1、 出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编1 第十章第十章 数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修 10.1 10.1 概述概述10.1.110.1.1故障的分类故障的分类根据机床部件、故障性质以及故障原因等对常见故障做如下分类。根据机床部件、故障性质以及故障原因等对常见故障做如下分类。1按数控机床发生故障的部件分类按数控机床发生故障的部件分类1）主机故障）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、数控机床的主机部分，主要包括机械、润滑、冷却、排屑、液压、气动与防护等装置。常见的主机故障有：因机械安装、调试、实际操作气动与防护等装置
2、。常见的主机故障有：因机械安装、调试、实际操作使用不当等引起的机械传动故障以及导轨运动摩擦过大故障。使用不当等引起的机械传动故障以及导轨运动摩擦过大故障。2）电气故障）电气故障分弱电故障和强电故障。弱电部分主要指分弱电故障和强电故障。弱电部分主要指CNC装置、装置、PLC控制器、控制器、CRT显示器以及伺服单元、输入显示器以及伺服单元、输入/输出装置等电路，这部分又有硬件故障输出装置等电路，这部分又有硬件故障与软件故障之分。与软件故障之分。出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编22按数控机床发生的故障的性质分类按数控机床发生的故障的性质分类1）系统故障）系统故
3、障通常是指只要满足一定的条件或超过某一设定的限度，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故障。这类故障经常见。工作中的数控机床必然会发生故障。这类故障经常见。2）随机性故障）随机性故障通常是指数控机床在同样条件下工作时只偶然发生一通常是指数控机床在同样条件下工作时只偶然发生一次或两次的故障。有的文献上称为次或两次的故障。有的文献上称为“软故障软故障，由于此类故，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和故障诊断较其他故障困难得多性故障的原因分析和故障诊断较其他故障困难得多
4、出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编33按报警发生后有无报警显示分类按报警发生后有无报警显示分类1）有报警显示的故障）有报警显示的故障这类故障可分为硬件报警显示与软件报警显示两种。这类故障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，通常是指各单元装置的警）硬件报警显示的故障，通常是指各单元装置的警示灯（一般由示灯（一般由LED发光管或小型指示灯组成）的指示。在发光管或小型指示灯组成）的指示。在数控系统中有许多用于指示故障部位的警示灯。数控系统中有许多用于指示故障部位的警示灯。2）软件报警显示故障，通常是指在）软件报警显示故障，通常是指在C
5、RT上显示出来的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，同时在检测到故障，即按故障的级别进行处理，同时在CRT上以上以报警号形式显示该故障信息。报警号形式显示该故障信息。出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编42）无报警显示的故障）无报警显示的故障 这类故障发生时无任何软件和硬件的报警显示，这类故障发生时无任何软件和硬件的报警显示，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时或自动方
6、式运行时X轴出现爬行，无任何报警显示。又如轴出现爬行，无任何报警显示。又如机床在自动方式运行时突然停止，而在机床在自动方式运行时突然停止，而在CRT上又无任何报上又无任何报警显示，还有在运行机床某轴时发出异常声响，一般也无警显示，还有在运行机床某轴时发出异常声响，一般也无故障报警显示等。故障报警显示等。对于无报警显示故障，通常要具体情况具体分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。析，要根据故障发生的前后变化状态进行分析判断。出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编54按故障发生的原因分类按故障发生的原因分类1）数控
7、机床自身故障）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，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。数控机床所发生的绝大多数故与外部使用环境条件无关。数控机床所发生的绝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。部原因所造成的。2）数控机床外部故障）数控机床外部故障这类故障是由外部原因造成的。例如，数控机床的供这类故障是由外部原因造成的。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；周电电压过低，波动过大，相序不对或三相电压不平衡；周围环境温度过高，
8、有害气体、潮气、粉尘侵入；外来振动围环境温度过高，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障。还有人为因素所造成的故障，如操作不当，机床发生故障。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，自动进给过快造成过载报警。手动进给过快造成超程报警，自动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，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，而使工作台进给电易造成传动噪声或导轨摩擦系数过大，而使工作台进给电机过
9、载。机过载。出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编610.1.2故障的诊断原则故障的诊断原则 10.1.2故障的诊断原则故障的诊断原则1先外部后内部先外部后内部2先机械后电气先机械后电气3先静后动先静后动4先公用后专用先公用后专用5先简单后复杂先简单后复杂6先一般后特殊先一般后特殊 出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编710.1.3故障的诊断步骤故障的诊断步骤对故障进行确认，在此过程中应注意以下的故障信息：对故障进行确认，在此过程中应注意以下的故障信息：1.故障发生时报警号和报警提示是什么故障发生时报警号和报警提示是什么?哪
10、些指示灯和发光管指哪些指示灯和发光管指示了什么报警示了什么报警?2.如无报警，系统处于何种状态如无报警，系统处于何种状态?系统的工作方式诊断结果（如系统的工作方式诊断结果（如FANUC-0C系统的系统的DGN700、701、712号诊断内容）是什么号诊断内容）是什么?3.故障发生在哪一个程序段故障发生在哪一个程序段?执行何种指令执行何种指令?故障发生前进行了何故障发生前进行了何种操作种操作?4.故障发生在何种速度下故障发生在何种速度下?轴处于什么位置轴处于什么位置?与指令的误差量有多与指令的误差量有多大大?5.以前是否发生过类似故障以前是否发生过类似故障?现场有无异常现象现场有无异常现象?故障
11、是否重复发故障是否重复发生生?6.有无其他偶然因素，如突然停电，外线电压波动较大，某部位有无其他偶然因素，如突然停电，外线电压波动较大，某部位进水等进水等 出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编810.1.4故障的诊断方法故障的诊断方法1观察检查法观察检查法2PLC程序法程序法3接口信号法接口信号法4试探交换法试探交换法 出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编910.2 利用利用PLC进行数控机床的故障检测进行数控机床的故障检测10.2.1与与PLC有关的故障的特点有关的故障的特点与与PLC有关的故障首先确认有关的故障首先确认
12、PLC的运行状态的运行状态在在PLC正常运行情况下，分析与正常运行情况下，分析与PLC相关的故障时，相关的故障时，应先定位不正常的输出结果应先定位不正常的输出结果大多数有关大多数有关PLC的故障是外围接口信号故障，的故障是外围接口信号故障，PLC在数控系统的执行有它自身的诊断程序，当程序存储错在数控系统的执行有它自身的诊断程序，当程序存储错误、硬件错误都会发出相应的报警硬件故障多于软件故误、硬件错误都会发出相应的报警硬件故障多于软件故障。障。出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编1010.2.2与与PLC有关故障检测的思路和方法有关故障检测的思路和方法1根据故
13、障号诊断故障根据故障号诊断故障数控机床的数控机床的PLC程序属于机床厂家的二次开发，程序属于机床厂家的二次开发，即厂家根据机床的功能和特点，编制相应的动作顺即厂家根据机床的功能和特点，编制相应的动作顺序以及报警文本，对控制过程进行监控，当出现异序以及报警文本，对控制过程进行监控，当出现异常情况，会发出相应报警。我们在维修过程中，要常情况，会发出相应报警。我们在维修过程中，要充分利用这些信息。充分利用这些信息。2根据动作顺序诊断故障根据动作顺序诊断故障数控机床上刀具及托盘等装置的自动交换动作数控机床上刀具及托盘等装置的自动交换动作都是按照一定的顺序来完成的，因此，观察机械装都是按照一定的顺序来完
14、成的，因此，观察机械装置的运动过程，比较正常和故障时的情况，就可发置的运动过程，比较正常和故障时的情况，就可发现疑点，诊断出故障的原因。现疑点，诊断出故障的原因。出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编111根据故障号诊断故障根据故障号诊断故障 数控机床的数控机床的PLC程序属于机床厂家的二次开发，即程序属于机床厂家的二次开发，即厂家根据机床的功能和特点，编制相应的动作顺序以及报警厂家根据机床的功能和特点，编制相应的动作顺序以及报警文本，对控制过程进行监控，当出现异常情况，会发出相应文本，对控制过程进行监控，当出现异常情况，会发出相应报警。我们在维修过程中，要充
15、分利用这些信息。报警。我们在维修过程中，要充分利用这些信息。2根据动作顺序诊断故障根据动作顺序诊断故障 数控机床上刀具及托盘等装置的自动交换动作都是数控机床上刀具及托盘等装置的自动交换动作都是按照一定的顺序来完成的，因此，观察机械装置的运动过程，按照一定的顺序来完成的，因此，观察机械装置的运动过程，比较正常和故障时的情况，就可发现疑点，诊断出故障的原比较正常和故障时的情况，就可发现疑点，诊断出故障的原因。因。出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编123根据控制对象的工作原理诊断故障根据控制对象的工作原理诊断故障 数控机床的数控机床的PLC程序是按照控制对象的工
16、作原理来设计的，程序是按照控制对象的工作原理来设计的，通过对控制对象的工作原理的分析，结合通过对控制对象的工作原理的分析，结合PLC的的I/O状态来检查。状态来检查。4根据根据PLC的的I/O状态诊断状态诊断 数控机床中，输入数控机床中，输入/输出信号的传递一般都要通过输出信号的传递一般都要通过PLC接口来接口来实现，因此，许多故障都会在实现，因此，许多故障都会在PLC的的I/O接口这个通道反映出来。数控机接口这个通道反映出来。数控机床的这个特点为故障诊断提供了方便，不用万用表就可以知道信号的状床的这个特点为故障诊断提供了方便，不用万用表就可以知道信号的状态，但要熟悉有关控制对象的正常状态和故
17、障状态。态，但要熟悉有关控制对象的正常状态和故障状态。5通过梯形图诊断故障通过梯形图诊断故障 根据根据PLC的梯形图来分析和诊断故障是解决数控机床外围故的梯形图来分析和诊断故障是解决数控机床外围故障的基本方法，用这种方法诊断机床故障首先应搞清机床的工作原理、障的基本方法，用这种方法诊断机床故障首先应搞清机床的工作原理、动作顺序和连锁关系，然后利用系统的自诊断功能或通过机外编程器，动作顺序和连锁关系，然后利用系统的自诊断功能或通过机外编程器，根据根据PLC梯形图查看相关的输入梯形图查看相关的输入/输出及标志位的状态，从而确定故障原输出及标志位的状态，从而确定故障原因。因。出版社 理工分社机电设备
18、管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编136动态跟踪梯形图诊断故障动态跟踪梯形图诊断故障 有些数控系统带有梯形图监控功能，调出梯形图画面，可以看到输有些数控系统带有梯形图监控功能，调出梯形图画面，可以看到输入输出点的状态，梯形图执行的动态过程有的需要利用机外编程器，在线状态入输出点的状态，梯形图执行的动态过程有的需要利用机外编程器，在线状态下监控程序的运行。当有些下监控程序的运行。当有些PLC发生故障时，因过程变化快，查看发生故障时，因过程变化快，查看I/O及标志无及标志无法跟踪，此时需要通过法跟踪，此时需要通过PLC动态跟踪，实时观察动态跟踪，实时观察I/O及标志位状态的瞬问变化，
19、及标志位状态的瞬问变化，根据根据PLC的动作原理做出诊断。的动作原理做出诊断。要做好用要做好用PLC对数控机床故障检测要注意以下几点：对数控机床故障检测要注意以下几点：1）机床各组成部分检测开关的安装位置，如加工中心的刀库、机械手和回）机床各组成部分检测开关的安装位置，如加工中心的刀库、机械手和回转工作台，数控车床的旋转刀架和尾架，机床的气、液压系统中的限位开关、接转工作台，数控车床的旋转刀架和尾架，机床的气、液压系统中的限位开关、接近开关和压力开关等，弄清检测开关作为近开关和压力开关等，弄清检测开关作为PLC输入信号的标志；输入信号的标志；2）执行机构的动作顺序，如液压缸、汽缸的电磁换向阀等
20、，弄清对应的）执行机构的动作顺序，如液压缸、汽缸的电磁换向阀等，弄清对应的PLC输出信号标志；输出信号标志；3）各种条件标志，如启动、停止、限位、夹紧和放松等标志信号；借助必）各种条件标志，如启动、停止、限位、夹紧和放松等标志信号；借助必要的诊断功能，必要时用编程器跟踪梯形图的动态变化，搞清故障原因，根据机要的诊断功能，必要时用编程器跟踪梯形图的动态变化，搞清故障原因，根据机床的工作原理做出诊断。床的工作原理做出诊断。出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编1410.3系统的故障诊断及维修技术10.3.1系统维修的基础1对维修人员素质的要求对维修人员素质的要求1
21、）专业知识面广，掌握或了解计算机原理、电子技术、电工原）专业知识面广，掌握或了解计算机原理、电子技术、电工原理、自动控制与电力拖动、检测技术、机械传动及机加工工艺方面的理、自动控制与电力拖动、检测技术、机械传动及机加工工艺方面的基础知识。基础知识。2）具有专业英语的阅读能力。）具有专业英语的阅读能力。3）勤于学习，善于分析。）勤于学习，善于分析。4）具有较强的动手能力和实践技能。）具有较强的动手能力和实践技能。2必要的技术资料和技术准备必要的技术资料和技术准备维修人员应在平时认真整理和阅读有关数控系统的重要技术资料。维修人员应在平时认真整理和阅读有关数控系统的重要技术资料。维修工作做得好坏，排
22、除故障的速度快慢，主要决定于维修人员对系维修工作做得好坏，排除故障的速度快慢，主要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。统的熟悉程度和运用技术资料的熟练程度。出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编151）数控装置部分：应有数控装置安装、使用（包括）数控装置部分：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，其中包括数控装编程）、操作和维修方面的技术说明书，其中包括数控装置操作面板布置及其操作，装置内各电路板的技术要点及置操作面板布置及其操作，装置内各电路板的技术要点及其外部连接图，系统参数的意义及其设定方法，装置的自其外部连
23、接图，系统参数的意义及其设定方法，装置的自诊断功能和报警清单，装置的接口分配及其含义等。诊断功能和报警清单，装置的接口分配及其含义等。2）PLC装置部分：应有装置部分：应有PLC装置及其编程器的连接、装置及其编程器的连接、编程、操作方面的技术说明书，还应包括编程、操作方面的技术说明书，还应包括PLC用户程序清用户程序清单或梯形图、单或梯形图、I/O地址及意义清单，报警文本以及地址及意义清单，报警文本以及PLC的的外部连接图。维修人员应熟悉外部连接图。维修人员应熟悉PLC编程语言，能看懂用户编程语言，能看懂用户程序或梯形图，会操作程序或梯形图，会操作PLC编程器，通过编程器或编程器，通过编程器或
24、CNC操作面板（对内装式操作面板（对内装式PLC）对）对PLC进行监控，有时还需要进行监控，有时还需要对对PLC程序进行某些修改。还应熟练通过程序进行某些修改。还应熟练通过PLC报警号检查报警号检查PLC有关的程序和有关的程序和I/O连接电路，确定故障原因。连接电路，确定故障原因。出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编163）伺服单元：应有进给和主轴伺服单元原理、连接、）伺服单元：应有进给和主轴伺服单元原理、连接、调整和维修方面的技术说明书，其中包括伺服单元的电气调整和维修方面的技术说明书，其中包括伺服单元的电气原理框图和连接图，主要故障的报警显示，重要的调整
25、点原理框图和连接图，主要故障的报警显示，重要的调整点和测试点，伺服单元参数的意义和设置。和测试点，伺服单元参数的意义和设置。4）机床部分：应有机床安装、使用、操作和维修方）机床部分：应有机床安装、使用、操作和维修方面的技术说明书，其中包括机床的操作面板布置和操作，面的技术说明书，其中包括机床的操作面板布置和操作，机床电气原理图、布置图及连线图。机床电气原理图、布置图及连线图。此外，要做好数据和程序的备份十分重要，除了系统此外，要做好数据和程序的备份十分重要，除了系统参数、参数、PLC程序、程序、PLC报警文本，还有机床必须使用的宏报警文本，还有机床必须使用的宏指令程序、典型的零件程序、系统的功
26、能检查程序。对于指令程序、典型的零件程序、系统的功能检查程序。对于一些装有硬盘驱动器的数控系统，应有硬盘的备份，并且一些装有硬盘驱动器的数控系统，应有硬盘的备份，并且能对数控系统进行输入和输出的操作。能对数控系统进行输入和输出的操作。出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编1710.3.3系统的硬件及维修系统的硬件及维修10.3.3系统的硬件及维修系统的硬件及维修硬件故障检查过程因故障类型而异，以下所述方法无先后次序之分，硬件故障检查过程因故障类型而异，以下所述方法无先后次序之分，可穿插进行，综合分析，逐个排除。可穿插进行，综合分析，逐个排除。1常规检查常规检查
27、1）外观检查）外观检查2）连接电缆、连接线检查）连接电缆、连接线检查3）连接端及接插件检查。）连接端及接插件检查。恶劣环境下工作的元器件检查恶劣环境下工作的元器件检查针对故障有关部位，检查在恶劣环境下工作的元器件。这些元器件针对故障有关部位，检查在恶劣环境下工作的元器件。这些元器件容易受容易受4）受潮、受振动、粘灰尘或油污而失效或老化。）受潮、受振动、粘灰尘或油污而失效或老化。5）易损部位的元器件检查）易损部位的元器件检查6）元器件易损部位应按规定定期检查。）元器件易损部位应按规定定期检查。7）定期保养的部件及元器件的检查）定期保养的部件及元器件的检查8）电源电压检查）电源电压检查 出版社 理
28、工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编182故障现象分析法故障现象分析法故障分析是寻找故障的特征。最好组织机械、电子技术人员及操作者会故障分析是寻找故障的特征。最好组织机械、电子技术人员及操作者会诊，捕捉出现故障时机器的异常现象，分析产品检验结果及仪器记诊，捕捉出现故障时机器的异常现象，分析产品检验结果及仪器记录的内容，必要（会出现故障发生时刻的现象）和可能（设备还可录的内容，必要（会出现故障发生时刻的现象）和可能（设备还可以运行到这种故障再现而无危险）时可以让故障再现，经过分析可以运行到这种故障再现而无危险）时可以让故障再现，经过分析可能找到故障规律和线索。能找到故障
29、规律和线索。3面板显示与指示灯显示分析法面板显示与指示灯显示分析法数控机床控制系统多配有面板显示器、指示灯。面板显示器可把大部分数控机床控制系统多配有面板显示器、指示灯。面板显示器可把大部分被监控的故障识别结果以报警的方式给出。对于各个具体的故障，被监控的故障识别结果以报警的方式给出。对于各个具体的故障，系统有固定的报警号和文字显示给予提示。特别是彩色系统有固定的报警号和文字显示给予提示。特别是彩色CRT的广泛的广泛使用及反衬显示的应用使故障报警更为醒目。出现故障后，系统会使用及反衬显示的应用使故障报警更为醒目。出现故障后，系统会根据故障情况、故障类型，提示或者同时中断运行而停机。对于加根据故
30、障情况、故障类型，提示或者同时中断运行而停机。对于加工中心运行中出现的故障，必要时，系统会自动停止加工过程，等工中心运行中出现的故障，必要时，系统会自动停止加工过程，等待处理。待处理。出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编194系统分析法系统分析法判断系统存在故障的部位时，可对控制系统方框图中的各判断系统存在故障的部位时，可对控制系统方框图中的各方框单独考虑。根据每一方框的功能，将方框划分为一个个方框单独考虑。根据每一方框的功能，将方框划分为一个个独立的单元。独立的单元。5信号追踪法信号追踪法信号追踪法是指按照控制系统方框图从前往后或从后向前信号追踪法是指按照
31、控制系统方框图从前往后或从后向前地检查有关信号的有无、性质、大小及不同运行方式的状态，地检查有关信号的有无、性质、大小及不同运行方式的状态，与正常情况比较，看有什么差异或是否符合逻辑。如果线路与正常情况比较，看有什么差异或是否符合逻辑。如果线路中由各元件中由各元件“串联串联”组成，则出现故障时组成，则出现故障时“串联串联”的所有元的所有元件和连接线都值得怀疑。在较长的件和连接线都值得怀疑。在较长的“串联串联”电路中，适宜的电路中，适宜的做法是将电路分成两半，从中间开始向两个方向追踪，直到做法是将电路分成两半，从中间开始向两个方向追踪，直到找到有问题的元件（单元）为止。两个相同的路线，可以对找到
32、有问题的元件（单元）为止。两个相同的路线，可以对它们部分地交换试验。它们部分地交换试验。出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编206静态测量法静态测量法静态测量法主要使用万用表测量元器件的在线电阻及晶体静态测量法主要使用万用表测量元器件的在线电阻及晶体管上的管上的PN结电压；用晶体管测试仪检查集成电路块等元件的结电压；用晶体管测试仪检查集成电路块等元件的好坏。好坏。7动态测量法动态测量法动态测量法是通过直观检查和静态测量后，根据电路原理动态测量法是通过直观检查和静态测量后，根据电路原理图印制电路板上加上必要的交直流电压、同步电压和输入信图印制电路板上加上必要的
33、交直流电压、同步电压和输入信号，然后用万用表、示波器等对电路板的输出电压、电流及号，然后用万用表、示波器等对电路板的输出电压、电流及波形等全面诊断并排除故障。动态测量法有：电压测量法、波形等全面诊断并排除故障。动态测量法有：电压测量法、电流测量法及信号注入及波形观察法。电流测量法及信号注入及波形观察法。出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编2110.4 伺服系统的故障及维修技术伺服系统的故障及维修技术10.4.1伺服系统的工作原理伺服系统的工作原理 出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编2210.4.2进给伺服的故障及诊断进给
34、伺服的故障及诊断1进给伺服的故障形式进给伺服的故障形式伺服系统出现故障，通常有三种表现形式：一是在伺服系统出现故障，通常有三种表现形式：一是在CRT或操作面板上显示报警内容或报警信息；二是进给伺或操作面板上显示报警内容或报警信息；二是进给伺服驱动单元上用报警灯或数码管显示驱动单元的故障；三服驱动单元上用报警灯或数码管显示驱动单元的故障；三是运动不正常，但无任何报警。对于第一、第二种形式，是运动不正常，但无任何报警。对于第一、第二种形式，因为有些报警的含义比较明确，可根据相应的系统说明书因为有些报警的含义比较明确，可根据相应的系统说明书进行检查。第三种形式，就要综合分析伺服系统的各个环进行检查。
35、第三种形式，就要综合分析伺服系统的各个环节可能造成这种现象的原因，再逐步检查、排除直至查到节可能造成这种现象的原因，再逐步检查、排除直至查到真正的原因，或优化各种因素直至恢复正常。真正的原因，或优化各种因素直至恢复正常。出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编23进给伺服的常见故障有：进给伺服的常见故障有：1）超程）超程2）过载）过载3）窜动）窜动4）爬行）爬行5）振动）振动6）伺服电机不转）伺服电机不转7）位置误差）位置误差8）漂移）漂移9）回基准点故障）回基准点故障 出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编242故障的维修方法
36、故障的维修方法1）模块交换法）模块交换法2）外界参考电压法）外界参考电压法3）满足三个使能条件，电机才能工作）满足三个使能条件，电机才能工作3伺服电机维护伺服电机维护1）直流伺服电机的维护主要指的是对电机电刷、换向器、测）直流伺服电机的维护主要指的是对电机电刷、换向器、测速电机电枢等定期检查和维护。数控铣床、加工中心、数控车床的速电机电枢等定期检查和维护。数控铣床、加工中心、数控车床的直流伺服电机每年检查一次；频繁加、减速的机床（如冲床等）中直流伺服电机每年检查一次；频繁加、减速的机床（如冲床等）中的直流伺服电机应每两个月检查一次。的直流伺服电机应每两个月检查一次。2）交流伺服电机不存在电刷的
37、维护问题，所以称之为免维护）交流伺服电机不存在电刷的维护问题，所以称之为免维护电机，它的磁极是转子，定子与三相交流感应电机的电枢绕组一样，电机，它的磁极是转子，定子与三相交流感应电机的电枢绕组一样，电机的检测元件有：转子位置检测元件和脉冲编码器。转子位置检电机的检测元件有：转子位置检测元件和脉冲编码器。转子位置检测元件一般是霍尔元件或具有相位检测的光电脉冲编码器，由于伺测元件一般是霍尔元件或具有相位检测的光电脉冲编码器，由于伺服系统通过转子位置信号来控制电机定子绕组的开关组件，所以检服系统通过转子位置信号来控制电机定子绕组的开关组件，所以检测元件的松动错位以及元件故障都会造成伺服电机无法工作；
38、脉冲测元件的松动错位以及元件故障都会造成伺服电机无法工作；脉冲编码器，作为速度和位置检测元件为系统提供反馈信号。编码器，作为速度和位置检测元件为系统提供反馈信号。出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编25交流伺服电机常见的故障有：交流伺服电机常见的故障有：（1）接线故障。由于接线不当，在使用一段）接线故障。由于接线不当，在使用一段时间后就可能出现故障，主要为插座接线脱焊、时间后就可能出现故障，主要为插座接线脱焊、端子接线松动引起接触不良。端子接线松动引起接触不良。（2）转子位置检测元件故障。检测元件故障）转子位置检测元件故障。检测元件故障会造成电动机的失控、进
39、给有振动，由于转子位会造成电动机的失控、进给有振动，由于转子位置检测元件的位置安装要求比较严格，所以应由置检测元件的位置安装要求比较严格，所以应由专业人员进行调整设定。专业人员进行调整设定。(3)电磁制动故障。带电磁制动的伺服电机，电磁制动故障。带电磁制动的伺服电机，当制动器出现故障时出现得电不松开、失电不制当制动器出现故障时出现得电不松开、失电不制动的情况。动的情况。出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编263）交流电机故障判断方法。）交流电机故障判断方法。(1)电阻测量电阻测量(2)电机检查电机检查4）进给系统的故障诊断。）进给系统的故障诊断。不同厂家、不
40、同系统系列的伺服系统的结构及信号连接有很不同厂家、不同系统系列的伺服系统的结构及信号连接有很大差别。前面章节介绍了大差别。前面章节介绍了FANUC及及SIEMENS两种伺服系统的结构和连接两种伺服系统的结构和连接以及故障诊断，总的来说对于伺服系统的故障诊断，应以区分内因和外以及故障诊断，总的来说对于伺服系统的故障诊断，应以区分内因和外因为前提。因为前提。对于外因，我们必须明白系统正常工作所应满足的条件、控对于外因，我们必须明白系统正常工作所应满足的条件、控制信号的时序关系等制信号的时序关系等.随着数字化、集成化的进一步提高，用户对元件级随着数字化、集成化的进一步提高，用户对元件级维修将越来越难
41、，我们应把学习的重点放在调整和诊断技术上。维修将越来越难，我们应把学习的重点放在调整和诊断技术上。由于伺服系统大都具有模块化结构，所以可采用模块更换法由于伺服系统大都具有模块化结构，所以可采用模块更换法进行故障诊断。进行故障诊断。出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编2710.4.3主轴伺服的故障及诊断主轴伺服的故障及诊断常见的主轴单元的故障有：常见的主轴单元的故障有：1.主轴不转主轴不转可能的原因：机械故障，如机械负载过大，主轴系统外部信号未满可能的原因：机械故障，如机械负载过大，主轴系统外部信号未满足，如主轴使能信号、主轴指令信号（可通过电路图和梯形图检查
42、与这足，如主轴使能信号、主轴指令信号（可通过电路图和梯形图检查与这些信号有关的接口和连接），主轴单元或主轴电机故障。些信号有关的接口和连接），主轴单元或主轴电机故障。2.电动机转速异常或转速不稳定，可能的原因电动机转速异常或转速不稳定，可能的原因速度指令不正常，测速反馈不稳定或故障，过负载，主轴单元或电速度指令不正常，测速反馈不稳定或故障，过负载，主轴单元或电机故障。机故障。3.外界干扰外界干扰由于受电磁干扰，屏蔽或接地不良，主轴转速指令或反馈受到干扰，由于受电磁干扰，屏蔽或接地不良，主轴转速指令或反馈受到干扰，使主轴驱动出现随机或无规律的波动。判断的方法是：当主轴转速为零使主轴驱动出现随机或
43、无规律的波动。判断的方法是：当主轴转速为零时，主轴仍往复转动，调整零速平衡和漂移补偿也不能消除。时，主轴仍往复转动，调整零速平衡和漂移补偿也不能消除。出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编28 出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编296.主轴定位抖动主轴定位抖动主轴准停用于刀具交换，精镗退刀及齿轮变挡。有主轴准停用于刀具交换，精镗退刀及齿轮变挡。有三种实现形式：三种实现形式：1)机械准停控制。由带机械准停控制。由带V形槽的定位盘和定位用的液形槽的定位盘和定位用的液压缸配合动作。压缸配合动作。2)磁性传感器的电气准停控制。发磁
44、体装在主轴的磁性传感器的电气准停控制。发磁体装在主轴的后端，磁传感器装在主轴箱上，其安装位置决定了主轴后端，磁传感器装在主轴箱上，其安装位置决定了主轴准停点，发磁体和磁传感器之间的间隙为（准停点，发磁体和磁传感器之间的间隙为（1.50.5）mm。3)编码器型的准停控制。通过主轴电机内置或在主编码器型的准停控制。通过主轴电机内置或在主轴上直接安装一个光电编码器来实现准停控制，准停角轴上直接安装一个光电编码器来实现准停控制，准停角可任意设定。可任意设定。上述的过程要经过减速的过程，如减速或增上述的过程要经过减速的过程，如减速或增益等参数设置不当，均可引起定位抖动。另外，定位开益等参数设置不当，均可
45、引起定位抖动。另外，定位开关、发磁体及磁传感器的故障或设置不当也可能引起定关、发磁体及磁传感器的故障或设置不当也可能引起定位抖动。位抖动。出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编3010.5 检测装置的故障及诊断检测装置的故障及诊断10.5.1检测元件工作原理（直线光栅测量装置）检测元件工作原理（直线光栅测量装置）1光栅尺的结构光栅尺是在玻璃或金属基体上均匀地刻画很多等节距的条纹而制成的。它的制作工艺是在一块长形玻璃上用真空镀膜的方法镀上一层不透光的金属膜，在涂上一层均匀的感光材料，然后用照相腐蚀法制成等节距的透光和不透光相间的条纹，这些线纹与运动方向垂直，线纹
46、间距离为栅距。光栅尺由定尺（标尺光栅）和扫描头（指示光栅）组成（如图10-3所示）。出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编31 出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编32 出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编332）EXE信号处理信号处理如图如图10-4，脉冲整形插值器（，脉冲整形插值器（EXE的作用是将光栅尺或编码器输出的增的作用是将光栅尺或编码器输出的增量信号量信号Ie1、Ie2和和Ie0进行放大、整形、倍频和报警处理，输出至进行放大、整形、倍频和报警处理，输出至CNC进行位置控制。进行
47、位置控制。EXE由基本电路和细分电路组成。由基本电路和细分电路组成。基本电路印制电路板内含通道放大器、整形电路、驱动和报警电路等，基本电路印制电路板内含通道放大器、整形电路、驱动和报警电路等，细分电路作为一种任选功能单独制成一块线路板，两板通过细分电路作为一种任选功能单独制成一块线路板，两板通过J3连接连接器连接。器连接。通道放大器通道放大器当光栅检测产生正弦波电流信号当光栅检测产生正弦波电流信号Ie1、Ie2和和Ie0后，经通道放大器，输出后，经通道放大器，输出一定幅值的一定幅值的正弦电流电压。正弦电流电压。整形电路整形电路 出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振
48、成主编34 出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编35 出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编3610.5.2位置检测元件的维护位置检测元件的维护1光栅尺的维护光栅尺的维护防污防污防振防振2光电脉冲编码器的维护光电脉冲编码器的维护防振和防污防振和防污连接问题连接问题连接问题分为联接松动和连接调整不当，编码器的连接方式有内装式和外装式，连接问题分为联接松动和连接调整不当，编码器的连接方式有内装式和外装式，内装式，与伺服电机同轴安装，如西门子内装式，与伺服电机同轴安装，如西门子1FT5、1FT6伺服电机上的伺服电机上的ROD320
49、编码器，外装式安装于传动链的末端，当传动链较长时，这种安编码器，外装式安装于传动链的末端，当传动链较长时，这种安装方式可以减小传动链累积误差对位置检测精度的影响。由于连接松动，装方式可以减小传动链累积误差对位置检测精度的影响。由于连接松动，往往会影响位置控制精度。另外，在有些交流伺服电机内装式编码器除了往往会影响位置控制精度。另外，在有些交流伺服电机内装式编码器除了位置检测外，还同时具有测速和交流伺服电机转子位置检测作用，因此编位置检测外，还同时具有测速和交流伺服电机转子位置检测作用，因此编码器连接松动还会引起进给运动的不稳定，影响交流伺服电动机的换向控码器连接松动还会引起进给运动的不稳定，影
50、响交流伺服电动机的换向控制，从而引起机床的振动。另外在编码器通过皮带与传动连接，传动皮带制，从而引起机床的振动。另外在编码器通过皮带与传动连接，传动皮带调整过紧，给编码器轴承施加力过大，容易损坏编码器。调整过紧，给编码器轴承施加力过大，容易损坏编码器。出版社 理工分社机电设备管理与维修机电设备管理与维修王振成主编王振成主编37复习思考题 1诊断数控系统的故障应遵照哪些原则诊断数控系统的故障应遵照哪些原则?2列举进行数控系统故障诊断的一般步骤。列举进行数控系统故障诊断的一般步骤。3写出与写出与PLC有关的数控系统故障的特点。有关的数控系统故障的特点。4常用常用PLC故障的诊断方法有哪些故障的诊断
