关于数控铣床进给伺服系统故障排除的方案设计.docx
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关于数控铣床进给伺服系统故障排除的方案设计
湖南生物机电职业技术学院
毕业设计
题目：
关于数控铣床进给伺服系统
故障排除的方案设计
专业数控技术
班级数控12329
姓名
指导教师
2014年11月9日
摘要..............................................3
第一章：
数控机床的故障诊断与维修
1.1数控机床的组成...................................4
1.2数控机床故障及故障分类............................7
1.3数控机床故障诊断与维修基础知识....................8
1.4数控机床诊断与维修的一般步骤与原则................11
第二章：
进给伺服系统故障的诊断与维修
2.1进给伺服系统的概述..............................13
2.2常见进给驱动系统介绍............................14
2.3伺服系统结构形式................................15
2.4进给伺服系统的故障形式及诊断方法..................17
2.5伺服电动机的维护................................20
2.6进给驱动故障的诊断..............................21
第三章．FANUC数控系统故障分析与处理方法.........25
3.1系统报警的原因和处理方法.........................26
3.3TH卧式加工中心全（半）闭环的修改.................30
3.4VMC_1000C立式加工中心A轴回零的调整..............30
3.5FANUC-0iA关于报警履历的显示...................31
总结............................................32
参考文献.........................................33
摘要
随着科学技术的发展和数控技术的广泛应用，在机械制造业中，普通机床逐渐被高精度、高效率、高自动化的数控机床所替代。
数控机床的普及使用以及计算机辅助设计和制造技术的迅速发展，大幅度地缩短了产品的制造周期，提高了产品的加工质量，加速了产品的更新换代，提高了产品的市场竞争力，因而数控加工具有广泛的发展前景和显著的经济效益。
数控机床是指装备了数控系统的机床。
数控系统是一种控制系统，它能自动阅读输入载体上按规定格式编写的数字化控制信息；能自动译解其中的指令进行计算，并由输出部分向所控制的执行机构发出指令，从而使机床动作以加工零件。
数控机床是一种高度机电一体化的产品。
从数控机床的控制方式上，决定了其加工方式与普通机床加工方式的不同。
数控机床加工的特点是在对零件进行工艺分析后，把编制好的加工程序输入数控系统，由数控系统控制机床自动地完成加工。
因此，必须很好的诊断出系统的故障并且正确合理的维修，以充分发挥数控机床的作用和效率。
第一章数控机床故障诊断与维修基础
1.概述
数控机床是现代制造业的基础设备。
目前，我国从国外引进了大量的数控系统及数控机床，同时，我国在数控系统的研究和开发上也做了也多年的研究，开发出了具有自主知识产权的数控系统，并与多家机床生产厂进行了配套，形成了一定的数控机床产销规模。
随着工业化进程的加快，数控机床在制造领域的作用越来越重要。
但是，数控机床是很复杂的设备，即使只是一般的操作使用人员也必须具备一定的专业知识,而对于那些数控机床维护维修人员，则有相当高的专业技术水平的要求。
所以说我们很有必要了解并掌握有关数控机床故障诊断与维修的基础知识。
1.1.1数控机床的组成
图1-1数控机床的组成
●输入输出设备
输入输出设备主要实现程序编制、程序和数据的输入以及显示、存储和打印。
这一部分的硬件配置视需要而定，功能简单的机床可能只配有键盘和发光二极管（LED）显示器；功能普通的机床则可能加上纸带阅读机和纸带穿孔机、磁带和磁盘读入器。
人机对话编程操作键盘和视频信号显示器（CRT/LTD）；功能较高的可能还包括一套自动编程机或计算机辅助设计/计算机辅助制造（CAD/CAM）系统。
●数控装置
数控装置是数控机床的核心。
它接受来自输入设备的程序和数据，并按输入信息的要求完成数值计算。
逻辑判断和输入输出控制等功能。
数控装置通常是指一台专用计算机或者通用计算机与输入输出接口板以及机床控制器（可编程序控制器）等所组成的控制装置。
机床控制器的主要作用是实现对机床辅助功能M、主轴转速功能S和换刀功能T的控制。
数控装置的主要功能有以下几点:
a.多坐标控制（多轴联动）。
b.插补功能（如直线、圆弧和其他曲线插补）。
c.程序输入、编辑和修改功能（人机对话、手动数据输入、上位机通信输入）。
d.故障自诊断功能。
由于数控系统是一个十分复杂的系统，为使系统故障停机时间减至最少，数控装置中设有各种诊断软件，对系统运动情况进行监视，及时发现故障，并在故障出现后迅速查明故障类型和部位，发出报警，把故障源隔离到最小范围。
e.补偿功能。
补偿包括刀具半径补偿、刀具长度补偿、传动间隙补偿、螺距误差补偿等。
f.信息转换功能。
主要包括EIA/JSO代码转换、英制/米制转换、坐标转换、绝对侧增量值转换等。
g.多种加工方式的选择。
可以实现多种加工方式循环、重复加工，凸凹模加工和镜像加工等。
h.辅助功能。
辅助功能也称M功能，用来规定主轴的启停和转向、冷却液的接通和断开。
刀具的更换等。
i.显示功能。
用CRT或LTD显示程序、参数、各种补偿量、坐标位置、故障源以及图形等。
j.通信和联网功能。
●伺服系统
伺服系统是接受数控装置的指令，驱动机床执行机构运动的驱动部件（如主轴驱动、进给驱动）。
它包括伺服控制电路。
功率放大电路和伺服电机等。
伺服电机常用的是步进电动机。
电液马达、直流伺服电动机和交流伺服电动机。
一股来说，数控机床的伺服驱动，要求有好的决速响应性能，能灵敏而准确地跟踪由数控装置发出的指令信号。
●测量反馈装置
该装置由测量部件和响应的测量电路组成，其作用是检测速度和位移，并将信息反馈给数控装置，构成闭环控制系统。
没有测量反馈装置的系统称为开环控制系统。
●机床本体
机床本体是数控机床的主体，用于完成各种切削加工的机械部分，包括床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。
机床是被控制对象，其运动的位移和速度以及各种开关量是被控制的。
数控机床采用高性能的主轴及进给驱动装置，其机械传动结构得到了简化。
●辅助装置
为了保证数控机床功能的充分发挥，还有一些配套部件（如冷却、排屑、防护、润滑、照明、储运等一系装置）和辅助装置（编程机和对刀仪等）。
图1-2典型数控机床的结构
1.1.2数控机床的分类：
数控机床大致上可以分为两大类。
一类按伺服系统的控制特点可以分为开环控制数控机床、闭环控制数控机床和半闭环控制数控机床；另一类按控制系统的特点可以分为点位控制数控机床、点位直线控制数控机床和轮廓控制数控机床。
下面让我们分别以图形和文字为例来逐一介绍一下各个类型的数控机床：
开环控制：
图1-3开环控制数控机床
半闭环控制：
图1-4半闭环控制数控机床
闭环控制：
图1-5闭环控制数控机床
点位控制：
点位控制就是保证单点在空间的位置，而不保证点到点之间的路径轨迹和精度的控制。
这种控制主要用于数控冲床、数控钻床、数控点焊设备中；还可以用在数控坐标镗铣床上。
点位直线控制：
直线控制就是不仅要保证点的位置精度，而且要保证点与点之间的走直线精度。
在数控镗铣床上使用这种控制方法，可以在一次装夹箱式零件中对其平面和台阶完成铣削，然后再进行钻孔、健孔加工。
这样可以大大提高生产率。
轮廓控制：
轮廓控制是对两个或两个以上的坐标轴同时进行控制。
它不仅能保证各点的位置精度，而且还要控制加工过程中各点的位移速度，也就是刀具移动的轨迹。
要保证尺寸精度，还要保证形状精度。
在运动过程中，同时要向两个坐标轴分配脉冲，使它们走出所要求的形状来，这叫插补运算。
它是一种软仿形，而不是靠模仿形。
所以大大缩短了生产准备时间，更重要的是这种软仿形的精度要比硬仿形的高很多倍。
1.2数控机床故障及故障分类
定义：
系统故障诊断技术，就是在系统运行中或基本不拆卸的情况下，即可掌握系统现行状态的信息，查明产生故障的部位和原因或预知系统的异常和故障的动向，采取必要的措施和对策的技术，诊断的目的就是要确定故障的原因和部位，以便维修人员或者操作人员尽快地进行故障的修复。
故障分类：
图1-6故障的分类
主机故障：
数控机床的主机是指除电气控制部分外的机床部分，如机械、液压、气动、润滑、冷却等部分。
常见的主机故障有自动刀具交换装置（ATC）故障、自动工件交换装置（APC）故障、液压系统故障、气动管道堵塞、润滑系统供油中断和冷却液渗漏等。
电气部分故障：
电气部分包括强电和弱电两个部分，弱电部分主要由数字控制装置（CNC）和可编程序控制器（PLC）组成。
常见的故障有硬件故障，如开关元件、接插件、显示器、运行器、存储器等发生的故障；软件故障，如程序出嗜、参数出嗜和运算出嗜等造成的故障。
1.3数控机床故障诊断与维修基础知识概述
数控机床的故障诊断与维修是一项技术含量高、专业性很强的工作，即使那些己经掌握了数控机床使用的技术人员，很多时候对数控机床出现的故障也是束手无策的。
所以，在最新制定的数控行业职业技能等级鉴定标准中，将数控机床故障诊断与维修作为一个相对比较高的标准，要求数控高级技师必须具备一定的故障诊断与维修能力。
1.3.1数控机床故障诊断与维修基础知识
●实现数控机床故障诊断与维修基础知识必须具备的三个条件
●了解和掌握各种测试和维修工具的使用
包括测试仪器仪表（万用表，逻辑测试笔，示波器，PLC编程器，离线IC测试仪，在线IC测试仪，短路追踪仪，逻辑分析仪，激光干涉仪），维修工具（电烙铁，吸锡器，螺丝刀，钳类工具，扳手），化学用品（松香，纯酒精等），必要的备件。
万用表：
数控设备的维修涉及弱电和强电领域，最好配备指针式和数字式万用表各一个。
指针式万用表除用于测量强电回路之外，还用于判断二极管、三极管、可控硅、电解电容等元器件的好坏，测量集成电路引脚的静态电阻值。
数字式万用表可用来正确测量电压、电流、电阻值，还可以测量三极管的放大倍数和电容值。
它还有一个蜂鸣器档’测量电路的通断’判断印刷电路的走向。
逻辑测试笔：
可测试电路是处于高电平还是低电平，或者是不高不低的浮空电平，判断脉冲的极性是正脉冲还是负脉冲，输出的脉冲是连续的还是单个的脉冲，还可以大概估计脉冲的占空比和频事范围。
在选择逻辑测试笔时应该注意，一是它的频带要宽，二是它的耐压要高。
示波器：
示波器主要用于模拟电路的测量，它可以显示频率相位、电压幅值，双频示波器可以比较信号相位关系，可以测量测速发电机的输出信号，调整光栅编码器的前置信号处理电路，进行CRT显示器电路的维修。
数控系统修理通常先用频带宽度为10HZ～100MHZ范围内的双通道示波器,它不仅可以测量电平、脉冲上下沿、脉宽、周期、频率等参数,还可以进行两信号的相位和电平幅度的比较.常用来观察主开关电源的振荡波形,直流电源或测速发电机输出的纹波,何服系统的超调、振荡波形；检查、调整纸带阅读机的光电放大器的输出波形，还可以检查CRT电路垂直、水平振荡和扫描波形、视放电路的视频信号等。
普通示波器可以观测周期性连续变化的电信号，但用它观测时间短促的脉冲信号，进行相位比较和图案检查则有困难。
因此，需要根据观测对象正确选择示波器类型和型号。
对于逻辑示波器，应根据具体测试对象选择以下几个主要特性：
通道数、Y通道频域和时域晌应、扫描速度。
PLC编程器：
不少数控系统的PLC控制器必须使用专用的编程器才能对其进行编程、调试、监控和检查。
这类编程器型号不少，这些编程器可以对PLC程序进行编辑和修改，监视输入和输出状态及定时器、移位寄存器的变化值。
在运行状态下修改定时器和计数器的设置值，可强制内部输出，对定时器、计数器和移位寄存器进行置位和复位等。
带有图形功能的编程器还可以显示PLC梯形图。
离线IC测试仪：
这类测试仪可离线快速测试集成电路的好坏，数控系统进行片级维修时，它是必要的工具。
它按测试的常用中、小、大规模的数字芯片和模拟芯片分类。
国内常用的有河洛公司的PRUFER万艺--20型手持式常用芯片测试仪。
在线IC测试仪：
这是一种使用通用微型计算机技术的新型数字集成电路在线测试仪器，它的主要特点在于能够对焊接在电路板上的芯片直接进行功能、状态和外特性测试，确认其逻辑功能是否失效。
它所针对的是每个器件的型号以及该型号器件应该具备的全部逻辑功能’而不管该器件应用在何种电路中，因此它可以检查各种电路板，而且无需图纸资料或了解其工作原理，为缺乏图纸而使维修工作无从下手的数控维修人员提供了一种有效手段，目前在国内应用日益广泛。
短路追踪仪：
短路追踪仪是专门测试印制电路板上或元器件内部短路故障的电子仪器，它可以快速地查找印制电路板上的任何短路，如多层板短路、总线短路、电源对地短路、芯片内部短路、元器件管脚短路以及电解电容内部短路、非完全短路等故障“在CRT显示器的故障测试中，经常会遇到电路中某元器件击穿短路、某线路桥接短路、印制板上短路等现象。
要想在线用万用表测出哪一个元器件或哪条线路短路困难很大。
而且对于变压器局部绕组发生的轻微短路故障，用一般万用表更是无能为力。
对于这些清况，用短路追踪仪则能方便、迅速地找出短路点。
逻辑分析仪：
逻辑分析仪是专门用于测量和显示多路数字信号的测试仪器“通常分8个、16个、64个通道，即可以同时显示8个、16个或64个逻辑方波信号。
它和显示连续波形的通用示波器不同，逻辑分析仪显示各被测点的逻辑电平，二进制编码或存储器的内容。
通过仿真头它可仿真多种常用的系统，从而进行数据、地址或状态值的预置、跟踪检查。
维修时，它可用于检查数字电路的逻辑关系是否正常，时序电路的各点信号的时序是否正确，信号传输中是否存在竟争、毛刺和干扰。
通过测试软件的支持，对电路板输入给定的数据，同时跟踪测试它的输出信息，显示和记录瞬间产生的错误信号，找出故障所在。
激光干涉仪：
激光干涉仪可对机床、三测机及各种定位装置进行高精度的（位置和几何）精度校正。
具体说来，它可完成按标准测量各项参数，如线形位置精度、重复定位精度、角度、直线度、垂直度、平行度及平面度等。
它还具有若干为机床制造厂和用户所欢迎的选择功能，如自动螺距误差补偿、机床动态特性测量与评估、回转坐标分度精度标定、触发脉冲输刀输出功能等。
●有必要的维修备件和维修技术资料：
电烙铁
电烙铁是最常用的焊接工具，焊IC芯片用3OW左右的即可，常采用尖头的长寿命的烙铁头，使用恒温式更好。
使用时电焰铁接地线非常重要，否则一亘电焰铁漏电就有可能击穿多个芯片。
吸锡器
将多个引出脚的IC芯片从电路板上焊下来，长用的方法是采用吸锡器，目前有手动和电动两种，手动的价格比较便宜，但是效果不好，电动吸锡器点电热丝和吸锡泵，使用时对准焊点，待锡熔化后按动吸锡泵将锡抽净。
螺丝刀
常用的螺丝刀是大、中、小尺寸的平口和十字口的各一套。
在拆下某些数控零部件需要专用螺丝刀，如拆下SIEMENS何服模块需用头部为六角形的螺丝刀。
钳类工具
常用的钳类工具是平头钳、尖嘴钳、斜口钳和剥线钳。
扳手常用的有大小活络扳手、各种尺寸的内六角扳手。
其他
其他工具还有剪刀、镊子、刷子、吹尘器、演洗盘、带鳄鱼钳连接线。
维修人员必须具备一定的素质：
1、专业知识面要宽
2、有较强的动手能力和实验技能
3、能阅读英文技术文献
必要的备件：
对于数控系统的维修，备件是一个必不可少的物质条件。
如果没有备件可以调换，根多故障我们是无法诊断的，更谈不上维修了。
采用备件来替换我们认为可能出现故障的元部件。
将有助于我们迅速找出故障原因并找到排除故障的方法。
但是，由于备件的价格普遍比较昂贵，基于成本控制方面的原因，我们又不可能保存大量的备件，因此，数控系统的备件配置应该根据实际清况，通常一些易损的电气元器件，如各种规格的熔断器、保险丝、开关、电刷，还有易出故障的大功率模块和印刷电路板等，均是应当配备的。
1.3.2数控机床故障诊断与维修的必备资料
1、设备的安装调试资料
2、设备的使用操作资料
3、维修保养资料
数控系统生产厂提供的有关资料，主要有数控系统维修手册、诊断手册、参数手册、固定循环手册、何服放大器、何服电机的参数手册和维护调整手册以及一些特殊功能的说明书、数控系统的安装使用手册等。
设备的电气图纸资料，如设备的电气原理图，电气接线图，电器元件位置图，可编程控制器部分的梯形图或语句表，输入输出点的定义表，梯形图中的计时器、计数器、保持继电器的定义及详细说明，所用的各种电器的规格、型号、数量、生产厂家等明细表。
机械维修资料，主要有设备结构图、运动部件的装配图、关键件、易耗件的零件图，零件明细表等。
气动部分的维修调整资料，主要有气动原理图、气动管路图、气动元件明细表，有关过滤、调压、油化雾化三点组合的调整资料，使用的雾化油牌号等。
有关液压系统的维修调整资料，包括液压系统原理图、液压元件安装位置图、液压管路图，液压元件明细表，液压马达的调整资料，液压油的标号及检验更换周期资料，液压系统清理方法及周期等。
润滑系统维修保养资料，数控设备一般采用自动润滑单元，设备生产厂应提供的资料有润滑单元管路图、元件明细表、管道及分配器的安装位置图、润滑点位置图、所用润滑油的标号、润滑周期及润滑时间的调整方法等。
冷却部分的维修保养资料，数控设备冷却部分有切削液循环系统、电器柜空调冷却器、有关精密部件的恒温装置等，这些部分的主要资料是安装调整维修说明书。
有关安全生产的资料，如安全警示图、保护接地图、设备安全事项、操作安全事项等。
设备使用过程中的维修保养资料，如维修记录、周期保养记录、设备定期调试记录等。
1.3.3对诊断与维修人员的素质要求
一、专业知识面要宽
从事数控设备故障诊断与维修的技术人员必须掌握或了解计算机原理电子技术、电工原理、自动控制与电机拖动、检测技术、机械传动及机加工工艺方面的基础知识。
既要灌电、又要灌机。
电包括强电和弱电；机包括机、液、气。
同时，还必须经过了数控技术方面的培训，掌握数字控制、何服驱动和PLC控制的工作原理，会数控编程和PLC编程。
二、有较强的动手能力和实验技能
进行数控机床的故障诊断与维修，必须理论联系实际，诊断与维修人员必须能结合实际的故障现象，通过实际动手来检查、判断、测试来定位故障源，找出排除故障的方法，并采用一定的维修方法，最终使数控机床的故障排除。
在这个过程中，要求诊断与维修人员能熟练运用各种检测仪器、仪表和维修工具。
三、能阅读英文技术文献
目前,我国应用的数控系统,大多数是从国外进口的,如FANUC,SIEMENS的数控产品.随着这些产品的技术手册大多数也是英文的,而且数控系统的操作面板、CRT显示、数控系统的报警等，几乎都是英文提示，所以要想成为一个合格的故障诊断与维修人员，必须能读懂这些专业英语文献。
1.4数控机床诊断与维修的一般步骤与原则
故障诊断与维修的一般步骤
●故障现场，掌握充分的故障信息
●分析故障原因，确定检查的方法与步骤
●故障的检测和排除
故障现场，掌握充分的故障信息：
数控机床一旦发生了故障，切忌盲目处理，特别是在故障现象和故障发生经过不清楚的情况下，重新给数控系统上电，开动机床。
首先，应该详细询问现场操作人员故障发生的经过，故障发生过程中的一些故障现象，故障发生时机床正在做什么样的操作等，然后现场查看机床当前的状况，确认通电不会对数控系统或机床造成损坏或带来危险的前提下，可以上电进一步观察。
发生时是否存在报警信息？
如果有，报警\信息的内容是什么？
报警信息包括CNC系统的报警号信息和机床上的一些报警指示灯的信息。
如果没有报警，系统处于何种工作状态？
故障发生在那个程序段？
执行何种指令？
故障发生前进行了何种操作？
故障发生在何种速度下？
轴处于什么位置？
与指令值的误差量有多大？
以前是否发生过类似故障？
现场有无异常现象？
故障是否重复发生?
分析故障原因，确定检查的方法和步骤：
在调查故障现象，掌握第一手材料的基础上分析故障的起因。
故障分析可采用归纳法和演绎法。
1.归纳法是从故障原因出发摸索其功能联系。
调查原因对结果的影响。
即根据可能产生该故障的原因分析，看其最后是否与故障现象相符来确定故障点。
2.演绎法是从所发生的故障现象出发，对故障原因进行分割式的分析方法，即从故障现象出发，根据故障机理，列出多种可能产生该故障的原因。
然后，对这些原因逐点进行分析，排除不正确的原因，最后确定故障点。
充分调查现场掌握第一手材料的基础上，把故障问题正确地列出来。
俗话说，能够把问题说演楚，就己经解决了问题的一半。
要思路开阔，无论是数控系统、强电部分、还是机械、液、气等，要将有可能引起故障的原因以及每一种可能解决的方法全部列出来，进行综合、判断和筛选。
在对故障进行深入分析的基础上，预测故障原因并拟定检查的内容、步骤和方法。
故障的检测和排除：
在检测故障的过程中，应充分利用数控系统的自诊断功能，如系统的开机诊断、运行诊断、PLC的监控功能。
根据需要随时检测有关部分的工作状态和接口信息。
同时还应灵活应用数控系统故障检查的一些行之有效的方法，如交换法、隔离法等。
故障诊断与维修的基本原则
a.先外部，后内部
b.先机械，后电气
c.先静后动
d.先公用，后专用
e.先简单，后复杂
f.先一般，后特殊
先外部后内部：
数控机床是机械、液压、电气一体化的机床，故其故障的发生必然要从机械、液压、电气这三者综合反映出来。
数控机床的检修要求维修人员掌握先外部后内部的原则，即当数控机床发生故障后，维修人员应先采用望、闻、问等方法，由外向内逐一进行检查。
比如在数控机床中，外部的行程开关、按钮开关、液压气动元件以及印刷线路板插座、边缘接插件与外部或相互之间的连接部位，因其接触不良造成信号传递失灵，是产生数控机床故障的主要因素。
先机械后电气：
由于数控机床是一种自动化程度高、技术复杂的先进机械加工设备。
一般来讲，机械故障较易察觉’而数控系统故障的诊断则难度要大些。
先机械后电气解释在数控机床的检修中，首先检查机械部分是否正常，行程开关是否灵活，气动、液压部分是否存在阻塞现象等等。
从我们的经验来看，数控机床的故障中有很大部分是由机械动作失灵引起的。
所以，在故障检修之前，首先注意排除机械性的故障，往往可以达到事半功倍的效果。
先静后动：
维修人员本身要做到先静后动，不可盲目动手，首先，应询问机床操作人员故障发生的原因和过程及状态，阅读机床说明书、图纸资料后，方可动手查找处理故障。
其次，对有故障的机床也要本着先静后动的原则，先在机床断电的静止状态，通过观察测试、分析、确认为非恶性循环性故障，或非破坏性故障后，方可给机床通电，在运行工况下，进行动态的观察、检验和测试，查找故障。
然而对恶性的破坏性故障。
必须先行处理排除危险后，方可进入通电，在运行工况下进行动态诊断
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