故障自诊断技术的数控系统维修.docx

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故障自诊断技术的数控系统维修

基于故障自诊断技术的数控系统维修

专业：

数控技术考籍号：

910809104943姓名：

刘秦辉

摘要

介绍了数控系统的故障自诊断方法，并列举了若干故障自诊断实例。

利用自诊断功能，还能显示出系统与主机之间接口信号的状态，从而判断出故障发生在机械部分还是数控系统部分，并显示出故障的大致部位。

本论文主要介绍了什么是数控机床故障诊断和维修与数控机床机械结构的故障诊断与维修。

并对数控机床的诊断和发展和展望做了简单的描述。

关键词开机自诊断，运行自诊断，脱机自诊断

1数控机床故障诊断和维修

1.1数控机床的故障规律

与一般设备相同，数控机床的故障率随时间变化的规律可用浴盆曲线表示。

在整个使用寿命期，根据数控机床的故障频度大致分为3个阶段，即早起故障期，偶发故障期和损耗故障期。

早起故障期：

早起故障期的特点是故障发生的频率高，但随着使用时间的增加迅速下降。

偶发故障期：

数控机床在经历了初期的各种老化、磨合和调整后，开始进入相对稳定的正常运行期。

在这个阶段，故障率低而且相对稳定，近似常数。

偶发故障时由于偶然因素引起的。

损耗故障期：

损耗故障期出现在数控机床使用的后期，其特点是故障率随着运行时间的增加而升高。

出现这种现象的基本原因是由于数控机床的零部件及电子元器件经过长时间的运行，由于疲劳、磨损、老化等原因，寿命已接近衰竭，从而处于频发故障状态

1.2数控机床故障诊断的一般步骤

无论是处于哪一个故障期，数控机床故障诊断的一般步骤都是相同的，当数控机床发生故障时，除非出现危险及数控机床或人身安全的紧急情况，一般不要关断电源，要尽可能地保持机床原来的状态不变，并对出现的一些信号和现象做好记录，这主要包括：

1故障现象的详细记录

2故障发生的操作方式及内容

3故障号及故障指示灯的显示内容

4故障发生时机床各部分的状态与位置

故障诊断一般按下列步骤进行。

{1}详细了解故障情况。

例如，当数控机床发生颤振、振动或超调现象时，要弄清楚是发生在全部轴还是某一轴；如果是某一轴，是全程还是某一位置；是一运动就发生还是仅在快速、进给状态某速度、加速或减速的某个状态下发生。

为了进一步了解故障情况，要对数控机床进行初步检查，并着重检查荧光屏上的显示内容，控制柜中得故障指示灯、状态指示灯等。

当故障情况允许时，最好开机实验，详细观察故障情况。

{2}根据故障情况进行分析，缩小范围，确定故障源查找的方向和手段。

对故障现象进行全面了解后，下一步可根据故障现象分析故障可能存在的位置。

有些故障与其他部分联系较少，容易确定查找的方向，而有些故障原因很多，难以用简单的方法确定出故障源的查找方向，这就要仔细查阅数控机床的相关资料。

弄清与故障有关的各种因素，确定若干个查找方向，并逐一进行查找。

{3}由表及里进行故障源查找。

故障查找一般是从易到难、从外围到内部逐步进行。

所谓难易，包括技术上的复杂程度和拆卸装配方面的难易程度。

技术上的复杂程度是指判断其是否有故障存在的难易程度。

在故障诊断的过程中，首先应该检查可直接接近或经过简单的拆卸即可进行检查的那些部位，然后检查需要进行大量的拆卸工作之后才能接近和进行检查的那些部位。

1.3数控机床故障诊断方法

常用的自诊断方法归纳起来可分为开机自诊断、运行自诊断、脱机自诊断，下面分别介绍这三种自诊断方法。

开机自诊断：

当数控系统通电，系统内部自诊断软件对系统中最关键的硬件和控制软件，如装置中CPU、RAM、ROM等芯片，MDI、CRT、I/O等模块及监控软件、系统软件等逐一进行检测，并将检测结果在CRT上显示出来。

一旦检测结果通不过，即在CRT上显示报警信息或报警信号，指出哪个部分发生了故障。

只有当全部开机自诊断工程都正常通过后，系统才能进入正常运行准备状态。

开机自诊断通常在一分钟内结束，有些采用硬盘驱动器的数控系统，如SIEMEN802S系统因要调动硬盘中得文件，时间虐长一些。

开机自诊断中，有些可将故障原因定位到电路板或模块上，有些甚至可定位到芯片上，如指出哪块EPROM出了故障；但多数情况下，开机自诊断仅将故障原因定位在某一范围内，维修人员需要通过维修手册中所指出的有关可能造成的原因及相应排除方法中找到真正的故障原因并加以排除。

{1}开机自诊断实例一

浙江某机械有限公司生产的SIEMENS802D系统，开机通电后，1号报警显示“BATTERYALARMPOWERSUPPLY”，根据报警信息指示数控系统断电保护电池没电，在跟换新的电池后故障复位，机床恢复使用。

{2}开机自诊断二

一台采用日本FANUCOi系统的数控车床，出现2043号报警，显示“HYD.PRESSUREDOWN”，指示液压系统压力低。

根据报警信息，对液压系统进行检查，发现压力确实很低，对压力进行调整后，机床恢复了正常使用。

从以上两个典型的开机自诊断实例可以看出，开机自诊断对数控系统的重要部位，即计算机主柜上的装置进行检查，以确定哪块装置出了故障。

这类故障如果用人工检查方法往往很难找到真正的故障原因。

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、位置伺服单元以及数控装置相连的其它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。

只要数控系统不断电，这种自诊断会反复进行，不会停止。

CNC系统的自诊断能力不仅能显示故障报警信息，而且还能以多页的“诊断地址”和“诊断数据”的形式为用户提供各种机床状态信息。

这些状态信息有：

{1}CNC系统与机床之间的接口输入、输出信号状态；

{2}CNC与PLC之间输入、输出信号状态；

{3}各坐标轴位置的偏差值；

{4}刀具距机床参考点的距离；

{5}CNC内部各存储器的状态信息

{6}伺服系统的状态信息；

{7}PLC与机床之间输入、输出信号状态；

{8}MDI面板、机床操作面板的状态信息等等。

充分利用CNC系统提供的这些状态信息，能迅速准确地查明故障和排除故障。

{1}运行自诊断实例一

一台采用日本FANUCOi的数控铣床出现如下故障；开机运行后就出现2041号报警，指示X轴超限位，但观察X轴并没有超限位，并且X轴的限位开关也没有压下，但利用NC系统的PMC状态显示功能，检查X轴限位开关的PMC输入X0.0的状态为“1”，开关触点确实已经接通，说明开关出现了问题，跟换新的开关后，机床故障消除。

{2}运行自诊断实例二

一台采用华中HNC-21数控铣床出现如下故障：

开机运行后就出现报警，指示Z轴跟踪误差过大，但系统中显示Z轴已经运动，利用NC系统的PMC状态显示功能，检查Z轴伺服的PMC输入状态为“1”，开关触点确实已经接通，说明Z轴机械出现了问题，没有运动。

经检查后发现装置过热，冷却后，机床故障消除。

脱机自诊断:

一些早期的数控系统，当系统出现故障时，往往需要停机，使用随机的专用诊断纸带队系统进行国际诊断，根据脱机诊断做出相应的故障排除工作。

对于早期数控系统，脱机自诊断在数控机床故障排除占有重要的作用。

它是将数控系统与机床脱离后，对数控系统本身进行的测试与检查。

通过脱机测试可以对系统的故障进一步的定位，力求把故障范围缩到最小。

如；通过对印制线路板的脱机测试，可以将故障范围定位到印制电路板的某部分甚至某个芯片或器件，这对印制电路板的修复是十分重要的。

数控系统的脱机测试需要专用诊断软件或专用测试装置，因此，它只能在数控系统的生产厂家或专门的维修部门进行。

1.4数控机床故障的一般排除方法

1、初始化复位法。

一般情况下，由于瞬时故障引起的系统报警，可用硬件复位或开关系统电源依次来清除故障，若系统工作存贮区由于掉电，拔插线路板或电池欠压造成混乱，则必须对系统进行初始化清除，清除钱应注意作好数据拷贝记录，若初始化后故障仍无法排除，则进行硬件诊断。

2参数更改，程序更正法。

系统参数是确定系统功能的依据，参数设定错误就可能造成系统的故障或某功能无效。

例如，在哈尔滨某厂转子铣床上采用了测量循环系统，这一功能要求有一个背景存贮器，调试时发现这一功能无法实现。

检查发现确定背景存贮存在数据位没有设定，经设定后该功能正常。

有时由于用户程序错误亦可早场故障停机，对此可以采用系统的快搜索功能进行检查，改正所有错误，以确保其正常运行。

3调节，最佳化调整法。

调节是一种最简单易行的办法。

通过对电位的调节，修正系统故障，如某军工厂维修中，其系统显示器画面混乱，经调节后正常。

在山东某厂，其主轴在启动和制动时发生皮带打滑，原因是其主轴负载转矩大，而驱动装置的斜升时间设定过小，经调节后正常。

最佳化调账是系统地对伺服系统与被拖动的机械系统实现最佳匹配的综合调节方法，其办法很简单，用一台多线记录仪或具有存贮功能的双踪示波器，分别观察指令和速度反馈或电流反馈的响应特性，而又不振荡的最佳工作状态。

在现场没有示波器或记录仪的情况下，根据经验，即调节使电机起振，然后向反向慢慢调节，直到消除震荡即可。

4备件替换法。

用好的备件替换诊断出坏的线路板，并做相应的初始化启动，使机床迅速投入正常运转，然后将坏板修理或返修，这是目前最常用的排除方法。

5改善电源质量法。

目前一般采用稳压电源，来改善电源波动。

对于高频干扰可以采用电容滤波法，通过这些预防性措施来减少电源板的故障。

6维修信息跟踪法。

一些大的制造公司根据实际工作中由于设计缺陷造成的偶然故障，不断修改和完善系统软件或硬件。

这些修改以维修信息的形式不断提供给维修人员。

依次做为故障排除的依据，可正确彻底排除故障。

2数控机床的机械结构

数控机床与普通机床一样，从本质上看，也是种经过切削将金属材料加工成各种不同形状零件的设备。

早起的数控机床，包括部分改造、改装的数控机床，大都是在普通机床的基础上，通过对进给系统的革新、改造而成的。

因此，在许多场合，普通机床的构成模式、磁翻板液位计的设计计算方法仍然适用于数控机床。

但是，随着数控机床的迅速发展，为了适应现代制造业对生产效率、加工精度和安全环保等方面越来越高的要求，现代数控机床的机械结构已经从初期对普通机床的局部改进，逐步发展形成了自己独特的结构。

特别是近年来，随着电主轴、直线电机等新技术、新产品在数控机床上的推广与应用，数控机床的机械结构正在发生着重大的变化，并联机床的出现和实用化，使传统的机床结构面临着更严峻的挑战。

数控机床的机械结构主要由以下几部分组成。

1．主传动系统

它包括力源、传动件及主运动执行件（主轴）等，其功用是将驱动装置的运动及动力传给执行件，以实现主切削运动。

2.二进给传动系统

它包括动力源、传动件及进给运动执行件（工作台、刀架）等，其功用是将伺服驱动装置的运动与动力传给执行件，以实现进给切削运动。

3.基础支撑件

它是指床身、立柱、导轨、滑座、工作台等，是整台机床的基础和框架，支撑机床的各主要部件，并使它们在静止或运动中保持相对正确的位置。

4.辅助装置

辅助装置是指实现浮球液位计的部件动作和辅助功能的系统和装置。

辅助装置视数控机床的不同而异，按机床的功能需要选用，如自动换刀系统、液压气动系统、润滑冷却装置和排屑防护装置等。

数控机床的故障诊断方法

故障诊断室指在系统运行或基本不拆卸的情况下，即可掌握系统当前运行状态的信息，查明禅城故障的部位和原因，或预知系统的异常和劣化的动向并采取必要对策的一门技术。

当数控机床发生故障时，除非出现危及数控机床或人身安全的紧急情况，一般不要关断电源，要尽可能地保持机床原来的状态不变，并对出现的一些信号和现象做好记录。

这主要包括：

故障现象的详细记录；故障发生时的操作方式及内容；报警号及故障指示灯的显示内容；故障发生时机床各部分的状态与位置；有无其他偶然因素，如突然停电、外线电压波动较大、雷电、局部进水等。

无论是处于哪一个故障期，数控机床故障诊断的一般步骤都是相同的。

数控机床一旦发生故障，首先要沉着冷静，根据故障情况进行全面的分析，确定查找故障源的方法和手段，然后有计划、有