数控设备故障分类和机床维护和数控机床编程及加工

1.数控机床维修的基本要求

1.1对维修人员的素质要求数控设备是技术密集型和知识密集型机电一体化产品，其技术先进、结构复杂、价格昂贵,在生产上往往起着关键作用，因此对维修人员有较高的要求。(1)专业知识面广a.掌握或了解计算机原理、电子技术、电工原理、自动控制与电机拖动、检测技术、机械传动及机加工工艺方面的基础知识。b.既要懂电、又要懂机。电包括强电和弱电；机包括机、液、气。维修人员还必须经过数控技术方面的专门学习和培训，掌握数字控制、伺服驱动及PLC的工作原理，懂得NC和PLC编程。(2).具有专业英语阅读能力。(3).勤于学习，善于分析。(4).有较强的动手能力和实验技能。a.应会使用维修所必需的工具、仪表和仪器。b.胆大心细。2.常见故障分类

数控机床是一种技术复杂的机电一体化设备，其故障发生的原因一般都比较复杂，这给故障诊断和排除带来不少困难。为了便于故障分析和处理，本节按故障部件、故障性质及故障原因等对常见故障作了如下分类。2.1按数控机床发生故障的部件分类

①主机故障。数控机床的主机部分，主要包括机械、润滑、冷却、排屑、液压,气动与防护等装置。常见的主机故障有：因机械安装、调试及操作使用不当等原因引起的。b.导轨运动摩擦过大故障。故障表现为传动噪声大，加工精度差，运行阻力大.例如：轴向传动链的挠性联轴器松动，齿轮、丝杠与轴承缺油，导轨塞铁调整不当，导轨润滑不良以及系统参数设置不当等原因均可造成以上故障。尤其应引起重视的是，机床各部位标明的注油点（注油孔）须定时、定量加注润滑油（剂），这是机床各传动链正常运行的保证。c.液压、润滑与气动系统的故障现象主要是管路阻塞和密封不良。②电气故障。电气故障分弱电故障与强电故障。a.弱电部分主要指CNC装置、PLC控制器、CRT显示器以及伺服单元、输入、输出装置等等电子电路，这部分又有硬件故障与软件故障之分。硬件故障主要是指上述各装置的印刷电路板上的集成电路芯片、分立元件、接插件以及外部连接组件等等发生的故障。常见的软件故障有：加工程序出错，系统程序和参数的改变或丢失、计算机的运算出错等。b.强电部分,这部分的故障十分常见，必须引起足够的重视。2.2按数控机床发生的故障性质分类

①系统性故障。系统性故障，通常是指只要满足一定的条件或超过某一设定的限度，工作中的数控机床必然会发生的故障。这一类故障现象极为常见。例如：a.液压系统的压力值随着液压回路过滤器的阻塞而降到某一设定参数时，必然会发生液压报警使系统断电停机；b.润滑、冷却或液压等系统由于管路泄漏引起油标下降到使用限值必然会发生液位报警使机床停机；②随机性故障。随机性故障，通常是指数控机床在同样的条件下工作时只偶然发生一次或两次的故障。有的文献上称此为“软故障”。2.3按故障发生后有无报警显示分类

(1)有报警显示的故障这类故障又可分为硬件报警显示与软件报警显示两种。a.硬件报警显示的故障硬件报警显示通常是指各单元装置上的警示灯（一般由LED发光管或小型指示灯组成）的指示。b.软件报警显示故障软件报警显示通常是指CRT显示器上显示出来的报警号和报警信息。这类报警显示常见的有：存储器警示、过热警示、伺服系统警示、轴超程警示、等等，上述软件报警有来自NC的报警和来自PLC的报警。(2)无报警显示的故障这类故障发生时无任何硬件或软件的报警显示，因此分析诊断难度较大,例如：a.机床通电后，在手动方式或自动方式运行X轴时出现爬行现象，无任何报警示。b.又如机床在自动方式运行时突然停止，而CRT显示器上无任何报警显示。C.还有在运行机床某轴时发生异常声响，一般也无故障报警显示等等。对于无报警显示故障，通常要具体情况具体分析，要根据故障发生的前后变化状态进行分析判断。2.4按故障发生的原因分类

(1)数控机床自身故障这类故障的发生是由于数控机床自身的原因引起的，与外部使用环境条件无关。(2)数控机床外部故障这类故障是由于外部原因造成的。例如：a.数控机床的供电电压过低，波动过大，相序不对或三相电压不平衡；b.周围的环境温度过高;c.有害气体、潮气、粉尘侵入；d.外来振动和干扰，除上述常见故障分类外，还可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、工作台故障等等。

2.5数控机床故障的排除思路和原则

数控机床故障的排除思路

1.确认故障现象，调查故障现场，充分掌握故障信息。当数控机床发生故障时，维护维修人员进行故障的确认是很有必要的，特别是操作使用人员不熟悉机床的情况下，尤其重要。不该也不能让非专业人士随意开动机床，特别是出现故障后的机床，以免故障的进一步扩大。2.根据所掌握故障信息，明确故障的复杂程度并列出故障部位的全部疑点。在充分调查现场掌握第一手材料的基础上，把故障问题正确地列出来。俗话说，能够把问题说清楚，就已经解决了问题的一半。

3.分析故障原因，制定排除故障的方案。分析故障时，维修人员不应局限于CNC部分，而是要对机床强电、机械、液压、气动等方面都作详细的检查，并进行综合判断，制定出故障排除的方案，达到快速确诊和高效率排除故障的目的。

分析故障原因时应注意：

1）思路一定要开阔，无论是数控系统、强电部分、还是机、液、气等，只要将有可能引起故障的原因以及每一种可能解决的方法全部列出来，进行综合、判断和筛选；2）在对故障进行深入分析的基础上，预测故障原因并拟定检查的内容、步骤和方法，制定故障排除方案。

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故障的排除应遵循的原则在检测故障过程中，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。根据需要随时检测有关部分的工作状态和接口信息。同时还应灵活应用数控系统故障检查的一些行之有效的方法，如交换法、隔离法等。2.6维修的基本步骤:

由于数控机床发生故障的原因一般较复杂，而且，数控机床本身以及其加工产品的成本较高，所以，当发生故障，如何有条不紊的排除故障，确保能迅速、有效的解决故障，提高机床无故障工作时间，最大限度地提高机床利用率，从而获得高的经济效益。一般按如下步骤来进行故障的处理：故障记录→维修前的检查并记录→故障的排除→相关资料的整理。

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2.6.1CNC故障自诊断故障自诊断技术是当今数控系统一项十分重要的技术，它的强弱是评价系统性能的一项重要指标。大型的CNC、PLC装置都配有故障诊断系统，可以由各种开关、传感器等把油位、温度、油压、电流、速度等状态信息，设置成数百个报警提示，诊断故障的部位和地点。

随着微处理器技术的快速发展，数控系统的自诊断能力越来越强，从原来简单的诊断朝着多功能和智能化方向发展。其报警种类，由10种到20种，现在已有达到几千种的。

当数控系统一旦发生故障，借助系统的自诊断功能，往往可以迅速、准确地查明原因并确定故障部位。因此，对维修人员来说，熟悉和运用系统的自诊断功能是十分重要的。常用的自诊断方法归纳起来一般可分三种。（一）开机自诊断

在对数控系统进行维修时，维修人员应了解该系统的自诊断能力，所能检查的内容及范围，做到心中有数。在遇到级别较高的故障报警时，可以关机，重新开机，让系统再进行开机自诊断，检查数控系统这些关键部分是否正常。（二）运行自诊断

运行自诊断是数控系统正常工作时，运行内部诊断程序，对系统本身、PLC、位置伺服单元以及与数控装置相连的其它外部装置进行自动测试、检查，并显示有关状态信息和故障信息。只要数控系统不断电，这种自诊断会反复进行，不会停止。

CNC系统的自诊断能力不仅能在CRT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：a.CNC系统与机床之间的接口输入输出信号状态；b.CNC与PLC之间输人输出信号状态；c.PLC与机床之间输入／输出信号状态；d.各坐标轴位置的偏差值；刀具距机床参考点的距离；e.CNC内部各存储器的状态信息；伺服系统的状态信息；f.MDI面板、机床操作面板的状态信息等等。充分利用CNC系统提供的这些状态信息，就能迅速准确地查明故障、排除故障。2.6.2常用的故障检查方法由于数控系统所产生的故障千变万化，其原因往往比较复杂。而且，目前国内所使用的数控系统，极大多数故障自诊断能力还比较弱，智能化程度较低，不能对系统的所有部件进行测试，也不能将故障原因定位到具体的元器件上，往往是一个报警号指示出众多的故障起因。而使人难以下手。因此，要迅速诊断故障原因，及时排除故障，很有必要总结出一些行之有效的故障检查方法。下面将结合维修实例，详细介绍常用故障检查方法。（一）直观法（常规检查法）

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看、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，而采用其它方法要化费不少时间，甚至一时解决不了。1）问机床开机时的异常？比较故障前后工件的精度和传动系统、走刀系统是否正常？出力均匀？切深和走刀量减小？润滑油牌号、用量？机床何时进行过保养检修？2）看就是用肉眼看仔细检查有无保险丝烧断、元器件烧焦、烟熏、开裂现象，有无异物断路现象，以此判断板内有无过流、过压、短路等问题。看转速？观察主传动速度快慢的变化。主传动齿轮、飞轮是否跳、摆？传动轴是否弯曲、晃动？

3）听利用人体的听觉功能可查询到数控机床因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有：电源变压器、阻抗变换器与电抗器等因为铁心松动、锈蚀等原因引起的铁片振动的吱吱声;继电器、接触器等的磁回路间隙过大，短路环断裂、动静铁心或镶铁轴线偏差，线圈欠压运行等原因引起的电磁嗡嗡声或者触点接触不良的嗡嗡声以及元器件因为过流或过压运行失常引起的击穿爆裂声。而伺服电机、气控器件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，主要表现在机械的摩擦声、振动声与撞击声等等。4）触当CNC系统出现时有时无的故障时，宜采用此方法。CNC系统是由多块线路板组成的，板上有许多焊点，板与板之间或模块与模块之间又通过插件或电缆相连。所以，任何一处的虚焊或接触不良，就会成为产生故障的主要原因。检查时，用绝缘物轻轻敲打可疑部位（即虚焊、接触不良、碰线、多余物短路、多余物卡触点等）。如果确实是因虚焊或接触不良而引起的故障，则该故障会重复出现。（二）系统自诊断法

充分利用数控系统的自诊断功能，根据CRT上显示的报警信息及各模块上的发光二极管等器件的指示，可判断出故障的大致原因。进一步利用系统的自诊断功能，还能显示系统与各部分之间的接口信号状态，找出故障的大致部位，它是故障诊断过程中最常用、有效的方法之一。

（三）功能程序测试法

功能程序测试法是将所修数控系统的G、M、S、T、F功能的全部使用指令编成一个试验程序，并穿成纸带或存储在硬盘、电子盘、软盘上。在故障诊断时运行这个程序，可快速判定哪个功能不良或丧失。功能程序测试法常应用于以下场合：

1.机床加工造成废品而一时无法确定是编程，操作不当、还是数控系统故障时；2.数控系统出现随机性故障，一时难以区别是外来干扰，还是系统稳定性不好。如不能可靠地执行各加工指令，可连续循环执行功能测试程序来诊断系统的稳定性；3.闲置时间较长的数控机床在投入使用时或对数控机床进行定期检修时。

（四）参数检查法

数控系统的参数是经过一系列试验、调整而获得的重要数据。参数通常是存放在由电池保持的RAM中，一旦电池电压不足或系统长期不通电或外部干扰会使参数丢失或混乱，从而使系统不能正常工作。当机床长期闲置或无缘无故出现不正常现象或有故障而无报警时，就应根据故障特征，检查和校对有关参数。对于经过长时间运行的数控机床，由于机械传动部件磨损，电气元件性能变化或调换零部件所引起的变化，也需对有关参数进行调整。有些故障往往是由于未及时修改某些不适应的参数值所造成。（五）交换法（备件替换法）

现代数控系统大都采用模块化设计，按功能不同划分为不同的模块，随着现代数控技术的发展，电路的继承规模越来越大，技术也越来越复杂，按照常规的方法，很难把故障定位在一个很小的区域，而一旦系统发生故障利用此方法可缩短停机时间，快速找到故障板。将具有相同功能的两块板互相交换（一块好的，一块被怀疑是坏的），观察故障现象是否随之转移，还是故障依旧来判断被怀疑板。这些板是指印刷线路板、模块、集成电路芯片或元器件。若没有备用电路板或组件，可把故障区与无故障区的相同的电路板或组件互相交换，然后观察故障排除及转移情况，也可得到确诊。注意：在数控系统中往往有型号完全相同的电路板、模块、集成电路和其它零部件。我们可将相同部分互相交换，观察故障转移情况，以快速确定故障部位。当数控系统某个轴运动不正常，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，常采用换轴法来确定故障部位。

1.“替换”方法的使用范围在电气修理中，采用“替换”方法来检查判断故障应注意应用场合。对一些比较简单的电器，如接触器、继电器、开关、保护电器及其它各种单一电器，在对由电子元件组成的各种电路电路板、控制器、功率放大器及所接的负载，替换时应小心谨慎，如果无现成的备件替换，需从相同的其它设备上拆卸时更应谨慎从事，以避免故障没找到，替换上的新部件又损坏，造成新的故障。

2.“替换”中的注意点1）低压电器的替换应注意电压、电流和其它有关的技术参数，并尽量采用相同规格的替换。2）电子元件的替换，如果没有相同的，应采用技术参数相近的，而且主要参数最好能胜过原来的。3）拆卸时应对各部分做好记录，特别是接线较多的地方，可防止反馈错误引起的人为故障。4）在有反馈环节的线路中，更换时要注意信号的极性，以防反馈错误引起其他的故障。（六）隔离法

有些故障，如轴抖动、爬行，一时难以区分是数控部分，还是伺服系统或机械部分造成，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．这样复杂的问题就化为简单，就能较快地找到故障原因．（七）原理分析法

原理分析法是排除故障的最基本方法，当其它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，掌握各个时刻各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测点进行测量，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。

数控机床是机、电、液（气）、光等技术的结晶，所以在诊断中应紧紧抓住微电子系统与机、液（气）、光等装置的交接点，这些节点是信息传输的焦点，对故障诊断会大有帮助，可以很快初步判断故障发生的区段，如故障是在CNC系统、PLC、MT及液压等系统的哪一侧，以缩小检查范围。1.7数控机床的维护

1.7.1预防性维护的重要性每台机床数控系统在运行一定时间之后，某些元器件或机械部件难免出现一些损坏或故障现象，问题在于对这种高精度、高效益且又昂贵的设备，如何延长元器件的寿命和零部件的磨损周期，预防各种故，特别是将恶性事故消灭在萌芽状态，从而提高系统的平均无故障工作时间和使用寿命，一个重要方面是要作好预防性维护。数控机床通常是一个企业的关键设备，有时在运行中出现了一些不正常现象，如级别较低的报警，虽然不影响一时运行，但如果怕停机影响生产，不及时进行维护和排除，而让其长时间“带病”工作，必然会造成“小病不治，大病吃苦”的后果。例如：有些地区电网质量差，电压波动大，常造成数控系统跳闸。有些使用者对此现象并不重视，让系统继续在恶劣的供电环境中运行，最后造成主要模块烧坏的严重后果。

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总之，做好预防性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。1.7.2预防性维护工作的主要内容

数控系统的维护保养的具体内容，在随机的使用和维修手册中通常都作了规定，现就共同性的问题作以下要求：

1）专职点检负责对机床的关键部位和重要部位按周期进行重点点检和设备状态检测与故障诊断，制定点检计划，做好诊断记录，分析维修结果，提出改善设备维护管理的建议。2）日常点检负责对机床的一般部位进行点检，处理和检查机床在运行过程中出现的故障。

3）生产点检负责对生产运行中的数控机床进行点检，并负责润滑、紧固等工作。西安东方集团设备日常维护标准

设备名称：加工中心型号：KT1400类别：重点设备维护时间间隔维护类型维护标准备注每天或8小时电气1、检查电气仪表，确认各种控制显示准确、灵敏、可靠

机械1、清理导轨、机床内表面铁屑。

2、确认机床各传动部件运动平稳。

冷却1、确认冷却水箱有足够的冷却液。

液压1、确认压力表的压力在正常范围内。

润滑1、确认集中润滑油箱油量充足，气源润滑器必须每天加满。

每周或40小时电气1、确认主控制柜风扇电机运转正常，并检查主控制柜过滤器。

液压1、确认液压箱有足够的冷却液，并检查液压系统是否漏油。

每月或200小时电气1、确认主控制柜风扇电机运转正常，并检查主控制柜过滤器。

液压1、确认液压箱有足够的冷却液，并检查液压系统是否漏油。

每三个月或600小时润滑1、给ATC手臂的手指加油脂

半年或1200小时冷却1、更换冷却液，并清洗冷却箱。

润滑1、检查润滑油箱、油泵进口处的过滤网，脏了必须更换。

每年或2400小时电气1、检查电器连接插接部件的松紧程度必要时插紧。

2、更换存储器备份电池。

机械1、检查机床定位精度，检查机床水平必要时调整。

2、检查平衡锤链条，用润滑剂润滑链条。

3、给刀库驱动齿轮加油

4、检查平衡锤链条，用润滑剂润滑链条。

液压1、更换液压油，清洗油箱

润滑1、清洗或更换集中润滑装置的过滤器

设备名称：坐标磨型号：S45类别：重点设备使用单位：工具分厂维护时间间隔维护类型维护标准备注每天或8小时机械1、每天检查静压导轨系统的泄油管道是否充满油

液压1、及时排放压缩空气过滤器中的积水，及时更换空气过滤器

每周或40小时润滑1、检查中央润滑系统的油位，并及时填加

每月或200小时电气1、每月检查电器柜上的空气过滤器，并及时更换

机械1、每月检查垂直滚珠丝杠润滑系统油位，及时填加，推荐用油MOBILSHC634

每三个月或600小时润滑1、加满定期润滑器油箱中的油

机械1、清洁工作台和磨头的护板，并用中央润滑油轻微润滑

2、用丝绸清洁X、Y、W轴滚珠丝杠，并用黄油轻微润滑

3、排放磨头和Z轴下面的蓄油池

液压1、更换高压过滤器

2、检查液压系统油箱的油位，并及时填加，滤油精度<5μm

润滑1、清洗中央润滑系统所有的过滤器

每年或2400小时电气1、更换所有用于保存数据的电池

2、用刷子清洁磨头电机的换向环

液压1、更换设备液压油

润滑1、更换中央润滑油，并清洗中央润滑系统所有的过滤器

2、更换垂直滚珠丝杠润滑系统的油，并清洗油标

机械工程实验教学中心数控机床编程及加工机械工程实验教学中心实验目的通过数控机床的加工程序编制，掌握编程的方法及技巧；将在计算机上用OpenSoftCNC软件模拟显示加工过程校验程序，然后在数控机床上对工件进行加工；结合机械加工工艺，实现最优化编程，提高加工质量和生产效率。机械工程实验教学中心数控编程的基本原理数控编程的目的；数控编程的内容；编程步骤。机械工程实验教学中心数控编程的基本原理所谓编程，就是把零件的图形尺寸、工艺过程、工艺参数、机床的运动以及刀具位移等内容，按照数控机床的编程格式和能识别的语言记录在程序单上的全过程。这样编制的程序还必须按规定把程序单制备成控制介质如程序纸带、磁带等，变成数控系统能读懂的信息，再送入数控机床，数控机床的CNC装置对程序经过处理之后，向机床各坐标的伺服系统发出指令信息，驱动机床完成相应的运动。数控编程的目的机械工程实验教学中心数控编程的基本原理①分析零件图纸，确定加工工艺过程；②计算走刀轨迹，得出刀位数据；③编写零件加工程序；④制作控制介质；⑤校对程序及首件试加工。数控编程的内容机械工程实验教学中心数控编程的基本原理数控编程的步骤零件图纸分析零件图纸制定工艺规程数学处理编写程序文件制作控制介质程序校验及试切数控机床机械工程实验教学中心OpenSoftCNC软件介绍OpenSoftCNC软件包括数控车床模拟仿真和数控铣床模拟仿真系统，由软件+标准硬件系统构成，不要求专用硬件或运动控制卡，所有数控功能和逻辑控制功能均由软件完成，操作界面由系统操作和机床控制两大部分组成。机械工程实验教学中心OpenSoftCNC软件介绍为例，软件提供下列指令：以数控车床模拟仿真系统（OpenSoftCNC01T）组别指令功能编程格式模态

1G00快速线性移动G00X(U)_Z(W)_√G01直线插补G01X(U)_Z(W)_√G02顺时针圆弧插补G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆时针圆弧插补G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺纹插补G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺纹插补G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X轴返回程序零点G27

G28Z轴返回程序零点G28

G92定义绝对坐标系G92X_Z_√2G04延时G04E_

3M00暂停M00

M02程序结束M02

4M03