數(shù)控機(jī)床故障診斷與維護(hù)復(fù)習(xí)題

本文格式為Word版，下載可任意編輯——數(shù)控機(jī)床故障診斷與維護(hù)復(fù)習(xí)題1、數(shù)控機(jī)床由數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動裝置、檢測反饋裝置和機(jī)床本體四大部分組成，再加上程序的輸入/輸出設(shè)備、可編程控制器、電源等輔助部分。

2、數(shù)控機(jī)床除了具有高精度、高效率和高技術(shù)的要求外，還應(yīng)當(dāng)具有高可靠性。衡量的指標(biāo)有：MTBF—平均無故障時間；MTTR—排除故障的修理時間；平均有效度A：A=MTBF/（MTBF+MTTR）

3、故障處理對策，除非出現(xiàn)影響設(shè)備或人身安全的緊急狀況，不要馬上切斷機(jī)床的電源，應(yīng)保持故障現(xiàn)場。

4、自修復(fù)系統(tǒng)的診斷軟件發(fā)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床在運(yùn)行中某一模塊有故障時，系統(tǒng)在CRT上顯示的同時，自動尋覓備用模塊并接上。自修復(fù)系統(tǒng)實(shí)用但成本比較高，而且只適合總線結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)。

5、實(shí)用診斷技術(shù)（問、看、聽、聞、觸）在機(jī)械故障的診斷中具有實(shí)用簡便、快速有效的特點(diǎn)，但診斷效果的好壞在很大程度上要依據(jù)維修技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)，而且有一定的局限性，對一些疑難故障難以奏效。

6、故障振動信號有平穩(wěn)性故障信號，即機(jī)械結(jié)構(gòu)在正弦周期性力信號、繁雜周期性力信號和準(zhǔn)周期性力信號（軸彎曲、偏心、滾子失圓等漸變性故障）作用下產(chǎn)生的響應(yīng)信號和沖擊性故障信號，即機(jī)械結(jié)構(gòu)在周期性沖擊力作用下的脈沖響應(yīng)，與沖擊信號本身有很大的不同。

7、自動換刀性能是通過手動和M06指令自動運(yùn)行，檢驗(yàn)換刀的可靠性、靈活性和平穩(wěn)性并測定換刀時間是否符合要求。

8、幾何精度檢驗(yàn)（靜態(tài)精度檢驗(yàn)）是綜合反映機(jī)床關(guān)鍵零部件經(jīng)組裝后的綜合幾何形狀誤差。有各坐標(biāo)軸的相互垂直度、臺面的平行度、主軸的軸向和徑向跳動等檢驗(yàn)項(xiàng)目。

9、數(shù)控系統(tǒng)軟件類故障發(fā)生的原因可能有：誤操作、供電電池電壓不足、干擾信號、軟件死循環(huán)、操作不規(guī)范和用戶程序出錯等等。

10、在加工中心等機(jī)床上，由于自動換刀、縝密鏜孔加工等需要，往往需要主軸系統(tǒng)具有定向準(zhǔn)?？刂乒δ埽藭r，在機(jī)床上需安裝磁接近開關(guān)或脈沖編碼器等檢測元件。

11、如圖1數(shù)控機(jī)床主軸的支承方式，前后支承采用雙列和單列圓錐滾子軸承，這種支承方式的優(yōu)點(diǎn)是徑向和軸向剛度高，能承受重載荷，特別是可承受較強(qiáng)的動載荷，安裝，調(diào)整性能好，但限制了主軸的最高轉(zhuǎn)速和精度，所以用于中等精度、低速、重載的數(shù)控機(jī)床的主軸。

圖1

圖2為前支承采用雙列短圓柱滾子軸承和60°角接觸雙列向心推力球軸承組合，后支承采用成對向心推力球軸承。此配置可提高主軸的綜合剛度，可滿足強(qiáng)力切削的要求，普遍用于各類數(shù)控機(jī)床主軸。

圖2

圖3為前支承采用高精度雙列向心推力球軸承。向心推力軸承有良好的高速性，主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)4000r/min，但它的承載能力小，只適于高速，輕載，高縝密的數(shù)控機(jī)床主軸。

圖3

12、數(shù)控機(jī)床位置檢測裝置假使采用絕對編碼器，機(jī)床開機(jī)后就無需進(jìn)行返回參考點(diǎn)操作。13、數(shù)控系統(tǒng)中常用的抗干擾措施有物理隔離、屏蔽、接地、濾波技術(shù)等。

14、滾珠絲杠預(yù)緊的目的是減小或消除反向間隙。

15、數(shù)控機(jī)床PLC的形式有兩種：內(nèi)裝型PLC和獨(dú)立型PLC。

16、數(shù)控系統(tǒng)將數(shù)控加工程序信息進(jìn)行編譯、運(yùn)算和規(guī)律處理后，按兩類控制量分別輸出：一類是連續(xù)控制量，送往伺服系統(tǒng)；另一類是離散的開關(guān)控制量，送往機(jī)床強(qiáng)電控制系統(tǒng)，從而協(xié)調(diào)數(shù)控機(jī)床各部分的運(yùn)動，完成所有運(yùn)動的控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的加工過程。

17、為防止干擾信號及高壓串入，數(shù)控機(jī)床的輸入輸出接口要進(jìn)行必要的電隔離，為此常用的器件及電路是繼電器和光電隔離電路。

18、FANUC0i系列控制單元主要包括主板與I/O板兩部分。

19、數(shù)控機(jī)床按運(yùn)動方式分為點(diǎn)位控制數(shù)控系統(tǒng)、直線控制數(shù)控系統(tǒng)、輪廓控制的數(shù)控系統(tǒng)等三類。

20、FANUC系統(tǒng)根據(jù)用途與基本軟件不同可分為：車床控制用系統(tǒng)（T型）、銑床/加工中心控制用系統(tǒng)（M型）、磨床控制用系統(tǒng)（G型）、沖床控制用系統(tǒng)（P型）等不同型號。

21、接口檢查是系統(tǒng)與機(jī)床、系統(tǒng)與PLC、機(jī)床與PLC的輸入/輸出信號，接口診斷功能可將所有開關(guān)量信號的狀態(tài)顯示在CRT上，“1〞表示通，“0〞表示斷。

22、參數(shù)檢查是數(shù)控機(jī)床經(jīng)一系列的試驗(yàn)和調(diào)整而獲得的重要參數(shù)，是機(jī)床正常運(yùn)行的保證。包括有增益、加速度、輪廓監(jiān)控及各種補(bǔ)償值等。當(dāng)機(jī)床長期閑置不用或受到外部干擾會使數(shù)據(jù)丟失或發(fā)生數(shù)據(jù)混亂，機(jī)床將不能正常工作，可調(diào)出機(jī)床參數(shù)進(jìn)行檢查、修改或傳送。

23、數(shù)控系統(tǒng)是由各種電路板組成，電路板上、接插件等處有虛焊或接口槽接觸不良都會引起故障?？捎媒^緣物輕輕敲打疑點(diǎn)處，若出現(xiàn)反應(yīng)，則敲擊處很可能就是故障部位。

24、設(shè)備運(yùn)行較長時間或環(huán)境溫度較高時，機(jī)床就會出現(xiàn)故障，可用電吹風(fēng)、紅外燈照射可疑的元件或組件，可用升溫法確定故障點(diǎn)。

25、當(dāng)數(shù)控機(jī)床加工造成廢品而無法確定是編程、操作不當(dāng)還是數(shù)控系統(tǒng)故障時，或是閑置時間較長的數(shù)控機(jī)床重新投入使用時，常用功能程序測試法確定故障。

26、為了檢測便利，在模板或單元上設(shè)有檢測端子，用萬用表、示波器等儀器對這些端子的電平或波形進(jìn)行測試，將測試值與正常值進(jìn)行比較，可以分析和判斷故障的原因和故障的部位。

27、電火花、中、高頻電加熱設(shè)備的電源都會產(chǎn)生猛烈的電磁波，通過空間傳播被附近的數(shù)控系統(tǒng)所接受，假使能量足夠就會干擾數(shù)控機(jī)床的正常工作，因此數(shù)控機(jī)床要遠(yuǎn)離這些設(shè)備。

28、數(shù)控信號在傳遞過程中受到外界的干擾，串模干擾是干擾電壓疊加在有用信號上，由絕緣不良、漏電阻及供電線路等引入。共模干擾是干擾電壓對二根或以上信號線的干擾大小相等、相位一致，當(dāng)裝置的共模抑制比較高，影響不大，當(dāng)不平衡時，一部分轉(zhuǎn)為串模。

29、抗干擾措施信號傳輸干擾1)減少供電線路的干擾

數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)離具有中、高頻電源的設(shè)備，數(shù)控機(jī)床不要和大功率且頻繁起、停的設(shè)備在同一供電干線上，在電源電壓波動較大的地區(qū)，加穩(wěn)壓電源，動力線和信號線分開走線，信號線采用屏蔽線或雙絞線，控制線和電源線相交時，要采用直角相交。

2)減少機(jī)床控制中的干擾

圖4壓敏電阻保護(hù)a)交流接觸器線圈b)驅(qū)動電路圖6續(xù)流二極管保護(hù)電路

圖5交流負(fù)載的阻容保護(hù)

圖4為壓敏電阻保護(hù)（浪涌吸收器），可對線路中的瞬變、尖蜂等噪聲進(jìn)行保護(hù)。

圖5為阻容保護(hù)，對交流接觸器和電機(jī)頻繁起停時，因電磁感應(yīng)會在機(jī)床電路中產(chǎn)生浪涌或尖蜂，可抑制、吸收干擾噪聲。

圖6續(xù)流二極管保護(hù)，當(dāng)直流電感元件在斷電時，在線圈中將產(chǎn)生較大的感應(yīng)電動勢，并聯(lián)的二極管可減少對控制電路的干擾

3)屏蔽技術(shù)（電磁、靜電屏蔽）信號線采用屏蔽線（銅質(zhì)網(wǎng)狀）、穿在鐵質(zhì)蛇皮管或鐵管中，關(guān)鍵元件或組件采用金屬容器屏蔽4)保證“接地〞良好

“接地〞是數(shù)控機(jī)床安裝中一項(xiàng)關(guān)鍵的抗干擾技術(shù)措施，電網(wǎng)的大量干擾都是通過“接地〞對機(jī)床起作用的。

信號地是用來提供電信號的基準(zhǔn)電壓（0V）。

框架地是以安全性及防止外來噪聲和內(nèi)部噪聲為目的的地線系統(tǒng)，是將裝置的面板、單元的外殼、操作板及各裝置間接口的屏蔽線。

系統(tǒng)地是將框架地和大地相連接圖7、圖8所示。接地要可靠（接地電阻應(yīng)小于10歐姆）。接地線要粗（應(yīng)大于電源線的截面積）。

圖7數(shù)控機(jī)床的地線系統(tǒng)

a)一點(diǎn)接地b)二點(diǎn)接地

圖8數(shù)控機(jī)床接地系統(tǒng)示意圖

30、進(jìn)給伺服系統(tǒng)尋常會出現(xiàn)哪些類型的故障？

1)運(yùn)動失控(飛車)：系統(tǒng)未給伺服單元指令，而電機(jī)自行行走。是由于正反饋或無速度反饋信號引起的，所以應(yīng)檢查伺服輸出，速度反饋等回路。

2)超程(位置“過沖〞現(xiàn)象）：當(dāng)進(jìn)給運(yùn)動超過由軟件設(shè)定的軟限位或由限位開關(guān)決定的硬限位時，就會發(fā)生超程報警，一般會在CRT上顯示報警內(nèi)容，根據(jù)數(shù)控說明書，即可排除故障，解除報警。

位置誤差：當(dāng)伺服軸運(yùn)動超過位置允差范圍時，數(shù)控系統(tǒng)就會產(chǎn)生位置誤差過大的報警，包括跟隨誤差、輪廓誤差和定位誤差。

3)運(yùn)動軸單脈沖進(jìn)給達(dá)不到要求或低速爬行

機(jī)床使用已久，機(jī)械磨損，機(jī)床參數(shù)與之不匹配，伺服速度環(huán)或位置增益太低。機(jī)床維修，重新設(shè)置機(jī)床參數(shù)，臨時處理只要機(jī)床不振，可將伺服增益參數(shù)適當(dāng)提高。機(jī)械傳動系統(tǒng)的間隙、死區(qū)或精度不足；導(dǎo)軌潤滑不良；負(fù)載過重。

4)過載：當(dāng)進(jìn)給運(yùn)動的負(fù)載過大、頻繁正反向運(yùn)動以及進(jìn)給傳動鏈潤滑狀態(tài)不良時，均會引起過載報警。一般會在CRT上顯示伺服電動機(jī)過載、過熱或過流等報警信息。同時，在強(qiáng)電柜中的進(jìn)給驅(qū)動單元上，用指示燈或數(shù)碼管提醒驅(qū)動單元過載、過電流等信息。

5)竄動：測速信號不穩(wěn)定，如測速裝置故障、測速反饋信號干擾等；速度控制信號不穩(wěn)定或受到干擾；接線端子接觸不良，如螺釘松動等。當(dāng)竄動發(fā)生在由正向運(yùn)動向反向運(yùn)動的瞬間，一般是由于進(jìn)給傳動鏈的反向間隙或伺服系統(tǒng)增益過大所致。

6)爬行：發(fā)生在啟動加速段或低速進(jìn)給時，一般是由進(jìn)給傳動鏈的潤滑狀態(tài)不良、伺服系統(tǒng)增益過低及外加負(fù)載過大等因素所致。特別要注意的是，伺服電動機(jī)和滾珠絲杠連接用的聯(lián)軸器，由于連接松動或聯(lián)軸器本身的缺陷，如裂紋等造成滾珠絲杠轉(zhuǎn)動和伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)動不同步，從而使進(jìn)給運(yùn)動忽快忽慢，產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。

7)振動：間隙過大；導(dǎo)軌的阻尼過?。浑妱訖C(jī)負(fù)載過大；伺服電動機(jī)或速度位置檢測部件不良；外部干擾、接地、屏蔽不良等；驅(qū)動器的設(shè)定和調(diào)整不當(dāng)。

例1：一臺配套某系統(tǒng)的加工中心，進(jìn)給加工過程中，發(fā)現(xiàn)X軸有振動現(xiàn)象。

分析與處理過程：加工過程中坐標(biāo)軸出現(xiàn)振動、爬行現(xiàn)象與多種原因有關(guān)，故障可能是機(jī)械傳動系統(tǒng)的原因，亦可能是伺服進(jìn)給系統(tǒng)的調(diào)整與設(shè)定不當(dāng)?shù)取?/p>

維修時通過互換法，確認(rèn)故障原因出在直流伺服電動機(jī)上。卸下X軸電動機(jī)，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)6個電刷中有2個的彈簧已經(jīng)燒斷，造成了電樞電流不平衡，使電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不平衡。另外，發(fā)現(xiàn)電動機(jī)的軸承亦有損壞，故而引起Y軸的振動與過電流。

更換電動機(jī)軸承與電刷后，機(jī)床恢復(fù)正常。

例2：配套某系統(tǒng)的加工中心，在長期使用后，手動操作Z軸時有振動和異常響聲，并出現(xiàn)“移動過程中Z軸誤差過大〞報警。

利用手動轉(zhuǎn)動機(jī)床Z軸，發(fā)現(xiàn)絲杠轉(zhuǎn)動困難，絲杠的軸承發(fā)熱。經(jīng)細(xì)心檢查，發(fā)現(xiàn)Z軸導(dǎo)軌無潤滑，造成Z軸摩擦阻力過大；重新修理Z軸潤滑系統(tǒng)后，機(jī)床恢復(fù)正常。

8)機(jī)床定位精度或加工精度差：可分為定位超調(diào)、單脈沖進(jìn)給精度差、定位點(diǎn)精度不好、圓弧插補(bǔ)加工的圓度差等狀況

加/減速時間設(shè)定過小；電動機(jī)與機(jī)床的連接部分剛性差或連接不穩(wěn)固；機(jī)械傳動系統(tǒng)存在爬行或松動；伺服系統(tǒng)的增益不足；位置檢測器件（編碼器、光柵）不良；速度控制單元控制板不良；機(jī)床反向間隙大、定位精度差。

9)伺服電動機(jī)不轉(zhuǎn)：數(shù)控系統(tǒng)至進(jìn)給驅(qū)動單元除了速度控制信號外，還有使能控制信號，一般為DC+24V繼電器線圈電壓。

10)漂移：當(dāng)指令值為零時，坐標(biāo)軸仍移動，從而造成位置誤差。通過漂移補(bǔ)償和驅(qū)動單元上的零速調(diào)速來消除。

11)回參考點(diǎn)故障

找不到參考點(diǎn)：回參考點(diǎn)減速開關(guān)產(chǎn)生的信號失效；脈沖編碼器零標(biāo)志位或光柵尺零標(biāo)志位有故障或零位脈沖信號失效。

找不準(zhǔn)參考點(diǎn)：參考點(diǎn)開關(guān)檔塊位置設(shè)置不當(dāng)。12)電機(jī)失速或暴走（機(jī)床失控）：即電機(jī)的速度不按指令走，所以，從指令到速度反饋回路，都有可能出故障；可通過互換單元來初步判定是否為控制單元還是電機(jī)故障，一般是單元的可能性大；另外可查看是否為上電就報警還是速度高了報警。假使上電就報警，則有可能是主回路損壞。假使是高速報警而低速正常則可能是控制板或電機(jī)有問題，這也可通過交換伺服單元來判斷；D/A轉(zhuǎn)換電路故障或伺服速度接口電路故障（主板、速度控制單元故障）；位置檢測速度檢測信號不良；

電動機(jī)或位置編碼器故障。

13)工作臺運(yùn)動時振動（運(yùn)動不平穩(wěn)）：傳動環(huán)節(jié)間隙過大；導(dǎo)軌的阻尼過小；電動機(jī)負(fù)載過大；伺服電動機(jī)或速度位置檢測部件不良；外部干擾接地屏蔽不良；驅(qū)動器的設(shè)定和調(diào)整不當(dāng)。

14)工作臺或拖板移動時有抖動與噪聲較大：運(yùn)動軸蝸輪蝸桿嚙合間隙增大；絲桿軸承間隙增大；運(yùn)動軸傳動齒形皮帶松；電機(jī)軸承磨損或損壞；機(jī)床使用已久，運(yùn)動軸前后軸承座中的軸承潤滑不良磨損或損壞；滾珠絲桿受損或回珠器回珠不暢；滾珠絲桿螺母松動；軸密封不良，切削液侵入軸承生銹；伺服驅(qū)動單元增益過大，造成電機(jī)抖動；反饋回路不正常，也可能產(chǎn)生抖動現(xiàn)象；干擾。

31、根據(jù)檢測信號的處理不同，交流伺服驅(qū)動裝置常見的有哪幾種結(jié)構(gòu)形式？1)轉(zhuǎn)速反饋信號與位置反饋信號處理分開2)位置處理和速度處理均在數(shù)控系統(tǒng)中完成3)檢測元件提供雙重反饋信號

在上述三種控制方式中，共同的特點(diǎn)是位置控制均在數(shù)控系統(tǒng)中進(jìn)行，且速度控制信號均為模擬信號。

4)數(shù)字式伺服系統(tǒng)

32、FANUC交流模擬伺服驅(qū)動器假使未提供伺服使能信號，可能的原因有哪些？1)機(jī)床I/O接口條件不滿足2)電壓未加到使能端

33、數(shù)控機(jī)床對主軸驅(qū)動裝置有哪些要求？1)調(diào)速范圍寬并實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速2)恒功率范圍寬

3)具有四象限驅(qū)動能力4)具有位置控制能力

5)具有較高的精度與剛度，傳動平穩(wěn)，噪音低6)良好的抗振性和熱穩(wěn)定性

34、主軸準(zhǔn)停用于刀具交換、精鏜進(jìn)、退刀及齒輪換檔等場合，有三種實(shí)現(xiàn)方式：1)機(jī)械準(zhǔn)?？刂疲河蓭型槽的