數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修基礎(chǔ)知識

課堂授課：36學(xué)時（1-13周）課程安排成績構(gòu)成1考試成績占80%平時成績占20%曠課次數(shù)超過5次，取消考試資格1當(dāng)前第1頁\共有73頁\編于星期二\7點第一部分概述一、數(shù)控機(jī)床的組成與分類

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。數(shù)控裝置(數(shù)控系統(tǒng)的核心)由硬件和軟件部分組成，接受輸入代碼經(jīng)緩存、譯碼、運算插補(bǔ)）等轉(zhuǎn)變成控制指令，實現(xiàn)直接或通過PLC對伺服驅(qū)動裝置的控制。當(dāng)前第2頁\共有73頁\編于星期二\7點伺服驅(qū)動裝置是數(shù)控裝置和機(jī)床主機(jī)之間的聯(lián)接環(huán)節(jié)，接受數(shù)控裝置的生成的進(jìn)給信號，經(jīng)放大驅(qū)動主機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)機(jī)床運動。檢測反饋裝置是通過檢測元件將執(zhí)行元件（電機(jī)、刀架）或工作臺的速度和位移檢測出來，反饋給數(shù)控裝置構(gòu)成閉環(huán)或半閉環(huán)系統(tǒng)。機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)件（床身箱體、立柱、導(dǎo)軌、工作臺、主軸和進(jìn)給機(jī)構(gòu)等。能夠進(jìn)行復(fù)雜型面零件的加工，解決工藝難題提高生產(chǎn)率具有柔性減輕工人的勞動強(qiáng)度當(dāng)前第3頁\共有73頁\編于星期二\7點1、數(shù)控車床的主要功能及分類數(shù)控車床主要用于加工各種軸類、套筒類和盤類零件上的回轉(zhuǎn)表面，例如內(nèi)外圓柱面、圓錐面、成型回轉(zhuǎn)表面及螺紋面等。按加工范圍和功能不同數(shù)控車床分類※普通型數(shù)控車床※普及型數(shù)控車床※多功能型數(shù)控車床※數(shù)控車削中心按主軸的配置形式不同數(shù)控車床分類※臥式數(shù)控車床（主軸軸線處于水平位置）※立式數(shù)控車床（主軸軸線處于垂直位置）當(dāng)前第4頁\共有73頁\編于星期二\7點

普通型數(shù)控車床半封閉數(shù)控車床全封閉數(shù)控車床當(dāng)前第5頁\共有73頁\編于星期二\7點※機(jī)床床身為水平結(jié)構(gòu)；普通數(shù)控車床的主要特點：※主軸變速機(jī)構(gòu)為機(jī)械有級變擋或變頻電氣調(diào)速；※卡盤為手動控制/液壓控制(選擇);※配四工位刀架（標(biāo)配）/六工位刀架（選配）；※數(shù)控系統(tǒng)為FANUC-OiMateTC或國產(chǎn)系統(tǒng)。當(dāng)前第6頁\共有73頁\編于星期二\7點普及型數(shù)控車床當(dāng)前第7頁\共有73頁\編于星期二\7點

普及型數(shù)控車床光機(jī)當(dāng)前第8頁\共有73頁\編于星期二\7點普及型數(shù)控車床的主要特點：※機(jī)床床身為斜床身結(jié)構(gòu)形式；※主軸變速為機(jī)械自動換擋和電氣無級調(diào)速；※換刀裝置為自動轉(zhuǎn)塔換刀（標(biāo)配為8工位）；※主軸卡盤為液壓控制；※系統(tǒng)為FANUC-OiTC或802D系統(tǒng)；當(dāng)前第9頁\共有73頁\編于星期二\7點多功能型數(shù)控車床當(dāng)前第10頁\共有73頁\編于星期二\7點多功能型數(shù)控車床光機(jī)當(dāng)前第11頁\共有73頁\編于星期二\7點※多功能數(shù)控車床的主軸除了驅(qū)動主軸的串行數(shù)字伺服主軸電動機(jī)外還增配了主軸C軸控制的伺服電動機(jī)；※自動換刀裝置在電動轉(zhuǎn)塔基礎(chǔ)上配備了刀具的動力頭功能，完成車削、銑削、鉆削功能的加工；※多功能數(shù)控車床的系統(tǒng)如采用FANUC-18i系統(tǒng)FANUC-OiTTC系統(tǒng)（雙主軸雙刀架數(shù)控車床）和西門子的840D系統(tǒng)等。※有的數(shù)控機(jī)床采用多軸控制如直線Y軸或旋轉(zhuǎn)B軸。多功能型數(shù)控車床的特點當(dāng)前第12頁\共有73頁\編于星期二\7點電動刀塔的動力頭功能當(dāng)前第13頁\共有73頁\編于星期二\7點數(shù)控車削中心當(dāng)前第14頁\共有73頁\編于星期二\7點※采用旋轉(zhuǎn)軸（B軸）的多功能加工；當(dāng)前第15頁\共有73頁\編于星期二\7點當(dāng)前第16頁\共有73頁\編于星期二\7點2、數(shù)控銑床的功能及分類數(shù)控銑床的主要功能：數(shù)控銑床適合于各種箱體類和板類零件的加工，主要對工件進(jìn)行型面的銑削加工外，也可以對工件進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鉸、锪、鏜以及攻螺紋等功能的加工。數(shù)控銑床的分類：※立式數(shù)控銑床※臥式數(shù)控銑床※龍門數(shù)控銑床※五面體數(shù)控銑床當(dāng)前第17頁\共有73頁\編于星期二\7點立式數(shù)控銑床當(dāng)前第18頁\共有73頁\編于星期二\7點立式數(shù)控銑床光機(jī)第4軸A軸（選配）當(dāng)前第19頁\共有73頁\編于星期二\7點臥式數(shù)控鏜銑床當(dāng)前第20頁\共有73頁\編于星期二\7點臥式數(shù)控鏜銑床光機(jī)當(dāng)前第21頁\共有73頁\編于星期二\7點動臺式龍門數(shù)控銑床當(dāng)前第22頁\共有73頁\編于星期二\7點動臺式龍門數(shù)控銑床光機(jī)當(dāng)前第23頁\共有73頁\編于星期二\7點動梁式龍門數(shù)控銑床當(dāng)前第24頁\共有73頁\編于星期二\7點新型五面體動力頭功能當(dāng)前第25頁\共有73頁\編于星期二\7點3、數(shù)控加工中心的功能及分類數(shù)控銑床的主要功能：把銑削、鏜削、鉆削、攻螺紋和切削螺紋等功能集中在一臺設(shè)備上，工件一次裝夾后能完成較多的加工步驟，加工精度較高.數(shù)控銑床的分類：※立式數(shù)控加工中心※臥式數(shù)控加工中心※龍門數(shù)控加工中心當(dāng)前第26頁\共有73頁\編于星期二\7點斗笠式自動換刀立式加工中心當(dāng)前第27頁\共有73頁\編于星期二\7點凸輪機(jī)械手式自動換刀立式加工中心第4軸（選擇）當(dāng)前第28頁\共有73頁\編于星期二\7點

帶機(jī)械手鏈?zhǔn)降稁斓呐P式加工中心當(dāng)前第29頁\共有73頁\編于星期二\7點大型龍門式（動臺）數(shù)控加工中心當(dāng)前第30頁\共有73頁\編于星期二\7點4、五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床加工某些具有特殊要求的復(fù)雜形面的大型工件而出現(xiàn)的，也是為了提高對這些形面的加工精度、質(zhì)量和工效才得到應(yīng)用和發(fā)展的。五軸加工這里是指在一臺機(jī)床上至少有五個坐標(biāo)軸(三個直線坐標(biāo)和兩個旋轉(zhuǎn)坐標(biāo))，而且可在計算機(jī)數(shù)控(CNC)系統(tǒng)的控制下同時協(xié)調(diào)運動進(jìn)行加工。當(dāng)前第31頁\共有73頁\編于星期二\7點工作臺回轉(zhuǎn)的立式五軸加工中心系統(tǒng)基本軸：X、Y、Z軸回轉(zhuǎn)軸：C軸（360度）A軸（30-120度）當(dāng)前第32頁\共有73頁\編于星期二\7點主軸回轉(zhuǎn)的立式五軸加工中心能自行環(huán)繞Z軸360度，成為C軸，回轉(zhuǎn)頭上還有帶可環(huán)繞X軸旋轉(zhuǎn)的A軸，一般回轉(zhuǎn)范圍是±90度。

當(dāng)前第33頁\共有73頁\編于星期二\7點系統(tǒng)基本軸：X、Y、Z軸回轉(zhuǎn)軸：C

軸（360度）B軸（+/-90度）主軸回轉(zhuǎn)的立式五軸加工中心當(dāng)前第34頁\共有73頁\編于星期二\7點多功能臥式鏜銑加工中心C軸（一般為±90度回轉(zhuǎn)）

B軸（0-360度回轉(zhuǎn)）

當(dāng)前第35頁\共有73頁\編于星期二\7點5、并聯(lián)數(shù)控機(jī)床當(dāng)前第36頁\共有73頁\編于星期二\7點二、數(shù)控機(jī)床維修人員的要求

（1）具備機(jī)床故障綜合診斷的能力（2）通過系統(tǒng)文件的裝載或調(diào)試來診斷系統(tǒng)故障的能力（3）具備計算機(jī)應(yīng)用軟件的操作能力（4）掌握自動控制領(lǐng)域里的總線控制技術(shù)（5）掌握計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)當(dāng)前第37頁\共有73頁\編于星期二\7點三、課程的意義技術(shù)的需要：通過對數(shù)控設(shè)備的共性的理論進(jìn)行總結(jié)、歸納，再結(jié)合對某類典型數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行培訓(xùn)，形成對數(shù)控設(shè)備進(jìn)行維修的思路。企業(yè)效益的需要：數(shù)控設(shè)備的故障會直接影響企業(yè)生產(chǎn)的順利進(jìn)行，因此為了降低維修成本，企業(yè)需要數(shù)控維修人員對一些普通故障進(jìn)行維修。市場需要：數(shù)控設(shè)備的大量使用，使得大批具備數(shù)控維修人員為企業(yè)服務(wù)，形成很大的市場。當(dāng)前第38頁\共有73頁\編于星期二\7點四、課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)通過對典型數(shù)控設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，掌握數(shù)控機(jī)床機(jī)械部件的工作原理及機(jī)械調(diào)試。通過對典型數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)，掌握數(shù)控系統(tǒng)、伺服控制單元、主軸控制單元、可編程控制器之間的物理連接。通過對數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)、接口、PLC編程及調(diào)試的學(xué)習(xí)，了解數(shù)控功能的開發(fā)，了解數(shù)控系統(tǒng)及PLC之間的信息交換原理。當(dāng)前第39頁\共有73頁\編于星期二\7點五、數(shù)控機(jī)床故障診斷

1.故障的基本概念故障—數(shù)控機(jī)床全部或部分喪失原有的功能。故障診斷—在數(shù)控機(jī)床運行中，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。提出有效的維修對策。當(dāng)前第40頁\共有73頁\編于星期二\7點五、數(shù)控機(jī)床故障診斷

2.故障的分類

1）從故障的起因分類關(guān)聯(lián)性故障—和系統(tǒng)的設(shè)計、結(jié)構(gòu)或性能等缺陷有關(guān)而造成（分固有性和隨機(jī)性）。非關(guān)聯(lián)性故障—和系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)與制造無關(guān)的故障。

2）從故障發(fā)生的狀態(tài)分類突然故障—發(fā)生前無故障征兆，使用不當(dāng)。漸變故障—發(fā)生前有故障征兆，逐漸嚴(yán)重。當(dāng)前第41頁\共有73頁\編于星期二\7點

3）按故障發(fā)生的性質(zhì)分類軟件故障—程序編制錯誤、參數(shù)設(shè)置不正確、機(jī)床操作失誤等引起。硬件故障—電子元器件、潤滑系統(tǒng)、限位機(jī)構(gòu)、換刀系統(tǒng)、機(jī)床本體等硬件損壞造成。干擾故障—由于系統(tǒng)工藝、線路設(shè)計、電源地線配置不當(dāng)?shù)纫约肮ぷ鳝h(huán)境的惡劣變化而產(chǎn)生。當(dāng)前第42頁\共有73頁\編于星期二\7點

4）按故障的嚴(yán)重程度分類危險性故障—數(shù)控系統(tǒng)發(fā)生故障時，機(jī)床安全保護(hù)系統(tǒng)在需要動作時，因故障失去保護(hù)動作，造成人身或設(shè)備事故。安全性故障—機(jī)床安全保護(hù)系統(tǒng)在不需要動作時發(fā)生動作，引起機(jī)床不能起動。

當(dāng)前第43頁\共有73頁\編于星期二\7點當(dāng)前第44頁\共有73頁\編于星期二\7點

3.數(shù)控機(jī)床的維護(hù)概述數(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)該具有高可靠性。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）當(dāng)前第45頁\共有73頁\編于星期二\7點

數(shù)控機(jī)床的維護(hù)目的：延長元器件的壽命和零部件的磨損周期，預(yù)防各種故障，提高數(shù)控機(jī)床的平均無故障工作時間和使用壽命。當(dāng)前第46頁\共有73頁\編于星期二\7點4.數(shù)控機(jī)床使用中應(yīng)注意的問題1）．?dāng)?shù)控機(jī)床的使用環(huán)境對于數(shù)控機(jī)床最好使其置于有恒溫的環(huán)境和遠(yuǎn)離震動較大的設(shè)備（如沖床）和有電磁干擾的設(shè)備。2）．電源要求3．?dāng)?shù)控機(jī)床應(yīng)有操作規(guī)程進(jìn)行定期的維護(hù)、保養(yǎng)，出現(xiàn)故障注意記錄保護(hù)現(xiàn)場等。4．?dāng)?shù)控機(jī)床不宜長期封存5．注意培訓(xùn)和配備操作人員、維修人員及編程人員當(dāng)前第47頁\共有73頁\編于星期二\7點

5.數(shù)控機(jī)床維修的特點

1）數(shù)控機(jī)床是高投入、高精度、高效率的自動化設(shè)備；

2）一些重要設(shè)備處于關(guān)鍵的崗位和工序，因故障停機(jī)時，影響產(chǎn)量和質(zhì)量；

3）數(shù)控機(jī)床在電氣控制系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)比普通機(jī)床復(fù)雜，故障檢測和診斷有一定的難度。當(dāng)前第48頁\共有73頁\編于星期二\7點六、數(shù)控診斷技術(shù)的發(fā)展

1.通訊診斷(遠(yuǎn)程、海外診斷）用戶機(jī)床的通訊口通過電話線和維修中心的專用通訊診斷計算機(jī)相連。計算機(jī)發(fā)診斷程序用戶測試數(shù)據(jù)計算機(jī)診斷結(jié)果和處理方法用戶特點：實用簡便；有一定的局限性當(dāng)前第49頁\共有73頁\編于星期二\7點六、數(shù)控診斷技術(shù)的發(fā)展

2.自修復(fù)系統(tǒng)當(dāng)診斷軟件發(fā)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床在運行中某一模塊有故障時，系統(tǒng)在CRT上顯示的同時，自動尋找備用模塊并接上。特點：實用但成本比較高，而且只適合總線結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)。當(dāng)前第50頁\共有73頁\編于星期二\7點六、數(shù)控診斷技術(shù)的發(fā)展

3.人工智能專家故障診斷系統(tǒng)當(dāng)前第51頁\共有73頁\編于星期二\7點4.狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)機(jī)械設(shè)備的診斷過程可分為診斷信息的獲取、故障特這的提取、狀態(tài)識別和故障診斷，機(jī)械設(shè)備在運行過程中的故障，可通過監(jiān)測儀器在其運行中進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)出現(xiàn)非平穩(wěn)狀態(tài)時，要進(jìn)行故障的診斷及識別，及時維修，防止故障擴(kuò)大。當(dāng)前第52頁\共有73頁\編于星期二\7點

5.人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)(ANN)診斷

ANN具有聯(lián)想、容錯、記憶、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)和處理復(fù)雜多模式故障等特點。這種方法將被診斷的系統(tǒng)的癥狀作為網(wǎng)絡(luò)的輸入，將按一定數(shù)學(xué)模型所求得的故障原因作為網(wǎng)絡(luò)的輸出，并且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將經(jīng)過學(xué)習(xí)所得到的知識以分布的方式隱存在網(wǎng)絡(luò)上，每個輸出神經(jīng)元對應(yīng)著一個故障原因。當(dāng)前第53頁\共有73頁\編于星期二\7點數(shù)控系統(tǒng)故障診斷方法（補(bǔ)充）一、診斷步驟和要求

故障檢測（確定有否故障）1.故障診斷故障判斷（確定故障性質(zhì)）故障定位（確定故障部位）2.故障診斷要求：故障檢測方法簡便有效使用的診斷儀器少而實用故障診斷的所需的時間盡可能短當(dāng)前第54頁\共有73頁\編于星期二\7點二、常用故障診斷方法1.直觀法（望聞問切）問—機(jī)床的故障現(xiàn)象、加工狀況等看—CRT報警信息、報警指示燈、熔絲斷否、元器件煙熏燒焦、電容器膨脹變形、開裂、保護(hù)器脫扣、觸點火花等聽—異常聲響（鐵芯、欠壓、振動等）聞—電氣元件焦糊味及其它異味摸—發(fā)熱、振動、接觸不良等當(dāng)前第55頁\共有73頁\編于星期二\7點二、常用故障診斷方法2.CNC系統(tǒng)的自診斷功能開機(jī)自診斷—系統(tǒng)內(nèi)部自診斷程序通電后動執(zhí)行對CPU、存儲器、總線和I/O等模塊及功能板、CRT、軟盤等外圍設(shè)備進(jìn)行功能測試，確定主要硬件能正常工作。例運行中的故障信息提示—發(fā)生故障在CRT上報警信息，查閱維修手冊確定故障原因及排除方法。（不唯一，信息豐富則準(zhǔn)確）當(dāng)前第56頁\共有73頁\編于星期二\7點FANUC10TE系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，開機(jī)后CRT顯示：FS107E1399BROMTEST：ENDRAMTEST未通過測試故障可能：參數(shù)丟失、支持電池失效或接觸不良等當(dāng)前第57頁\共有73頁\編于星期二\7點二、常用故障診斷方法3.數(shù)據(jù)和狀態(tài)檢查CNC系統(tǒng)的自診斷不但能在CRT上顯示故障報警信息，而且還能以多頁“診斷地址”和“診斷數(shù)據(jù)”的形式提供機(jī)床參數(shù)和狀態(tài)信息接口檢查參數(shù)檢查當(dāng)前第58頁\共有73頁\編于星期二\7點接口檢查—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。利用狀態(tài)顯示可以檢查數(shù)控系統(tǒng)是否將信號輸出到機(jī)床側(cè)，機(jī)床側(cè)的開關(guān)信號是否已輸入到系統(tǒng)，從而確定故障是在機(jī)床測還是在系統(tǒng)側(cè)。例：NCP400L數(shù)控車床接口狀態(tài)當(dāng)前第59頁\共有73頁\編于星期二\7點接口檢查當(dāng)前第60頁\共有73頁\編于星期二\7點38C0H00110010當(dāng)前第61頁\共有73頁\編于星期二\7點二、常用故障診斷方法參數(shù)檢查數(shù)控機(jī)床的機(jī)床參數(shù)是經(jīng)一系列的試驗和調(diào)整而獲得的重要參數(shù)，是機(jī)床正常運行的保證。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?？烧{(diào)出機(jī)床參數(shù)進(jìn)行檢查、修改或傳送。當(dāng)前第62頁\共有73頁\編于星期二\7點二、常用故障診斷方法4.報警指示燈顯示故障除CRT軟報警外，還有許多“硬件”報警指示燈，分布在電源、主軸驅(qū)動、伺服驅(qū)動I/O裝置上，由此可判斷故障的原因。5.備板置換法（替代法）用同功能的備用板替換被懷疑有故障的模板。（故障被排除或范圍縮小）注意：斷電狀態(tài)下/選擇開關(guān)/跨線一致當(dāng)前第63頁\共有73頁\編于星期二\7點二、常用故障診斷方法六、將功能相同的模板或單元相互交換，觀察故障的轉(zhuǎn)移情況，就能快速判斷故障的部位。系統(tǒng)X驅(qū)動Y驅(qū)動X電機(jī)Y電機(jī)當(dāng)前第64頁\共有73頁\編于星期二\7點二、常用故障診斷方法七、敲擊法數(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^緣物輕輕敲打疑點處，若出現(xiàn)，則敲擊處很可能就是故障部位。八、升溫法設(shè)備運行較長時間或環(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。確定故障點。當(dāng)前第65頁\共有73頁\編于星期二\7點二、常用故障診斷方法九.功能程序測試法當(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。將G、M、S、T、F功能的全部指令編寫一個試驗程序并運行在這臺機(jī)床，可快速判斷哪個功能不良或喪失。當(dāng)前第66頁\共有73頁\編于星期二\7點二、常用故障診斷方法十、隔離法隔離法是將某些控制回路斷