数控机床故障诊断与维修完整版教案

《数控机(Ji)床故障诊断与维修》第一页，共一百零二页。

绪(Xu)论

数控机床集机械制造、计算机、气动、传感检测、液压、光机电技术等一体。

内容：1．数控机床的组成与特点2．数控机床的发展现状4．加强数控维修的意义5．对数控维修人员的要求

6．本课程的学习任务、要求

3．数控机床的故障与诊断技术第二页，共一百零二页。一．数控(Kong)机床的发展现状首台机床：1952年美国麻省理工学院研制

目前生产能力：国内数控机床年产量已达50万台.数控系统：国外：日本的发那科公司、德国的西门子公司、海德汉公司、西班牙发格公司、法国数字公司等。国内：华中数控系统、广州数控系统、南京华兴数控系统、北京航天数控系统等第三页，共一百零二页。二(Er)、数控机床故障诊断与维修的意义

。技术需要。市场需要。企业的效益需要第四页，共一百零二页。三(San)、数控机床维修工作的特点1、涉及的技术门类较多；2、数控机床的更新换代较快；3、数控机床选用的数控系统种类繁多；4、数控机床的维修手段与传统的维修方式差别大；5、企业选用的数控机床品种多；6、维修工作的制约条件多第五页，共一百零二页。四、对数控维修人(Ren)员的要求

。知识面广。良好的系统的培训。良好的英语阅读能力。敢于实践，通过实践不断总结经验。敬业精神。持续的学习精神第六页，共一百零二页。五、本(Ben)课程的学习任务、要求

。掌握数控机床安装调试验收的的知识、验收机床精度的方法。。熟悉数控机床的机械结构、调整方法。掌握典型数控系统的软硬件知识、具有对典型数控系统故障进行初步诊断及判断的能力。

。熟悉数控机床维修的原则方法。

第七页，共一百零二页。数控系统（NCsystem）——实现数字控制的机电控制设备。计算机数控CNC（ComputerNumericalControl）——由计算机软件替代硬件，性能提高，价格降(Jiang)低。（1970年—至今）数控机床——装备了数控系统的机床。任务提出：什么是“数控”？什么是“数控系统”？什么是“数控机床”？数控——数字控制，简称NC（numericalcontrol）GB8129-87定义——用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法。(1952年—1970年）第一章：数控机床的故障诊断与维修基础第一节：数控机床的工作原理及组成第八页，共一百零二页。一：数控机床(Chuang)的工作原理第九页，共一百零二页。数控机(Ji)床的工作过程零件图纸工艺分析与数值计算输入加工程序程序调试模拟工件安装与对刀试切工件加工与检验编制加工程序第十页，共一百零二页。二(Er)、数控机床的组成数控机床主要组成有:1、数控装置（CNC）2、伺服驱动装置3、检测反馈装置4、机床本体另外还有程序的输入/输出设备、可编程控制器（PLC）、电源等辅助部分。第十一页，共一百零二页。（1）数控装置CNC

数控装置是数控机床电气控制系统的控制中心。它能够自动地对输入的数控加工程序进行处理，将数控加工程序信息按两类控制量分别输出：一类是连续控制量(插补运算产生的指令)，送往伺服系统；另一类是离散的开关控制量(PLC指令)，送往机床强电控制系统，完成(Cheng)数控机床辅助功能的控制。

当前比较流行的数控系统有:

日本FANUC、德国SIEMENS、西班牙FAGOR等。国内有华中数控、广州数控、航天数控等。第十二页，共一百零二页。第十三页，共一百零二页。（2）伺(Si)服驱动装置主轴伺服系统主轴伺服系统包括主轴电机(含速度检测器件)和主轴伺服放大器（SpindleServoAmplifier)，实现对主轴转速的调节控制，有的主轴伺服装置还含有主轴定向控制功能。主轴伺服放大器（或主轴伺服装置）分为数字主轴和模拟主轴，模拟主轴通常为通用变频器。第十四页，共一百零二页。进给伺服(Fu)系统进给伺服系统由进给轴伺服电机(一般内装速度和位置检测器件)和进给伺服装置（ServoAmplifier）组成。进给伺服系统驱动机床各坐标轴的切削进给，提供切削过程中所需要的转矩、运转速度。第十五页，共一百零二页。（3）位置检测装置主要是将主轴运动和进给运动的速度或位移检测反馈给数控系统，并与指令信号比较，比较的差值作为新指令控制机床正确运转。（4）机床本(Ben)体数控机床的机床本体与传统机床相似，只是在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面发生了很大的变化。第十六页，共一百零二页。操作面板分CRT/MDI操作面板与机床操作面板。

CRT：单色显示屏（LCD：彩色液晶）；

MDI：（ManualDataInput）手动数据输入；对CNC操作（例如修改CNC参数、PLC参数或程序、编制加工(Gong)程序等）机床操作面板：对机床操作。第十七页，共一百零二页。输入与输出设备

输入装置的作用是将控制介质上的数控代码传递并存入数控系统内。输入装置根据控制介质的不同分为光电阅读机、磁带机和软(Ruan)盘驱动器等（已经不常用了），MDI键盘也是输入设备。输出设备有显示器CRT和打印机等（不常用）。第十八页，共一百零二页。PLCPLC（ProgrammableLogicController)，可编程控制器。通常用于工业设备的顺序自动控制。PLC用于数控机床通常称之为(Wei)可编程序机床控制器；称之为(Wei)PMC。（ProgrammableMachineController）。主要作用是机床辅助功能控制和机床主轴方向控制。机床辅助功能：有刀具控制、冷却开关控制、润滑开关控制、液压气压控制、工作台转动、工件夹紧松开等。机床主轴方向控制：主轴正、反、停等。第十九页，共一百零二页。一、数控机床维护(Hu)与保养的目的和意义延长平均无故障时间,增加机床的开动率便于及早发现故障隐患,避免停机损失期保持数控设备的加工精度第二节数控机床维护与保养第二十页，共一百零二页。二、数控机床维护(Hu)与保养的基本要求在思想上重视维护与保养工作提高操作人员的综合素质数控机床良好的使用环境严格遵循正确的操作规程提高数控机床的开动率要冷静对待机床故障，不可盲目处理严格执行数控机床管理的规章制度第二十一页，共一百零二页。三、数控机床维护与保养(Yang)的内容1.日检(1)主要项目1)液压系统2)主轴润滑系统3)导轨润滑系统4)冷却系统5)气压系统第二十二页，共一百零二页。每(Mei)天导轨润滑油箱油量及时添加润滑油润滑泵能定时启动及停止某加工中心的维护点检表四、数控机床维护与保养的内容1.日检(2)举例第二十三页，共一百零二页。某加工中心(Xin)的维护点检表每天XYZ轴导轨面清除切屑及脏物检查润滑油是否充分导轨面有划伤损坏四、数控机床维护与保养的内容1.日检第一节数控机床维护与保养概述(2)举例第二十四页，共一百零二页。每(Mei)天压缩空气气源压力检查压力是否在正常范围气源自动分水滤水器和自动空气干燥器清理分水器中滤出的水分，自动保持空气干燥器正常工作某加工中心的维护点检表四、数控机床维护与保养的内容1.日检第一节数控机床维护与保养概述(2)举例第二十五页，共一百零二页。每(Mei)天主轴润滑恒温油箱油量充足并调节温度范围某加工中心的维护点检表四、数控机床维护与保养的内容1.日检第一节数控机床维护与保养概述(2)举例第二十六页，共一百零二页。机床液压系统油箱、液压泵无异常噪音压力表指示正(Zheng)常管路及各接头无泄漏工作油面高度正常每天某加工中心的维护点检表四、数控机床维护与保养的内容1.日检(2)举例第二十七页，共一百零二页。液压平衡系(Xi)统平衡压力指示正常快速移动时平衡阀工作正常CNC的输入输出单元光电阅读机清洁机械结构润滑良好每天某加工中心的维护点检表四、数控机床维护与保养的内容1.日检(2)举例第二十八页，共一百零二页。各种电气(Qi)柜散热通风装置各电柜冷却风扇工作正常风道过滤网无堵塞各种防护装置导轨、机床各种防护罩等应无松动每天某加工中心的维护点检表四、数控机床维护与保养的内容1.日检(2)举例第二十九页，共一百零二页。2.周(Zhou)检

其主要项目包括机床零件、主轴润滑系统，应该每周对其进行正确的检查，特别是对机床零件要清除铁屑，进行外部杂物清扫。四、数控机床维护与保养的内容第一节数控机床维护与保养概述第三十页，共一百零二页。3.月(Yue)检(1)主要项目1)电源2)空气干燥器某加工中心的维护点检表每月电源电压在正常情况下额定电180V-220V，频率50Hz，如有异常，要对其进行测量、调整。空气于燥器应该每月拆一次，然后进行清洗、装配。四、数控机床维护与保养的内容(2)举例第三十一页，共一百零二页。4.季(Ji)检1)机床床身2)液压系统3)主轴润滑系统(1)主要项目四、数控机床维护与保养的内容第三十二页，共一百零二页。5.年(Nian)检某加工中心的维护点检表每年每半年滚珠丝杠清洗旧润滑脂，涂上新的油脂液压油路清洗溢流阀、减压阀、滤油器及油箱箱底更换或过滤液压油主轴润滑恒温油箱每年检查并更换直流伺服电机碳刷检查换向器表面，吹净碳粉，去毛刺更换长度过短的电刷，跑合后使用润滑液压泵、滤油器清洗清理池底，更换滤油器四、数控机床维护与保养的内容第三十三页，共一百零二页。6.不定期检(Jian)查某加工中心的维护点检表不定期检查各轴轨道上镶条、压紧滚轮松紧状态(按机床说明书调整)冷却水箱检查液面高度太脏、更换清理水箱底部经常清洗过滤器排屑器经常清理铁屑检查有无卡住清理废油池及时取油池中废油，以免外溢调整主轴驱动带松紧按机床说明书调整第三十四页，共一百零二页。

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(Chu)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。第三节、数控机床故障诊断的类型和特点第三十五页，共一百零二页。（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。（2）电气控制系统故障：电气故障分弱电故障与强电故障：

弱电故障

CNC、PLC、MDI/CRT以及伺服驱动单元、输入(Ru)输出单元等。

强电故障控制系统中的主回路或高压、大功率回路中的继电器、接触器、开关、熔断器、电源、变压器、电动机等电器元件及其组成的控制电路。发生故障的几率高于“弱电”。

1、按故障发生的部位分类一、数控机床的常见故障的分类与特点第三十六页，共一百零二页。2、按故障产生的(De)原因分类（1）数控机床自身故障

由于数控机床自身的原因所引起的，与外部环境条件无关，数控机床发生的极大多数故障均属于此类故障。（2）数控机床外部故障

供电电压过低、环境温度过高、外来振动和干扰（3）人为因素

新员工在第一年中，操作不当所造成的外部故障要占机床总故障的1/3以上。第三十七页，共一百零二页。（1）、系统性故障

系统性故障，通常是指只要满足(Zu)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。3.按故障的性质分类（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”。第三十八页，共一百零二页。（1）有报警显(Xian)示的故障指示灯显示报警--硬件报警显示器报警--软件报警（2）无报警显示的故障4、按故障的指示形式分类第三十九页，共一百零二页。（1）危险性故障(Zhang)（2）安全性故障

5、按故障的严重程度分类第四十页，共一百零二页。（1）完全失效(Xiao)（2）部分失效6、按故障的影响程度分类第四十一页，共一百零二页。二、数控机床(Chuang)故障的规律（一）、机械磨损故障第四十二页，共一百零二页。（二）、故障发(Fa)生的规律第四十三页，共一百零二页。a:早期故(Gu)障期b:偶发故障期c:耗损故障期机械部分电气部分液压部分第四十四页，共一百零二页。a:早期故障期（又称饱和阶段）这个阶段由于新摩擦副表面的加工刀痕和表面脱炭层迅速磨光压平，零件之间的间隙变动较快，需要及时调整间隙

机械部分：磨合磨损产生间隙，使设备相对运动部件之间产生较大间隙电气部分：电子元器件经不住考验液压部分：润滑不足(Zu)或部分无润滑导致锈蚀特点：故障发生率高，随时间迅速下降第四十五页，共一百零二页。b:偶发故障（又称正常磨损阶段）偶发的故障是因操作失误、保养不善、使用不当等外部随机因素引起的。偶发故障期是设备的实际使用期，通常持续相当长的时间。在使用过程中应严格注意故障发生前的异常现象并(Bing)及时消除，使故障率得到适当降低。特点：故障率低，相对稳定第四十六页，共一百零二页。C：磨损故障阶段（又称过度磨损阶段）由于零件长时间的磨损与疲劳导致磨损故障率上升。通过有计划的更换零件与维护保(Bao)养可以减少故障，延长设备的使用寿命。特点：故障率随运行时间升高第四十七页，共一百零二页。1、直观检查(Cha)法第四节数控机床故障诊断方法问—机床的故障现象、加工状况等看—CRT报警信息、报警指示灯、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、触点火花等听—异常声响（铁芯、欠压、振动等）触—发热、振动、接触不良等嗅—电气元件焦糊味及其它异味第四十八页，共一百零二页。2、换件诊断法3、测量比较法4、参数检查法5、敲击(Ji)法6、接口信号法7、原理分析法8、故障现象分析法9、报警显示分析法10、功能程序测试法11、自诊断技术启动诊断、在线诊断、离线诊断2.5数控机床日常故障诊断方法第四十九页，共一百零二页。

现代数控系统大(Da)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(Da)，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。2.换件诊断法第五十页，共一百零二页。

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(Fen)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，常采用换件法来确定故障部位。第五十一页，共一百零二页。1）必须断电后(Hou)才能更换电路板或组件。2）有些电路板，例如PLC的I/O板上有地址开关，交换时要相应改变设置值。3）有些电路板上有跳线及桥接调整电阻、电容，也应与原板相同，方可交换。4）模块的输入输出必须相同。以驱动器为例，型号要相同，若不同，则要考虑接口、功率的影响，避免故障扩大。5）在确定对某一部分要进行替换前，应认真检查与其连接的有关线路和其他相关的电器。确认无故障后才能将新的替换上上，防止外部故障引起替换上去的部件损坏。

换件时注意事项：第五十二页，共一百零二页。

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(Xin)部件又损坏，造成新(Xin)的故障。

“替换”方法的使用范围第五十三页，共一百零二页。“替换”中的注意点1）低压(Ya)电器的替换应注意电压(Ya)、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。第五十四页，共一百零二页。5）在需要从(Cong)其他设备上拆卸相同的备件替换时，要注意方法，不要在拆卸中造成被拆件损坏。如果替换电路板，在新板环上前要检查一下使用的电压是否正常。“替换”前应做的工作在确定对某一部分要进行替换前，应认真检查与其连接的有关线路和其他相关的电器。确认无故障后才能将新的替换上去，防止外部故障引起替换上去的部件损坏。第五十五页，共一百零二页。

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(Tong)部分产生的故障现象相似，以判断故障原因。3.测量比较法第五十六页，共一百零二页。

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(Bi)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．隔离法事例：机电分离或将位置闭环分离作开环处理数控与伺服分离第五十七页，共一百零二页。

人为地将元器件温度升高（应(Ying)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。升降温法第五十八页，共一百零二页。

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(Yun)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。

7、原理分析法事例：回参考点类故障第五十九页，共一百零二页。

有些不定期(Qi)出现的软故障与外界电网电压波动有关，当机床出现此类故障时，可把电源电压人为地调高或调低，模拟恶劣地条件让故障容易暴露。拉偏电源法第六十页，共一百零二页。

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(Zhuang)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。第六十一页，共一百零二页。

拔插法是通过监视插件板或组件拔出再插入的过程，确定拔出插入的连接界面是否为故障部位(Wei)。值得注意的是，在插件板或组件拔出再插入的过程中，改变状态的部位可能不只是连接接口。因此，不能因为拔出插入后故障消失，就肯定是接口的接触不良，还有内部的焊点虚焊恢复接触状态、内部的短路点恢复正常等可能性。拔插法第六十二页，共一百零二页。

数(Shu)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。5.敲击法事例：一加工中心运行过程中自动重启或不能启动，试分析其原因第六十三页，共一百零二页。

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，存储(Chu)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：10.功能程序测试法第六十四页，共一百零二页。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(Tou)入使用时或对数控机床进行定期检修时。第六十五页，共一百零二页。

开机自诊断—系统内部自诊断程序通电后动执行对CPU、存储器、总线和I/O等模块及功能板、CRT、软盘等外围设备进行功能测试，确定主要硬件能正常工作。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(Ge)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(Ge)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。11.CNC系统的自诊断功能第六十六页，共一百零二页。FANUC10TE系统的数控机床，开机后CRT显示：FS107E1399BROMTEST：ENDRAMTEST未通过测试故障可能：参数丢失(Shi)、支持电池失(Shi)效或接触不良等第六十七页，共一百零二页。CNC系统的自诊断不但能在CRT上显示故障报警信息，而且还能以多页“诊断地址”和“诊断数据”的形式提供机床(Chuang)参数和状态信息接口检查参数检查数据和状态检查接口检查：系统与机床、系统与PLC、机床与PLC的输入/输出信号，

“1”表示通，“0”表示断。第六十八页，共一百零二页。第五节数控(Kong)机床的精度检验1.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合几何形状误差。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动等检验项目。第六十九页，共一百零二页。2.定位精(Jing)度检验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。检查项目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、数控回转工作台的失动量、回转工作台的原点复归精度等。第七十页，共一百零二页。3.切削精度检验切削精度检查实质是对机床几何精度和位精度在切削加工条件下的一项综合考核几何精度、定位精度、切削精度三者之间关系(Xi):几何精度、定位精度检验合格,切削精度不一定合格。切削精度合格，几何精度、定位精度一定合格.第七十一页，共一百零二页。第六节数控机床的(De)安装与调试数控机床安装调试工作流程选择安装位置---设备开箱验收---基础制作---设备就位安装---粗调水平---通电前准备与检查---通电后检查和空运行---二次灌浆---精调水平---机床及数控系统功能验收---几何精度检测---定位精度检测—切削精度检测---设备移交。第七十二页，共一百零二页。数控机床的安装选择安装位置需考虑因素(Su)：

(1)环境要求

(2)电网要求

(3)运输方便要求

(4)施工维修要求

(5)操作维修安全要求第七十三页，共一百零二页。二、设备开箱验收工作内容（1）对机床外观验收（油漆、磕碰、变形）（2）按设备装箱单清点资料、随(Sui)机附件、工具和备件等（3）对机床配置是否与合同相符验收第七十四页，共一百零二页。三、基础制作小型机床无须作基础，用膨胀螺栓即可2.对精度不高的中型数控机床也可不做基础，如安装地是水泥，只要打出地脚螺栓孔二次灌浆即可3.精密机床、大型机床则要做基础，有的还需防(Fang)振沟地基面积和深度取决于机床重量和土质情况第七十五页，共一百零二页。四、设备就位安装设备吊运：注意按说明书吊运图进行；如用叉车，叉脚尽量开些，让机床重心落在叉脚之间，叉脚位置选择以使机床变形最小为原则。设备安装：小型机床可一次性就位大型机床分若干个包装箱，设备安装要按“先主机后辅机、先下后上(Shang)、先机械后电气、先内后外”原则进行。第七十六页，共一百零二页。五、粗调水平机床(Chuang