数控机床常见故障的诊断.ppt

第 6章 数控机床常见故障的诊断 6.1 数控机床无法回参考点的报警 6.2 数控机床超程故障及处理方法 6.3 数控机床操作中常见故障及诊断方法 6.4 数控车床自动换刀装置常见故障的诊断 6.5 加工中心自动换刀装置常见故障的诊断 6.6 数控机床进给伺服系统的报警处理 6.7 数控机床传动间隙误差调整及补偿方法 了解数控机床常见故障的处理方法 根据常见故障学会拟定故障解决方案，会 解决操作中出现的有报警号的常见故障 知识目标 6.1 数控机床无法回参考点的报警 6.1.1 回参考点的作用 6.1.2 回参考点的方式 6.1.3 回参考点故障诊断案例 6.1.1 回参考点的作用 返回参考点的好处有下面两点。 （ 1）系统通过参考点来确定机床的原点 位置，以正确建立机床坐标系。 （ 2）可以消除丝杠间隙的累计误差及丝 杠螺距误差补偿对加工的影响。 图 6.1 SCK-20数控车床参考点 图 6.2 SCK-20数控车床返回参考点后的坐标值 6.1.2 回参考点的方式 1数控机床返回参考点控制原理 数控机床多数采用带减速挡块的栅格信 号返回参考点控制 ， 控制原理如图 6.3所示 。 图 6.3 数控机床返回参考点控制原理图（有挡块） *2数控机床返回参考点的 PMC控制 图 6.4 SCK-20数控车床返回参考点的 PMC控制图 6.1.3 回参考点故障诊断案例 1常见现象及可能的原因 （ 1）找不到参考点（通常会导致机床超程 报警）。 机床回零过程无减速动作或一直以减 速回零，多数原因为减速开关及接线故障。 机床回零动作正常，但系统得不到一 转信号。 原因可能是电动机编码器及接线或系统 轴板故障（工厂中多数采用交换法来判别故 障具体部位）。 减速开关偏移。 减速挡块偏移。 栅格偏移量参数设定不当。 参考计数器容量参数设定不当。 位置环增益设定过大。 编码器或轴板不良。 （ 2）找不准参考点（即返回参考点有偏 差）。 【 例 6.1】 某一数控车床（系统为 FANUC-TD）回零时， X轴回零动作正常（先正 方向快速运动，碰到减速开关后，能以慢速 运动），但机床出现系统因 X轴硬件超程而急 停报警。此时 Z轴回零控制正常。 2常见故障实例分析 分析：查阅系统手册，根据故障现象和 返回参考点控制原理，可以判定减速信号正 常，位置检测装置的零标志脉冲信号不正常。 产生该故障的原因可能是来自 X轴进给电 动机的编码器故障（包括连接的电缆线）或 系统轴板故障。 处理方法：因为 Z轴回零动作正常，可以 通过采取交换方法来判断故障部位。交换后， 发现故障转移到 Z轴上（ X轴回零操作正常而 Z 轴回零出现报警），则判定故障在系统轴板， 最后更换轴板，机床恢复正常工作。 【 例 6.2】 某一数控车床进行钻孔时 （利用机床建立的坐标系），发现孔中心偏 差了一个进给丝杠的螺距误差。 分析：根据故障现象，返回参考点的动 作过程正常，判定减速挡块偏离导致机床回 参考点不准，使得该轴碰上该挡块时，脉冲 编码器上的零标志刚错过，只能等待脉冲编 码器再转过近一周后，系统才能找到零标志。 处理方法：故障排除方法是调整减速挡 块且机床重新进行参考点的设定。 （详细方法请参阅 6.1.2节后的课后阅 读）。 总结：通过该故障分析，凡是机床返回 参考点出现近似一个进给丝杠螺距误差时， 多数故障原因是减速挡块偏离造成的，如果 有很小的偏差就应按返回参考点不准的原因 进行检查。 【 例 6.3】 日本进口加工中心 SH5000/40的数控系统采用 FANUC-18i系列， 该加工中心采用光栅尺作为位置检测装置而 且为绝对编码器，系统的连接如图 6.5所示。 该加工中心经过节假日休息后，首次开 机时出现 “ # 300报警（绝对位置丢失） ” 的 故障。 分析：由于该机床采用绝对编码器，所 以机床开机时，不需要回零操作。 只有系统绝对位置数据丢失时，才会出 现该报警。 产生该报警的故障原因可能有系统和位 置检测装置故障或绝对编码器电池故障。 根据故障现象看，最大可能原因是绝对编 码器的电池电压下降导致。 处理方法：经实际检测，电池电压不到 3V（标准电压为 6V），更换电池并手动操作 返回参考点后，机床恢复正常工作。 总结：该例子说明数控机床经常维护是 十分必要的，要定期检查电池的电压并及时 更换（包括系统电池和回转台的电池）。 图 6.5 FANUC 18i系统的 X轴控制连接图 6.2 数控机床超程故障及处理方法 数控机床的超程报警有两种情况：一种 是硬件超程，即机床运动部件碰到硬限位开 关（行程开关）的超程报警；另一种是软件 超程报警，即超过机床坐标极限值（系统参 数设定）的报警。 数控机床硬件超程控制有两种形式：一种 是利用系统提供的专用硬件超程信号地址的 超程保护；另一种是机床厂家根据 PMC输入信 号编制机床硬件超程保护 。 1数控机床硬件超程控制及处理方法 下面以 FANUC-0i系统为例，说明系统硬 件超程保护的 PMC控制及故障处理方法。 （ 1）专用信号地址的硬件超程保护。 一般地，设定信号 X2.0、 X2.1、 X2.2、 X2.3、 X2.4和 X2.5分别为机床的 X轴正向超程 行程开关输入信号、 Y轴正向超程行程开关输 入信号、 Z轴正向超程行程开关输入信号、 X 轴负向超程行程开关输入信号、 Y轴负向超程 行程开关输入信号和 Z轴负向超程行程开关输 入信号。 当机床各轴正向出现超程时，系统会发 出 500系统超程报警号；当机床各轴负向出现 超程时，系统会发出 501系统超程报警号。 处理方法：系统出现超程报警时，系统 状态开关工作在手动连续进给状态（ JOG）， 按下超程报警轴的反方向按钮开关，使机床 反方向退出硬件超程范围，超程限位行程开 关恢复常闭状态，然后按下系统复位键 RESET 使系统复位，一般就可以解除机床超程报警。 如果反方向点动时机床不动，系统处于 死机状态时，首先把系统硬件超程保护有效 参数 3004#5设定为 0（该功能无效），系统断 电再重新上电，点动反方向移动，使机床退 出超程。 然后把系统参数 3004#5设定为 1，就解除 了该报警。 （ 2）厂家编制的硬件超程保护。 X8.4为机床面板上的急停开关输入信号， G8.4为系统急停信号， X20.0为机床面板的超 程释放开关输入信号。当机床出现超程故障 时，系统就会产生厂家超程报警信息（如 #1001 OVER TRAVEL： +X轴）及系统处于急停 状态。 处理方法：当系统出现超程报警时，系 统状态开关工作在手动连续进给状态（ JOG）， 同时按下机床超程释放按钮升关（ X20.0）和 超程报警轴的反方向按钮开关，使机床反方 向退出硬件超程范围，超程限位行程开关恢 复常闭状态，以解除机床超程报警。 （ 1） 系统存储行程极限值的设定方法 。 图 6.8所示为系统存储行程极限值的设定 ， 数控铣床 X轴带动工作台运动建立的机床坐标 系 ， 其中 SQ1、 SQ2为机床 X轴方向的硬限位保 护行程开关 ， SQ3为机床 X轴正向返回机床参 考点的减速开关 。 2数控机床软件超程报警及处理方法 系统存储行程极限值的设定不能超过机床 的硬限位保护范围 ， 否则机床的软件限位功 能不起作用 。 如果按图 6.8所示设定存储行程极限坐标 值 ， 就把 A、 B（ A为正值 、 B为负值 ） 值转换 成系统的检测单位后 ， 分别输入到系统参数 的 1320和 1321中 ， 从而完成了系统存储行程 极限值的设定 。 图 6.8 系统存储行程极限值的设定 （ 2）系统软件超程报警的处理方法。 当机床运动坐标超过了存储行程极限值 时，系统就会产生软件超程报警。 各轴正向超程时，系统会发出 500系统超 程报警号；各轴负向出现超程时，系统会发 出 501系统超程报警号。 处理方法：当系统出现软件超程报警时， 系统状态开关工作在手动连续进给状态 （ JOG），按下超程报警轴的反方向按钮开关， 使机床反方向退出超程范围，然后按下系统 复位键 RESET使系统复位，就可以解除系统软 件超程报警。 如果机床出现软件超程而系统处于死机 状态时，首先把存储行程极限参数设定为无 效，即参数 1320设定为 99999999，参数 1321 设定为 99999999，然后系统断电并重新上电， 进行机床返回参考点操作后，再设定系统的 存储行程极限参数。 如果机床还出现超程报警或系统死机， 则需要把系统参数全部清除，并重新恢复系 统参数。 如果系统存储行程极限值设定在机床返 回参考点之前（为了避免加工时刀具超过指 定范围），那么机床首次开机时，返回机床 参考点操作就会出现超程报警，解决办法是： 同时按下系统 MD1键盘的 P和 CAN后，系统上电。 这样操作的目的是：系统开机首次返回参考 点不进行存储行程极限值的检测，机床返回 参考点后，系统存储极限值检测才有效。 6.3 数控机床操作中常见故障及诊断 方法 6.3.1 机床手动和自动操作均无法执 行 6.3.2 机床手动（ JOG）或手摇脉冲 （ MPG）不执行而自动正常 6.3.3 自动操作无效而手动操作正常 6.3.1 机床手动和自动操作均无法执行 1位置坐标显示（相对、绝对、机械 坐标）不变 （ 1）系统工作的状态不对。 （ 2）系统处于急停状态（ CRT显示 “ EMG”）。 （ 3）系统复位信号接通。 （ 4）系统轴互锁信号接通。 （ 5）系统进给倍率为 0。 故障原因是机床输入了进给轴的机床锁住 信号 。 可以通过系统动态梯形图信号 G44.1（ 机 床所有轴锁住信号 ） ， G108.0、 G108.1、 G108.2、 G108.3（ 分别为第 1、 2、 3、 4轴锁 住信号 ） 是否为 “ 1”进行判断 。 若为 1， 则说 明机床输入了轴锁住信号 。 2位置坐标显示（相对、绝对、机 械坐标）变化 6.3.2 机床手动（ JOG）或手摇脉冲 （ MPG）不执行而自动正常 1机床手动（ JOG）操作无效 （ 1）系统状态选择未在手动状态。 （ 2）进给轴和方向选择信号未输入。 （ 3）进给速度参数设定不正确。 （ 1）系统状态未在手摇脉冲状态（ MPG）。 （ 2）手摇脉冲轴选择信号未输入。 （ 3）手摇脉冲本身及接线故障。 2摇脉冲操作无效手 图 6.10 手摇脉冲发生器的信号及接线图 6.3.3 自动操作无效而手动操作正常 1自动操作无效（循环启动指示灯不 亮） （ 1）系统状态选择信号不正确。 （ 2）系统循环启动信号未被输入。 （ 3）系统进给暂停信号被输入。 （ 1）机床进给倍率为零。 （ 2）系统输入了轴互锁信号。 （ 3）系统等待主轴速度到达信号（程序 中只是插补移动指令不执行）。 2自动操作无效（循环指示灯亮） 【 例 6.4】 某配套 FANUC 0T系统的数控 车床，在自动运行过程中，发现机床进给与 编程值不符，且调节进给倍率开关无法改变 进给速度。 分析：由于机床在手动方式、回参考点 方式下工作正常，故可以基本排除系统与驱 动系统的故障。 引起进给与编程值不符，且调节进给倍 率开关无法改变的原因不外乎机床参数设定 错误、进给倍率开关连接不良或机床 “ 程序 控制 ” 方式选择不当等。 处理方法：首先检查系统与进给速度有 关的参数设定正确，利用诊断页面检查进给 倍率开关信号正确。 因此故障原因应与机床 “ 程序控制 ” 方 式选择不当有关。 进一步利用诊断页面，检查机床的程序 控制信号，发现 CRT上的 “ DRY”显示始终存在， 系统的 “ 试运行 ” 输入信号始终为 “ 1”，导 致了系统将程序指令中的 F代码忽略，机床始 终以 “ 试运行 ” 速度运行。取消 “ 试运行 ” 信号后，机床恢复正常。 【 例 6.5】 南京 JN系列数控系统调用零 件加工程序时，不能进行选择。 系统只给出第 1个零件加工程序的内容。 分析：根据故障报警的内容，检查数控 系统内零件加工程序全部均存在，引导程序 也存在。 执行系统给出的那个零件加工程序时， 也能够进行正常的加工，这说明整个数控系 统没有问题。 处理方法：查阅该系统使用说明书可知 : 程序的调用必须要在 N的序号后输入程序号才 能进行。 检查操作者调用加工程序的过程，发现 其并未输入 N及其序号，而是直接输入程序号 进行调用，故产生了上述故障现象。 纠正操作者的操作方法后，故障排除。 【 例 6.6】 某配套 SIEMENS 802C数控铣 床，执行某零件加工程序时出现 14011号报警。 分析： 14011号报警的含义为 “ 调用的程 序不存在，或者没有供执行 ” 。 检查零件加工程序段并没有发现明显的 错误，但程序中使用 M98指令调用了子程序， 程序如下： N20 M98 P0010； 于是，检查子程序，但发现找不到该子 程序。从正在运行的零件程序中（主程序或 子程序）调用所要调用的程序，但是它在 NC 存储器中不存在，因此产生此报警。 处理方法：正确修改零件程序，并按照 以下步骤进行。 （ 1）在调用的程序中检查子程序名称是 否正确无误。 （ 2）检查被调用程序的名称是否正确无 误。 （ 3）检查程序是否已经传送到 NC存储器。 按复位键消除报警，修改程序，重新启动零 件程序。 【 例 6.7】 某配套 SIEMENS 802S数控铣 床，执行某加工程序时出现 12110号报警。 分析： 12110号报警的含义为 “ 程序出现 语法错误或语义错误 ” 。 经检查发现该零件加工程序段中有如下 程序： N110G01 I10X20.0 Y30.0 F800； 程序段中编程的地址与句法定义的有效 的 G功能相矛盾。 处理方法：线性程序段中不可以编程插 补参数，将程序修改为： N110G01X20.0 Y30.0 F800；按复位键消除报警，重新启动 零件程序，工作正常。 6.4 数控车床自动换刀装置常见故障 的诊断 1意大利 BARUFFALDI-TS200/12电 动转塔结构和动作原理 该系列电动刀塔的特点如下。 该刀架采用行星轮系传动的减速机构， 结构紧凑，传动效率高。 刀盘无须抬起实现转位刹紧控制。 可双向回转和任意刀位就近选刀，最 大限度地减少刀架转位的辅助时间。 机电配合控制合理，故障率低。 图 6.11 意大利 BARUFFALDI-TS200/12电动转塔结构简图 1 电动机； 2 齿轮； 3 电动机齿轮； 4 行星齿轮； 5 空套齿轮； 6 锁紧接近开关； 7 预分度到位接近开关； 8 电磁铁； 9 插销； 10 动齿盘； 11 挡圈； 12 定齿盘； 13 分度主轴； 14 双联齿盘； 15 弹簧； 16 滚轮架； 17 滚轮； 18 驱动齿轮； 19 箱体； 20 角度编码器； 21 后盖一电动机刹紧装置 图 6.12 电动转塔动作流程图 2电动刀塔的电气控制线路 图 6.13 电动转塔电气控制线路图 （ 1）正常工作中出现刀塔未锁紧报警。 （ 2）换刀时出现乱刀现象。 （ 3）换刀过程中出现断路器跳闸现象。 （ 4）换刀过程中系统发出电动机过热报警。 3电动刀塔常见故障及维修 【 例 6.8】 某数控车床在运行过程中出 现刀架不转位（一般系统会提示刀架位置信 号错误），有多种原因可以引起刀架不转动。 分析：刀架继电器过载后断开。 刀架电动机 380V相位错误。由于刀架只 能顺时针转动（刀架内部有方向定位机械机 构），若三相位接错，刀架电动机一通电就 反转，则刀架不能转动。 刀架电动机三相电缺相。 刀架位置信号所用的 24V电源故障。 刀架体内中心轴上的推力球轴承被轴向 定位盘压死，轴承不能转动，使得刀架电动 机不能带动刀架转动。 拆下零件检查原因，发现由于刀架转位 带来的振动，使得螺钉松动，定位键长时间 承受正反方向的切向力，使得定位键损坏， 螺母和定位盘向下移动，给轴承施加较大轴 向力，使其转动不了。 控制系统内的 “ 系统位置板 ” 故障，刀 架到位后， “ 系统位置板 ” 应能检测到刀架 位置信号。 处理方法：检查机床强电线路，拆开刀 架，调整推力球轴承向间隙，更换损坏零件， 检查 24V电源，更换 “ 系统位置板 ” 。 【 例 6.9】 刀架转位，但刀架锁不紧或 不到位，用手扳动时，刀架可左右晃动。 分析：刀架电动机反转电路故障，电动 机不反转，因为当刀具转动位后，电动机应 刻反转，将刀架体落下，定位并锁定于刀架 底座的定位槽中。 如果电动机不反转，则不能完成上述动 作，必将造成刀架松动。 刀架转动时，用于提升刀架的螺杆初始 位置不对，使回复位置也不对。 在刀架体的内部定位中心轴上，装有一 个用于提升和落下刀架的螺杆，其底部的凸 台应与刀架蜗轮上的凹槽相配合，其初始位 置应使凸台与凹槽镶入的深度适当，使刀架 提升和落下的高度一样，此时，刀架体才能 处于锁紧位置。 处理方法：检查电动机反转控制电路， 拆开刀架体，调整螺栓杆凸台和蜗轮上凹槽 的初始位置。 【 例 6.10】 刀架转位，但刀架转过多 个刀位，并且不能固定于任意刀位处。 分析：检测刀架位置的霍尔元件故障。 控制系统中 CPU板故障或位置信号板故障。 处理方法：检测霍尔元件静态参数和动 态参数，若参数不正常则更换元件。否则， 更换 CPU板和位置信号板。 6.5 加工中心自动换刀装置常见故障 的诊断 BT50-24TOOL圆盘式刀库自动换刀装置的 特点如下。 刀库的旋转为电动机拖动（具有电磁 制动装置），靠电气实现刀库旋转方向（具 有就近选刀功能）、换刀位置检测及定位控 制，结构简单，工作可靠。 机械手换刀采用先进的凸轮换刀结构， 实现电气和机械联合控制。 倒刀控制采用气动控制，通过汽缸的 磁环开关检测控制。 全机械式换刀，避免液压泄漏，降低 了故障率。 换刀时间仅 2.7s，大大提高了机床工 作效率。 1 BT50-24TOOL圆盘式刀库自动换 刀装置机构和动作原理 BT50-24TOOL圆盘式刀库结构简图如图 6.15所示。 图 6.15 BT50-24TOOL圆盘式刀库结构简图 1 刀库旋转电动机； 2 刀库刀位计数开关（接近开关）； 3 刀库刀位复位开关（接近开关）； 4 刀库的刀座； 5 机械手换刀电动机停止开关； 6 机械手扣刀定位开关； 7 机械手原为到位开关； 8 倒刀到位检测信号开关； 9 回刀汽缸伸出定位开关； 10 换刀电动机； 11 机械手； 12 圆柱凸轮； 13 杠杆； 14 锥齿轮； 15 凸轮滚子； 16 主轴箱； 17 十字轴； 18 刀套 自动刀具交换动作步骤如下。 （ 1）程序执行到选刀指令 T码时，系统 通过方向判别后，控制刀库电动机 1正转或反 转，刀库中刀位计数开关 2开始计数（计算出 到达换刀点的步数），当刀库上所选的刀具 转到换刀位置后，刀库旋转电动机立即停转， 完成选刀定位控制。如图 6.16（ a）所示。 图 6.16 机械手换刀动作分解图 （ 2）当 T码执行后，倒刀电磁阀线圈获 电，汽缸推动选刀的刀杯向下翻转 90 （倒 下），倒刀到位检测信号开关 8（磁环开关） 发出信号，完成倒刀控制，同时这个信号还 是交换刀具的开始信号，如图 6.16（ b）所示。 图 6.16 机械手换刀动作分解图 （ 3）执行到交换刀具指令，交换刀具指 令一般为 M06（实际是调换刀宏程序或换刀子 程序），首先主轴自动返回换刀点（一般是 机床的第 2参考点），且实现主轴准停，然后 机械手换刀电动机 10启动运行，通过锥齿轮 14、凸轮滚子 15、十字轴 17带动机械手从原 位逆时针旋转 60 ，进行机械手抓刀控制， 当机械手扣刀定位开关 6发出到位信号后，换 刀电动机 10立即停止，主轴刀具夹紧装置自 动松开，如图 6.16（ c）所示。 图 6.16 机械手换刀动作分解图 （ 4）主轴刀具松开后，换刀电动机 10启 动运行，通过圆柱凸轮 12、杠杆 13使机械手 下降，进行拔刀控制，机械手完成拔刀后， 换刀电动机 10继续运转，连续完成下一个换 刀动作，如图 6.16（ d）所示。 图 6.16 机械手换刀动作分解图 （ 5）当机械手完成拔刀控制后，通过锥 齿轮 14、凸轮滚子 15、十字轴 17带动机械手 逆时针旋转 180 ，使主轴刀具与刀库刀具交 换位置。然后通过圆柱凸轮 12、杠杆 13使机 械手上升，把交换后的刀具插入主轴锥孔和 刀库的刀套中。机械手完成插刀后，换刀电 动机停止开关 5（接近开关）发出信号使电动 机立即停止。刀具插入主轴锥孔后，刀具的 自动夹紧机构夹紧刀具，如图 6.16（ e）所示。 图 6.16 机械手换刀动作分解图 （ 6）当机械手扣刀定位检测信号开关 6 （接近开关）再次接通后，换刀电动机 10启 动运行，通过锥齿轮 14、凸轮滚子 15、十字 轴 17带动机械手顺时针转动 60 ，回到机械 手的原点位置。机械手原位到位开关 7接通后， 换刀电动机 10立即停止，如图 6.16（ f）所示。 图 6.16 机械手换刀动作分解图 （ 7）当机械手回到原位后，机械手原位 到位开关 7（接近开关）接通，回刀电磁阀线 圈获电，汽缸推动刀杯向上翻转 90 ，为下 一次选刀做准备。回刀汽缸伸出定位开关 9 （磁环开关）接通，完成整个换刀控制，如 图 6.16（ g）、（ h）所示。 图 6.16 机械手换刀动作分解图 2自动换刀装置常见故障及维修 （ 1）刀库乱刀故障处理方法。 故障原因： PMC参数丢失或系统记忆 值与实际不符。 换刀装置拆修。 操作者误操作。 处理方法： 手动方式使刀库回到初始 位置，即 1号刀对应换刀位置。 通过系统 PMC参数画面，初始化数据 表，数据表的 D000设定为 0， D001 D024设定 值分别为 1， 2， 3， ， 24进行设定。 通过系统 PMC参数画面，刀库计数器 初始化设定为 23。 系统 MDI方式下，把实际刀具送回到 刀库中。 故障原因： 主轴换刀点位置不正确。 主轴准停位置不正确。 处理方法： 主轴换刀点位置不正确的 处理措施 : 首先让机床手动返回到机床参考 点；手动盘机械手电动机使机械手转到扣刀 位置；然后调整主轴到换刀点，并记下机床 坐标系的坐标值；最后把主轴换刀点的坐标 值输入到换到宏程序的换刀位置中。 主轴准停位置不正确的处理措施 : 首 先要排除主轴一转信号不稳的故障，然后调 整主轴准停角度使主轴刀座的键与机械手上 的键槽对准（通过换刀宏程序调整）。 （ 2）刀具交换时掉刀。 处理方法： 根据换刀动作时序图，查 明换刀出现故障时是执行到第几步。 借助系统梯形图的信号变化，查明 故障发生时是前一个动作没结束还是后一个 动作没开始。 排除故障后，手动盘机械手电动机使 机械手回到原位位置。 （ 3）换刀过程中停止并发出换刀超时故 障报警处理。 【 例 6.11】 一台配套 OKUMA OSP700系 统，型号为 XHAD765的数控机床，出现 “ 2722、 刀库刀套号 0”报警。 分析：该报警的含义为 “ 刀库刀套号的 数据不定 ” 。 处理方法：切换到手动运行方式，打开 刀库门，按上行键或下行键，让刀库过一次 零点，故障未能排除；打开 PLC数据查各开关 状态，发现 IMGRCT信号有闪烁，怀疑接触不 良，关机将刀库内各传感器插头拔出，发现 进油。 清除油污再插好，开机后故障排除。 【 例 6.12】 某配套 KND100T系统的数控 机床，在指定 2号刀位时刀架旋转直至产生 05 号报警后停止。 分析： 05号报警的含义为 “ 换刀时间过 长 ” 。从刀架开始正转，经过 T时间后指定的 刀架到达信号仍然没有接收到，故产生报警。 处理方法：可适当延长 T的值，但延长后 仍然会产生报警。 多次观察换刀过程发现有时 2号刀位能找 到，有时却找不到，通过检查发现换刀过程 中刀架到位信号找不到，进一步检查发现刀 架与刀架控制模块之间接触不好。 重新连接后，故障排除。 6.6 数控机床进给伺服系统的报警处 理 6.6.1 伺服过热和伺服不能就绪的报警 处理 6.6.2 伺服移动误差过大和伺服停止误差 过大的报警处理 6.6.3 伺服反馈线和伺服参数错误的报警 处理 6.6.1 伺服过热和伺服不能就绪的报警 处理 1伺服过热报警（报警号为 400） （ 1） 系统检测原理 。 图 6.18 CNC系统伺服过热报警检测原理 首先确认 CNC系统伺服过热报警，可以通 过系统的显示装置 CRT/LCD的报警画面或系统 诊断号（ FANUC-OC/OD系统为 720 723， FANUC-16/18/21/0iA系统为 200或伺服调整画 面的 ALM 1）的 7是否为 “ 1”来判定。 然后判别是伺服电动机过热还是伺服放 大器过热，可以通过系统诊断号（ FANUC- OC/OD系统为 730 733， FANUC-16/18/21/0iA 系统为 201或伺服调整画面的 ALM2）的 7是 “ 1”还是 “ 0”来判定。 FANUC-16i/18i/21 i/0iB/0iC系统的 430 号伺服报警为伺服电动机过热； 431号伺服报 警为伺服放大器过热。 （ 2）故障的诊断方法。 电动机过热： 机械传动故障引起的伺服电动机过载。 切削条件引起的伺服电动机过载。 伺服电动机本身不良（电动机定子绕 组的热偶开关不良）。 系统伺服参数整定不良，可进行伺服 参数初始化。 （ 3）故障产生的原因。 伺服放大器过热： 伺服放大器的风扇故障。 如果为伺服单元（ SVU），还可能是 TH1、 TH2接口或外接的热保护元件故障。 伺服放大器本身故障，如硬件故障 （智能逆变模块不良），伺服软件不良。 （ 1）系统检测原理。 2伺服不能就绪报警（报警号为 401） 图 6.19 FANUC OC/D系统伺服就绪信号流程图 当发生该故障时，首先要确认系统急 停按钮是否处于释放状态，如果处于急停状 态时，伺服装置就不能正常工作。 伺服驱动装置故障：连接电缆故障； 伺服装置的继电器 MCC控制回路或线圈本身故 障；内部控制回路或检测电路故障。 系统轴控制卡（轴板）故障或系统伺 服模块故障（此时需要更换系统轴板或对该 板进行检修）。 （ 2）故障产生的原因。 【 例 6.13】 某数控机床系统为 FANUC- OD，伺服装置采用伺服单元（ SVU）。系统出 现 401号报警，伺服单元上显示 “ ”。 分析：根据上面的故障诊断方法和故障 现象，采用信号短接法来判别故障的部位。 （ 3）故障的诊断方法。 处理方法：具体做法是先拔下轴板上的 M184（ M187）电缆接头，用短接好的插头短 接轴控制板的 7 12管脚，系统上电后，系统 报警号消失，而伺服单元还是 “ ”，说明伺 服单元一定出现了故障。 检查伺服单元的供电电压是正常的，则 故障在伺服单元的内部。 拆下伺服单元，把 JV1B（ JV2B）的 8 10 管脚短接后，接上电源（三相 200V）。 用电压表测量控制电路有电压输出，说 明伺服单元的辅助电路和检测电路都正常， 故障在继电器 MCC线圈回路。 仔细检查后发现， MCC线圈的一个焊点虚 焊，焊好虚焊点，系统恢复正常，故障排除。 总结：通过该例子的故障分析可知，数 控机床有些故障可以采用信号短接的方法进 行故障的诊断与排除，这样可以比较准确地 判断故障发生的具体部位，但要求维修人员 必须清楚系统的信号流程及各接头的管脚功 能。 6.6.2 伺服移动误差过大和伺服停止误 差过大的报警处理 1伺服移动误差过大报警（ FANVC- OC/OD系统为 4n1号报警， FANUC-16/ 18/21i/0iA系统为 411号报警） （ 1）系统检测原理 机械传动卡死。 如果故障发生在垂直轴控制时，则故 障在伺服电动机的电磁制动回路中。 伺服电动机及动力线有断相故障或伺 服电动机的动力线连接错误。 伺服放大器本身故障。 （ 2）故障原因及判别方法。 硬件故障有如下几种。 机械传动间隙过大或导轨润滑不良。 伺服电动机编码器或系统有故障。 伺服放大器不良。 （ 1）系统检测原理。 （ 2）故障原因及判别方法。如果是垂直 轴，则故障原因有如下几种。 伺服电动机及动力电缆断相故障或伺 服电动机的动力线连接错误。 伺服放大器不良。 系统该轴的伺服控制板不良。 2伺服停止误差过大报警（ FANUC- OC/OD为 4n0号报警； FANUC- 16/18/21i/0iA为 410号报警） 如果不是垂直轴，则故障产生的原因有 如下两种。 系统软件故障。伺服参数（停止误差 检测标准参数）设定不当或伺服软件不良。 系统硬件故障。伺服放大器故障或系 统伺服控制板不良。 6.6.3 伺服反馈线和伺服参数错误的报 警处理 1位置反馈断线报警（ FANUC- OC/OD系统为 4n6号报警， FANUC- 16/18/21i/0iA系统为 416号报警） （ 1）系统检查原理。 硬件断线报警 软件断线报警 图 6.20 数控系统反馈断线检查原理图 （ 2）故障诊断方法。通过系统的诊断 功能来判断伺服位置反馈断线是硬件断线 还是软件断线故障。 （ 3）故障原因和处理方法。产生硬件 断线故障的可能原因有：分离型位置反馈 装置的电缆连接线接触不良或断线故障； 分离型位置反馈装置的电源电压偏低或没 有；分离型位置反馈装置本身不良；系统 轴板（ FANUC-OC/OD系统）或系统伺服 模块故障（ FANUC-16/ 18/21 / OiA系统）。 处理方法：目前，工厂多数采用交换法 来判别故障是在分离位置检测装置侧（包括 连接电缆）还是在系统轴控制板或伺服装置。 具体方法是把两个驱动形式相同的进给 伺服轴的连接电缆插头对调，查看故障报警 是否转移到另一个进给轴上。 如果故障报警转移则故障在分离型位置 反馈装置侧，故障报警不转移则故障在系统 轴控制板或伺服装置中。 产生软件断线故障的可能原因有：进给 伺服电动机与丝杠连接松动；机械传动机构 的反向间隙过大。 处理方法：可以通过调整机械来排除 该故障。 在精度要求不高的场合，也可以通过修 改系统检测标准参数的方法使机床工作。 【 例 6.14】 某卧式数控车床，数控系 统采用 FANUC-OTD系列。 由于 Z轴进给电动机与 Z轴丝杠不是同轴 相连，为了提高机床的加工精度，在 Z轴丝杠 的端部安装了独立脉冲编码器（ 2000P/R）。 加工中，机床出现了 426号报警。 分析：根据前面讲过的内容，首先判别 系统为硬件断线故障还是软件断线故障，通 过系统诊断号 731 7、 731 4检查，结果发 现 7和 4均为 “ 1”，说明系统出现了硬件 断线故障。 又根据硬件断线的故障原因分析，机床 出现 426号报警，可能是独立编码器侧（包括 连接电缆）故障或系统轴控制板故障（系统 软件问题或断线检查电路本身异常）。 为了进一步判别故障部位，采用参数的 封锁方法进行检查。 处理方法：将系统参数 37 1改为 “ 0” （原设定为 “ 1”），重新设定伺服参数（ Z轴 改为串行编码器作为位置检测），系统断电 再送电。 如果报警号 426号消失，机床可以运动， 则故障在分离编码器侧。 如果系统重新上电后，系统还出现 426号 报警，此时故障为系统的轴控制板故障。 通过上面操作后，发现故障在独立编码 器侧，经检查故障为编码器一根信号线虚焊， 焊好虚焊点并恢复 Z轴伺服设定参数，系统断 电再重新上电，机床恢复了正常工作。 总结：通过此例故障的分析与诊断可知， 数控机床某些故障可以采用系统参数的封锁 方法进行故障部位的具体诊断，这种方法与 交换法相比既省时又省力，但维修者必须清 楚系统参数的具体功能（一般机床厂家不允 许修改系统参数）。 另外，从维修经验上来看，系统出现反 馈断线报警原因多数为分离编码器的连接电 缆或检测装置内部有脏东西（位置检测为光 栅尺）。 （ 1）系统检测原理。 （ 2）故障产生的原因。 伺服电动机型号参数设定超过规定范 围（ FANUC-OC/OD系统的电动机型号参数为 8n20； FANUC-16/18/21i/0iA系统的电动机 型号参数为 2020）。 2数字伺服参数设定异常报警 （ FANUC-OC/OD系统为 4n7号报警； FANUC-16/18/21i/0iA系统为 417号报警） 伺服电动机旋转方向参数设定了 111 或 111以外的数值（ FANUC-OC/OD系统参数为 8n22； FANUC-16/18/21i/0iA系统参数为 2022）。 电动机速度反馈脉冲参数设定为 0或 小于 0的数值（ FANUC-OC/OD系统参数为 8n23； FANUC-16/18/21i/0iA系统参数为 2023）。 电动机位置反馈脉冲参数设定为 0或 小于 0的数值（ FANUC-OC/OD系统参数为 Sn24； FANUC-16/18/21i/0iA系统参数为 2024）。 伺服柔性进给齿轮 N/M控制形式设定 与实际机床控制不符，如实际机床采用全闭 环控制形式，而系统伺服参数 N/M按半闭环控 制形式设定（ FANUC-OC/OD系统的进给齿轮比 参数为 8n84和 8n85； FANUC-16/18/21i/0iA系 统的进给齿轮比参数为 2084和 2085）。 在 FANUC-16/18/0iA系统中，伺服轴 参数 1023设定值超过了规定范围，或者是不 连续的值。 （ 3）故障处理方法。 实际数控机床出现伺服参数设定异常报 警时，一般需要重新正确设定伺服参数，并 对系统进行伺服参数初始化操作，就可以排 除故障。 如果经过上述处理后故障仍然存在，则 故障为系统伺服放大器故障或系统伺服轴控 制板（伺服控制模块）故障。 【 例 6.15】 配备 FANUC系统的 FTC-30数 控车床出现伺服报警。 报警号为 414#、 410#，动力停止。 关闭电源再开机， X轴移动时机床振颤， 后又出现报警并动力停止。 分析：可能有以下原因：（ 1）伺服驱动 器坏；（ 2） X轴滚珠丝杠阻滞及导轨阻滞。 针对原因（ 1），调换同型号驱动器后试 机，故障未能排除。 针对故障（ 2），进入伺服运转监视画面， 移动轴观察驱动器负载率，发现明显偏大， 达到 250% 300%，判断可能为机械故障。 处理方法：拆开 X轴防护罩仔细检查滚珠 丝杠和导轨均未发现异常现象。 机床 X轴水平倾斜 45 安装，应有防止其 下滑的平衡块或制动装置，检查中未发现平 衡块，但机床说明书电器资料显示 PMC确有 X 轴刹车释放输出接点，而对比同型机床该接 点输出正常。 检查机床厂设置的 I/0转接板，该点输出 继电器工作正常，触点良好，可以输出 110V 制动释放电压。 据此可断定制动线圈或传输电缆有故障。 断电后，用万用表检测制动线圈直流电 组及绝缘良好，两根使用的电缆中有一根已 断掉。 更换新的电缆后开机试验，一切正常。 总结：此故障虽然有系统报警，但直接 原因却是电缆断线。 这一故障并不常见。 机床厂家在安装整机时处理不当或电器 件压接不牢靠通常都能引起一些故障，而此 类故障分析查找原因较麻烦。 【 例 6.16】 1000型加工中心在加工时 出现 409#报警，停机重开可继续加工，加工 中故障重现。 分析：发生故障时，主轴驱动放大器处 于报警状态，显示 56号报警。维修手册说明 为控制系统冷却风扇不转或故障。 处理方法：拆下放大器检查，发现风扇 油污较多，清洗后风干，装上试机故障未排 除。 拆下放大器打开检查，发现电路板油污 严重，且有金属粉尘附着。 拆下电路板，用无水乙醇清洗，充分干 燥后装机试验，故障排除。 此例中，故障起因为设备工作环境因素， 空气湿度大、干式加工、金属粉尘大。 总结：数控机床的系统主板、电源模块、 伺服放大器等电路板由于高度集成，大都由 多层印制电路板复合而成，线间距离狭小， 异物进入极易引起电路板故障，这应该引起 使用者的高度注意。 6.7 数控机床传动间隙误差调整及补 偿方法 1进给间隙补偿量的测定 测定步骤如下。 （ 1）手动操作使机床返回到机床参考点。 （ 2）用切削进给速度使机床移动到机床 测量点，如 G91 G01 X100 F200，如图 6.21 （ a）所示。 （ 3）安装百分表，将百分表的指针调到 0刻度位置。 （ 4）用切削进给速度使机床沿相同方向 再移动 100mm，如图 6.21（ b）所示。 （ 5）用相同的切削进给速度从当前点返 回到测量点，如图 6.21（ c）所示。 （ 6）读取百分表的刻度值，如图 6.21 （ c）中的 A值。 图 6.21 进给间隙补偿量的测定 快速进给间隙补偿量的测定过程如图 6.22 所示 。 2快速进给间隙补偿量的测定 图 6.22 快速进给间隙补偿量的测定 测定步骤如下。 （ 1）手动操作使机床返回到机床参考点。 （ 2）机床以快移速度移动到机床测量点， 如 G91 G00 X100，如图 6.22（ a）所示。 （ 3）安装百分表，将百分表的指针调到 0刻度位置。 （ 4）用切削速度使机床沿相同方向再移 动 100mm，如图 6.22（ b）所示。 （ 5）用相同的快移速度从当前点返回到 测量点，如图 6.22（ c）所示。 （ 6）读取百分表的刻度值，如图 6.22 （ c）中的 B值。 FANUC-16/18/21i/0iA系统和 FANUC- 16i/18i/21i/0iB/0iC系统为例，说明间隙补 偿量和控制功能的设定。 （ 1）间隙补偿量控制功能参数的设定。 （ 2）间隙补偿量的参数设定。 3系统伺服参数的设定 4使用新的反向间隙补偿功能 （ 1）常规反向间隙加速功能。 设定反向间隙补偿值 ， 参数 1851（ 间 隙补偿值 ） 的设定值为正值 ， 在半闭环时有 效；如果是全闭环 ， 可将此参数设为 1， 并将 系统参数 2006#0（ FCBL） 设定为 1， 即在全闭 环中 ， 反向间隙设定值不起作用 。 使用反向间隙加速功能。 参数 2048（反向间隙加速范围值）设定 为 600。 参数 2071（反向间隙加速有效周期）通 常设定为 50 100。 如果过切，可加入反向间隙加速停止 功能。 参数 2009#7（ BLST）设为 1，使用反向间 隙加速停止功能。 参数 2082（反向间隙加速停止时间）设 定为 5。 设定反向间隙补偿（系统参数 1851）。 使用新反向间隙加速功能，在常规反 向间隙加速功能的基础上，设置 2009#2 （ ADLB）为 1，即使新反向间隙加速功能有效。 如是垂直轴，可调整转矩偏置。参数 2087（转矩偏置）的设定值为 830 （ a+b）， （ a+b）为带符号的算术值（ a、 b为在伺服检 测板上检测到的与转矩成比例的电压值，单 位为 V）。 （ 2）采用新反向间隙加速功能。 （ 3）两级反向间隙加速功能。 该功能可以区分来自电动机或机械上的 反向间隙带来的延迟，分别予以加速处理。 由于此功能调整较为复杂，限于篇幅， 这里不做详述。 【 例 6.17】 由某龙门数控铣削中心加 工的零件，在检验中发现工件 Y轴方向的实际 尺寸与程序编制的理论数据存在不规则的偏 差。 该数控机床布局如图 6.23所示。 图 6.23 龙门数控铣削中心 分析：从数控机床控制的角度来说，零 件在 Y轴方向的尺寸偏差是由机床的 Y轴在进 给过程中产生的偏差所造成。 该机床数控系统为 SINUMERIK 810M，伺 服系统为 SIMODRIVE 611A驱动装置， Y轴进给 电动机为带内装式 ROD302编码器的 1FT5交流 伺服电动机。 通过检查 Y轴有关位置参数（如反向 间隙、夹紧允许误差等）均在要求范围内， 故可排除由于参数设置不当引起故障的因素。 检查 Y轴进给传动链。 该机床 Y轴进给传动链如图 6.24所示。 从图 6.24中可以看出，传动链中任何连 接部分均有存在间隙或松动的可能，均可引 起位置偏差，从而造成加工零件尺寸超差。 图 6.24 Y轴进给传动链 1 传动带； 2 带轮； 3 伺服电动机 处理方法：如图 6.25（ a）所示，将一 个千分表座吸在横梁上，表头对准主轴并可 沿 Y轴的 “ ” 方向运动，找正时使表头压缩 到 50m左右，然后把表头复位到零。 图 6.25 安装千分表方式 1 轴； 2 滚珠丝杠； 3 滚珠； 4 千分表 将机床操作面板上的工作方式开关置 于增量方式（ INC）的 10挡，轴选择开关置 于 Y轴挡，按 “ ” 方向进给键，观察千分表 读数的变化。 理论上应该每按一下，千分表读数增加 10m。 在补偿掉反向间隙的情况下，每按一下 “ +”方向进给键，千分表的读数应减掉 10m。 经测量， Y轴 “ +、 ” 两个方向的增量运 动都存在不规则的偏差。 找一粒滚珠置于滚珠丝杠的端部中心， 用千分表的表头顶住滚珠，如图 6.25（ b）所 示。 将机床操作面板上的工作方式开关置于 手动方式（ JOG），分别按 Y轴 “ +、 ” 的进 给键，主轴沿 Y轴 “ +、 ” 方向连续运动，通 过观察千分表读数无明显变化，故排除滚珠 丝杠轴向窜动的可能。 检查与 Y轴伺服电动机和滚珠丝杠连 接的同步齿形带轮，发现与伺服电动机转子 轴连接的带轮锥套有松动，使得进给传动与 伺服电动机驱动不同步。 由于在运动中松动是不规则的，从而造 成位置偏差的不规则，最终使零件的加工尺 寸出现不规则的偏差。 总结：该数控机床 Y轴采用 ROD320编码器 组成半闭环位置控制系统，编码器检测的位 置值不能真正反映 Y轴的实际位置，位置控制 精度在很大程度上由进给传动链的传动精度 决定。 在日常维护中要注意对进给传动链的 检查，特别是有关连接元件，如联轴器、锥 套等有无松动现象。 根据传动链的结构形式，采用分步检 查的方式，排除可能引起故障的因素，最终 确定故障的部位。 通过对加工零件的检测，随时监测数 控机床的动态精度，以决定是否对数控机床 的机械装置进行调整。