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第 6 章 数控机床的保养与维修 教学提示：数控机床是一种典型的机电一体化产品，涉及范围比较广，在故障诊断和维护方面与传统机床有很大的区别。因此，学习和掌握数控机床故障诊断及维护技术，已越来越受到相关企业和人员的重视，数控机床故障诊断及维护已成为正确使用数控机床的关键因素之一。教学要求：了解关于数控机床保养、维护与故障修理的基本内容，以及数控机床使用中的注意事项。重点掌握数控车床与加工中心的维护保养与故障诊断方法，熟悉机床数控系统与伺服系统常见故障的处理方法，并通过对实际例子的学习掌握数控机床常见故障的诊断步骤与基本思路。6.1 概 述 一般来说，数控机床的维护工作应该包括设备管理、维护保养及故障修理，并且这三者是紧密相关、互相制约的，也就是说做好日常维护保养和设备管理工作，不仅可大大减少其设备故障的发生，并且也为发生故障时及时诊断、修复提供了应有的方便和必要的条件。1.数控机床的设备管理 设备管理是一项系统工程，它根据企业的生产发展及经营目标，通过一系列技术、经济、组织措施及科学方法来进行。其主要包括设备选购、安装、调试、验收、使用、维修以及改造更新，直至设备报废等一系列管理工作。具体说来，设备管理为正确使用数控机床建立了必要的各项规章制度。如建立定人、定机、定岗制度，进行岗位培训，禁止无证操作。并根据数控机床的设备特点，制定各项操作、维修安全规程。在设备保养上要求严格进行记录工作，即对每次的维护保养都要做好保养内容、方法、时间、保养部件状况、参加人员等有关记录；对故障修复要认真做好有关故障记录与说明，如故障现象、原因分析、排除方法、隐含问题和所用备件情况等，并做好有关设备技术资料的出借、保管、登记工作。做好为设备保养和维修用的各类备品配件的采购、管理工作，各类常用的备品配件主要有各种印制电路板、电气元器件(如各类熔断器、直流电动机电刷、开关按钮、继电器、接触器等)和各类机械易损件(如传动带、轴承、液压密封圈、过滤网等)。对电气备用板要定期通电检验，为维修添置必要的技术手册、工作器具及测试仪器，常用的电气故障测试仪器有：数字万用表、转速表、存储示波器、逻辑分析仪、在线测试仪等。2.数控机床的维护保养 数控机床具有高精度、高效率和高适应性的特点。其运行效率的高低，各附件的故障率、使用寿命的长短等，不仅取决于机床本身的精度和性能，很大程度上也取决于它的正机床数控技术 296 296 确使用和维护。正确使用能防止设备非正常磨损，避免突发故障，延长无故障工作时间。精心维护可使设备始终保持良好状态，延缓劣化进程，并及时发现和消灭隐患于未然，从而确保系统安全运行，保证企业的经济效益。因此，机床的正确使用与维护，是贯彻设备管理以防为主的重要环节。3.数控机床的故障修理 数控机床是一种自动化程度较高、结构较复杂的先进加工设备，大多用来加工重要工件。同时，由于数控机床价格昂贵，为提高其利用率，充分发挥它的效益，应合理安排加工工序，充分做好准备工作，尽量减少机床的等待时间；凡是能在数控机床上加工的，尽量利用，而不能以保护贵重设备为由，使其长期闲置。如果一台数控机床的任何部分在生产中出现故障或失效，都会使机床停机，造成生产停顿，若不能及时维修，不仅影响其设备利用率，贻误产品生产周期，甚至会影响企业的信誉，造成无法弥补的经济损失。因此，做好数控机床的故障修理工作，使其发挥应有的效率，不仅创造了实际价值，而且具有广泛的社会效益。数控机床采用计算机控制，伺服系统技术复杂，机床精度要求很高。因此，数控机床的使用不同于简单的设备，而是一项高技术应用工程。这就要求数控机床的操作、维修和管理人员具有较高的文化水平和业务素质。为此均应进行不同技术内容的培训，因为初次使用数控机床时，多是由于操作技术不熟练而引起故障造成机床停机。维修是一门综合性技术。维修工作开展得好坏，首先取决于维修人员的素质。维修人员在设备出现故障后，要能迅速找出故障并排除，其难度是相当大的。此能力并非一日之功就能达到的，需要维修人员做长期的技术储备。因此，维修人员要刻苦学习，勇于探索，勤于实践，不断归纳和总结经验，以提高自己的维修技术水平。4.数控机床维修安全规程 1)维修前的准备工作 (1)维修人员亲自到故障现场检查需维修的内容；(2)根据检查情况制定维修计划；(3)准备好维修用消耗备件；(4)所需仪器和工具状态良好。2)维修工作中的注意事项(1)维修期间应在醒目的地方树立“机床正在维修”的标志，必须使电源开关处于“OFF”位置，并在电源开关上方树立“不许通电”的标志；(2)工作场地空间足够，光线良好；(3)装卸重物时，若重物超过 20kg，应两人以上搬抬或用吊车装卸，铲车或吊车必须由具有操作合格证的人员操作，起吊工作必须由专门人员指挥；(4)不得将工具或工件放在机床的滑动面上；(5)不得用湿手操作电气线路及开关等；(6)不得随意更改电路或其他调整用电位器；(7)通电测试时，注意防止高压危险；(8)一定要使用规定的液压油、润滑脂、润滑油或其他性能相同的产品；(9)一定要使用规定的熔断器和电缆。297 3)维修工作结束后的注意事项(1)再次检查已经维修的各部分，确保机床能正常工作；(2)清理维修场地，整理机床外观；(3)将机床移交给操作者予以验收；(4)记录好维修工作的各环节和处理结果。6.2 数控机床的保养 为了使数控机床各部件保持良好状态，除了发生故障应及时修理外，坚持经常的保养是十分重要的。坚持定期检查，经常维护保养，可以把许多故障隐患消灭在萌芽之中，防止或减少恶性事故的发生。不同型号的数控机床日常保养的内容和要求不完全一样，对于具体的数控机床，说明书中都有明确的规定，但总的说来主要包括以下几个方面。(1)使机床保持良好的润滑状态。定期检查、清洗自动润滑系统，添加或更换油脂油液，使丝杠、导轨等各运动部位始终保持良好的润滑状态，降低机械磨损速度。(2)定期检查液压、气压系统。对液压系统定期进行油质化验检查和更换液压油，并定期对各润滑、液压、气压系统的过滤器或过滤网进行清洗或更换，对气压系统还要注意及时对分水滤气器放水。(3)对直流电动机定期进行电刷和换向器检查、清洗和更换。若换向器表面脏，应用白布蘸酒精予以清洗；若表面粗糙，应用细金相砂纸予以修整；若电刷长度在 10mm 以下，应予以更换。(4)适时对各坐标轴进行超程限位试验。尤其是对于硬件限位开关，由于切削液等原因容易产生锈蚀，平时又主要依靠软件限位起保护作用，但关键时刻如因锈蚀不起保护作用将产生碰撞，甚至损坏滚珠丝杠，严重影响其机械精度。试验时只要用手按一下限位开关看是否出现超程警报，或检查相应的 I/O 接口输入信号是否变化。(5)定期检查电气部件。检查各插头、插座、电缆、各继电器的触点是否接触良好，检查各印制电路板是否干净。检查主电源变压器、各电动机的绝缘电阻应在 1M 以上。平时尽量少开电气柜门，以保持电气柜内清洁；夏天用开门散热法是不可取的。定期对电气柜和有关电器的冷却风扇进行卫生清扫，更换其空气过滤网等。另外纸带光电阅读机的受光部件太脏时，可能发生读数错误，应及时清洗。印制电路板太脏或受潮，可能发生短路现象，因此，必要时应对各个印制电路板、电气元器件采用吸尘法进行卫生清扫等。(6)数控机床长期不用时的维护。数控机床不宜长期封存不用，购买数控机床以后要充分利用起来，尽量提高机床的利用率，尤其是投入使用的第一年，更要充分的使用，使其容易出故障的薄弱环节尽早暴露出来，使故障的隐患尽可能在保修期内得以排除。有了数控机床舍不得用，这不是对设备的爱护，反而会由于受潮等原因加快电子元件的变质或损坏，如数控机床长期不用时要定期通电，并进行机床功能试验程序的完整运行。要求每13 周能通电试运行一次，尤其是在环境湿度较大的梅雨季节，应增加通电次数，每次空运行 1h 左右，以利用机床本身的发热来降低机内湿度，使电子元件不致受潮。同时，也能及时发现有无电池报警发生，以防系统软件、参数的丢失等。(7)定期更换存储器用电池。一般数控系统内对 CMOS RAM 存储器器件设有可充电电池维持电路，以保证系统不通电期间能保持其存储器的内容。在一般的情况下，即使电池机床数控技术 297机床数控技术 298 298 尚未失效，也应每年更换一次，以确保系统能正常工作。电池的更换应在 CNC 装置通电状态下进行，以防更换时 RAM 内信息丢失。(8)备用印制电路板的维护。印制电路板长期不用是很容易出故障的。因此，对于已购置的备用印制电路板应定期装到 CNC 装置上通电运行一段时间，以防损坏。(9)经常监视 CNC 装置用的电网电压。CNC 装置通常允许电网电压在额定值的 85%110%的范围内波动，如果超出此范围就会造成系统不能正常工作，甚至会引起 CNC 系统内的电子元器件损坏。为此，需要经常监视 CNC 装置用的电网电压。(10)定期进行机床水平和机械精度检查并校正。机械精度的校正方法有软硬两种，其软方法主要是通过系统参数补偿，如丝杠反向间隙补偿、各坐标定位精度定点补偿、机床回参考点位置校正等；其硬方法一般要在机床大修时进行，如进行导轨修刮、滚珠丝杠螺母预紧调整反向间隙等。1.数控车床的维护保养 数控车床的维护保养见表 6-1。表 6-1 数控车床日常维护一览表 序号 检查 周期 检查部位 检查要求(内容)1 每天 切削液、液压油、润滑油 检查切削液、液压油、润滑油的油量是否充足 2 每天 切屑槽 切屑槽内的切屑是否已处理干净 3 每天 操作盘 检查操作盘上的各指示灯是否正常，各按钮、开关是否处于正确位置 4 每天 CRT 显示屏 CRT 显示屏上是否有任何报警显示，若有问题应及时予以处理 5 每天 液压装置的压力表 液压装置的压力表是否指示在所要求的范围内 6 每天 冷却风扇 各控制箱的冷却风扇是否正常运转 7 每天 刀具 刀具是否正确夹紧在刀夹上，刀夹与回转刀架是否可靠夹紧，刀具是否有损伤 8 每天 主轴、滑板等 运转中，主轴、滑板处是否有异常噪声；有无与平常不同的异常现象 9 每月 主轴的运转情况 轴以最高转速一半左右的转速旋转 30min，用手触摸壳体部分，若感觉温和即为正常，以此了解主轴轴承的工作情况 10 每月 滚珠丝杠 检查 X、Z 轴的滚珠丝杠，若有污垢，应清理干净，若表面干燥，应涂润滑脂 11 每月 超程限位开关 检查 X、Z 轴超程限位开关、各急停开关是否动作正常，可用手按压行程开关的滑动轮，若 CRT 显示屏上有超程报警显示，说明限位开关正常。顺便将各接近开关擦拭干净 12 每月 刀架 检查刀架的回转头、中心锥齿轮的润滑状态是否良好，齿面是否有伤痕；换刀时其换位动作是否平顺，以刀架夹紧、松开时无冲击为好 299(续)序号 检查 周期 检查部位 检查要求(内容)13 每月 导套内孔 检查导套内孔状况，看是否有裂纹、毛刺，导套前面盖帽内是否积存切屑 14 每月 切削液槽 检查切削液槽内是否积存切屑 15 每月 液压装置 检查液压装置，如压力表的动作状态，液压管路是否有损坏，各管接头是否有松动或漏油现象等 16 每月 润滑油装置 检查润滑泵的排油量是否合乎要求，润滑油管路是否损坏，管接头是否松动、漏油等 17 半年 主轴 主轴孔的振摆，主轴传动用 V 带的张力及磨损情况，编码盘用同步带的张力及磨损情况 18 半年 导套装置 主轴以最高转速的一半运转 30min 后，用手触摸壳体部分无异常发热及噪声为好。此外用手沿轴向拉导套，检查其间隙是否过大 19 半年 加工装置 检查主轴分度用齿轮系的间隙，以规定的分度位置沿回转方向摇动主轴，以检查其间隙，若间隙过大应进行调整；检查刀具主轴驱动电动机侧的齿轮润滑状态，若表面干燥应涂敷润滑脂 20 半年 润滑泵装置浮子开关 可从润滑泵装置中抽出润滑油；看浮子落至警戒线以下时，是否有报警指示以判断浮子开关的好坏 21 半年 直流电动机 若换向器表面脏，应用白布蘸酒精予以清洗；若表面粗糙，用细金相砂纸予以修整；若电刷长度为 10mm 以下时，予以更换 22 半年 其他 检查各插头、插座、电缆、各继电器的触点是否接触良好；检查各印制电路板是否干净；检查主电源变压器、各电动机的绝缘电阻应在 1M 以上；检查断电后保存机床参数、工作程序用的后备电池的电压值，视情况予以更换 2.加工中心的维护保养 加工中心的维护保养见表 6-2。表 6-2 加工中心日常维护一览表 序号 检查 周期 检查部位 检查要求(内容)1 每天 工作台、机床表面 从工作台、基座等处清除污物和灰尘；擦去机床表面上的润滑油、切削液和切屑；清除没有罩盖的滑动表面上的一切物品；擦净丝杠的暴露部位 2 每天 开关 清理并检查所有限位开关、接近开关及其周围表面 3 每天 导轨润滑油箱 检查油量，及时添加润滑油，润滑油泵是否定时启动打油及停止 第 6 章 数控机床的保养与维修 299机床数控技术 300 300(续)序号 检查 周期 检查部位 检查要求(内容)4 每天 主轴润滑恒温油箱 工作是否正常，油量是否充足，温度范围是否合适 5 每天 刀具 确认各刀具在其应有的位置上更换 6 每天 机床液压系统 油箱液压泵有无异常噪声，液压泵的压力是否符合要求，工作油面高度是否合适，管路及各接头有无泄漏 7 每天 压缩空气气源压力 气动控制系统压力是否在正常范围之内 8 每天 气源自动分水滤气器，自动空气干燥器 确保空气滤杯内的水完全排出，保证自动空气干燥器工作正常 9 每天 气液转换器和增压器油面 油量不够时要及时补充 10 每天 导轨面 清除切屑液脏物，检查导轨面有无划伤损坏，润滑油是否充足 11 每天 切削液 检查切削液软管及液面，清理管内及切削液槽内的切屑等脏物 12 每天 CNC 输入/输出单元 如光电阅读机的清洁情况，机械润滑是否良好 13 每天 各防护装置 导轨、机床防护罩等是否齐全有效 14 每天 电气柜各散热通风装置 各电气柜中冷却风扇是否工作正常，风道过滤网有无堵塞；及时清洗过滤器 15 每天 其他 确保操作面板上所有指示灯为正常显示；检查各坐标轴是否处在原点上；检查主轴端面、刀夹及其他配件是否有毛刺、破裂或损坏现象 16 不定期 冷却油箱、水箱 随时检查液面高度，及时添加油(或水)，太脏时要更换。清洗油箱(或水箱)和过滤器 17 不定期 废油池 及时取走积存在废油池中的废油，以免溢出 18 不定期 排屑器 经常清洗切屑，检查有无卡住等现象 19 每月 电气控制箱 清理电气控制箱内部，使其保持干净 20 每月 工作台及床身基准 校准工作台及床身基准的水平，必要时调整垫铁，拧紧螺母 21 每月 空气滤网 清洗空气滤网，必要时予以更换 22 每月 液压装置、管路及接头 检查液压装置、管路及接头，确保无松动、无磨损 23 每月 各电磁阀及开关 检查各电磁阀、行程开关、接近开关，确保它们能正确工作 24 每月 过滤器 检查液压箱内的过滤器，必要时予以清洗 25 每月 电缆及接线端子 检查各电缆及接线端子是否接触良好 26 每月 连锁装置、时间继电器、继电器 确保各连锁装置、时间继电器、继电器能正确工作。必要时予以修理或更换 27 每月 数控装置 确保数控装置能正确工作 28 半年 各电动机轴承 检查各电动机轴承是否有噪声，必要时予以更换 29 半年 各进给轴 测量各进给轴的反向间隙，必要时予以调整或进行补偿 30 半年 所有电气部件及继电器 外观检查所有各电气部件及继电器等是否可靠工作 第 6 章 数控机床的保养与维修 301 301(续)序号 检查 周期 检查部位 检查要求(内容)31 半年 各伺服电动机 检查各伺服电动机的电刷及换向器的表面，必要时予以修整或更换 32 半年 主轴驱动皮带 按机床说明书要求调整皮带的松紧程度 33 半年 各轴导轨上的镶条、压紧滚轮 按机床说明书要求调整松紧状态 34 一年 检查或更换电动机电刷 检查换向器表面，去除毛刺，吹净炭粉，磨损过短的电刷及时更换 35 一年 液压油路 清洗溢流阀、减压阀、过滤器、油箱，过滤液压油或更换 36 一年 主轴润滑恒温油箱 清洗过滤器、油箱，更换润滑油 37 一年 润滑油泵、过滤器 清洗润滑油池，更换过滤器 38 一年 滚珠丝杠 清洗丝杠上旧的润滑脂，涂上新润滑脂 3.数控系统的使用与维护 1)数控系统的正确使用 每种数控系统在组成与结构上都有各自的特点，操作人员在使用数控系统之前，应仔细阅读说明书中的有关内容，熟悉数控系统的基本组成与结构，了解所用数控系统的性 能，熟练地掌握数控系统和操作面板上各个开关的作用，从而可避免一些因操作不当引起的故障。(1)数控系统通电前的检查。数控装置内的各个印制电路板安装是否紧固，各个插头有无松动。数控装置与外界之间的连接电缆是否按随机所带说明书的规定正确而可靠地连接。交流输入电源的连接是否符合 CNC 装置规定的要求。数控装置中各种硬件的设定是否符合要求。(2)数控系统通电后的检查。数控装置中各个风扇是否正常运转。各个印制电路板或模块上的直流电源是否正常、是否在允许的波动范围之内。数控装置的各种参数(包括系统参数、PLC 参数等)，应根据随机所带的说明书一一予以确认。当数控装置与机床联机通电时，应在接通电源的同时，做好按压紧急停止按钮的准备，以备出现紧急情况时随时切断电源。如伺服电动机的速度反馈信号线接反，出现机床“飞车”现象，就需要立即切断电源，以免造成对人身和设备的危害。用手动以低速移动各个轴，观察机床移动方向的显示是否正确。然后让各轴碰到各个方向的超程开关，用以检查超程限位是否有效，数控装置是否在超程时发出报警。进行几次返回机床基准点的动作，用来检查数控机床是否有返回基准点功能，以及每次返回基准点的位置是否完全一致。按照数控机床所用的数控装置使用说明书，用手动或编制程序的方法来检查数控系统所具备的主要功能。如定位、各种插补、自动加/减速、M、R、T 辅助功能、各种补偿、固定循环等功能。机床数控技术 302 302 2)数控系统的日常维护 为了在系统出现故障时能及时排除，应在平时做好维修前的一系列准备工作，主要包括如下几个方面。(1)技术文件的准备。维护用的文件资料很多，主要指有关数控系统的操作和维修说明书、有关系统参数资料及机床电气方面的资料。要充分了解被维护的数控系统的性能、系统框图、结构布置及系统内需要经常维护的部分。甚至应掌握系统内所用印制电路板上有哪些可供维修用的检测点及其正常状态时的电平和波形。保存好数控系统和 PLC 的参数文件。每台数控机床出厂时都随机附有参数表或参数纸带，在机床现场安装调整之后，参数可能有所变动，应将变动的参数记录下来或存入磁盘，以备维修时用。另外，用户宏程序参数和刀具文件参数等也都直接影响到机床的性能和使用，需要妥善保管。随机提供的PLC 用户程序、报警文本以及典型的工件程序也是需要保存的文件。如有条件，维修人员还应备有一套数控系统所用的各种元器件手册，以备随时查阅。(2)制定有关的规章制度防止无关人员操作数控系统，以避免造成事故。数控机床的操作人员、编程人员和维修人员也应明确各自的职责范围，上述的文件资料也都应有专人保管。(3)准备好维修用器具。维修器具如下：交流电压表，用于测量交流电源电压，表的测量误差应在2%以内；直流电压表，用于测量直流电源电压，电压表的最大量程分别为 10V 和 30V，其误差应在2%以内，如有数字式电压表则更好；万用表，有机械式和数字式两种，机械式万用表是必备的，用来测量晶体管的性能；相序表，用于检查三相输入电源的相序，这只在维修晶闸管伺服系统时才是必需的；示波器，示波器的频带宽度应在 5MHz 以上，两个通道；逻辑分析仪，利用逻辑分析仪查找故障时，可以将故障范围缩小到某个元器件；各种规格的螺钉旋具。(4)必要的备件。当数控机床发生故障时，为能及时排除故障，需要更换部件或元器件，以便机床尽快恢复正常，因此用户应准备一些必要的备件，备件的品种和数量要视本厂的具体情况来定。如电气系统故障，大多发生在微动开关、指示灯、风扇等外部器件、数控系统中的输入/输出接口模块及干簧继电器，以及伺服驱动单元和电动机的电刷等部位。因此，应配备一定数量的各种熔断器、电刷、晶体管模块及易出故障的印制电路板，而对不易损坏的印制电路板，如中央处理器(CPU)模块、存储器模块及显示系统等部分，由于其价格昂贵，故障率也低，就不一定要配备。6.3 数控机床的故障诊断与维修 6.3.1 数控机床的故障诊断概述 数控机床是个复杂的系统，由于种种原因，不可避免地会发生不同程度、不同类型的故障，导致数控机床不能正常工作。一般这些原因大致包括机械锈蚀、磨损和失效；元器件老化、损坏和失效；电气元件、接插件接触不良；环境变化，如电流或电压波动、温度变化、液压压力和流量的波动以及油污等；随机干扰和噪声；软件程序丢失或被破坏等。此外，错误的操作也会引起数控机床不能正常工作。数控机床一旦发生故障，必须及时予第 6 章 数控机床的保养与维修 303 303 以维修，将故障排除。数控机床维修的关键是故障的诊断，即故障源的查找和故障定位。一般来说，随着故障类型的不同，采用的故障诊断的方法也就不同。1.数控机床维修的基本概念 1)系统可靠性和故障的概念 系统可靠性是指系统在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力，而故障则意味着系统在规定条件下和规定时间内丧失了规定的功能。2)平均故障间隔时间 MTBF 它是指数控机床在使用中两次故障间隔的平均时间，即数控机床在寿命范围内总工作时间和总故障次数之比，即=MTBF总工作时间总故障次数 日常维护(或称预防性维修)的目的是为了延长平均故障间隔时间 MTBF。3)平均修复时间 MTTR 它是指数控机床从出现故障开始直至能正常使用所用的平均修复时间。显然，要求这段时间越短越好，故障维护的目的是要尽量缩短 MTTR。4)有效度 A 这是从可靠度和可维修度方面对数控机床的正常工作概率进行综合评价的尺度，是一台可维修的机床，在某一段时间内，维持其性能的概率。MTBFAMTBFMTTR=+有此可见，有效度 A 是一个小于 1 的数，但越接近 1 越好。2.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 6.1 所示的故障曲线表示。根据数控机床的故障度，整个使用寿命期大致可以分为 3 个阶段，即初始运行期、有效寿命期和衰老期。图 6.1 数控机床的故障曲线 1)初始运行期 初始运行期的特点是故障发生的频率高，系统的故障率为负指数曲线函数。使用初期之所以故障频繁，原因大致如下。机床数控技术 304 304(1)机械部分。机床虽然在出厂前进行过运行磨合，但时间较短，而且主要是对主轴和导轨进行磨合。由于零件的加工表面存在着微观的和宏观的几何形状偏差，在完全磨合前，零件的加工表面还比较粗糙，部件的装配可能存在误差，因而，在机床使用初期会产生较大的磨合磨损，使设备相对运动部件之间产生较大的间隙，导致故障的发生。(2)电气部分。数控机床的控制系统使用了大量的电子元器件，这些元器件虽然在制造厂经过了相当长时间的老化试验和其他方式的筛选，但实际运行时，由于电路的发热、交变负荷、浪涌电流及反电势的冲击，性能较差的某些元器件经不住考验，因电流冲击或电压击穿而失效，或特性曲线发生变化，从而导致整个系统不能正常工作。(3)液压部分。由于出厂后运输及安装阶段时间较长，液压系统中某些部位长时间无油，气缸中润滑油干涸，而油雾润滑又不可能立即起作用，造成液压缸或气缸可能产生锈蚀。此外，新安装的空气管道若清洗不干净，一些杂物和水分也可能进入系统，造成液压、气动部分的初期故障。2)有效寿命期 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。一般说来，数控系统要经过 914 个月的运行才能进入有效寿命期。因此，用户在安装数控机床后最好能使其长期连续运行，以便让初始运行期在一年的保修期内结束。3)衰老期 衰老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，出现疲劳、磨损、老化等问题，已接近衰竭，从而处于频发故障状态。3.数控机床故障诊断的一般步骤 故障诊断是指在系统运行或基本不拆卸的情况下，即可掌握系统当前运行状态的信息，查明产生故障的部位和原因，或预知系统的异常和劣化的动向并采取必要对策的一门技术。当数控机床发生故障时，除非出现危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：故障现象的详细记录；故障发生时的操作方式及内容；报警号及故障指示灯的显示内容；故障发生时机床各部分的状态与位置；有无其他偶然因素，如突然停电、外线电压波动较大、雷电、局部进水等。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。数控机床一旦发生故障，首先要沉着冷静，根据故障情况进行全面的分析，确定查找故障源的方法和手段，然后有计划、有目的地一步步仔细检查，切不可急于动手，凭着看到的部分现象和主观臆断乱查一通。这样做具有很大的盲目性，很可能越查越乱，走很多弯路，甚至造成严重的后果。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，第 6 章 数控机床的保养与维修 305 305 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。4.维修中的注意事项(1)从整机上取出某块电路板时，应注意记录其相对应的位置，连接的电缆号。对于固定安装的电路板，还应按先后取下的顺序，将相应的连接部件及螺钉做记录，并妥善保管。装配时，拆下的东西应全部用上，否则装配不完整。(2)电烙铁应放在顺手位的前方，并远离维修电路板。电烙铁头应适应集成电路的焊接，避免焊接时碰伤别的元器件。(3)测量电路间的阻值时，应切断电源。(4)电路板上大多刷有阻焊膜，因此测量时应找相应的焊点作为测试点，不要铲除阻焊膜。有的电路板整个覆有绝缘层，则只能在焊点处用刀片刮开绝缘层。(5)数控设备上的电路板大多是双面金属孔化板或多层孔化板，印制电路细而密，不应随意切断。因为一旦切断，不易焊接，且切线时易切断相邻的线。确实需要切线时，应先查清线的方向，定好切断的线数及位置。测试后切记要恢复原样。(6)在没有确定故障元器件的情况下，不应随意拆换元器件。(7)拆卸元器件时应使用吸锡器，切忌硬取。同一焊盘不应长时间加热及重复拆卸，以免损坏焊盘。(8)更换新的器件，其引脚应作适当的处理。焊接中不应使用酸性焊油。(9)记录电路上的开关、跳线位置，不应随意改变。互换元器件时要注意标记各电路板上的元器件，以免错乱。(10)查清电路板的电源配置及种类，根据检查的需要，可分别供电或全部供电。有的电路板直接接入了高压，或板内有高压发生器，操作时应注意安全。(11)检查中遵循由粗到细的原则，逐渐缩小维修范围，并做好维修记录。6.3.2 数控机床常用的故障诊断方法 数控机床是综合应用微电子、计算机、自动控制、自动检测、液压传动和精密机械等技术的最新成果而发展起来的新型机械加工设备。它的发展趋势是工序集中、高速、高效、机床数控技术 306 306 高精度以及使用方便、可靠性高。要达到这些要求，就需要对机床的维护保养、日常检查、故障诊断等做复杂、有效的工作。在生产过程中，数控机床频繁地发生故障，必然影响产品的加工质量和生产效率，影响数控机床效益的发挥。因此，必须对出现的故障进行广泛深入的研究，找出其原因和规律，不断积累经验，采取有效措施，对故障进行预防、预测，建立一套排除故障的有效方法。1.数控机床常见故障分类 所谓故障，是指设备或系统由于自身的原因丧失了规定的功能，不能再进行正常工作的现象。数控机床的故障包括机械部分的故障、数控系统的故障、伺服与主轴驱动系统的故障以及辅助装置的故障等。故障按其表现形式、性质、起因等可作多种分类。常见的故障类型有以下几种。(1)按与故障的相互关系可分为关联性故障和非关联性故障两类。其中非关联性故障是由与系统本身无关的因素(如安装、运输等)引起的，而关联性故障又可分系统性故障和随机性故障。系统性故障是指机床和系统一旦满足某种条件必然出现的故障。这是一种可重演性的故障。而随机性故障则不然，即使在完全相同的条件下，故障也只是偶然发生。一般来说，随机性故障往往是由于机械结构局部松动、错位，控制系统中软件不完善、硬件工作特性曲线漂移，机床电气元件工作可靠性下降等原因所致。这类故障排除比系统性故障要难得多，需经过反复试验和综合判断才能确诊。(2)按诊断方式可分为有诊断显示故障和无诊断显示故障两类。现代的数控系统大多都有较丰富的自诊断功能，如日本的 FANUC 数控系统、德国的 SIEMENS 数控系统等，报警号有数百条，所配置可编程控制装置报警参数也有数十条乃至上百条，当出现故障时自动显示出报警号。维修人员利用这些诊断显示的报警号，较易找到故障所在。而在无诊断显示时，机床停在某一个位置不动，循环进行不下去，甚至用手动强行操作也无济于事。由于没有报警显示，维修人员只能根据故障出现前后的现象来判断。因此故障排除难度较大。(3)按故障破坏性可分为破坏性故障和非破坏性故障两类。破坏性故障一般来说应避免再发生，维修时不允许使故障重现来进行分析、判断。如对因伺服系统失控造成的机床飞车、短路后熔丝熔断等破坏性故障，只能根据现场目击者提供的情况来做分析判断，所以维修难度较大，且具有一定的危险性。对于非破坏性故障，由于其危险性小，可以由操作者使其反复再现，因此排除较容易。(4)按故障起因可分为硬故障和软故障两类。硬故障主要是由于控制系统中的元器件损坏而造成的，必须更换元器件才能排除故障。而软故障大都由于编程错误、操作错误或电磁干扰等偶然因素造成，只要修改程序或作适当调整，故障即可排除。2.数控机床常用故障诊断方法 1)现场故障处理 数控机床或系统出现故障时，操作人员应采取急停措施停止系统运行。如果操作人员不能将故障排除，应及时通知维修人员，并保护好现场，同时对故障做以下记录。(1)故障的种类。数控机床处于何种工作方式(纸带方式、手动数据输入方式、存储器方式、点动方 307 式等)？数控系统状态显示的内容是什么？定位误差超差情况如何？刀具运动轨迹误差状况以及出现误差时的速度是否正常？显示器上有无报警？报警号是什么？(2)故障出现情况。故障何时发生，一共发生了几次？此时旁边其他数控机床工作是否正常？加工同类工件时，故障出现的概率如何？故障是否与进给速度、换刀方式或螺纹切削有关？故障出现在哪段程序上？如果故障为非破坏性的，则将引起故障的程序段重复执行多次，观察故障的重复性；将该程序段的编程值与系统内的实际数值进行比较，看两者是否有差异，是否是程序输入错误。重复出现的故障是否与外界因素有关？(3)数控机床操作及运转情况。经过什么操作之后才发生此故障？操作是否有误？数控机床的操作方式是否正确？数控机床调整状况如何？间隙补偿是否合适？数控机床在运转过程中是否发生振动？所用刀具的切削刃是否正常？换刀时是否设置了偏移量？(4)环境状况。周围环境温度如何？是否有强烈的振源？系统是否受到阳光的直射？切削液、润滑油是否飞溅到系统柜里？电源电压是否有波动？电压值为多少？近处是否存在干扰源？系统是否处于报警状态？机床操作面板上的倍率开关是否设定为“0”？数控机床是否处于锁住状态？系统是否处于急停状态？熔丝是否熔断？方式选择开关设定是否正确？进给保持按钮是否被按下？(5)数控机床和系统之间的接线情况。电缆是否完整无损？特别是在拐弯处是否有破裂、损伤？交流电源线和系统内部电缆是否分开安装？电源线和信号线是否分开走线？信号屏蔽线接地是否正确？继电器、电磁铁以及电动机等电磁部件是否装有噪声抑制器？(6)有关穿孔纸带的检查。第 6 章 数控机床的保养与维修 307机床数控技术 308 308 纸带阅读机开关设定是否正确？有关纸带操作的设定是否正确？纸带安装是否正确？纸带是否折、皱和存有污物？孔有无破损？纸带的连接处是否完好？(7)程序检查。是否是新编程序？检查程序的正误。故障是否发生在某一特定的程序段？程序内是否包含有增量指令？刀具补偿量是否设定得正确？程序是否提前终止或中断？2)故障诊断的原则 数控机床或数控系统的故障是多种多样的。但无论对何种故障，在进行诊断时，都应遵循以下原则。(1)仔细调查故障现场，掌握第一手材料。维修人员到达故障现场后，先不要急于动手处理，而应首先详细向操作者询问故障发生的全过程，并查看故障记录单，了解故障发生前后曾出现过什么现象，采取过什么措施等。同时还要亲自仔细勘察现场。无论是系统的外观、CRT 显示的内容，还是系统内部的各电路板上有无相应的报警显示、有无烧灼的痕迹，不管多么细微的变化都应查清。在确认系统通电无危险的情况下，方可通电，并按下数控系统的复位(RESET)按钮，观察系统有何异常，报警是否消失等。如果消失，则该故障属于软故障，否则属于硬故障。(2)认真查找各种故障因素。目前的数控系统在出现故障时，除少数自诊断显示故障原因外，如存储器报警、电源电压过高报警等，大部分尚不能自动诊断出故障的确切原因。往往是同一现象、同一报警号可以由多种故障所致，不可能将故障缩小到具体的某一部件。所以在查找故障起因时，一定要思路开阔，不能被某种假象所迷惑。如系统的某一部分自诊断出现故障，但查其根源在数控机床机械部分，而并不在数控系统。所以，无论是数控系统、数控机床电气，还是机械和液压系统，只要有可能引起该故障的迹象，都要尽可能全部列出来。(3)综合分析，查清故障。利用数控机床的维修档案进行综合分析和筛选，找出可能性最大的原因。经过必要的试验，查清确切原因。然后“对症下药”，采取相应措施排除故障。例如某厂购置了一台北京机床研究所生产的 JCS018 立式加工中心，使用中发现 X、Y 两坐标轴快速回零时，X 轴出现抖动。经询问，该加工中心已使用了七年。对 X 轴进行多次单独运行试验，均无抖动现象，从而排除了 X 轴机械传动链和伺服电动机本身的因素。数控系统控制 X 轴脉冲也很均匀，这又排除了控制系统的影响。X 轴的伺服电动机装在 Y轴的床鞍上，X 轴的控制电缆在 Y 轴运动时被来回拖动，当 X 轴单轴往复运动时，用手拖动 X 轴电动机的控制电缆，出现了抖动现象，这就可以确认抖动现象是由于 X 轴控制电缆接触不良造成的。由于电缆的插头长期被油腐蚀，绝缘丧失，插头松动，需要更换电缆排除故障。3)故障诊断的一般方法 要排除故障，首先必须找到故障所在。下面介绍几种常用的故障检查方法。(1)直观检查法。即维修人员充分利用自身的眼、耳、鼻、手等感觉器官查找故障的第 6 章 数控机床的保养与维修 309 309 方法。通过目测故障电路板，仔细检查有无熔丝熔断、元器件烧坏、烟熏、开裂现象，从而可判断板内有无过流、过压、短路发生。用手摸并轻摇元器件(如电阻、电容、晶体管等)看有无松动之感，以此检查一些断脚、虚焊等问题。针对故障的有关部分，用一些