数控机床维修说明书Word文件下载.docx

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3、数控机床主轴驱动系统维修维修…………………………………………9

3.1数控机床主轴系统分类………………………………………………………9

3.2主轴伺服系统的故障形式及诊断方法………………………………………9

3.3主轴部件故障诊断及排除方法………………………………………………12

4、数控系统的故障诊断及排除方法…………………………………13

4.1数控系统的故障诊断………………………………………………………13

4.2数控系统的常见故障分析………………………………………………15

4.3数控系统的故障排除方法…………………………………………………17

4.4维修中注意的事项…………………………………………………………18

5、系统参数………………………………………………………………19

5.1机床参数表…………………………………………………………………19

5.2伺服驱动参数设置…………………………………………………………21

1、数控机床维修技术

1.1、绪论

大规模集成电路为标志的数控设备，已在我国批量生产、大量引进和推广应用。

但同时，由于它们的先进性、复杂性和智能化高的特点，在维修理论、技术和手段上都发生了飞跃的变化。

本文从现代数控系统的基本构成入手，探讨数控系统的诊断与维修。

随着电子技术和自动化技术的发展，数控技术的应用越来越广泛，以微处理器为基础，以大规模集成电路为标志的数控设备，已在我国批量生产、大量引进和推广应用，它们给机械制造业的发展创造了条件，并带来很大的效益。

数控维修技术不仅是保障正常运行的前提，对数控技术的发展和完善也起到了巨大的推动作用，因此，目前它已经成为一门专门的学科。

另外任何一台数控设备都是一种过程控制设备，这就要求它在实时控制的每一时刻都准确无误地工作。

任何部分的故障与失效，都会使机床停机，从而造成生产停顿。

因而对数控系统这样原理复杂、结构精密的装置进行维修就显得十分必要了。

尤其对引进的CNC机床，大多花费了几十万到上千万美元。

在许多行业中，这些设备均处于关键的工作岗位，若在出现故障后不及时维修排除故障，就会造成较大的经济损失。

我们现有的维修状况和水平，与国外进口设备的设计与制造技术水平还存在很大的差距。

造成差距的原因在于：

人员素质较差，缺乏数字测试分析手段，数域和数域与频域综合方面的测试分析技术等有待提高等等。

下面我们从现代数控系统的基本构成入手，探讨数控系统的诊断与维修。

1.数控系统的构成与特点

目前世界上的数控系统种类繁多，形式各异，组成结构上都有各自的特点。

这些结构特点来源于系统初始设计的基本要求和工程设计的思路。

例如对点位控制系统和连续轨迹控制系统就有截然不同的要求。

对于T系统和M系统，同样也有很大的区别，前者适用于回转体零件加工，后者适合于异形非回转体的零件加工。

对于不同的生产厂家来说，基于历史发展因素以及各自因地而异的复杂因素的影响，在设计思想上也可能各有千秋。

例如，美国Dynapath系统采用小板结构，便于板子更换和灵活结合，而日本FANUC系统则趋向大板结构，使之有利于系统工作的可靠性，促使系统的平均无故障率不断提高。

然而无论哪种系统，它们的基本原理和构成是十分相似的。

一般整个数控系统由三大部分组成，即控制系统，伺服系统和位置测量系统。

控制系统按加工工件程序进行插补运算，发出控制指令到伺服驱动系统；

伺服驱动系统将控制指令放大，由伺服电机驱动机械按要求运动；

测量系统检测机械的运动位置或速度，并反馈到控制系统，来修正控制指令。

这三部分有机结合，组成完整的闭环控制的数控系统。

控制系统主要由总线、CPU、电源、存贮器、操作面板和显示屏、位控单元、可编程序控制器逻辑控制单元以及数据输入/输出接口等组成。

最新一代的数控系统还包括一个通讯单元，它可完成CNC、PLC的内部数据通讯和外部高次网络的连接。

伺服驱动系统主要包括伺服驱动装置和电机。

位置测量系统主要是采用长光栅或圆光栅的增量式位移编码器。

数控系统的主要特点是：

可靠性要求高：

因为一旦数控系统发生故障，即造成巨大经济损失；

有较高的环境适应能力，因为数控系统一般为工业控制机，其工作环境为车间环境，要求它具有在震动，高温，潮湿以及各种工业干扰源的环境条件下工作的能力；

接口电路复杂，数控系统要与各种数控设备及外部设备相配套，要随时处理生产过程中的各种情况，适应设备的各种工艺要求，因而接口电路复杂，而且工作频繁。

1.2、维修工作人员的基本条件

维修工作开展得好坏首先取决于人员条件。

维修工作人员必须具备以下要求：

（1）高度的责任心与良好的职业道德；

（2）知识面广，掌握计算机技术、模拟与数字电路基础、自动控制与电机拖动、检测技术及机械加工工艺方面的基础知识与一定的外语水平；

（3）经过良好的技术培训，掌握有关数控、驱动及PLC的工作原理，懂得CNC编程和编程语言；

（4）熟悉结构，具有实验技能和较强的动手操作能力；

（5）掌握各种常用（尤其是现场）的测试仪器、仪表和各种工具。

2.2　在维修手段方面应具备的条件

（1）准备好常用备品、配件；

（2）随时可以得到微电子元器件的实际支援或供应；

（3）必要的维修工具、仪器、仪表、接线、微机。

最好有小型编程系统或编程器，用以支援设备调试；

（4）完整资料、手册、线路图、维修说明书（包括CNC操作说明书）以及接口、调整与诊断、驱动说明书，PLC说明书（包括PLC用户程序单），元器件表格等。

1.3、维修前的准备

接到用户的直接要求后，应尽可能直接与用户联系，以便尽快地获取现场信息、现场情况及故障信息。

如数控机床的进给与主轴驱动型号、报警指示或故障现象、用户现场有无备件等。

据此预先分析可能出现的故障原因与部位，而后在出发到现场之前，准备好有关的技术资料与维修服务工具、仪器备件等，做到有备而去。

2、数控车床刀架的故障维修

数控技术及数控机床的应用，成功地解决了某些形状复杂，一致性要求高的中、小批零件的自动化问题，这不仅大大提高了生产效率和加工精度，还减轻了工人的劳动强度，缩短了生产准备周期。

但是，在数控车床使用过程中，数控车床难免会出现各种故障，所以故障的维修就成了数控车床使用者最关键的问题。

一方面销售公司售后服务不能得到及时保证，另一方面掌握一些维修技术可以快速判断故障所在，缩短维修时间，让设备尽快运转起来。

在日常故障中，我们经常遇见的是刀架类、主轴类、螺纹加工类、系统显示类、驱动类、通信类等故障。

而刀架故障在其中占有很大比例。

在这里，分类介绍一下日常工作中遇见的四工位电动刀架各类故障及相应地解决方法，希望能给大家提供一些有益的借鉴。

所用数控系统是广州数控设备有限公司所生产的GSK系列车床数控系统。

2.1、故障现象一：

电动刀架锁不紧

故障原因处理方法：

①发信盘位置没对正:

拆开刀架的顶盖，旋动并调整发信盘位置，使刀架的霍尔元件对准磁钢，使刀位停在准确位置。

②系统反锁时间不够长:

调整系统反锁时间参数即可（新刀架反锁时间ｔ＝１.2ｓ即可）。

③机械锁紧机构故障:

拆开刀架，调整机械，并检查定位销是否折断.

2.2、故障现象二：

电动刀架某一位刀号转不停，其余刀位可以转动

①此位刀的霍尔元件损坏:

确认是哪个刀位使刀架转不停，在系统上输入指令转动该刀位，用万用表量该刀位信号触点对+24V触点是否有电压变化，若无变化，可判定为该位刀霍尔元件损坏，更换发信盘或霍尔元件。

②此刀位信号线断路，造成系统无法检测到位信号:

检查该刀位信号与系统的连线是否存在断路，正确连接即可。

③系统的刀位信号接收电路有问题:

当确定该刀位霍尔元件没问题，以及该刀位信号与系统的连线也没问题的情况下更换主板

2.3、故障现象三：

程序运行结束，刀具返回不到零点

①这一现象一般是控制系统故障引起的。

刀具在进给或在加工时要求低速运行，这时步进电机运转速度较低，采用低压电源供电，而程序回零点时，要求快速退回，这时要求步进电机高速运行，采用高压驱动电源，使输出转矩增大，保证正常回零。

控制高压驱动电源输出的有一开关三极管，当开关三极管损坏后，高速回零点时，高压电源打不开，步进电机输出转矩不够，造成回零丢步，致使刀具返回不到原点。

②这一故障更换开关三极管即可消除。

2.4、故障现象四：

程序运行结束，刀具返回原点时越位

①这种现象一般是由机械传动系统运行阻力太大引起的。

切削进给时，刀架低速运行，低电压驱动，步进电机运转转矩小，不足以克服阻力造成丢步。

而回零时步进电机高压驱动，运行速度高，力矩大，又没有吃力阻力，步进电机运转正常不丢步。

这样去时丢步而返回时正常就会造成上述现象。

②这时可检查步进电机减速箱内传动齿轮或步进电机与丝杠之间传动齿轮上有无铁屑异物，或溜板镶条是否太紧使运行阻力增大等原因。

2.5、故障现象五：

空走刀时一切正常，但加工工件时尺寸误差很大

①此现象一种可能是丝杠或丝母与车床部位连接松动造成。

空走时没有吃刀阻力，溜板运行正常，加工工件时由于吃刀阻力增大，丝杠或丝母与车床连接处松动，造成加工工件尺寸漂移。

坚固连接部分，故障即可消除。

另一种可能是由电动刀架造成的。

如果刀架换刀后不能自动锁紧，从而吃刀时刀具偏离加工点，也会造成上述现象。

②这时应检查刀架锁紧装置及刀架控制箱。

2.6、故障现象六：

工件局部尺寸误差大

①这种现象主要是丝母与丝杠间存在间隙所引起。

由于丝母与丝杠长期在某一段运行，使该段的间隙增大，在程序开始时，测定的丝杠间隙被补偿到程序里，但在磨损段无法补偿时，则工件局部尺寸超差。

②解决的办法是修理或更换丝杠。

2.7、故障现象七：

电动刀架换刀时旋转不止，不能定位

①这是由于当程序要某号刀时，电动刀架正转选择刀具，当旋转到该号刀具时，没有应答信号，从而使刀架旋转不止，不能定位。

这时应检查电动刀架上的霍尔元件，当霍尔元件损坏时，会使所要刀具到位时，没有检测信号输出，从而造成上述现象。

②这时，更换该号刀的霍尔元件即可。

3、数控机床主轴驱动系统维修

　　数控机床的主轴性能是在很宽范围内转速连续可调，恒功率范围宽。

当要求机床有螺纹加工功能、准停功能和恒线速加工等功能时，则需要对主轴进行进给控制和位置控制。

此时，主轴驱动系统也可称为主轴伺服系统，主轴电动机装配有编码器或者在主轴上安装外置式的编码器，作为主轴位置检测。

　　主轴驱动变速目前主要有两种形式：

一是主轴电动机带齿轮换挡，目的在于降低主轴转速，增大传动比，以适应切削的需要；

二是主轴电动机通过同步齿形带或v带驱动主轴，该类主轴电动机又称宽域电动机或强切削电动机，具有恒功率宽的特点。

由于无需机械变速，主轴箱内省却了齿轮和离合器，主轴箱实际上成为主轴支架，简化了主传动系统，从而提高了传动链的可靠性。

3.1、数控机床主轴驱动系统分类

　　数控机床所用的进给伺服系统和主轴伺服系统按其所用的电动机来分，分为直流伺服系统和交流伺服系统两大类。

从20世纪70～80年代用得较多的是直流伺服系统。

而在直流伺服系统中又分晶闸管整流方式（以下简称为SCR速度控制系统）和晶体管脉宽调制方式（以下简称为PWM速度控制系统）两种。

直流驱动系统在70年代初至80年代中期在数控机床上占据主导地位，这是由于直流电动机具有良好的调速性能，输出力矩大，过载能力强，精度高，控制原理简单，易于调整。

　　随着微电子技术的迅速发展80年代初期推出了交流驱动系统，由于交流驱动系统保持了直流驱动系统的优越性，而且交流电动机无须维护，便于制造，不受恶劣环境影响，所以目前直流驱动系统已被交流驱动系统所取代。

初期是采用模拟式交流伺服系统，而现在伺服系统的主流是数字式交流伺服系统。

交流伺服驱动系统走向数字化，驱动系统中的电流环、速度环的反馈控制已全部数字化，系统的控制模型和动态补偿均由高速微处理器实时处理，增强了系统自诊断能力，提高了系统的快速性和精度。

3.2、主轴伺服系统的故障形式及诊断方法

　　当主轴伺服系统发生故障时，通常有三种表现形式：

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。

主轴伺服系统常见故障如下。

（1）外界干扰

　　由于受到电磁干扰，屏蔽和接地措施不良的影响，主轴转速指令信号或反馈信号受到干扰，使主轴驱动出现随机和无规律性的波动。

判别有无干扰的方法是：

当主轴转速指令为零时，主轴仍往复转动，调整零速平衡和漂移补偿也不能消除故障。

（2）过载

切削用量过大，或频繁地正、反转变速等均可引起过载报警。

具体表现为主轴电动机过热、主轴驱动装置显示过电流报警等。

　（3）主轴定位抖动

　　主轴的定向控制（也称主轴定位控制）是将主轴准确停在某一固定位置上，以便在该位置进行刀具交换，精镗退刀及齿轮换挡等，有三种方式可实现主轴准停定向。

　　①机械准停控制。

由带v形槽的定位盘和定位用的液压缸配合动作。

　　②磁性传感器的电气准停控制。

发磁体安装在主轴后端，磁传感器安装在主轴箱上，其安装位置决定了主轴的准停点，发磁体和磁传感器之间的间隙为（1．5±

0．5）mm。

　　③编码器型的电气准停控制。

通过在主轴电动机内安装或在机床主轴上直接安装一个光电编码器来实现准停控制，准停角度可任意设定。

　　主轴定向控制，实际上是在主轴速度控制基础上增加一个位置控制环。

为检测主轴的位置，需要采用磁性传感器或位置编码器等检测元件。

他们的连接方式如图6—1所示

采用位置编码器作为位置检测元件时，由于安装不方便，一般要通过一对1：

1的齿轮联接。

当采用磁性传感器作为位置检测元件时，其磁性元件可直接装在主轴上，而磁性传感头固定在主轴箱体上。

为了减少干扰，磁性传感头和放大器之间的连接线需要屏蔽，且二者的连接越短越好。

这两种控制方案各有优缺点，需根据机床的实际情况来选用。

　　产生主轴定位抖动故障的原因如下：

　　①上述准停均要经过减速的过程，—减速或增益等参数设置不当，均可引起定位抖动；

　　②采用位置编码器作为位置检测元件的准停方式时，定位液压缸活塞移动的限位开关失灵，引起定位抖动

3.3、主轴部件故障诊断及排除方法

主轴部件故障有主轴运转时发出异常声音、自动调速装置、主轴快速运转的精度保持性故障等。

序号

故障现象

故障原因

排除方法

1

加工精度达不到要求

机床在运输过程中受到冲击

检查对机床精度有影响的各部位。

特别中导轨副，并按出厂精度重新调整或修复安装不牢固、安装精度低或有变化重新安装调平、紧固

2

切削振动大

主轴箱和床身连接螺钉松动，轴承预紧力不够、游隙过大重新调整轴承游隙

恢复精度后紧固连接螺钉。

但预紧力不宜过大，以免损坏轴承轴承预紧螺母松动，使主轴窜动紧固螺母，确保主轴精度合格轴承拉毛或损坏更换轴承主轴与箱体如果是车床，则可能是转塔刀架运动部位松动或压力够而未卡紧调整修理，超差修理主轴或箱体，使其配合精度、位置精度过到要求其他因素检查刀具或切削工艺问题

3

主轴箱噪声大

主轴部件动平衡不好

重做动平衡齿轮啮合间隙不均匀或严重损伤调整间隙事更换齿轮轴承损坏或传动轴弯曲修复或更换轴承，校直传动轴传动带长度不一或过松调整或更换传动带，不能新旧混用齿轮精度差更换齿轮润滑不良调整润滑油量，保持主轴箱的清洁度

4

齿轮和轴承损坏

变挡压力过大，齿轮受冲击产生破损

按液压原理图，调整到适当的压力和流量变挡机构损雨水不或固定销脱落修复或更换零件轴承预紧力过大或无润滑重新调整预紧力，并使之润滑充足

5

主轴无变速

电器变挡信号是否输出

电器人员检查处理压力是否足够检测并调整工作压力变挡液压缸研损或卡死修去毛刺和研伤，清洗后重装变挡电磁阀卡死检修并清洗电磁阀变挡液压缸拨叉脱落修复或更换变挡液压缸窜油或内泄更换密封圈变挡复合开关失灵更换新开关

6

主轴不转动

主轴转动指令是否输出

电器人员检查处理保护开关没有压合或失灵检修压合保护开关可更换卡紧未夹紧工件调整或修理卡盘变挡复合开关损坏更换复合开关变挡电磁阀体内泄漏更换电磁阀

7

液压变速时齿轮推不到位

主轴箱内拨叉磨损

选用球墨铸铁作拨叉材料在每个垂直滑移齿轮下方安装塔簧作为辅助平衡装置，减轻对拨叉的压力活塞的行程与滑移齿轮的定位相协调若拨叉磨损，予以更换

8

主轴发热

主轴轴承预紧力过大

调整预紧力轴承研伤或损坏更换轴承润滑油脏或有杂质清洗主轴箱，更换新油

4、数控系统的故障诊断及排除方法

4.1、数控系统的故障诊断

（1）初步判别　通常在资料较全时，可通过资料分析判断故障所在，或采取接口信号法根据故障现象判别可能发生故障的部位，而后再按照故障与这一部位的具体特点，逐个部位检查，初步判别。

在实际应用中，可能用一种方法即可查到故障并排除，有时需要多种方法并用。

对各种判别故障点的方法的掌握程度主要取决于对故障设备原理与结构掌握的深度。

（2）报警处理　①系统报警的处理：

数控系统发生故障时，一般在显示屏或操作面板上给出故障信号和相应的信息。

通常系统的操作手册或调整手册中都有详细的报警号，报警内容和处理方法。

由于系统的报警设置单一、齐全、严密、明确、维修人员可根据每一警报后面给出的信息与处理办法自行处理。

②机床报警和操作信息的处理：

机床制造厂根据机床的电气特点，应用PLC程序，将一些能反映机床接口电气控制方面的故障或操作信息以特定的标志，通过显示器给出，并可通过特定键，看到更详尽的报警说明。

这类报警可以根据机床厂提供的排除故障手册进行处理，也可以利用操作面板或编程器根据电路图和PLC程序，查出相应的信号状态，按逻辑关系找出故障点进行处理。

（3）无报警或无法报警的故障处理　当系统的PLC无法运行，系统已停机或系统没有报警但工作不正常时，需要根据故障发生前后的系统状态信息，运用已掌握的理论基础，进行分析，做出正确的判断。

（4）故障诊断方法

①常规检查法：

目测：

目测故障板，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。

以此可判断板内有无过流，过压，短路等问题。

手摸：

用手摸并轻摇元器件，尤其是阻容，半导体器件有无松动之感，以此可检查出一些断脚，虚焊等问题。

（一定要注意在断电的前提下，并判断机床元件中还是否带有余电，最好是养成每次检查之前都去断总闸的习惯，以免发生事故。

）

通电：

首先用万用表检查各种电源之间有无断路，如无即可接入相应的电源，目测有无冒烟，打火等现象，以此可发现一些较为明显的故障，而缩小检修范围。

例如：

在哈尔滨某工厂排除故障时，机床的数控系统和PLC运行正常，但机床的液压系统无法启动，用编程器检查PLC程序运行正常，各所需信号状态均满足开机条件。

进一步检查中发现，PLC信号状态与图纸和设备上的标记不一致，停机拔出电路板检查，发现PLC两块输出板编址不对，与另两块位置搞错，经交换后，机床正常运转。

对于发生这个故障的机床所采用的SIMATIC 

S5—150K可编程控制器，只要编址正确，无论将线路板的位置怎样排列，系统均能正常运转，但相应地执行元件和信号源必须正确地对应，一旦对应错误就会发生故障，甚至毁坏机床。

另外，根据用户提供的故障现象，结合自己的现场观察，运用系统工作原理亦可迅速做出正确判断。

②仪器测量法　

当系统发生故障后，采用常规电工检测仪器，工具，按系统电路图及机床电路图对故障部分的电压（记得测量每两相之间的电压），电源，脉冲信号等进行实测判断故障所在。

如电源的输入电压超限，引起电源监控可用电压表测网络电压，或用电压测试仪实时监控以排除其它原因。

如发生位置控制环故障可用示波器检查测量回路的信号状态，或用示波器观察其信号输出是否缺相，有无干扰。

例如，上海某厂在排除故障中，系统报警，位置环硬件故障，用示波器检查发现有干扰信号，我们在电路中用接电容的方法将其滤掉使系统工作正常。

如出现系统无法回基准点的情况，可用示波器检查是否有零标记脉冲，若没有可考虑是测量系统损坏。

接口信号检查：

通过用可编程序控制器检查机床控制系统的接口信号，并与接口手册的正确信号相对比，亦可查出相应的故障点。

诊断备件替换法：

现代数控系统大都采用模块化设计，按功能不同划分不同模块，随着现代技术的发展，电路的集成规模越来越大技术也越来越复杂，按常规方法，很难把故障定位到一个很小的区域，而一旦系统发生故障，为了缩短停机时间，我们可以根据模块的功能与故障现象，初步判断出可能的故障模块，用诊断备件将其替换，这样可迅速判断出有故障的模块。

在没有诊断备件的情况下可以采用现场相同或相容的模块进行替换检查，对于现代数控的维修，越来越多的情况采用这种方法进行诊断，然后用备件替换损坏模块，使系统正常工作。

尽最大可能缩短故障停机时间，使用这种方法在操作时注意一定要在停电状态下进行，还要仔细检查线路板的版本，型号，各种标记，跨接是否相同，对于有关的机床数据和电位计的位置应做好记录，拆线时应做好标志。

利用系统的自诊断功能判断：

现代数控系统尤其是全功能数控具有很强的自诊断能力，通过实施时监控系统各部分的工作，及时判断故障，给出报警信息，并做出相应的动作，避免事故发生。

然而有时当硬件发生故障时，就无法报警，有的数控系统可通过发光管做出相应的指示，这些指示配合使用就可帮助我们准确地诊断出故障模板的位置。

如沈阳机床中的plc转接板、继电器、等都带有自己有无信号的指示灯，综合它们的现象，就可判断出故障位置所在。

上述诊断方法，在实际应用时并无严格的界限，可能用一种方法就能排除故障，亦可能需要多种方法同时进行。

其效果主要取决于对系统原理与结构的理解与掌握的深度，以及维修经验的多少。

4.2、数控系统的常见故障分析

根据数控系统的构