数控机床诊断与维修期末复习.docx

第一章 概述
故障：数控系统完全或部分丧失了系统规定的功能。
系统故障诊断技术：在系统运行中或基本不拆卸的情况下，即可掌握系统先行状态的信息，
查明产生故障部位和原因，或预知系统的异常和故障的动向，采取必要的措施和对策
的技术。
衡量可靠性常用的标准：
1、平均无故障时间（Mean Time Between Failure,MTBF），指可修复产品的相邻两次
故障间，系统能正常工作时间的平均值。
MTBF=总工作时间/总故障次数
2、平均修复时间（Mean Time To repair,MTTR），指数控系统在寿命范围内，从出现
故障开始维修到能正常工作所用的平均修复时间。
MTTR=累计修复时间/维修次数
3、有效度A，指一台可维修的数控机床在某一段时间内，维持其性能的概率。
A=MTBF/(MTBF+MTTR) A<1且越接近1越好
数控机床故障的分类
1、从故障起因分类：关联性故障（固有性和随机性）和非关联性故障。
2、从故障时间分类：随机故障和有规则故障。
3、从故障发生状态分类：突然故障和渐变故障。
4、从故障影响程度分类：完全失效故障和部分失效故障。
5、从故障的严重程度分类：危险性故障和安全性故障。
6、从故障性质分类：软件故障、硬件故障和干扰性故障。
机床的精度检验
机床的几何精度检测：X、Y、Z轴的相互垂直度，主轴回转轴线对工作台面的平行
度，主轴在Z轴方向移动的直线度，主轴轴向及径向圆跳动X、Y、Z轴的相互垂直度，主轴回转轴线对工作台面的平行
度，主轴在Z轴方向移动的直线度，主轴轴向及径向圆跳动
机床的定位精度检测：各进给轴直线运动精度，直线重复定位精度，直线运动轴机械
回零点的返回精度，刀架回转精度
机床的切削精度检测：单项切削精度检验，综合试件检验
检测故障过程中应掌握的原则：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

第二章 数控机床机械结构的故障诊断与维修
主轴变速方式：1、无级变速2、分段无级变速3、液压拨叉变速机构 4、电磁离合器变速
滚珠丝杠螺母副
循环方式：外循环、内循环
预紧目的：为了消除丝杠与螺母之间的间隙和施加预紧力，以保证滚珠丝杠反向传动
精度和轴向刚度。
预紧方法：1、修配垫片消隙式2、双螺母消隙式3、齿差消隙式4、弹簧自动式
支承方式：
1、固定-自由：适用于低转速、中精度、短轴向丝杠
2、支承-支承：适应于中等转速、中精度
3、固定-支承：适用于中等转速、高精度
4、固定-固定：适用于高转速、高精度

主传动链故障诊断 书P31 表2-1

故障现象
故障原因
排除方法
1
加工精度达不到要求
机床在运输工程中收到冲击
检查对机床精度有影响的各部分，特别是导轨副，并按出厂精度要求重新调整或修复
安装不牢固、安装精度低或有变化
重新安装调平、紧固
2
切削振动大
主轴箱和床身连接螺钉松动
恢复精度后紧固连接螺钉
轴承预紧力不够、游隙过大
重新调整轴承游隙，但预紧力不宜过大
轴承预紧螺母松动，使主轴窜动
紧固螺母，确保主轴精度合体
轴承拉毛或损坏
更换轴承
主轴与箱体超差
修理主轴或箱体，使配合、位置精度达到要求
其他因素
检查刀具或切削工艺问题
如果是车床，则可能是转塔刀架运动部位松动或压力不够而未卡紧
调整修理
滚动导轨的安装预紧
安装固定方式：主要有螺栓固定、压板固定、定位销固定和斜楔块固定
预紧是为了提高滚动导轨的刚度，可提高接触刚度和消隙；在立式导轨上，预紧可防
止滚动体脱落和歪斜。常见预紧方式有过盈配合和调整法
滚珠丝杠常见故障、故障原因及维修方法 P42 表2-3
故障现象
故障原因
维修方法
滚珠丝杠副噪声
丝杠支承轴承的压盖压合情况不好
调整轴承压盖，使其压紧轴承端面
丝杠支承轴承可能破裂
如轴承破损，更换新轴承
电动机与丝杠联轴器松动
拧紧联轴器，锁紧螺钉
丝杠润滑不良
改善润滑条件，使润滑油量充足
滚珠丝杠副滚珠有破损
更换新滚珠
数控机床机械结构组成部分主要有：除了机床基础部件外，还有主传动系统，进给传动系统，实现工件回转，定位的装置和附件，实现某些部件动作和辅助功能的系统和装置，如液压，气压，冷却等系统和排屑，防护等装置。刀架或自动换刀，自动托盘交换装置，特殊功能装置如刀具破损监控，精度检测和监控装置。为完全自动化控制功能的各种反馈信号及元器件。机床基础件（机床大件通常指床身，底座，立柱，横梁，滑座。工作台。

第三章 数控系统故障诊断与维修
FANUC 0i常见报警及处理方法
1、P/S00#报警
故障原因：设定了重要参数，如：伺服参数，系统进入保护状态，需要系统重新启
动，装载新参数
恢复方法：在确认修改内容后，切断电源，再重新启动
2、PS/100#报警
故障原因：修改系统参数时，将写保护设置PWE=1后，系统发出该警报
恢复方法：发出该警报后，可照常调用参数页面修改参数；
修改参数进行确认后，将写保护设置PWE=0；
按RESET复位，如果修改了重要参数，需重新启动系统
3、P/S101#报警
故障原因：存储器内程序存储错误，在程序编辑过程中，对存储器进行存储操作时
电源断开，系统无法调用存储内容
恢复方法：在MDI方式，将写保护设置为PWE=1；
系统断电，按着DELETE键，给系统通电；
将写保护设置为PWE=0，按RESET将101#报警消除
4、P/S90#报警
故障原因：返回参考点中，开始点距参考点过近，或是速度过慢
故障恢复：正确执行回零动作，手动将机床向回零的反方向移动一定距离，这个位
置要求在减速区以外，再执行回零动作；
如果以上操作后仍有报警，检查回零减速信号，检查回零挡块、回零开
关及相关联的信号电路是否正常；
机床的回零参数在机床厂已经设置完成，可检查回零时位置偏差（DOG
800-803）是否大于128，大于128进行（4）项；如果低于128，可根据
参数清单检查以下参数是否有变化：PRM518-521(快速移动)，PRM559
-562（手动快移速度）。作适当调整使回零时的位置偏差大于或等于128
如果位置偏差大于128，检查脉冲编码器的电压是否大于4.75V，如果电
压过低，更换电源；电压正常时仍有警报需检查脉冲编码器和轴卡
5、手动及自动均不能运行
原因及处理：位置显示（相对、绝对、机械坐标）全都不动时，检查CNC的状态
显示，检查急停信号、复位信号、操作状态、到位检测、互锁状态信号
数控系统故障诊断及维修方法（至少记五种）
1、装置自诊断法：启动自诊断、在线诊断、离线诊断2、常规检查法3、机.液、电综
合分析法4、备件替换法5、电路板参数测试对比法6、更新建立法7、升温、降温法
8、拉篇电源法9、分段优选法10、功能程序测试法11、参数检查法12、隔离法13、
接口状态显示诊断法14、测量比较法15、利用系统的自我诊断功能判断法16、逻辑
电路追踪法17、用可编程程序控制器进行PLC中断状态分析法

第四章 数控机床主传动系统的故障诊断与维修
主轴驱动装置的特点：1、输出功率大2、速度稳定，恒功率范围宽3、转速波动小，过载
能力强4、加速时间短5、电动机温升低6、振动、噪声小7、电动机可靠性高，寿命
长，易维护8、体积小、质量轻
直流主轴驱动装置：有晶闸管和脉宽调制PWM调速两种形式
交流主轴驱动装置中的交流异步伺服系统通常有模拟式、数字式两种方式
高速电主轴的冷却润滑技术：1、油气润滑方式2、喷注润滑方式3、突入滚道式润滑方式
4、电动机内装式主轴
主轴准停：主轴准停功能又称主轴定位功能，即当主轴停止时，控制其停与固定的位置，
这是自动换刀所必须的功能。包括机械准停、电气准停
机械准停在主轴上固定一个定位滚子，主轴上空套有一个双向端面凸轮，该凸轮和液压缸中活塞杆相连接，当活塞带动凸轮向下移动时，通过拨动定位滚子并带动主轴转动，当定位销落入端面凸轮的V形槽内，便完成了主轴准停，因为是双向端面凸轮，所以能从两个方向拨动主轴转动以实现准停。这种双向端面凸轮准停机构，动作迅速可靠，但凸轮制造较麻烦。
电气准停可分为：1磁传感器主轴准停2编码器型主轴准停3数控系统控制准停
电气准停控制：1、简化机械结构2、缩短准停时间3、可靠性增加4、性能价格比高
安川变频器报警代码及维修技术--电压故障报警
1、主回路低电压故障（产生故障的原因：变频器的三相交流输入电压过低，变频器内熔 断器熔断，变频器的整流块损坏，变频器的电压监控电路不良
2、控制回路低电压故障（产生故障的原因：电路本身故障，变频器电压监控电路不良
3、浪涌电压保护回路动作故障（产生故障的原因：变频器交流输入出现浪涌电压，变频器的浪涌吸收器损坏
4、过电压故障（产生原因：变频器交流输入电压过高，电动机减速时间设定过短，变频器制动单元故障，变频器内部电压监控电路不良
5、瞬时停电检查中：变频器运行过程中检测出电源瞬间断电再通电而报警。将机床断电再重新上电操作可以解除该故障。如果此操作不能解除该报警，则需更换变频器。

第五章 数控进给伺服系统故障诊断与维修
数控机床进给伺服系统 主要是由伺服驱动控制系统与数控机床进给机械传动机构两部分组成。机床进给机械传动机构通常是由减速齿轮，滚珠丝杠，机床导轨和工作台托板等组成。伺服驱动控制系统，按其反馈信号的有无，分为开环，半闭环，和全闭环三种控制方式。按照系统的构造特点，可分为：开环位置伺服系统，半闭环位置伺服系统，全闭环位置伺服系统，混合闭环位置伺服系统。
开环位置伺服系统 是一种没有位置反馈的位置控制系统，它的伺服机构按照指令装置发出来的位置移动指令，驱动机械作相应的运动，但并不对机械的实际位移量或转角进行检测，从而也无法将其与指令值进行比较。它的位置控制精度只能靠伺服机构本身的传动精度来保持。
半闭环位置伺服系统 与开环位置伺服系统不同，半闭环位置伺服系统是具有位置检测和反馈的闭环控制系统。它的位置检测器与伺服电动机同轴相连，可通过它直接测出电动机轴旋转的角位移，进而推知当前执行机械的实际位置。由于位置检测器不是直接装在执行机械上，位置闭环只能控制到电动机轴为止，所以称为半闭环。它只能间接的检测当前的位置信息，且也难以随时修正，消除因电动机轴后传动链误差引起的位置误差。与普通电动机相比，它具有调速范围宽和短时输出转矩大的特点。这样设计就不必再保证低速性能和扩大转矩而添置减速齿轮，而可将电动机轴与丝杠直接连接，使传动链误差和非线性误差大大减小。
全闭环位置伺服系统 它将位置检测器件直接安装在机床工作台上，从而可以获取工作台实际位置的精确信息，通过反馈闭环实现高精度的位置控制。从理论上说，这是一种最理想的位置伺服控制方案，但实际上用的比较少，因为当采用闭环时，机床本身的机械传动链也会包含在位置闭环中，伺服的电气自动控制部分和执行机械不再相对独立，传动的间隙，摩擦特性的非线性，传动链的刚度等，都将影响控制系统的稳定，使系统容易产生机电共振和低速爬行。同时工作台上的负荷变化也会对系统的摩擦特性，机械惯量等产生影响，给系统的整定造成困难。因此全闭环位置伺服系统的通用性设计带来了困难，也不利于降低成本。
混合闭环位置伺服系统 对有的执行机械，位置伺服系统采用半闭环结构容易整定，但很难补偿其机械传动部分引起的位置误差，使位置控制精度不能达到要求的指标；采用全闭环结构系统又很难整定，系统闭环后因环内多种非线性因素诱发的振荡很难消除。于是，人们提出了同时存在半闭环和全闭环。
混合闭环位置伺服系统的特点：由于半闭环中电气自动控制部分与执行机械相对独立，可以采用较高的位置增益，使系统易整定，响应快，跟踪误差小，而全闭环只用于稳态误差补偿，位置增益可选的较低以保证系统的稳定性。两者结合可最后获得较高的位置控制精度和跟踪速度。但由于系统中同时存在两个闭环，使系统的控制复杂程度大大增加，它们之间的配合，增益调整等都必须仔细整定，位置伺服系统也因此不再具有通用性。

FANUC 进给伺服系统的常见故障分析
1、SV400，SV402（过载报警）
故障原因：400为第一，二轴中有过载；402为第三，四轴中有过载，当伺服电动机的过热开关和伺服放大器的过热开关动作时发出此报警。
处理方法：1过热引起检查是否由于机械负载过大，加减速的频率过高，切削条件引起的过载2连接引起：检查以上连接示意图过热信号的连接。3有关硬件故障，检查各过热开关是否正常，各信号的接口是否正常。
2、SV401,，SV403（伺服准备完成信号断开报警）
处理方法：检查各个插头是否接触不良；
查LED是否有显示，如果没有显示，则是板上不能通电或电源回路坏。检查电源单元输出到该单元的24V是否正常，检查控制板上的电源是否烧坏。
查外部交流电压是否都正常；
查控制板上各直流电压是否正常，如果有异常，检查板上的熔丝及板上的电源回路有无烧坏的地方。
3.SV4n6（反馈短线报警）
伺服电动机使用串行编码器组成半闭环系统时，由于电缆断开或由于编码器损坏引起的数据中断，则报警。
普通的脉冲编码器，该信号用硬件检查电路直接检查反馈信号，当反馈信号异常，则报警。
软件短线报警，当使用全闭环反馈时，利用分离型编码器的反馈信号和伺服电动机的反馈信号，软件进行判别检查，当出现较大偏差时，则发生报警。
4.SV4n0（停止时位置偏差过大）
处理方法：当发生故障时通过诊断号的偏差计数器观察，一般在无位置指令情况下，该偏差计数器应在很小的范围内，如果偏差较大说明有位置指令，无反馈位置信号。
检查：伺服放大器和电动机的动力线是否有断线情况；伺服放大器的控制不良，更换电路板再试验，轴控制板不良，参数不正确，按参数清单检查。
5.SV4n1（运动中误差过大）
处理方法：当发生故障时，可以通过诊断来观察偏差情况，一般在给定指令的情况下，偏差计数器的数值取决于速度给定，位置环增益，检测单位。
原因：观察在发生报警时，机械侧是否发生了位置移动，当系统发出位置指令，机械哪怕有很小的变化，可能是机械的负载引起，当没有发生移动时，检查放大器。当发生报警前有位置变化时，有可能是机械负载过大或参数设定不正常引起的，请检查机械负载和相关参数。当发生报警前机械位置没有发生任何变化时，请检查伺服放大器电路，轴卡，通过PMC检查伺服放大器是否断开，检查伺服放大器和电动机之间的动力线是否断开。

第七章
1.主轴出现噪声的故障维修
答：首先检查主轴参数设定，在确定无误后，则将检查重点放在机械侧。发现主轴轴承损坏，经更换轴承之后，在脱开机械侧的情况下检查主轴电动机运转情况。发现负载表指示已正常但仍有噪声。随后，将主轴参数00号设定为1，也即让主轴驱动系统开环运行，结果噪声消失，说明速度检测器件PLG有问题。经检查，发现PLG的安装不正，调整位置之后再运行主轴电动机，噪声消失，机床能正常工作。
2.主轴高速旋转时发热严重？
答：两个主要热源：主轴轴承和内藏式主电动机，最凸出的问题是内藏式主电动机的发热。主要解决方法是采用循环冷却结构，分外循环和内循环两种，冷却介质可以是水或油，使电动机与前后轴承都能得到充分冷却。主轴轴承是电主轴的核心支承，也是电主轴的主要热源之一。当前高速电主轴，大部分采用角接触陶瓷球轴承，有以下三个优点：1，由于滚珠重量轻，离心力小，动摩擦力矩小。2，弹性形变量小，刚度高，寿命长3，因温升引起的热膨胀小，使轴承的预紧力稳定。由于电主轴的运转速度高，因此对主轴轴承的动态，热态性能有严格要求。合理的预紧力，良好而充分润滑是保证主轴正常运转的必要条件。采用油雾润滑，雾化发生器进气压为0.25到0.3MPa，选用20#透平油，油滴速度控制在80到100滴每分钟，润滑油雾在充分润滑轴承的同时，还带走大量的热量。前后轴承的润滑油分配是非常重要的问题，必须加以严格控制。进气口截面大于前后喷油口截面的总和，排气应顺畅，各喷油小孔的喷射角与轴线呈15夹角，使油雾直接喷人轴承工作区。
3.工作台明显超程，但故障发生时系统不报警？
答：通过交换法检查，确定故障部件应在X轴伺服电动机与丝杠传动链一侧，折卸电动机与滚珠丝杠之间的弹性联轴器，单独通电检查电动机。检查结果表明，电动机运行时无振动现象，显然故障部位在机械传动部分。脱开弹性联轴器，用扳手转动滚珠丝杠进行手感检查，发现工作台X轴方向位移接近行程终端时，感觉到阻力明显增加。拆下工作台检查，发现滚珠丝杠与导轨不平行，故而引起机械转动过程中的振动现象。经过认真修理，调整后重新装好，故障排除。
4主轴定位不良？
答：对机床进行仔细观察发现主轴在定向后发生位置偏移，且主轴在定位后如用手碰一下，主轴则会产生相反方向漂移。检查电气单元无任何报警，该机床的定位采用的是编码器，从故障的现象和可能发生的部位来看，电气部分的可能性比较小，机械部分又很简单，最主要的是连接，所以决定检查连接部位。在检查到编码器的连接时发现编码器连接套的紧固螺钉松动，使连接套后退造成与主轴的连接部分间隙过大使旋转不同步。将紧固螺钉按要求固定好后故障消除。
5.电动机联轴器松动的故障维修？（加工零件时，常出现径向尺寸忽大忽小的故障）
答：检查控制系统及加工程序均正常，然后检查传动链中电动机与丝杠的连接处，发现电动机联轴器紧固螺钉松动，使得电动机轴与丝杠产生相对运动。由于半闭环系统的位置检测器件在电动机侧，丝杠的实际转动量无法检测，从而导致零件尺寸不稳定，紧固电动机联轴器后故障清除。
FSSB:指高速串行总线，是机床的计算机和伺服控制单元的接线。
CNC指一种用计算机通过其存储器内的程序来实现数控功能。