第3章数控机床故障检查与分析方法_.ppt

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LOGO第第第第33章章章章数控机床故障检查与分数控机床故障检查与分数控机床故障检查与分数控机床故障检查与分析方法析方法析方法析方法第第3章章数控机床故障检查与分析方法数控机床故障检查与分析方法数控机床是集机、机、液、光等一体化的高效自动化设备，其控制原理及结构比普通机床要复杂得多，一旦出现系统控制方面的故障，往往比较难于查找，需要维修人员应用机、电、液、光及数控原理等有关理论知识，综合运用各种不同的故障诊断方法来查找与处理。

数控机床可能产生多种不同类型的故障，按故障发生部位的不同，可分为硬件故障和软件故障。

其中软件故障是指由程序编制错误、机床操作不当、参数设定不合理等引起的故障，这是数控机床具有的故障特点，与此对应的故障诊断方法也是数控机床特有的。

数控机床大多具有自诊断功能，充分利用数控的自诊断功能可以快速查找故障，提高故障排除速度。

本章主要介绍数控机床常见故障检查与分析的一般方法，主要包括：

系统分析法、观察检查法、自诊断功能法、参数检查法、PLC程序法、接口信号分析法、信号强制输法与交换法、测量比较法等。

目录3.1系系统分析法分析法13.2观察察检查法法23.3自自诊断功能法断功能法3453.4接口信号分析法接口信号分析法3.5信号追踪法与信号信号追踪法与信号强制制输入法入法目录3.6PLC程序法程序法63.7参数参数检查调整法整法73.8测量比量比较法法89103.9交交换法与替法与替换法法3.10程序功能程序功能测试法法3.1系系统分析法分析法数控机床是一个集机、电、液、光及计算机技术为一体的复杂庞大系统，运行过程中一旦出现故障，诊断从何处着眼、故障排除从何处下手，必须用科学、系统、合理、有效的解决办法。

从系统的基本观点和原理出发，把研究对象置于系统的形式之中，从要素、结构、系统整体、外部环境的相互作用方面综合进行考察，揭示其本质和规律，以维持系统的性能指标呈最优状态的方法，叫做“系统方法”3.1系系统分析法分析法v3.1.1.以系以系统观点点认识系系统1.“系系统”特性特性

（1）目的性即任何一个系统的发生和发展都具有很强的目的性，这种目的性就是系统要具有一定功能和要实现的目标。

系统目的性是系统的一个主导因素，它决定着系统的性能指标、系统的要素组成和结构。

（2）关联性即任何一个系统的各个要素之间都存在着相互作用、相互影响、相互制约的密切关联。

这种关联构成了系统的结构框架，同时也决定着整个系统的机制。

这种关联在一定时间、空间内处于相对稳定状态，但随着时间推移、空间变换、目标的改变、系统的发展都可能使其发生相应的变化。

3.1系系统分析法分析法v3.1.1.以系以系统观点点认识系系统1.“系系统”特性特性（3）结构性和层次性即任何一个系统的存在必然包含在一个更大的系统之中，这个更大的系统就是环境。

同时这个系统本身又往往由若干个小系统组成，这些小系统就是“子系统”，子系统还可能有“孙系统”，从而形成了系统的结构性和层次性。

如果对各个子系统还继续分解，直至可分解为易于运行管理的最小系统为止。

一个系统经过分解处理所得到的各个子系统联系形式了一种系统的层次结构。

图3-1表示系统的层次结构。

图图3-1系统的层次结构系统的层次结构系统（整机）系统A（电控系统统）系统B（机械系统统）系统C（辅助系统统）系统A1（PLC系统统）系统A2（数控系统统）系统B1（主轴机构构）系统B2（进给机构构）系统B3（刀库机构构）系统C1（计算机）系统C2（对刀仪）系统A21（主轴驱动动）系统A22（进给驱动动）系统C11（工艺软件件）系统C12（编程软件件）3.1系系统分析法分析法v3.1.1.以系以系统观点点认识系系统1.“系系统”特性特性（4）整体性由各个基本要素组成的系统是一个有机整体，在这个整体中，各个子系统既有自己的目标，也在为实现整体目标起着不可缺少的重要作用。

3.1系系统分析法分析法v3.1.1.以系以系统观点点认识系系统2.系系统的模型的模型一个实际的系统要有输入、处理、输出三部分。

输入是指系统处理所需要的内容、条件和数据，处理是根据条件对输入内容进行可能的各种加工和转换，输出是系统处理后的结果。

输入有单输入单输出、多输入多输出之分，如图如图3-2所示所示，数控系统中子程序这两种情况都有。

伺服电动机是单输入单输出系统典型，而伺服驱动是多输入多输出系统的典型。

3.1系系统分析法分析法v3.1.1.以系以系统观点点认识系系统2.系系统的模型的模型如果P是已知的，则可以由I的内容，经过P的处理，确定输出O。

如果P是未知的，则只能由I和O来推断P，即由系统的外部特性来研究和理解系统。

此时我们把系统看成是“黑合子”，“黑合子”方法常用于系统的分析、故障的诊断。

由系统的定义、组成和特征描述可确定系统的边界。

边界之内称为系统，边界之外称为环境。

系统与环境之间有信息、物质和能量的交换和活动。

系统从环境中得到的某些物质或信息称系统的输入；系统向环境输送的某些物质或信息就是系统的输出。

3.1系系统分析法分析法v3.1.1.以系以系统观点点认识系系统3.独立独立单元与系元与系统框框图根据系统的层次性可知，一个系统由若干个子系统组成，若子系统相对独立，也就是指具有独自特定功能。

就可作为系统的一个独立单元。

这些独立单元按照一定的关系连接组合就构成了一个系统。

在图示法中，如果将这些独立单元以一个个单元框表示，又按照一定关系连接起来，就构成了系统框图。

所谓系统框图，就是由一些独立的单元框按相互关系连接组合而成的图。

在修前准备时，根据故障现象与机床技术资料，在分析系统工作原理或故障机理的基础上，就可以勾画出与故障现象相关的某个系统的系统框图。

从相关的系统框图上，应该反映出所包括的主要独立单元有哪些、它们之间的组合与连接关系。

并且应该从技术资料上查找出它们之间传递的是什么信号以及信号的正常状态。

分析这个独立单元本身的功能以及与其它独立单元相互间关系的正常与否，来进行故障大定位与故障类别判断3.1系系统分析法分析法v3.1.1.以系以系统观点点认识系系统4.系系统之之间的接口的接口系统内部的子系统数量和大小完全是根据系统的规模和需要来确定的。

子系统与子系统之间的联系称之为接口。

在一个系统里，不是所有的子系统之间都建立接口。

一般来说系统接口越多，系统必然越复杂。

系统中子系统之间相互连接的结构型式可分为三大类，即串型、并型和混合型,如图3-3所示。

一台数控机床内部各系统之间的联系,这三种接口型式都有。

3.1系系统分析法分析法图图3-3系统的接口模型系统的接口模型3.1系系统分析法分析法v3.1.2系系统分析方法分析方法在判断系统存在故障的部位时，可对控制系统方框图中的各方框单独考虑。

根据每一方框的功能，将方框划分为一个个独立单元。

在对具体单元内部结构了解不透彻的情况下，可不管单元内容如何，只考虑其输入、输出。

这样就简化了系统，便于维修人员判断故障。

如果输入中有一个不正常，则该单元就可能不正常，这时应追查该输入的上一个独立单元或考虑“负载效应”。

在输入都正常的情况下而输出不正常，那么故障即在本单元内部。

这里要特别强调的是，独立单元的输入包括正常输入与干扰信号输入。

正常输入是指电源输入与信号输入。

干扰信号是一种不正常的输入。

因此，为保证独立单元正常工作，除了单元本身完好之外，还应具有良好的防止干扰与抗干扰的措施。

若数控系统带有分立式的PLC，系统产生故障后，首先应该确定故障发生在系统本身还是发生在PLC中，这就要求熟悉NCPLC信息交换的内容，搞清楚某一动作不执行是由于NC没给PLC指令，还是由于NC给了PLC指令而PLC未执行，或者是由于PLC无准备好应答信号，NC不可能提供该指令等。

3.1系系统分析法分析法v3.1.3系系统方法的方法的应用用在接到数控机床故障诊断工作任务时，面对一个个机械零件，一条条线路，一大片电子电路，不能茫然，要有清晰的思路，正确选择诊断的切入点，运用系统方法，顺势推进，各个击破。

3.1系系统分析法分析法v3.1.3系系统方法的方法的应用用系统分析法步骤是：

系统分析法步骤是：

v1）无论有无相关技术资料，都要先从概念上将整机分成几大系统，勾画出系统边界，如机械系统、电气系统、数控系统、检测系统、硬件系统、软件系统等等，然后确定系统的层次，达到对纵向、横向脉络都很清楚。

v2）搞清并画出故障相关系统方框图，这时要尽量利用现有技术资料，同时参阅其它相关技术资料和书籍。

3.1系系统分析法分析法v3.1.3系系统方法的方法的应用用系统分析法步骤是：

系统分析法步骤是：

v3）根据故障现象、报警提示、外部特征、故障发生过程进行分析，初步确定故障可能属于哪个系统，应将哪个系统作为诊断重点，哪个系统属于关联系统。

v4）进一步弄清每一个子系统（独立单元）的输入与输出信号，然后全面测试（检查）这些单元的输入与输出信号，确定是否属于正常。

v5）根据测试检查结果，有针对性的检查故障，缩小范围。

当确定出故障大约出自于某一单元后，就要对这个单元内部状况及工作原理分析清楚，必要时，可以测绘出这个局部电气原理图（或机械结构图）。

3.1系系统分析法分析法v3.1.3系系统方法的方法的应用用v6）必要时可以把系统分割开来，断开一个子系统的前后联系，另外输入一个相应信号来判断这个单元是否正常（亦请注意到有些配合方式把相关单元脱开后，给该单元供电会造成其损坏）。

如果输入正常输出不正常，则可以肯定问题就在这个单元。

单独供给信号时，要特别注意原来信号的性质、大小、不同运行状态下信号状态以及它们的作用。

v7）脱机单独测试，将故障单元从系统中拿出，接到另一个正常系统中试验，如利用其它相同的数控机床或专用测试装置，进行试验，锁定故障位置。

3.1系系统分析法分析法v3.1.3系系统方法的方法的应用用v8）如要用换件法进一步确定故障部位，则要保证备件的型号、规格、各种标记、电位器调整位置、开关状态、跳线选择、线路更改及软件版本与怀疑单元相同，并确保不会由于上下级单元损坏造成的故障而损坏新单元，此外还要考虑可能要重新调整新单元的某些电位器，以保证新单元与怀疑单元性能相近。

v9）要充分利用系统信息，包括报警、诊断信息、LPC、参数、显示等，清楚其含义，特别要注意某些一瞬即过的显示。

3.2观察察检查法法观察检查法也叫“常规检查法”、“现象分析法”，凡在现场，维修人员通过感觉器官的感知来分析、判断故障的,均可纳入此种方法内。

这种方法既包括修前准备中现场调查内容，还包括了修前检查的内容，如电源及其接口的检查，电缆的屏蔽与接地检查，机床参数设置检查、状态参数检查等。

3.2观察察检查法法v3.2.1修前修前访问内容内容设备出现故障时，由于有些现象特别是一些只偶尔出现的故障现象，修理人员不在场，很难通过感官来感知到，只有通过询问操作者或目击者，掌握故障的一些信息。

通常要了解的信息有：

v1机床出现故障时运行方式，是手动方式还是自动方式?

还是别的方式？

v2自动方式时，运行程序是否为新程序，故障发生在主程序还是子程序，哪个程序段，是否在轴移动中发生的？

是否在M/S/T代码执行中发生的？

发生故障时是否在执行程序？

加工什么零件，材质是情况如何?

在此进行同样的操作是否发生同样的故障？

（确认故障的再现性）3.2观察察检查法法v3.2.1修前修前访问内容内容v3出现故障时，有何报警提示，报警号及文本内容？

（如能重演可现场再试）v4出现故障前，是否对机床调整、修改过，或经过何种操作或处理？

v5故障何时”发生的？

是开机就出现还是运行一段时间出现？

是否正常运行突然发生？

是否在打雷、停电或对电源有干扰时发生的？

是否在输入/输出数据时发生？

故障发生的频率（几次/小时，几次/日，几次/月）等v6当发生与进给轴伺服有关的故障时：

应询问：

是否在低速进给、高速进给时都发生故障？

是否在某一特定轴移动时发生的故障？

当发生了与主轴有关的故障时，主轴运行在加/减速状态？

3.2观察察检查法法v3.2.1修前修前访问内容内容v7发生故障前机床的保养情况，一般都进行了哪些保养内容？

（侧重询问机床清洁、润滑、调整情况）v8如果