华中数控车床常见故障诊断与维修毕业Word下载.docx

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机床一直处于急停状态，不能复位

在自动运行的过程中，报跟踪误差过大引起的急停故障

伺服单元报警引起的急停

主轴单元报警引起的急停

机床回参考点（回零）故障

3.2.1

3.2.2

3.2.3

3.2.4

3.2.5

11

12

13

参考点编码器类故障分析与维修

回零重复性差或参考位置偏差

参考点位置偏差一个栅格（参考点发生整螺距偏移）

回参考点时，出现超程报警

回参考点过程中出现“软超程”报警

刀架故障

3.3.1

3.3.2

3.3.3

3.3.4

14

15

16

刀架抬起不转动故障

刀架旋转不止故障

刀架定位不准故障

刀架转动不到位故障

数控机床PLC故障诊断的方法

17

18

19

第4章设计小结

20

参考文献

21

致谢

22

系统可靠性是指数控系统在规定的条件和规定的时间内完成规定功能的能力，故障是指系统在规定的条件和规定的时间内失去了规定的功能。

数控机床是复杂的大系统，它涉及光、机、电、液等很多技术，发生故障是难免的。

机械锈蚀、机械磨损、机械失效，电子元器件老化、插件接触不良、电流电压波动、温

度变化、干扰、噪声，软件丢失或本身有隐患、灰尘，操作失误等都可导致数控机床出故障。

为了便于维修，现将各系统的结构简介和维修如下。

关键词:

数控机床故障诊断，影响，分析故障，排除故障

第1章数控车床维修基础

1.1数控车床维修的基本要求

数控机床是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、精密侧量技术和机床设计等先进技术的典型机电一体化产品，其控制系统复杂、价格昂贵，因此它对维修人员素质、维修资料的准备、维修仪器的使用等方面提出了比普通机床更高的要求这些要求主要包括以下几个方面。

1.人员素质的要求：

⑴具有较广的知识面由于数控机床通常是集机械、电气、液压、气动等干体的加工设备，组成机床的各部分之间具有密切的联系，其中任何一部分发生障均会影响其他部分的正常工作。

数控机床维修的第一步是要根据故障现象，尽快判别故障的真正原因与故障部位，这一点即是维修人员必须具备的素质，但同时又对维修人员提出了很高的要求，它要求数控机床维修人员不仅仅掌握机械、电气两个专业的基础知识和基础理论，而且还应该熟悉机床的结构与计思想，熟悉数控机床的性能，只有这样，才能迅速找出故障原因，判断故障所在，此外，维修对为了对某些电路与零件进行现场测绘，作为维修人员还应当具备一定的工程制图能力。

⑵善于思考数控机床的结构复杂，各部分之间的联系紧密。

故障涉及面广。

而且在有些场合．故障所反映出的现象不一定是产生故障的根本原因。

作为维修人员必须从机床的故障现象通过分析故障产生的过程，针对各种可能产生的原因由表及里，透过现象看本质，迅速找出发生故障的根本原因井予以排除。

⑶重视急结积累数控机床的维修速度在很大程度上要依靠平时经验的积累，维修人员遇到过的问题、解决过的战障越多，其维修经验也就越丰富。

数控机床虽然种类繁多，系统各异，但其基本的工作过程与原理却是和同的

⑷善于学习，作为数控机床维修人员不仅要注重分析与积累，还应当勤于学习，善于学习。

数控机床，尤其是数控系统，其说明书内容通常都较多，有操作、

编程、连接、安装调试、维修手册、功能说明、PLC编程等。

⑸具备外语基础与专业外语基础虽然目前国内生产数控机床的厂家已经日益增多，但数控机床的关键部分数控系统还主要依靠进口，其配套的说明书、资料往往使用原文资料数控系统的报警文本显示亦以外文居多。

为了能迅速根据系统的提示与机床说明书中所提供信息，确认故障原因，加快维修进程，作为一个维修人员，最好能具备专业外语的阅读能力，提高外语水平，以便分析、处理问

题。

⑹能熟练操作机床和使用维修仪器数控机床的维修离不开实际操作，特别是在维修过程中．维修人员通常要进入一般操作者无法进行的特殊操作方式．如：

进行机床参数的设定与调整通过计算机以及软件联机调试利用PLC编程器监控等。

此外，为了分析判断故障原因维修过程中往往还需要编制相应的加工程序，对机床进行必要的运行试验与工件的试切削。

因此，从某种意义上说，一个高水平的维修人员，其操作机床的水平应比操作人员更高，运用编程指令的能力应比编程人员更强。

⑺具有较强的动手能力，动手是维修人员必须具备的素质。

但是，对于维修数控机床这样约精密、关键设备，动手必须有明确的目的、完整的思路、细致的操作。

动手前应仔细思考、观察，找准入手点动手过程中更要做好记录，尤其是对于电气元件的安装位置、导线号、机床参数、调整值等都必须做好明显的标记，以便恢复。

维修完成后，应做好“收尾”工作，如：

将机床、系统的罩壳、紧固件安装到位；

将电线、电缆整理整齐等。

在系统维修时应特别注意：

数控系统中的某些模决是需要电池保持参教的，对于这些板于和模块切忌随使插拔；

更不可以在不了解元器得州乍用的情况下随意调换数控系统、伺服驱动等部件中的器件、设定端子：

任意调整电位器，任意改变设呈未敬：

以避免产生更严重的后果。

2技术资料的要求

技术资料是维修的指南，它在维修工作中起着至关重要的作用．借助于技术资料可以大大提高维修工作的效率与维修的准确胜。

一般来说，对于重大的数控机床故障维修．在理想状态下，应具备以下技术资料：

⑴数控机床使用说明书它是由机床生产厂家编制井随机床提供的随机资料。

机床使用说明书通常包括以与维修有关的内容：

3工具的要求

维修机床需要所需要的相应的工具，一般工具，特殊工具等。

1.2故障的分析方法

1.按故障发生的部位分类

⑴主机故障，数控机床的主机通常指组成数控机床的机械、润滑、冷却、排屑、液压、气动与防护等部分。

主机常见的故障主要有：

因机械部件安装、调试、操作使用不当等原因引起的机械传动故障。

2）因导轨、主轴等运动部件的干涉、摩擦过大等原因引起的故障

3）因机械零件的损坏、联结不良等原因引起的故障，等等．

主机故障主要表现为传动噪声大，加工精度差、运行阻力大、机械部件动作不进行、机械部件损坏等等。

润滑不良、液压、气动系统的管路堵塞和密封不良，是主机发生故障的常见原因。

数控机床的定期维护、保养．控制和根除“三漏”现象发生是减少主机部分故障的重要措施．

⑵电气控制系统故障，从所使用的元器件类型上．根据通常习惯，电气控制系统故障通常分为“弱电”故障和“强电”故障两大类，“弱电”部分是指控制系统中以电子元器件、集成电路为主的控制部分。

数控机床的弱电部分包括CNC、

PLC、MDI/CRT以及伺服驱动单元、输为输出单元等。

“弱电”故障又有硬件故障与软件故障之分．硬件故障是指上述各部分的集成电路芯片、分立电子元件、接插件以及外部连接组件等发生的故障。

软件故障是指在硬件正常情况下所出现的动作出锗、数据丢失等故障，常见的有．加工程序出错，系统程序和参数的改变或丢失，计算机运算出错等。

“强电”部分是指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、电磁铁、行程开关等电气元器件及其所组成的控制电路。

这部分的故障虽然维修、诊断较为方便，但由于它处于高压、大电流工作状态，发生故障的几率要高于“弱电”部分．必须引起维修人员的足够的重视。

2.按故障的性质分类

⑴确定性故障

确定性故障是指控制系统主机中的硬件损坏或只要满足一定的条件，数控机床必然会发生的故障。

这一类故障现象在数控机床上最为常见，但由于它具有一定的规律，因此也给维修带来了方便确定性故障具有不可恢复性，故障一旦发生，如不对其进行维修处理，机床不会自动恢复正常．但只要找出发生故障的根本原因，维修完成后机床立即可以恢复正常。

正确的使用与精心维护是杜绝或避免故障发生的重要措施。

⑵随机性故障

随机性故障是指数控机床在工作过程中偶然发生的故障此类故障的发生原因较隐蔽，很难找出其规律性，故常称之为“软故障”，随机性故障的原因分析与故障诊断比较困难，一般而言，故障的发生往往与部件的安装质量、参数的设定、元器件的品质、软件设计不完善、工作环境的影响等诸多因素有关．随机性故障有可恢复性，故障发生后，通过重新开机等措施，机床通常可恢复正常，但在运行过程中，又可能发生同样的故障。

3．按故障的指示形式分类

⑴有报带显示的故障数控机床的故障显示可分为指示灯显示与显示器显示两种情况：

1）指示灯显示报警指示灯显示报警是指通过控制系统各单元上的状态指示灯（一般由LED发光管或小型指示灯组成）显示的报警.根据数控系统的状态指示灯，即使在显示器故障时，仍可大致分析判断出故障发生的部位与性质，因

此．在维修、排除故障过程中应认真检杳这些状态指示灯的状态。

2）显示器显示报警.显示器显示报警是指可以通过CNC显示器显示出报警号和报警信息的报警。

由于数控系统一般都具有较强的自诊断功能，如果系统的诊断软件以及显示电路工作正常，一旦系统出现故障，可以在显示器上以报警号及文本的形式显示故障信息。

数控系统能进行显示的报警少则几十种，多则上千种，它是故障诊断的重要信息。

1.3维修的基本步骤

数控机床发生故障时，操作人员应首先停止机床，保护现场，然后对故障进

行尽可能详细的记录，并及时通知维修人员。

故障的记录可为维修人员排除故障

提供第一手材料，应尽可能详细。

记录内容最好包括下述几个方面：

⑴故障发生时的情况记录

1）发生故障的机床型号，采用的控制系统型号，系统的软件版本号

2）故障的现象，发生故障的部位，以及发生故障时机床与控制系统的现象，

如：

是否有异常声音、烟、味等。

3）发生故障时系统所处的操作方式，如：

AUTO（自动方式）、MDI（手动

数据输入方式）、EDIT（编辑）、HANDLE手轮方式）、JOG（手动方式）等

4）若故障在自动方式下发生，则应记录发生故障时的加工程序号，出现故

障的程序段号，加工时采用的刀其号等。

5）若发生加工精度超差或轮廓误差过大等故障，应记录被加工工件号，并保留不合格工件工件6）在发生故障时，若系统有报警显示，则记录系统的报警显示情况与报警

号。

通过诊断画面，记录机床故障时所处的工作状态。

系统是否在执行

M、S、

T等。

功能？

系统是否进入暂停状态或是急停状态？

系统坐标轴是否处于

互锁”状态？

进给倍率是否为0%？

等等

7）记录发生故障时，各坐标轴的位置跟随误差的值

8）记录发生故障时．各坐标轴的移动速度、移动方向，主轴转速、转向等。

⑵故障发生的频繁程度记录

1）故障发生的时例与周期，如：

机床是否一直存在故障？

若为随机故障．

则一天发生几次？

是否频繁发生？

2）故障发生时的环境情况，如：

是否总是在用电高峰期发生？

故障发生时

数控机未旁边的其他机械设备下作是否正常？

3）若为加工零件时发生的故障，则应记录加工同类工件时发生故障的概率情况。

4）检查故障是否与“进给速度”、“换刀方式”或是“螺纹切削”等特殊动作有关

⑶故障的规律性记录

1）在不危及人身安全和设备安全的情况下，是否可以重演故障现象？

2）检查故障是否与机床的外界因素有关？

3）如果故障是在执行某固定程序段时出现，可利用MDI方式单独执行该程

序段，检查是否还存在同样故障？

4）若机床故障与机床动作有关，在可能的情况下，应检查在手动情况下执

行该动作．是否也有同样的故障？

5）机床是否发生过同样的故障？

周围的数控机床是否也发生同一故障？

等

⑷故障时的外界条件记录

1）

发生故障时的周围环境温度是否超过允许温度？

是否有局部的高温存

在？

动？

等强电磁干扰源？

8）故障发生时，附近是否正在安装成修理、调试机床？

是否正在修理、调

试电气和数控装置？

2.1CNC系统的主要故障

（1）以CNC系统为研究对象，可按故障成因进行分类（即按CNC系统内因

与外因分类方法）可以分为以下几种：

按内/外因的故障分类有非关联性故障（外

因造成）和关联性故障（内因造成）非关联性故障（外因造成）：

运输、安装、

调试不当，工作地环境不良，非器件本身断线、虚焊、异物、短路、接触不良

等的硬件性故障

电网电压不稳/突然停电/干扰突发性的欠压/过压/过流/热损耗等关联性故障（内因造成）

固有性、重演性故障——在一定条件下必然发生、易找出规律来排除

随机性、偶发性的故障——需反复实验才能找出、难找，显然，操作员与维修员的工作失误，必然引发故障。

“人为”因素，除了损坏性动作外，一般造成的故障是“软件故障”。

所以，如果我们把人与机器视为“统一体”，那么把他们的失误造成故障的成因也可看作是数控系统的内因。

“电磁干扰”，表面上是外因，但是外因是通过内因而起作用的。

所以，分析时需要寻找数控系统的防干扰措施不完备而“未御敌于门外”的原因。

2）数控机床故障按发生性质分类分成

主机故障和

电气故障。

主机故障主要是发生于机床本体部分（机床侧）的机械故障。

电气故障分成强电故障与弱电故障。

强电故障，主要是指发生于机床侧的电器器件及其组成电路故障。

弱电故障是数控机床故障诊断的主要难点，存在于

CNC装置系统，可以分成硬件故障与软件故障。

数控机床的主要故障类型是电气故障，主要是系统内因所致。

据统计：

约30%的故障来自于机床低压电器。

占有较高故障率的故障来自于：

检测元件及其电路、浮躁的I/O电路、印刷电路板及其元器件约占5%的“不明故障”是起因于被干扰的数字信号（或存储的数据与参数）约10%的故障起因于监控程序、管理程序以及微程序等造成的软件故障新程序或机床调试阶段，操作工失误造成不少“软件”故障在实际应用中，经常将涉及操作失误、电磁干扰造成数据或参数混乱，归于“软件”故障。

所以，以后分析中也常将故障分成“硬性故障”和“软性故障”。

实际工作中，硬性故障泛指所有的低压电器、电子元器件及其连接与线路故障。

CNC系统的常见软件故障现象及其原因简单可归纳为以下几点

A:

—种故障现象可以有不同的成因。

（例如键盘故障，参数设置与开关都存

在问题可能。

）

B:

同中成因可以导致不同的故障现象。

C:

有些故障现象表现表面是软件故障，而究其成因是，却有可能是硬件故障或干扰、人为因素造成。

所以查阅维修档案与现场调查对于诊断分析十分重要的。

通常为了方便起见，将电器件故障与硬件故障混合在一起，通称为硬件故障。

所以在后面的分析中的“硬件故障”，是指CNCS统中电器与电子器件/线缆/线路板及其接插件/电气装置等故障。

有些故障现象表现为硬件不工作或工作不正常，而实际涉及的成因却可能是

软性的或参数设置问题。

例如，有的是控制开关位置不错置的操作失误。

控制开关不动作可能是在参数设置为“0”状态，而有的开关位置正常（例如急停、机床锁住与进给保持开关）可能在数设置中为“1”状态等。

又如，伺服轴电机的高频振动就与电流环增益参数设置有关。

再如，

超程与不能回零可能是由于软超程参数与参照点设置不当引起的。

同样，参数设置的失匹，可以造成机床的许多控制性故障。

也就是说，故障机理中的软与硬经常是“纠缠”在一起，给诊断工作与故障定位带来困难。

因此，“先软后硬”，

先检查参数设置与相对硬件的实时状态，将有助于判别软件故障还是硬件故障。

其实，“据理析象”就是基于分析、归纳与总结故障现象所有可能怜惜到的一切

成因（故障机理）。

器件故障包括:

低压电器故障、传感器故障、总线装置故障、接口装置故障、直流电源故障、控制器故障、调节器故障、伺服放大故障等。

器件故障的成因，可以归为两类:

一类是，器件功能丧失引起的功能故障（或称“硬性故障”）。

一般采用静态检查，容易查出。

其中又可以分成可恢复性的和不可恢复性的。

器件本身硬性损坏，就是一种不可恢复的故障，必须换件。

而接触性、移位性、污染性、干扰性

（例如散热不良或电磁干扰）以及接线错误等造成的故障就是可以恢复的。

另一类是，器件的性能故障（或称“软性故障”）。

即器件的性能参数变化以致部分功

能丧失。

一般需要动态检查，比较难查。

例如传感器的松动、振动与噪声、温升、

动态误差大、加工质量差等。

自诊断功能是数控系统的重要特点。

数控系统的自诊断技术，是指系统在运行中，在基本不拆卸的情况下，即可掌握系统运行的状态信息，查明故障部位与原因，或预知系统劣化动向，并给出对策的技术。

目前，CNC系统自诊断技术包括如下几种类型:

状态诊断：

机床在负载情况下主轴与进给轴的运动状态。

动作诊断：

诊断机床主轴、自动换刀（ATC装置、工作台自动交换装置（APCC的各个动作及动作的不良部位。

点检诊断：

定时、循环式点检关键低压电器、伺服接口、液压及气动元件等的状态。

操作诊断：

监视程序错误（奇偶校验等）、输入数据，以及操作错误等。

系统诊断：

诊断CNC装置本身的关键元器件与线路板等的状态。

第3章华中数控机床常见故障诊断及维修实例

3.1数控机床出现急停故障

伺展允许

继电器枠A®

用于当数控系统或数控机床出现紧急情况，需要使数控机床立即停止运动或切断动力装置（如伺服驱动器等）的主电源；

当数控系统出现自动报警信息后，须按下急停按钮。

带查看报警信息并排除故障后，再松开急停按钮，使系统复位并回复正常。

3.1.1机床一直处于急停状态，不能复位

分析及处理：

1、电气方面的原因

a、急停回路短路

b、限位开关的损坏

C、急停按钮损坏

措施：

1.检查超程限位开关的常闭触点，更换开关或按钮；

2.检查急停按钮的常闭触点,若未装手持单元或手持单元上无急停按钮,XS8接口中的4和17脚应短接

2、系统参数设置错误，使系统信号不能正常输入输出或复位条件不能不能满足引起的急停故障；

PLC软件未向系统发送复位信息。

检查KA中间继电器;

检查PLC程序。

检查PLC程序

3、PLC中规定的系统复位所需要完成的信息为满足要求。

如伺服动力电源是否准备好；

检查电源模块；

检查电源模块连接线；

检查伺服动力电源空气开关。

4、PLC程序编写错误

3.1.2在自动运行的过程中，报跟踪误差过大引起的急停故障

1、负载过大

如负载过大，或者夹具夹偏造成的摩擦力或阻力过大，从而造成加在伺服电动机的扭矩过大，使电动机造成了丢步形成了跟踪误差过大。

2、编码器的反馈出现问题

编码器的电缆是否出现了松动，或者用示波器检查编码器所反馈回来的脉冲是否正常。

3、伺服驱动系统强电电压不稳或者电源缺相引起。

3.1.3伺服单元报警引起的急停

伺服单元如果报警或者出现故障，PLC检测到后可以使整个系统处在急停状态，直到将伺服部分的故障排除，系统才可以复位，如果是因为伺服驱动器报警而引起的急停，有些系统可以通过急停对整个系统进行复位，包括伺服驱动器，

可以消除一般报警。

3.1.4主轴单元报警引起的急停

分析及处理:

主轴单元如果报警或者出现故障，PLC检测到后可以使整个系统处在急停状态，直到将主轴部分故障排除，系统才可以复位，如果是因为主轴驱动器报警而

包括伺服驱动器，可

出现的急停，有些系统可以通过急停对整个系统进行复位,以消除一般的报警。

常见原因:

a、主轴空开跳闸

b、主轴单元报警或主轴驱动器出错

3.2机床回参考点（回零）故障

3.2.1参考点编码器类故障分析与维修

按机床检测元件检测原点信号方式的不同，返回机床参考点的方法有两种,栅点法和磁开关法。

在栅点法中，检测器随着电机一转信同时产生一个栅点或一个零位脉冲，在

机械本体上安装一个减速挡块及一个减速开关，当减速撞块压下减速开关时，即释放开关后，数控系统检测到的第一个栅点或信号即为原点。

在磁开关中，在机械本体上安装磁铁及磁感应原电开关，当磁感应开关或接近开关检测到原点信号后，伺服电机立即停止运行，该停止点被认为原点。

回参考点动作如下：

1、在手动方式，选择“回参考点”操作方式

2、按对应轴的方向键

3、坐标轴以机床参数设定的“回参考点快移”速度Vc向参考点移动

4、当“参考点减速”挡块压上后（压上减速开关），参考点减速信号（*DEC）生效，电机减速

5、图a方式减速到零后，机床参数设定的“参考点减速”速度Vm反向运行;

图b方式则减速到机床参数设定的“参考点搜索速度”Vm继续向前运行

6越过参考点减速挡块后，*DEC信号恢复，坐标轴继续以搜索速度运行

7、在参考点减速挡块放开后，位置检测装置的第一个“零脉冲”到达后开始记数，当到达机床参数设置的“参考点偏移量”后，坐标轴停止运动，回参考点运动结束

3.2.2回零重复性差或参考位置偏差

1、滚珠丝杆间隙增大（修磨滚珠丝杆螺母调整垫片，重调间隙）

2、回零轴轴承座润滑不良，轴承磨损或损坏（加润滑脂，更换轴承）

3、电机与机床的连接松动或不正确（如：

联轴节松动）

4、回零减速开关或挡块变动，引起重复性不稳

5、回零减速开关或挡块变动，引起参考点位置偏差

6、位置编码器的供电电压太低（供电电压不能低于4.8伏，采用多芯绞束方法给编码器供电，减小线路降压）

7、位置编码器编码不良

8、电动机输入代码错误，电动机矩力小

9、回参考点计数器容量设置错误（重新计算并设置参考点计数器的容量）

10、相应轴的伺服参数不对

11、伺服控制板或伺服接口模块不良（更换）

12、机械刚接通电源时，没有执行返回参考点

13、干扰引起

a、检查位置编码器反馈信号线是否屏蔽（需采用屏蔽双绞线，并两端接地），坐标轴控制电缆应采用双绞屏蔽电缆

b、位置编码器的反馈信号线与电机的动力线应分开走线

C、电机、伺服驱动器外壳需通过电柜接地

d坐标轴控制电缆与其他强电电缆尽量远离且不要平行布置，坐标轴控制电缆屏蔽可靠接地，坐标轴控制电缆尽量不要缠绕

3.2.3参考点位置偏差一个栅格（参考点发生整螺距偏移）

分析与处理：