数控机床 故障诊断与维修

一、填空 1.采用数控技术进行控制的机床，称为_数控机床（NC机床）__。它是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、精密测量技术和机床等先进技术的典型机电一体化产品，是现代制造技术的基础。 2．常用较为先进的数控系统，一般都带有_内部可编程控制器_作为机床的辅助控制装置。 3．在金属切削机床上，_主轴驱动装置也可以成为数控系统的一个部分；在闭环数控机床上，_测量_、_检测_装置也是数控系统必不可少的。 4．PLC具有_响应快_、_性能可靠_、_使用方便_、_编程和_调试容易等特点，并可直接驱动部分机床电器，因此，被广泛用来作为数控设备的辅助控制装置。 5．数控机床的主机部分，主要包括_机械_、_润滑_、_冷却_、_排屑_、_液压_、_气动与防护装置。 6．CNC机床自诊断系统功能的强弱是评价一个CNC系统_性能_高低的一项重要指标。 7．精密数控机床要求工作在恒温条件下，以保证机床的可靠运行，保持机床的精度与加工精度。普通数控机床虽不要求工作在恒温条件下，但是环境温度过高会导致机床故障率的增加，这是由于数控系统的电子元器件有工作温度的限制。 8．潮湿的环境会使数控机床的印刷电路板、元器件、接插件、电气柜、机械零部件等锈蚀，造成接触不良、控制失灵、机床的机械精度降低。 9．数控机床的CNC装置、伺服驱动系统虽进行了电磁兼容设计，但其抗干扰能力还是有限度的，强电磁干扰会导致数控系统失控，所以数控机床要远离焊机、大型吊车和产生强电磁干扰的设备。 10．数控机床要有良好的地线连接，保证设备、人身安全并减少电气干扰。 11．车床数控系统(即T系统)和铣床数控系统(即M系统)同样也有很大的区别，前者适用于回转体零件的加工，后者适用于异形非回转体零件的加工。 12．数控系统一般由输入／输出装置、数控装置(或数控单元)、主轴单元、伺服单元、驱动装置(或称执行机构)、PLC及电气控制装置、辅助装置、测量装置组成。 13．当数控系统出现自动报警信息后，需按下急停按钮。待查看报警信息并排除故障后，再松开急停按钮，使数控系统复位并恢复正常。 14．在各种数控机床中，由于加工用刀具、被加工材料、主轴转速以及零件加工艺要求的不同，为保证在任何情况下都能得到最佳切削条件，这就要求进给驱动系统必须具有足够宽的无级调速范围(通常大于1:10000)。尤其在低速(如小于0.lr／min)时，要仍能平滑运动而无爬行现象。 15．数控机床的进给驱动系统一般由驱动控制单元、驱动单元、机械传动部件、执行机构和检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动单元组成伺服驱动系统。机械传动部件和执行机构组成机械传动系统。检测元件和反馈电路组成检测装置，也称检测系统。 16. 进给驱动系统分为开环和闭环控制两类。 17．开环控制与闭环控制的主要区别为是否采用了位置和速度检测反馈元件组成了反馈系统。 18．无位置反馈装置的进给驱动系统称为开环进给控制系统。 19．开环进给控制系统一般使用步进驱动器和步进电动机。 20．诊断伺服系统的故障一般可利用状态指示灯诊断法、数控系统报警显示诊断法、系统诊断信号检查法、原理法等。 21．与直流伺服电动机相比，交流伺服电动机最大的优点是不存在电刷维护的问题。 22．数控机床的主轴驱动系统也就是主传动系统，它的性能直接决定了加工工件的表面质量。 23．随着交流调速技术的发展，目前数控机床的主轴驱动多采用交流主轴配变频器控制的方式。 24．一般中小规格的数控机床的主轴部件多采用成组的高精度滚动轴承；重型数控机床采用液体静压轴承；高精度数控机床采用气体静压轴承。 25．数控机床主轴部件是影响机床加工精度的主要部件，要求主轴部件具有与本机床工作性能相适应的高回转精度、刚度、抗振性、耐磨性和低温升，其结构必须很好能解决刀具和工具的装夹、轴承的配置、轴承间隙调整和润滑密封等问题。 26．为了保证主轴良好的润滑，减少摩擦发热，同时又能把主轴组件的热量带走，通常采用循环式润滑系统，用液压泵供油强力润滑，在油箱中使用油温控制器控制油液温度。 27．数控机床进给系统中的机械传动装置和器件具有高寿命、高刚度、无间隙、高灵敏度和低摩擦阻力等特点。 28．数控机床导轨必须具有较高的导向精度、高刚度、高耐磨性，这样机床在高速进给时才具备不振动、低速进给不爬行等特性。目前数控机床使用的导轨主要有3种：贴塑滑动导轨、滚动导轨和静压导轨。 29．为了提高滚动导轨的刚度，对滚动导轨应进行预紧。预紧可提高接触刚度和消除间隙；在立式滚动导轨上，预紧可防止滚动体脱落和歪斜。 30．液压系统的工作总是由压力、流量、液流方向来实现的，可按照这些特征找出故障的原因并及时给予排除。 二、选择题 1．在数控机床上，__A __的含义。A. PC、PLC、PMC具有完全相同 B. PC、PLC、PMC具有完全不相同C．PC、PLC具有完全相同D. PC、PLC具有完全不相同 2．数控机床有报警显示的故障，这类故障又可分为__C__。A．硬件报警显B. 软件报警显示C. 硬件报警显示与软件报警显示两种 3．诊断程序一般分为__B _。A．两套：即启动诊断、在线诊断B. 三套：即启动诊断、在线诊断和离线诊断C. 在线诊断 4．当CNC系统出现故障或要判断系统是否真正有故障时，往往要停机检查，此时称为A _。A．离线诊断 B. 启动诊断 C. 在线诊断 5．外观检查是指依靠___B__来寻找机床故障的原因。这种方法在维修中是常用的，也是首先采用的。A．人的五官等感觉 B. 人的五官等感觉并借助于一些简单的仪器C. 借助于一些简单的仪器 6．电网供电要满足数控机床正常运行所需总容量的要求，电压波动按我国不能超过_ B __，否则会造成电子元器件的损坏。 A. +15%～-15%B. +10%～-15% C. +20%～-20% D. +25%～-25% 7. 为了安全和减少电磁干扰，数控机床要求良好的接地，接地电阻要小于___A___。 A. 4Ω～7Ω B. 5Ω～8Ω C. 3Ω～6Ω D. 5Ω～10Ω 8. 数控机床不得有渗油、渗水、渗气现象。检查主轴运行温度稳定后的温升情况，一般其温度最高不超过70℃，温升不超过___A___。 A. 32℃ B. 23℃ C. 30℃ D. 20℃ 9．配置FANOC0-TD系统的数控车床，在自动加工时，发现机床不执行螺纹加工程序。数控车床加工螺纹，其实质是主轴的转角与Z轴进给之间进行的插补。主轴的角位移通过主轴编码器进行测量。由于主轴能正常旋转与变速，分析故障原因主要有_ D __。A. 主轴编码器与主轴驱动器之间的连接不良 B. 主轴编码器故障C. 主轴驱动器与数控装置之间的位置反馈信号电缆连接不良 D. 以上三种 10．主轴振动或噪声过大，首先要区别异常噪声及振动发生在主轴机械部分还是在电气驱动部分。检查出可能的故障_ D __。A. 若在减速过程中发生，一般是由驱动装置造成的，如交流驱动中的再生回路故障 B. 若在恒转速时产生，可通过观察主轴在停车过程中是否有噪声和振动来区别；如存在，则主轴机械部分有问题；C. 检查振动周期是否与转速有关，如无关，一般是主轴驱动装置未调整好；如有关系，应检查主轴机械部分是否良好，测速装置是否正常。 D. 以上三种 11．要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加、减速控制，并且加、减速时间要短。目前一般伺服主轴可以在_ A _内从静止加速到6000 r／min。A. ls B. 2s C. 3s D. 4s 12．当采用位置编码器作为位置检测器件时，由于安装不方便，主轴与编码器之间必须是_ A _的传动或将编码器直接安装在主轴轴端。A. 1:1 B. 2:1 C. 3:1 D. 1:2 13．某配置SIEMENS 6RA26XX系列直流主轴驱动器的数控机床，开机后显示主轴报警。检查SIEMENS 6RA26XX系列直流主轴驱动器，发现报警的含义与提示是“电源故障”，其可能的原因有：_ D __。 A. 电源相序接反；B. 电源缺相，相位不正确；C. 电源电压低于额定值的80％ D. 以上三种 14. 当进给伺服系统出现故障时，通常有_ D _表现形式及故障产生原因。A. 在CRT或操作面板上显示报警内容和报警信息，这是利用软件的诊断程序来实现的； B. 利用进给伺服驱动单元上的硬件(如报警灯或数码管指示，保险丝熔断等)显示报警驱动单元的故障信息；C. 进给运动不正常，但无任何报警信息。 D. 以上三种 15．根据数控机床的规格、精度，主轴结构采用不同的轴承。一般高精度数控机床采用气体静压轴承；转速达__ B __以上的主轴采用磁力轴承或氮化硅材料的陶瓷滚珠轴承。A. 20000 r／min以下 B. 20000 r／min以上C. 30000 r／min以上 D. 30000 r／min以下 16．现在许多数控机床的主轴采用高级锂基润滑脂封闭方式润滑，每加一次油脂可以使用能 A ，简化了结构，降低了成本且维护保养简单，但是需要防止润滑油和油脂混合，通常采用迷宫式密封方式。 A. 7～10年 B. 7～8年C. 3～5年 D. 5～8年 17．在自动换刀机床的刀具自动夹紧装置中，刀具自动夹紧装置的刀杆常采用 A 的大锥度锥柄，既利于定心，也为松刀带来方便。 A. 7∶24 B. 8∶24 C. 7∶20 D. 6∶20 18．接地的含义是提供一个等电位点或电位面。为了防止共地线阻抗干扰，在每个设备中可能有多种接地线，但概括起来__D___。 A. 保护地线(安全接地) B. 工作地线(工作接地) C. 屏蔽地线(屏蔽接地) D. 可以分为以上三类 三、名词解释 1． 启动自诊断 答：启动自诊断是指数控系统通电时，由系统内部诊断程序自动执行的诊断，它类似于计算机的开机诊断。 2. 测量装置 答：测量装置也称反馈元件，通常安装在机床的工作台或丝杠上，它将机床工作台的实际位移转变成电信号反馈给数控装置，供数控装置与指令值比较产生误差信号以控制机床向消除该误差的方向移动。此外，由测量装置和数显环节构成数显装置，可以在线显示机床坐标值，大大提高工作效率和工件的加工精度。常见测量装置有光电编码器、光栅尺、旋转变压器等。 3．直流伺服电动机存放要求 答：不要将直流伺服电动机长期存放在室外，也要避免存放在适度高，温度有急剧变化和灰尘多的地方；如需存放一年以上，应将电刷从电动机上取下来，否则容易腐蚀损坏换向器。 4．机床长期不运行时的保养 答：当机床长达几个月不开动的情况下，要对全部电刷进行检查，并认真检查换向器表面是否生锈。如有锈，要用特别缓慢的速度充分、均匀地运转，经过1～2h后再行检查，直至处于正常状态方可使用机床。 5．主轴驱动系统 答：主轴驱动系统是在数控系统中完成主运动的动力装置部分。主轴驱动系统通过传动机构转变成主轴上安装的刀具或工件的切削力矩和切削速度，配合进给运动加工出理想的零件。主轴的运动是零件加工的成形运动之一，其精度对零件的加工精度有较大的影响。 6．滚珠丝杠副 答：滚珠丝杠副是在丝杠和螺母之间以滚珠为滚动体的螺旋传动元件。它将电动机的旋转运动转化为工作台的直线运动。 7． 导轨副 答：导轨副是数控机床的重要部件之一，它在很大程度上决定数控机床的刚度、精度和精度保持性。 8． 液体静压导轨 答：液体静压导轨是将具有一定压力的油液经节流器输送到导轨面的油腔，形成承载油膜，将相互接触的金属表面隔开，实现液体摩擦。这种导轨的摩擦系数小(约0.0005)，机械效率高；由于导轨面间有一层油膜，吸振性好；导轨面不相互接触，不会磨损，寿命长，而且在低速下运行也不易产生爬行。但是静压导轨结构复杂，制造成本较高，一般用于大型或重型数控机床。 9．刀库 答：刀库是加工中心机床的关键部件之一，在加工中心机床中用来存储和运送刀具的装置，其结构主要有盘式和链式两种。盘式刀库存储容量小(30把刀以下)，链式刀库的存储量较大。 10．气缸点检内容 答：①活塞杆与端面之间是否漏气；②活塞杆是否划伤、变形；③管接头、配管是否划伤、损坏；④气缸动作时有无异常声音；⑤缓冲效果是否合乎要求。 四、简答题 1. 数控机床维修人员应具备以下六条基本素质： 答：(1)工作态度要端正。应有高度的责任心和良好的职业道德。(2) 具有较广的知识面。(3) 具有一定的外语基础和专业外语基础。(4) 善于学习，勤于学习，善于思考。(5) 有较强的动手能力和实验技能。(6) 应养成良好的工作习惯。 2．数控机床通电试车前应检查以下五项内容。 答：(1)检查数控机床与电柜的外观；(2)粗调数控机床的主要几何精度；(3)进行安装前期工作后，再安装数控机床及机械部分；(4)通电调试；（5）检查有无异常情况。 3．参数设定错误引起的部分故障现象 答：(1)系统不能正常启动；(2)数控机床不能正常运行；(3)数控机床运行时经常报跟踪误差；(4)数控机床轴运动方向或回零方向反； (5)运行程序不正常；(6)螺纹加工不能够进行，(7)系统显示不正常；(8)死机。 参数是整个数控系统中很重要的一部分，如果参数出现了问题可以引起各种各样的问题，所以在维修调试的时候一定要注意检查参数：首先排除因为参数设置不合理而引起的故障，再从别的位置查找问题的根源。 4．数控机床对进给驱动系统的五条要求是： 答：1．调速范围要宽2．定位精度要高；3．快速响应，无超调；4．低速大转矩，过载能力强；5．可靠性高。 5．数控机床对主轴驱动系统的要求 答：1．调速范围宽并实现无级调速；2.恒功率范围宽；3.具有4象限驱动能力；4.具有位置控制能力；5.具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪音低；6.良好的抗振性和热稳定性。 6．主轴驱动系统的分类 答：主轴驱动系统包括主轴驱动器和主轴电动机。数控机床主轴的无级调速是由主轴驱动器完成。主轴驱动系统分为直流主轴驱动系统和交流主轴驱动系统，目前数控机床的主轴驱动多采用交流主轴驱动系统，即交流主轴电动机配备变频器(或主轴伺服驱动器控制)的方式。 7．对于工作正常的主轴驱动系统，应进行如下日常维护： 答：(1)电柜的空气过滤器每月应清扫一次； (2)电柜及驱动器的冷却风扇应定期检查； (3)建议操作人员每天注意主轴的旋转速度、异常振动、异常声音、通风状态、轴承温度、外表温度和异常臭味； (4)建议维护人员每月对电刷、换向器进行检查； (5)建议维护人员每半年对测速发电机、轴承、热管冷却部分、绝缘电阻进行检测。 8．导轨的防护 答：为了防止切屑、磨粒或冷却液散落在导轨面上而引起磨损、擦伤和锈蚀，导轨面上应有可靠的防护装置。常用的刮板式、卷帘式和叠层式防护罩大多用于长导轨上。在机床使用过程中应防止损坏防护罩，对叠层式防护罩应经常用刷子蘸机油清理移动接缝，以避免碰壳现象的产生。 9．回转刀架换刀 答：数控车床上用得最多的就是电动回转刀架。主要有四工位转位刀架、六工位转位刀架及八工位转位刀架。其主要工作原理是选刀时刀架电动机正转，刀架转位，刀位信号到达后刀架电动机反转，刀架定位压紧。 10．在机器运行过程中，齿轮泵常见的故障有： 答：噪声严重及压力波动；输油量不足；泵工作不正常或有咬死现象 五、故障分析题 1．配置某系统的卧式加工中心出现故障。机床工作过程中突然发生Y、Z轴不能动作，发出401号报警。后来关机后再启动，还能继续工作，此后关机也不起作用（即不动了）。 答：（1）故障诊断：检查401号报警内容表：X、Y、Z轴速度控制“READY”信号断开。由此检查X、Y、Z轴的速度控制单元板，发现Y轴速度控制单元板（A06B-6045-C001）的TGLS报警灯亮，说明是Y轴伺服系统的故障。提示可能原因有： ① 印制电路板设定不合适； ② 速度反馈电压没给或是断续给； ③ 电动机动力电缆没有接到速度控制单元T1板的5、6、7、8端子上或动力电缆短路。 （2）故障排除：经检查电动机动力电缆已烧断，更换电刷，故障排除。 2. 一普通数控车床，NC启动就断电，且CRT无显示。 答：（1）故障诊断：初步分析可能是某处接地不良，经过对各个接地点的检测处理，故障未排除。之后检查了一下CNC各个板的电压，用示波器测量发现数字接口板上集成电路的工作电压有较强的纹波，经检查电源低频滤波电容正常。 （2）故障排除：在电源两端并接一小容量滤波电容，启动机床正常，本故障由CNC系统电源抗干扰能力不强所致。 3．数控车床工作时突然停机。系统显示急停状态，并显示主轴温度报警。 答： （1）故障诊断：经过实际测量检查，发现主轴温度并没有超出允许的范围，故判断故障出现在温度仪表上，调整外围线路后报警消失。（2）故障排除：更换新仪表后恢复正常。 4．一台日本H500／50卧式加工中心，开机时黑屏，操作面板上的NC电源开关已按下，红、绿灯都亮，查看电柜中开关和主要部分无异常，关机后重开，故障一样。 答：（1）故障诊断：经查，故障是由多处损坏造成的。 （2）故障排除：在更换了显示器、显示控制板后屏幕出现了显示，使机床能进入其他的故障维修。 5. 进给伺服系统主电路检测部分异常在接通控制电源时或者运行过程中发生报警 答：（1）故障诊断： ①控制电源不稳定；②伺服驱动器故障。 （2）故障排除：①将电源恢复正常；②更换伺服驱动器。 6. 初次开机调试一台配置SIEMENS 810M及61lA交流伺服驱动的立式加工中心，在调试时，出现X轴过流报警。 答：（1）故障诊断：由于初次开机调机床为，可以确认驱动器、伺服均无故障，故障原因通常与伺服和驱动器之间的连接有关。对照SIEMENS 611A伺服驱动器说明仔细检查发现该机床X轴伺服的三相电枢线相序接反。 （2）故障排除：正确连接后，故障排除。 7. 主传动系统的主轴发热。答：（1）故障诊断：①主轴轴承损伤或轴承不清洁；②主轴前端盖与主轴箱体压盖研伤；③轴承润滑油脂耗尽或润滑油脂涂抹过多。（2）故障排除：①更换轴承，清除脏物；②修磨主轴前端盖，使其压紧主轴前轴承，轴承与后盖有0.02～0.05 mm间隙；③涂抹润滑油脂，每个3ml。 8. 刀具不能夹紧。 答：（1）故障诊断：① 蝶形弹簧位移量较小；②刀具松紧弹簧上的螺母松动。 （2）故障排除：①调整蝶形弹簧行程长度；②顺时针旋转松夹刀具弹簧上的螺母使其最大工作载荷不得超过13 kN。 9. 刀具夹紧后不能松开。 答：（1）故障诊断：①松刀弹簧压合过紧；②液压缸压力和行程不够。 （2）故障排除：①逆时针旋转松夹刀具弹簧上的螺母使其最大工作载荷不得超过13 kN；②调整液压压力和活塞行程开关位置。 10．活塞杆爬行和蠕动。 答：（1）故障诊断：①缸内进人空气或油中有气泡；②液压缸的安装位置偏移；③活塞杆全长或局部弯曲；④缸内锈蚀或拉伤。 （2）故障排除：①松开接头，将空气排出；②安装时应检查，使之与主机运动方向平行；③活塞杆全长校正直线度误差应小于等于0.03／100 mm或更换；④去除锈蚀和毛刺，严重时更换缸筒。 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