第六章数控维修

1、现代数控机床现代数控机床故障诊断与维修故障诊断与维修湖南铁道职业技术学院湖南铁道职业技术学院电气工程系电气工程系 李移伦第一单元第一单元 绪论绪论一、数控机床的组成一、数控机床的组成 数控机床由数控装置、伺服驱动装置、数控机床由数控装置、伺服驱动装置、检测反馈装置和机床本体四大部分组成，检测反馈装置和机床本体四大部分组成，再加上程序的输入再加上程序的输入/输出设备、可编程控制输出设备、可编程控制器、电源等辅助部分。器、电源等辅助部分。 1. 数控装置数控装置(数控系统的核心数控系统的核心)由硬件由硬件和软件部分组成，接受输入代码经缓存、和软件部分组成，接受输入代码经缓存、译码、运算插补）等转变

2、成控制指令，实译码、运算插补）等转变成控制指令，实现直接或通过现直接或通过PLC对伺服驱动装置的控制。对伺服驱动装置的控制。 一、数控机床的组成一、数控机床的组成 2. 伺服驱动装置是数控装置和机床主机之伺服驱动装置是数控装置和机床主机之间的联接环节，接受数控装置的生成的进给信号，间的联接环节，接受数控装置的生成的进给信号，经放大驱动主机的执行机构，实现机床运动。经放大驱动主机的执行机构，实现机床运动。 3. 检测反馈装置是通过检测元件将执行元检测反馈装置是通过检测元件将执行元件（电机、刀架）或工作台的速度和位移检测出件（电机、刀架）或工作台的速度和位移检测出来，反馈给数控装置构成闭环或半闭环

3、系统。来，反馈给数控装置构成闭环或半闭环系统。 4. 机床本体是数控机床的机械结构件（床身机床本体是数控机床的机械结构件（床身箱体、立柱、导轨、工作台、主轴和进给机构等。箱体、立柱、导轨、工作台、主轴和进给机构等。二、数控机床故障诊断二、数控机床故障诊断 1.故障的基本概念故障的基本概念 故障故障数控机床全部或部分丧失原有的功能。数控机床全部或部分丧失原有的功能。 故障诊断故障诊断在数控机床运行中，根据设备的在数控机床运行中，根据设备的故障现象，在掌握数控系统各部分工作原理的前故障现象，在掌握数控系统各部分工作原理的前提下，对现行的状态进行分析，并辅以必要检测提下，对现行的状态进行分析，并辅以

4、必要检测手段，查明故障的部位和原因。提出有效的维修手段，查明故障的部位和原因。提出有效的维修对策。对策。二、数控机床故障诊断二、数控机床故障诊断 2.故障的分类故障的分类 1）从故障的起因分类）从故障的起因分类 关联性故障关联性故障和系统的设计、结构或性能等和系统的设计、结构或性能等缺陷有关而造成（分固有性和随机性）。缺陷有关而造成（分固有性和随机性）。 非关联性故障非关联性故障和系统本身结构与制造无关和系统本身结构与制造无关的故障。的故障。 2）从故障发生的状态分类）从故障发生的状态分类 突然故障突然故障发生前无故障征兆，使用不当。发生前无故障征兆，使用不当。 渐变故障渐变故障发生前有故障征

5、兆，逐渐严重。发生前有故障征兆，逐渐严重。 3）按故障发生的性质分类）按故障发生的性质分类 软件故障软件故障程序编制错误、参数设置程序编制错误、参数设置不正确、机床操作失误等引起。不正确、机床操作失误等引起。 硬件故障硬件故障电子元器件、润滑系统、电子元器件、润滑系统、限位机构、换刀系统、机床本体等硬件损限位机构、换刀系统、机床本体等硬件损坏造成。坏造成。 干扰故障干扰故障由于系统工艺、线路设计、由于系统工艺、线路设计、电源地线配置不当等以及工作环境的恶劣电源地线配置不当等以及工作环境的恶劣变化而产生。变化而产生。 4）按故障的严重程度分类）按故障的严重程度分类 危险性故障危险性故障数控系统发

6、生故障数控系统发生故障时，机床安全保护系统在需要动作时，时，机床安全保护系统在需要动作时，因故障失去保护动作，造成人身或设因故障失去保护动作，造成人身或设备事故。备事故。 安全性故障安全性故障机床安全保护系统机床安全保护系统在不需要动作时发生动作，引起机床在不需要动作时发生动作，引起机床不能起动。不能起动。 3. 数控系统的可靠性数控系统的可靠性 数控机床除了具有高精度、高效率和数控机床除了具有高精度、高效率和高技术的要求外，还应该具有高可靠性。高技术的要求外，还应该具有高可靠性。衡量的指标有：衡量的指标有： MTBF平均无故障时间平均无故障时间 MTTR排除故障的修理时间排除故障的修理时间

7、平均有效度平均有效度A： A=MTBF/（MTBF+MTTR）数控设备使用寿命数控设备使用寿命故障频率曲线故障频率曲线 4. 数控机床维修的特点数控机床维修的特点 1）数控机床是高投入、高精度、高效）数控机床是高投入、高精度、高效率的自动化设备；率的自动化设备； 2）一些重要设备处于关键的岗位和工）一些重要设备处于关键的岗位和工序，因故障停机时，影响产量和质量；序，因故障停机时，影响产量和质量； 3）数控机床在电气控制系统和机械结）数控机床在电气控制系统和机械结构比普通机床复杂，故障检测和诊断有一构比普通机床复杂，故障检测和诊断有一定的难度。定的难度。四、数控诊断技术的发展四、数控诊断技术的发

8、展 1.通讯诊断通讯诊断(远程、海外诊断）远程、海外诊断） 用户机床的通讯口通过电话线和维修用户机床的通讯口通过电话线和维修中心的专用通讯诊断计算机相连。中心的专用通讯诊断计算机相连。 计算机发诊断程序计算机发诊断程序 用户测试数据用户测试数据 计算机诊断结果和处理方法计算机诊断结果和处理方法 用户用户 特点：实用简便；特点：实用简便； 有一定的局限性有一定的局限性四、数控诊断技术的发展四、数控诊断技术的发展 2. 自修复系统自修复系统 当诊断软件发现数控机床在运行中某当诊断软件发现数控机床在运行中某一模块有故障时，系统在一模块有故障时，系统在CRT上显示的同上显示的同时，自动寻找备用模块并接

9、上。时，自动寻找备用模块并接上。 特点：实用但成本比较高，而且只适特点：实用但成本比较高，而且只适合总线结构的合总线结构的CNC系统。系统。四、数控诊断技术的发展四、数控诊断技术的发展 3. 人工智能专家故障诊断系统人工智能专家故障诊断系统 4. 人工神经元网络人工神经元网络(ANN)诊断诊断 ANN具有联想、容错、记忆、自适应、具有联想、容错、记忆、自适应、自学习和处理复杂多模式故障等特点。这自学习和处理复杂多模式故障等特点。这种方法将被诊断的系统的症状作为网络的种方法将被诊断的系统的症状作为网络的输入，将按一定数学模型所求得的故障原输入，将按一定数学模型所求得的故障原因作为网络的输出，并且

10、神经网络将经过因作为网络的输出，并且神经网络将经过学习所得到的知识以分布的方式隐存在网学习所得到的知识以分布的方式隐存在网络上，每个输出神经元对应着一个故障原络上，每个输出神经元对应着一个故障原因。因。五、课程的基本要求与特点五、课程的基本要求与特点熟悉数控机床各组成部分的工作原理与结熟悉数控机床各组成部分的工作原理与结构构确立数控机床故障诊断的基本思路与实施确立数控机床故障诊断的基本思路与实施诊断的步骤及注意事项诊断的步骤及注意事项掌握常用测试仪器的使用方法掌握常用测试仪器的使用方法通过理论和实训环节的教学，能实施对数通过理论和实训环节的教学，能实施对数控机床的故障分析和诊断。控机床的故障分

11、析和诊断。课程涉及内容广，故障检测、分析难度高课程涉及内容广，故障检测、分析难度高第二单元第二单元 数控机床维护及故障诊断数控机床维护及故障诊断第一节第一节 数控机床的验收与精度检测数控机床的验收与精度检测第二节第二节 数控机床的维护数控机床的维护第三节第三节 数控机床的故障处理数控机床的故障处理第四节第四节 数控系统故障诊断的方法数控系统故障诊断的方法第五节第五节 数控机床的抗干扰数控机床的抗干扰第一节第一节 数控机床的验收与精度检测数控机床的验收与精度检测一、数控机床的验收一、数控机床的验收1.机床性能机床性能主轴性能主轴性能手动操作手动操作高、中、低三挡转速连续进高、中、低三挡转速连续进

12、行五次正、反转的起动、停止，检验其行五次正、反转的起动、停止，检验其动作的灵活性和可靠性。观察功率、转动作的灵活性和可靠性。观察功率、转速、主轴的准停及机床的振动情况。速、主轴的准停及机床的振动情况。一、数控机床的验收一、数控机床的验收一）、机床性能一）、机床性能进给性能进给性能 通过回原点、手动操作和手动数据输入通过回原点、手动操作和手动数据输入方式操作，检验正、反向的低、中、高方式操作，检验正、反向的低、中、高 速的进给运动的起动、停止、点动等动速的进给运动的起动、停止、点动等动作的平稳性和可靠性。并检查回原点的作的平稳性和可靠性。并检查回原点的准确性和可靠性，软、硬限位是否确实准确性和可

13、靠性，软、硬限位是否确实 可靠。可靠。一、数控机床的验收一、数控机床的验收一）、机床性能一）、机床性能自动换刀性能自动换刀性能 通过手动和通过手动和M06指令自动运行，检验换指令自动运行，检验换刀的可靠性、灵活性和平稳性并测定换刀的可靠性、灵活性和平稳性并测定换刀时间是否符合要求。刀时间是否符合要求。机床噪声机床噪声 主轴箱、冷却风扇、液压油泵等噪声小主轴箱、冷却风扇、液压油泵等噪声小于于85分贝。分贝。一、数控机床的验收二）、数控功能二）、数控功能指令功能指令功能指令的功能实现及准确性指令的功能实现及准确性操作功能操作功能检验回原点、执行程序、进检验回原点、执行程序、进给倍率、急停等功能的准

14、确性给倍率、急停等功能的准确性CRT显示功能显示功能检验位置、程序、各种检验位置、程序、各种菜单显示功能菜单显示功能三）、连续空载运行三）、连续空载运行 进行进行816小时的空载自动连续运行小时的空载自动连续运行一、数控机床的验收一、数控机床的验收四）、验收检查项目四）、验收检查项目数控系统外观检查（各部分破损、碰伤）数控系统外观检查（各部分破损、碰伤）控制柜元器件的紧固检查（接插件、接控制柜元器件的紧固检查（接插件、接线端子、元器件的固定）线端子、元器件的固定）输入电源电压、相序的确认输入电源电压、相序的确认检查直流输出电压（检查直流输出电压（24V 、5V）确认数控系统与机床侧的接口确认数

15、控系统与机床侧的接口确认数控系统各参数的设定（最佳性能）确认数控系统各参数的设定（最佳性能）二、精度检验二、精度检验1.1.几何精度检验（静态精度检验）几何精度检验（静态精度检验）是综合反映机床关键零部件经组装后的综是综合反映机床关键零部件经组装后的综合几何形状误差。有各坐标轴的相互垂直合几何形状误差。有各坐标轴的相互垂直度、台面的平行度、主轴的轴向和径向跳度、台面的平行度、主轴的轴向和径向跳动等检验项目。动等检验项目。2.2.定位精度检验定位精度检验是测量机床各坐标轴在数控系统控制下所是测量机床各坐标轴在数控系统控制下所能达到的位置精度。能达到的位置精度。有直线运动定位精度、直线运动重复定位

16、有直线运动定位精度、直线运动重复定位精度、直线运动的原点复归精度、直线运精度、直线运动的原点复归精度、直线运动失动量、回转工作台的定位精度、回转动失动量、回转工作台的定位精度、回转工作台的重复分度精度、数控回转工作台工作台的重复分度精度、数控回转工作台的失动量、回转工作台的原点复归精度等。的失动量、回转工作台的原点复归精度等。3.3.切削精度检验（对数控车床）切削精度检验（对数控车床）外圆车削（直径、圆度）外圆车削（直径、圆度）端面车削（平面度）端面车削（平面度）螺纹车削（螺距积累误差）等螺纹车削（螺距积累误差）等第二节第二节 数控机床的维护数控机床的维护一、点检一、点检点检点检按有关维护文件

17、的规定，对数控按有关维护文件的规定，对数控机床进行定点、定时的检查和维护机床进行定点、定时的检查和维护点检要求和内容点检要求和内容 专职点检专职点检重点设备、部位（设备部门）重点设备、部位（设备部门） 日常点检日常点检一般设备的检查及维护（车间）一般设备的检查及维护（车间） 生产点检生产点检开机前检查、润滑、日常清洁、开机前检查、润滑、日常清洁、 紧固等工作（操作者）紧固等工作（操作者）二、数控系统的日常维护二、数控系统的日常维护机床电气柜的散热通风机床电气柜的散热通风门上热交换器或轴流风扇对控制柜的内外门上热交换器或轴流风扇对控制柜的内外进行空气循环。（少开柜门）进行空气循环。（少开柜门）纸

18、带阅读机的定期维护纸带阅读机的定期维护对光电头、纸带压板定期进行防污处理对光电头、纸带压板定期进行防污处理支持电池的定期更换支持电池的定期更换在机床断电期间，有电池供电保持存储在在机床断电期间，有电池供电保持存储在COMS器件内的机床数据器件内的机床数据二、数控系统的日常维护二、数控系统的日常维护检测反馈元件的维护检测反馈元件的维护光电编码器、接近开关、行程开关与撞块、光电编码器、接近开关、行程开关与撞块、光栅等元件的检查和维护光栅等元件的检查和维护备用电路板的定期通电备用电路板的定期通电备用电路板应定期装到备用电路板应定期装到CNC系统上通电运系统上通电运行，长期停用的数控机床也要经常通电，

19、行，长期停用的数控机床也要经常通电，利用电器元件本身的发热来驱散电气柜内利用电器元件本身的发热来驱散电气柜内的潮气。保证电器元件性能的稳定可靠。的潮气。保证电器元件性能的稳定可靠。三、诊断常用的仪器仪表及工具三、诊断常用的仪器仪表及工具 1.1.仪器仪表仪器仪表万用表万用表可测电阻、交、直流电压、电流可测电阻、交、直流电压、电流 指针式：有测量过程指针式：有测量过程 数字式：直接读数数字式：直接读数相序表相序表可检查直流驱动装置输入电流的可检查直流驱动装置输入电流的 相序相序双踪示波器双踪示波器检查信号波形检查信号波形钳形电流表钳形电流表不断线检测电流不断线检测电流三、诊断常用的仪器仪表及工具

20、三、诊断常用的仪器仪表及工具脉冲发生笔与逻辑测试笔脉冲发生笔与逻辑测试笔 对芯片或功能电路板的输入注入逻辑对芯片或功能电路板的输入注入逻辑电平脉冲，用逻辑测试笔检测输出电平，电平脉冲，用逻辑测试笔检测输出电平，以判别其功能正常与否。以判别其功能正常与否。机械故障诊断仪机械故障诊断仪 对机械故障进行检测、分析与诊断。对机械故障进行检测、分析与诊断。 2. 工具工具 “+”、“一一”螺丝刀、钳子、镊子、螺丝刀、钳子、镊子、烙铁等烙铁等 四、诊断用技术资料四、诊断用技术资料数控机床生产厂家必须向用户提供安装、数控机床生产厂家必须向用户提供安装、使用与维修有关的技术资料，主要有：使用与维修有关的技术资

21、料，主要有：数控机床电气使用说明书数控机床电气使用说明书数控机床电气原理图数控机床电气原理图数控机床电气连接图数控机床电气连接图数控机床结构简图数控机床结构简图数控机床参数表数控机床参数表数控机床数控机床PLC控制程序控制程序四、诊断用技术资料四、诊断用技术资料数控系统操作手册数控系统操作手册数控系统编程手册数控系统编程手册数控系统安装与维修手册数控系统安装与维修手册伺服驱动系统使用说明书伺服驱动系统使用说明书 数控机车的技术资料对故障分析与诊断数控机车的技术资料对故障分析与诊断 非常重要，必须认真仔细地阅读，并对非常重要，必须认真仔细地阅读，并对照机床实物，做到心中有数。一旦机床照机床实物，

22、做到心中有数。一旦机床 发生故障，再进行分析的同时查阅资料。发生故障，再进行分析的同时查阅资料。第三节第三节 故障处理故障处理 一、故障故障软故障软故障由调整、参数设置或操作不当引由调整、参数设置或操作不当引起（在使用初期发生较多，不熟悉）起（在使用初期发生较多，不熟悉）硬故障硬故障由数控机床（控制、检测、驱动、由数控机床（控制、检测、驱动、液气、机械装置）的硬件失效引起液气、机械装置）的硬件失效引起 二、故障处理对策二、故障处理对策 除非出现影响设备或人身安全的紧急情况，除非出现影响设备或人身安全的紧急情况，不要立即切断机床的电源。应保持故障现不要立即切断机床的电源。应保持故障现场。场。 从

23、机床外观、从机床外观、CRT显示的内容、主板显示的内容、主板或驱动装置报警灯等方面进行检查。可按或驱动装置报警灯等方面进行检查。可按系统复位键，观察系统的变化，报警是否系统复位键，观察系统的变化，报警是否消失。如消失，说明是随机性故障或是由消失。如消失，说明是随机性故障或是由操作错误引起的。操作错误引起的。 如不能消失，把可能引起该故障的原如不能消失，把可能引起该故障的原因罗列出来，进行综合分析、判断，必要因罗列出来，进行综合分析、判断，必要时进行一些检测或试验，达到确诊故障的时进行一些检测或试验，达到确诊故障的目的。目的。复位后，故障不能消失，可从以下几方面复位后，故障不能消失，可从以下几方

24、面进行调查：进行调查：1.检查机床的运行状态检查机床的运行状态机床故障时的运行方式机床故障时的运行方式CRT显示的内容（报警信号和报警号）显示的内容（报警信号和报警号）驱动装置、变频器等显示的报警指示驱动装置、变频器等显示的报警指示故障时轴的定位误差故障时轴的定位误差刀具轨迹是否正常刀具轨迹是否正常辅助机能的运行状态辅助机能的运行状态2.检查加工程序及操作情况检查加工程序及操作情况是否为新编制的加工程序是否为新编制的加工程序刀具补偿指令及补偿量是否正确刀具补偿指令及补偿量是否正确故障是否与换刀有关故障是否与换刀有关故障是否与进给速度有关故障是否与进给速度有关操作者的情况（新手）操作者的情况（新

25、手）3.检查系统的输入电压检查系统的输入电压输入电压的波动，电压值是否在正常范围输入电压的波动，电压值是否在正常范围附近有否使用大电流的装置附近有否使用大电流的装置4.检查环境状态检查环境状态CNC周围的温度状况周围的温度状况控制柜热交换器、轴流风扇工作情况控制柜热交换器、轴流风扇工作情况系统周围的振动情况系统周围的振动情况附近有否高频干扰源附近有否高频干扰源5.检查机床状况检查机床状况熔丝是否已熔断熔丝是否已熔断故障前是否修理过机床或设置过参数故障前是否修理过机床或设置过参数机床是否已调整好机床是否已调整好在运行过程中是否改变过工作方式在运行过程中是否改变过工作方式机床是否正处于急停、锁住状

26、态机床是否正处于急停、锁住状态速度倍率开关是否设为零速度倍率开关是否设为零进给保持按钮是否被按下进给保持按钮是否被按下间隙补偿量是否合适间隙补偿量是否合适机床各信号电缆有否破损机床各信号电缆有否破损信号线和电源线是否分开走线信号线和电源线是否分开走线屏蔽线接地是否正确屏蔽线接地是否正确第三节第三节 数控系统故障诊断方法数控系统故障诊断方法一、诊断步骤和要求一、诊断步骤和要求 故障检测（确定有否故障）故障检测（确定有否故障）1.故障诊断故障诊断 故障判断（确定故障性质）故障判断（确定故障性质） 故障定位（确定故障部位）故障定位（确定故障部位）2.故障诊断要求：故障诊断要求：故障检测方法简便有效故

27、障检测方法简便有效使用的诊断仪器少而实用使用的诊断仪器少而实用故障诊断的所需的时间尽可能短故障诊断的所需的时间尽可能短二、常用故障诊断方法二、常用故障诊断方法1.直观法（望闻问切）直观法（望闻问切）问问机床的故障现象、加工状况等机床的故障现象、加工状况等看看CRT报警信息、报警指示灯、熔丝报警信息、报警指示灯、熔丝断否、元器件烟熏烧焦、电容器膨胀变断否、元器件烟熏烧焦、电容器膨胀变形、开裂、保护器脱扣、触点火花等形、开裂、保护器脱扣、触点火花等听听异常声响（铁芯、欠压、振动等）异常声响（铁芯、欠压、振动等）闻闻电气元件焦糊味及其它异味电气元件焦糊味及其它异味摸摸发热、振动、接触不良等发热、振动

28、、接触不良等二、常用故障诊断方法二、常用故障诊断方法2.CNC系统的自诊断功能系统的自诊断功能开机自诊断开机自诊断系统内部自诊断程序通电后系统内部自诊断程序通电后动执行对动执行对CPU、存储器、总线和存储器、总线和I/O等模块等模块及功能板、及功能板、CRT、软盘等外围设备进行功软盘等外围设备进行功能测试，确定主要硬件能正常工作。例能测试，确定主要硬件能正常工作。例运行中的故障信息提示运行中的故障信息提示发生故障在发生故障在CRT上报警信息，查阅维修手册确定故障原因上报警信息，查阅维修手册确定故障原因及排除方法。（不唯一，信息丰富则准确）及排除方法。（不唯一，信息丰富则准确）FANUC 10T

29、E系统的数控机床，开机系统的数控机床，开机后后CRT显示：显示：FS107E 1399BROM TEST：ENDRAM TEST 未通过测试未通过测试故障可能：参数丢失、支持电池失效故障可能：参数丢失、支持电池失效或接触不良等或接触不良等二、常用故障诊断方法二、常用故障诊断方法3.数据和状态检查数据和状态检查CNC系统的自诊断不但能在系统的自诊断不但能在CRT上显示故上显示故障报警信息，而且还能以多页障报警信息，而且还能以多页“诊断地址诊断地址”和和“诊断数据诊断数据”的形式提供机床参数和状的形式提供机床参数和状态态信息信息接口检查接口检查参数检查参数检查接口检查接口检查系统与机床、系统与系统

30、与机床、系统与PLC、机床与机床与PLC的输入的输入/输出信号，接口诊断输出信号，接口诊断功能可将所有开关量信号的状态显示在功能可将所有开关量信号的状态显示在 CRT上，上，“1”表示通，表示通，“0”表示断。表示断。 利用状态显示可以检查数控系统是否将利用状态显示可以检查数控系统是否将信号输出到机床侧，机床侧的开关信号信号输出到机床侧，机床侧的开关信号是否已输入到系统，从而确定故障是在是否已输入到系统，从而确定故障是在机床测还是在系统侧。机床测还是在系统侧。 例：例：NCP400L数控车床接口状态数控车床接口状态接口检查接口检查38C0H 0 0 1 1 0 0 1 0二、常用故障诊断方法二

31、、常用故障诊断方法参数检查参数检查数控机床的机床参数是经一系列的试验和数控机床的机床参数是经一系列的试验和调整而获得的重要参数，是机床正常运行调整而获得的重要参数，是机床正常运行的保证。包括有增益、加速度、轮廓监控的保证。包括有增益、加速度、轮廓监控及各种补偿值等。当机床长期闲置不用或及各种补偿值等。当机床长期闲置不用或受到外部干扰会使数据丢失或发生数据混受到外部干扰会使数据丢失或发生数据混乱，机床将不能正常工作。乱，机床将不能正常工作。可调出机床参数进行检查、修改或传送。可调出机床参数进行检查、修改或传送。二、常用故障诊断方法二、常用故障诊断方法4.报警指示灯显示故障报警指示灯显示故障除除C

32、RT软报警外，还有许多软报警外，还有许多“硬件硬件”报警报警指指示灯，分布在电源、主轴驱动、伺服驱动示灯，分布在电源、主轴驱动、伺服驱动I/O装置上，由此可判断故障的原因。装置上，由此可判断故障的原因。5.备板置换法（替代法）备板置换法（替代法）用同功能的备用板替换被怀疑有故障的模用同功能的备用板替换被怀疑有故障的模板。（故障被排除或范围缩小）板。（故障被排除或范围缩小）注意：断电状态下注意：断电状态下/选择开关选择开关/跨线一致跨线一致二、常用故障诊断方法二、常用故障诊断方法六、将功能相同的模板或单元相互交换，六、将功能相同的模板或单元相互交换，观察故障的转移情况，就能快速判断故障观察故障的

33、转移情况，就能快速判断故障的部位。的部位。系统X驱动Y驱动X电机Y电机二、常用故障诊断方法二、常用故障诊断方法七、敲击法七、敲击法数控系统是由各种电路板组成，电路板上、数控系统是由各种电路板组成，电路板上、接插件等处有虚焊或接口槽接触不良都会接插件等处有虚焊或接口槽接触不良都会引起故障。可用绝缘物轻轻敲打疑点处，引起故障。可用绝缘物轻轻敲打疑点处，若出现，则敲击处很可能就是故障部位。若出现，则敲击处很可能就是故障部位。八、升温法八、升温法设备运行较长时间或环境温度较高时，机设备运行较长时间或环境温度较高时，机床就会出现故障，可用电吹风、红外灯照床就会出现故障，可用电吹风、红外灯照射可疑的元件或

34、组件。确定故障点。射可疑的元件或组件。确定故障点。二、常用故障诊断方法二、常用故障诊断方法九九. .功能程序测试法功能程序测试法当数控机床加工造成废品而无法确定是编当数控机床加工造成废品而无法确定是编程、操作不当还是数控系统故障时，或是程、操作不当还是数控系统故障时，或是闲置时间较长的数控机床重新投入使用时。闲置时间较长的数控机床重新投入使用时。将将G G、M M、S S、T T、F F功能的全部指令编写一个功能的全部指令编写一个试验程序并运行在这台机床，可快速判断试验程序并运行在这台机床，可快速判断哪个功能不良或丧失。哪个功能不良或丧失。二、常用故障诊断方法二、常用故障诊断方法十、隔离法十、

35、隔离法隔离法是将某些控制回路断开，从而达到隔离法是将某些控制回路断开，从而达到缩小查找故障区域的目的。缩小查找故障区域的目的。例：某加工中心，在例：某加工中心，在JOG方式下，进给平方式下，进给平稳，但自动则不正常。首先要确定是稳，但自动则不正常。首先要确定是NC故故障还是伺服系统故障，先断开伺服速度给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。定信号，用电池电压作信号，故障依旧。说明说明NC系统没有问题。进一步检查是系统没有问题。进一步检查是Y轴轴夹紧装置出故障。夹紧装置出故障。二、常用故障诊断方法二、常用故障诊断方法十一、测量比较法十一、测量比较法为了检测方便，

36、在模板或单元上设有检测为了检测方便，在模板或单元上设有检测端子，用万用表、示波器等仪器对这些端端子，用万用表、示波器等仪器对这些端子的电平或波形进行测试，将测试值与正子的电平或波形进行测试，将测试值与正常值进行比较，可以分析和判断故障的原常值进行比较，可以分析和判断故障的原因和及故障的部位。因和及故障的部位。各种故障诊断方法各有特点，要根据故障各种故障诊断方法各有特点，要根据故障现象的特点灵活的组合应用。现象的特点灵活的组合应用。第四节第四节 电源的维护与保养电源的维护与保养1.电源的组成：电源的组成：三相输入线路、熔断器、电源开关、电源三相输入线路、熔断器、电源开关、电源变压器、控制变压器、

37、断路器、各种继电变压器、控制变压器、断路器、各种继电器、接触器等。器、接触器等。2.通过电源配置提供给数控机床所需要的通过电源配置提供给数控机床所需要的各种电源，以满足不同负载的要求。各种电源，以满足不同负载的要求。一般有：一般有：380V、220V、200V、24V以及以及5V等。等。 第四节第四节 电源的维护与保养电源的维护与保养2.维护保养内容维护保养内容三相电源的电压值是否正常，有否偏相三相电源的电压值是否正常，有否偏相所有电气连接是否良好所有电气连接是否良好各类开关是否有效各类开关是否有效各继电器、接触器是否正常工作各继电器、接触器是否正常工作检验热继电器、电弧抑制器等保护器件是检验

38、热继电器、电弧抑制器等保护器件是否有效否有效检查电气柜防尘滤网、冷却风扇是否正常检查电气柜防尘滤网、冷却风扇是否正常第五节第五节 数控机床的抗干扰数控机床的抗干扰一、电磁波干扰一、电磁波干扰电火花、中、高频电加热设备的电源都会产电火花、中、高频电加热设备的电源都会产生强烈的电磁波，通过空间传播被附近的数生强烈的电磁波，通过空间传播被附近的数控系统所接受，如果能量足够就会干扰数控控系统所接受，如果能量足够就会干扰数控机床的正常工作。（远离这些设备）机床的正常工作。（远离这些设备）二、供电线路干扰二、供电线路干扰输入电压过压或欠压引起电源报警而停机输入电压过压或欠压引起电源报警而停机电源波形畸变电

39、源波形畸变*引起错误信息会导致引起错误信息会导致CPU停停止运行止运行第五节第五节 数控机床的抗干扰数控机床的抗干扰三、信号传输干扰三、信号传输干扰数控信号在传递过程中受到外界的干扰数控信号在传递过程中受到外界的干扰串模干扰串模干扰干扰电压叠加在有用信号上，干扰电压叠加在有用信号上， 由绝缘不良、漏电阻及供电线路等引入。由绝缘不良、漏电阻及供电线路等引入。共模干扰共模干扰干扰电压对二根或以上信号干扰电压对二根或以上信号线的干扰大小相等、相位相同。装置的线的干扰大小相等、相位相同。装置的 共模抑制比较高，影响不大。当不平衡共模抑制比较高，影响不大。当不平衡 时，一部分转为串模。时，一部分转为串模

40、。四、抗干扰措施四、抗干扰措施1.减少供电线路的干扰减少供电线路的干扰数控机床远离具有中、高频电源的设备数控机床远离具有中、高频电源的设备数控机床不要和大功率且频繁起、停的设数控机床不要和大功率且频繁起、停的设备在同一供电干线上备在同一供电干线上在电源电压波动较大的地区，加稳压电源在电源电压波动较大的地区，加稳压电源动力线和信号线分开走线动力线和信号线分开走线信号线采用屏蔽线或双绞线信号线采用屏蔽线或双绞线控制线和电源线相交时，要采用直角相交控制线和电源线相交时，要采用直角相交四、抗干扰措施四、抗干扰措施2.减少机床控制中的干扰减少机床控制中的干扰压敏电阻保护（浪涌吸收器）压敏电阻保护（浪涌吸

41、收器）可对线可对线路中的瞬变、尖蜂等噪声进行保护路中的瞬变、尖蜂等噪声进行保护阻容保护阻容保护交流接触器和电机频繁起停交流接触器和电机频繁起停时，因电磁感应会在机床电路中产生浪时，因电磁感应会在机床电路中产生浪涌或尖蜂，可抑制、吸收干扰噪声涌或尖蜂，可抑制、吸收干扰噪声续流二极管保护续流二极管保护直流电感元件在断电直流电感元件在断电时，在线圈着将产生较大的感应电动势时，在线圈着将产生较大的感应电动势并联的二极管可减少对控制电路的干扰并联的二极管可减少对控制电路的干扰四、抗干扰措施四、抗干扰措施3.屏蔽技术（电磁、静电屏蔽）屏蔽技术（电磁、静电屏蔽）信号线采用屏蔽线（铜质网状）、穿在信号线采用屏

42、蔽线（铜质网状）、穿在铁质蛇皮管或铁管中铁质蛇皮管或铁管中关键元件或组件采用金属容器屏蔽关键元件或组件采用金属容器屏蔽4.保证保证“接地接地”良好良好“接地接地”是数控机床安装中一项关键的抗是数控机床安装中一项关键的抗干干扰技术措施。电网的许多干扰都市通过扰技术措施。电网的许多干扰都市通过“接接地地”对机床起作用的。对机床起作用的。信号地信号地用来提供电信号的基准电压（用来提供电信号的基准电压（0V）框架地框架地是以安全性及防止外来噪声和内是以安全性及防止外来噪声和内部噪声为目的的地线系统。它是装置的面部噪声为目的的地线系统。它是装置的面板、单元的外壳、操作板及各装置间接口板、单元的外壳、操作

43、板及各装置间接口的屏蔽线的屏蔽线系统地系统地是将框架地和大地相连接是将框架地和大地相连接 接地要可靠（接地电阻应小于接地要可靠（接地电阻应小于10欧姆）欧姆） 接地线要粗（应大于电源线的截面积）接地线要粗（应大于电源线的截面积） 数控机床的地线系统数控机床的地线系统第三单元第三单元 数控机床机械结构故障诊断数控机床机械结构故障诊断第一节第一节 数控机床机械故障诊断方法数控机床机械故障诊断方法第二节第二节 主轴部件主轴部件第三节第三节 滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副第四节第四节 导轨副导轨副第五节第五节 刀库及换刀装置刀库及换刀装置第六节第六节 液压与气压传动系统液压与气压传动系统第三单元第三单元

44、 数控机床机械结构故障诊断数控机床机械结构故障诊断 一、故障与故障诊断一、故障与故障诊断 数控机床在机械结构上和普通机床不数控机床在机械结构上和普通机床不同点在于传动链缩短，传动部件的精度高，同点在于传动链缩短，传动部件的精度高，机械维护的面更广。主轴、进给轴、导轨机械维护的面更广。主轴、进给轴、导轨和丝杠、刀库和换刀装置、液压和气动等。和丝杠、刀库和换刀装置、液压和气动等。 熟悉机械故障的特征，掌握数控机床熟悉机械故障的特征，掌握数控机床机械故障的诊断的方法和手段。还要注意机械故障的诊断的方法和手段。还要注意数控机床机电之间的内在联系。数控机床机电之间的内在联系。第一节第一节 数控机床机械故

45、障诊断方法数控机床机械故障诊断方法1. 1. 机械故障的原因机械故障的原因 机床在运行过程中，机械零部件受到力、机床在运行过程中，机械零部件受到力、 热、摩擦以及磨损等诸多因素的作用，热、摩擦以及磨损等诸多因素的作用，使其领部件偏离或丧失原有的功能。使其领部件偏离或丧失原有的功能。2. 2. 机械故障诊断机械故障诊断 机床运行状态的识别、运行状态的信号机床运行状态的识别、运行状态的信号获取、特征参数的分析，故障性质的判获取、特征参数的分析，故障性质的判断和故障部位的确定。断和故障部位的确定。第一节第一节 数控机床机械故障诊断方法数控机床机械故障诊断方法二、二、 机械故障诊断的方法机械故障诊断的

46、方法实用诊断技术（问、听、看、闻、摸、查）实用诊断技术（问、听、看、闻、摸、查）振动、噪声测试振动、噪声测试(幅值大小、频率结构）幅值大小、频率结构）油液分析（磨粒成分、型貌、数量）油液分析（磨粒成分、型貌、数量）温度测试（表面温度及变化规律）温度测试（表面温度及变化规律）超声、超声、X射线探伤（机件内部缺陷）射线探伤（机件内部缺陷）专家诊断系统（专家的经验、数据）专家诊断系统（专家的经验、数据）第一节第一节 数控机床机械故障诊断方法数控机床机械故障诊断方法1.1.实用诊断技术实用诊断技术问问操作者（渐操作者（渐/突发、故障现象、加工突发、故障现象、加工件的情况、传动系统的运动和动力、润件的情

47、况、传动系统的运动和动力、润滑、保养和检修情况）滑、保养和检修情况）看看机床的转速变化、工件的表面粗糙机床的转速变化、工件的表面粗糙度和振纹、颜色伤痕等明显症状度和振纹、颜色伤痕等明显症状听听机床运转声（强弱、频率高低等）机床运转声（强弱、频率高低等）闻闻润滑油脂氧化蒸发油烟气焦糊气润滑油脂氧化蒸发油烟气焦糊气第一节第一节 数控机床机械故障诊断方法数控机床机械故障诊断方法1.1.实用诊断技术实用诊断技术触触用手感来判别机床的故障（温升、用手感来判别机床的故障（温升、 振动、伤痕和波纹、爬行、松紧）振动、伤痕和波纹、爬行、松紧） 实用诊断技术在机械故障的诊断中具有实用诊断技术在机械故障的诊断中具

48、有实用简便、快速有效的特点，但诊断效实用简便、快速有效的特点，但诊断效果的好坏在很大程度上要凭借维修技术果的好坏在很大程度上要凭借维修技术人员的经验，而且有一定的局限性，对人员的经验，而且有一定的局限性，对一些疑难故障难以奏效。一些疑难故障难以奏效。二、机械故障诊断的方法二、机械故障诊断的方法 2. 2. 机械振动检测诊断法机械振动检测诊断法 以机床振动作为信息源，在机床运行过以机床振动作为信息源，在机床运行过程中获取信号，对信号作各种处理和分程中获取信号，对信号作各种处理和分析，通过某些特征量的变化来判别有无析，通过某些特征量的变化来判别有无故障、根据由以往诊断经验形成的一些故障、根据由以往

49、诊断经验形成的一些判据来确定故障的性质并综合一些其他判据来确定故障的性质并综合一些其他依据来进一步确定故障的部位。依据来进一步确定故障的部位。 具有实用可靠、判断准确的特点具有实用可靠、判断准确的特点2. 机械振动检测诊断法机械振动检测诊断法诊断过程诊断过程1 1）阅被诊断设备的技术资料，分析传动关系、）阅被诊断设备的技术资料，分析传动关系、计算传动件的特征值；计算传动件的特征值；2 2）获取信号、信号调理与处理；）获取信号、信号调理与处理；3 3）信号分析、故障判断（部位、性质）。）信号分析、故障判断（部位、性质）。 故障振动信号分类故障振动信号分类 1 1）平稳性故障信号）平稳性故障信号

50、2 2）冲击性故障信号）冲击性故障信号 2. 机械振动检测诊断法机械振动检测诊断法 1 1）平稳性故障信号）平稳性故障信号机械结构在正弦机械结构在正弦周期性力信号、复杂周期性力信号和准周周期性力信号、复杂周期性力信号和准周期性力信号（轴弯曲、偏心、滚子失圆等期性力信号（轴弯曲、偏心、滚子失圆等渐变性故障）作用下产生的响应信号。渐变性故障）作用下产生的响应信号。 特点：响应信号的频率成分与激励信号特点：响应信号的频率成分与激励信号的频率成分相同。频谱为有限根谱线，而的频率成分相同。频谱为有限根谱线，而且能量集中在故障的特征频率及其倍频上。且能量集中在故障的特征频率及其倍频上。 2. 机械振动检测

51、诊断法机械振动检测诊断法2 2）冲击性故障信号）冲击性故障信号 机械结构在周期性冲击力作用下的脉冲响机械结构在周期性冲击力作用下的脉冲响 应，他与冲击信号本身有很大的不同。应，他与冲击信号本身有很大的不同。 特点：信号能量短时间释放，其频谱为无特点：信号能量短时间释放，其频谱为无 穷根谱线，间隔等于脉冲发生的频率。能穷根谱线，间隔等于脉冲发生的频率。能 量集中于基频。量集中于基频。 2. 机械振动检测诊断法机械振动检测诊断法信号分析方法信号分析方法 1) 1)时域分析法（直观）时域分析法（直观） 了解信号的幅值和时间的关系，确定振动了解信号的幅值和时间的关系，确定振动的程度，设备是否有故障及严

52、重程度。不的程度，设备是否有故障及严重程度。不能确定故障部位（特征量的统计分析、相能确定故障部位（特征量的统计分析、相关分析等、均值、有效值、均方根值、方关分析等、均值、有效值、均方根值、方差等）。差等）。 2. 机械振动检测诊断法机械振动检测诊断法信号分析方法信号分析方法 2) 2)频域分析法频域分析法( (了解了解信号的频率结构，寻信号的频率结构，寻找故障源找故障源) ) 幅值谱分析幅值谱分析-应用傅里叶变换、傅里叶应用傅里叶变换、傅里叶傅里叶积分将时域信号变为频域信号。傅里叶积分将时域信号变为频域信号。 功率谱分析功率谱分析-在频域中对信号能量或功在频域中对信号能量或功率分布情况的描述。

53、率分布情况的描述。 滤波谱滤波谱-分析平稳性故障信号分析平稳性故障信号 解调谱解调谱-分析冲击性故障信号分析冲击性故障信号2. 机械振动检测诊断法机械振动检测诊断法测试仪器系统测试仪器系统2. 机械振动检测诊断法机械振动检测诊断法诊断实例诊断实例 1 1）了解设备的运行状态：设备在运行中有）了解设备的运行状态：设备在运行中有什么异常情况，不同速度档位有什么区别。什么异常情况，不同速度档位有什么区别。 2 2）得到设备的有关资料：设备的传动系统）得到设备的有关资料：设备的传动系统图、轴承分布图等技术资料，并对其进行分图、轴承分布图等技术资料，并对其进行分析。析。 3 3）计算传动链和传动件的特征

54、频率：计算）计算传动链和传动件的特征频率：计算传动链，计算各传动件的特征频率系数传动链，计算各传动件的特征频率系数。 对对设备进行诊断测试设备进行诊断测试1 1）放置测振、测速传感器（位置、信号要）放置测振、测速传感器（位置、信号要 求）（一般选振动或噪声较大的部位）；求）（一般选振动或噪声较大的部位）；2 2）连接仪器系统；）连接仪器系统；3 3）开动被测设备；）开动被测设备；4 4）调节测速电平、显示主轴转速并记录；）调节测速电平、显示主轴转速并记录；5 5）从较高频段开始测试，逐渐到较低频段，）从较高频段开始测试，逐渐到较低频段， 并调节放大器的增益，使信号处于最佳状并调节放大器的增益，

55、使信号处于最佳状 态；态；6 6）记录、打印测试结果。）记录、打印测试结果。传动链传动链 30/60 27/30 27/57 30/60 27/30 27/57 特征系数特征系数 4.69 140. 2.35 63.33 2.1 574.69 140. 2.35 63.33 2.1 57 1.0 1.0特征频率特征频率 3.58 107.4 1.79 48.32 1.61 43.5 3.58 107.4 1.79 48.32 1.61 43.5 0.7630.763 故障诊断分析故障诊断分析1 1）由主轴转频计算各传动件的特征频率；）由主轴转频计算各传动件的特征频率；2 2）对照计算值和测试结

56、果，由前述机械故）对照计算值和测试结果，由前述机械故障诊断知识进行分析，判断故障的部位和障诊断知识进行分析，判断故障的部位和故障性质。得出诊断结果。故障性质。得出诊断结果。第二节第二节 主轴部件主轴部件主轴部件的性能要求主轴部件的性能要求 高回转精度、足够的功率输出、刚度、高回转精度、足够的功率输出、刚度、抗振性、温升以及自动变速、准停和自动抗振性、温升以及自动变速、准停和自动换刀等要求。换刀等要求。主轴部件的结构主轴部件的结构 成组高精度轴承（滚动成组高精度轴承（滚动/静压静压/磁力磁力/陶瓷）陶瓷）及其配置、轴承间隙调整和润滑密封以及及其配置、轴承间隙调整和润滑密封以及满足工件的自动装夹要

57、求满足工件的自动装夹要求 第二节第二节 主轴部件主轴部件主轴的维护特点主轴的维护特点 1.主轴润滑主轴润滑 减少摩擦、带走热量，（磨损和热变形）减少摩擦、带走热量，（磨损和热变形）-循环润滑方式：液压泵供油强力润滑和循环润滑方式：液压泵供油强力润滑和 油脂润滑油脂润滑-油气润滑方式：定时定量把油雾送进轴油气润滑方式：定时定量把油雾送进轴 承空隙中承空隙中-喷注润滑方式：较大流量的恒温油喷注喷注润滑方式：较大流量的恒温油喷注 到主轴轴承（大容量恒温油箱）到主轴轴承（大容量恒温油箱）第二节第二节 主轴部件主轴部件2.防泄露防泄露 主轴故障诊断主轴故障诊断故障现象故障原因故障现象故障原因1.1.主轴

58、发热轴承损伤或不清洁、轴承油主轴发热轴承损伤或不清洁、轴承油 脂耗尽或油脂过多、轴承间脂耗尽或油脂过多、轴承间 隙过小隙过小2.2.主轴强力电机与主轴传动的皮带过松、主轴强力电机与主轴传动的皮带过松、切削停转皮带表面有油、离合器松切削停转皮带表面有油、离合器松3.3.润滑油泄漏润滑油过量、密封件损伤或润滑油泄漏润滑油过量、密封件损伤或失效、管件损坏失效、管件损坏主轴故障诊断主轴故障诊断故障现象故障原因故障现象故障原因4. 主轴噪声缺少润滑、皮带轮动平衡主轴噪声缺少润滑、皮带轮动平衡 （振动）（振动） 不佳、带轮过紧、齿轮磨不佳、带轮过紧、齿轮磨 损或啮合间隙过大、轴损或啮合间隙过大、轴承承 损

59、坏损坏5.主轴没有或主轴没有或 油泵转向不正确、油管或油泵转向不正确、油管或 润滑不足润滑不足 滤油器堵塞、油压不足滤油器堵塞、油压不足第二节第二节 主轴部件主轴部件主轴故障诊断主轴故障诊断故障现象故障原因故障现象故障原因6. 刀具不能刀具不能 蝶形弹簧位移量太小、刀蝶形弹簧位移量太小、刀 夹紧夹紧 具松夹弹簧上螺母松动具松夹弹簧上螺母松动7.刀具夹紧后刀具夹紧后 刀具松夹弹簧压合过紧、刀具松夹弹簧压合过紧、 不能松开不能松开 液压缸压力和行程不够液压缸压力和行程不够第三节第三节 滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副的维护滚珠丝杠螺母副的维护1.轴向间隙的调整轴向间隙的调整 保证反向传动

60、精度和轴向刚度（垫片调保证反向传动精度和轴向刚度（垫片调隙式、螺纹调隙式、齿差调隙式）隙式、螺纹调隙式、齿差调隙式） 2.支承轴承的定期检查支承轴承的定期检查 定期检查丝杠支承与床身的连接是否有定期检查丝杠支承与床身的连接是否有松动以及轴承是否损坏松动以及轴承是否损坏第三节第三节 滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副的维护滚珠丝杠螺母副的维护 3.滚珠丝杠副的润滑滚珠丝杠副的润滑 润滑剂（油润滑剂（油/脂）可提高耐磨性和传动效脂）可提高耐磨性和传动效 率（工作前率（工作前/半年）半年） 4.滚珠丝杠的防护滚珠丝杠的防护 防止硬质灰尘或切屑污物的进入，可采防止硬质灰尘或切屑污物的进入，可采