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1、数控机床故障诊断和维修技术第一章 概述一、 数控机床故障诊断和维修工作基本要求1 人员条件掌握有关数控机床机械结构和电气控制方面知识涉及学科：计算机控制技术 模拟和数字电路 自控理论 电机和拖动技术 数控加工技术 机械传动 液压和气动技术 掌握机械和电气维修中检测仪器和工具使用 掌握常见英文标识意义2 物质条件相关器具 维修工具 测量仪器和仪表 其他辅助物品技术资料 机床使用说明书机床生产厂家 系统操作说明书 连接说明书（硬件、功能） 维修说明书 参数说明书 交流伺服电机规格/参数说明书 伺服电机维修说明书 规格说明书（对系统功能有一定了解）二、 数控机床故障特点传统机床：触点控制，继电器电路
2、，控制时间、行程、电流、电压数控机床：计算机控制、PLC控制，如何用PLC和CNC之间交换信息查找故障数控机床故障主要分机械故障和电气故障两大类：机械故障主要表现为机床长期运转引起磨损（需定期修复），再者就是因某些原因造成机械部件损坏（突然故障比较明显）数控机床电气故障主要包括硬件故障和软件故障。硬件故障主要指电气元件、印刷线路板、电线电缆、接插件故障需修理或更换。软件故障一般是指PLC逻辑控制程序产生故障，需要输入或修改某些数据甚至修改PLC程序，零件加工程序故障也是软件故障，最严重软件故障是系统软件缺失。系统软件组成类别名称存放位置制造者1系统文件启动芯片存储或固化EPROMFLASH M
3、EMORY系统生产厂家基本系统软件（标配）加工循环测量循环2用户文件NC机床数据SRAM中（CMOS）机床制造厂家PLC机床数据PLC用户程序PLC报警文本系统设定数据3用户文件加工程序存在RAM中（有电池支持）机床用户刀具补偿参数零点偏置参数R参数等软件故障发生原因（软件变化/软件丢失）1 误操作：在调试用户程序或调用某些参数时误操作2 供电电池不足：RAM电池长期使用后电压降低 停电时拔下RAM电池 电池电路短路或断路 电池接触不良软件故障排除方法 造成软件或数据丢失需重新置入 系统在运行过程中中断或停机关机重起（有系统不稳定问题）第二章 数控机床安装、调试和验收一、 数控机床安装1 开箱
4、检查2 部件就位3 连接外部电缆连接（若整机购买不需要做此工作）CRT/MDI面板操作面板电气柜进给和主轴电机控制单元伺服驱动单元电源连接电源变压器（输入电压和频率、电压波动范围、相序）直流电源输出对地短路数控电源熔断器其他线路连接液、气、油4 系统参数设定（若整机购买不需要做此工作）有些是机床工作必须设定参数二、 数控机床调试1 调水平2 通电试车3 系统工作状态检查三、 数控机床验收1 机床功能验收：主轴系统性能：高、中、低速正反转主轴提速主轴准停 进给系统性能：手动进给，高、中、低速 G00和G01测试 自动换刀装置：可靠、平稳 换刀速度 机床噪音 电气装置绝缘 数控装置 防护装置 润滑
5、装置 气液装置：密封、压力 其他装置：排屑2 数控功能验收运动指令：G00、G01、G02、G03功能指令：平面选择、刀具补偿、暂停、固定循环等操作功能：操作面板上一些功能显示功能3 机床精度验收几何精度 卧式数控车床几何精度检验序号检 测 内 容检测方法允许误差/mm实测误差1往复台Z轴方向运动直线度aZ轴方向垂直平面内0.02/10000.012bX轴方向垂直平面内cX轴方向水平面0.02/10000.0152主轴端面跳动0.020.0063主轴径向跳动0.020.0054主轴中心线和往复台Z轴方向运动平行度a垂直平面内0.02/300只许上偏0.014b水平平面内0.015/300只许前
6、偏0.015主轴中心线和X轴垂直度0.02/3000.0086主轴中心线和刀具中心线偏离程度a垂直平面内0.05未测b水平平面内0.057床身导轨面平行度a山行外侧0.04/10000.03b山行内侧8往复台Z轴方向运动和尾座中心线平行度a垂直平面内0.02/1000.003b水平平面内0.02/1000.0059主轴和尾座中心线之间高度偏差0.040.03510 尾座回转径向跳动0.02未测位置精度卧式数控车床定位精度检验项目序号检测项目检测方法允差精度值1直线运动定位精度在空载条件下，对所测坐标轴在全行程内，分50mm间距正和反向快速移动定位，在每个位置上测出实际移动距离和理论移动距离之差
7、，对实测数据处理求出精度值Z轴0.040.027X轴0.030.0142直线运动重复定位精度选择行程中间和两端任意三个点作为目标位置，从正向和反向进行五次定位，测量出实际位置和目标位置之差。Z轴0.0160.008X轴0.0120.007工作精度（加工精度）卧式数控车床切削精度检验序号检测项目检测方法允许误差1外圆车削圆度试件材料为45钢，切削速度100-150m/min，背吃刀量0.1-0.15mm，进给量小于或等于0.1mm/r。试件长度取最大车削直径1/2或最大车削长度1/3，直径大于或等于长度1/4。根据机床主要性能表中最大切削直径和最大切削长度，检测时所采用试件直径为150mm，长度
8、L1为200mm,L2为20mm。小于0.005mm直径一致性小于0.03/200mm2端面车削平面度试件材料为灰铸铁，切削速度100m/min，背吃刀量0.1-0.15mm，进给量小于或等于0.1mm/r，试件外圆直径取200mm，Lmax50mm。0.02/300mm（只许凹）3螺纹切削螺距累积误差螺纹长度取80mm，螺纹直径36mm（螺纹长度大于或等于2倍工件直径），螺距不超过Z轴丝杠螺距之半，原机床Z轴丝杠螺距5mm，所以取螺距2mm，精车60螺纹。0.02/60mm单项检测试切件示意图如图所示。外圆车削试件：工件材料45钢，切削速度100-150m/mmin，背吃刀量0.1-0.15
9、mm，进给量0.1mm/r，机夹可转位刀具，PVD涂层刀片（低温真空）L500mm，dL/4测量项目：圆度（在固定端测量）0.007(L40mm),0.01(400L70mm) 直径一致性0.03/300mm检测仪器：圆度仪、千分尺面车削试件：工件材料灰铸铁，切削速度100m/min，背吃刀量0.1-0.15mm，进给量0.1mm/r，机夹可转位刀具，PVD涂层刀片（低温真空）检测项目:精车端面平面度直径在300mm以上允许0.02mm(内凹)测量仪器:平尺、块规螺纹切削试件：测量项目：螺距累计误差测量仪器：万工显切削综合试件 1.轴类零件圆度D6 0.015mm直径尺寸精度D3 D4 D6
10、0.025mm直径尺寸精度D1 D2 D5 0.02mm直径尺寸差D2- D1=10 0.015mm直径尺寸差D3- D4=0 0.020mm长度尺寸精度L1=20 0.025mm长度尺寸精度L2=170 0.035mm 2.盘类零件略第三章 数控机床维护一、 随机安全使用手册二、 数控系统操作手册中提出警告和注意事项三、 点检四、 注意其他问题数控机床使用环境电源波动经常通电严格遵守操作规程和日常维护制度不要经常打开电气柜定期清扫数控、电气柜中通风系统更换COMS电池、编码器电池五、 机械部件维护主传动链维护：同步齿形带松、主轴箱油温、润滑油换油、清洗过滤器滚珠丝杠维护：注意观察轴向间隙、润
11、滑、避免杂质进入刀库和换刀装置维护：装刀到位、锁紧可靠、刀具碰撞、刀柄清洁、换刀位置 液压系统维护：定期更换和过滤油液 定期检查或更换密封件 定期清洗和更换液压件 定期检查过滤系统和液压管路 定期检查泄露、噪音、振动、压力、油温气动系统维护：过滤 防止气动件生锈油雾气供油量 密封 压力 定期清洗更换气动元件数控机床机械故障诊断方法主轴部件常见故障滚珠丝杠常见故障刀架、刀库及换刀装置主要故障液压系统主要故障第四章 数控系统故障诊断基础知识一、 概述1 主流数控系统介绍FANUC：F0系列A、B、C、D F0i系列A、B、C F16系列 F18系列伺服驱动及伺服电机 伺服电机驱动模块 电源模块 主
12、轴电机 伺服电机 主轴驱动SIEMENS：810802 840C 840DFAGOR：8055i 8070华中数控2 数控系统主要功能基本功能控制轴功能准备功能插补功能进给功能刀具功能补偿功能主轴功能辅助功能显示功能诊断功能选择功能固定循环图形显示功能通讯功能：RS232接口、DNC、网络（远程协同和诊断）人机对话功能3 数控组成框图CNC装置位置检测主轴电机速度检测机床进给电机速度检测位置检测主轴驱动PLC进给驱动二、 典型数控系统硬件结构FANUC0i1 FANUC0i-TB数控系统配置名称型号额定输出额定转矩最大转速转动惯量CNC（包括控制单元）FANUC0i-TBPMCPMC-SB7i
13、系列伺服放大器PSM-30i（电源模块）26KWSPM26i（主轴模块）SVM2-40/40i（双轴伺服模块）i系列主轴电机22/7000i（主轴电机）22KW/26KW连续/30分钟140 N.m6000rpm0.128 kg.m2i系列伺服电机8/3000i（X轴电机带抱闸）1.6KW8N.m3000rpm0.0026kg.m28/3000i（Z轴电机）1.6KW8N.m3000rpm0.0026kg.m22 FANUC0i-TB数控系统外部连接三、 FANUC0i数控系统参数数控系统参数用来完成CNC系统和机床各部件匹配，以实现数控机床各种功能。它是机床正常工作及其性能充分发挥重要保证一
14、般数控机床在出厂时，数控系统参数已经设定，用户不必进行改动，如若丢失需重新传入。有些参数系统生产厂家在公开发行资料中不做介绍，只是随机提供，但用户不能搞清其具体含义。1 FANUC0i数控系统参数含义2 FANUC0i数控系统参数显示及修改3 FANUC0i-TB数控车床参数设置系统参数P9900以上为系统参数控制轴设定（NC参数）P1010：CNC控制轴数2P1020：各编程轴名称定义A1=88（第一轴为X轴），A2=90（第二轴为Z轴）P1022：在基本坐标系中设定各坐标轴名称，A1=1（基本坐标系中X轴） A2=3（基本坐标系中Z轴）若该参数不设置，将无法执行G02、G03P1023：各
15、轴伺服轴号A1=1，A2=2伺服引导（SERVO SETTING）：伺服系统参数初始化，没有进行伺服引导前LCD出现#417报警 初始化之前确定： NC单元类型：0i-B系列伺服电动机类型：X轴8B/3000i，Z轴8/3000i电动机内脉冲编码器：i脉冲编码器 是否使用分离型位置编码器（如光栅尺）：未使用，半闭环 伺服电机转一转工作台移动距离：根据传动系统设置，如10mm/r 机床检测单位（可测量出机床位置最小单位）：0.001mm NC指令单位：0.001mm 初始化开始： 显示伺服参数设定画面（P3111.0=1，重起动）SERVO SET X轴 Z轴INITIAL SET BITS（初
16、始化设定） 00001010 00001010MOTOR ID NO（伺服电机ID代码） 177 177AMR（编码器） 00000000 00000000CMR（指令倍乘比） 102 102FEED GEAR （N） 1 1M（N/M） 200 200DIRECTION SET（电机旋转方向） 111 111VOLOCITY PULSE NO（速度反馈脉冲数）8192 8192POSITION PULSE NO（速度反馈脉冲数） 12500 12500REF. COUNTER（参考计数器） 主轴引导：主轴伺服系统参数初始化，没有进行主轴引导前LCD出现#750、#751报警。P4133：主轴
17、电机型号代码P4133=320P4019.7=1：自动进行i系列主轴参数初始化，短电后再通电，初始化生效，P4019.7自动复位为0。PMC模块和系统参数设置（PMC程序调试） 传入PMC程序 调试机床控制面板程序 调试机床润滑 各进给轴移动各轴参考点设置轴行程设置主轴调试自动换刀调试其他辅助动作调试（如冷却、润滑等）伺服参数优化螺距误差补偿和反向间隙补偿试运行4FANUC0i数控系统参数备份 利用PCMCAI计算机存储卡功能保存CNC数据 BOOT SYSTEM画面SRAM DATA BACK UP四、 FANUC0i数控系统PLC1 PLC作用2 PLC输入/输出信号输入信号输出信号地址3
18、 FANUC0i数控系统PMC指令及编程4 FANUC0数控系统PMC编程及调试软件使用5 PMC程序传输6 PMC程序设计 PLC 程序控制设计思路程序功能第一级程序主要处理急停、进给保持和X、Z轴超程第二级程序划分8个子程序功能区子程序系统方式控制包括有编辑、手动数据输入（MDI）、手动连续进给（JOG方式）/存储器自动运行（MEM方式）、DNC操作方式、手动返回参考点、手动回零、手轮操作等系统功能控制包括单程序段运行、选择跳段运行、空运行、选择停止机床闭锁、存储保护、循环启动、进给保持、复位及开/关防护门控制等速度倍率控制包括快速/手轮倍率、进给倍率、主轴倍率控制坐标控制包括快进、手动进
19、给、X/Z轴方向、X/Z轴回零、超程解除等辅助功能控制定义各种辅助功能（略）及润滑、冷却控制主轴控制主轴正、反、停转；主轴定向及主轴速度控制转塔刀架控制定义刀塔计数位、刀塔计数奇偶校验、手动刀塔旋转、自动刀塔旋转、刀塔位置检查、刀塔夹紧检查、T代码定义及校验等报警及信息显示定义显示报警信息（略）例：机床配有12把刀具圆形刀塔。换刀采用两种方式，自动刀塔旋转和手动换刀。根据FANUC PMC程序中旋转（ROT）指令规定，刀塔将计算现在位置和目标位置之间步数选择最短路径旋转方向自动换刀PLC流程 手动换刀流程第五章 数控系统故障诊断和维修技术一、 概述1 数控机床故障分类按故障部位分类：主机故障，
20、电气故障按故障性质分：系统故障，随机故障按有无报警信号分：有报警显示故障（软件报警显示NC、PC报警，硬件报警显示各部件上报警指示灯），无报警显示故障2 数控机床故障诊断原则3 数控机床故障诊断步骤4 数控机床故障诊断方法二、 FANUC0i数控系统故障诊断技术1 FANUC0i数控系统启动诊断启动自诊断在开机时进行，诊断内容有CPU、ROM、RAM、EPROM、I/O口、LCD/MDI单元等，全部通过转入正常运行。若检查出错误，则不转入正常运行过程，转入报警，通过CRT或指示灯报警。2 在线诊断在线诊断是CNC通过系统内装软件（系统自带、用户编制PMC或宏程序），在系统处于正常运行情况下，对
21、CNC本身及外部设备进行自诊断，一旦出现故障提供报警FANUC0i数控系统报警报警信号分类NC报警系统故障、伺服故障、程序错误、软件超程等，见系统操作手册中报警表。PC报警机床执行元件和动作产生错误时，CRT上显示报警信息，同时操作面板上报警灯量，不同机床厂家报警意义不同1000 急停报警硬件上指示灯或代码报警：操作面板上报警灯、控制单元上状态指示和报警灯、主轴驱动上报警灯和报警号显示、驱动单元上报警显示报警信号处理3 离线检查由厂家进行远程诊断自修复系统人工智能（系统配置专家系统）4 FANUC0i数控系统诊断窗口控制和伺服系统工作状态信息窗口自动运行时信息窗口绝对编码器信息窗口伺服系统信息
22、窗口进给轴位置误差信息窗口进给轴机械坐标系位置信息窗口 PMC工作状态信息窗口 机床输入点信息窗口 机床输出点信息窗口 CNC PMC信息窗口PMC CNC信息窗口5 和维修有关参数和机床行程有关参数进给轴反向间隙补偿参数进给轴第二参考点位置设定值三、数控系统常见故障诊断及排除方法1 控制系统常见故障电池报警键盘故障熔丝故障刀位参数更改控制系统NOT READY机床参数修改机床软超程全功能数控车床系统常见故障（FANUC）：2伺服系统常见故障3检测装置常见故障4数控机床故障诊断和维修实例 机床回参考点不准 离参考点过近 会参考点速度过低：FANUC系统允许调整回参考点速度，由于加减速不一样，不准，有系统会参考点速度不可调 零点开关位置不当，如松动 机械结构运动间隙 参数设置不当 #401号报警，交流伺服 故障现象：X轴伺服不移动，但每次给电时不报警，说明控制系统没有问题，按X正、负移动能运动，但立刻报警#401第六章 数控机床机械结构故障诊断和维修