数控故障诊断

1、 1.故障的基本概念 故障数控机床全部或部分丧失原有的功能。 故障诊断在数控机床运行中，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提下，对现行的状态进行分析，并辅以必要检测手段，查明故障的部位和原因。提出有效的维修对策。 2.故障的分类 1）从故障的起因分类 关联性故障和系统的设计、结构或性能等缺陷有关而造成（分固有性和随机性）。 非关联性故障和系统本身结构与制造无关的故障。 2）从故障发生的状态分类 突然故障发生前无故障征兆，使用不当。 渐变故障发生前有故障征兆，逐渐严重。 3）按故障发生的性质分类 软件故障程序编制错误、参数设置不正确、机床操作失误等引起。 硬件故障电子元器件、润

2、滑系统、限位机构、换刀系统、机床本体等硬件损坏造成。 干扰故障由于系统工艺、线路设计、电源地线配置不当等以及工作环境的恶劣变化而产生。 4）按故障的严重程度分类 危险性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，因故障失去保护动作，造成人身或设备事故。 安全性故障机床安全保护系统在不需要动作时发生动作，引起机床不能起动。 3. 数控系统的可靠性 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。衡量的指标有： MTBF平均无故障时间 MTTR排除故障的修理时间 平均有效度A： A=MTBF/（MTBF+MTTR）数控设备使用寿命故障频率曲线 4. 数控机床维修的特点

3、 1）数控机床是高投入、高精度、高效率的自动化设备； 2）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； 3）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定的难度。 1.通讯诊断(远程、海外诊断） 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。 计算机发诊断程序 用户测试数据 计算机诊断结果和处理方法 用户 特点：实用简便； 有一定的局限性 2. 自修复系统 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CRT上显示的同时，自动寻找备用模块并接上。 特点：实用但成本比较高，而且只适合总线结构的CNC系统。 3. 人工智能专家故障诊

4、断系统 4. 人工神经元网络(ANN)诊断 ANN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络上，每个输出神经元对应着一个故障原因。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

5、况。速、主轴的准停及机床的振动情况。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靠性，软、硬限位是否确实 可靠。可靠。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

6、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。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四）、验收检查项目四）、验收检

7、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）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

8、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。

9、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）等一、点检一、点检 点检点检按有关维护文件的规定，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

10、查、润滑、日常清洁、 紧固等工作（操作者）紧固等工作（操作者）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 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

11、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，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。 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

12、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诊断常用的仪器仪表及工具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电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，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、烙螺丝刀、钳子、镊子、烙铁等铁等 数控机床生产厂家必须向用户提供安装、数控

13、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 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

14、，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，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。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

15、。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，

16、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

17、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

18、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

19、.故障诊断要求：故障诊断要求： 故障检测方法简便有效故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 看看熔丝断否、元器件烟熏烧焦、电容熔丝断否、元器件烟熏烧焦、电容器膨胀变形、开裂、保护器脱扣、触点器膨胀变形、开裂、保护器脱扣、触点火花、火花、CRT报警信息、报警指示灯等报警信息、报警指示灯等 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

20、、振动、接触不良等发热、振动、接触不良等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。能测试，确定主要硬件能正常工作。 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）3.数据和状态检查数据和状

21、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

22、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：接口检查接口检查 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

23、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。4.报警指示灯显示故障报警指示灯显示故障除除CRT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、跨线一致选择开关、跨线一致六、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