第六章数控机床故障诊断的思路与

单击此处编辑母版标题样式,*,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第六章 数控机床故障诊断的思路与方法,第一节 数控机床故障概述,一数控机床故障特点,按照数控机床发生故障频率的高低，数控机床的整个使用寿命可以分为三个阶段即初始使用故障期、相对稳定运行期以及寿命终了期。,（一）初始使用期,从整机安装调试后，开始运行半年至一年期间，故障频率较高，一般无规律可循。从机械角度看，在这段时期里，主机虽然经过了试生产磨合，但由于零件的加工表面还存在着微观和宏观的几何形状偏差，在完全磨合前，表面还较粗糙；部件在装配中还存在着形位误差，在机床使用初期可能引起较大的磨合磨损，使机床相对运动部件之间产生过大间隙。另外，新的混凝土地基的内应力还未平衡和稳定，使机床产生某些精度偏差。从电气角度看，数控机床控制系统及执行部件使用大量的电力电子器件，这些,元件和装置在制造厂虽然经过严格筛选和整机考机等处理，但在实际运行时，由于交变负荷及电路开、关的瞬时“浪涌”电流和反电动势等的冲击，使某些元器件经受不起初期冲击，因电流或电压击穿而失效，致使整个设备出现故障。一般来说，在这个时期，电气、液压和气动系统故障发生率较高，为此，要加强对机床的监测，定期对机床进行机电调整，以保证设备各种运行参数处于技术规范之内。,(,二）相对稳定运行期,设备在经历了初期阶段各种电气元件的老化、机械零件的磨合和调整后，开始进入相对稳定的正常运行期，此时各类元器件的故障较为少见，但不排除偶发性故障的产生，所以，在这个时期内要坚持做好设备运行记录，以备排除故障时参考。另外，要坚持每隔,6,个月对设备作一次机电综合检测和校核，这个时期内，机电故障发生的概率小，且大多数可以排除。相对稳定运行期较长，一般为,7-10,年。,(,三,),寿命终了期,机床进人寿命终了期后，各类元器件开始加速磨损和老化，故障率开始逐年递增，故障性质属于渐发性和品质性的。例如橡胶件的老化，轴衬和液压缸的磨损，限位开关接触灵敏度以及某些电子元器件品质开始下降等，大多数渐发性故障具有规律性，在这个时期内，同样要坚持做好设备运行记录，所发生的故障大多数是可以排除的。由于数控机床属于技术密集型和知识密集型的设备，因此，对它的维护和故障诊断，既有常规的方法和手段，又有专门的技术和检测手段。故障诊断时往往不能单纯地从机械方面或电气方面来考虑，而必须进行综合全面地分析。,二数控机床故障分类,(,一）机械故障与电气故障,1,机械故障。机械故障指数控机床的机床本体部分发生的故障，主要包括机械、润滑、玲却、排屑、液压、气动与防护等装置。常见的机械故障有因机械安装、调试及操作使用不当等原因引起的机械传动故障与导轨运动摩擦过大故障。故障表现为传动噪声大，加工精度低，运行阻力,大等。例如：轴向传动链的挠性联轴器松动，齿轮、丝杠与轴承缺油，导轨塞铁调整不当，导轨润滑不良以及系统参数设置不当等原因均可造成以上故障。尤其应引起重视的是，机床各部位标明的注油点（注油孔）需定时、定量加注润滑油（剂），这是机床传动链正常运行的保证。另外，液压、润滑与气动系统的故障主要是管路阻塞和密封不严，因此，数控机床更应加强污染控制和根除漏油现象发生。,2,电气故障。电气故障分弱电故障与强电故障。弱电部分主要涉及,CNC,装置、,PLC,控制器、,CRT,显示器以及伺服单元、输入、输出装置等电子电路，这部分又有硬件故障与软件故障之分。硬件故障主要是指上述各装置的印制电路板上的集成电路芯片、分立元件接插件以及外部连接组件等发生的故障。常见的软件故障有：加工程序出错、系统程序和参数的改变或丢失、计算机的运算出错等。强电部分是指继电器、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电路。这部分的故障十分常见，必须引起足够的重视。,(,二,),系统性故障和随机故障,1,系统性故障。通常是指只要满足一定的条件或超过某一设定的限度，工作中的数控机床必然会发生的故障。这一类故障现象极为常见。例如：液压系统的压力值随着液压回路过滤器的阻塞而降到某一设定参数时，必然会发生液压系统故障报警使系统断电停机；润滑、冷却或液压等系统由于管路泄漏引起油位下降到使用限值，必然会发生液位报警使机床停机；机床加工中因切削量过大达到某一限值时必然会发生过载或超温报警，致使系统迅速停机。因此对数控机床的正确的使用与精心维护可以避免这类系统性故障发生。,2,随机性故障。通常是指数控机床在同样的条件下工作时只偶然发生一次或两次的故障。由于此类故障在各种条件相同的状态下只偶然发生一两次，因此，随机性故障的原因分析与故障诊断较其他故障困难得多。这类故障的发生往往与安装质量、组件排列、参数设定、元器件品质、操作失误与维护不当，以及工作环境影响等诸因素有关。例如：接插件与连接组件因疏忽未加锁定，印制电路板上的元器件松动变形或焊点虚脱，继电器触点、各类开关,触头因污染锈蚀以及直流电动机电刷不良等所造成的接触不可靠等。工作环境温度过高或过低、湿度过大、电源波动与机械振动、有害粉尘与气体污染等原因均可引发此类偶然性故障。因此，加强数控系统的维护检查，确保电气箱门的密封，严防工业粉尘及有害气体的侵袭等，均可避免此类故障的发生。,(,三）有报警显示故障和无报警显示故障,1,有报警显示故障。,有报警显示故障又可分为硬件报警显示与软件报警显示两种。硬件报警显示的故障。硬件报警显示通常是指系统各单元装置上的由,LED,发光管或小型指示灯组成的显示指示。在数控系统中，如控制操作面板、位置控制印制线路板、伺服控制单元、主轴单元、电源单元等部位以及光电阅读机、穿孔机等外设装置上常设有这类指示灯。一旦数控系统的这些部位发生故障，这些指示灯发光指示故障状态，参考相应产品说明书中对指示灯的说明，可大致分析判断出故障发生的部位与性质，这无疑给故障分析诊断带来极大方便。因此，维修人员日常维护和排除故障时应认真检查这些警示灯的状态是否正常。,软件报警显示故障。软件报警显示通常是指,CRT,显示器上显示出来的报警号和报警信息。由于数控系统具有自诊断功能，一旦检测到故障，系统就会按故障的类型进行处理，同时在,CRT,上以报警号形式显示该故障信息。这类报警显示常见的有：存储器报警、过热报警、伺服系统报警、进给超程报警、程序出错报警、主轴报警、过载报警以及断线报警等。,上述软件报警有来自,CNC,的报警和来自,PMC,的报警，前者为数控部分的故障报警，可通过所显示的报警号，查阅维修手册中有关,NC,故障报警出错代码及原因，分析产生该故障的原因。后者,PMC,报警显示由,PMC,的报警信息文本所提供，大多数属于机床侧的故障报警，可通过所显示的报警号，对照维修手册中有关,PMC,故障报警信息、,PMC,接口说明以及,PMC,程序等内容、检查,PMC,有关接口和内部继电器状态，确定该故障所产生的原因。通常，,PMC,报警发生的要比,NC,报警多。,2,无报警显示的故障。这类故障发生时无任何硬件或软件的报警显示，因此分析诊断难度较大，例如：机床通电后，在手动方式或自动方式运行时，,X,轴出现爬行现象，,无任何报警显示。又如机床在自动方式运行时突然停止，而,CRT,显示器上无任何报警显示。还有在运行机床某轴时发生异常声响，一般也无故障报警显示等。对于无报警显示故障，通常要具体情况具体分析，要根据故障发生的前后状态进行分析判断。例如：上述,X,轴在运行时出现爬行现象，可首先判断是数控部分故障还是伺服部分故障。具体做法是：在手摇脉冲进给方式中，可均匀地旋转手摇脉冲发生器，同时分别观察比较,CRT,显示器上,Y,轴、,Z,轴与,X,轴进给数字的变化速率。通常，如数控部分正常，三个轴的上述变化速率应基本相同，从而可区分出爬行故障是,X,轴的伺服部分还是机械传动所造成。,(,四）机床品质下降引起的故障,机床可以正常运行，但表现出的现象与以前不同，比如噪声变大、振动较强、定位精度超差、反向死区过大、圆弧加工不合格、机床启停有振荡等。此时加工零件往往不合格，这类故障无任何报警信号显示，只能通过检测仪器来检测和发现。,(,五）硬件故障、软件故障和干扰故障,1,硬件故障。,硬件故障是指数控装置的印制电路板上的集成电路芯片、分立元件、接插件以及外部连接组件等发生的故障。只有更换已损坏的器件才能排除这类故障，这类故障也称“死故障”。比较常见的是输入输出接口损坏，功放元件损坏等。,2,软件故障。,软件故障指数控系统加工程序错误、系统程序和参数的设定不正确或丢失、计算机的运算出错等。通过认真检查程序和修改参数可以解决这类故障。但是，参数的修改要慎重，一定要搞清参数的含义以及与其相关的其他参数方可修改，否则顾此失彼还会产生新的故障，甚至发生机床动作失控。,3,干扰故障。,指由于内部和外部干扰引发的故障。例如由于系统线路分布不合理，电源地线配置不当，接地不良，工作环境恶劣等引发的故障。,三数控机床故障诊断的思路,（一）数控机床发生故障时的处理,数控机床发生故障时，如果机床操作人员不能及时排出故障，应及时通知维修人员到场维修。维修人员应对故障发生的时间、故障发生时机床的操作方式、故障的内容进行追踪调查和分析。故障的追踪调查有利于快速锁定故障范围和故障类型，从而中找出故障点，排除故障。调查内容如下。,1,调查在什么情况下发生了故障发生故障时维修人员要认真调查故障现场，调查故障出现的时间，出现了多少次故障（故障出现的频率），进行了哪一种操作时出现何种故障。,2,记录产生故障的时间与背景。首先记录故障产生日期和时间，其次是记录故障出现的背景，是电源接通时出现故障，还是运行中出现的故障。如果是运行中，那么是机床运行多长时间后才发生的故障。如果是机床工作一定时间后出现的故障，则有可能是热因素的影响即机体的受热变形或电器元件因温度升高所致特性的改变等，否则可以排除热的影响。记录控制单元的周围环境温度是多少？控制单元上是否有较大振动？是否发生过机械碰撞？,3,故障出现的频率。故障只出现一次还是多次出现，分析某种故障是否重复发生。对于多次出现的同一种故障，应确认其发生频率，即按每小时、每天或每月计算发生的次数。从中可以初步认定发生的故障是随机性的，还是系统性的。,(,二）进行什么操作时出现故障,1,发生故障时的操作方式。出现故障时数控系统处于哪一种操作方式，即是手动方式、存储器操作方式、,MDI,方式、还是返回参考点方式等。锁定发生故障时的操作方式可以缩小寻找故障点范围。,2,确定机床出现故障时运行的指令。如果在程序运行中发生故障，要确定故障在程序中的位置，即发生故障的程序号和程序段顺序号。要确定在产生故障的程序段中程序内容是什么，是什么指令下出现故障，是否在轴的移动中出现了故障，是否是在执行,M,、,S,或,T,代码时出现了故障。进行同样的操作时是否发生同一故障，检查故障的重复性，是否是在数据输入时出现的故障。,3,确定机床出现故障的部位。当进给轴或主轴方面发生故障时，对于与进给轴伺服有关的故障，需要分析故障是在低进给速度和高进给速度时均出现，还是只对某个轴,发生该故障（在断开电缆情况下测试）；对于发生了与主轴相关的故障，应分析什么时候出现该故障（电压接通时、加速时、减速时还是通常运转时发生）。,(,三）发生了哪一种故障,1,有报警故障。在发生了有报警显示故障时，按动报警键，在,CRT,界面上显示报警信息，并且进一步启动自诊断功能，查阅相关诊断号，对照机床说明书中的报警说明，缩小故障范围，确定报警原因。例如在,FANUC0i,系统中：对于,300,号、,400,号、,500,号报警，首先要查阅相应的诊断号，确认是哪个轴发生的报警。发生,414,报警时应查阅诊断显示的,200,、,201,、,204,的诊断号。,350,报警，应查阅诊断,202,。,351,报警，应查阅诊断,203,。,751,、,761,报警时，应确认主轴报警的内容。,2,加工尺寸超差。当加工尺寸出现错误时：,（,1,）确认哪一位置尺寸出错；,（,2,）位置显示