典型系统故障诊断与排除.docx

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典型系统故障诊断与排除

Documentnumber：

BGCG-0857-BTDO-0089-2022

典型系统故障诊断与排除

案例二　典型系统故障诊断与排除

本章教学目标：

1、认识典型系统的工作；

2、了解典型系统故障原因；

3、熟悉典型系统的故障诊断与排除方法。

教学重点、难点：

教学学时：

教学手段：

教学内容：

一、齿轮箱故障诊断

1.诊断目的和对象

在机械设备中，齿轮箱的用量很大，一旦发生故障，损失严重。

齿轮运行中的振动现象可反映齿轮箱的运行状态，故采用振动情号进行分析和诊断，将记录下来的齿轮箱振动信号进行FFT（快速傅里叶变换）分析处理。

2.诊断方法及分析

方法：

在现场用振动计和磁带记录仪测试记录了齿轮箱每根传动轴轴承座上的振动信号，表1列出三台齿轮箱振动速度均方根值，测试时1#齿轮箱检修没有列入。

分析

（1）在三级传动的齿轮装置中，输入与输出两级的啮合作用力都要由中间级来承担，所以啮合振动最为强烈。

啮合振动的幅值远高于其它两级。

第二级是设计、制造中应加强的薄弱环节。

但由于没有给予足够的重视，在长期运行中振动过大，使齿圈产生疲劳断裂，这是近几年发生事故的原因所在。

从目前运行的情况看来，原料磨2#齿轮箱的第二级齿轮传动状况不佳，应加强监测，准备必要的备件。

（2）从综合评定的角度曾，原料磨2#齿轮箱振动值高于2#和原料密1#的齿轮箱振动。

用ISO大型机器振动强度评价标准衡量，巳超过允许值11.2mm／s。

且原料磨2#齿轮箱箱体温度高于其它齿轮箱l0℃左右，应及时进行检修。

（3）原料磨1#齿轮箱在运转中存在着调制现象，图15—4是撮动信号的例频谱，峰值出现在例频率80ms处，调制频繁fM＝1000／80＝，恰等于驱动电机旋转频率，也等于齿轮箱第一传动铀的旋转频率。

应检查第一传动轴的零部件的磨损、松动、偏心等状况，也应检测电机的进行振动状况。

这些工作有待今后进一步测试分析，其它两台齿轮箱振动中没有发现调制现象。

诊断结论:

（1）齿轮箱运行状态监测与故障诊断采用FFT谱分析和倒频谱分析是有效的。

（2）三级传动的齿轮箱装置中，应提高第二级传动件的设计和制造要求，以避免过大的二级传动啮合频率振动。

二、数控机床常见故障的处理

（一）故障的分类

数控系统故障分类，按照不同的方法有很多种分类形式。

（1）按照故障性质：

系统性故障；随机性故障；

（2）按照故障类型：

机械故障；电气故障；

（3）按照报警提示：

有报警故障；无报警故障；

（4）按照发生部：

数控装置故障；PLC故障；

伺服系统故障；机床系统故障；

（5）按照破坏程度：

破坏性故障；非破坏性故障；

除去以上的分类方法，还有以下的一种分类方法：

数控机床故障：

系统故障；外围电路故障；机械故障。

软件故障：

1、基本参数设置不正确导致的故障

2、伺服参数不正确导致的故障

3、主轴参数设置不正确导致的故障

4、轴参数设置不正确导致的故障

5、PLC参数设置不正确导致的故障

6、用户参数设置不正确导致的故障

7、功能参数设置不正确导致的故障

在数控系统中与软件相关的故障，主要是由于参数设置不正确、参数不匹配导致的。

参数按照大类区分可分为：

系统参数、机械参数、用户参数。

硬件故障：

1、伺服放大器故障

2、伺服电机故障

3、检测元件故障

在数控机床中与系统有关的故障主要集中在驱动部分，当然也包括一些板卡的故障。

这些也是维修人员能够判断的故障。

4、各种系统板卡的故障

外围电路故障：

1、继电器、接触器、接线端子、熔断器

2、线路短路、断路

3、外围设备：

冷却系统、润滑系统；气路、油路；换刀系统；安全门、电器柜、电气互锁。

在数控机床的故障中、外围电路故障所占的比例相当大。

并且也是一线维护人员，能够现场判读解决的故障。

绝大多数停机事件此类故障引起，因此熟练掌握此类故障的判断、排除方法和积累相关经验是一线维护人员所必须的。

机械故障：

1、机械元件损坏。

（1）导致机床不能够正常运行，时常会出现一些报警。

（2）会出现异响、异动。

2、机械整体配置、位置不当或者机械有一些磨耗。

（1）导致几何精度丢失

（2）导致位置精度丢失

（二）数控机床的故障诊断技术

故障的诊断包括两方面的内容：

诊和断。

诊：

对是客观状态作检测或测试。

断：

确定故障的性质、程度、类别、部位，并指明故障产生的原因，提供相应的处理对策等。

1.数控系统自诊断

所谓故障自诊断技术，就是在硬件模块、功能部件上各状态测试点（在系统设计制造时设置的）和相应诊断软件的支持下，利用数控系统中计算机的运算处理能力，实时监测系统的运行状态，并在预知系统故障或系统性能、系统运行品质劣化动向时，及时自动发出报警信息的技术。

开机自诊断

运行自诊断

在线诊断

离线诊断

远程诊断

2、如何排除日常故障

（1）故障发生时机床的状态。

A：

在什么时间发生的故障

包括发生故障的具体时间；发生时机床运行的状态；发生故障时外部条件如何，包括天气、供电情况等等；了解故障发生的频次。

B：

故障发生时，进行了几种操作

机床运行在什么模式；程序运行情况如何；各轴分别处在什么位置；当前正在运行那一个轴；机床有没有执行辅助功能；能不能够复位消除；如果能够复位消除，会不会执行到相同情况下再出现；如果再次出现，改变加工参数会不会出现等等。

C：

故障发生后，机床出现的现象。

有无报警；如果没有报警，机床相关的状态是否正确。

D：

确认外界有无影响机床的其他因素

电磁干扰；电源是否稳定；气源是否稳定等等

（2）根据系统的报警信息以及相关资料进行故障诊断

现在数控系统都具有强大的故障诊断功能，并能够针对各类故障提供丰富的报警文本。

对于很多故障，系统都能够诊断出来，并提供相应的报警信息。

数控系统在硬件上还设置了一些装置，用于系统有故障时指示技术人员方便的诊断故障。

（3）充分利用数控机床上，PLC对于外围电路实时状态的监控功能。

结合PLC和数控机床电气手册，对比PLC的实时输入、输出状态以及外围电路的控制逻辑，正确判断外围电路的故障。

（4）利用PLC梯形图反映的控制逻辑，跟踪那些外围设施出现故障的真正原因。

利用梯形图的监控功能，观察那些相关信号是否处于正确的状态。

如果有节点处于不正确的状态，就依据梯形图向前向后追踪，看是什么原因引起前面节点处于哪一种状态。

（5）对于排除数控机床故障最重要的方法，就是掌握数控系统及数控机床的工作原理，懂得如何使用各种各样的检测仪表、仪器，综合分析数控机床出现故障的操作以及外部、内部原因。

进一步通过各种实践机会，进一步掌握一些排除故障的手法（如：

零件互换、误差放大等等）。

具体到某一个机床，就应该详细阅读其各类说明书，掌握其机械、电气构造、组成以及工作原理，根据故障现象分析可能出现故障的部位、环节，并大胆的动手验证。

在机床出现故障时还要，详细调查该机床的“病历”“病史”。

（三）FANUC0i系统常见故障

1.系统报警信息

（1）查看方法

当机床出现报警时，系统会自动切换到报警画面，并显示报警信息。

报警信息有两部分组成：

报警号；报警信息。

在数控系统上获得的报警信息分为两种。

一种是系统报警，这一部分报警或由系统故障（软件的硬件的）引起或由程序（格式或内容）引起。

这一部分报警号、报警信息由系统厂商预设。

一种是机床报警（外部报警）这一部分报警内容通常是由外部因素引起（如气压、各类外部PLC输入信号错误或缺失引起）。

这一部分报警号、报警信息由机床生产厂商预设。

2.故障案例一

机床在运行过程中在出现没有任何报警的情况下停止运行。

该机床是一台四轴四联动的数控机床，机床在运行过程中出现题目所说的意外停止，并且在反复发生几次后机床不能够运行加工程序了。

经过和操作人员的反复沟通，我们按照处理数控机床故障的分析过程，进行分析如下：

（1）该机床出现故障的时候，是在加工零件过程中，并且是在旋转第四轴的时候出现。

（2）在出现该故障初期，停止程序运行，复位后还可以重新启动程序。

（3）经过几次反复以后，机床不能够启动加工程序。

（4）关闭系统，重新启动数控机床，对机床各轴回原点的操作。

三个直线轴都能够正确回到原点，但是旋转轴不能够回到原点（第四轴根本就能够移动）

分析：

从以上的现象可以看到，该机床出现这样的故障极有可能是第四轴出现了某种问题。

出现了第四轴不能够旋转的现象，很可能是第四轴刹车未能松开的原因。

该机床所用第四轴，采用的是气动刹车。

（5）观察外部输入气压正常，证明应该不是外部气压过低引起。

其实，如果外部气压过低机床会出现报警的。

（6）在排除外部气压故障的情况下，我们应该去检查第四轴刹车器是否正常。

如果检查第四轴刹车器要把第四轴拆开，这样的话工作量就非常庞大。

（7）检查第四轴刹车器的信号，观察刹车器的信号是否已经进入到PMC。

通过机床电气手册，查询第四轴刹车松开到位的信号的地址为。

（8）进入系统查看的状态（按照FANUC系统进入PMC的方法）。

系统键、PMC、PMCDGN、STATUS搜索。

执行松开转台的动作，观察有无变化，结果是没有变化。

（9）上面的步骤证明第四轴的刹车松开信号没有到位。

（10）造成第四轴刹车信号没有到位的原因有好几个，需要我们进一步去分析排查。

a、刹车器没有松开；

b、刹车器松开了，检测开关没有检测到；

c、检测元件损坏；

d、从检测元件到接口的电缆损坏；

e、PLC故障；

f、其他原因。

（11）打开第四轴外罩，执行第四轴夹紧、放松动作，发现用于检测的接近开关没有亮。

初步怀疑是接近开关有问题，或者是连接线有问题。

（12）通过前面的初步分析，判断为接近开关或者线缆出现故障。

为了进一步证实，我们把一个金属工具靠近接近开关，结果发现接近开关的等亮了。

这一个现象证明接近开关以及相关的线缆是完好的。

（13）再次执行转台松紧动作，观察该结构能否正常运行。

通过几次动作发现，每一次夹紧放松机构都能够正常运行，但是用于检测的接近开关还是不亮。

（14）根据接近开关的工作原理，开关和被检测物体的距离是有一定距离要求，如果距离不正确可能会导致开关不能够正常检测。

那么有可能是接近开关距离被测部件过远，于是调整接近开关的距离。

将距离缩小以后，发现接近开关灯可以亮了。

打开机床，各轴回原点，运行加工程序，机床能够正常运行。

（15）安装后第四轴外罩，机床正常运行。

但是当机床运行了十几分钟后，机床再次出现前述故障。

（16）根据前面的分析，我们可以把故障点基本上集中到接近开关和被检物上。

再次打开外壳，经过仔细检查，发现联接再刹车器上，供接近开关检测的一个螺母，从刹车器上松开了。

将这个螺母拧紧，并锁死。

机床再次投入运行没有发生故障。

3.进给驱动的故障诊断

（1）直流进给驱动—晶闸管调速是利用速度调节器对晶闸管的导通角进行控制，通过改变导通角的大小来改变电枢两端的电压，从而达到调速的目的

（2）交流进给驱动—因采用交流同步电动机，驱动装置实质上是一个电子换向的直流电动机驱动装置

PWM驱动控制线路简图

FANUC系统进给驱动故障表示方式：

（1）CRT有报警显示的故障

报警号400~457伺服系统错误报警

报警号702~704过热报警

机床切削条件差及机床摩擦力矩增大，引起主回路中的过载继电器动作

切削时伺服电机电流太大或变压器本身故障，引起变压器热控开关动作

伺服电机电枢内部短路或绝缘不良等，引起变压器热控开关动作

（2）报警指示灯指示的报警（7个灯）

BRK—无熔丝断路器切断报警

HVAL—过电压报警

HCAL—过电流报警（伴有401号报警）

OVC—过载报警（401或702报警）

LVAL—欠压报警

TGLS—速度反馈信号断线报警

DCAL—放电报警

（3）无报警显示的故障

机床失控：

速度反馈信号为正反馈信号

机床振动：

与位置有关的系统参数设定错误

检测装置有故障（随进给速度）

定位精度低：

传动链误差大；伺服增益太低

电动机运行噪声过大：

换向器的表面粗糙度过低、油液灰尘等侵入电刷或换向器、电动机轴向窜动等

6SC610交流进给驱动系统

三、万能卧式铣床电气控制故障与维修

（以X6132铣床为例）

X6132铣床的运动要求：

主轴能正、反转运动，主轴变速时，主轴电动机瞬时冲动一下，以利于齿轮的啮合；主轴能制动停车。

工作台上下、左右、前后6个方位均可移动，且可实现手动、自动和快速移动。

（一）电气线路分析

1.主电路分析

该机床有三台电动机M1、M2、M3

2.控制电动机的控制

（1）M1的启动SB5-KM1吸合-主触头闭合，M1启动

（2）主轴电动机的停车制动

（3）主轴的变速冲动控制

2.工作台进给电动机的控制

将电源开关QSl台上，启动主轴电动机Ml，接触器KMl吸合并自锁，进给控制电动机M3启动。

（1）工作台向上、下、左、右、前、后运动的控制通路分别是:

向上:

6→KMI→9→SA3→3→10→SQ2→2→15→SQ1→2→13→SA3→1→16→SQ4→1→19→KM3线圈→2O→KM2→21

向下:

6→KMl→9→SA3→3→10→SQ2→2→15→SQ1→2→13→SA3→1→16→SQ3→1→KMZ线圈→18→KM3→21

向左:

9→SQ5→2→11→SQ4→2→12→SQ3→2→13→SA3→1→16→SQ2→1→19→KM3线圈→20→KMZ→21

向右:

9→SQ5→2→SQ4→2→SQ3→2→SA3→1→SQ1→l→KM2线圈→KM3→21

工作台向前、后运动其通路与工作台上、下运动相同，只是借助机械联锁机构将垂直传动丝杠的离合器脱开，而将横向传动丝杠的离合器YC4接通，从而实现工作台的前、后运动。

（2）工作台进给变速时的冲动控制

在改变工作台进给速度时，为了使齿轮易于啮合，进给电动机M3需要瞬间冲动一下。

其变速冲动控制通路如下：

6→KMl→9→SA3一3→10→SQ2一2→15→SQ1一2→13→SQ3一2→12→SQ4一2→11→SQ5一1→14→KM2线圈18→KM3→21。

（3）工作台快速移动

其动作过程是:

按下快速移动按钮SB3（或SB4），接触器KM4线圈获电吸合，KM4在直流电路中的常闭触点（102一107）断开，迸给电磁离合器YC2脱离。

KM4在直流电路中的常开触点（102一107）闭合，快速移动电磁离合器YC3通电，接通快速移动传动链，工作台按指定方向快速移动。

当松开快速移动按钮SB3（或SB4）时，接触器KM4因线圈断电而释放。

快速移动电磁离合器YC3因KM4的常开触点（102一107）断开脱离，进给电磁离合器YC2因KM4的常闭触点（102一108）闭合而接通进给传动链，工作台以原速度和方向继续移动。

（二）常见电气控制故障维修

（1）按停止按钮后主轴不停

根据对主轴电动机控制电路的分析可知，故障的可能原因有:

接触器KM1主触头故障如发生熔焊等，以致无法分断主轴电动机的电源。

主轴制动离合器YC1线圈未通电，其可能原因是常开触点109一110末闭合或离合器YC1故障。

（2）主轴变速时无冲动过程

发生此故障有两个原因。

第一个原因，也是主要原因行程开关SQ6的常开触头SQ6一1闭合后接触不好;第二个原因是主轴变速手柄上机械顶销末碰上主轴冲动行程开关SQ6。

对这两个部位检查，确定故障部位修复即可。

（3）工作台各个方向都不能进给

此故障发生的主要原因主要是接触器主触头接触不良，电动机接线脱落和绕组断路等。

检查方法:

用万用表先检查控制回路电压是否正常;若正常，可扳动操纵手柄至任一运动方向，观察其相关接触器是否吸合;若吸合，则断定控制回路正常;这时着重检查电动机主回路。

（4）工作台前后进给正常，但左、石不能进给

由于工作台向前、向后进给正常，证明进给电动机M3主回路和接触器KM2或KM3及行程开关SQ1-2、SQ2-2、SQ3-1、SQ4-1的工作都正常，因此最可能的故障原因是3个行程开关的3副触头SQ3-2、SQ4-2、SQ5-2，这3副触头只要有一副接触不良或损坏，就会使工作台向左或向右不能迸给。

检查方法：

用万用表分别测量这3副测头之间的电压，以判断哪对触头损坏。

其中SQ6是变速瞬间冲动开关，它常因变速时手柄扳动过猛而损坏。

（5）工作台不能快速进给

发生这种故障的常见原因是牵引电磁铁电路不通，线圈损坏或机械卡死，检查方法:

1.按下“快速”按钮SB3（SM）时，应首先观察接触器KM4与快速电磁离合器YC3是否吸合，若KM4末能吸合，应检查KM4线圈两端是否有电压，有电压不能吸合，是接触器线圈损坏，更换即可；无电压则是SB3（或SB4），KM4等的连线有松脱或接触不良，应检查修复。

2.若接触器KM4吸合，快速电磁离合器仍未吸合，则应检查其接线端是否有电压，若无电压，是接触器KM4主触头接触不良或其进出端连线松脱；有电压不能吸合，则是电磁离合器线圈损坏应检查更换。