數(shù)控機床故障診斷與維修,機電工程學(xué)院 數(shù)控技術(shù)系,第一章 緒論,一、數(shù)控機床的組成 數(shù)控機床由數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動裝置、 檢測反饋裝置和機床本體四大部分組成， 再加上程序的輸入/輸出設(shè)備、可編程控制 器、電源等輔助部分。 1. 數(shù)控裝置(數(shù)控系統(tǒng)的核心)由硬件 和軟件部分組成，接受輸入代碼經(jīng)緩存、 譯碼、運算插補）等轉(zhuǎn)變成控制指令，實 現(xiàn)直接或通過PLC對伺服驅(qū)動裝置的控制。,一、數(shù)控機床的組成,2. 伺服驅(qū)動裝置是數(shù)控裝置和機床主機之 間的聯(lián)接環(huán)節(jié)，接受數(shù)控裝置的生成的進給信號， 經(jīng)放大驅(qū)動主機的執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)機床運動。 3. 檢測反饋裝置是通過檢測元件將執(zhí)行元 件（電機、刀架）或工作臺的速度和位移檢測出 來，反饋給數(shù)控裝置構(gòu)成閉環(huán)或半閉環(huán)系統(tǒng)。 4. 機床本體是數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)件（床身 箱體、立柱、導(dǎo)軌、工作臺、主軸和進給機構(gòu)等。,二、數(shù)控機床故障診斷,1.故障的基本概念 故障數(shù)控機床全部或部分喪失原有的功能。 故障診斷在數(shù)控機床運行中，根據(jù)設(shè)備的 故障現(xiàn)象，在掌握數(shù)控系統(tǒng)各部分工作原理的前 提下，對現(xiàn)行的狀態(tài)進行分析，并輔以必要檢測 手段，查明故障的部位和原因。提出有效的維修 對策。,二、數(shù)控機床故障診斷,2.故障的分類 1）從故障的起因分類 關(guān)聯(lián)性故障和系統(tǒng)的設(shè)計、結(jié)構(gòu)或性能等 缺陷有關(guān)而造成（分固有性和隨機性）。 非關(guān)聯(lián)性故障和系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)與制造無關(guān) 的故障。 2）從故障發(fā)生的狀態(tài)分類 突然故障發(fā)生前無故障征兆，使用不當(dāng)。 漸變故障發(fā)生前有故障征兆，逐漸嚴(yán)重。,3）按故障發(fā)生的性質(zhì)分類 軟件故障程序編制錯誤、參數(shù)設(shè)置 不正確、機床操作失誤等引起。 硬件故障電子元器件、潤滑系統(tǒng)、 限位機構(gòu)、換刀系統(tǒng)、機床本體等硬件損 壞造成。 干擾故障由于系統(tǒng)工藝、線路設(shè)計、 電源地線配置不當(dāng)?shù)纫约肮ぷ鳝h(huán)境的惡劣 變化而產(chǎn)生。,4）按故障的嚴(yán)重程度分類 危險性故障數(shù)控系統(tǒng)發(fā)生故障 時，機床安全保護系統(tǒng)在需要動作時， 因故障失去保護動作，造成人身或設(shè) 備事故。 安全性故障機床安全保護系統(tǒng) 在不需要動作時發(fā)生動作，引起機床 不能起動。,3. 數(shù)控系統(tǒng)的可靠性 數(shù)控機床除了具有高精度、高效率和 高技術(shù)的要求外，還應(yīng)該具有高可靠性。 衡量的指標(biāo)有： MTBF平均無故障時間 MTTR排除故障的修理時間 平均有效度A： A=MTBF/（MTBF+MTTR）,數(shù)控設(shè)備使用壽命故障頻率曲線,4. 數(shù)控機床維修的特點 1）數(shù)控機床是高投入、高精度、高效 率的自動化設(shè)備； 2）一些重要設(shè)備處于關(guān)鍵的崗位和工 序，因故障停機時，影響產(chǎn)量和質(zhì)量； 3）數(shù)控機床在電氣控制系統(tǒng)和機械結(jié) 構(gòu)比普通機床復(fù)雜，故障檢測和診斷有一 定的難度。,四、數(shù)控診斷技術(shù)的發(fā)展,1.通訊診斷(遠(yuǎn)程、海外診斷） 用戶機床的通訊口通過電話線和維修 中心的專用通訊診斷計算機相連。 計算機發(fā)診斷程序 用戶測試數(shù)據(jù) 計算機診斷結(jié)果和處理方法 用戶 特點：實用簡便； 有一定的局限性,四、數(shù)控診斷技術(shù)的發(fā)展,2. 自修復(fù)系統(tǒng) 當(dāng)診斷軟件發(fā)現(xiàn)數(shù)控機床在運行中某 一模塊有故障時，系統(tǒng)在CRT上顯示的同 時，自動尋找備用模塊并接上。 特點：實用但成本比較高，而且只適 合總線結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)。,四、數(shù)控診斷技術(shù)的發(fā)展,3. 人工智能專家故障診斷系統(tǒng),4. 人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)(ANN)診斷 ANN具有聯(lián)想、容錯、記憶、自適應(yīng)、 自學(xué)習(xí)和處理復(fù)雜多模式故障等特點。這 種方法將被診斷的系統(tǒng)的癥狀作為網(wǎng)絡(luò)的 輸入，將按一定數(shù)學(xué)模型所求得的故障原 因作為網(wǎng)絡(luò)的輸出，并且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將經(jīng)過 學(xué)習(xí)所得到的知識以分布的方式隱存在網(wǎng) 絡(luò)上，每個輸出神經(jīng)元對應(yīng)著一個故障原 因。,五、課程的基本要求與特點,熟悉數(shù)控機床各組成部分的工作原理與結(jié)構(gòu) 確立數(shù)控機床故障診斷的基本思路與實施診斷的步驟及注意事項 掌握常用測試儀器的使用方法 通過理論和實訓(xùn)環(huán)節(jié)的教學(xué)，能實施對數(shù)控機床的故障分析和診斷。 課程涉及內(nèi)容廣，故障檢測、分析難度高,第二章 數(shù)控機床維護及故障診斷,第一節(jié) 數(shù)控機床的驗收與精度檢測 第二節(jié) 數(shù)控機床的維護 第三節(jié) 數(shù)控機床的故障處理 第四節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)故障診斷的方法 第五節(jié) 數(shù)控機床的抗干擾,第一節(jié) 數(shù)控機床的驗收與精度檢測,一、數(shù)控機床的驗收 1.機床性能 主軸性能 手動操作高、中、低三擋轉(zhuǎn)速連續(xù)進 行五次正、反轉(zhuǎn)的起動、停止，檢驗其 動作的靈活性和可靠性。觀察功率、轉(zhuǎn) 速、主軸的準(zhǔn)停及機床的振動情況。,一、數(shù)控機床的驗收,一）、機床性能 進給性能 通過回原點、手動操作和手動數(shù)據(jù)輸入方式操作，檢驗正、反向的低、中、高 速的進給運動的起動、停止、點動等動作的平穩(wěn)性和可靠性。并檢查回原點的準(zhǔn)確性和可靠性，軟、硬限位是否確實 可靠。,一、數(shù)控機床的驗收,一）、機床性能 自動換刀性能 通過手動和M06指令自動運行，檢驗換刀的可靠性、靈活性和平穩(wěn)性并測定換刀時間是否符合要求。 機床噪聲 主軸箱、冷卻風(fēng)扇、液壓油泵等噪聲小于85分貝。,一、數(shù)控機床的驗收,二）、數(shù)控功能 指令功能指令的功能實現(xiàn)及準(zhǔn)確性 操作功能檢驗回原點、執(zhí)行程序、進給倍率、急停等功能的準(zhǔn)確性 CRT顯示功能檢驗位置、程序、各種菜單顯示功能 三）、連續(xù)空載運行 進行816小時的空載自動連續(xù)運行,一、數(shù)控機床的驗收,四）、驗收檢查項目 數(shù)控系統(tǒng)外觀檢查（各部分破損、碰傷） 控制柜元器件的緊固檢查（接插件、接線端子、元器件的固定） 輸入電源電壓、相序的確認(rèn) 檢查直流輸出電壓（24V 、5V） 確認(rèn)數(shù)控系統(tǒng)與機床側(cè)的接口 確認(rèn)數(shù)控系統(tǒng)各參數(shù)的設(shè)定（最佳性能）,二、精度檢驗,1.幾何精度檢驗（靜態(tài)精度檢驗） 是綜合反映機床關(guān)鍵零部件經(jīng)組裝后的綜 合幾何形狀誤差。有各坐標(biāo)軸的相互垂直 度、臺面的平行度、主軸的軸向和徑向跳 動等檢驗項目。 2.定位精度檢驗 是測量機床各坐標(biāo)軸在數(shù)控系統(tǒng)控制下所 能達(dá)到的位置精度。,有直線運動定位精度、直線運動重復(fù)定位 精度、直線運動的原點復(fù)歸精度、直線運 動失動量、回轉(zhuǎn)工作臺的定位精度、回轉(zhuǎn) 工作臺的重復(fù)分度精度、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺 的失動量、回轉(zhuǎn)工作臺的原點復(fù)歸精度等。 3.切削精度檢驗（對數(shù)控車床） 外圓車削（直徑、圓度） 端面車削（平面度） 螺紋車削（螺距積累誤差）等,第二節(jié) 數(shù)控機床的維護,一、點檢 點檢按有關(guān)維護文件的規(guī)定，對數(shù)控機床進行定點、定時的檢查和維護 點檢要求和內(nèi)容 專職點檢重點設(shè)備、部位（設(shè)備部門） 日常點檢一般設(shè)備的檢查及維護（車間） 生產(chǎn)點檢開機前檢查、潤滑、日常清潔、 緊固等工作（操作者）,二、數(shù)控系統(tǒng)的日常維護,機床電氣柜的散熱通風(fēng) 門上熱交換器或軸流風(fēng)扇對控制柜的內(nèi)外 進行空氣循環(huán)。（少開柜門） 紙帶閱讀機的定期維護 對光電頭、紙帶壓板定期進行防污處理 支持電池的定期更換 在機床斷電期間，有電池供電保持存儲在 COMS器件內(nèi)的機床數(shù)據(jù),二、數(shù)控系統(tǒng)的日常維護,檢測反饋元件的維護 光電編碼器、接近開關(guān)、行程開關(guān)與撞塊、 光柵等元件的檢查和維護 備用電路板的定期通電 備用電路板應(yīng)定期裝到CNC系統(tǒng)上通電運 行，長期停用的數(shù)控機床也要經(jīng)常通電， 利用電器元件本身的發(fā)熱來驅(qū)散電氣柜內(nèi) 的潮氣。保證電器元件性能的穩(wěn)定可靠。,三、診斷常用的儀器儀表及工具,1.儀器儀表 萬用表可測電阻、交、直流電壓、電流 指針式：有測量過程 數(shù)字式：直接讀數(shù) 相序表可檢查直流驅(qū)動裝置輸入電流的 相序 雙蹤示波器檢查信號波形 鉗形電流表不斷線檢測電流,三、診斷常用的儀器儀表及工具,脈沖發(fā)生筆與邏輯測試筆 對芯片或功能電路板的輸入注入邏輯電平脈沖，用邏輯測試筆檢測輸出電平，以判別其功能正常與否。 機械故障診斷儀 對機械故障進行檢測、分析與診斷。 2. 工具 “+”、“一”螺絲刀、鉗子、鑷子、烙鐵等,四、診斷用技術(shù)資料,數(shù)控機床生產(chǎn)廠家必須向用戶提供安裝、 使用與維修有關(guān)的技術(shù)資料，主要有： 數(shù)控機床電氣使用說明書 數(shù)控機床電氣原理圖 數(shù)控機床電氣連接圖 數(shù)控機床結(jié)構(gòu)簡圖 數(shù)控機床參數(shù)表 數(shù)控機床PLC控制程序,四、診斷用技術(shù)資料,數(shù)控系統(tǒng)操作手冊 數(shù)控系統(tǒng)編程手冊 數(shù)控系統(tǒng)安裝與維修手冊 伺服驅(qū)動系統(tǒng)使用說明書 數(shù)控機車的技術(shù)資料對故障分析與診斷 非常重要，必須認(rèn)真仔細(xì)地閱讀，并對照機床實物，做到心中有數(shù)。一旦機床 發(fā)生故障，再進行分析的同時查閱資料。,第三節(jié) 故障處理,一、故障 軟故障由調(diào)整、參數(shù)設(shè)置或操作不當(dāng)引起（在使用初期發(fā)生較多，不熟悉） 硬故障由數(shù)控機床（控制、檢測、驅(qū)動、液氣、機械裝置）的硬件失效引起 二、故障處理對策 除非出現(xiàn)影響設(shè)備或人身安全的緊急情況，不要立即切斷機床的電源。應(yīng)保持故障現(xiàn)場。,從機床外觀、CRT顯示的內(nèi)容、主板 或驅(qū)動裝置報警燈等方面進行檢查?？砂?系統(tǒng)復(fù)位鍵，觀察系統(tǒng)的變化，報警是否 消失。如消失，說明是隨機性故障或是由 操作錯誤引起的。 如不能消失，把可能引起該故障的原 因羅列出來，進行綜合分析、判斷，必要 時進行一些檢測或試驗，達(dá)到確診故障的 目的。,復(fù)位后，故障不能消失，可從以下幾方面 進行調(diào)查： 1.檢查機床的運行狀態(tài) 機床故障時的運行方式 CRT顯示的內(nèi)容（報警信號和報警號） 驅(qū)動裝置、變頻器等顯示的報警指示 故障時軸的定位誤差 刀具軌跡是否正常 輔助機能的運行狀態(tài),2.檢查加工程序及操作情況 是否為新編制的加工程序 刀具補償指令及補償量是否正確 故障是否與換刀有關(guān) 故障是否與進給速度有關(guān) 操作者的情況（新手） 3.檢查系統(tǒng)的輸入電壓 輸入電壓的波動，電壓值是否在正常范圍 附近有否使用大電流的裝置,4.檢查環(huán)境狀態(tài) CNC周圍的溫度狀況 控制柜熱交換器、軸流風(fēng)扇工作情況 系統(tǒng)周圍的振動情況 附近有否高頻干擾源 5.檢查機床狀況 熔絲是否已熔斷 故障前是否修理過機床或設(shè)置過參數(shù) 機床是否已調(diào)整好,在運行過程中是否改變過工作方式 機床是否正處于急停、鎖住狀態(tài) 速度倍率開關(guān)是否設(shè)為零 進給保持按鈕是否被按下 間隙補償量是否合適 機床各信號電纜有否破損 信號線和電源線是否分開走線 屏蔽線接地是否正確,第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)故障診斷方法,一、診斷步驟和要求 故障檢測（確定有否故障） 1.故障診斷 故障判斷（確定故障性質(zhì)） 故障定位（確定故障部位） 2.故障診斷要求： 故障檢測方法簡便有效 使用的診斷儀器少而實用 故障診斷的所需的時間盡可能短,二、常用故障診斷方法,1.直觀法（望聞問切） 問機床的故障現(xiàn)象、加工狀況等 看CRT報警信息、報警指示燈、熔絲斷否、元器件煙熏燒焦、電容器膨脹變形、開裂、保護器脫扣、觸點火花等 聽異常聲響（鐵芯、欠壓、振動等） 聞電氣元件焦糊味及其它異味 摸發(fā)熱、振動、接觸不良等,二、常用故障診斷方法,2.CNC系統(tǒng)的自診斷功能 開機自診斷系統(tǒng)內(nèi)部自診斷程序通電后動執(zhí)行對CPU、存儲器、總線和I/O等模塊及功能板、CRT、軟盤等外圍設(shè)備進行功能測試，確定主要硬件能正常工作。例 運行中的故障信息提示發(fā)生故障在CRT上報警信息，查閱維修手冊確定故障原因及排除方法。（不唯一，信息豐富則準(zhǔn)確）,FANUC 10TE系統(tǒng)的數(shù)控機床，開機 后CRT顯示： FS107E 1399B ROM TEST：END RAM TEST 未通過測試 故障可能：參數(shù)丟失、支持電池失效 或接觸不良等,二、常用故障診斷方法,3.數(shù)據(jù)和狀態(tài)檢查 CNC系統(tǒng)的自診斷不但能在CRT上顯示故 障報警信息，而且還能以多頁“診斷地址” 和“診斷數(shù)據(jù)”的形式提供機床參數(shù)和狀態(tài) 信息 接口檢查 參數(shù)檢查,接口檢查系統(tǒng)與機床、系統(tǒng)與PLC、機床與PLC的輸入/輸出信號，接口診斷功能可將所有開關(guān)量信號的狀態(tài)顯示在 CRT上，“1”表示通，“0”表示斷。 利用狀態(tài)顯示可以檢查數(shù)控系統(tǒng)是否將信號輸出到機床側(cè)，機床側(cè)的開關(guān)信號是否已輸入到系統(tǒng)，從而確定故障是在機床測還是在系統(tǒng)側(cè)。 例：NCP400L數(shù)控車床接口狀態(tài),接口檢查,38C0H 0 0 1 1 0 0 1 0,二、常用故障診斷方法,參數(shù)檢查 數(shù)控機床的機床參數(shù)是經(jīng)一系列的試驗和 調(diào)整而獲得的重要參數(shù)，是機床正常運行 的保證。包括有增益、加速度、輪廓監(jiān)控 及各種補償值等。當(dāng)機床長期閑置不用或 受到外部干擾會使數(shù)據(jù)丟失或發(fā)生數(shù)據(jù)混 亂，機床將不能正常工作。 可調(diào)出機床參數(shù)進行檢查、修改或傳送。,二、常用故障診斷方法,4.報警指示燈顯示故障 除CRT軟報警外，還有許多“硬件”報警指 示燈，分布在電源、主軸驅(qū)動、伺服驅(qū)動 I/O裝置上，由此可判斷故障的原因。 5.備板置換法（替代法） 用同功能的備用板替換被懷疑有故障的模 板。（故障被排除或范圍縮小） 注意：斷電狀態(tài)下/選擇開關(guān)/跨線一致,二、常用故障診斷方法,六、將功能相同的模板或單元相互交換， 觀察故障的轉(zhuǎn)移情況，就能快速判斷故障 的部位。,系統(tǒng),X驅(qū)動,Y驅(qū)動,X電機,Y電機,二、常用故障診斷方法,七、敲擊法 數(shù)控系統(tǒng)是由各種電路板組成，電路板上、 接插件等處有虛焊或接口槽接觸不良都會 引起故障?？捎媒^緣物輕輕敲打疑點處， 若出現(xiàn)，則敲擊處很可能就是故障部位。 八、升溫法 設(shè)備運行較長時間或環(huán)境溫度較高時，機 床就會出現(xiàn)故障，可用電吹風(fēng)、紅外燈照 射可疑的元件或組件。確定故障點。,二、常用故障診斷方法,九.功能程序測試法 當(dāng)數(shù)控機床加工造成廢品而無法確定是編 程、操作不當(dāng)還是數(shù)控系統(tǒng)故障時，或是 閑置時間較長的數(shù)控機床重新投入使用時。 將G、M、S、T、F功能的全部指令編寫一個 試驗程序并運行在這臺機床，可快速判斷 哪個功能不良或喪失。,二、常用故障診斷方法,十、隔離法 隔離法是將某些控制回路斷開，從而達(dá)到 縮小查找故障區(qū)域的目的。 例：某加工中心，在JOG方式下，進給平 穩(wěn)，但自動則不正常。首先要確定是NC故 障還是伺服系統(tǒng)故障，先斷開伺服速度給 定信號，用電池電壓作信號，故障依舊。 說明NC系統(tǒng)沒有問題。進一步檢查是Y軸 夾緊裝置出故障。,二、常用故障診斷方法,十一、測量比較法 為了檢測方便，在模板或單元上設(shè)有檢測 端子，用萬用表、示波器等儀器對這些端 子的電平或波形進行測試，將測試值與正 常值進行比較，可以分析和判斷故障的原 因和及故障的部位。 各種故障診斷方法各有特點，要根據(jù)故障 現(xiàn)象的特點靈活的組合應(yīng)用。,第四節(jié) 電源的維護與保養(yǎng),1.電源的組成： 三相輸入線路、熔斷器、電源開關(guān)、電源 變壓器、控制變壓器、斷路器、各種繼電 器、接觸器等。 2.通過電源配置提供給數(shù)控機床所需要的 各種電源，以滿足不同負(fù)載的要求。 一般有：380V、220V、200V、24V以及 5V等。,第四節(jié) 電源的維護與保養(yǎng),2.維護保養(yǎng)內(nèi)容 三相電源的電壓值是否正常，有否偏相 所有電氣連接是否良好 各類開關(guān)是否有效 各繼電器、接觸器是否正常工作 檢驗熱繼電器、電弧抑制器等保護器件是否有效 檢查電氣柜防塵濾網(wǎng)、冷卻風(fēng)扇是否正常,第五節(jié) 數(shù)控機床的抗干擾,一、電磁波干擾 電火花、中、高頻電加熱設(shè)備的電源都會產(chǎn) 生強烈的電磁波，通過空間傳播被附近的數(shù) 控系統(tǒng)所接受，如果能量足夠就會干擾數(shù)控 機床的正常工作。（遠(yuǎn)離這些設(shè)備） 二、供電線路干擾 輸入電壓過壓或欠壓引起電源報警而停機 電源波形畸變*引起錯誤信息會導(dǎo)致CPU停止運行,第五節(jié) 數(shù)控機床的抗干擾,三、信號傳輸干擾 數(shù)控信號在傳遞過程中受到外界的干擾 串模干擾干擾電壓疊加在有用信號上， 由絕緣不良、漏電阻及供電線路等引入。 共模干擾干擾電壓對二根或以上信號線的干擾大小相等、相位相同。裝置的 共模抑制比較高，影響不大。當(dāng)不平衡 時，一部分轉(zhuǎn)為串模。,四、抗干擾措施,1.減少供電線路的干擾 數(shù)控機床遠(yuǎn)離具有中、高頻電源的設(shè)備 數(shù)控機床不要和大功率且頻繁起、停的設(shè)備在同一供電干線上 在電源電壓波動較大的地區(qū)，加穩(wěn)壓電源 動力線和信號線分開走線 信號線采用屏蔽線或雙絞線 控制線和電源線相交時，要采用直角相交,四、抗干擾措施,2.減少機床控制中的干擾 壓敏電阻保護（浪涌吸收器）可對線路中的瞬變、尖蜂等噪聲進行保護 阻容保護交流接觸器和電機頻繁起停時，因電磁感應(yīng)會在機床電路中產(chǎn)生浪涌或尖蜂，可抑制、吸收干擾噪聲 續(xù)流二極管保護直流電感元件在斷電時，在線圈著將產(chǎn)生較大的感應(yīng)電動勢并聯(lián)的二極管可減少對控制電路的干擾,四、抗干擾措施,3.屏蔽技術(shù)（電磁、靜電屏蔽） 信號線采用屏蔽線（銅質(zhì)網(wǎng)狀）、穿在鐵質(zhì)蛇皮管或鐵管中 關(guān)鍵元件或組件采用金屬容器屏蔽 4.保證“接地”良好 “接地”是數(shù)控機床安裝中一項關(guān)鍵的抗干 擾技術(shù)措施。電網(wǎng)的許多干擾都市通過“接 地”對機床起作用的。,信號地用來提供電信號的基準(zhǔn)電壓（0V） 框架地是以安全性及防止外來噪聲和內(nèi)部噪聲為目的的地線系統(tǒng)。它是裝置的面板、單元的外殼、操作板及各裝置間接口的屏蔽線 系統(tǒng)地是將框架地和大地相連接 接地要可靠（接地電阻應(yīng)小于10歐姆） 接地線要粗（應(yīng)大于電源線的截面積） 數(shù)控機床的地線系統(tǒng),第三章 數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)故障診斷,第一節(jié) 數(shù)控機床機械故障診斷方法 第二節(jié) 主軸部件 第三節(jié) 滾珠絲杠螺母副 第四節(jié) 導(dǎo)軌副 第五節(jié) 刀庫及換刀裝置 第六節(jié) 液壓與氣壓傳動系統(tǒng),第三章 數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)故障診斷,一、故障與故障診斷 數(shù)控機床在機械結(jié)構(gòu)上和普通機床不 同點在于傳動鏈縮短，傳動部件的精度高， 機械維護的面更廣。主軸、進給軸、導(dǎo)軌 和絲杠、刀庫和換刀裝置、液壓和氣動等。 熟悉機械故障的特征，掌握數(shù)控機床 機械故障的診斷的方法和手段。還要注意 數(shù)控機床機電之間的內(nèi)在聯(lián)系。,第一節(jié) 數(shù)控機床機械故障診斷方法,1. 機械故障的原因 機床在運行過程中，機械零部件受到力、 熱、摩擦以及磨損等諸多因素的作用，使其領(lǐng)部件偏離或喪失原有的功能。 2. 機械故障診斷 機床運行狀態(tài)的識別、運行狀態(tài)的信號獲取、特征參數(shù)的分析，故障性質(zhì)的判斷和故障部位的確定。,第一節(jié) 數(shù)控機床機械故障診斷方法,二、 機械故障診斷的方法 實用診斷技術(shù)（問、聽、看、聞、摸、查） 振動、噪聲測試(幅值大小、頻率結(jié)構(gòu)） 油液分析（磨粒成分、型貌、數(shù)量） 溫度測試（表面溫度及變化規(guī)律） 超聲、X射線探傷（機件內(nèi)部缺陷） 專家診斷系統(tǒng)（專家的經(jīng)驗、數(shù)據(jù)）,第一節(jié) 數(shù)控機床機械故障診斷方法,1.實用診斷技術(shù) 問操作者（漸/突發(fā)、故障現(xiàn)象、加工件的情況、傳動系統(tǒng)的運動和動力、潤滑、保養(yǎng)和檢修情況） 看機床的轉(zhuǎn)速變化、工件的表面粗糙度和振紋、顏色傷痕等明顯癥狀 聽機床運轉(zhuǎn)聲（強弱、頻率高低等） 聞潤滑油脂氧化蒸發(fā)油煙氣焦糊氣,第一節(jié) 數(shù)控機床機械故障診斷方法,1.實用診斷技術(shù) 觸用手感來判別機床的故障（溫升、 振動、傷痕和波紋、爬行、松緊） 實用診斷技術(shù)在機械故障的診斷中具有實用簡便、快速有效的特點，但診斷效果的好壞在很大程度上要憑借維修技術(shù)人員的經(jīng)驗，而且有一定的局限性，對一些疑難故障難以奏效。,二、機械故障診斷的方法,2. 機械振動檢測診斷法 以機床振動作為信息源，在機床運行過程中獲取信號，對信號作各種處理和分析，通過某些特征量的變化來判別有無故障、根據(jù)由以往診斷經(jīng)驗形成的一些判據(jù)來確定故障的性質(zhì)并綜合一些其他依據(jù)來進一步確定故障的部位。 具有實用可靠、判斷準(zhǔn)確的特點,2. 機械振動檢測診斷法,診斷過程 1）閱被診斷設(shè)備的技術(shù)資料，分析傳動關(guān)系、計算傳動件的特征值； 2）獲取信號、信號調(diào)理與處理； 3）信號分析、故障判斷（部位、性質(zhì)）。 故障振動信號分類 1）平穩(wěn)性故障信號 2）沖擊性故障信號,2. 機械振動檢測診斷法,1）平穩(wěn)性故障信號機械結(jié)構(gòu)在正弦 周期性力信號、復(fù)雜周期性力信號和準(zhǔn)周 期性力信號（軸彎曲、偏心、滾子失圓等 漸變性故障）作用下產(chǎn)生的響應(yīng)信號。 特點：響應(yīng)信號的頻率成分與激勵信號 的頻率成分相同。頻譜為有限根譜線，而 且能量集中在故障的特征頻率及其倍頻上。,2. 機械振動檢測診斷法,2）沖擊性故障信號 機械結(jié)構(gòu)在周期性沖擊力作用下的脈沖響 應(yīng)，他與沖擊信號本身有很大的不同。 特點：信號能量短時間釋放，其頻譜為無 窮根譜線，間隔等于脈沖發(fā)生的頻率。能 量集中于基頻。,2. 機械振動檢測診斷法,信號分析方法 1)時域分析法（直觀） 了解信號的幅值和時間的關(guān)系，確定振動的程度，設(shè)備是否有故障及嚴(yán)重程度。不能確定故障部位（特征量的統(tǒng)計分析、相關(guān)分析等、均值、有效值、均方根值、方差等）。,2. 機械振動檢測診斷法,信號分析方法 2)頻域分析法(了解信號的頻率結(jié)構(gòu)，尋找故障源) 幅值譜分析-應(yīng)用傅里葉變換、傅里葉傅里葉積分將時域信號變?yōu)轭l域信號。 功率譜分析-在頻域中對信號能量或功率分布情況的描述。 濾波譜-分析平穩(wěn)性故障信號 解調(diào)譜-分析沖擊性故障信號,2. 機械振動檢測診斷法,測試儀器系統(tǒng),2. 機械振動檢測診斷法,診斷實例 1）了解設(shè)備的運行狀態(tài)：設(shè)備在運行中有什么異常情況，不同速度檔位有什么區(qū)別。 2）得到設(shè)備的有關(guān)資料：設(shè)備的傳動系統(tǒng)圖、軸承分布圖等技術(shù)資料，并對其進行分析。 3）計算傳動鏈和傳動件的特征頻率：計算傳動鏈，計算各傳動件的特征頻率系數(shù)。,對設(shè)備進行診斷測試 1）放置測振、測速傳感器（位置、信號要 求）（一般選振動或噪聲較大的部位）； 2）連接儀器系統(tǒng)； 3）開動被測設(shè)備； 4）調(diào)節(jié)測速電平、顯示主軸轉(zhuǎn)速并記錄； 5）從較高頻段開始測試，逐漸到較低頻段， 并調(diào)節(jié)放大器的增益，使信號處于最佳狀 態(tài)； 6）記錄、打印測試結(jié)果。,傳動鏈 30/60 27/30 27/57 特征系數(shù) 4.69 140. 2.35 63.33 2.1 57 1.0 特征頻率 3.58 107.4 1.79 48.32 1.61 43.5 0.763 故障診斷分析 1）由主軸轉(zhuǎn)頻計算各傳動件的特征頻率； 2）對照計算值和測試結(jié)果，由前述機械故 障診斷知識進行分析，判斷故障的部位和 故障性質(zhì)。得出診斷結(jié)果。,第二節(jié) 主軸部件,主軸部件的性能要求 高回轉(zhuǎn)精度、足夠的功率輸出、剛度、抗振性、溫升以及自動變速、準(zhǔn)停和自動換刀等要求。 主軸部件的結(jié)構(gòu) 成組高精度軸承（滾動/靜壓/磁力/陶瓷）及其配置、軸承間隙調(diào)整和潤滑密封以及滿足工件的自動裝夾要求,第二節(jié) 主軸部件,主軸的維護特點 1.主軸潤滑 減少摩擦、帶走熱量，（磨損和熱變形） -循環(huán)潤滑方式：液壓泵供油強力潤滑和 油脂潤滑 -油氣潤滑方式：定時定量把油霧送進軸 承空隙中 -噴注潤滑方式：較大流量的恒溫油噴注 到主軸軸承（大容量恒溫油箱）,第二節(jié) 主軸部件,2.防泄露,主軸故障診斷 故障現(xiàn)象故障原因 1.主軸發(fā)熱軸承損傷或不清潔、軸承油 脂耗盡或油脂過多、軸承間 隙過小 2.主軸強力電機與主軸傳動的皮帶過松、 切削停轉(zhuǎn)皮帶表面有油、離合器松 3.潤滑油泄漏潤滑油過量、密封件損傷或 失效、管件損壞,主軸故障診斷 故障現(xiàn)象故障原因 4. 主軸噪聲缺少潤滑、皮帶輪動平衡 （振動） 不佳、帶輪過緊、齒輪磨 損或嚙合間隙過大、軸承 損壞 5.主軸沒有或 油泵轉(zhuǎn)向不正確、油管或 潤滑不足 濾油器堵塞、油壓不足,第二節(jié) 主軸部件,主軸故障診斷 故障現(xiàn)象故障原因 6. 刀具不能 蝶形彈簧位移量太小、刀 夾緊 具松夾彈簧上螺母松動 7.刀具夾緊后 刀具松夾彈簧壓合過緊、 不能松開 液壓缸壓力和行程不夠,第三節(jié) 滾珠絲杠螺母副,滾珠絲杠螺母副的維護 1.軸向間隙的調(diào)整 保證反向傳動精度和軸向剛度（墊片調(diào)隙式、螺紋調(diào)隙式、齒差調(diào)隙式） 2.支承軸承的定期檢查 定期檢查絲杠支承與床身的連接是否有松動以及軸承是否損壞,第三節(jié) 滾珠絲杠螺母副,滾珠絲杠螺母副的維護 3.滾珠絲杠副的潤滑 潤滑劑（油/脂）可提高耐磨性和傳動效 率（工作前/半年） 4.滾珠絲杠的防護 防止硬質(zhì)灰塵或切屑污物的進入，可采用防護罩或防護套管等,滾珠絲杠螺母副的故障診斷,故障現(xiàn)象故障原因 1.噪聲大 絲杠支承軸承損壞或壓蓋壓合 不好、聯(lián)軸器松動、潤滑不良 或絲杠副滾珠有破損 2. 絲杠運動 軸向預(yù)緊太大、絲杠或螺母軸不靈活 線與導(dǎo)軌不平行、絲杠彎曲,第四節(jié) 導(dǎo)軌副,導(dǎo)軌副的維護 1.間隙調(diào)整保證導(dǎo)軌面之間合理的間隙， 小摩擦力大、磨損，大運動失去準(zhǔn)確性和平 穩(wěn)性、失去導(dǎo)向精度） 2.滾動導(dǎo)軌的預(yù)緊提高剛度、消除間隙 3.導(dǎo)軌的潤滑降低摩擦系數(shù)、減少磨損、 防止導(dǎo)軌面銹蝕。 潤滑方式：人工加油油杯供油、壓力油潤滑 潤滑油：粘度變化小、潤滑性好、油膜剛度,第四節(jié) 導(dǎo)軌副,4.導(dǎo)軌的防護 防止切屑、磨?；蚶鋮s液散落在導(dǎo)軌上而 引起磨損、擦傷、和銹蝕，導(dǎo)軌面上應(yīng)有 可靠的防護裝置。常用的有刮板式、卷簾 式和疊層式防護罩。需要經(jīng)常進行清理和 保養(yǎng)。 導(dǎo)軌故障診斷,3.導(dǎo)軌故障診斷,故障現(xiàn)象故障原因 1.導(dǎo)軌研傷 地基與床身水平有變化使局部 載荷過大、長期短工件加工局 部磨損嚴(yán)重、導(dǎo)軌潤滑不良、 導(dǎo)軌材質(zhì)不佳、刮研不符和要 求、導(dǎo)軌維護不良落入贓物,3.導(dǎo)軌故障診斷,故障現(xiàn)象故障原因 2.移動部件 導(dǎo)軌面研傷、導(dǎo)軌壓板研傷、 鑲條與導(dǎo)軌間隙太小 3.加工面在 導(dǎo)軌直線度超差、工作臺塞 接刀處不平 鐵松動或塞鐵彎度過大、機 床水平度差使導(dǎo)軌發(fā)生彎曲,第五節(jié) 刀庫及換刀裝置,刀庫與換刀機械手的維護要點 1.嚴(yán)禁把超重、超長的刀具裝入刀庫，防止 機械手換刀時掉刀或發(fā)生碰撞 2.不管什么方式選刀時，刀具號要和刀庫上 所需刀具一致 3.手動方式放往刀庫上裝刀時，要確保裝到 位、裝牢靠。刀座上的鎖緊也要可靠,第五節(jié) 刀庫及換刀裝置,刀庫與換刀機械手的維護要點 4.經(jīng)常檢查刀庫的回零位置是否正確，主軸 回?fù)Q刀點位置到位，及時調(diào)整 5.要保持刀具刀柄和刀套的清潔 6.開機時，應(yīng)先使刀庫和機械手空運行，檢 查各部分工作是否正常（行程開關(guān)、電磁 閥、液壓系統(tǒng)的壓力等）,第五節(jié) 刀庫及換刀裝置,刀庫與換刀機械手的故障診斷 故障主要表現(xiàn)在：刀庫運動故障、定位誤差過大、機械手夾持刀柄不穩(wěn)定和機械手運動誤差過大等 故障現(xiàn)象 故障原因 1.刀庫刀套不 刀套上的調(diào)整螺母位置不對 能卡緊刀具 2.刀庫不能旋轉(zhuǎn) 電機和蝸桿軸聯(lián)軸器松動,第五節(jié) 刀庫及換刀裝置,刀庫與換刀機械手的故障診斷 故障現(xiàn)象 故障原因 3.刀具從機械 刀具超重、機械手卡緊銷損 手中脫落 壞或沒有彈出來 4.刀具交換時 換刀時主軸沒有回到換刀點 掉刀 5.換刀速度過 氣壓太高或太低和節(jié)流閥開 快或過慢 口太大或太小,第六節(jié) 液壓與氣壓傳動系統(tǒng),一、液壓傳動系統(tǒng) 1.驅(qū)動對象 液壓卡盤 靜壓導(dǎo)軌 液壓撥叉變速液壓液壓缸 主軸箱的液壓平衡 液壓驅(qū)動機械手和主軸上松刀液壓缸等,第六節(jié) 液壓與氣壓傳動系統(tǒng),一、液壓傳動系統(tǒng) 2.液壓系統(tǒng)的維護要點 控制油液污染，保持油液清潔（80%故障） 控制液壓系統(tǒng)中油液的溫升（效率、壓力、 速度、動作可靠、泄漏、氧化） 控制液壓系統(tǒng)的泄漏（提高液壓元件零部件的加工精度、元件和管道的安裝質(zhì)量以及提高密封件的質(zhì)量和定期更換。,第六節(jié) 液壓與氣壓傳動系統(tǒng),2.液壓系統(tǒng)的維護要點 防止液壓系統(tǒng)振動和噪聲（螺釘松動、管接頭松脫而引起泄漏） 嚴(yán)格執(zhí)行日常點檢制度（液壓故障有隱蔽性、可變性和難于判斷性的特點） 嚴(yán)格執(zhí)行定期緊固、清洗、過濾和更換制度（防止松動、污染、堵塞、磨損等情況的發(fā)生）,第六節(jié) 液壓與氣壓傳動系統(tǒng),3.液壓系統(tǒng)的點檢 元件和管接頭是否有泄漏 液壓泵和液壓馬達(dá)運轉(zhuǎn)時有否異常噪聲 液壓缸移動時是否正常平穩(wěn) 液壓系統(tǒng)的各點壓力是否正常和穩(wěn)定 油液的溫度是否在允許范圍內(nèi) 電氣控制及換向閥工作是否靈敏可靠 油箱內(nèi)油量是否在標(biāo)線范圍內(nèi),第六節(jié) 液壓與氣壓傳動系統(tǒng),3.液壓系統(tǒng)的點檢 定期對油箱內(nèi)的油液進行檢驗、過濾、更換。 定期檢查和緊固重要部位的螺釘和接頭 定期檢查、更換密封件 定期檢查、清洗或更換濾芯和液壓元件 定期檢查清洗油箱和管道,第六節(jié) 液壓與氣壓傳動系統(tǒng),二、氣動系統(tǒng) 1.驅(qū)動對象 數(shù)控機床主軸錐孔的吹氣和開關(guān)防護門 主軸的松刀 實現(xiàn)機械手的動 例：某加工中心氣動原理圖,第六節(jié) 液壓與氣壓傳動系統(tǒng),二、氣動系統(tǒng) 2.氣動系統(tǒng)維護的要點 保證供給潔凈的壓縮空氣（水分、油分、 粉塵） 保證空氣中含有適量的潤滑油（使氣動控制和執(zhí)行元件適度的潤滑） 采用壓縮空氣調(diào)理裝置,第六節(jié) 液壓與氣壓傳動系統(tǒng),2.氣動系統(tǒng)維護的要點 保持氣動系統(tǒng)的密封性漏氣將增加能量的消耗、導(dǎo)致供氣壓力下降甚至氣動元件工作失常，使用儀表或肥皂水撿漏 保證氣動元件中運動零件的靈敏度使用油霧分離器分離油霧 保證氣動裝置具有合適的工作壓力和運動速度,第六節(jié) 液壓與氣壓傳動系統(tǒng),3.氣動系統(tǒng)的點檢與定檢 管路系統(tǒng)點檢主要內(nèi)容是對冷凝水和潤滑油的管理，還要檢查供氣壓力是否正常、有無漏氣等 氣動元件的定檢主要內(nèi)容是徹底處理系統(tǒng)的漏氣現(xiàn)象（更換密封元件、處理管接頭或聯(lián)接螺釘松動，定期檢查測量儀表、安全閥和壓力繼電器等）,第四章 伺服系統(tǒng)故障診斷,第一節(jié) 主軸驅(qū)動系統(tǒng) 主軸驅(qū)動系統(tǒng)、故障形式、故障診斷 第二節(jié) 進給伺服系統(tǒng) 進給驅(qū)動系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式、故障診斷 第三節(jié) 位置檢測裝置 檢測裝置的維護、位置檢測的故障診斷,第四章 伺服系統(tǒng)故障診斷,伺服：工作臺（電機）的運動速度和距離完全按CNC的指令行動，準(zhǔn)確無誤 摩擦力（切削力、潤滑、溫度和設(shè)備） 控制辦法：三環(huán)結(jié)構(gòu) 位置環(huán)（外環(huán)）：輸入信號為CNC的指令和位置檢測器反饋的位置信號 速度環(huán)（中環(huán)）：輸入信號為位置環(huán)的輸出和測速發(fā)電機經(jīng)反饋網(wǎng)絡(luò)處理信號,第四章 伺服系統(tǒng)故障診斷,電流環(huán)（內(nèi)環(huán)）：輸入信號為速度環(huán)的輸出信號和經(jīng)電流互感器得到的電流信號 在三環(huán)系統(tǒng)中，位置環(huán)的輸出是速度環(huán)的輸入；速度環(huán)的輸出是電流環(huán)的輸入；電流環(huán)的輸出直接控制功率變換單元，這三個環(huán)的反饋信號都是負(fù)反饋,第四章 伺服系統(tǒng)故障診斷,第一節(jié) 主軸驅(qū)動系統(tǒng) 一般主軸要求：速度大范圍連續(xù)可調(diào)、恒功率范圍寬 伺服主軸要求：有進給控制和位置控制 主軸變速形式：電動機帶齒輪換檔（降速、增大傳動比、增大主軸轉(zhuǎn)矩）；電動機通過同步齒帶或皮帶驅(qū)動主軸（恒功率、機械傳動簡單）,第四章 伺服系統(tǒng)故障診斷,一、常用主軸驅(qū)動系統(tǒng)介紹 FANUC公司主軸驅(qū)動系統(tǒng) 主要采用交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)，有S、 H 、P三個系列（1.537 1.522 3.737 kW） 主要特點： 1）采用微處理控制技術(shù) 2）主回路采用晶體管PWM逆變器 3）具有主軸定向控制、數(shù)字和模擬輸入,第四章 伺服系統(tǒng)故障診斷,一、常用主軸驅(qū)動系統(tǒng)介紹 SIEMENS公司主軸驅(qū)動系統(tǒng) 直流主軸電動機：有1GG5、1GF5、1GL5和1GH5四個系列及配套的6RA24、6RA27系列驅(qū)動裝置（晶閘管） 交流主軸電動機：有1PH5和1PH6兩個系列（3100kW）及配套的6SC650、6SC611A系列的主軸驅(qū)動模塊,第四章 伺服系統(tǒng)故障診斷,二、主軸伺服系統(tǒng)的故障形式及診斷方法 主軸伺服系統(tǒng)發(fā)生故障時，有三種表現(xiàn) 形式： 在CRT或操作面板上顯示報警內(nèi)容或報警信息 在主軸驅(qū)動裝置上用報警燈或數(shù)碼管顯示故障 無任何故障報警信息,第四章 伺服系統(tǒng)故障診斷,主軸伺服系統(tǒng)常見故障有： 外界干擾：屏蔽和接地措施不良時，主軸轉(zhuǎn)速或反饋信號受電磁干擾，使主軸驅(qū)動出現(xiàn)隨機和無規(guī)律的波動。判別方法，使主軸轉(zhuǎn)速指令為零再看主軸狀態(tài) 過載：切削用量過大，頻繁正、反轉(zhuǎn)等均可引起過載報警。具體表現(xiàn)為電動機過熱、主軸驅(qū)動裝置顯示過電流報警等,主軸伺服系統(tǒng)常見故障有： 主軸定位抖動 主軸準(zhǔn)停用于刀具交換、精鏜退刀及齒輪換檔等場合，有三種實現(xiàn)形式： 1）機械準(zhǔn)停控制（V形槽和定位液壓缸） 2）磁性傳感器的電氣準(zhǔn)?？刂?（圖） 3）編碼器型的準(zhǔn)停控制（準(zhǔn)停角度可任意） 上述準(zhǔn)停均要經(jīng)減速，減速或增益等參數(shù)設(shè)置不當(dāng)；限位開關(guān)失靈；磁性傳感器間隙變化或失靈都會引起定位抖動,磁性傳感器主軸準(zhǔn)停裝置,1.磁性傳感器 2.發(fā)磁體 3.主軸 4.支架 5.主軸箱,主軸伺服系統(tǒng)常見故障有： 主軸轉(zhuǎn)速與進給不匹配:當(dāng)進行螺紋切削或用每轉(zhuǎn)進給指令切削時，會出現(xiàn)停止進給、主軸仍然運轉(zhuǎn)的故障。主軸有一個每轉(zhuǎn)一個脈沖的反饋信號，一般為主軸編碼器有問題?？刹镃RT報警、I/O編碼器狀態(tài)或用每分鐘進給指令代替 轉(zhuǎn)速偏離指令值：主軸實際轉(zhuǎn)速超過所規(guī)定的范圍時要考慮，電機過載、CNC輸出沒有達(dá)到與轉(zhuǎn)速指令對應(yīng)值、測速裝置有故障、主軸驅(qū)動裝置故障,主軸伺服系統(tǒng)常見故障有： 主軸異常噪聲及振動：電氣驅(qū)動（在減速過程中發(fā)生、振動周期與轉(zhuǎn)速無關(guān)）；主軸機械（恒轉(zhuǎn)速自由停車、振動周期與轉(zhuǎn)速有關(guān)） 主軸電動機不轉(zhuǎn)：CNC是否有速度信號輸出；使能信號是否接通、CTR觀察I/O狀態(tài)、分析PLC梯形圖以確定主軸的啟動條件（潤滑、冷卻）；主軸驅(qū)動故障；主軸電機故障,第四章 伺服系統(tǒng)故障診斷,三、主軸直流驅(qū)動的故障診斷 1.控制電路 控制回路采用電流反饋和速度反饋的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是電流環(huán)，外環(huán)是速度環(huán)。 調(diào)速特點是速度環(huán)的輸出是電流環(huán)的輸入，可以根據(jù)速度指令電壓和轉(zhuǎn)速反饋電壓的差值及時控制電動機的轉(zhuǎn)矩。在速度差值大時，轉(zhuǎn)矩大，速度變化快，轉(zhuǎn)速盡快達(dá)到給定值，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近給定值時，轉(zhuǎn)矩自動減小，避免超調(diào),第四章 伺服系統(tǒng)故障診斷,三、主軸直流驅(qū)動的故障診斷 2.主電路 數(shù)控機床直流主軸電動機由于功率較大，切要求正、反轉(zhuǎn)及停止迅速，驅(qū)動裝置采用三相橋式反并聯(lián)邏輯無環(huán)流可逆變調(diào)速系統(tǒng)，在制動時，除了縮短制動時間，還能將主軸旋轉(zhuǎn)的機械能轉(zhuǎn)變成電能送回電網(wǎng)。還利用邏輯電路，使一組晶閘管工作時，另一組的觸發(fā)脈沖被封鎖，切斷兩組之間流通的電流,例：某加工中心采用直流主軸電動機、邏輯無 環(huán)可逆調(diào)速系統(tǒng)。當(dāng)用M03指令起動時有“咔、咔” 的沖擊聲，電動機換向片上有輕微的火花，起動 后無明顯的異常現(xiàn)象；用M05指令使主軸停止時， 換向片上出現(xiàn)強烈的火花，同時伴有“叭、叭”的 放電聲，隨即交流回路的保險絲熔斷?；鸹ǖ膹?烈程度和電動機的轉(zhuǎn)速成正比。但若用急停方式 停止主軸，換向片上沒有任何火花。 分析診斷：急停（電阻能耗制動）；正常停機 （回饋制動）。在任何時候不允許正、反兩組同 時工作，有火花說明逆變電路有故障。,例：某加工中心主軸在運轉(zhuǎn)時抖動，主軸箱噪聲 增大，影響加工質(zhì)量。經(jīng)檢查主軸箱和直流主軸電 動機正常，把檢查轉(zhuǎn)到主軸電機的控制系統(tǒng)。 測得的速度指令信號正常，而速度反饋信號出現(xiàn) 不應(yīng)有的脈沖信號，問題出在速度檢測元件上，經(jīng) 檢查，測速發(fā)電機碳刷完好，但換向器因碳粉堵塞， 而造成一繞組斷路，使測得的反饋信號出現(xiàn)規(guī)律性 的脈沖，導(dǎo)致速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)不平穩(wěn)，使驅(qū)動系 統(tǒng)輸出的電流忽大忽小，從而造成電動機軸的抖動。 用酒精清洗換向器，徹底消除碳粉，即可排除故障,第四章 伺服系統(tǒng)故障診斷,四、主軸交流驅(qū)動的故障診斷 （一）6SC650系列主軸交流驅(qū)動系統(tǒng) 1.驅(qū)動裝置的組成（原理圖）,1.驅(qū)動裝置的組成（主軸驅(qū)動系統(tǒng)）,第四章 伺服系統(tǒng)故障診斷,2.故障診斷 故障代碼 當(dāng)交流主軸驅(qū)動變頻器在運行中發(fā)生故障，變頻器面板上的數(shù)碼管會以代碼的形式提示故障的類型。 輔助診斷 除故障代碼外，在控制和I/O模塊還有測試插座，作為輔助診斷的手段通過測試，可進一步判斷變頻器是否缺相以及過電流等故障,變頻器的操作和顯示面板,I/O 模塊上的測試插座,1 接線端子 2 I/O模塊 3 電流測試插孔 測電機相電流 測直流回路電流 測電機總電流,6SC650 系列變頻器部分代碼表,故障代碼 故障名稱 故障原因 F11 轉(zhuǎn)速控制開環(huán) 1 編碼器電纜未接好； 無實際轉(zhuǎn)速值 ; 4 電機缺相工作；等 F12 過電流 1 變頻器有短路故障 ; 5 轉(zhuǎn)矩設(shè)定值過高；等 F14 電動機過熱 1 電動機過載 2 電動機電流過大；等,（二）主軸 通用變頻器,第二節(jié) 進給伺服系統(tǒng),任務(wù) 完成CNC對各坐標(biāo)軸的位置控制 組成 進給驅(qū)動、位置檢測及機械傳動裝置 工作過程 程序指令經(jīng)插補運算得位置指令 同時將檢測到的實際位置信號反饋數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成半或閉環(huán)控制系統(tǒng)，是外環(huán)為位置環(huán)內(nèi)環(huán)為速度環(huán)的控制系統(tǒng) 位置檢測 光柵、光電編碼器、感應(yīng)同步器、 旋轉(zhuǎn)變壓器和磁柵等 速度監(jiān)測 測速發(fā)電機和光電編碼器等,第二節(jié) 進給伺服系統(tǒng),一、常見進給驅(qū)動系統(tǒng) 1.直流進給驅(qū)動系統(tǒng) FANUC公司直流進給驅(qū)動系統(tǒng) 小慣量L、中慣量M系列直流伺服電動機 采用PWM速度控制單元 大慣量H系列直流伺服電動機，采用晶閘 管速度控制單元 均有過速、過流、過載等多種保護功能,第二節(jié) 進給伺服系統(tǒng),一、常見進給驅(qū)動系統(tǒng) 1.直流進給驅(qū)動系統(tǒng) SIEMENS公司直流進給驅(qū)動系統(tǒng) 1HU系列多種規(guī)格的永磁式直流伺服電動機，與電機配套的速度控制單元有6RA20（晶體管PWM控制）和6RA26（晶閘管控制）兩個系列。也均有過速、過流、過載等多種保護功能,第二節(jié) 進給伺服系統(tǒng),一、常見進給驅(qū)動系統(tǒng) 2.交流進給驅(qū)動系統(tǒng) FANUC公司交流進給驅(qū)動系統(tǒng) 驅(qū)動裝置：晶體管PWM控制的系列交流驅(qū)動單元 電動機：S、L、SP和T系列永磁式三相交流同步電動機,第二節(jié) 進給伺服系統(tǒng),SIEMENS公司交流進給驅(qū)動系統(tǒng) 驅(qū)動裝置：晶體管PWM控制的6SC610和6SC611A系列交流進給驅(qū)動模塊，還有用于數(shù)字伺服驅(qū)動的611D系列 電動機：1FT5和1FT6系列永磁式三相交流同步電動機 3.步進驅(qū)動系統(tǒng) 802S數(shù)控系統(tǒng)配STEPDRIVE步進驅(qū)動裝 置及IMP5五相步進電動機,第二節(jié) 進給伺服系統(tǒng),二、伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式 伺服系統(tǒng)不同的結(jié)構(gòu)形式，主要體現(xiàn)在檢測信號的反饋形式上，以帶編碼器的伺服電動機為例： 方式1轉(zhuǎn)速反饋與位置反饋信號處理分離 方式2編碼器同時作為轉(zhuǎn)速和位置檢測，處理均在數(shù)控系統(tǒng)中完成 方式3編碼器方式同上，處理方式不同 方式4數(shù)字式伺服系統(tǒng),方式一,方式二,方式三,方式四,第二節(jié) 進給伺服系統(tǒng),三、進給伺服系統(tǒng)的故障形式及診斷方法 故障出現(xiàn)后的表現(xiàn)方式：CRT、驅(qū)動單元、無 1. 常見故障 超程進給運動超過軟限位或硬限位，CRT 過載進給運動的負(fù)載過大、頻繁正反轉(zhuǎn)以及傳動鏈潤滑不良等引起，CRT及伺服驅(qū)動單元都會有報警信息 竄動測速信號或速度控制信號不穩(wěn)定、接線接觸不良等引起,三、進給伺服系統(tǒng)的故障形式及診斷方法,常見故障： 爬行發(fā)生在起動加速段或低速進給時，一般是由于進給傳動鏈的潤滑不良、伺服系統(tǒng)增益過低及負(fù)載過大、聯(lián)軸器松動等引起 振動與進給速度有關(guān)，速度環(huán)增益太高或速度反饋有故障；與速度無關(guān)，位置環(huán)增益太高或位置反饋有故障；在加速過程中產(chǎn)生，減速時間設(shè)定過小,三、進給伺服系統(tǒng)的故障形式及診斷方法,常見故障： 伺服電動機不轉(zhuǎn)數(shù)控系統(tǒng)速度信號是否輸出；使能信號是否接通；冷卻潤滑條件是否滿足；電磁制動是否釋放；驅(qū)動單元故障；伺服電動機故障 位置誤差系統(tǒng)設(shè)置的允差過?。凰欧鲆嬖O(shè)置不當(dāng)；位置檢測裝置有污染；進給傳動鏈累積誤差過大；主軸箱垂直運動時平衡裝置不穩(wěn),三、進給伺服系統(tǒng)的故障形式及診斷方法,漂移當(dāng)指令值為零時，坐標(biāo)軸仍移動從而造成位置誤差。通過漂移補償和驅(qū)動單元上的零速調(diào)整來消除 回參考點故障有找不到和找不準(zhǔn)參考點兩種故障，前者主要是回參考點減速開關(guān)產(chǎn)生的信號或零標(biāo)志脈沖信號失效所致，可用示波器檢測信號；后者是參考點開關(guān)擋快位置設(shè)置不當(dāng)引起，只要重新調(diào)整即可,三、進給伺服系統(tǒng)的故障形式及診斷方法,2. 故障定位 模塊交換法 X和Y的驅(qū)動單 元一樣，當(dāng)一軸 發(fā)生故障時，用 另一軸代替看故 障的轉(zhuǎn)移情況,三、進給伺服系統(tǒng)的故障形式及診斷方法,2.故障定位 為確定是否伺 服單元和伺服 電動機故障， 可以脫開位置 環(huán)，檢查速度 環(huán) 。有干電池 和變阻器組成 直流回路,四、進給驅(qū)動的故障診斷,驅(qū)動結(jié)構(gòu) 模塊式,四、進給驅(qū)動的故障診斷,驅(qū)動結(jié)構(gòu) 單元式,四、進給驅(qū)動的故障診斷,驅(qū)動方式直流PWM和晶閘管驅(qū)動方式、 交流變頻控制方式、步進電機驅(qū)動方式 1. 直流進給驅(qū)動 PWM調(diào)速是利用脈寬調(diào)制器對大功率晶體管的開關(guān)時間進行控制。將速度控制信號轉(zhuǎn)換成一定頻率的電壓，加到直流伺服電機電樞的兩端，通過對方波寬度的控制改變電樞兩端的平均電壓，從而達(dá)到控制電樞電流，進而控制伺服電動機轉(zhuǎn)速的目,四、進給驅(qū)動的故障診斷,1.直流進給驅(qū)動晶閘管調(diào)速是利用速度調(diào) 節(jié)器對晶閘管的導(dǎo)通角進行控制，通過改 變導(dǎo)通角的大小來改變電樞兩端的電壓， 從而達(dá)到調(diào)速的目的 2.交流進給驅(qū)動因采用交流同步電動機， 驅(qū)動裝置實質(zhì)上是一個電子換向的直流電 動機驅(qū)動裝置,PWM驅(qū)動控制線路簡圖,FANUC系統(tǒng)進給驅(qū)動故障表示方式： 1.CRT有報警顯示的故障 報警號400457伺服系統(tǒng)錯誤報警 報警號702704過熱報警 機床切削條件差及機床摩擦力矩增大，引起主回路中的過載繼電器動作 切削時伺服電機電流太大或變壓器本身故障，引起變壓器熱控開關(guān)動作 伺服電機電樞內(nèi)部短路或絕緣不良等，引起變壓器熱控開關(guān)動作,FANUC系統(tǒng)進給驅(qū)動故障表示方式： 2.報警指示燈指示的報警（7個燈） BRK無熔絲斷路器切斷報警 HVAL過電壓報警 HCAL過電流報警（伴有401號報警） OVC過載報警（401或702報警） LVAL欠壓報警 TGLS速度反饋信號斷線報警 DCAL放電報警,FANUC系統(tǒng)進給驅(qū)動故障表示方式： 3.無報警顯示的故障 機床失控 速度反饋信號為正反饋信號 機床振動 與位置有關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定錯誤 檢測裝置有故障（隨進給速度） 定位精度低 傳動鏈誤差大；伺服增益太低 電動機運行噪聲過大 換向器的表面粗糙度過低、油液灰塵等侵入電刷或換向器、電動機軸向竄動等,6SC610交流進給驅(qū)動系統(tǒng),第三節(jié) 位置檢測裝置,位置環(huán)是外環(huán)，其指令脈沖來自NC經(jīng)插補運算（包含對伺服系統(tǒng)位置和速度的要求） 位置環(huán)是伺服系統(tǒng)中重要的一環(huán)，檢測元件的精度直接影響機床的位置精度（閉環(huán)常用光柵，半閉環(huán)常用編碼器） 故障形式是在CRT上顯示報警號和信息 輪廓誤差、靜態(tài)誤差監(jiān)視報警和測量裝置監(jiān)控報警,第三節(jié) 位置檢測裝置,一、位置檢測裝置的維護 1.光柵 透射光柵與反射光柵 光柵輸出信號：二個相位和一個零標(biāo)志 維護注意點 防污（冷卻液輕微結(jié)晶、水霧、通入低壓壓縮空氣、無水酒精輕檫） 防振（不能敲擊避免光學(xué)元件損壞）,第三節(jié) 位置檢測裝置,一、位置檢測裝置的維護 2.光電脈沖編碼器 輸出信號：二個相位和一個零標(biāo)志 維護注意點 防振和防污（內(nèi)部松動和信號丟失） 聯(lián)結(jié)松動（影響位置精度、進給運動的不穩(wěn)定、伺服電機的換向而引起振動）,第三節(jié) 位置檢測裝置,一、位置檢測裝置的維護 3.感應(yīng)同步器 組成：定尺和滑尺上面具有矩形繞組 維護注意點 在安裝時必須保持定尺和滑尺的相對平行、不要損壞尺上耐切削液涂層和帶絕緣層的鋁箔、滑尺接線要分清SIN和COS 繞組,第三節(jié) 位置檢測裝置,一、位置檢測裝置的維護 4.旋轉(zhuǎn)變壓器 輸出電壓與轉(zhuǎn)子的角位移有固定的函數(shù)關(guān) 系 維護注意點 定子和轉(zhuǎn)子阻值不同不要接錯、碳刷磨損要及時更換,1.電機軸 2.測速發(fā)電機 6.小齒輪 7.旋轉(zhuǎn)變壓器 8.安裝板 10.大齒輪 11.防護罩,第三節(jié) 位置檢測裝置,一、位置檢測裝置的維護 5.磁柵尺 組成：磁性標(biāo)尺、磁頭和檢測電路 維護注意點 不能 將磁性膜刮壞、不能用力和撞擊磁性標(biāo)尺和磁頭避免磁性減弱或磁場紊亂、 在接線時要分清磁頭上激磁繞組和輸出繞組,第三節(jié) 位置檢測裝置,二、位置檢測的故障診斷 SIEMENS數(shù)控位控模塊與檢測裝置的連接 1.輸出信號(有兩種形式） 電壓或電流正弦信號/TTL電平信號,機床在運動過程中，從掃描單元輸出三 組信號，兩組增量信號和一組基準(zhǔn)信號,第三節(jié) 位置檢測裝置,二、位置檢測的故障診斷 2.EXE信號處理 通道放大器 整形電路 報警電路 細(xì)分電路,第三節(jié) 位置檢測裝置,二、位置檢測的故障診斷 3.故障診斷 當(dāng)出現(xiàn)位置環(huán)開環(huán)報警時，將J2連接器脫 開，在CNC系統(tǒng)的一側(cè)，把J2連接器上的5V 線同報警線ALM連在一起，合上數(shù)控電源， 根據(jù)報警是否再現(xiàn)，可迅速判斷出故障的部 位是在測量裝置還是在CNC系統(tǒng)的接口板上。 在測量裝置的話，可再測J1連接器上有無信 號輸入，可將故障定位在光柵或EXE電路,例 一臥式加工中心，采用SINUMERIK8 系統(tǒng)，帶EXE光柵測量裝置。運行中出現(xiàn) 114號報警，同時伴有113號報警。 分析：114號電纜斷線或與地短路；信號丟失 檢查：外觀檢查和測量；（信號漏讀）檢查信號源和傳輸系統(tǒng)（光源和光學(xué)系統(tǒng)） 實際：燈泡表面呈毛玻璃狀、指示光柵表面也有一層霧狀物,第五章 數(shù)控機床I/O控制的故障,第一節(jié) 數(shù)控機床PLC的功能 第二節(jié) PLC輸入/輸出元件 第三節(jié) 數(shù)控機床PLC控制的 故障診斷,第五章 數(shù)控機床I/O控制的故障,第一節(jié) 數(shù)控機床PLC的功能 一、PLC與外部信息的交換 1.機床至PLC機床側(cè)的開關(guān)量信號通過I/O單元至PLC 2.PLC至機床PLC控制機床的信號通過PLC的開關(guān)量輸出接口送到機床側(cè) 3.CNC至PLC由CNC直接送入到PLC的寄存器 4. PLC至 CNC,第五章 數(shù)控機床I/O控制的故障,二、數(shù)控機床PLC的功能 1.機床操作面板控制 2.機床外部開關(guān)輸入信號控制 3.輸出信號控制 4.伺服控制（主軸和伺服驅(qū)動裝置的使能控制） 5.報警處理控制 6.軟盤驅(qū)動裝置控制 7.轉(zhuǎn)換控制,第二節(jié) PLC輸入/輸出元件,一、輸入元件 1.控制開關(guān)（按鈕、可鎖開關(guān)、急停開關(guān) 和轉(zhuǎn)換開關(guān)等） 2.行程開關(guān)（直動、滾動、微動式） 3.接近開關(guān)（電感、電容、磁感應(yīng)、光電、霍爾式等） 4.壓力開關(guān)（液壓油在波紋管或橡皮膜的壓力） 5.溫控開關(guān)（利用熱敏元件）,第五章 數(shù)控機床I/O控制的故障,第二節(jié) PLC輸入/輸出元件,失效形式：不能閉和或斷開、接觸不良、撞塊 診斷檢查：彈簧有否卡死、測量接觸電阻、調(diào)整,檢查方式：金屬片接近開關(guān)，看開關(guān)輸出 故障原因：開關(guān)壞、電源故障,第二節(jié) PLC輸入/輸出元件,二、輸出元件 1.接觸器控制各種電動機 常見故障：線圈過熱、噪聲大、不能吸或斷 維護要求：定期檢查，可動部位靈活，固定件無松動；保持觸點清潔 2.繼電器工作原理相同，觸頭多，在電路中起信號傳遞和轉(zhuǎn)換作用，可實現(xiàn)多路控制,第二節(jié) PLC輸入/輸出元件,二、輸出元件 3.電磁閥用于液壓和氣動系統(tǒng)中的電磁控制，加接續(xù)流二極管，減少對系統(tǒng)的干擾 4.PLC的開關(guān) 量輸出 5.各種指示燈,第三節(jié) 數(shù)控機床PLC控制的故障診斷,一、PLC故障的表現(xiàn)形式 CNC報警直接找到故障的原因 有CNC故障顯示，但不反映故障的真正原因 故障沒有任何提示 對后兩種情況，可利用系統(tǒng)的自診斷功能，根據(jù)PLC的梯形圖和I/O狀態(tài)信息來分析和判斷故障的原因,例 配SIEMENS系統(tǒng)的機床顯示某報警號，其內(nèi)容是進給禁止。引起報警的各種因數(shù)以輸入信號I和標(biāo)志信號F出現(xiàn)在PLC程序中。（報警號標(biāo)志 F130.1、伺服準(zhǔn)備好F122.7、 進給起動I5.2、潤滑準(zhǔn)備好標(biāo)志F122.0,邏輯關(guān)系為：,通過操作面板 DIAGNOSIS 軟鍵，在CRT 上PLC狀態(tài)菜 單中觀察IB、 FB輸入及標(biāo)志 字狀態(tài)位 F122.0不為1 潤滑沒有準(zhǔn)備 好導(dǎo)致進給停 止,二、數(shù)控機床PLC故障診斷的方法,1.根據(jù)報警號診斷故障 2.根據(jù)動作順序診斷故障 3.根據(jù)控制對象的工作原理診斷故障 4.根據(jù)PLC的I/O狀態(tài)診斷故障 5.根據(jù)PLC梯形圖診斷故障 6.動態(tài)跟蹤梯形圖診斷故障,1.根據(jù)報警號診斷故障 例：配西門子820數(shù)控系統(tǒng)的加工中心，產(chǎn)生7035號 報警，查閱報警信息為工作臺分度盤不回落。 處理方法：針對故障的信息，調(diào)出PLCI/O狀態(tài) 與拷貝清單對照。 SQ28檢測分度盤旋轉(zhuǎn)到位，對應(yīng)PLC I/10.6, SQ26檢測分度盤旋轉(zhuǎn)到位，對應(yīng)PLC I/10.0,工作臺