数控加工中的故障分析

数控加工中的故障分析（精选十篇）

数控加工中的故障分析 篇1

1 数控车床超程警报

在课堂上, 教师通过面授的方式给学生讲授车床测量系统的基本原理, 当机床出现断电时, 需要重新接通电源, 但进行操作之前需要保证系统坐标重返参考点。如果不遵守这项规范, 会在很大程度上影响系统的精度。然而, 在操作数控车床时, 由于车床的滑板是限位开关极限, 抑或是挡板和参考点开关之间的距离比较近, 限位开关会被挡块越过, 系统会发出警报。为防止此类事情的发生, 将系统的当前工作位置区定位正常状态是学生在操作之前必须完成的工作, 如果系统的状态是极限位置, 就必须控制住滑板的移动速度, 从而在一定程度上保证操作的安全性。车床超程本身不会严重损害系统, 但如果车床坐标不准确, 就会发生工作台移动错误, 最终损坏丝杠。

2 编程不当引发碰撞

2.1 X、Y、Z三轴的移动

进行加工程序编程的过程中, X、Y、Z三轴需要避免出现同时移动的情况。因为如果数控机床的X、Y、Z三轴同时移动, 刀具与工件及夹具体间易发生碰撞。在刀具从换刀点移动到加工起始点时, 要先移动X、Y轴, 再移动主轴Z轴下刀。在加工结束使刀具返回到换刀点时, 要先移动Z轴提刀, 然后再移动X、Y轴, 以避免刀具与工件间发生碰撞。

2.2 坐标系的解析

在工件加工过程中, 对刀具的刀位点相对工件运动轨迹进行描述的坐标系就是工件坐标系 (也叫加工坐标系、工作坐标系) [1]。可用G54 建立数控加工中心的工件坐标系, 利用G59 指令预置来实现, 对刀时, 每把刀具都有相应的工件坐标系。例如, 其中一把刀具在G55 中建立工件坐标系, 那么在编程中, G55 工件坐标系就是其对应的坐标系, 若在编程中不使用G55 坐标系, 就会出现加工坐标系与编程坐标系相悖的情况, 引发撞刀事故。此外, 在编程时, 如果更换刀具, 就必须重新指定一个工件坐标系或刀具长度补偿值, 以保证与其相对应。

2.3 编程的安全高度设置

编程时, 安全高度的设置要比工件的最高点高。安全高度是指为安全移动刀具及下刀规定的一个高度, 尤其是执行孔加工循环功能前, 就需要将刀具定位到此高度。例如, 加工的工件中间存在凸台, 在凸台两侧钻孔时, 刀具的提刀安全高度一定要大于凸台的高度, 避免刀具与工件发生碰撞。

3 数控车床操作不当引起的故障

3.1 错误的程序数据输入导致撞刀事故的发生

程序输入错误造成的扎刀与撞刀现象是最常见的。当疏漏一个小数点时, 输入的值就会缩小成千分之一, 这时, 输入的值就会接近于0。假设保持刀具离开工件状态是程序的要求, 但实际情况是刀具还在工件内, 就会有较大的出错的几率。为使小数点变得更加醒目, 进行编程时, 学生会被要求用“.0”的形式表示表示孤立的小数点[2]。为避免发生事故, 在上机操作前, 学生要按照正确的规范书写程序, 仔细输入程序, 输入工作完成后, 自觉进行复检, 也可请其他同学复检自己录入的程序。

3.2 对刀操作失误引发撞刀事故

数控加工过程中, 确定相应工件坐标系后, 还要确定刀具的刀位点在工件坐标系中的位置, 即完成对刀工作。加工零件的尺寸与对刀、刀补设置、工件坐标系设定的准确性息息相关, 同时影响零件加工的成败。学生在对刀过程中, 坐标数据往往会因机床的机械坐标不正确而出错, 一般在开始加工时就会出现撞刀现象。为防止出现这种情况, 可在对刀前和自动加工前返回机床参考点, 或在绝对坐标下进行预置所有轴操作恢复机床坐标系, 如此操作后, 对刀数据基本不会出错。如果对刀数据出错, 在自动加工前把快速进给和进给倍率都调慢, 在撞刀之前让刀具缓慢接近工件, 给学生提供比较充裕的时间作出反应, 避免撞刀事故发生。另外把脉冲当量0.01 误认为是0.1 使用是学生进行对刀时常常出现的故障之一, 因此, 学生用手进行轮移动时, 会出现走刀速度就过快的情况, 引发撞刀事件, 导致刀尖碎裂;移动刀架时, 没有辨别清楚坐标轴的方向也会引发撞刀事件;手动换刀时, 刀架距离工件的转位比较近, 也易引发碰撞事故。

3.3 “空运行”状态下的断刀事故

必须对录入的程序进行检查, 对刀具轨迹进行模拟验证。对刀具轨迹进行模拟时, 要启动“机床锁住”和“辅助功能锁”开关, 不能相对移动工作台, 保证校验的安全性。为加快校验速度, 通常需要设置“空运行”操作。如果“空运行”是机床状态时, 可以不考虑程序指定的进给速度, 验证程序时可以节约时间。如果“空运行”开关是一直打开的, 程序中的进给速度不起作用, 刀具的切削就会加快, 极易产生断刀情况。当完成程序验证后, 进行加工前, 一定要检查所有开关的状态, 保证“空运转”呈关闭状态。在操作之前, 学生一定要掌握这些开关的作用, 认识安全操作的重要性, 避免出现盲目操作情况的发生。

4 切断工件前的参数检查

零件加工工作完成后, 工件要从棒料上被切断。如果没有要求对零件进行螺纹加工, 就不需要更换主轴转速, 最后一次的精加工程序中可以被编为切断。学生每次完成加工工作后, 都要对尺寸的精度进行检查, 因此, 一般情况下, 需要对工件的精度进行准确确认后, 才能进行切断工作。如果螺纹加工是上一工步, 需要把主轴的转速切换到高速状态。如果切断工件的方式使用的是MDI, 必须将进给速度更改到0.01mm/r。因为若不检查这一参数, 机床的参数记忆就是上一步螺纹加工时的状态, 会导致进给速度打断切槽刀, 在很大程度上影响机床的精度。此外, 进行转位时, 要保持刀架与工件、数控车床的换刀点与安装工件之间的距离, 否则转动刀架时, 会导致刀具碰撞工件。扳动“换刀”按钮时, 学生必须认真观察刀架的位置。在程序中对“换刀”点进行设定时, 也需要仔细考虑, 通常情况下, 如果没有产生碰撞工件的情况, 为减少非工作时间, 提高工作效率, 可以尽量离工件近些。

5 结语

防撞对数控加工中心高精度的机床来说非常必要。作者总结了数控加工中心操作、编程、数据输入等方面的故障, 要求学生认真细心谨慎, 操作数控机床时, 要严格按照正确的方法, 以避免发生撞刀事故, 保证数控加工中心实训的教学质量。随着机床防撞击检测及机床自适应加工等先进技术的发展[3], 数控机床能得到更好的保护。

摘要：数控车床是一种自动化车床, 其将机、电、仪融为一体, 具有较高的效能和技术含量。但是, 学生在数控加工实训中, 由于操作不当, 经常会引发一些事故。为避免学生在数控机床实训时的故障, 切实提高学生的数控加工能力, 本文主要分析学生在实训中产生的典型故障。

关键词：数控加工,故障分析,数控车床,编程不当

参考文献

[1]王春霞, 戴怡, 董学文.数控车床螺纹加工故障树分析[J].天津职业技术师范大学学报, 2012, (1) :236-237.

[2]郭伟强, 杜志强.开放性实验教学模式的新探索[J].实验室研究与探索, 2013, (5) :7-8.

数控机床特殊故障的排除分析论文 篇2

摘要：在数控机床的使用过程中，出现故障，有些比较直观，而有些比较特殊，针对几个特殊故障进行分析，解决。

关键词：干扰;参考点;乱扣;EG;压力检测

引言

随着数控机床的普及，对数控机床的维修人员的要求也越来越高，在维修中遇到一些问题，如不能及时解决，会影响正常的生产任务，故维修人员需具有丰富的理论知识及维修经验，才能及时排除数控机床的故障。下面介绍几个所遇到的问题和解决办法。

1、SP1241D/A变换器异常报警

1.1故障现象机床在运行过程中，出现SP1241D/A变换器异常报警，机床停止运行，按下“复位”键，报警不能消除，断电再上电，报警消除，再继续运行，有时又出现此报警。

1.2故障分析及解决办法机床采用FANUC0i-D数控系统，出现此报警首先查找FANUC0i-D维修手册，内容为模拟主轴控制用的D/A变换器异常。分析此故障是不定时出现，像是干扰引起，怀疑是变频器运行产生的干扰，本机是数控系统输出模拟主轴信号到东芝变频器控制变频电机驱动主轴运转。在MDI方式下输入M03S100(主轴正转)指令，按下循环启动按钮，刀具没有转动，报警出现，反复试了多次，都是如此。又在MDI方式下输入S100指令(无M03)，只让系统发出模拟量，不让变频器运行，结果报警同样出现，反复试验多次后排除变频器的干扰，由此判断可能有不确定干扰造成的，模拟主轴控制线路可能性大，经检查发现系统接口到变频器的传送模拟量所用电缆没有使用屏蔽电缆，随更换成两芯屏蔽电缆，再将屏蔽层做接地处理，再次启动主轴操作，无报警产生,整机运行，也无报警，故障排除。

2、关机后再次开机加工工件时，刀具进刀位置不对

2.1故障现象一台加工压缩机转子的铣床，开机加工工件，刀具轴向加工工件进给时，发现刀具不能进到关机前切削的槽里面，如果按照程序指令进到位工件就报废了。2.2故障分析及解决办法首先确认加工程序是否有误，检查程序，程序正确;怀疑工件旋转轴(C轴)有问题，反复执行回零，看每次回零零位是否在同一个位置，结果发现，零位不在同一个位置，由此判断是机床关机后再开机执行回零后，C轴的零位(参考点)不对引起的。检查C轴伺服电机联轴节、各级传动，没有发现问题，回想前几天连接在C轴上的外置编码器损坏，没有备件，暂时将C轴的控制由全闭环改为半闭环控制，改动了一些系统参数，怀疑参数有误，检查有关参数，发现C轴的NO.1821(参考计数器容量)数值错误，是全闭环时的值，将其改为半闭环的`值，再次执行回零，关机再开机，反复试，C轴每次回零都在同一位置，进行工件切削，故障现象解决。

3、机床试切新品种工件时，出现“乱扣”现象

3.1故障现象一台滚齿机，试切新品种工件，在二次进刀时调节主轴速度倍率开关，齿轮出现“乱扣”。

3.2故障分析及解决办法切削新品种是15齿的直齿齿轮，分三次进刀，第一次进刀切削工件是15齿，第二次进刀需要提高主轴的转速，切削时发现齿数不对即“乱扣”了，观察切削过的齿，发现齿数增加了，检查程序，此时主轴转速330rpm，齿数为15齿，程序没有错误，齿数增加说明主轴转动时工件轴转得慢了，此机床采用西门子828D数控系统，使用了电子齿轮EG功能，主轴为主导轴，工件轴(C轴)为跟随轴，主轴带动C轴运转，按照传动关系主轴速度330rpm时，C轴应该每分钟转7920°(330/15*360=7920)，查看C轴转速为7200°/分，确定C轴转得慢了，又将主轴速度提高，按照传动关系，C轴的转速也应该提高，但观察发现，C轴速度一直保持不变，怀疑是C轴的最高速度被限制，查看828D数控系统手册，参数NO.32000最高轴速度，C轴的设定值是20rpm，C轴的伺服电机额定转速为2000rpm，电机与C轴传动比为1:10，那么此轴的最高轴速度是200rpm，此参数设定错误，更改此参数，再切削，“乱扣”现象消除。分析之前切削没有出现“乱扣”现象，是因为主轴速度一直在300rpm以下，在300rpm时，C轴每分钟转7200°，刚好在C轴的最高速度范围内，当主轴速度为330rpm以上时，C轴的速度被限制了，跟不上主轴的速度了，所以出现“乱扣”现象。

4、机床不能开启循环，刀具不能旋转

4.1故障现象一台转子铣床，在切削过程中，刀具轴退出工件后刀具停止了运转，再开动循环不能启动，手动方式铣刀也不能转动。

数控加工中的故障分析 篇3

【关键词】数控机床；检查装置；故障分析；维修方法

近年来，我国制造业得到大力发展，我国正从制造大国向制造强国奋进。世界各国工业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平。数控技术含盖了机械制造技术、自动控制技术、传感检测技术、网络通信技术、计算机技术等多方面，这些都直接关系到数控机床本身的质量水平。检测装置检测各轴的位移和速度，是数控机床伺服系统的重要组成部分，影响着数控机床的加工精度。本文着重论述数控机床中检测技术的几种常见问题和解决方法。

一、伺服反馈断线报警故障分析

1、故障产生的检测原理。若数控机床采用半闭环控制或全闭环控制，当检测反馈异常时，系统就会发出该报警。系统伺服反馈断线报警分为硬断线和软断线报警。发生硬件断线报警时，若使用分离型脉冲编码器，该故障信息是由断线检查电路进行检测的。发生软件断线报警时，系统通过伺服软件进行判别，当指令脉冲与伺服电机反馈脉冲或伺服电动机反馈脉冲与分离型检测装置反馈脉冲超过标准设定值时，可判定为软件断线。

2、伺服反馈断线故障诊断方法。主要通过系统的自诊断功能来判断，看伺服调整画面中的ALM1和ALM2显示的数据。

典型案例：一台配置为FANUC-0TD数控车床，移动X轴发生416号断线报警。该机床X轴采用光栅尺作为位置检测元件。诊断方法：首先利用内部位置检测元件来判断是否是控制板故障。方法是将37号机床参数的第0位的“1”改为“0”(0表示采用内部位置检测元件编码器，1表示采用分离型位置检测元件)。如果采用内部位置检测元件编码器，移动X轴不发生报警，则故障可以确定在光栅尺和电缆上；如还发生报警，则故障可能在控制板。经采用内部位置检测元件移动X轴，不发生报警，因此将故障确定在光栅尺和电缆上。这时检查光栅尺和电缆，发现光栅尺头的连接螺钉松动，将其紧固后故障排除，该故障是硬断线故障。

二、伺服系统位置检测装置故障分析

1、串行编码器报警代码分析

在全闭环控制系统中，伺服电动机内装编码器的反馈信号是速度反馈，而分离型位置检测装置的反馈信号是系统的位置反馈信号。目前编码器数据传输采用串行数据传输，但编码器传输出错或异常时，系统出现相应报警信号及相关报警信息。FANUC-16i/18i/21i/oic系统出现报警时，可以通过系统诊断号或在伺服调整画面的ALM3、ALM4进行故障原因判断。串行脉冲编码器报警的详细内容，显示在诊断号NO.202、NO.203上。

2、绝对脉冲编码器(APC)的报警

案例：一台FANUC-0MC立式加工中心，由于保存绝对位置编码器位置信息的电池失效，导致X.Y.Z轴参考点丢失。排除故障方法如下：(1)将PWE改为“1”，修改参数76.1为1，系统参数21#0～2设定为“0”，参数022全部为00000000。此时CRT显示“000”和“300”报警，即必须关机，并且手动设置参考点。(2)关机再开机，利用手轮手动方式先将X、Y轴移动到参考点位置，这时把参数022改为00000011。表示X、Y轴已经建立好参考点。(3)将Z轴移动到参考点附近，在主轴上安装一刀柄，然后手动机械手臂，手动调节直至完全夹紧主轴刀柄。这时把参数022改为00000111，表示Z轴已经建立好参考点。修改参数21#0～2设定为1。(4)把PWE改为“0”。关机再开机，核对机床参考点。

三、数控机床主轴的位置和速度控制装置故障分析

1、主轴编码器常见故障

(1)主轴不能定向，出现超时报警。故障现象：主轴定向不停止，出现超时报警。原因分析：主轴单元没有收到编码器信号或CNC系统没有收到定向完成信号。处理方法：用手转动主轴或主轴以一定速度旋转，在主轴诊断画面上观察主轴速度是否正常，如果没有显示，更换位置编码器或编码器反馈线。

(2)螺纹加工出现“乱扣”故障。故障原因：当系统得到的一转信号不稳定时，就会出现“乱扣”的故障。原因是主轴编码器的连接不良、主轴编码器的一转信号或信号电缆不良。主轴编码器内部有脏东西或编码器本身不良。如果以上故障排除后系统还乱扣，则需要检查系统或主轴放大器。

(3)加工中心换刀过程掉刀。加工换刀时，为了使机械手对准刀柄实现准确换刀，主轴必须停止在固定的径向位置。产生该故障的可能原因是主轴位置编码器一转信号不良、主轴机械调整不当。

2、典型案例：一台采用FANUC 0TC系统的数控车床，在执行自动加工程序时，程序无法执行。观察在程序执行到G01Z-7.5F0.5时，程序就不往下运行了，机床无任何报警。

诊断和处理过程：

(1)观察G00是否正常，如果工作正常说明伺服系统应该没有问题。

(2)G01执行的程序是每转进给(G99)，如果改为每分钟进给(G98)，如果还不自动执行程序，检测系统诊断画面(FANUC 0系统是700号诊断)，可能是没有接收到主轴速度到达信号或进给倍率为0。

(3)如果每分钟进给(G98)正常，而每转进给不执行，则是主轴编码器坏，编码器反馈线或接口电路坏，更换相应部分。

(4)处理方法，首先观察G00程序是否能执行。用MDI功能测试，G00快速移动没有问题。用G98指令自动执行G01加工程序正常，而用G99指令无法自动执行G01程序。这样可判断数控系统没有接收到编码器一转信号。用手转动主轴，在CRT画面上观察主轴速度是否有数字变化，这时发现主轴转动过程中主轴“S”的数值始终为“0”，可确认没有主轴速度反馈。打开机箱，检查主轴编码器时发现主轴与编码器连接的同步齿形带断开，主轴旋转时编码器不旋转，更换新的齿形带后故障排除。

四、结语

检测装置是一种非常精密和容易受损的器件，使用过程中要避免受到强烈振动和摩擦并保持清洁，以免影响正常信号的输出；不能超过额定的工作温度；要满足额定电源电压，防止外部电源和噪声干扰，保证屏蔽良好，以免影响反馈信号；安装方式要正确等。一般来讲，对于数控机床检测装置故障，先通过系统开机自诊断功能和系统报警诊断号来分析故障原因。再对故障深入分析，注意总结，平时正确使用并经常维护保养，就一定能降低故障率。

参考文献

[1]刘永久.数控机床故障诊断与维修技术《FANUC系统》[M].机械工业出版社.2009.6.

[2]钟良.诌议数控在机械行业发展中的作用[J].科技创新导报.2011(15).

作者简介：张子容（1984—），女，助教，重庆三峡职业学院机械与电子工程系教师，研究方向：测控技术、机电控制。

数控加工中的故障分析 篇4

1 通信现状

表1:对2010年夏季雷雨天气各变电站通信设备遭雷击烧坏引起的通信故障次数进行了统计分析。

由表中可见, 由于雷击损坏通信设备, 为公司造成了直接经济损失32万元。

其次, 光缆线路破坏严重:

(1) 2010年1月, 辛集变至太平供电所光缆线路, 由于施工车辆挂断通信光缆, 造成供电所通信网络中断。

(2) 2010年2月, 索垛线光缆线路, 由于大风刮起塑料大棚的顶布, 搭在高压线路上, 造成通信光缆断线, 致使三个变电站数据无法上传。

光缆两次断线, 需重新更换光缆2公里, 不仅增加了巡视维护难度, 还对公司造成了近20万元的经济损失。

(3) 2010年10月份之前, 光缆悬垂金具频繁被盗, 光缆悬垂金具累计丢失800多只, 给公司造成经济损失24万余元。

2 原因分析

通过细致讨论和综合分析, 针对影响通信故障的因素, 从人员、设备等方面逐项进行分析 (如表2)。

3 制定对策并实施

实施一:针对铝质光缆悬垂频繁被盗, 通信光缆遭外力破坏断线引起通信网络中断的问题, 2010年底, 制定出一套合理的整改方案, 将光缆悬垂金具全部更换为尼龙塑料金具。

这种金具安装后, 避免了金具被盗造成的经济损失, 即使发生光缆断线, 也只需更换一个档距的通信光缆, 大大节约了成本和维护费用。

实施二:为了减少雷击事故对通信设备的影响, 2010年10月, 调度所对所辖变电站光纤通信设备输入电源加装防雷保护器16只, 数据板加装数据线保护器30只, 话路板加装防雷保护器120只, 最大限度的减少雷击对各通信模块造成的损害, 降低了光纤通信故障次数。

4 效益分析

(1) 2011年, 光纤通信故障次数与去年同期相比, 由0.5次/站减少到0.0625次/站。仅7月份出现一次通信故障, 故障原因为:孙耿变光电收发器过热引起设备死机, 造成孙耿变及供电所通信网络中断。

(2) 安装变电站防雷保护装置后, 2011年未发生变电站电源及通信设备遭雷击烧坏引起的通信故障。

(3) 更换尼龙光缆悬垂金具后, 未出现光缆悬垂被盗现象。

(4) 通信故障大大减少, 缩短了巡视周期, 减少巡视费用2.4万元 (按每月0.2万元计算) 。

(5) 表3是2011年与去年同期通信故障造成的经济损失对比:

(6) 经济效益计算:效益=76.2+2.4=78.6 (万元) 。

综上分析, 通信故障减少所带来的经济效益为78.6万元。

社会效益:保证了通信质量, 提高了现代化服务水平。

5 巩固措施与总结

(1) 加强对光缆线路的巡视, 在巡视中重点检查悬垂金具是否完好。

(2) 对变电站防雷保护器进行定期检验, 及时更换不合格品, 以确保各通信设备的安全。

通过本次项目研究, 减少了光纤通信故障的发生, 加强了通信设备的安全运行水平, 确保了电网供电质量, 为当地经济和社会发展提供了安全可靠的电力供应, 进一步提升了现代化服务水平, 满足了电力发展的客观需求。

参考文献

[1]丁志阳.电力光纤通信设备的运行和维护[J].科学之友, 2011年16期.

[2]陈鹏.塑料光纤技术发展与应用分析研究[J].电信科学, 2011年08期.

数控车床工作台回零故障分析及处理 篇5

摘要

在FANUC 0i数控系统中，对于维修经常出现的回参考点故障来说，弄清楚回参考点的作用及机械与电气原理是非常重要的。根据我们的维修实践来看。有关数控机床回参考点方面的故障率还相当高，为了便于数控维修人员能够迅速准确地判断故障点，在这里把有关机床回参考点过程中各种形式的故障进行分析、如机床不能归参考点、归参考点失败、归参考点不准确等，找出了这些故障的产生原因并给出了其排除方法及总结。

【关键词】 参考点，故障诊断，分析，排除

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Ⅰ

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目录

摘要

第1章

绪论 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1

1.1、数控机床的发展„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.2、数控机床故障诊断技术的发展

„„„„„„„„„„„„„3 第2章

数控机床的参考点

„„„„„„„„„„„„„„„„„5

2.1、什么是参考点

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 装 2.2、回参考点的目的 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 2.3、回参考点的原理

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6

订 2.4、回参考点的方式 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 第3章

回零点的故障案例与分析„„„„„„„„„„„„„„13

3.1、故障类型与分析 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 线 第4章

小结 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18 参考文献

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19

第1章 绪论

1.1 数控机床的发展

数字控制(Numerical Control)技术,简称数控(CNC)技术,是指用数字指令来控制机器的动作。采用数控技术的控制系统成为数控系统。采用存贮程序的专用计算机来实

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现部分或全部基本数控功能的数控系统，称为计算机数控（CNC）系统。装备了数控系统的机床称为数控机床.数控技术是为了解决复杂型面零件加工的自动化而生产的。1948年，美国PARSONS公司在研制加工直升飞机叶片轮廓用检查样板的机床时，首先提出了数控机床的设想，在麻省理工学院的协助下，于1952年试制成功了世界上第一台数控机床样机。后又经过三年时间的改进和自动程序编制的研究，数控机床进入了实用阶段，市场上出现了商品化数控机床。1958年，美国KEANEY AND TRECKER公司在世界上首先研制成功了带有自动换刀装置的加工中心。

我国于1958年开始研制数控机床，到了60年代末和70年代初，简易的数控线切割机床已在广泛使用。80年代初，我国引进了国外先进的数控技术，是我国的数控机床在质量和性能上都有了很大提高。从90年代起，我国已向高档数控机床方向发展。目前，数控机床的应用越来越广泛，其加工柔性好，精度高，生产效率高，具有很多的优点。数控技术的应用不但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，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，数控系统正向以下几个方向发展。

1.1.1 高速化和高精度化

为实现高速化和高精度化，今后数控技术的发展如下：

① 使伺服电动机的位置环、速度环的控制实现数字化，以达到对电动机的高速、高精度控制

② 采用现代控制理论，减少滞后量提高跟随精度。

③ 采用高分辨率的位置编码器。现代高分辨率位置编码器绝对位置的测量可达163840脉冲/转。

④ 实现多种补偿功能，提高数控机床的加工精度和动态特性。

1.1.2智能化、开放式、网络化

21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成，为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等。简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、共 19 页

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方便系统的诊断及维修等。

为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家对开放式数控系统进行研究，如美国的NGC(The Next Generation Work-Station/Machine Control)、欧共体的OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、日本的OSEC(Open System Environment for Controller)，中国的ONC(Open Numerical Control System)等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。

网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，如在EMO2001展中，日本山崎马扎克（Mazak)公司展出的“CyberProduction Center”（智能生产控制中心，简称CPC)日本大隈（Okuma）机床公司展出“IT plaza”（信息技术广场，简称IT广场)；德国西门子(Siemens)公司展出的Open Manufacturing Environment（开放制造环境，简称OME）等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。

1.2数控机床故障诊断技术的发展

数控机床是当代机、电、光、气一体化高新技术的结晶。电气复杂，管路交叉林立。数控系统五花八门，故障现象也各不相同，特别是大、重型数控机床，价格昂贵，以数百万美金计。安装调试时间长（几个月到一年以上）。大型数控机床内有成千上万只元器件，其中任一元件有故障，都会造成机车工作不正常。大、重型数控机床体积庞大，在无恒温条件下使用，环境的影响也很容易引发故障。因此数控机床的维修就成了许多企业的老大难题。要迅速找出数控机床的故障、隐患，并及时排除，就要迅速发展数控诊断技术。

1.2.1 通信诊断

通信诊断也称原距离诊断或海外诊断。用户只需把CNC系统中专用“通信接口”连接到普通电话线上，维修中心的专用通信诊断计算机的“数据电话”也连接到电话线路上。由通信计算机向各用户CNC系统发送诊断程序，并将测试数据送回诊断计算机进行

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分析并得出结论，最后又将诊断结论和处理方法通知用户。FUNUC公司生产的数控系统就具有这种诊断功能。通信诊断不仅用于故障发生之后对数控系统进行诊断，而且还可以用作用户的定期预防性诊断，只需按约定的时间对机床作一系列试运行检查，将检查数据通过电话线送入维修中心的计算机进行分析处理，维修人员不必亲临现场，就可以发现系统可能出现的故障隐患。

1.2.2 自修复系统

自修复系统就是在系统内设置备用模块,在数控系统的软件中装有自修复程序.当软件在运行时一旦发现某一个模块有故障时,系统一方面将故障信息显示在CRT,同时自动寻找是否有备用模块, 若有备用模块,系统能自动使故障模块脱机而接通备用模块,从而使系统较快地进入正常工作状态。Cincinnati-Milacron公司生产的950CNC系统就采用了这种自修复技术。

1.2.3 人工智能（AI）专家故障诊断系统

专家系统是一个或一组能在某些特定领域内，应用大量的专家知识和推理方法求解复杂问题的一种人工智能计算机程序。

图1-1 故障诊断专家系统

通常，专家系统由知识库、推理机、数据库以及解释程序、知识获取程序等5个部分组成，见图1-1。

其核心部分为知识库和推理机。其中知识库中存放着求解问题所需的知识，推理机负责使用知识库中的知识去解决实际问题。知识库的建造需要知识工程师和领域专家相互合作把领域专家的知识和经验整理出来，并用系统的知识方法存放在知识库中。当解决问题时，用户为系统提供一些已知的数据，就可从系统处获得专家水平的结论。从数控机床故障诊断的内容看，故障诊断专家系统用于故障检测、故障分析和解决处理三个

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方面。在FANUC 0i系统中，已将专家故障诊断系统用于故障诊断。在使用时，操作者以简单的会话问答方式，通过数控系统上的MDI/CRT操作，就能如同专家亲临现场一样，诊断出系统的故障。

1.2.4 人工神经元网络诊断

人工神元网络，简称神经网络，是人们在对人脑思维研究的基础上，用数学方法将其简化、抽象并模拟，能反映人脑基本功能特性的一种并行分布处理连接网络模型。由于神经元网络具有联想、容错、记忆、自适应、自学习和处理复杂多模式故障的优点，是数控机床故障诊断新的发展途径。将神经网络和专家系统结合起来，发挥两者各自的优点，更有助于数控机床的故障诊断。

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第2章 数控机床的参考点

2.1 什么是参考点

所谓参考点又称原点或零点，是机床的机械原点和电气原点相重合的点，是原点复归后机械上固定的点。每台机床可以有一个参考原点，也可以据需要设置多个参考原点，用于自动刀具交换（ATC）或自动拖盘交换（APC）等。参考点作为工件坐标系的原始参照系，机床参考点确定后，各工件坐标系随之建立。所谓机械原点，是基本机械坐标系的基准点，机械零部件一旦装配完毕，机械原点随即确立。所谓电气原点，是由机床所使用的检测反馈元件所发出的栅点信号或零标志信号确立的参考点。为了使电气原点与机械原点重合，必须将电气原点到机械原点的距离用一个设置原点偏移量的参数进行设置。这个重合的点就是机床原点。

装 订 线图2-1为一卧式数控铣床参考点相对工作台中心位置的示意图

图2-1 卧式加工中心参考点 2.2 回参考点的目的

数控机床在接通电源后要做回参考点的操作，这是因为在机床断电后，就失去了对

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各坐标位置的记忆，即数控系统并不知道以哪一点作为基准对机床工作台的位置进行跟踪、显示等。所以在接通电源后，必须让各坐标轴回到机床一固定点上，这一固定点就是机床坐标系的原点或零点，也称机床参考点往往是由机床厂家在设计机床时就确定的，但这仅仅是机械意义上的。使机床回到这一固定的操作称回参考点或回零操作。在数控机床上，各坐标轴的正方向是定义好的，因此只要机床原点一旦确定，机床坐标系也就确定了。

回参考点是数控机床的重要功能之一，能否正确地返回参考点，将会影响到零件的加工质量。同时，由于数控机床是多刀作业，每一把刀具的刀位点安装位置不可能调整到同一坐标点上，因此就需要用刀具补偿来校正，如加工中心刀具的长度补偿和数控车装 床车刀刀尖的位置补偿，这种刀具偏置的补偿量也是通过刀位点的实际位置与参考点确立的基本坐标系比较后补偿等到的。

如：在CK0630型数控车床上，机床原点位于卡盘端面后20mm处，为让数控系统识别该点，需回参 考点操作。在CK0630型数控车床 的操作面板上有一个回参考点按 钮“ZERO”，当按下这个按钮时 将会出现一个回参考点窗口菜单，显示操作步骤。这个步骤，依此 订 线 按下“X”按钮，“Z”按钮，则 图2-2 机床参考点的建立

机床工作台将沿着X 轴和Z轴的正方向快速运动，当工作台到达参考点的接近开关 时，工作台减速停止。回参考点的工作完成后，显示器即显示机床参考点在机床坐标系中的坐标值(X400，Z400)，此时机床坐标系已经建立(如图2-2所示)。操作返回机床参考点一次，恢复记忆，以便进行自动加工。对使用日本FANUC-0i系统的机床，除通电之初外，在机床工作过程中如出现断电、紧急停止或压下了机床行程限位开关时。也必须返回参考点。机床返回参考点的方向、速度、参考点的坐标等均可由系统参数设定。

2.3回参考点的原理

按机床检测元件检测原点信号方式的不同，返回机床参考点的方法有两种。一种为栅格法，另一种为磁开关法。数控机床多采用栅格法产生检测元件的回参考点信号。2.3.1、栅格法

数控机床按照控制理论可分为闭环、半闭环和开环系统。闭环数控系统装有检测最终直线位移的反馈装置；半闭环数控系统的位置测量装置安装在伺服电动机转动轴上或

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丝杆的端部，即反馈信号取自角位移；开环数控系统不带位置检测反馈装置。闭环、半闭环数控系统通常利用位移检测反馈装置（脉冲编码器或光栅尺）进行回参考点定位，即栅格法回参考点；开环系统则需另外加装检测元件，通常利用磁感应开关回参考点定位，即磁开关法回参考点。无论采用哪种回参考点操作，为保证准确定位，在到达零点之前，数控机床的伺服系统必须自动减速，因此在多数数控机床上安装减速撞块及相应的检测元件。

栅格法中，按照检测元件测量方式的不同可以分为以绝对脉冲编码器方式回参考点和以增量脉冲编码器方式回参考点。在使用绝对脉冲编码器作为测量反馈元件的系统中，调试机床时第一次开机，通过参数设置配合机床回参考点操作调整到合适的参考点，只要绝对脉冲编码器的后备电池有效，此后每次开机，不必进行回参考点操作。在使用增量脉冲编码器的系统中，回参考点有两种模式：一种为开机后在参考点回零模式下各轴手动回原点，每一次开机后都要进行手动回原点操作。另一种为采用存储器模式，第一次开机手动回原点，以后均可用G代码指令回原点。参考文献[4] 图2-3中采用FUNUC-0i系统数控铣床为例，下面简要给出增量栅格法返回参考点的原理和过程：（采用方式三回参考点）

在图2-3中，快速进给速度参数、慢速进给速度参数、加减速时间常数、栅格偏移量等参数分别由数控系统的相应参数设定。机床返回参考点的操作步骤为：

(1)将方式开关拔到“回参考点”档，选择返回参考点的轴，图2-3 增量栅格法返回参考点原理 按下该轴点动按钮，该轴以快速移动速度（v1）移向参考点。

(2)当与工作台一起运动的减速撞块压下减速开关触点时，减速信号由通(0N)转为断(OFF)状态，工作台进给会减速，按参数设定的慢速进给速度（v2）继续移动。减速可削弱运动部件的移动惯量，使零点停留位置准确。

(3)栅格法是采用脉冲编码器上每转出现一次的栅格信号(又称一转信号PCZ)来确定参考点，当减速撞块释放减速开关，触点状态由断转为通后，数控系统将等待编码器上的第一个栅格信号的出现。该信号一出现，工作台运动就立即停止，同时数控系统发出参考点返回完成信号，参考点灯亮，表明机床回该轴参考点成功。有的数控机床在减速信号由通(ON)转为断(OFF)后，减速向前继续运动，当又脱开

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开关后，轴的运动方向与机床会向相反的进给方向运动，直到数控系统接受到第一个零点脉冲，轴停止运动。同时数控系统发出参考点返回完成信号，参考点灯亮，表明机床回该轴参考点成功。

根据数控机床栅格法回参考点动作过程引起回参考点故障原因有：编码器故障和位置环故障：

2.3.1.1 编码器故障

在数控机床中，光电脉冲编码器作为速度和位置检测的元件，故障发生率较高。首先对光电脉冲编码器作一下简介。光电脉冲编码器可分为增量式和绝对式所谓增量式即编码器转过角度就发出脉冲，查不出轴处于什么位置，只能记录得电后的脉冲数。机床失电后，不能记忆轴的位置。绝对式则能够记忆轴转过的角度和空间位置。这依赖于一组或一个备用电池的支持，使机床失电后仍能保持记忆。当然编码器依据安装位置不同又可分为内装式和外装式，内装式和伺服电动机同轴安装，外装式则安装在传动链末端。编码器输出信号通常有两组相位差90°的方波信号用于辨向，一个零标志位（又称一 转信号）+5v电源和接地端。绝对式还有备用电池连接端。编码器故障分类如下：

①编码器本身故障是指编码器本身元器件出现故障，导致其不能产生和输出正确的波形。这种情况下需更换编码器或维修其内部器件。

②编码器连接电缆故障这种故障出现的几率最高，维修中经常遇到，应是优先考虑的因素。通常为编码器电缆断路、短路或接触不良，这时需更换电缆或接头。还应特别注意是否是由于电缆固定不紧，造成松动引起开焊或断路，这时需卡紧电缆。③编码器 +5v 电源下降是指+5v 电源过低，通常不能低于4.75v，造成过低的原因是供电电源故障或电源传送电缆阻值偏大而引起损耗，这时需检修电源或更换电缆。④绝对式编码器电池电压下降这种故障通常有含义明确的报警，这时需更换电池，如果参考点位置记忆丢失，还须执行重回参考点操作。

⑤编码器电缆屏蔽线未接或脱落这会引入干扰信号，使波形不稳定，影响通信的准确性，必须保证屏蔽线可靠的焊接及接地。

⑥编码器安装松动这种故障会影响位置控制精度，造成停止和移动中位置偏差量超差，甚至刚一开机即产生伺服系统过载报警，请特别注意。

⑦光栅污染这会使信号输出幅度下降，必须用脱脂棉沾无水酒精轻轻擦除油污。下面以FANUC-0i数控系统两例故障予以说明：

1）实例一 故障现象：加工中心主轴定向时一直低速旋转。故障分析和处理：这很

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显然是机床接收不到零标志信号，即一转信号。打开机床侧盖，拆下脉冲编码器，发现脉冲编码器底部有一层粉末。完全拆开编码器后发现圆光栅上的条纹已全部被磨光，当然发不出信号。更换新编码器后，一切正常。此时需修改主轴准停时停止位置偏移量参数，使定向位置与更换前相同。

2）实例二故障现象：开机后出现APC（绝对脉冲编码器）电压低故障。故障分析和处理：该机床已闲置5年，采用FANUC 0i系统，电池应该失效。更换4节1号碱性干电池后，机床又显示请求回参考点故障。此时在手动状态将机床移动到参考点附近，再将参数 1815 ＃5（APCx）#4（APZx）全部置 0，关断一次电源后重新启动，坐标值全部显示为0。再将参数 1815# 5（APCx）#4（APZx）全部置 1，关断一次电源，再重启，一切正常。这样便给机床重新建立了参考点。综上所述，脉冲编码器故障总体而言可分为编码器本身故障和外围输入、输出故障，明确这两点许多问题就清晰了。2.3.1.2 位置环故障：

装 位置环这是数控系统发出控制指令，并与位置检测系统的反馈值相比较，进一步完成控制任务的关键环节。它具有很高的工作频度，并与外设相联接，所以容易发生故障。常见的故障如下：

① 位置控制环报警：可能是测量回路开路；测量系统损坏，位控单元内部损坏。② 不发指令就运动，可能是漂移过高，正反馈，位控单元故障；测量元件损坏。③ 测量元件故障，一般表现为无反馈值；机床回不了基准点；高速时漏脉冲产生报警可能的原因是光栅或读头脏了或光栅坏了。2.3.2、磁开关法

磁开关法是在机械本体上安装磁铁及磁感应原点开关或者接近开关，当磁感应原点开关或接近开关检测到原点信号后，进给电机立即停止，该停止点被认作为原点。磁开关法常用于开环系统，由于开环系统没有位移检测反馈装置脉冲编码器或光栅尺，所以不会产生栅格信号，通常利用磁感应开关回参考点定位。

下面以某数控车床为例简要叙述：

返回参考点的原理和过程。在图2-4中，快速进给速度参数、慢速进给速度参数、加减速时间常数、偏移量等参数分别由数控系统的相应参数设定。返回参考点的操作步骤为：

(1)将方式开关拔到回参考点档，选择返回参考点的轴，按下该轴点动按钮，该轴以快速移动速度移向参考点。

(2)当与工作台一起运动的减速撞块压下减速开关触点时，减速信号由通(0N)转为

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断(OFF)状态，工作台进给会减速，按参数设定的慢速进给速度继续移动。减速可削弱运动部件的移动惯量，使零点停留位置准确。

(3)当减速撞块释放减速开关，触点状态由断转为通后，数控系统将等待感应开关信号的出现。该信号一出现，工作台运动就立即

停止，同时数控系统发出参考点返回完成信号，参考点灯亮，表明机床回该轴参考点成功。图2-4 磁开关法回参考点原理

2.4回参考点的方式

装 订 回参考点的方式将因数控系统的类型和机床生产厂家而异。一台FUNUC Oi系统数控铣床是采用增量栅格法来确定机床的参考点的。采用这种增量式检测装置的数控机床一般有以下四种回参考点的方式。参考文献[8] 2.4.1.方 式 一

回参考点前，先用手动方式以速度v1快速将轴移到参考点附近，然后启动回参考点操作，轴便以速度v2慢速向参考点移动。碰到参考点开关后，数控系统即开始寻找位置检测装置上的零标志。当到达零标志时，发出与零标志脉冲相对应的栅格信号，轴速度

图2-5 回参考点方式一 线 即在此信号作用下制动到零，然后再前移参考点偏移量而停止，所停位置即为参考点。偏移量的大小通过测量由参数设定。如(图2-5)

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2.4.2.方 式 二

回参考点时,轴先以速度v1向参考点快速移动,碰到参考点开关后,在减速信号的控制下,减速到速度v2并继续前移，脱开挡块后，再找零标志。当轴到达测量系统零标志发出栅格信号时,速度即制动到零，然后再以v2速度前移参考点偏移量而停止于参考点。如(图2-6)

图2-6 回参考点方式二

2.4.3.方 式 三

回参考点时，轴先以速度v1快速向参考点移动，碰到参考点开关后速度制动到零，然后反向以速度v2慢速移动，到达测量系统零标志产生栅格信号时，速度制动到零，再

图2-7 回参考点方式三

前移参考点偏移量而停止于参考点。如(图2-7)2.4.4.方 式 四

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回参考点时,轴先以速度v1向参考点快速移动,碰到参考点开关后制动到零,再反向微动直至脱离参考点开关，然后又沿原方向微动撞上参考点开关，并且以速度v2慢速前移，到达测量系统零标志产生栅格信号时,速度制动到零，再前移参考点偏移量。如(图2-8)装 订 线

图2-8 回参考点方式四

FUNUC-0i系统数控机床返回参考点的方式因数控类型和机床生产厂家不同而异，一台FUNUC-0i系统数控铣床采用的是方式三回参考点：

曾出现这种故障现象：X轴先正方向快速运动，碰到参考点开关后，能以慢速反向运动，但找不到参考点，而且一直反向运动，直到碰到限位开关而紧急停止。根据故障现象和返回参考点的方式，可以判断减速信号正常，位置测量装置的零标志脉冲信号不正常。通过CNC系统PLC接口指示观察，确定参考点开关信号正常，用示波器检测零标志信号，如果有零标志脉冲信号输出，可诊断CNC系统测量组件有关零标志脉冲信号通道有问题。进一步确诊可用互换法，即将有关电路板：如X轴和Y轴的电子脉冲整形插值倍频电路板互换，如发现同样故障转移到Y轴，而X轴工作正常，则该电路板有问题。

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第3章 回参考点的故障案例与分析

3.1故障类型与分析

数控机床返回参考点的方式，因数控系统类型和机床生产厂家而不同，要排除回参考点的故障，先要搞清机床回参考点的动作方式及工作原理，然后再对照故障现象来进行分析。一般主要有三类情况：第一类是机床停止位置与参考点位置不一致；第二类是机床不能正常返回参考点，且有报警产生；第三类是机床数控系统没有准备好信号或超程报警。

装 3.1.1 第一类情况

采用栅格法返回参考点时，可通过移动栅格(可由系统参数设定)来调整参考点位置。位置检测装置随伺服电机旋转产生栅格信号，当减速撞块压下减速开关时，伺服电机减速继续向参考点运行。当减速开关释放，数控系统检测到的第一个栅格或零标志位信号即为原点(参考点)时，伺服电机停转。该方法的特点是机床如果接近原点的速度小于某一同定值，则数控机床总是停止于同一点。采用磁性开关方式时，可通过移动接近开关来调整其参考点位置。当磁感应原点开关或接近开关检测到原点信号后，伺服电机立即停止，该停止点被认作原点(参考点)。该方法的特点是软件及硬件简单，但原点位置随着伺服电机速度的变化而成比例地漂移，即原点不确定。3.1.1.1 停止位置偏离参考点一个固定值

这种情况多数是因为减速撞块安装位置不正确或减速撞块太短。检验的方法是：先减小数控系统中接近原点速度的参数，减小运动部件的移动惯量，若返回参考点正常，则可确定是此原因造成。通常需要重新调整撞块位置或减速开关位置，或适当增加撞块长度。也可通过设置栅点偏移量的方法来解决，因为数控系统识别减速信号的变化需要一定时间，当减速撞块离原点太近时，捕捉不到第一个原点信号，系统只能确定两个原点信号，所以机床停止位置偏离参考点刚好一个栅格问距。如使用上述办法后仍有偏离，则应检查参考计数器设置的值是否正确有效，修正参数设置。案例一：

某台经济型数控车床，FANUC 0i数控系统采用方式三回参考点，X轴经常出现原点漂移，且每次漂移量为10mm左右。订 线 共 19 页

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诊断：由于每次漂移量基本固定，可能与X轴回参考点有关。经检查相关的参数没有发现问题。检查安装在机床上的减速撞块及检测开关，发现撞块距离检测开关太近。重新调整减速撞块位置，将其控制在该轴丝杠螺距(该轴的螺距为10mm)的一半，约为6mm±lmm，故障排除。3.1.1.2 随机偏差，没有规律性

造成此故障的原因较多，可能的原因有：外界干扰；脉冲编码器的电源电压过低； 脉冲编码器损坏；数控系统的主印刷线路板不良；伺服电机与工作台联轴器连接松动等。案例二：

某配套FANUC-0i系统的数控铣床，回参考点动作正常，但参考点位置随机性大，每次定位都有不同的值。

诊断： 由于机床回参考点动作正常，进一步检查发现，参考点位置虽然每次都在变化，但却总是处在减速撞块放开后的位置上。因此，可以初步判定故障的原因是由于脉冲编码器“零脉冲”不良或丝杠与电动机间的连接不良引起的故障。该机床伺服系统为半闭环结构，维修时采用隔离法，脱开电动机与丝杆间的联轴器，手动压下减速开关，进行回参考点试验。经多次试验发现，每次回参考点完成后，电动机总是停在某一固定的角度上，说明脉冲编码器“零脉冲”无故障。故障的原因可能在电动机与丝杠的连接处。经仔细检查，发现拉杆与联轴器间的弹性胀套配合间隙过大，产生松动。经修整胀套，重新安装后机床恢复正常。3.1.1.3 微小误差

此类故障的原因多数为电缆或连接器接触不良，或因主印刷电路板及速度控制单元工作性能不良，造成位置偏置量过大。案例三：

某配套FANUC-0i 的数控机床，在回参考点后无法继续操作。

诊断：在操作中发现机床在参考点位置停止后，机床操作面板参考点指示灯不亮，无法进行进一步操作。但关机后，又可手动操作，返回参考点后上述现象又出现。这说明机床回参考点动作属正常，考虑到机床已在参考点附近停止运动，因此，初步判断其原因可能是参考点定位精度未达到规定的要求。通过机床的诊断功能，对系统的“位置跟随误差”随DGN800~802进行了检查，发现机床的Y轴踪误差超过了定位精度的允许数值范围。调整伺服驱动器的“偏移”电位器，使“位置跟随误差”DGN800～802的值接近0后，机床恢复正常。装 订 线 共 19 页

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3.1.2 第二类情况

故障原因主要是零标志位脉冲信号失效(信号未产生或在传输处理中丢失)。如光栅或脉冲编码器的基准信号(零标志位信号)没有输入到主印刷电路板；磁感应原点开关或接近开关没有检测到原点信号。故障原因多为连接信号电缆断线或检测元件损坏。另外，在进行返回参考点时，机床运动部件开始移动起始点距离参考点太近，也会产生此类故障，所以机床停机前，将机床的运动部件停在距离参考点较远的地方。排除这类故障的方法：首先检查安装在机床上的撞块和检测开关是否松动，再用CNC系统PLC接口的I/O状态观察检洲的开关是台输入剑数控系统中，采用示波器检测零标志位脉冲信号。根据测得的信号，判断故障部位。案例四：

某德国产配备FANUC-0i数控系统的数控磨床，在回参考点时，出现Z轴找不到参考点的故障。

诊断：观察同参考点的过程，发现Z轴运动压到减速开关后，能够减速并反向运动，直到 下行程极限开关。这说明回参考点过程中减速开关没有问题；同时根据CNC显示Z轴的数值正常变化，判定为编码器的零标志位有问题，用示波器测试波形，没有发现零标志位脉冲，可断定是编码器的问题。将编码器拆开，发现其内部有许多油。经分析I六l编码器密封不好，冷却液形成的油雾进入编码器并沉淀，将编码器刻度盘遮挡，使零标志位出现故障。清除了编码器中的油污并将其清洗干净后重新密封，装配好再使用，故障消除。装 订 线 3.1.3 第三类情况

这类故障的原因较简单：（1）多数为返回参考点用的减速开关失灵，触点压下后不能复位造成的只需检查减速开关复位弹簧是否损坏或直接更换减速开关即可；（2）因后备电池失效导致参考点丢失；（3）间隔环磨损。案例五：

某台配备FANUC-0i数控系统的JCS-018立式加工中心，X轴不执行自动返回参考点动作。

诊断：故障发生后，机床无报警提示，但采用手动方式时X轴能够移动。将X轴采用手动方式移至参考点后，机床又能进行正常加工，加工完成后原有故障又重复出现．考虑到故障发生在X轴回参考点的过程中，怀疑该故障与X 轴参考点的参数发生变化有关。根据维修说明书，将与X轴参考点有关的参数调出检查，结果参数均正常。经

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仔细检查后发现，机床上X轴参考点的限位开关因油污染失灵，即始终处于接通状态。故当加工程序完成后，系统便认为已回到了参考点，清洗该限位开关后，故障排除。案例六：

日本FV650加工中心回参考点出现超程报警。该加工中心配用FANUC-0i控制系统，使用绝对脉冲编码器作为检测反馈元件，回参考点采用无参考点减速开关控制模式。

因CNC及绝对脉冲编码器的后备电池失效，造成参数丢失。用计算机将备份参数重新装入后，再回参考点时出现各轴在行程范围中间位置时停止，完成回参考点过程。

移动各轴，即使其机械位置在行程中间位置，CRT也显示各轴位置坐标超过软件限制，出现过行程报警。

使用绝对脉冲编码器的系统，采用后备电池维持编码器的位置数据，当电池失效后此时开机各轴所在的机械位置即被认作参考点位置。使用绝对脉冲编码器的加工中心，重新建立正确参考点的步骤如下：

1)在OFFSET菜单下，设置PWE=1。

装 2)将CNC参数NO.1815X、Y、Z各轴设置为00000000。3)将 X、Y、Z各轴手动移至机械原点附近。4)在回参考零模式，各轴手动回参考点。

5)仔细观察各轴是否在参考点位置上，特别是与ATC、APC等有关系的轴的参考点位置是否准确。如位置不准确，重复3至4步直至准确。

6)修改NO.1815为00110000。7)将PWE设置为0。

8)关断CNC电源，几分钟后开机，将各轴移离参考点位置后，手动回参考正常。值得一提的是，丢失参数后重装参数前，将各轴移至机械原点位置。装参数后，只要按正常的回参考点操作程序，开机后手动回各轴参考点即可。案例七：

日本FANUC-0i系统加工中心Z轴回参考点出现超行程报警。

该加工中心Z轴运动时有明显的冲击声，回参考点是CRT显示Z轴超行程报警。观察CRT上Z轴机械位置信息显示0.511，系软件超程。经试验确认，该报警出现时，手动回参考点的过程还未完成。

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在手动回参考点时观察减速开关输入PMC信号DGN16.5变化正常，说明减速开关无问题。

将CNC参数NO.702设定为99999999，手动回参考正常。NO.702重新设定回500。但加工零件程序运行时，G代码回参考点，又出现超程报警。

检查伺服电动机至工作台的机械传动各环节，发现Z轴滚珠丝杠预紧防松螺母松动。拆下防松螺母，下面的间隔环磨损严重，测量磨损量0.511mm。这就是故障的原因。由于间隔环的磨损，在解除软件限位后，可以手动回参考点。但在软件限位恢复设定后，Z轴所承载的主轴箱的重量使在Z轴使能状态下与伺服电动机同轴安装的编码器不动但主轴箱的机械位置却下滑了一段距离，即0.511mm。在其后任何形式的回参考点时，机械位置坐标显示的0值已经不是实际的参考点位置。虽然磨损是一个逐渐的过程，但因该机所使用的零件加工程序没有曲面加工，该磨损误差被刀具补尝所消除，因而从被加工零件的加工质量上反映不出来机床已发生了故障。装 订 线 共 19 页

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第4章 小结

根据以上的分析，对于增量式测量系统数控机床，开机后回参考点的故障现象及原因较多，而故障现象与故障原因并无一一对应关系，往往是一种故障现象有几种原因综合引起，或一种原因引起几种故障。因此，诊断故障应该从弄清具体数控系统的回参考点方式及其控制原理入手，结合机床结构，凭借实践经验和维修手册，根据故障的表现形式进行故障定位，力求将故障定在尽可能小的的范围内，在按照可能性的大小进行逐一检查，排除假象，找出真正故障所在，进而排除故障。

在现场维修结束后，应认真填写维修记录，列出有关必备的备件的清单，建立用户档案，对于故障时间，现象，分析诊断方法，采用排故方法，如果有遗留问题应详尽记录，这样不仅使每次故障都有据可查，而且也可以积累维修经验

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数控机床故障分析研究 篇6

关键词:数控机床故障分析分类

中图分类号:TP2文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)06(a)-0060-01

1 数控机床故障分析的基本方法

故障分析是进行数控机床维修的第一步,通过故障分析,一方面可以迅速查明故障原因排除故障:同时也可以起到预防故障的发生与扩大的作用。一般来说,数控机床的故障分析主要方法有以下几种。

1.1 常规分析方法

对数控机床进行常规检查,主要是对机、电、液部分用这样的方法,通过检查可以得出故障的原因。通常状况下,这种检查方法用于CNC伺服驱动、电动机和主轴驱动部分。检查输入輸出信号是否正确连接。检查电源是否达到要求。伺服驱动的印刷电路板的安装是否牢固,电位器调整是否正确,检查接插部位有无松动现象,检查机械部件和电器元件是否损坏等情况。

1.2 动作分析方法

采用液压和气动控制的数控机床部位,可以通过诊断动作判断故障原因,包括自动换刀装置,夹具,传输装置等。观察数控机床的实际动作,可以判断哪些部位动作不良,就可以得到故障的原因。通过这样的分析,可以很轻松的查出故障点。

1.3 状态分析方法

在目前的数控系统的伺服给进系统和主轴驱动系统,都可以用动态和静态两类检测方法来检测执行元件的工作状态得出故障的原因,这事目前应用于数控机床最普遍的方法。一般情况下,参数包括:输入输出电流,输入输出电压和给定实际转速等情况,来判定位置实际负载情况。

1.4 操作、编程分析方法

一般情况下,手动单步来执行自动换刀工作和自动交换工作台的动作可以检测加工指令。通过操作和编制测试程序,可以得出故障的原因。并且可以得出故障的部件,同时还可以检查编制的程序是否正确。

1.5 系统自诊断方法

这种方法是利用系统内部自带诊断程序和专用的系统诊断软件,通过检测系统内部关键硬件和系统控制软件来进行自我诊断和测试,主要包括数控机床开机自诊断和在线监控与数控机床停机测试。

2 数控机床常见故障分类

2.1 按故障发生的部位分类

(1)主机故障:数控机床的主机一般是指组成数控机床的机械、润滑、冷却、排屑、液压、气动与防护等部分。主机常见的故障主要有:机械部件安装、调试、操作使用不当等原因导致的机械传动故障。导轨、主轴等运动部件的干涉和摩擦过大等原因导致的故障。机械零件损坏和联结不良等原因导致的故障,等等。

主机故障主要表现为传动噪声大、加工准确度差、运行阻力大、机械部件动作不进行、机械部件损坏等等。润滑不良、液压、气动系统的管路堵塞和密封不良,是主机发生故障的常见原因。数控机床的定期维护、保养，控制和根除“三漏”现象发生是减少主机部分故障的重要措施。

(2)电气控制系统故障:从所使用的元器件类型上,根据通常习惯,电气控制系统故障通常分为“弱电”故障和“强电”故障两大类,“弱电”部分是指控制系统中以电子元器件、集成电路为主的控制部分。数控机床的弱电部分包括CNC、PLC、MDI/C RT以及伺服驱动单元、输为输出单元等。“弱电”故障又有硬件故障与软件故障之分．硬件故障是指上述各部分的集成电路芯片、分立电子元件、接插件以及外部连接组件等发生的故障。软件故障是指在硬件正常情况下所出现的动作出锗、数据丢失等故障,常见的有加工程序出错,系统程序和参数的改变或丢失,计算机运算出错等。“强电”部分是指控制系统中的主回路或高压、大功率回路中的继电器、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控制电路。这部分的故障虽然维修、诊断较为方便,但由于它处于高压、大电流工作状态,发生故障的几率要高于“弱电”部分，必须引起维修人员的足够的重视。

2.2 按故障的性质分类

(1)确定性故障

确定性故障是指控制系统主机中的硬件损坏或只要满足一定的条件,数控机床必然会发生的故障。这一类故障现象在数控机床上最为常见,但由于它具有一定的规律,因此也给维修带来了方便。确定性故障具有不可恢复,故障一旦发生,如不对其进行维修处理,机床不会自动恢复正常．但只要找出发生故障的根本原因,维修完成后机床立即可以恢复正常。

(2)随机性故障

随机性故障是指数控机床在工作过程中偶然发生的故障此类故障的发生原因较隐蔽,很难找出其规律性,故常称之为“软故障”,随机性故障的原因分析与故障诊断比较困难,一般而言,故障的发生往往与部件的安装质量、参数的设定、元器件的品质、软件设计不完善、工作环境的影响等诸多因素有关。随机性故障有可恢复性,故障发生后,通过重新开机等措施,机床通常可恢复正常,但在运行过程中,又可能发生同样的故障。

2.3 按故障的指示形式分类

(1)有报带显示的故障:数控机床的故障显示可分为指示灯显示与显示器显示两种情况:指示灯显示报警是指通过控制系统各单元上的状态指示灯(一般由LED发光管或小型指示灯组成)显示的报警．根据数控系统的状态指示灯,即使在显示器故障时,仍可大致分析判断出故障发生的部位与性质。因此，在维修、排除故障过程中应认真检杳这些状态指示灯的状态。显示器显示报警是指可以通过CNC显示器显示出报警号和报警信息的报警。由于数控系统一般都具有较强的自诊断功能,如果系统的诊断软件以及显示电路工作正常,一旦系统出现故障,可以在显示器上以报警号及文本的形式显示故障信息。数控系统能进行显示的报警少则几十种,多则上千种,它是故障诊断的重要信息。

(2)无报警显示的故障:机床与系统均无报警显示,其分析诊断难度通常较大．需要通过仔细、认真的分析判断才能予以确认。特别是对于一些早期的数控系统,由于系统本身的诊断功能不强,或无 PLC 报警信息文本,出现无报警显示的故障情况则更多。

2.4 按故障产生的原因分类

(1)数控机床自身故障:是由于数控机床自身的原因所引起的,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。

(2)数控机床外部故障:是由于外部原因所造成的。供电电压过低、过高,波动过大:电源相序不正确或三相输入电压的不平衡;外来振动和干扰等都是引起故障的原因。

综上所述,通过研究数控机床故障的分析方法和类型,可以更好的维护数控机床,提高数控机床使用效率,增加企业效益。

参考文献

[1]张凯主编.可编程控制器教程.东南大学出版社,2005.

840D数控镗床故障分析处理 篇7

一台西门子840D数控镗床, 出现Y轴 (主轴箱) 在某些情况下自行下滑, 速度较快, 且无报警。据操作者对故障发生时操作步骤的描述及现场模拟, 得出:在按下急停按钮, 然后拉起, 在不复位“3000急停”报警的情况下, 按下Y轴抱闸松开键, 此时Y轴电机抱闸和液压抱闸仍可松开, Y轴随即开始向下滑落, 但并无静止误差监控报警出现。若在复位急停报警后按下Y轴抱闸松开键, 机床正常。

2.分析处理

拆下Y轴电机, 发现在上述操作步骤后, Y轴电机呈自由状态, 可用手轻松转动, Y轴由于自重向下滑落。为确认此时Y轴电机呈自由状态是否正常, 做了如下的检测和分析。

正常情况下, 各通道轴有如下使能信号必须被置位:硬件连接的I/RF电源模块端子63 (脉冲使能) 、端子64 (驱动使能) 、端子48 (直流母线开始) , 驱动模块端子633 (脉冲使能) 。PLC接口信号的DB31—61.DBX 2.1 (控制器使能) 、DB31—61.DBX21.7 (脉冲使能) 、DB31—61.DBX 1.5或DBX 1.6 (选择位置测量系统1或2) 。

进行上述操作的同时, 在PLC状态窗口中监测PLC各主使能信号, 正常。在服务显示窗口中监测各使能信号也正常, 所有使能信号都被置位, 但在按下急停且报警未被复位之前, 上述硬件连接各端子的使能信号仍为“1”, 而NC速度控制器使能和驱动器脉冲使能 (puleses enabled) 却由“1”变为“0”, 使通道内各轴电机此时都处于自由状态, 是由于按下急停后, PLC—NCK接口信号DB10.DBX56.1 (急停) 被置位, 使NCK急停信号DB10.DBX106.1也被置位, 从而使通道状态信号DB21.DBX35.6 (通道中断) 置位, 此时, 通道的位置控制环和速度控制环都被断开, 因此, 整个通道的脉冲使能此时不可能被置位。同样, 由于位置控制环断开, NCK位置控制器激活信号DB32.DBX61.5被置“0”, 则Y轴向下滑落不可能触发“25040静止误差监控”报警。当急停按钮被拉起时, 急停PLC输入信号重新被置位, PLC—NCK接口信号DB10.DBX56.1 (急停) 由“1”变为“0”, 但这并不能使NCK急停信号DB10.DBX106.1也由“1”变为“0”, 即此时NCK急停信号仍然有效, 通道也仍然处于中断状态, 需要用复位键来触发PLC—NCK接口信号DB10.DBX56.2 (急停应答) 的一个脉冲信号, 才能复位NCK急停信号DB10.DBX106.1和通道中断信号DB21.DBX35.6, 并且将通道复位信号DB21.DBX35.7置位, 从而使NC速度控制器使能和驱动器脉冲使能被重新置位, 并且闭合通道的位置控制环和速度控制环, 这时机床各轴才能处于正常的待运行状态。

由此可见, 在进行上述操作时, Y轴电机呈自由状态是正常的, 此时应由电机抱闸来锁紧电机, Y轴由液压抱闸来夹紧, 才不会因自重而向下滑落。同时应禁止操作Y轴抱闸松开, 在PLC程序中此操作应被封锁。但原相关PLC程序如下:

由以上程序可看出, 不论以何种方式打开抱闸, 决定抱闸打开且与本故障相关的因素有两个, 即I32.0必须置位 (急停按键不能按下) 且急停PLC接口信号DB10.DBX 56.1未置位。但是程序中这两个信号并不能真实地反映出急停的NCK接口信号以及通道是否处于中断状态。即当急停按键拉起后, I32.0由“0”变为“1”, DB10.DBX 56.1则由“1”变为“0”, 虽然符合了抱闸打开的条件, 抱闸可以被打开, 但急停NCK接口信号仍然置“1”, 通道仍然处于中断状态, 驱动器脉冲使能信号未被置位, 电机仍处于自由状态, 若打开抱闸, 必将导致发生本故障。因此, 可将决定抱闸是否打开的条件再增加一条对驱动器脉冲使能的检测, 即将上述程序的最后一段指令语句修改如下:

数控机床参考点故障分析 篇8

参考点 (如图1-2) 又叫原点、零点、基准点, 是机床上的固定点, 加工轴的测量系统以此为基准。在数控机床中定义了不同的零点和基准点, 分机械零点和电气零点, 数控机床一经制造, 即可产生并确认机械零点所在, 所有测量系统均可以以机械零点为出发点。参考点可以是机床能够返回的基准点, 也可以是工件尺寸编程的基准点。参考点作为工件坐标系的原始参照系原点, 机床参考点确定后, 各工件坐标系也随之建立了。

2 参考点的建立

如果所使用的位移测量系统没有绝对式编码器 (光栅尺) , 那么, 机床在停电后并不能识别机床各轴的移动, 则重新通电后, 必须要做返回参考点运行, 其目的就是让机床的机械零点和电气零点相关联, 从而保证测量系统所提供的实际值与机床坐标值相一致, 并为建立各坐标系提供参照。当手动或自动回机床参考点时, 首先, 回归轴以正向快速移动, 当行程开关 (或接近开关) 碰上 (或接近) 撞块 (即参考点) 时, 开始减速运行。当行程开关 (或接近开关) 离开撞块 (参考点) 时, 继续以FL的速度移动, 当走到相对编码器的零位时, 回参考点电机停止, 并将此零点作为机床的参考点。

3 检测位移的测量系统

在伺服系统中, 由于光电码盘与电动机同轴, 电动机旋转时, 光栅盘与电动机同速旋转.经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号。通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外, 为判断旋转方向, 码盘还可提供相位相差90°的2个通道的光码输出, 根据双通道光码的状态变化确定电机的转向。它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道, 每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成, 相邻码道的扇区数目是双倍关系, 码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数, 在码盘的一侧是光源, 另一侧对应每一码道有一光敏元件;当码盘处于不同位置时, 各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号, 形成二进制数。这种编码器的特点是不要计数器, 在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。

4 返回参考点的方式

返回参考点的采用哪种方式, 与机床的测量系统配置有关系。如果机床位置检测系统使用的是增量编码器 (光栅尺) , 则一般使用挡块式回原点方法;如果机床位置检测系统使用的是绝对编码器 (光栅尺) , 则采用直接读数法。

当参数已经设定时, 需回参考点的轴以参数设置的速度VC (就是我们常说的快速) 向参考点方向移动, 当撞上减速挡块时, 伺服电机减速至由参数设置的检测零脉冲的速度VM (就是我们常说的慢速) 继续向前移动, 当离开减速挡块后, 数控系统检测到编码器发出第一个栅点或零标志信号时, 回参考点的轴的电机停止运行, 此停止点即为该轴的机床参考点。

5 故障维修实例

故障现象:用西门子840D系统改造的三轴加工中心, 按下Z轴返回参考点按键, Z轴没有以回参考点速度移动, 而是以慢速并远离参考点方向移动, 按复位键可停止, 再执行返回参考点而现象不变, 一直碰到负向硬超程开关。

分析诊断:在回参考点过程中没有寻找原位开关的速度, 只有寻找零脉冲的速度, 说明数控系统已经接收到减速信号, 而减速信号就是原位开关的信号, 那么引起这个故障的可能原因为:

a.原位开关卡死弹不起来。

b.原位开关内部电源线与信号反馈线短路。

c.输入接口接触不良。

检查排除步骤:a.人为方式检查或试压原位开关, 确认开关是否能回位。b.用万用表检查线路是否短路。故障现象:数控车床 (立车) 配置840D系统, 在执行回参考点操作过程中有时找不到参考点。分析诊断:经检查发现回参考点过程, 机床有减速动作, 位移方向也正确, 但找不到参考点, 可能编码器的零点脉冲信号存在故障, 系统检查不到零点脉冲信号。也可能是电源电压过低或波动引起的脉冲信号异常, 因此有时找不到参考点。

检查排除步骤:a.检查零点脉冲信号线是否断路, (R) Z为零点脉冲信号波形。b.检查编码器的电源 (正常应为+5V) 。故障现象:一台840D系统HELLLER加工中心, 刀库回零不稳定, 偶尔出现刀库错位, 造成抓刀时卡刀。分析诊断:经检测, 发现刀库错位位置固定, 位置的数据相差电机旋转一周的刀链位移角度。偶尔出现多转一圈或少转一圈故障, 可能原因就是编码器零脉冲不良引起。此机床用接近开关替代常规的机械限位开关, 考虑接近开关老化产生感应距离变短, 反应不灵敏的原因。也就是说安装位置调整不合理, 感应开关灵敏度下降, 造成了故障。

检查排除步骤:a.检查编码器零脉冲信号线是否断路。b.检查接近开关的感应距离及反应灵敏度。

结束语

回参考点开关的故障可以按以下方法进行检修:a.在回参考点过程中, 压下回参考点开关后, 是否有减速过程。b.察看PLC状态, 检测零点开关信号或减速信号是否正常, 也可以手动按压零点开关, 然后通过PLC状态显示功能检查零点开关接通是否正常。

摘要：参考点, 是机床上的固定点, 加工轴的测量系统以此为基准。数控机床一经制造, 即可产生并确认机械零点所在, 所有测量系统均可以以机械零点为出发点。机床参考点确定后, 各工件坐标系也随之建立了。手动或自动回机床参考点时, 首先, 回归轴以正向快速移动, 当行程开关 (或接近开关) 碰上 (或接近) 撞块 (即参考点) 时, 开始减速运行。当走到相对编码器的零位时, 回参考点电机停止, 并将此零点作为机床的参考点, 回参考点有故障时, 都要根据这个原理进行排除。

数控机床常见故障分析与排除 篇9

关键词：数控机床,故障诊断,维修,排除

数控机床技术集机械制造技术、控制技术、伺服驱动、精密测量、数据通信等各项技术于一体，是机加工领域中典型的机电一体化技术。由于数控机床能按程序自动加工零件，无须使用复杂和专用的工模夹具，能比较好地解决中小批量、多品种和复杂零件的自动化加工，生产率高，加工零件一致性好，质量稳定，便于产品的更新换代，同时具有柔性、高精、高速的特点。因而在机械制造业中的应用越来越广泛。但是，数控机床在使用过程中，不可避免地会出现一些故障而影响生产，因此，数控机床的故障诊断与维修是数控机床在使用过程中的重要组成部分，是数控机床长期可靠运行的重要保障。

一、数控机床故障的分类

数控机床是机、电、液一体化的技术密集和知识密集的自动化设备，其故障发生的原因比较复杂，根据数控机床的故障起因、故障性质、发生部位以及有无报警等可对数控机床常见故障作如下分类：

(1) 按故障起因的相关性可分为非关联性故障和关联性故障。非关联性故障与系统本身无关，是由于运输、安装等原因造成的;而关联性故障又可分为系统故障和随机故障，系统故障是指机床或数控系统部分在一定条件下必然出现的故障，是一种可重演的故障;随机故障是指偶然出现的故障，是由于机械结构和局部松动、系统控制软件不完善、硬件工作特性曲线下降、电气元器件品质因数降低等原因造成的，这类故障在同样条件下只偶然出现一两次。

(2) 按故障有无诊断显示可分为有诊断显示故障和无诊断显示故障。有诊断显示的故障一般都与控制部分有关，较易排除;无诊断显示的故障，维修人员只能根据出现故障前后的情况来分析判断，所以排除故障的难度较大。

(3) 按故障发生的性质可分为破坏性故障和非破坏性故障。破坏性故障是指由于伺服系统失控造成“飞车”、短路烧保险等故障，只能根据操作者提供的情况进行维修，难度较大且有一定的风险，在维修和排除这种故障时不允许故障重复出现;非破坏性故障可以经过多次试验、重演故障来分析故障的原因，排除较易。

(4) 按故障发生部位可分为电气故障和机械故障。电气故障一般发生在系统装置、伺服驱动单元和机床电气等控制部位，一般是由于电气元器件品质因数下降、元器件焊接松动、接插件接触不良或损坏等因素引起;机械故障一般发生在机械运动部位，是指机械部分在安装、调试、润滑、冷却、排屑、液压、气动、使用和维护操作不当而引起的机械传动故障及导轨运动摩擦过大等故障，主要表现为主轴停转、噪声大、产生切削振动、刀架不转、加工精度不稳定等特征。

二、数控机床故障诊断的一般方法

在数控机床出现故障时，操作人员应及时采取措施，停止系统运行，保护好现场，先进行故障检测，随之对故障判定及隔离，分离出故障的部位或模块，最后对故障进行定位。具体方法有：

(1) 直观法。直观法是利用人的手、眼、耳、鼻等感觉器官查找故障的原因，缩小故障的检查范围，往往将故障范围缩小到一个模块或一块印制电路板，从而对故障进行定位，这是最简单、最基本的故障诊断方法。

(2) 自诊断功能。现代的数控系统已经具备了较强的自诊断功能，能随时监视数控系统硬件和软件的工作情况，根据报警号或数码管、指示灯，确定故障原因和部位，这个方法是当前维修时最有效的方法。

(3) 参数检查。数控机床的参数设置是否合理直接关系到机床能否正常工作，在有些情况下，通过对参数的检查或修改，可以判断故障所在。

(4) 替换法。利用备用模块或电路板替换有故障疑点的模块或电路板，观察故障转移的情况，这是一种简单易行的方法，也是现场判断时常用的方法之一。

(5) 测量法。利用各种检测仪器，对故障疑点进行电流、电压和波形测量，将测量值与正常值进行比较，分析故障所在的位置。

(6) 原理分析法。根据CNC系统的组成原理，可从逻辑上分析各点的逻辑电平和特征参数，然后用万用表、逻辑笔、示波器或逻辑分析仪进行测量、分析和比较，从而对故障定位。

三、故障诊断与排除的实例

数控机床是机、电、液一体化的技术密集和知识密集的自动化设备，并且各类数控机床所配的数控系统硬软件越来越复杂，再则制造厂商不完全向用户提供硬软件资料，因此，数控系统的故障维修是很困难的。作为用户级的维修人员，不仅应具有电子技术、计算机技术、自动化技术、检测技术、机械理论和机械加工工艺、液压传动等技术知识，还应具有综合分析和解决问题的能力，能尽快查明故障原因，及时排除故障，提高数控机床的开动率。

如我们的GSK980T数控车床投入使用时，由于操作人员都是新手，对数控机床的结构性能、按钮功能及操作方法不熟练，在回零前就直接调入程序，循环启动加工工件，差点造成车刀与工件的碰撞，操作人员手忙脚乱中按下了急停按钮。随后接着回零，CRT显示屏上显示“准备未绪”报警字样，由于是新设备，操作人员对设备没有足够的了解，只好向厂方维修人员咨询，原来是没有旋开急停按钮，于是操作人员旋开急停按钮，按下复位键再回零后，故障就被排除了。

在设备使用前期，由于操作、调整处理不当还引起参数修改的故障。例如，在配备FANUCO—MD系统的XK5025数控铣床上，开机后程序显示混乱，机床不能正常工作，经向初学操作的人员了解，在向系统传输程序时，出现101号报警，存储器溢出，在解除该报警时系统要求将参数设置为改写状态，在上电同时按Delet键，有可能是操作者不熟练，在上电时错按了RESET键，造成参数变化，经重新传入备份参数，机床工作正常了。

数控机床的机械部件有时也会出现故障。例如，在配置FAGOR8055系统在TH5660加工中心上时，出现了不换刀现象。当加工中心执行到换刀指令后，主轴能够移动到换刀点并准确定位，但没有换刀动作，经对I/O口的追踪检查，发现系统未收到主轴定位应答信号，排查到接线端子处发现应答信号线松动，拧紧后工作正常。

伺服驱动系统是整个数控机床的主要故障源之一。由于各轴的运动是靠伺服单元控制伺服电机带动滚珠丝杠来实现的，并用旋转编码器作速度反馈，用光栅尺作位置反馈，一般易出故障的地方为旋转编码器与伺服单元的驱动模块。例如，FANUCO—MD系统的XK5025数控铣床，在钻孔加工中出现434号报警，经排查知数控系统的722号诊断参数的第7位为1，说明Z轴发生伺服过载，进一步排查得知是主轴的转向错误，改变主轴转向故障即被排除。

数控机床的造价较高，维修费用也相应很高，如果机床出现故障，操作者应该正确记录、描述故障发生时的状况，以便维修人员能够做出及时正确的处理，当故障情况不清楚时操作者不允许随意处置。

参考文献

[1]陈志雄.数控机床与数控编程技术[M].北京:电子工业出版社, 2005:35.

数控系统故障的检查与分析 篇10

1 数控系统故障分类

(1) 硬件、软件故障。硬件故障是指电子、电器件、印制电路板、电线电缆、接插件等的不正常状态及其损坏状态。软件故障一般是指PLC逻辑控制程序中产生的故障。 (2) 有诊断指示、无诊断指示故障。有诊断指示的故障加上各电气装置上的各类指示灯使得绝大多数电气故障的排除较为容易。无诊断指示的故障一部分是上述2种诊断程序的不完整性所致。 (3) 破坏性、非破坏性故障。破坏性故障会造成工件损坏, 维修时需根据产生故障时的现象进行相应的检查、分析;非破坏性故障常常是由于系统内部问题引起, 在维修时应该深入分析数控系统是否处于稳定状态。 (4) 系统性、随机性故障。系统性故障是指只要满足一定的条件则一定会产生的确定的故障;而随机性故障是指在相同的条件下偶尔发生的故障。 (5) 设备运动特性下降的故障。出现该故障时, 设备虽能正常运转却加工不出合格的工件, 常出现定位精度超差、反向死区过大、坐标运行不平稳等。

2 数控系统故障的危害

(1) 降低机床精度:系统出现故障后, 常常要对数控系统和数控机床进行详细地排查, 这就避免不了对机床进行拆装。在拆装过程中难免受到人为因素的影响, 造成数控机床重新安装后与原来的装配出现误差, 从而影响到机床本身的配合精度。“精度”就是数控机床使用的保证, 如果精度达不到要求将导致机床无法正常使用, 甚至报废。 (2) 减短机床寿命:数控系统故障涉及到了数控机床的很多方面, 大至主轴, 小至芯片, 这些都会带来一定的损耗。若机床处于运行状态时发生故障, 则会给机床带来较大的冲击, 直接损坏机床的硬件设备。使得数控机床的使用寿命被缩短, 也造成企业生产的投资成本大大增加。 (3) 造成经济损失:数控系统硬件所造成的直接经济损失主要是机床维修费用, 当数控系统发生故障后必须要立刻进行维修, 以尽快恢复正常的生产。若故障较小, 操作人员可以根据自己的经验及时维修。对于一些复杂的故障, 则要安排专业人员。

3 数控系统故障的处理方法

笔者根据实际操作过程中, 数控机床比较常见的集中系统故障进行分析, 并阐述了具体的维修方法。 (1) 光栅测量系统故障。光栅测量系统是数控机床的位置测量系统, 感应同步器和光栅编码器在实际维修中运用较为普遍。 (2) 机床无法正常回参考点。回参考点是数控机床每次开机后必须实行的操作, 这是为了确定机床的坐标原点, 这与零点开关联系较大。 (3) 数控系统掉电死机。例如:当按下数控淬火机床NC起动按钮之后系统开始执行自检, 当显示器上出现基本画面后数控系统掉电。这种故障通常是因为抱闸线圈与地短路导致24 V供电直流电源的电压过低, CNC系统因设有保护措施而自动切断系统电源。处理措施为检查或重新接电路, 避免抱闸线圈与地短路。

4 数控系统硬件故障诊断与实例分析

4.1 系统的自诊断方法

(1) 开机自诊断:数控系统通电后, 系统内部自诊断软件对系统硬件进行一系列的检测, 这个过程类似于计算机上电自测, 当数控系统内CPU、RAM、ROM等芯片以及MDI、CRT、I/O、AXIS等模块出现故障时, 都会有报警提示。 (2) 在线诊断:通过系统内部程序, 在系统正常工作时, 对系统本身、伺服单元、PLC、接口以及与系统相连的其他外部设备进行测试及检查。 (3) 离线诊断:当数控系统出现故障或要判断系统的故障时, 需要进行停机检查, 这种检查方式称为离线检查, 其主要目的和任务是最终查出故障和进行故障定位, 把故障定位在最新范围。

4.2 常规检查

(1) 外观检查。系统发生故障后, 先进行外观检查。运用自己的感官感受判断明显的故障, 有针对性地检查可疑部分的元器件, 看空气断路器是否脱扣, 断电器是否有接触不良, 熔丝是否熔断, 印刷电路板上有无元件破损、断裂、过热等。 (2) 连接电缆、连接线检查。用一些简单的维修工具检查故障各连接线、电缆是否正常。例如:WY203型数控组合机床Z轴一启动, 即出现跟随误差过大报警而停机。经检查发现位置控制环反馈元件 (光栅) 的电缆由于运动中受力而拉伤断裂, 造成丢失反馈信号。 (3) 连接端及接插件检查。针对故障有关部位, 检查接线端子、单元接插件。这些部件容易因松动、发热、氧化、电化腐蚀而断线或接触不良。例如:TC1000型加工中心启动后出现114号报警。经检查发现, Y轴光栅适配器电缆插头松脱。 (4) 定期保养部件检查。有些部件、元器件按规定应及时清洗润滑, 否则容易出现故障。如果冷却风扇不及时清洗, 易造成过载。例如:TC1000型加工中心NC系统运行异常, 经检查, NC系统冷却风扇未能按时清除污物, 空气道堵塞, 风扇因过载而烧坏, 导致冷却对象过热。

5 结语

数控系统故障种类比较复杂, 在实际诊断过程中应该根据故障现象认真判别故障种类并及时进行检查与分析, 再采取相应的处理措施。这样就能将故障带来的不利影响降至最低。

摘要：数控系统是数控机床的核心部件, 其运行情况的好坏直接影响着数控机床的加工情况。现对数控系统故障的分类、危害、处理方法及硬件故障诊断与实例分析进行了一系列的阐述。

关键词：数控系统,故障,分析

参考文献

[1]孙斌, 杨汝清.基于PC的数控系统的研究现状和发展趋势[J].机床与液压, 2001, 32 (18) :234～235

[2]杨学桐.我国数控产业的现状与发展举措[J].机电产品开发与创新, 2002, 40 (22) :90～91