1、CNC第八章第八章 数控机床的故障诊断数控机床的故障诊断CNC第一节第一节 概述概述1.故障的基本概念故障的基本概念 故障故障数控机床全部或部分丧失原有的功能。数控机床全部或部分丧失原有的功能。故障诊断故障诊断在数控机床运行中，根据设备的在数控机床运行中，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。提出有效的维修手段，查明故障的部位和原因。提出有效的维修对策。对策。CNC第八章第八章 数控机床的故障诊断数控机床的故障诊断CNC 2.故
2、障的分类故障的分类 1）从故障的起因分类）从故障的起因分类 关联性故障关联性故障和系统的设计、结构或性能等和系统的设计、结构或性能等缺陷有关而造成（分固有性和随机性）。缺陷有关而造成（分固有性和随机性）。非关联性故障非关联性故障和系统本身结构与制造无关和系统本身结构与制造无关的故障。的故障。2）从故障发生的状态分类）从故障发生的状态分类 突然故障突然故障发生前无故障征兆，使用不当。发生前无故障征兆，使用不当。渐变故障渐变故障发生前有故障征兆，逐渐严重。发生前有故障征兆，逐渐严重。CNC第八章第八章 数控机床的故障诊断数控机床的故障诊断CNC 3）按故障发生的性质分类）按故障发生的性质分类 软件
3、故障软件故障程序编制错误、参数设置程序编制错误、参数设置不正确、机床操作失误等引起。不正确、机床操作失误等引起。硬件故障硬件故障电子元器件、润滑系统、电子元器件、润滑系统、限位机构、换刀系统、机床本体等硬件损限位机构、换刀系统、机床本体等硬件损坏造成。坏造成。干扰故障干扰故障由于系统工艺、线路设计、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电源地线配置不当等以及工作环境的恶劣变化而产生。变化而产生。CNC第八章第八章 数控机床的故障诊断数控机床的故障诊断CNC 4）按故障的严重程度分类）按故障的严重程度分类 危险性故障危险性故障数控系统发生故障数控系统发生故障时，机床安全保护
4、系统在需要动作时，时，机床安全保护系统在需要动作时，因故障失去保护动作，造成人身或设因故障失去保护动作，造成人身或设备事故。备事故。安全性故障安全性故障机床安全保护系统机床安全保护系统在不需要动作时发生动作，引起机床在不需要动作时发生动作，引起机床不能起动。不能起动。CNC第八章第八章 数控机床的故障诊断数控机床的故障诊断CNC 3.数控系统的可靠性数控系统的可靠性 数控机床除了具有高精度、高效率和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。高技术的要求外，还应该具有高可靠性。衡量的指标有：衡量的指标有：MTBF平均无故障时间平均无故障时间 MTTR排除故障的修理时间排
5、除故障的修理时间 平均有效度平均有效度A：A=MTBF/（MTBF+MTTR）CNC第八章第八章 数控机床的故障诊断数控机床的故障诊断CNC数控设备使用寿命数控设备使用寿命故障频率曲线故障频率曲线 CNC第八章第八章 数控机床的故障诊断数控机床的故障诊断CNC 4.数控机床维修的特点数控机床维修的特点 1）数控机床是高投入、高精度、高效）数控机床是高投入、高精度、高效率的自动化设备；率的自动化设备；2）一些重要设备处于关键的岗位和工）一些重要设备处于关键的岗位和工序，因故障停机时，影响产量和质量；序，因故障停机时，影响产量和质量；3）数控机床在电气控制系统和机械结）数控机床在电气控制系统和机械
6、结构比普通机床复杂，故障检测和诊断有一构比普通机床复杂，故障检测和诊断有一定的难度。定的难度。CNC第八章第八章 数控机床的故障诊断数控机床的故障诊断CNC第二节第二节 数控机床常用的故障诊断方法数控机床常用的故障诊断方法一、诊断步骤和要求一、诊断步骤和要求 故障检测（确定有否故障）故障检测（确定有否故障）故障诊断故障诊断 故障判断（确定故障性质）故障判断（确定故障性质）故障定位（确定故障部位）故障定位（确定故障部位）故障诊断要求：故障诊断要求：故障检测方法简便有效故障检测方法简便有效 使用的诊断仪器少而实用使用的诊断仪器少而实用 故障诊断的所需的时间尽可能短故障诊断的所需的时间尽可能短CNC
7、第八章第八章 数控机床的故障诊断数控机床的故障诊断CNC1.直观法（望闻问切）直观法（望闻问切）问问机床的故障现象、加工状况等机床的故障现象、加工状况等 看看CRT报警信息、报警指示灯、熔丝断否、报警信息、报警指示灯、熔丝断否、元器件烟熏烧焦、电容器膨胀变形、开裂、保元器件烟熏烧焦、电容器膨胀变形、开裂、保护器脱扣、触点火花等护器脱扣、触点火花等 听听异常声响（铁芯、欠压、振动等）异常声响（铁芯、欠压、振动等）闻闻电气元件焦糊味及其它异味电气元件焦糊味及其它异味 摸摸发热、振动、接触不良等发热、振动、接触不良等CNC第八章第八章 数控机床的故障诊断数控机床的故障诊断CNC2.CNC系统的自诊断
8、功能系统的自诊断功能 开机自诊断开机自诊断系统内部自诊断程序通电后动执行系统内部自诊断程序通电后动执行对对CPU、存储器、总线和、存储器、总线和I/O等模块及功能板、等模块及功能板、CRT、软盘等外围设备进行功能测试，确定主要、软盘等外围设备进行功能测试，确定主要硬件能正常工作。硬件能正常工作。例例 运行中的故障信息提示运行中的故障信息提示发生故障在发生故障在CRT上报警上报警信息，查阅维修手册确定故障原因及排除方法。信息，查阅维修手册确定故障原因及排除方法。（不唯一，信息丰富则准确）（不唯一，信息丰富则准确）CNC第八章第八章 数控机床的故障诊断数控机床的故障诊断CNCFANUC 10TE系
9、统的数控机床，开机系统的数控机床，开机后后CRT显示：显示：FS107E 1399BROM TEST：ENDRAM TEST 未通过测试未通过测试故障可能：参数丢失、支持电池失效故障可能：参数丢失、支持电池失效或接触不良等或接触不良等CNC第八章第八章 数控机床的故障诊断数控机床的故障诊断CNC3.数据和状态检查数据和状态检查CNC系统的自诊断不但能在系统的自诊断不但能在CRT上显示故上显示故障报警信息，而且还能以多页障报警信息，而且还能以多页“诊断地址诊断地址”和和“诊断数据诊断数据”的形式提供机床参数和状态的形式提供机床参数和状态信息信息 接口检查接口检查 参数检查参数检查CNC第八章第八
10、章 数控机床的故障诊断数控机床的故障诊断CNC 接口检查接口检查系统与机床、系统与系统与机床、系统与PLC、机床与、机床与PLC的输入的输入/输出信号，接口诊断功能可将所有输出信号，接口诊断功能可将所有开关量信号的状态显示在开关量信号的状态显示在 CRT上，上，“1”表示通，表示通，“0”表示断。表示断。利用状态显示可以检查数控系统是否将信号输利用状态显示可以检查数控系统是否将信号输出到机床侧，机床侧的开关信号是否已输入到出到机床侧，机床侧的开关信号是否已输入到系统，从而确定故障是在机床测还是在系统侧。系统，从而确定故障是在机床测还是在系统侧。例：例：NCP400L数控车床接口状态数控车床接口
11、状态CNC第八章第八章 数控机床的故障诊断数控机床的故障诊断CNC接口检查接口检查CNC第八章第八章 数控机床的故障诊断数控机床的故障诊断CNC38C0H 0 0 1 1 0 0 1 0CNC第八章第八章 数控机床的故障诊断数控机床的故障诊断CNC 参数检查参数检查数控机床的机床参数是经一系列的试验和数控机床的机床参数是经一系列的试验和调整而获得的重要参数，是机床正常运行调整而获得的重要参数，是机床正常运行的保证。包括有增益、加速度、轮廓监控的保证。包括有增益、加速度、轮廓监控及各种补偿值等。当机床长期闲置不用或及各种补偿值等。当机床长期闲置不用或受到外部干扰会使数据丢失或发生数据混受到外部干
12、扰会使数据丢失或发生数据混乱，机床将不能正常工作。乱，机床将不能正常工作。可调出机床参数进行检查、修改或传送。可调出机床参数进行检查、修改或传送。CNC第八章第八章 数控机床的故障诊断数控机床的故障诊断CNC4.报警指示灯显示故障报警指示灯显示故障除除CRT软报警外，还有许多软报警外，还有许多“硬件硬件”报警指报警指示灯，分布在电源、主轴驱动、伺服驱动示灯，分布在电源、主轴驱动、伺服驱动I/O装置上，由此可判断故障的原因。装置上，由此可判断故障的原因。5.备板置换法（替代法）备板置换法（替代法）用同功能的备用板替换被怀疑有故障的模用同功能的备用板替换被怀疑有故障的模板。（故障被排除或范围缩小）
13、板。（故障被排除或范围缩小）注意：断电状态下注意：断电状态下/选择开关选择开关/跨线一致跨线一致CNC第八章第八章 数控机床的故障诊断数控机床的故障诊断CNC6、将功能相同的模板或单元相互交换，、将功能相同的模板或单元相互交换，观察故障的转移情况，就能快速判断故障观察故障的转移情况，就能快速判断故障的部位。的部位。系统X驱动Y驱动X电机Y电机CNC第八章第八章 数控机床的故障诊断数控机床的故障诊断CNC7、敲击法、敲击法 数控系统是由各种电路板组成，电路板上、数控系统是由各种电路板组成，电路板上、接插件等处有虚焊或接口槽接触不良都会接插件等处有虚焊或接口槽接触不良都会引起故障。可用绝缘物轻轻敲
14、打疑点处，引起故障。可用绝缘物轻轻敲打疑点处，若出现，则敲击处很可能就是故障部位。若出现，则敲击处很可能就是故障部位。8、升温法、升温法 设备运行较长时间或环境温度较高时，机设备运行较长时间或环境温度较高时，机床就会出现故障，可用电吹风、红外灯照床就会出现故障，可用电吹风、红外灯照射可疑的元件或组件。确定故障点。射可疑的元件或组件。确定故障点。CNC第八章第八章 数控机床的故障诊断数控机床的故障诊断CNC9.9.功能程序测试法功能程序测试法 当数控机床加工造成废品而无法确定是编当数控机床加工造成废品而无法确定是编程、操作不当还是数控系统故障时，或是程、操作不当还是数控系统故障时，或是闲置时间较
15、长的数控机床重新投入使用时。闲置时间较长的数控机床重新投入使用时。将将G G、M M、S S、T T、F F功能的全部指令编写一个功能的全部指令编写一个试验程序并运行在这台机床，可快速判断试验程序并运行在这台机床，可快速判断哪个功能不良或丧失。哪个功能不良或丧失。CNC第八章第八章 数控机床的故障诊断数控机床的故障诊断CNC10、隔离法、隔离法 隔离法是将某些控制回路断开，从而达隔离法是将某些控制回路断开，从而达到缩小查找故障区域的目的。到缩小查找故障区域的目的。例：某加工中心，在例：某加工中心，在JOG方式下，进给平方式下，进给平稳，但自动则不正常。首先要确定是稳，但自动则不正常。首先要确定
16、是NC故故障还是伺服系统故障，先断开伺服速度给障还是伺服系统故障，先断开伺服速度给定信号，用电池电压作信号，故障依旧。定信号，用电池电压作信号，故障依旧。说明说明NC系统没有问题。进一步检查是系统没有问题。进一步检查是Y轴轴夹紧装置出故障。夹紧装置出故障。CNC第八章第八章 数控机床的故障诊断数控机床的故障诊断CNC11、测量比较法、测量比较法 为了检测方便，在模板或单元上设有检测为了检测方便，在模板或单元上设有检测端子，用万用表、示波器等仪器对这些端端子，用万用表、示波器等仪器对这些端子的电平或波形进行测试，将测试值与正子的电平或波形进行测试，将测试值与正常值进行比较，可以分析和判断故障的原
17、常值进行比较，可以分析和判断故障的原因和及故障的部位。因和及故障的部位。各种故障诊断方法各有特点，要根据故障各种故障诊断方法各有特点，要根据故障现象的特点灵活的组合应用。现象的特点灵活的组合应用。CNC第八章第八章 数控机床的故障诊断数控机床的故障诊断CNC第三节第三节 人工智能（人工智能（AI）在故障诊断中的应用）在故障诊断中的应用一、专家系统的一般概念一、专家系统的一般概念 经过经过20多年的努力，专家系统的应用范畴已遍多年的努力，专家系统的应用范畴已遍及各个领域，如疾病诊断、探矿、设计、制造、及各个领域，如疾病诊断、探矿、设计、制造、自动控制生产过程监视等，并取得了极大的经济自动控制生产
18、过程监视等，并取得了极大的经济效益。目前，专家系统仍处于发展之中，并面临效益。目前，专家系统仍处于发展之中，并面临着许多问题和困难，主要有以下几个问题：着许多问题和困难，主要有以下几个问题：1）知识获取困难，特别是经验性知（启发式知识）知识获取困难，特别是经验性知（启发式知识）更难获取。更难获取。2）对人的形象思维难以模拟。）对人的形象思维难以模拟。3）知识领域狭窄）知识领域狭窄CNC第八章第八章 数控机床的故障诊断数控机床的故障诊断CNC二、数控机床诊断的专家系统二、数控机床诊断的专家系统 从数控机床故障诊断的内容看，故障诊断专家系从数控机床故障诊断的内容看，故障诊断专家系统具体可以用于以下
19、三个方面：统具体可以用于以下三个方面：故障监测故障监测 故障分析故障分析 决策处理决策处理 数据库数据库 知识库知识库 知识库的管理知识库的管理 人机接口系统人机接口系统 推理机制推理机制 解释系统解释系统 控制部分控制部分 CNC第八章第八章 数控机床的故障诊断数控机床的故障诊断CNC一个完整的故障诊断专家系统应是图所示的结构一个完整的故障诊断专家系统应是图所示的结构CNC第八章第八章 数控机床的故障诊断数控机床的故障诊断CNC三、人工神经元网络在故障诊断中应用三、人工神经元网络在故障诊断中应用 人工神经元网络简称神经网络，是人们对人人工神经元网络简称神经网络，是人们对人脑思维研究的基础上，
20、用数学方法将其简化、抽脑思维研究的基础上，用数学方法将其简化、抽象并模拟，能反映人们基本功能特性的一种并行象并模拟，能反映人们基本功能特性的一种并行分布处理连接网络模型。神经元网络处理信息的分布处理连接网络模型。神经元网络处理信息的思想方法同传统的冯思想方法同传统的冯诺曼计算机所用的的思维方诺曼计算机所用的的思维方法是完全不同的。法是完全不同的。神经元网络每一个神经元都是一个信息处理神经元网络每一个神经元都是一个信息处理单元，它可根据接收到的信息独立运算，然后把单元，它可根据接收到的信息独立运算，然后把结果传输出去，这是一个并行处理。神经元做运结果传输出去，这是一个并行处理。神经元做运算的规则通常是根据物理学、神经物理学、心理算的规则通常是根据物理学、神经物理学、心理学的定理或规则。学的定理或规则。
