第7章 数控机床故障诊断

置
2）不要损坏定尺表面耐切削液涂层和滑尺表面一层带绝缘层的
故
铝箔，否则会腐蚀厚度较小的电解铜箔。
障
3）接线时要分清滑尺的正弦绕组和余弦绕组，其阻值基本相同， 这两个绕组必须分接入励磁电压。
诊
4.旋转变压器
断
19
7.3 数
7 数控机床的故障诊断
控
一、位置检测元件的维护
机
对旋转变压器的维护应注意如下几点：
平均有效度A：A=MTBF/（MTBF+MTTR）
数控设备使用寿命—故障 频率曲线如右图
2
7 数控机床的故障诊断
一、数控机床的可靠性与故障
7.1
2.数控机床故障诊断的重要性
概 述
数控机床是一个融机、电、液等技术于一体的复杂系统，因此 在使用过程中不可避免会出现故障，及时确定和排除故障对提高机
床的工作效率、延长机床的使用寿命以及保证产品质量具有极其重
置
故障分析及处理：查维修手册，31号报警为误差寄存器内容大
检
于规定值，根据31号报警提示，将误差寄存器的设定极限值放大，
测
即将对应的参数由2000改为5000，然后用手摇脉冲发生器给Z轴发 移动指令，又发生32号报警，32号报警表示误差寄存器的内容超过
装
±32767，或数模转换指令值超过了-8192~+8191的范围。
机
电机与主轴连接的皮带过松
械
皮带表面过油
故
2）主轴在强力切削时停转 皮带使用过久失效
障
摩擦离合器调整过松或磨损
诊
断
9
7 数控机床的故障诊断
7.2
数
一、数控机床主传动系统故障诊断与维修
控
机
3）主轴噪声 缺少润滑
床
小带轮与大带轮传动不平稳
的
齿轮啮合间隙不均匀或齿轮损坏
机
传动轴承损坏或传动轴弯曲
械 故
4）主轴没有润滑油循环或润滑不足 油泵转向不正确或间隙太大
床
1）接线时，定子上有相等匝数的励磁绕组和补偿绕组，转子上
位
也有相等匝数的正弦绕组和余弦绕组，但转子和定子的绕组阻值却 不同，一般定子电阻阻值稍大，有时补偿绕组自行短接或接入一个
置
阻抗。 2）由于结构上与绕线转子异步电动机相似，因此，炭刷磨损到
检
一定程度后要更换。
测
5.磁栅尺
对磁栅尺的维护应注意如下几点：
断
阀未动做、卡死或者未上电 ；拉钉未拧紧或者型号选择不正 确 ；碟形弹簧位移量太小 ；刀具夹紧弹簧上螺母松动 。
17
7.2 数 控 机 床 的 机 械 故 障 诊 断
7 数控机床的故障诊断
四、液压与气压传动系统的故障诊断
1.液压传动系统
液压系统维护： （1）定期对油箱内的油液进行取样化验，检查油液质量，定期过滤或更换油液。 （2）定期检查冷却器和加热器的工作性能，控制液压系统中油液的温度在标谁要 求内。 （3）定期检查、更换密封件，防止液压系统泄漏。 （4）定期检查、清洗或更换液压件、滤芯，定期检查清洗油箱和管路。
7 数控机床的故障诊断
控
二、位置检测装置的故障诊断
机
1.输出信号
床
一是电压或电流正弦信号，其中EXE为脉冲整形插值器；
位
二是TTL电平信号。
置
2.EXE信号处理
检
1）通道放大器
测
2）整形电路
装
3）报警电路 4）细分电路
置
3.故障诊断
故
当出现位置环开环报警时，将J2连接器脱开，在CNC系统的一
障
侧，把J2连接器上的十5V线同报警线ALM连在一起，合上数控系统
生中断。开始时，出现的次数不很多，重新开机后又能工作，但故障反
故
复出现。经在故障出现后，对机床进行了仔细观察，才发现故障的真正 原因是主轴在定向后发生位置偏移，且主轴在定位后如用手碰一下（和
障 工作中在换刀时当刀具插入主轴时的情况相近），主轴则会产生相反方
诊
向的漂移。检查电气单元无任何报警，该机床的定位采用的是编码器， 从故障的现象和可能发生的部位来看，电气部分的可能性比较小；机械
7 数控机床的故障诊断
概述 数控机床的机械故障诊断 数控机床位置检测装置故障诊断
数控机床伺服系统的故障诊断
1
7 数控机床的故障诊断
一、数控机床的可靠性与故障
1.系统的可靠性
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
7.1
具有高可靠性。衡量的指标有：
概
MTBF—平均无故障时间
述
MTTR—排除故障的修理时间
2.气动传动系统
气动传动系统的维护： （1）选用合适的过滤器，清除压缩空气中的杂质和水分 （2）注意检查系统中油雾器的供油量，保证空气中含有适量的润滑油来润滑气动 元件防止生锈、磨损造成空气泄露和元件动作失灵。 （3）定期检查更换密封件，保持系统的密封性。 （4）注意调节工作压力，保证气动装置具有合适的工作压力和运动速度。 （5）定期检查、清洗或更换气动元件、滤芯。
障
数控机床，机床频繁出现进给轴报警，多则一天一次，少则5~6
诊
天一次，停机断电半小时后开机又正常。
断
14
7 数控机床的故障诊断
7.2
数
三、自动换刀部件故障诊断
控
机
1. 刀库与换刀机械手的维护要点
床
l）严禁把超重、超长的刀具装入刀库，防止在机械手换刀时掉刀或 刀具与工件、夹具等发生碰撞。
的
2）顺序选刀方式必须注意刀具放置在刀库中的顺序要正确，其他
装
1）不能将磁性膜刮坏，防止铁屑和油污落在磁性标尺和磁头上，
置 故
要用脱脂棉蘸酒精轻轻地擦其表面。 2）不能用力拆装或撞击磁性标尺和磁头，否则会使磁性减弱或
使磁场紊乱。
障
3）接线时要分清磁头上激磁绕组和输出绕组，前者绕在磁路截 面尺寸较小的横臂上，后者绕在磁路截面尺寸较大的竖杆上。
诊
断
20
7.3 数
断
6）开机时，应先使刀库和机械手空运行，检查各部分工作是否正
常，特别是行程开关和电磁阀能否正常动作、检查机械手液压系统的
压力是否压常，刀具在机械手上锁紧是否可靠，发现不正常时应及时
处理。
15
7 数控机床的故障诊断
7.2
数
三、自动换刀部件故障诊断
控
2. 刀库与换刀机械手的故障诊断
机
1）普通刀架不能锁紧 刀架反转信号没有输出
诊
电源，根据报警是否再现，便可迅速判断出故障的部位是在测量装 置还是在CNC系统的接口板上。
断
21
7.3 数
7 数控机床的故障诊断
控
三、位置检测装置的故障诊断举例
机 床
【工程实例7-5】某数控立式铣床配备FANUC 3M数控系统，位
置检测装置为与伺服电动机同轴连接的编码器。
位
故障现象：在运行过程中Z轴产生31号报警。
二、进给部件故障诊断
控
（2）滚珠丝杠运动不灵活 轴向预加载荷太大
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丝杠与导轨不平行
床
螺母轴线与导轨不平行
的 机
丝杠弯曲变形 （3）滚珠丝杠螺母副传动不良：滚珠丝杠螺母副润滑状况不良
械
（4）加工曲面有刀痕：各轴反向间隙过大
故
2. 导轨副的维护及故障检测
1）导轨副的维护
障
（1）间隙调整；（2）滚动导轨的预紧；
诊
（3）导轨副的润滑；（4）导轨的防护。
断
13
7 数控机床的故障诊断
7.2
数
二、进给部件故障诊断
控
2）导轨副的故障诊断
机
导轨研伤
床
导轨上移动部件运动不良或不能移动
的
加工面接刀处不平
机
3. 进给系统故障维修举例
械
【工程实例7-2】进给轴频繁报警的故障维修
故
故障现象：一台配套FAGOR 8025MG，型号为XK5038-1的
16
7 数控机床的故障诊断
7.2
数
三、自动换刀部件故障诊断
控
机
4）刀具夹紧后不能松开，主轴刀柄取不下来
床
松刀力不够
的
气液压阀松或者拉力气缸损坏 拉杆行程不够或者拉杆位置变动
机
7：24锥为自锁与非自锁的临界点
械
刀具松夹弹簧过紧
故
液压缸压力和行程不够
障
5）刀具不能夹紧主轴，不能拉上刀柄
诊
拉杆行程不够 ；松刀接近开关位置变动 ；拉杆头部损坏 ；
（1）熟悉数控机床主传动链的结构、性能和主轴调整方法，严禁超性能使用。
（2）使用带传动的主轴系统，声定期调整主轴驱动带的松紧程度，防止因带打 滑造成的丢转现象。
（3）注意观察主轴箱温度，检查主轴润滑恒温油箱，调节温度范围，防止各种 杂质进入油箱，及时补充油量。每年更换一次润滑油，并清洗过滤器。
（4）经常检查压缩空气气压，调整到标准要求值，足够的气压才能使主轴锥孔 中的切屑和灰尘清理干净，保持主轴与刀柄连接部位的清洁。
18
7.3 数
7 数控机床的故障诊断
控
一、位置检测元件的维护
机
1.光栅尺：
床
1）防污；2）防振。
位
2.光电脉冲编码器：
置
1）防振和防污；2）连接松动。
检
3.感应同步器：
测 装
对感应同步器的维护应注意如下几点：
1）安装时，必须保持定尺和滑尺相对平行，且定尺固定螺栓不 得超过尺面，调整间隙在0.09—0.15mm为宜。
机
选刀方式也要注意所换刀具是否与所需刀具一致，防止换错刀具导致 事故发生。
械
3）用手动方式往刀库上装刀时，要确保装到位、装牢靠，井检查
故
刀座上的锁紧装置是否可靠。
障
4）经常检查刀库的回零位置是否正确，检查机床主轴回换刀点位 置是否到位，发现问题要即时调整否则不能完成换刀动作。
诊
5）要注意保持刀具刀柄和刀套的清洁。
三、数控机床故障诊断的流程
1. 故障现场充分调查
1）故障调查
7.1
（1）机床在什么情况下出现故障
概
（2）故障产生时有什么外观现象
述
（3）故障产生后操作者采取了哪些措施
2）故障诊断
如果故障现场还保持着，维修人员最好按下列步骤进行：
（1）观查是否有报警显示，如有报警显示，则较容易判断 故障，但是排除故障则是另一回事。
（5）对采用液压系统平衡主轴箱重量的结构，需定期观察液压系统的压力，油 压低于要求值时，要及时调整。
8
7 数控机床的故障诊断
7.2
数
一、数控机床主传动系统故障诊断与维修
控 机
2.主传动系统的常见故障及排除方法
床
1）主轴发热 主轴轴承损伤或轴承不清洁 主轴前端盖与主轴箱体压盖研伤
的
轴承润滑油脂耗尽或涂抹太多
床
（1）轴向间隙的调整
的 机
（2）支承轴承的定期检查 （3）滚珠丝杠副的润滑 （4）滚珠丝杠的防护
械
2）滚珠丝杠副的故障诊断
故
（1）滚珠丝杠螺母副噪声
障
丝杠支承轴承的压盖压合情况不好 丝杠支承轴承可能破坏
诊
电机与丝杠联轴器松动
断
丝杠润滑不良
滚珠丝杠螺母副滚珠有破损
12
7 数控机床的故障诊断
7.2
数
障
吸油管没有插人油箱的油面下面
诊
油管和滤油器堵塞
断
润滑油压力不足
10
7 数控机床的故障诊断
7.2
数
一、数控机床主传动系统故障诊断与维修
控
机 3.主传动系统故障维修举例
床
的
【工程实例7-1】故障现象：加工中心主轴定位不良，引发换刀过
程发生中断。
机
械
分析及处理过程：某数控加工中心主轴定位不良，引发换刀过程发
要的意义。
3
7 数控机床的故障诊断
二、数控机床常见故障分类
根据故障出现的必然性和偶然性 系统性故障 随机性故障
7.1
概
故障产生时有无自诊断显示 有报警显示故障 无报警显示故障
述
以有无破坏性 破坏性故障 非破坏性故障
硬件故障 永久性的故障 间发性故障
软件故障 编程故障
参数设置不当故障
4
7 数控机床的故障诊断
床
刀架锁紧时间过短
的
机械故障
机
2）刀具交换时掉刀：换刀时主轴箱没有回到换刀点或换刀点漂移；
械
机械手抓刀时没有到位就开始拔刀 3）刀库换刀动作不能完成
故
松刀感应开关或电磁阀损坏或失灵
障
压力不足，液压系统出现问题，液压缸因液压系统压力
诊
不足或漏油而不动作，或行程不到位
断
PLC调试出错，换刀条件不满足
主轴系统出错
断
部分又很简单，最主要的是联接，所以决定检查联接部分。在检查到编 码器的联接时发现编码器上联接套的紧定螺钉松动，使联接套后退造成
与主轴的联接部分间隙过大使旋转不同步。将紧定螺钉按要求固定好后
故障消除。
11
7 数控机床的故障诊断
7.2
数
二、进给部件故障诊断
控
1.滚珠丝杠螺母副的维护与故障诊断
机
1）滚珠丝杠螺母副的维护
（2）用自诊断功能观察发现故障。
（3）检查零件加工程序有无错误。
（4）观察CNC系统，主轴驱动系统印制电路板上的指示灯 有无不正常显示。
5
7 数控机床的故障诊断
三、数控机床故障诊断的流程
2. 排除可能引起故障的诸多因素
维修人员应遵循以下两条原则：
7.1
l）充分调查故障现场
概
2）认真分析故障的原因
述
分析故障时，维修人员也不应局限于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查并进行综合判断，
达到确诊和最终排除故障的目的。
6
7 数控机床的故障诊断
三、数控机床故障诊断的流程
3. 确定故障产生原因的方法
7.1 概
1）直观法 2）利用CNC系统自诊断功能 3）利用状态显示诊断功能
置
进一步定位故障是在Z轴控制单元还是在编码器上，采用交换法，
述
4）利用印制电路板上的监测端子
5）同类对调法
6）部件替换法
4. 数控机床预防性维护
预防性维护其工作内容主要包括下列几方面的工作：
（1）人员安排 （2）建规建档
（3）日常保养
7
7.2 数 控 机 床 的 机 械 故 障 诊 断
7 数控机床的故障诊断
一、数控机床主传动系统故障诊断与维修
1.主传动链的维护