数控机床故障诊断与排除 陈玉阁 李淑艳 学习情境5 数控车床主轴停转新

1、在线教务辅导网：在线教务辅导网：http:/ 更多课程配套课件资源请访问在线教务辅导网更多课程配套课件资源请访问在线教务辅导网 学习情境5数控车床主轴停转 故障诊断与排除 一、项目要求 二、项目分析 三、项目实施的路径与步骤 四、项目预案 五、项目实施 六、项目评价 七、项目作业 八、项目拓展 一、项目要求 1)时间要求：12学时。 2)质量要求：能够准确无误地诊断与排除故障。 3)安全要求：严格按照安全操作规程进行项目作业。 4)文明要求：自觉按照文明生产规则进行项目作业。 5)环保要求：努力按照环境保护要求进行项目作业。 二、项目分析 1.主轴伺服系统的工作原理主轴伺服系统由主轴驱动装置与

2、主轴电 动机组成。 1.故障诊断的原则故障诊断的原则：先外部后内部、先机械后电气、 先静后动、先公用后专用、先简单后复杂、先一般后特殊、先检查 后通电。 1)CNC速度控制信号引起的故障。 2)主轴驱动装置故障。 3)主轴电动机故障。 (一)CNC速度控制信号引起的故障分析 二、项目分析 在数控加工的过程中，程序中的S指令代表了主轴转速的大小，经过 PLC程序计算译码之后，以16位二进制代码的形式储存于PLC的字 输出寄存器的Y28、Y29中，为主轴D/A的数字量输出，经过数控装 置主印制电路板上专用的D/A转换硬件电路将之转化成为模拟电压 信号，再通过数控装置的主轴控制接口XS9将速度模拟电

3、压输送到 主轴驱动装置中。 主轴接口定义与引脚说明 图5-1XS9主轴控制接口结构图 二、项目分析 表5-1XS9引脚信号说明 二、项目分析 1.CNC速度控制信号引起的硬件故障分析 主轴单元与数控装置的连接 图5-2数控装置与主轴伺服单元的连线图 二、项目分析 2.CNC速度控制信号引起的软件故障分析 硬件配置参数的定义 表5-2主轴硬件配置参数 1)在“参数功能”子菜单下，按“F1”键，系统将弹出 “参数索引” 子菜单。 2)用“”、“”键选择要查看或设置的选项，按“Enter”键进入 下一级菜单或窗口。 3)如果所选的选项有下一级菜单，例如“坐标轴参数”，系统会弹 出该选项的下一级菜单。

4、 二、项目分析 4)用同样的方法选择、确定选项，直到所选的选项没有下一级菜单 为止，此时，图形显示窗口将显示所选参数块的参数名及参数值， 用“”、“”、“”、“”、“PgUp”、“PgDn”等键移动 蓝色光标条，到达所要查看或设置的参数处。 5)如果之前没有输入权限或者输入的权限级别比设置修改此项所需 的权限低，则只能查看参数，按“Enter”键系统将弹出提示对话框。 6)如果之前输入了设置此项所需的权限，按“Enter ”键则进入编辑 设置状态，用“ ”、“ ” 、“BS”、 “Del”键进行编辑，按 “Enter ”键确认。 7)找出硬件配置参数中部件22对应的参数，查看其设定值，可用“P

5、 gUp”、“PgDn”键选中并编辑修改。 二、项目分析 项目链接 PMC系统参数的定义 表5-3主轴PMC系统参数 (二)主轴驱动装置故障分析 利用数控装置的主轴控制接口XS9中的模拟量电压输出信号作为主 轴驱动装置的速度给定，通过主轴驱动装置的调节作用，实现对电 动机的无级调速。 项目链接 1.变频器的工作原理 2.SJ-100变频器面板的按键定义 二、项目分析 3.SJ-100变频器常见功能参数 表5-4SJ-100变频器的主要故障及故障诊断 1)按下变频器操作面板上的“FUNC”功能键，可以选择参数模式查 看内部参数，使变频器参数进入可编辑状态。 2)如需修改，通过“”键和“”键增大或

6、减少参数值。 3)如果设置完成，按“STR”键对变频器的修改参数进行保存。 二、项目分析 (三)主轴电动机故障分析 如果主轴不能正常起动，则可能是由主轴电动机有关的故障引起的， 如电动机过载、电源不能正常输入、电动机内部结构故障都可能引 起主轴电动机停转。 三、项目实施的路径与步骤 1.项目路径 图5-3项目实施路径图 三、项目实施的路径与步骤 2.项目步骤 1)布置项目任务，对项目实施时间、最终质量、安全生产、文明生 产、环保意识做出具体要求。 2)从主轴伺服系统的结构和工作原理出发，对CNC速度控制信号引 起的主轴停转故障进行分析。 3)基于交流电动机的调频调速基本原理，对主轴驱动装置引起

7、的主 轴停转故障进行分析。 4)根据三相异步交流电动机的工作原理，对主轴电动机引起的主轴 停转故障进行分析。 5)检查与主轴模拟电压信号和主轴正、反转信号有关的硬件或线路 故障。 三、项目实施的路径与步骤 6)查看与主轴模拟电压信号和主轴正、反转信号有关的软件故障。 7)检查由主轴变频器引起的故障。 8)检查由主轴电动机引起的故障。 9)对学生的项目完成情况进行评价，按照评分表的标准给出成绩。 10)关闭电源，将实训台恢复原样，清点并归还工具；认真填写实训 设备使用情况，对废品、废料进行分类处理，打扫实训室卫生；组 织同学对此项目进行总结，项目完成。 四、项目预案 解决措施：在设置PMC系统参

8、数和硬件配置参数设置保存完成后， 对于华中数控系统，需要重新开机，参数才能生效。 解决措施：使能信号没有接通，通过CRT观察I/O状态，分析机床PL C程序，以确定主轴的起动条件，检查外部起动的条件是否符合。 五、项目实施 1.组织方式 2.生产准备 六、项目评价 表5-5项目评价表 学习情境6数控车床刀架转位异常 故障诊断与排除 一、项目要求 二、项目分析 三、项目实施的路径与步骤 四、项目预案 五、项目实施 六、项目评价 七、项目作业 八、项目拓展 一、项目要求 1)时间要求：12学时。 2)质量要求：能够准确无误地诊断与排除故障。 3)安全要求：严格按照安全操作规程进行项目作业。 4)文

9、明要求：自觉按照文明生产规则进行项目作业。 5)环保要求：努力按照环境保护要求进行项目作业。 二、项目分析 (一)刀架转位不正常机械故障的分析 华中数控车床的自动换刀装置属于回转刀架式自动换刀装置，四方 刀架，可安装4把刀；三相交流异步电动机带动刀架动作，从而完成 自动换刀的过程。 项目链接 刀架机械部分工作原理 (二)刀架转位不正常电气故障的分析 当判断无机械故障时，引起自动刀架无法正常转位的原因还可能是 电气控制内部线路与PLC内部参数设定的问题，也就是通常所说的 电气硬件故障与软件故障。 项目链接 1.软件故障 二、项目分析 2.硬件故障 1.刀架转位不正常电气硬件故障分析 (1)电动刀

10、架电源部分故障分析 项目链接 (2)PLC换刀控制信号正向传送线路故障分析由于刀架转位属于数 控机床内的辅助动作，而不属于位置控制，所以是由PLC控制完成 的。 项目链接 1.PLC在数控机床上的作用 2.数控机床PLC故障的表现形式 3.数控机床PLC典型故障诊断与维修的方法 二、项目分析 (1)根据故障号诊断故障数控机床的PLC程序属于机床厂家的二次 开发，即厂家根据机床的功能和特点，编制相应的动作顺序以及报 警文本，对控制过程进行监控。 (2)根据动作顺序诊断故障数控机床上刀具及托盘等装置的自动交 换动作都是按一定的顺序来完成的，因此，观察机械装置的运动过 程，比较正常和故障时的情况，就

11、可以发现可疑点，进而诊断出故 障的原因。 (3)根据控制对象的工作原理诊断故障数控机床的PLC程序是按照 控制对象的工作原理来设计的，可通过对控制对象工作原理的分析， 结合PLC的I/O状态来检查。 二、项目分析 (4)根据PLC的I/O状态诊断数控机床中I/O信号的传递一般都要通 过PLC接口来实现，因此，许多故障都会在PLC的I/O接口反映出来。 (5)通过梯形图诊断故障通过PLC的梯形图来分析和诊断故障是解 决数控机床外围故障的基本方法。 (6)动态跟踪梯形图诊断故障有些数控系统带有梯形图监控功能， 调出梯形图画面，可以看到I/O点状态。 项目链接 1.数控装置X20接口定义 二、项目分

12、析 图6-2数控系统XS20接口结构图 2.PLC输出转接板的接口定义 二、项目分析 图6-3PLC输出转接板的接口结构图 项目链接 二、项目分析 刀架电动机正反转控制线路 图6-4刀架电动机正反转控制线路 二、项目分析 (3)换刀到位反馈信号传送线路故障分析当自动刀架正转转到所需 的刀位时，霍尔传感器上的发询盘触点就会与弹簧片触点相接触， 从而将刀号到位信号反馈给PLC，此时三相异步电动机反转，进行 夹紧定位。 项目链接 1.霍尔传感器的工作原理 2.PLC输入转接板接口定义 图6-5PLC输入转接板接口结构图 二、项目分析 2.刀架转位不正常电气软件故障分析 项目链接 1.数控装置开关量输

13、入接口XS10接口定义 2.PMC换刀参数 三、项目实施的路径与步骤 1.项目实施路径 图6-6项目实施路径图 三、项目实施的路径与步骤 2.项目步骤 1)布置项目任务，对项目实施时间、最终质量、安全生产、文明生 产、环保意识做出具体要求。 2)从回转式换刀装置的机械结构出发，对数控车床电动刀架转位不 正常可能的机械故障进行分析。 3)从电动刀架转位信号的传送线路出发，对数控车床刀架转位不正 常可能的电气硬件故障进行分析。 4)从电动刀架换位控制的内部PMC参数设置出发，对数控车床刀架 转位不正常可能的电气软件故障进行分析。 5)首先检查自动换刀装置的机械部分是否正常，是否有机械卡死、 夹紧力

14、过大或内部元件损坏等问题。 三、项目实施的路径与步骤 6)按照规定次序开机后，用万用表检查电动机两端的电源，若有电 压不正常或缺相问题，应马上断电，并按照电气原理图重新接线。 7)如果不能排除故障，检查数控系统与PLC输出转接板之间的互联 光缆是否接触不良或损坏、KA4与KA5的指示灯是否亮、PLC输出 转接板的工作电源灯是否亮。 8)手动方式下进行换刀，观察PLC输入转接板上对应的指示灯是否 呈轮流闪亮状，若无变化，则说明霍尔元件损坏或是刀位反馈信号 线接触不良。 9)进入数控系统参数编辑状态，查看换刀超时时间P2、刀具紧锁时 间P3、正转延时时间P4三个参数的设置是否合适。 三、项目实施的

15、路径与步骤 10)如果还是无法排除故障，则说明数控系统故障，应与生产厂家联 系或更换数控装置控制板。 11)对学生的项目完成情况进行评价，按照评分表的标准给出成绩。 12)关闭电源，将实训台恢复原样，清点并归还工具；认真填写实训 设备使用情况，对废品、废料进行分类处理，打扫实训室卫生；组 织同学对此次项目进行总结，项目完成。 四、项目预案 解决措施：在设置PMC参数保存完成后，对于华中数控系统，需要 重新开机，参数才能生效。 解决措施：应检查刀架内部机械结构与三相异步电动机内部结构， 从而确定机械故 五、项目实施 1.组织方式 2.生产准备 六、项目评价 表6-1项目评价表 学习情境7数控车床

16、综合类故障的诊断与排除 一、项目要求 二、项目实施的路径与步骤 三、项目预案 四、项目实施 五、项目评价 六、项目作业 一、项目要求 1)时间要求：24学时。 2)质量要求：能够制定出12套合理的故障诊断与维修方案，并按照 方案进行正确实施。 3)安全要求：严格按照安全操作规程进行项目作业。 4)文明要求：自觉按照文明生产规则进行项目作业。 5)环保要求：努力按照环境保护要求进行项目作业。 二、项目实施的路径与步骤 1.项目实施路径 图7-1项目实施路径图 二、项目实施的路径与步骤 2.项目步骤 1)教师布置项目任务，对项目实施时间、最终质量、安全生产、文 明生产、环保意识做出具体要求。 2)

17、学生根据教师布置的工作任务，选择一个在数控加工实训过程中 经常遇到的典型综合类故障作为自己的项目课题，详细记录故障发 生时的情况以及故障现象，并经过教师同意后开始进入制定方案阶 段。 3)查阅尽可能多的网络资源和相关书籍，在有关理论的基础上，列 出所有可能的故障原因并进行分类，按照故障诊断的原则和方法， 充分发挥自己的创新思想，制定出一套或两套故障诊断与维修方案。 4)按照制定出的故障诊断与维修方案开始实施维修。 二、项目实施的路径与步骤 5)在整个方案实施完成后，教师与学生可以相互讨论，制定出一套 此类故障诊断与排除的最优方案，完成典型故障诊断与维修方案制 定与实施的项目作业，并作为期末成绩的重要参考。 6)教师与同组成员共同完成对学生项目完成情况的评价，按照评分 表的标准给出成绩。 7)关闭电源，将实训室和实训车间恢复原样，清点并归还工具；认 真填写实训设备使用情况，对废品、废料进行分类处理，打扫实训 室卫生；组织同学对此次项目进行总结，项目完成。 三、项目预案 解决措施： 在对数控机床故障进行诊断与排除时，应仔细观察故障 现象，列举出所有可能的故障原因，并对这些故障