数控系统常见故障与分析.ppt

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,.,*,数控系统典型故障分析,1,.,五.急停报警故障,用于当数控系统或数控机床出现紧急情况，,需要使数控机床立即停止运动或切断动力装置（如伺服驱动器等）的主电源；,当数控系统出现自动报警信息后，须按下急停按钮。待查看报警信息并排除故障后，再松开急停按钮，使系统复位并恢复正常。,2,.,西门子802,D,急停回路,3,.,4,.,5,.,1.机床一直处与急停状态，不能复位,电气方面的原因，,a.,急停回路断路,b.,限位开关损坏,c.,急停按钮损坏,系统参数设置错误，使系统信号不能正常输入输出,或复位条件不能满足引起的急停故障；,PLC,软件未,向系统发送复位信息。检查,KA,中间继电器；检查,PLC,程序。,PLC,中规定的系统复位所需要完成的信息未满足要,求。如伺服动力电源准备好、主轴驱动准备好等信,息。若使用伺服，伺服动力电源是否未准备好：检,查电源模块；检查电源模块接线；检查伺服动力电,源空气开关。,PLC,程序编写错误,6,.,2.数控系统在自动运行的过程中，报跟踪误差过大引起的急停故障,负载过大：,如负载过大，或者夹具夹偏造成的摩擦 力或阻力过大，从而造成加在伺服电动机的扭矩过 大，使电动机造成了丢步形成了跟踪误差过大。,编码器的反馈出现问题，,如：编码器的电缆是否出现了松动，或者用示波器检查编码其所反馈回来的脉冲是否正常。,伺服驱动器报警或损坏。,进给伺服驱动系统强电电压不稳或者是电源缺相引起。,7,.,3.伺服单元报警引起的急停,伺服单元如果报警或者出现故障，,PLC,检测到后可以使整个系统处在急停状态，直到将伺服部分的故障排除，系统才可以复位，如果是因为伺服驱动器报警而出现的急停，有些系统可以通过急停对整个系统进行复位，包括伺服驱动器，,可以消除一般的报警。,8,.,4.,主轴单元报警引起的急停,主轴单元如果报警或者出现故障，,PLC,检测到后可以使整个系统处在急停状态，直到将主轴部分故障排除，系统才可以复位，如果是因为主轴驱动器报警而出现的急停，有些系统可以通过急停对整个系统进行复位，包括伺服驱动器，可以消除一般的报警。,常见原因：,a.,主轴空开跳闸,b.,主轴单元报警或主轴驱动器出错，,9,.,5.其他各类报警及故障引起的急停报警,6.机床超程引起的急停报警,10,.,按机床检测元件检测原点信号方式的不同，返回机床参考点的方法有两种,，,即,栅点法,和,磁开关法,。,在栅点法中,，检测器随着电机一转信号同时产生一个栅点或一个零位脉冲，在机械本体上安装一个减速挡块及一个减速开关，当减速撞块压下减速开关时，伺服电机减速到接近原点速度运行。当减速撞块离开减速开关时，即释放开关后，数控系统检测到的第一个栅点或零位信号即为原点。,在磁开关法中,，在机械本体上安装磁铁及磁感应原点开关或者接近开关，当磁感应开关或接近开关检测到原点信号后，伺服电机立即停止运行，该停止点被认作原点,参考点,编码器类,类故障分析与维修,11,.,12,.,13,.,14,.,“,FANUC,”,及“西门子”回零参考图及说明,15,.,回参考点动作过程如下：,1),在手动方式（,JOG,）,下，选择“回参考点”操作方式,2),按对应轴的方向键,3),坐标轴以机床参数设定的“回参考点快移”速度,Vc,向参考点移动,4),当“参考点减速”挡块压上后（压上减速开关），参考点减速信号（,*,DEC,）,生效，电机减速,5),图（,a,）,方式减速到零后，机床参数设定的“参考点减速”速度Vm,反向运行,;,图（,b,）,方式则减速到机床参数设定的“参考点搜索速度”,Vm,继续向前运行,6),越过参考点减速挡块后（减速开关放开），,*,DEC,信号恢复，坐标轴继续以搜索速度运动,7),在参考点减速挡块防开后，位置检测装置的第一个“零脉冲”到达后开始记数，当到达机床参数设置的“参考点偏移量”后，坐标轴停止运动，回参考点运动结束。（注：图（,a,）,方式中，,Vp,为,“参考点定位速度”,）,16,.,1.回零,重复性差或参考点位置偏差,1)滚珠丝杆间隙增大（修磨滚珠丝杆螺母调整垫片，重调间隙）,2)回零轴轴承座润滑不良，轴承磨损或损坏,（加润滑脂，更换轴承）,3)电机与机床的连接松动或不正确（如：联轴节松动）,4)回零减速开关或挡块变动，引起重复性不稳,5)回零减速开关或挡块变动，引起参考点位置偏差,6)位置编码器的供电电压太低,（供电电压不能低于4.8,V，,采用多芯绞束方法给编码器供电，减小线路压降）,17,.,7)位置编码器不良；,8)电动机代码输入错，电动机力矩小；,9)回参考点计数器容量设置错误；,（重新计算并设置参考点计数器的容量）,10)相应轴的伺服参数；,11)伺服控制板或伺服接口模块不良（更换）；,12)机械刚接通电源时，没有执行返回参考点。,18,.,13),干扰引起,a.,检查位置编码器反馈信号线是否屏蔽,（需采用屏蔽双绞线，并双端接地）,b.位置编码器的反馈信号线与电机的动力线应分开走线,c.,电机、伺服驱动器外壳需通过电柜共地并接大地,2.,考点位置偏差一个栅格（参考点发生整螺距偏移）,故障处理：,用诊断功能监视减速信号，并记下参考点位置与减速信号起作用的那点位置。这两点之间的距离应该等于大约电机转一圈时机床所走的距离的一半。调整参考点减速挡块位置或将电机旋转一个角度（180左右），使得挡块放开点与“零脉冲”位置相差在半个螺距左右，机床即可以恢复正常工作,19,.,减速挡块位置不正确,减速挡块太短,回零开关不良,a.,在一栅格内，*,DECX,发生变化，则*,DECX,电气开关性能不良，请更换或处理。,b.,在一栅格内，*,DECX,信号不发生变化，则挡块安装不正确。,20,.,3.,回参考点时，出现超程报警,运行中挡块松动或参考点开关损坏、松动，无减速信号,造成超程。检查连线、开关、卡线端子、挡块等,回参考点快移速度设得太高，减速动作未能完成时超程；修改回参考点快移速度,21,.,在开机时，若工作已在参考点减速区内,回参考点时，压上减速挡块后，以参考点搜索速度向前运动并超程。,a.,位置反馈信号的1转信号没有输出；,b.,位置编码器不良；,c.,位置编码器的供电电压偏低，要求一般不能低于4.8,V；,d.,伺服控制部分和伺服接口部分不良,。,22,.,回参考点时，压上减速挡块后，以参考点搜索速度反方向运行，并出现反方向的超程（图,a,回零方式）,原因同,回参考点时，机床向相反方向慢速运行，直至超程,报警（图,a,回零方式）；当机床回参考点时，减速开,关闭合系统会将轴向相反运动,a.,减速开关被压下或损坏,b.,减速开关被短路,c.,减速开关进油、进水,23,.,4.,参考点返回时，位置偏差量未超过,128,个脉冲时，会出现“,90,”号报警（,FANUC,）,因为起始点离参考点太近或速度过低，而不能正常进行参考点返回,位置误差量可由下面的公式计算：,e,ss16.6*V/Kv,式中：,e,ss,位置偏差量（位置跟随误差）；,V,进给速度（,mm/min,）,回参考点时，应取减速挡块压上后的速度,F,LKv,伺服位置环增益（,S,-1,）,24,.,a.,检查确认快进速度,b.,检查确认快进速度的倍率选择信号（,ROV,1,、,ROV,2,）,c.,检查确认参考点减速信号（,*,DECX,）,d.,检查确认外部减速信号,*,EDCX,e.,离参考点太近,维修要点：,位置环增益设定不当，回参考点速度设定不当（太小），参考点计数器容量（,Refcounter,）,设置不当时，易出现“,90,”号报警,25,.,5.,在参考点位置停止后，“未到位”灯不熄灭，机床无法进行下一步操作。机床关机后，又可手动操作，回参考点后上述现象又出现（西门子或其他系统）,轴“位置跟踪误差”超过了定位精度的允许范围；,调整相应参数及自动漂移补偿功能，使“位置跟踪误,差”的值接近“0”机床恢复正常工作。,26,.,6.,回参考点过程中出现“软超程”报警,此类故障一般是由于参数设定不当造成的，可以,通过重新设定参数进行解决，处理方法如下：,a.,将机床运动到正常位置，进行手动回参考点，并利用手动方式压上“回参考点减速”开关，进行回参考点，验证回参考点动作的正确性,b.,在回参考点动作确认正确后，通过,MDI/CRT,面板，修改软件限位参数（为了方便可以将其改为最大值,99999999,）,c.,再次执行正常的手动回参考点操作，机床到达参考点定位停止,d.,恢复软件限位参数（由,99999999,改回原参数值）,e.,再次执行正常的手动回参考点操作，机床动作正常，报警清除,27,.,7.攻丝时或车螺纹时出现乱扣,零脉冲不良引起的故障,时钟不同步出现的故障,主轴部分没有调试好，如主轴转速不稳，跳动过大或因为主轴过载能力太差，加工时因受力使主轴转速发生太大的变化,28,.,8.主轴定向不能够完成，不能够进行镗孔，换刀等动作,脉冲编码器出现问题,机械部分出现问题,PLC,调试不良，定向过程没有处理好,29,.,事例1：,故障现象：,一台数控车床，,X、Z,轴使用半闭环控制，在用户中运行半年后发现,Z,轴每次回参考点，总有2、3,mm,的误差，而且误差没有规律。,故障分析：,调整控制系统参数后现象仍没消失，更换伺服电机后现象依然存在，后来仔细检查发现是丝杠末端没有备紧，经过螺母备紧后现象消失,30,.,七、数控加工类故障,1.加工尺寸或精度误差过大：,误差故障的现象较多，在各种设备上出现时的表现不一。如数控车床在直径方向出现时大时小的现象较多。在加工中心上垂直轴出现误差的情况较多，常见的是尺寸向下逐渐增大，但也有尺寸向上增大的现象，在水平轴上也经常会有一些较小误差的故障出现，有些经常变化，时好时坏使零件的尺寸难以控制。造成数控机床中误差故障但又无报警的情况，主要有几种情况：,31,.,机床几何误差太大，机床机械精度达不到要求。,机床的数控系统较简单，在系统中对误差没有设,置检测，因此在机床出现故障时不能有报警显示,机床中出现的误差情况不在设计时预测的范围内，,因此当出现误差时检测不到，由于大多数的数控,机床使用的是半闭环系统，因此不能检测到机床,的实际位置,32,.,丝杠与电机的联轴器结构对故障发生的频率,和可能性不同，出现故障后现象也不同，有些,尺寸只会向负方向增加，但有些正负方向变化,的可能弹性联接的基本上是负向增加的多，而,中间使用键联接的两种故障均会发生,机床的电气系统中回零不当，回零点不能保,证一致，该种故障出现的误差一般较小。除了,一般的因减速开关不良造成故障外，回零时的,减速距离太短也会使零点偏离。在有些系统中,的监控页面中有“删格量”一项，记录并经常核,对可及时发现问题,33,.,机床运动时由于超调引起加工精度和加工尺,寸误差过大如果加减速时间常数调节的过小,电,机电流已经形成饱和,引起伺服运动的超调,可,以引起系统的加工精度与加工尺寸,这时可以通,过调节伺服驱动器的参数来改善轴的运动性能,来消除加工误差,在利用刀尖半径补偿时，,G41、G42,使用不正,确或者在走刀换向时没有相应修改,G41、G42,刀具与工件的相对位置方位号设定错误,对刀不正确，或者加工时没有考虑刀尖半径,尺寸,34,.,事例1:,故障现象:,某加工中心运行九个月后,发生,Z,轴方向加工尺寸不稳定,尺寸超差且无任何规律,显示屏及伺服驱动器没有任何报警或异.,故障分析:,该加工中心是采用的国外进口数控系统,丝杠采用的是直联的方式,根据故障分析,原因可能是因为联轴器联结螺钉松动,导致联轴器与滚轴丝杠或伺服电机间滑动,经过对,Z,轴仔细检查发现联轴器6只紧固螺钉都出现了松动,紧固螺钉后,故障排除.,35,.,2.两轴联动铣削圆周时圆度超差,圆度超差一般出现两种情况：一种是圆的轴向变,形；另一种情况是出现斜椭圆，即在45度方向上的,椭圆,圆的轴向变形，其原因是由于机床的机械未调整好,而造成轴的定位精度不好，或者是机床的丝杠间隙,补偿不当，从而导致每当机床在过向限时，就产生,圆度误差,产生斜椭圆误差时,一般是由各轴的位置偏差过大,造成,可以通过调整各轴的增益来改善各轴的运动,性能使每个轴的运动特性比较接近,另外，如果机,械传动副之间的间隙如果过大或者间隙补偿不合适,的话,也可能引起该故障,36,.,3.两轴联动铣削圆周时圆弧上有突起现象,圆弧切削在特定的角度（0、90、180、270度）过象限时，由于电机需要反转，由于机械的摩擦力、反向间隙等原因造成速度无法连续，造成圆弧上有突起现象。,37,.,事例1:,故障现象:,某加工中心在加工整圆时,发生,X,轴方向加工尺寸不对,尺寸超差,显示屏及伺服驱动器没有任何报警或异常。,故障分析:,该加工中心是采用的国内数控系统,丝杠采用的是直联的方式,根据故障分析,原因可能是因为是由于机床的机械未调整好而造成轴的定位精度不好，或者是机床的丝杠间隙补偿不当，从而导致每当机床在过向限时，就产生圆度误差。对该机床进行重新校平调整,检查该机床的参数,发现该机床的轴的间隙补偿为零,用百分表测量,X,轴的反向间隙,实际测量值超过0.003,MM,对该机床的,X,轴进行了调整,并利用了系统的软件补偿功能,消除了,X,轴的间隙,再次加工整圆进行检验,故障消除。,38,.,4.加工零件尺寸不准（不稳）,A,加工的零件尺寸时大时小,首先应确定尺寸误差是,CNC,系统的故障造成的还是机械故障造成的：,1）参考点返回位置随机变化,2）电机轴磨损,3）电机与丝杆联轴节磨损,4）滚珠丝杆与电机结合处松动，联轴器磨,5）滚珠丝杆与支架定位处螺母松动支架轴承磨损,39,.,6）滚珠丝杆磨损,7）丝杆反向间隙过大,8）（车床）检查刀架的定位精度，同时检查刀架是否有松动,9）（车床）检查加工过程中，是否造成刀具上时而有切削瘤，时而切削瘤又消失了。（改进刀具和加工工艺，减少切削瘤的生成机会）,10）（车床）如果加工外圆，尺寸愈来愈大，则首先应该检查刀具与加工材料和加工工艺的配合是否合适，加工过程是否造成刀具的磨损太快了,11）伺服增益设得太小，需调整伺服参数,12）干扰,40,.,2.加工精度差，表面光洁度不好,A,机床定位精度差和重复定位精度差,1）定位超差，丝杆螺母研损,2）反向不一致性差，是由于轴承未消除轴向间隙或轴承座螺钉松动或丝杆与电机弹性连轴节松动或皮带过松造成,3）导轨面研损,4）压板、镶条面研损,5）滚动导轨研损,6）导轨、丝杆润滑不充分,41,.,7）传动调整不当,8）螺母座安装未按图纸要求进行,9）导轨平行/导轨与压板面平行/导轨与丝杆的平行度超差,10）导轨防护板变形,11）数控系统补偿参数丢失（或为进行补偿）,12）数控系统漂移,13）当采用全闭环时光栅尺进了污物,14）,光栅尺定尺、滑尺安装松动不符合要求或设计,42,.,B,工件表面产生明显振纹，粗糙度增加（表面光洁度不好）,1）主要由于主轴径向跳动形成的振动引起,2）进给系统间隙大或预紧不足，引起振动,3）工件未夹紧,4）切削用量选用不当,5）驱动器参数设定不合理（应合理设定惯量比 及各种增益及加减速时间常数等）,6）主轴转速波动,7）干扰,43,.,3.机床加工零件时躁声大,1）棒料的不直度直接影响到机床的工作噪声（车床）,2）机床使用已久，滚珠丝杆间隙增大（修磨丝杆螺母，调整垫片，重调间隙）,3）运动轴轴承座润滑不良，轴承磨损或损坏,4）其他机械故障引起加工噪声大,44,.,4.切削时振动,1）主轴刚性不足（调整切削参数）,2）主轴箱传动轴轴承松动（修换主轴箱轴承）,3）进给传动部分刚性差,4）机床镶条磨损，导轨间隙大,5）工件未夹紧或夹紧方法不合理,6,）主轴及进给伺服系统参数设置不当,45,.,5.螺纹功能不对,数控车床加工螺纹，其实质是主轴的转角与,Z,轴进给之间进行插补，主轴的角度位移是通过主轴编码器进行测量的,A,系统执行螺纹加工程序时，停止在螺纹加工的程序上，没有报警信息，此故障一般是,CNC,找不到主轴的同步脉冲所至,1）主轴编码器的零脉冲故障，根本就发不出零脉冲,2）主轴编码器电缆故障,3）,CNC,系统零脉冲检测电路故障,4）CNC,设定了检测“主轴速度到达”信号，而“主轴速度到达”信号未输出或,CNC,未检测到该信号,46,.,B,螺纹加工时出现“乱牙”故障,“乱牙”是由于主轴与,Z,轴进给不能实现同步引起的,C,车削螺纹时不能执行或者加工的螺纹尺寸短,系统参数设定错误，螺纹加工的加减速时的起始速度设的太高,47,.,6.车床车削的螺纹精度不好,1）正确选择伺服电动机，高精度螺纹应选快速性（加减速特性）好的电动机,2）使用性能好的主轴电机,3）主轴与位置编码器按1:1安装，而且尽量用刚性连线。若用皮带相连，应调好松紧力，运动中不要抖动,4）检查伺服电动机上脉冲编码器的安装是否松动，特别是使用分离型编码器时，其安装要求同（3）,5,）主轴参数调整,主要是比例增益，积分增益和加减速时间常数，有的软件版本有前馈功能，此时，可加大前馈系数,48,.,6）伺服参数调整,a.,根据工作台的实际情况，调整电动机的负载惯量比（须根据实际的电动机负载计算惯量比）,b.,使用,PI,控制或者,HRV,控制（伺服软件中，带有,HRV,算法）,c.,使用250,us,加速反馈（,FANUC,系统）,d.,使用速度回路高速端比例处理功能,e.,增加伺服增益,f.,设定工作台的反向间隙值,根据伺服软件版本，还可以使用伺服的前馈控制和精细加,/,减速功能,49,.,7.车床：,G02,或,G03,加工轨迹不是圆,X,轴：,a.,半径编程输入的是直径值；直径编程输入的是半径值,b.,半径编程用了直径刀补值；直径编程用了半径刀补值,8.车床：加工的尺寸不对,1）,G41,和,G42,使用不对,2）走刀变向后未相应修改,G41、G42,3）,刀具与工件的相对位置方位号设定错,4）对刀不对，对刀时应考虑是否含有刀尖半径尺寸,50,.,9.变频或伺服主轴加工时螺距不对,1）主轴编码器每转脉冲数设置错误,2）主轴编码器不良,3）主轴编码器连轴器松动或损坏,4）主轴编码器接线错,5,）主轴编码器的供电电压低，一般要大于,4.8,V,51,.,10.圆弧插补加工的圆度差,1）轴线不垂直度的影响（调整两轴线的垂直度）,a.,当,X,轴线和,Y,轴线上不垂直并且两轴线的夹角大于90，圆形轨迹在长短轴方向分别为45时变成一个椭圆。长轴方向为45,b.,当两轴线间的夹角小与,90,度，圆弧轨迹在长短轴方向分别为,45,时同样变成为一个椭圆，但长轴方向是,45,52,.,2）反向误差及其补偿的影响（调整机床使反向间隙误差减小a.,圆弧切削在特定的角度（0、90、180、270）过象限时，电机需要反转，由于机械的摩擦力，反向间隙等原因造成速度无法连续，造成圆弧上有突起想象,b.,机械的反向间隙越来越大或伺服的响应越慢（如位置增益小，减速时间过长），致使反向点峰值变大,53,.,c.,机加工圆的反向点出现峰值，但不会在线性轴线定位精度和重复定位精度的标准检验中出现，因为按照这些标准的检验仅在机床停止运动后进行,3）轴线加速度的影响,a.,如果圆形轨迹的进给率增大，则轴线的加速度相应也增大,b.,当进给率较高，频率较快时，运动的幅度减小，由此导致实际轨迹的直径比名义轨迹的直径小,54,.,c.,在机床的数字控制中有专门的控制方法（如：比例-积分控制环）可使产生的圆形比标准圆形轨迹大，从而补偿相应轴线加速度的影响。,4）累积直线定位偏差的影响（使,X,或,Y,轴的运动相匹配）,a.,当,X,轴运动过长或过短时（,Y,轴正常），如由于比例的偏差，圆形轨迹变成了椭圆,b.,当,Y,轴运动过长或过短时（,X,轴正常），如由于比例的偏差，圆形轨迹变成了椭圆,55,.,c）,将,X.Y,轴的伺服系统位置增益调整到基本一致；两轴的跟踪误差同速时应基本一致；同轴正反向同速移动时跟踪误差应基本一致,应用要点：,X.Y,轴由于负载、惯量等不相同，若参数设成一样时，两轴的运动特性将不一致，联动时会出现实际轨迹与理论值的偏差。因此，应根据工作台的实际情况，调整伺服参数，使联动轴的运动特性（动态特性）基本一致,56,.,5）其他方面的影响,a.,主轴回转精度误差,b.,夹具的影响（选用刚度好，精度好的工装夹具）,c.,加工方法的影响（根据工件，正确选用切削刀具，进给量，进给速度和主轴转速）,d.,刀具的影响,57,.,11.加工小圆弧和倒角轨迹不正常,1）加减速影响（检查、修改加减速参数，可将加减速时间减小）,2）切削参数选择不当（调整切削参数，减小进给速度）,3）刀具补偿数据设置不当（重新计算刀具补偿值，并重新输入）,58,.,12.丝锥折断，功丝精度不好，牙尖崩裂,1）伺服参数,Z,轴和主轴参数设定不当,2）攻丝的夹具松动滑落（请安装琐紧或以大的夹 具代替）,3）攻丝太浅，切削粉的排出不好,4）丝锥不好使切削粉不易排出,5）丝锥刀径太细，而攻丝的深度太深（通常深度上限约为刀径23倍）,6）材质使用不当，攻丝口径粗或速度过高,7）编码器的线有干扰，请按照规定方式配线，更换新丝锥,8）主轴齿轮比没错，造成攻丝时转数相差过大,59,.,13.低速功丝没问题（1000,r/min），,但高速功丝时，丝锥折断，攻丝精度太差，丝尖崩裂或节距磨损,1)刚性攻丝的增益稍微偏离,2)没有形成同步闭回路,电机和主轴间皮带结合不好或是彼此的齿轮比设计错误造成无法同步配合,60,.,