数控机床故障诊断与维修

1、数控机床故障诊断和维护孙昌昌，林，厦门兴财学院，2010年1月第一章是数控机床的组成第一节节目和节目载体数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。基于被加工零件的工艺分析，确定零件坐标系在机床坐标系上的相对位置，即零件在机床上的安装位置；刀具与零件相对运动的尺寸参数；零件加工的工艺路线、切削加工的工艺参数和辅助设备的动作等。在获得零件的所有运动、尺寸、工艺参数和其它加工信息之后，使用由字符、数字和符号组成的标准数控代码，按照规定的方法和格式编制用于加工零件的数控程序表。编程可以手动完成。对于形状复杂的零件，应在专用编程机上或通用计算机上进行自动编程或计算机辅助设计/计算机辅助制造设计。编译后的

2、数控程序存储在便于输入数控设备的存储载体上。它可以是穿孔纸带、磁带、磁盘等。采用哪种存储载体取决于数控设备的设计类型。第二节数控机床的基本结构I .输入设备输入设备的功能是在程序载体(信息载体)上传输数控代码，并将其存储到数控系统中。根据控制存储介质，输入设备可以是光电读取器、磁带驱动器、软盘驱动器等。数控机床加工程序也可以通过键盘手动输入到数控系统中。数控加工程序也可以通过RS232C或网络通信传输到数控系统。输入零件加工程序有两种不同的方法：一种是在加工时读入(数控系统的内存很小)，另一种是一次将所有零件加工程序读入数控装置的内存，然后在加工时逐段从内存中取出进行加工。二、数控装置数控装置

3、是数控机床的核心。数控装置从内存中取出或接受输入装置发送的一段或多段数控加工程序，经数控装置的逻辑电路或系统软件编译、计算和逻辑处理后，输出各种控制信息和指令，控制机床各部分的工作，使机床能够进行规定的有序运动和动作。零件的外形通常由直线、圆弧或其他非圆弧曲线组成。在加工过程中，刀具必须根据零件的形状和尺寸要求移动，即按照图形轨迹移动。但是，输入零件加工程序只能是各线段轨迹的起点和终点坐标值等数据，不能满足要求。因此，需要轨迹插值，即在线段的起点和终点坐标值之间进行“数据点加密”，获得一系列中间点的坐标值，将脉冲信号输出到相应的坐标，并控制每个坐标轴(即进给运动的每个致动器)的进给速度、进给方

4、向和进给位移。三、驱动装置和位置检测装置驱动装置接收来自数控装置的指令信息，经过功率放大后，严格按照指令信息的要求驱动机床的运动部件，从而加工出符合图纸要求的零件。因此，其伺服精度和动态响应性能是影响数控机床加工精度、表面质量和生产率的重要因素之一。驱动装置包括控制器(包括功率放大器)和致动器。目前，DC或交流伺服电机大多用作执行器。位置检测装置检测数控机床各坐标轴的实际位移量，当实际位移量通过反馈系统输入到机床的数控装置后，位置检测装置检测实际位移量辅助控制装置的主要功能是接收数控装置输出的开关量指令信号，经过编译、逻辑判断、移动后驱动相应的电器，然后驱动机床的机械、液压、气动等辅助装置完成

5、指令中规定的开关量动作。这些控制包括主轴运动部件的速度变化、方向变化和启动-停止指令、刀具的选择和交换指令、冷却和润滑装置的启动-停止、工件和机床部件的释放和夹紧、分度台的分度以及其他开关辅助动作。由于可编程逻辑控制器(PLC)具有响应速度快、性能可靠、易于使用、编程和修改程序的特点，并能直接启动机床开关，因此它已被广泛用作数控机床的辅助控制装置。五、机床本体数控机床的机体与传统机床相似，由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台、辅助运动装置、油气系统、润滑系统、冷却装置等组成。然而，数控机床的总体布局、外形造型、传动系统、刀具系统结构和操作机构都发生了很大的变化。这种改变的目的是为了满足数

6、控机床的要求，充分发挥数控机床的特点。第二章数控系统维护常用工具和仪器第一节常用数控机床维修工具一、拆装工具1.单头钩形扳手：分为固定式和可调式，可用于沿圆周方向拉动带直槽或孔的圆螺母。2.端面带槽或孔的圆螺母扳手：可分为套筒扳手和双销叉扳手。3.拆装卡圈钳：分为轴卡圈拆装钳和孔卡圈拆装钳。4.弹性锤：可分为木锤和铜锤。5.锥形平键工具：可分为冲击锥形平键工具和接触锥形平键工具。6、拉带内螺纹的小轴、圆锥销工具(俗称移销器)。7.拉卸工具：在轴上拆卸和组装滚动轴承、皮带轮联轴器和其他零件时，通常使用拉卸工具。拉卸工具通常分为螺旋式和液压式。螺旋式装卸工具分为两爪、三爪和铰链式。8.拉动开口销扳

7、手和销冲头。二、常用的机械维修工具1.直尺：分为直尺、刀口尺和90度直尺。2.垫片：90面垫片、55角面垫片和水平垫片。3.检验杆：标准锥柄检验杆、圆柱形检验杆和专用检验杆。4.杠杆千分尺：当零件的几何精度要求较高时，使用杠杆千分尺可以满足其测量要求，测量精度可以达到0.001毫米5.万能角度尺：测量工件内外角度的量具，根据其光标读数可分为2和5，根据尺身形状可分为圆形和扇形。第二节常用数控机床维护仪表一、千分表千分表用于测量零件之间的平行度、轴与导轨之间的平行度、导轨的直线度、工作台台面的平整度以及主轴的端面圆跳动、径向圆跳动和轴向跳动。二、杠杆百分表杠杆百分表用于受空间限制的工件，如内孔跳

8、动、键槽等。使用时，应注意使测量运动方向垂直于探头中心，以避免测量误差。三、百分表和杠杆百分表千分表和杠杆千分表的工作原理与千分表和杠杆千分表相同，只是分度值不同，分度值通常用于修理精密机床。四.比较仪比较器可分为扭簧比较器和杠杆齿轮比较器。扭簧比较仪特别适用于高精度测量跳动量。V.水平仪液位计是马赫最常用的测量仪器之一在机械维修中，经常用于检查床导轨在水平面和垂直面上的直线度以及检查板的平面度。光学直线度仪是导轨直线度测量方法中比较先进的仪器之一。七、经纬仪经纬仪是机床精密检测和维修中常用的高精度仪器之一。常用于数控铣床和加工中心的水平转台和通用转台分度精度的精确测量。它通常与准直器一起使用

9、，形成一个光学系统。八.转速计转速表常用于测量伺服电机的转速，是检测伺服调速系统的重要依据之一。常用的转速表包括离心式转速表和数字式转速表。第三节常用数控机床维修工具在数控机床的故障检测过程中，有必要使用一些必要的仪器，这些仪器能够从定量分析的角度直接反映故障点的状态，起着决定性的作用。一、振动测量仪振动测量仪是振动检测中最常见、最基本的仪器。它对振动测量传感器输出的微弱信号进行放大、变换、积分和检测，然后直接在仪器或显示屏上显示被测设备的振动值。为了满足现场测试的要求，振动计一般制成便携式和笔式振动计。振动仪的外观如图1-18所示。振动测量仪用于测量数控机床的主轴、电机甚至整机的运行情况。根

10、据所需的测量参数、振动频率和动态范围、传感器的安装条件、机床的轴承类型(滚动轴承或滑动轴承)等因素，可以分别选择不同类型的传感器。常用的传感器包括涡流位移传感器、磁电式速度传感器和压电加速度传感器。也是有效的，这些特别的目前，常用的振动测量仪器有美国本特利公司的TK-81、德国申克公司的振动仪-20、日本日能公司的VM63和一些国产仪器。振动测量和判断的标准通常是现场使用最方便的绝对判断标准。它是为各种典型对象制定的，如国际通用标准ISO2372和ISO3945。相对判断标准适用于同一设备。当振动值变为4dB时，可以认为设备状态已经改变。因此，对于低频振动，注意区域通常在测量值达到原始值的1.

11、5 2倍时，异常区域约为4倍。对于高频振动，取原始值的3倍作为关注区域，约6倍作为异常区域。实践表明，评价机器状态的更准确和可靠的方法是使用相关标准。二。红外温度计红外测温法利用红外辐射原理，将物体表面温度的测量转化为辐射功率的测量。红外探测器和相应的光学系统用于接收待测物体的不可见红外辐射能量，并将其转换成便于探测显示和记录的其他形式的能量。红外温度计的外观如图1-19所示。根据红外辐射的不同响应形式，可分为光电探测器和热探测器。红外温度计用于检测数控机床中容易发热的部件，如电源模块、线接触、主轴轴承等。主要制造商包括中国昆明物理研究所的HcW系列；西北光学仪器厂的HCW一号和HCW二号；深

12、圳江洋照明公司红外系列；美国兰德公司的独眼巨人和SOLD模型。利用红外原理测量温度的仪器包括红外热像仪、光机扫描热像仪和焦平面热像仪。红外诊断的判定主要包括温度判定法、相似比较法、文件分析法、相对温差法和热像异常法。三。激光干涉仪激光干涉仪可以校正机床、三个测量机和各种测量仪器为了保持数控机床的完好率，需要对数控机床的可靠性、可维护性和可用性提出更高的标准。衡量可靠性的主要指标是平均故障间隔时间(MTBF)，即数控机床在使用过程中发生过n次故障，并在每次故障修复后投入使用。每次故障前的工作持续时间测量为T1，T2.平均故障清除时间mtbf=t/n(t为T1、T2和总氮之和)。可维护性的衡量标准

13、是平均维修时间(MTTR)，即维修时间与机床在规定条件和时间内任何规定维修级别的维修产品故障总数之比。简而言之，它是故障排除所需的实际直接维护时间的平均值，其中MTBF=TI/N(TI是第一次维修时间和n次维修时间)，可用性是机床在保证所需外部资源的前提下，在指定条件下和指定时间或时间间隔内执行指定功能状态的能力。它是产品可靠性、可维护性和维护支持的综合反映。可靠性通过延长产品的正常工作时间来提高产品的可用性，而可维护性通过缩短维护造成的停机时间来提高可用性。近年来，国内大多数数控系统的平均无故障运行时间超过10000小时。然而，国际先进企业数控系统的平均无故障运行时间已达到80000小时。虽

14、然中国机床工业取得了很大的进步，年产量已达到1000多台，但中国的机床大多水平低，缺乏门。有些用户不能及时对数控机床的故障做出正确的判断和排除，厂家的售后服务也不能及时到现场服务。目前，国内各行业数控系统的平均运行率仅为25%左右。第二节断层类型及特征分析一、数控系统故障数控系统故障会导致硬件故障和软件故障。二、伺服系统故障由于数控系统的控制核心是数控机床的进给部分，进给是通过伺服单元控制伺服电机和驱动滚珠丝杠来实现的，旋转编码器作为位置反馈元件构成位置控制系统。伺服系统故障通常是由伺服控制单元、伺服电机、测速电机、编码器等问题引起的。三。外部故障随着现代数控系统的可靠性越来越高，故障率也越来

15、越低，几乎没有故障发生。大多数故障是非系统故障，是由外部原因引起的。数控机床故障特征：数控机床一般由数控系统、伺服系统(包括伺服电机和检测反馈装置)、高压控制柜、机床本体和各种辅助装置组成。数控机床的复杂性使其故障复杂而特殊。导致数控机床故障的因素很多。我们不仅要看故障的出现，还要通过现象检查引起故障的综合因素，找出故障的原因，并采取合理的方法加以消除。第三节故障诊断首先，找出故障现象当数控设备发生故障时，首先要做的是找出故障现象，向操作人员了解第一次发生故障时的情况，尽可能观察故障的过程，观察故障是在什么情况下发生的，是如何发生的，会产生什么后果。只有了解了第一手情况，才能排除故障，清理故障

16、过程，问题才能解决一半。发现故障现象后，根据机床和数控系统的工作原理，可以快速诊断问题，排除故障，使设备恢复正常使用。目前，数控系统的自诊断能力越来越强。大多数数控系统的设备故障都能被诊断出来，相应的措施，如关机，一般都能产生报警显示。当数控设备发生故障时，有时显示器上显示报警信息，有时在数控装置、可编程控制器装置和驱动装置上显示报警指令。此时，应根据手册分析报警信息。有些人可以导演其他故障的报警信息不反映故障的根本原因，而是反映故障的结果或由故障引起的其他问题。此时，只有经过仔细的分析和检查，才能确定故障的原因。其次，应利用数控系统的PLC状态显示功能许多数控系统都具有“可编程逻辑控制器状态”显示功能，例如西门子3系统“可编程逻辑控制器”菜单下的“可编程逻辑控制器状态”功能、西门子810系统“诊断”菜单下的“可编程逻辑控制器状态”功能，以及富纳科0T系统“数据参