1、 机械工程学院毕业论文（设计） 题 目 数控机床常见故障的维修与处理及维护 学 生 学 号 专业班级 系院名称 指导教师 年 月 日 数控车床常见故障的维修与处理及维护 摘要： 1952 年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此， 传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对关系国计民生的一些重要行业（ IT、汽车、轻工、医疗等）的发展也起着越来越重要的作用（因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势）。 数控机
2、床是机电一体化在机械加工领域中的典型产品，具有高精度、高效率和高适应性的特点。数控机床已在我国批量生产、大量引进和推广使用，它们给机械制造业的发展创造了条件，并带来了很大 的经济效益。由于机床数控系统的先进性、复杂性和智能化高的特点，若其任何部分发生故障与失效现象，都会使数控机床停机，从而造成生产停顿。因此，对数控车床的故障进行诊断与排除就显得十分必要。而在数控车床的故障进行诊断与排除问题中 ,数控系统的故障的处理所占的比例是主要部分的。 关键词 ： 数控车床，维护，故障处理 第一章 绪论 一、数控机床的概念 数控（ NC）机床是一种通过编码指令编制零件加工程序，使刀具沿着程序编制的轨迹自动定
3、位的机床。它是以数控系统为代表的新技术对传统机械制造业渗透而形成的机电一体化产品；数控 机床的核心是它的控制单元即数控系统。其技术范围履盖很多领域，包括： (1)机械制造技术； (2)信息处理、加工、传输技术： (3)自动控制技术； (4)伺服驱动技术； (5)传感器技术： (6)软件技术等 二、数控机床的组成 数控机床由数控装置、伺服驱动装置、检测反馈装置和机床本体四大部分组成，再加上程序的输入 /输出设备、可编程控制器、电源等辅助部分。 1.数控装置 (数控系统的核心 )由硬件和软件部分组成，接受输入代码经缓存、译码、运算插补）等转变成控制指令，实现直接或通过 PLC 对伺服驱动装置的控制
4、。 2.伺服驱 动装置是数控装置和机床主机之间的联接环节，接受数控装置的生成的进给信号，经放大驱动主机的执行机构，实现机床运动。 3.检测反馈装置是通过检测元件将执行元件（电机、刀架）或工作台的速度和位移检测出来，反馈给数控装置构成闭环或半闭环系统。 4.机床本体是数控机床的机械结构件（床身箱体、立柱、导轨、工作台、主轴和进给机构等）。 三、数控诊断技术的发展 1.通讯诊断 (远程、海外诊断） 用户机床的通讯口通过电话线和维修中心的专用通讯诊断计算机相连。 计算机发诊断程序 用户测试数据 计算机诊断结果和处理方法 用户 特点：实用简便；有一定的局限性。 2.自修复系统 当诊断软件发现数控机床在
5、运行中某一模块有故障时，系统在 CRT 上显示的同 时，自动寻找备用模块并接上。 特点：实用但成本比较高，而且只适合总线结构的 CNC 系统。 3. 人工智能专家故障诊断系统 4. 人工神经元网络 (ANN)诊断 ANN 具有联想、容错、记忆、自适应 、自学习和处理复杂多模式故障等特点。这种方法将被诊断的系统的症状作为网络的输入 ， 将按一定数学模型所求得的故障原因作为网络的输出并且神经网络将经过学习所得到的知识以分布的方式隐存在网络上 ， 每个输出神经元对应着一个故障原因 。 第二章 机床故障诊断与排除的基本要求 一、对故障常识的了解 1.故障的基本概念 故障 数控机床全部或部分丧失原有的功
6、能。 故障诊断 在数控机床运行中，根据设备的故障现象，在掌握数控系统各部分工作原理的前提下，对现行的状态进行分析，并辅以必要检测手段，查明故障的部位和原因。提出有效的维修对策。 2.故障的分类 1）从故障的起因分类 关联性故障 和系统的设计、结构或性能等缺陷有关而造成（分固有性和随机性）。 非关联性故障 和系统本身结构与制造无关的故障。 2）从故障发生的状态分类 突然故障 发生前无故障征兆，使用不当。 渐变故障 发生前有故障征兆，逐渐严重。 3)按故障发生的性质分类 软件故障 程序编制错误、参数设置不正确、机床操作失误等引起。 硬件故障 电子元器件、润滑系统、限位机构、换刀系统、机床本体等硬件
7、损 坏造成。 干扰故障 由于系统工艺、线路设计、电源地线配置不 当等以及工作环境的恶劣变化而产生。 4）按故障的严重程度分类 危险性故障 数控系统发生故障时，机床安全保护系统在需要动作时， 因故障失去保护动作，造成人身或设备事故。 安全性故障 机床安全保护系统在不需要动作时发生动作，引起机床不能起动。 3.数控系统的可靠性 数控机床除了具有高精度、高效率和高技术的要求外，还应该具有高可靠性。 衡量的指标有： MTBF 平均无故障时间 MTTR 排除故障的修理时间 平均有效度 A： A=MTBF/（ MTBF+MTTR） 4.数控机床维修的特点 1）数控机床是高投入、高精度、高效率的自动化设备；
8、 2）一些重要设备处于关键的岗位和工序，因故障停机时，影响产量和质量； 3）数控机床在电气控制系统和机械结构比普通机床复杂，故障检测和诊断有一定的难度。 二、对人员的基本要求 a.应熟悉掌握数控机床的操作技能，熟悉编程工作，了解数控系统的基本工作原理与结构组成； b必须详细熟读数控机床有关的各种说明书，了解有关规格、操作说明、维修说明，以及系统的性能、结构布局、电缆连接、电气原理图和机床 PLC梯形图等； C除会用传统 仪器仪表工具外，还应具备使用多通道示波器、逻辑分析仪和频谱分析仪等现代化、智能化仪器的技能； d在完成一次故障诊断及排除故障过程后，应能对诊断排除故障工作，进行总结； e能做好
9、故障诊断及维护记录，分析故障产生的原因及排除故障的方法，归类存档； f知识面广，掌握计算机技术、模拟与数字电路基础、自动控制与电机拖动、检测技术及机械加工工艺方面的基础知识与具备一定的外语水平。 三、对排故手段的要求 a准备好常用备品、配件并随时可以得到微电子元器件的实际供应； b必要的维修工具、仪器、仪表、接线、微机等； C 完整资料、手册、线路图、维修说明书 (包括 CNC操作说明书 )以及接口、调整与诊断、PLC说明书等： 四、 排故前的准备工作 接到用户的直接要求后，应尽可能直接与用户联系，以便尽快地获取现场及故障信息。如数控机床的进给与主轴驱动型号、报警指示或故障现象、用户现场有无备
10、件等。 五、 现场排故与维修 对数控机床出现的故障 (主要是数控系统部分 )进行诊断，找出故障部位过程的关键是诊断，即对系统或外围线路进行检测，确定有无故障，并对故障定位指出故障的确切位置。从整机定位到插线板，在某些场合下要定位到元器件。 第三 章 机床数控系统故障诊断及其诊断方法 一、数控系统的故障诊断 数控系统的故障诊断一般有故障检测、故障判断、隔离及故障定位三个阶段。第一个阶段的故障检测是对数控系统进行测试，判断是否存在故障；第二阶段是判断故障性质，并分离出故障部件或模块；第三阶段是将故障定位到可以更换的模块或印制线路板上，以缩短修理时间。 1 1 初步判别 通常在资料较全时，可通过资料
11、分析判断故障所在，或采取接口信号法，根据故障现象判别可能发生故障的部位，而后再按照故障与这一部位的具体特点，逐个部位检查，初步判别。 1 2 报警处理 a系统报警的处理：数控系统发生故障时，一般在显示屏或操作面板上给出故障报警信号和相应的信息。通常系统的操作手册中都有详细的报警信号、报警内容和处理方法。由于系统的报警设置单一、齐全，维修时可根据每一报警后面给出的信息与处理办法自行处理； b机床报警和操作信息的处理：机床制造厂根据机床的电气特点，应用 PLC程序，将一些能反映机床接口电气控制方面的故障或操作信息以特定的标志，通过显示器给出，并可通过特定键，看到更详尽的报警说明。 1 3 无报警或
12、无法报警的故障处理当系统的 PLC无法运行，系统已停机或系统没有报 警但工作不正常时，需要根据故障发生前后的系统状态信息，运用已掌握的理论基础进行分析，做出正确的判断。 二、数控机床故障诊断原则和方法 （ 1）数控机床故障诊断原则 1）先外部后内部。数控机车是集机械、液压、电气为一体的机床，故其故障的发生也我由这三者综合反映出来。维修人员应该由外向内逐一进行排查。尽量避免随意地启封、拆卸，否者会扩大故障，使机床丧失精度，降低性能。 2）先机械后电气。一般说来，机械故障容易发觉，而数控系统的故障的诊断难度较大。在故障的检修之前，首先排除机械的故障。 3）先静后动。先在机车断电的 静止状态下，通过
13、了解，观察测试，分析确认为非破坏性故障，必须先排除危险后，方可以通电。 4）先简单后复杂。当出现多种故障相互交织掩盖，一时无从下手时，先先解决容易的问题，后解决难度较大的问题。往往简单的解决了，难度大 问题也简单化了。 2 1 直观法 主要采用目测、手摸、通电等实用方法。 2 2 仪器测量比较法 当系统发生故障后，采用常规电工检测仪器，按系统电路图及机床电路图对故障部分的电压、电源、脉冲信号等进行实测，将正常值与故障时的值相比较，可以分析出故障的原因及故障的所在位置。 2 3 用可编程序控制 器进行 PLC中断状态分析 可编程序控制器发生故障时，其中断原因以中断堆栈的方式记忆。使用编程器可以在
14、系统停止状态下，调出中断堆栈和块堆栈，按其所指示的原因查明故障所在。 2 4 诊断备板置换法 现代数控系统大都采用模块化设计，按功能不同划分不同模块，可以根据模块的功能与故障现象，初步判断出可能的故障模块，用诊断备件将其替换，这样可迅速判断出有故障的模块。利用备用的电路板来替换有故障疑点的模板，这是一种陕速而简便的判断故障原因的方法，常用于 CNC系统的功能模块，如 CRT模块、存储器模块等。例如有一数控系统开机 后即无显示，即可判断 CRT模块是否有故障。需要注意的是，备板置换前，应检查有关电路，以免由于短路而造成好板损坏，同时还应检查试验板上的选择开关和跨接线是否与原模板一致，有些模板还要
15、注意板上电位器的调整。 2 5 利用系统的自诊断功能判断 现代数控系统尤其是全功能数控系统具有很强的自诊断能力，通过实施时监控系统各部分的工作，及时判断故障，给出报警信息，并做出相应的动作，避免事故发生。然而有时当硬件发生故障时，就无法报警，有的数控系统可通过发光管不同的闪烁频率或不同的组合做出相应的指示，这些指示配合使用就可帮助 我们准确地诊断出故障模板的位置。 2 6 交换法 在数控机床中，常有功能相同的模块或单元，将相同模块或单元互相交换，观察故障转移的情况，就能快速确定故障的部位。这种方法常用于伺服进给驱动装置的故障检查，也可用于两台相同数控系统间相同模块的互换。 2 7 敲击法 数控
16、系统由各种电路板组成，每块电路板上会有很多焊点，任何虚焊或接触不良都可能出现故障。若用绝缘物轻轻敲打不良疑点的电路板、接插件或元器件时，若故障出现，则故障很可能就在敲击的部位。对上述故障诊断方法有时要用几种方法同时进行故障综合分析，快速诊断出故障 的部位，从而能快速排除故障。 第四章 数控系统故障排除方法的应用 一、初始化复位法 一般情况下，由于瞬时故障引起的系统报警，可用硬件复位或开关系统电源依次来清除故障，若系统工作存贮区由于掉电，拔插线路板或电池欠压造成混乱，则必须对系统进行初始化清除，清除前应注意作好数据拷贝记录，若初始化后故障仍无法排除，则进行硬件诊断。 二、参数更改，程序更正法 系
17、统参数是确定系统功能的依据，参数设定错误就可能造成系统的故障或某功能失效。有时由于用户程序错误亦可造成故障停机，对此可以采用系统的块搜索功能进行检查，改正 所有错误，以确保其正常运行。 三、最佳化调节法 这是一种最简单易行的办法。通过对电位计的调节，修理系统故障。最佳化调整是系统地对伺服驱动系统与被拖动的机械系统实现最佳匹配的综合调节方法，其办法很简单，用一台多线记录仪或具有存贮功能的双踪示波器，分别观察指令和速度反馈或电流反馈的响应关系。通过调节速度调节器的比例系数和积分时间，来使伺服系统达到既有较高的动态响应特性，而又不振荡的最佳工作状态。 四、备板置换法 用好的备件置换诊断出坏的线路板，
18、并做相应的初始化启动，使机床迅速投入正常运转，然后将坏板修理或返修， 这是目前最常用的排故办法。 五、改善电源质量法 目前一般采用稳压电源，来改善电源波动。对于高频干扰可以采用电容滤波法，通过这些预防性措施来减少电源板的故障。 第五章 常见故障举例和原因分析 (针对数控纵切车床 ) 一、故障条目 1、主轴弹簧夹头打不开。 2、接料器不动作或动作不正确。 3、中心架夹头与棒料咬死。 4、主轴报警指示灯亮。 5、主轴转动 CRT 上无主轴转速显示或机床每转进给时，主轴转动，进给轴不移动。 6、冷却液漏或冷却液流量不够。 7、液压压力不够。 8、机床加工零件时，噪声大。 9、回零 重复性差或参考点位
19、置偏差。 10、接通总电源开关后，电源指示灯（ HL1）不亮。 11、控制电源故障（无控制电压等）。 12、伺服电源故障（无输入电压等）。 13、冷却系统不工作。 14、液压系统不工作。 15、变频器故障报警。 16、机床参数或加工程序丢失。 17、系统报警，报警号： 910 998。 18、按下系统启动按钮，系统不启动。 19、 CRT 显示屏画面抖动或晃动。 20、超程报警。 21、手动（ JOG）操作、手轮（ MPG）操作、自动操作无法执行。 22、 CRT 屏幕显示 400、 401、 4n0、 4n1、 4n4、 4n6 号报警（伺服报警）。 23、数控系统电源接通时无画面显示。 2
20、4、伺服驱动系统受干扰。 25、伺服电机损坏。 26、工况指示三色灯红色亮。 27、 加工小圆弧和倒角轨迹不正常。 二、数控纵切车床故障分析与排除 警告： 1、机床维修之前应首先阅读随机技术文件、资料，弄清原理后再进行修理。 2、故障检查与排除时，关断电源后，方可插、拔插头、连接器或拆卸电气元器件；检修操作过程中必须遵守安全操作规程。 序号 故障症兆 原因分析 排除方法 1 主轴弹簧夹头打不开。 1 1 主轴夹紧推套与主 轴内孔咬住。 1 2 主轴推套内的扁弹簧失效。 1 3 主轴夹紧调整的不当(过紧或过松 )。 1 1 应将主轴前螺帽拆 下，取下弹簧夹头和推套（推套过紧时可采用取下螺帽后将操
21、作面板上的主轴夹紧 /放松旋钮开关置于 “夹紧”位置将推套顶出），此时可适当修研推套外圆的咬合点至与主轴内孔推动灵活即可。注意不得将间隙修得大于 0.01mm。 1 2 更换主轴推套内失效的扁弹簧。 1 3 重新调整主轴推套并紧螺母。 2 接料器不动作或动作不正确。 2 1 接料器给铁屑卡住。 2 2 液 压系统接料换向阀堵塞。 2 1 拆下接料器进行清洗后重新装复与调整。 2 2 拆下接料换向阀进行清洗后，重新装复与调整。 2 3 接料换向阀电源插头接触不良、断线或线圈损坏。 2 3 检查接料换向阀插头座、电磁阀线圈和连线，更换损坏的插头座或线圈。 3 中心架夹头与棒料咬死。 3 1 固定中
22、心架弹簧夹头与棒料之间的间隙调整过紧。 3 2 棒料弯曲度或直径变化过大。 3 3 由于材料偏软，造成咬死。 3 1 按机床使用说明书中的方法重新调整间隙。（调中心架后并紧螺母，以不咬死棒 料为准。） 3 2 棒料校直或选用 h7 公差的冷拉棒料。 3 3 建议用回转中心架。 4 主轴报警指示灯亮。 主轴变频器报警引起。 按变频器故障分析及维修进行检修（见 15 项）。 5 5 1 主轴转动 CRT上无主轴转速显示或机床每转进给时，主轴转动，进给轴不移动。 5 1 1 主轴位置编码器与主轴连接的齿形皮带断裂。 5 1 2 主轴位置编码器连接电缆断线。 5 1 3 主轴 位置编码器连接插头接触不
23、良。 5 1 4 主轴位置编码器损坏。 5 2 1 CNC 主轴模拟量 没有输出。 （电压： 0 10VDC） 5 1 1 更换齿形皮带。 5 1 2 测试检查 ,找出断线点和原因，更换断线。 5 1 3 重新将主轴位置编码器连接插头插接牢靠。 5 1 4 检查确认，更换损坏的主轴位置编码器。 5 2 1 测试变频器上频率设定（ ACM1 与 VRF 端）端是否有电压，并随给定的主轴转速变化， 如无电压，按 BEIJING-FANUC SEIES 0-TD 维修说明书中方法进行故 障分析与维修。 5 2 CNC 发出主轴正转或反转指令后，主轴不转动或只能向一个方向旋转。 5 2 2 CNC 主
24、轴模拟量输出口与变频器的连接电缆断线或短路。 5 2 2 按电气图册中主轴模拟量输出连接电路，测试检查 CNC 主轴模拟量输出口与变频器频率设定口之间的连接电路，找出故障点，更换已损坏的电缆。 5 2 3 连接器接触不良。 5 2 4 主轴正转或反转控制继电器损坏或触点接触不良。 5 2 5 CNC 控制主轴正转或反转接口损坏没有电压输出，控 制继电器不动作。 5 2 5 主轴控制电路接触不良或有断线。 5 2 3 断电后重新将连接器插牢靠。 5 2 4 测试检查主轴正转或反转控制继电器，找出故障点及原因，排除故障，更换已损坏的继电器。 5 2 5 测试检查输出口（ M12）的负载侧有否短路，
25、控制继电器线圈并联的二极管是否接反，找出故障原因，排除故障或更换输出口，修改梯形图（找机床制造厂家修理）。 5 2 5 按电气图册中主轴控制电路进行测试检查，排除故障。 6 6 1 冷却液漏。 6 2 冷却液流量不够 。 6 1 1 冷却箱冷却液加的过满。 6 1 2 冷却管老化破裂。 6 2 1 冷却箱过脏，引起电泵堵塞。 6 2 2 冷却管堵塞或变形。 6 1 1 减少冷却箱中的冷却液。 6 1 2 更换冷却管。 6 2 1 清洗冷却箱和电泵，更换过脏的冷却液。 6 2 2 清洗冷却管或更换变形的冷却管。 6 2 3 冷却箱中冷却液过少。 6 2 3 加冷却液。 7 液压压力不够。 7 1
26、 液压箱温度过高，液压油变稀，压力下降。 7 2 液压压力调整不当。 7 3 油路堵塞，压力不够 。 7 4 液压箱中的液压油过少。 7 1 检查引起油温过高的原因，排除故障，关机冷却后再启动。 7 2 按机床使用说明书中的要求，重新调整。 7 3 清洗油路或更换堵塞的油管。 7 4 加液压油。 8 机床加工零件时，噪声大。 8 1 棒料的不直度直接影响到机床的工作噪声。 8 2 机床使用已久，滚珠丝杆间隙增大。 8 3 运动轴轴承座润滑不良，轴承磨损或损坏。 8 4 其它机械故障引起加工 噪声大。 8 5 工装夹具、刀具或切削参数迁择不当。 8 3 伺服电机、主轴电机轴承润滑不良或损坏 。
27、8 1 对棒料进行校直处理，一般棒料的弯曲度不得大于0.5mm/m。 8 2 修磨滚珠丝杆螺母调整垫片，重调间隙。 8 3 加长效润滑脂，更换已损坏的轴承，重调轴承预紧力。 8 4 检查机床，找出引起噪声大的原因，并排除。 8 5 根据所加工的工件，重新选择刀具和切削参数。 8 3 检查确认，加润滑脂，更换已损坏的轴承。伺服电机、主轴噪声增大，应停机检查。 9 回零重复性差或参考点位置偏差： 9 1 回零重复性不稳。 9 1 1 滚珠丝杆间隙增大。 9 1 2 回零轴轴承座润滑不良，轴承磨损或损坏。 9 1 1 方法同 8.2 项。 9 1 2 加润滑脂，更换损坏的轴承。 9 2 机床返回参考点操作时， CRT 显示90 号报警。 9 3 返回参考点位置出现偏差。 9 1 3 回零减速开关或挡块松动 ,引起回零重复性不稳 。 9 2 返回参考点位置异常。参看“第 3 章第3 节 CNC 系统的故障分析”。 9 3 1 参看“第 3 章第 3节 CNC 系统的故障分析” 3.3 项。 9 1 3 检查回零减速开关或挡块是否松动 ,并将其紧固牢固。 9 2 参照“第 3 章第 3 节 CNC系统的故障分析”中进行故障测试检查与排除。 9 3 1 参照“第 3 章第 3 节 CNC系统的故障分析”中 3.4项。 9 3 2 按 BEIJING- FANUC
