《数控机床故障诊断与维修》-高职数控类项目四

1、【项目目标】 重点掌握识别、分析和处理数控系统故障的方法。【项目导读】数控系统的常见故障归纳起来有电源类故障、显示类故障、软件类故障、回参考点类故障、参数类故障、急停类故障、操作类故障、PLC类故障等。本章介绍相应部分的工作原理、常见故障现象、故障处理方法等。项目项目4数控系统的故障诊断与维修数控系统的故障诊断与维修任务任务4.1数控系统电源类故障诊断与维修数控系统电源类故障诊断与维修4.1.1电源单元工作原理电源单元工作原理数控机床的电源装置由电源变压器、机床控制变压器、断路器、熔断器和开关电源等组成。通过电源配置提供给数控机床各种电源，以满足各种不同负载的要求。电网电压波动、负载对地短路均

2、会影响到电源的正常供电。1.电源配置电源配置L3L2L1QF0 32A3N50Hz,380VPEN1L31L21L14mm2bkM33QF2M2QF3M5QF5冷 却 电 机主轴润滑电机外部电源电源总开关正转反转电动刀架电机设备界限2/E53/E10.4-0.6 0.4 AKM1530W150WU3V3 W3FV01KM2U31V31 W31KM3U2V2W2U4V4 W4FV03U21V21 W210.24-0.4 0.24 A1mm2U41 V41 W41KM5FV04M4U5V5 W5A15主轴变频器0.4-0.6 0.4 A主轴电机2.5mm2BK CK6136S强电电源配置图强电电源

3、配置图Q F 1K M 0U 0 4V 0 4W 0 4FV0U 0 2V 0 2W 0 21 0 A2 . 5 m m2B kU 0 1V 0 1W 0 1U 0 2W 0 22 . 5 m m2B K1 m m2B KT M 3伺服变压器初级：3 8 0 V次级：2 2 0 V1 L 11 L 21 L 3伺 服 强 电1L1电磁阀、线圈电源1mm22/B82/B8NC电源I/O电源1L2TC1AC 110VAC 380V220V3055AQF714QF6AC0B1A43L+ L-4/B94/E95/B105/E109876/B86/E8三色灯风扇电机AC24VAC27VVC2 6AS-1

4、45-24QF8动力电网的三相交流380V、50Hz电源经电源总开关低压断路器QF0引入，分别转换成电动刀架电源、冷却泵电源、主轴润滑电源、主轴电源、伺服强电电源、电磁阀、线圈电源、三色灯电源、风扇电机电源、NC电源、I/O电源。经低压断路器QF2开关给电动刀架提供电源，经低压断路器QF3给冷却泵电机提供电源，经低压断路器QF5给主轴润滑电机提供电源，经QF0直接给主轴变频器提供电源，进给伺服驱动单元需要三相交流220V电源，由伺服变压器T3将三相交流380V转换成220V三相交流电，再经低压断路器QF1提供给进给伺服单元，进给伺服单元的动力电源和控制电源均由此提供。变压器TC1将380V电源

5、变换为单相110V电源、24V电源、27V电源、220V电源。单相110V用于交流接触器、电磁阀的线圈电压，单相24V用于数控机床三色灯指示电压，220V电源经开关电源输出直流24V电源，用于NC、I/O电源。I/O电源是作为中间继电器的线圈电压、接近开关电源、各种按钮和行程开关对地电压4.1.24.1.2电源系统抗干扰技术电源系统抗干扰技术 1.采用电源滤波器抑制电源线传输电磁干扰采用电源滤波器抑制电源线传输电磁干扰电源滤波器的作用是双向的，阻止电网中的噪声进入设备，抑制设备产生的噪声污染电网。2.采用吸收型滤波器抑制电源线中的快速瞬变脉冲采用吸收型滤波器抑制电源线中的快速瞬变脉冲干扰干扰吸

6、收式滤波器由耗能器件构成，将阻带内吸收的噪声转化为热损耗，从而起到滤波的作用3.采用隔离变压器供电，有效抑制电源中的脉冲串采用隔离变压器供电，有效抑制电源中的脉冲串、雷击浪涌干扰、雷击浪涌干扰实现电路与电路之间的电气隔离，从而解决地线环路电流带来的设备与设备之间的干扰，同时，隔离变压器对于抗共模干扰也有一定作用，隔离变压器对瞬变脉冲和雷击浪涌干扰能起到很好的抑制作用4.采用交流稳压器采用交流稳压器安装交流稳压器给机床数控系统供电缓解电网电压较长时间的欠电压、过电压波动5.感性负载加吸收电路抑制瞬态噪声感性负载加吸收电路抑制瞬态噪声系统中的感性负载如继电器、接触器、电磁阀、电动机等在关断时会产生

7、强烈的脉冲噪声，影响其他设备的正常工作，必须在感性负载处加吸收电路抑制瞬态噪声，并联电阻、压敏电阻、稳压管等吸收回路【例1】华中HNC-21TF数控系统的CK6136S型数控车床，系统上电后系统没有反应，电源不能接通。根据电气原理图，打开数控机床电气控制柜，断开系统电源，先用观察检查法看电源相关的元器件有无损坏的地方、是否有异味或烧焦，经查没有；再用手去碰电线连接处看有无虚接的地方，经查没有；仔细观察看电线有无断裂处，经查没有。未通电，断开QF7、QF8，用万用表的电阻挡触头两端的电阻，测得常闭触头电阻为0，常开触头电阻为无穷大；闭合QF7、QF8测常闭触头电阻为无穷大，常开触头电阻为零，说明

8、电压断路器无损坏。数控机床通电，按图4-1强电电源配置图，合上QF0用万用表的交流380V以上的电压档测的（a）图1L1、1L2、1l3端的电压为380V，测的（b）图中1L1、1L2两端的电压为380V，说明控制变压器的输入电压正常，测的控制变压器输出端子3、4端子的电压为交流220V，说明控制变压器完好的，合上QF7测得14、4端子的电压为220V，说明开关电源的输入电压正常，万用表打至直流档测开关电源的输出端子15、4端子的电压为0，说明开关电源已损坏。【例例2 2】一台加工中，开机后打开急停，数控系统在复位的过程中，伺服强电上去后数控机床总空气开关马上跳闸。该加工中心使用国产数控系统，

9、经对故障进行了检查分析，首先怀疑是否是空气开关电流选择过小，经过计算分析后确认所选择的空气开关有点偏小，但基本符合机床要求；然后用示波器观察机床上电时的电流的变化波形，发现伺服强电在上电时电流冲击比较大，也就是电流波形变化较大，进一步分析发现由于所选伺服功率较大，且伺服内部未加阻抗等装置，在使用时需外接一电抗与制动电阻。电气人员在设计时加了制动电阻，为了节省成本没有使用阻抗。按照要求加上阻抗后，数控机床上电恢复正常。任务任务4.3数控系统软件类故障诊断与维修数控系统软件类故障诊断与维修4.3.1数控系统软件的基本配置数控系统软件的基本配置数控系统软件管理软件控制软件管理软件：I/O处理软件、显

10、示软件、诊断软件等。控制软件：译码软件、刀具补偿软件、速度处理软件、 插补计算软件、 位置控制软件等数控系统的软件结构前后台型结构中断型结构前后台型结构，是指在一个定时采样周期中，前台任务开销一部分时间，后台任务开销剩余部分的时间，共同完成数控加工任务。前台任务由中断服务程序完成。数控系统软件配置分类名称存放位置制造者启动芯片存储或固化到EPROM中系统生产厂基本系统软件加工循环测量循环数控机床数据存储或固化到EPROM或RAM中机床生产厂PLC机床数据PLC用户数据PLC报警文本系统设定数据加工主程序存储在RAM中机床用户加工子程序刀具补偿参数零点偏置参数R参数4.3.2数控系统软件故障的诊

11、断与排除方法数控系统软件故障的诊断与排除方法软件故障可能形成的原因软件故障可能形成的原因： 误操作 供电电池电压不足 干扰信号 软件死循环 系统内存不足 软件的溢出任务任务4.4机床回参考点类故障诊断与维修机床回参考点类故障诊断与维修 目的目的：数控系统通过机床返回参考点来确定机床的原点的具体位置，从而建立一个正确的机床坐标系。数控机床位置检测装置为绝对编码器时：机床开机不用返回机床参考点 位置检测装置为增量编码器时：机床开机必须返回机床参考点操作4.4.14.4.1机床回参考点的必要性机床回参考点的必要性 数控机床返回参考点的控制形式有三种：一是增量编码器有挡块控制二是绝对编码器无挡块控制三

12、是绝对编码器有挡块控制4.4.24.4.2数控数控机床回参考点的几种方式及操作机床回参考点的几种方式及操作 1.1.回参考点的回参考点的 Z Z 脉冲控制方式脉冲控制方式增量编码器有挡块返回参考点的三种控制方式增量编码器有挡块返回参考点的三种控制方式速 度行 程限 位V1V2参 考 点栅 格 信 号参 考 点 开 关 挡 块回参考点时，轴先以速度回参考点时，轴先以速度V1向参考点快速移动，碰到参考点向参考点快速移动，碰到参考点开关后，在减速信号的控制下，减速到速度开关后，在减速信号的控制下，减速到速度V2并继续前移，并继续前移，脱开挡块后，再找零标志。当轴到达测量系统零标志发出栅脱开挡块后，再

13、找零标志。当轴到达测量系统零标志发出栅格信号时，轴即制动到速度为零，然后再以格信号时，轴即制动到速度为零，然后再以V2速度前移参考速度前移参考点偏移量而停止于参考点。点偏移量而停止于参考点。 2.回参考点的回参考点的“+ -”控制方式控制方式速度行程限位V1V2参考点栅格信号参考点开关挡块 回参考点时，轴先以速度V1快速向参考点移动，碰到参考点开关后速度制动到零，然后反向以速度V2慢速移动，到达测量系统零标志产生栅格信号时，轴即制动到速度为零，再前移参考点偏移量而停止于参考点。 3.回参考点的回参考点的“+ - +”控制方式控制方式 速度行程限位V1V2参考点栅格信号参考点开关挡块回参考点时，

14、轴先以速度V1向参考点快速移动，碰到参考点开关后制动到速度为零，再反向微动直至脱离参考点开关，然后又沿原方向微动撞上参考点开关，并且以速度V2慢速前移，到达测量系统零标志产生栅格信号时，轴即制动到速度为零，再前移参考点偏移量而停止于参考点。 4.4.34.4.3机床回参考点常见故障及维修机床回参考点常见故障及维修 常见的故障主要有两方面 ：不能正确执行返回参考点控制，往往出现报警（如超程报警）；不能正确执行返回参考点控制，往往出现报警（如超程报警）；能够执行返回参考点控制，但参考点位置不准（往往出现随即偏能够执行返回参考点控制，但参考点位置不准（往往出现随即偏差）。差）。 1.机床执行返回参考

15、点控制中出现超程报警机床执行返回参考点控制中出现超程报警机床返回参考点过程中无减速动作或一直以减速移动机床返回参考点过程中无减速动作或一直以减速移动 故障原因：减速开关及接线不良。减速开关与挡块位置不当。减速开关信号系统的I/O接口故障。系统本身不良。机床返回参考点过程中有减速动作机床返回参考点过程中有减速动作 故障原因：机床离参考点位置太近。减速挡块与机床超程保护开关太近。系统一转信号不良。2.机床能够正常执行返回参考点操作，但参考点位置出机床能够正常执行返回参考点操作，但参考点位置出现随机偏差现随机偏差出现上述测量超差的原因及处理方法：伺服电动机与丝杠联结松动，紧固伺服电动机与丝杠的联轴节

16、。丝杠螺母副间隙过大，调整丝杠螺母副的间隙或更换整套丝杠螺母副。丝杠两端固定或支承的轴承间隙过大或不良，调整丝杠两端的轴承间隙或更换轴承。如上述测量的值在规定范围内，说明：减速开关及接线不良，更换减速开关或重新接线。减速挡块位置不正确，重新调整减速挡块。进给伺服电动机内装编码器不良，拆开伺服电动机内装编码器进行清洗，检查连接电缆及电缆的插座是否良好。全闭环（带光栅尺）检查装置不良或有灰尘及油污，清洗光栅尺的长光栅。如果只是每天早上首次开机出现，则更换系统的备份电池。伺服放大器或系统主板不良，更换不良部件。3.数控机床绝对位置丢失故障数控机床绝对位置丢失故障由于维护不当绝对编码器电池电压不足导致

17、的机床绝对位置丢失。伺服电动机或放大器故障修复后导致机床绝对位置丢失。机械故障拆修后导致机床绝对位置丢失。系统参数覆盖及参数初始化操作导致绝对位置丢失。任务任务4.5 数控系统参数设定数控系统参数设定 故障诊断与维修故障诊断与维修 4.5.14.5.1参数丢失的原因及重装参数丢失的原因及重装原因 ：数控系统后备电池失效 操作者的误操作 电网瞬间停电 数控系统参数重装数控系统参数重装 FANUC-0i mate D系统为例 注：在机床断电的情况下将注：在机床断电的情况下将CF卡插到系统控制单卡插到系统控制单 元的元的PCMCIA卡接口上。卡接口上。操作步骤：（1）按住以下两个键的同时接通电源软按

18、键 图中右端的两个软件 图操作软件 数字键 或MDI键盘数字键6和7（2）进入BOOT的系统引导界面如图所示：SYSTEM MONITOR MAIN MENU1.END2.USER DATA LOADING3.SYSTEM DATA LOADING4.SYSTEM DATA CHECK5.SYSTEM DATA DELETE6.SYSTEM DATA SAVE7.SRAM DATA UTILITY8.MEMORY CARD FORMAT * * * MESSAGE * * * SELECT MENU AND HIT SELECT KEYSELECT YES NO UP DOWN图 BOOT的系

19、统引导界面对图的系统引导界面内容解释如表所示。表 BOOT系统监控功能序号内容功能1END结束系统监控2USER DATA LOADING把存储卡中的用户文件读出来，写入 ROM中3SYSTEM DATA LOADING把存储卡中的系统文件读出来，写入 ROM中4SYSTEM DATA CHECK显示写入ROM中的文件5SYSTEM DATA DELETE删除ROM中的顺序程序和用户文件6SYSTEM DATA SAVE把ROM中的顺序程序和用户文件用存储卡一次性备份7SRAM DATA UTILITY把SRAM中的CNC参数和加工程序用存储卡备份/恢复8MEMORY CARD FORMAT存

20、储卡格式化（3）把光标移动到“7. SRAM DATA UTILITY”（4）单击SELECT,显示“SRAM DATA RESTORE”页面如图所示1.SRAM BACKUP（CNCMEMORY CARD)2.RESTORE SRAM (MEMORY CARD CNC)3.AUTO BKUP(F-ROMCNC)4.END* * * MESSAGE * * * SELECT MENU AND HIT SELECT KEYSELECT YES NO UP DOWN图 “SRAM DATA RESTORE”页面（5)把光标移到：2.RESTORE SRAM (MEMORY CARD CNC)使用存

21、储卡备份数据： SRAM BACKUP向SRAM恢复数据： RESTORE SRAM 自动备份数据的恢复： AUTO BKUP（6）单击SELECT确认，出现如下提示：ARE YOU SURE？HIT YES OR NO。（7）单击YES执行数据回装，出现如下提示表示重装成功：SRAM RESTORE COMPLETE。HIT SELECT KEY。（8）单击【SELECT】确认，移到【END】，退回到BOOT初始页面。（9）把光标移到【END】，退出BOOT页面，完成数据重装。4.5.24.5.2参数错误的故障现象参数错误的故障现象（1）系统不能正常启动；（2）数控机床不能正常运行；（3）数

22、控机床运行时经常有跟踪误差报警；（4）螺纹加工不能够运行；（5）系统显示不正常；（6）运行显示不正常；（7）数控机床轴运动方向或回零方向相反；（8）死机。任务任务4.6数控系统急停报警数控系统急停报警故障诊断与维修故障诊断与维修 4.6.14.6.1急停回路电气原理图急停回路电气原理图 用于当数控系统或数控机床出现紧急情况，需要使数控机床立即停止运动或切断动力装置（如伺服驱动器等）的主电源；当数控系统出现自动报警信息后，须按下急停按钮。待查看报警信息并排除故障后，再松开急停按钮，使系统复位并恢复正常。 急停回路的作用：急停回路的作用：产生急停的故障原因：产生急停的故障原因：电气方面的原因 急停

23、回路图 从上图看出急停回路不闭合的原因：（1）急停回路断路；（2）限位开关损坏；（3）急停按钮损坏。 系统参数设置错误，使系统信号不能正常输入输出或复位条件不能满足引起的急停故障。松开急停按钮，PLC中规定的系统复位所需要完成的信息，如“伺服动力电源准备好”、“主轴驱动准备好”等信息未满足要求。程序编写错误【例例1】CK6136S数控机床开机后显示急停，机床数控机床开机后显示急停，机床不能运行。不能运行。故障分析：故障分析：根据电气原理图，打开数控机床电气控制柜，断开系统电源，先用观察检查法看电气柜中的元器件有无损坏的地方、是否有异味或烧焦，经查没有；再用手去碰电线连接处看有无虚接的地方，经查

24、没有；仔细观察看电线有无断裂处，经查没有。进入系统参数，参数无修改和丢失，故不是参数故障。测急停按钮发现接触良好，无损坏的地方。测各轴行程限位开关接触良好，无损坏的地方。根据分析，用万用表电阻档测急停回路，看其是否有断路之处。对照急停电路图逐步测量，当测到XS20接口的ESTOP1、ESTOP3端子（即4、17脚时）发现是断路。怎么会出现此情况，是XS20接口损坏了，还是4、17脚损坏了？拆开数控装置，检查XS20接口，发现XS20接口没接电缆，电缆接到了XS21接口上，把错接的电缆接到XS20接口，开机再起动，故障消除。任务任务4.8数控机床数控机床PLC类故障诊断与维修类故障诊断与维修4.

25、8.1 4.8.1 可编程控制器的基本结构及工作原理可编程控制器的基本结构及工作原理1.可编程序控制器的基本结构可编程序控制器的基本结构主机电源微处理器(CPU)运算器控制器输入单元存储器EPROM(系统程序)RAM(用户程序)外设I/O接口I/O扩展接口用户输入设备输出单元用户输出设备I/O扩展接口PLC或上位计算机图形监控系统EPROM写入器打印机盒式磁带机编程器外部设备可编程控制器的基本结构 中央处理器中央处理器 主要功能：编程时接受、存储从编程器输入的用户程序和数据，进行修改或更新。以扫描方式接受现场输入的用户程序和数据，并存入从存储器中逐条读出用户程序，更新输出映像寄存器的内容。根据

26、输出所存电路的有关内容实现输出控制。执行各种诊断程序存储器存储器用来存放PLC的系统程序，用户程序和逻辑变量及数据信息 ，分为只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）。 输入、输出模块输入、输出模块 PLC与被控设备的连接部件，输入模块通过输入 端子接受现场设备的控制信号 ，并把这些信号 转换成被控设备能接收的电压或电流信号，以 驱动被控装置。 扩展接口扩展接口 电源部件电源部件 电源部件将外部提供的交流电转换成PLC内部正常工作所需的直流电，它是主机的重要组成部分。当PLC主机（基本单元）的点数不够用时，通过扩展I/O接口连接扩展机（扩展单元），以增加输入和输出点数。 编程器和其他外设编程

27、器和其他外设 PLC通过编程器输入、检查、修改、完善和调试程序，在线监控PLC的工作情况。如打印机、显示器、EPROM写入器和盒式磁带机等 2.可编程序控制器的工作原理可编程序控制器的工作原理工作过程：工作过程： 运行监控任务。 与编程器交换信息任务。 与数字处理器(DPU)交换信息任务。 与外部设备交换信息任务。 执行用户程序任务。 输入/输出信息处理任务。PLC的输入的输入/输出过程：输出过程： 周期扫描方式，所以其输入/输出过程是定时进行的 PLC的工作原理的工作原理 整个工作过程是以循环扫描的方式进行的 4.8.24.8.2数控机床数控机床PLCPLC故障的表现形式故障的表现形式 3种

28、表现形式：种表现形式： CNC故障报警有CNC故障显示，但不反映故障的真正原因没有任何提示4.8.34.8.3数控机床可编程序控制器类数控机床可编程序控制器类 故障诊断方法故障诊断方法根据数控机床可编程控制器的报警信号诊断故障根据动作顺序诊断故障根据控制对象的工作原理诊断故障根据PLC的I/O状态诊断故障通过PLC梯形图诊断故障动态跟踪梯形图诊断故障故障诊断方法：故障诊断方法：【例例1】配备西门子配备西门子820数控系统的加工中心，产数控系统的加工中心，产生生7035号报警，查阅报警信息为工作台分度盘不回号报警，查阅报警信息为工作台分度盘不回落。落。处理方法：处理方法：针对故障的信息，调出PLC I/O状态与复制清单对照。SQ28检测分度盘旋转到位PLC/I10.6, SQ26检测分度盘旋转到位PLC/I10.0 ,工作台分度盘回落由PLC/Q4.7通过KA32驱动电磁阀YV06动作完成。检查：检查：在PLC状态中看到I/10.0、 Q4.7均为0，KA32 YV06均不动作，手动YV06再观察工作台分度盘是否回落，以确定故障部位。【例例2】某数控机床出现防护门关不上、自动加工某数控机床出现防护门关不上、自动加工不能进行的故障，而且无故障显示。不能进行的故障，而且无故障显示。分析：分析：该防护门是由气缸来完成开关的，关闭防护门是由PLC输出Q2.0控制电磁阀YV2.0来实