数控机床技术第4章

第4章数控装置的故障诊断与维修项目一FANUC-0i数控装置项目二SINUMERIC840C数控装置项目三华中HNC-21数控装置项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护项目五电源维护及故障诊断项目六主轴伺服系统的故障诊断与维修项目七进给伺服系统的故障诊断与维修项目八位置检测装置的故障诊断与维修第4章数控装置的故障诊断与维修进口数控系统中具有代表性的有FANUC公司系统、SIEMENS公司系统以及MITSUBISHI公司系统、A-B公司系统、FAGOR公司系统等，国内有华中数控、北航数控、蓝天数控等为了用好这些产品，就需要对产品的主要功能、参数有所了解。在这一章中我们将围绕FANUC-0i系统、SIEMENS8040系统和华中数控NNC-21系统作简单介绍。返回项目一FANUC-0i数控装置一、FANUC-0i数控装置的特点

FANUC-0i(简称F-0i)系列数控装置是多微处理器系统，主CPU为80386,内置可编程控制器。它除了有标准的串行通信RS-232接口外，还增加了具有高速串行接口的远程缓冲器，实现计算机分布式直接控制(DNC)。除此之外，还具有以下特点。下一页返回项目一FANUC-0i数控装置

(1)刚性攻丝。主轴控制回路为位置闭环控制，主轴电机的旋转与攻丝轴(Z轴)进给完全同步，从而实现高速高精度攻丝。

(2)复合加工循环。复合加工循环可用简单指令生成一系列的切削路径。比如定义了工件的最终轮廓，可以自动生成多次粗车的刀具路径，简化了车床编程。

(3)圆柱插补。该功能最适用于切削圆柱上的槽，能够按照圆柱表面的展开图进行编程。下一页返回上一页项目一FANUC-0i数控装置

(4)直接编程。可直接指定诸如直线的倾角、倒角值、转角半径值等尺寸，这些尺寸在零件图上指定，这样能简化部件加工程序的编程。

(5)记忆型螺距补偿。利用该补偿功能，可对丝杠螺距误差等机械系统中的误差进行补偿，补偿数据以参数的形式存储在CNC的存储器中。下一页返回上一页项目一FANUC-0i数控装置

(6)CNC内装PMC编程。PMC对机床和外部设备进行程序控制。

(7)随机存储模块。MTB(机床厂)可在CNC上直接改变PMC程序和宏执行器程序。由于使用的是闪存芯片，故无须专用的RAM写入器或PMC的调试RAM。下一页返回上一页项目一FANUC-0i数控装置二、FANUC-0i数控装置的结构

1.主要硬件部件

(1)系统与操作面板，如图4-1所示。

(2)电机与伺服系统，如图4-2所示。

2.电气连线

(1)综合连线介绍。如图4-3所示。

(2)数控系统的电源连接。如图4-4所示。下一页返回上一页项目一FANUC-0i数控装置

(3)数控系统与主轴单元的连接及控制信号。如图4-5所示。系统提供两种控制方式:①串行主轴接口。系统与主轴间采用串行电缆通信，串行主轴接口。如图4-6所示。②模拟主轴接口。系统向主轴单元提供指令电压及其他控制指令，主轴单元向系统输出其状态，模拟主轴接口。如图4-7所示。

(4)I/O连接。内装I/O卡上的CB104、CB105、CB106、CB107四个接口连接操作面板及机床的输入和输出，这些地址有确定的含义，在PMC编程时要使用到。如图4-8所示。下一页返回上一页项目一FANUC-0i数控装置三、系统的参数及设定

1.参数的概念数控系统的参数完成数控系统与机床结构和机床各种功能的匹配，这些参数在数控系统中按一定的功能组进行分类，例如:伺服轴参数配置数控机床的轴数，各轴伺服电机数据、速度及位置反馈元件类型及反馈元件数据，串行通讯口参数对串行口进行数据传输时的波特率、停止位等进行赋值。下一页返回上一页项目一FANUC-0i数控装置

2.参数的显示、输入方法及存储

(1)参数的显示:按MDI面板的“画面SYSTEM"键几次或一次后，再按软键“参数”选择参数画面。定位期望参数的方法:按翻页键直到期望的参数号，使用键盘输入期望的参数号码，再按“NO.搜索”。下一页返回上一页项目一FANUC-0i数控装置

(2)参数的输入:在MDI方式或急停状态，首先修改参数写保护设定，按“OFFSETSETTING”键，再按“SETTING”软键，进入设置画面修改写保护参数:PARAMETERWRITE=1;再进入参数显示画面，找到希望修改的参数，使用键盘输入数据，按“INPUT”键。

(3)参数的存储:人工抄录参数清单、使用存储卡、利用串行通信，将参数传入计算机。下一页返回上一页项目一FANUC-0i数控装置

3.参数的分类由于数控系统涉及的参数非常多，每个参数具体的设置一般是查阅数控系统附带的参数说明手册来进行的。FANUC-0i数控系统的参数包括以下方面:有关“SETTING”的参数、有关阅读机/穿孔机接口的参数、所有通道共用的参数、有关通道的参数、有关POWERMATE管理器的参数、有关轴控制及设定单位的参数、有关坐标系的参数、下一页返回上一页项目一FANUC-0i数控装置有关存储式行程检测的参数、有关进给速度的参数、有关加减速控制的参数、有关伺服的参数、有关DI/DO的参数、有关MDI、显示和编辑的参数、有关程序的参数、有关螺距误差补偿的参数、有关主轴控制的参数、有关刀具补偿的参数、有关固定循环的参数、有关钻削固定循环的参数、有关螺纹切削循环的参数、有关多重固定循环的参数、有关小孔钻削循环的参数、有关刚性攻丝的参数、有关缩放/坐标旋转的参数、有关单一方向定位的参数、有关极坐标插补的参数等。下一页返回上一页项目一FANUC-0i数控装置四、I/O接口及PMC系统

1.接口地址的意义及分配接口是连接CNC系统PLC机床本体的节点，节点是信息传递和控制的通道。向PMC输入的信号有从NC来的输入信号(M功能，T功能信号)，从机床来的输入信号(循环启动，进给暂停信号等)。从PMC输出的信号有向NC的输出信号(循环启动，进给暂停信号等)，向机床输出的信号(刀架回转，主轴停止等)。信号进行传输，分别用不同的字母来表示信号的种类如下:下一页返回上一页项目一FANUC-0i数控装置

X—由机床向PMC的输入信号(MT→PMC);Y—由PMC向机床的输出信号(PMC→MT);F—由NC向PMC的输入信号(NC→PMC);G—由PMC向NC的输出信号(PMC→NC);R—内部继电器;D—保持型存储器的数据。下一页返回上一页项目一FANUC-0i数控装置

2.常用PMC系统指令的解释

PMC系统也就是我们常说的可编程控制器，在这里指的是FANUC数控系统中称呼。

(1)基本指令见表4-1。

(2)功能指令。在编制数控机床的顺序程序时，对一些复杂的问题仅靠基本指令实现起来是很困难的，例如泽码，算术运算，比较，回转等。所以，系统设计了功能指令，我们只需知道其功能、参数设置，而不用考虑其内部复杂的运行过程。返回上一页项目二SINUMERIC840C数控装置一、SINUMERIC840C数控装置的特点

(1)显示功能(Display)。屏幕文本可以在五种语言中切换(德，英，法，意，西);可显示坐标实际值和剩余距离值，多通道显示，并具有屏幕保护功能。

(2)操作功能(Operation)。操作按操作区域划分为:MACHINES,PARAMETERS，PROGRAMMINGS，SERVICES，DIAGNOSIS。下一页返回项目二SINUMERIC840C数控装置

(3)操作方式。自动方式:程序的自动运行，加工程序中断后从断点恢复运行;可进行进给保持及主轴停止，跳段功能，单段功能，空运转，JOG方式(SE‘PUP)，示教(TEACHIN)，手动输入运行(MDA)。

(4)驱动及轴的配置。适用于车床，铣床以及特殊应用，具有公、英制两种显示系统，可进行两种系统的切换。位置控制输出可选:模拟±10V/2mA或数字连接SIMODRIVE611-D;进给及快移速度:最小进给为0.01mm/min;最大速度为10000mm/min。下一页返回上一页项目二SINUMERIC840C数控装置

(5)主轴配置功能。主轴定向，恒切削速度，变螺距螺纹，主轴转速从0.1~99000rpm,最高8挡切换，可模拟±10V/2mA或数字连接SIMODRIVE611-D。

(6)CNC编程。加工的同时进行程序的输入、编辑、删除、复制以及PLC报警文本的编辑，程序中插入注释语句，绝对值及增量值编程。

(7)PLC编程。STEPS编程语言，带有扩展指令集，可用LAD,STL,CSF进行编程，1024个输入地址;1024个输出地址;128个计数器;128个计时器。下一页返回上一页项目二SINUMERIC840C数控装置

(8)存储能力。硬盘可存储32000个程序，1~3MB的RAM用于存储用户的加工程序及参数，32KB的PLC用户程序存储器;8KB的PLC参数存储，硬盘上至少40MB的用户数据存储空间。

(9)数据交换。通用RS2320接口，通过附加RS2320接口，在加工的同时可进行程序的读入和输出。

(10)安全和诊断功能。安全程序监视测量电路、系统温度、电池、电压、存储、限位开关、风扇等接口诊断，带有日期和时间的报警记录存储;轮廓监视，主轴监视，PLC内部状态显示，可编程工作区域限制。下一页返回上一页项目二SINUMERIC840C数控装置二、SINUMERIC840C数控装置的结构

1.SINUMERIC840(简称SIN8400)的硬件配置

SIN8400的基本配置分为三部分:操作显示部分、主机框架及输入/输出设备。操作显示部分有:PC键盘，机床操作面板。主机框架有两种:框架1(双子框架)和框架2(三子框架)，每个框架都带有风扇，六个插槽位置，主机框架上装有电源模块，CSB(中央服务单元)板，位置测量板，NCCPU板，PLCCPU板和MMCCPU板。系统的保护电池在CSB板上，其规格为:6LR61,550,9V)如图4-9所示。下一页返回上一页项目二SINUMERIC840C数控装置

2.电气连线

SIN840C可以带模拟伺服(611A)和数字伺服(611D)两种。模拟伺服的指令电压为模拟信号(±10V)由56、14端输入;数字伺服时，系统和各模块通过一根扁平电缆串起来，通过数字的形式，系统发出指令并接收各轴的状态，如图4-10所示。下一页返回上一页项目二SINUMERIC840C数控装置

3.模拟伺服SIMDRIVE611A的功能模拟伺服SIMDRIVE611A的功能模块主要由IR模块、主轴驱动模块和进给伺服模块构成，各模块通过一根扁平电缆串起来，如图4-11所示。

(1)IR模块:主要功能是产生直流母线电压(600V)，供给主轴模块和进给伺服模块，同时产生供各个模块内部使用的+24V和+5V电压。下一页返回上一页项目二SINUMERIC840C数控装置

(2)主轴驱动模块:接受CNC来的控制信号和控制指令，将IR模块提供的600V直流电压转换成三相交流电压，驱动主轴电机。

(3)进给伺服模块:接受CNC来的控制指令和控制信号，将IR模块产生的600V直流电压逆变成三相交流电压，驱动进各伺服电机。下一页返回上一页项目二SINUMERIC840C数控装置其中，要特别注意IR模块的使能电路，下面的电路仅是该系列伺服连接的一个特例，不同的设备，选用的控制信号不同，连接方法也会不同，主要应搞清模块的信号的含义。图4-12为标准用户接口的连线。对于标准用户接口，三相380V交流电源通过平波电抗器后，送入模块的U,V,W(电抗器未画出)。当380V电源送入IR模块后，首先内部逻辑电源电路开始工作(+24V,+5V),当内部电源正常后，端子9出现24V电压。下一页返回上一页项目二SINUMERIC840C数控装置由于总开关的辅助触点闭合，端子111上出现24V电压，当在模块内部完成预充电过程后，模块内部触点将闭合，端子113端上出现24V电压，通过电路的短接连接到端子63，允许IR模块的整流电路工作，产生600V直流电压。端子64是驱动器使能端子，端子72~73.1是IR模块的准备输出信号，当IR模块工作正常后，此触点闭合。下一页返回上一页项目二SINUMERIC840C数控装置脉冲使能63无效时，驱动装置立即禁止所有轴运行，伺服电机无制动自然停止;驱动器使能端子64无效时，驱动装置立即置所有进给轴的速度设定值为0，伺服电机进入制动状态，200ms后电机停转;轴使能端子65(注:此端子在伺服轴上)无效时，对应轴的速度设定值为0，伺服电机进入制动状态，200ms后电机停转。正常情况下伺服电机在外加参考电压的控制下转动，调节电位改变指令电压，可控制电机的转速，参考电压的正负决定电机的旋转方向。伺服模块由控制板和功率模块组成，控制板有用户友好接口和标准接口两个伺服控制模块连接，控制板上插有参数板，当控制板有故障，进行更换后，还需将原参数板插上。下一页返回上一页项目二SINUMERIC840C数控装置而对于用户友好接口，IR模块准备好后，机床24V电源出现在端子673,如果驱动器正常，端子672会发出驱动准备好信号。当脉冲使能和驱动器使能信号接通后，伺服轴的端子56、端子14从系统接受到控制指令，可以实现轴的移动。下一页返回上一页项目二SINUMERIC840C数控装置三、系统的参数由于数控系统涉及的参数非常多，每个参数具体的设置一般查阅数控系统附带的参数说明手册来进行。SIN840C在软件版本3以后，数据的显示采用交互式显示方式，即机床数据用表格和文本说明方式来显示。数据的显示不再按数据号的方式来排列，而是按数据的功能来分类。大部分数据的实现是按“

MDNO”;数据的功能或作用;数据的值;结构方式来显示。机床数据分为以下几大类:机床配置显示页面、NC配置与NC数据、PLC配置与PLC数据、驱动器配置与启动器数据、固定循环数据、IKA数据(曲线插补)、用户数据等)。下一页返回上一页项目二SINUMERIC840C数控装置四、I/O接口及PLC系统接口信号版本3及更高版本的调用方法是依次按软键:Diagnosis→Services→PLCService，进入接口信号调用画面，通过此画面，可以查看到输入信号、输出信号、标志位(辅助继电器)、数据块的状态，从而可根据语句表或梯形图的来查找机床的故障原因。下一页返回上一页项目二SINUMERIC840C数控装置

SIN840C的用户PLC程序是用STEPS语言来编写的，按照STEPS编程对输入/输出信号等的定义，在接口画面中各软键对应的意义如下:IW——输入字，机床的输入到PLC的信号(按钮，接近开关，压力开关等);QW——输出字，PLC输出到机床的信号(信号指示，继电器，电磁阀等);下一页返回上一页项目二SINUMERIC840C数控装置

FW—标志字，PLC程序中的中间结果，或称为中间继电器，它表示的状态仅在程序内部，使用及帮助进行故障的逻辑分析，没有物理的输出;DB—数据字，在SIN840C系统中，PLC与NC之间的通信是通过调用与赋值数据块的数据来完成的，NC将自己的状态输出到相应的数据块，PLC调用这些数据块，通过PLC程序进行处理，并将处理结果输出到对应的数据块;下一页返回上一页项目二SINUMERIC840C数控装置

DX—双字节数据字;T—计时器;C一数器;IW,QW,FW,T,C—机床厂家在设计PLC程序时，根据机床功能、结构、电路而定义的地址，西门子保留一部分数据块作为NC<->PLC通信，机床厂家编制PLC程序时对这一部分数据块进行调用和赋值，了解这部分数据块的意义，在查找故障时可以确定入手点(例如机床进给停止，主轴信号分析等)。返回上一页项目三华中HNC-21数控装置一、华中数控HNC-21的特点华中数控世纪星HNC-21系列数控装置(-T/M)采用先进的开放式体系结构，内置嵌入式工业PC机，高性能32位中央处理器，配置彩色液晶显示屏和标准机床工程面板(如图4-13所示)，主要适用于数控车铣床和加工中心的控制，具有高性能、配置灵活、结构紧凑、易于使用、可靠性高的特点。下一页返回项目三华中HNC-21数控装置

(1)最大联动轴数为4轴。

(2)可选配各种类型的脉冲式、模拟式交流伺服驱动器或步进电机驱动器以及HSV-11系列串行式伺服单元。

(3)配置标准机床工程面板，不占用PLC的输入/输出接口。

(4)配置40路输入接口和32路功率放大光电隔离开关量输出接口、手持单元接口、模拟主轴控制接口与编码器接口以及远程I/O板扩展接口。下一页返回上一页项目三华中HNC-21数控装置

(5)采用7.5”彩色液晶显示器，分辨率为640x480全汉字操作界面，具有故障诊断与报警，设置多种图形加工轨迹显示和仿真功能，操作简便，易于掌握和使用。

(6)采用国际标准G代码编程，与各种流行的CAD/CAM自动编程系统兼容，具有直线、圆弧、螺旋线插补、固定循环、旋转、缩放、镜像、刀具补偿宏程序等功能。

(7)小线段连续加工功能，特别适合于复杂模具零件加工。

(8)加工断点保存/恢复功能，为用户安全、方便使用提供保证。下一页返回上一页项目三华中HNC-21数控装置

(9)反向间隙和单、双向螺距误差补偿功能，有效提高加工精度。

(10)巨量程序加工能力，使配置硬盘可直接加工高达2GB的G代码程序。

(11)内置以太网、RS232接口，易于实现机床联网。

(12)8MBFlashRAM(不需电池的存储器可扩至72MB)中的6MBRAM，可用作用户程序存储区;8MBRAM(可扩至64MB)可用作加工程序缓冲区。

(13)系统外形尺寸为:420mmx310mmx110mm，体积小巧、结构牢靠、造型美观。下一页返回上一页项目三华中HNC-21数控装置二、华中数控HNC-21的结构

1.主要硬件部件

(1)系统与操作面板。如图4-14所示。

(2)电机与伺服系统。如图4-15所示。下一页返回上一页项目三华中HNC-21数控装置

2.电气连线

(1)综合连线。如图4-16所示为HNC-21数控装置与其他装置单元连接的总体框图。具体连线图如图4-17所示。

(2)各接口功能说明。作用:CNC与各个功能模块之间进行信息传递、交换、控制，如图4-18所示。下一页返回上一页项目三华中HNC-21数控装置

XS1—电源接口;XS2—外接PC键盘接口;XS3—以太网接口;XS4—软驱接口;XS5—RS232接口;XS6—远程I/O板接口;XS8—手持单元接口;XS9—主轴控制接口;下一页返回上一页项目三华中HNC-21数控装置

XS10,XS11——输入开关量接口;XS20,XS21——输出开关量接口;XS30~XS33—模拟式、脉冲式(含步进式)进给轴控制接口;XS40~XS43—串行式HSV-11型伺服轴控制接口。

(3)I/O连接。HNC-21数控具有开关量输入/输出接口，有本机输入/输出(可通过输入/输出端子板转接)和远程输入/输出两种，其中本机输入有40位，本机输出有32位，远程输入/输出各128位。下一页返回上一页项目三华中HNC-21数控装置三、系统的参数及设定

1.参数的概念

HNC-21数控按功能和重要性划分了参数的不同级别，数控装置设置了三种级别的权限，允许用户修改不同级别的参数。修改参数前，必须理解参数的功能和熟悉原设定值，不正确的参数设置与更改，可能造成严重的后果。参数修改后，必须重新启动数控装置方能生效。所以，更动参数后，一定要重新启动数控装置。

各级参数组成参数树如图4-19所示。下一页返回上一页项目三华中HNC-21数控装置

2.参数的显示、输入方法及存储参数查看与设置的具体操作步骤如下:(1)在参数功能子菜单下，按F1键，系统将弹出参数索引子菜单，移动光标。

(2)用光标选择要查看或设置的选项，按Enter键进入下一级菜单或窗口。

(3)如果所选的选项有下一级菜单，例如坐标轴参数，系统会弹出该坐标轴参数选项的下一级菜单。下一页返回上一页项目三华中HNC-21数控装置

(4)用同样的方法选择，确定选项，直到所选的选项没有更下一级的菜单。此时，图形显示窗口将显示所选参数块的参数名及参数值。

（5）如果在此之前，用户没有进入输入权限，或者输入的权限级别比待修改的参数所需的权限低，则只能查看。

(6)如果完成了权限设置，输入了修改此项参数所需的权限口令，若用户按Enter键，则进入参数设置状态。在参数值处出现闪烁的光标，在输入完参数值后，按Enter键确认或按Esc键取消刚才的输入或修改。下一页返回上一页项目三华中HNC-21数控装置四、I/O接口及PMC系统在系统程序、PLC程序中，机床输入的开关量信号定义为X，即各接口中的I信号;输出到机床的开关量信号定义为Y，即各接口中的O信号。

HNC-21本地、远程I/)端子板中的I/O开关量定义为系统程序中的X,Y变量，需要通过设置参数中的硬件配置参数和PMC系统参数实现。

HNC-21数控装置的输入/输出开关量占用硬件配置参数中的三个部件，一般设为:部件20、部件21、部件22。下一页返回上一页项目三华中HNC-21数控装置输入量:

部件21为输入模块0，共30组，则占用X[00]~X[29]。

部件20为输入模块1，共16组，则占用X[30]~X[45]。

输出量:

部件21为输出模块0，共28组，则占用Y[00]→Y[27]。部件22为输出模块1，共2组，则占用Y[28]~Y[29]。部件20为输出模块2，共8组，则占用Y[30]~Y[37]。返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护本节将对常用进口数控系统的故障诊断与维护作介绍，主要介绍故障诊断与维修用的方法与手段，并对数控系统在日常中的维护进行说明。下一页返回项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护一、数控系统的自诊断功能故障自诊断是CNC系统中十分重要的功能，当数控机床发生故障时，借助CNC系统的自诊断功能，可以迅速、准确地查明原因并确定故障部位。自诊断功能一般分为启动自诊断、在线自诊断和离线诊断，下面结合实例分别介绍这三种自诊断功能。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护

1.启动自诊断当CNC装置通电，系统自诊断软件对CNC装置中最关键的硬件和控制软件，如CPU、RAM、只读存储器(ROM)等芯片，MDI、监视器、I/O等模块，系统软件、监控软件等逐一进行检测，并将检测结果在监视器上显示出来。一旦检测通不过，即在监视器上显示报警信息或报警号，指明故障部位。当全部诊断项目都正常通过后，系统才能进入正常运行前的准备状态。启动诊断过程通常在一分钟内结束，有些采用硬盘驱动器的数控系统，因要调用硬盘中的文件，时间要略长一些。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护启动自诊断可以将故障定位到电路板或模块，甚至可以定位到芯片。但是在多数情况下将故障原因定位在某一范围内，维修人员需要通过维修手册进一步查找故障原因并加以排除。维修人员要了解系统的自诊断所能检测的内容及范围，对于级别较高的故障报警，可以采取重新开机，让系统重新进行启动自诊断，检测关键部位是否正常。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护

2.在线自诊断功能在线自诊断是在数控系统正常工作时，运行内部诊断程序，对系统本身、伺服驱动单元、PLC以及与数控装置相连的其他外部装置进行自动检测，显示有关状态信息和故障信息。只要数控系统不断电，在线自诊断不停止。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护数控系统具有丰富的在线自诊断功能，CNC系统的自诊断能力不仅能在监视器上显示故障报警信息，而且还能以多页的“诊断地址”和“诊断数据”的形式为用户提供各种机床状态信息。这些状态信息有:CNC系统与机床之间的接口输入/输出信号状态;CNC与PLC之间输入/输出信号状态;PLC与机床之间输入/输出信号状态;各坐标轴位置的偏差值;刀具距机床参考点的距离;CNC内部各存储器的状态信息;伺服系统的状态信息;MDI面板、机床操作面板的状态信息等。充分利用CNC系统提供的这些状态信息，就有可能迅速准确地查明故障、排除故障。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护在线自诊断是对数控机床各部位的状态进行检测，当机床发生故障时，故障部位的状态信息发生变化，通过这些变化能较准确地确定故障的起因和部位。

20世纪80年代以来，一些数控系统采用内装式PLC,PLC自诊断监控功能可将接口、内部继电器、定时器等状态信息通过梯形图直观地显示出来，为维修提供了方便。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护主电动机过一般是由于机床主轴铣头切削深度过大或切削速度过快，导致主电动机过电流引起的。检查主轴铣头切削正常，电动机工作电流正常，用手触摸电动机外壳，感觉温升异常，判断是主电动机通风不良。检查风冷电动机及风道，发现电动机风道内积满尘埃。打开电动机风道盖，清除灰尘后故障消除。我国早期应用的数控系统，如FANUC7系统，尚未采用PLC装置，而多数采用继电器逻辑控制。这类系统使用大量的小型继电器，可靠性较差。它们的自诊断功能只能检查数控装置的输入/输出接口状态。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护

3.离线诊断早期的一些数控机床出现故障时，要停机使用随机附带的专用诊断纸带对系统进行离线诊断。离线诊断时将纸带上的诊断程序读入数控装置的RAM中，由数控系统运行诊断程序，对故障部位进行检测。离线诊断一般是对以下部分进行检测:①CPU;②RAM;③轴控制口和I/O接口;④纸带阅读机。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护在进行离线诊断时，原先存放在RAM中的系统程序、数据以及零件加工程序会被清除，离线诊断后要重新输入系统程序、数据以及零件加工程序。数控系统除了启动自诊断、在线自诊断和离线诊断外，还有通信诊断、专家诊断，这里不再一一详述。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护二、其他故障诊断方法自诊断虽然是数控机床故障诊断很有效的方法，但是数控机床产生故障的原因是复杂的，一个报警号往往提示诸多可能引起故障的因素，不能将故障定位到具体的部位或元器件上。因此，诊断故障还需要其他一些有效的方法，下面结合实例，介绍其他几种故障诊断方法。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护

1.功能程序测试法功能程序测试法是将数控系统G、M、S、T、F功能的全部使用指令编成一个试验程序，穿成纸带或存储在软盘上，故障诊断时运行这个试验程序。功能程序测试法常应用于以下场合:(1)在机床加工中出现废品，无法确定是由于加工程序错误、操作不当还是数控系统本身的故障引起。

(2)数控系统出现随机故障，难以区别是外来干扰，还是系统稳定性不好引起的。

(3)闲置时间较长的数控机床恢复使用时和对数控机床进行定期检修后。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护

2.参数检查法数控系统的参数是经过试验和调整而取得的重要数据，通常存放在由电池保持的RAM中，当电池电压不足、数控装置受干扰或数控系统长期不通电，数控系统的参数可能会丢失或出错，影响机床的正常工作。因此，参数检查是故障诊断的重要方法之一。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护

3.交换法交换法是在数控系统中，将相同型号的电路板、模块、集成电路和其他零部件进行交换，观察故障转移情况，确定故障部位。当数控系统某个坐标轴出现运动不正常，如爬行、抖动、时动时不动、一个方向动另一个方向不动等故障时，可以采用换轴法来确定故障部位。交换法也可以通过改变参数设置或PLC程序来实现，这种使用软件交换的方法更为方便。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护

4.备板交换法利用备用电路板、模块、集成电路芯处及其他元器件替换有疑点的部位，是一种快速而简便找出故障的方法。有时若无备板，可借用同型号系统上的电路板来试验。备板置换前，应检查有关部分电路，以免由于短路造成好板损坏，还应检查试验板上的选择开关和跨接线是否与原板一致，有些还应注意板上电位器的调整。在置换计算机的存储板后，往往需要对系统作存储初始化操作，输入机器参数等，否则系统仍不能正常工作。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护如调换FANUC10系列的主板后，必须按一定的操作步骤先输入9000~9031选择参数，然后才能输入0000~8010系统参数和PC参数。又如当调换FANUC7系统存储器板后，需重新输入参数纸带并对存储器区进行分配操作。如果缺少后一步，一旦零件程序输入，将产生60号报警(存储器容量不够)。还有一些系统，如口本东芝机械TOSNUC-600系统对N10000~N10103选择参数的设置具有相当特殊的操作步骤。这些情况在调换计算机的某些板卡时是应该引起注意的。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护

5.隔离法有些故障，如轴抖动、爬行，一时难以区分是数控部分故障，还是伺服系统或机械部分故障造成的。通常可采用隔离法，将机电分离，数控与伺服分离，或将位置闭环分离作开环处理。这样，复杂的问题就简单了，就能较快地找到故障原因。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护

6.直观法就是利用人的手、眼、耳、鼻等感觉器官来寻找故障原因。这种方法在维修中是常用的，也是首先使用的。“先外后内”的维修原则要求维修人员在遇到故障时应先采用望、闻、嗅、摸等方法，由外向内逐一进行检查。有些故障采用这种直观法可迅速找到故障原因，而采用其他方法要花费不少时间，甚至一时难以解决。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护利用人体的视觉功能可观察设备内部器件或外部连接的形状变化。如电气方面可观察元器件的连接是否松动，断线或铜箔断裂，继电器、接触器与各类开关的触点是否烧蚀或压力失常，发热元器件的表面是否过热变色，电解电容的表面是否膨胀变形，保护器件是否脱扣，耐压元器件是否有明显的击穿点以及碳刷接触表面与接触压力是否正常等。另外，对开机发生的火花、亮点等异常现象更应重点检查。机械故障方面，可主要观察传动链路组件是否存在间隙过大，固定锁紧装置是否松动，工作台导轨面、滚珠丝杠、齿轮及传动轴等表面的润滑状况是否正常，以及是否有其他明显的碰镗、磨损与变形现象等。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护利用人体的听觉功能可查寻数控机床故障而产生的各种异常声响的声源，如电气部分常见的异常声响;电源变压器、阻抗变换顺与电抗器等因铁芯松动、锈蚀等原因引起的铁片振动的“吱吱”声;继电器、接触器等磁回路间隙过大，短路环断裂，动静铁芯或衔铁轴线偏差，线圈欠压运行等原因引起的电磁“嗡嗡”声或触点接触不好的“滋滋”声以及元器件因过流或过压运行失常引起的击穿爆裂声。而伺服电机、气控或液控器件等发生的异常声响基本上和机械故障方面的异常声响相同，主要表现为机械的摩擦声、振动声与撞击声等。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护另外，在现场维修中利用人体的嗅觉功能和触觉功能可查寻因过流、过载或超温引起的故障。例如:气动、液压与冷却系统的管路因故发生阻塞、机械泵卡死或其他机械故障等原因引起的气控与液压器件及泵电动机过载超温，严重时甚至会引起线圈烧损并伴有焦湖味散发出来。又如，电路中的元器件在运行因漏电、过流、过载等原因也会引起异常温度升高。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护

7.升降温法人为地将元器件温度升高(应注意器件的温度参数)或降低，加速一些温度特性较差的元器件产生“病症”或使“病症”消除来寻找故障原因。系统因故中断又无报警显示，经分析，故障原因在CPU控制系统上的可能性比较大。查位控板(01GN710)，发现该板上的红色LED发光警示故障，提示位控环或CPU系统存在异常。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护经检查连接电路无异常，更换位控板后试机，故障依旧，故确诊CPU板已坏。因该故障的特点是系统中断后，断电停机冷却10多分钟后又能重新启机工作，估计引起该故障的原因系CPU板上的某个元器件温度特性太差。因无备板可供试机，故采用手背触摸CPU板上元器件温升情况的方法(采用此方法必须注意安全，虽然弱电不足为患，但仍应站在绝缘垫上，采用单手触摸方法，尤其是在通电状态下检查电源板时更应如此，以防强电窜入)。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护经仔细检查，发现CPU板上的ROM存储器区域有两块ROM集成电路块(型号MB7122E)的温升异常(与同板同型号的其他12块集成块相比较)。为进一步确诊芯片好坏，用酒精棉球不断冷却这两块集成块，结果冷却时故障始终没有发生，一旦停止冷却数分钟后，故障即发生，证实上述判断正常，经调换这两块ROM集成电路块后故障排除。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护

8.敲击法数控系统由各种电路板和连接插座组成，每块电路板上含有很多焊点，任何虚焊或接触不良都可能引起故障。用绝缘物轻轻敲打有接触不良疑点的电路板、插件或元器件时，若机器出现故障，则故障很可能就在敲击的部位。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护

9.对比法本方法是以正确的电压、电平或波形与异常的相比较来寻找故障部位。有时还可以将正常部分试验性地造成“故障”或报警(如断开连线，拔去组件)，看其是否和相同部分产生的故障现象相似，以判断故障原因。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护

10.原理分析法原理分析法是排除故障的最基本方法，当其他检查方法难以奏效时，可从电路基本原理出发，一步一步地进行检查，最终查出故障原因。运用这种方法必须对电路的原理有清楚的了解，掌握各个时刻点的逻辑电平和特征参数(如电压值、波形)，然后用万用表、逻辑笔、示波器或逻辑分析仪对被每点进行测量，并与正常情况相比较，分析判断故障原因的可能性，再缩小故障范围，直至找出故障。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护除上述10种故障检查方法外，还有电压拉偏法、拔板法、软件检测法等多种方法。这些检查方法各有特点，可按不同的故障情况灵活应用或数种方法结合使用，逐渐缩小故障的可疑范围，最后找出故障之所在，“对症下药”，将故障排除。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护三、数控系统的日常维护机床数控系统在运行一段时间之后，难免会出现一些故障，维护状况较好的数控系统的故障率相对较低。系统在运行过程中出现一些不正常现象，应及时维护和维修，如级别较低的报警，虽然不影响系统一时运行，但是如果不及时进行维护和排除，就有可能造成大的事故。例如，电网质量差，电压波动大，如果对此现象不重视，数控系统长期在恶劣的供电环境中运行，会造成主要模块烧毁的严重后果。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护做了预防性的维护工作是使用好数控机床的一个重要环节，数控维修人员、操作人员及管理人员应共同做好这项工作。

1.严格遵循操作规程数控系统编程、操作和维修人员必须经过专门的技术培训，熟悉所用数控机床的数控系统、强电配置、机械、液压、气动等部分的原理和结构，按机床和系统使用说明书的要求，正确合理地操作使用数控系统和机床，避免因使用不当而引起的故障。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护

2.输入装置纸带阅读机或磁盘阅读机是数控系统的重要输入装置。数控系统参数、用户宏程序和零件加工程序都要通过它输入到CNC内部。纸带阅读机的读带部分有污物会使读入的纸带信息出现错误，所以操作者每天应对阅读头、纸带压板、纸带通道表面进行检查，用纱布蘸酒精擦净污物。对纸带阅读机运动部分，如主动轮滚轴、导向滚轴、压紧滚轴等每周应定时清擦。对导向滚轴、张紧臂滚轴等应半年加注润滑油一次。对于磁盘阅读机中磁盘驱动器内的磁头应用专用清洗盘定期进行清洗。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护

3.防止数控装置过热定期清理数控装置的通风散热系统。应经常检查数控装置上各冷却风扇工作是否正常，应视车间环境状况，每半年或一个季度检查清扫一次，具体方法如下:(1)拧下螺钉，拆下空气过滤器。

(2)在轻轻振动过滤器的同时，用压缩空气由里向外吹掉空气过滤器内的灰尘。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护

(3)过滤器脏时，可用中胜清洁剂(清洁剂和水的配方为5:95)冲洗(但不可揉擦)，然后置于阴凉处晾干即可。环境温度过高造成数控装置内温度超过40℃时，不利于数控系统正常工作。如果数控机床环境温度高，应改善通风散热条件，有条件的要加装空调装置。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护

4.经常检测电网电压数控系统允许的电网电压范围为额定值的-15%~+10%，如果超出此范围，轻则使数控系统不能稳定工作，重则会造成重要电子部件损坏。因此，要经常注意电网电压的波动。对于电网质量比较恶劣的地区，应及时配置数控系统专用的交流稳压电源装置。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护

5.防止灰尘进数控系统除了进行检修外，应尽量少开电气柜和强电柜门。如果空气中飘浮的灰尘和金属粉末落在印刷电路板和电气接插件上，容易造成元件间绝缘电阻下降，甚至使元件损坏。有些数控机床的主轴控制系统安置在强电柜中，就有可能引起主轴控制失灵。当夏天气温过高时，有些使用者干脆打开数控柜门，用风扇往数控柜中吸风，由于数控设备周围金属粉尘大，更应注意防止外部尘埃进入数控柜内部。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护一些已受外部尘埃、油雾污染的电路板和接插件可用专用电子清洁剂喷洗。在清洁接插件时可对插孔喷射足够的液雾后，将原插头或插脚插入，再拔出，即可将脏物带出，可反复进行，直至内部清洁为止。接插部位插好后，多余的喷液会自然滴出，将其擦干即可。经过一段时间之后自然干燥的喷液会在非接触表面形成绝缘层，使其绝缘良好。在清洗已污染的电路板时，可用清洁剂对电路板进行喷洗，喷完后将电路板竖放，使尘污随多余的液体一起流出，待晾干后之即可使用。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护

6.存储器用电池定期检查和更换数按系统中部分互补金属氧化物半导体(CMOS)存储器中的存储内容在断电时靠电池供电保持。一般采用锂电池或可充电的镍镉电池。当电池电压下降至一定值时就会造成参数丢失。因此，要定期检查电池电压，当该电压下降至限定值或出现电池电压报警时，应及时更换电池。更换电池时一般要在数控系统通电状态下进行，这样才不会造成存储的参数丢失。一旦参数丢失，在调换新电池后，可重新将参数输入。下一页返回上一页项目四数控系统的故障诊断方法与日常维护

7.数控系统长期不用时的维护当数控机床长期闲置不用时，也应定期对数控系统进行维护和保养。首先，应经常将数控系统通电，在机床锁住不动的情况下，让其空运行。在空气湿度较大的梅雨季节应该天天通电，利用电器元件本身的发热驱走数控柜内的潮气，以保证电子部件的性能稳定可靠。长期停置不用的机床，在梅雨天后开机往往容易发生各种故障。如果数控机床闲置半年以上不用，应将直流伺服电机的电刷取出来，以免由于化学腐蚀作用，使换向器表面腐蚀，换向性能变坏，甚至损坏电动机。返回上一页项目五电源维护及故障诊断数控机床的电源装置通常由电源变压器、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，负载对地短路均会影响到电源的正常供电。下一页返回项目五电源维护及故障诊断一、电源配置数控机床从供电线路上取得电源后，在电器控制柜中进行再分配，根据不同的负载性质和要求，提供不同容量的交、直流电压。图4-20所示为系列CNC装置及伺服驱动的电源配置。下一页返回上一页项目五电源维护及故障诊断动力电网的三相交流380V,50Hz电源经断路器QF1引入，分别转换成部分电源、电机电源、控制变压器电源、支流电源和照明电源。伺服驱动单元需要三相交流220V电源，由断路器QF2和变压器TC2将三相交流380V电源变换为三相交流220V电源。变压器TC1将380V电源变换为单相220V电源和24V电源。下一页返回上一页项目五电源维护及故障诊断单相220V电源有两个用途:一是用于交流接触器的线圈电压，二是经整流器输出直流+24V电源;交流24V电源，经整流器输出直流+24V电源。直流+24V电源分别用于机床操作面板上带灯显示按钮的电源和数控系统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、各类按钮和行程开关的对地电压。由于多个负载共用同一直流电源，因此一个负载对地短路会引起另一个负载的短路，这是电源容易发生的故障。下一页返回上一页项目五电源维护及故障诊断当机床出现电源故障时，首先要查看熔断器、断路器等保护装置是否因短路、过载引起的熔断或跳闸。断路器相当于刀开关、熔断器、热继电器的组合，是一种既有手动开关作用又能自动进行欠电压、失电压、过载和短路保护的电器。在机床线路中，常用塑壳式断路器作为电源开以及控制、保护电动机作频繁启停的开关。其操作方式多为手动操作，主要有扳动式和按钮式两种。断路器要定期检修，以保证性能良好、动作可靠。下一页返回上一页项目五电源维护及故障诊断熔断器在配电线路中作为短路保护之用，当通过熔断器的电流大于熔断器的规定值时，它产生热量使熔体熔化而自动分断电路，在数控机床的配电线路中常用螺旋式熔断器和扳动式熔断器，螺旋式熔断器有熔体熔断的信号指示器，熔体熔断后，带色标的指示器弹出，便于发现更换。扳动式熔断器的熔丝可使用万用表来检验其是否熔断。在更换熔丝时，要选择电流等级合适的熔断器，避免过电流引起线路中的误动作。下一页返回上一页项目五电源维护及故障诊断二、电源故障诊断当机床运行中停电或无法启动，可以通过电气原理图从电源方面查找原因。下一页返回上一页项目五电源维护及故障诊断三、负载对地短路的故障诊断当一个电源同时供几个负载使用时，若其中一个负载发生短路，就可能引起其他负载的失电故障，如图4-21所示，F14为电源单元中保险丝。下一页返回上一页项目五电源维护及故障诊断四、数控机床的抗干扰干扰是影响数控机床正常运行的一处重要因素，常见的干扰有电磁干扰，供电线路干扰和信号传输干扰。

1.电磁干扰电火花、高频电源等设备会产生强烈的电磁波，这种高频辐射能量通过空间传播，干扰附近的设备。如果数控系统受到电磁波的干扰，数控机床就不能正常工作。下一页返回上一页项目五电源维护及故障诊断

2.供电线路干扰数控系统对输入电压的允许范围有要求，如果过电压或欠电压都会引起电源电压监控报警而停机。如果线路受到干扰，会产生谐波失真，频率与相位漂移。下一页返回上一页项目五电源维护及故障诊断供电线路的另一种干扰就是由大电感负载所引起的，大电感在断电时要把存储的能量释放出来，在电网中形成高峰尖脉冲，它的产生是随机的。电感负载产生的干扰脉冲频域宽，特别是高频窄脉冲，峰值高，能量大，干扰严重。这类干扰脉冲变化迅速，可能不会引起电源监控的报警。如果干扰脉冲通过供电线路窜入数控系统，会引起的错误信息，导致CPU停止运行，系统数据丢失。下一页返回上一页项目五电源维护及故障诊断

3.信号传输干扰数控机床电气控制信号如果在传递的过程中受到外界干扰，会产生差模干扰和共模干扰。差模干扰的表现形式有:(1)通过泄露电阻产生干扰。最常见的因素是元件支架、检测元件、检测元件、接线柱、印刷线路及电容绝缘不良，使噪声源得以通过这些漏电阻作用于有关元器件而造成干扰。

(2)通过电阻抗藕合产生干扰。常见的是通过接地线阻抗的共阻藕合干扰。下一页返回上一页项目五电源维护及故障诊断

(3)经电源配电回路引入的干扰。干扰电压对双输入信号线的干扰大小相等，相位相同时称为共模干扰。一般来讲数控系统的共模抑制比均较高，所以UN1对数控系统的影响不大。但是数控系统的电路中有些双输入端出现不平衡，共模电压的一部分将转换为差模干扰电压。下一页返回上一页项目五电源维护及故障诊断

4.抗干扰的措施

(1)减少供电线路干扰。数控机床要远离中频、高频电气设备，采用独立的动力供电，避免和启动频繁的大功率设备、电火花设备使用同一条供电干线在电网电压变化较大的地区，数控机床要使用稳压器。动力线和信号线要分离，信号线采用双绞线，以减少电磁场藕合的干扰。变频器中的控制线路接线要远离电源线至少100mm以上，两者不可以放在同一导线槽内，控制线路配线和主电路配线相交时要成直角，控制电路的配线应采用屏蔽双绞线。下一页返回上一页项目五电源维护及故障诊断

(2)减少机床电气控制的干扰①压敏电阻保护。压敏电阻又称浪涌吸收器，是一种非线性过电压保护元件，对干扰线路的瞬变、尖峰等噪声起一定的抑制作用。压敏电阻漏电流很小，放电能力大，可通过数千安培电流，且能重复使用。图4-22为数控机床伺服驱动装置的电源引入压敏电阻的保护电路。下一页返回上一页项目五电源维护及故障诊断②阻容电路保护。交流接触器和交流电动机频繁启停时，其电磁感应现象会在机床的电路中产生浪涌或尖峰等噪声，干扰数控系统和伺服系统的正常工作。在这些电路上加上阻容吸收回路，会改变电感元件的线路阻抗，使交流接触器线圈两端和交流电动机各相的电压在启停时平稳，抑制电器产生的干扰噪声，如图4-23所示。交流接触器的阻容吸收回路，其电阻一般为220Ω，电容一般为0.2µF/380V;交流电动机各相之间的阻容吸收回路，电阻一般为300Ω

，电容一般为0.47µF/380V需要注意的，变频器输出端与电动机之间的连线中不可加入阻容吸收回路，否则会损坏变频器。下一页返回上一页项目五电源维护及故障诊断有些交流接触器配备有标准的阻容吸收器件，如TE公司的D2系列接触器的LA4线圈抑制模块，可直接插入接触器规定的部位，如图4-24所示。下一页返回上一页项目五电源维护及故障诊断③续流二极管保护。图4-25中是关于数控机床电气控制中的直流电器、直流电磁阀使用续流二极管保护的电路。直流电感元件在断电时线圈中将产生较大的感应电动势，在电感元件两端并联一个续流二极管，释放线圈断电时产生的感应电动势，可减少线圈感应电动势对控制电路的干扰噪声。有些厂家的直流继电器已将续流二极管并接在线圈两端，如FUJI中间继电器DC24HH53P-FL，给使用安装带来了方便。下一页返回上一页项目五电源维护及故障诊断

(3)屏蔽技术。利用金属材料制成容器，将需要防护的电路或线路包在其中，以防止电场和磁场的藕合干扰，此方法称为屏蔽。屏蔽可能分为静电屏蔽、电磁屏蔽和低频屏蔽等几种。通常使用的铜质网状屏蔽电缆能起到电磁屏蔽和静电屏蔽的作用，将屏蔽线穿在铁质的蛇皮管或者普通铁管内，达到电磁屏蔽和低频屏蔽的目的;仪器的铁皮外壳接地能同时起到静电屏蔽和电磁屏蔽的作用，如图4-26所示。下一页返回上一页项目五电源维护及故障诊断

(4)保证“接地”良好。数控机床安装中的“接地”有严格要求，如果数控装置、电气柜等设备不能按照使用手册要求接地，一些干扰会通过“接地”这条途径对机床起作用。数控机床的地线系统有三种:①信号地。用来提供电信号的基准电位(0v)。下一页返回上一页项目五电源维护及故障诊断②框架地。框架地是防止外来噪声和内部噪声为目的的地线系统，它是设备的面板、单元的外壳、操作盘及各装置间连接的屏蔽线。③系统地。是将框架地和大地相连接。在进行接地过程中，很多时候采用的方法是不正确的，正确的接地方法如图4-27所示。不正确的接地方法如图4-28所示。返回上一页项目六主轴伺服系统的故障诊断与维修

CNC装置和驱动系统组成了数控机床的伺服系统，其性能直接影响生产效率和加工零件的质量。根据不同的控制方式，伺服系统可以分为开环控制系统和闭环控制系统数控机床的驱动系统主要有两种，即主轴驱动系统和进给驱动系统;根据电气控制原理和伺服电机控制的不同类型，驱动系统可能分为直流驱动系统和交流驱动系统。根据控制信号的不同形式，闭环控制系统可以分为模拟控制和数字控制。下一页返回项目六主轴伺服系统的故障诊断与维修开环控制系统是不需要位置与速度检测功能的控制系统，一般采用步进电机作为驱动元件。CNC装置发出的指令脉冲通过步进电机驱动器(也称步进电机驱动电源)，使步进电机产生角位移，再通过传动齿轮、滚珠丝杠等传动链使机床的工作台发生位移或使执行机构转动。开环控制系统的控制简单、价格低廉，但是精度低。由于开环控制系统的可靠性和稳定性难以保证，所以一般适用于机床改造和经济型数控机床。下一页返回上一页项目六主轴伺服系统的故障诊断与维修闭环控制系统一般采用伺服电机作为驱动元件，根据检测元件在机床上安装位置的不同，可以分为全闭环控制系统和半闭环控制系统。全闭环控制系统是将位置检测元件安装在机床工作台或某些部件上，直接测量实际位移量并且将其反馈到CNC装置的比较器，与CNC的指令脉冲进行比较，比较后的差值经过放大后控制伺服电机旋转，直到差值为0。下一页返回上一页项目六主轴伺服系统的故障诊断与维修半闭环控制系统的位置和速度检测元件一般是安装在伺服电机制非输出轴端上，伺服电机的角位移通过机械传动链控制机床工作台移动或执行机构转动，位置检测元件和速度检测元件间接地计算出工作台或执行机构位移量和速度，然后反馈到CNC装置的比较器，与指令脉冲进行比较，比较后的差值经过放大后控制伺服电机旋转，直到差值消除为止。下一页返回上一页项目六主轴伺服系统的故障诊断与维修对于全闭环控制系统，机械传动链包含在反馈回路中，摩擦系统、传动润滑状况、间隙大小等因素的变化会引起闭环控制系统不稳定。与全闭环控制系统相比，半闭环控制系统的精度要低于全闭环控制系统的精度，但是稳定性相对较好，调试、维修相对简单，所以半闭环控制系统在数控机床中得到广泛使用。下一页返回上一页项目六主轴伺服系统的故障诊断与维修闭环控制系统是由位置环、速度环和电流环组成的三环结构。位置环称为外环，它的输入信号有两个，一个是CNC装置给出的指令信号;另一个是由位置检测元件反馈的实际位移量信号，该信号是负反馈信号。速度环称为中环，其输入信号有两个，一个是位置环的输出信号;另一个是速度检测元件反馈的信号，该信号也是负反馈信号。电流环称为内环，它也有两个输入信号，一个是速度环输出的信号;另一个是电流检测元件反馈的信号。下一页返回上一页项目六主轴伺服系统的故障诊断与维修在实际应用中，速度环和电流环制作成一个整体单元，称为速度伺服单元或简称为伺服单元，也可以称为伺服放大器。三环的具体结构和各类检测元件在实际的数控机床中会有较大的变化，但是实现控制的基本思想是大体一致的。伺服单元和伺服电机是配套使用的，不同种类的伺服单元和伺服电机之间没有互换性，同一类但不同型号的伺服单元和伺服电机一般也不能互换使用。下一页返回上一页项目六主轴伺服系统的故障诊断与维修伺服系统根据伺服电机的不同类型，分为直流驱动系统和交流驱动系统。在20世纪70年代，直流驱动系统就应用于数控机床。直流驱动系统的优点是具有良好的调速性能、抗过载能力强和容易控制。缺点是直流伺服电机内的机械换向机构在运行时产生的火花，可能造成电极间短路，而且电刷易磨损，需要经常维修。这些问题使得直流驱动系统的使用受到限制。下一页返回上一页项目六主轴伺服系统的故障诊断与维修与直流伺服电机相比，交流伺服电机具有免维护、低损耗、体积小的特点。但是交流驱动系统对伺服电机的三相电源要实现从低频到高频的控制，其实现的难度和系统的复杂性比直流驱动系统要高，所以交流驱动系统的成本要比直流驱动系统的成本高。目前直流驱动系统已逐步被交流驱动系统所取代。下一页返回上一页项目六主轴伺服系统的故障诊断与维修交流伺服电机根据不同的工作原理可以分为永磁同步型伺服电机和感应异步型伺服电机。目前进给伺服电机使用较多的异步型伺服电机，异步型伺服电机在低速运行时存在发热量大和效率低等缺点，目前很少用于进给系统，仅用于主轴伺服系统。但是与同步型伺服电机相比异步型伺服电机结构简单、成本低，所以具有很好的发展前景。下一页返回上一页项目六主轴伺服系统的故障诊断与维修一、主轴伺服系统的概述主轴驱动系统分为直流驱动系统和交流驱动系统，目前数控机床的主轴驱动多采用交流主轴电动机配备变频器控制的方式。主轴要求调速范围宽，当数控机床有螺纹加工、准停和恒线速度加工等功能时，主轴电动机需要装配脉冲编码器位置检测元件，这时主轴驱动系统就称为主轴伺服系统。下一页返回上一页项目六主轴伺服系统的故障诊断与维修直流主轴电动机的结构与永磁式电动机不同，由于要输出较大的功率，所以一般采用他激式。为了防止直流主轴电动机在工作中过热，常采用轴向强迫风冷却或采用热管冷却技术。直流主轴电动机的功率一般较大，因此直流主轴驱动多半采用三相全控可控硅调速。下一页返回上一页项目六主轴伺服系统的故障诊断与维修交流主轴伺服电机大多数采用感应异步电动机的结构形式，这是因为永磁式电动机的容量还不能做得很大，对主轴电动机的性能要求还没有对进给伺服电机的性能要求那么高。感应异步电动机是在定子上安装一套三相绕组，各绕组之间角度相差120°，其转子是用合金铝浇铸的短路条与端环。这样的结构简单，与普通电动机相比，它的机械强度和电气强度得到了加强。在通风结构上也有很大的改进，定子上穿了通风孔，电动机外壳使用成形的硅钢片叠片，有利于散热。电动机尾部安装了脉冲编码器等位置检测元件。下一页返回上一页项目六主轴伺服系统的故障诊断与维修二、通用变频器控制的故障诊断目前，国内有部分经济型数控(包括机床改造)的主轴是使用通用变频器调速，提高了加工效率。变频器的作用是将50Hz的交流电源整流成直流电源，然后通过PWM技术，逆变成频率可变的交流电源，驱动普通三相异步电动机变速旋转。下一页返回上一页项目六主轴伺服系统的故障诊断与维修变频器在使用之前，要通过变频器操作面板对电机的额定功率、工作电压、工作电流、控制方式、最小频率、最大频率、斜坡上升和下降时间、V/f控制以及滑差补偿等参数进行设定，使电机工作在较佳的状态。当主轴电机、变频器、电源发生故障或出现异常时，变频器显示板上的LED指示灯显示故障状态，同时变频器操作面板显示故障码，根据故障显示可以分析和查找故障原因。下一页返回上一页项目六主轴伺服系统的故障诊断与维修值得一提的是，目前通用变频器一般具有较好的可靠性，但是变频器本身是一个干扰源，因此对变频器的接线要考虑采取屏蔽措施，既要防止电源进线、外界干扰源对变频器的干扰，也要防止变频器对CNC、伺服系统、机床其他电气设备的干扰。下一页返回上一页项目六主轴伺服系统的故障诊断与维修三、主轴伺服装置控制的常见故障分析与排除数控机床主轴伺服系统故障有两种表现形式，一种是无报警信息故障;另一种是有报警信息故障。报警信息故障分为两种，一种是由监视器显示故障信息的故障;另一种是由主轴驱动装置的数码管或指示灯显示故障信息的故障。下一页返回上一页项目六主轴伺服系统的故障诊断与维修

1.无报警信息的故障

(1)主轴转速与指示值不符。故障的原因一般是CNC装置输出的0~±10V转速模拟量偏离转速指令对应的数值。检查CNC装置模拟量输出是否有问题，如有问题检查模拟量输出电缆线连接是否松动。如果模拟量输出正常，则检查CNC装置和变频器模拟量的参数是否正确设置。下一页返回上一页项目六主轴伺服系统的故障诊断与维修

(2)主轴噪声和振动。如果在主轴恒速运行过程中，反馈信号正常，主轴电动机在自由停车的过程中有异常噪声和振动，那么这种情况一般属于主轴机械的问题。如果噪声和振动周期与主轴转速有关，那么基本上也是主轴机械部分的问题。

(3)干扰。当CNC没有输出速度指令时，主轴有往返运动，调整零速平衡和漂移补偿不能消除该故障，这多半是由电磁干扰、屏蔽和接地措施不良造成的。因此，电源进线要采取抗干扰措施，走线要合理，信号线和反馈线要进行屏蔽，接地要可靠。下一页返回上一页项目六主轴伺服系统的故障诊断与维修

2.有报警信息的故障

(1)过载。故障的原因可能是在加工过程中，因切削量过大、主轴正反转频繁、主轴电动机冷却系统不良、主轴电动机内部风扇损坏、主电动机与主轴驱动装置之间的连线断开或接触不良等因素引起的。过载时，主轴电动机过热，CNC和主轴驱动装置提示报警信息。检查上述可能引起故障的各种因素，逐一排除。下一页返回上一页项目六主轴伺服系统的故障诊断与维修

(2)主轴异常噪声的振动①如果故障发生在主轴减速过程，可能是由于主轴驱动装置内的再生回路的晶体管模块损坏