数控机床机械故障分析毕业论文

数控机床故障诊断与维修论文班级：学号：姓名：数控机床故障诊断与维修论文科学技术的发展，对机械产品提出了高精度、高复杂性的要求，而且产品的更新换代也在加快，这对机床设备不仅提出了精度和效率的要求，而且也对其提出了通用性和灵活性的要求。数控机床就是针对这种要求而产生的一种新型自动化机床。数控机床集微电子技术、计算机技术、自动控制技术及伺服驱动技术、精密机械技术于一体，是高度机电一体化的典型产品。它本身又是机电一体化的重要组成部分，是现代机床技术水平的重要标志。数控机床体现了当前世界机床技术进步的主流，是衡量机械制造工艺水平的重要指标，在柔性生产和计算机集成制造等先进制造技术中起着重要的基础核心作用。因此，如何更好的使用数控机床是一个很重要的问题。由于数控机床是一种价格昂贵的精密设备，因此，其维护更是不容忽视。一、数控机床1. 数控加工的概念数控机床的工作原理就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、工件的松开与夹紧、进刀与退刀、开车与停车、自动关停冷却液）和步骤以及工件的形状尺寸用数字化的代码表示，通过控制介质（如穿孔纸带或磁盘等）将数字信息送入数控装置，数控装置对输入的信息进行处理与运算，发出各种控制信号，控制机床的伺服系统或其他驱动元件，使机床自动加工出所需要的工件。所以，数控加工的关键是加工数据和工艺参数的获取，即数控编程。数控加工一般包括以下几个内容：(1) 对图纸进行分析，确定需要数控加工的部分；(2) 利用图形软件（如CAXA制造工程师）对需要数控加工的部分造型；(3) 根据加工条件，选择合适的加工参数，生成加工轨迹（包括粗加工、半精加工、精加工轨迹）；(4) 轨迹的仿真检验；(5) 生成G代码；(6) 传给机床加工。2. 数控机床的特点(1) 具有高度柔性在数控机床上加工零件，主要取决于加工程序，它与普通机床不同，不必制造、更换许多工具、夹具，不需要经常调整机床。因此，数控机床适用于零件频繁更换的场合。也就是适合单件、小批生产及新产品的开发，缩短了生产准备周期，节省了大量工艺设备的费用。(2) 加工精度高数控机床的加工精度，一般可达到～，数控机床是按数字信号形式控制的，数控装置每输出一个脉冲信号，则机床移动部件移动一个脉冲当量（一般为），而且机床进给传动链的反向间隙与丝杠螺距平均误差可由数控装置进行补偿，因此，数控机床定位精度比较高。(3) 加工质量稳定、可靠加工同一批零件，在同一机床，在相同加工条件下，使用相同刀具和加工程序，刀具的走刀轨迹完全相同，零件的一致性好，质量稳定。(4) 生产率高数控机床可有效地减少零件的加工时间和辅助时间，数控机床的主轴转速和进给量的范围大，允许机床进行大切削量的强力切削，数控机床目前正进入高速加工时代，数控机床移动部件的快速移动和定位及高速切削加工，减少了半成品的工序间周转时间，提高了生产效率。(5) 改善劳动条件数控机床加工前经调整好后，输入程序并启动，机床就能自动连续的进行加工，直至加工结束。操作者主要是程序的输入、编辑、装卸零件、刀具准备、加工状态的观测，零件的检验等工作，劳动强度极大降低，机床操作者的劳动趋于智力型工作。另外，机床一般是封闭式加工，即清洁，又安全。(6) 利于生产管理现代化数控机床的加工，可预先精确估计加工时间，所使用的刀具、夹具可进行规范化、现代化管理。数控机床使用数字信号与标准代码为控制信息，易于实现加工信息的标准化，目前已与计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）有机地结合起来，是现代集成制造技术的基础。3. 数控机床使用中应注意的事项使用数控机床之前，应仔细阅读机床使用说明书以及其他有关资料，以便正确操作使用机床，并注意以下几点：(1) 机床操作、维修人员必须是掌握相应机床专业知识的专业人员或经过技术培训的人员，且必须按安全操作规程及安全操作规定操作机床；(2) 非专业人员不得打开电柜门，打开电柜门前必须确认已经关掉了机床总电源开关。只有专业维修人员才允许打开电柜门，进行通电检修；(3) 除一些供用户使用并可以改动的参数外，其它系统参数、主轴参数、伺服参数等，用户不能私自修改，否则将给操作者带来设备、工件、人身等伤害；(4) 修改参数后，进行第一次加工时，机床在不装刀具和工件的情况下用机床锁住、单程序段等方式进行试运行，确认机床正常后再使用机床；(5) 机床的PLC程序是机床制造商按机床需要设计的，不需要修改。不正确的修改，操作机床可能造成机床的损坏，甚至伤害操作者；(6) 建议机床连续运行最多24小时，如果连续运行时间太长会影响电气系统和部分机械器件的寿命，从而会影响机床的精度；(7) 机床全部连接器、接头等，不允许带电拔、插操作，否则将引起严重的后果。二、数控机床的维护数控系统是数控机床的核心部件，因此，数控机床的维护主要是数控系统的维护。数控系统经过一段较长时间的使用，电子元器件性能要老化甚至损坏，有些机械部件更是如此，为了尽量地延长元器件的寿命和零部件的磨损周期，防止各种故障，特别是恶性事故的发生，就必须对数控系统进行日常的维护。概括起来，要注意以下几个方面。1. 制订数控系统日常维护的规章制度根据各种部件特点，确定各自保养条例。如明文规定哪些地方需要天天清理（如CNC系统的输入／输出单元——光电阅读机的清洁，检查机械结构部分是否润滑良好等），哪些部件要定期检查或更换（如直流伺服电动机电刷和换向器应每月检查一次）。2. 应尽量少开数控柜和强电柜的门因为在机加工车间的空气中一般都含有油雾、灰尘甚至金属粉末。一旦它们落在数控系统内的印制线路或电器件上，容易引起元器件间绝缘电阻下降，甚至导致元器件及印制线路的损坏。有的用户在夏天为了使数控系统超负荷长期工作，打开数控柜的门来散热，这是种绝不可取的方法，最终会导致数控系统的加速损坏。正确的方法是降低数控系统的外部环境温度。因此，应该有一种严格的规定，除非进行必要的调整和维修，不允许随便开启柜门，更不允许在使用时敞开柜门。3. 定时清扫数控柜的散热通风系统应每天检查数控系统柜上各个冷却风扇工作是否正常，应视工作环境状况，每半年或每季度检查一次风道过滤器是否有堵塞现象。如果过滤网上灰尘积聚过多，需及时清理，否则将会引起数控系统柜内温度高（一般不允许超过55℃），造成过热报警或数控系统工作不可靠。4. 经常监视数控系统用的电网电压FANUC公司生产的数控系统，允许电网电压在额定值的85%～110%的范围内波动。如果超出此范围，就会造成系统不能正常工作，甚至会引起数控系统内部电子部件损坏。5. 定期更换存储器用电池FANUC公司所生产的数控系统内的存储器有两种：(1) 不需电池保持的磁泡存储器。(2) 需要用电池保持的CMOS RAM器件，为了在数控系统不通电期间能保持存储的内容，内部设有可充电电池维持电路，在数控系统通电时，由+5V电源经一个二极管向CMOS RAM供电，并对可充电电池进行充电；当数控系统切断电源时，则改为由电池供电来维持CMOS RAM内的信息，在一般情况下，即使电池尚未失效，也应每年更换一次电池，以便确保系统能正常工作。另外，一定要注意，电池的更换应在数控系统供电状态下进行。6. 数控系统长期不用时的维护为提高数控系统的利用率和减少数控系统的故障，数控机床应满负荷使用，而不要长期闲置不用，由于某种原因，造成数控系统长期闲置不用时，为了避免数控系统损坏，需注意以下两点：(1) 要经常给数控系统通电，特别是在环境湿度较大的梅雨季节更应如此，在机床锁住不动的情况下（即伺服电动机不转时），让数控系统空运行。利用电器元件本身的发热来驱散数控系统内的潮气，保证电子器件性能稳定可靠，实践证明，在空气湿度较大的地区，经常通电是降低故障率的一个有效措施。(2) 数控机床采用直流进给伺服驱动和直流主轴伺服驱动的，应将电刷从直流电动机中取出，以免由于化学腐蚀作用，使换向器表面腐蚀，造成换向性能变坏，甚至使整台电动机损坏。

数控机床故障与维修探析

数控机床维修时往往会发现有电源故障，有些系统电源控制线路比直接电源加入型系统要复杂。下面是我为您搜集整理的数控机床故障与维修探析论文，希望能对您有所帮助。

摘要： 本文首先概述了现代数控机床的常见故障，接着推出了诊断故障的基本方法，继而针对诊断的故障提出了维修原则及具体方法，希望对诊断、维修故障数控机床提供有效的建议。

关键词： 数控机床 报警故障 CNC PLC 复位

数控机床是集机械、电子电器、液压、气动、光学、计算机技术于一体的高技术密集型机电设备，因此，高效的同时也很昂贵。发生故障时，诊断难度也大，甚至会造成停产停机。而这些设备往往处于关键岗位的关键工序上，若出现故障将会给企业造成很大的损失。虽然现在数控系统的可靠性越来越高，而由于受到操作、外部环境变化等原因，出现故障在所难免。为了加强数控设备使用管理与维修，降低故障率，总结常见的故障，采取正确的故障诊断方法，及时维修并排除故障，缩短故障维修时间，使机床尽快恢复工作，是摆在机械工作人员面前的一个重要问题。

一、现代数控机床常见故障

(一)电源故障

数控机床维修时往往会发现有电源故障，有些系统电源控制线路比直接电源加入型系统要复杂。对照原理图进行维修是最有效，最可靠的方法。在某些机床上，由于机床互锁的需要，使用了外部电源切断信号，这时应根据机床电气原理图，综合分析故障原因，排除外部电源切断的因素，才能起动。

(二)系统有报警显示故障

a、软件报警显示的故障：数控系统显示器上显示出的报警号和报警信息即是软件报警显示。由于数控系统具有自诊断功能，一旦检查出故障，便会按故障的级别进行处理，同时在显示器上显示报警信息和报警号。软件报警又可分为PLC报警和NC报警，前者PLC报警的报警信息来自机床制造厂家编制的报警文本，大多属于机床侧的故障报警，遇到这类故障，可根据报警信息，或者PLC用户程序确诊故障：后者为数控部分的故障报警，可通过报警号，在《数控系统维修手册》上找到这个报警的原因和处理方面，从而确定可能产生故障的原因。

b、硬件报警显示的故障：硬件报警显示通常指各单元装置上的指示灯的报警指示。在数控系统中有许多用以指示故障部位的指示灯，如控制系统操作面板、伺服控制单元、CPU主板等部位，一旦数控系统的这些指示灯指示故障状态后，根据相应部位上的指示灯的报警含义，均可以大致判断故障发生的部位和性质，这样会给故障分析与诊断带来极大好处。因此在日常维护和故障维修时维修人员应注意检查这些指示灯的状态是否正常。

(三)系统无报警显示的故障

这类故障没有任何硬件及软件报警显示而发生的，便使得分析诊断比较困难。一般来说没有报警显示的故障，大多是由硬件故障引起的，除公共电源外一般是由连接不良造成，所以要重点检查系统与显示器的连接电缆及显示器本身，显示混乱或显示不正常通常是因系统的软件出错造成;但是具体问题还是要具体分析，情况一定要根据具体的故障现象、机床工作原理、数控系统工作原理、PLC梯形图以及维修经验来分析诊断故障。

(四)数控装置故障

a、数控装置软件故障：有些机床故障是因为加工程序出现问题，有些故障是因为机床数据设置不当造成的，这类故障属于软件故障。只要找到将故障原因有针对性的进行修改，就会排除故障。

b、数控装置硬件故障：有些机床故障是因为控制系统硬件出现问题，这类故障必须更换损坏的器件或者维修后才能排除故障。比如一台数控中床的显现屏幕没有显示这机关的故障，而检查机床控制系统的电源模块输入电源正常，可在电源模块上没有5V电压，说明电源模块损坏，只要进行维修，机床便可正常工作。

(五)PLC部分故障

因为PLC用户程序编制出现问题，在数控机床运行时就发生故障。另外，PLC用户如果程序的编制不科学，也会引起一些无报警的机床侧故障，所以PLC用户的程序编制相当重要。

因为PLC输入输出模块出现问题，导致不能正常工作属于硬件故障。个别输入输出口有故障，可以修改PLC程序来进行维修，或者用备用接口替代问题接口，达到排除故障的目的。

二、数控机床故障诊断的基本方法

故障诊断是维修数控机床的第一步，它不仅可以迅速查明故障原因，排除故障，也可以起到预防故障的发生与扩大的作用。一般来说，数控机床的故障诊断方法主要有以下几种：

(一)常规诊断法

对数控机床的机、电、液等部分进行的常规检查，通常包括：

首先，检查电源的规格(包括电压、频率、相序、容量等)是否符合要求;其次，检查CNC、伺服驱动、主轴驱动、电机、输入/输出信号的连接是否正确、可靠;再次，检查CNC、伺服驱动等装置内的印制电路板是否安装牢固，接插部位是否有松动;第四，检查CNC、伺服驱动、主轴驱动等部分的设定端、电位器的设定、调整是否正确;第五，液压、气动、润滑部件的油压、气压等是否符合机床要求;第六，电器元件、机械部件是否有明显的损坏。

(二)状态诊断法

通过监测执行元件的工作状态判定故障原因。在现代数控系统中，伺服进给系统、主轴驱动系统、电源模块等部件主要参数的动、静态检测，及数控系统全部输入输出信号包括内部继电器、定时器等的状态，也可以通过数控系统的诊断参数予以检查。

(三)动作诊断法

通过观察、监视机床的实际动作，判断动作不良部位，并由此来追溯故障源。

(四)系统自诊断法

这是利用系统内部自诊断程序或专用的诊断软件，对系统内部的.关键硬件以及系统的控制软件进行自我诊断、测试的诊断方法。主要包括开机自诊断、在线监控和脱机测试三个方面的内容。

三、数控机床维修的基本原则

维修数控机床一般情况下首先要遵循一些基本原则，这样往往会思路清晰，有事半功倍的效果。(一)先动脑后动手

对于有故障的数控机床，不应急于动手，应先查清产生故障的前后经过及故障现象。对于生疏的设备还应先熟悉电路原理和结构特点，遵守相应规则。拆卸前要充分熟悉每个部件的功能、位置、连接方式以及与周围其他器件的关系，在没有组装图的情况下，应一边拆卸，一边画草图，并做好标记。

(二)先外部后内部

应先检查设备有无明显裂痕、缺损，了解其维修史、使用年限等.然后再对机内进行检查。拆前应排除周边的故障因素，确定为机内故障后才能拆卸，否则会扩大故障，使机床丧失精度，降低性能。

(三)先机械后电气

在确定机械零件无故障后，再进行电气方面的检查。检查电路故障时，应利用检测仪器寻找故障部位，确认无接触不良故障后，再有针对性地查看线路与机械的运作关系，以免误判。

(四)先静态后动态

先在机床断电的静止状态下对处于调试阶段或刚维修后的数控机床检查是否按照接口说明书的设计来安装电缆插件及电缆与模块接插件是否牢同;线路板连接是否正确;是否所有集成电路上器件正常而无变形等。长期闲置或缺少维护的老设备会因为电缆的疲劳破损、接线点的氧化与腐蚀而造成信号传递中断等不明显故障。

(五)先清清后维修

对污染较重的数控设备.先对其按钮、接线点、接触点进行清洁。检查外部控制键是否失灵。许多故障都是由脏污及导电尘块引起的。一经清洁故障往往会排除。

(六)先电源后设备

电源部分的故障率在整个故障设备中占的比例很高，所以先检修电源往往可以事半功倍。

(七)先排患后更换

先不要急于更换损坏的电气部件.在确认外围设备电路正常时，再考虑更换损坏的电气部件。

(八)先简单后复杂

当出现多种故障相互交织掩盖，一时无从下手时，应先解决容易的问题，后解决难度较大的问题。往往简单的问题解决后，难度大的问题也可能变得容易了。

四、维修方法

在数控机床维修中，维修方法的选择到位不到位直接影响着机床维修的质量，在维修过程中经常使用的维修方法有以下几种：

(一)初始化复位法

由于瞬时故障引起的系统报警，可用硬件复位或开关系统电源依次来清除故障，若系统工作存贮区由于掉电、拔插线路板或电池欠压造成混乱，则必须对系统进行初始化清除，清除前应注意作好数据拷贝记录，若初始化后故障仍无法排除，则进行硬件诊断。

(二)参数更改，程序更正法

系统参数是确定系统功能的依据，参数设定错误就可能造成系统的故障或某功能无效。有时由于用户程序错误亦可造成故障停机，对此可以采用系统搜索功能进行检查，改正所有错误，以确保其正常运行。

(三)调节、最佳化调整法

调节是一种最简单易行的办法通过对电位计的调节，修正系统故障。

(四)备件替换法

用好的备件替换诊断出坏的线路板，并做相应的初始化启动，使机床迅速投入正常运转，然后将坏板修理或返修，这是目前最常用的排故办法。

(五)改善电源质量法

目前一般采用稳压电源，来改善电源波动。对于高频干扰可以采用电容滤波法，通过这些预防性措施来减少电源板的故障。

参考文献

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[3] 王功胜.数控机床故障排除方法及实例[J].重型机械科技，2006，(4)：40-41.

摘要]电子技术的发展以及国内数控装置的发展使得数控装置的价格走低,特别是经济型数控车系统的价格已经是到达了它的最低点。经济型数控车床在中国的机械加工行业中得到了迅速普及,使得我国机械加工水平无论在加工质量方面还是在加工效率方面也得到了迅速提高。但是随着机床使用时间的延长,数控机床会出现这样或那样的故障,本文就以经济型数控机床的常见故障为例,谈了一些解决的办法。 [关键词]数控车床 霍尔开关 继电器 伺服驱动 数控车床典型故障诊断及维修一、换刀装置故障 数控车换刀一般的过程是:换刀电机接到换刀信号后,通过蜗轮蜗杆减速带动刀架旋转,由霍尔元件发出刀位信号,数控系统再利用这个信号与目标值进行比较以判断刀具是否到位。刀换到位后,电机反转缩紧刀架。在我维修数控车的过程中遇到了以下几个故障现象。 故障一:一台四刀位数控车床,发生一号刀位找不到,其它刀位能正常换刀的故障现象。 故障分析:由于只有一号刀找不到刀位,可以排除机械传动方面的问题,确定就是电气方面的故障。可能是该刀位的霍尔元件及其周围线路出现问题,导致该刀位信号不能输送给PLC。对照电路图利用万用表检查后发现:1号刀位霍尔元件的24V供电正常,GND线路为正常,T1信号线正常。因此可以断定是霍尔元件损坏导致该刀位信号不能发出。 解决办法:更换新的霍尔元件后故障排除,一号刀正常找到。 故障二:一台六刀位数控车床,换刀时所有刀位都找不到,刀架旋转数周后停止,并且数控系统显示换刀报警:换刀超时或没有信号输入。 故障分析查找:对于该故障,仍可以排除机械故障,归咎于电气故障所致。产生该故障的电气原因有以下几种:1.磁性元件脱落;2.六个霍尔元件同时全部损坏;3.霍尔元件的供电和信号线路开路导致无电压信号输出。其中以第三种原因可能性最大。因此找来电路图,利用万用表对霍尔元件的电气线路的供电线路进行检查。结果发现:刀架检测线路端子排上的24V供电电压为0V,其它线路均正常。以该线为线索沿线查找,发现从电气柜引出的24V线头脱落,接上后仍无反应。由此判断应该是该线断线造成故障。 解决办法:利用同规格导线替代断线后,故障排除。 故障三:一台配有FANUC-0imate系统大连机床厂的六刀位车床,选刀正常但是当所选刀位到位之后不能正常锁紧。系统报警:换刀超时。 故障分析查找:刀架选刀正常,正转正常,就是不能反向锁紧。说明蜗轮蜗杆传动正常,初步定为电气线路问题。在机床刀架控制电气原理图上,发现刀具反向锁紧到位信号是由一个位置开关来控制发出的,是不是该开关即周围线路存在问题呢?为了确认这个故障原因,打开刀架的顶盖和侧盖,利用万用表参照电路图检查线路,发现线路未有开路和短路,通过用手按动刀架反向锁紧位置开关,观察梯形图显示有信号输入,至此排除电气线路问题。推断可能是挡块运动不到位,位置微动开关未动作。于是重新换刀一次来观察一下,结果发现:果然挡块未运动到位。于是把挡块螺栓拧紧,试换刀一次正常。再换一次刀,原故障又出现了,同时发现蜗杆端的轴套打滑并且爬升现象。难道是它造成了电机反转锁紧时位置开关的挡块不能到位?于是把该轴套进行了轴向定位处理,将刀架顶盖装好。结果刀架锁紧正常了。 解决办法:对轴套进行轴向定位故障解决。 二、稳压电源故障 机床在运行时机床照明灯突然不亮,机床操作面板灯也不亮,系统电源正常,同时系统急停报警,和主轴无信号警。关机后重新上电故障依旧。 故障分析检查:经询问当时操作人员,没有违规操作,排除人为原因,也可以排除机械原因,应该是电气故障引起。该机床的电器原理图显示,这些失电区域都和24V有关,并且该机床拥有两个稳压电源,一个是I/O接口电源,另一个为系统电源。失电区域都与I/O接口有关,于是打开电气柜观察发现I/O接口稳压电源指示灯未能点亮,说明该电源未能正常工作或损坏。由稳压电源的工作原理知道,稳压电源有电流短路和过载保护的功能,当电源短路或过载时自动关断电源输出,以保护电源电路不被损坏。于是试着把电源的输出负载线路拆下来,结果发现重新上电后电源指示灯亮了。这说明电源本身没有损坏。通过分析得知该电源为I/O接口电源,负载不大,也不会出现过载现象,应该是输出回路中有短路故障。沿着输出线号进行检查发现有一根24V+输出线接头从绝缘胶布中露出并接触到机床床体。原因很明显:由于该线与机床发生对地短路,造成该稳压电源处于自我保护状态,使得操作面板和一些I/O接口继电器供电停止,导致发生以上故障。至于变频器报警可能24V信号不能到位发出报警。 解决办法:用绝缘胶布把接头处重新包好,重新上电开机所有故障解决,报警解除照明灯也亮了。