数控机床维护维修34

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1、数控机床维护维修（doc 34页）数控机床的维修维护基础1.1 数控机床基本概念1.1.1 数控技术与数控机床数控技术，简称数控(Numerical ControlNC),是利用数字化 信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法。由于现代数控都采用 了计算机进行控制，因此，也可以称为计算机数控(Computerized Numerical ControlNC)。为了对机械运动及加工过程进行数字化信息控制，必须具备相应的 硬件和软件。用来实现数字化信息控制的硬件和软件的整体成为数控系 统(Numerical Control System),数控系统的核心是数控装置(Numerical Contr

2、oller)。釆用数控技术进行控制的机床，称为数控机床(NC机床)。它是 一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、精密测量技术和机床设计 等先进技术的典型机电一体化产品，是现代制造技术的基础。控制机床 也是数控技术应用最早、最广泛的领域，因此，数控机床的水平代表了 当前数控技术的性能、水平和发展方向。数控机床种类繁多，有钻铳镇床类、车削类、磨削类、电加工类、 锻压类、激光加工类和其他特殊用途的专用数控机床等等，凡是采用了 数控技术进行控制的机床统称为NC机床。带有自动换刀装置ATC (Automatic Tool ChangerATC)的数控 机床(带有回转刀架的数控车床除外)称为加工中心(M

3、achine Center -MC)。它通过刀具的自动交换，工件可以一次装、夹完成多工序的加 工，实现了工序集中和工艺的复合，从而缩短了辅助加工时间，提高了 机床的效率；减少了工件安装、定位次数，提高了加工精度。加工中心 是目前数控机床中产量最大、应用最广的数控机床。在加工中心的基础上，通过增加多工作台(托盘)自动交换装置(Auto Pallet ChangerAPC)以及其他相关装置，组成的加工单元称 为柔性加工单元(Flexible Manufacturing CellFMC)。FMC 不仅是 现了工序的集中和工艺的复合，而且通过工作台(托盘)的自动交换和 较完善的自动监测、监控功能，可以

4、进行一定时间的无人化加工，从而 进一步提高了设备的加工效率。FMC既是柔性制造系统FMS (Flexible Manufacturing System)的基础，又可以作为独立的自动化加工设备使 用，因此其发展速度较快。在FMC和加工中心的基础上，通过增加物流系统、工业机器人以及 相关设备，并由中央控制系统进行集中、统一控制和管理，这样的制造 系统称为柔性制造系统 FMS (Flexible Manufacturing System)。FMS 不仅可以进行长时间的无人化加工，而且可以实现多品种零件的全部加 工和部件装配，实现了车间制造过程的自动化，它是一种高度自动化的 先进制造系统。随着科技发展

5、，为了适应市场需求多变的形势，对现代制造业来说， 不仅需要发展车间制造过程的自动化，而且要实现从市场预测、生产决 策、产品设计、产品制造直到产品销售的全面自动化。将这些要求综合、 构成的完整的生产制造系统，称为计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing SystemCIMS)。CIMS 将一个更长的生产、 经营活动进行了有机的集成，实现了更高效益、更高柔性的智能化生产， 是当今自动化制造技术发展的最高阶段。在CIMS中，不仅是生产设备 的集成，更主要的是以信息为特征的技术集成和功能集成。计算机是集 成的工具，计算机辅助的自动化单元技术是集成的基础，信

6、息和数据的 交换及共享是集成的桥梁，最终形成的产品，可以看成是信息和数据的 物质体现。1丄2数控系统及其组成1. 数控系统的基本组成数控系统是所有数控设备的核心。数控系统的主要控制对象是坐标轴的 位移(包括移动速度、方向、位置等)，其控制信息主要来源于数控加工或运 动控制程序。因此，作为数控系统的最基本组成应包括：程序的输入/输出装 置、数控装置、伺服驱动这三部分。(1) 输入/输出装置 输入/输出装置的作用是进行数控加工 或运动控制程序.加工与控制数据、机床参数以及坐标轴位置、检测 开关的状态等数据的输入、输出。键盘和显示器是任何数控设备都必 备的最基本的输入僦出装置。此外，根据数控系统的不

7、同，还可以配 光电阅读机.磁带机或软盘驱动器等。作为外围设备，计算机是目前 常用的输入/输出装置之一。(2) 数控装置 数控装置是数控系统的核心。它由输入/输出 接口线路、控制器、运算器和存储器等部分组成。数控装置的作用是 将输入装置输入的数据，通过内部的逻辑电路或控制软件进行编译、 运算和处理，并输出各种信息和指令，以控制机床的各部分进行规定 的动作。在这些控制信息和指令中，最基本的是坐标轴的进给速度.进给方向和进 给位移量指令。它经插补运算后生成，提供给伺服驱动，经驱动器放大，最终 控制坐标轴的位移。它直接决定了刀具或坐标轴的移动轨迹。此外，根据系统和设备的不同，如：在数控机床上，还可能有

8、主轴的转速、 转向和起、停指令；刀具的选择和交换指令；冷却、润滑装置的起.停指令； 工件的松开.夹紧指令；工作台的分度等辅助指令。在数控系统中，它们是通 过接口，以信号的形式提供给外部辅助控制装置，由辅助控制装置对以上信号 进行必要的编译和逻辑运算，放大后驱动相应的执行器件,带动机床机械部件、 液压气动等辅助装置完成指令规定的动作。(1) 伺服驱动 伺服驱动通常由伺服放大器(亦称驱动器.伺 服单元)和执行机构等部分组成。在数控机床上，目前一般都采用交 流伺服电动机作为执行机构；在先进的高速加工机床上，已经开始使 用直线电动机。另外，在20世纪80年代以前生产的数控机床上，也 有釆用直流伺服电动

9、机；对于简易数控机床，也有用作为执行器件。 伺服放大器的形式决定于执行器件，它必须与驱动电动机配套使用。以上是数控系统最基本的组成部分。随着数控技术的发展和机床性能水平 的提高，对系统的功能要求也日益增强，为了满足不同机床的控制要求，保证 数控系统的完整性和统一性，并方便用户使用，常用较为先进的数控系统，一 般都带有内部可编程控制器作为机床的辅助控制装置。此外，在金属切削机床 上，主轴驱动装置也可以成为数控系统的一个部分；在闭环数控机床上，测量、 检测装置也是数控系统必不可少的。对于先进的数控系统，有时甚至采用计算 机作为系统的人机界面和数据的管理、输入/输出设备，从而使数控系统的功 能更强.

10、性能更完善。总之，数控系统的组成决定于控制系统的性能和设备的具体控制要求，其 配置和组成具有很大的区别，除加工程序的输入/输出装置.数控装置、伺服 驱动这三个最基本的组成部分外，还可能有更多的控制装置。图的虚线框 部分表示计算机数控系统。1. NC、CNC、SV 与 PLC 的概念NC (CNC)、SV与PLC (PC、PMC)是数控设备中最为常用的英文缩 写,在实际使用中，在不同的场合具有不同的含义。(1) NC(CNC) NC 与 CNC 分别是数控(Numerical Control) 与计算机数控(Computerized Numerical Control)的常用英文缩写。 由于现代

11、数控都采用了计算机控制，因此，可以认为NC和CNC的含 义完全等同。在工程应用上，根据使用场合的不同，NC (CNC)通常 有三种不同的含义：在广义上代表一种控制技术一一数控技术；在狭 义上代表一种控制系统的实体一一数控系统；此外，还可以代表一种 具体的控制装置一一数控装置。(2) SV SV是伺服驱动(Servo Drive,简称伺服)的常用英 文缩写。按日本JIS标准规定的术语，它是“以物体的位置、方向. 状态作为控制量，追踪目标值的任意变化的控制机构”。简言之，它 是一种能够自动跟随目标位置等物理量的控制装置。在数控机床上，伺服驱动的作用主要有两个方面：一是使坐标轴按照数控 装置给定的速

12、度运行；二是使坐标轴按照数控装置给定的位置定位。伺服驱动的控制对象通常是机床坐标轴的位移和速度:执行机构是伺服 或；对输入指令信号进行控制和功率放大的部分常称为伺服放大器(亦称为驱 动器、放大器.伺服单元等)，它是伺服驱动的核心。伺服驱动不仅可以和数控装置配套使用，而且还可以单独作为一个位置 （速度）随同系统使用，故也常称为伺服系统。在早期的数控系统上，位置控 制部分一般与CNC制成一体，伺服驱动只进行速度控制，因此，伺服驱动又 常称为速度控制单元。（3） PLC PC是可编程序控制器（Programmable Controller）的英文缩写。随着个人计算机的日益普及，为了避免和个 人计算机

13、（亦称PC）混淆，现在一般都将可编程序控制器称为可编程 序逻辑控制器（Programmalbe Logic ControllerPLC）或可编程序机床控制器（Programmable Machine ControllerPMC）。因此，在数控机床上，PC、PLC、PMC具有完全相同的含义。PLC具有响应快、性能可靠、使用方便.编程和调试容易等特点，并可 直接驱动部分机床电器，因此，被广泛用来作为数控设备的辅助控制装置。目 前，大多数数控系统都带有内部PLC,用于处理数控机床的辅助指令，从而 大大简化了机床的辅助控制装置。此外，在很多场合，通过PLC的轴控制模 块、定位模块等特殊功能模块，还可以

14、直接利用PLC,实现点位控制.直线 控制以及简单的轮廓控制，组成数控专用机床或数控生产线。1.1.2数控机床的组成与加工原理1.数控机床的基本组成数控机床是最典型的数控设备。为了了解数控机床的基本组成，首先需 要分析数控机床加工零件的工作过程。在数控机床上，为了进行零件的加工， 可以通过如下步骤进行： 据被加工零件的图样与工艺方案，用规定的代码和程序格式， 将刀具的移动轨迹、加工工艺过程.工艺参数、切削用量等编写 成数控系统能够识别的指令形式，即编写加工程序。 将所编写的加工程序输入数控装置。 数控装置对输入的程序（代码）进行译码.运算处理，并向各 坐标轴的伺服驱动装置和辅助机能控制装置发出相

15、应的控制信 号，以控制机床的各部件的运动。 在运动过程中，数控系统需要随时检测机床的坐标轴位置、行 程开关的状态等，并与程序的要求相比较，以决定下一步动作， 直到加工出合格的零件。 操作者可以随时对机床的加工情况S工作状态进行观察、检査, 必要时还需要对机床动作和加工程序进行调整，以保证机床安 全.可靠的运行。由此可知，作为数控机床的基本组成，它应包括：输入/输出装置、数控 装置、伺服驱动和反馈装置、辅助控制装置以及机床本体等部分（如图1-1所 示）。图1-1中的虚线框部分统称为数控系统，实现对机床主机的加工控制。 目前数控系统大部分采用计算机数控（即CNC）,图中的输入瀚出装置.数 控装置、

16、伺服驱动和反馈装置构成的机床数控系统，作用在上面已经叙述。下 面再简要介绍其他组成部分。计算机数控系统 I机床I/O电路和装置辅助控制机构 进给传动机构 主运动机构测量反馈装置 它是闭环（半闭环）数控机床的检测环节，其作 用是通过现代化的测量元件：脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、 光栅、磁尺和激光测量仪等，将执行元件（如、刀架等）或工作台等的 实际位移的速度和位移量检测出来，反馈回伺服驱动装置或数控装置， 并补偿进给的速度或执行机构的运动误差，以达到提高运动机构精度的 目的。检测装置的安装、检测信号反馈的位置，决定于数控系统的结构 形式，伺服内装式脉冲编码器、测速机以及直线光栅等都是较常用

17、的检 测部件。由于先进的伺服都采用了数字式伺服驱动技术（称为数字伺服）， 伺服驱动和数控装置间一般都采用总线进行连接；反馈信号在大多数场 合都是与伺服驱动进行连接，并通过总线传送到数控装置。只有在少数 场合或采用模拟量控制的伺服驱动（俗称模拟伺服）时，反馈装置才需 要直接和数控装置进行连接。辅助控制机构、进给传动机构它是介于数控装置和机床机械、 液压部件之间的控制部件。其主要作用是接受数控装置输出的主轴转 速、转向和启停指令；刀具选择交换；冷却、润滑装置的启停指令；工 件和机床部件的松开、夹紧工作台转位等辅助指令信号，以及机床上检 测开关的状态等信号，经必要的编译、逻辑判断、功率放大后直接驱动

18、 相应的执行元件，带动机床机械部件、液压气动等辅助装置完成指令规 定的动作。它通常由PLC和强电控制回路构成，PLC在结构上可以与 CNC-体化（内置式PLC）,也可以相对独立（外置式PLC）。机床本体 就是数控机床的机械结构件，也是由主传动系统、进 给传动系统、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系 统、冷却装置、排屑、防护系统等部分组成。但为了满足数控的要求， 充分发挥机床性能，它在总体布局、外观造型、传动系统结构、刀具系 统以及操作性能方面都己发生了很大的变化。机床机械部件包括床身、 箱体、立柱、导轨、工作台、主轴、进给机构、刀具交换机构等。2. 数控加工的原理在传统的金属切

19、削机床上，加工零件时需要操作者根据图样的要求，通 过不断改变刀具的运动轨迹和运动速度等参数，使刀具对工件进行切削加工， 最终加工出合格零件。数控机床的加工，其实质是应用了 “微分”原理。其工作原理与过程 可以简述如下（图12）:图1-2数控加工原理示意图 数控装置根据加工程序要求 的刀具轨迹，将轨迹按机床对应的坐 标轴，以最小移动量（脉冲当量）进 行微分（图12中的4X. AY,并 计算出各坐标轴需要移动的脉冲数。 通数控装置的“插补”软 件或“插补”运算器，把要求的轨迹 用以“最小移动单位”为单位的等效 折线进行拟合，并找出最接近理论轨 迹的拟合折线。 数控装置根据拟合折线的轨迹, 给相应的

20、坐标轴连续不断地分配进给脉 冲，并通过伺服驱动使机床坐标轴按分 配的脉冲运动。由上可见：第一，只要数控机床的最小移动量（脉冲当量）足够小，所 用的拟合折线就可以等效代替理论曲线。第二，只要改变坐标轴的脉冲分配方 式，即可以改变拟合折线的形状，从而达到改变加工轨迹的目的。第三，只要 改变分配脉冲的频率，即可改变坐标轴（刀具）的运动速度。这样就实现了数 控机床控制刀具移动轨迹的根本目的。以上根据给定的数学函数，在理想轨迹（轮廓）的已知点之间，通过数 据点的密化，确定一些中间点的方法，称为插补。能同时参与插补的坐标轴数, 称为联动轴数。显然，当数控机床的联动轴数越多，机床加工轮廓的性能就越 强。因此

21、，联动轴的数量是衡量数控机床性能的重要技术指标。1. 2数控机床维修的基本要求数控机床是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、精密测量 技术和机床设计等先进技术的典型机电一体化产品，其控制系统复杂、 价格昂贵，因此它对维修人员的素质、维修资料的准备、维修仪器的使 用等方面提出了比普通机床更高的要求。1.2.1.维修人员的素质要求维修工作开展的好坏（高的效率和好的效果）首先取决于维修人员 的素质。为了迅速、准确判断故障原因，并进行及时、有效的处理，恢 复机床的动作、功能和精度，要求维修人员应具备以下基本素质：（1）工作态度要端正。应有高度的责任心和良好的职业道德。（2）具有较广的知识面。由于数

22、控机床是集机械、电气、 液压.气动等为一体的加工设备，组成机床的各部分之间具有 密切的联系，其中任何一部分发生故障都有可能影响其它部分 的正常工作。而根据故障现象，对故障的真正原因和故障部位 尽快进行判断，是机床维修的第一步，这是维修人员必须具备 的素质，同时如何快速的判断也对维修人员素质提出了很高的 要求。主要有如下方面：掌握或了解计算机原理、电子技术、 电工原理、自动控制与电动机拖动、检测技术、机械传动及机 加工工艺方面的基础知识既要懂电、又要懂机。电包括强电 和弱电；机包括机、液、气。维修人员还必须经过数控技术方 面的专门学习和培训，掌握数字控制、伺服驱动及PLC的工 作原理，懂得NC和

23、PLC编程。此外，维修时为了对某些电 路与零件进行现场测试，作为维修人员还应当具备一定的工程 识图能力。(3) 具有一定的外语基础和专业外语基础。一个高素质 的维修人员，需要能对国内、外多种数控机床进行维修。但国 外数控系统的配套说明书、资料往往使用原文资料，数控系统 的报警文本显示亦以外文居多。为了能迅速根据说明书的所提 供信息与系统的报警提示，确认故障原因，加快维修进程，故 要求具备专业外语的阅读能力，以便分析、处理问题。(4) 善于学习，勤于学习，善于思考。作为数控机床维 修人员不仅要注重分析问题与经验积累，还应当勤于学习，善 于学习，善于思考。国外、国内数控系统种类繁多，而且每种 数控

24、系统的说明书内容通常也很多，包括操作、编程、连接、 安装调试、维护维修、PLC编程等多种书明书。资料内容多, 不勤于学习，不善于学习，很难对各种知识融会贯通。而每台 数控机床，其内部各部分之间的联系紧密，故障涉及面很广， 而且有些现象不一定反映出了故障产生的原因，作为维修人 员，一定要透过故障的表象，通过分析故障产生的过程，针对 各种可能产生的原因，仔细思考分析，迅速找出发生故障的根 本原因并予以排除。应作到“多动脑，慎动手”，切记草率下 结论，盲目更换元器件。(5) 有较强的动手能力和实验技能。数控系统的维修离 不开实际操作，首先要求能熟练的操作机床，而且维修人员要 能进入一般操作者无法进入

25、的特殊操作模式，如：各种机床以 及有些硬件设备自身参数的设定与调整，利用PLC编程器监 控等等。此外，为了判断故障原因，维修过程可能还需要编制 相应的加工程序，对机床进行必要的运行试验与工件的试切 削。其次，还应该能熟练的使用维修所必需的工具、仪器和仪 表。(6) 应养成良好的工作习惯。需要胆大心细，动手必须 要有明确目的、完整的思路、细致的操作。做到如下几点：动手前应仔细思考、观察，找准切入点；动手过程要做好记录，尤 其是对于电器元件的安装位置、导线号、机床参数、调整值等都必须做 好明显的标记，以便恢复；维修完成后，应作好“收尾”工作，如： 将机床、系统的罩壳、紧固件安装到位；将电线、电缆整

26、理整齐等。在系统维修时应特别注意:数控系统的某些模块是需要电池保持 参数的，对于这些电路板和模块切勿随意插拔；更不可以在不了解元器 件作用的情况下，随意调换数控装置、伺服、驱动等部件中的器件、设 定端子；任意调整电位器位置，任意改变设置参数，随意更换数控系统 软件版本，以避免产生更严重的后果。1.2.2.必要的技术资料维修的效果、寻找故障的准确性，也决定于维修人员对系统的熟悉程度 和运用技术资料的熟练程度。所以在平时应认真整理和阅读有关数控系统的重 要技术资料。对于重大的数控机床故障维修，应具备以下技术资料：(1) 数控机床使用说明书它是由机床厂家编制并随机床提供的 资料。觀包括以下与维修有关

27、的内容：主要传以及主要部件的结机床使用的特殊功自=a1操作 雜点及单;部各(2) 数控系统方面的资料 应有数控装置安装、使用(包括编程)、 操作和维修方面的技术说明书，口场通过上述资料，维修人员应掌握CNC原理框图、结构布置、各电路板的作 用，板上发光管指示的意义；通过面板对系统进行各种操作，进行自诊断检测, 检查和修改参数并能作出备份。能熟练地通过报警信息确定故障范围，对系统 供维修的检测点进行测试，充分利用随机的系统诊断功能。(3) PLC的资料 它是根据机床的具体控制要求设计、编制的机床 辅助动作控制软件。PLC程序中包含了机床动作的执行过程，以及执行动 作所需的条件，它表明了指令信号、

28、检测元件与执行元件之间的全部逻辑 关系。另外一些高档的数控系统(如国内的华中数控的华中I型和世纪星系列、国外的FUNAC系统.S：ENS系统中，利用数控系统的显示器可以直接对PLC程序的中间寄存器状态点进行动态监测和观察，它为维修提供了极大的便利,因此，在维修中一定要熟悉掌握这方面的操作和使用技能。如果完整的话，一般包括如下褻：PLC蠹仅用户(4) 伺服单元的资料进给伺服驱动系统和主轴伺服单元的原理、连接、调整和维修方面的技术说明书，其中包括：编程鬻的连接、编程、及PiC的外部连接图。言息ilk要的调整点各伺服单元参数的意义和设置。维修人员应掌握伺服单元的原理，熟悉其连接。能从单元板上故障指示

29、发 光管的状态和显示屏上显示的报警号确定故障范围；测试关键点的波形和状12 1=态，并做出比较；检査和调整伺服参数，对伺服系统进行优化(5) 机床主要配套功能部分的说明书与资料在数控机床上往往 会使用较多功能部件，如：数控转台、自动换刀装置、润滑与冷却系统、 排屑器等。这些功能部件，其生产厂家一般都提供较完整的使用说明书， 机床生产厂家应将其提供给用户，以便功能部件发生故障时进行维修的参 考。(6) 维修记录这是维修人员对机床维修过程的记录与维修的总 结。最理想的情况是：维修人员应对自己所进行的每一步维修情况进行详 细的记录，不管当时的判断是否正确，这样不仅有助于今后进一步维修， 而且有助于维

30、修人员的经验总结与提高。(7) 其他有关元器件方面的技术资料，如数控设备所用的元器 件清单，备件清单以及各种通用的元器件手册。维修人员应熟悉各种常用 的元器件，一旦需要，能够较快地査阅有关元器件的功能、参数及使用型 号，能对一些专用器件生产厂家及订货编号。以上都是在理想情况下应具备的技术资料，但是实际维修时往往难以做 到这一点。因此，在必要时，维修人员应通过现场测绘、平时积累等方法完善、 整理有关技术资料。1.2.3.必要的维修用器具与备件合格的维修工具是进行数控机床维修的必备条件。数控机床是精密设备， 不同的故障，所需要的维修工具亦不尽相同。常用的工具主要有：1. 常用测量仪器、仪表 万用表

31、 数控设备的维修涉及弱电和强电，万用表不但要用于测量电压、 电流、电阻值，还需要用于判断二极管.三极管、晶闸管.电解电容等 元器件的好坏，并测量三极管的放大倍数和电容值。(2) 示波器 用于检测信号的动态波形，如：脉冲编码器、 光栅的输岀波形，伺服驱动、主轴驱动单元的各级输入.输出波 形等；其次还需要用于检测开关电源、显示器的垂直.水平震荡 与扫描电路的波形等。数控机床维修用的示波器通常选用频带宽为lOlOOMHz的双通道示波 器。(3) 数字转速表 转速表用于测量与调整主轴的转速，以 及调整系统及驱动器的参数，可以使编程的理想主轴转速理与实 际主轴转速相符，它是主轴维修与调整的测量工具之一。

32、(4) 相序表 相序表主要用于测量三相电源的相序，它是 进给伺服驱动与主轴驱动维修的必要测量工具之一。(5) 常用的长度测量工具 长度测量工具(如：千分表. 百分表等)用于测量机床移动距离、反向间隙值等。通过测量， 可以大致判断机床的定位精度、重复定位精度.加工精度等。根 据测量值可以调整数控系统的电子齿轮比、反向间隙等主要参数, 以恢复机床精度。是机械部件维修测量的主要检测工具之一。以下为芯片级维修的常用仪器、仪表。(6)PLC编程器 不少数控系统的PLC控制器必须使用专用的编程器才能对其进行编程、调试、监控和检査。如： SIEMENS 的 PG710. PG750. PG865,OMRON

33、 的 GPC01 GPC04. PRO-13PRO27等。这些编程器可以对PLC程序进行编辑和修 改，监视输入和输出状态及定时器、移位寄存器的变化值。在运 行状态下修改定时器和计数器的设定值。可强制内部输出，对定 时器、计数器和位移寄存器进行置位和复位等。有些带图形功能 的编辑器还可显示PLC梯形图。(7) IC测试仪 可用来离线快速测试集成电路的好坏，当 数控系统进行芯片级维修时是必要的仪器。(8) 逻辑分析仪和脉冲信号笔 它是专门用于测量和显示 多路数字信号的测试仪器，通常分为8、16和64个通道，即可同 时显示8个、16个或64个逻辑方波信号。与显示连续波形的通用 示波器不同，逻辑分析仪

34、显示各被测点的逻辑电平，二进制编码 或存储器的内容。2. 常用维修用器具(1) 电烙铁 最常用的焊接工具，一般应采用30W左右的尖头、 带接地保护线的内热式电烙铁，最好使用恒温式电烙铁。(2) 吸锡器 常用的是便携式手动吸锡器，也可采用电动吸锡 器。(3) 扁平集成电路拔放台：防静电SMD片状元件、扁平集成电 路热风拆焊台、可换多种喷嘴。(4) 旋具类规格齐全的一字和十字螺丝刀各一套。旋具宜采 用树脂或塑料手柄为宜。为了进行伺服驱动器的调整与装卸，还应配 备无感螺旋刀与梅花形六角旋具各一套。(5) 钳类工具常用的是平头钳、尖嘴钳、斜口钳、剥线钳、 压线钳、银子。(6) 扳手类：大小活络扳手、各

35、种尺寸的内、外六角扳手各一 套等；(7) 其他：剪刀、刷子、吹尘器、清洗盘、卷尺等。(8) 化学用品松香、纯酒精、清洁触点用喷剂、润滑油等。3. 常用的备件对于数控系统的维修，备品备件是一个必不可少的物质条件。如无备件 可调换，“巧媳妇难为无米之炊”。而且如果维修人员手头上备有一些电路板 的话，将给排除故障带来许多方便，采用电路板交换法通常可以快速判断出一 些疑难故障发生在哪块电路板上。数控系统备件的配制要根据实际情况，通常一些易损的电气元器件如各 种规格的熔断器、保险丝、开关、电刷，还有易出故障的大功率模块和印刷电 路板等，均是应当配备的。1. 3常见故障分类数控机床是一种技术复杂的机电一体

36、化设备，其故障发生的原因一般都 比较复杂，这给故障诊断和排除带来不少困难。为了便于故障分析和处理，本 节按故障发生的部位、故障性质及故障原因等对常见故障作如下分类。1.3.1按数控机床发生故障的部件分类1. 主机故障数控机床的主机部分，主要包括机械、润滑、冷却、排屑、液压、气动与 防护装置。常见的主机故障有：因机械安装、调试及操作使用不当等原因引起 的机械传动故障与导轨副摩擦过大故障。故障表现为传动噪声大,加工精度差, 运行阻力大。例如：传动链的挠性连轴器松动，齿轮、丝杠与轴承缺油，导轨 塞铁调整不当，导轨润滑不良以及系统参数设置不当等原因均可造成以上故 障。尤其应引起重视的是，机床各部位标明

37、的注油点(注油孔)须定时、定量 加注润滑油（脂）,这是机床各传动链正常运行的保证。另外，液压、润滑与 气动系统的故障主要是管路阻塞或密封不良，引起泄漏，造成系统无法正常工 作。2. 电气故障电气故障分弱电故障与强点故障。弱电部分主要指CNC装置、PLC控制器. CRT显示器以及伺服单元、输入/输出装置等电子电路，这部分又有硬件故障 与软件故障之分。硬件故障主要是指上述各装置的印制电路板上的集成电路芯 片、分立元件、接插件以及外部连接组件等发生的故障。常见的软件故障有： 加工程序出错，系统程序和参数的改变或丢失、计算机的运算出错等。强电故 障是指继电器、接触器.开关.熔断器、电源变压器.电磁铁.

38、行程开关等 电器元器件及其所组成的电路故障。这部分的故障十分常见，必须引起足够的 重视。1.3.2按数控机床发生故障的性质分类1. 系统性故障系统性故障，通常是指只要满足一定的条件或超过某一设定的限度，工 作中的数控机床必然会发生的故障。这一类故障现象极为常见。例如：液压系 统的压力值随着液压回路过滤器的阻塞而降到某一设定参数时，必然会发生液 压系统故障报警使系统断电停机；又如：润滑.冷却或液压等系统由于管路泄 漏引起游标下降到使用限值，必然会发生液位报警使机床停机；再如：机床加 工中因切削用量过大达到某一限值是必然会发生过载或超温报警，导致系统迅 速停机。因此，正确的使用与精心维护是杜绝或避

39、免这类系统性故障发生的切 实保障。2. 随机性故障随机性故障，通常是指数控机床在同样的条件下工作时只偶然发生一次 或两次的故障。有的文献上称此为“软故障”。由于此类故障在各种条件相同 的状态下只偶然发生一两次，因此，随机性故障的原因分析与故障诊断较其它 故障困难得多。一般而言，这类故障的发生往往与安装质量、组件排列、参数 设定、元器件品质.操作失误与维护不当，以及工作环境影响等诸因素有关。 例如：接插件与连接组件因疏忽未加锁定，印制电路板上的元器件松动变形或 焊点虚脱，继电器触点、各类开关触头因污染锈蚀以及直流电刷不良等所造成 的接触不可靠等。另外，工作环境温度过高或过低、湿度过大、电源波动与

40、机 械振动、有害粉尘与气体污染等原因均可引发此类偶然性故障。因此，加强数 控系统的维护检査,确保电器箱门的密封，严防工业粉尘及有害气体的侵袭等, 均可避免此类故障的发生。1. 3. 3按数控机床发生故障的有无报警显示分类1. 有报警显示的故障这类故障又可分为硬件报警显示与软件报警显示两种。（1）硬件报警显示的故障 硬件报警显示通常是指各单元 装置上的警示灯（一般由LED发光管或小型指示灯等组成）的指 示。在数控系统中有许多用以指示故障部位的警示灯，如控制操 作面板、位置控制印制线路板.伺服控制单元、主轴单元、电源 单元等部位以及光电阅读机、穿孔机等外设装置上常设有这类警 示灯。一旦数控系统的这

41、些警示灯指示故障状态后，借助相应部 位上的警示灯均可大致分析判断出故障发生的部位与性质，这无 疑给故障分析诊断带来极大方便。因此，维修人员日常维护和排 除故障时应认真检査这些警示灯的状态是否正常。(2)软件报警显示的故障 软件报警显示通常是指CRT显 示屏上显示出来的报警号和报警信息。由于数控系统具有自诊断 功能，一旦检测到故障，即按故障的级别进行处理，同时在CRT 上以报警号形式显示该故障信息。这类报警显示常见的有：存储 器警示.过热警示.伺服系统警示.轴超程警示.程序出错警示. 主轴警示、过载警示以及短路警示等，通常，少则几十种，多则 上千种，这无疑为故障判断和排除提供极大的帮助。上述软件

42、报警有来自NC的报警和来自PLC的报警，前者为数控部分的故 障报警，可通过所显示的报警号，对照维修手册中有关NC故障报警及说明， 来确定可能产生该故障的原因。后者PLC报警显示由PLC的报警信息文本所提 供，大多数属于机床侧的故障报警，可通过所显示的报警号，对照维修手册中 有关PLC故障报警信息.FLC接口说明以及PLC程序等内容.检査PLC有关接 口和内部继电器状态，确定该故障所产生的原因。通常，PLC报警发生的可能 性要比NC报警高得多。2. 无报警显示的故障这类故障发生时无任何硬件或软件的报警显示，因此分析诊断难度较大。 例如：机床通电后，在手动方式或自动方式运行/轴时出现爬行现象，无任

43、何 报警显示。又如机床在自动方式运行时突然停止，而CRT显示器上无任何报警 显示。还有在运行机床某轴时发生异常声响，一般也无报警显示等。一些早期 的数控系统由于自诊断功能不强；尚未釆用PLC控制器，无PLC报警信息文本, 出现无报警显示的故障情况会更多一些。对于无报警显示故障，通常要具体情况具体分析，要根据故障发生的前 后变化状态进行分析判断。例如：上述X轴在运行时出现爬行现象，可首先判 断是数控部分故障还是伺服部分故障。具体做法是：在手摇脉冲进给方式中， 可均匀地旋转手摇脉冲发生器，同时分别观察比较CRT显示器上F轴、Z轴与 /轴进给数字的变化速率。通常，如数控部分正常，三个轴的上述变化速率

44、应 基本相同，从而可确定爬行故障是/轴的伺服部分还是机械传动所造成。有关 伺服系统进一步检査可参阅后续介绍的“交换法”和“隔离法” o 1.3.4按数控机床发生故障的原因分类1. 数控机床自身故障这类故障的发生是由于数控机床自身的原因引起的，与外部使用环境条 件无关。数控机床所发生的极大多数故障均属此类故障，但应区别有些故障并 非机床本身而是外部原因所造成的。2. 数控机床外部故障这类故障是由于外部原因造成的。例如：数控机床的供电电压过低，波 动过大，相序不对或三相电压不平衡；周围的环境温度过高，有害气体.潮气、 粉尘侵入；外来振动和干扰，如电焊机所产生的电火花干扰等均有可能使数控 机床发生故

45、障。还有人为因素所造成的故障，如操作不当，手动进给过快造成 超程报警，自动切削进给过快造成过载报警。又如操作人员不按时按量给机床 机械传动系统加注润滑油，易造成传动噪声或导轨摩擦系数过大，而使工作台 进给超载。据有关资料统计，首次釆用数控机床或由不熟练工人来操作，在使 用第一年内，由于操作不当所造成的外部故障要占三分之一以上。除上述常见故障分类外，还可按故障发生时有无破坏性来分，可分为破 坏性故障和非破坏性故障；按故障发生的部位分，可分为数控装置故障，进给 伺服系统故障.主轴系统故障、刀架、刀库、工作台故障等。1. 4数控机床故障的排除思路和原则1.4.1数控机床故障的排除思路数控系统型号颇多

46、，所产生的故障原因往往比较复杂，这里介绍故障处 理的一种思路，程序大致如下：1.确认故障现象，调查故障现场，充分掌握故障信息。当数控机床发生故障时，维护维修人员进行故障的确认是很有必要的，特 别是操作使用人员不熟悉机床的情况下，尤其重要。不该也不能让非专业人士 随意开动机床，特别是出现故障后的机床，以免故障的进一步扩大。专业维护维修人员对于数控系统出现故障后，也不要急于动手盲目处理，首先要查看故障记录，向操作人员询问故障出现的全过程。在确认通电对系统 无危险的情况下，再通电亲自观察，特别要注意确定一下主要故障信息，包括系统有何异常，CRT显示的报警般漲什么等: I 令?可种工作状态？系J=.

47、否 常之議统于什?无异2. 根据所掌握故障信息，明确故障的复杂程度并列出故障部位的全部疑点。在充分调査现场掌握第一手材料的基础上，把故障问题正确地列出来。俗 话说，能够把问题说清楚，就已经解决了问题的一半。3. 分析故障原因，制定排除故障的方案。分析故障时，维修人员不应局限于CNC部分，而是要对机床强电、机 械、液压、气动等方面都作详细的检査，并进行综合判断，制定出故障排 除的方案，达到快速确诊和高效率排除故障的目的。S，故，i-，和 孫骤 磴只可判第 曙一厶曹 淤气内 乔液以进入藁 期L、故故 曇嚳谱定 曬部引馨障制 心 4. 检测故障，逐级定位故障部位。根据预测的故障原因和预先确定的排除方

48、案，用试验的方法验证，逐级定 位故障部位。最终找出故障的真正发生源。为了准确、安全、快速的定位故障, 应遵循下面几个原则。5. 故障的排除根据故障部位及准确的原因，采用合理的故障排除方法，高效高质量的恢 复故障现场，尽快让机床投入生产。6.解决故障后的资料的整理故障排除后，应迅速恢复机场现场，并做好相关资料的整理，以便提高自 己的业务水平和机床的后续维护和维修。1.4.2故障的排除应遵循的原则在检测故障过程中，应充分利用数控系统的自诊断功能，如系统的开机 诊断、运行诊断、PLC的监控功能。根据需要随时检测有关部分的工作状态和 接口信息。同时还应灵活应用数控系统故障检査的一些行之有效的方法，如交

49、 换法、隔离法等。在本书以后章节中在介绍这些方法。另外，从监测排除故障中还应掌握以下若干原则：1先方案后操作（或先静后动） 维护维修人员碰到机床故 障后，先静下心来，考虑出分析方案再动手。维修人员本身 要做到先静后动，不可盲目动手，应先询问机床操作人员 故障发生的过程及状态，阅读机床说明书、图样资料后， 方可动手査找和处理故障。如果上来就碰这敲那连此断彼, 徒劳的结果也许尚可容忍，但造成现场破坏导致误判或者 引入新的故障导致更大的后果则后患无穷。2先安检后通电确定方案后，对有故障的机床仍要秉着先 静后动的原则，先在机床断电的静止状态，通过观察测试、 分析，确认为非恶性循环性故障，或非破坏性故障

50、后，方 可给机床通电，在运行工况下，进行动态的观察、检验和 测试，査找故障。然而对恶性的破坏性故障，必须先排除 危险后，方可通电，在运行工况下进行动态诊断。3 先软件后硬件 当发生故障的机床通电后,应先检查软件 的工作是否仍正常。有些可能是软件的参数丢失或者是操 作人员使用方式、操作方法不对而造成的报警或故障。切 忌一上来就大拆大卸，一直造成更大的后果。4. 先外部后内部数控机床是机械、液压、电气一体化的机 床，故其故障的发射管内必然要从机械、液压、电气这三 者综合反映出來。数控机床的检修要求维修人员掌握先外 部后内部的原则。即当数控机床发生故障后，维修人员应 先采用望、闻、听、问等方法，由外

51、向内逐一进行检査。 比如：数控机床中，外部的行程开关、按钮开关、液压气 动元件以及印制电路板插头座、边缘接插件与外部或相互 之间的连接部位、电控柜插座或端子排这些机电设备之间 的连接部位，因其接触不良造成信号传递失灵，是产生数 控机床故障的重要因素。此外，由于工业环境中，温度、 湿度变化较大，油污或粉尘对元件及线路板的污染，机械 的振动等,对于信号传送通道的接插件都将产生严重影响。 在检修中重视这些因素，首先检査这些部位就可以迅速排 除较多的故障。另外，尽量避免随意地启封、拆卸，不适 当的大拆大卸，往往会扩大故障，使机床大伤元气，丧失 精度，降低性能。5. 先机械后电气 由于数控机床是一种自动

52、化程度高、技术 较复杂的先进机械加工设备。一般来讲，机械故障较易察 觉，而数控系统故障的诊断则难度要大些。先机械后电气 就是在数控机床的检修中，首先检査机械部分是否正常， 行程开关是否灵活，气动、液压部分是否正常等。从经验 看来，数控机床的故障中有很大部分是由机械动作失灵引 起的。所以，在故障检修之前，首先逐一排除机械性的故 障，往往可以达到事半功倍的效果。6. 先公用后专用 公用性的问题往往影响全局,而专用性的 问题只影响局部。如机床的几个进给轴都不能运动，这时 应先检査和排除各轴公用的CNC、PLC、电源、液压等公用 部分的故障，然后再设法排除某轴的局部问题。又如电网 或主电源故障是全局性

53、的，因此一般应首先检査电源部分, 看看保险丝时候正常，直流电压输出是否正常。总之，只有先解决影响一大片的主要矛盾，局部的，次要的矛盾才 有可能迎刃而解。7. 先简单后复杂当出现多种故障相互交织掩盖、一时无从 下手时，应先解决容易的问题，后解决难度较大的问题。 常常在解决简单故障的过程中，难度大的问题也可能变得 容易，或者在排除简易故障时受到启发，对复杂故障的认 识更为清晰，从而也有了解决办法。&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。例如：当数控 车床Z轴回零不准时，常常是由于降速档块位置走动所造 成。一旦出现这一故障，应先检査该档块位置，在排除

54、这 一常见的可能性之后，再检査脉冲编码器、位置控制等环 节。总之，在数控机床出现故障后，视故障的难易程度，以及故障是否属于常 见性故障，合理的采用不同的分析问题和解决问题的方法。仁5维修的基本步骤1,5.1 故障记录数控机床发生故障时，操作人员应首先停止机床，保护现场，然后对故 障进行尽可能详细的记录，并及时通知维修人员。故障的记录可为维修人员排 除故障提供第一手材料。记录内容应包括下述几个方面：第1页生否r広象手、 如DI式式 ,MD話生发盘应障刀则故及味所竽式式亠 的的，与烟系 录W、时GL入畫 碗音障IN输回焉口 怖故声故/S据LEMWTO数LNDME故障力。故 J件 故奏AU动他TOm

55、T 雾W渡口pi标否?坐鑫时示面:H sans断 ？11111在？发高加类 繁葉報？录夏动螂障一:电为同查V軸不否書现，机下否床机俐 tttssi 1 Alm M 晞瞬 瞬2.3.4.度了、 速。iI的，Ii坐、，转M障主故，。？塞善工工醤；L I 議T豪故蹩床畫PF二 & Lt-t Ju TL- 务U二 Tnn一生在轉B51 、河 n:lw,ta:生的喳J故期机？况Mlmr 与發生“躺 W?1AS 纹 的障需期裁录蠻备？外数 的o 围等.th有况蔓的的一 和现动證奮 寵机在MD棗手菁生 伤有直是存 环部 周有 鬣？ 生时周围是否有强烈的振动源 Sw生时，系统是否受到阳光的直 雛故懿生肘血电气

56、柜内是否有切削 故翳濟I EJn 三X螢企直否超过了系统、焊換机或电加工机床等蟲电或电加工机床等强电觴数控1.5.2维修前的检査维修人员在故障维修前，应根据故障现象与故障记录，认真对照系统与 机床使用说明书进行各项检査，以便确认故障的原因。这些检査包括： 1. 机床的工作状况检査调整状况如何？机床工作条件是合要求？切-丄合要求?竇?111竝?是理？2.正确?情况检査。?锁3.?誥輪给与系统可连扌况的检査n4.兀CNC装置的外有:污物？阅读?件的木5风柔热否统、驱瓦改嘈调整过 正常加工状态谕 主状态?澤 理春统上的“急 蔣断？自动开 持按钮欝蠶椚是 否有破损，电缆拐弯处是否 ?言号线布置是否合理

57、？电缆连 接地线的1114 關呻是否装 wg总之，维修时应记录、检查的原始数据、状态越多，记录越详细，维修 就越方便。用户最好根据本厂的实际情况，编制一份故障维修记录表，在系统 出现故障时，操作者可以根据表的要求及时填入各种原始材料，供维修时参考。1.5.3 CNC故障自诊断大型的CNC、PLC装置都配有故障诊断系统，可以由各种开关、传感器 等把油位、温度、油压、电流、速度等状态信息，设置成数百个报警提示，诊 断指示出发生故障的部位。所以要首先利用自诊断提示进行故障处理。自诊断 程序主要包括启动自诊断、在线诊断、离线诊断等。所谓诊断程序就是对数控 机床各部分包括CNC系统本身进行状态或故障监测

58、的软件，当机床出现故障 时，可利用该诊断程序诊断出故障源范围及其具体位置。诊断程序一般分为三 套：即启动诊断、在线诊断和离线诊断。1.启动自诊断（初始化诊断启动自诊断是指数控系统通电时，由系统内部诊断程序自动执行的诊断, 它类似于计算机的开机诊断。启动自诊断可以对系统中的关键硬件，如:CPU、存储器、I/O接口单元、 CRT/MDI单元、纸带阅读机、软驱等装置或外部设备进行自动检査；确定数控 设备的安装、连接状态与性能；部分系统还能对某些重要的芯片，如：RAM、 ROM、专用LSI等进行诊断。数控系统的自诊断在开机时进行，只有当全部项目都被确认无误后，才 能进入正常运行准备状态，即CRT显示进

59、入正常运行的基本画面（一般为位置 显示画面）。如果检査出有错，机床则不再转入正常运行过程，而是转成报警 过程，通过CRT或硬件（发光二极管）显示报警信息或报警号。诊断的时间决 定于数控系统，一般只需数十秒钟，但有的采用硬盘驱动器的驱动系统则需要 几分钟，如SINUMER1K840C系统因要调用硬盘中的文件，时间要略长一些。上 述启动诊断有些可将故障原因定位到电路板或模块上，有些甚至可定位到芯片 上，如指出哪块EPROM出了故障，但不少情况仅将故障原因定位在某一范围内， 维修人员需要通过维修手册中所指出的有关数控可能造成的原因及相应排除 方法中找到真正的故障原因并加以排除。在对数控系统进行维修时

60、，维修人员应了解该系统的自诊断能力，所能 检査的内容及范围，做到心中有数。在遇到级别较高的故障报警时，可以关机, 重新开机，让系统在进行启动自诊断，检査数控系统这些关键部分是否正常。 下面举例介绍开机自诊断在排除系统故障中的应用。例：由意大利F90钻床改制的大型数控导轨钻床，采用FUNAC-6M系统。 每次系统通电，进行开机诊断时，CRT上出现“SYSTEM ERROR 908”，系统不 能进入正常工作状态。分析诊断：908号报警为磁泡驱动器软件奇偶校验错故障。现对磁泡存储 器重新进行初始化。然而，故障仍存在。将备用BMU磁泡存储器存储板调上， 调前先将备板的坏环信息记下。以便对其进行初始化时

61、输入新的坏环信息。调 上备板并进行初始化后，故障仍然存在。可见，故障原因不在BMU板上。后从 故障记录上发现，该机在频繁出现908号报警时，曾在CRT上偶尔出现过一次 081号ROM故障报警，因此，可调ROM或ROM版的方法来排除故障疑点。故障排除：将备用ROM电路板与原ROM版调换。调换之后故障消除。维修实例表明，开机自诊断可保证所检测重要部件的可靠性，一旦发生 故障，马上禁止运行。同时，为维修人员迅速排除一些疑难故障提供帮助。然 而，目前一些数控系统的自诊断上存在局限性，不可能将全部故障原因，准确 定位到一个具体的模块上。因此，维修人员要思路开阔，不放过任意故障疑点, 注意排除，最终找出故

62、障真正原因。2.在线诊断(后台诊断)CNC机床的在线诊断是指CNC系统通过系统的内装程序，在系统处于 正常运行状态时，对CNC系统内部的各种状态外以及与CNC装置相连的机 床各执行部件进行自动诊断检査。在线诊断包括CNC系统内部设置的自诊断 功能和用户单独设计的对加工过程状态的监测与诊断系统，都是在机床正常运 行过程中，监视其运行状态的。只要系统不断电，在线诊断就-直进行而不停 止。另外，在线诊断是采用监控的方式来提示报警的，所以也叫在线监控。 可分为CNC内部程序监控与通过外部设备监控两种诊断形式。CNC内部自诊断监控是通过系统内部程序，对各部分状态进行自动诊断、 监视和检査的一种方法。在线监控范围包括CNC本身以及与CNC相连的伺 服单元.伺服、主轴伺服单元.主轴.外部设备等。在线监控在系统工作过程 中始终生效。数控系统内部程序监控包括接口信号显示、内部状态显示和故障显示三 方面。(1)接口信号显示它可以显示CNC和PLC、CNC和机床之间的全部接口信号的现行状态。指示数字输入/输出信号的 通断情况，帮助分析故障。维修时，必须了解上述各信号所代表的意义，以及信号产生.撤销应具备 的各种条件，才能进行相应检查。数控系统生产厂家所提供的“功能说明书”、 “连接说明书”以及机床生产厂家提供的“机床电气原理图”是进行以上状态 检查的技术指南。(2) 内部状态显示