典型系統(tǒng)故障診斷與排除

1、案例二典型系統(tǒng)故障診斷與排除本章教學(xué)目標(biāo)：1、認(rèn)識典型系統(tǒng)的工作；2、了解典型系統(tǒng)故障原因；3、熟悉典型系統(tǒng)的故障診斷與排除方法。教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：教學(xué)學(xué)時：教學(xué)手段：教學(xué)內(nèi)容：一、齒輪箱故障診斷診斷目的和對象在機(jī)械設(shè)備中，齒輪箱的用量很大，一旦發(fā)生故障，損失嚴(yán)重。齒輪運(yùn)行中的振動現(xiàn)象可反映齒輪箱的運(yùn)行狀態(tài)，故采用振動情號進(jìn)行分析和診斷，將記錄下來的齒輪箱振動信號進(jìn)行FFT(快速傅里葉變換)分析處理。1. 診斷方法及分析方法：在現(xiàn)場用振動計和磁帶記錄儀測試記錄了齒輪箱每根傳動軸軸承座上的振動信號，表1列出三臺齒輪箱振動速度均方根值，測試時1#齒輪箱檢修沒有列入。分析(1) 在三級傳動的齒輪裝置中

2、，輸入與輸出兩級的嚙合作用力都要由中間級來承擔(dān)，所以嚙合振動最為強(qiáng)烈。嚙合振動的幅值遠(yuǎn)高于其它兩級。第二級是設(shè)計、制造中應(yīng)加強(qiáng)的薄弱環(huán)節(jié)。但由于沒有給予足夠的重視，在長期運(yùn)行中振動過大，使齒圈產(chǎn)生疲勞斷裂，這是近幾年發(fā)生事故的原因所在。從目前運(yùn)行的情況看來，原料磨2#齒輪箱的第二級齒輪傳動狀況不佳，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測，準(zhǔn)備必要的備件。(2) 從綜合評定的角度曾，原料磨2#齒輪箱振動值高于2#和原料密1#的齒輪箱振動。用ISO大型機(jī)器振動強(qiáng)度評價標(biāo)準(zhǔn)衡量，巳超過允許值11.2mm/s。且原料磨2#齒輪箱箱體溫度高于其它齒輪箱10C左右，應(yīng)及時進(jìn)行檢修。(3) 原料磨1#齒輪箱在運(yùn)轉(zhuǎn)中存在著調(diào)制現(xiàn)象，圖1

3、54是撮動信號的例頻譜，峰值出現(xiàn)在例頻率80ms處，調(diào)制頻繁fM=1000/80=2.5Hz，恰等于驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)頻率，也等于齒輪箱第一傳動鈾的旋轉(zhuǎn)頻率。應(yīng)檢查第一傳動軸的零部件的磨損、松動、偏心等狀況，也應(yīng)檢測電機(jī)的進(jìn)行振動狀況。這些工作有待今后進(jìn)一步測試分析，其它兩臺齒輪箱振動中沒有發(fā)現(xiàn)調(diào)制現(xiàn)象。診斷結(jié)論:（1）齒輪箱運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷采用FFT譜分析和倒頻譜分析是有效的。（2）三級傳動的齒輪箱裝置中，應(yīng)提高第二級傳動件的設(shè)計和制造要求，以避免過大的二級傳動嚙合頻率振動。二、數(shù)控機(jī)床常見故障的處理（一）故障的分類數(shù)控系統(tǒng)故障分類，按照不同的方法有很多種分類形式。（1）按照故障性質(zhì)：系統(tǒng)性

4、故障；隨機(jī)性故障；（2）按照故障類型：機(jī)械故障；電氣故障；（3）按照報警提示：有報警故障；無報警故障；（4）按照發(fā)生部：數(shù)控裝置故障；PLC故障；伺服系統(tǒng)故障；機(jī)床系統(tǒng)故障；（5）按照破壞程度：破壞性故障；非破壞性故障；除去以上的分類方法，還有以下的一種分類方法：數(shù)控機(jī)床故障：系統(tǒng)故障；外圍電路故障；機(jī)械故障。軟件故障：1、基本參數(shù)設(shè)置不正確導(dǎo)致的故障2、伺服參數(shù)不正確導(dǎo)致的故障3、主軸參數(shù)設(shè)置不正確導(dǎo)致的故障4、軸參數(shù)設(shè)置不正確導(dǎo)致的故障5、PLC參數(shù)設(shè)置不正確導(dǎo)致的故障6、用戶參數(shù)設(shè)置不正確導(dǎo)致的故障7、功能參數(shù)設(shè)置不正確導(dǎo)致的故障在數(shù)控系統(tǒng)中與軟件相關(guān)的故障，主要是由于參數(shù)設(shè)置不正確、參

5、數(shù)不匹配導(dǎo)致的。參數(shù)按照大類區(qū)分可分為：系統(tǒng)參數(shù)、機(jī)械參數(shù)、用戶參數(shù)。硬件故障：1、伺服放大器故障2、伺服電機(jī)故障3、檢測元件故障在數(shù)控機(jī)床中與系統(tǒng)有關(guān)的故障主要集中在驅(qū)動部分，當(dāng)然也包括一些板卡的故障。這些也是維修人員能夠判斷的故障。4、各種系統(tǒng)板卡的故障外圍電路故障：1、繼電器、接觸器、接線端子、熔斷器2、線路短路、斷路3、外圍設(shè)備：冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)；氣路、油路；換刀系統(tǒng)；安全門、電器柜、電氣互鎖。在數(shù)控機(jī)床的故障中、外圍電路故障所占的比例相當(dāng)大。并且也是一線維護(hù)人員，能夠現(xiàn)場判讀解決的故障。絕大多數(shù)停機(jī)事件此類故障引起，因此熟練掌握此類故障的判斷、排除方法和積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)是一線維護(hù)人員所

6、必須的。機(jī)械故障：1、機(jī)械元件損壞。（1）導(dǎo)致機(jī)床不能夠正常運(yùn)行，時常會出現(xiàn)一些報警。（2）會出現(xiàn)異響、異動。2、機(jī)械整體配置、位置不當(dāng)或者機(jī)械有一些磨耗。（1）導(dǎo)致幾何精度丟失（2）導(dǎo)致位置精度丟失（二）數(shù)控機(jī)床的故障診斷技術(shù)故障的診斷包括兩方面的內(nèi)容：診和斷。診：對是客觀狀態(tài)作檢測或測試。斷：確定故障的性質(zhì)、程度、類別、部位，并指明故障產(chǎn)生的原因，提供相應(yīng)的處理對策等。1. 數(shù)控系統(tǒng)自診斷所謂故障自診斷技術(shù)，就是在硬件模塊、功能部件上各狀態(tài)測試點(diǎn)（在系統(tǒng)設(shè)計制造時設(shè)置的）和相應(yīng)診斷軟件的支持下，利用數(shù)控系統(tǒng)中計算機(jī)的運(yùn)算處理能力，實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并在預(yù)知系統(tǒng)故障或系統(tǒng)性能、系統(tǒng)運(yùn)行

7、品質(zhì)劣化動向時，及時自動發(fā)出報警信息的技術(shù)。開機(jī)自診斷運(yùn)行自診斷在線診斷離線診斷遠(yuǎn)程診斷2、如何排除日常故障（1）故障發(fā)生時機(jī)床的狀態(tài)。A：在什么時間發(fā)生的故障？包括發(fā)生故障的具體時間；發(fā)生時機(jī)床運(yùn)行的狀態(tài)；發(fā)生故障時外部條件如何，包括天氣、供電情況等等；了解故障發(fā)生的頻次。B：故障發(fā)生時，進(jìn)行了幾種操作？機(jī)床運(yùn)行在什么模式；程序運(yùn)行情況如何；各軸分別處在什么位置；當(dāng)前正在運(yùn)行那一個軸；機(jī)床有沒有執(zhí)行輔助功能；能不能夠復(fù)位消除；如果能夠復(fù)位消除，會不會執(zhí)行到相同情況下再出現(xiàn)；如果再次出現(xiàn)，改變加工參數(shù)會不會出現(xiàn)等等。C：故障發(fā)生后，機(jī)床出現(xiàn)的現(xiàn)象。有無報警；如果沒有報警，機(jī)床相關(guān)的狀態(tài)是否正確

8、。D：確認(rèn)外界有無影響機(jī)床的其他因素？電磁干擾；電源是否穩(wěn)定；氣源是否穩(wěn)定等等（2）根據(jù)系統(tǒng)的報警信息以及相關(guān)資料進(jìn)行故障診斷現(xiàn)在數(shù)控系統(tǒng)都具有強(qiáng)大的故障診斷功能，并能夠針對各類故障提供豐富的報警文本。對于很多故障，系統(tǒng)都能夠診斷出來，并提供相應(yīng)的報警信息。數(shù)控系統(tǒng)在硬件上還設(shè)置了一些裝置，用于系統(tǒng)有故障時指示技術(shù)人員方便的診斷故障。（3）充分利用數(shù)控機(jī)床上，PLC對于外圍電路實(shí)時狀態(tài)的監(jiān)控功能。結(jié)合PLC和數(shù)控機(jī)床電氣手冊，對比PLC的實(shí)時輸入、輸出狀態(tài)以及外圍電路的控制邏輯，正確判斷外圍電路的故障。（4）利用PLC梯形圖反映的控制邏輯，跟蹤那些外圍設(shè)施出現(xiàn)故障的真正原因。禾U用梯形圖的監(jiān)控

9、功能，觀察那些相關(guān)信號是否處于正確的狀態(tài)。如果有節(jié)點(diǎn)處于不正確的狀態(tài)，就依據(jù)梯形圖向前向后追蹤，看是什么原因引起前面節(jié)點(diǎn)處于哪一種狀態(tài)。（5）對于排除數(shù)控機(jī)床故障最重要的方法，就是掌握數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機(jī)床的工作原理，懂得如何使用各種各樣的檢測儀表、儀器，綜合分析數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)故障的操作以及外部、內(nèi)部原因。進(jìn)一步通過各種實(shí)踐機(jī)會，進(jìn)一步掌握一些排除故障的手法（如：零件互換、誤差放大等等）。具體到某一個機(jī)床，就應(yīng)該詳細(xì)閱讀其各類說明書，掌握其機(jī)械、電氣構(gòu)造、組成以及工作原理，根據(jù)故障現(xiàn)象分析可能出現(xiàn)故障的部位、環(huán)節(jié)，并大膽的動手驗(yàn)證。在機(jī)床出現(xiàn)故障時還要，詳細(xì)調(diào)查該機(jī)床的“病歷”“病史”。（三）FAN

10、UC0i系統(tǒng)常見故障1. 系統(tǒng)報警信息（1）查看方法當(dāng)機(jī)床出現(xiàn)報警時，系統(tǒng)會自動切換到報警畫面，并顯示報警信息。報警信息有兩部分組成：報警號；報警信息。在數(shù)控系統(tǒng)上獲得的報警信息分為兩種。一種是系統(tǒng)報警，這一部分報警或由系統(tǒng)故障（軟件的硬件的）引起或由程序（格式或內(nèi)容）引起。這一部分報警號、報警信息由系統(tǒng)廠商預(yù)設(shè)。一種是機(jī)床報警（外部報警）這一部分報警內(nèi)容通常是由外部因素引起（如氣壓、各類外部PLC輸入信號錯誤或缺失引起）。這一部分報警號、報警信息由機(jī)床生產(chǎn)廠商預(yù)設(shè)。2. 故障案例一2.1機(jī)床在運(yùn)行過程中在出現(xiàn)沒有任何報警的情況下停止運(yùn)行。該機(jī)床是一臺四軸四聯(lián)動的數(shù)控機(jī)床，機(jī)床在運(yùn)行過程中出現(xiàn)

11、題目所說的意外停止，并且在反復(fù)發(fā)生幾次后機(jī)床不能夠運(yùn)行加工程序了。經(jīng)過和操作人員的反復(fù)溝通，我們按照處理數(shù)控機(jī)床故障的分析過程，進(jìn)行分析如下：（1）該機(jī)床出現(xiàn)故障的時候，是在加工零件過程中，并且是在旋轉(zhuǎn)第四軸的時候出現(xiàn)。（2）在出現(xiàn)該故障初期，停止程序運(yùn)行，復(fù)位后還可以重新啟動程序。（3）經(jīng)過幾次反復(fù)以后，機(jī)床不能夠啟動加工程序。（4）關(guān)閉系統(tǒng)，重新啟動數(shù)控機(jī)床，對機(jī)床各軸回原點(diǎn)的操作。三個直線軸都能夠正確回到原點(diǎn)，但是旋轉(zhuǎn)軸不能夠回到原點(diǎn)（第四軸根本就能夠移動）分析：從以上的現(xiàn)象可以看到，該機(jī)床出現(xiàn)這樣的故障極有可能是第四軸出現(xiàn)了某種問題。出現(xiàn)了第四軸不能夠旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，很可能是第四軸剎車未能

12、松開的原因。該機(jī)床所用第四軸，采用的是氣動剎車。（5）觀察外部輸入氣壓正常，證明應(yīng)該不是外部氣壓過低引起。其實(shí)，如果外部氣壓過低機(jī)床會出現(xiàn)報警的。6）在排除外部氣壓故障的情況下，我們應(yīng)該去檢查第四軸剎車器是否正常。如果檢查第四軸剎車器要把第四軸拆開，這樣的話工作量就非常龐大。(7) 檢查第四軸剎車器的信號，觀察剎車器的信號是否已經(jīng)進(jìn)入到PMC通過機(jī)床電氣手冊，查詢第四軸剎車松開到位的信號的地址為X3.4。(8) 進(jìn)入系統(tǒng)查看X3.4的狀態(tài)(按照FANU係統(tǒng)進(jìn)入PMC的方法)。系統(tǒng)鍵、PMCPMCDGNSTATUS搜索X3.4。執(zhí)行松開轉(zhuǎn)臺的動作，觀察X3.4有無變化，結(jié)果是沒有變化。(9) 上

13、面的步驟證明第四軸的剎車松開信號沒有到位。(10)造成第四軸剎車信號沒有到位的原因有好幾個，需要我們進(jìn)一步去分析排查。a、剎車器沒有松開；b、剎車器松開了，檢測開關(guān)沒有檢測到；c、檢測元件損壞；d、從檢測元件到接口的電纜損壞；e、PLC故障；f、其他原因。(11)打開第四軸外罩，執(zhí)行第四軸夾緊、放松動作，發(fā)現(xiàn)用于檢測的接近開關(guān)沒有亮。初步懷疑是接近開關(guān)有問題，或者是連接線有問題。(12)通過前面的初步分析，判斷為接近開關(guān)或者線纜出現(xiàn)故障。為了進(jìn)一步證實(shí)，我們把一個金屬工具靠近接近開關(guān)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)接近開關(guān)的等亮了。這一個現(xiàn)象證明接近開關(guān)以及相關(guān)的線纜是完好的。(13) 再次執(zhí)行轉(zhuǎn)臺松緊動作，觀察該

14、結(jié)構(gòu)能否正常運(yùn)行。通過幾次動作發(fā)現(xiàn)，每一次夾緊放松機(jī)構(gòu)都能夠正常運(yùn)行，但是用于檢測的接近開關(guān)還是不亮。(14) 根據(jù)接近開關(guān)的工作原理，開關(guān)和被檢測物體的距離是有一定距離要求，如果距離不正確可能會導(dǎo)致開關(guān)不能夠正常檢測。那么有可能是接近開關(guān)距離被測部件過遠(yuǎn)，于是調(diào)整接近開關(guān)的距離。將距離縮小以后，發(fā)現(xiàn)接近開關(guān)燈可以亮了。打開機(jī)床，各軸回原點(diǎn)，運(yùn)行加工程序，機(jī)床能夠正常運(yùn)行。(15) 安裝后第四軸外罩，機(jī)床正常運(yùn)行。但是當(dāng)機(jī)床運(yùn)行了十幾分鐘后，機(jī)床再次出現(xiàn)前述故障。(16)根據(jù)前面的分析，我們可以把故障點(diǎn)基本上集中到接近開關(guān)和被檢物上。再次打開外殼，經(jīng)過仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)聯(lián)接再剎車器上，供接近開關(guān)檢

15、測的一個螺母，從剎車器上松開了。將這個螺母擰緊，并鎖死。機(jī)床再次投入運(yùn)行沒有發(fā)生故障。3. 進(jìn)給驅(qū)動的故障診斷（1）直流進(jìn)給驅(qū)動晶閘管調(diào)速是利用速度調(diào)節(jié)器對晶閘管的導(dǎo)通角進(jìn)行控制，通過改變導(dǎo)通角的大小來改變電樞兩端的電壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的（2）交流進(jìn)給驅(qū)動因采用交流同步電動機(jī)，驅(qū)動裝置實(shí)質(zhì)上是一個電子換向的直流電動機(jī)驅(qū)動裝置PWMg動控制線路簡圖FANU（系統(tǒng)進(jìn)給驅(qū)動故障表示方式：（1）CRT有報警顯示的故障報警號400457伺服系統(tǒng)錯誤報警報警號702704過熱報警機(jī)床切削條件差及機(jī)床摩擦力矩增大，引起主回路中的過載繼電器動作切削時伺服電機(jī)電流太大或變壓器本身故障，引起變壓器熱控開關(guān)動作伺

16、服電機(jī)電樞內(nèi)部短路或絕緣不良等，引起變壓器熱控開關(guān)動作（2）報警指示燈指示的報警（7個燈）BRK無熔絲斷路器切斷報警HVAL過電壓報警HCA過電流報警（伴有401號報警）OV過載報警（401或702報警）LVAL欠壓報警TGLS-速度反饋信號斷線報警DCA放電報警（3）無報警顯示的故障機(jī)床失控：速度反饋信號為正反饋信號機(jī)床振動：與位置有關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定錯誤檢測裝置有故障（隨進(jìn)給速度）定位精度低：傳動鏈誤差大；伺服增益太低電動機(jī)運(yùn)行噪聲過大：換向器的表面粗糙度過低、油液灰塵等侵入電刷或換向器、電動機(jī)軸向竄動等6SC610交流進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)三、萬能臥式銑床電氣控制故障與維修（以X6132銑床為例）X

17、6132銑床的運(yùn)動要求：主軸能正、反轉(zhuǎn)運(yùn)動，主軸變速時，主軸電動機(jī)瞬時沖動一下，以利于齒輪的嚙合；主軸能制動停車。工作臺上下、左右、前后6個方位均可移動，且可實(shí)現(xiàn)手動、自動和快速移動。(一)電氣線路分析1. 主電路分析該機(jī)床有三臺電動機(jī)M1、M2、M32. 控制電動機(jī)的控制(1) M1的啟動SB5-KM1吸合-主觸頭閉合，M1啟動(2) 主軸電動機(jī)的停車制動(3) 主軸的變速沖動控制2.工作臺進(jìn)給電動機(jī)的控制將電源開關(guān)QSl臺上，啟動主軸電動機(jī)Ml，接觸器KMl吸合并自鎖，進(jìn)給控制電動機(jī)M3啟動。(1) 工作臺向上、下、左、右、前、后運(yùn)動的控制通路分別是：向上:6fKMI-9SA3f310fS

18、Q2f215SQ1213SA3116SQ4f1f19fKM3線圈f20fKM2f21向下：6fKMlf9fSA3f3f10fSQ2f2f15fSQ1f2f13fSA3f1f16fSQ3f1fKMZ線圈f18fKM3f21向左：9fSQ5f2f11fSQ4f2f12fSQ3f2f13fSA3f1f16fSQ2f1f19fKM3線圈f20fKMZf21向右：9fSQ5f2fSQ4f2fSQ3f2fSA3f1fSQ1flfKM2線圈fKM3f21工作臺向前、后運(yùn)動其通路與工作臺上、下運(yùn)動相同，只是借助機(jī)械聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)將垂直傳動絲杠的離合器脫開，而將橫向傳動絲杠的離合器YC4接通，從而實(shí)現(xiàn)工作臺的前、后運(yùn)

19、動。(2) 工作臺進(jìn)給變速時的沖動控制在改變工作臺進(jìn)給速度時，為了使齒輪易于嚙合，進(jìn)給電動機(jī)M3需要瞬間沖動一下。其變速沖動控制通路如下：6fKMlf9fSA3一3f10fSQ2一2f15fSQ1一2f13fSQ32f12fSQ4-211SQ5114KM2線圈18KM3>21。(3) 工作臺快速移動其動作過程是：按下快速移動按鈕SB3(或SB4)，接觸器KM4線圈獲電吸合，KM4在直流電路中的常閉觸點(diǎn)(102一107)斷開，迸給電磁離合器YC2脫離。KM4在直流電路中的常開觸點(diǎn)(102一107)閉合，快速移動電磁離合器YC3通電，接通快速移動傳動鏈，工作臺按指定方向快速移動。當(dāng)松開快速移

20、動按鈕SB3(或SB4)時，接觸器KM4因線圈斷電而釋放。快速移動電磁離合器YC3因KM4的常開觸點(diǎn)(102一107)斷開脫離，進(jìn)給電磁離合器YC2因KM4的常閉觸點(diǎn)(102一108)閉合而接通進(jìn)給傳動鏈，工作臺以原速度和方向繼續(xù)移動。(二)常見電氣控制故障維修(1) 按停止按鈕后主軸不停根據(jù)對主軸電動機(jī)控制電路的分析可知，故障的可能原因有：接觸器KM1主觸頭故障如發(fā)生熔焊等，以致無法分?jǐn)嘀鬏S電動機(jī)的電源。主軸制動離合器YC1線圈未通電，其可能原因是常開觸點(diǎn)109一110末閉合或離合器YC1故障。(2) 主軸變速時無沖動過程發(fā)生此故障有兩個原因。第一個原因，也是主要原因行程開關(guān)SQ6的常開觸頭SQ61閉合后接觸不好;第二個原因是主軸變速手柄上機(jī)械頂銷末碰上主軸沖動