数控机床维修技术浅析.docx

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数控机床维修技术浅析

河北机电职业技术学院毕业设计论文

数控机床维修技术浅析

2016届机械工程系

专业机电设备维修与管理

学号1

学生姓名陆文达

指导教师孙志平

完成日期2016年5月13日

毕业设计（论文）任务书

毕业设计（论文）题目：

数控机床维修技术浅析

专业：

机电设备维修与管理姓名：

陆文达

毕业设计（论文）工作起止时间：

2015年12月1日至2016年5月13日

毕业设计（论文）的内容要求：

1.了解数控机床维修的重要性。

2.能够准确的判断出机床的故障原因。

3.知道维修机床前所需的准备工作。

4.掌握机床故障的的种类以及解决的方法。

5.数控机床的维护和要遵循的原则

6.得出结论

*******

摘要

　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，分析故障，排除故障

第一章数控机床维修概述

1.1数控机床维修的基本要求

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人员素质的要求。

维修人员的素质直接决定了维修效率和效果为了迅速、准确判断故障原因，并进行及时、有效的处理，恢复机床的动作、功能和精度作为数控机床的维修人员应具备以下方面的基本条件。

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、气动等干一体的加工设备，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故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要掌握机械、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设计思想，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。

通俗地讲，数控机床的维修人员从某种意义上说应“多动脑，慎动手’,切忌草率下结论，自月更换元器件．特别是数控系统的模块以及印刷电路板

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。

因此，维修人员在解决了某故障以后，应对维修过程及处理方法进行及时总结、归纳．形成书面记录，以供今后同类故障维修参考。

特别是对十自己时难以解决，最终由同行技术人员或专家维修解决的问题，尤其应该细心观察，认真记录，以便十提高。

如此日积月累，以达到提高自身水平与素质的目的。

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。

这些手册、盗料少则数十万字．多到上千万字，要全面掌握系纹的全部内容绝非一日之功而民在实际维修时，通常也不可能有太多的时间对说明书进行全面、系统的学习。

因此，作为维修人员要像了解机床、系统的结构那样全面了解系统说明书的结构、内容、范围井根据实际需要，精读某些与维修有关的重点章节，理清思路、把握重点、详略得当切忌大海捞针、无从下手。

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。

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：

1）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。

加强数控系统的维护检查，确保电气箱的密封，可靠的安装、连接，正确的接地和屏蔽是减少、避免此类故障发生的重要措施。

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白：

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。

如：

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？

2）故障发生时，周围是否有强烈的振动源存在？

3）故障发生时，系统是否受到阳光的直射？

4）检查故障发生时电气柜内是否有切削液、润滑油、水的进入？

5）故障发生时，输入电压是否超过了系统允许的波动范围？

6）故障发生时，车间内或线路上是否有使用大电流的装置正在进行起、制动？

7）故障发生时，机床附近是否存在吊车、高频机械、焊接机或电加工机床等强电磁干扰源？

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？

1.4.2维修前的检查

维修人员故障维修前，应根据故障现象与故障记录，认真对照系统、机床使用说明书进行各顶检查以便确认故障的原因。

这些检查包括：

⑴机沫的工作状况检查

1）机床的调整状况如柯？

机沐工作条件是否符合要求？

2）加工时所使用的刀具是否符合要求？

切削参数选择是否合理、正确？

3）自动换刀时，坐标轴是否到达了换刀位置？

程序中是否设置了刀具偏移量

4）系统的刀具补偿量等参数设定是否正确？

5）系统的坐标轴的间隙补偿量是否正确？

6）系统的设定参数（包括坐标旋转、比例缩放因子、镜像轴、编程尺寸单位选择等）是否正确？

7）的工件坐标系位置，“零点偏置值”的设置是否正确？

8）安装是否合理？

侧量手段、方法是否正确、合理？

9）零件是否存在因温度、加工而产生变形的现象？

等等

⑵机床运转清况检查

1）在机床自动运转过程中是否改变或调整过操作方式？

是否插入了手动操作？

2）机床侧是否处于正常加工状态？

工作台、夹具等装置是否处于正常工作位置？

3）机床操作面板上的按扭、开关位置是否正确？

机床是否处于钱住状态？

倍率开关是否设定为“O”?

4）机床各操作面板上、数控系统上的“急停”按扭是否处十急停状态？

5）电气柜内的熔断器是否有熔断？

自动开关、断路器是否有跳闸？

6）机床操作面板上的方式选择开关位置是否正确？

进给保持按钮是否被按下？

⑵机床和系统之间连接清况的检查

1）检查电缆是否有破损，电缆拐弯处是否有破裂、损伤现象？

2）电源线与信号线布置是否合理？

电缆连接是否正确、可靠？

3）机床电源进线是否可靠接地？

接地线的规格是否符合要求？

4）信号屏蔽线的接地是否正确？

端子板上接线是否牢固、可靠？

系统接地线是否连接可靠？

5）继电器、电磁铁以及电动机等电磁部件是否装有噪声抑制器？

等等

⑷CNC装置的外观检查

1）是否在电气柜门打开的状态下运行数控系统？

有无切削液或切削粉末进入柜内？

空气过沈器清洁状况是否良好？

2）电气柜内部的风扇、热交换器等部件的工作是否正常？

3）电气柜内部系统、驱动器的模块、印制电路板是否有灰尘、金属粉末等污染？

4）在使用纸带阅读机的场合，检查纸带阅读机是否有污物？

阅读机上的制动电磁铁动作是否正常？

5）电源单元的熔断器是否熔断

6）电缆连接器插头是否完全插入、拧紧？

7）系统模块、线路板的数量是否齐全？

模块、线路板安装是否牢固、可靠？

8）机床操作画板MDl/CRT单元上的按钮有无破损，位置是否正确？

9）系统的总线设置，模块的设定端的位置是否正确？

⑸有关穿孔纸带的检查旱期的系统，加工程序一般是用纸带读入的。

如果发现是由于穿孔纸带读入的信息不对而引起故障时，需要检查并记录下述内容

1）纸带阅读机开关是否止常？

2）有关纸带操作的设定是否正确，操作是否有误？

3）纸带是否有折、皱现象？

4）纸带上的孔是否有破损？

5）纸带上的接头处连接是否平整？

6）纸带以前是否用过？

7）使用的是黑色纸带还是其他颜色的纸带？

总之．维修时应记录、检查的原始数据、状态较多，记录越详细，维修就越方便，用户最好根据本厂的实际清况，编制一份故障维修记录表，在系统出现故障时，操作者可以根据表的要求及时填入各种原始材料，供维修时参考。

第二章FANUC系统的故障诊断与维修

2.1FANUC系统的故障诊断

FANUC公司早期生产的数控系统如（FS6、FS11、FS0等）系统的电源御断控制一般都配套有FANUC公司生产的独立型“输入单元”模块，（模块号：

A14C-0061-B101-B104），通过相应的外部控制信号，通过相应的外部控制信号，进行数控系统、伺服驱动的电源通、断控制。

而在FANUC0系统中，则比较多地采用输入单元与电源集成一体的电源控制模块FANUCAI电源单元。

对于采用独立型“输入单元”模块的FANUC系统．电源不能接通的故障诊断，可以根据输入单兀上的绿色状态指示灯PIL，电源报警红色指示灯ALM的状态，进行如F检查．判

断故障原因。

⑴电源指示灯PIL不亮

l）CNC电源未加入，端子TPI上无电源。

应根据机床生产厂家的电气原理图，检查机床中与CNC电源输入有关的电路

2）端子TPI上有电源。

应检查电源输入熔丝Fl、F2是否熔断辅助电源控制回路是否存在故障。

⑵电源指示灯PIL亮，报警指示灯ALM不亮这是电源模块的正常工作状态，如果在这状态下仍然无法接通系统电源，可能的原因有．

l）接通电源的条件未满足。

应检查输入单元的电源接通条件，具体如下：

①电气柜门“互锁”（DOOR1/DOOK2）触点闭合。

②外部电源切断E-OFF（TP2的EOF与COM间）触点闭合。

③MDI/CRT单元上的电源切断OFF按钮触点闭合。

④MDI/CRT单元上的电源接通ON按钮触点短时闭合。

2）输入单元元器件损坏

⑶电源指示灯PIL、报警指示灯ALM同时亮报替指示灯亮，表明系统的控制电源回路或外部存在报警，可能的原因有：

1）电源模块的＋24V/士15V/+5V电源故障

2）CP1-5/6的连接错误。

对干采用电源单元AI的FANUC系统．电源不能接通的故障诊断同样可以根据电源单元A1上的绿色状态指示灯PIL、电源报警红色指示灯ALM的状态．进行如下检查，判断故障原因。

⑴电源指示灯PIL不亮

1）CNC电源未加入．即：

端子CPI上无输入电源。

应根据机床生产厂家的电气原理图，检查机床中与CNC电源输入有关的电路。

2）端子CPI上有电源，但PIL指示灯不亮。

应检查电源单元输入熔丝F11、F12是否熔断。

3）若熔丝和电源电压均正常，但PIL指示灯不亮．应检查电源单元的辅助电源控制回路是否存在故障。

⑵电源指示灯PIL亮，报警指示灯ALM不亮这是电源模块的正常工作状态，如果在这状态下仍然无法接通系统电源，可能的原因有：

1）接通电源的条件未满足。

应检查电源单元的电源接通条件，具体如下：

①MDI/CRT单元上的电源切断OFF按钮触点闭合

②MDI/CRT单元上的电源接通洲按钮触点短时闭合．

③无外部报警信号输入，即：

CP3/2-CP3/4为断开状态

④无来自电源模块的士15v/+5V电源报警。

3）输入单元元件损坏。

⑶电源指示灯PIL、报警指示灯ALM同时亮报警指示灯亮．表明系统的控制电源回路或外部存在报警，可能的原因有：

l）来自电源模块的士15V/+5V电源报警输入

2）外部报警信号已被输入，CP3/2一CP3/4触点被断开。

3）CPI、CP3的连接错误。

2.2FANUC系统的基本检查与测试

（1）部件的外观检查数控装置与伺服驱动的外观检查应包括以下几个方面：

1）检查MDI/CRT单元、机床操作面板等单元的元器件外观有无破损。

2）检查控制单元、伺服驱动器、电源单元、I/O单元、PLC、电动机及编码器等单元的元器件有无不良；外形是否有破损、污染。

3）各连接电缆是否有破损、绝缘损坏或插接不良等。

（2）安装检查

1）检查控制单元、伺服驱动器、电源单元、I/O单元、PLC等单元是否安装牢固，模块是否有松动、脱落现象。

2）检查面板上、机床上的操作元器件是否安装牢固。

3）检查连接电缆线是否按照要求布置、固定，电缆插头是否已经可靠固定。

4）检查各I/O连接端子的接线是否有松动，安装是否牢固等。

（3）连接检查

1）检查系统、驱动的电源连接是否正确。

2）检查CNC、SV驱动器、PLC、I/O单元的接地线连接是否正确，线径是否足够大，连接位置是否合理，保护地是否为单点接地。

3）检查信号电缆是否已经可靠、合理接地。

4）如果电缆线已经更换，则应检查更换的电缆线是否符合系统要求；屏蔽层是否已经可靠连接等。

电源电压的确认

作为系统的输入电压，应根据系统所使用电压的不同，满足系统安装、使用说明书规定的要求。

一般来说，系统对于输入电压的基本要求如下：

（1）交流输入电压系统交流主回路与控制回路的电压：

AC380V输入：

电压值：

380（）1V：

频率：

（50±1）Hz；

AC220V输入：

电压值：

220

（1）V；频率：

（50±1）Hz：

AC200V输入：

电压值：

200

（1）V：

频率：

（50±1）Hz：

（2）FANUC系统各单元规定的交流输入电压控制单元的电源输入：

AC200

（1）V；频率：

（50±1）Hz；或AC220

（1）V；（60±1）Hz：

但不宜是AC200V/（60±1）Hz：

伺服单元的电源输入：

AC200

（1）V；频率：

（50±1）Hz；或AC220

（1）V；（60±1）Hz：

但不宜是AC200V/（60±1）Hz：

当使用FANUC标准电源变压器时，可以使用的输入电压为：

AC200V、220V、230V、240V、380V、415V、440V、450V、480V、550V（误差不超过+10％，－15％），系统输入电压应按照上述要求进行连接。

（3）直流输入电压DC24V输入：

电压值：

24（1±10％）V；并经过符合要求的滤波处理。

在部分系统中，由于系统内部采用了开关稳压电源，因此允许输入电源有较大的允差。

在这种前提下，对DC24V输入的要求为：

电压值：

24（1±）V；并经过符合要求的滤波处理。

（4）系统电源模块的输出电压系统电源模块的输出电压，主要是指供给系统内部各单元使用的各类电压，电压值必须保证正确。

维修时应对其进行测量、检查，并通过系统电源内部的相应调整元器件的调整，保证各电压值在允许范围内。

在FANUC系统中，常用的电压种类与要求如下：

1）系统逻辑电路用5V电压：

+5（±5％）V。

2）系统输入、输出信号，显示器用24V电压：

+24（1±lO％）V。

3）系统外部输入、输出信号用24V电压：

+24（1±10％）V。

4）系统位置控制电路用+15V电压：

+15（1±5%）V。

5）系统位置控制电路用－15V电压：

-15（1±5％）V。

6）系统电源模块基准10V电压：

+10（1±0.5%）V。

当系统发生故障时，首先需要判别故障发生的部位，即：

初步确定故障发生在系统内部还是系统外部。

当故障发生在系统外部时，还需要判别故障是由PLC程序逻辑条件不满足或是机床侧的元器件故障引起的。

在某些情况下，机床也可能因为系统处在等待外部信号输入的状态，而暂时无动作。

为此，在维修时，应熟练掌握系统的自诊断技术，随时检查系统、PLC、机床的接口信号状态与系统的内部工作状态，以便判断故障原因。

在维修中，系统状态的检查包括接口信号诊断与系统状态诊断两个方面。

在不同的数控系统中，状态诊断的内容与方法不尽相同，维修人员应根据机床的实际使用系统情况，对照有关说明书进行。

以FS0系统为例，表2-1列出了FS0系统主要接口信号与对应的诊断参数范围。

对于数字I/O信号，诊断参数的每一字节的相应位与对应的输入/输出状态一一对应，“1”代表信号接通，“0”代表信号断开。

由此可见，通过检查诊断参数可以获得大量维修时所需要的信息。

第三章SIEMENS系统的故障诊断与维修

3.1SIEMENS系统的故障诊断于维修

FANUC公司早期生产的数控系统如（FS6、FS11、FS0等）系统的电源御断控制一般都配套有FANUC公司生产的独立型“输入单元”模块，（模块号：

A14C-0061-B101-B104），通过相应的外部控制信号，通过相应的外部控制信号，进行数控系统、伺服驱动的电源通、断控制。

而在FANUC0系统中，则比较多地采用输入单元与电源集成一体的电源控制模块FANUCAI电源单元。

对于采用独立型“输入单元”模块