机电数控大学本科方案设计书数控机床电气故障分析与修护

1、滨州职业学院毕业设计题 目：数控机床电气故障分析与维修维护学 号：姓 名：专业班级：教学单位：指导教师：O一年六月滨州职业学院毕业设计任务书 数 控 专 业 08_年级年月日批 准1毕业设计题目：专业负责人： 发放经手人： 数控机床电气故障分析与维修维护2学生完成全部任务期限： 年月日3任务要求：4实验（调研）部分内容要求：5文献查阅及翻译要求：6发出日期：年月日指 导 教 师：(_ 签名)学生：(_签名)滨州职业学院学生毕业设计进程表学生姓名： 学号： 业年级： 旨导教师:论文设计题 目 ：序号日期工作安排要求滨州职业学院毕业设计中期检查登记表学生姓名： 学号： 业年级： 旨导教师:毕业设计

2、题目序号日期指导、检查内容学生签名注：日期和指导、检查内容由指导教师填写滨州职业学院毕业设计指导教师评定书教学单位： 所属行政班级： 学生姓名：学生学号：_、设计（论文）题目： 二、毕业设计共页，附图张 三、审阅意见及评语根据滨州职业学院毕业设计实施意见，同意（不同意）该生参加毕业答辩名）（签指导教师职 称工作单位数控机床电气故障分析与修护摘要： 随着现在机械零件精度要求的大幅提高以及国外机械精加工对我国机械制 造业的影响，传统型的机床已经无法满足现代制造业的精度要求。而数控机床的 产生与普及无疑给世界机械制造业带来了空前的革新，其加工精度、效率、复杂 曲面加工等等，是传统机床所无法比拟的。我

3、国数控起步较晚，与德国、美国等 发达国家相比差了几十年，现在国内数控仍然没有完全自主知识产权，高档数控 系统基本依赖进口，如西门子、发那科、华中，凯恩帝，日本 FANUC等等。我国 在数控维修调试方面更是人才短缺，经验匮乏，导致国内许多高档数控机床都要 聘请国外专家维修调试。本文从具体实践出发，涵盖系统、驱动、电机、电路等内容。在第一章节中， 顺带介绍了数控机床的维护维修基础。第二、第三章节是本文的重点所在，在分 析系统与驱动故障之前都是从原理着手，并且已将故障全部归类，其中系统部分 归为 5 大类，驱动部分归为 11 类，然后逐步展开细分，加以阐述。驱动部分以伺 服驱动为代表，因为目前数控机

4、床在配置驱动时都以伺服为主，步进驱动由于精 度低的缺点而趋于淘汰。第四章节简单叙述了驱动系统的一般维护。本论文内容 在结合理论知识的同时更注重平时经验积累，故障分析通俗易懂，可作为数控操 作、维修、调试的参考资料。关键词： 数控系统，伺服驱动，步进驱动，故障分析排除第一章 数控机床的概述1.1 数控技术数控技术，简称“数控”。英文：Numerical Control (NQ。是指用数字、 文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。它所控 制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。数控的 产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。 1908 年，穿

5、孔的金属薄片互 换式数据载体问世； 19 世纪末，以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发 明； 1938 年，香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输，奠定了现代 计算机，包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是与机床控制密切结合发展 起来的。 1952 年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事 件，推动了自动化的发展。现在，数控技术也叫计算机数控技术，目前它是采用 计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执 行对设备的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置， 使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实

6、现，均可以通过 计算机软件来完成。1.2 数控机床数控机床是数字控制机床( Computer numerical control machine tools ) 的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具 有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作数控折弯 机并加工零件。按工艺用途分类金属切削类数控机床 ,包括数控车床 ,数控钻床 ,数控铣床 ,数控磨床 ,数控镗 床发及加工中心 . 这些机床都有适用于单件、小批量和多品种和零件加工，具有很 好的加工尺寸的一致性、很高的生产率和自动化程度，以及很高的设备柔性。金属成型类数控机床；这类机床包括数控折

7、弯机，数控组合冲床、数控弯管 机、数控回转头压力机等。数控特种加工机床；这类机床包括数控线（电极）切割机床、数控电火花加 工机床、数控火焰切割机、数控激光切割机床、专用组合机床等。其他类型的数控设备；非加工设备采用数控技术，如自动装配机、多坐标测 量机、自动绘图机和工业机器人等。按运动方式分类点位控制；点位控制数控机床的特点是机床的运动部件只能够实现从一个位 置到另一个位置的精确运动，在运动和定位过程中不进行任何加工工序。如数控 钻床、数按坐标镗床、数控焊机和数控弯管机等。直线控制；点位直线控制的特点是机床的运动部件不仅要实现一个坐标位置 到另一个位置的精确移动和定位，而且能实现平行于坐标轴的

8、直线进给运动或控 制两个坐标轴实现斜线进给运动。轮廓控制；轮廓控制数控机床的特点是机床的运动部件能够实现两个坐标轴 同时进行联动控制。它不仅要求控制机床运动部件的起点与终点坐标位置，而且 要求控制整个加工过程每一点的速度和位移量，即要求控制运动轨迹，将零件加 工成在平面内的直线、曲线或在空间的曲面。按控制方式分类开环控制；即不带位置反馈装置的控制方式。半闭环控制；指在开环控制伺服电动机轴上装有角位移检测装置，通过检测 伺服电动机的转角间接地检测出运动部件的位移反馈给数控装置的比较器，与输 入的指令进行比较，用差值控制运动部件。闭环控制；是在机床的最终的运动部件的相应位置直接直线或回转式检测装

9、置，将直接测量到的位移或角位移值反馈到数控装置的比较器中与输入指令移量 进行比较，用差值控制运动部件，使运动部件严格按实际需要的位移量运动。 按数控制机床的性能分类经济型数控机床； 中档数控机床； 高档数控机床； 按所用数控装置的构成方式分类硬线数控系统； 软线数控系统；加工中心第一台加工中心是 1958 年由美国卡尼 - 特雷克公司首先研制成功的。它在数 控卧式镗铣床的基础上增加了自动换刀装置，从而实现了工件一次装夹后即可进 行铣削、钻削、镗削、铰削和攻丝等多种工序的集中加工。加工中心是带有刀库 和自动换刀装置的一种高度自动化的多功能数控机床。工件在加工中心上经一次 装夹后，能对两个以上的表

10、面完成多种工序的加工，并且有多种换刀或选刀功能， 从而使生产效率大大提高。加工中心按其加工工序分为镗铣和车削两大类，按控制轴数可分为三轴、四 轴和五轴加工中心。1.3 数控机床维修的基本要求和基本步骤1.3.1 数控机床维修的基本要求数控机床是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、精密侧量技术和机 床设计等先进技术的典型机电一体化产品，其控制系统复杂、价格昂贵，因此它 对维修人员素质、维修资料的准备、维修仪器的使用等方面提出了比普通机床更 高的要求这些要求主要包括以下几个方面。1. 维修人员的素质直接决定了维修效率和效果为了迅速、准确判断故障原因， 并进行及时、有效的处理，恢复机床的动作、功

11、能和精度作为数控机床的维修人员应具备以下方面的基本条件。 具有较广的知识面 由于数控机床通常是集机械、电气、液压、气动等干 一体的加工设备，组成机床的各部分之间具有密切的联系，其中任何一部分发生 故障均会影响其他部分的正常工作。 善于思考 数控机床的结构复杂，各部分之间的联系紧密。故障涉及面广。 而且在有些场合故障所反映出的现象不一定是产生故障的根本原因。通俗地讲，数控机床的维修人员从某种意义上说应“多动脑，慎动手' , ， 切忌草率下结论，自月更换元器件特别是数控系统的模块以及印刷电路板 重视急结积累 数控机床的维修速度在很大程度上要依靠平时经验的积 累，维修人员遇到过的问题、解决过

12、的战障越多，其维修经验也就越丰富。 善于学习 作为数控机床维修人员不仅要注重分析与积累，还应当勤于学 习，善于学习。 具备外语基础与专业外语基础 虽然目前国内生产数控机床的厂家已经日 益增多，但数控机床的关键部分 数控系统还主要依靠进口，其配套的说明书、 资料往往使用原文资料数控系统的报警文本显示亦以外文居多。 能熟练操作机床和使用维修仪器数控机床的维修离不开实际操作，特别是 在维修过程中维修人员通常要进入一般操作者无法进行的特殊操作方式如： 进行机床参数的设定与调整通过计算机以及软件联机调试利用 PLC 编程器监控 等。 具有较强的动手能力 动手是维修人员必须具备的素质。但是，对于维修 数控

13、机床这样约精密、关键设备，动手必须有明确的目的、完整的思路、细致的 操作。2. 技术资料是维修的指南，它在维修工作中起着至关重要的作用借助于技 术资料可以大大提高维修工作的效率与维修的准确胜。一般来说，对于重大的数 控机床故障维修。在理想状态下，应具备以下技术资料： 数控机床使用说明书 它是由机床生产厂家编制井随机床提供的随机资 料。机床使用说明书通常包括以 F 与维修有关的内容。1) 机床的操作过程和步骤2) 机床主要机械传动系统及主要部件的结构原理示意图。3) 机床的液压、气动、润滑系统图4) 机床安装和调整的方法与步骤5) 机床电气控制原理图6) 机床使用的特殊功能及其说明等。(2)数控

14、系统的操作、编程说明书(或使用手册) ，它是由数控系统生产厂家 编制的数控系统使用手册，通常包括以 F 内容：1) 数控系统的面板说明2) 数控系统的具体操作步骤 (包括手动，自动、试运行等方式的操作步骤 以 及程序、参数等的输入、编辑、设置和显示方法) 。3) 加工程序以及输入格式，程序的编制方法，各指令的基本格式以及所代 表的意义等。在部分系统中它还可能包括系统调试、 维修用的大量信息， 如：“机床参数“的 说明、报警的显不及处理方法、以及系统的连接图等。它是维修数控系统与操作 机床中必须参考的技术资料之一。 PLC 程序清单 它是机床厂根据机床的具体控制要求设计、 编制的机床控制 软件，

15、 PLC 程序中包含了机床动作的执行过程，以及执行动作所需的条件，它表 明了指令信号、检测元件与执行元件之间的全部逻辑关系。借助 PLC 程序，维修 人员可以迅速找到故障原因，它是数控机床维修过程中使用最多、最重要的资料在某些系统(如FANU(系统、SIEMENS802等)中，利用数控系统的显示器可 以直接对 PLC 程序进行动态检测和观察，它为维修提供了极大的便利，因此，在 维修中定要熟练掌握这方面的操作和使用技能 机床参数清单 它是由机床生产厂根据机床的实际情况，对数控系统进行 的设置与调整。机床参数是系统与机床之间的“桥梁” ，它不仅直接决定了系统的 配置和功能，而且也关系到机床的动、静

16、态性能和精度因此也是维修机床的重要 依据与参考。在维修时，应随时参考系统“机床参数”的设置清况来调整、维修 机床；特别是在更换数控系统模块时一定要记录机床的原始设置参数，以便机 床功能的恢复。 数控系统的连接说明、功能说明 该资料由数控系统生产厂家编制通常只 提供给机床生产厂家作为设针资料。维修人员可以从机床生产厂家或系统生产、 销售部门获得。系统的连接说明、功能说明书不仅包含了比电气原理图更为详细的系统各部 分之间连接要求与说明，而且还包括了原理圈中未反映的信号功能描述，是维修 数控系统，尤其是检查电气接线的重要参考资料。 伺服驱动系统、主轴驱动系统的使用说明书 它是伺服系统及主轴驱动系 统

17、的原理与连接说明书，主要包括伺服、主轴的状态显示与报警显示、驱动器的 调试、设定要点，信号、电压、电流的测试点，驱动器设置的参数及意义等方面 的内容，可供伺服驱动系统、主轴驱动系统维修参考。(7) PLC使用与编程说明 它是机床中所使用的外置或内置式 PLC的使用、编 程说明书。通过PLC的说明书，维修人员可以通过 PLC的功能与指令说明分析、 理解PLC程序并由此详细了解、分析机床的动作过程、动作条件、动作顺岸以 及各信号之间的逻辑关系，必要时还可以对 PLC程序进行部分修改。 机床主要配套功能部件的说明书与资料 在数控机床上往往会使用较多功 能部件如数控转台、自动换刀装置、润滑与冷却系纽排

18、屑器等。这些功能部件， 其生产厂家一般都提供了较完整的使用说明书，机床生产厂家应将其提供给用户， 以硬功能部件发生故障时进行参考。3. 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，不同的故障，所需要的维修工具亦不尽相同。 作为常用的工具主要有以下几类1. 常用仪表类 数字万用表 数字万用表可用于大部分电气参数的准确测量，判别电气元 件的胜能好坏数控机床维修对数宇万用表的基本侧量范围以及精度要求一般如下 交流电压：200mV- 700V, 200mV档的分辨率应不低于100?V。 直流电压：200mV- 1000V 200mV档的分辨率应不低于1

19、00?V 交流电流：200?A20A, 200?A档的分辨率应不低于0.1? 直流电流：20?A20A, 20?A档的分辨率应不低于0.01?A 电阻： 200 Q200MQ , 200Q档的分辨率应不低于 0.1 Q 电容： 2nF20?F, 2nF档的分辨率一股应不低于1PF。 晶体管： hfe ： 0 1000。 具有二极管测试与蜂鸣器功能。 数字转速表 转速表用于测量与调整主轴的转速,通过测量主轴实际转速, 以及调整系统及驭动器的参数可以使编程的主轴转速理论值与实际主轴转速值相 符它是主轴维修与调整的测量工具之一。 示波器 示波器用十检测信号的动态波形如脉冲编码器、测速机、光栅的 输出

20、波形,伺服驱动、主轴驱动单元的各级输入、输出波形等,其次还可以用十 检测开关电源显示器的垂直、水平振荡与扫描电路的波形等。数控机床维修用的示波器通常选用频带宽为10100MHz的双通道示波器。 相序表 相序表主要用于测量三相电源的相序,它是直流伺服驭动、主轴 驱动维修的必要测量工具之一。 常用的长度测量工具 长度测量工具（如：千分表、百分表等）用于测量 机床移动距离、反向间隙值等。通过测量,可以大致判断机床的定位精度、重复 定位精度、加工精度等根据测量值可以调整数控系统的电子齿轮比、反向间隙 等主要参数，以恢复机床精度。占是机械部件维修测量的主要检测工具之一。2. 常用工具类 电烙铁 它是最常

21、用的焊接工其一般应采用 30W 左右的尖头、带接地保护 线的内铁式电烙铁，最好使用恒温式电烙铁。 吸锡器 常用的是便携式手动吸锡器，也可采用电动吸锡器。 旋具类 规格齐全的一字与十字旋具各一套旋具以采用树脂或塑料手柄为 宜为了进行伺服驱动器的调整与装卸，还应配备无感螺旋刀与梅花形六角旋具各 一套。 钳类工具 各种规格的斜口钳、尖嘴钳、剥线钳、镊子、压线钳等。 扳手类 各种规格的米制、英制内、外六角扳手各一套等 其他剪刀、吹尘器、卷尺、焊锡丝、松香、酒精、刷子等。3. 常用的各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，但是，若维修人员能准备一些最为常见的易损

22、元器件，可以给维修 带来很大的方便，有助于迅速处理解决问题，这些元器件包括：1) 常用的二极管类，如： IN4007、 IN1004、 IN4148、IS9532) 各种规格的电阻(规格应齐全)：常用的电位器(1KQ、2KQ、10KQ、47KQ 等)3) 常用的晶体三极管类， 如： 2S719、 2SC1983、 2SA6395、 2SC1152、 BCY59等。4) 常用的集成电路，主要有： 运放类， 如： LM319、 LM339、 LM311、 LM248、 LM301、 LM308、 LM158、 LM324、LM393 RC455 RC747 ?A747 LF353 4858、145

23、8、NE5514 NE5512 TLC374等。 集成稳压源类：如： 7805、7812、7815、7915、LM317、LM337、14315、17815等 光耦器件类，如：TLP521、 TLP500、 TLP512、 SFH6001、 SFH610、 4N26、4N37 PC601 PC401 等。 线驭动放大器接收器类，如： 75113、75115、75116、55114、54125、74125、74125、54265、MC3487等。 D/A 转换器类，如： AD767、 BA17008、 =DAC080、0 DAC707DAC76、7DAC1020 输出驱动类，如：ULN2803

24、ULN2003 ULN2002 FT5461、DIA050000等。 模拟开关类，如：DG200 DG201 DG211 等。由于以上元器件与系统的外部输入 / 输出电路、电源等易损部件有关在连接 不当、外部短路等情况下，比较容易引起损坏。对于专业维修人员一般均应准备 一部分，以便随时进行更换。5）常用规格的熔断器及熔芯1.3.2 数控机床维修的基本步骤1.3.2.1 故障记录 数控机床发生故障时，操作人员应首先停止机床，保护现场，然后对故障进 行尽可能详细的记录，并及时通知维修人员。故障的记录可为维修人员排除故障 提供第一手材料，应尽可能详细。记录内容最好包括下述几个方白： 故障发生时的情况

25、记录1 ）发生故障的机床型号，采用的控制系统型号，系统的软件版本号2）故障的现象，发生故障的部位，以及发生故障时机床与控制系统的现象，如： 是否有异常声音、烟、味等。3）发生故障时系统所处的操作方式，如： AUT（自动方式）、MDI（手动数据输入 方式）、EDIT （编辑）、HANDLE手轮方式）、JOG（手动方式）等4）若故障在自动方式下发生，则应记录发生故障时的加工程序号，出现故障的程 序段号，加工时采用的刀其号等。5）若发生加工精度超差或轮廓误差过大等故障，应记录被加工工件号，并保留不 合格工件工件6）在发生故障时，若系统有报警显示，则记录系统的报警显示情况与报警号。通 过诊断画面，记录

26、机床故障时所处的工作状态。如：系统是否在执行M、S、T 等。功能？系统是否进入暂停状态或是急停状态？系统坐标轴是否处于“互锁”状 态？进给倍率是否为 0%？等等7）记录发生故障时，各坐标轴的位置跟随误差的值8）记录发生故障时各坐标轴的移动速度、移动方向，主轴转速、转向等等 故障发生的频繁程度记录1）故障发生的时例与周期，如：机床是否一直存在故障？若为随机故障则一天 发生几次？是否频繁发生2）故障发生时的环境情况，如：是否总是在用电高峰期发生？故障发生时数控机 未旁边的其他机械设备下作是否正常3）若为加工零件时发生的故障，则应记录加工同类工件时发生故障的概率情况。4）检查故障是否与“进给速度”、

27、“换刀方式”或是“螺纹切削”等特殊动作有关 故障的规律性记录1）在不危及人身安全和设备安全的情况下，是否可以重演故障现象2）检查故障是否与机床的外界因素有关3）如果故障是在执行某固定程序段时出现，可利用MDI 方式单独执行该程序段，检查是否还存在同样故障4）若机床故障与机床动作有关，在可能的情况下，应检查在手动情况下执行该动 作是否也有同样的故障5）机床是否发生过同样的故障？周围的数控机床是否也发生同一故障等等 故障时的外界条件记录1）发生故障时的周围环境温度是否超过允许温度？是否有局部的高温存在2）故障发生时，周围是否有强烈的振动源存在3）故障发生时，系统是否受到阳光的直射4）检查故障发生时

28、电气柜内是否有切削液、润滑油、水的进入5）故障发生时，输入电压是否超过了系统允许的波动范围6）故障发生时，车间内或线路上是否有使用大电流的装置正在进行起、制动7）故障发生时，机床附近是否存在吊车、高频机械、焊接机或电加工机床等强电 磁干扰源8）故障发生时，附近是否正在安装成修理、调试机床？是否正在修理、调试电气 和数控装置1.3.2.2 维修前的检查 维修人员故障维修前，应根据故障现象与故障记录，认真对照系统、机床使 用说明书进行各顶检查以便确认故障的原因。这些检查包括： 机沫的工作状况检查1）机床的调整状况如柯，机沐工作条件是否符合要求2）加工时所使用的刀具是否符合要求，切削参数选择是否合理

29、、正确3）自动换刀时，坐标轴是否到达了换刀位置，程序中是否设置了刀具偏移量4）系统的刀具补偿量等参数设定是否正5）系统的坐标轴的间隙补偿量是否正确6）系统的设定参数（包括坐标旋转、比例缩放因子、镜像轴、编程尺寸单位选择 等）是否正确7）的工件坐标系位置，“零点偏置值”的设置是否正确8）安装是否合理，侧量手段、方法是否正确、合理9）零件是否存在因温度、加工而产生变形的现象等等 机床运转清况检查1）在机床自动运转过程中是否改变或调整过操作方式，是否插入了手动操作2）机床侧是否处于正常加工状态，工作台、夹具等装置是否处于正常工作位置3）机床操作面板上的按扭、开关位置是否正确？机床是否处于钱住状态，倍

30、率开 关是否设定为“ O”4）机床各操作面板上、数控系统上的“急停”按扭是否处十急停状态5）电气柜内的熔断器是否有熔断，自动开关、断路器是否有跳闸6）机床操作面板上的方式选择开关位置是否正确？进给保持按钮是否被按下 机床和系统之间连接清况的检查1）检查电缆是否有破损，电缆拐弯处是否有破裂、损伤现象2）电源线与信号线布置是否合理，电缆连接是否正确、可靠3）机床电源进线是否可靠接地，接地线的规格是否符合要求4）信号屏蔽线的接地是否正确，端子板上接线是否牢固、可靠，系统接地线是否 连接可靠5）继电器、电磁铁以及电动机等电磁部件是否装有噪声抑制器等等 CNC 装置的外观检查1）是否在电气柜门打开的状态

31、下运行数控系统， 有无切削液或切削粉末进入柜内， 空气过沈器清洁状况是否良好2）电气柜内部的风扇、热交换器等部件的工作是否正常3）电气柜内部系统、驱动器的模块、印制电路板是否有灰尘、金属粉末等污染4）在使用纸带阅读机的场合，检查纸带阅读机是否有污物，阅读机上的制动电磁 铁动作是否正常5）电源单元的熔断器是否熔断6）电缆连接器插头是否完全插入、拧紧7）系统模块、线路板的数量是否齐全，模块、线路板安装是否牢固、可靠8）机床操作画板 MDl/CRT 单元上的按钮有无破损，位置是否正确9）系统的总线设置，模块的设定端的位置是否正确 有关穿孔纸带的检查 旱期的系统，加工程序一般是用纸带读入的。如果发现

32、是由于穿孔纸带读入的信息不对而引起故障时，需要检查并记录下述内容1）纸带阅读机开关是否止常2）有关纸带操作的设定是否正确，操作是否有误3）纸带是否有折、皱现象4）纸带上的孔是否有破损5）纸带上的接头处连接是否平整6）纸带以前是否用过7）使用的是黑色纸带还是其他颜色的纸带 总之维修时应记录、检查的原始数据、状态较多，记录越详细，维修就越方便， 用户最好根据本厂的实际清况，编制一份故障维修记录表，在系统出现故障时， 操作者可以根据表的要求及时填入各种原始材料，供维修时参考。1.4 数控机床的常见故障分类1. 按故障发生的部位分类 主机故障 数控机床的主机通常指组成数控机床的机械、润滑、冷却、排屑、

33、液压、气动与防护等部分。主机常见的故障主要有：1）因机械部件安装、调试、操作使用不当等原因引起的机械传动故障2）因导轨、主轴等运动部件的干涉、摩擦过大等原因引起的故障3）因机械零件的损坏、联结不良等原因引起的故障，等等尤其应引起重视的是，机床各部位标明的注油点须定时、定量加注润滑油（脂），这是机床各传动链正常运行的保证。 电气控制系统故障 从所使用的元器件类型上根据通常习惯，电气控制 系统故障通常分为“弱电”故障和“强电”故障两大类，“弱电”部分是指控制系统中以电子元器件、集成电路为主的控制部分。数 控机床的弱电部分包括 CNC PLG MDI/C RT以及伺服驱动单元、输为输出单元等。 “弱

34、电”故障又有硬件故障与软件故障之分硬件故障是指上述各部分的集成电 路芯片、分立电子元件、接插件以及外部连接组件等发生的故障。软件故障是指 在硬件正常情况下所出现的动作出锗、数据丢失等故障，常见的有加工程序出 错，系统程序和参数的改变或丢失，计算机运算出错等。“强电”部分是指控制系统中的主回路或高压、大功率回路中的继电器、接 触器、开关、熔断器、电源变压器、电动机、电磁铁、行程开关等电气元器件及 其所组成的控制电路。这部分的故障虽然维修、诊断较为方便，但由于它处于高 压、大电流工作状态，发生故障的几率要高于“弱电”部分必须引起维修人员 的足够的重视。2按故障的性质分类系统性故障 ?系统性故障是指

35、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系统性故障具有不可恢复性，故障一旦发生，如不对其进行维修处理，机床 不会自动恢复正常但只要找出发生故障的根本原因，维修完成后机床立即可以 恢复正常。正确的使用与精心维护是杜绝或避免故障发生的重要措施。 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

36、、软件设计不完善、工作环境的影响等诸多因素有关加强数控系统的维护检查，确保电气箱的密封，可靠的安装、连接，正确的接地和屏蔽是减少、避免此类故障发生的重要措施。3按故障的指示形式分类 有报带显示的故障 数控机床的故障显示可分为指示灯显示与显示器显示 两种情况：1）指示灯显示报警 指示灯显示报警是指通过控制系统各单元上的状态指示 灯（一般由 LED 发光管或小型指示灯组成）显示的报警根据数控系统的状态指 示灯，即使在显示器故障时， 仍可大致分析判断出故障发生的部位与性质， 因此在 维修、排除故障过程中应认真检杳这些状态指示灯的状态。2）显示器显示报警显示器显示报警是指可以通过 CNC显示器显示出报

37、警号 和报警信息的报警。由于数控系统一般都具有较强的自诊断功能，如果系统的诊 断软件以及显示电路工作正常，一旦系统出现故障，可以在显示器上以报警号及 文本的形式显示故障信息。数控系统能进行显示的报警少则几十种，多则上千种， 它是故障诊断的重要信息。在显示器显示报警中，又可分为 NC 的报警和 PLC 的报等两类。前者为数控 生产厂家设置的故降显示它可对照系统的“维修手册” ，来确定可能产生该故障 的原因。后者是由数控机床生产厂家设置的 PLC 报警信息文本，属于机床侧的故 降显示。它可对照机床生产厂家所提供的“机床维修手册”中的有关内容确定 故障所产生的原因。 无报警显示的故障 这类故障发生时

38、机床与系统均无报警显示，其分析 诊断难度通常较大需要通过仔细、认真的分析判断才能予以确认。特别是对于 一些早期的数控系统，由于系统本身的诊断功能不强，或无 PLC 报警信息文本， 出现无报警显示的故障情祝则更多对于无报警显示故障，通常要具体情况具体分析，根据故障发生前后的变 化进行分析判断，原理分析法与 PLC 程序分析法是解决无报警显示故障的主要 方法4按故障产生的原因分类 数控机床自身故障 这类故障的发生是由于数控机床自身的原因所引起 的，与外部使用环境条件无关数控机床所发生的极大多数故障均属此类故障。 数控机床外部故障 这类故障是由于外部原因所造成的。供电电压过低、过高，波动过大：电源相

39、序不正确或三相输入电压的不平衡；环境温度过高：有 害气体、潮气、粉尘授入：外来振动和干扰等都是引起故障的原因。此外，人为因素也是造成数控机床故障的外部原因之一，据有关资料统计， 首次使用数控机床或由不熟练工人来操作数控机床，在使用的第一年，操作不当 所造成的外部故障要占机床总故障的三分之一以上。除上述常见故障分类方法外，还有其他多种不同的分类方法。如：按故障发 生时有无破坏性可分为破坏性故障和非破坏性故障两种按故障发生与需要维 修的具体功能部位可分为数控装置故障，进给伺服系统故障，主轴驱动系统故 障，白动换刀系统故障等等，这一分类方法在维修时常用第二章 数控系统2.1 数控系统的概述数控系统是

40、数字控制系统简称，英文名称为 Numerical Control System ，早 期是由硬件电路构成的称为硬件数控（ Hard NC），19 世纪 70 年代以后，硬件电路 元件逐步由专用的计算机代替称为计算机数控系统。计算机数控（Computerized numerical control,简称CNC系统是用计算机控制加工功能，实现数值控制的系统。CNC系统根据计算机存储器中存储的控制程 序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算 机系统。数控系统一般由输入 /输出装置、 数控装置、主轴单元、伺服单元、驱动装置、PLC及电气控制装置、辅助装置、测量装置组成。2

41、.2数控系统的常见故障分析排除221电源类故障及排除方法具体如下表2-1故障现故障原因排除方法象系统上电源指示灯没有提供外部电源，电源电压过低、缺相或外部形成检查外部电后系不亮了短路电源统没有电源的保护装置跳闸或熔断形成了电源开路合上开反应，电关，更换源不能熔断器接通PLC的地址错误或者互锁装置使电源不能正常接通更换PLC地址或接线系统上电按钮接触不良或脱落更换按钮或重新安装电源模块不良、元器件的损坏引起的故障更换元器件或电源模块电源指示灯接通电源的条件未满足检查电源亮系统无反的接通条应件是否满足系统黑屏详见系统显示类故障的维修系统文件被破坏，没有进入系统修复系统强电部机床设计时选择的空气开关

42、容量过小，或空气开关的电流选择拨码更换空气分接通开关选择了一个较小的电流开关，或后马上重新选择跳闸使用电流机床上使用了较大频率的变频器或伺服驱动，并且在变频器或伺服在使用时驱动的电源进线前没有使用隔离变压器或电感器，变频器或伺服驱需外接一动在上强电时电流有较大的波动，超过了空气开关的限定电流，引电抗起跳闸系统强电电源接通条件未满足逐步检查电源上强电所需要的各种条件，排除故障电源模整流桥损坏引起电源短路更换块故障续流二极管损坏引起的短路更换电源模块外部电源短路调整线路滤波电容损坏引起的故障更换供电电源功率不足使电源模块不能正常工作增大供电电源的功率系统在切削力太大，使机床过载引起空气开关跳闸调整

43、切削工作过参数程中突机床设计时选择的空气开关容量过小，引起空气开关跳闸更换空气然断电开关机床出现漏电检杳线路表2-1急停报警类故障(1) 机床一直处于急停状态，不能复位(2) 数控系统在自动运行的过程中，跟踪误差过大报警引起的急停故障(3) 伺服单元报警引起的故障(4) 主轴单元报警引起的急停故障操作类故障分析(举例说明)例1数控车床在使用中手动移动正常，自动回零时移动一段距离后不动，重 开手动移动又正常。故障分析 该车床使用经济型数控系统，步进电动机驱动，手动移动时由于速 度稍慢，移动正常，自动回零时快速移动距离较长，出现机械卡住现象。根据故 障进行维修，主要是机械原因，后经询问才得知该机床

44、因加工时尺寸不准，将另 一台机床上的电动机拆来使用后出现了该故障，经仔细检查是因变速箱中的齿轮 间隙太小引起，重新调整后正常。这是一例人为因素造成的故障，在修理中如不 加注意会经常发生，因此在工作中应引以重视，避免这种现象的发生。例2配备FANUC-7C系统的XK715F型数控立铣床，其旋转工作台(B轴)低 速时转动正常，中、高速时出现抖动故障分析 采用隔离法将电动机从转盘上拆下后再运转， 仍有抖动现象再将位 置环脱开，外加VCM给定信号给速度单元，再运转，还是抖动。可见，故障在电 动机或速度单元上。先打开电动机，发现大量冷却油进入内部。洗刷电动机内部 后再装好，运转时电动机不再抖动。例3某加

45、工中心在JOG方式下进给平稳，但自动方式下则不正常。故障分析首先要确定是NC故障还是伺服系统故障，先断开伺服速度给定信 号，用电池电压作信号，故障依旧，说明 NC系统没有问题。进一步检查是 丫轴夹 紧装置出故障。224回参考点故障及排除具体如下表2-2故障现象故障原因排除方法机床回原参考点发生单个螺距偏移减速开关与减速档块安装不合调整减速开点后，原点理，使减速信号与零脉冲信号关或者挡块漂移或参相隔距离过近的位置，使考点发生机床轴开始整螺距偏减速的位置移大概处在一个栅距或一个螺距的中间位置机械安装不到位调整机械部分参考点发生多个螺距偏移参考点减速信号不良引起的故检查减速信障号是否有效，接触是否良

46、好减速档块固定不良引起找零脉重新固疋减冲的初始点发生了漂移速档块零脉冲不良引起对码盘进行清洗系统开机系统参数设置错误重新设置系回不了参统参数考点、回参零脉冲不良引起的故障，回零时找不到零脉冲对编码器进考点不到行清洗或者位更换减速开关损坏或者短路维修或更换减速开关数控系统控制检测放大的线路板出错更换线路板导轨平行度、导轨与压板面平行度、导轨与丝杠的平行度超差重新调整平行度当采用全闭环控制时的光栅尺沾了油污清洗光栅尺找不到零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调整减速挡点或回参过短块的位置考点时超零脉冲不良引起的故障，回零时找不到零脉冲对编码器进程行清洗或者更换减速开关损坏或者

47、短路维修或更换减速开关数控系统控制检测放大的线路板出错更换线路板导轨平行度、导轨与压板面平行度、导轨与丝杠的平行度超差重新调整平行度当采用全闭环控制时的光栅尺沾了油污清洗光栅尺回参考点干扰找到并消除的位置随干扰机性变化编码器的供电电压过低改善供电电源电动机与丝杠的连轴节松动紧固连轴节电动机扭矩过低或由于伺服调整不良，引起跟踪误差过大调节伺服参 数，改变其 运动特性零脉冲不良对编码器进行清洗或者更换滚珠丝杠间隙增大修磨滚珠丝 杠螺母调整 垫片，重调 间隙攻丝时或零脉冲不良引起的故障对编码器进车螺纹时行清洗或者出现乱扣更换时钟不冋步出现的故障更换主板或更改程序主轴部分没有调试好重新调试主轴主轴定向

48、脉冲编码器出现问题维修或更换不能够完编码器成，不能够机械部分出现问题调整机械部进行镗孔、分换刀等动PLC调试不良，定向过程没有处理好重新调试作PLC表2-2参数设定错误引起的故障（1）数控系统参数丢失（2）系统不能正常启动（3）数控机床不能正常运行（4）数控机床运行时经常报跟踪误差（5）数控机床轴运动方向或回零方向反（6）运行程序不正常（7）螺纹加工不能够进行（8）系统显示不正常（9）死机第三章数控机床进给系统的故障诊断与维修3.1进给驱动系统概述进给驱动系统的性能在一定程度上决定了数控系统的性能，决定了数控机床 的档次，因此，在数控技术发展的历程中，进给驱动系统的研制和发展总是放在 首要的位

49、置。数控系统所发出的控制指令，是通过进给驱动系统来驱动机械执行部件，最 终实现机床精确的进给运动的。数控机床的进给驱动系统是一种位置随动与定位 系统，它的作用是快速、准确地执行由数控系统发出的运动命令，精确地控制机 床进给传动链的坐标运动。它的性能决定了数控机床的许多性能，如最高移动速 度、轮廓跟随精度、定位精度等。1. 数控机床对进给驱动系统的要求1）调速范围要宽调速范围rn是指进给电动机提供的最低转速n min和最高转速 Z之比，即:r n=nmin/nmax。在各种数控机床中，由于加工用刀具、被加工材料、主轴转速以及零件加工 工艺要求的不同，为保证在任何情况下都能得到最佳切削条件，就要求

50、进给驱动 系统必须具有足够宽的无级调速范围（通常大于1 ： 10000）。尤其在低速（如<0.1r/min ）时，要仍能平滑运动而无爬行现象。脉冲当量为1卩m/P情况下，最先进的数控机床的进给速度从 0240m/min连 续可调。但对于一般的数控机床，要求进给驱动系统在 024m/min 进给速度下工 作就足够了。（ 2）定位精度要高使用数控机床主要是为了:保证加工质量的稳定性、一致性，减少废品率； 解决复杂曲面零件的加工问题；解决复杂零件的加工精度问题，缩短制造周期等。 数控机床是按预定的程序自动进行加工的，避免了操作者的人为误差，但是，它 不可能应付事先没有预料到的情况。就是说，数控

51、机床不能像普通机床那样，可 随时用手动操作来调整和补偿各种因素对加工精度的影响。因此，要求进给驱动 系统具有较好的静态特性和较高的刚度，从而达到较高的定位精度，以保证机床 具有较小的定位误差与重复定位误差（目前进给伺服系统的分辨率可达1卩m或 0.1 卩m甚至0.01卩m）；同时进给驱动系统还要具有较好的动态性能，以保证机床具有较高的轮廓跟随精度（3）快速响应，无超调 为了提高生产率和保证加工质量，除了要求有较高的定位精度外，还要求有 良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应要快。一方面，在启、制动时， 要求加、减加速度足够大，以缩短进给系统的过渡过程时间，减小轮廓过渡误差。 一般电动机的

52、速度从零变到最高转速，或从最高转速降至零的时间在200ms以内,甚至小于几十毫秒。这就要求进给系统要快速响应，但又不能超调，否则将形成 过切,影响加工质量；另一方面,当负载突变时,要求速度的恢复时间也要短, 且不能有振荡,这样才能得到光滑的加工表面。要求进给电动机必须具有较小的转动惯量和大的制动转矩,尽可能小的机电时间常数和起动电压。电动机具有 4000r/s2 以上的加速度。（4）低速大转矩,过载能力强 数控机床要求进给驱动系统有非常宽的调速范围,例如在加工曲线和曲面时, 拐角位置某轴的速度会逐渐降至零。这就要求进给驱动系统在低速时保持恒力矩 输出,无爬行现象,并且具有长时间内较强的过载能力

53、,和频繁的起动、反转、 制动能力。一般,伺服驱动器具有数分钟甚至半小时内 1.5 倍以上的过载能力, 在短时间内可以过载 46倍而不损坏。可靠性高 数控机床,特别是自动生产线上的设备要求具有长时间连续稳定工作的能力, 同时数控机床的维护、维修也较复杂,因此,要求数控机床的进给驱动系统可靠 性高、工作稳定性好,具有较强的温度、湿度、振动等环境适应能力,具有很强 的抗干扰的能力。3.2 进给驱动系统的基本形式进给驱动系统分为开环和闭环控制两种控制方式,根据控制方式,我们把进给驱动系统分为步进驱动系统和进给伺服驱动系统。开环控制与闭环控制的主要 区别为是否采用了位置和速度检测反馈元件组成了反馈系统。

54、闭环控制一般采用 伺服电动机作为驱动元件，根据位置检测元件所处在数控机床不同的位置，它可 以分为半闭环、全闭环和混合闭环三种。1.开环数控系统无位置反馈装置的控制方式就称为开环控制，采用开环控制作为进给驱动系统，则称开环数控系统。一般使用步进驱动系统（包括电液脉冲马达）作为伺服 执行元件。所以也叫步进驱动系统。在开环控制系统中，数控装置输出的脉冲, 经过步进驱动器的环形分配器或脉冲分配软件的处理，在驱动电路中进行功率放图3-1开环控制的进给驱动系统大后控制步进电动机，最终控 制步进电动机的角位移。步进 电动机再经过减速装置（一般 为同步带，或直接连接）带动 丝杠旋转，通过丝杠将角位移转换为移动部件的直线位移。因此，控制步进电动机的转角与转速，就可以间接 控制移动部件的移动，俗称位移量。图 3-1为开环控制伺服驱动系统的结构框图。采用开环控制系统的数控机床结构简单，制造成本较低，但是由于系