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1、浅谈数控机床的故障分析及清除措施目录 摘要正文一、数控机床简介二、数控机床的维护三、数控机床故障诊断及处理的基本原则四、一般故障的分析方法五、主要机械部件故障诊断六、液压传动系统故障诊断七、数控系统故障诊断八、数控机床机械结构故障分析与清除措施九、 数控机床电气系统故障与分析十、直流伺服系统的故障诊断(分析)与清除措施十一、可编程控制器模块的故障诊断与清除措施十二、故障分析图与清除措施十三、HN-100T数控车床系统参考图致谢数机床典型故障分析与清除措施 摘要 数控机床是一种技术含量很高的自动化机床，它集机、电、仪于一体，综合的了计算机技术、自动化技术、伺服驱动、精密测量和精密机械等各个领域的
2、新技术成果。随着数控车床、数控机床、加工中心等数控加工产品用量的剧增，培养一大批能够熟练掌握现代数控机床编程、操作和维修的应用型人才的日益迫切。不同的数控机床其数控系统虽然在结构和性能上有所区别，但在故障诊断分析上却有一定的共性，正是在此基础上对数控机床典型故障进行维修。本设计共计五部分内容，包括数控机床简单介绍，数控机床出现机械结构故障、电气系统故障、伺服系统故障、可编程控制器模块故障时的现象描述，故障可能产生原因的理论分析。故障诊断与维修是本设计的重点。故障分析 故障清除 本设计是为了能够让维修人员更加快速准确的查出机械故障原因并排除机械故障而进行论文写作的。当前,高度发达的制造业和先进的
3、制造技术已经成为衡量一个国家综合经济实力和技术水平的重要标志之一,成为一个国家在激烈的国际市场上获胜的关键因素.如今,中国已成为制造业大国,但还不是制造业强国我们要从制造业大国走向制造业强国,必须大力发展以数控技术为主的先进制造技术,提高计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)的技术水一、数控机床简介数控机床是一种典型的机电一体化产品，能实现机械加工的高速度，高精度和高自动化，代表了机床的发展方向。数控机床是一个装有程序控制系统的机床，其主要组成部分有机床本体，数控装置和伺服系统三部分。 二、数控机床的维护1.使用数控机床的要求使用数控机床时必须满足以下几点要求。1)对使用人员的要求 一名合格的
4、数控机床操作人员必须具有相关的机、电、液专业知识，要有熟练的操作技巧，快速理解程序的能力；还应具有对一般性故障的判断与处理技能。2)数控机床对环境的要求 数控机床的安装位置应远离振源，避免阳光直射和热辐射，要远离潮湿和气流的影响。3)对电源的要求 数控机床对电源电压有较高要求，电源电压波动必须在允许范围内(一般为电压额定值的85 110 o6)，并保持相对稳定。4)严格按机床说明书规定使用机床 使用数控机床时，不允许随意改变制造厂设定的控制系统参数，不允许随意提高液压系统的压力及更换机床附件等。2. 对机床数控系统的维护，除按说明书规定执行外，还应注意以下几个方面。1)严格遵守操作规程和日常维
5、护制度。2)确保数控柜电气柜的散热系统正常工作。3)定期检查和更换伺服电机的电刷。4)定期更换系统后备电池。5)尽量少开数控柜和强电柜门。6)长期闲置的系统应定时给系统通电，定时进行空运行。三、数控机床故障诊断及处理的基本原则 数控机床的大部分故障都以综合故障形式出现，判断与处理原则如下。1.调查故障现场机床故障发生后，维修人员首先要向操作者了解机床在什么情况下出现故障，故障现象如何，操作者采取了什么措施。再仔细观察数控装置的工作寄存冲工作寄存器中尚存的工作内容，了解已执行的程序内容及自诊断显示的报警内容，然后按数控系统的复位键，观察系统经清除复位后故障报警是否消失，如果消失，多属于软件故障，
6、否则是硬件故障。对于非破坏性故障，有条件时可再现故障，观察现象，以验证分析是否正确。2.分析可能造成故障的因素数控机床出现的同一故障现象，其原因是多种多样的，有可能是由于机械、电气及控制系统等造成的。要准确地判断故障出现的环节和造成故障的原因，必须罗列所有相关的因素。例如，行程开关工作不正常时，其影响因素可能有以下几个方面：1)机械运动不到位，开关未压下；2)机械结构不合理，开关松动或挡块太短；3)开关自身质量有问题；4)开关选型不当；5)防护措施不好，开关内进了杂物，使动作失常。3.确定产生故障的原因由于造成故障的因素很多，因此维修人员必须利用该机床的技术档案，凭借现场操作经验、判断能力和掌
7、握的机、电、液等综合专业技术知识，通过必要的测试手段，最后判别可能产生故障的原因，最后通过必要的试验，逐一寻找、确定故障源。使用数控机床时必须满足以下几点要求。1)对使用人员的要求 一名合格的数控机床操作人员必须具有相关的机、电、液专业知识，要有熟练的操作技巧，快速理解程序的能力；还应具有对一般性故障的判断与处理技能。2)数控机床对环境的要求 数控机床的安装位置应远离振源，避免阳光直射和热辐射，要远离潮湿和气流的影响。3)对电源的要求 数控机床对电源电压有较高要求，电源电压波动必须在允许范围内(一般为电压额定值的85 110 o6)，并保持相对稳定。4)严格按机床说明书规定使用机床 使用数控机
8、床时，不允许随意改变制造厂设定的控制系统参数，不允许随意提高液压系统的压力及更换机床附件等。2 对机床数控系统的维护，除按说明书规定执行外，还应注意以下几个方面。1)严格遵守操作规程和日常维护制度。2)确保数控柜电气柜的散热系统正常工作。3)定期检查和更换伺服电机的电刷。4)定期更换系统后备电池。5)尽量少开数控柜和强电柜门。6)长期闲置的系统应定时给系统通电，定时进行空运行。四、一般故障的分析方法1.机械故障诊断方法简易诊断技术：问、看、听、摸、嗅精密诊断技术：温度监测振动监测噪声监测油液分析裂纹监测2.故障诊断原则先外部后内部外部的行程开关、按钮开关、液压气动元件、印刷电路板间的连接部位，
9、接触不良，是产生数控机床故障的重要因素尽量避免随意地启封、拆卸，以避免扩大故障，降低机床性能先机械后电气机械故障容易察觉大部分故障是机械部件失灵造成的先静后动不盲目动手了解故障发生的过程及状态查阅说明书、系统资料先在机床断电的静止状态，观察、分析确认无恶性故障或破坏性故障，方可给机床通电，进行动态观察、检验和测试恶性故障或破坏性故障先排除故障才通电诊断先公用后专用如CNC、PLC、电源、液压等公用部分先简单后复杂先一般后特殊3.故障诊断方法观察检查法直观检查法预检查电源检查熔丝熔断熔丝不断，输出无电压电源输出电压不准开关电源发出重复的“滴嗒”响声接地检查与插头、连接电缆检查机床数据检查功能程序
10、测试法PLC程序法修改状态识别法接口信号法试探交换法五、主要机械部件故障诊断1.主轴部件：是影响机床加工精度的主要部件回转精度影响工件的加工精度功率与回转速度影响加工效率自动变速、准停和换刀等影响机床的自动化程序常见故障加工精度达不到要求机床在运输过程中受到冲击安装不牢固、安装精度低或有变化切削振动大主轴箱和床身连接螺丝钉松动轴承预紧力不够、游隙过大轴承预紧螺母松动，使主轴窜动轴承拉毛或损坏主轴与箱体超差其他因素如果是车床则可能是转塔刀架运动部件松动或压力不够而未卡紧2.主轴部件常见故障常见故障主轴箱噪声大主轴部件动平衡不好齿轮啮合间隙不均匀或严重损伤轴承损坏或传动轴弯曲传动带长度不一或过松齿
11、轮精度差润滑不良齿轮和轴承损坏变挡压力过大，齿轮受冲击产生破损变档机构损坏或固定销脱落轴承预紧力过大或无润滑3.主轴部件常见故障常见故障主轴无变速电气变档信号是否输出压力是否足够变档液压缸研损或卡死变档电磁阀卡死变档液压缸拨叉脱落变档液压缸窜油或内泄变档复合开关失灵主轴不转动主轴转动指令是否输出保护开关没有压合或失灵卡盘未夹紧工件变挡复合开关损坏变档电磁阀体内泄漏4.主轴部件常见故障常见故障主轴发热主轴轴承预紧力过大轴承研伤或损坏润滑油脏或有杂质液压变速时齿轮推不到位主轴箱内拨叉磨损5.滚珠丝杠副常见故障滚珠丝杠在运转中转矩过大二滑板配合压板过紧或研损滚珠丝杠螺母反向器坏，滚珠丝杠卡死或轴端螺
12、母预紧力过大丝杠研损伺服电动机与滚珠丝杠联接不同轴无润滑油超程开关失灵造成机械故障伺服电动机过热报警丝杠螺母润滑不良分油器是否分油油管是否堵塞滚珠丝杠副噪声滚珠丝杠轴承压盖压合不良滚珠丝杠润滑不良滚珠破损电动机与滚珠丝杠联轴器松动6.刀架、刀库及换刀装置故障诊断转塔刀架没有抬起动作控制系统是否有T指令输出信号抬起电磁铁断线或抬起阀杆卡死压力不够抬起液压缸研损或密封损坏与转塔抬起联接的机械部分研损转塔转位速度缓慢或不转位是否有转位信号输出转位电磁阀断线或阀杆卡死压力不够转位速度节流阀是否卡死凸轮轴压盖过紧抬起液压缸体与转塔平面产生摩擦、研损安装附具不配套7.刀架、刀库及换刀装置故障诊断转塔转位时
13、碰牙抬起速度或抬起延时时间短转塔不正位转位盘上的撞块与选位开关松动，使转塔到位时传输信号超期或滞后上下联接盘与中心轴花键间隙过大产生位移偏差大，落下时易碰牙顶，引起不到位转位凸轮与转位盘间隙过大凸轮在轴上窜动转位凸轮轴的轴向预紧力过大或有机械干涉转塔转位不停两计数开关不同时计数或复置开关损坏转塔上的24V电源断线8.刀架、刀库及换刀装置故障诊断转塔刀重复定位精度差液压夹紧力不足上下牙盘受冲击，定位松动上下牙盘间有污物或滚针脱落在牙盘中间转塔落下夹紧时有机械干涉（如夹铁屑）夹紧液压缸拉毛或研损转塔座落在二层滑板之上，由于压板和楔铁配合不牢产生运动偏大刀具不能夹紧风泵气压不足增压漏气刀具卡紧液压缸
14、漏油刀具松卡弹簧上的螺丝母松动刀具夹紧后不能松开松锁刀的弹簧压力过紧刀套不能夹紧刀具检查刀套上的调节螺母9.刀架、刀库及换刀装置故障诊断机械手换刀速度过快气压太高或节流阀开口过大换刀时找不到刀刀位编码用组合行程开关、接近开关等元件损坏、接触不好或灵敏度降低六、液压传动系统故障诊断液压泵发热、油温过高液压泵工作压力超载吸油管和系统回油管距离太近油箱油量不足摩擦引起机械损失，泄漏引起容积损失压力过高尾座顶不紧或不运动液压缸活塞拉毛或研损密封圈损坏液压阀断线或卡死套筒研损导轨润滑不良分油器堵塞油管破裂或渗漏没有气体动力源油路堵塞滚珠丝杠润滑不良分油管是否分油油管是否堵塞作业：试分析滚珠丝杠副反向误差
15、大故障产生的原因及排除方法。七、数控系统故障诊断1故障分类有报警显示的故障硬件报警显示的故障:各单元装置上的报警灯软件报警显示故障:CRT显示器上显示出来的报警信息、来自NC的报警和来自PLC的报警存储器报警过热报警伺服系统报警轴超程报警程序出错报警主轴报警过载报警断线报警无报警显示的故障无任何硬件或软件的报警显示,分析难度较大2故障诊断技术故障自诊断技术是数控系统一项十分重要的技术，它的强弱是评价系统性能的一项重要指标，应熟悉和运用系统的自诊断功能CNC系统的诊断方法：1)启动诊断：从通电开始至进入正常的运行准备状态为止诊断的内容：系统中最关键的硬件和系统控制软件系统的配置如：外设接口、RA
16、M、ROM启动诊断过程不结束，系统不能投入运行在线诊断通过CNC系统的内装程序，在系统处于正常运行状态时，对CNC系统本身及与CNC装置相连的各个进给伺服单元、伺服电动机、主轴伺服单元和主轴电动机、外围设备等进行自动诊断、检查只要系统不停电，在线诊断就不会停止2)在线诊断内容：接口显示，CNC和PLC，CNC与机床、PLC与机床、CNC内部和状态报警类型：过热报警系统报警存储器报警编程/设定报警，操作、编程错误引起的软故障伺服报警行程开关报警印刷电路板间的连接故障报警3)离线诊断：用离线诊断软件，一般与CNC系统控制软件装在CNC系统中，可调用，在CRT上观察诊断结果。现代诊断技术：通信诊断自
17、修复系统人工智能专家故障诊断系统FANUC 15知识库（Knowledge Base)推理机(Inference Engine)人机控制器(MMC-Man Machine Control)八、数控机床机械结构故障分析与清除措施8.1机械结构故障分析的方法8.1.1数控机床机械故障分析的方法可以分为简易诊断法和精密诊断法两种。8.1.2数控机床机械故障的诊断方法数控机床机械故障诊断方法如下表诊断方法原理及特征应用简易诊断法听、摸、看、问、嗅借用简单工具、仪器,如百分表、水准仪、光学仪等检测;通过人的感官,直接观察形貌、声音、温度、颜色和气味的变化,根据经验来诊断需要有丰富的实践经验精密诊断法温度
18、检测接触型：采用温度计、热电偶、测量贴片、热敏涂料直接接触轴承、电动机、齿轮箱等装置的表面进类型行测量非接触型：采用先进的红外测温仪、红外热像仪、红外扫描仪等遥测不宜接近的物体具有快速、正确、方便的特点用于机床运行中发热异常的检测震动测试通过安装在机床某些特征点上的传感器，利用震动计巡回检测，检测机床上特定测量处的总振级大小，如位移、速度、加速度和幅频特性等，对故障进行预测和检测振动和噪声是应用最多的诊断信息首先是强度测定，确认有异常时，再作定量分析噪声检测用噪声测量计、声波计对机床齿轮、轴承在运行中的噪声信号频谱的变化规律进行深入分析，识别和判别齿轮、轴承磨损失效故障状态8.2主运动系统的故
19、障分析与清除措施8.2.1主轴常见故障及其诊断分析以下为主轴常见故障及其与维修方法故障现象故障原因排除方法切削震动大主轴箱和床身连接螺钉松动恢复精度后禁锢连接螺钉轴承预紧力不够,游隙过大重新调整轴承游隙.但预紧力不宜过大,以免损坏轴承.轴承预紧螺母松动,使主轴窜动禁锢禁固螺母,确保主轴精度合格轴承拉毛或损坏更换轴承主轴与箱体超差修理主轴或箱体,使其配合精度,位置精度达到要求齿轮和轴承损坏主轴箱和床身连接螺钉松动 恢复精度后变挡机构损坏或固定挡销脱落修复或更换零件轴承预紧力过大或无润滑重新调整预紧力,并使之润滑充足主轴箱噪声大主动部件平衡不好重做动平衡齿轮啮合间隙不均衡或严重损伤调整间隙或更换齿
20、轮轴承损坏或传动轴弯曲修复或更换轴承,校直传动轴传动带长度不一或过松调整或更换传动带不能新旧混用齿轮精度差更换齿轮润滑不良调整润滑油量,保持主轴箱的清洁度主轴无变速变挡信号是否输出维修人员检查处理压力是否足够检测并调整工作压力变挡液压缸研损或卡死修毛刺和研伤,清洁后重装变挡液压缸拨叉脱落修复或更换8.3进给系统的故障诊断(分析)与清除措施数控机床进给系统的任务是实现执行机构（刀架工作台等）的运动.8.3.1滚珠丝杠螺母副的常见故障及其诊断维修滚珠丝杠螺母副的常见故障及其诊断维修见下表所示故障现象故障原因排除方法加工工件粗糙度值高行导轨的润滑油不足,致使溜板滑加润滑油,排除润滑故障滚珠丝杠有局部
21、拉毛或研磨更换或修理丝杠丝杠轴承损坏,运动不平稳更换损坏的轴承伺服电动机未调整好,增益过大伺服电动机未调整好,增益过大滚珠丝杠在运转中转距过大二滑板配合压板过紧或研伤重新调整或修严板，用0.04mm塞尺塞不进去为合格丝杠研磨更换伺服电动机与滚珠丝杠连接不同轴调整同轴度并禁锢连接座无润滑油调整润滑油路超程开关失灵造成机械故障检查故障并排除超程开关失灵造成机械故障检查故障并排除丝杠螺母润滑不良分油器不分油检查定量分油器油管堵塞清除污物使油管畅通滚珠丝杠副噪声滚珠丝杠轴承盖压合不良调整压盖,使其压紧轴承滚珠丝杠润滑不良检查分油器和油路,使润滑油充足滚珠产生破损更换滚珠电动机与丝杠联轴器产生松动拧紧联
22、轴器锁紧螺钉九、 数控机床电气系统故障与分析9.1接触器常见故障现象及诊断(分析)接触器常见故障及诊断如下:象故障现故障原因电源电压机械电磁铁主触头负载效应操作使用弹簧机构励磁线圈铁心主触点不闭合过低锈住粘连、恢复弹簧变硬铁心机械锈住或卡住断线、线圈额顶电压高与电源电压铁心极面有油污、尘埃或气隙太大线圈断电而铁心不释放恢复弹簧损坏失效机构松动、脱落或位移工作气隙减小导致剩磁增大使用寿命过长主触头不释放回路电压过低触头弹簧压力小熔焊、烧结、金属颗粒凸起负载侧短路频率过高或长期过载电磁铁噪声大过底触头弹簧压力过大铁心机械锈住或卡住接线点接触不良铁心短路环断裂电磨损、接触不良主触头不释放过高，过底匝
23、间短路操作频率过高9.2热继电器常见故障现象及诊断(分析)9.2.1热继电器对于热继电器,产生不动作与误动作的原因可从控制输入、机构与参数、负载效应等几方面来分析.如电机已严重过载,则热继电器不动作的原因如下.1） 电机的额定电流选择得太大,造成受载电流过大.2）整定电流调节太大,造成动作滞后.3）动作机构卡死,导板脱出.十、直流伺服系统的故障诊断(分析)与清除措施10.1主轴伺服系统故障诊断与维修10.1.1直流电动机伺服系统的故障诊断(分析)直流电动机伺服系统故障诊断如下表所示:直流主轴伺服系统的故障现象发生故障的可能原因主轴不转印刷线路板太脏触发电路脉冲电路故障,没有脉冲发生主轴电动机动
24、力先断线或与主轴控制单元连接不良高/低挡齿轮切换用的离合器切换不良机床负载太大机床未给出主轴旋转信号电动机转速异常或转速不稳定测速发电机断线速度指令错误过负载印刷电路板故障电流极限设定错误同步脉冲紊乱过流报警主轴电动机电枢线圈内部短路负荷太大电流零信号没有输出主轴被制动速度偏差太大印刷电路板不良（LED1不亮)电动机不良测速发电机不良(LED2灯亮)熔丝熔断输入电源反相(LED3灯亮)LED4灯亮,表示过载由于外加电压过高或干扰引起励磁电流太大励磁控制回路不动作热继电器跳闸 晶闸管整流部分太脏,造成绝缘能力降低电动机过热减速极限电路调整不良过电压吸收器烧坏电流反馈回路不良运转终止10.2进给伺
25、服系统故障诊断与维修10.2.1直流伺服电动机的故障诊断与维修直流电动机的常见故障及其诊断如下.（1）伺服电动机不转当机床开机后,CNC工作正常,但伺服电动机不转.从电动机本身以及相关部分来说,可能有以下几方面的原因。电枢线断线或接触不良。电动机永磁体脱落。制动器不良或制动器未接通电造成的制动器未松开。（2）伺服电动机过热伺服电动机过热的原因如下。电动机负载过大。由于切削液和电刷灰引起换向器绝缘不正常或内部短路。由于电枢电流大于磁钢去磁最大允许电流，造成磁钢发生去磁。（3）低速加工时工件表面有大的镇纹造成低速加工时工件表面振纹的原因教多，包括刀具、切削参数、机床等方面的原因，应予以综合分析，从
26、电动机方面看有以下原因。电动机的永磁体被局部去磁。测速发电机性能下降。（4）伺服电动机机噪声大造成直流伺服电动机噪声大的原因主要有以下原因。换向器接触面粗糙或换向器损坏。电动机轴向间隙太大。切削液等进入电刷槽中，引起换向器的局部振动。十一.可编程控制器模块的故障诊断与清除措施11.1 PLC概述11.1.1PLC的特点(1)可靠性高,适用于工业现场环境(2)编程简单,易于掌握(3)控制程序可变,具有很好的柔性(4)直接带负载能力强(5)接口简单,维护方便11.1.2 PLC的分类1)按结构形式划分按结构形式分为整体式和模块式两种.2)按控制规模分根据PLC输入、输出口的个数PLC可分为超小型、
27、小型、中型及大型机类型.超小型机,其I/O点数在64以内,内存容量在256-1000B之间;小型机, 其I/O点数在64-256之间,内存容量在1-3.6KB之间;中型机, 其I/O点数在256-2048之间,内存容量在3.6-13KB;大型机, 其I/O点数在2048以上,内存容量在13KB以上.11.1.3 PLC的主要功能1)顺序控制功能.2)运动控制功能.3)过程控制功能.4)数据控制功能.5)通信联网功能.11.2可编程控制器的结构组成11.2.1 PLC的结构组成1)硬件组成:是有中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出单元(模块)、编程器、扩展接口、外设I/O借接口和电源组成.2)软件组成:PLC 软件是指PLC工作时所使用的各种程序的集合,包括系统软件和应用软件.11.2.2可编程控制器故障诊断常用的PLC故障诊断的方法有以下几种。1)根据报警信号诊断故障2)根据动作顺序诊断故障3)根据控制对象的工作原理诊断故障4)根据PLC的I/O状态诊断故障5)通过PLC梯形图诊断故障6)动态跟踪梯形图诊断故障十二. 故障分析图与清除措施1.故障：不能联机2.故障：急停、超程故障3.故障：联机正常，但三个进给轴不能执行进给运动4.故障：只出现一个轴或二个轴不执行进给运动5.故障：主轴正、反转都不执行6.故障：主轴某方向不转HN-100T数控车床系统参考图
