数控机床维修.docx
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数控机床维修
第一课使用说明（代）
从整本书的论述来看，主要重点是在实际应用方面；以系统和事例为依据，全面展开。
在现实使用过程中，边结合自己的实践边参考书上的说明，一定很有帮助。
如果还想更进一步学习理论方面的东西，可以参考孙汉卿的《数控机床维修技术》，此书理论较强，对其它系统论述方面也多一点。
对于刚接触数控设备的人来讲这份资料是速成教材，但是本书只讲到两种系统（FANUC。
SIEMENS），NUM系统也只讲了一点点。
很遗憾的是三菱系统只讲到几个维修事例，其实三菱在中国也用得很多，有机会非常想补在这本电子书上！
很感谢资料的作者。
该书如果能给使用者带来帮助一定是件欣慰的事！
第二课数控机床维修的基本要求
1.2 数控机床维修的基本要求
数控机床是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、精密侧量技术和机床设计等先进技术的典型机电一体化产品，其控制系统复杂、价格昂贵，因此它对维修人员素质、维修资料的准备、维修仪器的使用等方面提出了比普通机床更高的要求这些要求主要包括以下几个方面。
1.2.1人员素质的要求
维修人员的素质直接决定了维修效率和效果为了迅速、准确判断故障原因，并进行及时、有效的处理，恢复机床的动作、功能和精度作为数控机床的维修人员应具备以下方面的基本条件。
⑴具有较广的知识面由于数控机床通常是集机械、电气、液压、气动等干一体的加工设备，组成机床的各部分之间具有密切的联系，其中任何一部分发生故障均会影响其他部分的正常工作。
数控机床维修的第一步是要根据故障现象，尽快判别故障的真正原因与故障部位，这一点即是维修人员必须具备的素质，但同时又对维修人员提出了很高的要求，它要求数控机床维修人员不仅仅要掌握机械、电气两个专业的基础知识和基础理论，而且还应该熟悉机床的结构与设计思想，熟悉数控机床的性能，只有这样，才能迅速找出故障原因，判断故障所在，此外，维修对为了对某些电路与零件进行现场测绘，作为维修人员还应当具备一定的工程制图能力。
⑵善于思考数控机床的结构复杂，各部分之间的联系紧密。
故障涉及面广。
而且在有些场合．故障所反映出的现象不一定是产生故障的根本原因。
作为维修人员必须从机床的故障现象通过分析故障产生的过程，针对各种可能产生的原因由表及里，透过现象看本质，迅速找出发生故障的根本原因井予以排除。
通俗地讲，数控机床的维修人员从某种意义上说应“多动脑，慎动手’,，切忌草率下结论，自月更换元器件．特别是数控系统的模块以及印刷电路板
⑶重视急结积累数控机床的维修速度在很大程度上要依靠平时经验的积累，维修人员遇到过的问题、解决过的战障越多，其维修经验也就越丰富。
数控机床虽然种类繁多，系统各异，但其基本的工作过程与原理却是和同的。
因此，维修人员在解决了某故障以后，应对维修过程及处理方法进行及时总结、归纳．形成书面记录，以供今后同类故障维修参考。
特别是对十自己时难以解决，最终由同行技术人员或专家维修解决的问题，尤其应该细心观察，认真记录，以便十提高。
如此日积月累，以达到提高自身水平与素质的目的。
⑷善于学习作为数控机床维修人员不仅要注重分析与积累，还应当勤于学习，善于学习。
数控机床，尤其是数控系统，其说明书内容通常都较多，有操作、编程、连接、安装调试、维修手册、功能说明、PLC编程等。
这些手册、盗料少则数十万字．多到上千万字，要全面掌握系纹的全部内容绝非一日之功而民在实际维修时，通常也不可能有太多的时间对说明书进行全面、系统的学习。
因此，作为维修人员要像了解机床、系统的结构那样全面了解系统说明书的结构、内容、范围井根据实际需要，精读某些与维修有关的重点章节，理清思路、把握重点、详略得当切忌大海捞针、无从下手。
⑸具备外语基础与专业外语基础虽然目前国内生产数控机床的厂家已经日益增多，但数控机床的关键部分―数控系统还主要依靠进口，其配套的说明书、资料往往使用原文资料数控系统的报警文本显示亦以外文居多。
为了能迅速根据系统的提示与机床说明书中所提供信息，确认故障原因，加快维修进程，作为一个维修人员，最好能具备专业外语的阅读能力，提高外语水平，以便分析、处理问题。
⑹能熟练操作机床和使用维修仪器数控机床的维修离不开实际操作，特别是在维修过程中．维修人员通常要进入一般操作者无法进行的特殊操作方式．如：
进行机床参数的设定与调整通过计算机以及软件联机调试利用PLC编程器监控等。
此外，为了分析判断故障原因维修过程中往往还需要编制相应的加工程序，对机床进行必要的运行试验与工件的试切削。
因此，从某种意义上说，一个高水平的维修人员，其操作机床的水平应比操作人员更高，运用编程指令的能力应比编程人员更强。
第二课数控机床维修的基本要求
⑺具有较强的动手能力动手是维修人员必须具备的素质。
但是，对于维修数控机床这样约精密、关键设备，动手必须有明确的目的、完整的思路、细致的操作。
动手前应仔细思考、观察，找准入手点动手过程中更要做好记录，尤其是对于电气元件的安装位置、导线号、机床参数、调整值等都必须做好明显的标记，以便恢复。
维修完成后，应做好“收尾“工作，如：
将机床、系统的罩壳、紧固件安装到位；将电线、电缆整理整齐等。
在系统维修时应特别注意：
数控系统中的某些模决是需要电池保持参教的，对于这些板于和模块切忌随使插拔；更不可以在不了解元器得州乍用的情况下随意调换数控系统、伺服驱动等部件中的器件、设定端子：
任意调整电位器位1，任意改变设呈未敬：
以避免产生更严重的后果。
1.2.2 技术资料的要求
技术资料是维修的指南，它在维修工作中起着至关重要的作用．借助于技术资料可以大大提高维修工作的效率与维修的准确胜。
一般来说，对于重大的数控机床故障维修．在理想状态下，应具备以下技术资料：
⑴数控机床使用说明书它是由机床生产厂家编制井随机床提供的随机资料。
机床使用说明书通常包括以F与维修有关的内容．
1） 机床的操作过程和步骤
2） 机床主要机械传动系统及主要部件的结构原理示意图。
3） 机床的液压、气动、润滑系统图
4） 机床安装和调整的方法与步骤
5） 机床电气控制原理图
6） 机床使用的特殊功能及其说明等。
数控系统的操作、编程说明书（或使用手册），它是由数控系统生产厂家编制的数控系统使用手册，通常包括以F内容：
1） 数控系统的面板说明
2） 数控系统的具体操作步骤（包括手动，自动、试运行等方式的操作步骤．以及程序、参数等的输入、编辑、设置和显示方法）。
3） 加工程序以及输入格式，程序的编制方法，各指令的基本格式以及所代表的意义等．
在部分系统中它还可能包括系统调试、维修用的大量信息，如：
“机床参数“的说明、报警的显不及处理方法、以及系统的连接图等。
它是维修数控系统与操作机床中必须参考的技术资料之一。
⑶PLC程序清单它是机床厂根据机床的具体控制要求设计、编制的机床控制软件，PLC程序中包含了机床动作的执行过程，以及执行动作所需的条件，它表明了指令信号、检测元件与执行元件之间的全部逻辑关系。
借助PLC程序，维修人员可以迅速找到故障原因，它是数控机床维修过程中使用最多、最重要的资料
在某些系统（如FANUC系统、SIEMENS802D等）中，利用数控系统的显示器可以直接对PLC程序进行动态检测和观察，它为维修提供了极大的便利，因此，在维修中定要熟练掌握这方面的操作和使用技能
⑷机床参数清单它是由机床生产厂根据机床的实际情况，对数控系统进行的设置与调整。
机床参数是系统与机床之间的“桥梁”，它不仅直接决定了系统的配置和功能，而且也关系到机床的动、静态性能和精度因此也是维修机床的重要依据与参考。
在维修时，应随时参考系统“机床参数”的设置清况来调整、维修机床；特别是在更换数控系统模块时．一定要记录机床的原始设置参数，以便机床功能的恢复。
⑸数控系统的连接说明、功能说明该资料由数控系统生产厂家编制通常只提供给机床生产厂家作为设针资料。
维修人员可以从机床生产厂家或系统生产、销售部门获得。
系统的连接说明、功能说明书不仅包含了比电气原理图更为详细的系统各部分之间连接要求与说明，而且还包括了原理圈中未反映的信号功能描述，是维修数控系统，尤其是检查电气接线的重要参考资料。
⑹伺服驱动系统、主轴驱动系统的使用说明书它是伺服系统及主轴驱动系统的原理与连接说明书，主要包括伺服、主轴的状态显示与报警显示、驱动器的调试、设定要点，信号、电压、电流的测试点，驱动器设置的参数及意义等方面的内容，可供伺服驱动系统、主轴驱动系统维修参考。
第二课数控机床维修的基本要求
⑺PLC使用与编程说明 它是机床中所使用的外置或内置式PLC的使用、编程说明书。
通过PLC的说明书，维修人员可以通过PLC的功能与指令说明．分析、理解PLC程序．并由此详细了解、分析机床的动作过程、动作条件、动作顺岸以及各信号之间的逻辑关系，必要时还可以对PLC程序进行部分修改。
⑻机床主要配套功能部件的说明书与资料在数控机床上往往会使用较多功能部件如数控转台、自动换刀装置、润滑与冷却系纽排屑器等。
这些功能部件，其生产厂家一般都提供了较完整的使用说明书，机床生产厂家应将其提供给用户，以硬功能部件发生故障时进行参考。
以上都是在理想情况下应其备的技术资料，但是实际维修时往往难以做到这一点。
因此在必要时，维修人员应通过现场测绘、平时积累等方法完普、整理有关技术资料。
⑼这是维修人员对机床维修过程的记录与维修的总结·最理想的清况是：
维修人员应对自己所进行的每一步维修都进行详细的记录，不管当时判断是否正确。
这样不仅有助于今后进一步维修，而且也有助于维修人员的经验总结与水平的提高。
1.2.3上具及备件的要求
合格的维修工具是进行数控机床维修的必备条件，数控机床是精密设备，它对各方面的要求较普通机床高，不同的故障，所需要的维修工具亦不尽相同。
作为常用的工具主要有以下几类
L.常用仪表类
⑴数字万用表数字万用表可用于大部分电气参数的准确测量，判别电气元件的胜能好坏
数控机床维修对数宇万用表的基本侧量范围以及精度要求一般如下
①交流电压：
200mV～700V，200mV档的分辨率应不低于100µV。
②直流电压：
200mV～1000V200mV档的分辨率应不低于100µV
③交流电流:
：
200µA～20A，200µA档的分辨率应不低于0.1µ
④直流电流：
20µA～20A， 20µA档的分辨率应不低于0.01µA
⑤电阻：
200Ω～200MΩ，200Ω档的分辨率应不低于0.1Ω
⑥电容：
2nF～20µF，2nF档的分辨率一股应不低于1PF。
⑦晶体管：
hfe：
0～1000。
⑧具有二极管测试与蜂鸣器功能。
⑵数字转速表转速表用于测量与调整主轴的转速，通过测量主轴实际转速，以及调整系统及驭动器的参数可以使编程的主轴转速理论值与实际主轴转速值相符它是主轴维修与调整的测量工具之一。
⑶示波器示波器用十检测信号的动态波形如脉冲编码器、测速机、光栅的输出波形，伺服驱动、主轴驱动单元的各级输入、输出波形等，其次还可以用十检测开关电源显示器的垂直、水平振荡与扫描电路的波形等。
数控机床维修用的示波器通常选用频带宽为10～100MHz的双通道示波器。
⑷相序表相序表主要用于测量三相电源的相序，它是直流伺服驭动、主轴驱动维修的必要测量工具之一。
⑸常用的长度测量工具长度测量工具（如：
千分表、百分表等）用于测量机床移动距离、反向间隙值等。
通过测量，可以大致判断机床的定位精度、重复定位精度、加工精度等．根据测量值可以调整数控系统的电子齿轮比、反向间隙等主要参数，以恢复机床精度。
占是机械部件维修测量的主要检测工具之一。
2.常用工具类
⑴电烙铁它是最常用的焊接工其一般应采用30W左右的尖头、带接地保护线的内铁式电烙铁，最好使用恒温式电烙铁。
⑵吸锡器常用的是便携式手动吸锡器，也可采用电动吸锡器。
⑶旋具类规格齐全的一字与十字旋具各一套旋具以采用树脂或塑料手柄为宜为了进行伺服驱动器的调整与装卸，还应配备无感螺旋刀与梅花形六角旋具各一套。
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⑷钳类工具各种规格的斜口钳、尖嘴钳、剥线钳、镊子、压线钳等。
⑸扳手类各种规格的米制、英制内、外六角扳手各一套等．
⑹其他剪刀、吹尘器、卷尺、焊锡丝、松香、酒精、刷子等。
3.常用的各件
数控机床的维修所涉及的元器件、零件众多，备用的元器件不可能全部准备充分、齐全，但是，若维修人员能准备一些最为常见的易损元器件，可以给维修带来很大的方便，有助于迅速处理解决问题，这些元器件包括：
1） 常用的二极管类，如：
IN4007、IN1004、IN4148、IS953
2） 各种规格的电阻（规格应齐全）：
常用的电位器（1KΩ、2KΩ、10KΩ、47KΩ等）
3） 常用的晶体三极管类，如：
2S719、2SC1983、2SA6395、2SC1152、BCY59等。
4） 常用的集成电路，主要有：
①运放类，如：
LM319、LM339、LM311、LM248、LM301、LM308、LM158、LM324、LM393、RC455、RC747、µA747、LF353、4858、1458、NE5514、NE5512、TLC374等。
②集成稳压源类：
如：
7805、7812、7815、7915、LM317、LM337、14315、17815等
③光耦器件类，如：
TLP521、TLP500、TLP512、SFH6001、SFH610、4N26、4N37、PC601、PC401等。
④线驭动放大器／接收器类，如：
75113、75115、75116、55114、54125、74125、74125、54265、MC3487等。
⑤D/A转换器类，如：
AD767、BA17008、=DAC0800、DAC707DAC767、DAC1020等
⑥输出驱动类，如：
ULN2803、ULN2003、ULN2002、FT5461、DIA050000等。
⑦模拟开关类，如：
DG200、DG201、DG211等。
由于以上元器件与系统的外部输入/输出电路、电源等易损部件有关．在连接不当、外部短路等情况下，比较容易引起损坏。
对于专业维修人员一般均应准备一部分，以便随时进行更换。
5）常用规格的熔断器及熔芯
第三课故障分析的方法
1.3故障分析的方法
1.3.1常见故障及其分类
1.按故障发生的部位分类
⑴主机故障数控机床的主机通常指组成数控机床的机械、润滑、冷却、排屑、液压、气动与防护等部分。
主机常见的故障主要有：
1） 因机械部件安装、调试、操作使用不当等原因引起的机械传动故障
2） 因导轨、主轴等运动部件的干涉、摩擦过大等原因引起的故障
3） 因机械零件的损坏、联结不良等原因引起的故障，等等．
主机故障主要表现为传动噪声大、加工精度差、运行阻力大、机械部件动作不进行、机械部件损坏等等。
润滑不良、液压、气动系统的管路堵塞和密封不良，是主机发生故障的常见原因。
数控机床的定期维护、保养．控制和根除“三漏”现象发生是减少主机部分故障的重要措施．
⑵电气控制系统故障从所使用的元器件类型上．根据通常习惯，电气控制系统故障通常分为“弱电”故障和“强电”故障两大类，
“弱电”部分是指控制系统中以电子元器件、集成电路为主的控制部分。
数控机床的弱电部分包括CNC、PLC、MDI/CRT以及伺服驱动单元、输为输出单元等。
“弱电”故障又有硬件故障与软件故障之分．硬件故障是指上述各部分的集成电路芯片、分立电子元件、接插件以及外部连接组件等发生的故障。
软件故障是指在硬件正常情况下所出现的动作出锗、数据丢失等故障，常见的有．加工程序出错，系统程序和参数的改变或丢失，计算机运算出错等。
“强电”部分是指控制系统中的主回路或高压、大功率回路中的继电器、接触器、开关、熔断器、电源变压器、电动机、电磁铁、行程开关等电气元器件及其所组成的控制电路。
这部分的故障虽然维修、诊断较为方便，但由于它处于高压、大电流工作状态，发生故障的几率要高于“弱电”部分．必须引起维修人员的足够的重视。
2．按故障的性质分类
⑴确定性故障 确定性故障是指控制系统主机中的硬件损坏或只要满足一定的条件，数控机床必然会发生的故障。
这一类故障现象在数控机床上最为常见，但由于它具有一定的规律，因此也给维修带来了方便
确定性故障具有不可恢复性，故障一旦发生，如不对其进行维修处理，机床不会自动恢复正常．但只要找出发生故障的根本原因，维修完成后机床立即可以恢复正常。
正确的使用与精心维护是杜绝或避免故障发生的重要措施。
⑵随机性故障随机性故障是指数控机床在工作过程中偶然发生的故障此类故障的发生原因较隐蔽，很难找出其规律性，故常称之为“软故障”，随机性故障的原因分析与故障诊断比较困难，一般而言，故障的发生往往与部件的安装质量、参数的设定、元器件的品质、软件设计不完善、工作环境的影响等诸多因素有关．
随机性故障有可恢复性，故障发生后，通过重新开机等措施，机床通常可恢复正常，但在运行过程中，又可能发生同样的故障。
加强数控系统的维护检查，确保电气箱的密封，可靠的安装、连接，正确的接地和屏蔽是减少、避免此类故障发生的重要措施。
3．按故障的指示形式分类
⑴有报带显示的故障数控机床的故障显示可分为指示灯显示与显示器显示两种情况：
1）指示灯显示报警指示灯显示报警是指通过控制系统各单元上的状态指示灯（一般由LED发光管或小型指示灯组成）显示的报警．根据数控系统的状态指示灯，即使在显示器故障时，仍可大致分析判断出故障发生的部位与性质，因此．在维修、排除故障过程中应认真检杳这些状态指示灯的状态。
2）显示器显示报警．显示器显示报警是指可以通过CNC显示器显示出报警号和报警信息的报警。
由于数控系统一般都具有较强的自诊断功能，如果系统的诊断软件以及显示电路工作正常，一旦系统出现故障，可以在显示器上以报警号及文本的形式显示故障信息。
数控系统能进行显示的报警少则几十种，多则上千种，它是故障诊断的重要信息。
第三课故障分析的方法
在显示器显示报警中，又可分为NC的报警和PLC的报等两类。
前者为数控生产厂家设置的故降显示．它可对照系统的“维修手册”，来确定可能产生该故障的原因。
后者是由数控机床生产厂家设置的PLC报警信息文本，属于机床侧的故降显示。
它可对照机床生产厂家所提供的“机床维修手册”中的有关内容．确定故障所产生的原因。
⑵无报警显示的故障这类故障发生时．机床与系统均无报警显示，其分析诊断难度通常较大．需要通过仔细、认真的分析判断才能予以确认。
特别是对于一些早期的数控系统，由于系统本身的诊断功能不强，或无PLC报警信息文本，出现无报警显示的故障情祝则更多．
对于无报警显示故障，通常要具体情况具体分析，根据故障发生前后的变化．进行分析判断，原理分析法与PLC程序分析法是解决无报警显示故障的主要方法．
4．按故障产生的原因分类
⑴数控机床自身故障这类故障的发生是由于数控机床自身的原因所引起的，与外部使用环境条件无关．数控机床所发生的极大多数故障均属此类故障。
⑵数控机床外部故障这类故障是由于外部原因所造成的。
供电电压过低、过高，波动过大：
电源相序不正确或三相输入电压的不平衡；环境温度过高：
有害气体、潮气、粉尘授入：
外来振动和干扰等都是引起故障的原因。
此外，人为因素也是造成数控机床故障的外部原因之一，据有关资料统计，首次使用数控机床或由不熟练工人来操作数控机床，在使用的第一年，操作不当所造成的外部故障要占机床总故障的三分之一以上。
除上述常见故障分类方法外，还有其他多种不同的分类方法。
如：
按故障发生时有无破坏性．可分为破坏性故障和非破坏性故障两种．按故障发生与需要维修的具体功能部位．可分为数控装置故障，进给伺服系统故障，主轴驱动系统故障，白动换刀系统故障等等，这一分类方法在维修时常用．
1.3.2故障分析的基本方法
故障分析是进行数控机床维修的第一步，通过故障分析，一方面可以迅速查明故障原因排除故障：
同时也可以起到预防故障的发生与扩大的作用。
一般来说，数控机床的故障分析主要方法有以F几种，
⑴常规分析法常规分析法是对数控机床的机、电、液等部分进行的常规检查，以此来判断故障发生原因的一种方法。
在数控机床上常规分析法通常包括以下内容：
1）检查电源的规格（包括电压、频率、相序、容量等）是否符合要求
2）检查CNC伺服驱动、主轴驱动、电动机、输入／输出信号的连接是否正确、可靠
3）检查CNC伺服驱动等装置内的印刷电路板是否安装牢固，接插部位是否有松动
4）检查CNC伺服驱动，主轴驱动等部分的设定端、电位器的设定、调整是否正确
5）检查液压、气动、润滑部件的油压、气压等是否符合机床要求
6）检查电器元件、机械部件是否有明显的损坏，等等
⑵动作分析法动作分析法是通过观察、监视机床实际动作，判定动作不良部位并由此来追溯故障根源的一种方法。
一般来说，数控机床采用液压、气动控制的部位如：
自动换刀装置、交换工作台装置、夹具与传输装置等均可以通过动作诊断来判定故障原因。
⑶状态分析法状态分析法是通过监测执行元件的工作状态，判定故障原因的一种方法，这一方法在数控机床维修过程中使用最广。
在现代数控系统中伺服进给系统、主轴驱动系统、电源模块等部件的主要参数都可以进行动态、静态检测，这些参数包括：
输入／输出电压，输入／输出电流，给定／实际转速、位置实际的负载的晴况等。
此外，数控系统全部输入／输出信号包括内部继电器、定时器等的状态，亦可以通过数控系统的诊断参数予以检查
通过状态分析法，可以在无仪器、设备的情况下根据系统的内部状态迅速找到故障的原因，在数控机床维修过程中使用最广，维修人员必须熟练掌握。
第三课故障分析的方法
⑷操作、编程分析法操作、编程分析法是通过某些特殊的操作或编制专门的测试程序段，确认故障原因的一种方法。
如通过手动单步执行自动换刀、自动交换工作台动作，执行单一功能的加工指令等方法进行动作与功能的检测。
通过这种方法，可以具体判定故障发生的原因与部件，检查程序编制的正确性。
⑸系统自诊断法数控系统的自诊断是利用系统内部自诊断程序或专用的诊断软件，对系统内部的关键硬件以及系统的控制软件进行自我诊断、测试的诊断方法。
它主要包括开机自诊断、在线监控与脱机测试这一个方面内容（详见下述）
1.3.3CNC的故障自诊断
1．开机自诊断
所谓开机自诊断是指数控系统通电时，由系统内部诊断程序自动执行的诊断，它类似于计算机的开机诊断。
开机自诊断可以对系统中的关键硬件，如：
CPU、存储器、I/O单元、CRT/MDI单元，纸带阅读机、软驱等装置进行自动检查；确定指定设备的安装、连接状态与性能：
部分系统还能对某些重要的芯片，如：
PAM、ROM、专用LSI等进行诊断。
数控系统的自诊断在开机时进行，只有当全部项日都被确认无误后，才能进入正常运行状态。
诊断的时间决定十数控系统一般只需数秒钟，但有的需要几分钟。
开机自诊断一般按规定的步骤进行，以FANUC公司的FANUCII系统为例诊断程序的执行过程中，系统主板上的七段显示按9→8→7→6→5→4→3→2→1的顺序变化，相应的检查内容为：
9―对CPU进行复位，开始执行诊断指令：
8―进行ROM测试，表示ROM检查出错时，显示器变为b；
7―对RA
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