《数控机床故障分析与维修》课件第0章.ppt

1、第章 总论 0.1 数控设备的特殊性数控设备的特殊性0.2 数控机床的故障类型与主要故障数控机床的故障类型与主要故障0.3 数控机床的故障诊断与维修应遵守的原则数控机床的故障诊断与维修应遵守的原则 关于设备的可靠性与稳定性，国际上通用的指标为平均有效度(A)，并由下式来定义：MTTRMTBFMTBFA式中：MTBF两次故障间隔的时间，也即平均无故障时间；MTTR排除故障的修复时间。显然，完善的设备管理与维护，可减少停机时间，即增大了MTBF；高效地诊断故障与修复设备则是减小了MTTR。于是设备的平均有效度A越大，表明设备利用率高，企业的效益就增大。学习的关键 在数控设备故障分析与诊断的学习中，

2、应注意以下四个关键内容，将有利于六种能力的培养。了解数控机床的工作原理、结构组成与特殊性。要求培养识图能力与勾画系统框图的能力。这也是对信息的感知与表达能力。了解常见故障的机理。上述两方面，是故障诊断分析中必须掌握的理论依据。也是后面讲到的“据理析象”的“理”。确立正确的分析思路。由故障现象/信息故障特征判出故障类型找出最可能的故障成因的基本分析思路。/“在实际的工作中最重要的是要有一个明确的故障判断的思路，它是能尽快使机床开动的前提所在，是一把走向成功的金钥匙。”这是数控维修毕业生工作后的体会。正确的思路，不仅有利于提高维修效率，也有利于培养对复杂情况下的应变能力。/归纳共性 注重个性快速阅

3、读技术资料，找出设备的特殊性与一般特性。在设备品种繁多的情况下，不断地归纳不同设备相同类型故障的共性，又注意它们的个性特点，将有利于提高维修效率。这也有利于积累经验，有利于培养预测判断能力、创造能力与再学习能力。因此，对于这门学科，可以分成四个应知应会的教学环节：Y故障分析的理论依据。Y 故障分析的基本思路。Y不同故障类型的常用诊断方法与手段。遵照诊断的基本原则，确定诊断的基本步骤；利用合理方法对常见故障定位并找出故障成因；排除故障，恢复设备。基本点在学习本教材之前，必须了解维修工作的一些基本概念、基本任务与基本工作。维修内容：包括日常维护(Preserve&Safeguard)、诊断(Dia

4、gnoses)与修复(Repair)。故障(Faults/Failure)：设备丧失了规定的性能状态，则可认为设备出现或存在故障。故障通常包括：设备行为超差/异常、动作失控/失常、功能失效/丧失、性能下降/劣化、工件/产品缺陷或加工质量下降等。注意：在数控机床中，无论是全部或部分性能或功能丧失都归结为故障。故障分析与诊断的任务：找出故障源(故障定位)，判出真正的故障成因；排除故障源，恢复设备性能。数控设备故障诊断与维修的基本工作：可以用40个字来归纳数控设备故障诊断与维修的基本工作内容：掌握信息 寻找特征据理析象 判断类型罗列成因 确定步骤合理测试 故障定位排除故障 恢复设备掌握信息 寻找特征

5、进行充分的维修档案与技术资料查询和现场调查，以掌握数控设备的特点、故障现象及其发生条件与状态等信息，寻找故障特征。/现场工程师就像门诊医生一样，在诊断病情前，先查阅病历卡有无病史记录、询问病情发生时间与当时以及此前病人在做什么；察看病人状态，以了解与病情可能相关的发生条件、先天性、重复性或突发性、病人表观状态(脸色、体温、心跳与血压、是否昏厥等等)，来归纳出病人的主要病理特征来。/据理析象 判断类型根据设备或系统工作原理与故障机理，来分析故障现象，判断出故障类型。罗列成因 确定步骤罗列所有可能的故障成因，判出故障类型，然后，确定正确的诊断步骤与方法。合理测试 故障定位选用合理的测试手段与方法，

6、进行故障定位，找出真正的故障源。排除故障 恢复设备找出并排除(或移去)故障源，恢复设备性能。0.1 数控设备的特殊性数控设备的特殊性 任何一台数控设备都是一种实时过程控制设备。“数控”，就是以数字形式来实现控制。“数控技术”，即是一门以数字形式来实现控制的技术。目前，存在两种数控方式：NC硬件数控(老式数控设备中)由逻辑组件与记忆组件组成逻辑电路。CNC软件数控存储程序或计算机数控。现代数控设备多为CNC设备。0.1.1 数控机床的主要组成数控机床的主要组成数控机床的组成如图0.1.1所示。数控机床是由两大系统组成：机床本体机械系统与电控系统。图0.1.1 数控机床的组成框图(表示法1)数控机

7、床的机床本体，类似于普通机床所具有的机械部件，包括：主运动部件、进给运动执行部件(如工作台、拖板及其传动部件)以及床身立柱等支撑部件。此外，还有冷却、润滑、转位和夹紧等辅助装置、液压与气压传动装置。对于加工中心类的数控机床，还包括了刀库、交换刀具的机械手等部件。但是，对比普通机床，数控机床的传动结构更为简单，在精度、刚度、抗振性等方面要求更高，而且传动与变速系统更便于自动化控制的实现。数控机床的电控系统(电子电气控制系统)，包括数控装置系统(CNC装置系统)、位置检测与伺服驱动系统、强电控制与辅助控制装置系统。与普通机床不同，数控机床是一种以微处理器为基础的、以大规模数字集成电路为标志的、应用

8、了计算机技术与信息技术的设备。因此，通常还可以图0.1.2方法来表示数控机床的组成。与前一表示法不同之处，在于将CNC装置与伺服检测系统都归为CNC系统内。这种方法体现了数控机床的电气控制系统涉及了强电系统与弱电系统。弱电系统，即CNC系统。其强电系统，包括了所有的供电系统与低压电器控制与功率放大系统。这里，将执行器件的电机、液压、气动和机械部件归到了机床本体中。为了表示数控机床设备与普通机床在组成上的明显区别，甚至可将强电系统也归在CNC系统的控制中在这样的处理方式下，数控机床又可以看作是由：机床本体(机械部分)与CNC系统两大部分组成。那么，数控机床的故障诊断工作也就分成：机械故障与CNC

9、系统故障诊断。于是，数控机床与普通机床故障诊断的不同之处，就在于CNC系统的故障诊断。因此，数控机床故障分析的特殊性就在于数控系统故障分析。图0.1.2 数控机床的组成框图(表示法2)数控系统(CNC系统)的组成如图0.1.3所示。它包括了CNC装置、PLC装置、总线I/O装置、伺服驱动系统与位置检测系统。CNC系统具体的划分范畴，是取决于CNC装置功能的管理范围。愈高级的CNC装置可控制与管理的范围愈广，而普通的也许不包括伺服驱动系统，就可以用图0.1.1来表示组成框图。有的，甚至连PLC装置也是外置式的。上述可见，数控机床的组成框图可以有不同的表示法。数控设备在维修与故障诊断前，首先要查询

10、技术资料等，在了解其CNC功能与特性之后，才能根据需要勾画出合理的相关组成框图，以利于分析。图0.1.3 CNC系统的组成框图 数控系统中除了强电控制系统外，CNC装置(包括微处理器、各类存储器等构成的控制器，PLC可编程控制器，以及I/O总线装置，伺服控制系统与检测系统等)弱电系统的电路是由大规模数字集成电路组成的。它是数控机床故障诊断的难点。CNC装置的构成，正如计算机系统一样，具有硬件结构与软件结构。CNC装置的硬件结构如图0.1.4所示。数控装置是由一个或多个微处理器(CPU)及其总线、只读存储器(EPROM)与随机存储器(RAM)、手动数据输入接口(MDI)与显示器接口(CRT)、位

11、置控制器、内置或外置式可编程控制器(PLC)、纸带阅读机接口或计算机通讯接口、输入/输出(I/O)接口等组成。CNC装置的核心是CPU。它具有对数据的数学与逻辑两种运算功能，以及将存储器内程序指令译码并按顺序发出工作指令，又在接受反馈信息后，与工作指令比较之后发出控制指令的功能。总线是由物理导线构成的，可以分为数据线、地址线与控制线三种。它一般由同一个CPU所控制(但是有的数控机床具有自带芯片的总线装置)。输入/输出(I/O)接口电路是CNC装置与机床之间信号的通道口。诸多的来自机床操作面板、机床各限位或接近开关、继电器与接触器等低压电器的开关量信号，来自软盘驱动器或纸带阅读器、检测回路的电脉

12、冲信号(数字信号)，以及输出的各种电平信号，都要经过I/O接口电路中的相应通道。组成I/O接口数字集成电路的规模之大、众多I/O接口造成的节点之多、I/O口出入的信号种类之多要求具有多功能性接口电路，并随之带来I/O接口电路的复杂性。因此，多节点、多I/O口、复杂的、多功能的、大规模的I/O接口数字集成电路，又成为数控设备诊断与检测的难中之难。CPUEPROMROMPLC位置控制器总 线阅读机接口或通讯口MDI/CRT接口I/O接口图0.1.4 CNC装置的硬件结构 CNC装置的软件结构如图0.1.5所示。显示诊断零件程序的输入与输出管理软件刀具补偿译码插补运算速度控制位置控制控制软件系统软件

13、图0.1.4 CNC装置的硬件结构 CNC装置的软件结构如图0.1.5所示。显示诊断零件程序的输入与输出管理软件刀具补偿译码插补运算速度控制位置控制控制软件系统软件图0.1.5 CNC装置的软件结构 0.1.2 数控机床的工作原理数控机床的工作原理数控机床的一般工作原理如图0.1.6所示。在正确的控制指令下，运行正常的数控机床才能加工出合格的零件。否则，机床将中止运行并显示有关的错误信息或报警，或者加工的零件出现质量问题。而控制指令的正确则取决于正常的工作指令与反馈信号。工作指令的正常是由正确的编程与参数设置，以及CNC装置的正常工作决定的。反馈信号的正常又由检测系统的正常所保证。总之，机床的

14、运行正常，是由强电控制及其辅助控制系统的正常状态，以及机械本体的可靠与稳定所保证。能否显示与报警，又与相关的器件、接口与电路有关。图0.1.6 数控机床的工作原理示意图 0.1.3 数控系统中信号的特殊性数控系统中信号的特殊性在图0.1.6中，简单地用“CNC装置”来代替系统中所有的CNC控制器。CNC装置由大量数字集成电路模块组成。数字电路中传递的是数字信号。“数控系统”，即CNC系统。在数控系统中传递的信号，无论是工作指令信号、反馈信号，还是控制指令信号，大多是数字信号。数字信号是由二进制信息所组成的数字脉冲，以代码方式进行多线传递。由于“多线”传递特性，数字电路中的数字信号也称为“数字流

15、”，它们是无法用常规仪器进行检测的。又因为数字信号的脉冲特性，所以：在数字电路中传递的数字信号，是一种电脉冲信号，因此，它们易受电网或电磁场感应脉冲的干扰。0.1.4 数控机床的特殊性数控机床的特殊性 具有特殊的电子电气控制系统(CNC系统)。数控装置系统由软件与硬件结构组成。组成数控系统的大规模数字电路成为检测的难点；多节点、多I/O口要求同时快速测定；而复杂的多功能I/O电路又成为检测的难中之难。数字电路中多线传递的数控信号是一种电脉冲信号，易受干扰要求用特殊的仪器设备或者特殊的分析方法(诸如PLC程序法与接口信号分析法)来确定故障。0.2 数控机床的故障类型与主要故障数控机床的故障类型与

16、主要故障 0.2.1 故障诊断的三个环节故障诊断的三个环节一般来说，可将数控机床故障诊断分成三个环节，即故障类型判断、故障隔离与故障定位。故障类型判断这是数控机床故障诊断中的最重要的一环。故障类型判断的正确与否，直接关系到一次诊断工作的成败与效率问题。因为不同的故障类型，对应有其特殊的分析方法。判断出故障所属的类型后，即可采用该类型有效的分析方法进行具体分析。故障隔离当判出是硬件或器件故障时，将最怀疑的单元采用一定的方法进行隔离。例如采用短路销(或称短路棒)或断开该单元的对外连接等。以便于诊断判定此单元是否为故障单元。故障定位即通过故障点测试来判定故障源真正的故障成因。后续的分析中将可以理解一个事实：一种故障现象，往往可对应不同的故障成因。下位故障的发生往往可能是上位输入不正确造成的。所以，当发现某程序模块或器件/硬件存在故障现象时，并不能认为该部分就是产生故障的根源。对于硬件或器件问题，可以采用标准信号强制输入法或相同单元的交换法或替代法等，来判定该单元是否存在故障。对于软性故障，同样可以用状态对比予以鉴别。总之，只有做到精确的故障定位，才能合理地处理与消除故障源，恢复设备的正常运行