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1、数控论文太原工业学院 题 目： 数控设备的故障分析与诊断 专业：机械设计制造及其自动化学号： 1020111 姓 名： 指导教师： 梁雅琴 完成时间： 2013年12月25数控设备的使用、故障诊断 近年来，随着我国制造业的迅速的崛起，对数控机床等先进制造装备的需求量越来越大。据资料介绍，2006年我国数控机床消费量达9.91万台，比2005年增长30%，是2000年数控机床消费量的3.59倍；数控机床消费量约占金属切削机床消费量的68.2%，数控机床消费额约占金属切削机床消费额的53.5%。毫无疑问，我国已经成世界数控机床消费大国之一。随着数控机床的大量应用和迅速普及，如何科学合理地配置、选购

2、、管理和使用数控机床并发挥出其利益效果等问题便日益突出。1、数控系统使用、故障诊断 数控机床是技术密集度及自动化程度很高的典型机电一体化加工设备，具有零件加工精度高，加工质量稳定，柔性自动化程度高，可减轻工人的体力劳动强度，大大提高生产效率等显著优点。 数控系统是由硬件控制系统和软件控制系统两大部分组成：硬件控制系统：是以微处理器为核心，采用大规模集成电路芯片、可编程控制器、伺服驱动单元、伺服电机、各种输入输出设备（包括显示器、控制面板、输入输出接口等）等可见部件组成。 软件控制系统：即数控软件，包括数据输入输出、插补控制、刀具补偿控制、加减速控制、位置控制、伺服控制、键盘控制、显示控制、接口

3、控制等控制软件及各种参数、报警文本等组成。数控系统出现故障后，就要分别对软硬件进行分析、判断，定位故障并维修。数控系统的主要特点数控系统的主要特点是可靠性要求高，因为一旦数控系统发生故障，即造成巨大经济损失；有较高的环境适应能力，因为数控系统一般为工业控制机，其工作环境为车间环境，要求它具有在震动，高温，潮湿以及各种工业干扰源的环境条件下工作的能力；接口电路复杂，数控系统要与各种数控设备及外部设备相配套，要随时处理生产过程中的各种情况，适应设备的各种工艺要求，因而接口电路复杂，而且工作频繁。对于现在数控设备使用越来越广泛，随之而来的是如何保证设备的有效利用率，设备出现故障时，要尽快将设备恢复正

4、常使用。为了解决这个问题，首先要求维修人员应该有很高的素质，不但要求具有丰富的专业知识，如机电一体化技术、计算机原理、数控技术、PLC技术、自控技术、拖动原理、液压技术等，还要掌握机械加工常识和数控装置的简单编程，另外还要具有一定的英语水平，能够阅读英文技术资料。要有足够的资料，包括机、电、液图纸，机床参数备份，系统使用维修手册，PLC梯形图等。还要有一定量的备件。另外需要维修人员具有一定的经验，掌握一定的维修方法。1.1、电源引起的故障（1）.系统上电后，系统没有反应，电源不能接通：原因： 1） 外部电源没有提供，缺相或外部形成了短路 2） 电源的保护装置跳闸形成了电源开路 3） PLC的地

5、址错误或者互锁装置使电源不能正常接通 4） 系统上电按钮接触不良或脱落 5） 元气件的损坏引起的故障（熔断器熔断、浪涌吸收器的短路等）（2）.电源模块故障分析：原因： 1） 整流桥损坏引起电源短路 2） 续流二极管损坏引起的短路 3） 电源模块外部电源短路 4） 滤波电容损坏引起的故障 5） 供电电源功率不足使电源模块不能正常工作1.2 系统显示故障 （1）系统上电后无显示或黑屏 原因：1） 显示模块损坏2） 显示模块电源不良或没有接通3） 显示屏由于电压过高被烧坏4） 系统显示屏亮度调节调节过暗（2）系统上电后花屏或乱码：原因：1） 系统文件被破坏2） 系统内存不足3） 外部干扰（3）系统上

6、电后，NC电源指示灯亮但是屏幕无显示或黑屏1） 显示模块损坏，2） 显示模块电源不良或没有接通3） 显示屏由于电压过高被烧坏4） 系统显示屏亮度调节调节过暗（4） 运行或操作中出现死机或重新启动 1）参数设置错误或参数设置不当所引起 2） 同时运行了系统以外的其他内存驻留程序；3） 系统文件受到破坏或者感染了病毒4） 电源功率不够5） 系统元器件受到损害 （5）系统上电后，屏幕显示高亮但没有内容1） 系统显示屏亮度调节调节过亮2）系统文件被破坏或者感染了病毒3）显示控制板出现故障（6）系统上电后，屏幕显示暗淡但是可以正常操作，系统运行正常1）系统显示屏亮度调节调节过暗2）显示器或显示器的灯管损

7、坏3）显示控制板出现故障（7） 主轴有转速但CRT速度无显示1） 主轴编码器损坏2）主轴编码器电缆脱落或断线3）系统参数设置不对，编码器反馈的接口不对 或者没有选择主轴控制的有关功能（8） 主轴实际转速与所发指令不符1）主轴编码器每转脉冲数设置错误 确认主轴编码器每转脉冲数是否设置正确。2）PLC程序错误。 检查PLC程序中主轴速度和D/A输出部分的程序；3）速度控制信号电缆连接错误1.3 CNC单元故障（1）不能进入系统，运行系统时，系统界面出不出来原因： 1）可能是系统文件被病毒破坏或丢失，可能是计算机被病毒破坏，也可能是系统软件中文件损坏了或丢失了。 重新安装数控系统，将计算机的CMOS

8、设为A盘启动；插入干净的软盘启动系统后，重新安装数控系统。 2）.电子盘或硬盘物理损坏电子盘或硬盘在频繁的读写中有可能损坏，这时应该修复或更换电子盘或硬盘； 3）.系统CMOS设置不对（2） 运行或操作中出现死机或重新启动原因： 1）参数设置不当； 2）同时运行了系统以外的其他内存驻留程序； 3）正从软盘或网络调用较大的程序； 4）从已损坏的软盘上调用程序； 5） 系统文件被破坏。系统在通讯时或用磁盘进行考贝文件时，有可能感染病毒，用杀毒软件检查软件系统清除病毒或者重新安装系统软件进行修复（3）系统出现乱码 1）参数设置不合理 2）系统内存不足 3）操作不当 4）参数设置不当 5）系统发生溢出

9、（4） 操作键盘不能输入或部分不能输入 原因： 1） 控制键盘芯片出现问题 2）系统文件被破坏， 3）主板电路出现问题 4）CPU出现故障，（5） 输入输出不正常 原因： 1）I/O单元出现故障 2） 外部干扰 3）I/O控制板电源没有接通或电压不稳（6）. 系统网络连接不正常1）系统参数设置或文件配置不正确2）通讯电缆出现问题 通讯电缆不能够过长，以免引起信号的衰减引起故障。3）硬件故障 通讯网口出现故障或网卡出现故障，可以用置换法判断出现问题的部位 （7）.数据输入输出接口（RS-232）不能够正常工作原因：1）系统的外部输入输出设备的设定错误或硬件出现了故障 在进行通讯时，操作者首先确认

10、外部的通讯设备是否完好，电源是否正常，2）参数设置的错误 通讯时需要将外部设备的参数与数控系统的参数相匹配，如波特率、停止位必须设成一致才能够正常通讯。外部通讯端口必须于硬件相对应。3）通讯电缆出现问题不同的数控系统，通讯电缆的管角定义可能不一致，如果管角焊接错误或者是虚焊等，通讯将不能正常完成。另外通讯电缆不能够过长，以免引起信号的衰减引起故障。（8.）系统参数设定、调整错误引起的故障 系统参数的设定很重要，如果系统参数设置错误，就会引发各种各样的故障现象如： 系统不能正常启动；不能正常运行；螺纹加工不能够进行；系统显示不正常；死机等。（9）.系统外部干扰引起的故障原因：1） 数控系统、机床

11、、车间等接地不良2） 系统的连接电缆屏蔽层接地不良引起3） 电缆的布置、安装不合理4） 系统各模块的安装、连接、固定的不可靠5） 电缆过长，引起系统信号的衰减6） 外部电源不稳定，纹波过大1.4急停报警故障 数控装置操作面板和手持单元上，均设有急停按钮，用于当数控系统或数控机床出现紧急情况，需要使数控机床立即停止运动或切断动力装置（如伺服驱动器等）的主电源；当数控系统出现自动报警信息后，须按下急停按钮。待查看报警信息并排除故障后，再松开急停按钮，使系统复位并恢复正常。该急停按钮及相关电路所控制的中间继电器（KA）的一个常开触点应该接入数控装置的开关量输入接口，以便为系统提供复位信号。（1）.机

12、床一直处与急停状态，不能复位引起急停回路不闭和的原因有：1） 急停回路断路、限位开关损坏、急停按钮损坏）2） 系统参数设置错误，使系统信号不能正常输入输出或复位条件不能满足引起的急停故障；PLC软件未向系统发送复位信息。检查KA中间继电器；检查PLC程序。3） PLC中规定的系统复位所需要完成的信息未满足要求。如伺服动力电源准备好、主轴驱动准备好等信息。若使用伺服，伺服动力电源是否未准备好：检查电源模块；检查电源模块接线；检查伺服动力电源空气开关。4） PLC程序编写错误（2） 数控系统在自动运行的过程中，报跟踪误差过大引起的急停故障 这一类故障现象是属于运动状态问题，实际上是进给伺服系统位置

13、环在运动中出现了问题。位置偏差过大是根据位置环中的位置偏差计数器输出的，既由来自光电脉冲编码器反馈的反应工作台实际运行距离的脉冲与来自数控系统所发的脉冲个数进行比较得出。这个偏差值的大小反映出数控系统要求某个轴运动的距离与轴实际移动的距离之间的差值，为使位置偏差不超出机床各轴要求的形状为职公差，所以数控系统对这个偏差值的大小进行了设置规定，这个参数值的大小是可以更改的，如果参数丢失或者设置的数值过小，往往造成数控系统跟踪误差过大（3）伺服单元报警引起的急停伺服单元如果报警或者出现故障，PLC检测到后可以使整个系统处在急停状态，直到将伺服部分的故障排除，系统才可以复位，如果是因为伺服驱动器报警而

14、出现的急停，有些系统可以通过急停对整个系统进行复位，包括伺服驱动器，可以消除一般的报警。（4）主轴单元报警引起的急停 主轴单元如果报警或者出现故障，PLC检测到后可以使整个系统处在急停状态，直到将主轴部分的故障排除，系统才可以复位，如果是因为主轴驱动器报警而出现的急停，有些系统可以通过急停对整个系统进行复位，包括伺服驱动器，可以消除一般的报警。常见原因：1）主轴空开跳闸2）主轴单元报警或主轴驱动器出错，1.5手动操作类故障分析与维修 （1）.手动运行机床，机床不动作 原因：1）机床锁住按钮损坏，使机床按钮一直处在机床锁住的状态 数控机床机床如果机床锁住按钮被按下或者因为损坏而一直处于导通的状态

15、，机床各轴是不能够运动的，在自动状态下，系统可以向各个轴发运动指令，但轴不执行，2）系统参数设置错误错误 数控系统如果与轴相关的一些参数设置不当，可以造成轴运动不正常或不能够运行，3）系统驱动程序没有安装或安装不正确， 某些数控系统在调试时必须按装相应的驱动程序才能够运行，如果驱动程序没有安装或者安装的不正确，机床轴是不能够正常运行的。4）软极限超程或硬极限超程5）伺服驱动器报警或使能信号未到达6）倍率选者开关选者07）动按钮损坏或接触不良（2）. 手摇无效原因：1）机床锁住按钮损坏，使机床按钮一直处在机床锁住的状态2）脉冲发生器坏3）伺服或主轴部分出现报警报警4）系统参数设置不对5）手摇使能

16、无效，或使能信号没有接通 为了安全考虑，一些手摇设置了一个使能按钮，当使能按钮被按下，系统检测到这个信号以后，手摇所发的脉冲才能够被系统接受，当使能信号没有接通或系统没有检测到，手摇既无效（3）.手动移动机床超程后无法解除原因：1） 机床超程信号接反或者是机床运动方向相反 机床在运行时超程是经常遇到的现象，在进行超程解除的时候有可能因为操作者的不熟练，将超程解除的方向弄反，某些数控系统厂家为了机床运行的安全性，在机床超程的时候设置了一些输入信号，用来检测数控机床的超程方向，如果检测到数控机床超程后，机床只能够向超程的相反方向运动，这样能够防止机床继续向超程的方向运动。但是如果机床的超程信号接反

17、或者是机床的运动方向相反，机床超程就不能够正常解除，解除方法： 将轴的运动方向更改，或者将超程信号进行互换，此故障现象即可排除2）PLC的编写错误3）参数设置错误 （4） 系统控制乱套，M、S、T指令有时执行有时不能够执行或者执行的动作不正确。 原因：1） 参数设置错误或者是丢失从而引起系统的 控制紊乱。2） 系统受到较强烈的干扰（5） 系统G00、G01、G02、G03指令均不能执行原因： 1）系统选择了每转进给，但是主轴未启动 2）PLC中已经设定了主轴速度到达信号，但该 信号没有到达系统3） 轴的进给倍率选择了零（6） 机床油泵、冷却泵没有启动或启动后没有油、冷却液输出原因： 1） 输入

18、/输出板或回路出现故障 2） 电机电源相序不正确 如果油泵、冷却泵直接使用的是普通三相交流电机，有可能是因为电机电源进线相序搞反，造成电机的反转，致使油或冷却液不能够正常输出。 1.6参考点编码器类类故障分析与维修 按机床检测元件检测原点信号方式的不同，返回机床参考点的方法有两种，即栅点法和磁开关法。在栅点法中，检测器随着电机一转信号同时产生一个栅点或一个零位脉冲，在机械本体上安装一个减速挡块及一个减速开关，当减速撞块压下减速开关时，伺服电机减速到接近原点速度运行。当减速撞块离开减速开关时，即释放开关后，数控系统检测到的第一个栅点或零位信号即为原点。在磁开关法中，在机械本体上安装磁铁及磁感应原

19、点开关或者接近开关，当磁感应开关或接近开关检测到原点信号后，伺服电机立即停止运行，该停止点被认作原点常见故障：（1）.系统开机回不了参考点、回参考点不到位、找不到零点或回参考点时超程原因：1）回参考点位置调整不当引起的故障，减速挡块距离限位开关行程过短2）零脉冲不良引起的故障，回零时找不到零脉冲3）减速开关损坏或者短路4）数控系统控制检测放大的线路板出错5）导轨平行/导轨与压板面平行/导轨与丝杠的平行度超差6）当采用全闭环控制时光栅尺进了油污（2）.机床回原点后原点漂移或参考点发生整螺距偏移的故障1） 参考点减速信号不良引起的故障2）减速挡块固定不良引起寻找零脉冲的初始点 发生了漂移3）零脉冲

20、不良引起4）减速挡块安装位置不合理，使减速信号与零 脉冲信号相隔距离过近5）机械安装不到位 （3）.攻丝时或车螺纹时出现乱扣 1） 零脉冲不良引起的故障，2） 时钟不同步出现的故障，3） 主轴部分没有调试好，如主轴转速不稳，跳动过大或因为主轴过载能力太 差，加工时因受力使主轴转速发生太大的变化（4） 回参考点的位置随机性变化原因：1）干扰2）编码器的供电电压过低 3）电机与丝杠的联轴节松动 4）电动机扭矩过低或由于伺服调节不良， 引起跟踪误差过大 5） 零脉冲不良引起的故障（5）.主轴定向不能够完成，不能够进行镗孔，换刀等动作原因：1）脉冲编码器出现问题2）机械部分出现问题3）PLC调试不良，

21、定向过程没有处理好1.7参数设定错误引起的故障数控机床在出厂前，已将所用的系统参数进行了调试优化，但有的数控系统还有一部分参数需要到用户那里去调试，如果参数设置不对或者没有调试好，就有可能引起各种各样的故障现象，直接影响到机床的正常工作和性能的充分发挥。在数控维修的过程中，有时也利用参数来调试机床的某些功能，而且有些参数需要根据机床的运动状态来进行调整。（1）数控系统参数丢失原因：1）数控系统的后备电池失效 后备电池的失效将导致全部参数的丢失，机床长时间停用最容易出现后备电池失效的现象，机床长时间停用时应定期为机床通电，使机床空运行一段时间，这样不但有利于后备电池的使用时间延长和及时发现后备电

22、池是否无效，更重要的是可以延长整个数控系统包括机械部分的使用寿命。2）操作者的误操作使参数丢失或者受到破坏这种现象在初次接触数控机床的操作者中经常遇，由于误操作，有的将全部参数进行清除，有的将个别参数被更改，有的将系统中处理参数的一些文件不小心进行了删除。从而造成了系统参数的丢失。3）机床在DNA方式下加工工件或者在进行数据传输时电网突然停电1.8刀架、刀库及换刀常见故障普通车床刀架常见故障：（1）. 换刀时刀架不转 原因： 1）电源相序接反（使电机正反转相反）或电源缺相 因为普通经济型车床所使用的刀架是通过刀架电机的正反转来进行选刀,并进行锁紧等动作,一般的工作顺序是刀架首先正转进行选泽刀具

23、,刀具选者到位后,电机再进行反转,把所选择的刀具进行琐紧.整个换刀过程才结束,如果刀架电机电源的相序接反或者是所发出的正反转信号相反,那么数控系统选择刀具时所发出的刀架电机正转信号,刀架电机此时的运动状态恰好是反转锁紧,所以刀架电机就会静止不动,一直处在锁紧状态.此时将刀架电机的电源线任换两相,或者是将PLC的刀架输出信号相互调节一下,故障即可以消除. 2）PLC程序出错，换刀信号没有发出。（2） 换刀时刀架一直旋转 原因： 1）刀位信号没有到达 2）I/O输入输出板出错（3） 刀架不能锁紧 1）刀架反转信号没有输出 2） 刀架锁紧时间过短 3） 机械故障（4） 加工中心刀库换刀动作不能够完成

24、 原因： 1) 松刀感应感应开关或电磁阀损坏或失灵 2）压力不足 3）液压系统出现问题，液压缸因液压系统压 力不足或漏油而不动作，或行程不到位 4）PLC调试出错，换刀条件不能满足 5）主轴系统出错（5） 自动换刀时刀链运转不到位： 原因： 1） 液压系统出现问题，油路不畅通或液压阀出现问题 2） 液压马达出现故障 3） 刀库负载过重，或者有阻滞的现象 4） 润滑不良（6） 加工中心刀库换刀动作不能够完成原因：1) 松刀感应感应开关或电磁阀损坏或失灵2）压力不足,液压系统出现问题，液压缸因液压系统压 力不足或漏油而不动作，或行程不到位3）PLC调试出错，换刀条件不能满足4）主轴系统出错（7）.

25、 主轴刀柄取不下刀原因：1） 松刀力不够，2） 气液压伐或松拉力气缸损坏3） 拉杆行程不够或拉杆位置变动4） 7：24锥为自锁与非自锁的临界点（8）. 主轴不能拉上刀柄1） 拉杆行程不够2） 松刀接近开关位置变动3） 拉杆头部损坏4） 阀未动作、卡死或者未上电5） 拉钉未拧紧或者型号选择不正确1.9数控加工类故障（1）.加工尺寸或精度误差过大：误差故障的现象较多，在各种设备上出现时的表现不一。如数控车床在直径方向出现时大时小的现象较多。在加工中心上垂直轴出现误差的情况较多，常见的是尺寸向下逐渐增大，但也有尺寸向上增大的现象，在水平轴上也经常会有一些较小误差的故障出现，有些经常变化，时好时坏使零

26、件的尺寸难以控制。造成数控机床中误差故障但又无报警的情况，主要有几种情况： 原因：1） 机床几何误差太大，机床机械精度达不到要求。2） 机床的数控系统较简单，在系统中对误差没有设置检测，因此在机床出现故障时不能有报警显示。3） 机床中出现的误差情况不在设计时预测的范围内，因此当出现误差时检测不到，由于大多数的数控机床使用的是半闭环系统，因此不能检测到机床的实际位置。4） 丝杠与电机的联轴器结构对故障发生的频率和可能性不同，出现故障后现象也不同，有些尺寸只会向负方向增加，但有些正负方向变化的可能弹性联接的基本上是负向增加的多，而中间使用键联接的两种故障均会发生。5）机床的电气系统中回零不当，回零

27、点不能保证一致，该种故障出现的误差一般较小。除了一般的因减速开关不良造成故障外，回零时的减速距离太短也会使零点偏离。在有些系统中的监控页面中有“删格量”一项，记录并经常核对可及时发现问题。6）机床运动时由于超调引起加工精度和加工尺寸误差过大, 如果加减速时间常数调节的过小,电机电流已经形成饱和,引起伺服运动的超调,可以引起系统的加工精度与加工尺寸,这时可以通过调节伺服驱动器的参数来改善轴的运动性能,来消除加工误差.7）在利用刀尖半径补偿时，G41、G42使用不正确或者在走刀换向时没有相应修改G41、G428）刀具与工件的相对位置方位号设定错误。9）对刀不正确，或者加工时没有考虑刀尖半径尺寸。2

28、、机械系统故障分析与诊断2.1 加工中心自动换刀装置常见故障分析 (1) 刀库乱刀故障处理方法 故障原因： 1）PMC参数丢失或系统记忆值与实际不符； 2）换刀装置拆修； 3）操作者误操作；具体处理方法： 1）手动方式使刀库回到原位位置，即1号刀座对应换刀位置； 2）通过系统PMC参数画面，初始化数据表，数据表的D000设定为0，D001D024设定值分别为1、2、3-24进行设定； 3）通过系统PMC参数画面刀库计数器初始化设定为23； 4）系统MDI方式下，把实际刀具送回到刀库中。 (2) 换刀过程中出现碰刀的处理2.2 换刀机械手故障 （1）刀具夹不紧 可能原因有气泵气压不足，增压漏气，

29、刀具卡紧气压漏气，刀具松开弹簧上的螺帽松动。 (2)刀具夹紧后松不开 可能原因有松锁刀的弹簧压合过紧，应调节松锁刀弹簧上的螺钉，使最大载荷不超过额定数值。 (3)刀具从机械手中脱落 应检查刀具是否超重，机械手卡紧锁是否损坏或没有弹出来。 (4)刀具交换时掉刀 换刀时主轴箱没有回到换刀点或换刀点漂移，机械手抓刀时没有到位，就开始拔刀，都会导致换刀时掉刀。 (5)机械手换刀速度过快或过慢 可能是因气压太高或太低和换刀气阀节流开口太大或太小。2.3 刀库的故障 刀库的主要故障有：刀库不能转动或转动不到位；刀库的刀套不能夹紧，刀具、刀库上不到位等。 (1) 刀库不能转动或转动不到位，刀库不能转动的可能

30、原因有：联接电动机轴与蜗杆轴的联轴器松动；变频器故障，应查变频器的输入输出电压正常与否；PLC无控制输出，可能是接口板中的继电器失效；机械连接过紧或黄油粘涩；电网电压过低(不应低于370V)。 (2)刀套不能夹紧刀具 可能原因是刀套上的调整螺母松动，或弹簧太松，造成卡紧力超重，刀具超重。(3)刀套上下不到位 可能原因是装置调整不当或加工误差过大而造成拨叉位置不正确；因限位开关安装不准或调整不当而造成反馈信号错误。2.4、数控机床液压回路常见故障及维修 (1)液压系统常见故障的特征设备调试阶段的故障率较高，存在问题较为复杂其特征是设计、制造、安装以及管理等问题交织在起。一般液压系统常见故障有： 1) 接头连接处泄漏。 2) 运动速度不稳定。 3) 阀心卡死或运动不灵活造成执行机构动作失灵 4）阻尼小孔被堵造成系统压力不稳定或压力调不上去 5）阀类元件漏装弹簧或密封件，或管道接错而使动作混乱。 (2).液压元件常见故障及排除液压泵故障 液压泵主要有齿轮泵、叶片泵等，下面以齿轮泵为例介绍故障及其诊断。齿轮泵最常见的故障是泵体与齿轮的磨损、泵体的裂纹和机械损伤。出现以上情况一般必须大修或更换零件。在机器运行过程中，齿轮泵常见的故障有：噪声严重及压力波动；输油量不足：液压泵不正常或有咬死现象。 1)噪声严重及压力波动可能原因及排除方法泵的过滤