机电设备管理与维修第10章数控机床故障诊断与维修

,*,出版社 理工分社,机电设备管理与维修王振成主编,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式单击此处编辑母版文本样式单击此处编辑母版文本样式单击此处编辑母版文本样式,第十章 数控机床故障诊断与维修,10.1 概述故障的分类,根据机床部件、故障性质以及故障原因等对常见故障做如下分类。,1按数控机床发生故障的部件分类,1主机故障,数控机床的主机局部，主要包括机械、润滑、冷却、排屑、液压、气动与防护等装置。常见的主机故障有：因机械安装、调试、实际操作使用不当等引起的机械传动故障以及导轨运动摩擦过大故障。,2电气故障,分弱电故障和强电故障。弱电局部主要指CNC装置、PLC控制器、CRT显示器以及伺服单元、输入/输出装置等电路，这局部又有硬件故障与软件故障之分。,1,2按数控机床发生的故障的性质分类,1系统故障,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故障。这类故障经常见。,2随机性故障,通常是指数控机床在同样条件下工作时只偶然发生一次或两次的故障。有的文献上称为“软故障，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和故障诊断较其他故障困难得多,2,3按报警发生后有无报警显示分类,1有报警显示的故障,这类故障可分为硬件报警显示与软件报警显示两种。,1硬件报警显示的故障，通常是指各单元装置的警示灯一般由LED发光管或小型指示灯组成的指示。在数控系统中有许多用于指示故障部位的警示灯。,2软件报警显示故障，通常是指在CRT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，即按故障的级别进行处理，同时在CRT上以报警号形式显示该故障信息。,3,2无报警显示的故障,这类故障发生时无任何软件和硬件的报警显示，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，无任何报警显示。又如机床在自动方式运行时突然停止，而在CRT上又无任何报警显示，还有在运行机床某轴时发出异常声响，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变化状态进行分析判断。,4,4按故障发生的原因分类,1数控机床自身故障,这类故障的发生是由于数控机床自身的原因引起的，与外部使用环境条件无关。数控机床所发生的绝大多数故障均属此类故障，但应区别有些故障并非机床本身而是外部原因所造成的。,2数控机床外部故障,这类故障是由外部原因造成的。例如，数控机床的供电电压过低，波动过大，相序不对或三相电压不平衡；周围环境温度过高，有害气体、潮气、粉尘侵入；外来振动和干扰，如电焊机所产生的电火花干扰等均有可能使数控机床发生故障。还有人为因素所造成的故障，如操作不当，手动进给过快造成超程报警，自动进给过快造成过载报警。又如操作人员不按时按量给机床机械传动系统加注润滑油，易造成传动噪声或导轨摩擦系数过大，而使工作台进给电机过载。,5,故障的诊断原那么,故障的诊断原那么,1先外部后内部,2先机械后电气,3先静后动,4先公用后专用,5先简单后复杂,6先一般后特殊,6,故障的诊断步骤,对故障进行确认，在此过程中应注意以下的故障信息：,1.故障发生时报警号和报警提示是什么?哪些指示灯和发光管指示了什么报警?,2.如无报警，系统处于何种状态?系统的工作方式诊断结果如FANUC-0C系统的DGN700、701、712号诊断内容是什么?,3.故障发生在哪一个程序段?执行何种指令?故障发生前进行了何种操作?,4.故障发生在何种速度下?轴处于什么位置?与指令的误差量有多大?,5.以前是否发生过类似故障?现场有无异常现象?故障是否重复发生?,6.有无其他偶然因素，如突然停电，外线电压波动较大，某部位进水等,7,故障的诊断方法,1观察检查法,2PLC程序法,3接口信号法,4试探交换法,8,10.2 利用PLC进行数控机床的故障检测,与PLC有关的故障的特点,与PLC有关的故障首先确认PLC的运行状态,在PLC正常运行情况下，分析与PLC相关的故障时，应先定位不正常的输出结果,大多数有关PLC的故障是外围接口信号故障，PLC在数控系统的执行有它自身的诊断程序，当程序存储错误、硬件错误都会发出相应的报警硬件故障多于软件故障。,9,与PLC有关故障检测的思路和方法,1根据故障号诊断故障,数控机床的PLC程序属于机床厂家的二次开发，即厂家根据机床的功能和特点，编制相应的动作顺序以及报警文本，对控制过程进行监控，当出现异常情况，会发出相应报警。我们在维修过程中，要充分利用这些信息。,2根据动作顺序诊断故障,数控机床上刀具及托盘等装置的自动交换动作都是按照一定的顺序来完成的，因此，观察机械装置的运动过程，比较正常和故障时的情况，就可发现疑点，诊断出故障的原因。,10,1根据故障号诊断故障,数控机床的PLC程序属于机床厂家的二次开发，即厂家根据机床的功能和特点，编制相应的动作顺序以及报警文本，对控制过程进行监控，当出现异常情况，会发出相应报警。我们在维修过程中，要充分利用这些信息。,2根据动作顺序诊断故障,数控机床上刀具及托盘等装置的自动交换动作都是按照一定的顺序来完成的，因此，观察机械装置的运动过程，比较正常和故障时的情况，就可发现疑点，诊断出故障的原因。,11,3根据控制对象的工作原理诊断故障,数控机床的PLC程序是按照控制对象的工作原理来设计的，通过对控制对象的工作原理的分析，结合PLC的I/O状态来检查。,4根据PLC的I/O状态诊断,数控机床中，输入/输出信号的传递一般都要通过PLC接口来实现，因此，许多故障都会在PLC的I/O接口这个通道反映出来。数控机床的这个特点为故障诊断提供了方便，不用万用表就可以知道信号的状态，但要熟悉有关控制对象的正常状态和故障状态。,5通过梯形图诊断故障,根据PLC的梯形图来分析和诊断故障是解决数控机床外围故障的根本方法，用这种方法诊断机床故障首先应搞清机床的工作原理、动作顺序和连锁关系，然后利用系统的自诊断功能或通过机外编程器，根据PLC梯形图查看相关的输入/输出及标志位的状态，从而确定故障原因。,12,6动态跟踪梯形图诊断故障,有些数控系统带有梯形图监控功能，调出梯形图画面，可以看到输入输出点的状态，梯形图执行的动态过程有的需要利用机外编程器，在线状态下监控程序的运行。当有些PLC发生故障时，因过程变化快，查看I/O及标志无法跟踪，此时需要通过PLC动态跟踪，实时观察I/O及标志位状态的瞬问变化，根据PLC的动作原理做出诊断。,要做好用PLC对数控机床故障检测要注意以下几点：,1机床各组成局部检测开关的安装位置，如加工中心的刀库、机械手和回转工作台，数控车床的旋转刀架和尾架，机床的气、液压系统中的限位开关、接近开关和压力开关等，弄清检测开关作为PLC输入信号的标志；,2执行机构的动作顺序，如液压缸、汽缸的电磁换向阀等，弄清对应的PLC输出信号标志；,3各种条件标志，如启动、停止、限位、夹紧和放松等标志信号；借助必要的诊断功能，必要时用编程器跟踪梯形图的动态变化，搞清故障原因，根据机床的工作原理做出诊断。,13,10.3系统的故障诊断及维修技术系统维修的根底,1对维修人员素质的要求,1专业知识面广，掌握或了解计算机原理、电子技术、电工原理、自动控制与电力拖动、检测技术、机械传动及机加工工艺方面的根底知识。,2具有专业英语的阅读能力。,3勤于学习，善于分析。,4具有较强的动手能力和实践技能。,2必要的技术资料和技术准备,维修人员应在平时认真整理和阅读有关数控系统的重要技术资料。维修工作做得好坏，排除故障的速度快慢，主要决定于维修人员对系统的熟悉程度和运用技术资料的熟练程度。,14,1数控装置局部：应有数控装置安装、使用包括编程、操作和维修方面的技术说明书，其中包括数控装置操作面板布置及其操作，装置内各电路板的技术要点及其外部连接图，系统参数的意义及其设定方法，装置的自诊断功能和报警清单，装置的接口分配及其含义等。,2PLC装置局部：应有PLC装置及其编程器的连接、编程、操作方面的技术说明书，还应包括PLC用户程序清单或梯形图、I/O地址及意义清单，报警文本以及PLC的外部连接图。维修人员应熟悉PLC编程语言，能看懂用户程序或梯形图，会操作PLC编程器，通过编程器或CNC操作面板对内装式PLC对PLC进行监控，有时还需要对PLC程序进行某些修改。还应熟练通过PLC报警号检查PLC有关的程序和I/O连接电路，确定故障原因。,15,3伺服单元：应有进给和主轴伺服单元原理、连接、调整和维修方面的技术说明书，其中包括伺服单元的电气原理框图和连接图，主要故障的报警显示，重要的调整点和测试点，伺服单元参数的意义和设置。,4机床局部：应有机床安装、使用、操作和维修方面的技术说明书，其中包括机床的操作面板布置和操作，机床电气原理图、布置图及连线图。,此外，要做好数据和程序的备份十分重要，除了系统参数、PLC程序、PLC报警文本，还有机床必须使用的宏指令程序、典型的零件程序、系统的功能检查程序。对于一些装有硬盘驱动器的数控系统，应有硬盘的备份，并且能对数控系统进行输入和输出的操作。,16,系统的硬件及维修,系统的硬件及维修,硬件故障检查过程因故障类型而异，以下所述方法无先后次序之分，可穿插进行，综合分析，逐个排除。,1常规检查,1外观检查,2连接电缆、连接线检查,3连接端及接插件检查。,恶劣环境下工作的元器件检查,针对故障有关部位，检查在恶劣环境下工作的元器件。这些元器件容易受,4受潮、受振动、粘灰尘或油污而失效或老化。,5易损部位的元器件检查,6元器件易损部位应按规定定期检查。,7定期保养的部件及元器件的检查,8电源电压检查,17,2故障现象分析法,故障分析是寻找故障的特征。最好组织机械、电子技术人员及操作者会诊，捕捉出现故障时机器的异常现象，分析产品检验结果及仪器记录的内容，必要会出现故障发生时刻的现象和可能设备还可以运行到这种故障再现而无危险时可以让故障再现，经过分析可能找到故障规律和线索。,3面板显示与指示灯显示分析法,数控机床控制系统多配有面板显示器、指示灯。面板显示器可把大局部被监控的故障识别结果以报警的方式给出。对于各个具体的故障，系统有固定的报警号和文字显示给予提示。特别是彩色CRT的广泛使用及反衬显示的应用使故障报警更为醒目。出现故障后，系统会根据故障情况、故障类型，提示或者同时中断运行而停机。对于加工中心运行中出现的故障，必要时，系统会自动停止加工过程，等待处理。,18,4系统分析法,判断系统存在故障的部位时，可对控制系统方框图中的各方框单独考虑。根据每一方框的功能，将方框划分为一个个独立的单元。,5信号追踪法,信号追踪法是指按照控制系统方框图从前往后或从后向前地检查有关信号的有无、性质、大小及不同运行方式的状态，与正常情况比较，看有什么差异或是否符合逻辑。如果线路中由各元件“串联组成，那么出现故障时“串联的所有元件和连接线都值得疑心。在较长的“串联电路中，适宜的做法是将电路分成两半，从中间开始向两个方向追踪，直到找到有问题的元件单元为止。两个相同的路线，可以对它们局部地交换试验。,19,6静态测量法,静态测量法主要使用万用表测量元器件的在线电阻及晶体管上的PN结电压；用晶体管测试仪检查集成电路块等元件的好坏。,7动态测量法,动态测量法是通过直观检查和静态测量后，根据电路原理图印制电路板上加上必要的交直流电压、同步电压和输入信号，然后用万用表、示波器等对电路板的输出电压、电流及波形等全面诊断并排除故障。动态测量法有：电压测量法、电流测量法及信号注入及波形观察法。,20,10.4 伺服系统的故障及维修技术伺服系统的工作原理,21,进给伺服的故障及诊断1进给伺服的故障形式,伺服系统出现故障，通常有三种表现形式：一是在CRT或操作面板上显示报警内容或报警信息；二是进给伺服驱动单元上用报警灯或数码管显示驱动单元的故障；三是运动不正常，但无任何报警。对于第一、第二种形式，因为有些报警的含义比较明确，可根据相应的系统说明书进行