数控机床的故障分析与维修维护论文新编

毕业设计任务书题目: 数控机床的故障分析与维修维护技术

学生姓名：王鹏远

学号： 080105077

专业班级：机电一体化三班

指导教师：张燕

2012年06 月 05日

摘要

本文主要研究数控机床故障分析及消除措施的相关内容。从数控机床故障诊断的基础内容谈起，介绍数控机床故障规律。接着讲述数控机床的常见故障，包括机械故障、伺服系统故障、PLC等电气故障。最后通过实例具体介绍数控机床故障产

生后分析处理的过程。从而得知，数控机床维修是一门复杂的技术，要熟悉数控机床的各个部分，理论加实践，提高工作效率。

关键词数控机床故障诊断

目录

1、引言 (3)

2、数控机床故障诊断 (3)

2.1数控机床的故障规律 (3)

2.2 数控机床故障诊断的一般步骤 (3)

3、数控机床常见故障诊断与维修 (8)

3.1 数控机床机械结构故障诊断与维修 (8)

3.2常见伺服系统故障及诊断 (11)

3.3数控机床PLC故障诊断的方法 (13)

4、数控机床常见故障诊断及维修实例 (14)

（1）主轴出现噪声的故障维修 (14)

（2）丝杠窜动引起的故障维修 (15)

结论 (17)

致谢 (17)

参考文献 (18)

1 引言

精数控机床是一种高效的自动化机床，他综合了计算机技术，自动化技术，伺服驱动，精密测量和密机械等各个领域的新的技术成果，是一门新兴的工业控制技术。由于其经济性能好，生产效益高，在生产上处于越来越重要的地位。为了提高机床的使用率，提高系统的有效度，结合工作实际浅谈一下数控系统故障处置和维修的一般方法。以提高数控机床的维修技术。

2 数控机床故障诊断

2.1数控机床的故障规律

与一般设备相同，数控机床的故障率随时间变化的规律可用图1所示的浴盆曲线表示。在整个使用寿命期，根据数控机床的故障频度大致分为 3 个阶段，即早期故障期、偶发故障期和耗损故障期。

早期故障期：早期故障期的特点是故障发生的频率高，但随着使用时间的增加迅速下降。

偶发故障期：数控机床在经历了初期的各种老化、磨合和调整后，开始进入相对稳定的正常运行期。在这个阶段，故障率低而且相对稳定，近似常数。偶发故障是由于偶

然因素引起的。

耗损故障期：耗损故障期出现在数控机床使用的后期，其特点是故障率随着运行时间的增加而升高。出现这种现象的基本原因是由于数控机床的零部件及电子元器件经过长时间的运行，由于疲劳、磨损、老化等原因，寿命已接近衰竭，从而处于频发故障状态。

2.2 数控机床故障诊断的一般步骤

无论是处于哪一个故障期，数控机床故障诊断的一般步骤都是相同的。当

数控机床发生故障时，除非出现危险及数控机床或人身安全的紧急情况，一般

不要关断电源，要尽可能地保持机床原来的状态不变，并对出现的一些信号和

现象做好记录，这主要包括：

①故障现象的详细记录

②故障发生的操作方式及内容

③故障号及故障指示灯的显示内容

④故障发生时机床各部分的状态与位置

故障诊断一般按下列步骤进行。

(1)详细了解故障情况。例如，当数控机床发生颤振、振动或超调现象时，要弄清楚是发生在全部轴还是某一轴；如果是某一轴，是全程还是某一位置；是一运动就发生还是仅在快速、进给状态某速度、加速或减速的某个状态下发生。为了进一步了解故障情况，要对数控机床进行初步检查，并着重检查荧光屏上的显示内容，控制柜中的故障指示灯、状态指示灯等。当故障情况允许时，最好开机试验，详细观察故障情况。

(2)根据故障情况进行分析，缩小范围，确定故障源查找的方向和手段。对故障现象进行全面了解后，下一步可根据故障现象分析故障可能存在的位置。有些故障与其他部分联系较少，容易确定查找的方向，而有些故障原因很多，难以用简单的方法确定出故障源的查找方向，这就要仔细查阅数控机床的相关资料，弄清与故障有关的各种因素，确定若干个查找方向，并逐一进行查找。(3)由表及里进行故障源查找。故障查找一般是从易到难、从外围到内部逐步进行。所谓难易，包括技术上的复杂程度和拆卸装配方面的难易程度。技术上的复杂程度是指判断其是否有故障存在的难易程度。在故障诊断的过程中，首先应该检查可直接接近或经过简单的拆卸即可进行检查的那些部位，然后检查需要进行大量的拆卸工作之后才能接近和进行检查的那些部位。

3 数控机床常见故障诊断与维修

3.1 数控机床机械结构故障诊断与维修

（1）进给运动系统（滚珠丝杠螺母副）的故障诊断

a、丝杠螺母润滑不良

1) 分油器是否分油

2) 油管是否堵塞

b、滚珠丝杠副噪声

1) 滚珠丝杠轴承压盖压合不良

2) 滚珠丝杠润滑不良

3) 滚珠破损

4) 电动机与滚珠丝杠联轴器松动

（2）刀架、刀库及换刀装置故障诊断

a、转塔刀架没有抬起动作

1)控制系统是否有T指令输出信号

2)抬起电磁铁断线或抬起阀杆卡死

3)压力不够

4)抬起液压缸研损或密封损坏

5)与转塔抬起联接的机械部分研损

b、转塔不正位

1)转位盘上的撞块与选位开关松动，使转塔到位时传输信号超期或滞后

2)上下联接盘与中心轴花键间隙过大产生位移偏差大，落下时易碰牙顶，引起

不到位

3)转位凸轮与转位盘间隙过大

4)凸轮在轴上窜动

5)转位凸轮轴的轴向预紧力过大或有机械干涉

c、转塔转位不停

1)两计数开关不同时计数或复置开关损坏

2)转塔上的24V电源断线

d、刀具不能夹紧

1)风泵气压不足

2)增压漏气

3)刀具卡紧液压缸漏油

4)刀具松卡弹簧上的螺丝母松动

e、刀具夹紧后不能松开

松锁刀的弹簧压力过紧

f、刀套不能夹紧刀具

检查刀套上的调节螺母

g、机械手换刀速度过快

气压太高或节流阀开口过大

h、换刀时找不到刀

刀位编码用组合行程开关、接近开关等元件损坏、接触不好或灵敏度降低（3）液压与气动系统故障诊断

a、液压泵有异常噪声或压力下降

1)油量不足，滤油器露出油面

2)吸油管吸入空气

3)回油管高出油面，空气进入油池

4)进油口滤油器容量不足

5)滤油器局部堵塞

6)液压泵转速过高或液压泵装反

7)液压泵与电动机联接同轴度差

8)定子和叶片磨损，轴承和轴损坏泄漏

e、尾座顶不紧或不运动

1)压力不足

2)液压缸活塞拉毛或研损

3)密封圈损坏

4)液压阀断线或卡死

5)套筒研损

f、导轨润滑不良

1)分油器堵塞

2)油管破裂或渗漏

3)没有气体动力源

4)油路堵塞

g、滚珠丝杠润滑不良

1)分油管是否分油

2)油管是否堵塞

3.2常见伺服系统故障及诊断

a、伺服超差:机床的实际进给值与指令值之差超过限定的允许值.

1)检查CNC控制系统与驱动放大模块之间,CNC控制系统与位置

2)检测器之间,驱动放大器与伺服电机之间的边线是否正确、可靠

3)检查位置检测器的信号及相关的D/A转换电路是否有问题

4)检查驱动放大器电压是否有问题

5)检查电动机轴与传动机械间是否配合良好，是否有松动或间隙存在

6)检查位置环增益是否符合要求，若不符合要求对有关的电位器应予以调整

b、机床停止时，有关进给轴振动

1)检查高频脉动信号并观察其波形及振幅，若不符合应调节有关电位器

2)检查伺服放大器速度环的补偿功能，若不符合应调节补偿用电位器

3)检查位置检测用编码盘的轴、联轴节、齿轮系是否啮合良好

c、机床运行时声音不好，有摆动现象

1)检查测速发电机换向器表面是否光滑、清洁，电刷与换向器间是否接触良好

2)检查伺服放大器速度环的补偿功能，若不符合应调节补偿用电位器

3)检查伺服放大器位置环增益是否符合要求，若不符合要求对有关的电位器应予

以调整

4)检查位置检测器与联轴节间的装配是否有松动

5)检查由位置检测器来的反馈信号的波形及D/A转换后的波形幅度

d、飞车现象

1)位置传感器或速度传感器的信号反相，或者是电枢线接反了，即整个系统不是

负反馈而变成正反馈了

2)速度指令给的不正确

3)位置传感器或速度传感器的反馈信号没有接或者是有接线断开

4)CNC控制系统或伺服控制板有故障电源板有故障而引起的逻辑混乱

e、所有的轴均不运动

1)用户保护性锁紧如急停\制动,或有关运动的相应开关位置不正确

2)主电源熔丝断

3)由于过载保护用断路器动作或监控用继电器的触点未接触好

f、电动机过热

1)滑板运行时摩擦力或阻力太大

2)热保护继电器脱扣,电流设定错误

3)励磁电流太低或永磁式电动机失磁时,为获得所需力矩也可引起电枢电流增高

而使电动机发热

4)切削条件恶劣

5)运动夹紧/制动装置没充分释放

6)齿轮传动系损坏或传感器有问题

7)电机本身内部匝间短路而引起的过热

8)带风扇冷却的电动机,风扇坏

g、机床定位精度不准

1)滑板运行时阻力太大

2)位置环的增益或速度环的低频增益太低

3)机械传动部分有反向间隙

4)位置环或速度环的零点平衡调整不合理

5)接地\屏蔽不好或电缆布线不合理

h、零件加工表面粗糙

1)检查测速发电机换向器的表面光滑状况及电刷的磨合状况

2)检查高频脉冲波形的振幅、频率、及滤波形状

3)检查切削条件是否合理，刀尖是否损坏

4)检查机械传动的反向间隙

5)检查位置检测信号的振幅

6)检查机床的振动状况如机床水平状态、地基、主轴旋转时有否振动等

3.3数控机床PLC故障诊断的方法

（1）根据报警信号诊断故障

数控系统的故障报警信息，为用户提供排除故障的信息。

（2）根据动作顺序诊断故障

数控机床上刀具及托盘等装置的自动交换动作，都是按一定的顺序来完成因此，观察机械装置的运动过程，比较故障和正常时的情况，就可发现疑点，诊断出故障原因。

（3）根据控制对象的工作原理诊断故障

数控机床的PLC程序是按照控制对象的工作原理设计的，通过对控制对象工作原理的分析，结合PLC的I/O状态是诊断故障很有效的方法。

综上所述，PLC故障诊断的要点是:要了解数控机床各部分检测开关的安装位置。如加工中心的刀库，机械手和回转工作台，数控车床的旋转刀架和尾架，机床的气、液压系统中的限位开关，接近开关和压力开关等，要清楚检测开关作为PLC 输入信号的标志。要了解执行机构的动作顺序。如液压缸、气缸的电磁换向阀等，要清楚对应的PLC输出信号标志。要了解各种条件标志。如启动、停止、限位、夹紧和放松等标志信号借助编程器跟踪梯形图的动态变化，分析故障的原因，根据机床的工作原理作出正确的诊断。

4、数控机床常见故障诊断及维修实例

4、1主轴出现噪声的故障维修

故障现象：主轴噪声较大，主轴无载荷情况下，负载表指示超过40%。

分析诊断：首先检查主轴参数设定，包括放大器型号、电动机型号及伺服增益等，在确认无误后，则将检查重点放在机械侧。发现主轴轴承损坏，经更换轴承后，在脱开机械侧的情况下检查主轴电动机旋转情况，发现负载表指示已正常但仍有噪声。随后，讲主轴参数00号设定为1，即让主轴驱动系统开环运行，结果

噪声消失，说明速度检测元件有问题。经检查发现安装不正，调整位置之后再运行主轴电动机，噪声消失，机床能正常工作。

4、2丝杠窜动引起的故障维修

故障现象：TH6380卧式加工中心，启动液压后，手动运行Y轴时，液压自动中断，CRT显示报警，驱动失效，其他各轴正常。

分析诊断：该故障涉及电气、机械、液压等部分。任一环节有问题均可导致驱动失效，因此检查的顺序大致如下。

伺服驱动装置→电动机及测量器件→电动机与丝杠连接部分→液压平衡装置→开口螺母和滚珠丝杠→轴承→其他机械部分。

①检查驱动装置外部接线及内部元器件的状态良好，电动机与测量系统正常。

②拆下Y轴液压抱闸后情况同前，将电动机与丝杠的同步传动带脱离，手摇Y轴丝杠，发现丝杠上下窜动。

③拆开滚珠丝杠上轴承座正常。

④拆开滚珠丝杠下轴承座后发现轴向推力轴承的紧固螺母松动，导致滚珠丝杠上下窜动。

由于滚珠丝杠上下窜动，造成伺服电动机转动带动丝杠空转约一圈。在数控系统中，当NC指令发出后，测量系统应有反馈信号，若间隙的距离超过了数控系统

所规定的范围，即电动机空走若干个脉冲后光栅尺无任何反馈信号，则数控系统必报警，导致驱动失效，机床不能运行。拧好紧固螺母，滚珠丝杠不再窜动，则故障排除。

4、3刀架、刀库、换刀装置的故障维修

故障现象：某加工中心采用凸轮机械手换刀。换刀过程中，动作中断，发出2035号报警，显示机械手伸出故障。

分析诊断：根据报警内容，机床是因为无法执行下一步“从主轴和刀库中拔出刀具”，而使换刀过程中断并报警。

机械手未能伸出完成从主轴和刀库中拔刀动作，产生故障的原因可能有：

①“松刀”感应开关失灵。在换刀过程中，各动作的完成信号均由感应开关发出，只有上一动作完成后才能进行下一动作。第三步为“主轴松刀”，如果感应开关未发信号，则机械手“拔刀”就不会动作。检查两感应开关，信号正常。

②“松刀”电磁阀失灵。主轴的“松刀”，是由电磁阀接通液压缸来完成的。如电磁阀失灵，则液压缸未进油，刀具就“松”不了。检查主轴的“松刀”电磁阀，动作均正常。

③“松刀”液压缸因液压系统压力不够或漏油而不动作，或行程不到位。检查刀库松刀液压缸，动作正常。行程到位；打开主轴箱后罩，检查主轴松刀液压缸，发现已到达松刀位置，油压也正常，液压缸无漏油现象。

④机械手系统有问题，建立不起“拔刀”条件。其原因可能是电动机控制电路有问题。检查电动机控制电路系统正常。

⑤刀具是靠碟形弹簧通过拉杆和弹簧卡头将刀具柄尾端的拉钉拉紧的。松刀时，液压缸的活塞杆顶压顶杆，顶杆通过空心螺钉推动拉杆，一方面使弹簧卡头松开刀具的拉钉，另一方面又顶动拉钉，使刀具右移而在主轴锥孔中变“松”。

主轴系统不松刀的原因可能有以下几点：

①刀具尾部拉钉的长度不够，致使液压缸虽已运动到位，而仍未将刀具顶松

②拉杆尾部空心螺钉位置起了变化，使液压缸行程满足不了“松刀”的要求

③顶杆出了问题，已变形或磨损

④弹簧卡头出故障，不能张开

主轴装配调整时，刀具移动量调的太小，致使在使用过程中一些综合因素导致不能满足

结论

本文从数控机床故障的产生论述到数控机床故障的解决。可以清楚地知道数控机床是技术含金量很高的设备，在使用过程中要严格遵照使用要求。设备出现问题后，要及时冷静地进行故障诊断，寻找合适的方法解决问题。机床修理人员要注重实践，在实践中不断提高自己的水平，要多问、多阅读、多观察、多思考、多实

践、多讨论交流、多总结。只有当自身的水平提高了，数控机床的修理过程才能更迅速，才能更好地提高工作效率，多创效益。

参考文献

1.蒋洪平，数控设备故障诊断与维修，北京：北京理工大学出版社，2006.8

2.严峻，数控机床常见故障快速处理86问，北京：机械工业出版社，2009.4

3.郑小年，杨克冲，数控机床故障诊断与维修，武汉：华中科技大学出版社，2005.9