1、 晋中职业技术学院毕业设计（论文） 所属系部 机电工程系 所学专业 机电一体化 班 级 学生姓名 指导教师 2012 年 7 月 晋中职业技术学院 毕业设计（论文） 数控机床常见故障及处理 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
2、如下。 关键词： 数控机床故障诊断 ，影响 ，分析故障，排除故障 Abstract: the system reliability refers to the numerical control system in terms of the conditions and the time required to complete set of functional capacity, fault is that the system conditions and within the time limit specified by the lost of set function. CNC m
3、achine tools is a complicated system, which relates to the light, machine, electricity, liquid and many other techniques, failure is inevitable. Mechanical corrosion, mechanical wear, mechanical failure, electronic components and aging, poor contact, current and voltage fluctuation of plug-in, tempe
4、rature changes, interference, noise, missing or hidden software itself has, dust, mistaken operation can lead to a failure of NC machine tool. In order to facilitate the repair, the system structure and the repair is as follows. Key words: NC machine tool fault diagnosis, impact, failure analysis, t
5、roubleshooting 晋中职业技术学院 毕业设计（论文） 目 录 1 数控机床维修基础 . 5 1.1 数控机床维修的基本要求 . 5 1.2 故障分析的方法 . 5 1.3 维修的基本步骤 . 5 1.4 数控机床的故障检查 . 3 2 FANUC 系统的故障诊断与维修 . 6 2.1 FANUC 系统的故障诊断 . 6 2.2 FANUC 系统的基本检查与测试 . 6 3.SIEMENS 系统的故障诊断与维修 . 9 3.1 SIEMENS 系统的故障诊断于维修 . 9 3.2 SIEMENS 系统的基本检查于信号诊断 . 10 4 加入 WTO 对我国数控技术的影响 . 11 4
6、.1 加入 WTO 对中国数控机床产业发展的有利影响分析 . 11 4.2 对中国数控机床发展的不利影响 . 12 5.企业数控技术发展的策略 . 13 5.1 加快开发高档数控机床品种 . 13 5.2 积极促进功能部件产业化 . 13 5.3 发展普及型数控机床，提高国产数控机床市场占有率 . 14 结束语 . 15 参考文献 . 16 致 谢 . 17 1 数控机床维修基础 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
7、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。 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
8、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。 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
9、模块以及印刷电路板 2 数控机床故障及维修 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。 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
10、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。 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
11、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。 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
12、的能力应比编程人员更强。 数控机床故障及维修 3 1.2 故障的分析方法 1.按故障发生的部位分类 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
13、“三漏”现象发生是减少主机部分故障的重要措施 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
14、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 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
15、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。 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
16、形式分类 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4 数控机床故障及维修 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
17、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： 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（
18、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，
19、主轴转速、转向等等 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 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，
20、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 数控机床故障及维修 5 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
21、，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： 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）
22、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 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
23、？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？ 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 CNC 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
24、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 数控机床故障及维修 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？ 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
25、，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。 2 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、 FS
26、0 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 FANUC AI 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。 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。 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： 电气柜门“互锁”（ DOOR1/DOOK2）触点闭合。 外部电源切断 E-OFF （ TP2 的 EOF 与 COM 间）触点闭合。 MDI/CRT 单元上的电源切断 OFF 按钮触点闭合。
