毕业论文设计数控机床故障的诊断和维修Word格式.docx

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伺服系统的故障诊断

数控机床电气控制的故障诊断

六、数控机床故障诊断及维护的基本要求

七、数控机床故障诊断及维护实例

三、总结

[一]摘要

数控机床是机电一体化紧密结合的典范，是一个庞大的系统，涉及机、电、液、气、电子、光等各项技术，在运行使用中不可避免地要产生各种故障，关键的问题是如何迅速诊断，确定故障部位，并及时排除解决，保证正常使用，提高生产效率。

[二]内容

一、数控机床故障诊断及维护的意义和要求

1数控机床的故障诊断技术

　　①数控系统自诊断。

开机自诊断数控系统在通电开机后，都要运行开机自诊断程序，对系统中关键的硬件和控制软件进行检测，并将检测结果在CRT上显示出来。

运行自诊断运行自诊断是数控系统正常工作时，运行内部诊断程序，对系统本身、PLC、位置伺服单元以及与数控装置相连的其他外部装置进行自动测试、检查，并显示有关状态信息和故障信息。

　②在线诊断和离线诊断。

在线诊断是指通过数控系统的控制程序，在系统处于正常运行状态下，实时自动地对数控装置、PLC控制器、伺服系统、PLC的输入输出和其他外部装置进行自检，并显示状态信息、故障信息。

脱机诊断当数控系统出现故障时，需要停机进行检查，这就是脱机诊断。

脱机诊断的目的是修复系统的错误和定位故障，将故障定位在最小的范围。

　　远程诊断实现远程诊断的数控系统，必须具备计算机网络功能。

因此，远程诊断是近几年发展起来的一种新型的诊断技术。

数控机床利用数控系统的网络功能通过互联网连接到机床制造厂家，数控机床出现故障后，通过机床厂家的专业人员远程诊断，快速确诊故障。

　　2数控机床故障的实用诊断方法

　　①诊断常用的仪器、仪表及工具万用表-可测电阻、交、直流电压、电流。

　　相序表-可检测直流驱动装置输入电流的相序。

转速表-可测量伺服电动机的转速，是检查伺服调速系统的重要依据。

钳形电流表-可不断线检测电流。

测振仪-是振动检测中最常用、最基本的仪器。

短路追踪仪-可检测电气维修中经常碰到的短路故障现象。

逻辑测试笔-可测量数字电路的脉冲、电平。

IC测试仪-用于数控系统集成电路元件的检测和筛选。

工具-弹头钩形扳手、拉锥度平键工具、弹性手锤、拉卸工具等。

　　②诊断用技术资料主要有：

数控机床电气说明书，电气控制原理图，电气连接图，参数表，PLC程序，编程手册，数控系统安装与维修手册，伺服驱动系统使用说明书等。

数控机床的技术资料非常重要，必须参照机床实物认真仔细地阅读。

一旦机床发生故障，在进行分析的同时查阅相关资料。

　　③故障处理。

故障软故障-由调整、参数设置或操作不当引起硬故障-由数控机床（控制、检测、驱动、液气、机械装置）的硬件失效引起。

　　故障处理对策除非出现影响设备或人身安全的紧急情况，不要立即切断机床的电源，应保持故障现场。

从机床外观、CRT显示的内容、主板或驱动装置报警灯等方面进行检查。

可按系统复位键，观察系统的变化，报警是否消失。

如消失，说明是随机性故障或是由操作错误引起的。

如不能消失，把可能引起该故障的原因罗列出来，进行综合分析、判断，必要时进行一些检测或试验，达到确诊故障的目的。

　　④数控系统故障诊断方法。

直观法（望闻问切）：

问-机床的故障现象、加工状况等看-CRT报警信息、报警指示灯、电容器等元件变形烟熏烧焦、保护器脱扣等听-异常声响闻-电气元件焦糊味及其它异味摸-发热、振动、接触不良等。

参数检查法：

参数通常是存放在RAM中，有时电池电压不足、系统长期不通电或外部干扰都会使参数丢失或混乱，应根据故障特征，检查和校对有关参数。

隔离法：

一些故障，难以区分是数控部分，还是伺服系统或机械部分造成的，常采用隔离法。

同类对调法用同功能的备用板替换被怀疑有故障的模板，或将功能相同的模板或单元相互交换。

功能程序测试法：

将G、M、S、T、功能的全部指令编写一些小程序，在诊断故障时运行这些程序，即可判断功能的缺失。

⑤故障诊断应遵循的原则。

第一，先外部后内部数控机床的检修要求维修人员掌握先外部后内部的原则，由外向内逐一进行检查排除。

第二，先机械后电气首先检查机械是否正常，行程开关是否灵活，气动液压部分是否正常等，在故障检修之前，首先注意排除机械的故障。

第三，先静后动维修人员本身要做到先静后动。

首先询问机床操作人员故障发生的过程及状态，查阅机床说明书、图纸资料，进行分析后，才可动手查找和处理故障。

数控机床的故障与故障分类

数控机床全部或部分丧失了规定的功能的现象称为数控机床的故障。

数控机床是机电一体化的产物，技术先进、结构复杂。

数控机床的故障也是多种多样、各不相同，故障原因一般都比较复杂，这给数控机床的故障诊断和维修带来不少困难。

为了便于机床的故障分析和诊断，本节按故障的性质、故障产生的原因和故障发生的部位等因素大致把数控机床的故障划分为以下几类。

1、按数控机床发生的故障性质分类

（1）系统性故障

这类故障是指只要满足一定的条件，机床或者数控系统就必然出现的故障。

例如电网电压过高或者过低，系统就会产生电压过高报警或者过低报警；

切削量过大时，就会产生过载报警等。

例如一台采用SINUMERIK810系统的数控机床在加工过程中，系统有时自动断电关机，重新启动后，还可以正常工作。

根据系统工作原理和故障现象怀疑故障原因是系统供电电压波动，测量系统电源模块上的24V输人电源，发现为22.3V左右，当机床加工时，这个电压还向下波动，特别是切削量大时，电压下降就大，有时接近21V，这时系统自动断电关机，为了解决这个问题，更换容量大的24V电源变压器将这个故障彻底消除。

（2）随机故障

这类故障是指在同样条件下，只偶尔出现一次或者二次的故障。

要想人为地再现同样的故障则是不容易的，有时很长时间也很难再遇到一次。

这类故障的分析和诊断是比较困难的。

一般情况下，这类故障往往与机械结构的松动、错位，数控系统中部分元件工作特性的漂移、机床电气元件可靠性下降有关。

例如一台数控沟槽磨床，在加工过程中偶尔出现问题，磨沟槽的位置发生变化，造成废品。

分析这台机床的工作原理，在磨削加工时首先测量臂向下摆动到工件的卡紧位置，然后工件开始移动，当工件的基准端面接触到测量头时，数控装置记录下此时的位置数据，然后测量臂抬起，加工程序继续运行。

数控装置根据端面的位置数据，在距端面一定距离的位置磨削沟槽，所以沟槽位置不准与测量的准确与否有非常大的关系。

因为不经常发生，所以很难观察到故障现象。

因此根据机床工作原理，对测量头进行检查并没有发现问题；

对测量臂的转动检查时发现旋转轴有些紧，可能测量臂有时没有精确到位，使测量产生误差。

将旋转轴拆开检查发现已严重磨损，制作新备件，更换上后再也没有发生这个故障。

2、按故障类型分类

按照机床故障的类型区分，故障可分为机械故障和电气故障。

（1）机械故障

这类故障主要发生在机床主机部分，还可以分为机械部件故障、液压系统故障、气动系统故障和润滑系统故障等。

例如一台采用SINUMERIK810系统的数控淬火机床开机回参考点、走X轴时，出现报警1680“SERVOENABLETRAV．AXISX"

，手动走X轴也出现这个报警，检查伺服装置，发现有过载报警指示。

根据西门子说明书产生这个故障的原因可能是机械负载过大、伺服控制电源出现问题、伺服电动机出现故障等。

本着先机械后电气的原则，首先检测X轴滑台，手动盘动X轴滑台，发现非常沉，盘不动，说明机械部分出现了问题。

将X轴滚珠丝杠拆下检查，发现滚珠丝杠已锈蚀，原来是滑台密封不好，淬火液进人滚珠丝杠，造成滚珠丝杠的锈蚀，更换新的滚珠丝杠，故障消除。

（2）电气故障

电气故障是指电气控制系统出现的故障，主要包括数控装置、PLC控制器、伺服单元、CRT显示器、电源模块、机床控制元件以及检测开关的故障等。

这部分的故障是数控机床的常见故障，应该引起足够的重视。

3、按数控机床发生的故障后有无报警显示分类

按故障产生后有无报警显示，可分为有报警显示故障和无报警显示故障两类。

（1）有报警显示故障

这类故障又可以分为硬件报警显示和软件报警显示两种。

1）硬件报警显示的故障。

硬件报警显示通常是指各单元装置上的指示灯的报警指示。

在数控系统中有许多用以指示故障部位的指示灯，如控制系统操作面板、CPU主板、伺服控制单元等部位，一旦数控系统的这些指示灯指示故障状态后，根据相应部位上的指示灯的报警含义，均可以大致判断故障发生的部位和性质，这无疑会给故障分析与诊断带来极大好处。

因此维修人员在日常维护和故障维修时应注意检查这些指示灯的状态是否正常。

2）软件报警显示的故障。

软件报警显示通常是指数控系统显示器上显示出的报警号和报警信息。

由于数控系统具有自诊断功能，一旦检查出故障，即按故障的级别进行处理，同时在显示器上显示报警号和报警信息。

软件报警又可分为NC报警和PLC报警，前者为数控部分的故障报警，可通过报警号，在《数控系统维修手册》上找到这个报警的原因与怎样处理方面的内容，从而确定可能产生故障的原因；

后者的PLC报警的报警信息来自机床制造厂家编制的报警文本，大多属于机床侧的故障报警，遇到这类故障，可根据报警信息，或者PLC用户程序确诊故障。

（2）无报警显示的故障

这类故障发生时没有任何硬件及软件报警显示，因此分析诊断起来比较困难。

对于没有报警的故障，通常要具体问题具体分析。

遇到这类问题，要根据故障现象、机床工作原理、数控系统工作原理、PLC梯形图以及维修经验来分析诊断故障。

例如一台数控淬火机床经常自动断电关机，停一会再开还可以工作。

分析机床的工作原理，产生这个故障的原因一般都是系统保护功能起作用，所以首先检查系统的供电电压为24V，没有间题；

在检查系统的冷却装置时，发现冷却风扇过滤网堵塞，出故障时恰好是夏季，系统因为温度过高而自动停机，更换过滤网，机床恢复正常使用。

又如一台采用德国SINUMERIK810系统的数控沟槽磨床，在自动磨削完工件、修整砂轮时，带动砂轮的Z轴向上运动，停下后砂轮修整器并没有修整砂轮，而是停止了自动循环，但屏幕上没有报警指示。

根据机床的工作原理，在修整砂轮时，应该喷射冷却液，冷却砂轮修整器，但多次观察发生故障的过程，却发现没有切削液喷射。

切削液电磁阀控制原理图所示，在出现故障时利用数控系统的PLC状态显示功能，观察控制切削液喷射电磁阀的输出Q4.5，其状态为“1”，没有问题，根据电气原理图它是通过直流继电器K45来控制电磁阀的，检查直流继电器K45也没有问题，接着检查电磁阀，发现电磁阀的线圈上有电压，说明问题是出在电磁阀上，更换电磁阀，机床故障消除。

4、按故障发生部位分类

按机床故障发生的部位可把故障分为如下几类：

（1）数控装置部分的故障

数控装置部分的故障又可以分为软件故障和硬件故障。

1）软件故障。

有些机床故障是由于加工程序编制出现错误造成的，有些故障是由于机床数据设置不当引起的，这类故障属于软件故障。

只要将故障原因找到并修改后，这类故障就会排除。

2）硬件故障。

有些机床故障是因为控制系统硬件出现问题，这类故障必须更换损坏的器件或者维修后才能排除故障。

例如一台数控冲床出现故障，屏幕没有显示，检查机床控制系统的电源模块的24V输人电源，没有问题，NC-ON信号也正常，但在电源模块上没有5V电压，说明电源模块损坏，维修后，机床恢复正常使用。

（2）PLC部分的故障

PLC部分的故障也分为软件和硬件故障两种。

由于PLC用户程序编制有问题，在数控机床运行时