數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修的基本概念(上)

1、數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修第1章 數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修的基本概念11 數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修的意義 一、數(shù)控機(jī)床的組成 數(shù)控機(jī)床由數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、檢測(cè)反饋裝置和機(jī)床本體四大部分組成，再加上程序的輸入/輸出設(shè)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(yùn)算插補(bǔ)）等轉(zhuǎn)變成控制指令，實(shí)現(xiàn)直接或通過PLC對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)裝置的控制。 2. 伺服驅(qū)動(dòng)裝置是數(shù)控裝置和機(jī)床主機(jī)之間的聯(lián)接環(huán)節(jié)，接受數(shù)控裝置的生成的進(jìn)給信號(hào)，經(jīng)放大驅(qū)動(dòng)主機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床運(yùn)動(dòng)。3. 檢測(cè)反饋裝置是通過檢測(cè)元件將執(zhí)行元件（電機(jī)、刀架）或工作臺(tái)的速度和位移

2、檢測(cè)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(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)件（床身箱體、立柱、導(dǎo)軌、工作臺(tái)、主軸和進(jìn)給機(jī)構(gòu)等。二、數(shù)控機(jī)床故障診斷 1.故障的基本概念 故障數(shù)控機(jī)床全部或部分喪失原有的功能。 故障診斷在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行中，根據(jù)設(shè)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(duì)現(xiàn)行的狀態(tài)進(jìn)行分析，并輔以必要檢測(cè)手段，查明故障的部位和原因。提出有效的維修對(duì)策。 2.故障的分類 1）從故障的起因分類 關(guān)聯(lián)性故障和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)或性能等缺陷有關(guān)而造成（分固有性和隨機(jī)性）。 非關(guān)聯(lián)性故障和系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)與制造無關(guān)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(dāng)。 漸變故障發(fā)生前有故障征兆，逐漸嚴(yán)重。3）按故障發(fā)生的性質(zhì)分類 軟件故障程序編制錯(cuò)誤、參數(shù)設(shè)置不正確、機(jī)床操作失誤等引起。 硬件故障電子元器件、潤(rùn)滑系統(tǒng)、限位機(jī)構(gòu)、換刀系統(tǒng)、機(jī)床本體等硬件損壞造成。 干擾故障由于系統(tǒng)工藝、線路設(shè)計(jì)、電源地線配置不當(dāng)?shù)纫约肮ぷ鳝h(huán)境的惡劣變化而產(chǎn)生。 4）按故障的嚴(yán)重程度分類 危險(xiǎn)性故障數(shù)控系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，機(jī)床安全保護(hù)系統(tǒng)在需要?jiǎng)幼鲿r(shí)，因故障失去保護(hù)動(dòng)作，造成人身或設(shè)備事故。 安全性故障機(jī)床安全保護(hù)系統(tǒng)在不需要?jiǎng)幼鲿r(shí)發(fā)生動(dòng)作，引起機(jī)床不能起動(dòng)。 3. 數(shù)控系統(tǒng)的可靠性 數(shù)控機(jī)床除了具有高精度、高效率和高技術(shù)的要求外，還應(yīng)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(shí)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(shí)間內(nèi)失去了規(guī)定的功能。數(shù)控機(jī)床是復(fù)雜的大系統(tǒng)，它涉及光、機(jī)、電、液等很多技術(shù)，發(fā)生故障是難免的。機(jī)械銹蝕、機(jī)械磨損、機(jī)械失效，電子元器件老化、插件接觸不良、電流電壓波動(dòng)、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(dǎo)致數(shù)控機(jī)床出故障。衡量的指標(biāo)有： MTBF平均無故障時(shí)間 MTTR排除故障的修理時(shí)間 平均有效度A A=MTBF/（MTBF+MTTR） 4. 數(shù)控機(jī)床維修的特點(diǎn) 1）數(shù)控機(jī)床是高投入、高精度、高效率的自動(dòng)化設(shè)備； 2）一些重要設(shè)備處于關(guān)鍵的崗位和工序，因故障停機(jī)時(shí)，影響產(chǎn)量和質(zhì)量；

5、 3）數(shù)控機(jī)床在電氣控制系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)比普通機(jī)床復(fù)雜，故障檢測(cè)和診斷有一定的難度。三、課程的基本要求與特點(diǎn)熟悉數(shù)控機(jī)床各組成部分的工作原理與結(jié)構(gòu)確立數(shù)控機(jī)床故障診斷的基本思路與實(shí)施診斷的步驟及注意事項(xiàng)掌握常用測(cè)試儀器的使用方法通過理論和實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)的教學(xué)，能實(shí)施對(duì)數(shù)控機(jī)床的故障分析和診斷。課程涉及內(nèi)容廣，故障檢測(cè)、分析難度高12 數(shù)控機(jī)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(hù) 一、點(diǎn)檢點(diǎn)檢按有關(guān)維護(hù)文件的規(guī)定，對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行定點(diǎn)、定時(shí)的檢查和維護(hù)點(diǎn)檢要求和內(nèi)容 專職點(diǎn)檢重點(diǎn)設(shè)備、部位（設(shè)備部門） 日常點(diǎn)檢一般設(shè)備的檢查及維護(hù)（車間） 生產(chǎn)點(diǎn)檢開機(jī)前檢查、潤(rùn)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(hù)機(jī)床電氣柜的散熱通風(fēng)門上熱交換器或軸流風(fēng)扇對(duì)控制柜的內(nèi)外進(jìn)行空氣循環(huán)。（少開柜門）紙帶閱讀機(jī)的定期維護(hù)：對(duì)光電頭、紙帶壓板定期進(jìn)行防污處理支持電池的定期更換：在機(jī)床斷電期間，有電池供電保持存儲(chǔ)在COMS器件內(nèi)的機(jī)床數(shù)據(jù)檢測(cè)反饋元件的維護(hù)：光電編碼器、接近開關(guān)、行程開關(guān)與撞塊、光柵等元件的檢查和維護(hù)備用電路板的定期通電：備用電路板應(yīng)定期裝到CNC系統(tǒng)上通電運(yùn)行，長(zhǎng)期停用的數(shù)控機(jī)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(jī)床有自診斷功能，為數(shù)控機(jī)床的故障診斷提供了有力的手段。但是數(shù)

7、控機(jī)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(jī)床的功能與操作，做好數(shù)控機(jī)床的日常保養(yǎng)與維護(hù)工作。維修人員必須認(rèn)真仔細(xì)地閱讀診斷用技術(shù)資料，并對(duì)照機(jī)床實(shí)物，做到心中有數(shù)。一旦機(jī)床發(fā)生故障，再進(jìn)行分析的同時(shí)查閱資料，它們主要有：數(shù)控機(jī)床電氣使用說明書數(shù)控機(jī)床電氣原理圖數(shù)控機(jī)床電氣連接圖數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖數(shù)控機(jī)床參數(shù)表數(shù)控機(jī)床PLC控制程序數(shù)控系統(tǒng)操作手冊(cè)數(shù)控系統(tǒng)編程手冊(cè)數(shù)控系統(tǒng)安裝與維修手冊(cè)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使用說明書13 數(shù)控機(jī)床故障的類型與特點(diǎn) 131 數(shù)控機(jī)床故障的類型 數(shù)控設(shè)備使用壽命故障頻率曲線故障診斷內(nèi)容1）動(dòng)作診斷：監(jiān)視機(jī)床各動(dòng)作部分，判定動(dòng)作不良的部位。診斷部位是ATC、APC和機(jī)

8、床主軸。2）狀態(tài)診斷：當(dāng)機(jī)床電機(jī)帶動(dòng)負(fù)載時(shí)，觀察運(yùn)行狀態(tài)。3）點(diǎn)檢診斷：定期點(diǎn)檢液壓元件、氣動(dòng)元件和強(qiáng)電柜。4）操作診斷：監(jiān)視操作錯(cuò)誤和程序錯(cuò)誤。5）數(shù)控系統(tǒng)故障自診斷132數(shù)控機(jī)床故障的特點(diǎn) 一、故障軟故障由調(diào)整、參數(shù)設(shè)置或操作不當(dāng)引起（在使用初期發(fā)生較多，不熟悉）硬故障由數(shù)控機(jī)床（控制、檢測(cè)、驅(qū)動(dòng)、液氣、機(jī)械裝置）的硬件失效引起二、故障處理對(duì)策 除非出現(xiàn)影響設(shè)備或人身安全的緊急情況，不要立即切斷機(jī)床的電源。應(yīng)保持故障現(xiàn)場(chǎng)。 從機(jī)床外觀、CRT顯示的內(nèi)容、主板或驅(qū)動(dòng)裝置報(bào)警燈等方面進(jìn)行檢查?？砂聪到y(tǒng)復(fù)位鍵，觀察系統(tǒng)的變化，報(bào)警是否消失。如消失，說明是隨機(jī)性故障或是由操作錯(cuò)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(jìn)行綜合分析、判斷，必要時(shí)進(jìn)行一些檢測(cè)或試驗(yàn)，達(dá)到確診故障的目的。復(fù)位后，故障不能消失，可從以下幾方面進(jìn)行調(diào)查：1. 檢查機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)機(jī)床故障時(shí)的運(yùn)行方式CRT顯示的內(nèi)容（報(bào)警信號(hào)和報(bào)警號(hào)）驅(qū)動(dòng)裝置、變頻器等顯示的報(bào)警指示故障時(shí)軸的定位誤差刀具軌跡是否正常輔助機(jī)能的運(yùn)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(bǔ)償指令及補(bǔ)償量是否正確故障是否與換刀有關(guān)故障是否與進(jìn)給速度有關(guān)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(dòng)，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(fēng)扇工作

10、情況系統(tǒng)周圍的振動(dòng)情況附近有否高頻干擾源5. 檢查機(jī)床狀況熔絲是否已熔斷故障前是否修理過機(jī)床或設(shè)置過參數(shù)機(jī)床是否已調(diào)整好在運(yùn)行過程中是否改變過工作方式機(jī)床是否正處于急停、鎖住狀態(tài)速度倍率開關(guān)是否設(shè)為零進(jìn)給保持按鈕是否被按下間隙補(bǔ)償量是否合適機(jī)床各信號(hào)電纜有否破損信號(hào)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(jī)床故障診斷與維修的一般方法 141 數(shù)控機(jī)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(jī)床在機(jī)械結(jié)構(gòu)上和普通機(jī)床不同點(diǎn)在于傳動(dòng)鏈縮短，傳動(dòng)部件的精度高，機(jī)械維護(hù)的面更廣。主軸、進(jìn)給軸、導(dǎo)軌和絲杠、刀庫(kù)和換刀裝置、液壓和氣動(dòng)等。 熟悉機(jī)械故障的特征，掌握數(shù)控機(jī)床機(jī)械故障的診斷

11、的方法和手段。還要注意數(shù)控機(jī)床機(jī)電之間的內(nèi)在聯(lián)系。1. 機(jī)械故障的原因 機(jī)床在運(yùn)行過程中，機(jī)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(lǐng)部件偏離或喪失原有的功能。2. 機(jī)械故障診斷 機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)的識(shí)別、運(yùn)行狀態(tài)的信號(hào)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(jī)械故障診斷的方法實(shí)用診斷技術(shù)（問、聽、看、聞、摸、查）振動(dòng)、噪聲測(cè)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(cè)試（表面溫度及變化規(guī)律）超聲、X射線探傷（機(jī)件內(nèi)部缺陷）專家診斷系統(tǒng)（專家的經(jīng)驗(yàn)、數(shù)據(jù)）1.實(shí)用診斷技術(shù)問操作者（漸/突發(fā)、故障現(xiàn)象、加工件的情況、傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力、潤(rùn)滑、保養(yǎng)和檢

12、修情況）看機(jī)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(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)聲（強(qiáng)弱、頻率高低等）聞潤(rùn)滑油脂氧化蒸發(fā)油煙氣焦糊氣觸用手感來判別機(jī)床的故障（溫升、 振動(dòng)、傷痕和波紋、爬行、松緊） 實(shí)用診斷技術(shù)在機(jī)械故障的診斷中具有實(shí)用簡(jiǎn)便、快速有效的特點(diǎn)，但診斷效果的好壞在很大程度上要憑借維修技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)，而且有一定的局限性，對(duì)一些疑難故障難以奏效。 2. 機(jī)械振動(dòng)檢測(cè)診斷法 以機(jī)床振動(dòng)作為信息源，在機(jī)床運(yùn)行過程中獲取信號(hào)，對(duì)信號(hào)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(yàn)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(jìn)一步確定故障的部位。具有實(shí)用可靠、判斷準(zhǔn)

13、確的特點(diǎn)診斷過程1）閱被診斷設(shè)備的技術(shù)資料，分析傳動(dòng)關(guān)系、計(jì)算傳動(dòng)件的特征值；2）獲取信號(hào)、信號(hào)調(diào)理與處理；3）信號(hào)分析、故障判斷（部位、性質(zhì)）。 故障振動(dòng)信號(hào)分類 1）平穩(wěn)性故障信號(hào)機(jī)械結(jié)構(gòu)在正弦周期性力信號(hào)、復(fù)雜周期性力信號(hào)和準(zhǔn)周期性力信號(hào)（軸彎曲、偏心、滾子失圓等漸變性故障）作用下產(chǎn)生的響應(yīng)信號(hào)。 特點(diǎn)：響應(yīng)信號(hào)的頻率成分與激勵(lì)信號(hào)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(hào)機(jī)械結(jié)構(gòu)在周期性沖擊力作用下的脈沖響 應(yīng)，他與沖擊信號(hào)本身有很大的不同。 特點(diǎn)：信號(hào)能量短時(shí)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(hào)

14、分析方法 1) 時(shí)域分析法（直觀） 了解信號(hào)的幅值和時(shí)間的關(guān)系，確定振動(dòng)的程度，設(shè)備是否有故障及嚴(yán)重程度。不能確定故障部位（特征量的統(tǒng)計(jì)分析、相關(guān)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(hào)的頻率結(jié)構(gòu)，尋找故障源) 幅值譜分析應(yīng)用傅里葉變換、傅里葉傅里葉積分將時(shí)域信號(hào)變?yōu)轭l域信號(hào)。 功率譜分析在頻域中對(duì)信號(hào)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(hào) 解調(diào)譜分析沖擊性故障信號(hào)測(cè)試儀器系統(tǒng)診斷實(shí)例 1）了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)：設(shè)備在運(yùn)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(shè)備的有關(guān)資料：設(shè)備的傳動(dòng)系統(tǒng)圖、軸承分布圖等技術(shù)資料，并對(duì)其進(jìn)行分析。 3）計(jì)

15、算傳動(dòng)鏈和傳動(dòng)件的特征頻率：計(jì)算傳動(dòng)鏈，計(jì)算各傳動(dòng)件的特征頻率系數(shù)。 對(duì)設(shè)備進(jìn)行診斷測(cè)試1）放置測(cè)振、測(cè)速傳感器（位置、信號(hào)要求）（一般選振動(dòng)或噪聲較大的部位）；2）連接儀器系統(tǒng)；3）開動(dòng)被測(cè)設(shè)備；4）調(diào)節(jié)測(cè)速電平、顯示主軸轉(zhuǎn)速并記錄；5）從較高頻段開始測(cè)試，逐漸到較低頻段， 并調(diào)節(jié)放大器的增益，使信號(hào)處于最佳狀 態(tài)；6）記錄、打印測(cè)試結(jié)果。傳動(dòng)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(jì)算各傳動(dòng)件的特征頻率；2）對(duì)照計(jì)算值和測(cè)試結(jié)果，由前述機(jī)械故障診斷知識(shí)進(jìn)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(jī)床故障診斷與維修的技術(shù) 數(shù)控診斷技術(shù)的發(fā)展 1. 通訊診斷(遠(yuǎn)程、海外診斷） 用戶機(jī)床的通訊口通過電話線和維修中心的專用通訊診斷計(jì)算機(jī)相連。 計(jì)算機(jī)發(fā)診斷程序 用戶測(cè)試數(shù)據(jù) 計(jì)算機(jī)診斷結(jié)果和處理方法 用戶 特點(diǎn)：實(shí)用簡(jiǎn)便；有一定的局限性 2. 自修復(fù)系統(tǒng) 當(dāng)診斷軟件發(fā)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床在運(yùn)行中某一模塊有故障時(shí)，系統(tǒng)在CRT上顯示的同時(shí)，自動(dòng)尋找備用模塊并接上。 特點(diǎn)：實(shí)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(jì)算機(jī)仿真