数控机床故障诊断与维修第1章数控机床故障诊断与维修基础.pptx

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数控机床故障诊断与维修,武汉船舶职业技术学院周兰,第1章数控机床故障诊断与维修基础,项目1数控机床体系结构,一、数控机床的类型1按照数控机床的工艺用途分

（1）普通类的数控机床

（2）加工中心有车削中心、钻铣镗加工中心、磨削中心等。

（3）金属成型类数控机床（又称无屑加工数控机床）有数控剪板机、数控折弯机、数控冲床等（4）特种数控加工机床有数控电火花加工机床、数控线切割机床、数控激光切割设备等。

（5）其它有数控火焰切割设备、数控等离子切割设备、数控水切割设备、三坐标测量机等。

2按照刀具相对于工件运动方式分

（1）点位控制数控机床

（2）点位直线控制数控机床（3）轮廓控制数控机床,二数控机床存在的运动,1机床的运动按照运动作用的不同分为表面成形运动和辅助运动。

表面成形运动是指使工件获得一定表面形状所必须的刀具和工件之间的相对运动，分为主运动和进给运动。

主运动直接切除毛坯上的被切削层，速度高，消耗机床大部分动力；进给运动用于保证被切削层不断地投入切削，形成各种形状的加工表面，进给运动相对来说消耗电机的功率要小些。

数控机床加工过程中还存在一些辅助运动，如工作台的分度运动、刀架或刀库的选刀运动、机械手的换刀运动等，这些运动虽然不直接参与加工，但是对于保证加工质量、提高生产效率、改善加工条件等起到了很大的作用。

2典型机床的运动分析,

（1）数控车床运动分析MJ-50数控车床存在以下运动：

主运动传动系统纵向进给系统横向进给系统回转分度运动自动定心卡盘装夹,图1-4MJ-50数控车床传动链示意图,图1-4,

（2）数控铣床运动分析,XKA5750数控铣床存在以下运动：

主运动是铣床主轴的旋转运动工作台的纵向（X向）进给和滑枕的横向（Y向）进给传动系统升降台的垂直（Z向）进给运动,图1-5XKA5750数控铣床传动链示意图,（3）加工中心运动分析,JCS-018A加工中心存在以下运动：

主运动X、Y、Z三个轴各有一套基本相同的进给伺服系统。

圆盘形刀库亦用直流伺服电动机经蜗杆蜗轮驱动，该加工中心采用机械手自动换刀所有这些动作都是通过各自独立的液压缸驱动实现的。

图1-6JCS-018A加工中心传动链示意图,图1-6,三、数控机床体系结构,1数控机床体系结构概述数控机床是典型机电一体化产品，由加工程序、输入装置、数控系统、伺服系统、辅助控制系统、机床本体以及反馈系统构成。

图1-7数控机床体系结构,1-7,1数控机床体系结构概述,数控装置是数控机床的核心。

现代数控装置是具有专用系统软件的微型计算机，它由输入输出接口线路、控制运算器和存储器等构成。

它接受控制介质上的数字化信息，经过控制软件或逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后，将数控加工程序信息按两类控制量分别输出：

一类是连续控制量，送往伺服系统；另一类是离散的开关控制量，送往机床强电控制系统，从而协调数控机床各部分的运动，完成所有运动的控制，实现数控机床的加工过程。

1数控机床体系结构概述,进给伺服系统由进给轴伺服电机（一般内装速度和位置检测装置）和进给伺服装置组成。

进给伺服系统驱动机床各坐标轴的切削进给，提供切削过程中所需要的转矩和运转速度。

主轴伺服系统包括主轴电机（含速度检测装置）和主轴伺服装置，实现对主轴转速的调节控制，有的主轴伺服装置还含有主轴定向控制功能。

1数控机床体系结构概述,机床强电控制系统，除了对机床辅助运动和辅助动作（包括电动系统、液压系统、气动系统、冷却箱及润滑油箱等）的控制外，还包括对保护开关、各种行程极限开关和操作盘上的各种按键、操作指示灯、波段开关等的检测和控制。

在机床强电控制系统中，润滑、冷却、气动、液压和主轴换刀等系统的逻辑控制通常由可编程控制器实现。

2FANUC0系统体系结构,FANUC0系统是FANUC公司于20世纪80年代初期开始推出的产品，20多年来相继推出了多个产品系列，在全世界机床行业得到了广泛的应用，也是中国市场上销售量最大的一种数控系统。

根据系统的硬件结构，除部分特殊系统外，FANUC0系统总体说来可以分为FANUC0Mate、FANUC0、FANUC00三大类产品。

其中FANUC0Mate为精简型系统，价格较低，选择功能受到硬件的局限，通常都较少，故不同规格系统间的性能差距较小。

FANUC0为基本型系统，功能可扩展的范围大，不同规格系统间的性能差别很大。

FANUC00为带14英寸彩色显示屏、具有MMC（ManMachineCommunication人机操作界面））系统。

MMC可以认为是一台独立的计算机，古有独立的CPU、存储器等硬件，可以进行文件管理等操作，系统也可以同时进行多画面显示，并进行开放式运行。

此外，根据系统的用途与基本软件的不同，又可以分为铣床/加工中心控制用系统（M型）、车床控制用系统（T型）、磨床控制用系统（G型）、冲床控制用系统（P型）、双刀架车床控制用系统（TT型）等不同型号。

由于FANUC0系列系统规格、型号较多，为了便于表述，以FS0泛指FS0Mate、FS0、FS00三大系列的全部产品。

FS0主要性能指标FS0主要性能指标如表1-1所示。

FS0体系结构从结构上讲，FS0系列数控系统是在主板上安装有存储器板、I/O板、轴控制板以及电源单元等。

其数控装置的总体结构及连接框图如图1-8所示。

图1-8FS0M-C数控装置总体结构与连接框图,图1-8,3SIEMENS802CBaseline,SIEMENS802CBaseline是西门子公司20世纪90年代末专为中国数控机床市场开发的数控系统，在我国经济型和普及型数控车、铣、磨床上得到广泛使用，具有一定的代表性。

该系统结构简单、体积小、可靠性高以及系统软件功能强，并采用交流伺服驱动系统。

SIEMENS802CBaseline可以进行三轴联动，系统带有10V主轴模拟量输出接口，可以配套具有模拟量输入功能的主轴驱动系统。

同时可以控制三个611U交流伺服驱动模块。

（1）SIEMENS802CBaseline基本结构SIEMENS802CBaseline系统基本结构构成及基本布局框图如图1-9所示。

从图中可以,看出，系统采用了一体化结构，将操作面板、机床控制面板、8英寸液晶显示器、ECU、I/O模块有机的结合在一起，大大减少了连接部位，减少了故障环节，同时系统具有更高的电磁兼容性和抗干扰能力。

图1-9SIEMENS802CBaseline系统基本组成及布局框图,4华中世纪星数控系统体系结构,华中世纪星HNC-21系列数控单元（HNC-21T、HNC-21M）采用先进的开放式体系结构，内置嵌入式工业PC机，配置7.5英寸彩色液晶显示屏和通用工程面板，集成进给轴接口、主轴接口、手持单元接口、内嵌式PLC接口于一体，支持硬盘、电子盘等程序存储方式以及软驱、DNC、以太网等程序交换功能，具有高性能、配置灵活、结构紧凑、易于使用、可靠性高的特点，主要应用于小型车、铣加工中心。

采用HNC-21的数控设备的连接框图如图1-9所示，,项目2数控机床故障特点及类型,一、数控机床故障特点按照数控机床产生故障频率的高低，数控机床的整个使用寿命期大致可分为三个阶段，即磨合期、稳定工作期以及衰退期,图1-14故障发生频率与机床使用阶段关系曲线,1磨合期,从数控机床整机安装调试后，开始运行半年至一年期间，故障频率较高，一般无规律可寻。

一般来说，在这个时期，电气、液压和气动系统故障发生率较高，为此，要加强对机床的监测，定期对机床进行机电调整，以保证设备各种运行参数处于技术规范之内。

2稳定工作期,设备开始进入相对稳定的正常运行期，此时各类元器件器质性的故障较为少见，但不排除偶发性故障的产生，所以，在这个时期内要坚持做好设备运行记录，以备排除故障时参考。

同时，要坚持每隔6个月对设备做一次机电综合检测和校核。

这个时期内，机电故障发生率小，且大多数可以排除。

相对稳定运行期较长，一般为7-10年。

3衰退期,机床进入衰退期后，各类元器件开始加速磨损和老化，故障率开始逐年递增，故障性质属于渐发性和器质性的。

例如橡胶件的老化，轴衬和液压缸的磨损，限位开关接触灵敏度以及某些电子元器件品质因素开始下降等，大多数渐发性故障具有规律性，在这个时期内，同样要坚持做好设备运行记录，所发生的故障大多数是可以排除的。

二、数控机床故障分类,1按数控机床发生故障的部件分类

（1）机床本体故障

（2）电气故障2按数控机床发生故障的性质分类

（1）系统性故障

（2）随机性故障3按数控机床发生故障时有无报警显示分类

（1）有报警显示的故障

（2）无报警显示的故障,二、数控机床故障分类,4按数控机床发生故障的原因分类

（1）数控机床自身故障

（2）数控机床外部故障5按伺服故障发生部位分类

（1）控制部分故障

（2）驱动电机故障除上述常见故障分类外，还可按故障发生时有无破坏性分为破坏性故障和非破坏性故障；按故障发生的部位分为数控装置故障，进给伺服系统故障，主轴系统故障，刀架、刀库、工作台故障等。

项目3数控机床故障诊断及排除的方法,一、数控机床故障诊断、排除应遵循的基本原则1先方案后操作的原则2先检查后通电的原则3先软件后硬件的原则4先外部后内部的原则5先机械后电气的原则6先公用后专用的原则7先简单后复杂的原则8先一般后特殊的原则,二、故障诊断排除的一般流程,1故障现场调查当数控机床发生故障时，维修人员不要急于动手处理，而应该先调查事故现场。

事故现场的调查包括以下内容：

（1）故障的种类

（2）故障的频繁程度（3）故障发生时的外界状况（4）有关操作情况（5）机床使用情况（6）数控机床的运转情况（7）机床和系统之间的接线情况（8）CNC装置的外观检查,图1-15数控机床故障分析排除一般流程,二、故障诊断排除的一般流程,2故障信息的整理和分析在收集完故障相关信息后，对当时的故障及现场情况，进行整理、分析，对可能的原因进行分类，确定出最可能的故障原因。

对于一些简单的故障，可采用形式逻辑推理的方法，分析、确定和排除故障。

对于复杂的故障，当引起故障的原因较多时，可以借助于故障树分析、模式识别以及模糊诊断等多种识别理论进行故障的诊断与排除。

二、故障诊断排除的一般流程,3故障的诊断与排除充分利用数控系统的自诊断技术，遵循数控机床故障诊断与排除的一般原则，合理、灵活使用数控机床故障排除的基本方法。

4经验总结和记录对此次维修的故障现象、原因分析、解决过程、更换元件、遗留问题等作好记录。

三、数控系统的自诊断技术,故障自诊断技术是当今数控系统的一项十分重要的技术，它是评价系统性能的一项重要指标。

数控系统的自诊断技术，分为启动自诊断、在线自诊断和离线诊断。

1启动自诊断,启动自诊断是指在数控系统通电时，由数控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自检。

启动自诊断内容为系统中最为关键的硬件和系统控制软件。

启动诊断示例1,日本东芝机械公司TOSNUC-600数控系统，开机通电后，系统进入自诊断状态。

CRT显示诊断过程，诊断画面如图1-16所示。

当显示始终停止在某行上，不能继续向下显示时，表明这个项目出现了故障。

启动诊断示例2,由意大利F90钻床改制的大型数控导轨钻床，采用了FUNAC-6M数控系统。

数控系统通电，进行开机自诊断时，CRT画面上出现“SYSTEMERROR908”报警信息，数控系统不能进入正常工作状态。

2在线诊断,在线诊断是指通过CNC系统的内装程序，在系统处于正常运行状态时，对CNC本身以及与CNC装置相连的各个伺服单元、伺服电动机、主轴伺服单元、主轴伺服电动机以及外部进行自动诊断、检查。

只要系统不断电，在线诊断就不会停止。

在线诊断包括接口显示、内部状态显示和故障信息显示等内容。

在线诊断示例1,北京第一机床厂生产的XK5040数控立式铣床，数控系统为FANUC-3MA，工作时产生故障。

故障现象：

驱动