數(shù)控機床故障診斷與維修的基本概念(上)

1、數(shù)控機床故障診斷與維修第1章 數(shù)控機床故障診斷與維修的基本概念11 數(shù)控機床故障診斷與維修的意義 一、數(shù)控機床的組成 數(shù)控機床由數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動裝置、檢測反饋裝置和機床本體四大部分組成，再加上程序的輸入/輸出設備、可編程控制器、電源等輔助部分。 1. 數(shù)控裝置(數(shù)控系統(tǒng)的核心)由硬件和軟件部分組成，接受輸入代碼經(jīng)緩存、譯碼、運算插補）等轉(zhuǎn)變成控制指令，實現(xiàn)直接或通過PLC對伺服驅(qū)動裝置的控制。 2. 伺服驅(qū)動裝置是數(shù)控裝置和機床主機之間的聯(lián)接環(huán)節(jié)，接受數(shù)控裝置的生成的進給信號，經(jīng)放大驅(qū)動主機的執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)機床運動。3. 檢測反饋裝置是通過檢測元件將執(zhí)行元件（電機、刀架）或工作臺的速度和位移

2、檢測出來，反饋給數(shù)控裝置構(gòu)成閉環(huán)或半閉環(huán)系統(tǒng)。 4. 機床本體是數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)件（床身箱體、立柱、導軌、工作臺、主軸和進給機構(gòu)等。二、數(shù)控機床故障診斷 1.故障的基本概念 故障數(shù)控機床全部或部分喪失原有的功能。 故障診斷在數(shù)控機床運行中，根據(jù)設備的故障現(xiàn)象，在掌握數(shù)控系統(tǒng)各部分工作原理的前提下，對現(xiàn)行的狀態(tài)進行分析，并輔以必要檢測手段，查明故障的部位和原因。提出有效的維修對策。 2.故障的分類 1）從故障的起因分類 關聯(lián)性故障和系統(tǒng)的設計、結(jié)構(gòu)或性能等缺陷有關而造成（分固有性和隨機性）。 非關聯(lián)性故障和系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)與制造無關的故障。 2）從故障發(fā)生的狀態(tài)分類 突然故障發(fā)生前無故障征兆，使用

3、不當。 漸變故障發(fā)生前有故障征兆，逐漸嚴重。3）按故障發(fā)生的性質(zhì)分類 軟件故障程序編制錯誤、參數(shù)設置不正確、機床操作失誤等引起。 硬件故障電子元器件、潤滑系統(tǒng)、限位機構(gòu)、換刀系統(tǒng)、機床本體等硬件損壞造成。 干擾故障由于系統(tǒng)工藝、線路設計、電源地線配置不當?shù)纫约肮ぷ鳝h(huán)境的惡劣變化而產(chǎn)生。 4）按故障的嚴重程度分類 危險性故障數(shù)控系統(tǒng)發(fā)生故障時，機床安全保護系統(tǒng)在需要動作時，因故障失去保護動作，造成人身或設備事故。 安全性故障機床安全保護系統(tǒng)在不需要動作時發(fā)生動作，引起機床不能起動。 3. 數(shù)控系統(tǒng)的可靠性 數(shù)控機床除了具有高精度、高效率和高技術的要求外，還應該具有高可靠性。系統(tǒng)可靠性是指數(shù)控系統(tǒng)

4、在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力，故障是指系統(tǒng)在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內(nèi)失去了規(guī)定的功能。數(shù)控機床是復雜的大系統(tǒng)，它涉及光、機、電、液等很多技術，發(fā)生故障是難免的。機械銹蝕、機械磨損、機械失效，電子元器件老化、插件接觸不良、電流電壓波動、溫度變化、干擾、噪聲，軟件丟失或本身有隱患、灰塵，操作失誤等都可導致數(shù)控機床出故障。衡量的指標有： MTBF平均無故障時間 MTTR排除故障的修理時間 平均有效度A A=MTBF/（MTBF+MTTR） 4. 數(shù)控機床維修的特點 1）數(shù)控機床是高投入、高精度、高效率的自動化設備； 2）一些重要設備處于關鍵的崗位和工序，因故障停機時，影響產(chǎn)量和質(zhì)量；

5、 3）數(shù)控機床在電氣控制系統(tǒng)和機械結(jié)構(gòu)比普通機床復雜，故障檢測和診斷有一定的難度。三、課程的基本要求與特點熟悉數(shù)控機床各組成部分的工作原理與結(jié)構(gòu)確立數(shù)控機床故障診斷的基本思路與實施診斷的步驟及注意事項掌握常用測試儀器的使用方法通過理論和實訓環(huán)節(jié)的教學，能實施對數(shù)控機床的故障分析和診斷。課程涉及內(nèi)容廣，故障檢測、分析難度高12 數(shù)控機床故障診斷與維修的基本要求 121 工作環(huán)境 122 日常保養(yǎng)和維護 一、點檢點檢按有關維護文件的規(guī)定，對數(shù)控機床進行定點、定時的檢查和維護點檢要求和內(nèi)容 專職點檢重點設備、部位（設備部門） 日常點檢一般設備的檢查及維護（車間） 生產(chǎn)點檢開機前檢查、潤滑、日常清潔、

6、緊固等工作（操作者）二、數(shù)控系統(tǒng)的日常維護機床電氣柜的散熱通風門上熱交換器或軸流風扇對控制柜的內(nèi)外進行空氣循環(huán)。（少開柜門）紙帶閱讀機的定期維護：對光電頭、紙帶壓板定期進行防污處理支持電池的定期更換：在機床斷電期間，有電池供電保持存儲在COMS器件內(nèi)的機床數(shù)據(jù)檢測反饋元件的維護：光電編碼器、接近開關、行程開關與撞塊、光柵等元件的檢查和維護備用電路板的定期通電：備用電路板應定期裝到CNC系統(tǒng)上通電運行，長期停用的數(shù)控機床也要經(jīng)常通電，利用電器元件本身的發(fā)熱來驅(qū)散電氣柜內(nèi)的潮氣。保證電器元件性能的穩(wěn)定可靠。123 操作員和維修人員 數(shù)控機床有自診斷功能，為數(shù)控機床的故障診斷提供了有力的手段。但是數(shù)

7、控機床的大部分故障表現(xiàn)為綜合性故障。操作員要熟悉數(shù)控機床的功能與操作，做好數(shù)控機床的日常保養(yǎng)與維護工作。維修人員必須認真仔細地閱讀診斷用技術資料，并對照機床實物，做到心中有數(shù)。一旦機床發(fā)生故障，再進行分析的同時查閱資料，它們主要有：數(shù)控機床電氣使用說明書數(shù)控機床電氣原理圖數(shù)控機床電氣連接圖數(shù)控機床結(jié)構(gòu)簡圖數(shù)控機床參數(shù)表數(shù)控機床PLC控制程序數(shù)控系統(tǒng)操作手冊數(shù)控系統(tǒng)編程手冊數(shù)控系統(tǒng)安裝與維修手冊伺服驅(qū)動系統(tǒng)使用說明書13 數(shù)控機床故障的類型與特點 131 數(shù)控機床故障的類型 數(shù)控設備使用壽命故障頻率曲線故障診斷內(nèi)容1）動作診斷：監(jiān)視機床各動作部分，判定動作不良的部位。診斷部位是ATC、APC和機

8、床主軸。2）狀態(tài)診斷：當機床電機帶動負載時，觀察運行狀態(tài)。3）點檢診斷：定期點檢液壓元件、氣動元件和強電柜。4）操作診斷：監(jiān)視操作錯誤和程序錯誤。5）數(shù)控系統(tǒng)故障自診斷132數(shù)控機床故障的特點 一、故障軟故障由調(diào)整、參數(shù)設置或操作不當引起（在使用初期發(fā)生較多，不熟悉）硬故障由數(shù)控機床（控制、檢測、驅(qū)動、液氣、機械裝置）的硬件失效引起二、故障處理對策 除非出現(xiàn)影響設備或人身安全的緊急情況，不要立即切斷機床的電源。應保持故障現(xiàn)場。 從機床外觀、CRT顯示的內(nèi)容、主板或驅(qū)動裝置報警燈等方面進行檢查?？砂聪到y(tǒng)復位鍵，觀察系統(tǒng)的變化，報警是否消失。如消失，說明是隨機性故障或是由操作錯誤引起的。 如不能消

9、失，把可能引起該故障的原因羅列出來，進行綜合分析、判斷，必要時進行一些檢測或試驗，達到確診故障的目的。復位后，故障不能消失，可從以下幾方面進行調(diào)查：1. 檢查機床的運行狀態(tài)機床故障時的運行方式CRT顯示的內(nèi)容（報警信號和報警號）驅(qū)動裝置、變頻器等顯示的報警指示故障時軸的定位誤差刀具軌跡是否正常輔助機能的運行狀態(tài)2. 檢查加工程序及操作情況是否為新編制的加工程序刀具補償指令及補償量是否正確故障是否與換刀有關故障是否與進給速度有關操作者的情況（新手）3. 檢查系統(tǒng)的輸入電壓輸入電壓的波動，電壓值是否在正常范圍附近有否使用大電流的裝置4. 檢查環(huán)境狀態(tài)CNC周圍的溫度狀況控制柜熱交換器、軸流風扇工作

10、情況系統(tǒng)周圍的振動情況附近有否高頻干擾源5. 檢查機床狀況熔絲是否已熔斷故障前是否修理過機床或設置過參數(shù)機床是否已調(diào)整好在運行過程中是否改變過工作方式機床是否正處于急停、鎖住狀態(tài)速度倍率開關是否設為零進給保持按鈕是否被按下間隙補償量是否合適機床各信號電纜有否破損信號線和電源線是否分開走線屏蔽線接地是否正確14 數(shù)控機床故障診斷與維修的一般方法 141 數(shù)控機床故障診斷與維修的一般方法 一、故障與故障診斷 數(shù)控機床在機械結(jié)構(gòu)上和普通機床不同點在于傳動鏈縮短，傳動部件的精度高，機械維護的面更廣。主軸、進給軸、導軌和絲杠、刀庫和換刀裝置、液壓和氣動等。 熟悉機械故障的特征，掌握數(shù)控機床機械故障的診斷

11、的方法和手段。還要注意數(shù)控機床機電之間的內(nèi)在聯(lián)系。1. 機械故障的原因 機床在運行過程中，機械零部件受到力、熱、摩擦以及磨損等諸多因素的作用，使其領部件偏離或喪失原有的功能。2. 機械故障診斷 機床運行狀態(tài)的識別、運行狀態(tài)的信號獲取、特征參數(shù)的分析，故障性質(zhì)的判斷和故障部位的確定。二、機械故障診斷的方法實用診斷技術（問、聽、看、聞、摸、查）振動、噪聲測試(幅值大小、頻率結(jié)構(gòu)）油液分析（磨粒成分、型貌、數(shù)量）溫度測試（表面溫度及變化規(guī)律）超聲、X射線探傷（機件內(nèi)部缺陷）專家診斷系統(tǒng)（專家的經(jīng)驗、數(shù)據(jù)）1.實用診斷技術問操作者（漸/突發(fā)、故障現(xiàn)象、加工件的情況、傳動系統(tǒng)的運動和動力、潤滑、保養(yǎng)和檢

12、修情況）看機床的轉(zhuǎn)速變化、工件的表面粗糙度和振紋、顏色傷痕等明顯癥狀聽機床運轉(zhuǎn)聲（強弱、頻率高低等）聞潤滑油脂氧化蒸發(fā)油煙氣焦糊氣觸用手感來判別機床的故障（溫升、 振動、傷痕和波紋、爬行、松緊） 實用診斷技術在機械故障的診斷中具有實用簡便、快速有效的特點，但診斷效果的好壞在很大程度上要憑借維修技術人員的經(jīng)驗，而且有一定的局限性，對一些疑難故障難以奏效。 2. 機械振動檢測診斷法 以機床振動作為信息源，在機床運行過程中獲取信號，對信號作各種處理和分析，通過某些特征量的變化來判別有無故障、根據(jù)由以往診斷經(jīng)驗形成的一些判據(jù)來確定故障的性質(zhì)并綜合一些其他依據(jù)來進一步確定故障的部位。具有實用可靠、判斷準

13、確的特點診斷過程1）閱被診斷設備的技術資料，分析傳動關系、計算傳動件的特征值；2）獲取信號、信號調(diào)理與處理；3）信號分析、故障判斷（部位、性質(zhì)）。 故障振動信號分類 1）平穩(wěn)性故障信號機械結(jié)構(gòu)在正弦周期性力信號、復雜周期性力信號和準周期性力信號（軸彎曲、偏心、滾子失圓等漸變性故障）作用下產(chǎn)生的響應信號。 特點：響應信號的頻率成分與激勵信號的頻率成分相同。頻譜為有限根譜線，而且能量集中在故障的特征頻率及其倍頻上。 2）沖擊性故障信號機械結(jié)構(gòu)在周期性沖擊力作用下的脈沖響 應，他與沖擊信號本身有很大的不同。 特點：信號能量短時間釋放，其頻譜為無窮根譜線，間隔等于脈沖發(fā)生的頻率。能量集中于基頻。 信號

14、分析方法 1) 時域分析法（直觀） 了解信號的幅值和時間的關系，確定振動的程度，設備是否有故障及嚴重程度。不能確定故障部位（特征量的統(tǒng)計分析、相關分析等、均值、有效值、均方根值、方差等）。 2) 頻域分析法(了解信號的頻率結(jié)構(gòu)，尋找故障源) 幅值譜分析應用傅里葉變換、傅里葉傅里葉積分將時域信號變?yōu)轭l域信號。 功率譜分析在頻域中對信號能量或功率分布情況的描述。 濾波譜分析平穩(wěn)性故障信號 解調(diào)譜分析沖擊性故障信號測試儀器系統(tǒng)診斷實例 1）了解設備的運行狀態(tài)：設備在運行中有什么異常情況，不同速度檔位有什么區(qū)別。 2）得到設備的有關資料：設備的傳動系統(tǒng)圖、軸承分布圖等技術資料，并對其進行分析。 3）計

15、算傳動鏈和傳動件的特征頻率：計算傳動鏈，計算各傳動件的特征頻率系數(shù)。 對設備進行診斷測試1）放置測振、測速傳感器（位置、信號要求）（一般選振動或噪聲較大的部位）；2）連接儀器系統(tǒng)；3）開動被測設備；4）調(diào)節(jié)測速電平、顯示主軸轉(zhuǎn)速并記錄；5）從較高頻段開始測試，逐漸到較低頻段， 并調(diào)節(jié)放大器的增益，使信號處于最佳狀 態(tài)；6）記錄、打印測試結(jié)果。傳動鏈 30/60 27/30 27/57 特征系數(shù) 4.69 140. 2.35 63.33 2.1 57 1.0特征頻率 3.58 107.4 1.79 48.32 1.61 43.5 0.763 故障診斷分析1）由主軸轉(zhuǎn)頻計算各傳動件的特征頻率；2）對照計算值和測試結(jié)果，由前述機械故障診斷知識進行分析，判斷故障的部位和故障性質(zhì)。得出診斷結(jié)果。142 數(shù)控機床故障診斷與維修的技術 數(shù)控診斷技術的發(fā)展 1. 通訊診斷(遠程、海外診斷） 用戶機床的通訊口通過電話線和維修中心的專用通訊診斷計算機相連。 計算機發(fā)診斷程序 用戶測試數(shù)據(jù) 計算機診斷結(jié)果和處理方法 用戶 特點：實用簡便；有一定的局限性 2. 自修復系統(tǒng) 當診斷軟件發(fā)現(xiàn)數(shù)控機床在運行中某一模塊有故障時，系統(tǒng)在CRT上顯示的同時，自動尋找備用模塊并接上。 特點：實用但成本比較高，而且只適合總線結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)。 3. 人工智能專家故障診斷系統(tǒng) 4. 計算機仿真