数控机床的故障诊断课件.ppt

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1、模块三 数控加工应用技术,学习提纲3.1数控机床的选用 3.2数控机床的安装与调试 3.3 数控机床的检测、验收与设备管理3.4数控机床的维修,3.1数控机床的选用,一、选用依据 各单位的使用要求与侧重点各不相同，但最基本的出发点是相同的，就是满足使用要求，包括典型加工对象的类型、加工范围、内容和要求、生产批量及坯料情况等。使用要求不同，选用的侧重点也不同，具体有以下一些原则。1数控机床的适用范围 数控机床与普通机床相比具有许多优点，应用范围不断扩大。但是数控设备的初始投资费用比较高，技术复杂，对编程、维修人员的素质要求也比较高。在实际选用中，一定要充分考虑其技术经济效益。当零件不太复杂，生产

2、批量又较少时，适合采用通用机床；当生产批量很大时，宜采用专用机床；而当零件形状复杂、加工精度要求高和中小批量轮番生产或产品更新频繁、生产周期要求短时，适合采用数控机床。,3.1数控机床的选用,2工件的加工批量应大于经济批量 在普通机床上加工中小批量工件时，纯切削时间只能占实际工时的1020，但如采用数控机床，则使这个比例可能上升到7080。因此，与普通机床相比，数控机床的单件机动加工工时要短得多，但准备调整工时又要长得多。所以用来加工批量太小的工件是不经济的，而且生产周期也不一定缩短。经济批量可参考下列公式估算：数控机床准备工时-普通机床准备工时经济批量=K（普通机床单件工时-数控机床单件工时

3、）式中，K为修正系数，一般取2以上。数控机床准备工时应包括工艺准备、程序准备、现场准备（机床调整、工件加工程序试运行和试切削等）。对重复性生产的零件，工艺准备和程序准备工时应再除以重复投产次数。普通机床单件工时应包括对应数控机床各加工工序的工时总和，再适当考虑工序集中后对工件整个加工周期缩短的影响。,3.1数控机床的选用,经济批量与数控机床准备工时成正比，而准备工时有取决于使用机床的技术水平、管理水平和配置的附件等情况。随着使用水平的提高，配置工具和手段的齐全，经济批量的基数是可以越来越小的。对一般复杂程度的工件，有10件左右的批量，就可以考虑使用数控机床了。3根据典型加工对象选用数控机床的类

4、型用户在确定典型加工对象时，应根据添置设备技术部门的技术改造或生产发展要求，确定哪些零件的哪些工序准备用数控机床来完成，然后采用成组技术把这些零件进行归类。在归类时往往遇到零件的规格大小相差很多，各类零件的综合加工工时大大超过机床满负荷工时等问题。故要做进一步的选择，确定较满意的典型加工对象后，再来选择适合加工的机床。每一种数控机床都有其最佳加工的典型零件。如卧式加工中心适用于加工箱体、泵体、阀体和壳体等箱体类零件，可以利用机床上回转工作台，能一次安装对工件的四个面进行加工，卧式机床占6070。,3.1数控机床的选用,二、选用内容 选用内容包括机床主参数、精度和功能等。1机床主参数在机床所有的

5、参数中，坐标轴的行程是最主要的参数。基本轴X、Y、Z三个坐标轴的行程反映了机床的加工范围。加工中心的工作台面尺寸和坐标轴的行程都有一定的比例关系，如工作台面尺寸为500mm500mm的机床，X轴行程一般为700800mm、Y轴为550700mm、Z轴为500600mm。主轴转速、进给速度范围和主轴电动机也是主参数，它代表了机床的加工效率，也从一个侧面反映了机床的刚性。如果加工过程中以使用小直径刀具为主，则一定要选择高速主轴，否则加工效率无法提高。,3.1数控机床的选用,2机床精度影响零件加工精度的因素主要有两个，即机床因素和工艺因素。在一般情况下，零件的加工精度主要取决于机床。在机床因素中，主

6、要有主轴回转精度、导轨导向精度、各坐标轴间的相互位置精度、机床的热变形特性等。不同类型的机床，对精度的侧重点是不同的。车床、磨床类机床主要以尺寸精度为主，镗铣类机床主要以位置精度为主。定位精度和重复定位精度综合反映了该轴各运动部件的综合精度。尤其是重复定位精度，反映了该控制轴在行程范围内任意定位点的定位稳定性。铣圆精度是综合评价数控机床有关控制轴的伺服跟随运动特性和数控系统插补功能的指标。从机床的定位精度可估算出该机床在加工时的相应精度。如在单轴上移动加工两孔的孔距精度约为单轴定位精度的1.52倍。普通型加工中心可以批量加工出8级精度的零件，精密型加工中心可以批量加工出67级精度的零件。,3.

7、1数控机床的选用,3机床功能包括坐标轴数和联动轴数、辅助功能、数控系统功能选择等。坐标轴数和联动轴数是主要选择内容。对用户来说，坐标轴数和联动轴数愈多，则机床功能愈强。每增加一个标准坐标轴，则机床价格约增加30 40，故不能盲目追求坐标轴数量。例如，要选择一台通用的卧式加工中心，可能会遇到各种零件，应该在基本轴X、Y、Z的基础上选择B轴（旋转工作台），选择A轴的价值就很低了。数控机床的辅助功能很多，如零件在线测量、机上对刀、砂轮修正与自动补偿、断刀监测、刀具磨损监测、刀具内冷却方式、切屑输送装置和刀具寿命管理等。选择辅助功能要以实用为原则，如砂轮修正与自动补偿对数控磨床来说很重要，刀具冷却方式

8、对镗孔和深孔钻削来说十分必要。在选择数控机床功能的时候，还有一个较难处理的功能预留问题，应结合企业的产品结构、发展与投资规划。对于生产线上用的数控机床，主要考虑效率和价格指标问题，则可不必考虑功能预留；对中小批量生产用的数控机床，功能比效率和价格更为重要，则数控机床必须考虑功能预留。,3.1数控机床的选用,4其它除了上述内容外，数控机床选用还要考虑机床的刚度、可靠性、厂商知名度与信誉、售后服务等因素。机床刚度取决于机床结构和质量。以加工中心为例，大致有两种架构形式，一种是由工具铣床演变而来的，主要由立柱、升降台和滑枕组成。滑枕运动为Z轴，一般可进行立卧主轴转换。另一种是由卧式镗床演变而来的，立

9、柱在导轨上作前后运动为Z轴，铣头在立柱上作上下运动为Y轴，一般不能进行立卧主轴转换。就这两种结构来说，后者刚度较高，但万能性较差。机床运转的可靠性包括两个方面的含义，一是在使用寿命期内故障尽可能少，二是机床连续运转稳定可靠。在选购数控机床时，一般选择正规或著名厂家的品牌机床，并通过走访老用户了解使用情况和售后服务情况的方法，对所选择机型的可靠性作出估计。定购多台数控机床时，应尽可能选用同一厂家的的机床或同一厂家的数控系统，这样会在定购备件、故障诊断与维修方面带来方便，同样可提高机床的运行可靠性。,3.1数控机床的选用,三、购置订货时应注意的问题 签订供货合同，应注意以下方面：1）要订购一定数量

10、的备件有一定的备件储备，对数控机床的维修十分重要。一般可采用厂家推荐的备件清单，优先选择易损件。2）要求供方提供尽可能多的技术资料和较充分的操作维修培训时间订货时可要求供方提供一套说明书，以供翻译、整理和操作维修人员学习使用。这样，在供方提供培训及安装调试时，可学到更多的东西。3）复杂零件的加工问题如果将来加工的零件较复杂，且有较大批量，可要求供方提供全套的刀具、夹具和程序，并加工出合格零件，作为机床的加工试件列入验收项目。4）配置必要的附件和刀具为充分发挥数控机床的作用，增强其加工能力，须配置必要的附件和刀具，如刀具预调仪、自动编程器和中心找正器等。5）优先选择国内生产的数控机床在价格性能比

11、相当的情况下，优先选择国内生产的数控机床。,3.2数控机床的安装与调试,一、安装调试的准备工作 准备工作主要有：（1）厂房设施、必要的环境条件。（2）地基准备：按照地基图打好地基，并预埋好电、油、水管线。（3）工具仪器准备：起吊设备、安装调试中所用工具、机床检验工具和仪器。（4）辅助材料：如煤油、机油、清洗剂、棉纱棉布等。（5）将机床运输到安装现场，但不要拆箱。拆箱工作一般要等供方服务人员到场。如果有必要提前开箱，一要征得供方同意，二要请商检局派员到场，以免出现问题发生争执。,3.2数控机床的安装与调试,二、安装调试的配合工作 在安装调试期间，要做的配合工作有以下方面：（1）机床的开箱与就位，

12、包括开箱检查、机床就位、清洗防锈等工作。（2）机床调水平、附加装置组装就位。（3）接通机床运行所需的电、气、水、油源：电源电压与相序、气水油源的压力和质量要符合要求。这里主要强调两点，一是要进行地线连接，二是要对输入电源电压、频率及相序进行确认。数控设备一般都要进行地线连接。地线要采用一点接地型，即辐射式接地法。这种接地法要求将数控柜中的信号地、强电地、机床地等直接连接到公共接地点上，而不是相互串接连接在公共接地点上。对于输入电源电压、频率及相序的确认，有如下方面：检查确认变压器的容量是否满足控制单元和伺服系统的电能消耗。,3.2数控机床的安装与调试,检查电源电压波动范围是否在数控系统的允许范

13、围之内。一般日本的数控系统允许在电压额定值的11085范围内波动，而欧美的一些系统要求较高一些。对于采用晶闸管控制元件的速度控制单元和主轴控制单元的供电电源，一定要检查相序。（4）检查各油箱油位，需要时给油箱加油。（5）机床通电并试运转：机床通电操作可以是一次各部件全面供电，或各部件分别供电，然后再作总供电试验。（6）机床精度检验、试件加工检验。（7）机床与数控系统功能检查。（8）现场培训：包括操作、编程与维修培训，保养维修知识介绍，机床附件、工具、仪器的使用方法等。（9）办理机床交接手续：若存在问题，但不属于质量、功能、精度等重大问题，可签署机床接收手续，并同时签署机床安装调试备忘录，限期解

14、决遗留问题。,3.2数控机床的安装与调试,三、安装调试的组织工作 在数控机床安装调试过程中，作为用户要做好安装调试的组织工作。安装调试现场均要有专人负责，赋予现场处理问题的权力，做到一般问题不用请示即可现场解决，重大问题经请示研究要尽快答复。安装调试期间，是用户操作与维修人员学习的好机会，要很好地组织有关人员参与，并及时提出问题，请供方服务人员回答解决。对待供方服务人员，应原则问题不让步，但平时要热情，招待要周到。,3.3数控机床的检测、验收与设备管理一、数控机床的检测与验收 检测验收包括对机床的机、电、液和整机综合性能及单项性能的检测，另外还需对机床进行刚度和热变形等一系列试验，检测手段和技

15、术要求高，需要使用各种高精度仪器。对数控机床的用户，检测验收工作主要是根据订货合同和机床厂检验合格证上所规定的验收条件及实际可能提供的检测手段，全部或部分地检测机床合格证上的各项技术指标，并将数据记入设备技术档案中，以作为日后维修时的依据。1开箱检查 开箱检查的主要内容有以下方面：（1）检查随机资料：装箱单、合格证、操作维修手册、图纸资料、机床参数清单及软盘等；,3.3 数控机床的检测、验收与设备管理（2）检查主机、控制柜、操作台等有无明显碰撞损伤、变形、受潮、锈蚀、油漆脱落等现象，并逐项如实填写“设备开箱验收登记卡”和入档；（3）对照购置合同及装箱单清点附件、备件、工具的数量、规格及完好状况

16、。如发现上述有短缺、规格不符或严重质量问题，应及时向有关部门汇报，并及时进行查询、取证或索赔等紧急处理。2机床几何精度检查 几何精度综合反映了该机床各关键部件精度及其装配质量与精度，是数控机床验收的主要依据之一。数控机床的几何精度检查与普通机床的几何精度检查基本类似，使用的检测工具和方法也很相似，只是检查要求更高，主要依据与标准是厂家提供的合格证（精度检验单）。,3.3 数控机床的检测、验收与设备管理 常用的检测工具有：精密水平仪、直角尺、精密方箱、平尺、平行光管、千分表、测微仪、高精度主轴检验芯棒等。检测工具和仪器的精度必须比所测几何精度高一个等级。3机床定位精度检查 定位精度是指机床各坐标

17、轴在数控系统的控制下运动所能达到的位置精度。因此，根据实测的定位精度数值，可判断出该机床自动加工过程中能达到的最好的零件加工精度。定位精度的主要检测内容如下：（1）各直线运动轴的定位精度和重复定位精度；（2）各直线运动轴参考点的返回精度；（3）各直线运动轴的反向误差；（4）旋转轴的旋转定位精度和重复定位精度；（5）旋转轴的反向误差；（6）旋转轴参考点的返回精度。,3.3 数控机床的检测、验收与设备管理 测量直线运动的检测工具有：测微仪、成组块规、标准长度刻线尺、光学读数显微镜及双频激光干涉仪等。标准长度测量以双频激光干涉仪为准。旋转运动检测工具有：360齿精密分度的标准转台或角度多面体、高精度

18、圆光栅及平行光管等。4机床切削精度检查 机床切削精度检查是在切削加工条件下对机床几何精度和定位精度的综合检查。一般分为单项加工精度检查和加工一个综合性试件检查两种。对于卧式加工中心，其切削精度检查的主要内容是形状精度、位置精度和表面粗糙度，具体项目有：（1）镗孔尺寸精度及表面粗糙度；（2）镗孔的形状及孔距精度；（3）端铣刀铣平面的精度；,3.3 数控机床的检测、验收与设备管理（4）侧面铣刀铣侧面的直线精度；（5）侧面铣刀铣侧面的圆度精度；（6）旋转轴转90侧面铣刀铣削的直角精度；（7）两轴联动的加工精度。被切削加工试件的材料除特殊要求外，一般都采用一级铸铁，使用硬质合金刀具按标准切削用量切削。

19、5数控机床功能检查 包括机床性能检查和数控功能检查两个方面。（1）机床性能检查 以立式加工中心为例介绍机床性能检查内容。主轴系统性能 进给系统性能 自动换刀系统性能,3.3 数控机床的检测、验收与设备管理 除了上述的机床性能检查项目外，还有电气装置（绝缘检查、接地检查）、安全装置（操作安全性和机床保护可靠性检查）、润滑装置（如定时定量润滑装置可靠性、油路有无渗漏等检查）、气液装置（闭封、调压功能等）和各附属装置的性能检查。（2）数控功能检查 数控功能检查要按照订货合同和说明书的规定，用手动方式或自动方式，逐项检查数控系统的主要功能和选择功能。检查的最好方法是自己编一个检验程序，让机床在空载下自

20、动运行816小时。检查程序中要尽可能把机床应有的全部数控功能、主轴的各种转速、各轴的各种进给速度、换刀装置的每个刀位、台板转换等全部包含进去。对于有些选择功能要专门检查，如图形显示、自动编程、参数设定、诊断程序、参数编程、通讯功能等。,3.3 数控机床的检测、验收与设备管理二、数控机床的设备管理 设备管理是一项系统工程，应根据企业的生产发展及经营目标，通过一系列技术、经济、组织措施及科学方法来进行。前面所介绍的设备选用、安装、调试、检测与验收等只属于该工作的前期管理部分，接下来它还应包括使用、维修以及改造更新，直至设备报废整个过程中的一系列管理工作。在设备管理的具体运用上，可视各企业购买和使用

21、数控机床的情况，选择下面的一些阶段进行：（1）在使用数控机床的初期阶段，尚无一套成熟的管理办法和使用设备的经验，编程、操作和维修人员都较生疏，在这种情况下，一般都将数控机床归生产车间管理，在相当长的时间内让技术员与操作工人一样顶班操作。,3.3 数控机床的检测、验收与设备管理（2）在掌握了一定的应用技术及数控机床有一定数量之后，可对这些设备采用专业管理、集中使用的方法。工艺技术准备由工艺部门负责，生产管理由工厂统一平衡和调度，数控设备集中在数控工段或数控车间，在数控车间无其他类型普通机床的情况下，数控车间可只承担“协作工序”。（3）企业数控机床类型和数量较多，各种辅助设施比较齐全，应用技术比较

22、成熟，编程、操作和维修等方面的技术队伍比较强大，可在数控车间配备适当的普通机床，使数控车间扩大成封闭的独立生产车间，具备独立生产完整产品件的能力。必要时可实行设备和刀具的计算机管理，使机床的开动率较高，技术、经济效益都比较好。无论采用哪个阶段，设备管理都必须建立各项规章制度。如建立定人、定机、定岗制度，进行岗位培训，禁止无证操作。,3.4数控机床的维修,一、数控机床维修概述 1数控机床的可靠性与维修1）数控机床的可靠性概念由于数控机床所使用的元件繁多、原理复杂，因而容易出现故障。这就对数控机床提出了稳定性、可靠性的要求。系统的可靠性，是指在规定的工作条件（即设计时提出的该系统的使用环境温度、使

23、用方法、使用条件等）下，系统维持无故障工作的能力。衡量可靠性的指标，常用以下几种指标：（1）平均无故障时间MTBF（Mean Time Between Failures）：它是指一台数控机床在使用中两次故障间隙的平均时间，即数控机床在寿命范围内总工作时间和总故障次数之比，即，MTBF总工作时间/总故障次数。（2）平均修复时间MTTR（Mean Time To Restore）：它是指一台数控机床从出现故障开始直至能正常使用所用的平均时间。显然，要求这段时间越短越好。,3.4数控机床的维修,（3）有效度A：是从可靠度和可维修度对数控机床的正常工作进行综合评价的尺度，即可维修的机床在某特定的时间内

24、维持其性能的概率，即：MTBFA=MTBF+MTTR有效度A是小于1的值，且A越接近1越好。对一般用途的数控系统，其可靠性指标至少应达到的要求为：平均无故障时间：MTBF300h有效度：A0.95对于有特殊要求或用于FMS和CIMS的CNC系统，其可靠性的要求高得多。2）维修的概念为了发挥数控机床的高效益，就要保证它的开动率。这不仅对数控机床的各部分提出了很高的稳定性和可靠性要求，而且对数控机床的使用与维修提出了很高要求。,3.4 数控机床的维修,维修包含两个方面的含义：（）日常维护与保养（预防性维修），这可以有效延长MTBF；（）故障维修，在出现故障后尽快修复，尽量缩短MTTR时间，提高机床

25、的有效度A指标。3）对维修工作的基本要求数控机床属于技术密集和知识密集的设备，其故障不简单易见，这对维修人员提出了很高的要求。它不仅要求维修人员有电子技术、计算机技术、电气自动化技术、检测技术、机械理论和机械加工工艺、液压与气动等技术知识，还要求具有综合分析和解决问题的能力，能尽快查明故障原因，及时排除故障，提高数控机床的开动率。要做好维修工作，必须首先熟悉数控机床的有关说明书等资料，对数控机床的系统、结构布置等有详细的了解，并对数控机床的故障规律有所熟悉。,3.4 数控机床的维修,2数控机床的故障规律数控机床的故障率随时间变化的规律，图6.1所示的浴盆曲线。数控机床的故障频度大致可分为三个阶

26、段，即早期故障期、偶发故障期及耗损故障期。,3数控机床日常维护与保养有以下几方面的内容：（1）保持设备的清洁：主要部位如工作台、裸露的导轨、操作面板等，应每班擦一次。每周对整机进行一次较彻底的清扫与擦试。要特别注意导轨、台板转换器及刀库中刀具上的切屑，要及时清扫。,3.4 数控机床的维修,有些部位需要定期清扫和擦试，如冷却装置的防尘垫、压缩空气系统的过滤器芯、冷却液箱中残存的切屑等。必要时对各个电路板、电气元件采用吸尘法进行卫生清扫等，坚持按照说明书上的要求做好清洁工作。（2）定期对各部位进行检查：需要经常检查的部位有：液压、润滑、冷却装置的油（液）位；气压、空气过滤装置、油雾润滑装置；各紧急

27、停车按钮、各轴的限位开关等。需定期检查的主要部位有：传动皮带的磨损及松紧情况；液压油、润滑油及冷却液的洁净度；电机及测速发电机碳刷、整流子的磨损情况；导轨间隙等。（3）进行必要的调整与更换：根据检查情况，必要时进行调整与更换，如：导轨间隙的调整、皮带松紧度的调整。如果传动皮带磨损严重、碳刷短于规定的长度、液压油的洁净度不够等问题出现，则必须进行相应的更换。,3.4 数控机床的维修,二、数控机床的故障诊断 数控机床故障维修的难点，也是最重要的环节，就是查找故障原因，即故障诊断。1故障诊断的一般步骤当数控机床发生故障时，除非出现危及数控机床或人身安全的紧急情况，一般不要关断电源，要尽可能保持机床原

28、来的状态不变，并对出现的一些信号和现象作好记录，这主要包括：（1）故障现象的详细记录；（2）故障发生时的操作方式及内容；（3）报警号及故障指示灯的显示内容；（4）故障发生时机床各部分的状态与位置；（5）有无其他偶然因素，如突然停电、外线电压波动较大、打雷、某些部位受潮或进水等。,3.4 数控机床的维修,数控机床一旦发生故障，首先要沉着冷静，根据故障情况进行全面的分析，确定查找故障源的方法和手段，然后有计划、有目的地仔细检查，切不可急于动手，乱查一通。故障诊断一般按下列步骤进行：（1）充分调查故障现场：一方面维修人员要向操作者调查，详细询问出现故障的全过程，查看故障记录单，了解发生过什么现象，曾

29、采取过什么措施等；另一方面要对现场作细致的勘查。从系统的外观到系统内部各线路板都应细心地察看是否有异常之处。在确认系统通电无危险的情况下，方可通电，观察系统有何异常以及CRT显示的内容等。（2）根据故障情况进行分析，缩小范围，确定故障源查找的方向和手段。（3）由表及里进行故障源查找：故障查找一般是从易到难，从外围到内部逐步进行。所谓难易，是指技术上的复杂程度和拆卸装配方面的难易程度。,3.4 数控机床的维修,故障诊断的一般方法 1）CNC系统故障诊断的一般方法（1）根据CRT上或LED灯或数码管的指示进行故障诊断：CNC系统很强的自诊断功能，可对整个机床进行全面监控，并将诊断到的故障或错误以报

30、警号或错误代码的形式显示在荧光屏CRT上。一般包括下列方面的故障报警号（错误代码）信息：程序编制错误或操作错误；存储器工作不正常；伺服系统故障；可编程控制器PC故障；连接故障，如保险丝熔断、反馈断线等；温度、压力、液位等不正常；行程开关（或接近开头）状态不正确。,3.4 数控机床的维修,可对整个机床进行全面监控，并将诊断到的故障或错误以报警号或错误代码的形式显示在荧光屏CRT上。对于华中型数控系统，可操作数控系统界面菜单，从基本功能菜单开始，按F10（扩展功能）F4（故障诊断）F6（报警显示）键，则在正文窗口中显示出当前错误报警信息，以进行故障诊断。另外，控制系统的发光二极管LED或数码管，也

31、可根据系统的自诊断功能，指示相应的故障信息。如果LED或数码管和CRT上的故障报警号同时报警，综合二者的报警内容，可更加明确地指示出故障的位置，是故障诊断最有效的一种方法。（2）根据PC状态或梯形图进行故障诊断：PC控制器的作用主要进行开关量的控制与管理，能更深层次认识故障的实质。,3.4 数控机床的维修,PC控制器输入输出状况的确定方法是每一个维修人员所必须掌握的。经常需确定某一反馈元件是什么状态，以及PC控制器的某个输出是什么状态。例如，华中型数控系统可通过系统的主菜单，按F10 F1 F4键，即可调出PC状态。（3）用诊断程序进行故障诊断：绝大多数数控系统都有诊断程序。诊断程序是对数控机

32、床各部分包括数控系统本身进行状态和故障检测的软件。可利用该程序诊断出故障所在的范围或具体位置。诊断程序一般分为三种，即启动诊断、在线诊断（也称后台诊断）和离线诊断。启动诊断：从每次通电开始到进入正常的运行准备状态止，CNC内部诊断程序自动执行的诊断，一般在数秒内即可完成。主要检查的硬件包括：CPU、存储器等装置或外设。,3.4 数控机床的维修,在线诊断：在系统通过启动诊断进入运行状态后，由内部诊断程序对CNC及与之相连接的外设、各伺服单元及附加装置的状态进行的自动检测和诊断。只要系统不断电，在线诊断在系统正常工作后就一直处于工作状态。诊断范围很大，显示信息的内容也很多。一台带刀库和工作台板转换

33、器的加工中心，其报警内容约有五六百条。前面介绍的根据CRT或LED指示灯就是启动诊断和在线诊断的内容显示。离线诊断：利用专用的检测诊断程序进行的高层次诊断。离线诊断的程序存储及使用方法一般不相同，如美国辛辛那提公司（Cincinnati Acramatic）的850及950系统则把离线诊断程序与CNC控制程序一同存入CNC中，可随时用键盘调用这些程序，在CRT上观察诊断结果。而A-B公司的8200系统在作离线诊断检查时，才把专用的诊断程序输入CNC中作检查运行。,3.4 数控机床的维修,（4）CNC系统故障诊断的新方法：高层次的诊断技术。自修复系统（Self-Repair System）：在控

34、制系统内装一套备用板，当某一台电路板发生故障时，控制系统通过诊断程序进行判断，确定故障板后，即将该板与系统隔离，并启动备用板，机床就可继续进行加工，同时发出报警信号，通知维修人员更换故障板。这种系统的优点是，发生故障不停机，修理工作不占机时。缺点是成本较高。专家诊断系统（Trubleshooting Guidance Expert System）：专门设计制造。由于该诊断系统的设计者就是数控系统或机床的各方面设计人员或高级维修人员，可针对不同情况提出专家意见。一般都可得到满意的结果。通讯诊断系统（Diagnostic Communication System）：指数控机床具有的一种通讯功能，可

35、以通过电话线与制造厂家的专家诊断系统直接联机，接受诊断，并将诊断结果通知用户。用户维修人员在专家诊断系统的直接指导下进行维修。,3.4 数控机床的维修,2）根据机床参数进行故障诊断机床参数也称为机床常数，是通用的数控系统与具体的机床相匹配时所确定的一组数据，它是数控系统的系统程序中未确定的数据或可选择的方式。机床参数通常存于RAM中，由机床厂家根据所配机床的具体情况进行设定，部分参数还要通过调试来确定。机床参数大都向用户提供，方式有参数表、数据磁带或软盘等。由于某种原因，如误操作、系统干扰等，存于RAM中的机床参数可能发生改变甚至丢失，从而导致机床故障。在维修过程中，有时也要利用某些机床参数对

36、机床进行调整，还有的参数须根据机床的运行情况及状态进行必要的修正。维修人员对机床参数应尽可能地熟悉，正确进行故障诊断。华中型数控系统的机床参数，从基本功能菜单开始，按F3（参数）F1（参数索引）键，在输入正确的参数修改口令后，即可修改机床有关参数。,3.4 数控机床的维修,3）其它诊断方法（1）经验法。须要求维修人员根据自己的知识和经验，对故障进行更深入更具体的诊断。（2）换板法。将怀疑目标用备件板进行更换，或与相同型号的电路板互换，然后启动机床，观察故障现象是否消失或转移，以确定故障的具体位置。如故障现象依然存在，说明故障与所更换的电路板无关，而在其它部位；如果故障消失或转移，则说明更换之板

37、为故障板。它是一种简单易行的方法，也是数控维修，特别是故障诊断中常用的方法之一。在交换备件板之前，应仔细检查：备件板是否完好；备件板的状态应与原板状态完全一致，包括检查板上的选择开关、短路棒的设定位置以及电位器的位置；在置换CNC装置的存储板时，往往还需要对系统作存储器的初始化操作，重新设定各种数控数据。,3.4 数控机床的维修,三、数控机床的故障维修 1数控系统的故障维修数控系统的故障维修是很困难的。作为用户级的维修人员，其主要任务是：正确处理数控系统的外围故障，用换板法修复硬件故障或根据故障现象及报警内容，正确判断出故障电路板或故障部件。至于换下来的故障电路板，可尽量作一些检查与修理工作。

38、下面以FANUC 10/11/12数控系统为例，数控系统的几个常见故障维修如下：1）数控系统不能接通电源数控系统的电源输入单元（Input Unit）指示灯不亮，说明交流电源未加到输入单元，可检查电源变压器是否有交流电源输入；如果交流电源已输入，应检查输入单元的保险是否烧断。,3.4 数控机床的维修,如果输入单元上的故障指示灯亮，应检查数控系统的电源单元。一般是由于电源单元的工作允许信号EN（Enable Signal）消失，输入单元切断了电源单元的供电。此时可能有两种原因：电源单元故障所致或电源单元的负载（即数控系统）故障所致。当然，输入单元故障也会引起故障指示灯亮，不过这种情况较为少见。此

39、外，操作面板上的电源开关中的OFF状态接触不良，也造成数控系统不能接通电源。2）数控系统的电池问题绝大部分数控系统都装有电池，在系统断电期间，作为RAM保持或刷新的电源。如果使用的是可充电电池，则数控系统本身有充电装置，在系统通电时由直流电源提供RAM的工作电压并给电池充电；断电时，用电池储存的能量来保持RAM中的数据。,3.4 数控机床的维修,如果使用的是不可充电的高能电池，则在系统通电时，由直流电源提供RAM的工作电压；系统断电时，由高能电池提供能量来保持RAM中的数据。无论使用哪种电池，当电池电压不足时，数控系统都会发出报警信号，提醒操作人员或维修人员及时更换电池。更换电池一定要在数控系

40、统通电的情况下进行。否则，存储器中的数据就会丢失，造成数控系统的瘫痪。2伺服驱动系统的故障维修伺服驱动系统是一个完整的闭环自动控制系统，是整个数控机床的主要故障源之一。下面列举两例常见的伺服驱动系统故障维修。1）飞车这里所说的飞车，是指伺服电机在运行时，转速持续上升或急剧上升，控制系统无法进行控制，最后造成紧急停车。,3.4 数控机床的维修,造成飞车的原因可能是：（1）从测量反馈元件来的信号异常：测量反馈信号的丢失、畸变或极性反向，均会引起飞车。可进行如下检查：检查接线，确认是否有正反馈现象，测量反馈元件到电路板之间的连接是否可靠，有无接触不良和断路现象；检查测量反馈元件能否正常工作，光电编码

41、盘输出脉冲的频率或测速机输出电压是否与转速成正比；检查电机与反馈元件之间的连接是否松动或脱落；光栅尺读数头与运动部件的连接是否松动或脱落。（2）电路板故障：用换板法检查与伺服控制有关的电路板；还可应用其它高级诊断方法（诊断程序）进行检查。（3）从CNC来的指令信号异常：多数是由于D/A转换器损坏所致，无论数字指令是多少，D/A转换器输出总是最大值，会产生貌似飞车但实际并非飞车的现象。检查方法采用测量模拟指令电压法。,3.4 数控机床的维修,2）振动引起振动的原因有多方面的。（1）设定原因：检查与速度、位置有关的参数，若有误，则修正。按照说明书的规定，检查速度控制系统的短路线设定、开关设定、电位

42、器设定是否有误。（2）振动频率与进给速度成正比变化时，可能有以下原因：速度反馈元件（如测速发电机）或电机本身有问题；与转动有关的机械部分有问题。（3）振动频率不随进给速度变化，可能有以下原因：伺服驱动系统电路板设定或调整不良；伺服系统电路板有故障。（4）机械振动：车床的刀杆刚性不足，切削刃不锋利，机械连接的松动，轴承、齿轮、同步皮带的损坏，导轨的爬行等，都可能引起振动。,3.4 数控机床的维修,3机械系统故障维修各种机械故障通常可通过细心维护保养、精心调整来解决，或通过修复或更换部件来排除故障。例子：加工中心机床上主轴锥孔内弹性夹头的调整。弹性夹头用来将安装在主轴锥孔内的刀柄拉紧，其拉紧力靠碟

43、形弹簧产生，松开靠液压油缸克服碟形弹簧力。该弹性夹头如果由于调整不当，或由于长期使用造成各部分的磨损，有可能引起刀柄在锥孔内拉得不紧，刀柄锥度部分与主轴锥孔不能很好地贴合，因而造成刀柄松动，以致影响加工精度甚至根本不能加工。在少数情况下，也可能会出现释放刀具时，由于弹性夹头未完全张开，造成取下刀柄困难。故障的根本原因是弹性夹头的位置不合适。调整时一般以弹性夹头底部与主轴锥孔外沿平面的距离作为控制尺寸来进行，最终要以实际的装刀卸刀柄来检验。,3.4 数控机床的维修,4液压系统故障维修液压系统一般用于完成主轴抓刀机构的释放、换刀机械手的驱动、某些部位的夹紧等。液压系统故障大多数是由于维护保养不当所

44、致。因此，平时按规定对液压系统进行维护和保养，液压系统的大多数故障都可避免发生。注意：当液压系统更换液压油品种时，要将系统中原有的油全部放掉并清洗系统，然后再加入新油，千万不要将不同牌号的油混合使用。5压缩空气系统故障处理气动系统在数控机床上担任辅助工作。如换刀时，用来清洗刀柄和主轴锥孔；更换工作台板时，用来清洗导轨、定位孔和定位销；还常常使用气动卡盘、自动转位刀架等。气动系统较为简单，多数故障是由于杂质（主要为铁锈）与水分引起的。可对过滤器进行清洗，采用气水分离器等。,3.4 数控机床的维修,6其它系统故障处理1）冷却及通风系统数控机床的控制柜采用风冷或制冷装置进行冷却。对风冷系统要经常检查

45、风扇运转是否正常，进风口的空气过滤垫是否需要清洗等。对冷却装置，需经常检查其制冷效果2）润滑系统主轴润滑系统专门用来对主轴传动机构进行润滑。由油泵出来的油通过流量计到供油管，流量计预先被调到一定的流量，若出现异常（如油流中断），则发出报警信号。中心润滑系统用来对数控机床所有的滑动面（如导轨副）和运动部件进行润滑。油管中装有压力继电器，当中心润滑系统出现故障时，压力继电器就会切断所有的进给驱动回路的电源，使机床停止工作，同时显示报警内容。润滑系统维护保养的特点：选用合适的润滑油品，经常检查油位，不使缺油。在更换润滑油品牌时，一定要将原有的油放掉，并加入煤油运行半小时以上，将管路清洗干净，再加入新

46、油运行。,3.4 数控机床的维修,四、故障诊断与维修综合实例 以基于华中型数控系统下的数控机床为例。1简易数控机床“掉步”问题的处理由于简易数控机床属于开环数控机床，伺服驱动装置采用步进电机，故易产生着“掉步”。有如下方面处理方法：（1）查看是属于哪个方向（X、Y、Z向）出现“掉步”。（2）若某个方向出现“掉步”，再查看这个方向是正方向还是反方向出现“掉步”。（3）查看出现“掉步”方向的步进电机或驱动板（电源）是否正常。若正常，且某个方向的正（负）向不“掉步”，而其负（正）向出现“掉步”，则可断定为步进电机的传动同步带磨损或撕裂，或此方向的最高快移速度设置太高，或工作环境不好。（4）若步进电机

47、传动的同步带磨损或撕裂，应换成同规格的新同步带。,3.4 数控机床的维修,（5）若某方向的最高快移速度设置太高，则按前述修改机床参数的方法，修改此参数为合适值（一般低于3000mm/min）。（6）若工作环境不好，一般为连续工作时间太长，致使机床工作温度太高，或移动部件润滑不充分，或太潮湿且灰尘太多等。可在停机，待工作环境好后，再开机工作。2某工作轴不动作使数控机床工作在点动工作方式，在操作面板上点动不动作的进给轴方向键，若此轴仍不动作，则需检查维修如下：（1）使用皮带传动的，检查皮带是否脱落或断裂。（2）检查从驱动电机电柜中驱动单元或驱动电源电缆信号线各环节正常否，有无松脱，电源开关是否跳闸

48、等。3急停报警急停报警的原因一般为两个：因安全问题，人为按压“急停”按钮；超程引起的急停。可按下述进行：,3.4 数控机床的维修,（1）因安全原因，人为按压“急停”按钮后，要解除急停报警，则要顺着“急停”按钮箭头指示的方向转抬，即可解除。（2）超程引起的急停，一般有急停报警显示在CRT上，且“超程”指示灯亮，为进给轴超程引起。超程有硬超程、软超程两种。对于硬超程，则表示行程开关碰到了超程位置处的行程挡块。解除硬超程，需在点动工作方式下，按住“超程解除”键不放，再按超程的反方向进给键，使工作台（铣床）或刀架（车床）向超程的反方向移动，直至“超程”指示灯灭为止。对于软超程，是指进给轴实际位置超出了

49、机床参数中设定的进给轴极限位置。解除软超程的方法，详见：明兴祖等编著数控加工综合实践教程北京：清华大学出版社，2008，。当上述硬超程或软超程解除后，屏幕上的“急停报警”信息即可消除。,3.4 数控机床的维修,4切削刀具路径未显示在CRT工作区域中央在进行程序校验或空运行或试切削或加工时，往往需要将切削刀具路径显示在CRT图形显示窗口中央，以观察切削路径的正确性，避免产生加工故障。解决方法，详见：明兴祖等编著数控加工综合实践教程北京：清华大学出版社，2008，。5联机不通在联机不通时，数控机床操作面板上“联机”指示灯不亮，可从如下方面进行检查和维修。（1）计算机并口和操作面板上的接口是否正常，联结电缆是否松动。（2）电源输入单元有无问题，保险是否烧断。（3）电源单元的工作允许信号EN是否消失；NC板是否有12VAC信号。一般通过测量比较法进行。（4）光电隔离板工作是否正常。,