数控机床的故障诊断维修及维护(共26页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上目 录1 绪论1 1.1数控机床的定义1 1.2数控机床的发展和特点2 1.3数控机床的组成与工作原理22 数控机床故障诊断及维修 4 2.1数控机床维修基础9 2.2数控机床常见机械故障诊断及维修 9 2.3伺服系统常见故障诊断及维修 143 数控机床的维护22 3.1数控机床维护的内容及特点22 3.2电源维护24 3.3数控机床的护干扰24总 结 28致 谢 29参考文献 30专心-专注-专业绪论11数控机床的定义数控技术，简称数控（Numerical Control-NC），是利用数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法。由于现代数控都采用了计算机进行控制。为了对机械运动及加工过程进行数字化信息控制，必须具备相应的硬件和软件。用来实现数字化信息控制的硬件和软件的整体称为数控系统（Numerical Control-NC System），数控系统的核心是数控装置（Numerical Conteoller）。采用数控技术进行控制的机床，称为数控机床（NC机床）。它是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、精密测量技术和机床设计等先进技术的典型机电一体化产品，是现代制造技术的基础。1. 2数控机床的发展和特点制造业是一个国家国民经济的支柱产业，它一方面创造价值，生产物质财富，另一方面为国民经济各个部门提供装备，其现代化程度决定了国家其他行业的发展步伐。1.2.1、数控机床的发展数控机床的产生给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国民经济的一些重要行业（IT、汽车、轻工等）的发展起着越来越重要的作用。机械制造业对数控机床的要求越来越高，数控机床的变化和发展也越来越快，当前世界上数控机床的发展呈现如下趋势。（1）高速、高精度化（2）高可靠性（3）机床功能复合化（4）智能化、网络化、柔性化1.2.2、数控机床的特点数控机床使用了计算机信息处理、自动控制等先进的工业技术，使得数控机床在现代制造业中具有常规机床无法比拟的优势。（1）对加工对象的适应性强（2）加工精度高（3）生产效率高（4）操作者劳动强度低（5）经济效益好（6）便于生产管理的现代化 13数控机床的组成与工作原理1.3.1数控机床组成数控系统是所有数控设备的核心。数控系统的主要控制对象是坐标轴的位移（包括移动速度、方向、位置等），其控制信息主要来源于数控加工或运动控制程序。因此，作为数控系统的最基本组成应包括：程序的输入/ 输出装置、数控装置、伺服驱动这三部分。它一般由加工程序、输入装置、CNC单元、伺服系统、位置反馈系统和机床本体组成。如图1.2所示图1.2数控机床的组成1.3.2数控机床的工作原理在传统的金属切削机床上，加工零件时需要操作者根据图样的要求，通过不断改变刀具的运动轨迹和运动速度等参数，使刀具对工件进行切削加工，最终加工出合格零件。数控机床的加工，其实质是应用了“微分”原理。其工作原理与过程可以简要描述如下（见图1.3）：1）数控装置根据加工程序要求的刀具轨迹，将轨迹按机床对应的坐标轴，以最小移动量（脉冲当量）进行微分（图1.3中的X,Y)并计算出各坐标轴需要移动的脉冲数。2）通过数控装置的“插补”软件或“插补”运算器，把要求的轨迹用以“最小移动单位”为单位的等效折线进行拟合，并找出最接近理论轨迹的拟合折线。 3）数控装置根据拟合折线的轨迹，给相应的坐标轴连续不断地分配进给脉冲，井通过伺服驱动使机床坐标轴按分配的脉冲运动。图1.3数控加工原理2 数控机床故障诊断及维修21数控机床维修基础2.1.1维修的基本要求数控机床是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、精密测量技术和机床设计等先进技术的典型机电一体化产品，其控制系统复杂、价格昂贵，因此它对维修人员素质、维修资料的准备、维修仪器的使用等方面提出了比普通机床更高的要求，这些要求主要包括以下几个方面。1.人员素质的要求（1）具有较广的知识面。（2）善于思考。（3）重视总结积累。（4）善于学习。（5）具备外语基础与专业外语基础。（6）能熟练操作机床和使用维修仪器。（7）具有较强的动手能力。2.技术资料的要求（1）数控机床使用说明书。（2）数控系统的操作、编程说明书（或使用手册）。（3）PLC程序清单它是机床厂根据机床的具体控制要求设计、编制的机床控制软件。（4）机床参数清单。（5）数控系统的连接说明、功能说明。（6）伺服驱动系统、主轴驱动系统的使用说明书。（7）PLC使用与编程说明它是机床中所使用的外置或内置式PLC的使用、编程说明书。（8）机床主要配套功能部件的说明书与资料。（9）维修记录。3.工具及备件的要求合格的维修工具是进行数控机床维修的必备条件，数控机床是精密设备，它对各方面的要求较普通机床高，不同的故障，所需要的维修工具亦不尽相同。作为常用的工具，主要有以下几类。常用仪表类，常用工具类，常用的备件。 4.工作环境良好的工作环境是提高数控机床可靠性的必要条件，数控机床的环境要求是综合性的。（1）数控机床需要有稳定的机床基础，否则数控机床的精度无法保证。（2）由于数控机床本身所使用的电子元器件有工作温度的限制，电子元器件的工作温度一般要求40-45以下，室温达到35时，使用中的数控机床计算机数控（CNC）装置内和电气柜内的温度可以达到40左右，其内部的元器件很可能不能正常工作。（3）数控机床的工作车间要保持空气流通和干净，灰尘、油雾和金属粉末会使得元器件之间的绝缘电阻下降或短跑，造成元器件损坏。（4）潮湿的环境会使印制电路板、元器件、接插件、床身、电气柜、机床、防护罩锈蚀，造成接触不良、控制失灵和机床的机械精度降低。（5）电网供电要满足数控机床正常运行所需总容量的要求，电压波动不能超过±10%，否则要损坏电子元器件。（6）为了安全和减少干扰，数控机床要有接地线。接地点要要靠，应该与车间接地网相连或者单独制作接地装置，接地电阻要小于47。（7）数控机床的CNC装置、伺服驱动系统的抗干扰能力是有限度的，强电磁干扰会导致数控系统失控，所以数控机床要远离焊机、大型吊车和产生强电磁干扰的设备。5.维修前的准备尽快地获取现场信息、现场情况和故障信息。如数控机床的进给与主轴驱动型号、报警指示或故障现象、现场无备件等。6.预防性维护顾名思义，所谓预防性维修，就是要注意把有可能造成设备故障和出了故障后难以解决的因素排除在故障发生之前。预防性维护的目的的是为了降低故障率，其工作内容主要包括下列几方面的工作。1)从维修角度看数控设备的造型在设备的造型调研中，除了设备的可用性参数外，其可维修性参数应包括：设备的先进性、可靠性和可维修性技术指标。2)人员安排为每台数控机床分配专门的操作人员、工艺人员和维修人员，所有人员都要不断地努力提高自己的业务技术水平。3)正确地使用设备针对每台机床的具体性能和加工对象制定操作规程，建立工作档案和维修档案，管理者要经常检查、总结和改进。4)坚持设备运行中的巡回检查根据数控设备的先进性、复杂性和智能化高的特点，使得它的维护、保养工作比普通设备复杂且要求高得多。5)日常保养对每台数控机床都应建立日常维护保养计划，包括保养内容（如坐标轴轴传动系统的润滑、磨损情况、主轴润滑、油路、水气路、各项温度控制、平衡系统、冷却系统、传动带的松紧、继电器、接触器触头清洁、各插头、接线端是否松动和电气柜通风状况等等）及各功能部件和元器件的保养周期（每日、每月、半年或不定期）。6)提高利用率数控机床的如果较长时间闲置不用，当需要使用时，机床的各运动环节会由于油脂凝固、灰尘甚至生锈而影响其静、动态传动性能，降机床精度，油路系统的堵塞更是一大烦事；从电气方面来看，由于一台数控机床的整个电气控制系统硬件是由数以万计的电子元器组成“磨合”阶段，在该阶段故障率呈下降趋势，如果在这期间不断开动机床则会较快完成“磨合”任务，而且也可充分利用一年的维修期；第2阶段为有效寿命阶段，也就是充分发挥效能的阶段。因此，在没有加工任务的一段时间内，最好在较低速度下空运行机床，至少也要经常给数控系统通电，甚至每天都应通电。2.1.2故障诊断的方法1.常见故障的分类数控机床的故障表现各种各样，为了便于分析和处理，按故障部件、故障性质及故障原因等做如下分类（见表1.1数控机床常见故障分类）表1.1 数控机床常见故障分类序号故障分类的条件具体分类序号故障分类的条件具体分类1故障部件主机故障；电气故障6发生部件软故障；硬故障2故障性质系统性故障；随机性故障7发生时间早期故障；偶然故障；耗损故障3有无报警有报警显示故障；无报警显示故障8故障范围局部故障；分布式故障4破坏性破坏性故障；非破坏性故障9故障过程突然故障；渐变故障5发生的原因机床自身故障；机床外部引起的故障 2.故障诊断的基本方法数控机床发生故障时，为了进行故障诊断，找出产生故障的根本原因，维修人员应遵循以下两条原则： 1）充分调查故障现场。 2）认真分析故障的原因。 对于数控机床发生的大多数故障，总体上说可采用下述几种方法来进行故障诊断：（1）直观法这是一种最基本、最简单的方法。（2）系统自诊断法 （3）参数检查法（4）功能测试法（5）部件交换法 （6）测量比较法（7）原理分析法 3.数控诊断技术的发展1）通讯诊断(远程、海外诊断）2）自修复系统3）人工智能与专家系统4）神经网络诊断5）多传感器信息融合技术6）智能化集成诊断2.1.3故障诊断流程数控机床是由机、电、液、气相结合的复杂设备，尽管故障原因各不相同，但在故障发生后，大体的思路步骤是相同。如图2.1所示为数控机床故障分析一般流程。 图2.1 数控故障分析的一般流程 1.故障现场调查当数控系统出现报警，发生故障时，维修人员不要急于动手处理，首先要调查事故现场。这是维修人员取得第一手材料的一个重要手段。2.故障信息的整理和分析在收集故障相关信息之后，对当时的故障及其现场情况，进行整理、分析，对可能的原因分类确定出最可能的故障原因。(1)故障的分析对于一些简单的故障，原因不是很多时，可采用形式逻辑推理的方法，分析、确定和排除故障。形式逻辑推理方法，就是把故障诊断过程看成一个观察、假设、验证、修正假设、再验证直至找到故障真正的过程。a.契合法（求同法）应用契合法时要注意发掘各种场合中所隐蔽的共同情况，它很可能是被研究现象的真正原因（或结果）。比较的场合越多，结论的可靠程度就越高。b.差异法（求异法）分析故障时，如果怀疑某一零件或部件是机器故障的起因，则使用完好件替换，并观察换件前后机器状态的变化，以此判断原零件是否是故障原因之所在。c.契合差异并用法（求同求异法）有两组事例，一组是由被研究现象出的若干场合组成的正事例组，另一组是由研究现象不出现的若干场合组成的负事例组。应用此法要注意，正负两组事例的组成场合越多，结论越可靠；对于负事例组的各个场合，应选择与正事例组场合较好相似的比较；因为负事例组的场合是无限有多的。d.共变法应用共变法时要注意，原因和结果的共变可能是同向的，也可能是异向的，还可能是在一定范围内是同向的， 而在另一范围内是异向的。e.剩余法有一个复合的被研究现象，如果已知这个复合现象的一部分是某些情况的结果，那么这个复合现象的剩余部分就是别的情况的结果。 （2）故障诊断与排除在对故障信息分析之后，在众多原因中，确定出故障的可能的主要原因，然后对这些主要原因进行排除。数控设备80%以上的故障来自外部原因，只有不到20%的故障是由内部原因引起，因此，诊断与修理也要遵循故障发生的规律，从外到内、由浅入深。 （3）经验总结和记录故障排除以后，维修工作还不能算完成，尚需从技术与管理两方面分析故障产生的深层次原因，采取适当措施免故障再次发生。最后，对此次维修的故障现象、原因分析、解决过程、更换元件、遗留问题等要做好记录。这些是下次维修工作顺利进行的有力保障，也是应该养成的良好的职业习惯。2.1.4数控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之外，还应该具有高可靠性。衡量可靠性的标准为平均无故障时间MTBF（Mean Time Between Failures）。平均无故障时间是指是可修复产品的相邻两次故障间系统能正常工作的时间的平均值。平均修复时间MTTR（Mean Time To Restore）是指数控系统从出现故障到能正常工作所用的平均修复时间。由于数控设备免不了出现故障，这就要求排除故障的修理时间越短越好。用平均有效度A来衡量，其计算机方法如下：我国“机床数字控制系统通用技术条件”中规定，用MTBF衡量数控产品的可靠性，要求数控系统MTBF不低于3000h。现在CNC系统的可靠性指标已达30余年（10年前为1000h）。有些国家采用其他指标作为衡量数控系统可靠性的指标，如日本FANUC公司的CNC系统采用月平均故障率作为可靠性的主要指标。 2.2数控机床常见机械故障诊断及维修数控机床在机械结构上和普通机床不同点在于传动链缩短，传动部件的精度高，机械维护的面更广。数控机床的机械部件主要是主轴、导轨、丝杠螺母副、刀库及换刀装置等。机械故障的主要原因是机床在运行过程中，机械零部件受到力、热、摩擦以及磨损等诸多因素的作用，使其领部件偏离或丧失原有的功能。2.2.1机械故障诊断的方法1. 实用诊断技术（问、听、看、闻、摸、查） 问操作者（渐/突发、故障现象、加工件的情况、传动系统的运动和动力、润滑、保养和检修情况） 看机床的转速变化、工件的表面粗糙度和振纹、颜色伤痕等明显症状 听机床运转声（强弱、频率高低等） 闻润滑油脂氧化蒸发油烟气焦糊气 触用手感来判别机床的故障（温升、 振动、伤痕和波纹、爬行、松紧） 实用诊断技术在机械故障的诊断中具有实用简便、快速有效的特点，但诊断效果的好坏在很大程度上要凭借维修技术人员的经验，而且有一定的局限性，对一些疑难故障难以奏效。2. 振动、噪声测试(幅值大小、频率结构） 以机床振动作为信息源，在机床运行过程中获取信号，对信号作各种处理和分析，通过某些特征量的变化来判别有无故障、根据由以往诊断经验形成的一些判据来确定故障的性质并综合一些其他依据来进一步确定故障的部位。具有实用可靠、判断准确的特点3.油液分析（磨粒成分、型貌、数量）4.温度测试（表面温度及变化规律）5.超声、X射线探伤（机件内部缺陷）6.专家诊断系统（专家的经验、数据）2.2.2主轴部件 1.主轴部件的性能要求 高回转精度、足够的功率输出、刚度、抗振性、温升以及自动变速、准停和自动换刀等要求。2.主轴部件的结构成组高精度轴承（滚动/静压/磁力/陶瓷）及其配置、轴承间隙调整和润滑密封以及满足工件的自动装夹要求3.主轴的维护特点 1)主轴润滑:减少摩擦、带走热量，（磨损和热变形） （1）循环润滑方式：液压泵供油强力润滑和油脂润滑 （2）油气润滑方式：定时定量把油雾送进轴承空隙中 （3）喷注润滑方式：较大流量的恒温油喷注到主轴轴承（大容量恒温油箱） 2）防泄露如图2.2所示为主轴前支撑的密封结构1-进油口2-轴承3-套筒4，5-法兰盘6-主轴7-泄露空8-回油斜孔9-泄油孔图2.2主轴前支撑的密封结构 4.主轴故障诊断(见表1.2主轴故障现象及原因）表1.2主轴故障现象及原因 故障现象 故障原因1.主轴发热轴承损伤或不清洁、轴承油脂耗尽或油脂过多、轴承间隙过小2.主轴强力切削停转电机与主轴传动的皮带过松、皮带表面有油、离合器松3.润滑油泄漏 润滑油过量、密封件损伤或失效、管件损坏4.主轴噪声（振动）缺少润滑、皮带轮动平衡不佳、带轮过紧、齿轮磨损或啮合间隙过大、轴承损坏5.主轴没有或润滑不足油泵转向不正确、油管或滤油器堵塞、油压不足 6.刀具不能夹紧 蝶形弹簧位移量太小、刀具松夹弹簧上螺母松动7.刀具夹紧后不能松开 刀具松夹弹簧压合过紧、 液压缸压力和行程不够2.2.3滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副主要分为三类其分别为垫片调整式，螺纹调整式和齿差调整式。它们的结构分别为图2.3,图2.4,图2.5所示。1，6-螺母2-调整垫片3-返回器4-钢球5-螺杆图2-3垫片调整式的滚珠丝杠螺母副 1，7-螺母2-返回器3-钢球4-螺杆5-垫圈6-圆螺母 图2-4螺纹调整式的滚珠丝杠螺母副 1，4-内齿圈2，5-螺母3-螺母座图2-5齿差调整式的滚珠丝杠螺母副1.滚珠丝杠螺母副的维护 1）轴向间隙的调整 保证反向传动精度和轴向刚度（垫片调隙式、螺纹调隙式、齿差调隙式） 2）支承轴承的定期检查 定期检查丝杠支承与床身的连接是否有松动以及轴承是否损坏 3）滚珠丝杠副的润滑 润滑剂（油/脂）可提高耐磨性和传动效率（工作前/半年） 4）滚珠丝杠的防护 防止硬质灰尘或切屑污物的进入，可采用防护罩或防护套管等 2.滚珠丝杠螺母副的故障诊断（见表1.3滚珠丝杠螺母副故障现象及原因）表1.3滚珠丝杠螺母副故障现象及原因 故障现象 故障原因1）噪声大 丝杠支承轴承损坏或压盖压合不好、联轴器松动、润滑不良或丝杠副滚珠有破损 2）丝杠运动轴向预紧太大、丝杠或螺母轴不灵活、线与导轨不平行、丝杠弯曲2.2.4导轨副1.导轨副的维护1）间隙调整保证导轨面之间合理的间隙 (摩擦力大、磨损大,运动失去准确性和平稳性、失去导向精度）2）滚动导轨的预紧提高刚度、消除间隙3）导轨的润滑降低摩擦系数、减少磨损、防止导轨面锈蚀。 润滑方式：人工加油油杯供油、压力油润滑 润滑油：粘度变化小、润滑性好、油膜刚度4）导轨的防护防止切屑、磨粒或冷却液散落在导轨上而引起磨损、擦伤、和锈蚀，导轨面上应有可靠的防护装置。常用的有刮板式、卷帘式和叠层式防护罩。需要经常进行清理和保养。2.导轨故障诊断故障现象 故障原因1.导轨研伤 地基与床身水平有变化使局部载荷过大、长期短工件加工局部磨损严重、导轨润滑不良、导轨材质不佳、刮研不符和要求、导轨维护不良落入赃物2.移动部件 导轨面研伤、导轨压板研伤、镶条与导轨间隙太小3.加工面在接刀处不平 导轨直线度超差、工作台塞铁松动或塞铁弯度过大机床水平度差使导轨发生弯曲2.2.5刀库及换刀装置 1.刀库与换刀机械手的维护要点 1）严禁把超重、超长的刀具装入刀库，防止机械手换刀时掉刀或发生碰撞 2）不管什么方式选刀时，刀具号要和刀库上所需刀具一致 3）手动方式放往刀库上装刀时，要确保装到位、装牢靠。刀座上的锁紧也要可靠 4) 经常检查刀库的回零位置是否正确，主轴回换刀点位置到位，及时调整 5) 要保持刀具刀柄和刀套的清洁 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（行程开关、电磁阀、液压系统的压力等） 2.刀库与换刀机械手的故障诊断故障主要表现在：刀库运动故障、定位误差过大、机械手夹持刀柄不稳定和机械手运动误差过大等 故障现象故障原因1.刀库刀套不能卡紧刀具 刀套上的调整螺母位置不对 2.刀库不能旋转电机和蜗杆轴联轴器松动3.刀具从机械手中脱落刀具超重、机械手卡紧销损坏或没有弹出来4.刀具交换时掉刀 换刀时主轴没有回到换刀点5.换刀速度过快或过慢 气压太高或太低和节流阀开口太大或太小2.3伺服系统常见故障诊断及维修在自动控制系统中，把输出量能够以一定的准确度度跟随输入量的变化而变化的系统称为随动系统，数控机床的伺服系统是指以机床移动部件的位移度作为控制量的自动控制系统。伺服驱动系统与电源电网，机械系统等相关联，而且在工作中一直处于频繁的启动和运行状态，因而这也是故障较多的部分。2.3.1主轴驱动系统 1.主轴的要求 一般主轴要求：速度大范围连续可调、恒功率范围宽 伺服主轴要求：有进给控制和位置控制 主轴变速形式：电动机带齿轮换档（降速、增大传动比、增大主轴转矩）；电动机通过同步齿带或皮带驱动主轴（恒功率、机械传动简单）2.主轴伺服系统的故障形式及诊断方法 主轴伺服系统发生故障时，有三种表现形式：1）在CRT或操作面板上显示报警内容或报警信息2）在主轴驱动装置上用报警灯或数码管显示故障3）无任何故障报警信息3.主轴伺服系统常见故障有：1）外界干扰：屏蔽和接地措施不良时，主轴转速或反馈信号受电磁干扰，使主轴驱动出现随机和无规律的波动。判别方法，使主轴转速指令为零再看主轴状态2）过载：切削用量过大，频繁正、反转等均可引起过载报警。具体表现为电动机过热、主轴驱动装置显示过电流报警等3）主轴定位抖动 主轴准停用于刀具交换、精镗退刀及齿轮换档等场合，有三种实现形式： a机械准停控制（V形槽和定位液压缸） b磁性传感器的电气准停控制 （图2.5） c编码器型的准停控制（准停角度可任意）上述准停均要经减速，减速或增益等参数设置不当；限位开关失灵；磁性传感器间隙变化或失灵都会引起定位抖动1.磁性传感器2.发磁体3.主轴4.支架5.主轴箱图2.5 磁性传感器主轴准停装置3.主轴直流驱动的故障诊断1)控制电路控制回路采用电流反馈和速度反馈的双闭环调速系统，内环是电流环，外环是速度环。如图2.6控制回路示意图所示。调速特点是速度环的输出是电流环的输入，可以根据速度指令电压和转速反馈电压的差值及时控制电动机的转矩。在速度差值大时，转矩大，速度变化快，转速尽快达到给定值，当转速接近给定值时，转矩自动减小，避免超调2.6控制回路示意图2）主电路 数控机床直流主轴电动机由于功率较大，切要求正、反转及停止迅速，驱动装置采用三相桥式反并联逻辑无环流可逆变调速系统，在制动时，除了缩短制动时间，还能将主轴旋转的机械能转变成电能送回电网。还利用逻辑电路，使一组晶闸管工作时，另一组的触发脉冲被封锁，切断两组之间流通的电流3）实例解析例1：某加工中心采用直流主轴电动机、逻辑无环可逆调速系统。当用M03指令起动时有“咔、咔”的冲击声，电动机换向片上有轻微的火花，起动后无明显的异常现象；用M05指令使主轴停止时，换向片上出现强烈的火花，同时伴有“叭、叭”的放电声，随即交流回路的保险丝熔断。火花的强烈程度和电动机的转速成正比。但若用急停方式停止主轴，换向片上没有任何火花。 分析诊断：急停（电阻能耗制动）；正常停机（回馈制动）。在任何时候不允许正、反两组同时工作，有火花说明逆变电路有故障。 例2：某加工中心主轴在运转时抖动，主轴箱噪声增大，影响加工质量。经检查主轴箱和直流主轴电动机正常，把检查转到主轴电机的控制系统。 分析诊断：测得的速度指令信号正常，而速度反馈信号出现不应有的脉冲信号，问题出在速度检测元件上，经检查，测速发电机碳刷完好，但换向器因碳粉堵塞，而造成一绕组断路，使测得的反馈信号出现规律性的脉冲，导致速度调节系统调节不平稳，使驱动系统输出的电流忽大忽小，从而造成电动机轴的抖动。用酒精清洗换向器，彻底消除碳粉，即可排除故障 2.3.2进给伺服系统 数控机床所采用的伺服进给系统按控制系统的结构可以分为开环控制、闭环控制半闭环控制以及混合控制4种。1.伺服系统结构形式伺服系统不同的结构形式，主要体现在检测信号的反馈形式上，以带编码器的伺服电动机为例：方式1转速反馈与位置反馈信号处理分离。如图2.7所示。图2.7方式2编码器同时作为转速和位置检测，处理均在数控系统中完成。如图2.8所示。图2.8方式3编码器方式同上，处理方式不同。如图2.9所示。图2.9方式4数字式伺服系统。如图2.10所示。图2.102、进给伺服系统的常见故障及实例分析1）常见故障超程进给运动超过软限位或硬限位，CRT过载进给运动的负载过大、频繁正反转以及传动链润滑不良等引起，CRT及伺服驱动单元都会有报警信息窜动测速信号或速度控制信号不稳定、接线接触不良等引起爬行发生在起动加速段或低速进给时，一般是由于进给传动链的润滑不良、伺服系统增益过低及负载过大、联轴器松动等引起振动与进给速度有关，速度环增益太高或速度反馈有故障；与速度无关，位置环增益太高或位置反馈有故障；在加速过程中产生，减速时间设定过小伺服电动机不转数控系统速度信号是否输出；使能信号是否接通；冷却润滑条件是否满足；电磁制动是否释放；驱动单元故障；伺服电动机故障位置误差系统设置的允差过小；伺服增益设置不当；位置检测装置有污染；进给传动链累积误差过大；主轴箱垂直运动时平衡装置不稳漂移当指令值为零时，坐标轴仍移动从而造成位置误差。通过漂移补偿和驱动单元上的零速调整来消除回参考点故障有找不到和找不准参考点两种故障，前者主要是回参考点减速开关产生的信号或零标志脉冲信号失效所致，可用示波器检测信号；后者是参考点开关挡快位置设置不当引起，只要重新调整即可2）实例分析 例1.开机出现剧烈振动的故障维修 故障现象：一台配套FANUC 6M 的加工中心，在机床搬迁后，首次开机时，机床出现剧烈振动,CRT显示401、430报警。 分析与处理过程：FANUC 6M系统CRT上显示401报警的含义是“ X、Y、Z 等进给轴驱动器的速度控制准备信号（VRDY信号)为OFF状态，即：速度控制单元没有准备好”；ALM430报警的含义是“停止时Z轴的位置跟随误差超过”。 根据以上敌障现象，考虑到机床搬迁前工作正常，可以认为机床的剧烈振动，是引起 X、Y、Z等进给轴驱动器的速度控制准各信号（VRDY信号）为“OFF”状态，且Z轴的跟随误差超过的根本原因。 分析机床搬迁前后的最大变化是输入电源发生了改变，因此，电源相序接反的可能性较大。检查电源进线，确认了相序连接错误；更改后，机床恢复正常。 例2.开机后发生周期性振动的报警维修 故障现象：一台配套FANUC 11M的加工中心，开机时， CRT显示SV008号报警， Z轴发生周期性振动。 分析与处理过程：FANUC 11M系统出现SV008报警的含义是“坐标轴停止时的误差过大”，引起本报警的可能原因有： 1）系统位置控制参数设定错误。 2）伺服系统机械故障。 3）电源电压异常。 4）电动机和测速发电机、编码器等部件连接不良。 根据上达可能的原因，再结合 Z轴作周期性振动的现象综合分析，并通过脱开电动机与丝杠的连接试验，初步判定故障原因在伺服驱动系统的电气部分。 为了进一步判别故障原因，维修时更换了 X、Z轴的伺服电动机，进行试验，结果发现故障不变，由此判定故障原因不在伺服电动机。 由于 X、Y、Z伺服驱动器的控制板规格一致，在更改设定、短接端后，更换控制板试验，证明故障原因在驱动器的控制板上。 更换驱动器控制板后，故障排除，机床恢复正常。2.3.3位置检测装置 位置环是外环，其指令脉冲来自NC经插补运算（包含对伺服系统位置和速度的要求）。位置环是伺服系统中重要的一环，检测元件的精度直接影响机床的位置精度（闭环常用光栅，半闭环常用编码器）。故障形式是在CRT上显示报警号和信息轮廓误差、静态误差监视报警和测量装置监控报警 1.位置检测装置的维护1）光栅 a.透射光栅与反射光栅b.光栅输出信号：二个相位和一个零标志c.维护注意点 防污（冷却液轻微结晶、水雾、通入低压压缩空气、无水酒精轻檫） 防振（不能敲击避免光学元件损坏）如图2.11所示为光栅测量原理示意图1-光栅尺2-光源3-光电二极管4-指示光栅图2.11光栅测量原理示意图2)光电脉冲编码器输出信号：二个相位和一个零标志维护注意点 防振和防污（内部松动和信号丢失） 联结松动（影响位置精度、进给运动的不稳定、伺服电机的换向而引起振动）3)感应同步器组成：定尺和滑尺上面具有矩形绕组维护注意点在安装时必须保持定尺和滑尺的相对平行、不要损坏尺上耐切削液涂层和带绝缘层的铝箔、滑尺接线要分清SIN和COS绕组4.旋转变压器（如图2.12所示为其结构图）输出电压与转子的角位移有固定的函数关系维护注意点定子和转子阻值不同不要接错、碳刷磨损要及时更换1. 电机轴2.测速发电机6.小齿轮7.旋转变压器8.安装板10.大齿轮11.防护罩图2.12旋转变压器结构图2.位置检测的故障诊断当出现位置环开环报警时，将J2连接器脱开，在CNC系统的一侧，把J2连接器上的5V线同报警线ALM连在一起，合上数控电源，根据报警是否再现，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。在测量装置的话，可再测J1连接器上有无信号输入，可将故障定位在光栅或EXE电路例1一卧式加工中心，采用SINUMERIK8系统，带EXE光栅测量装置。运行中出现114号报警，同时伴有113号报警。分析：114号电缆断线或与地短路；信号丢失检查：外观检查和测量；（信号漏读）检查信号源和传输系统（光源和光学系统）实际：灯泡表面呈毛玻璃状、指示光栅表面也有一层雾状物3 数控机床的维护数控机床的维护在内容、手段和方上与传统机床维护有很大的区别。学习和掌握数控机床维护技术，已越来越引相关企业和工程技术人员的关注。数控机床维护已成为正确使用数控机床的关键因素之一。3.1数控机床维护的内容及特点3.1.1.数控机床维护的内容数控机床由机床本体（包括液压、气动和润滑装置等）和电气系统两大部分组成。就机床本体而言，同于机械部件于运动摩擦过程中，因此，对它的维护就显得特别重要，如主轴箱的冷却和润滑，导轨副和丝杠螺母副的间隙调整、润滑及支承的预紧，液压和气动装置的压力和流量调整等。电气控制系统由数控系统、伺服系统、机床电器柜（也称强电柜）及操作面板等组成。1.数控系统与机床及机床电器设备之间的接口有四个部分：（1）驱动电路主要指与坐标轴进给驱动和主轴驱动的连结电路。（2）位置反馈电路指数控系统与位置检测装置之间的连结电路。（3）电源及保护电路电源及保护电路由数控机床强电线路中的电源控制电路构成。强电线路由电源变压器、控制变压器、各种断路器、保护开关、接触器、熔断器等连接而成，以便为交流电动机液压泵电动机、冷却泵电动机及润滑泵电动机等、电磁铁、离合器和电磁阀等功率执行元件供电。（4）开/关信号连接电路开/关信号是数控系统与机床之间的输入/输出控制信号。输入/输出信号在数控系统和机床之间的传送通过I/O接口进行。数控系统中各种信号均可用机床数据位“1”或“0”来表示。2.数控机床最终是以位置控制为目的的，所以，位置检测装置维护的好坏将直接影响到机床的运动精度和定位精度。就数控系统来说，80年代中期以前，由于当时CPU的性能低，采用硬件要比软件快得多，所以硬件品质的高低，就决定了当时数控系统品质的高低。有资料表明：数控机床操作、保养和调整不当占整个故障的57%，伺服系统、电源及电气控制部分的故障占整个故障的37.5%，而数控系统的故障只占5.5%。3.1.2数控机床维护的特点按照数控机床故障频率的高低，整个使用寿命期大致可分为三个阶段，即初始使用故障期，相对稳定运行期以及寿命终了期，如图3.1所示。图3.1 设备使用寿命-故障频率曲线T1-初始使用期 T2-相对稳定期 T3-寿命终了期（1）初始使用期在这个时期，电气、液压和气动系统故障频率约占整个初始使用期故障的90%，为此，要加强对机床的监测，勤记录，定期对机床进行机电调整，以保证设备各种运行参数处于技术规范之内。（2）相对稳定运行期设备在经历了初期的各种老化、磨合和调整后，开始大显神通入相对稳定的正常运行期，此时各类元器件质性的故障较为少见，但不排除偶发性故障的产生，所以在这时期内要坚持做好设备运行记录，以备排除故障时参考。另外，要坚持每隔6个月对设备作一次机电综合检测和复校，这个时期内，机电故障发生的概率近乎相等，且大多数可以排除。相对稳定运行期较长，一般为710年。（3）寿命终了期机床进入寿命终期后，各类元器件开始速磨损和老化，故障频率开始逐年递增，故障性质属于渐发性和器件性的。例如橡胶件的老化，轴衬和液压缸的磨损，限位开关接触灵敏度以及某些电子元器件品质因素开始下降等，同样，在此期间一样要坚持做好设备运行记录，所发生的故障大多数是可以排除。3.1.3数控机床维护对数控机床进行维护保养的目的就是要延长机械部件的磨损周期，延长元器件的使用寿命，保证机床长时间稳定可靠在运行。1.点检点检就是按有关维护文件的规定，对数控机床进行点、定时的检查和维护。（1）专职点检（2）日常点检（3）生产点检2.数控系统日常维护（1）机床电气柜的散热通风（2）尽量少开电气控制柜门（3）纸带阅读机的定期维护（4）支持电池的定期便换（5）备用印制线路板的定期通电（6）数控系统长期不时的保养3.2电源维护数控机床的电源装置通常由电源变压器、机床控制变压器、断路器、熔断器和开关电源等组成。通过电源配置提供数控机床各种电源，以