数控设备(装置)的故障维修分析.doc

摘 要没有理论指导的实践是盲目的实践，没有实践的理论是空洞的理论。我国从事数控机床电气设计、应用与维修技术工作的工程技术人员数以万计，然而由于此项技术的复杂性、多样性和多变性以及一些客观环境因素的制约，在数控机床电气维修技术方面还没有形成一套成熟的、完整的理论体系。当今控制理论与自动化技术的高速发展，尤其是微电子技术和计算机技术的日新月异，使得数控技术也在同步飞速发展，数控系统结构形式上的PC基、开放化和性能上的多样化、复杂化、高智能化不仅给其应用从观念到实践 带来了巨大变化，也在其故障维修理论、技术和手段上带来了很大的变化。因此，一篇讲座形式的文章不可能把已经形成了一门专门学科的数控机床电气维修技术理论完整地表述出来，本文仅是将这次的实践探索及同学经验交流总结加以适当的归纳整理，以求对该学科理论的发展的同学的实践有所裨益。 编者2008-11-26 目 录前 言 1第一篇 第一章 数控设备及其工作原理的介绍 1 .1数控设备的种类以及发展方向 21.2数控系统及驱动单元  21.3硬件的接口 3第二篇第二章 数控机械设备故障的分析及处理 2.1 ATC刀具 72.2 主轴系统常见故障 82.3 进给系统的故障分析 9 2.4 数控加工中心维修与数控设备维修故障事例 10 第三章 数控设备电气系统故障分析及处理 13 第四章 CNC数控系统故障自诊断功能4.1 CNC系统故障自诊断的概念 204.2 CNC故障分类 20 4.3 CNC系统中已应用的故障自诊断方法 20第五章 数控系统的常见故障分析 22第六章 数控故障维修后的技术处理 23 第三篇 心得体会 23 致谢参考文献 24前 言本文包括数控机床电气控制基础知识、数控系统基本知识、数控机床进给驱动系统、数控机床主轴控制系统、数控机床PLC控制、数控机床、数控机床电气控制电路设计实例等内容。 本文以数控原理为理论基础，运用控制论的信息传递、处理与反馈的方法，以数控机床的计算机数控装置、常执行电器与控制电器，执行部件（进给伺服电动机、主轴电动机等）与控制部件（伺服驱动单元、PLC可编程控制器等）及其组成的数控机床自动控制线路为主线，力求使自己通过学习，了解和掌握数控机床电气控制原理、结构及初步设计的技能，并具有一定的数控机床电气控制设计的创新能力。 本文可作为数控专业同学们在机械制造、机电一体化、自动控制及其他相关专业同学共同学习数控技术的材料。 编者200812.01第一篇第一章数控设备及其工作原理的介绍1.1 数控设备的种类以及发展方向  车、铣、刨、磨、镗、钻、电火花、剪板、折弯、激光切割等等都是机械加工方法，所谓机械加工，就是把金属毛坯零件加工成所需要的形状，包含尺寸精度和几何精度两个方面。能完成以上功能的设备都称为机床，数控机床就是在普通机床上发展过来的，数控的意思就是数字控制。  给机床装上数控系统后，机床就成了数控机床。当然，普通机床发展到数控机床不只是加装系统这么简单，例如：从铣床发展到加工中心，机床结构发生变化，最主要的是加了刀库，大幅度提高了精度。加工中心最主要的功能是铣、镗、钻的功能。 我们一般所说的数控设备，主要是指数控车床和加工中心。 我国目前各种门类的数控机床都能生产，水平参差不齐，有的是世界水平，有的比国外落后1015年，但如果国家支持，追赶起来也不是什么问题，例如：去年，沈阳机床集团收购了德国西思机床公司，意义很大，如果大力消化技术，可以缩短不少差距。大连机床公司也从德国引进了不少先进技术。上海一家企业购买日本著名的机床制造商池贝。  近几年随着中国制造的崛起，欧洲不少企业倒闭或者被兼并，如马毫、斯滨纳等。日本经济不景气，有不少在80年代很出名的机床制造商倒闭，例如：新泻铁工所。   六个方面：智能化、网络化、高速、高精度、符合、环保。目前德国和瑞士的机床精度最高，综合起来，德国的水平最高，日本的产值最大。美国的机床业一般。中国大陆、韩国。台湾属于同一水平。但就门类、种类多少而言，我们应该能进世界前4名。 1.2 数控系统及驱动单元  由显示器、控制器伺服、伺服电机、和各种开关、传感器构成。目前世界最大的三家厂商是：日本发那客、德国西门子、日本三菱；其余还有法国扭姆、西班牙凡高等。国内由华中数控、航天数控等。国内的数控系统刚刚开始产业化、水平质量一般。高档次的系统全都是进口。以下是驱动单元的种类：  1.NCU数控单元 SINUMERIK840D的数控单元被称为NCU（Numenrical Controlunit）单元：中央控制单元,负责NC所有的功能,机床的逻辑控制,还有和MMC的通讯 它由一个COM CPU板. 一个PLC CPU板和一个DRIVE板组成.根据选用硬件如CPU芯片等和功能配置的不同，NCU分为NCU561.2,NCU571.2,NCU572.2,NCU573.2(12轴)，NCU573.2(31轴)等若干种，同样，NCU单元中也集成SINUMERIK840D数控CPU和SIMATIC PLC CPU芯片，包括相应的数控软件和PLC控制软件，并且带有MPI或Profibus借口，RS232借口，手轮及测量接口，PCMCIA卡插槽等，所不同的是NCU单元很薄，所有的驱动模块均排列在其右侧。2数字驱动q 数字伺服：运动控制的执行部分,由611D伺服驱动和1FT6(1FK6)电机组成 SINUMERIK840D配置的驱动一般都采用SIMODRIVE611D.它包括两部分：电源模块+驱动模块（功率模块）。 电源模块：主要为NC和给驱动装置提供控制和动力电源，产生母线电压，同时监测电源和模块状态。根据容量不同，凡小于15KW均不带馈入装置，极为U/E电源模块；凡大于15KW均需带馈入装置，记为I/RF电源模块，通过模块上的订货号或标记可识别。611D数字驱动:是新一代数字控制总线驱动的交流驱动，它分为双轴模块和单轴模块两种，相应的进给伺服电机可采用1FT6或者1FK6系列，编码器信号为1Vpp正弦波，可实现全闭环控制。主轴伺服电机为1PH7系列。3. PLC模块SINUMERIK810D/840D系统的PLC部分使用的是西门子SIMATIC S7-300的软件及模块，在同一条导轨上从左到右依次为电源模块（Power Supply），接口模块（Interface Module）机信号模块（Signal Module）。的CPU与NC的CPU是集成在CCU或NCU中的。 最多8个SM模块SM.SMSMIMPSPS 最多四级 电源模块（PS）是为PLC和NC提供电源的+24V和+5V。接口模块（IM）是用于级之间互连的。信号模块（SM）使用与机床PLC输入/输出的模块，有输入型和输出型两种。1.3 硬件的接口1.840D系统的接口q 840D系统的MMC，HHU，MCP都通过一根MPI电缆挂在NCU上面，MPI是西门子PLC的一个多点通讯协议，因而该协议具有开放性，而OPI是840D系统针对NC部分的部件的一个特殊的通讯协议，是MPI的一个特例，不具有开放性，它比传统的MPI通讯速度要快，MPI的通讯速度是187.5K波特率，而OPI是1.5M。q NCU上面除了一个OPI端口外，还有一个MPI，一个Profibus接口，Profibus接口可以接所有的具有Profibus通讯能力的设备。Profibus的通讯电缆和MPI的电缆一样，都是一根双芯的屏蔽电缆。 X101 操作面板接口（OPI） X102 PROFIBUS接口 X112 预留接口（NCU与NCU通讯） X111 SIMATIC接口（IM361） X122 PC MPI接口(MPI) X121 I/O接口（电缆分配盒）H1/H2 错误和状态灯H3 段显示S1/S2 复位NMI按钮S3 NCK启动开关S4 PLC启动开关 X130A SIMODRIVE 611D接口 X130B 数字模块I/O扩展接口（仅限于NCU573）X172设备总线接口X173 PCMCIA插槽（X173）q 在MPI，OPI和Profibus的通讯电缆两端都要接终端电阻，阻值是220欧，所有如果要检测电缆的好坏情况，可以在NCU端打开插座的封盖，量A，B两线间的电阻，正常情况下应该为110欧。2. 611系列驱动的组成与接口a611系列的驱动分成模拟611A，数字611D和通用型611U。都是模块化结构，主要有以下几个模块组成：电源模块 电源模块是提供驱动和数控系统的电源，包括维持系统正常工作的弱电和供给功率模块用的600V直流电压。根据直流电压控制方式，它又分为开环控制的UE模块和闭环控制的I/R模块，UE模块没有电源的回馈系统，其直流电压正常时为570V左右，而当制动能量大时，电压可高达640多伏。I/R模块的电压一直维持在600V左右控制模块 控制模块实现对伺服轴的速度环和电流环的闭环控制功率模块 对伺服电机提供频率和电压可变的交流电源监控模块 主要是对电源模块弱电供电能力的补充。滤波模块 对电源进行滤波作用。电抗 对电压起到平稳作用。 b611电源模块的接口信号611模块的接口信号有以下几组：q（1）电源接口U1 V1 W1 主控制回路三相电输入端口X181 工作电源的输入端口，使用时常常与主电源短接，有的系统为了让机床在断电后驱动还能正常工作一段时间，把600V的电压端子与P500 M500端子短接，这样由于600V电压不能马上放电完毕，还能维持驱动控制板的正常工作一段时间。P600M600是600V直流电压输出端子。q（2）控制接口64 控制使能输入，该信号同时对所有连接的模块有效，该信号取消时，所有的轴的速度给定电压为零，轴以最大的加速度停车。延迟一定的时间后，取消脉冲使能63 脉冲使能输入，该信号同时对所有连接的模块有效，该信号取消后，所有的轴的电源取消，轴以自由运动的形式停车。48 主回路继电器，该信号断开时，主控制回路电源主继电器断开。 112 调试或标准方式，该信号一般用在传输线的调试中，一般情况接到系统的24V上。X121 模块准备好信号和模块的过热信号。准备号信号与模块的拨码开关的设置有关，当S1.2=ON时，模块有故障时，准备好信号取消，而S1.2=OFF时，模块有故障和使能(63,64)信号取消时，都会取消准备好信号，因此在更换该模块的时候要检查模块顶部的拨码开关的设置，否则模块可能会工作不正常。所有的模块过载和连接的电机过热都会触发过热报警输出。NS1/NS2 主继电器闭合使能，只有该信号为高电平时，主继电器才可能得电。该信号常用来作主继电器闭合的连锁条件。AS1/AS2 主继电器状态，该信号反映主继电器的闭合状态，主继电器闭合时为高电平。9/19/R 9是24V输出电压，19是24V的地，R为模块的报警复位信号。q（3）其它辅助接口X351 设备总线 ，为后面连接的模块供电用。X141 电压检测端子，供诊断和其它用途用。»7： P24 ，24V »45：P15，15V »44：N15，15V »10：N24，24V »15：M，0Vq 电源模块上面有6个指示灯，分别指示模块的故障和工作状态。一般正常情况下绿灯亮表示使能信号丢失(63和64)，黄灯亮表示模块准备好信号，这时600V直流电压已经达到系统正常工作的允许值。电源模块正常工作的使能条件： 48，112，63，64接高电平，NS1和NS2短 接，显示为一个黄灯亮，其它灯都不亮。直流母线电压应在600V左右.3611驱动控制模块接口信号q a. 611D驱动控制模块接口信号 611D控制模块与数控系统主要是通过一根数据总线相连，基本没有太多的接口信号。X431： 轴脉冲使能，该信号为低电平时，该轴的电源撤消，一般这个信号直接与24V短接X432： BERO 端子，该接口用作BERO开关信号的输入口。X34，X35模拟输出口，其中有两个模拟口（X1，X2 ）用作模块诊断测试用，它可以用来跟踪一些数字量，比如转速，电压和电流等并把它转换成0到5V的模拟电压输出，具体的输出信号可以通过数控系统选择，Ir模拟输出口是固定输出电机R相的电流的模拟值。X411： 电机编码器接口，输入电机的编码器信号，还有电机的热敏电阻，其中电机的热敏电阻值是通过该插座的13和25脚输入，该热敏电阻在常温下为580欧，155度时大于1200欧，这时控制板关断电机电源并产生电机过热报警。(1PH7电机温度检测信号连接同1FT6/1FK6电机)X411： 直接测量系统输入口，输入直接位置测量信号，一般为正余弦电压信号 611D的控制板的速度环和电流环的参数设置在NCK里面，故更换控制板后不需要重新设置参数。 b. 611A控制模块接口信号 611A控制模块与1FT5电机构成伺服驱动机构，完成速度环和电流环的控制，其速度环和电流环的参数都保存在控制板上，故更换该板要注意参数的设置。接口信号如下：X311： 电机反馈接口，电机的速度实际值和电机的热敏电阻值都通过它输入到控制板里，1FT5电机的速度检测是通过一个测速发电机来实现的，而电机转子的位置是通过18个霍而元件来检测的。电机内的热敏电阻值是通过该插座的11和12脚信号输入, 在常温下小于250欧，当电机内部温度达到155度时电阻大约是1000欧，控制板这时关断电源，并发出报警信号。X321： 设定端子，速度的给定值通过该端子的56和14输入，一般来讲，给定值是正负0到10V的电压。X331： 使能端子：相应模块的使能信号输入，663是脉冲使能，与电源模块的63作用差不多，只是它仅作用于单个的轴模块。65是控制使能，常常把它和NC侧给定信号的控制使能相连。X341： 模块状态输出接口，输出模块的状态信息，如模块准备好信号，报警等。第二篇 第二章数控机械设备故障的分析及处理2.1 ATC刀具1. 刀具插入主轴锥孔未卡紧 (1)故障现象。某龙门加工中心主轴拉刀松动。 (2)故障分析。加工中心刀具是靠主轴上部的蝶形弹簧拉紧的，拉不紧刀的可能原因有： a.蝶形弹簧变形或失效 b.刀柄尾拉紧螺钉松动。首先检查刀柄尾拉紧螺钉，发现与刀柄的螺纹联接松动退丝，后退了约一个螺距。蝶形弹簧未失效。 （3)故障处理。调整刀柄尾拉紧螺钉在刀柄的轴向位置并加装锁紧螺母，故障排除。(4)改进措施：经常检查刀柄尾拉紧螺钉的紧固状况；在刀柄尾拉紧螺钉和刀柄间加装锁紧螺母。2刀具交换过程噪声较大 (1)故障现象。某龙门加工中心刀具自动交换过程速度过快，噪声较大。(2)故障分析。经检查，机械手拔、插刀过程速度过快，缺少缓冲过程，产生较大的撞击。该机械手的拔、插刀运动由液压油缸驱动，导致液压油缸活塞速度过快的原因主要有液压油氧化变质；液压系统冷却器工作不正常，油温过高；调速阀节流螺钉松动。检查发现液压系统冷却器周围堆积了很多灰尘，导致冷却效率降低，油温升高，调速阀节流效果差，机械手拔、插刀过程速度变快。而液压油无变质，调速阀节流螺钉亦未松动。 (3)故障处理。彻底清理冷却器周围堆积的灰尘，分析调节机械手拔、插刀油路的调速阀，使转向速度合适。为了减小拔、插刀过程的冲击，分别调节拔、插刀油缸两端的节流螺钉，增加油缸行程末端的缓冲行程。调节完毕后重新试车，故障排除。 (4)改进措施： 严格执行液压系统定期调整、清洗、过滤和更换制度，确保液压系统压力、流量、流速稳定； 定期清扫液压系统冷却器和冷却风扇上的灰尘。随时观察冷却器的工作状况，严格控制油液温升。2.2 主轴系统常见故障1主轴发热，旋转精度下降某立式加工中心镗孔精度下降，圆柱度超差，主轴发热，噪声大，但用手拨动主轴转动阻力较小。(1) 故障分析。主轴部件解体检查，发现故障原因如下：主轴轴承润滑脂内混有粉尘和水分，这是因为该加工中心用的压缩空气无精滤和干燥装置，故气动吹屑时少量粉尘和水气窜入主轴轴承润滑脂内，造成润滑不良，导致发热且有噪声；主轴内锥孔定位表面有少许碰伤，锥孔与刀柄锥面配合不良，有微量偏心；前轴承预紧力下降，轴承游隙变大；主轴自动夹紧机构内部分碟形弹簧疲劳失效，刀具未被完全拉紧，有少许窜动。(2) 故障处理。更换前轴承及润滑脂，调整轴承游隙，轴向游隙0.003mm，径向游隙士0.002mm；自制简易研具，手工研磨主轴内锥孔定位面，用涂色法检查，保证刀柄与主轴定心锥孔的接触面积大于85%；更换碟形弹簧。将修好的主轴装回主轴箱，用千分表检查径向跳动，近端小于0.006mm，远端 150mm处小于0.010mm。试加工，主轴温升和噪声正常，加工精度满足加工工艺要求，故障排除。(3)改进措施：增加压缩空气精滤和干燥装置，过滤器要定期排水，定期清洗或更换滤芯；随时检查主轴锥孔、刀柄的清洁和配合状况，检查空气干燥器工作是否正常；合理安排加工工艺，避免材料切除率陡变；严禁超负荷运行，有故障应及时报修，不得带病运行。2主轴部件的拉杆钢球损坏(1)故障现象。某立式加工中心主轴内刀具自动夹紧机构的拉杆钢球和刀柄拉紧螺钉尾部锥面经常损坏。(2)故障分析。检查发现，主轴松刀动作与机械手拔刀动作不协调。这是因为限位开关挡铁装在气液增压缸的气缸尾部，虽然气缸活塞动作到位，增压缸活塞动作却没有到位，致使机械手在刀柄还没有完全松开的情况下强行拔刀，损坏拉杆钢球及拉紧螺钉：(3)故障处理。清洗增压油缸，更换密封环，给增压油缸注油，气压调整至0.50.8MPa，试用后故障消失。(4)改进措施：定期检查并清洁气液增压油缸，监测刀具自动夹紧机构各部分的运行状况，及时消除故障隐患；定期检查调整气压和液压系统压力，检验液压油质，如氧化变质应及时更换。3主轴部件的定位键损坏(1)故障现象。某立式加工中心换刀时冲击响声大，主轴前端拨动刀柄旋转的定位键局部变形。(2)故障分析。响声主要出现在机械手插刀阶段，故障初步确定为主轴准停位置误差和换刀参考点漂移。本机床采用霍尔元件检测定向，引起主轴准停位置不准的原因可能是主轴准停装置电气系统参数变化、定位不牢靠或主轴径向跳动超差。首先检查霍尔元件的安装位置，发现固定螺钉松动，机械手插刀时刀柄键槽未对正主轴前端定位键，定位键被撞坏。主轴换刀参考点接近开关的安装位置同样有松动现象，使换刀参考点微量下移，刀柄插人主轴锥孔时锥面直接撞击主轴定心锥孔，产生异响。(3)故障处理。调整霍尔元件的安装位置后拧紧并加防松胶。重新调整主轴换刀参考点接近开关的安装位置，更换主轴前端的定位键，故障消失。(4)改进措施定期检查清洁主轴准停装置和主轴换刀参考点定位装置，注意观察刀柄插入主轴锥孔时的状态，及时消除故障隐患。2.3 进给系统的故障分析1. Y轴运动中断(1)故障现象某CINCINNATI立式加工中心，Y轴运动到某点后中断。(2)故障分析。经检查，Y轴断路器跳闸，复位后Y轴仍不能运动。初步确定为Y轴卡死或伺服驱动系统故障。首先检查Y向滑座导轨及镶条间隙，无问题。断电后用手不1fed能转动Y轴滚珠丝杆螺母机构，确认系因日常维护保养不当，致使Y轴丝杆螺母卡死。(3) 故障处理。取出Y轴滚珠丝杆螺母副，找一合适的钳台夹紧，将锁紧螺母退松，用手转动滚珠丝杆。彻底清洗后重装并调整丝杆螺母副的预紧力。预紧力一般为最大载荷的1/3，是靠测量预紧后增加的摩擦力矩来换算的。将滚珠丝杆螺母副装回加工中心，检查并调整丝杆两端向心推力组合轴承的预紧力，用手转动滚珠丝杆的松紧程度以初定预紧力大小，重新调整滑座导轨及镶条间隙。试车后故障排除。(4)改进措施：及时、彻底清理加工中心各部分的切屑，防止灰尘或切屑进入滚珠丝杆螺母副；工作中应避免碰击滚珠丝杆螺母副防护装置，防护装置一旦损坏应立即更换；每半年清除一次滚珠丝杆上旧的润滑脂，涂上新的润滑脂。2. X、Y两轴插补加工圆台（或内孔）时，圆度误差超差(1)故障现象。某CINCINNATI立式加工中心X、Y两轴联动加工圆台时误差大，工件圆台在过象限处有一较明显的起伏。(2) 故障分析。初步判断是X、Y轴的定位精度差或是X、Y轴有关位置补偿参数变化。调出CNC系统X、Y轴位置补偿参数检查，均在要求范围。在JOG模式下低速转动Y轴，用千分表检查，发现Y轴轴向窜动达0.2mm。检查Y轴进给传动链前、后支承座，丝杆电机支架及电机轴承无异常，丝杆轴承座内轴承游隙及预紧正常，但轴承座压盖轻微松动。(3)故障处理。调整丝杆轴承座压盖，使其压紧轴承外圈端面，拧紧锁紧螺母。重新检测Y轴轴向窜动，小于0.005mm。重装后试加工，故障排除。(4)改进措施：加强进给传动链的日常检查维护，及时紧固松动部位；通过对加工零件的检测，及时对进给传动链进行调整；每年应检查一次进给传动链的反向间隙和丝杆螺距误差并及时补偿，作出详细记录存2.4 数控加工中心维修与数控设备维修故障事例 案例一：换刀装置故障。对于该故障的维修，维修人员必须要对数控车的换刀机构的原理要有简单的了解。数控车换刀一般过程是：换刀电机街道换刀信号后，通过蜗轮蜗杆减速带动刀架旋转，由霍尔元件发出刀位信号，数控系统再利用这个信号与目标值进行比较以判断刀具是否到位。刀环到位后，电机反转缩紧刀架。在我校使用数控车的过程中出现了以下几个故障现象。 故障一：我校一台配有广州数控980T系统沈阳一机生产的四刀位车床，发生一号刀位找不到，其它刀位能正常换刀的故障现象。故障分析查找：某一刀位找不到，其它刀位正常，可以基本排除机械传动方面的问题，应该就是电气方面的故障。可能是该刀位的霍尔元件及其周围线路出现问题，导致该刀位信号不能输送到PLC里面。因此我们首先考虑检查该刀位的霍尔元件及其周围线路，对照电路图利用万用表检查后发现：1号刀位霍尔元件的24V+供电正常，GND线路为开路。通过这个检查结果可以断定是霍尔元件损坏导致该刀位信号不能到位。解决办法：更换新的霍尔元件后故障排除，至今该机床刀位正常运行。故障二：我校一台配有FANUC-0i-mate系统大连机床厂生产的六刀位车床，换刀时所有刀位都找不到，刀架只是旋转，最后数控系统显示换刀报警：换刀超时或没有信号输入。故障分析查找：对于该现象，仍可以排除机械故障，归咎于电气故障所致。产生该故障的电气原因有以下几种：1.磁性元件脱落；2.六个霍尔元件同时全部损坏；3.霍尔元件的供电和信号线路开路导致无电压信号输出。在这三个原因中以第三种原因可能性最大，另外两个原因可能性比较小。因此找来电路图，利用万用表对霍尔元件的电气线路的供电线路进行检查。结果发现：刀架检测线路端子排上的24V+供电电压为0V，其它线路均正常。以该线为线索沿线查找，发现从电气柜引出的24V+线无电压。再检查电气柜端，线头脱落，街上仍无反应。由此判断应该是该线断线造成故障。电路图如图1：解决办法：利用同规格导线替代断线后，故障解决，至今再未出现同一问题。 图1故障三：我校一台配有FANUC-0imate系统大连机床厂的六刀位车床，选刀正常但是当所选刀位到位之后不能正常反向锁紧。当不能反向锁紧系统报警：超时。故障分析查找：刀架选刀正常，反转正常，就是不能反向锁紧。说明蜗轮蜗杆传动正常，可以初步排除机械传动导致故障问题，即问题初步定为电气线路问题。于是找到该机床刀架控制这部分电气原理图，在控制图上发现刀具反向锁紧到位信号是由一个位置开关来控制发出，是不是该开关即周围线路存在问题呢？为了确认这个故障原因，打开刀架的顶盖和侧盖，利用万用表参照电路图检查线路，发现线路未有开路和短路，通过用手按动刀架反向锁紧位置开关观察梯形图显示有信号输入，至此排除电气线路问题。推断可能是挡块运动不到位，位置微动开关未动作。于是重新换刀一次来观察一下，结果发现：果然挡块未运动到位，同时伴随有爬行的声音。于是把挡块螺栓下拧，试换刀了一次正常，但是仍有爬行声音。于是又换了一次刀，这次原故障又问题出现了。同时发现蜗杆端的滚针轴承打滑并且爬升现象，难道是它造成了电机反转锁紧时位置开关的挡块不能到位？于是把该轴承进行了轴向定位处理，将刀架顶盖装好。结果刀架锁紧正常了，至此故障原因终于找到了。解决办法：对滚针轴承进行轴向定位故障解决。案例二：机床在运行时机床照明灯突然不亮，机床操作面板灯也不亮，系统电源正常，同时系统急停报警，和主轴无信号警。关机后重新上电故障依旧。故障分析检查：该故障现象为只有系统上电正常，操作面板无指示灯亮并伴有报警。经询问当时操作人员，也没有违规操作，排除人为原因，也可以排除机械原因。这种大面积供电失败应该是电气故障。找来该机床的电器原理图，这些失电区域都和24V有关，并且该机床拥有两个开关稳压电源，一个是I/O接口电源，另一个为系统电源。失电区域都与I/O接口有关，是不是I/O接口24V电源工作不正常呢?于是打开电气柜观察发现I/O接口电源指示灯未能点亮，说明该电源未能正常工作或损坏。对稳压电源的了解知道，稳压电源有对电流短路和过载保护电路，当电源短路或过载时自动关断电源输出，以保护电源电路不被损坏。于是试着把电源的输出负载线路拆下来看看指示灯是否能亮，结果发现把负载线路拆下之后重新上电发现电源指示灯亮了。这说明电源本身没有损坏，电输出回路中有过载或短路。通过分析得知该电源为I/O接口电源，负载不大不会出现过载现象，应该是输出回路中有短路。沿着输出线号进行检查发现有一根输出线接头处从绝缘胶布中脱落出来靠到机床床体了。原因很明显：由于该线与机床发生对地短路，造成该稳压电源处于自我保护状态，停止输出，使得操作面板和一些I/O接口继电器供电停止，发生以上故障。至于变频器报警可能24V信号不能到位发出报警。解决办法：用绝缘胶布把接头处重新包好，重新上电开机所有故障解决，报警解除照明灯也亮了。案例三：我校一台大连机床厂生产的数控车，配有FANUC-0imate系统无法输入对刀值等参数，不能编辑程序，并伴有报警。故障分析检查：不能输入参数这个故障使得操作人员无法实施机床对刀等操作。对此现象首先想到的是系统参数中关于修改参数的参数值被学生修改导致无法输入。于是找到相关参数号并把其参数值与其它正常系统的参数值进行比较，发现参数值未被改变。那么是什么原因呢？难道与硬件有关？那只能与程序保护开关有关了！通过对比正常的系统，发现果真如此：与系统锁住时现象一样。所以怀疑系统锁开关坏了，但经过短接，仍不能解决问题。通过观察故障系统的梯形图发现该X56无信号输入，说明这条输入线路断路。沿着这条线号利用万用表检查发现在操作面板后面有一处与选轴的拨码开关接头处线头脱落，导致线路无法输入信号，使PLC逻辑关系不正确使参数无法输入。解决办法：用烙铁焊锡把脱落的线头重新焊接好，报警解除，参数输入正常，故障消失。案例四：回参考点失败。对于回参考点的方式现在主流型机床基本采用栅格法来确定机床的参考点。栅格法有四种回零方式在这里一一叙述。故障一：我校一台沈阳一机生产的配有广州数控980T的数控车，采用栅格法方式一进行回参考点，出现Z轴回参考点失败，导致超程报警。故障分析检查：对该故障机回零时未出现减速过程，直接以接近原速度V1向限位开关运动过去。按照方式一的回零过程中应该先减速，把接近速度V1减为寻找速度V2。因此从该机床的回零动作可以判断出其故障原因与位置开关的关系比较大，于是利用万用表配合以手按动位置开关,来检查位置开关两端的信号变化，发现该开关的回零控制开关两端无信号变化，但是加在两端的电压正常，说明该开关损坏。解决办法：更换新的同型号的位置开关，回零至今正常。故障二：外校一台配有华中I型的数控车，采用栅格法方式一回参考点，出现Z轴回零失败，没有超程报警，险些装上尾座。故障分析检查：该机床在回零时未出现减速并且超程限位也未起作用，可以基本断定是位置开关的故障导致回零失败。于是拆下位置开关检查发现里面有积水，使其内部电路短路，开关触点不起作用，使回零失败，使超程限位失败。这个故障是比较危险的，容易造成撞击事故。解决办法：更换新的密封性好的位置开关，故障排除。案例四：急停报警，两个伺服也报警。故障一：我校一台沈阳一机生产配有广州数控980T系统的车床，在发生一次撞刀事故之后，始终报急停警，急停按钮复位不起作用，超程释放不起作用，同时两个伺服驱动也报警。故障分析检查：首先检查了伺服驱动的报警号内容为准备未绪，根据数控原理分析可知这是因为驱动缺少使能信号导致。驱动本身没有问题，排除伺服驱动导致故障的可能性，推断应该是使能控制回路出现开路。再分析撞刀事故发生情景，是不是在按下急停按钮时用力过猛导致急停按钮损坏， 而不能自动复位造成的呢？于是拆开操作面板检查急停按钮，发现急停按钮的接线柱中有一个线头因受外力作用脱落了。把线头接好，重新上电，报警消失，机床正常运行。电路如下图2 图2解决办法：把线头接上，故障排除。第三章数控设备电气系统故障分析及处理3.1数控机床PLC故障诊断典型实例数控机床是典型的机电一体化系统。PLC工程现场界面涉及光、机、电、气、液等复杂的输入输出信令，加之PLC对于信号的逻辑处理具有的抽象运算特征，使得工业现场故障处理工作通常是相当的复杂困难，PLC 机电系统现场故障往往使得缺少工程经验的设备管理者们束手无策，较长时间的故障处理处理可以大幅度降低产能，严重影响生产。本文以就事论事的方式平铺直叙具体的机电工程现场故障处理案例，保留住故障处理经验中最珍贵的分析判断过程。 一.甄别PLC内外部故障实例 配备820数控系统的某加工中心，产生7035号报警，查阅报警信息为工作台分度盘不回落。在SINUMERIK810820S数控系统中，7字头报警为PLC操作信息或机床厂设定的报警，指示CNC系统外的机床侧状态不正常。处理方法是，针对故障的信息，调出PLC输入/输出状态与拷贝清