数控机床故障诊断与维修第一部分

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数控机床故障诊断及维护主讲：刘大龙

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机床结构 进给系统：X轴、Y轴、Z轴 主传动系统 辅助系统：冷却液、润滑、自动换刀装置

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数控系统的组成数控系统框图数控系统 PLC 伺服驱动

进给系统

主轴

辅助装置

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本书主要内容项目1 数控机床强电回路故障诊断与维修 项目2 FANUC 0i数控系统的连接与调试 项目3 FANUC 0i数控系统中PMC控制的应用 项目4 SINUMERIK 802Se/Ce数控系统的连接与调试 项目5 SINUMERIK 802Se/Ce数控系统中PLC控制的 应用 项目6 数控机床机械部件的结构与维修 项目7 数控机床典型故障诊断与维修 项目8 零件加工误差分析与排除

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数控机床故障诊断及维护的基本概念1. 数控机床故障诊断及维护的意义和要求1.1 数控机床故障诊断及维护的目的 数控机床是现代制造业的基础设备。目前，我国从国外 引进了大量的数控系统及数控机床，同时，我国在数控系统 的研究和开发上也做了也多年的研究，开发出了具有自主知 识产权的数控系统，并与多家机床生产厂进行了配套，形成 了一定的数控机床产销规模。随着工业化进程的加快，数控 机床在制造领域的作用越来越重要。但是，数控机床是很复 杂的设备，即使只是一般的操作使用人员也必须具备一定的 专业知识,而对于那些数控机床维护维修人员，则有相当高的 专业技术水平的要求。

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1.2数控机床故障诊断及维护的 主要内容 数控机床故障分类

CNC装置故障 伺服系统故障 主轴系统故障 刀具系统故障 其它部位故障

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电源及电气控制部分维修、维护的内容(1)驱动电路 (2)位置反馈电路 (3)电源及保护电路 (4)开/关信号连接电路 特别注意：按钮、行程开关、接近开关、继电器、 电磁阀等机床电器开关

电气系统的故障诊断及维护是维护和故障诊断的 重点

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1.3数控机床的工作环境要求数控机床的工作环境是指数控机床工作时的温 度、湿度、电网电压、接地等诸多方面。如果忽 视工作环境变化对数控机床的影响，轻则可能使

机床不能正常使用，严重的可能损坏相关机床部件。

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1.温度 精密数控机床一般都有恒温环境要求,只有在恒 温条件下, 才能确保机床精度和加工精度。一般 普通型数控机床对室温没有具体要求，但大量实 践表明，当室温过高时数控系统的故障率大大增 加。数控系统中一般半导体工作温度要求在 40~45℃以下，室温达到35℃时电气柜内部温度 经常可能达40℃以上，所以系统不能正常工作。 此外避免阳光对数控机床直接照射，室内应配有 良好的灯光照明设备。

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2.湿度

数控机床要求工作环境的相对湿度应该小于75%

,在高温高湿中的 数控机床，大多采用密封电气柜，且配备空调进行冷却。由于湿度

大，在数控机床关电后，空气中的水分子在数控系统或驱动装置的线路板上产生结露。当再次上电时，线路板上的结露产生短路，造 成硬件模块的损坏。因此对于高温高湿现场运行的数控机床，应该 或者数控机床不关电。从节能角度出发，只要去掉伺服驱动系统的 使能，一台数控机床的耗能并不高。以一台三个进给轴和一个

采取相应的措施，如配备去湿或烘干装置，消除结露后再上电运行，

7.5kW伺服主轴的数控机床为例，在数控机床工作时，功耗大约为15kW。但当去掉伺服使能后，数控系统与驱动系统的功耗大约只 有100W

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3.电网电压

电源是维持系统正常工作的能源支持部分，它失效或故障的直接 结果是造成系统的停机或毁坏整个系统。日本的数控系统一般以

允许在电压额定值的±10%范围内波动，而欧美的一些数控系统要求在±5%以内。我国电源波动较大，质量差，还隐藏有如高 频脉冲这一类的干扰，加上人为的因素(如突然拉闸断电等)。

电高峰期间，例如白天上班或下班前的一个小时左右以及晚上，往往超差较多，甚至达到±20%,使机床报警而无法进行正常工 作，并对机床电源系统造成损坏，甚至导致机床参数数据的丢失 等。建议在CNC机床较集中的车间配置具有自动补偿调节功能 的交流稳压供电系统；单台CNC机床可单独配置交流稳压器来 解决。

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4.导电粉尘 如果机床长期加工铸铁、铝质工件、石墨工件， 数控机床的电气柜采用内外空气循环冷却，电 气柜密封不严，导电粉尘进入电气柜并且在模 块线路板上沉积，可能导致硬件部分损坏，特 别是高压部件，如驱动器的电源模块等。如果 数控机床主要用于加工上述材料，在采购机床 时应向机床制造厂提出明确要求——采用密闭 的电气柜，采用空调内循环冷却。

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5.生产现场的油雾 生产现场的油雾可能造成数控机床显示屏幕损 坏。由于油雾具有很强的附着力和扩散性，如 果油雾随空气进入数控机床操作站，可能影响 液晶显示器。油雾可能附着在显示器的导电橡 胶上，逐渐扩散，使显示器上开始出现黑色线 条，且逐步扩大，最终导致显示器无法显示信 息。

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6.地线用中线替代

数控机床的许多带微处理器的部件都采用共地结构，如数控系统、输入输出模块、 伺服驱动器的控制模块等，这些模块的特点是系统的保护接地就是微处理器的基 准工作电压。假如在用户现场没有保护接地，用户将主电源的中线作为地线连接 到数控系统的保护接地端子上，当生产现场的三相动

力电源出现不平衡时，中性 线上可能出现不平衡电流，将对数控系统的硬件产生影响，轻则造成数控系统数 据丢失，重则造成数控系统硬件模块损坏。为了使数控机床能够充分发挥作用，

为数控机床提供专用的地线是十分重要。数控机床的地线要采用一点接地型，即辐射式接地法，以防止窜扰。这种接地要求将数控柜中的信号接地、强电接地、 机床接地等连接到公共的接地点上，而且数控柜和强电柜之间应该有足够粗的保

护接地电缆，总的接地电阻要小于4~7Ω,并且总接地点要十分可靠。

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7.伺服电机没有保护

伺服电机在数控机床上没有保护，直接暴露在 冷却液的喷射范围，或润滑油在伺服电机轴端、 电机的电缆插头处浸泡。冷却液或润滑油可能 进入伺服电机内部，并且在电机内部积累，进

入编码器，使测量系统出现故障。

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8.长期超性能使用 驱动系统设定了许多相关的过载极限参数，但 是当这些参数被更改后，可能造成伺服驱动系 统在过流状态下没有保护，导致驱动功率器件 损坏。另外，数控机床可能长期进行大切削量 的加工，使得驱动器电源模块或功率模块过流 损坏。因此，必须了解数控机床允许的加工范 围，才能保证在正确的范围内加工，避免硬件 部件损坏。