浅谈数控机床维护与维修 机械毕业论文.doc

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1、 毕毕 业业 设设 计（论文）计（论文） 浅谈数控机床维护与维修 姓 名： 学 号： 性 别： 专 业: 机械设计制造及其自动化 批 次： 电子邮箱： 联系方式： 学习中心： 指导教师： 2012 年 3 月 12 日 i 浅谈数控机床维护与维修 摘要 在中国工业发展迅猛的时候，在机械制造中，数控机床是一种新型的自 动化机床，采用计算机技术，是机电一体化产品。由于加工精度、柔性好、 效率高、可以加工形状复杂的零件，而逐渐取代普通机床得到广泛应用。但 数控机床在维修上明显比普通机床复杂，数控机床的故障不仅包括硬件故障， 还包括软件故障，所以对数控机床的维修，不仅要从硬件上加以判断，还要 结合软件

2、来诊断故障原因。数控机床故障的诊断是数控机床维修的关键。一 般来说，随着故障类型的不同，采取的故障诊断的方法也就不同。本文从数 控机床工作原理和结构、数控机床维护、故障诊断方法及常见故障类型等方 面入手来简要阐述一下数控机床的维护与维修。 关键词关键词：数控机床维护；故障诊断；诊断原则；诊断方法 ii 目录目录 引言引言1 第一章第一章 数控机床的加工原理与结构数控机床的加工原理与结构2 2.1 数控机床的组成和工作原理 2 2.2 数控机床机械结构 3 第二章第二章 数控机床的维护数控机床的维护6 第三章第三章 数控机床维修基本要求数控机床维修基本要求8 3.1 维修人员素质 8 3.2 技

3、术资料要求 9 3.3 数控机床维修原则 11 第四章第四章 数控机床故障诊断的方法数控机床故障诊断的方法13 4.1 直观检查法 13 4.2 仪器检查法13 4.3 功能程序测试法13 4.5 接口状态检查法14 4.6 参数检查法14 4.7 试探交换法14 4.8 测量比较法15 4.9 诊断备件替换法15 4.10 特殊处理法15 第五章第五章 数控机床常见故障及其分类数控机床常见故障及其分类16 5.1 按故障发生的部位分类16 5.2 按故障的性质分类16 5.3 按故障的指示形式分类17 5.4 按故障产生的原因分类18 第六章第六章 数控机床维修实例数控机床维修实例19 致谢

4、致谢20 参考文献参考文献21 1 引言引言 数控机床是现代机械制造工业的重要技术装备，也是先进制造技术的基 础装备，几乎所有传统机床都有了相应的数控机床。随着科学技术的迅速发 展，数控机床以其高效、高精度以及高柔性的特点，在各行各业取得了越来 越广泛的应用，在许多场合，它已成为企业保证产品质量、提高生产效率和 管理水平的关键设备之一。尽管数控系统的性能和品质已有了极大的提高， 从而保证了数控机床的稳定性和可靠性，但是，数控机床是机、电、液、气 高度一体化的复杂机电设备，在使用中难免出现故障。通过科学的方法、行 之有效的措施，迅速判别故障发生的原因，随时解决出现的问题，既是保证 数控机床安全、

5、可靠运行，提高设备使用率的关键所在，所以要求数控机床 的维修人员不但要有理论知识，而且要有快速发现问题、解决问题的能力和 丰富的实际经验。对此，企业急需掌握数控设备维修技术的技术人员。同时， 数控设备的操作人员、维修技术人员也急切希望提高自己的技术水平，以适 应数控设备故障诊断和维修工作的需要。 目前我国使用的数控机床、数控系统种类繁多，为了使维修技术人员能 有针对性地掌握数控机床控制系统故障诊断和维修的技术，该论文从从数控 机床工作原理和结构、数控机床维护、故障诊断方法及常见故障类型等入手 阐明了数控机床的维护与维修。由于本人水平有限，论文中难免有误漏之处， 期望提出批评、指正。 2 第一章

6、第一章 数控机床的加工原理与结构数控机床的加工原理与结构 2.12.1 数控机床的组成和工作原理数控机床的组成和工作原理 数控机床的工作原理：数控机床由控制介质、输入输出设备、计算机数 控装置、伺服系统及机床本体组成。 数控机床工作原理图：如下 图 1 数控机床原理图 1. 控制介质 控制介质又称信息载体，是人与数控机床之间联系的中间媒介物质，反 映了数控加工中的全部信息。常用的有 RAM,ROM,存储卡等。 2. 输入、输出装置 是 CNC 系统与外部设备进行交互的装置。交互的信息通常是零件加工程 序。即将编制好的记录在控制介质上的零件加工程序输入 CNC 系统或将调试 好了的零件加工程序通

7、过输出设备存放或记录在相应的控制介质上。 3. 数控装置 CNC 装置是数控机床实现自动加工的核心，主要由计算机系统、位置控 制板、PLC 接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件等组成。 作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输 入输出处理等） ，然后输出控制命令到相应的执行部件(伺服单元、驱动装置 和 PLC 等)，所有这些工作是由 CNC 装置内硬件和软件协调配合，合理组织， 使整个系统有条不紊地进行工作的。 4. 伺服系统 它是数控系统与机床本体之间的电传动联系环节，主要由伺服电动机、 驱动控制系统以及位置检测反馈装置组成。伺服电机是系统的执行元件，

8、驱 3 动控制系统则是伺服电机的动力源。数控系统发出的指令信号与位置反馈信 号比较后作为位移指令，再经过驱动系统的功率放大后，带动机床移动部件 作精确定位或按照规定的轨迹和进给速度运动，使机床加工出符合图样要求 的零件。 5. 检测反馈系统 测量反馈系统由检测元件和相应的电路组成，其作用是检测机床的实际 位置、速度等信息，并将其反馈给数控装置与指令信息进行比较和校正，构 成系统的闭环控制。 6. 机床本体 机床本体指的是数控机床机械机构实体，包括床身、主轴、进给机构等 机械部件。由于数控机床是高精度和高生产率的自动化机床，它与传统的普 通机床相比，应具有更好的刚性和抗振性，相对运动摩擦系数要小

9、，传动部 件之间的间隙要小，而且传动和变速系统要便于实现自动化控制。 2.22.2 数控机床机械结构数控机床机械结构 在数控机床发展的最初阶段，其机械结构与通用机床相比没有多大的变 化，只是在自动变速、刀架和工作台自动转位和手柄操作等方面作些改变。 随着数控技术的发展，考虑到它的控制方式和使用特点，才对机床的生产率、 加工精度和寿命提出了更高的要求。数控机床的主体机构有以下特点： 1. 由于采用了高性能的无级变速主轴及伺服传动系统，数控机床的极限 传动结构大为简化，传动链也大大缩短； 2. 为适应连续的自动化加工和提高加工生产率，数控机床机械结构具有 较高的静、动态刚度和阻尼精度，以及较高的耐

10、磨性，而且热变形小； 3. 为减小摩擦、消除传动间隙和获得更高的加工精度，更多地采用了高 效传动部件，如滚珠丝杠副和滚动导轨、消隙齿轮传动副等； 4. 为了改善劳动条件、减少辅助时间、改善操作性、提高劳动生产率， 采用了刀具自动夹紧装置、刀库与自动换刀装置及自动排屑装置等辅助装置。 根据数控机床的适用场合和机构特点，对数控机床结构因提出以下要求： 1) 较高的机床静、动刚度 数控机床是按照数控编程或手动输入数据方式提供的指令自动进行加工 的。由于机械结构(如机床床身、导轨、工作台、刀架和主轴箱等)的几何精 4 度与变形产生的定位误差在加工过程中不能人为地调整与补偿，因此，必须 把各处机械结构部

11、件产生的弹性变形控制在最小限度内，以保证所要求的加 工精度与表面质量。 为了提高数控机床主轴的刚度，不但经常采用三支撑结构，而且选用钢 性很好的双列短圆柱滚子轴承和角接触向心推力轴承铰接出相信忒力轴承， 以减小主轴的径向和轴向变形。为了提高机床大件的刚度，采用封闭界面的 床身，并采用液力平衡减少移动部件因位置变动造成的机床变形。为了提高 机床各部件的接触刚度，增加机床的承载能力，采用刮研的方法增加单位面 积上的接触点，并在结合面之间施加足够大的预加载荷，以增加接触面积。 这些措施都能有效地提高接触刚度。 为了充分发挥数控机床的高效加工能力，并能进行稳定切削，在保证静 态刚度的前提下，还必须提高

12、动态刚度。常用的措施主要有提高系统的刚度、 增加阻尼以及调整构件的自振频率等。试验表明，提高阻尼系数是改善抗振 性的有效方法。钢板的焊接结构既可以增加静刚度、减轻结构重量，又可以 增加构件本身的阻尼。因此，近年来在数控机床上采用了钢板焊接结构的床 身、立柱、横梁和工作台。封砂铸件也有利于振动衰减，对提高抗振性也有 较好的效果。 2) 减少机床的热变形 在内外热源的影响下，机床各部件将发生不同程度的热变形，使工件与 刀具之间的相对运动关系遭到破环，也是机床季度下降。对于数控机床来说， 因为全部加工过程是计算的指令控制的，热变形的影响就更为严重。为了减 少热变形，在数控机床结构中通常采用以下措施:

13、减少发热。机床内部发热时 产生热变形的主要热源，应当尽可能地将热源从主机中分离出去；控制温升。 在采取了一系列减少热源的措施后，热变形的情况将有所改善。但要完全消 除机床的内外热源通常是十分困难的，甚至是不可能的。所以必须通过良好 的散热和冷却来控制温升，以减少热源的影响。其中部较有效的方法是在机 床的发热部位强制冷却，也可以在机床低温部分通过加热的方法，使机床各 点的温度趋于一致，这样可以减少由于温差造成的翘曲变形；改善机床机构。 在同样发热条件下，机床机构对热变形也有很大影响。如数控机床过去采用 的单立柱机构有可能被双柱机构所代替。由于左右对称，双立柱机构受热后 的主轴线除产生垂直方向的平

14、移外，其它方向的变形很小，而垂直方向的轴 线移动可以方便地用一个坐标的修正量进行补偿。对于数控车床的主轴箱， 5 应尽量使主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上。这就可以使主轴热变 形对加工直径的影响降低到最小限度。在结构上还应尽可能减小主轴中心与 主轴向地面的距离，以减少热变形的总量，同时应使主轴箱的前后温升一致， 避免主轴变形后出现倾斜。 数控机床中的滚珠丝杠常在预计载荷大、转速高以及散热差的条件下工 作，因此丝杠容易发热。滚珠丝杠热生产造成的后果是严重的，尤其是在开 环系统中，它会使进给系统丧失定位精度。目前某些机床用预拉的方法减少 丝杠的热变形。对于采取了上述措施仍不能消除的热变形，可

15、以根据测量结 果由数控系统发出补偿脉冲加以修正。 3）减少运动间的摩擦和消除传动间隙 数控机床工作台(或拖板)的位移量十一脉中当量为最小单位的，通常又 要求能以基地的速度运动。为了使工作台能对数控装置的指令作出准确响应， 就必须采取相应的措施。目前常用的滑动导轨、滚动导轨和静压导轨在摩擦 阻尼特性方面存在着明显的差别。在进给系统中用滚珠丝杠代替滑动丝杠也 可以收到同样的效果。目前，数控机床几乎无一例外地采用滚珠丝杠传动。 数控机床(尤其是开环系统的数控机床)的加工精度在很大程度上取决于 进给传动链的精度。除了减少传动齿轮和滚珠丝杠的加工误差之外，另一个 重要措施是采用无间隙传动副。对于滚珠丝杠

16、螺距的累积误差，通常采用脉 冲补偿装置进行螺距补偿。 4）提高机床的寿命和精度保持性 为了提高机床的寿命和精度保持性，在设计时应充分考虑数控机场零部 件的耐磨性，尤其是机床导轨、进给伺港机主轴部件等影响进度的主要零件 的耐磨性。在使用过程中，应保证数控机床各部件润滑良好。 5）减少辅助时间和改善操作性能 在数控机床的单件加工中，辅助时间(非切屑时间)占有较大的比重。要 进一步提高机床的生产率，就必须采取促使最大限度地压缩辅助时间。目前 已经有很多数控机床采用了多主轴、多刀架、以及带刀库的自动换刀装置等， 以减少换刀时间。对于切屑用量加大的数控机床，床身机构必须有利于排屑。 6 第二章第二章 数

17、控机床的维护数控机床的维护 对于数控机床来说，合理的日常维护措施，可以有效的预防和降低数控 机床的故障发生机率。 首先，针对每一台机床的具体性能和加工对象制定操作规程建立工作、 故障、维修档案是很重要的。包括保养内容以及功能器件和元件的保养周期。 其次,数控系统是数控机床电气控制系统的核心。每台机床数控系统在运 行一定时间后，某些元器件难免出现一些损坏或者故障。数控系统是数控机 床电气控制系统的核心。每台机床数控系统在运行一定时间后，某些元器件 难免出现一些损坏或者故障。为了尽可能地延长元器件的使用寿命，防止各 种故障，特别是恶性事故的发生，就必须对对数控系统进行日常的维护与保 养。主要包括：

18、数控系统的使用检查和数控系统的日常维护。 CNC 系统的日常维护主要包括以下几方面： 1）严格制订并且执行 CNC 系统的日常维护的规章制度 根据不同数控机床的性能特点，严格制订其 CNC 系统的日常维护的规章 制度，并且在使用和操作中要严格执行。 2) 应尽量少开数控柜门和强电柜的门 因为，在机械加工车间的空气中往往含有油雾、尘埃，它们一旦落入数 控系统的印刷线路板或者电气元件上，则易引起元器件的绝缘电阻下降，甚 至导致线路板或者电气元件的损坏。所以，在工作中应尽量少开数控柜门和 强电柜的门。 3) 定时清理数控装置的散热通风系统，以防止数控装置过热 散热通风系统是防止数控装置过热的重要装置

19、。为此，应每天检查数控 柜上各个冷却风扇运转是否正常，每半年或者一季度检查一次风道过滤器是 否有堵塞现象，如果有则应及时清理。 4）注意 CNC 系统的输入/输出装置的定期维护 例如 CNC 系统的输入装置中磁头的清洗。 5）定期检查和更换直流电机电刷 在 20 世纪 80 年代生产的数控机床，大多数采用直流伺服电机，这就存 在电刷的磨损问题，为此对于直流伺服电机需要定期检查和更换直流电机电 刷。 6）经常监视 CNC 装置用的电网电压 7 CNC 系统对工作电网电压有严格的要求。例如 FANUC 公司生产的 CNC 系 统，允许电网电压在额定值的 85110的范围内波动，否则会造成 CNC

20、系统不能正常工作，甚至会引起 CNC 系统内部电子元件的损坏。为此要经常 检测电网电压，并控制在定额值的15+10内。 7）存储器用电池的定期检查和更换 通常，CNC 系统中部分 CMOS 存储器中的存储内容在断电时靠电池供电保 持。一般采用锂电池或者可充电的镍镉电池。当电池电压下降到一定值时， 就会造成数据丢失，因此要定期检查电池电压。当电池电压下降到限定值或 者出现电池电压报警时，就要及时更换电池。更换电池时一般要在 CNC 系统 通电状态下进行，这才不会造成存储参数丢失。一旦数据丢失，在调换电池 后，可重新就参数输入。 8）CNC 系统长期不用时的维护 当数控机床长期闲置不用时，也要定期

21、对 CNC 系统进行维护保养。在机 床未通电时，用备份电池给芯片供电，保持数据不变。机床上电池在电压过 低时，通常会在显示屏幕上给出报警提示。在长期不使用时，要经常通电检 查是否有报警提示，并及时更换备份电池。经常通电可以防止电器元件受潮 或印制板受潮短路或断路等长期不用的机床，每周至少通电两次以上。具体 做法是： 首先，应经常给 CNC 系统通电，在机床锁住不动的情况下，让机床空运 行。其次，在空气湿度较大的梅雨季节，应天天给 CNC 系统通电，这样可利 用电器元件本身的发热来驱走数控柜内的潮气，以保证电器元件的性能稳定 可靠。生产实践证明，如果长期不用的数控机床，过了梅雨天后则往往一开 机

22、就容易发生故障。 此外，对于采用直流伺服电动机的数控机床，如果闲置半年以上不用， 则应将电动机的电刷取出来，以避免由于化学腐蚀作用而导致换向器表面的 腐蚀，确保换向性能。 9）备用印刷线路板的维护 对于已购置的备用印刷线路板应定期装到 CNC 装置上通电运行一段时间， 以防损坏。 10）CNC 发生故障时的处理 一旦 CNC 系统发生故障，操作人员应采取急停措施，停止系统运行，并 且保护好现场。并且协助维修人员做好维修前期的准备工作。 8 第三章第三章 数控机床维修数控机床维修基本要求基本要求 3.13.1 维修人员素质维修人员素质 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

23、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。 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

24、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。 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 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

25、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。 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， 9 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

26、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、范围并根据实际需要，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。 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

27、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。 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。 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

28、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件作用的情 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 位器位 位置 ，任意改变参数：以避免产生更严重的后果。 3.23.2

29、技术资料要求技术资料要求 10 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： 1.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 F 与维修有关的内容 1）机床的操作过程和步骤 2）机床主要机械传动系统及主要部件的结构原理示意图。 3）机床的液压、气动、润滑系统图 4）机床安装和调整的方法与步骤 5）机床电气控制原理图 6）机床使用的特殊功能及其说明等。 2.数控系统的操作、编程说明书（或使用手册） ，它是由数

30、控系统生产厂家编 制的数控系统使用手册，通常包括以 F 内容： 1)数控系统的面板说明 2)数控系统的具体操作步骤（包括手动，自动、试运行等方式的操作步 骤以及程序、参数等的输入、编辑、设置和显示方法） 。 3)加工程序以及输入格式，程序的编制方法，各指令的基本格式以及所 代表的意义等 在部分系统中它还可能包括系统调试、维修用的大量信息，如：“机床 参数“的说明、报警的显不及处理方法、以及系统的连接图等。它是维修数 控系统与操作机床中必须参考的技术资料之一。 PLC 程序清单 它是机床厂根据机床的具体控制要求设计、编制的机 床控制软件，PLC 程序中包含了机床动作的执行过程，以及执行动作所需的

31、 条件，它表明了指令信号、检测元件与执行元件之间的全部逻辑关系。借助 PLC 程序，维修人员可以迅速找到故障原因，它是数控机床维修过程中使用 最多、最重要的资料 在某些系统（如 FANUC 系统、SIEMENS802D 等）中，利用数控系统的显 示器可以直接对 PLC 程序进行动态检测和观察，它为维修提供了极大的便利， 因此，在维修中定要熟练掌握这方面的操作和使用技能 机床参数清单 它是由机床生产厂根据机床的实际情况，对数控系统 进行的设置与调整。机床参数是系统与机床之间的“桥梁” ，它不仅直接决定 11 了系统的配置和功能，而且也关系到机床的动、静态性能和精度因此也是维 修机床的重要依据与参

32、考。在维修时，应随时参考系统“机床参数”的设置 清况来调整、维修机床；特别是在更换数控系统模块时一定要记录机床的 原始设置参数，以便机床功能的恢复。 数控系统的连接说明、功能说明 该资料由数控系统生产厂家编制通 常只提供给机床生产厂家作为设针资料。维修人员可以从机床生产厂家或系 统生产、销售部门获得。 系统的连接说明、功能说明书不仅包含了比电气原理图更为详细的系统 各部分之间连接要求与说明，而且还包括了原理圈中未反映的信号功能描述， 是维修数控系统，尤其是检查电气接线的重要参考资料。 伺服驱动系统、主轴驱动系统的使用说明书 它是伺服系统及主轴驱 动系统的原理与连接说明书，主要包括伺服、主轴的状

33、态显示与报警显示、 驱动器的调试、设定要点，信号、电压、电流的测试点，驱动器设置的参数 及意义等方面的内容，可供伺服驱动系统、主轴驱动系统维修参考。 PLC 使用与编程说明 它是机床中所使用的外置或内置式 PLC 的使用、 编程说明书。通过 PLC 的说明书，维修人员可以通过 PLC 的功能与指令说 明分析、理解 PLC 程序并由此详细了解、分析机床的动作过程、动作条 件、动作顺岸以及各信号之间的逻辑关系，必要时还可以对 PLC 程序进行部 分修改。 机床主要配套功能部件的说明书与资料 在数控机床上往往会使用较 多功能部件如数控转台、自动换刀装置、润滑与冷却系纽排屑器等。这些功 能部件，其生产

34、厂家一般都提供了较完整的使用说明书，机床生产厂家应将 其提供给用户，以硬功能部件发生故障时进行参考。 以上都是在理想情况下应其备的技术资料，但是实际维修时往往难以做 到这一点。因此在必要时，维修人员应通过现场测绘、平时积累等方法完普、 整理有关技术资料。 3.33.3 数控机床维修原则数控机床维修原则 数控机床分析故障原因时，在以往的维修工作中，人们习惯于把查找故 障和可靠性。要按照根据现有条件使用成熟技术或结构的原则，注意符合国 家有关安全标准，不要出现新的不可靠环节，产生新的故障源。同时做为维 修人员要做好维修记录，为今后机床维修工作打下良好的基础。现数控机床 故障维修诊断原则： 12 （

35、1）先外部后内部 数控机床是集机械、液压、电气为一体的机床，故 其故障的发生也会由这三者综合反映出来。维修人员应先由外向内逐一进行 排查，尽量避免随意地启封、拆卸，否则会扩大故障，使机床大伤元气，丧 失精度，降低性能。 （2）先机械后电气一般来说，机械故障较易发觉，而数控系统故障的诊 断则难度较大些。在故障检修之前，首先注意排除机械性的故障，往往可达 到事半功倍的效果。 （3）先静后动先在机床断电的静止状态，通过了解、观察测试、分析确 认为非破坏性故障后，方可给机床通电。在运行工况下，进行动态的观察、 检验和测试，查找故障。而对破坏性故障，必须先排除危险后，方可通电。 （4）先简单后复杂当出现

36、多种故障互相交织掩盖，一时无从下手时，应 先解决容易的问题，后解决难度较大的问题。往往简单问题解决后，难度大 的问题也可能变得容易。 13 第四章第四章 数控机床故障诊断的方法数控机床故障诊断的方法 4.14.1 直观检查法直观检查法 直观检查法它是维修人员最先使用的方法。在故障诊断时，首先要询问， 向故障现场人员仔细询问故障产生的过程、故障表象及故障后果，并且在整 个分析、判断过程中可能要多次询问；其次是仔细检查，根据故障诊断原则 由外向内逐一进行观察检查。总体查看机床各部分工作状态是否处于正常状 态(例如各坐标轴位置、主轴状态、刀库、机械手位置等)，各电控装置(如数 控系统、温控装置、润滑

37、装置等)有无报警指示，局部特别要注意观察电路板 的元器件及线路是否有烧伤、裂痕等现象、电路板上是否有短路、断路，芯 片接触不良等现象，对于已维修过的电路板，更要注意有无缺件、错件及断 线等情况；再次是触摸，在整机断电条件下可以通过触摸各主要电路板的安 装状况、各插头座的插接状况、 各功率及信号导线(如伺服与电机接触器接 线)的联接状况等来发现可能出现故障的原因。 4.24.2 仪器检查法仪器检查法 仪器检查法使用常规电工仪表，对各组交、直流电源电压，对相关直流 及脉冲信号等进行测量，从中找寻可能的故障。例如：用万用表检查各电源 情况，以及对某些电路板上设置的相关信号状态测量点的测量，用示波器观

38、 察相关的脉动信号的幅值、相位甚至有、无，用 PLC 编程器查找 PLC 程序中 的故障部位及原因等等。 4.34.3 功能程序测试法功能程序测试法 功能程序测试法是将数控系统的 G、M、S、T、F 功能用编程法编成一个 功能试验程序，并存储在相应的介质上。在故障诊断时运行这个程序，可快 速判定故障发生的可能起因。功能程序测试法常应用于以下场合： 1）机床加工造成废品而一时无法确定是编程操作不当、还是由于数控系 统故障引起的。 2）数控系统出现随机性故障。一时难以区别是外来干扰，还是系统稳定 性差时。 3）闲置时间较长的数控机床在投入使用前或对数控机床进行定期检修时。 4.44.4 信号与报警

39、指示分析法信号与报警指示分析法 1）硬件报警指示这是指包括伺服系统、数控系统在内的各电子、电器装 置上的各种状态和故障指示灯，结合指示灯状态和相应的功能说明便可获知 指示内容及故障原因与排除方法。 14 2）软件报警指示如前所述的系统软件、PLC 程序与加工程序中的故障通 常都设有报警显示，依据显示的报警号对照相应的诊断说明手册便可获知可 能的故障原因及故障排除方法。 4.54.5 接口状态检查法接口状态检查法 现代数控系统多将 PLC 集成于其中，而 CNC 与 PLC 之间则以一系列接口 信号形式相互通讯联接。有些故障是与接口信号错误或丢失相关的，这些接 口信号有的可以在相应的接口板和输入

40、/输出板上有指示灯显示，有的可以通 过简单操作在 CRT 屏幕上显示，而所有的接口信号都可以用 PLC 编程器调出。 这种检查方法要求维修人员既要熟悉本机床的接口信号，又要熟悉 PLC 编程 器的应用。 4.64.6 参数检查法参数检查法 数控系统、PLC 及伺服驱动系统都设置许多可修改的参数以适应不同机 床、不同工作状态的要求。这些参数不仅能使各电气系统与具体机床相匹配， 而且更是使机床各项功能达到最佳化所必需的。因此，任何参数的变化(尤其 是模拟量参数)甚至丢失都是不允许的；而随机床的长期运行所引起的机械或 电气性能的变化会打破最初的匹配状态和最佳化状态。此类故障需要重新调 整相关的一个或

41、多个参数方可排除。这种方法对维修人员的要求是很高的， 不仅要对具体系统主要参数十分了解，既知晓其地址熟悉其作用，而且要有 较丰富的电气调试经验。 4.74.7 试探交换法试探交换法 试探交换法即在分析出故障大致起因的情况下，维修人员可以利用备用 的印刷电路板、集成电路芯片或元器件替换有疑点的部分，从而把故障范围 缩小到印刷线路板或芯片一级。采用此法之前应注意以下几点： 1）更换任何备件都必须在断电情况下进行。 2）许多印制电路板上都有一些开关或短路棒的设定以匹配实际需要，因 此在更换备件板上一定要记录下原有的开关位置和设定状态，并将新板作好 同样的设定，否则会产生报警而不能工作。 3）某些印制

42、电路板的更换还需在更换后进行某些特定操作以完成其中软 件与参数的建立。这一点需要仔细阅读相应电路板的使用说明。 4）有些印制电路板是不能轻易拔出的，例如含有工作存储器的板，或者 备用电池板，它会丢失有用的参数或者程序。必须更换时也必须遵照有关说 明操作。 15 鉴于以上条件，在拔出旧板更换新板之前一定要先仔细阅读相关资料， 弄懂要求和操作步骤 之后再动手，以免造成更大的故障。 4.84.8 测量比较法测量比较法 CNC 系统生产厂在设计印刷线路板时，为了调整和维修方便，在印刷线 路板上设计了一些检测量端子。维修人员通过检测这些测量端子的电压或波 形，可检查有关电路的工作状态是否正常。但利用检测

43、端子进行测量之前， 应先熟悉这些检测端子的作用及有关部分的电路或逻辑关系。 4.94.9 诊断备件替换法诊断备件替换法 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，在没有诊断备件的情况下可以采用相同或相容的模块对故障 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。 4.104.10 特殊处理法特殊处理法 当今的数控系统已进入 PC 级、开放化的发展阶段，其中软件含量越来越 丰富，有系统软件、机床

44、制造者软件、甚至还有使用自己的软件，由于软件 逻辑的设计中不可避免的一些问题，会使得有些故障状态无从分析，例如死 机现象。对于这种故障现象则可以采取特殊手段来处理，比如整机断电，稍 作停顿后再开机，有时则可能将故障消除。维修人员可以在自己的长期实践 中摸索其规律. 16 第五章第五章 数控机床数控机床常见故障及其分类常见故障及其分类 5.15.1 按故障发生的部位分类按故障发生的部位分类 1.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

45、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。 2.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/C RT 以及伺服

46、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。 5.25

47、.2 按故障的性质分类按故障的性质分类 1.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 17 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。 2.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

48、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。 5.35.3 按故障的指示形式分类按故障的指示形式分类 1.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

49、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。 在显示器显示报警中，又可分为 NC 的报警和 PLC 的报等两类。前者为 数控生产厂家设置的故降显示它可对照系统的“维修手册”，来确定可能 产生该故障的原因。后者是由数控机床生产厂家设置的 PLC 报警信息文本， 属于机床侧的故降显示。它可对照机床生产厂家所提供的“机床维修手册” 中的有关内容确定故障所产生的原因。 2.无报警显示的故障 这类故障发生时机床与系统均无报警显示，其分 析诊断难度通常较大需要通过仔细、认真的分析判断才能予以确认。特别 18 是对于一些早期的数控系统，由于系统本身的诊断功能不强，或无 PLC 报警 信息文本，出现无报警显示的故障情