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1、 第九章 数控车床常见故障的诊断与维修一.数控车床诊断与维修概述1数控车床故障诊断与维修的概念。数控车床综合应用了计算机.自动控制.精密测量 .现代机械制造和数据通信等多种技术，是机加工领域典型的机电一体化设备。 要充分发挥数控车床的效率，就要求机床的开动率高，这就给数控车床提出了可靠性的要求。衡量可靠性的主要指标是平均无故障工作时间（MBTF）。MBTF = 总工作时间/总故障次数我国每年有近千台数控车床的产量，由于一些用户对数控车床的故障不能及时作出正确的判断和排除，目前国内各行业中数控车床的开动率平均仅达到20%-30%。数控车床的故障诊断与维修是数控车床使用过程中重要的组成部分，也是目
2、前制约数控车床发挥作用的因素之一，因此数控车床的使用单位培养掌握数控车床的故障诊断与维修的技术人员，有利于提高数控车床的使用率。2. 数控车床的故障类型与特点。（1）数控车床的故障类型。数控车床故障是指数控车床失去了规定的功能。按照数控车床故障频率的高低，车床使用期可以分为三个阶段，即初始运行期.相对稳定运行期和衰老期。数控车床从整机安装调试后至运行一年左右的时间成称为车床的初始运行期。在这段时间内，机械处于磨合状态，部分电子元器件在电气干扰中经受不了初期的考验而损坏，所以数控车床在这一段时间内的故障比较多。 数控车床在经过了初始运行期就进入了相对稳定期，车床在该时期仍然会产生故障，但是故障频
3、率相对减少，数控车床的相对稳定期一般为7-10年。数控车床经过相对稳定期之后就进入了衰老期，由于机械的磨损.电气元件的品质因数下降，数控车床的故障率又开始增大。数控车床的故障种类很多，可分为以下几类：A. 按照故障起因关联性故障和非关联性故障，所谓非关联性故障是由于运输.安装等原因造成的故障。关联性故障可分为系统性故障和随机故障，系统性故障是指数控车床在一定条件下必然会出现的故障。一般随机故障是指偶然出现的故障，由于机械结构局部松动.系统控制软件不完善.硬件工作特性曲线下降.电气元件品质因数降低等原因造成的。B. 数控车床有诊断显示故障和无诊断显示故障：数控车床故障按有无分为有诊断显示故障和无
4、诊断显示故障。有诊断显示故障一般与控制部分有关，故障发生后可以根据故障报警信号找到故障的原因。无诊断显示故障往往表现为工作台停留在某一位置不能运动，依靠手动操作也无法使工作台动作，这类故障的排除相对于有诊断显示故障的排除要大。C. 数控车床的破坏性故障和非破坏性故障：数控车床的故障按照性质可分为破坏性故障和非破坏性故障。对于短路.因伺服系统失控造成“飞车”等故障称为破坏性故障，在维修和排除这些故障时不允许故障重复出现，因此维修有一定难度；对于非破坏性故障，可以经过多次试验.重演故障来分析故障原因，故障的排除相对容易一些。D. 数控车床的电气故障和机械故障：数控车床的故障按发生部位可分为电气故障
5、和机械故障。电气故障一般发生在系统装置.伺服驱动单元和车床电气等控制部位。电气故障一般是因为电气元气件的品质因数下降.元器件焊接松动.接插件接触不良或损坏等因素引起，这些故障表现为时有时无。例如某电子元器件的漏电流较大，工作一段时间后，其漏电流随环境温度的升高而增大，导致元器件工作不正常，影响了相应电路的正常工作。当环境温度降低以后，故障又消失了。这类故障靠目测是很难查找的，一般要借助测量工具检查工作电压.电流或测量波形进行分析。 机械故障一般发生在机械运动部位。机械故障可分为功能型故障.动作型故障.结构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，这些故障是可以发现的，如加工精
6、度不稳定.误差大等。动作型故障是指车床的各种动作故障，可以表现为主轴不转.工件夹不紧.刀架定位精度低.液压变速不灵活等。结构型故障表现为主轴发热.主轴箱噪声大.机械传动有异常.产生切削振动等。使用型故障主要是指操作和使用不当引起的故障，例如过载引起机件损坏等，机械故障一般可以通过维护保养和精心调整来预防。E. 自诊断故障：数控系统有自诊断故障报警系统，它随时监测数控系统的硬件.软件和伺服系统等的工作情况。当这些部分出现异常时，一般会在监视器上显示报警信息或指示灯报警显示故障号，这些故障可称为自诊断故障。自诊断故障系统可以协助维修人员查找故障，是故障检查和维修工作中十分重要的依据。对出现的报警信
7、息要进行仔细分析，因为可能有多种故障因素引起同一种报警信息。F. 人为故障和软（硬）故障：人为故障是指操作员.维护人员对数控车床还不熟悉或没有按照使用手册要求，在操作和调整时处理不当而造成的故障。硬故障是指车床的硬件损坏造成的故障。软故障是指由于数控加工程序中出现语法错误.逻辑错误或非法数据；数控车床的参数设定或调整出现错误；保持RAM存储器的锂电池短路.断路.接触不良，RAM芯片的不到保持数据所需电压，使得参数.加工程序丢失。（2）数控车床故障的特点。 数控车床本身的复杂性使其故障具有复杂性和特殊性。引起数控车床故障的因素是多方面的，有些故障的现象是机械方面的，但是引起故障的原因却是电气方面
8、的；有些故障的现象是电气方面的，然而引起故障的原因却是机械方面的；有些故障是由电气方面和机械方面共同引起的。3. 数控车床故障诊断与维修的一般方法。 数控车床故障诊断一般包括三个步骤：第一个步骤是故障检测，是对数控车床进行测试，检查是否存在故障。第二个步骤是故障判断与隔离，是判断故障的性质，以缩小产生故障的范围，分离出故障的部件或模块。第三个步骤是故障定位，将故障定位到产生故障的模块或元器件，及时排除故障或更换元器件。数控车床故障诊断一般采用追踪法.自诊断.参数检查.替换法.测量法。（1） 追踪法是指在故障诊断和维修之前，维修人员先要对故障发生的时间.周围环境.车床的运行状态和故障的详细类型进
9、行了解，然后寻找产生故障的部位。大致步骤如下：A.故障发生的时间和周围环境：故障发生的时间和次数；故障的重复性；故障是否在接通电源时出现；环境温度如何；是否有雷击，车床附近有无振动源或干扰。B.车床的运行状态：故障发生时车床的运行方式；进给坐标轴的速度情况；主轴的速度情况；刀具轨迹是否正常；辅助设备运行是否正常；车床是否运行新编的程序；故障是否发生在运行M.S.T代码时；故障是否与螺纹加工有关；车床在运行时是否改变了工作方式；方式选择开关设定是否正确；速度倍率开关是否设置为零；车床是否处于锁定状态。C.故障类型：监视器画面是否正常；监视器是否显示报警及相应的报警号；故障发生之前是否出现过同样的
10、故障；故障发生之前是否维修或调整过机床；是否调整过系统参数。接下来可以进行停电检查。利用视觉.嗅觉.听觉和触觉寻找产生故障的部位。例如仔细检查加工零件表面的情况，机械有无碰撞的痕迹，电气柜是否打开，有无切屑进入电气柜，元器件有无烧焦，印刷电路板阻焊层有无因元器件过流或过热而烧黄或烧黑，元器件有无松动，电气柜和元器件有无焦糊味，部件或元器件是否发热，熔丝是否熔断，电缆是否破裂和损伤，气动系统或液压系统的管路与接头有无泄漏，电源线和信号线是否分开安装或分开走线，屏蔽线接线是否正确等。停电检查之后可以进行通电检查，检查系统参数和刀具补偿是否正确，加工程序编制是否有误，机械传动部分有无异常声响，系统的
11、输入电压是否在正常范围内，电气柜的轴流风扇是否正常.电气装置内有无打火现象。如果出现打火，应该立即关断电源.以免扩大故障范围。追踪法检查是一种基本的检查故障的方法，发现故障后要查找引起故障的根源.采取合理的方法排除。（2）自诊断功能自诊断功能是数控系统的自诊断报警系统功能，它可以帮助维修人员查找故障，是数控车床故障诊断和维修的十分重要的手段。自诊断功能按时间的先后可以分为启动诊断.在线诊断和离线诊断。A启动诊断是指数控系统从通电开始到进入正常运行准备为止，系统内部诊断程序自动执行的诊断。启动诊断主要是针对CNC装置中的最关键的硬件和系统控制软件进行诊断，例如CPU.存储器.软驱.手动数据输入（
12、CRT/MDI）单元.总线和I/O单元等。如果检测到故障，CNC装置通过监视器显示故障内容。自动诊断过程没有结束时，数控车床不能运行。B在线诊断是指数控系统在工作状态下,通过系统内部的诊断程序,对数控车床运行的正确性进行的诊断. 在线诊断按显示可分为状态显示和故障信息显示两部分. 状态显示包括接口状态显示和内部状态显示.接口状态是以二进制的”0”和”1”表示信号的有无,在监视器上显示CNC装置与PLC,PLC与车床之间的接口信息传递是否正常.内部状态显示涉及车床较多的部分,例如复位状态显示.由外部原因造成的不执行指令的状态显示等.故障信息的显示涉及很多故障内容,CNC系统对每一条故障内容赋予一
13、个故障编号(报警号).当发生故障时,CNC装置对出现的故障按其紧迫性进行判断,在监视器上显示出最紧急的故障报警号和相应的故障内容说明.数控车床的伺服驱动单元.变频器.电源.I/O接口等单元通常有数码管指示和报警指示灯.当这些装置和部件出现故障时,除了在显示器上显示故障报警信息外,它们的报警指示灯变亮.C离线诊断是数控车床出现故障时, 数控系统停止运行系统程序的停机诊断. 离线诊断是把专用的诊断程序通过通信接口输入到CNC装置内部,用专用诊断程序替代系统程序来诊断系统故障,这是一种专业性的诊断.(3).参数检查数控车床的参数是否合理直接关系到车床能否正常工作.这些参数有位置环增益.速度环增益.反
14、向间隙补偿值.参考点坐标.快速点定位速度.加速度.系统分辨率等数值,通常这些参数不允许修改.如果参数设置不正确或因干扰使得参数丢失,车床就不能正常运行,因此参数检查是一项重要的诊断.(4)替换法利用备用模块或电路板替换有故障点的模块或电路板.观察故障的转移情况,这是常用而且简便的故障检测方法.(5)测量法利用万用表.钳形电流表.相序表.示波器.频谱分析仪.对故障疑点进行电流.电压和波形测量，将测量值与正常值进行比较，分析故障所在位置。二.数控车床常见故障的诊断1.主要机械部件故障诊断。（1）主轴部件：数控车床的主轴部件是影响车床加工精度的主要部件，它的回转精度影响工件的精度；它的功率大小与回转
15、速度影响加工效率。 主轴部件出现的故障有：主轴运转时发出异常声音.自动变速出现故障。 主轴部件故障诊断序号 故障现象 故障原因 排除方法1加工精度达不到要求车床在运输过程中受到冲击检查对车床精度有影响的各部位，特别是导轨，并按出厂精度要求重新调整或修复2切削振动大1.主轴箱和床身连接螺钉松动2.轴承预紧力不够，间隙过大 紧固连接螺钉重新调整轴承游隙。但预紧力不宜过大，以免损坏轴承3切削振动大1轴承拉毛或损坏 更换轴承2转塔刀架运动部位松动 调整修理4主轴箱噪声大1.主轴部件动平衡不好重做动平衡2.轴承损坏或传动轴弯曲更换轴承，校直传动轴3.润滑不良调整润滑油量，保持主轴清洁5主轴不转动主轴转动
16、指令是否输出电器人员检查处理6主轴发热1主轴轴承预紧力过大调整预紧力2轴承研伤或损坏更换轴承3润滑油脏或有杂质清洗主轴箱，更换润滑油（2）滚珠丝杠副：滚珠丝杠副大部分故障是由运动质量下降.反向间隙过大.润滑不良.轴承噪声大等原因造成的。 滚珠丝杠副故障诊断序号 故障现象 故障原因 排除方法1加工工件粗糙度大1导轨的润滑不足，致使溜板爬行加润滑油，排除润滑故障2 丝杠轴承损坏，运动不平稳更换损坏轴承2滚珠丝杠副噪声大1.滚珠丝杠润滑不良检查分油器和油路，使润滑油充足2.滚珠有破损更换滚珠3.电机与丝杠联轴器松动拧紧联轴器锁紧螺钉2.数控系统故障诊断（1）报警故障：当数控车床断电时，为保存好车床控
17、制系统的车床参数及加工程序，需靠后备电池予以支持，这些电池到了使用寿命，即电压低于允许值时，就会出现电池故障报警。应及时予以更换，否则车床参数就容易丢失，因此应该在车床通电时更换，以保证系统能正常工作。（2）键盘故障在用键盘输入程序时，如果发现字符不能输入.不能复位或显示屏的页面不能更换等故障，首先应该考虑键盘是否接触不好，予以修复或更换。若不见成效或者所有按键都不起作用，可进一步检查该部分接口电路和电缆连接。（3）熔丝故障：控制系统内保险丝烧断，多出现在对数控系统进行了误操作，或由于车床发生了撞车等意外事故。（4）参数修改：对每台数控车床参数的含义都要充分了解并掌握，它除了能帮助很好地了解车
18、床的性能外，还有利于提高车床的工作效率或是排除故障。三.数控车床避免碰撞的主要方法 数控车床价格昂贵，如果编程.操作不慎，万一发生碰撞，后果是非常严重的。为此，操作数控车床时，必须严密.细致1程序中出现了超越三爪尺寸的数值图中的工件原点至卡爪端面尺寸为50。如果加工程序中出现Z负值超过50，如Z=51.0，车刀就要与三爪碰撞。因此，当编程结束后，要仔细检查所有轴向尺寸是否超过50。2.因工件特殊形状，编程不当，产生碰撞。 下图中的工件，已完成槽的车削，需要快速退回至X80.Z50.处，如用G01 X80. Z50.编程，由于车刀斜线走刀会于工件台阶发生碰撞。 正确的程序是： G00 X80.；
19、 Z50.： 即，先将车刀径向退出，然后再轴向移动。3.检查程序中G00坐标值是否存在车刀与工件碰撞的可能性。 程序中G00是快速定位，车刀以机床最快速度移动。如果编程不当，与工件碰撞，后果极为严重。为此，对G00后的坐标值要反复校对，确定车刀与工件或卡盘不会发生干涉。四.数控车床的安全操作规程。1.开机前应对机床进行全面.细致的检查，确认无误后方可操作。2.机床通电后，检查各开关.按钮和按键是否正常.灵活.机床有无异常现象。3.检查电压.油压，有手动润滑的部位要先进行手动润滑。4.各个坐标轴手动回参考点。5.程序输入后，应仔细核对。包括代码.地址.数值.正负号和小数点等。6.正确测量和计算工
20、件坐标系，并对结果进行检查。7.未装工件前。空运行一次程序，看程序能否顺利运行，刀具和夹具安装是否合理。8.无论是首次加工的零件，还是重复加工的零件，首件都必须对照图纸.工艺规程.加工程序和刀具调整卡，进行试切。9.试切时快速进给的倍率开关必须打在较低的档位。10.每把刀首次使用时，必须验证它的实际长度与所给刀补值是否相符。11.试切进刀时，在刀具运行至工件表面30-50处，必须在进给保持的状态下，验证Z轴和X轴坐标值与加工程序是否相符。12.试切和加工过程中，刃磨或更换刀具后，要重新测量刀具位置，并修改刀补值和刀补号。13.程序修改后，对修改部分要仔细核对。14.在手动连续进给，必须检查各种开关所选择的位置是否正确，运动方向是否正确，然后再进行操作。15.必须在确认工件已经夹紧后才能启动机床，严禁工件转动时测量和触摸工件。16.操作中出现工件跳动.打抖.异常声音.夹具松动等异常情况时必须立即停车处理。