数控设备故障诊断与维修课件综述

1、2022年4月5日1中航工业黎明运行保障中心中航工业黎明运行保障中心 王洪义王洪义2022年4月5日2 数控机床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电动机数控机床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电动机及拖动、运动控制、检测等技术为一体的自动化设备。数控机床的基及拖动、运动控制、检测等技术为一体的自动化设备。数控机床的基本组成包括本组成包括: :信息载体、计算机数控装置、坐标伺服系统、辅助控制系信息载体、计算机数控装置、坐标伺服系统、辅助控制系统、位置和速度检测反馈系统以及过程检测的自适应控制系统及机床统、位置和速度检测反馈系统以及过程检测的自适应控制系统及机床本体等七部分组成本

2、体等七部分组成, ,见图见图1 - 11 - 1。位置检测位置检测速度检测速度检测过程检测过程检测图图1 - 11 - 1数控机床组成数控机床组成2022年4月5日3 3计算机数控系统（计算机数控系统（CNCCNC）的概念）的概念 计算机数控系统（CNC）主要由微型计算机、外围设备和机床控制装置三大部分组成，而CNC的工作就在于硬件和软件的组合，见图1 - 2 。外围设备外围设备机床机床机床控制装置机床控制装置微型计算机微型计算机图12 计算机数控系统2022年4月5日42022年4月5日56主机主机 主机即数控机床的机床部分。当主轴驱动系统和坐标伺服系统接收到计算机发出的动作信号以后，开始驱

3、动机床的主轴、工作台和刀具去定位或按程序中所指定的轨迹进行动作，并配以必要的机械、液压、气压、冷却液、中心润滑等动作，按照要求的形状和尺寸去完成零件的切削加工。坐标轴坐标轴气压系统气压系统液压系统液压系统主轴主轴/ /电主轴电主轴润滑系统润滑系统冷却系统冷却系统自动排屑自动排屑系统系统工作台工作台制冷系统制冷系统换刀系统换刀系统2022年4月5日数控机床主机的组成数控机床主机的组成2022年4月5日78功能系列基本系列810D 802S base line 802C base line & SimoDrive Base line840D802DV2.1802DBase line性能性能

4、价格价格840Dsl802Dsl升级2022年4月5日2022年4月5日9SINUMERIK802S/SINUMERIK802CSINUMERIK802S/SINUMERIK802C SINUMERIK802S和SINUMERIK802C是专门为低端CNC机床市场而开发的经济犁CNC控制系统。 其特性如下: 独立的操作面板OP020)及NC部分(ECU) 结构紧凑 机床调试配置数据少，系统与机床匹配更快速、更容易 简单而友好的编程界面，保证了生产的快速进行，优化了机床的使用。SINUMERIK802S/802CSINUMERIK802S/802C由以下部件组成由以下部件组成2022年4月5日1

5、0 SINUMERIK 802D 将所有CNC、PLC、HMI 和通讯任务集成于一个单一的部件。免维护的硬件集成了PROFIBUS接口用于连接伺服驱动和I/O模块，并具有速装结构的超薄操作面板。 SINUMERIK 802D可控制最多4个数字进给轴和1个主轴。802D配备SIMODRIVE 611UE 和带编码器的1FK 7 伺服电机做为进给驱动系统。SIMODRIVE 611 UE 具有模块化设计和PROFIBUS 接口。因而各轴驱动的功率模块独立配置。另外，主轴也可以通过模拟接口控制，这种通用的方案也适用于简易型机床。SINUMERIK 802DSINUMERIK 802D由以下部件组成由

6、以下部件组成SINUMERIK802D/SINUMERIK802D base lineSINUMERIK802D/SINUMERIK802D base line2022年4月5日11 在数字化控制领域，SINUMERIK 810D将数控系统与驱动控制系统作为一个不可分割的部分集成在同一块板子上。更明确的说，就是SINUMERIK 810D系统中没有驱动接口!这得益于在多层电路板上采用了最人性化和一致性集成方法。整个控制系统的硬件和软件都集成在专用门阵列集成电路芯片中。该系统可控制高达六个轴。甚至可以按照您的需要，分别控制4个进给轴和2个主轴。除了标准的电机外，产品也可以装配同步轴、线性电机和力

7、矩电机。SINUMERIK 810DSINUMERIK 810D由以下部件组成由以下部件组成SINUMERIK 810DSINUMERIK 810Dpowerline2022年4月5日12SINUMERIK 840DSINUMERIK 840DpowerlineSINUMERIK 840DSINUMERIK 840D由以下部件组成由以下部件组成2022年4月5日13 SINUMERIK 802D s1是一款结构紧凑的控制系统.它将数控系统中的所有模块(CNC. PLC和HMI)都集成在同一控制单元中。创新性的系统规划与驱动设计.配以智能化接口.使得SINUMERIK 802D s1可以连接多达

8、六轴数字驱动.为您提供更高的生产效率和更大的灵活性。SINUMERIK 802D s1强大而丰富的功能.使得它成为各种车削、铣削、钻削、磨削以及冲压应用的理想选择。SINUMERIK 802D slSINUMERIK 802D slSINUMERIK 802D slSINUMERIK 802D sl由以下部件组成由以下部件组成 1.2.2 FANUC1.2.2 FANUC（日本发那科）数控系统（日本发那科）数控系统 高性能数控系统FS15-BFS15i中档性能数控系统4-24轴复合机床纳米加工机床高精密加工机床3-8轴0.0001mm加工机床一般性能数控系统2-4轴一般的加工机床0.001mm

9、运动控制系统1-6轴直线插补传送线或滑台通用运动控制器FS16-CFS 16iFS18-CFS18iFS0-CFS21-BFS 21iFSOi-AFSOiB/CFSOi MatePowerMate2022年4月5日14142022年4月5日15 FANUC 的CNC 系统0i-B/0i Mate-B 是高可靠性、高性价比的系统。自2003 年推出以来，获得了用户好评。其特点是结构紧凑，连接简单：使用了高速串行伺服总线（用光缆连接）和串行I/O数据口，有以太网口。 用该系统的机床可以单机运行，也可以方便地入网用于柔性加工生产线。该系统使用了 FANUC 最新的is 伺服电动机，这种电机的加速特性

10、好，短期过载倍数可达4倍。伺服控制软件采用了HRV3，其电流环的控制周期为125ms。伺服控制周期的缩短可以提高伺服增益，提高伺服传动的刚性和跟随性，从而可提高工件的加工形状精度。另外，CNC 的控制软件中有多项提高插补速度、提高精度等先行控制功能（G05 和G08），因此，0i-B 非常适合于高精度模具加工机床。FANUC FANUC 数控系统数控系统0i-B 0i-B 和和0i Mate-B0i Mate-B2022年4月5日16SINUMERIK 840D sl 的原理说明FANUC FANUC 数控系统数控系统0i-B 0i-B 和和0i Mate-B0i Mate-B由以下部件组成由

11、以下部件组成2022年4月5日17 0i-C系统有新版和旧版之分，2种版本的系统除了系统软件不一样，硬件结构也有了变化： （1） 旧版系统的CPU卡、显卡、模拟主轴卡均为单独的模块。改版后的新版系统其CPU卡、模拟主轴卡集成在系统主板上，显卡集成在轴卡上。新版系统的标准配置主要有三块板：主板、F-ROM/SRAM卡、轴卡。对于不同的订货需要，主板型号也不一样，主要根据CPU卡、PMC、模拟主轴的选择上。 （2） 电源模块方面，旧版系统的电源模块位于主板上。新版系统的电源则位于侧板上，由于系统有零插槽和两插槽的区别，电源模块在容量及外形上也有区别。 （3） 改版后的新版系统，主板上存有CNC I

12、D INFORMATION，在F-ROM中追加了OPRM-INF文件，该OPRM-INF文件为每台系统的特有文件，文件中包含了系统的基本功能及追加的选择功能和系统主板CPU中的CNC ID INFORMATION的信息。因此，严禁对此OPRM-INF文件进行删除、拷贝等操作。 FANUCFANUC数控系统数控系统0i-C0i-C系列系列2022年4月5日18FANUC 0i-CFANUC 0i-C系列由以下部件组成系列由以下部件组成2022年4月5日19FANUCFANUC数控系统数控系统16i/18i/21i-MB16i/18i/21i-MB系统构成系统构成 16i/18i/21i系统根据系

13、统主板安装的位置分为2种：一种是图中的一体型的结构（系统主板安装在显示器后面），另一种是分离型的结构（系统主板安装在机床的电气柜里面）FANUC 16i/18i/21i-MBFANUC 16i/18i/21i-MB系统由以下部件组成系统由以下部件组成2022年4月5日20海德汉数控系统发展过程海德汉数控系统发展过程 1.2.31.2.3海德汉数控系统数控系统海德汉数控系统数控系统 2022年4月5日21海德汉海德汉iTNC 530iTNC 530数控系统数控系统iTNC 530是海德汉公司久经市场验证的高端数控系统，主要具有如下特点：友好的界面、面向车间的编程方法，对话式编程和SmarT.NC

14、编程。更短的程序段处理时间(0.5 ms)和优异的轮廓加工精度。优异的五轴加工特性 刀具中心点管理和倾斜加工面功能，使加工速度、精度、表面光洁度达到良好的统一。DCM动态碰撞监控功能 解决了多轴加工复杂的干涉碰撞实时检查问题iTNC 530最新功能AFC自适应进给控制功能 减少加工时间、监控刀具、减少机床故障率。DXF转换 导入DXF文件，直接生成加工程序，使CAD/CAM与数控加工无缝集成。对话格式编程 无需记忆G代码，清晰的提问和提示可帮助用户输入加工程序，SmarT.NC使编程前所未有的简易。TNCGuide 在控制系统中提供在线帮助，方便在机编程查询全局程序参数设置 特别适合于大型模具

15、再加工过程中进行设置变换iTNC的340 49x-04版NC数控软件为机床制造商和用户提供了一系列新增功能。这些新功能使数控系统操作更简单，机床工作更安全。2022年4月5日22 数控机床所采用的伺服进给系统按控制系统的结构可以分为开环控制、半闭环控制、闭环控制。 1) 开环数控机床其数控装置发出的指令信号是单向的，没有检测反馈装置对运动部件的实际位移量进行检测，不能进行运动误差的校正，因此步进电机的步距角误差、齿轮和丝杠组成的传动链误差都将直接影响加工零件的精度。 2) 半闭环数控机床这类机床的检测元件装在驱动电机或传动丝杠的端部，可间接测量执行部件的实际位置或位移。这种系统的闭环环路内不包

16、括机械传动环节，控制系统的调试十分方便，因此可以获得稳定的控制特性。 3）全闭环数控机床 这类机床的位置检测装置安装在进给系统末段端的执行部件上，该位置检测装置可实测进给系统的位移量或位置。数控装置将位移指令与工作台端测得的实际位置反馈信号进行比较，根据其差值不断控制运动，使运动部件严格按照实际需要的位移量运动；还可利用测速元器件随时测得驱动电机的转速，将速度反馈信号与速度指令信号相比较，对驱动电机的转速随时进行修正。这类机床的运动精度主要取决于检测装置的精度，与机械传动链的误差无关，因此可以消除由于传动部件制造过程中存在的精度误差给工件加工带来的影响。2022年4月5日23电机电机机械执行部

17、件机械执行部件A A相、相、B B相相C C相、相、f f、n nCNCCNC插补指令插补指令脉冲频率脉冲频率f f脉冲个数脉冲个数n n换算换算脉冲环脉冲环形分配形分配变换变换功率功率放大放大无位置反馈（测量），信号流是单向的（数控装置进给系统），故系统稳定性好。但精度相对闭环系统来讲不高，其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。开环系统通常使用步进电动机。在开环系统中，插补脉冲经功率放大后直接控制步进电动机，由输出脉冲的频率来控制步进电动机的速度，由输出脉冲的数量来控制工作台的位置。其定位精度一般为0.010.005mm。这类系统具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、

18、价格低廉等优点，在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经济型数控机床。2022年4月5日242022年4月5日25- -半闭环数控系统半闭环数控系统位置控制调位置控制调节器节器速度控制速度控制调节与驱动调节与驱动检测与反馈单检测与反馈单元元位置控制单元位置控制单元速度控制单元速度控制单元+-电机电机机械执行部件机械执行部件CNC插补插补指令指令实际位实际位置反馈置反馈实际速实际速度反馈度反馈v半闭环数控系统的位置采样点是从驱动装置(常用伺服电机)或丝杠引出，采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置， 而是由位置检测元件间接测量工作台的位置。由位置反馈信号来调

19、节伺服电动机的速度。v由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难以消除。因此，其精度较闭环差，较开环好。但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得满意的精度。v半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高，因而在现代CNC机床中得到了广泛应用。2022年4月5日26位置控制调位置控制调节器节器速度控制速度控制调节与驱动调节与驱动检测与检测与反馈单元反馈单元位置控制单元位置控制单元速度控制单元速度控制单元+-电机电机机械执行部件机械执行部件CNC插插补补指令指令实际位实际位置反馈置反馈实际速实际速度反馈度反馈v闭环系统通常使用直流伺服电动机或交流伺服电动机。v全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示

20、，直接对运动部件的实际位置进行检测。在闭环伺服系统中，由速度检测元件来测量电动机的速度，由位置检测元件来测量工作台的位置，由速度和位置反馈信号来调节伺服电动机的速度和工作台的位置。因此从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和失动量。具有很高的位置控制精度。其定位精度一般为0.0010.003mm。v由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都相当困难。v该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。在闭环伺服系统中，由速度检测元件来测量电动机的速度，由位置检测元件来测量工作

21、台的位置，由速度和位置反馈信号来调节伺服电动机的速度和工作台的位置。因此从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和失动量。具有很高的位置控制精度。其定位精度一般为0.0010.003mm。2022年4月5日27二、数控系统故障分析与维修 当发生故障时，为了更快的恢复机床，首先应详细了解故障的情况，然后进行妥善处理。 2.1.12.1.1发生故障时的处理方法发生故障时的处理方法 何时发生故障？ 进行了什么操作？ 故障内容？ 掌握的故障情况 妥善的处理 恢复 1 1）系统上电后，系统没有反应，电源不能接通：）系统上电后，系统没有反应，电源不能接通：原因：原因： 1） 外部电源没有提供，缺

22、相或外部形成了短路 2） 电源的保护装置跳闸形成了电源开路 3） PLC的地址错误或者互锁装置使电源不能正常接通 4） 系统上电按钮接触不良或脱落 5） 元气件的损坏引起的故障 （熔断器熔断、浪涌吸收器的短路等）2 2）电源模块故障分析）电源模块故障分析原因：原因：1） 整流桥损坏引起电源短路2） 续流二极管损坏引起的短路3） 电源模块外部电源短路4） 滤波电容损坏引起的故障5） 供电电源功率不足使电源模块不能正常工作二、数控系统故障分析与维修 282022年4月5日2.1.2 2.1.2 电源引起的故障电源引起的故障2022年4月5日29 3 3）强电部分接通后，马上跳闸）强电部分接通后，马

23、上跳闸原因原因1 1： 机床设计时选择的空气开关容量过小，或空气开关的电流选择拨码开关选择了一个较小的电流。原因原因2 2： 机床上使用了较大功率的变频器或伺服驱动，并且在变频器或伺服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，引起跳闸。二、数控系统故障分析与维修 1 1）系统上电后无显示或黑屏）系统上电后无显示或黑屏原因：原因：1）显示模块损坏， 2）显示模块电源不良或没有接通 3）显示屏由于电压过高被烧坏 4） 系统显示屏亮度调节调节过暗2 2）系统上电后花屏或乱码）系统上电后花屏或乱码原因：原因：1）系统文件被破坏 2

24、）系统内存不足 3）外部干扰3 3）系统上电后，）系统上电后，NCNC电源指示灯亮但是屏幕无显示或黑屏电源指示灯亮但是屏幕无显示或黑屏原因：原因：1）显示模块损坏 2）显示模块电源不良或没有接通 3）显示屏由于电压过高被烧坏 4）系统显示屏亮度调节调节过暗二、数控系统故障分析与维修 2022年4月5日302.1.3 2.1.3 系统显示故障系统显示故障 2.1 数控系统常用维修方法2022年4月5日314 4）运行或操作中出现死机或重新启动）运行或操作中出现死机或重新启动原因：原因： 1 1）参数设置错误或参数设置不当所引起 2）同时运行了系统以外的其他内存驻留程序；3）系统文件受到破坏或者感

25、染了病毒4）电源功率不够5 5）系统上电后，屏幕显示高亮但没有内容）系统上电后，屏幕显示高亮但没有内容原因：原因： 1） 系统显示屏亮度调节调节过亮 2）系统文件被破坏或者感染了病毒 3）显示控制板出现故障6 6）系统上电后，屏幕显示暗淡但是可以正常操作，系统运行正常）系统上电后，屏幕显示暗淡但是可以正常操作，系统运行正常原因：原因：1）系统显示屏亮度调节调节过暗2）显示器或显示器的灯管损坏3）显示控制板出现故障5）系统元器件受到损害 2.1 数控系统常用维修方法二、数控系统故障分析与维修 2022年4月5日327 7）主轴有转速但）主轴有转速但CRTCRT速度无显示速度无显示原因：原因： 1

26、）主轴编码器损坏 2）主轴编码器电缆脱落或断线 3）系统参数设置不对，编码器反馈的接口不对或者没有选择主轴控制的有关功能 8 8）主轴实际转速与所发指令不符）主轴实际转速与所发指令不符原因：原因： 1）主轴编码器每转脉冲数设置错误 确认主轴编码器每转脉冲数是否设置正确。 2）PLC程序错误。 检查PLC程序中主轴速度和D/A输出部分的程序； 3）速度控制信号电缆连接错误2.1 数控系统常用维修方法二、数控系统故障分析与维修 2022年4月5日331 1）典型）典型CNCCNC软件装置的结构：软件装置的结构： CNC系统软件有管理软件和控制软件组成。管理软件包括输入、I/O处理、显示、诊断等。控

27、制软件包括译码、刀具补偿、速度处理、插补计算、位置控制等。数控系统的软件结构和数控系统的硬件结构两者相互配合，共同完成数控系统的具体功能。早期的CNC装置，数控功能全部由硬件实现，而现在的数控功能则由软件和硬件共同完成。 目前数控系统的软件一般有两种结构：前后台结构和中断型结构：所谓前后台型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。前台任务一般设计成中断服务程序。二、数控系统故障分析与维修 2.1.4 CNC2.1.4 CNC常见故障分析常见故障分析二、数控系统故障分析与维修 2022年4月5日34二、数控系统故障分析与维修 2022年

28、4月5日352 2）运行或操作中出现死机或重新启动）运行或操作中出现死机或重新启动原因：原因：1）参数设置不当；2）同时运行了系统以外的其他内存驻留程序；3）正从软盘或网络调用较大的程序；4）从已损坏的软盘上调用程序；5）系统文件被破坏。 系统在通讯时或用磁盘进行考贝文件时，有可能感染病毒，用杀毒软件检查软件系统清除病毒或者重新安装系统软件进行修复。3 3）系统出现乱码）系统出现乱码原因：原因：1）参数设置不合理 2）系统内存不足 3）操作不当 4）参数设置不当 5）系统发生溢出二、数控系统故障分析 与维修 2022年4月5日36二、数控系统故障分析与维修 2022年4月5日377 7）数据输

29、入输出接口（）数据输入输出接口（RS-232RS-232）不能够正常工作不能够正常工作原因：原因： 8 8）系统参数设定、调整错误引起的故障）系统参数设定、调整错误引起的故障2022年4月5日383. 有足够的传动刚性和高的速度稳定性4. 快速响应，无超调 为了保证生产率和加工质量，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，因为数控系统在启动、制动时，要求加、减加速度足够大，缩短进给系统的过渡过程时间，减小轮廓过渡误差5. 低速大转矩，过载能力强 一般来说，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。6.

30、 可靠性高 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和很强的抗干扰的能力。minmax/nrnn2.2 伺服驱动的故障诊断与维修二、数控系统故障分析与维修 7. 对电机的要求 1）从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如0.1r/min或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。 2）电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载46倍而不损坏。 3）为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。 4）电机应能承受频繁启、制动和反转

31、。2022年4月5日392.2 伺服驱动的故障诊断与维修二、数控系统故障分析与维修 2022年4月5日402.3 伺服系统故障分析的一般思路 故障分析的正确思路，首先是来自于对系统组成及其工作原故障分析的正确思路，首先是来自于对系统组成及其工作原理的认识。理的认识。 前述各种类型伺服系统框图示意目的，是前述各种类型伺服系统框图示意目的，是突出它们各自系统突出它们各自系统的组成特点的组成特点即它们的即它们的“个性个性”。在修前技术准备时，快速查。在修前技术准备时，快速查阅技术资料，就应该找出设备的特殊性，以便具体分析时注意这阅技术资料，就应该找出设备的特殊性，以便具体分析时注意这些些“个性个性”

32、即即“注重个性注重个性”。面对众多的类型，又需要掌握。面对众多的类型，又需要掌握它们的共同特性，即它们的共同特性，即“归纳共性归纳共性”。因为，在故障大定位阶段，。因为，在故障大定位阶段，关心的是共同的、大的独立环节关心的是共同的、大的独立环节共性的东西。下面从典型的共性的东西。下面从典型的全闭环伺服系统框图出发，来确立一般伺服系统故障的分析思路。全闭环伺服系统框图出发，来确立一般伺服系统故障的分析思路。 二、数控系统故障分析与维修 位置控制器面板控制CNCPLC短 路 销 指 示 灯 报 警 灯主控板工作指令脉冲位置指令速度控制器电流调节器伺服驱动电 流 反 馈 装 置伺 服电 机测 速器传

33、 动装 置工 作台测 位 器工 作 台速 度 反 馈 装 置位 置 反 馈 装 置速度指令电流指令制 动 装 置保 护 装 置VRDY灯POWER ON / OFF ENBL灯 PRDY灯报 警 灯七 段 数 码 显 示 器伺服单元380 V / 220 V / 110 V等220 V / 110 V 12 V / 24 V / 5 V供电系统 (熔 断 器 、 断 路 器 、 变 压 器 、 滤 波 器 、 开 关 、 接 触 器 、 继 电 器 、 开 关 电 源 等 )图图 普通全闭环伺服系统的组成框图普通全闭环伺服系统的组成框图 2022年4月5日41二、数控系统故障分析与维修 2.3

34、 伺服系统故障分析的一般思路 2022年4月5日42 由图可见，闭环伺服系统是由三条链路构成的： 主链，是图中由粗箭头连接的系统。包括了：从面板控制键、主板、伺服控制与驱动单元、伺服电机、传动装置与制动装置，直到工作台或驱动轴等环节。它包括了机械装置与电气装置。如果是数字式伺服单元，电气结构就包括硬件与软件(主要是参数设置)。因此，伺服系统的可能故障，除了机械故障(包括液/气压系统故障)外，其电气结构还可能存在硬件故障与软件故障。 2.3 伺服系统故障分析的一般思路 二、数控系统故障分析与维修 2022年4月5日43 反馈链，三个(闭环的)反馈回路分别具有各自的传感器、反馈信号处理装置以及传感

35、器电源与信号复合电缆。其中，各处理装置，一般都在对应的控制器上。检测传感器的电源供给输入与检测信号的反馈输出，都是经过电缆与控制器上处理器的I/O接口连接的。所以，一般讲反馈回路的硬件包括了检测传感器、连接电缆(包括屏蔽与接地)与控制器反馈接口电路。它们都可能成为伺服系统控制类故障的成因。2.3 伺服系统故障分析的一般思路 二、数控系统故障分析与维修 2022年4月5日44 控制器容易受各种电磁干扰。由此可以引起控制类故障现象： 机床不动作、误动作、失控(伺服电机暴走、超程与各种超差、伺服停止时的轴振动)、程序中断、突然停机(多种报警或者无报警停机、过流/过压/欠压/伺服没有准备好等报警)，以

36、及加工误差大等故障现象。2.3 伺服系统故障分析的一般思路 二、数控系统故障分析与维修 2022年4月5日452.4 伺服控制系统软件报警的处理2.4.1 2.4.1 可将伺服控制系统的软件报警分成两大类。可将伺服控制系统的软件报警分成两大类。第一类：关于操作出错第一类：关于操作出错( (例如未初始化例如未初始化) )、程序中移位过大、伺服板堆栈溢、程序中移位过大、伺服板堆栈溢流流/ /出、内存出错、等待超时等报警。出、内存出错、等待超时等报警。 这些报警，一般是可以用这些报警，一般是可以用复位法复位法来消除的报警。来消除的报警。但是，有的系统就不能用复位法消除此类报警。例如，但是，有的系统就

37、不能用复位法消除此类报警。例如，FADALFADAL加工中心出加工中心出现现#19#19轴伺服卡上堆栈溢出是指：存储轴伺服卡上堆栈溢出是指：存储CPUCPU指令直到执行为止的期间内发生的溢指令直到执行为止的期间内发生的溢流。所以成因就涉及伺服轴卡或流。所以成因就涉及伺服轴卡或CPUCPU卡等故障。需要运行诊断程序来判断定位。卡等故障。需要运行诊断程序来判断定位。 如果此类报警反复出现，则需要根据报警内容查看与修改程序或修改如果此类报警反复出现，则需要根据报警内容查看与修改程序或修改参数设置。参数设置。 出现出现等待超时等待超时，不仅与参数设置范围是否合适，不仅与参数设置范围是否合适( (在调试

38、阶段在调试阶段) )有关，还有关，还可能与造成反馈信号传递的阻塞、信道接触不良、污染、阻抗过大或者电机过可能与造成反馈信号传递的阻塞、信道接触不良、污染、阻抗过大或者电机过载或过热保护电器动作将反馈输入信号短接等硬件故障有关。载或过热保护电器动作将反馈输入信号短接等硬件故障有关。 二、数控系统故障分析与维修 2022年4月5日46 2.4.2 CRT2.4.2 CRT显示显示“进给保持进给保持” CRT显示“进给保持”时，控制面板上进给保持灯必定点亮，“进给保持”键必定压合，所有的进给轴都不可启动。对于CRT上显示“进给保持”的软件报警信息，涉及的故障成因可以是软性也可以是硬性故障。因此，首先

39、应该进行故障类型判别。先检查该键能否释放？如可，释放之，按JOG键，手动将轴移开现位将轴返回，以保证无危险后，才可重新启动轴。如果该键不可释放，可利用调用参数设置画面了解相关参数设置(主链中：急停、进给保持与制动释放等)是否有误。调用自诊断实时状态画面，应该先检查有关信号实时状态是否正常。采用接口信号分析法进行故障大定位。如果实时状态参数不正常，检查相关开关或器件是否良好。如果器件良好，则应该检查信号反馈回路以及接口电路。2.4 伺服控制系统软件报警的处理二、数控系统故障分析与维修 2022年4月5日472.5 直流主轴控制系统常见的故障2.5.1 2.5.1 主轴电动机不转主轴电动机不转 造

40、成这类故障的原因有： 1）印制线路板表面太脏或内部电路接触不良。 2）触发脉冲电路故障，晶闸管无触发脉冲产生 3）机床未给出主轴旋转信号、电动机动力线电线或 主轴控制单元与电动机连线不良。 4）机械连接脱落，如高/低档齿轮切换用的力和齿啮合不良。 5）机床负载太大。 6）控制信号为满足主轴旋转的条件，如转向信号、速度给定电压为输入。二、数控系统故障分析与维修 2022年4月5日48 2.5.22.5.2主轴电动机振动或噪声过大主轴电动机振动或噪声过大 造成这类故障的原因有： 1）系统电源或相序不对（缺相、相序不正确或电压不正常）。 2）电流反馈回路调整不当。 3）驱动器上的增益调整电路或颤动调

41、整电路的调整不当。 4）驱动器上的电源开关设定错误（如50/60HZ切换开关设定错误等）。 5）电动机轴承故障、主轴电动机和主轴之间离合器故障。 6）主轴负荷过大等； 2.5 直流主轴控制系统常见的故障二、数控系统故障分析与维修 2022年4月5日49 2.5.3 2.5.3 发生过流报警发生过流报警 造成这类故障的原因有：造成这类故障的原因有： 1 1）驱动器电流极限设定错误。）驱动器电流极限设定错误。 2 2）触发电路的同步触发脉冲不正确。）触发电路的同步触发脉冲不正确。 3 3）主轴电动机的点数线圈内部存在局部短路。）主轴电动机的点数线圈内部存在局部短路。 4 4）驱动器的控制电源（）驱

42、动器的控制电源（+/-15+/-15v v或或0 01515v v电压）存在故障。电压）存在故障。 2.5.4 2.5.4 速度偏差过大速度偏差过大 引起速度偏差的原因有：引起速度偏差的原因有： 1 1）机床切削负荷太重。）机床切削负荷太重。 2 2）速度调节器或测速反馈回路的设定调节不当。）速度调节器或测速反馈回路的设定调节不当。 3 3）主轴负载过大、机械传动系统不良或制动器为松开。）主轴负载过大、机械传动系统不良或制动器为松开。 4 4）电流调节器或电流反馈回路的设定调节不当。）电流调节器或电流反馈回路的设定调节不当。 2.5 直流主轴控制系统常见的故障二、数控系统故障分析与维修 202

43、2年4月5日50 2.5.5 2.5.5 熔断器熔丝熔断熔断器熔丝熔断 产生此故障的原因可能有：产生此故障的原因可能有： 1 1）驱动器控制印刷电路板不良）驱动器控制印刷电路板不良 2 2）电动机不良，如：电枢线短路、电枢绕组短路或）电动机不良，如：电枢线短路、电枢绕组短路或局部短路，电枢线对地短路等等。局部短路，电枢线对地短路等等。 3 3）测速发电机不良）测速发电机不良 4 4）输入电源相序不正确）输入电源相序不正确 5 5）输入电源存在缺相。）输入电源存在缺相。 2.5 直流主轴控制系统常见的故障二、数控系统故障分析与维修 2022年4月5日51 2.5.6 速度达不到最高转速速度达不到

44、最高转速 引起这类故障的原因主要有： 1）电动机励磁电流调整过大。 2）励磁控制回路存在不良。 3）晶闸管整流部分太脏，造成直流母线电压过低或绝缘性能降低。2.5.7 主轴在加主轴在加/ /减速时工作不正常减速时工作不正常 引起此故障的原因可能有： 1）电动机加/减速电流计先设定、调整不当。 2）电流反馈回路设定、调整不当。 3）加/减速回路时间常数设定不当或电动机/负载间的惯量不匹配。 4）机械传动系统不良。 2.5 直流主轴控制系统常见的故障二、数控系统故障分析与维修 2022年4月5日52维修实例维修实例故障现象故障现象：配套某系统的数控车床，配套SIEMENS 6RA26*系列直流主轴

45、驱动器，开机后显示主轴报警。分析与处理过程：分析与处理过程：检查SIEMENS 6RA26*系列直流主轴驱动器，发现报警的含义与提示是“电源故障”，其可能的原因有： 1）电源相序接反。 2）电源缺相，相位不正确。 3）电源电压低于额定值的80%。 测量驱动器输入电压正常，相序正确，但主驱动仍有报警，因此可能的原因是电源板存在故障。 检查确认故障原因为印制电路板存在虚焊，导致了同步电源的电压降低，引起了电源报警。重新焊接后电压恢复正常，报警消失，机床恢复正常。 2.5 直流主轴控制系统常见的故障二、数控系统故障分析与维修 2022年4月5日532.6 交流伺服主轴驱动系统故障诊断二、数控系统故障

46、分析与维修 2022年4月5日542.2.主轴不能转动主轴不能转动2.6 交流伺服主轴驱动系统故障诊断二、数控系统故障分析与维修 2022年4月5日553. 3. 主轴转速异常或转速不稳定主轴转速异常或转速不稳定 当主轴转速超过技术要求所规定的范围，原因： 1）CNC系统输出的主轴转速模拟量(通常为010v)没有达到与转速指令对应的值，或速度指令错误。 2）CNC系统中D/A变换器故障。 3）主轴转速模拟量中有干扰噪声。 4）测速装置有故障或速度反馈信号断线。 5）电动机过载。 6）电动机不良（包括励磁丧失）。 7）主轴驱动装置故障。2.6 交流伺服主轴驱动系统故障诊断2022年4月5日562

47、.6 交流伺服主轴驱动系统故障诊断二、数控系统故障分析与维修 2022年4月5日575.5.机械方面的原因：机械方面的原因： 1）主轴箱与床身的连接螺钉松动。 2）轴承预紧力不够或预紧螺钉松动，间隙过大，使之 产生轴向窜动，应重新调查。 3）轴承损坏，应更换轴承。 4）主轴部件上动平衡不好，应重新调整动平衡。 5）齿轮有严重损伤，或此轮啮合间隙过大，应更换此 轮或调整啮合间隙。 6）润滑不良，因油不足，应改善润滑条件，使润滑油 充足。 2.6 交流伺服主轴驱动系统故障诊断二、数控系统故障分析与维修 2022年4月5日582.6 交流伺服主轴驱动系统故障诊断二、数控系统故障分析与维修 但该机床为

48、周期性出现，且有一定规律，根据通常的情况，应于主轴的位置监测系统有关，但仔细检查机床主轴各部分，却未发现任何不良。 检查该机床的机械传动装置，其结构是伺服电动机与滚珠丝杠间通过齿形带进行联接，位置反馈编码器采用的是分离型布置。 检查发现X轴的分离是编码器安装位置与丝杠不同心，存在偏心，即：编码器轴心线与丝杠中心不在同一直线上，从而造成了X轴移动过程中的编码器的旋转不均匀，反映到加工中，则出现周期性波纹。 重新安装、调整编码器后，机床恢复正常。 4.2 4.2 交流伺服主轴驱动系统故障诊断交流伺服主轴驱动系统故障诊断2022年4月5日59二、数控系统故障分析与维修 2022年4月5日60 6.主

49、轴加主轴加/ /减速时工作不正常减速时工作不正常 1）减速极限电路调整不良。 2）电流反馈回路不良。 3）加/减速回路时间常数设定和负载贯量不匹配。 4）驱动器再生制动电路故障。 5）传动带连接不良。 7. 7.外界干扰外界干扰 屏蔽或接地措施不良，主轴转速指令信号或反馈信号受到干扰，使主轴驱动出现随机和无规律性的波动。 判别有无干扰的方法是：当主轴转速指令为零时，主轴仍往复摆动，调整零速平衡和漂移补偿也不能消除故障。2.6 交流伺服主轴驱动系统故障诊断二、数控系统故障分析与维修 8 8. . 主轴不能进行变速主轴不能进行变速2022年4月5日612.6 交流伺服主轴驱动系统故障诊断二、数控系

50、统故障分析与维修 2022年4月5日622.6 交流伺服主轴驱动系统故障诊断二、数控系统故障分析与维修 8 8. . 螺纹加工出现螺纹加工出现“乱牙乱牙”故障故障2022年4月5日632.6 交流伺服主轴驱动系统故障诊断二、数控系统故障分析与维修 2022年4月5日64 5）主轴转速尚未稳定，就执行了螺纹加工指令（G32），导致了主轴与Z轴进给不能实现同步，造成“乱牙”。 例：配套某系统的数控车床，在G32车螺纹时，出现起始段螺纹“乱牙”的故障。 分析与处理过程：数控车床加工螺纹，其实质是主轴的角位移与Z轴进给之间进行的插补，“乱牙”是由于主轴与Z轴进给不能实现同步引起的。2.6 交流伺服主轴

51、驱动系统故障诊断二、数控系统故障分析与维修 2022年4月5日65 由于该机床使用的是变频器作为主轴调速装置，主轴速度为开环控制，在不同的负载下，主轴的起动时间不同，且起动时的主轴速度不稳，转速亦有相应的变化，导致了主轴与Z轴进给不能实现同步。 解决以上故障的方法有如下两种：解决以上故障的方法有如下两种： 1）通过在主轴旋转指令（M03）后、螺纹加工指令（G32）前增加G04延时指令，保证在主轴速度稳定后，再开始螺纹加工。 2）更改螺纹加工程序的起始点，使其离开工件一段距离，保证在主轴速度稳定后，再真正接触工件，开始螺纹的加工。 通过采用以上方法的任何一种都可以解决该例故障，实现正常的螺纹加工

52、。2.6 交流伺服主轴驱动系统故障诊断二、数控系统故障分析与维修 9 9. .主轴定位点不稳定或主轴不能定位主轴定位点不稳定或主轴不能定位2022年4月5日66 主轴准停用于刀具交换、精镗进、退刀及齿轮换档等场合，有三主轴准停用于刀具交换、精镗进、退刀及齿轮换档等场合，有三种实现方式：种实现方式： 1 1）机械准停控制由带）机械准停控制由带V V型槽的定位盘和定位用的液压缸配合动作。型槽的定位盘和定位用的液压缸配合动作。 2 2）磁性传感器的电器准停控制发磁体安装在主轴后端，磁传感）磁性传感器的电器准停控制发磁体安装在主轴后端，磁传感器安装在主轴箱上，其安装位置决定了主轴的准停点，发磁体和磁器

53、安装在主轴箱上，其安装位置决定了主轴的准停点，发磁体和磁传感器之间的间隙为（传感器之间的间隙为（1.51.50.50.5）mmmm。 3 3）编码器性的准停控制通过主轴电动机内置安装或在机床主轴）编码器性的准停控制通过主轴电动机内置安装或在机床主轴上直接安装一个光电编码器来实现准停控制，准停角度可任意设定。上直接安装一个光电编码器来实现准停控制，准停角度可任意设定。二、数控系统故障分析与维修 2.6 交流伺服主轴驱动系统故障诊断2022年4月5日672.6 交流伺服主轴驱动系统故障诊断二、数控系统故障分析与维修 2022年4月5日682.6 交流伺服主轴驱动系统故障诊断二、数控系统故障分析与维

54、修 2022年4月5日692.6 交流伺服主轴驱动系统故障诊断二、数控系统故障分析与维修 2022年4月5日703.1.1 SINUMERIK 802D 3.1.1 SINUMERIK 802D 常见问题常见问题 三、典型数控系统故障分析与维修 1 1）MDIMDI方式下再启动方式下再启动, ,主轴不转动主轴不转动 问题问题:802D PLC Version01.03在MDI方式下,输入M03 S1000,启动后主轴转动,然后换到JOG方式下,按主轴停止键主轴停止转动,再按主轴方向键移动工作台,最后转回MDI方式下时,程序仍保留原来的M03 S1000,按启动键时，主轴不转动,而工作台移动,回

55、到点动前的位置。 解决解决: :一种是先用“复位”键，将主轴停止后，再换到JOG方式移动工作台。另一种方法是修改PLC，增加如下： 在手动V31000000.2转到MDI或自动方式时，复位信号V30000000.0置位，延时100ms后，复位信号V30000000.0复位。2 2）802D base line802D base line系统主轴无速度显示系统主轴无速度显示 现象现象:802D base line系统主轴无速度显示。 解决解决:将参数MD130700改成8000后，重新启动系统。2022年4月5日713 3）机床出现报警）机床出现报警,X,X轴出现飞车现象轴出现飞车现象 问题问题

56、: :机床X轴伺服电机的编码器(增量的)坏了,更换了一个同型号的编码器.将电机装到机床上,DRMEON后,机床出现如下报警27024/27013/27001/300911,X轴出现飞车现象. 解决解决: :按照编码器说明书安装后,正常. 1FK6/1FT6电机编码器除了作为速度反馈和位置反馈外,还有转子位置识别信号. 下图是编码器反馈信号 因此,在更换编码器时,要严格按照编码器所带说明书按步骤安装.如果是绝对值编码器,需要用示波器确认编码器的安装位置.编码器反馈信号三、典型数控系统故障分析与维修 2022年4月5日723.1.2 SINUMERIK 802 D3.1.2 SINUMERIK 8

57、02 D常见系统报警常见系统报警1 1）ALM3000ALM3000急停急停 急停报警是数控机床使用过程中最常见的一般报警。 在系统准备未就绪、机床碰到急停挡块或者按下了急停开关等情况下，均有可能产生急停报警，出现此报警后通常可进行以下检查和维修。 (1)检查机床上所有急停旋钮，是否急停旋钮没有打开。 (2)如果机床采用超程链没计，检查机床的行程开关是否被压下，是否复位。 (3)检查伺服驱动、主轴驱动、液压电机等主要工作电动机及主回路，是否因过载保护而产生急停报警。 (4)检查输入电压、24 V电压是否正常，可能因为电压过低造成继电器不能动作，使能信号无法给出。三、典型数控系统故障分析与维修

58、2022年4月5日732 2）ALM10621ALM10621软限位超程软限位超程 802 D 802 D数控机床通过参数数控机床通过参数MD36100MD36100和和MD36110MD36110限定了工作台在机床坐标系的限定了工作台在机床坐标系的移动范围，如果当前机床坐标等于移动范围，如果当前机床坐标等于MD36100MD36100或或MD36110MD36110中所设的数值，就会发中所设的数值，就会发出此报警，将工作台向相反方向移动，移动出超程区后报警会自动消除。出此报警，将工作台向相反方向移动，移动出超程区后报警会自动消除。3 3）ALM10753ALM10753指令格式错误指令格式错

59、误 在非直线插补程序段中在非直线插补程序段中( (如如G02/G03)G02/G03)，同时编程了刀具半径补偿，同时编程了刀具半径补偿G41 / G41 / G42G42指令，即出现了以下格式的指令指令，即出现了以下格式的指令:“G02 G42 X200 Y50 F80;”:“G02 G42 X200 Y50 F80;”或或“G03 G03 G41 X100 Y200 F100;”G41 X100 Y200 F100;”只有在只有在G00(G00(快速移动快速移动) )或者或者GO 1(GO 1(线性进给线性进给) )的程序段的程序段中才可以使用中才可以使用G41 / G42G41 / G42

60、指令进行刀具半径补偿。指令进行刀具半径补偿。4 4）ALM10754ALM10754指令格式错误指令格式错误在非直线插补程序段中，在非直线插补程序段中，G02/G03G02/G03与与G40G40指令同时使用，即出现了以下格式的指令同时使用，即出现了以下格式的指令指令:“G03 G40 X100 Y200 F100;”:“G03 G40 X100 Y200 F100;”或或“G02 G40 X100 Y200 F100;”G02 G40 X100 Y200 F100;”取消刀取消刀具半径补偿也只可以在直线移动程序段中进行。具半径补偿也只可以在直线移动程序段中进行。三、典型数控系统故障分析与维修 202