第一章机电设备维修与故障诊断分析课件.ppt
第一章 数控机床维修与调试概述,本章主要介绍数控机床维修与调试的意义，数控机床维修的基本原则、要求、一般步骤和方法，数控机床常见故障的类型与特点，数控机床维修工技术等级标准等内容，以期读者对数控机床维修与调试技术有一个全面的基本认识。【能力目标】1.了解数控机床维修与调试的基本概念、基本要求。2.理解数控机床维修与调试的意义、特点及基本原则。3.掌握数控机床维修的常规方法和步骤，熟悉数控机床维修的先进方法4.掌握数控机床常见故障的类型，熟悉数控机床维修工技术等级标准。,下一页,第一章 数控机床维修与调试概述,1.1 数控机床维修与调试的意义1.2 数控机床维修的基本原则与基本要求1.3 数控机床维修的方法与步骤1.4 数控机床常见故障的类型与特点1.5 数控机床维修工技术等级标准,1.1 数控机床维修与调试的意义,1.1.1 数控机床维修与调试的必要性数控机床是集光、机、电、气、液、信息处理等为一体的复杂而庞大的系统，包括数控系统、伺服系统、可编程控制器、精密机械、模拟、数字、电力电子、电机拖动、液压与气动、传感器与检测、网络通信等技术。数控机床具有高精度、高效率、高适应性的特点，适用于多品种、中小批量精密复杂零件的加工。自动化程度高，运行速度快，各部分联系非常紧密，往往有成千上万个机械零件和电器部件，无论哪一部分出现问题都是难以避免的，比如机械锈蚀、机械磨损、机械失效、电子元器件老化、插件接触不良、电流电压波动、温度变化、干扰、噪声，参数丢失或本身有隐患、灰尘、操作失误等，都有可能导致数控机床出现故障甚至使整个机床停机，从而造成整个生产停顿。,返回,下一页,上一页,1.1 数控机床维修与调试的意义,1.故障的概念：数控机床（系统）丧失了部分或全部规定功能。,故障诊断技术：在机床运行中或基本不拆卸的情况下，掌握机床（系统）现行状态的信息，查明产生故障的部位和原因，预知系统的异常和故障，采取措施和对策。,2.与故障诊断与维修相关的理论知识,数控设备的可靠性：产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。,可靠度：R(t)可靠性用概率表示就是可靠度。定义为“产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率。,不可靠度：F(t)定义为“产品在规定的条件下和规定的 时间内，发生故 障的概率。,故障密度f(t):不可靠度对时间的微分，称为故障密度。f*(t)为经验故障密度。,故障率（t）：,（1）瞬时故障率：产品在某一瞬间发生故障的概率,（2）平均故障率：产品在某一段时间发生故障的概率,故障密度与故障规律,故障密度f(t)和不可靠度F(t)的关系,故障规律,1.1 数控机床维修与调试的意义,1.1.2 数控机床维修与调试的目的 数控机床维修与调试的基本目的就是要提高数控设备的可靠性。数控设备的可靠性是指在规定的时间内、规定的工作条件下维持无故障工作的能力。衡量数控设备可靠性的重要指标是平均无故障时间MTBF(Mean Time Between Failures、平均修复时间MTTR(Mean Time to Repair)和平均有效度A。平均无故障时间(MTBF)是指数控机床在使用中两次故障间隔的平均时间，即,返回,下一页,上一页,数控机床常用它作为可靠性的定量指标，显然平均无故障时间越长越好。,1.1 数控机床维修与调试的意义,平均修复时间(MTTR)是指数控机床从开始出现故障直至排除故障、恢复正常使用的平均修复时间，即 该指标反映数控设备的可维修性，显然平均修复时间越短越好。平均有效度是对数控设备正常工作概率进行综合评价的指标，它是指一台可维修数控机床在某段时间内维持其性能的概率，即,返回,下一页,上一页,1.2 数控机床维修的基本原则与基本要求,1.2.1 数控机床维修的基本原则数控机床维修的基本原则主要有以下6个方面。1.先外部后内部2.先机械后电气3.先静后动4.先简单后复杂5.先公用后专用6.先一般后特殊,返回,下一页,上一页,1.2数控机床维修的基本原则与基本要求,1.2.2 数控机床维修的基本要求1.人员素质的要求(1)专业知识面广(2)勤于思考(3)重视经验积累(4)善于学习(5)具备专业英语阅读能力(6)能熟练操作机床和使用维修仪器(7)有较强的动手能力和实验技能,返回,下一页,上一页,1.2数控机床维修的基本原则与基本要求,2.技术资料和技术准备1)技术资料(1)数控装置部分(2)PLC装置部分(3)伺服单元部分(4)机床部分(5)机床主要配套功能部件的说明书与资料,返回,下一页,上一页,1.2数控机床维修的基本原则与基本要求,2)技术准备(1)数据备份(2)现场测绘(3)故障维修,返回,下一页,上一页,1.2数控机床维修的基本原则与基本要求,3.工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，对于不同的故障，所需要的维修工具亦不尽相同。常用的工具主要有以下几类。,返回,下一页,上一页,1.2数控机床维修的基本原则与基本要求,(1)常用仪表类数字万用表。数字转速表。,返回,下一页,上一页,1.2数控机床维修的基本原则与基本要求,示波器。相序表。PLC编程器。,返回,下一页,上一页,1.2 数控机床维修的基本原则与基本要求,逻辑测试笔。逻辑分析仪集成电路测试仪。分为离线IC测试仪和在线IC测试仪两种。离线IC测试仪可用来测试数控机床上的通用数字集成电路和模拟集成电路等。,返回,下一页,上一页,1.2数控机床维修的基本原则与基本要求,在线IC测试仪 特征代码分析仪短路故障追踪仪,返回,下一页,上一页,1.2数控机床维修的基本原则与基本要求,除了上面介绍的数控诊断仪器之外，还有很多其他的诊断仪器，比如存储器测试仪，激光干涉仪，球杆仪，电动机故障检测仪，机械故障听诊器，各种信号、油液、噪声分析仪等。(2)常用工具类维修数控设备除了要配备必要的测量仪表、仪器之外，一些维修工具也是不可缺少的，主要有以下几种。电烙铁。吸锡器。,返回,下一页,上一页,1.2数控机床维修的基本原则与基本要求,手动吸锡器价格便宜，但在一些场合吸锡效果不好，如拆多层电路板上芯片的接地和电源引脚时，因散热快，难以吸净焊锡。电动吸锡器带电热丝和吸气泵，使用时对准焊点，待锡熔化后按动(手动或脚踩)吸气泵将锡抽净。吸锡器如图1-12。旋具。钳类工具。,返回,下一页,上一页,1.2数控机床维修的基本原则与基本要求,扳手。常用的长度测量工具。其他。其他工具包括剪刀、镊子、刷子、吹尘器、清洗盘、带鳄鱼钳的连接线、纯酒精、清洁触点用喷剂、润滑油等。,返回,下一页,上一页,1.2数控机床维修的基本原则与基本要求,(3)常用的备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。备件管理备件ABC分析法,返回,下一页,上一页,1.3 数控机床维修的方法与步骤,1.3.1数控机床维修的方法1.数控机床维修的常规方法数控机床发生的大多数故障，总体上说可采用下述10种方法来进行故障诊断。(1)直观法(7)测量比较法(2)系统自诊断法(8)原理分析法(3)动态梯形图诊断法(9)敲击法(4)参数检查法(10)局部升温(5)功能程序测试法(6)交换法,返回,下一页,上一页,1.3 数控机床维修的方法与步骤,例1：直观检查一台德国MAHO公司五轴联动加工中心。在一次传输程序中，CPU板传输接口烧坏。检查发现在RS232接口处有明显焦糊痕迹。将断线处跳接，更换一块8255芯片，重新安装在机床上，将机床参数输入，机床恢复正常。,1.3 数控机床维修的方法与步骤,例2：自诊断功能分析武汉重型机床厂生产的16m立车，在一次加工过程中出现43号报警（PLC未准备好工作）。读出ISTACK中故障代码为34，查询西门子840C诊断手册，内容为接口DMP模块启动错误。检查发现连接地面操作台的DMP模块地板未上电。查阅电气图纸发现为其供电的一空气开关跳闸。,1.3 数控机床维修的方法与步骤,例3：动态T型图诊断武汉重型机床厂生产的16M立车，在使用过程中发现X轴回油槽大量往外漏油。检查回油线路没有发现堵的现象，查阅电气原理图有定程和定时润滑。用PG720编程器，在线监控：PLC逻辑状态正常，PLC输出控制9K50继电器。后检查发现，9K50常开触点粘连，更换新的继电器，故障排除。参考程序(定时润滑）,1.3 数控机床维修的方法与步骤,例4：替换法,在机床的运行过程中，X轴运行正常，Z轴出现故障，并且报跟踪误差过大，图a是正常时的接线图，为了判断具体故障原因，进行如图b对调现在运行系统，（1）如果此时X轴不能正常运行，Z轴能正常运行可以得出什么结论？（2）如果对调后，Z轴依然有故障，说明什么？（3）如果判断故障不是出现在数控系统上，进行如图c对调现在运行系统，此时如果X轴不能正常运行，Z轴能正常运行，可以得出什么结论？,1.3 数控机床维修的方法与步骤,2.数控机床维修的先进方法(1)远程诊断远程诊断是数控系统的生产厂家维修部门提供的一种先进的诊断方法，这种方法采用网络通信手段。,返回,下一页,上一页,1.3 数控机床维修的方法与步骤,(2)自修复系统自修复系统就是在系统内设置有备用模块，在CNC系统的软件中装有自修复程序，当该软件在运行时一旦发现某个模块有故障，系统一方面将故障信息显示在CRT上，另一方面自动寻找是否有备用模块，如有备用模块，则系统能自动使故障模块脱机，而接通备用模块使系统能较快地进入正常工作状态。这种方案适用于无人管理的自动化工作的场合。,返回,下一页,上一页,1.3 数控机床维修的方法与步骤,(3)专家诊断系统专家诊断系统又称智能诊断系统。它将专业技术人员、专家的知识和维修技术人员的经验整理出来，运用推理的方法编制成计算机故障诊断程序库。专家诊断系统主要包括知识库和推理机两部分。,返回,下一页,上一页,1.3 数控机床维修的方法与步骤,(4)神经网络诊断 神经网络理论是在现代神经科学研究成果的基础上发展起来的，神经网络由许多并行的功能单元组成，这些单元类似于生物神经系统的单元，神经网络反映了人脑功能的若干特性，是一种抽象的数学模型，神经网络的特点是信息的分布式存储和并行协同处理，它有很强的容错性和适应性，善于联想、综合和推广。,返回,下一页,上一页,将神经网络用于数控机床故障诊断，将其作为某些难以用传统方法处理的故障诊断的手段和方法，这是数控机床故障诊断与维修技术的发展方向。,1.3 数控机床维修的方法与步骤,1.3.2数控机床维修的步骤数控设备的故障诊断与维修的过程基本上可分为故障记录、维修前的检查、故障分析与排除、维修排故后的总结。1.故障记录(1)故障发生时的情况记录(2)故障发生的频繁程度记录(3)故障的规律性记录(4)故障时的外界条件记录,返回,下一页,上一页,1.3 数控机床维修的方法与步骤,2.维修前的检查(1)机床的工作状况检查(2)机床运转情况检查(3)机床和系统之间连接情况的检查(4)CNC装置的外观检查,返回,下一页,上一页,1.3 数控机床维修的方法与步骤,3.故障分析与排除根据对现场各种情况的分析，对各种可能的原因进行排查，从中找出故障的真正原因。对于维修人员来说这是对机床熟悉程度、知识水平、实践经验和分析判断能力的综合考验。在分析故障起因时，思路一定要开阔，无论是CNC系统、机床强电，还是机械液压、气路等，只要是有可能引起该故障的原因，都要尽可能全面地列出来，进行综合判断和筛选，然后通过必要的测试，达到确诊和最终排除故障的目的。,返回,下一页,上一页,1.3 数控机床维修的方法与步骤,4.维修排故后的总结提高故障分析和维修排除后总结与提高工作是非常重要的阶段，应引起足够的重视。总结提高的主要内容包括:详细记录从故障的发生、分析判断到排除全过程中出现的各种问题，采取的各种措施，涉及的相关电路图、相关参数和相关软件;期间错误分析和排故方法也应记录，并记录无效的原因，除填入维修档案外，内容较多时还要另文详细书写;总结排故过程中所需图样、资料、备件、工具、仪表等的不足，以备条件允许时备齐。,返回,下一页,上一页,1.4 数控机床常见故障的类型与特点,1.4.1数控机床的故障1.数控机床故障的概念数控机床的故障是指数控机床丧失了规定的功能，它包括机械系统、数控系统和伺服系统等方面的故障。数控机床维修的概念 数控机床故障诊断是在数控机床运行中，根据设备故障的现象，在掌握数控系统各部分工作原理的前提下，对现行状态进行分析，并辅助必要的检测手段，查明故障部位和原因，提出有效的维修对策，以便维修人员或操作人员尽快进行故障的修复。,返回,下一页,上一页,1.4 数控机床常见故障的类型与特点,2.故障的机理分析故障机理是指诱发零件、部件、系统发生故障的物理、化学、电学与机械学过程，也可以说是形成故障的原因。故障机理还可以表述为数控机床的某种故障在达到表面化之前，其内部的演变过程及其因果关系。在研究故障机理时，需要考察的基本因素至少有3个。,返回,下一页,上一页,1.4 数控机床常见故障的类型与特点,对象，指故障件本身的内部状态与结构对故障的诱发作用，即内因的作用，如机床的功能、特性、强度、内部应力、内部缺陷、设计方法、安全系数、安装条件等。原因，指能引起设备与系统发生故障的破坏因素，如动作应力(质量、电流、电压、辐射能等)，环境应力(温度、湿度、放射线、日照等)，人为的失误(误操作、装配错误、调整错误等)以及时间的因素(环境随时间的变化、负荷周期、时间的推移)等故障诱因。结果，即产生的异常状态，或者说基本因素作用基本因素的结果。基本因素的状态超过某种界限，就发生故障而作为故障模式，即基本因素。,返回,下一页,上一页,1.4 数控机床常见故障的类型与特点,1.4.2数控机床常见故障的类型数控设备的故障是多种多样的，可以从不同的角度对其进行分类。1.按故障发生的部位分类(1)主体故障(2)电气故障,返回,下一页,上一页,1.4 数控机床常见故障的类型与特点,2.按故障的性质分类(1)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。(2)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，故常也称之为软故障。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。,返回,下一页,上一页,1.4 数控机床常见故障的类型与特点,3.按故障的指示形式分类(1)有报警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。(2)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，其分析诊断的难度通常较大，需要仔细、认真地分析判断才能予以确认。,返回,下一页,上一页,1.4 数控机床常见故障的类型与特点,4.按故障的发生状态分类(1)突然故障突然故障是指数控系统在正常使用过程中，事先并无任何故障征兆出现，而突然出现的故障。(2)渐变故障渐变故障是指数控系统在发生故障前的某一时期内，已经出现故障的征兆，但此时(或在消除系统报警后)，数控机床还能够正常使用，并不影响加工出的产品的质量。,返回,下一页,上一页,1.4 数控机床常见故障的类型与特点,5.按数控机床发生故障的原因分类(1)自身故障数控机床自身故障是由数控机床自身的原因引起的，与外部使用环境及条件无关。数控机床所发生的绝大多数故障均属此类故障，但应注意有些故障并非由机床本身而是由外部原因所造成的。(2)外部故障数控机床外部故障是由外部原因造成的。,返回,下一页,上一页,1.4 数控机床常见故障的类型与特点,6.按故障的影响程度分类从故障的影响程度来看，数控系统故障分为完全失效故障和部分失效故障。完全失效故障是指数控机床出现故障后，不能再正常加工工件，只有等到故障排除后，才能让数控机床恢复正常工作的情况。部分失效故障是指数控机床丧失了某种或部分系统功能，而数控机床在不使用该部分功能的情况下，仍然能够正常加工工件。7.数控机床除上述常见故障分类外，还可根据故障发生时有无破坏性分为破坏性故障和非破坏性故障;或根据故障出现的严重程度分为危险性故障和安全性故障等。,返回,下一页,上一页,1.5 数控机床维修工技术等级标准,1.5.1 数控机床的修理1.数控机床修理的概念数控机床修理是指为保证数控机床正常、安全地运行，以相同的新的零部件取代旧的零部件或对旧的零部件进行加工、修配的操作，这些操作不应改变数控机床的特性。数控机床修理与数控机床改装存在着本质上的区别，修理仅仅是将磨损或损坏了的零部件通过规范的操作恢复到原设计状态。而改造就不一样了，它需要通过再设计去改变数控机床的整机或部件的性能。,返回,下一页,上一页,1.5 数控机床维修工技术等级标准,2.数控机床修理的种类数控机床中的各种零件到达磨损极限的经历各不相同，无论从技术角度还是从经济角度考虑，都不能只规定一种修理即更换全部磨损零件，但也不能规定过多，而影响数控机床的有效使用时间。通常将修理划分为3种，即大修、中修和小修。(1)大修(2)中修(3)小修,返回,下一页,上一页,1.5 数控机床维修工技术等级标准,3.数控机床修理的组织方法和制度(1)修理的组织方法换件修理法:分部修理法:同步修理法:,返回,下一页,上一页,1.5数控机床维修工技术等级标准,(2)修理制度根据数控机床磨损的规律，“预防为主，养修结合”是数控机床检修工作的正确方针。随坏随修，即坏了再修，也叫事后修，事实上是等出了事故后再安排修理。计划预修。这是一种有计划的预防性修理制度，其特点是根据磨损规律，对数控机床进行有计划的维护、检查与修理，预防急剧磨损的出现，是一种正确的修理制度。分类维修。分类维修的特点是将数控机床分为A、B、C三类。A类为重点数控机床，B类为非重点数控机床，C类为一般数控机床。,返回,下一页,上一页,1.5数控机床维修工技术等级标准,4.数控机床修理的技术资料技术资料是分析故障的依据，是解决问题的前提条件。因此，一定要重视数控机床技术资料的收集及日常管理的工作。(1)设备的安装和调试资料(2)设备的使用操作资料(3)维修保养资料,返回,下一页,上一页,1.5 数控机床维修工技术等级标准,1.5.2 数控机床维修工技术等级标准1.中级数控机床维修工(试行)2.高级数控机床维修工(试行)(1)知识要求数控机床的工作原理和基本结构。数控机床的精度检查和误差分析。数控机床坐标轴定位精度测量方法。数控机床加工精度的评定方法。数控机床的典型机构。数控机床故障诊断技术。数控机床电气控制系统及PLC控制。,返回,下一页,上一页,1.5 数控机床维修工技术等级标准,数控机床的操作和程序编写。设备管理基本知识。(2)技能要求看懂数控机床的装配图。看懂数控机床的电气图及PLC控制。数控机床的精度和功能测试。数控机床的安装、调试。数控机床典型部件的检修方法。,返回,下一页,上一页,思考练习题,1.1数控机床维修与调试的意义是什么?1.2什么是平均无故障时间(MTBF)和平均修复时间(MTTR)?1.3简述数控机床维修的基本原则。1.4数控机床维修的方法有哪些?1.5数控机床维修的一般步骤是什么?1.6数控机床故障的类型有哪些?,返回,下一页,上一页,
