常州轻工职业技术学院 数控机床故障诊断及维护课程授课教案 NO:14 授课日期 授课班级03机电33103机电332 课是 数控机床故障诊断及维修实例 授课类型 讲授 课时数4 教学用具体的故障诊断案例来让学生熟悉故障诊断的基本过程 目的 重点故障的分析过程 难点 教具 挂图 教学过程 教学方法 及 主要教学内容 的运用 时间分配 通过对数控机床典型故障案例的介绍,说明了数控系统、进 给传动链、主轴变速挂档、工作台交换、润滑系统和接口信号的 故障诊断的方法,有助于读者对数控机床的故障诊断有整体和综 合性的考虑。 1数控系统故障诊断 11故障现象 一配置 SINUMERIK820T数控系统的车床在通电后,数控 系统起动失败,所有功能操作键都失效,CRT上只显示系统页面 并锁定,同时,CPU模块上的硬件出错红色指示灯点亮,如图8 1所示 12故障诊断 12.1故障了解 经过对现场操作人员的询问,了解到故障发生之前,有维护人 员在机床通电的情况下,曾经按过系统位控模块上伺服轴位置反 馈的插头,并用螺钉旋具紧固了插头的紧固螺钉,之后就造成了 上述故障。 12.2故障分析 无论在断电或通电的情况下,如果用带电的螺钉旋具或人的肢 体去触模数控系统的联接接口,都容易使静电窜人数控系统而造 成电子元器件的损坏。在通电的情况下紧固或插拔数控系统的连 接插头,很容易引起接插件短路从而造成数控系统的中断保护或 电子元器件的损坏,故判断故障是由上述原因引起的
1 常州轻工职业技术学院 数控机床故障诊断及维护 课 程 授 课 教 案 NO: 14 授课日期 授课班级 03 机电 331 03 机电 332 课题 数控机床故障诊断及维修实例 授课类型 讲 授 课时数 4 教 学 目 的 用具体的故障诊断案例来让学生熟悉故障诊断的基本过程。 重 点 难 点 故障的分析过程 教 具 挂 图 教学过程 及 时间分配 主 要 教 学 内 容 教学方法 的运用 通过对数控机床典型故障案例的介绍，说明了数控系统、进 给传动链、主轴变速挂档、工作台交换、润滑系统和接口信号的 故障诊断的方法，有助于读者对数控机床的故障诊断有整体和综 合性的考虑。 1 数控系统故障诊断 1.1 故障现象 一配置 SINUMERIK 820T 数控系统的车床在通电后，数控 系统起动失败，所有功能操作键都失效，CRT 上只显示系统页面 并锁定，同时，CPU 模块上的硬件出错红色指示灯点亮，如图 8 —1 所示。 1.2 故障诊断 1.2.1 故障了解 经过对现场操作人员的询问，了解到故障发生之前，有维护人 员在机床通电的情况下，曾经按过系统位控模块上伺服轴位置反 馈的插头，并用螺钉旋具紧固了插头的紧固螺钉，之后就造成了 上述故障。 1.2.2 故障分析 无论在断电或通电的情况下，如果用带电的螺钉旋具或人的肢 体去触模数控系统的联接接口，都容易使静电窜人数控系统而造 成电子元器件的损坏。在通电的情况下紧固或插拔数控系统的连 接插头，很容易引起接插件短路从而造成数控系统的中断保护或 电子元器件的损坏，故判断故障是由上述原因引起的
13解决方法 1)在机床通电的状态下,一手按住电源模块上的复位按钮 ( RESET),另一手按数控系统起动按钮,系统即恢复正常,页面 可翻转。另一种方法是,在按下系统起动按钮的同时,按住系统 面板上的“眼睛键”,直到CRT上出现页面,该方法同样适用于 810系统。 2)通过 INITIAL CLEAR(初始化)及 SET UP END PW(设定 结束)软键操作,进行系统的初始化,系统即进入正常运行状态。 如果上述解决方法无效,则说明系统已损坏,必须更换相应 的模块甚至系统 14故障总结 安装、调试和维修人员必须熟悉相关数控系统及技术资料。 2)安装、调试和维修人员必须严格按规范操作。 3)记录故障发生的经过,以便能从时查找故障原因 2进给传动链故障诊断 21故障现象 由某龙门数控铣削中心加工的零件,在检验中发现工件Y轴 方向的实际尺寸与程序编制的理论数据存在不规则的偏差,该机 床布局如图8-2所示 W 图8-2龙门数控铣削中心 22故障分析 从数控机床控制角度来判断,Y轴尺寸偏差是由Y轴位置环 偏差造成的。该机床数控系统为 SINUMERIK81OM,伺服系统为 SIMUMERIK611A驱动装置,Y轴进给电动机为FT5交流伺服 电动机带内装式的ROD302 1)检査y铀有关位置参数,如反向间隙、夹紧允差等均在要 2
2 1.3 解决方法 1)在机床通电的状态下，一手按住电源模块上的复位按钮 (RESET)，另一手按数控系统起动按钮，系统即恢复正常，页面 可翻转。另一种方法是，在按下系统起动按钮的同时，按住系统 面板上的 “眼睛键”，直到 CRT 上出现页面，该方法同样适用于 810 系统。 2)通过INITIAL CLEAR(初始化)及SET UP END PW(设定 结束)软键操作，进行系统的初始化，系统即进入正常运行状态。 如果上述解决方法无效，则说明系统已损坏，必须更换相应 的模块甚至系统。 1.4 故障总结 1)安装、调试和维修人员必须熟悉相关数控系统及技术资料。 2)安装、调试和维修人员必须严格按规范操作。 3)记录故障发生的经过，以便能从时查找故障原因。 2 进给传动链故障诊断 2.1 故障现象 由某龙门数控铣削中心加工的零件，在检验中发现工件 Y 轴 方向的实际尺寸与程序编制的理论数据存在不规则的偏差，该机 床布局如图 8—2 所示。 2.2 故障分析 从数控机床控制角度来判断，Y 轴尺寸偏差是由 Y 轴位置环 偏差造成的。该机床数控系统为 SINUMERIK 810M，伺服系统为 SIMUMERIK 611A 驱动装置，Y 轴进给电动机为 1FT5 交流伺服 电动机带内装式的 ROD302。 1)检查 y 铀有关位置参数，如反向间隙、夹紧允差等均在要
求范围内,故可排除由于参数设置不当引起故障的因素。 2)检查Y轴进给传动链。图8-3所示为该机床Y轴进结传 动链简图 从图8-3中可以看出,传动链中任何连接部分存在间隙 或松动,均可引起位置偏差,从而造成加工零件尺寸超差 图83Y轴进给传动链 l一同步齿形节2—带轮 3-Y轴何服电动机 23故障诊断 1)如图8-4a所示,将一个千分表座吸在横梁上,表头找正 主铀y运动的负方向.并使表头压缩到50um左右,然后把表头 复位到零。 2)将机床操作面板上的工作方式,开关置于增量方式(INC的 x10档,轴选择开关置于Y轴档,按负方向进给键,观察干分表 读数的变化。理论上应该每按一下,千分表读数增加10um。在补 偿掉反向间隙的情况下.每按一下正方向进给键,干分表的读数 应减掉10um。经测量,Y铀正、负两个方向的增量运动都存在 不规则的偏差 3)戕找一粒滚珠置于滚珠丝杠的端部中心,用干分表的表头顶 住滚珠,如图8-4b所示。将机床操作面板卜的工作方式开 m 图84安装千分表方式 a)表头找正主轴b)表头找正丝杠端面 轴2—滚珠丝杠 一滚珠4一千分表
3 求范围内，故可排除由于参数设置不当引起故障的因素。 2)检查 Y 轴进给传动链。图 8—3 所示为该机床 Y 轴进结传 动链简图。 从图 8—3 中可以看出，传动链中任何连接部分存在间隙 或松动，均可引起位置偏差，从而造成加工零件尺寸超差。 2.3 故障诊断 1)如图 8—4a 所示，将一个千分表座吸在横梁上，表头找正 主铀 y 运动的负方向．并使表头压缩到 50um 左右，然后把表头 复位到零。 2)将机床操作面板上的工作方式，开关置于增量方式(INC)的 x10 档，轴选择开关置于 Y 轴档，按负方向进给键，观察干分表 读数的变化。理论上应该每按一下，千分表读数增加 10um。在补 偿掉反向间隙的情况下．每按一下正方向进给键，干分表的读数 应减掉 10um。经测量， Y 铀正、负两个方向的增量运动都存在 不规则的偏差。 3)找一粒滚珠置于滚珠丝杠的端部中心，用干分表的表头顶 住滚珠，如图 8—4b 所示。将机床操作面板卜的工作方式开
关置于手动方式(JOG),校正、负方向的进给键,主轴箱沿y轴正 负方向连续运动,观察干分表读数元明显变化,故排除滚珠丝杠 轴向窜动的可能。 4)检查与Y轴伺服电机和滚珠丝杠连接的同步齿形带轮,发 现与伺服电动机转子轴联接的带轮锥套有松动,使得进给传动与 伺服电动机驱动不同步。由于在运行中松动是不规则的,从而造 成位置偏差的不规则,最终使零件的加工尺寸出现不规则的偏差 24故障总结 由于Y轴通过ROG320编码器组成半闭环的位置控制系统 因此编码器检测的位置值不能真正反映y轴的实际位置值,位置 控制精度在很大积度上由进给传动链的传动精度决定: 1)在日常维护小要注意对进给传动链的检查,特别是有关连 接元件,如联轴器、锥套等有无松动现象 2)根据传动链的结构形式,采用分步检查的方式,排除可能 引起故障的因素,最终确定故障的部位。 3)通过对加工零件的检测,随时监测数控机床的动态精度 以决定是否对数控机床的机械装置进行调整。 3加工中心主轴变速齿轮挂档故障诊断 31故障现象 加工中心通过齿轮换档变速而获得宽的调速范围,以适应不 同加工要求的需要。某加工中心主轴齿轮换档是通过液压缸活塞 带动拔叉来完成的,仟执行M38或M39指令换刀时,出现滑移 齿轮不能正确地与相应的齿轮啮合,以致挂档失败的故障 32故障分析 33挂档原因 因此,技档故障的原因:①主轴换档定向控制电路故障,造 成挂档信号发出后,主轴尚在蠕动时就发出厂挂档定向完成信号 由于主轴蠕动时的位置是任意的,因此很容易产生错误挂档:② 齿轮错位,挂档位置与正确位置出现角度偏差,致使原挂的齿轮 档脱不开,却又与需挂的齿轮发生“顶齿”,因而造成挂不上档的 故障 4柔性加工单元APC的故障诊断 5数控机床润滑系统的故障诊断
4 关置于手动方式(JOG)，校正、负方向的进给键，主轴箱沿 y 轴正、 负方向连续运动，观察干分表读数元明显变化，故排除滚珠丝杠 轴向窜动的可能。 4)检查与 Y 轴伺服电机和滚珠丝杠连接的同步齿形带轮，发 现与伺服电动机转子轴联接的带轮锥套有松动，使得进给传动与 伺服电动机驱动不同步。由于在运行中松动是不规则的，从而造 成位置偏差的不规则，最终使零件的加工尺寸出现不规则的偏差。 2.4 故障总结 由于 Y 轴通过 ROG320 编码器组成半闭环的位置控制系统， 因此编码器检测的位置值不能真正反映 y 轴的实际位置值，位置 控制精度在很大积度上由进给传动链的传动精度决定： 1)在日常维护小要注意对进给传动链的检查，特别是有关连 接元件，如联轴器、锥套等有无松动现象。 2)根据传动链的结构形式，采用分步检查的方式，排除可能 引起故障的因素，最终确定故障的部位。 3)通过对加工零件的检测，随时监测数控机床的动态精度， 以决定是否对数控机床的机械装置进行调整。 3 加工中心主轴变速齿轮挂档故障诊断 3.1 故障现象 加工中心通过齿轮换档变速而获得宽的调速范围，以适应不 同加工要求的需要。某加工中心主轴齿轮换档是通过液压缸活塞 带动拔叉来完成的，仟执行 M38 或 M39 指令换刀时，出现滑移 齿轮不能正确地与相应的齿轮啮合，以致挂档失败的故障。 3.2 故障分析 。。。。。。 3.3 挂档原因 因此，技档故障的原因：①主轴换档定向控制电路故障，造 成挂档信号发出后，主轴尚在蠕动时就发出厂挂档定向完成信号。 由于主轴蠕动时的位置是任意的，因此很容易产生错误挂档：② 齿轮错位，挂档位置与正确位置出现角度偏差，致使原挂的齿轮 档脱不开，却又与需挂的齿轮发生“顶齿”，因而造成挂不上档的 故障。 4 柔性加工单元 APC 的故障诊断 。。。。。。 5 数控机床润滑系统的故障诊断
0。.00 6 SINUMERIK850接口信号故障诊断 7加工中心的故障诊断及维修 71故障现象 某配备 SINUMERIK8数控系统的卧式加工中心,CRT频繁 出现113号报警,间或出现111号、112号和114号等报警而使机 床停机。该加工中心外观如图8-15所示 图8-15卧式加工中心外观图 1一刀库2—平衡液压街 3-Y轴伺服电动机4—卜护板 5-电控柜6交换工 作台7一下护板 7.2故障分析 SINUMERIK8系统是一种多微处理器数控系统,适用于大 型数控机床、加工中心和柔性制造单元。根据 SINUMERIK8报 警号特征断定,故障发生在Y铀。113号报警为轮廓误差监视, 提示正在运动铀的实际位置超出TE346机床参数规定的公差带 111号报警为静态误差监视,提示坐标轴定位时的实际位置与给 定位置之差超过了TE01机床参数规定的允差范围Ⅲ2号报警为
5 。。。。。。 6 SINUMERIK 850 接口信号故障诊断 。。。。。。 7 加工中心的故障诊断及维修 7.1 故障现象 某配备 SINUMERIK 8 数控系统的卧式加工中心，CRT 频繁 出现 113 号报警，间或出现 111 号、l12 号和 114 号等报警而使机 床停机。该加工中心外观如图 8—15 所示。 7. 2 故障分析 SINUMERIK 8 系统是一种多微处理器数控系统，适用于大 型数控机床、加工中心和柔性制造单元。根据 SINUMERIK 8 报 警号特征断定，故障发生在 Y 铀。113 号报警为轮廓误差监视， 提示正在运动铀的实际位置超出 TE346 机床参数规定的公差带； 111 号报警为静态误差监视，提示坐标轴定位时的实际位置与给 定位置之差超过了 TEl01 机床参数规定的允差范围 lll2 号报警为