數(shù)控車床常見故障診斷維修

1、第九章 數(shù)控車床常見故障的診斷與維修 一.數(shù)控車床診斷與維修概述 1 數(shù)控車床故障診斷與維修的概念。數(shù)控車床綜合應(yīng)用了計(jì)算機(jī) .自動(dòng)控制 .精密測量 . 現(xiàn)代機(jī)械 制造和數(shù)據(jù)通信等多種技術(shù)， 是機(jī)加工領(lǐng)域典型的機(jī)電一體化設(shè) 備。要充分發(fā)揮數(shù)控車床的效率， 就要求機(jī)床的開動(dòng)率高， 這就 給數(shù)控車床提出了可靠性的要求。 衡量可靠性的主要指標(biāo)是平均 無故障工作時(shí)間（ MBTF ）。MBTF = 總工作時(shí)間 /總故障次數(shù)我國每年有近千臺(tái)數(shù)控車床的產(chǎn)量， 由于一些用戶對數(shù)控車 床的故障不能及時(shí)作出正確的判斷和排除， 目前國內(nèi)各行業(yè)中數(shù) 控車床的開動(dòng)率平均僅達(dá)到 20%-30% 。數(shù)控車床的故障診斷與維修

2、是數(shù)控車床使用過程中重要的 組成部分， 也是目前制約數(shù)控車床發(fā)揮作用的因素之一， 因此數(shù) 控車床的使用單位培養(yǎng)掌握數(shù)控車床的故障診斷與維修的技術(shù) 人員，有利于提高數(shù)控車床的使用率。2. 數(shù)控車床的故障類型與特點(diǎn)。（1）數(shù)控車床的故障類型。數(shù)控車床故障是指數(shù)控車床失去了規(guī)定的功能。 按照數(shù)控車 床故障頻率的高低， 車床使用期可以分為三個(gè)階段， 即初始運(yùn)行 期.相對穩(wěn)定運(yùn)行期和衰老期。數(shù)控車床從整機(jī)安裝調(diào)試后至運(yùn)行一年左右的時(shí)間成稱為車床 的初始運(yùn)行期。在這段時(shí)間內(nèi)，機(jī)械處于磨合狀態(tài)，部分電子元 器件在電氣干擾中經(jīng)受不了初期的考驗(yàn)而損壞，所以數(shù)控車床在這一段時(shí)間內(nèi)的故障比較多。數(shù)控車床在經(jīng)過了初始

3、運(yùn)行期就進(jìn)入了相對穩(wěn)定期，車床在該時(shí)期仍然會(huì)產(chǎn)生故障， 但是故障頻 率相對減少，數(shù)控車床的相對穩(wěn)定期一般為7-10年。數(shù)控車床經(jīng)過相對穩(wěn)定期之后就進(jìn)入了衰老期，由于機(jī)械的磨損.電氣元件的品質(zhì)因數(shù)下降，數(shù)控車床的故障率又開始增大。數(shù)控車床的故障種類很多，可分為以下幾類：A. 按照故障起因關(guān)聯(lián)性故障和非關(guān)聯(lián)性故障，所謂非關(guān)聯(lián)性故障是由于運(yùn)輸.安裝等原因造成的故障。關(guān)聯(lián)性故障可分 為系統(tǒng)性故障和隨機(jī)故障，系統(tǒng)性故障是指數(shù)控車床在一定 條件下必然會(huì)出現(xiàn)的故障。一般隨機(jī)故障是指偶然出現(xiàn)的故 障，由于機(jī)械結(jié)構(gòu)局部松動(dòng) .系統(tǒng)控制軟件不完善 .硬件工作特 性曲線下降 .電氣元件品質(zhì)因數(shù)降低等原因造成的。B.

4、 數(shù)控車床有診斷顯示故障和無診斷顯示故障：數(shù)控車床故障 按有無分為有診斷顯示故障和無診斷顯示故障。有診斷顯示 故障一般與控制部分有關(guān)，故障發(fā)生后可以根據(jù)故障報(bào)警信 號(hào)找到故障的原因。無診斷顯示故障往往表現(xiàn)為工作臺(tái)停留 在某一位置不能運(yùn)動(dòng)，依靠手動(dòng)操作也無法使工作臺(tái)動(dòng)作， 這類故障的排除相對于有診斷顯示故障的排除要大。C. 數(shù)控車床的破壞性故障和非破壞性故障：數(shù)控車床的故障按 照性質(zhì)可分為破壞性故障和非破壞性故障。對于短路 . 因伺服 系統(tǒng)失控造成“飛車”等故障稱為破壞性故障， 在維修和排除這 些故障時(shí)不允許故障重復(fù)出現(xiàn)，因此維修有一定難度；對于 非破壞性故障， 可以經(jīng)過多次試驗(yàn) .重演故障來分

5、析故障原因， 故障的排除相對容易一些。D. 數(shù)控車床的電氣故障和機(jī)械故障：數(shù)控車床的故障按發(fā)生部 位可分為電氣故障和機(jī)械故障。電氣故障一般發(fā)生在系統(tǒng)裝 置.伺服驅(qū)動(dòng)單元和車床電氣等控制部位。電氣故障一般是因 為電氣元?dú)饧钠焚|(zhì)因數(shù)下降 .元器件焊接松動(dòng) .接插件接觸 不良或損壞等因素引起，這些故障表現(xiàn)為時(shí)有時(shí)無。例如某 電子元器件的漏電流較大，工作一段時(shí)間后，其漏電流隨環(huán) 境溫度的升高而增大，導(dǎo)致元器件工作不正常，影響了相應(yīng) 電路的正常工作。當(dāng)環(huán)境溫度降低以后，故障又消失了。這 類故障靠目測是很難查找的，一般要借助測量工具檢查工作 電壓 .電流或測量波形進(jìn)行分析。機(jī)械故障一般發(fā)生在機(jī)械運(yùn)動(dòng)部位

6、。 機(jī)械故障可分為功能 型故障 .動(dòng)作型故障 .結(jié)構(gòu)型故障和使用型故障。功能型故障主要 指工件加工精度方面的故障， 這些故障是可以發(fā)現(xiàn)的， 如加工精 度不穩(wěn)定 .誤差大等。動(dòng)作型故障是指車床的各種動(dòng)作故障，可 以表現(xiàn)為主軸不轉(zhuǎn) .工件夾不緊 .刀架定位精度低 . 液壓變速不靈 活等。結(jié)構(gòu)型故障表現(xiàn)為主軸發(fā)熱 .主軸箱噪聲大 .機(jī)械傳動(dòng)有異 常.產(chǎn)生切削振動(dòng)等。使用型故障主要是指操作和使用不當(dāng)引起 的故障， 例如過載引起機(jī)件損壞等， 機(jī)械故障一般可以通過維護(hù) 保養(yǎng)和精心調(diào)整來預(yù)防。E. 自診斷故障：數(shù)控系統(tǒng)有自診斷故障報(bào)警系統(tǒng)，它隨時(shí)監(jiān)測 數(shù)控系統(tǒng)的硬件 .軟件和伺服系統(tǒng)等的工作情況。當(dāng)這些部分

7、 出現(xiàn)異常時(shí)，一般會(huì)在監(jiān)視器上顯示報(bào)警信息或指示燈報(bào)警 顯示故障號(hào)，這些故障可稱為自診斷故障。自診斷故障系統(tǒng) 可以協(xié)助維修人員查找故障，是故障檢查和維修工作中十分 重要的依據(jù)。對出現(xiàn)的報(bào)警信息要進(jìn)行仔細(xì)分析，因?yàn)榭赡?有多種故障因素引起同一種報(bào)警信息。F. 人為故障和軟（硬）故障：人為故障是指操作員.維護(hù)人員對數(shù)控車床還不熟悉或沒有按照使用手冊要求，在操作和調(diào)整 時(shí)處理不當(dāng)而造成的故障。硬故障是指車床的硬件損壞造成的故障。軟故障是指由于數(shù)控加工程序中出現(xiàn)語法錯(cuò)誤.邏輯錯(cuò)誤或非法數(shù)據(jù)；數(shù)控車床的參數(shù)設(shè)定或調(diào)整出現(xiàn)錯(cuò)誤；保 持 RAM 存儲(chǔ)器的鋰電池短路 .斷路 .接觸不良， RAM 芯片的不 到

8、保持?jǐn)?shù)據(jù)所需電壓，使得參數(shù) .加工程序丟失。（2）數(shù)控車床故障的特點(diǎn)。數(shù)控車床本身的復(fù)雜性使其故障具有復(fù)雜性和特殊性。 引起數(shù)控車床故障的因素是多方面的， 有些故障的現(xiàn)象是機(jī)械方 面的，但是引起故障的原因卻是電氣方面的； 有些故障的現(xiàn)象是 電氣方面的， 然而引起故障的原因卻是機(jī)械方面的； 有些故障是 由電氣方面和機(jī)械方面共同引起的。3. 數(shù)控車床故障診斷與維修的一般方法。數(shù)控車床故障診斷一般包括三個(gè)步驟：第一個(gè)步驟是故障 檢測，是對數(shù)控車床進(jìn)行測試，檢查是否存在故障。第二個(gè)步驟 是故障判斷與隔離， 是判斷故障的性質(zhì)， 以縮小產(chǎn)生故障的范圍， 分離出故障的部件或模塊。 第三個(gè)步驟是故障定位， 將

9、故障定位 到產(chǎn)生故障的模塊或元器件， 及時(shí)排除故障或更換元器件。 數(shù)控 車床故障診斷一般采用追蹤法 .自診斷 .參數(shù)檢查 .替換法 . 測量法。（1）追蹤法是指在故障診斷和維修之前，維修人員先要對故 障發(fā)生的時(shí)間 .周圍環(huán)境 . 車床的運(yùn)行狀態(tài)和故障的詳細(xì) 類型進(jìn)行了解，然后尋找產(chǎn)生故障的部位。大致步驟如 下：A. 故障發(fā)生的時(shí)間和周圍環(huán)境：故障發(fā)生的時(shí)間和次數(shù)；故障的重復(fù)性； 故障是否在接通電源時(shí)出現(xiàn)； 環(huán)境溫度如何； 是否有雷擊，車床附近有無振動(dòng)源或干擾。B. 車床的運(yùn)行狀態(tài)：故障發(fā)生時(shí)車床的運(yùn)行方式；進(jìn)給坐標(biāo)軸的速度情況；主軸的速度情況；刀具軌跡是否正常；輔助 設(shè)備運(yùn)行是否正常； 車床是

10、否運(yùn)行新編的程序； 故障是否發(fā)生在 運(yùn)行 M.S.T 代碼時(shí)；故障是否與螺紋加工有關(guān)； 車床在運(yùn)行時(shí)是 否改變了工作方式； 方式選擇開關(guān)設(shè)定是否正確； 速度倍率開關(guān) 是否設(shè)置為零；車床是否處于鎖定狀態(tài)。C. 故障類型：監(jiān)視器畫面是否正常； 監(jiān)視器是否顯示報(bào) 警及相應(yīng)的報(bào)警號(hào)； 故障發(fā)生之前是否出現(xiàn)過同樣的故障； 故障 發(fā)生之前是否維修或調(diào)整過機(jī)床；是否調(diào)整過系統(tǒng)參數(shù)。接下來可以進(jìn)行停電檢查。利用視覺 .嗅覺.聽覺和觸覺 尋找產(chǎn)生故障的部位。 例如仔細(xì)檢查加工零件表面的情況， 機(jī)械 有無碰撞的痕跡，電氣柜是否打開，有無切屑進(jìn)入電氣柜，元器 件有無燒焦， 印刷電路板阻焊層有無因元器件過流或過熱而燒

11、黃 或燒黑，元器件有無松動(dòng)，電氣柜和元器件有無焦糊味，部件或 元器件是否發(fā)熱，熔絲是否熔斷，電纜是否破裂和損傷，氣動(dòng)系 統(tǒng)或液壓系統(tǒng)的管路與接頭有無泄漏， 電源線和信號(hào)線是否分開 安裝或分開走線，屏蔽線接線是否正確等。停電檢查之后可以進(jìn)行通電檢查， 檢查系統(tǒng)參數(shù)和刀具 補(bǔ)償是否正確， 加工程序編制是否有誤， 機(jī)械傳動(dòng)部分有無異常 聲響，系統(tǒng)的輸入電壓是否在正常范圍內(nèi)， 電氣柜的軸流風(fēng)扇是否正常 .電氣裝置內(nèi)有無打火現(xiàn)象。如果出現(xiàn)打火，應(yīng)該立即關(guān) 斷電源 .以免擴(kuò)大故障范圍。追蹤法檢查是一種基本的檢查故障 的方法，發(fā)現(xiàn)故障后要查找引起故障的根源.采取合理的方法排除。（2）自診斷功能 自診斷功能是

12、數(shù)控系統(tǒng)的自診斷報(bào)警系統(tǒng)功能， 它可以幫助維修 人員查找故障，是數(shù)控車床故障診斷和維修的十分重要的手段。 自診斷功能按時(shí)間的先后可以分為啟動(dòng)診斷.在線診斷和離線診斷。A 啟動(dòng)診斷是指數(shù)控系統(tǒng)從通電開始到進(jìn)入正常運(yùn)行 準(zhǔn)備為止， 系統(tǒng)內(nèi)部診斷程序自動(dòng)執(zhí)行的診斷。 啟動(dòng)診斷主要是 針對 CNC 裝置中的最關(guān)鍵的硬件和系統(tǒng)控制軟件進(jìn)行診斷，例 如CPU.存儲(chǔ)器.軟驅(qū).手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入（CRT/MDI ）單元總線和I/O 單元等。 如果檢測到故障， CNC 裝置通過監(jiān)視器顯示故障內(nèi)容。 自動(dòng)診斷過程沒有結(jié)束時(shí)，數(shù)控車床不能運(yùn)行。B 在線診斷是指數(shù)控系統(tǒng)在工作狀態(tài)下,通過系統(tǒng)內(nèi)部的診斷程序 ,對數(shù)控車床運(yùn)行

13、的正確性進(jìn)行的診斷. 在線診斷按顯示可分為狀態(tài)顯示和故障信息顯示兩部分 . 狀態(tài)顯示包括接 口狀態(tài)顯示和內(nèi)部狀態(tài)顯示 .接口狀態(tài)是以二進(jìn)制的 ”0”和”1”表 示信號(hào)的有無 ,在監(jiān)視器上顯示 CNC 裝置與 PLC,PLC 與車床之 間的接口信息傳遞是否正常 .內(nèi)部狀態(tài)顯示涉及車床較多的部分 , 例如復(fù)位狀態(tài)顯示 .由外部原因造成的不執(zhí)行指令的狀態(tài)顯示等. 故障信息的顯示涉及很多故障內(nèi)容 ,CNC 系統(tǒng)對每一條故障內(nèi)容 賦予一個(gè)故障編號(hào) (報(bào)警號(hào) ).當(dāng)發(fā)生故障時(shí) ,CNC 裝置對出現(xiàn)的故 障按其緊迫性進(jìn)行判斷 ,在監(jiān)視器上顯示出最緊急的故障報(bào)警號(hào) 和相應(yīng)的故障內(nèi)容說明 .數(shù)控車床的伺服驅(qū)動(dòng)單

14、元 .變頻器 .電源 .I/O 接口等單元 通常有數(shù)碼管指示和報(bào)警指示燈 .當(dāng)這些裝置和部件出現(xiàn)故障時(shí) 除了在顯示器上顯示故障報(bào)警信息外 ,它們的報(bào)警指示燈變亮 .C 離線診斷是數(shù)控車床出現(xiàn)故障時(shí) , 數(shù)控系統(tǒng)停止運(yùn)行 系統(tǒng)程序的停機(jī)診斷 . 離線診斷是把專用的診斷程序通過通信 接口輸入到 CNC 裝置內(nèi)部 ,用專用診斷程序替代系統(tǒng)程序來診 斷系統(tǒng)故障 ,這是一種專業(yè)性的診斷 .(3) . 參數(shù)檢查 數(shù)控車床的參數(shù)是否合理直接關(guān)系到車床能否正常工作.這些參數(shù)有位置環(huán)增益 .速度環(huán)增益 .反向間隙補(bǔ)償值 . 參考點(diǎn)坐標(biāo) .快速 點(diǎn)定位速度 .加速度 . 系統(tǒng)分辨率等數(shù)值 , 通常這些參數(shù)不允許修

15、 改.如果參數(shù)設(shè)置不正確或因干擾使得參數(shù)丟失 ,車床就不能正常 運(yùn)行 ,因此參數(shù)檢查是一項(xiàng)重要的診斷 .(4) 替換法 利用備用模塊或電路板替換有故障點(diǎn)的模塊或電路板.觀察故障的轉(zhuǎn)移情況 ,這是常用而且簡便的故障檢測方法 .(5) 測量法利用萬用表 .鉗形電流表 .相序表.示波器 .頻譜分析儀 .對故障疑點(diǎn)進(jìn)行電流.電壓和波形測量，將測量值與正常值進(jìn)行比較，分析故障所在位置。二.數(shù)控車床常見故障的診斷1. 主要機(jī)械部件故障診斷。（1 ）主軸部件：數(shù)控車床的主軸部件是影響車床加工精度的主要部件，它的回轉(zhuǎn)精度影響工件的精度；它的功率大小與回轉(zhuǎn)速度影響加工效率。主軸部件出現(xiàn)的故障有：主軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)出異

16、常聲音自動(dòng)變速出現(xiàn)故障。主軸部件故障診斷序號(hào)故障現(xiàn)象故障原因排除方法1加工精度達(dá)不到要求車床在運(yùn)輸過程中受到?jīng)_擊檢查對車床精度有影響的各 部位，特別是導(dǎo)軌，并按出 廠精度要求重新調(diào)整或修復(fù)2切削振動(dòng)大1主軸箱和床身連接螺釘松動(dòng)緊固連接螺釘2.軸承預(yù)緊力不 夠，間隙過大重新調(diào)整軸承游隙。但預(yù)緊力不宜過大，以免損壞軸承3切削振動(dòng)大1軸承拉毛或損壞更換軸承2轉(zhuǎn)塔刀架運(yùn)動(dòng)調(diào)整修理部位松動(dòng)4主軸箱噪聲大1.主軸部件動(dòng)平衡不好重做動(dòng)平衡2.軸承損壞或傳 動(dòng)軸彎曲更換軸承，校直傳動(dòng)軸3潤滑不良調(diào)整潤滑油量，保持主軸清 潔5主軸不轉(zhuǎn)動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)指令是否輸出電器人員檢查處理6主軸發(fā)熱1主軸軸承預(yù)緊力過大調(diào)整預(yù)緊力

17、2軸承研傷或損壞更換軸承3潤滑油臟或有雜質(zhì)清洗主軸箱，更換潤滑油(2)滾珠絲杠副：滾珠絲杠副大部分故障是由運(yùn)動(dòng)質(zhì)量下降反向間隙過大潤滑不良.軸承噪聲大等原因造成的。滾珠絲杠副故障診斷序號(hào)故障現(xiàn)象故障原因排除方法1加工工件粗糙度大1導(dǎo)軌的潤滑不 足，致使溜板爬行加潤滑油，排除潤滑故障2絲杠軸承損壞，更換損壞軸承運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)2滾珠絲杠副噪聲大1.滾珠絲杠潤滑不良檢查分油器和油路，使?jié)櫥统渥?.滾珠有破損更換滾珠3.電機(jī)與絲杠聯(lián)軸器松動(dòng)擰緊聯(lián)軸器鎖緊螺釘2. 數(shù)控系統(tǒng)故障診斷（1 ）報(bào)警故障：當(dāng)數(shù)控車床斷電時(shí)，為保存好車床控制系統(tǒng)的車床參數(shù)及加工程序，需靠后備電池予以支持， 這些電池到了使 用壽命，

18、即電壓低于允許值時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)電池故障報(bào)警。應(yīng)及時(shí) 予以更換，否則車床參數(shù)就容易丟失， 因此應(yīng)該在車床通電時(shí)更 換，以保證系統(tǒng)能正常工作。（2 ）鍵盤故障在用鍵盤輸入程序時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)字符不能輸入.不能復(fù)位或顯示屏的頁面不能更換等故障， 首先應(yīng)該考慮鍵盤是否接觸不好， 予 以修復(fù)或更換。若不見成效或者所有按鍵都不起作用，可進(jìn)一步 檢查該部分接口電路和電纜連接。（3）熔絲故障：控制系統(tǒng)內(nèi)保險(xiǎn)絲燒斷，多出現(xiàn)在對數(shù)控系統(tǒng) 進(jìn)行了誤操作，或由于車床發(fā)生了撞車等意外事故。（4 ）參數(shù)修改：對每臺(tái)數(shù)控車床參數(shù)的含義都要充分了解并掌握，它除了能幫助很好地了解車床的性能外，還有利于提高車床的工作效率或是排除故障。

19、.數(shù)控車床避免碰撞的主要方法數(shù)控車床價(jià)格昂貴，如果編程操作不慎，萬一發(fā)生碰撞，后 果是非常嚴(yán)重的。為此，操作數(shù)控車床時(shí)，必須嚴(yán)密.細(xì)致 1程序中出現(xiàn)了超越三爪尺寸的數(shù)值X.牛50卡盤工件0圖中的工件原點(diǎn)至卡爪端面尺寸為50。如果加工程序中出現(xiàn)Z負(fù)值超過50，如Z=51.0，車刀就要與三爪碰撞。因此，當(dāng)編程 結(jié)束后，要仔細(xì)檢查所有軸向尺寸是否超過50。2因工件特殊形狀，編程不當(dāng)，產(chǎn)生碰撞。下圖中的工件，已完成槽的車削，需要快速退回至X80.Z50.處，如用G01 X80. Z50.編程，由于車刀斜線走刀會(huì)于工件臺(tái)階 發(fā)生碰撞。正確的程序是：GOO X80.；Z50.:即，先將車刀徑向退出，然后再軸向移動(dòng)。3. 檢查程序中G00坐標(biāo)值是否存在車刀與工件碰撞的可能性。程序中G00是快速定位，車刀以機(jī)床最快速度移動(dòng)。如果編 程不當(dāng)，與工件碰撞，后果極為嚴(yán)重。