数控机床编码器讲解

数控机床编码器讲解第1页，共25页，2023年，2月20日，星期六第五章状态监测与故障诊断第一节

概述

5.1.1

故障的分类

5.1.2

故障的诊断原则

5.1.3

故障的诊断步骤

5.1.4故障的诊断方法

第2页，共25页，2023年，2月20日，星期六第五章状态监测与故障诊断第二节

利用PLC进行数控机床的故障检测

5.2.1

与PLC有关的故障的特点

5.2.2

与PLC有关故障检测的思路和方法

第3页，共25页，2023年，2月20日，星期六第五章状态监测与故障诊断第三节

系统的故障诊断及维修技术

5.3.1系统维修的基础

5.3.2

数控系统的软件故障及维修

5.3.3

系统的硬件及维修

5.3.4

实例分析

第4页，共25页，2023年，2月20日，星期六第四节

伺服系统的故障及维修技术

5.4.1伺服系统的工作原理

5.4.2

进给伺服的故障及诊断

5.4.3

主轴伺服的故障及诊断

第五章状态监测与故障诊断第5页，共25页，2023年，2月20日，星期六第五章状态监测与故障诊断第五节

检测装置的故障及诊断

5.5.1检测元件工作原理（直线光栅测量装置）

5.5.2

位置检测元件的维护

5.5.3

实例分析

第6页，共25页，2023年，2月20日，星期六第一节

概述5.1.1

故障的分类

根据机床部件、故障性质以及故障原因等对常见故障作如下分类：

1按数控机床发生故障的部件分类

2按数控机床发生的故障的性质分类

3按报警发生后有无报警显示分类

4按故障发生的原因分类

按故障发生时有无破坏性来分，可分为破坏性故障和非破坏性故障；按故障发生的部位分，可分为数控装置故障，进给伺服系统故障，主轴系统故障，刀架、刀库、工作台故障等。

第五章状态监测与故障诊断第7页，共25页，2023年，2月20日，星期六第一节

概述

5.1.2

故障的诊断原则

在故障检测过程中，应充分利用数控系统的自诊断功能，如系统的开机诊断，运行诊断，PLC的监控功能。在检测故障过程中还应掌握以下原则：先外部后内部。数控机床的检修要求维修人员掌握先外部后内部的原则，即当数控机床发生故障后，维修人员应先用望、听、闻等方法，由外向内逐一进行检查。先机械后电气，先机械后电气就是在数控机床的维修中，首先检查机械部分是否正常，行程开关是否灵活，气动液压部分是否正常等。在故障检修之前，首先注意排除机械的故障。先静后动，维修人员本身要做到先静后动，不可盲目动手，应先询问机床操作人员故障发生的过程及状态，阅读机床说明书，图纸资料，进行分析后，才可动手查找和处理故障。先公用后专用。只有先解决影响一大片的主要矛盾，局部的、次要的矛盾才可迎刃而解。先简单后复杂。应首先解决容易的问题，后解决难度较大的问题，常常在解决简单故障过程中，难度大的问题也可变得容易，或者在排除简易故障时受到启发，对复杂的故障的认识更为清晰，从而也有了解决办法。先一般后特殊，在排除某一故障时，要首先考虑最常见的可能原因，然后在分析很少发生的特殊原因。第五章状态监测与故障诊断第8页，共25页，2023年，2月20日，星期六第一节

概述5.1.3

故障的诊断步骤

当机床出现故障时，从管理的角度，应使操作者停止机床运行、保留现场、除非系统电气严重的故障（如短路，元件烧毁）都不应切断机床的电源。由维修人员到现场分析机床当时的运行状态，对故障进行确认，在此过程中应注意以下的故障信息：1)故障发生时报警号和报警提示是什么？哪些指示灯和发光管指示了什么报警？2)如无报警，系统处于何种状态？系统的工作方式诊断结果（如FANUC-0C系统的DGN700,701,712号诊断内容）是什么？3)故障发生在哪一个程序段？执行何种指令？故障发生前进行了何种操作？4)故障发生在何种速度下？轴处于什么位置？与指令的误差量有多大？5)以前是否发生过类似故障？现场有无异常现象？故障是否重复发生？6)有无其他偶然因素，如突然停电，外线电压波动较大，某部位进水等。在调查故障现象，掌握第一手材料的基础上分析故障的起因，故障分析可采用归纳法和演绎法。归纳法是从故障原因出发寻找其功能联系，调查原因对结果的影响，即根据可能产生该故障的原因分析，看其最后是否与故障现象相符来确定故障点。演绎法是从所发生的故障现象出发，对故障原因进行分割式的分析方法。即从故障现象开始，根据故障机理，列出可能产生该故障的原因；然后对这些原因逐点进行分析，排除不正确的原因，最后确定故障点。第五章状态监测与故障诊断第9页，共25页，2023年，2月20日，星期六第一节

概述5.1.4

故障的诊断方法

1．观察检查法：它指检查机床的硬件的外观，特性连接等直观及易测的部分，检查软件的参数数据等。2．PLC程序法：借助PLC程序分析机床故障，这要求维修人员必须掌握数控机床的PLC程序的基本指令和功能指令及接口信号的含义。3．接口信号法：要求维修人员掌握数控系统的接口信号含义及功能，PLC和NC信号交换的知识。

4．试探交换法：适用对某单元，模块进行故障判断时，要求维修人员确定插拔这些单元和模块可能造成的后果（如参数丢失等），事先采取措施，确定更换部件的设定，交换后应将设定设置的与交换前一致。第五章状态监测与故障诊断第10页，共25页，2023年，2月20日，星期六第二节

利用PLC进行数控机床的故障检测5.2.1

与PLC有关的故障的特点

1.与PLC有关的故障首先确认PLC的运行状态，判断是自动运行方式还是停止方式。

2.在PLC正常运行情况下，分析与PLC相关的故障时，应先定位不正常的输出结果，定位了不正常的结果即故障查找的开始。3.大多数有关PLC的故障是外围接口信号故障，所以在维修时，只要PLC有些部分控制的动作正常，都不应该怀疑PLC程序。如果通过诊断确认运算程序有输出，而PLC的物理接口没有输出，则为硬件接口电路故障。4.硬件故障多于软件故障，例如当程序执行M07(冷却液开)，而机床无此动作，大多是由外部信号不满足，或执行元件故障，而不是CNC与PLC接口信号的故障。第五章状态监测与故障诊断第11页，共25页，2023年，2月20日，星期六第二节

利用PLC进行数控机床的故障检测

5.2.2

与PLC有关故障检测的思路和方法

根据故障号诊断故障

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

通过梯形图诊断故障

动态跟踪梯形图诊断故障

做好用PLC对数控机床故障检测的注意点

第五章状态监测与故障诊断第12页，共25页，2023年，2月20日，星期六第三节

系统的故障诊断及维修技术

5.3.1

系统维修的基础

首先是对维修人员素质的要求：1）专业知识面广，掌握或了解计算机原理、电子技术、电工原理、自动控制与电力拖动、检测技术、机械传动及机加工工艺方面的基础知识。掌握数字控制、伺服驱动、及PLC的工作原理，懂得PLC、NC编程。2)具有专业英语的阅读能力。3)勤于学习，善于分析。4)具有较强的动手能力和实践技能。必要的技术资料和技术准备维修人员应在平时认真整理和阅读有关数控系统的重要技术资料。1数控装置部分：应有数控装置安装、使用（包括编程）、操作和维修方面的技术说明书。2PLC装置部分：应有PLC装置及其编程器的连接、编程、操作方面的技术说明书，还应包括PLC用户程序清单或梯形图、I/O地址及意义清单，报警文本以及PLC的外部连接图。3伺服单元：应有进给和主轴伺服单元原理、连接、调整和维修方面的技术说明书。4机床部分：应有机床安装、使用、操作和维修方面的技术说明书。5数据和程序的备份，除了系统参数、PLC程序、PLC报警文本，还有机床必须使用的宏指令程序、典型的零件程序、系统的功能检查程序。第五章状态监测与故障诊断第13页，共25页，2023年，2月20日，星期六第三节

系统的故障诊断及维修技术

5.3.2

数控系统的软件故障及维修

数控机床停机故障多数是由软件错误、参数丢失或操作不当引发的。

检查软件可以避免拆卸机床而引发的许多麻烦。软件故障只要把相应的软件内容恢复正常之后，就可排除。所以说软件故障也称为可恢复性故障。1.软件配置

2.软件故障发生的原因

3.软件故障的排除

第五章状态监测与故障诊断第14页，共25页，2023年，2月20日，星期六第三节

系统的故障诊断及维修技术

5.3.3

系统的硬件及维修

1、常规检查

2、故障现象分析法

3、面板显示与指示灯显示分析法

4、系统分析法

5、信号追踪法

6、静态测量法

7、动态测量法第五章状态监测与故障诊断第15页，共25页，2023年，2月20日，星期六第三节

系统的故障诊断及维修技术

5.3.4

实例分析

例一：加工中心参考点及其故障诊断

例二：机床回不了参考点的故障分析与排除

第五章状态监测与故障诊断第16页，共25页，2023年，2月20日，星期六第四节

伺服系统的故障及维修技术5.4.1

伺服系统的工作原理

原理：伺服系统是一个反馈控制系统，它以指令脉冲为输入给定值与反馈脉冲进行比较，利用比较后产生的偏差值对系统进行自动调节，以消除偏差，使被调量跟踪给定值。进给伺服系统的任务是完成各坐标轴的位置控制，在整个系统中它又分为：位置环、速度环、电流环。构成：数控机床的伺服系统一般由驱动单元、机械传动部件、执行件和检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统，机械传动部件和执行元件组成机械传动系统，检测元件和反馈电路组成检测装置，亦称检测系统。见图第五章状态监测与故障诊断第17页，共25页，2023年，2月20日，星期六第四节

伺服系统的故障及维修技术

5.4.2

进给伺服的故障及诊断

1进给伺服的故障形式

进给伺服系统出现故障三种表现形式：一是在CRT或操作面板上显示报警内容或报警信息；二是进给伺服驱动单元上用报警灯或数码管显示驱动单元的故障；三是运动不正常，但无任何报警。进给伺服的常见故障有：超程,过载,窜动,爬行,振动,伺服电机不转,位置误差,漂移,回基准点故障2故障的维修方法：模块交换法,外界参考电压法3伺服电机维护1直流伺服电机的维护方法2交流伺服电机常见故障:接线故障,转子位置检测元件故障,电磁制动故障交流电机故障判断方法有：电阻测量,电机检查第五章状态监测与故障诊断第18页，共25页，2023年，2月20日，星期六第四节

伺服系统的故障及维修技术5.4.3

主轴伺服的故障及诊断

主轴伺服系统故障表现形式：一是在CRT或操作面板上显示报警内容或报警信息；二是在主轴驱动装置上用报警灯或数码管显示主轴驱动装置的故障；三是主轴工作不正常但无任何报警信息。常见的主轴单元的故障有：主轴不转电动机转速异常或转速不稳定主轴转速与进给不匹配

主轴异常噪声或振动

主轴定位抖动

第五章状态监测与故障诊断第19页，共25页，2023年，2月20日，星期六第五节

检测装置的故障及诊断

5.5.1

检测元件工作原理（直线光栅测量装置）

光栅尺由定尺（标尺光栅）和扫描头（指示光栅）组成（见下图5.6）定尺的测长方向上有两组光栅线轨迹，主光栅线和每隔50mm一组的基准标记光栅线。这使得光栅尺起到两个作用：当轴移动时由主光栅线产生两组相位相差90度的正弦和余弦的电信号，用于决定轴的移动方向和位移量。另一个作用是当轴回零点时，由基准标记线产生一个基准信号以确定机床的机床零点。主光栅所产生的两组位置信号还要经过一个放大整形和插值倍频的专门装置，转变成一系列位置数字脉冲。第五章状态监测与故障诊断第20页，共25页，2023年，2月20日，星期六第五节

检测装置的故障及诊断5.5.1

检测元件工作原理（直线光栅测量装置）

EXE信号处理

图5.7第五章状态监测与故障诊断第21页，共25页，2023年，2月20日，星期六第五节

检测装置的故障及诊断

5.5.2

位置检测元件的维护

光栅尺的维护维护工作指：防污：避免受到冷却液的污染，从而造成信号丢失，影响位置控制精度防振：光栅尺拆装时要用静力，不能用硬物敲击，以免引起光学元件的损坏光电脉冲编码器的维护：编码器的维护主要注意两个问题：防振和防污联接问题第五章状态监测与故障诊断第22页，共25页，2023年，2月20日，星期六第五节

检测装置的故障及诊断5.5.3

实例分析

例：一卧式加工中心采用SIN8系统，带EXE光栅测量装置，运行中出现114号报警，同时伴有113报警。

例：某数控铣床,配备DECKEL系统，位置检测采用HEIDENHAINLS907光栅尺.故障现象为：Z轴检测系统污染。第五章状态监测与故障诊断第23页，共25页，2023年，2月20日，星期六不同的数控系统虽然在结构和功能上有所不同，但在故障诊断上有它们的共性。熟悉和掌握数控系统故障诊断的步骤和方法，了解组成数控装置的控制系