现代数控机床维护与维修第一章数控机床维护维修(编辑修改稿)

现代数控机床维护与维修第一章数控机床维护维修(编辑修改稿)内容摘要：

. 必要的维修用器具 与备件 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，不同的故障，所需要的维修工具亦不尽相同。 常用的工具主要有： 1. 常用 测量仪器、仪表 ① 万用表 数控设备的维修涉及弱电和强电，万用表不但要用于测量电压、电流、电阻值，还需要用于判断二极管、三极管、晶闸管、电解电容等元器件的好坏，并测量三极管的放大倍数和电容值。 （ 2） 示波器 用于检测信号的动态波形，如：脉冲编码器、光栅的输出波形，伺服驱动、主轴驱动单元的各级输入、输出波形等；其次还需要用于检测开关电源、显示器的垂直、水平震荡与扫描电路的波形等。 数控机床维修用的示波器通常选用频带宽 为 10~100MHz 的双通道示波器。 （ 3） 数字转速表 转速表用于测量与调整主轴的转速，以及调整系统及驱动器的参数，可以使编程的理想主轴转速理与实际主轴转速相符，它是主轴维修与调整的测量工具之一。 （ 4） 相序表 相序表主要用于测量三相电源的相序，它是进给伺服驱动与主轴驱动维修的必要测量工具之一。 （ 5） 常用的长度测量工具 长度测量工具（如：千分表、百分表等）用于测量机床移动距离、反向间隙值等。 通过测量，可以大致判断机床的定位精度、重复定位精度、加工精度等。 根据测量值可以调整数控系统的电子齿轮比、反向间隙等主要参数，以 恢复机床精度。 是机械部件维修测量的主要检测工具之一。 以下为芯片级维修的常用仪器、仪表。 （ 6） PLC 编程器 不少数控系统的 PLC 控制器必须使用专用的编程器才能对其进行编程、调试、监控和检查。 如： SIEMENS 的 PG7 PG750、 PG865,OMRON 的 GPC01～ GPC0PRO13～ PRO27 等。 这些编程器可以对 PLC 程序进行编辑和修改，监视输入和输出状态及定时器、移位寄存器的变化值。 在运行状态下修改定时器和计数器的设定值。 可强制内部输出，对定时器、计数器和位移寄存器进行置位和复位等。 有些带图形 功能的编辑器还可显示 PLC 梯形图。 （ 7） IC 测试仪 可用来离线快速测试集成电路的好坏，当数控系统进行芯片级维修时是必要的仪器。 （ 8） 逻辑 分析仪 和脉冲信号笔 它是专门用于测量和显示多路数字信号的测试仪器，通常分为 16 和 64 个通道，即可同时显示 8 个、 16 个或 64 个逻辑方波信号。 与显示连续波形的通用示波器不同，逻辑分析仪显示各被测点的逻辑电平，二进制编码或存储器的内容。 2. 常用 维修用器具 中国最大的管理资源中心 第 10 页 共 32 页 （ 1） 电烙铁 最常用的焊接工具，一般应采用 30W 左右的尖头、带接地保护线的内热式电烙铁，最好使用恒温式电烙铁。 （ 2） 吸锡器 常用的是便 携式手动吸锡器，也可采用电动吸锡器。 （ 3） 扁平集成电路拔放台：防静电 SMD 片状元件、扁平集成电路热风拆焊台、可换多种喷嘴。 （ 4） 旋具类 规格齐全的一字和十字螺丝刀各一套。 旋具宜采用树脂或塑料手柄为宜。 为了进行伺服驱动器的调整与装卸，还应配备无感螺旋刀与梅花形六角旋具各一套。 （ 5） 钳类工具 常用的是平头钳、 尖嘴钳、 斜口钳、 剥线钳 、压线钳、镊子。 （ 6） 扳手 类 : 大小活络扳手、各种尺寸的内 、外 六角扳手 各一套等 ； （ 7） 其他 : 剪刀、刷子、吹尘器、清洗盘、 卷尺 等。 （ 8） 化学用品 松香、纯酒精、清洁触点用喷剂、润滑油等。 3. 常用的 备件 对于数控系统的维修，备品备件是一个必不可少的物质条件。 如无备件可调换，“ 巧媳妇难为无米之炊 ”。 而且如果维修人员手头上备有一些电路板的话，将给排除故障带来许多方便，采用电路板交换法通常可以快速判断出一些疑难故障发生在哪块电路板上。 数控系统备件的配制要根据实际情况，通常一些易损的电气元器件如各种规 格的熔断器、保险丝、开关、电刷，还有易出故障的大功率模块和印刷电路板等，均是应当配备的。 1． 3 常见故障分类 数控机床是一种技术复杂的机电一体化设备，其故障发生的原因一般都比较复杂，这给故障诊断和排除带来不少困难。 为了便于故障分析和处理，本节按故障发生的部位、故障性质及故障原因等对常见故障作如下分类。 按数控机床发生故障的部件分类 1. 主机故障 数控机床的主机部分，主要包括机械、润滑、冷却、排屑、液压、气动与防护装置。 常见的主机故障有：因机械安装、调试及操作使用不当等原因引起的机械传动故障与导轨副摩擦过大故障。 故障表现为传动噪声大，加工精度差，运行阻力大。 例如：传动链的挠性连轴器松动，齿轮、丝杠与轴承缺油，导轨塞铁调整不当，导轨润滑不良以及系统参数设置不当等原因均可造成以上故障。 尤其应引起重视的是，机床各部位标明的注油点 （注油孔）须定时、定量加注润滑油（脂），这是机床各传动链正常运行的保证。 另外，液压、润滑与气动系统的故障主要是管路阻塞或密封不良，引起泄漏，造成系统无法正常工作。 2. 电气故障 电气故障分弱电故障与强点故障。 弱电部分主要指 CNC 装置、 PLC 控制器、 CRT 显示器以及伺服单元、输入 /输出装置等电子电路，这部分又有硬件故障与软件故障之分。 硬件故障主要是指上述各装置的印制电路板上的集成电路芯片、分立元件、接插件以及外部连接组件等发生的故障。 常见的软件故障有：加工程序出错，系统程序和参数的改变或丢失、计算机的运算出错等。 中国最大的管理资源中心 第 11 页 共 32 页 强电故障是指继电器、接触器、开关、熔断器、电源变压器、电磁铁、行程开关等电器元器件及其所组成的电路故障。 这部分的故障十分常见，必须引起足够的重视。 按数控机床发生故障的性质分类 1. 系统性故障 系统性故障，通常是指只要满足一定的条件或超过某一设定的限度，工作中的数控机床必然会发生的故障。 这一类故障现象极为常见。 例如：液压系统的压力值随着液压回路过滤器的阻塞而降到某一设定参数时，必然会发生液压系统故障报警使系统断电停机；又如：润滑、冷却或液压等系统由于管路泄漏引起游标下降到使用限值，必然会发生液位报警使机床停机 ；再如：机床加工中因切削用量过大达到某一限值是必然会发生过载或超温报警，导致系统迅速停机。 因此，正确的使用与精心维护是杜绝或避免这类系统性故障发生的切实保障。 2. 随机性故障 随机性故障，通常是指数控机床在同样的条件下工作时只偶然发生一次或两次的故障。 有的文献上称此为“软故障”。 由于此类故障在各种条件相同的状态下只偶然发生一两次，因此，随机性故障的原因分析与故障诊断较其它故障困难得多。 一般而言，这类故障的发生往往与安装质量、组件排列、参数设定、元器件品质、操作失误与维护不当，以及工作环境影响等诸因素有关。 例如： 接插件与连接组件因疏忽未加锁定，印制电路板上的元器件松动变形或焊点虚脱，继电器触点、各类开关触头因污染锈蚀以及直流电刷不良等所造成的接触不可靠等。 另外，工作环境温度过高或过低、湿度过大、电源波动与机械振动、有害粉尘与气体污染等原因均可引发此类偶然性故障。 因此，加强数控系统的维护检查，确保电器箱门的密封，严防工业粉尘及有害气体的侵袭等，均可避免此类故障的发生。 按数控机床发生故障的有无报警显示分类 1. 有报警显示的故障 这类故障又可分为硬件报警显示与软件报警显示两种。 （ 1） 硬件报警显示的故障 硬件报警显示通常是指各 单元装置上的警示灯（一般由 LED发光管或小型指示灯等组成）的指示。 在数控系统中有许多用以指示故障部位的警示灯，如控制操作面板、位置控制印制线路板、伺服控制单元、主轴单元、电源单元等部位以及光电阅读机、穿孔机等外设装置上常设有这类警示灯。 一旦数控系统的这些警示灯指示故障状态后，借助相应部位上的警示灯均可大致分析判断出故障发生的部位与性质，这无疑给故障分析诊断带来极大方便。 因此，维修人员日常维护和排除故障时应认真检查这些警示灯的状态是否正常。 （ 2） 软件报警显示的故障 软件报警显示通常是指 CRT显示屏上显示出来的报 警号和报警信息。 由于数控系统具有自诊断功能，一旦检测到故障，即按故障的级别进行处理，同时在 CRT上以报警号形式显示该故障信息。 这类报警显示常见的有：存储器警示、过热警示、伺服系统警示、轴超程警示、程序出错警示、主轴警示、过载警示以及短路警示等，通常，少则几十种，多则上千种，这无疑为故障判断和排除提供极大的帮助。 上述软件报警有来自 NC的报警和来自 PLC 的报警，前者为数控部分的故障报警，可通过所显示的报警号，对照维修手册中有关 NC 故障报警及说明，来确定可能产生该故障的原因。 后者PLC 报警显示由 PLC的报警信息 文本所提供，大多数属于机床侧的故障报警，可通过所显示的报警号，对照维修手册中有关 PLC 故障报警信息、 PLC接口说明以及 PLC 程序等内容、检查 PLC有关接口和内部继电器状态，确定该故障所产生的原因。 通常， PLC报警发生的可能性要比 NC报警高得多。 2. 无报警显示的故障 这类故障发生时无任何硬件或软件的报警显示，因此分析诊断难度较大。 例如：机床通电后，在手动方式或自动方式运行 X轴时出现爬行现象，无任何报警显示。 又如机床在自动方式运行时突然停止，而 CRT显示器上无任何报警显示。 还有在运行机床某轴时发生异常声响，一般也 无报警显示等。 一些早期的数控系统由于自诊断功能不强；尚未采用 PLC控制器，无 PLC报警信息文 中国最大的管理资源中心 第 12 页 共 32 页 本，出现无报警显示的故障情况会更多一些。 对于无报警显示故障，通常要具体情况具体分析，要根据故障发生的前后变化状态进行分析判断。 例如：上述 X轴在运行时出现爬行现象，可首先判断是数控部分故障还是伺服部分故障。 具体做法是：在手摇脉冲进给方式中，可均匀地旋转手摇脉冲发生器，同时分别观察比较 CRT显示器上 Y轴、 Z 轴与 X 轴进给数字的变化速率。 通常，如数控部分正常，三个轴的上述变化速率应基本相同，从而可确定爬行故障是 X轴的伺服部 分还是机械传动所造成。 有关伺服系统进一步检查可参阅后续介绍的“交换法”和“隔离法”。 按数控机床发生故障的原因分类 1. 数控机床自身故障 这类故障的发生是由于数控机床自身的原因引起的，与外部使用环境条件无关。 数控机床所发生的极大多数故障均属此类故障，但应区别有些故障并非机床本身而是外部原因所造成的。 2. 数控机床外部故障 这类故障是由于外部原因造成的。 例如：数控机床的供电电压过低，波动过大，相序不对或三相电压不平衡；周围的环境温度过高，有害气体、潮气、粉尘侵入；外来振动和干扰，如电焊机所产生的电火花干扰等均有可能使 数控机床发生故障。 还有人为因素所造成的故障，如操作不当，手动进给过快造成超程报警，自动切削进给过快造成过载报警。 又如操作人员不按时按量给机床机械传动系统加注润滑油，易造成传动噪声或导轨摩擦系数过大，而使工作台进给超载。 据有关资料统计，首次采用数控机床或由不熟练工人来操作，在使用第一年内，由于操作不当所造成的外部故障要占三分之一以上。 除上述常见故障分类外，还可按故障发生时有无破坏性来分，可分为破坏性故障和非破坏性故障；按故障发生的部位分，可分为数控装置故障，进给伺服系统故障、主轴系统故障、刀架、刀库、工作台 故障等。 1． 4 数控机床故障的排除思路和原则 数控机床故障的排除思路 数控系统型号颇多，所产生的故障原因往往比较复杂，这里介绍故障处理的一种思路，程序大致如下： 1. 确认故障现象，调查故障现场，充分掌握故障信息。 当数控机床发生故障时，维护维修人员进行故障的确认是很有必要的，特别是操作使用人员不熟悉机床的情况下，尤其重要。 不该也不能让非专业人士随意开动机床，特别是出现故障后的机床，以免故障的进一步扩大。 专业维护维修人员对于数控系统出现故障后，也不要急于动手盲目处理，首先要查看故障记录，向操作人员询问故障出现的全过 程。 在确认通电对系统无危险的情况下，再通电亲自观察，特别要注意确定一下主要故障信息，包括系统有何异常， CRT显示的报警内容是什么等： ① 故障发生时报警号和报警提示是什么。 有哪 些指示灯和发光管指示了什么报警。 ② 如无报警，系统处于何种工。