陈家洁数控机床故障诊断与维修.doc

论 文：数控机床故障诊断与维修

院系
工学院机械系
专业
机械设计制造及其自动化
学号
080105057
姓名
陈家洁
班级
08机电一班

目 录

论 文：数控机床故障诊断与维修 0
摘 要 2
一数控机床故障概述 3
1.1软件故障与硬件故障 4
1.1.1软件故障 4
1.1.2硬件故障 4
1.2电气故障与机械故障 4
1.2.1电气故障 4
1.2.2机械故障 4
二、数控机床故障诊断方法 5
2.1直接法 5
2.2交换法 5
2.3原理分析法 6
2.4手动干扰法 6
2.5断路法 6
三、各种诊断方法的维修实例 7
3.1直接法维修实例 7
3.2交换法维修实例 7
3.3原理分析法维修实例 8
3.4手动干扰法维修实例 9
3.5断路法维修实例 9
结束语 10
参考文献 11

摘 要

简介软件故障与硬件故障，电气故障与机械故障。分析直接法、交换法、原理分析法、手动干扰法和断路法五种数控机床故障诊断方法及相应维修实例。
结合实际工作中数控机床的故障现象，分析了伺服系统几类故障的原因及应对措施，并总结出了对于伺服系统故障的一般处理方法，对数控工程技术人员有一定的参
关键词 数控 故障 诊断 维修 逻辑电平

Abstract
Profile software failure and hardware failure, electrical fault and mechanical trouble. Analysis the direct method, exchange method, the principle analysis, manual interference method and the method of nc machine tool five open circuit fault diagnosis methods and corresponding maintenance example.
Based on the actual work of numerical control machine malfunctions, analyzed the servo system of several of the cause of the failure and coping measures, and summarizes the general fault for servo system treatment method, the numerical control engineering and technical personnel have certain "
Key words numerical control fault diagnosis maintenance logic level

一数控机床故障概述
数控机床故障有各种分类方法。根据计算机控制技术特点，可分为软件故障与硬件故障；根据故障性质，可分为电气故障与机械故障。
1.1软件故障与硬件故障
1.1.1软件故障
华中世纪星数控系统的软件分三层，低层为MS-DOS，中层为HNC-21，顶层为加工程序。前二层出现的故障都可以用备份进行恢复，而加工程序出现问题，应该不算故障，只好慢慢修改加工程序。后面不再讨论此类故障。
1.1.2硬件故障
硬件故障指数控机床的硬件发生损坏，硬件故障除CPU主板、存储器板、测量板，显示驱动板、显示器、电源模块、伺服模块及输入输出模块故障外，还包括各种检测开关、执行机构、强电控制元件等故障。
1.2电气故障与机械故障
1.2.1电气故障
电气故障包括数控装置（软、硬件）、伺服单元、输入输出装置的弱电故障和继电器、接触器、开关、熔断器、电源变压器等强电元器件及其所组成的电路的强电故障。

1.2.2机械故障
机械故障通常是一些机械部件长时间运行，磨损后精度变差；或是由于撞击导致机械部件变形乃至损坏。现在的数控机床由于采用了先进的计算机数控技术，机械部分相对变得简单。
二、数控机床故障诊断方法
数控系统有一套自诊断系统，不同于一般电器设备。诊断维修数控机床的思路，也要不同于传统的电器维修思路。发生故障时，在向操作者了解故障现象后，首先要查看报警系统的报警信息和各种指示灯的状态。充分利用各种信息进行分析，初步确定哪一单元出现何种故障。再利用一些方法和技巧进一步确定故障所在，进行维修处理。常用的方法有：直接法、交换法、原理分析法、手动干扰法、断路法。
2.1直接法
通过对故障发生时的各种现象的观察，通过目测故障单元，有无异样，比如有无熔断丝熔断，元器件烧坏、开裂现象，从而判定有无过流、过压或短路。触动怀疑对象，确定有无虚焊，接线松动等现象。有时会轻而易举地解决一些简单问题。直接法简单易行，通常在维修过程中优先采用。
2.2交换法
交换法是利用备件或二台相同机床的相同部件，甚至是一台机床中的相同部件，大到一个单元，小到一个电子元件，进行交换，根据交换后故障现象的变化情况，从而缩小故障范围，再进行维修或更换部件，解决问题。但交换法适用于问题比较单一的故障，若多处发生故障并且各个故障现象彼此相关联，更换一个部件不能解决问题，但更换一个部件后，故障现象可能发生变化，这种变化也能为故障诊断提供新的信息。
2.3原理分析法
原理分析法是根据数控机床各部分的工作原理，利用华中世纪星HNC-21的PLC输入输出指示状态，指示灯状态，各参数值，或用万用表测量电平等手段，从逻辑上对各点电压值、逻辑电平和特征参数进行分析，确定故障部位。原理分析法要求维修人员精通各部分的工作原理，难度较大，但从理论上讲，原理分析法应能解决一切故障。作为维修人员，必须不断提高自己的理论修养，才能逐步提高维修水平。
2.4手动干扰法
手动干扰法是在通过测量逻辑电平，发现逻辑电平不正确时，可人为改变接线，使逻辑电平正确，再观察、分析故障现象的变化，进一步确定故障所在。使用手动干扰法时，一定要在综合分析各逻辑电平、充分考虑各部分工作的关联性的基础上进行。实际上，手动干扰法是变部分自动控制功能为手动控制功能，通过手动控制机床来判断故障发生的部位。
2.5断路法
断路法是将数控机床工作链路中的某点断开，分析各种变化信息，来确定故障发生在断点前的部件还是发生在断点后的部件。不仅电气部分可使用断路法，机械部分也可使用断路法。因此使用断路法既可判断故障发生在电气部分的断点前后，也可判断是电气故障还是机械故障。不过机床的工作链路并非单行道，要充分考虑关联性。特别注意不要轻易断开竖直方位的电机和机械部分的链路，否则失去制动作用后，有些机械部件会下滑，可能会造成严重后果。
三、各种诊断方法的维修实例
3.1直接法维修实例
故障现象：济南一机床集团有限公司的CK616i型数控车床，配华中世纪星HNC-21T，四工位刀架换刀时，刀台连续运转不停。
故障分析：系统检测不到刀位输入信号。如果是只在某刀位发生此现象，可能是该刀位的霍尔元件连线断路或元件损坏；若四个刀位均出现此现象，可能是发信盘的+24V电源线或地线断路。
故障诊断维修：打开刀架上罩壳，观察发信盘接线处，发现2#刀位霍尔元件接线螺丝脱落。重新接好线，故障排除。
3.2交换法维修实例
故障现象：深圳华亚数控机床有限公司的YHM600A型数控铣床，配华中世纪星HNC-21M，Y轴不动，急停报警，报警信息为Y轴跟踪误差过大。
故障分析：根据故障现象分析，只有Y轴电机不转，可能是伺服控制信号不到位，或是驱动单元损坏，或是电机损坏。
故障诊断维修：查看Y轴伺服控制器指示灯状态，发现使能指示灯不亮，检测使能逻辑电平（低电平）正确，初步确定Y轴伺服控制器损坏。更换X、Y轴伺服控制器。Y轴正确，X轴不动，确定原Y轴伺服控制器损坏。打开伺服控制器，检查使能信号输入部分电路，初步确定该电路中的光电隔离开关损坏，将空位置的光电隔离开关与使能信号输入端的光电隔离开关互换。重新装机试机，故障排除。
3.3原理分析法维修实例
故障现象：深圳华亚数控机床有限公司的YHM600A型数控铣床，配华中世纪星HNC-21M，手动状态，移动X轴，X轴不动，急停报警，报警信号为X轴跟踪误差过大；手动Y、Z轴，出现同样的故障现象。
故障分析：根据原理分析，三轴出现同样的故障现象，故障应该出现在三个轴的公共电气部分，因为三轴同时损坏几乎不可能。
故障诊断维修：根据图纸（见附录）分析，故障可能出现在伺服强电部分，也可能出现在伺服控制信号的公共部分（使能信号Y02为三轴伺服控制器的公共使能信号）。检查发现伺服强电的驱动器主电源接触器KM1没有吸合，测量KM1线圈两端（330、110B）没有110V交流电压，再测量与之串联的继电器KA1的常开触点P4/C4两端（110A、330）有交流110V电压，说明继电器KA1常开触点P4/C4没有闭合，进而检查继电器KA1线圈两端（341、+24）有直流24V电压，确定继电器KA1损坏（线圈断路）。更换继电器，故障消除。
3.4手动干扰法维修实例
故障现象：深圳华亚数控机床有限公司的YHM600A型数控铣床，配华中世纪星HNC-21M，手动状态，移动X轴，X轴不动，急停报警，报警信号为X轴跟踪误差过大；手动Y、Z轴，出现同样的故障现象。
故障分析：根据故障现象分析，三轴出现同样的故障现象，故障应该出现在三个轴的公共电气部分，因为三轴同时损坏几乎不可能。
故障诊断维修：查看三轴伺服控制器指示灯状态，发现使能指示灯都不亮，检测使能逻辑电平（低电平）不正确，经检测伺服强电部分正常。进一步查看输出板Y02输出信号指示灯不亮（低电平有效时指示灯亮），检测电平为24V高电平。初步确定输出板该路输出电路故障。将该路接线拆下，接至接线端子100处（24V电源地线），三个伺服控制器使能信号指示灯亮，机床恢复正常。确定输出板故障。拆下输出板，经检测Y02输出信号这一路电路中的三极管损坏，更换三极管（可利用空置路中的三极管），故障排除。也可以直接接至空置路，不必修理输出板，但必须重新定义PLC输出。
3.5断路法维修实例
故障现象：济南一机床集团有限公司的J1VMC40MA型数控床身式铣床，配华中世纪星HNC-22M，Z轴加工精度不高，并经常出现急停报警，报警信号为Z轴跟踪误差过大。
故障分析：加工精度不高，通常是机械磨损，间隙增大造成，但不会引起报警，因为控制方式为半闭环控制。可能是机械阻力增加导致，也可能是伺服单元故障导致。
故障诊断维修：检查发现Z轴润滑不足，据此分析可能是因润滑不足导致阻力增加，因此进一步检查油泵和油路，结果是油路堵塞，但修复油路后，故障并没有消除。为了进一步确定是机械故障还是电气故障，先固定立柱腔内的配重铁，避免铣头体滑下，再松开Z轴伺服电机固定螺丝，取下同步带，断开了传动链路，再用加工程序试运行，结果还会出现报警，因此确定是电气故障。因伺服反馈信号来自与伺服电机一体的编码器，而精度与反馈信号有密切关系，因此怀疑编码器有问题。打开编码器并进行清洗，重新装配并试运行，故障排除。

结束语
数控机床是一个整体，各部分既有相对独立性，又有一定的关联性。在故障较复杂时，单纯使用某一种诊断方法不能解决问题，需要在原理分析法的指导下，遵循先简后繁的原则，将各种诊断方法融会贯通，灵活、综合使用各种方法，才能更有效地诊断故障所在，进行维修处理。
参考文献
(1) 牛志斌, 杨秋晓. 数控机床故障诊断与维修. 沈阳: 辽宁科学技术出版社, 2006.8
(2) 潘海丽. 数控机床故障分析与维修. 西安: 西安电子科技大学出版社, 2006.2
(3) 陈吉红, 杨克冲. 数控机床实验指南. 武汉: 华中科技大学出版社, 2003.5
(4) 华中数控世纪星数控装置连接说明书. 2004.6
(5) CK616i型数控车床使用说明书
(6) YHM600A型数控铣床使用说明书
(7) J1VMC40MA型数控床身式铣床使用说明书

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