1、数控设备故障诊断与维修数控设备故障诊断与维修实用教程复习大纲第一章习题1、数控设备的基本结构由几大部分组成？这几大部分的作用分别是什么？ 解：数控设备的基本结构通常由机床主体、数控装置和伺服系统三部分组成。机床主体的组成部分与该类普通机床基本相同，但为了实现其特殊的整体功能要求，简化了主轴箱及其变速、变向等传动系统；简化了从主轴至工作台（或刀架滑板）间的机械传动结构；广泛采用了提高机床刚性、减小振动及摩擦阻力等措施（如倾斜导轨，构件动平衡，采用滚珠丝杠、滚动导轨等）；增加了多刀架、多工作台、自动送料及自动排屑装置等。数控装置的作用是，接收通过加工程序等输入的几何信息、工艺信息及机床辅助动作等信
2、息，经处理和分配后，向驱动机构发出执行的命令。在执行过程中，同时又将反馈回来的有关信息进行处理，然后发出新的执行命令，以完成信息输入、轨迹插补及位置控制这三项基本任务。伺服系统的作用是，将从数控装置输出线路接收到的微弱脉冲电信号经整形、放大等电路处理为较强的电信号后，将其接收到的有关数字量信息转换成模拟量信息，从而驱动执行电机带动机床主轴或进给机构按规定的速度和信息进行运动（角位移或直线位移）。2、数控系统中的数控装置将完成哪几项基本任务？解：数控装置主要完成接收通过加工程序等输入的几何信息、工艺信息及机床辅助动作等信息，经处理和分配后，向驱动机构发出执行的命令。在执行过程中，同时又将反馈回来
3、的有关信息进行处理，然后发出新的执行命令，以完成信息输入、轨迹插补及位置控制这三项基本任务。3、简述伺服系统在数控设备中的作用。解：伺服系统的作用是，将从数控装置输出线路接收到的微弱脉冲电信号经整形、放大等电路处理为较强的电信号后，将其接收到的有关数字量信息转换成模拟量信息，从而驱动执行电机带动机床主轴或进给机构按规定的速度和信息进行运动（角位移或直线位移）。4、为什么说检测反馈装置是高性能数控设备中的重要组成部分？解：检测反馈装置将检测元件准确测出的直线位移或角位移迅速反馈给数控装置，以便与加工程序给定的指令值进行比较。如果比较出有误差，数控装置将向伺服系统发出新的修正命令，并如此反复进行，
4、达到消除其误差的目的。检测元件的精度越高，其检测的分辨率越高。所以，高性能数控设备的控制精度主要取决于检测反馈装置的精度。5、可编程序控制器与数控装置中的微处理器均以中央处理单元（CPU）为主体，但完全采用可编程序控制器进行控制的机床却不能称为数控设备，为什么？解：数控装置中的微处理器（CPU）通过接收加工程序等输入的几何信息、工艺信息及机床辅助动作等信息，经处理和分配后，向驱动机构发出执行的命令。在执行过程中，同时又将反馈回来的有关信息进行处理，然后发出新的执行命令，以完成信息输入、轨迹插补及位置控制这三项基本任务。数控装置的微处理器，主要完成对数控加工的控制和运算。而可编程序控制器主要配合
5、数控系统以交换不同处理方式下的控制信息，完成对数控设备的主轴功能（S）、辅助功能（M）及刀具功能（T）的控制，其主要作用是解决工业设备的逻辑关系与开关量控制。所以，可编程序控制器进行控制的机床却不能称为数控设备。6、数控设备的结构特点有哪些？其中属软件性质特点的体现在哪几个方面？解：数控设备的结构特点有：1高刚度；2高柔性；3高灵敏度；4热变形小；5高抗振性；6高精度保持性；7高可靠性。 其中属软件性质特点的是高柔性和高可靠性。高柔性表现在当数控设备的加工对象改变时，只需要改变加工程序和重新调整刀具，就能自动完成工件的加工，而不必对进行特殊调整。高可靠性是指数控设备中的CNC系统软件、系统管理
6、软件和自诊断系统必须保证其在长期工作中的可靠性。7简述数控设备的工作原理。解：数控装置内的计算机对通过输入装置以数字和字符编码方式所记录的信息进行一系列处理后，再通过伺服系统及可编程序控制器向机床主轴及进给等执行机构发出指令，机床主体则按照这些指令，并在检测反馈装置的配合下，对工件加工所需的各种动作，如刀具相对于工件的运动轨迹、位移量和进给速度等项要求实现自动控制，从而完成工件的加工。8数控设备的安装原则是什么？解：安装原则是：选择良好的工作环境（避开阳光直射、电弧光与热源辐射、强电及强磁干扰，工作场地要清洁、防震、空气干燥、温差较小等），确定机床各部分的安装位置，校正机床水平位置，固牢机床并
7、有利于机床的安全使用，最终符合数控设备安装技术的各项规定。9数控设备安装工作的步骤主要有哪些？在每一步骤进行过程中，应各注意什么问题？解：见教材第一章第6页（1.2.3）的内容.10数控设备的调试工作有何意义？调试工作包括哪些主要内容？解：数控设备的调试是机床正式使用前极其重要的工作，也是过程较直观的最后一项准备工作。调试工作的内容较多，调整和试验还常常交叉进行，技术性很强。调试工作的质量如何，不仅影响到机床能否正常启用，还关系到机床能否长期正常运转及减少故障几率，延长机床寿命等环节。调试工作包括：参数设定或确认；确认数控系统与机床间各接口信号的状态；通电试车；机床几何精度和数控功能的调试及试
8、运行等。11当一台数控车床的试运行过程即将结束时，偶然发生了某一故障，但经过近两天的认真分析和查找，最终可靠地排除了该故障，请说明这时是否可以结束该运行检验？为什么？解：在试运行期间发生了任何故障，不可以结束检验运行。按国家标准（GB90611988）所规定的自动运行检验时间，要求其在自动运行期间，不发生除操作失误之外的任何故障。如在该期间发生故障或排除故障的时间超过了有关规定，则应对机床重新进行调整，再从头开始进行标准规定时间的连续自动运行检验。12数控设备的验收工作有哪些主要内容？解：数控设备在出厂时已通过出厂验收，但由于包装、运输及组装等诸多因素影响，用户尚需按下述内容逐项进行检查、测量
9、、试验等验收工作，以保证机床满足使用要求。数控设备的验收工作包括：机床的开箱；机床主体几何精度的验收；机床定位精度的验收；数控系统的验收；机床性能的验收及切削精度的验收等。13切削精度的验收工作分为哪几种？在其验收工作中应注意哪些问题？解：切削精度的验收可参照JB267082中规定的有关条文进行，或按机床所附有关技术资料规定的具体条件进行。切削精度检测又可分为单项加工精度检测和综合加工精度检测。不同类型的机床，其检测内容也有所不同，用户可根据自己的检测条件和要求，合理进行选择。第二章习题习题1提高平均无故障时间、减少平均修复时间与提高设备的有效度的关系是什么？提高平均无故障时间、减少平均修复时
10、间的途径是什么？答：根据公式，要想提高的有效度A，就应提高平均无故障时间MTBA，减少平均修复时间MTTR。提高平均无故障时间，就要考虑改进设备零件的可靠性设计，延长设备零件的寿命。减少平均修复时间，就要提高有关工程技术人员的管理水平和技术水平，减少故障的发生，而且在故障发生后，能组织及时有效的处理。习题2试用浴盆曲线反映的数控机床的故障率随时间变化的规律，说明为什么在用户购置数控机床的质保期一年内，应让机床满负荷运行？答：浴盆曲线表明，在整个使用寿命期内，数控机床的故障频度大致可分为早期故障期、偶发故障期及耗损故障期三个阶段。早期故障期出现故障的可能性较大；偶发故障期出现故障的可能性较小；耗
11、损故障期出现故障的可能性较大。由于一年内出现故障的可能性较大，加之生产厂家在此期间内要为用户提供质保服务，故应让机床满负荷运行，让早期故障尽可能地多地暴露出来，以便得到圆满解决。习题3数控机床的故障大致可分为哪几类？各类故障的主要特征是什么？答：常见的数控设备故障可分为机械故障和电气故障、系统性故障和随机故障、有报警显示故障和无报警显示故障、破坏性故障和非破坏性故障、机床品质下降故障、硬件故障和软件故障。各类故障的主要特征详见教材相关部分。习题4为什么说“对机床诊断技术提供的信息也应持分析态度，不可不信，也不可全信”？答：因为其一，机床诊断技术提供的信息毕竟有相当准确的判断依据，可以帮助用户准
12、确地判断故障原因，故不可不信；但由于故障现象五花八门，故障原因错综复杂，任何先进的自诊断系统也都难免没有需要不断完善之处，故又不可全信。习题5数控机床故障检查常用的直观法、自诊断功能法、功能程序测试法、交换法、转移法、参数检查法、测量比较法、敲击法、局部升温法、原理分析法的使用要点是什么？答：方法较多，难以一一作答，请见教材相关部分。习题6逻辑探针检测单条线上逻辑电平高低时，其靠近探针尖端的逻辑电平指示灯可能给出哪四种指示？答：逻辑探针检测单条线上逻辑电平高低时，指示灯可以给出关闭；暗淡（半亮）；明亮（全亮度）；断续闪亮四种指示。习题7试述使用逻辑脉冲发生器测试逻辑门的基本方法。答：将逻辑脉冲
13、发生器产生的脉冲信号注入到逻辑门的输入端，面同时用逻辑探针来监测逻辑门的输出端，当然要用一个固定电位打开逻辑门，见图2-6。如果门的输出端没有检测到脉冲，则向门的输出端加脉冲。若门的输出端没有与Vcc或地短路，则逻辑探针应指出一个与原来指示相反的脉冲，见图2-7。不然的话，在去掉IC之前，要检查外部短路（焊料跨接等等）。习题8试述使用电流跟踪器确定电路板上低阻抗故障所在的准确位置的基本方法。答：每当出现低阻抗故障，就可以用一个逻辑脉冲发生器激励短路结点，并用电流跟踪器进行电流跟踪，见下图。习题9试述使用逻辑探针和逻辑脉冲发生器检查结点对Vcc或对地线短路故障的基本方法。答：Vcc对地是否短路只
14、要用万用表量一下子就可以确定，但在什么地方短路这就要用电流跟踪器，断开Vcc电源，用脉冲发生器来供给电源接点引出端，将电源接到脉冲发生器的地线上，这样就可测出短路点。习题10为什么BW4040EX测试仪能迅速查出故障点？答：BW4040EX测试仪是PROTEQ公司BW系列产品中，具有典型代表性的电子线路板故障测试仪，它采用了四项互相补充的测试技术以便迅速查出故障点，这些技术包括：在线功能测试(ICFT)，大规模集成电路(LSI)测试分析，VI特性测试分析，电路追踪。第三章习题习题1维修人员应具备哪些基本素质？答：作为一个好的数控设备维修人员，就必须具备机械、电子线路、元器件、计算机软硬件、接口
15、技术、测量技术等方面的知识。习题2数控系统发生故障时，操作人员应做哪些记录？答：应先记录下故障出现时的机床工作状态、工作方式、故障位置、报警号及CRT的位置显示等。这些记录往往是分析故障原因、查找故障源的重要依据。另外还应记录排除故障的分析过程，包括误判、排除方法、维修时间等，建立起相应的故障维修档案，从中总结经验、教训，提高重复维修的速度，有利于提高维修的技术水平。习题3数控机床的日常维护包括哪些方面？答：操作者在每班加工结束后，应清扫干净散落于工作台、导轨护罩等处的切屑；在工作时注意检查排屑器是否正常，以免造成切屑堆积，损坏防护罩，危及滚珠丝杠与导轨的寿命；在工作结束前，应将各伺服轴移离原
16、点约30cm左右后停机。习题4常用的自诊断方法有哪两种？两种方法各有什么特点？答：常用的自诊断方法归纳起来一般有开机自检、实时自诊断。开机自检是每当数控系统通电开始，系统内部自诊断软件对系统中最关键的硬件和控制软件，如数控装置中的CPU、RAM、ROM等芯片，MDI、CRT、I/O等模块及监控软件、系统软件等逐一进行检测，并将检测结果在CRT上显示出来。实时自诊断是数控系统在正常运行时，自动对系统、伺服系统及外部的I/O及数控装置相连的其他外部装置进行自动测试、检查，并显示有关状态信息和故障。系统不仅能在屏幕上显示报警号及报警内容，而且还能实时显示NC内部关键标志寄存器及PLC的操作单元的状态
17、。习题5产生参数故障的原因有哪些？如何排除这些故障？答：产生参数故障的原因有：1)数控系统后备电池失效后备电池失效将导致全部参数丢失。2)操作者的误操作在初次接触数控机床的操作者中是经常出现的问题。3)机床在DNC状态下加工工件或进行数据通讯过程中电网瞬间停电。排除参数故障的方法是：1)如果机床长期停用，最容易出现后备电池失效的现象。应定期为机床通电，使机床空运行一段时间。2)应对操作者加强上岗前的业务技术培训及经常性的业务培训，制定可行的操作章程并严格执行。3)电网瞬间停电无法避免。习题6数控系统软件包括三个部分，通常容易引起软件故障的是哪两个部分？答：数控系统软件包括三个部分：第一部分由数
18、控系统的生产厂家研制的启动芯片、基本系统程序、加工循环、测量循环等组成。第二部分由机床制造厂编制的针对具体机床所用的NC机床数据、PLC机床数据、PLC报警文本、PLC用户程序等组成。第三部分由机床用户编制的加工主程序、加工子程序、刀具补偿参数、零点偏置参数、R参数等组成。通常容易引起软件故障的是第二、三两部分习题7试述CNC的软件的前后台型结构和中断型结构。答：前后台型结构所谓前后台型是指在一个定时采样周期中，前台任务开销一部分时间，后台任务开销剩余部分的时间，共同完成数控加工任务。定时采样周期的经典值为10ms，为一实时系统。中断型结构CNC系统软件的各种功能子程序被安排在级别不同的中断服
19、务程序中，整个数控软件是一个大的中断系统。通过各级中断程序之间的通信实现管理功能。习题8试述软件故障发生的原因及其排除的方法。答：软件故障是由软件变化或丢失而形成的。机床软件一般存储于RAM中。软件故障形成的可能原因如下：(1)误操作引起(2)供电电池电压不足 (3)干扰信号引起(4)软件死循环 (5)操作不规范 (6)用户程序出错对于软件丢失或参数变化造成的运行异常、程序中断和停机故障，可采取对数据、程序进行更改或清除后再重新输入的方法来恢复系统的正常工作。对于程序运行或数据处理中发生中断而造成的停机故障，可采取硬件复位法或关掉数控机床总电源开关，然后再重新开机的方法排除故障。习题9电阻器的
20、替代、电容的替代、半导体器件的替代以及集成电路的替代应注意哪些问题？答：元器件的替代应把握以下几点：1替代电阻，要在满足阻值大小的同时，注意满足额定功率的要求。2替代电容，要注意电容的标称容量和耐压。3替代半导体器件，最好使用同一制造厂、同一型号的产品。4替代集成电路，要注意系列、序号相同。习题10什么是数控机床的硬件故障的“常规检查方法”？答：“常规检查方法”包括以下方面：(1)外观检查；(2)连接电缆、连接线检查；(3)连接端及接插件检查；(4)恶劣环境下工作的元器件检查；(5)易损部位的元器件检查；(6)定期保养的部件及元器件的检查；(7)电源电压检查。习题11什么是数控机床的硬件故障的
21、“故障现象分析法”？答：故障分析是寻找故障的特征。最好组织机械、电气技术人员及操作者会诊，捕捉出现故障时机器的异常现象，分析产品检验结果及仪器记录的内容，必要(会出现故障发生时刻的现象)和可能(设备还可以运行到这种故障再现而无危险)时可以让故障再现，经过分析可能找到故障规律和线索。习题12什么是数控机床的硬件故障的“面板显示与指示灯显示分析法”？答：数控机床控制系统多配有面板显示器、指示灯。面板显示器可把大部分被监控的故障识别结果以报警的方式给出。对于各个具体的故障，系统有固定的报警号和文字显示给予提示。“面板显示与指示灯显示分析法”就是维修人员和操作者要熟悉本机床报警目录，对有些针对性不强、
22、含义比较广泛的报警要不断总结经验，掌握这类故障报警发生的具体原因，从而判断故障发生的原因。习题13什么是数控机床的硬件故障的“系统分析法”？答：判断系统存在故障的部位时，可对控制系统方框图中的各方框单独考虑。根据每一方框的功能，将方框划分为一个个独立的单元。在对具体单元内部结构了解不透彻的情况下，可不管单元内容如何，只考虑其输入和输出。这样就简化了系统，便于维修人员排除故障。习题14什么是数控机床的硬件故障的“信号追踪法”？答：信号追踪法是指按照控制系统方框图从前往后或从后向前地检查有关信号的有无、性质、大小及不同运行方式的状态，与正常情况比较，看有什么差异或是否符合逻辑。如果线路中由各元件“
23、串联”组成，则出现故障时“串联”的所有元件和连接线都值得怀疑。在较长的“串联”电路中，适宜的做法是将电路分成两半，从中间开始向两个方向追踪，直到找到有问题的元件(单元)为止。习题15什么是数控机床的硬件故障的“静态测量法”？答：静态测量法主要是用万用表测量元器件的在线电阻及晶体管上的PN结电压；用晶体管测试仪检查集成电路块等元件的好坏。习题16什么是数控机床的硬件故障的“动态测量法”？答：动态测量法是通过直观检查和静态测量后，根据电路原理图给印制电路板上加上必要的交直流电压、同步电压和输入信号，然后用万用表、示波器等对印制电路板的输出电压、电流及波形等全面诊断并排除故障。动态测量有：电压测量法
24、、电流测量法及信号注入及波形观察法。习题17试述加工中心回参考点的方法。答：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，即栅点法和磁开关法。在栅点法中，检测器随着电机一转信号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撞块及一个减速开关。当减速撞块压下减速开关时，伺服电机减速到接近原点速度运行。当减速撞块离开减速开关即释放开关后，数控系统检测到的第一个栅点或零位信号即为原点。在磁开关法中，在机械本体上安装磁铁及磁感应原点开关或者接近开关，当磁感应原点开关或接近开关检测到原点信号后，伺服电机立即停止，该停止点被认作原点。栅点法的特点是如果接近原点速度小于某一固定
25、值，则伺服电机总是停止于同一点，也就是说，在进行回原点操作后，机床原点的保持性好。磁开关法的特点是软件及硬件简单，但原点位置随着伺服电机速度的额变化而成比例地漂移，即原点不确定。目前，大多数机床采用栅点法。习题18试述加工中心开机手动回参考点的动作过程。答：使用增量式脉冲编码器作为测量反馈元件的机床，开机手动回原点的动作过程一般有以下三种：(1)手动回原点时，回原点轴先以参数设置的快速进给速度Fr 向原点方向移动，当原点减速撞块压下原点减速开关时，伺服电机减速至由参数设置的接近原点速度F1继续向前移动，当减速撞块释放减速开关后，数控系统检测到编码器发出的第一个栅点或零标志信号时，归零轴停止，此
26、停止点即为机床参考点(参见图3-10所示)。(2)回原点轴先以快速进给速度F1 向原点方向移动，当原点减速开关被减速撞块压下时，回原点轴制动到速度为零，再以接近原点速度Fr 向相反方向移动，当减速撞块释放原点接近开关后，数控系统检测到检测反馈元件发出的第一个栅点回零标志信号时，回零轴停止，该点即机床原点(参见图3-11所示)。(3)回原点时，回原点轴先以快速进给速度Fr 向原点方向移动，当减速撞块压下减速开关时，回归原点轴制动到速度为零，再向相反方向以F1速度微动，当减速撞块释放减速开关时，归零轴又反向以F1速度沿原快速进给方向移动，当减速撞块再次压下减速开关时，归零轴仍以接近原点速度F1前移
27、，减速撞块释放减速开关后，数控系统检测到第一个栅点或零标志信号时，归零轴停止，机床原点随之确立(参见图3-12所示)。第四章习题1、数控设备主轴伺服控制有哪些常见的故障？解：主轴伺服控制系统的故障形式主要有： 主轴定位不准； 主轴过载； 主轴振动及噪声； 主轴转速与坐标运动不匹配等。2数控设备交流主轴伺服电动机振动或噪声太大的原因是什么？解：数控设备交流主轴伺服电动机振动或噪声太大的主要原因是：速度指令包含噪声；增益太高；机械共振；电动机的机械故障等。3为什么步进电动机在高频工作时，其输出的转矩会下降？解：随着输入步进电动机的脉冲频率增加，步进电动机的动态转矩将减小，其主要原因是由于步进电动机
28、的绕组是感性负载，在通电或断电时，绕组电流均按指数规律变化，这使步进电动机的平均转矩下降。此外，由于脉冲频率提高，感应产生的磁力线变化剧烈，是涡流损耗增加，也使输出转矩下降。4、数控设备进给伺服系统的故障主要有哪些？解：（1）伺服电动机过载在负载大，正、反转启动频繁，传动链润滑不充分时，会引起伺服电动机过载。此时，在驱动单元或在CRT上会显示过载及过电流等信息。（2）低速爬行当步进电动机在低频段工作时或是进给传动链摩擦阻力较大，润滑不充分时，常会出现爬行现象，影响加工质量和表面粗糙度。在高频工作时，会使输出转矩迅速下降。（3）振动与噪声振动一般与速度控制有关，速度太高或系统增益过大会引起振动，
29、当步进电动机工作在高频段时会引起异常噪声。（4）位置误差当伺服控制误差超过位置允许范围时，数控系统会产生伺服位置误差过大的报警。5、步进电动机驱动系统主要有哪些常见的故障？解：步进电动机驱动系统主要故障有：1、电动机不运转；2、电动机启动后堵转；3、电动机运转不均匀，有抖动；4、电动机运转不规则，正、反转地摇摆；5、电动机定位不准（见教材第四章第四节表4.3中内容）。6、光栅检测装置的安装与调试有哪些要求？解：光栅主尺对导轨安装面的平行度允差为0.3mm，扫描头安装面对导轨的平行度应控制在0.01mm内。扫描头装上后，应调整扫描头与主尺座的间距，使其保持测量全长的值为（1.50.3）mm之内。
30、当导轨直线误差较大时，应对光栅尺进行长度校正。7、光电编码器连接松动会产生哪些故障现象？解：光电编码器连接松动产生故障现象主要有：1、影响位置控制精度；2、在有些交流伺服电动机中，内装式编码器除用做位置检测外，同时还具有测速和交流伺服电动机转子位置检测的作用，因此会影响测速功能和转子位置的检测；3、编码器连接松动还会引起进给运动的不稳定，影响交流伺服电动机的换向控制，从而引起机床的振动。4、对于数控车床加工螺纹时，连接松动会使其输出的脉冲丢步，从而引起螺距加工误差。8一台SIEMEMS880型卧式加工中心的工作台，在工作时出现故障，CRT显示报警内容为测量系统受污染。经初步判断为脉冲编码器受油
31、污染，导致工作台定位故障，试分析其故障及排除方法。解：参考答案：由于光电池产生的信号与光照强度成正比，光源亮度下降或光学系统脏污使脉冲编码器信号幅度下降，分辨率变弱，因而引起CRT显示报警。维修时，拆开脉冲编码器，分解后看到灯泡下的透镜表面呈毛玻璃状，圆光栅和指示光栅表面有一层雾状物，灯泡和光电池上也有这种污物，这些污物导致了光源发光率下降和输出信号降低，通过对光栅的清洗可消除故障。第五章习题1、数控设备机械传动故障有哪些诊断方法解：常见数控设备机械传动故障主要诊断方法有：1采用听、摸、视、闻方法；2、温度监测法；3、振动监测；4、噪声监测等。见教材第五章第一节5.1.2中内容。2、数控设备主
32、轴准停有哪几种实现方法？各有何特点？解：主要有磁传感器主轴准停和机械式主轴准停装置两种。在磁传感器主轴准停中，磁传感器感受永久磁铁的磁场，并发出准停信号，此信号经放大后，由定向电路控制主轴电动机准确地停止在规定的周向位置上。这种装置可保证主轴准停的重复精度在1。机械式主轴准停装置利用液压传动、电气和凸轮控制主轴准停。结构较为简单，属于程序控制，主轴准停的重复精度不高。3、数控设备的刀库和换刀机械手常见的故障主要有哪些？解：1、刀库的故障刀库不能转动或转动不到位；（2）刀套不能夹紧刀具；（3）刀套上、下不到位；（4）刀套不能拆卸或停留一段时间才能拆卸。2、换刀机械手故障（1）刀具夹不紧；（2）刀具夹紧后
