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数控车床的故障分析及诊断
数控车床的故障分析及诊断【1】
摘 要: 随着我国对先进制造技术的不断重视,数控车床在生产中扮演着越来越重要的角色,但操作者所遇到的故障也在不断增多,这对生产造成了很大的影响。
本文通过对数控车床工作原理的介绍,详细描述了目前数控车床所出现的常见故障、诊断方法与诊断原则,并结合实例进行了分析。
关键词: 数控车床 故障 诊断
数控机床是一种高精度、高柔性、高效率的自动化机床,由于其投资比普通的机床高得多,因此降低数控机床的故障率、缩短故障修复时间,对提高机床利用率具有十分重要的意义。
目前,数控机床的故障诊断一直是困扰操作、维修人员的难题。
由于数控机床的安全性和工作可靠性会对生产单位的效益产生直接的影响,因此对数控机床出现的故障进行及时的诊断十分重要。
1.数控车床的构成与基本工作原理
详细地了解数控车床的基本构成及其工作原理,是提高数控车床故障的分析诊断能力的必要条件。
下图是数控车床加工工件的过程图。
在数控车床上加工工件时,操作者首先根据零件图制定出加工方案,编写出零件加工程序,然后在控制装置编辑状态(EDIT)下,输入加工程序,存入数控装置的存储器中。
数控装置对信息代码进行译码、寄存,经处理和运算,把结果以数字信号的形式分配给机床各坐标的伺服机构。
由数控装置发出的信号,通过伺服机构经传动装置驱动机床各运动部件,使机床按规定的顺序、速度和位移量进行工作,从而加工出符合图纸要求的零件。
2.常见故障介绍
按照数控车床发生故障的部件分类,我们一般把故障的类型分为以下两大类。
2.1主机故障
数控车床的主机部分包括机械、冷却、润滑、液压等装置。
常见的主机故障有以下几种。
2.1.1功能性故障是指在工件加工精度方面所出现的故障,表现为加工精度不稳定,加工误差大,运动反向误差大,工件表面粗糙度高。
2.1.2动作型故障是指机床各种动作故障,表现为主轴不转动,工件夹不紧,刀架转动失调,等等。
2.1.3结构型故障是指主轴发热,主轴箱噪声大,产生切削振动,等等。
2.1.4使用型故障是指使用及操作不当引起的故障,如过载引起的机件损坏、撞车等。
2.2电气故障
数控机床的电气故障可一般可分为弱电故障和强电故障。
弱电故障主要指CNC装置、伺服单元、输入和输出装置、检测装置等电子电路发生故障;强电故障是指继电器、接触器、开关、熔断器、电源变压器、电动机、电磁铁、行程开关等电气元器件及其所组成的电路发生故障。
3.常见故障的诊断
3.1常用的诊断方法
数控车床出现故障后,我们要从主机和电气两方面进行分析,先判断出到底是主机故障还是电气故障,再深入分析、检查,找出故障点,最后予以排除。
3.1.1对设备维修人员的要求
维修人员须具备一定的专业素质。
对特定的维修对象,维修人员首先要分解掌握系统每一部分的工作原理和车床的机械结构;其次要了解设备的操作方法,动作顺序;最后就是对可能造成故障的各种因素进行全面分析并进行实际检查维修。
每次维修后应建立详细的设备档案,记录好故障发生的时间、现象,以及故障分析、诊断方法、排除故障的方法,如有遗留问题也应详尽记录,这样不仅能使每次故障都有据可查,而且可积累维修经验,为以后的故障维修打好基础。
3.1.2主机故障的诊断
对于常见的主机故障,诊断的方法比较多,如利用先进测试手段的“现代诊断技术”和传统的“实用诊断技术”等。
3.1.2.1实用诊断技术
此诊断是由维护人员通过自己的感觉器官和经验对数控机床的故障进行诊断。
运用实用诊断技术的诊断过程因故障类型而异,各种方法无先后之分,可穿插或同时进行,应综合分析,方能取得更好的效果。
实用诊断技术不需要复杂昂贵的仪器,可随时随地进行诊断,且快速、便捷、准确性较高,特别适合对机床进行初步诊断。
3.1.2.2现代诊断技术
此诊断是利用诊断仪器和数据处理对机床机械装置的某些特征参数,如振动、噪声和温度等进行测量,将测量值与规定的正常值进行比较,以判断机械装置的工作状态是否正常,从而对机械装置的运行状态进行预报和预测;并可进一步对机械装置的故障原因、部位和故障的严重程度进行定性和定量的分析。
利用现代诊断技术可在机械装置发生故障的初期,及时发现故障的部位,并进行维护,从而可避免机械零件的进一步损坏。
现代诊断技术如今已得到了不断的推广和应用。
3.1.3电气系统故障的诊断
对于数控车床的电气系统的故障,其调查、分析与诊断故障的过程,也就是故障的排除过程,因此其故障诊断的方法就特别重要。
下面简单介绍一些常用的诊断方法。
3.1.3.1直观法
主要采用目测、手摸、通电等方法。
3.1.3.2自诊断功能法
利用数控系统的自诊断功能,给出报警信息,指示故障的大致起因。
3.1.3.3交换法
将相同的模块和单元互相交换,观察故障转移的情况,从而快速确定故障的部位。
3.1.3.4仪器测量比较法
当系统发生故障后,采用常规电工检测仪器,对故障部分的电压、电源、脉冲信号等进行实测,将正常值与故障时的值相比较,可以分析出故障的原因与所在部位。
3.1.3.5敲击法
数控系统由各种电路板组成,每块电路板上有很多焊点,任何虚焊或接触不良都可能出现故障可用绝缘物轻轻敲打有虚焊或接触不良的疑点处,若故障出现,则故障很可能就在敲击的部位。
上述几种方法同时采用,进行故障综合分析,可快速诊断出故障的部位,从而能快速排除故障。
3.2故障诊断的原则
故障的诊断是排除数控车床故障非常重要的阶段。
在进行故障的诊断时应遵循以下原则。
3.2.1先外部后内部
现代数控机床本身的故障率已变得越来越低,大部分故障的发生是非系统本身原因引起的。
维修人员应由外向内逐一排查,尽量避免随意启封、拆卸,否则会扩大故障,使机床精度丧失、性能降低。
3.2.2先主机后电气
一般来说,主机故障较易发觉,而数控系统与电气故障的诊断难度较大。
从实际经验来看,数控机床的故障中有很大部分是由于主机部分的失灵而引起的。
所以在故障检修之前,首先应注意排除机械性的故障,这样往往可以达到事半功倍的效果。
3.2.3先静态后动态
在车床断电的静止状态下,通过了解、观察、测试、分析,确认通电后不会造成故障扩大或发生事故,方可给车床通电。
在运行状态下,进行动态的观察、检验和测试,查找故障。
而对通电后可能会发生破坏性故障的,必须先排除危险后,方可通电。
3.2.4先简单后复杂
当出现多种故障互相交织,应先解决容易的问题,后解决难度较大的问题。
简单问题解决后,难度大的问题也可能变得容易。
3.2.5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,然后分析很少发生的特殊原因。
4.实例分析
故障一:程序运行结束刀具不回零点。
(1)故障原因分析:上述故障可能是控制系统故障所致。
刀具在进给或在加工时,电机运转速度较低,而程序回零点时,则要求快速退回。
电机高速运行,需采用高压驱动电源,使输出转矩增大。
控制高压输出电源输出的有一个开关三极管,当开关三极管损坏后,高速回零点时高压电源打不开,电机输出转矩不够,致使刀具回不到零点。
(2)故障处理:更换开关三极管。
故障二:数控机床加工的工件尺寸误差很大。
(1)故障原因分析:发生上述故障可能的原因有:丝杠或者丝母与车床连接松动,空走时没有吃刀阻力,溜板运行正常,加工时切削阻力增大,若丝杠或丝母与车床连接松动,会造成加工的工件尺寸漂移;X轴、Z轴丝杠反向间隙过大,也会造成工件尺寸漂移;电动刀架故障也会造成工件尺寸漂移。
(2)故障处理:先检查丝杠或者丝母与车床连接部位,若松动,紧固连接部分。
再检查X轴、Z轴丝杠反向间隙,重新调整并确定间隙。
还要检查刀架锁紧装置及刀架控制箱,最后根据情况予以排除。
5.结语
数控车床是高度机电一体化的设备,数控车床所产生的故障种类繁多,其原因也往往比较复杂。
因此,我们必须对出现的故障进行广泛的研究,探索故障发生的规律,并采取有效的诊断方法。
在今后的工作中,我们必须不断研究、深入探讨,只有这样才能不断提高数控车床的故障诊断技术。
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数控车床故障诊断方法【2】
摘 要：数控车床一旦出现故障，诊断方法便是数控车床维修的关键。
总之，故障类型有不同，应采取不同诊断故障的方法。
关键词：数控车床 故障 诊断方法
数控车床应用的越来越广泛，效利用率的要求也越来越高，要求其可靠性高的同时当数控车床出现故障要尽快维修，所以要求其维修人员要有扎实的理论基础和丰富的实践经验。
以下有关数控机床的维护和常见故障的常用排除方法。
1. 数控车床的组成
数控车床由：程序编制及程序载体、输入装置 、 数控装置、伺服驱动、位置检测装置、辅助控制装置、车床本体等几部分组成。
在传统的金属切削机床上，加工零件时操作者根据图样的要求，通过不断改变刀具的运动轨迹，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。
2.工作原理
数控车床的加工其实质是应用了“微分”原理。
其工作原理与过程可简述如下：
2.1. 只要数控车床的最小移动量(脉冲当量)足够小，所用的拟合折线就完全可以等效代替理论曲线;
2.2.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;
2.3. 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。
这样就实现了数控车床控制刀具移动轨迹的根本目的。
2.4.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;
2.5. 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。
这样就实现了数控车床控制刀具移动轨迹的根本目的。
3.数控车床故障诊断的方法
3.1.直观检查法
维修人员在故障诊断时首先使用的方法是直观检查法。
首先要咨询，向出现故障的现场人员详细咨询故障产生的经过、故障现象和故障后果，而且要在整个的分析、判断过程中多次询问;第二是认真检查，依据故障诊断原则从外向内逐步进行排查。
整体检查机床各电控装置(如润滑装置、数控系统、温控装置等)有无报警指示，各部分工作状态是否处于正常状态(比如机械手位置、主轴状态、各坐标轴位置、刀库等)，机床局部要观察电路板上是否有短路、断路，电路板元器件及线路是否有裂痕、烧伤等现象，芯片是否接触不良等现象，对维修过的电路板，更要检查有无缺件、错件及断线等情况;第三是触摸，在整机断电条件下可以通过触摸各主要电路板的安装状况、各插头座的插接状况、 各功率及信号导线(如伺服与电机接触器接线)的联接状况等来发现可能出现故障的原因。
3.2. 仪器检查法
仪器检查法是使用常规的电工仪表，对相关直流及脉冲信号及各组交、直流电源电压等进行测量，从而找出可能的故障问题。
例如：拿万用表来检查各电源情况，和对其中一些电路板上布置的相关信号状态监测点进行测量，拿示波器观察其脉动信号的幅值、相位或者有、无，拿PLC 编程器检测PLC程序中的故障点及原因。
3.3. 功能程序测试法
功能程序测试法是把数控系统的G、M、S、T、F功能用编程法编成一个功能试验程序，并存储在相应的介质上。
运行这个程序来完成故障诊断，可快速判定故障发生的起因。
功能程序测试法可以适用于以下场合：
3.3.1.当机床加工造成废品时，难以确定是数控系统、还是由于编程操作不当故障引起的。
3.3.2.当数控系统出现随机性故障时，无法判断是系统稳定性差，还是外来干扰的。
3.3.3.当对数控机床进行定期检修或闲置很长时间的数控机床在投入使用前时。
还有接口状态检查法、信号与报警指示分析法、试探交换法、参数检查法、 诊断备件替换法、特殊处理法、测量比较法等。
4.数控机床故障诊断实例
数控机床最容易发生问题的部分是驱动部分，因为它是强弱电一体的。
驱动部分有伺服驱动器和主轴驱动器，驱动模块和电源模块两部分构成，电源模块是把三相交流电通过变压器升压为高压直流，而事实驱动部分是个逆变换，把高压支流转换为三相交流，而且驱动伺服电机是完成主轴的运转和伺服轴的运动。
所以这部分最容易出现故障。
以802S数控系统和CJK6136数控机床的故障现象为例，分析一下控制电路与机械传动接口的故障诊断与维修。
数控机床在加工过程中，主轴经常不能回参考点。
则在数控操作面板上，主轴转速显示也不确定主轴运转是否正常。
经分析，由于该机床采用的是变频调速，其转速信号由编码器提供，可以排除编码器损坏的可能，因为这样根本就无法传递转速信号，只有是编码器与其连接单元出现问题。
从两个方面考虑，一是数控系统连接的ECU连接有可能松动，二是和主轴的机械连接有可能出现问题。
然后着手解决故障。
第一检查编码器与ECU的连接。
如果不存在问题，就拆卸编码器检查是否是主传动与编码器之间的连接键脱离键槽，结果发现就是这个故障。
维修恢复并重新安装问题就解决了。
产生数控机床故障的原因有很多，有数控系统本身的问题、驱动元件的问题、机械问题、传感元件的问题、线路连接的问题、强电部分的问题等。
检修过程中，重要的是分析故障产生原因的可能性和范围，然后逐一排除，直到找出故障点，千万不可盲目的下手，否则，不但问题解决不了，还可能造成故障范围的扩大。
总之，在解决数控机床故障和维修问题时，第一要防患于未燃，在数控机床出现问题之提早去发现解决问题，要了解机床本身的结构和工作原理，做好日常的维护保养工作，这样就能做到有的放矢，更好的解决问题。
参考文献：
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