数控机床维修的一般思路

一、设备故障诊断与维修基本概念

1.设备故障诊断技术

·        故障定义：故障是设备或零部件丧失了规定功能的一种状态

·        故障含义：有两层

·        故障诊断:在数控机床运行中，根据设备的故障现象，在掌握数控系统各部分工作原理的前提下，对现行的状态进行分析，并辅以必要检测手段，查明故障的部位和原因,提出有效的维修对策。

数控设备使用寿命—故障频率曲线

故障发生规律：遵循浴盆曲线

T1磨合期   T2正常使用期   T3损耗期

故障发生规律对维修指导意义：

①      设备磨合期很少有器质性故障，出现故障多为设备不适性小故障，一般好解决

②      正常运行时，故障率很低且几近相等，一般不需很多备件库存，只需存储一些易损件

③      在设备进入磨损期前安排大(项)修，并开始考虑备件库存，当费用太高，可考虑报废更新设备

④      是确定设备保质期和设备折旧年限的理论依据

２、设备故障诊断基本内容和方法

·        基本内容

①    设备运行状态监测

②    设备运行状态趋势预报

③    故障性质、故障原因确定

·        基本方法

①    简易诊断法：借助一般检查工具，查阅有关技术档案资料或通过问、看、摸、听、嗅等实用诊断方法进行

②    精密诊断法：借助先进测试手段对设备进行精确的定量的检测与分析

３、设备维修

二、数控机床故障诊断与维修目的

1.        基本概念

数控机床除了具有高精度、高效率和高技术的要求外，还应该具有高可靠性。

衡量的指标有：

•        可靠性：

•        平均无故障时间：MTBF=总工作时间/总故障次数

•        平均修复时间：MTTR=总故障停机时间/总故障次数

•        平均有效度：A=MTTR/(MBTF+MTTR)

2.  诊断与维修目的

      提高机床的可靠性（平均有效度A）

3.  措施

（1）加强日常维护保养以延长平均无故障时间

（2）当设备出现故障时要尽快诊断出故障原因并加以修复

三、故障诊断与维修技术的新发展

 1.  通讯诊断(远程、海外诊断）

2.  自修复系统

3.  人工智能专家故障诊断系统

4.  人工神经元网络(ANN)诊断

四、数控机床的组成

数控机床由数控装置、伺服驱动装置、检测反馈装置和机床本体四大部分组成，再加上程序的输入/输出设备、可编程控制器、电源等辅助部分。

    1.  数控装置(数控系统的核心)由硬件和软件部分组成，接受输入代码经缓存、译码、运算插补等转变成控制指令，实现直接或通过PLC对伺服驱动装置的控制。

2.  伺服驱动装置是数控装置和机床主机之间的联接环节，接受数控装置的生成的进给信号，经放大驱动主机的执行机构，实现机床运动。

3.  检测反馈装置是通过检测元件将执行元件（电机、刀架）或工作台的速度和位移检测出来，反馈给数控装置构成闭环或半闭环系统。

4.  机床本体是数控机床的机械结构件（床身、箱体、立柱、导轨、工作台、主轴和进给机构等

五、数控机床故障及故障分类

1. 故障的分类

  1）从故障的起因分类

     关联性故障—与系统的设计、结构或性能等缺陷有关而造成（分固有性和随机性）。

     非关联性故障—与系统本身结构、制造无关的故障。       

2）从故障发生的状态分类

     突发故障—发生前无故障征兆，使用不当。

      渐变故障—发生前有故障征兆，逐渐严重。

3）按故障发生的性质分

系统性故障---指在一定条件下必然会发生的故障

随机性故障----指在相同下,只偶然出现一两次的故障.

4）按故障发生的部位分类

      软件故障—程序编制错误、参数设置不正确、机床操作失误等引起。

      硬件故障—电子元器件、润滑系统、限位机构、换刀系统、机床本体等硬件损坏造成。    

5）按故障发生的原因分

     自身故障---指由于自身原因引起的故障

     外部故障---由于外界环境变化超出机床规定范围而造成的故障，如干扰故障，由于系统工艺、线路设计、电源地线配置不当等以及工作环境的恶劣变化而产生。

6）按故障发生后果分类

破坏性故障—数控系统发生故障时，机床安全保护系统在需要动作时，因故障失去保护动作，造成人身或设备事故。这类故障不能重演

      安全性故障—机床安全保护系统在不需要动作时发生动作，引起机床不能起动。       

7) 按故障发生有无报警分

      有故障报警显示的故障----能根据数控系统自诊断功能提示,较容易找到故障原因

      无故障报警显示的故障---故障发生后无报警显示

六、数控机床故障诊断与维修基础知识

１、诊断常用的仪器仪表及工具

（1）仪器仪表

•        万用表—可测电阻、交、直流电压、电流

      指针式：有测量过程

      数字式：直接读数

•        相序表—可检查直流驱动装置输入电流的相序

•        双踪示波器—检查信号波形

•        钳形电流表—不断线检测电流

•        脉冲发生笔与逻辑测试笔

      对芯片或功能电路板的输入注入逻辑电平脉冲，用逻辑测试笔检测输出电平，以判别其功能正常与否。

•        机械故障诊断仪

      对机械故障进行检测、分析与诊断。

（２） 工具

     “+”、“一”螺丝刀、钳子、镊子、烙铁等  

２、诊断用技术资料

•        数控系统操作手册

•        数控系统编程手册

•        数控系统安装与维修手册

•        伺服驱动系统使用说明书

    数控机床的技术资料对故障分析与诊断非常重要，必须认真仔细地阅读，并对照机床实物，做到心中有数。一旦机床发生故障，再进行分析的同时查阅资料。

数控机床生产厂家必须向用户提供安装、使用与维修有关的技术资料，主要有：

•        数控机床电气使用说明书

•        数控机床电气原理图

•        数控机床电气连接图

•        数控机床结构简图

•            数控机床参数表

•        数控机床PLC控制程序

３、对维修人员素质要求

•        专业知识面要宽

•        有较强的动手能力

•        能阅读英文技术文献

七、诊断与维修的一般步骤与原则

1. 一般步骤

①    深入故障现场,掌握充分的故障信息

②    分析故障原因,确定检查的方法和步骤

③    故障的检测和排除

2. 基本原则

•              先外部后内部

•              先机械后电气

•              先静后动

•              先公用后专用

•              先简单后复杂

•              先一般后特殊

故障诊断步骤

   当数控机床发生故障时，一般不要关断电源，对出现的信号和现象作好记录.

1. 尤其注意以下的故障信息：

•        CRT显示的报警号和报警提示及报警灯

•        如无报警，了解系统处于何种工作状态？系统的工作方式诊断结果

•        当前程序段、执行何种指令和何种操作

2. 步 骤

•        详细了解故障情况   了解、观察、检测

•        分析故障原因

     根据故障现象罗列故障原因、分析、确定查找方向和手段、缩小范围

•        由表及里进行故障源查找   从易到难、从外围到内部

•        先外部后内部

       发生故障后，采用望、听、嗅、问、摸等方法由外向内逐一进行检查（各类开关、连接件、传感器接触不良、温度、湿度、油雾和粉尘对元件及电路板的污染和侵蚀等）重视和检查这些部位可迅速排除较多故障

故障诊断原则

•        先机械后电气

       机械故障易察觉，而数控系统故障诊断难度相对较大，有些电气故障也是由机械动作失灵而引起

•        先静后动

       不要盲目动手，问清故障发生的过程和状态、观察机床现状、查明有关资料、分析故障原因后再动手

•        先公用后专用

       公用性的问题往往影响全局，若几个进给轴都不动，先检查电源、CNC、PLC及液压等公用部位

•        先简单后复杂

       当多种故障互相交织，一时无从下手时，先解决容易的问题，可能会得到一些启发

•        先一般后特殊

      在排除某一故障时，要先考虑最常见的可能原因，然后再分析很少发生的特殊原因

      例：一台FANUC 0T数控车床Z轴回零不准，常常是由于降速挡块位置走动所造成。一旦出现这一故障，应先检查挡块，再检查编码器、位置控制等环节

八、故障处理

故 障

•        软故障—由调整、参数设置或操作不当引起（在使用初期发生较多，不熟悉）

•        硬故障—由数控机床（控制、检测、驱动、液气、机械装置）的硬件失效引起

 故障处理对策

     除非出现影响设备或人身安全的紧急情况，不要立即切断机床的电源。应保持故障现场。从机床外观、CRT显示的内容、主板或驱动装置报警灯等方面进行检查。可按系统复位键，观察系统的变化，报警是否消失。如消失，说明是随机性故障或是由操作错误引起的。如不能消失，把可能引起该故障的原因罗列出来，进行综合分析、判断，必要时进行一些检测或试验，达到确诊故障的目的。

复位后，故障不能消失，可从以下几方面进行调查：

1.  检查机床的运行状态

•        机床故障时的运行方式

•        CRT显示的内容（报警信号和报警号）

•        驱动装置、变频器等显示的报警指示

•        故障时轴的定位误差

•        刀具轨迹是否正常

•        辅助机能的运行状态

2.  检查加工程序及操作情况

•        是否为新编制的加工程序

•        刀具补偿指令及补偿量是否正确

•        故障是否与换刀有关

•        故障是否与进给速度有关

•        操作者的情况（新手）

3.  检查系统的输入电压

•        输入电压的波动，电压值是否在正常范围

•        附近有否使用大电流的装置

4.  检查环境状态

•        CNC周围的温度状况

•        控制柜热交换器、轴流风扇工作情况

•        系统周围的振动情况

•        附近有否高频干扰源

5.  检查机床状况

•        熔丝是否已熔断

•        故障前是否修理过机床或设置过参数

•        机床是否已调整好

•        在运行过程中是否改变过工作方式

•        机床是否正处于急停、锁住状态

•        速度倍率开关是否设为零

•        进给保持按钮是否被按下

•        间隙补偿量是否合适

•        机床各信号电缆有否破损

•        信号线和电源线是否分开走线

•        屏蔽线接地是否正确