tǒng)的供電一般都是系統(tǒng)保護(hù)功能起作用，所以首先檢查系統(tǒng)的供電電壓為電壓為24V，沒有間題；在檢查系統(tǒng)的冷卻裝置時(shí)，發(fā)現(xiàn)，沒有間題；在檢查系統(tǒng)的冷卻裝置時(shí)，發(fā)現(xiàn)冷卻風(fēng)扇過濾網(wǎng)堵塞，出故障時(shí)恰好是夏季，系統(tǒng)因?yàn)闇乩鋮s風(fēng)扇過濾網(wǎng)堵塞，出故障時(shí)恰好是夏季，系統(tǒng)因?yàn)闇囟冗^高而自動停機(jī)，更換過濾網(wǎng)，機(jī)床

14、恢復(fù)正常使用。度過高而自動停機(jī)，更換過濾網(wǎng)，機(jī)床恢復(fù)正常使用。 4）按故障發(fā)生部位分類）按故障發(fā)生部位分類 （1）數(shù)控裝置部分的故障）數(shù)控裝置部分的故障 數(shù)控裝置部分的故障又可以分為軟件故障和硬件故障。數(shù)控裝置部分的故障又可以分為軟件故障和硬件故障。1)軟件故障。有些機(jī)床故障是由于加工程序編制出現(xiàn)錯(cuò)誤軟件故障。有些機(jī)床故障是由于加工程序編制出現(xiàn)錯(cuò)誤造成的，有些故障是由于機(jī)床數(shù)據(jù)設(shè)置不當(dāng)引起的，這類造成的，有些故障是由于機(jī)床數(shù)據(jù)設(shè)置不當(dāng)引起的，這類故障屬于軟件故障。只要將故障原因找到并修改后，這類故障屬于軟件故障。只要將故障原因找到并修改后，這類故障就會排除。故障就會排除。2）硬件故障。有些機(jī)床

15、故障是因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)硬件出現(xiàn)問）硬件故障。有些機(jī)床故障是因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)硬件出現(xiàn)問題，這類故障必須更換損壞的器件或者維修后才能排除故題，這類故障必須更換損壞的器件或者維修后才能排除故障。障。 例如一臺數(shù)控沖床出現(xiàn)故障，屏幕沒有顯示，檢查機(jī)床例如一臺數(shù)控沖床出現(xiàn)故障，屏幕沒有顯示，檢查機(jī)床控制系統(tǒng)的電源模塊的控制系統(tǒng)的電源模塊的24V輸人電源，沒有問題，輸人電源，沒有問題，NC-ON信號也正常，但在電源模塊上沒有信號也正常，但在電源模塊上沒有5V電壓，說明電源模電壓，說明電源模塊損壞，維修后，機(jī)床恢復(fù)正常使用。塊損壞，維修后，機(jī)床恢復(fù)正常使用。（2）PLC部分的故障部分的故障PLC部分的故障也分為軟件

16、和硬件故障兩種。部分的故障也分為軟件和硬件故障兩種。1)軟件故障。由于軟件故障。由于PLC用戶程序編制有問題，在數(shù)控機(jī)床用戶程序編制有問題，在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行時(shí)滿足一定的條件即可發(fā)生故障。另外，運(yùn)行時(shí)滿足一定的條件即可發(fā)生故障。另外，PLC用戶程用戶程序編制的不好，經(jīng)常會出現(xiàn)一些無報(bào)警的機(jī)床側(cè)故障，所序編制的不好，經(jīng)常會出現(xiàn)一些無報(bào)警的機(jī)床側(cè)故障，所以以PLC用戶程序要編制的盡量完善。用戶程序要編制的盡量完善。2)硬件故障。由于硬件故障。由于PLC輸人輸出模塊出現(xiàn)問題而引起的故輸人輸出模塊出現(xiàn)問題而引起的故障屬于硬件故障。有時(shí)個(gè)別輸入輸出口出現(xiàn)故障，可以通障屬于硬件故障。有時(shí)個(gè)別輸入輸出口出現(xiàn)故障

17、，可以通過修改過修改PLC程序，使用備用接口替代出現(xiàn)故障的接口，從程序，使用備用接口替代出現(xiàn)故障的接口，從而排除故障。而排除故障。 （3）伺服系統(tǒng)故障）伺服系統(tǒng)故障 伺服系統(tǒng)的故障一般都是由于伺服控制單元、伺服電動機(jī)、伺服系統(tǒng)的故障一般都是由于伺服控制單元、伺服電動機(jī)、測速裝置、編碼器等出現(xiàn)問題引起的。測速裝置、編碼器等出現(xiàn)問題引起的。例如：一臺數(shù)控車床使用例如：一臺數(shù)控車床使用FANUC 0iTC系統(tǒng)，系統(tǒng)出現(xiàn)系統(tǒng)，系統(tǒng)出現(xiàn)417報(bào)警，報(bào)警信息為報(bào)警，報(bào)警信息為“SERVO ALARM：2TH AXIS PARAMETER INCORRECT”,檢查伺服系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置發(fā)檢查伺服系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置發(fā)現(xiàn)

18、，參數(shù)現(xiàn)，參數(shù)NO:2023被人修改成為負(fù)值。（該參數(shù)為電機(jī)一被人修改成為負(fù)值。（該參數(shù)為電機(jī)一轉(zhuǎn)的速度反饋脈沖數(shù)）。修改此參數(shù)，系統(tǒng)報(bào)警解除。轉(zhuǎn)的速度反饋脈沖數(shù)）。修改此參數(shù)，系統(tǒng)報(bào)警解除。（4）機(jī)床主體部分的故障）機(jī)床主體部分的故障這類故障大多數(shù)是由于外部原因造成的，機(jī)械裝置不到位、這類故障大多數(shù)是由于外部原因造成的，機(jī)械裝置不到位、液壓系統(tǒng)出現(xiàn)問題、檢查開關(guān)損壞、驅(qū)動裝置出現(xiàn)問題。液壓系統(tǒng)出現(xiàn)問題、檢查開關(guān)損壞、驅(qū)動裝置出現(xiàn)問題。機(jī)床主軸、導(dǎo)軌、絲杠、軸承、刀庫等由于種種原因，會機(jī)床主軸、導(dǎo)軌、絲杠、軸承、刀庫等由于種種原因，會出現(xiàn)喪失精度、爬行、過載等問題。這些問題往往會造成出現(xiàn)喪失精

19、度、爬行、過載等問題。這些問題往往會造成數(shù)控系統(tǒng)的報(bào)警。因此，數(shù)控系統(tǒng)的故障判斷是一個(gè)綜合數(shù)控系統(tǒng)的報(bào)警。因此，數(shù)控系統(tǒng)的故障判斷是一個(gè)綜合問題。問題。 3）按故障發(fā)生的破壞程度分類）按故障發(fā)生的破壞程度分類按故障發(fā)生時(shí)的破壞程度分為破壞性故障和非破壞性故障。按故障發(fā)生時(shí)的破壞程度分為破壞性故障和非破壞性故障。（1）破壞性故障）破壞性故障 這類故障出現(xiàn)會對操作者或設(shè)備造成傷害或損害，如超這類故障出現(xiàn)會對操作者或設(shè)備造成傷害或損害，如超程運(yùn)行、飛車、部件碰撞等。程運(yùn)行、飛車、部件碰撞等。 發(fā)生破壞性故障后，例如，一臺數(shù)控車床在正常加工的發(fā)生破壞性故障后，例如，一臺數(shù)控車床在正常加工的情況下，刀具撞到工件，造成重大的損失，經(jīng)過仔細(xì)的分情況下，刀具撞到工件，造成重大的損失，經(jīng)過仔細(xì)的分析，發(fā)現(xiàn)返回參考點(diǎn)錯(cuò)誤，認(rèn)真地分析發(fā)現(xiàn)行程開關(guān)（檔析，發(fā)現(xiàn)返回參考點(diǎn)錯(cuò)誤，認(rèn)真地分析發(fā)現(xiàn)行程開關(guān)（檔塊）位置與電子?xùn)鸥裎恢弥睾?，（偶而）造成塊）位置與電子?xùn)鸥裎恢弥睾?，（偶而）造成Z方向進(jìn)給方向進(jìn)給多出一個(gè)電子?xùn)鸥?，從而造成刀具工件相撞的破壞性故障。多出一個(gè)電子?xùn)鸥瘢瑥亩斐傻毒吖ぜ嘧驳钠茐男怨收?。移動行程開關(guān)位置，從問題得到圓滿