數(shù)控車床常見故障診斷維修

1、第九章 數(shù)控車床常見故障的診斷與維修 一.數(shù)控車床診斷與維修概述 1 數(shù)控車床故障診斷與維修的概念。數(shù)控車床綜合應(yīng)用了計算機 .自動控制 .精密測量 . 現(xiàn)代機械 制造和數(shù)據(jù)通信等多種技術(shù)， 是機加工領(lǐng)域典型的機電一體化設(shè) 備。要充分發(fā)揮數(shù)控車床的效率， 就要求機床的開動率高， 這就 給數(shù)控車床提出了可靠性的要求。 衡量可靠性的主要指標(biāo)是平均 無故障工作時間（ MBTF ）。MBTF = 總工作時間 /總故障次數(shù)我國每年有近千臺數(shù)控車床的產(chǎn)量， 由于一些用戶對數(shù)控車 床的故障不能及時作出正確的判斷和排除， 目前國內(nèi)各行業(yè)中數(shù) 控車床的開動率平均僅達(dá)到 20%-30% 。數(shù)控車床的故障診斷與維修

2、是數(shù)控車床使用過程中重要的 組成部分， 也是目前制約數(shù)控車床發(fā)揮作用的因素之一， 因此數(shù) 控車床的使用單位培養(yǎng)掌握數(shù)控車床的故障診斷與維修的技術(shù) 人員，有利于提高數(shù)控車床的使用率。2. 數(shù)控車床的故障類型與特點。（1）數(shù)控車床的故障類型。數(shù)控車床故障是指數(shù)控車床失去了規(guī)定的功能。 按照數(shù)控車 床故障頻率的高低， 車床使用期可以分為三個階段， 即初始運行 期.相對穩(wěn)定運行期和衰老期。數(shù)控車床從整機安裝調(diào)試后至運行一年左右的時間成稱為車床 的初始運行期。在這段時間內(nèi)，機械處于磨合狀態(tài)，部分電子元 器件在電氣干擾中經(jīng)受不了初期的考驗而損壞，所以數(shù)控車床在這一段時間內(nèi)的故障比較多。數(shù)控車床在經(jīng)過了初始

3、運行期就進入了相對穩(wěn)定期，車床在該時期仍然會產(chǎn)生故障， 但是故障頻 率相對減少，數(shù)控車床的相對穩(wěn)定期一般為7-10年。數(shù)控車床經(jīng)過相對穩(wěn)定期之后就進入了衰老期，由于機械的磨損.電氣元件的品質(zhì)因數(shù)下降，數(shù)控車床的故障率又開始增大。數(shù)控車床的故障種類很多，可分為以下幾類：A. 按照故障起因關(guān)聯(lián)性故障和非關(guān)聯(lián)性故障，所謂非關(guān)聯(lián)性故障是由于運輸.安裝等原因造成的故障。關(guān)聯(lián)性故障可分 為系統(tǒng)性故障和隨機故障，系統(tǒng)性故障是指數(shù)控車床在一定 條件下必然會出現(xiàn)的故障。一般隨機故障是指偶然出現(xiàn)的故 障，由于機械結(jié)構(gòu)局部松動 .系統(tǒng)控制軟件不完善 .硬件工作特 性曲線下降 .電氣元件品質(zhì)因數(shù)降低等原因造成的。B.

4、 數(shù)控車床有診斷顯示故障和無診斷顯示故障：數(shù)控車床故障 按有無分為有診斷顯示故障和無診斷顯示故障。有診斷顯示 故障一般與控制部分有關(guān)，故障發(fā)生后可以根據(jù)故障報警信 號找到故障的原因。無診斷顯示故障往往表現(xiàn)為工作臺停留 在某一位置不能運動，依靠手動操作也無法使工作臺動作， 這類故障的排除相對于有診斷顯示故障的排除要大。C. 數(shù)控車床的破壞性故障和非破壞性故障：數(shù)控車床的故障按 照性質(zhì)可分為破壞性故障和非破壞性故障。對于短路 . 因伺服 系統(tǒng)失控造成“飛車”等故障稱為破壞性故障， 在維修和排除這 些故障時不允許故障重復(fù)出現(xiàn)，因此維修有一定難度；對于 非破壞性故障， 可以經(jīng)過多次試驗 .重演故障來分

5、析故障原因， 故障的排除相對容易一些。D. 數(shù)控車床的電氣故障和機械故障：數(shù)控車床的故障按發(fā)生部 位可分為電氣故障和機械故障。電氣故障一般發(fā)生在系統(tǒng)裝 置.伺服驅(qū)動單元和車床電氣等控制部位。電氣故障一般是因 為電氣元氣件的品質(zhì)因數(shù)下降 .元器件焊接松動 .接插件接觸 不良或損壞等因素引起，這些故障表現(xiàn)為時有時無。例如某 電子元器件的漏電流較大，工作一段時間后，其漏電流隨環(huán) 境溫度的升高而增大，導(dǎo)致元器件工作不正常，影響了相應(yīng) 電路的正常工作。當(dāng)環(huán)境溫度降低以后，故障又消失了。這 類故障靠目測是很難查找的，一般要借助測量工具檢查工作 電壓 .電流或測量波形進行分析。機械故障一般發(fā)生在機械運動部位

6、。 機械故障可分為功能 型故障 .動作型故障 .結(jié)構(gòu)型故障和使用型故障。功能型故障主要 指工件加工精度方面的故障， 這些故障是可以發(fā)現(xiàn)的， 如加工精 度不穩(wěn)定 .誤差大等。動作型故障是指車床的各種動作故障，可 以表現(xiàn)為主軸不轉(zhuǎn) .工件夾不緊 .刀架定位精度低 . 液壓變速不靈 活等。結(jié)構(gòu)型故障表現(xiàn)為主軸發(fā)熱 .主軸箱噪聲大 .機械傳動有異 常.產(chǎn)生切削振動等。使用型故障主要是指操作和使用不當(dāng)引起 的故障， 例如過載引起機件損壞等， 機械故障一般可以通過維護 保養(yǎng)和精心調(diào)整來預(yù)防。E. 自診斷故障：數(shù)控系統(tǒng)有自診斷故障報警系統(tǒng)，它隨時監(jiān)測 數(shù)控系統(tǒng)的硬件 .軟件和伺服系統(tǒng)等的工作情況。當(dāng)這些部分

7、 出現(xiàn)異常時，一般會在監(jiān)視器上顯示報警信息或指示燈報警 顯示故障號，這些故障可稱為自診斷故障。自診斷故障系統(tǒng) 可以協(xié)助維修人員查找故障，是故障檢查和維修工作中十分 重要的依據(jù)。對出現(xiàn)的報警信息要進行仔細(xì)分析，因為可能 有多種故障因素引起同一種報警信息。F. 人為故障和軟（硬）故障：人為故障是指操作員.維護人員對數(shù)控車床還不熟悉或沒有按照使用手冊要求，在操作和調(diào)整 時處理不當(dāng)而造成的故障。硬故障是指車床的硬件損壞造成的故障。軟故障是指由于數(shù)控加工程序中出現(xiàn)語法錯誤.邏輯錯誤或非法數(shù)據(jù)；數(shù)控車床的參數(shù)設(shè)定或調(diào)整出現(xiàn)錯誤；保 持 RAM 存儲器的鋰電池短路 .斷路 .接觸不良， RAM 芯片的不 到

8、保持?jǐn)?shù)據(jù)所需電壓，使得參數(shù) .加工程序丟失。（2）數(shù)控車床故障的特點。數(shù)控車床本身的復(fù)雜性使其故障具有復(fù)雜性和特殊性。 引起數(shù)控車床故障的因素是多方面的， 有些故障的現(xiàn)象是機械方 面的，但是引起故障的原因卻是電氣方面的； 有些故障的現(xiàn)象是 電氣方面的， 然而引起故障的原因卻是機械方面的； 有些故障是 由電氣方面和機械方面共同引起的。3. 數(shù)控車床故障診斷與維修的一般方法。數(shù)控車床故障診斷一般包括三個步驟：第一個步驟是故障 檢測，是對數(shù)控車床進行測試，檢查是否存在故障。第二個步驟 是故障判斷與隔離， 是判斷故障的性質(zhì)， 以縮小產(chǎn)生故障的范圍， 分離出故障的部件或模塊。 第三個步驟是故障定位， 將

9、故障定位 到產(chǎn)生故障的模塊或元器件， 及時排除故障或更換元器件。 數(shù)控 車床故障診斷一般采用追蹤法 .自診斷 .參數(shù)檢查 .替換法 . 測量法。（1）追蹤法是指在故障診斷和維修之前，維修人員先要對故 障發(fā)生的時間 .周圍環(huán)境 . 車床的運行狀態(tài)和故障的詳細(xì) 類型進行了解，然后尋找產(chǎn)生故障的部位。大致步驟如 下：A. 故障發(fā)生的時間和周圍環(huán)境：故障發(fā)生的時間和次數(shù)；故障的重復(fù)性； 故障是否在接通電源時出現(xiàn)； 環(huán)境溫度如何； 是否有雷擊，車床附近有無振動源或干擾。B. 車床的運行狀態(tài)：故障發(fā)生時車床的運行方式；進給坐標(biāo)軸的速度情況；主軸的速度情況；刀具軌跡是否正常；輔助 設(shè)備運行是否正常； 車床是

10、否運行新編的程序； 故障是否發(fā)生在 運行 M.S.T 代碼時；故障是否與螺紋加工有關(guān)； 車床在運行時是 否改變了工作方式； 方式選擇開關(guān)設(shè)定是否正確； 速度倍率開關(guān) 是否設(shè)置為零；車床是否處于鎖定狀態(tài)。C. 故障類型：監(jiān)視器畫面是否正常； 監(jiān)視器是否顯示報 警及相應(yīng)的報警號； 故障發(fā)生之前是否出現(xiàn)過同樣的故障； 故障 發(fā)生之前是否維修或調(diào)整過機床；是否調(diào)整過系統(tǒng)參數(shù)。接下來可以進行停電檢查。利用視覺 .嗅覺.聽覺和觸覺 尋找產(chǎn)生故障的部位。 例如仔細(xì)檢查加工零件表面的情況， 機械 有無碰撞的痕跡，電氣柜是否打開，有無切屑進入電氣柜，元器 件有無燒焦， 印刷電路板阻焊層有無因元器件過流或過熱而燒

11、黃 或燒黑，元器件有無松動，電氣柜和元器件有無焦糊味，部件或 元器件是否發(fā)熱，熔絲是否熔斷，電纜是否破裂和損傷，氣動系 統(tǒng)或液壓系統(tǒng)的管路與接頭有無泄漏， 電源線和信號線是否分開 安裝或分開走線，屏蔽線接線是否正確等。停電檢查之后可以進行通電檢查， 檢查系統(tǒng)參數(shù)和刀具 補償是否正確， 加工程序編制是否有誤， 機械傳動部分有無異常 聲響，系統(tǒng)的輸入電壓是否在正常范圍內(nèi)， 電氣柜的軸流風(fēng)扇是否正常 .電氣裝置內(nèi)有無打火現(xiàn)象。如果出現(xiàn)打火，應(yīng)該立即關(guān) 斷電源 .以免擴大故障范圍。追蹤法檢查是一種基本的檢查故障 的方法，發(fā)現(xiàn)故障后要查找引起故障的根源.采取合理的方法排除。（2）自診斷功能 自診斷功能是

12、數(shù)控系統(tǒng)的自診斷報警系統(tǒng)功能， 它可以幫助維修 人員查找故障，是數(shù)控車床故障診斷和維修的十分重要的手段。 自診斷功能按時間的先后可以分為啟動診斷.在線診斷和離線診斷。A 啟動診斷是指數(shù)控系統(tǒng)從通電開始到進入正常運行 準(zhǔn)備為止， 系統(tǒng)內(nèi)部診斷程序自動執(zhí)行的診斷。 啟動診斷主要是 針對 CNC 裝置中的最關(guān)鍵的硬件和系統(tǒng)控制軟件進行診斷，例 如CPU.存儲器.軟驅(qū).手動數(shù)據(jù)輸入（CRT/MDI ）單元總線和I/O 單元等。 如果檢測到故障， CNC 裝置通過監(jiān)視器顯示故障內(nèi)容。 自動診斷過程沒有結(jié)束時，數(shù)控車床不能運行。B 在線診斷是指數(shù)控系統(tǒng)在工作狀態(tài)下,通過系統(tǒng)內(nèi)部的診斷程序 ,對數(shù)控車床運行

13、的正確性進行的診斷. 在線診斷按顯示可分為狀態(tài)顯示和故障信息顯示兩部分 . 狀態(tài)顯示包括接 口狀態(tài)顯示和內(nèi)部狀態(tài)顯示 .接口狀態(tài)是以二進制的 ”0”和”1”表 示信號的有無 ,在監(jiān)視器上顯示 CNC 裝置與 PLC,PLC 與車床之 間的接口信息傳遞是否正常 .內(nèi)部狀態(tài)顯示涉及車床較多的部分 , 例如復(fù)位狀態(tài)顯示 .由外部原因造成的不執(zhí)行指令的狀態(tài)顯示等. 故障信息的顯示涉及很多故障內(nèi)容 ,CNC 系統(tǒng)對每一條故障內(nèi)容 賦予一個故障編號 (報警號 ).當(dāng)發(fā)生故障時 ,CNC 裝置對出現(xiàn)的故 障按其緊迫性進行判斷 ,在監(jiān)視器上顯示出最緊急的故障報警號 和相應(yīng)的故障內(nèi)容說明 .數(shù)控車床的伺服驅(qū)動單

14、元 .變頻器 .電源 .I/O 接口等單元 通常有數(shù)碼管指示和報警指示燈 .當(dāng)這些裝置和部件出現(xiàn)故障時 除了在顯示器上顯示故障報警信息外 ,它們的報警指示燈變亮 .C 離線診斷是數(shù)控車床出現(xiàn)故障時 , 數(shù)控系統(tǒng)停止運行 系統(tǒng)程序的停機診斷 . 離線診斷是把專用的診斷程序通過通信 接口輸入到 CNC 裝置內(nèi)部 ,用專用診斷程序替代系統(tǒng)程序來診 斷系統(tǒng)故障 ,這是一種專業(yè)性的診斷 .(3) . 參數(shù)檢查 數(shù)控車床的參數(shù)是否合理直接關(guān)系到車床能否正常工作.這些參數(shù)有位置環(huán)增益 .速度環(huán)增益 .反向間隙補償值 . 參考點坐標(biāo) .快速 點定位速度 .加速度 . 系統(tǒng)分辨率等數(shù)值 , 通常這些參數(shù)不允許修

15、 改.如果參數(shù)設(shè)置不正確或因干擾使得參數(shù)丟失 ,車床就不能正常 運行 ,因此參數(shù)檢查是一項重要的診斷 .(4) 替換法 利用備用模塊或電路板替換有故障點的模塊或電路板.觀察故障的轉(zhuǎn)移情況 ,這是常用而且簡便的故障檢測方法 .(5) 測量法利用萬用表 .鉗形電流表 .相序表.示波器 .頻譜分析儀 .對故障疑點進行電流.電壓和波形測量，將測量值與正常值進行比較，分析故障所在位置。二.數(shù)控車床常見故障的診斷1. 主要機械部件故障診斷。（1 ）主軸部件：數(shù)控車床的主軸部件是影響車床加工精度的主要部件，它的回轉(zhuǎn)精度影響工件的精度；它的功率大小與回轉(zhuǎn)速度影響加工效率。主軸部件出現(xiàn)的故障有：主軸運轉(zhuǎn)時發(fā)出異

16、常聲音自動變速出現(xiàn)故障。主軸部件故障診斷序號故障現(xiàn)象故障原因排除方法1加工精度達(dá)不到要求車床在運輸過程中受到?jīng)_擊檢查對車床精度有影響的各 部位，特別是導(dǎo)軌，并按出 廠精度要求重新調(diào)整或修復(fù)2切削振動大1主軸箱和床身連接螺釘松動緊固連接螺釘2.軸承預(yù)緊力不 夠，間隙過大重新調(diào)整軸承游隙。但預(yù)緊力不宜過大，以免損壞軸承3切削振動大1軸承拉毛或損壞更換軸承2轉(zhuǎn)塔刀架運動調(diào)整修理部位松動4主軸箱噪聲大1.主軸部件動平衡不好重做動平衡2.軸承損壞或傳 動軸彎曲更換軸承，校直傳動軸3潤滑不良調(diào)整潤滑油量，保持主軸清 潔5主軸不轉(zhuǎn)動主軸轉(zhuǎn)動指令是否輸出電器人員檢查處理6主軸發(fā)熱1主軸軸承預(yù)緊力過大調(diào)整預(yù)緊力

17、2軸承研傷或損壞更換軸承3潤滑油臟或有雜質(zhì)清洗主軸箱，更換潤滑油(2)滾珠絲杠副：滾珠絲杠副大部分故障是由運動質(zhì)量下降反向間隙過大潤滑不良.軸承噪聲大等原因造成的。滾珠絲杠副故障診斷序號故障現(xiàn)象故障原因排除方法1加工工件粗糙度大1導(dǎo)軌的潤滑不 足，致使溜板爬行加潤滑油，排除潤滑故障2絲杠軸承損壞，更換損壞軸承運動不平穩(wěn)2滾珠絲杠副噪聲大1.滾珠絲杠潤滑不良檢查分油器和油路，使?jié)櫥统渥?.滾珠有破損更換滾珠3.電機與絲杠聯(lián)軸器松動擰緊聯(lián)軸器鎖緊螺釘2. 數(shù)控系統(tǒng)故障診斷（1 ）報警故障：當(dāng)數(shù)控車床斷電時，為保存好車床控制系統(tǒng)的車床參數(shù)及加工程序，需靠后備電池予以支持， 這些電池到了使 用壽命，

18、即電壓低于允許值時，就會出現(xiàn)電池故障報警。應(yīng)及時 予以更換，否則車床參數(shù)就容易丟失， 因此應(yīng)該在車床通電時更 換，以保證系統(tǒng)能正常工作。（2 ）鍵盤故障在用鍵盤輸入程序時，如果發(fā)現(xiàn)字符不能輸入.不能復(fù)位或顯示屏的頁面不能更換等故障， 首先應(yīng)該考慮鍵盤是否接觸不好， 予 以修復(fù)或更換。若不見成效或者所有按鍵都不起作用，可進一步 檢查該部分接口電路和電纜連接。（3）熔絲故障：控制系統(tǒng)內(nèi)保險絲燒斷，多出現(xiàn)在對數(shù)控系統(tǒng) 進行了誤操作，或由于車床發(fā)生了撞車等意外事故。（4 ）參數(shù)修改：對每臺數(shù)控車床參數(shù)的含義都要充分了解并掌握，它除了能幫助很好地了解車床的性能外，還有利于提高車床的工作效率或是排除故障。

19、.數(shù)控車床避免碰撞的主要方法數(shù)控車床價格昂貴，如果編程操作不慎，萬一發(fā)生碰撞，后 果是非常嚴(yán)重的。為此，操作數(shù)控車床時，必須嚴(yán)密.細(xì)致 1程序中出現(xiàn)了超越三爪尺寸的數(shù)值X.牛50卡盤工件0圖中的工件原點至卡爪端面尺寸為50。如果加工程序中出現(xiàn)Z負(fù)值超過50，如Z=51.0，車刀就要與三爪碰撞。因此，當(dāng)編程 結(jié)束后，要仔細(xì)檢查所有軸向尺寸是否超過50。2因工件特殊形狀，編程不當(dāng)，產(chǎn)生碰撞。下圖中的工件，已完成槽的車削，需要快速退回至X80.Z50.處，如用G01 X80. Z50.編程，由于車刀斜線走刀會于工件臺階 發(fā)生碰撞。正確的程序是：GOO X80.；Z50.:即，先將車刀徑向退出，然后再軸向移動。3. 檢查程序中G00坐標(biāo)值是否存在車刀與工件碰撞的可能性。程序中G00是快速定位，車刀以機床最快速度移動。如果編 程不當(dāng)，與工件碰撞，后果極為嚴(yán)重。