數控機牀故障診斷與維護

《數控機牀故障診斷與維護》是根據教育部數控技能型緊缺人才的培養、培訓方案的指導思想和最新的數控、機電類專業教學計劃編寫的，主要內容包括：緒論；FANUC Oi-TC電源供電系統的裝調、硬件的連接、系統參數的調試、PMC的設計；SIEMENS 802SBL電源供電系統的裝調、硬件連接、系統參數的調試、數控系統PLC的設計；FANUC系統的故障診斷與維修。

在編寫過程中完全採用“基於工作過程的項目教學法”，集“教、學、做”於一體，運用情景教學法，使學生在學習過程中如身臨其境，旨在培養學生的動手及解決數控機牀安裝、調試、維護、修理的能力。《數控機牀故障診斷與維護》本着“應用為主，理論夠用”的原則，着力於激發學生的學習興趣。《數控機牀故障診斷與維護》圖文並茂、通俗易懂、易教易學。

《數控機牀故障診斷與維護》：高職高專機電類工學結合模式教材

緒論

項目1 FANUC Oi-TC電源供電系統的裝調

任務1.1 FANUC Oi-TC主軸電源供給的裝調

任務1.2 FANUC Oi-TC進給軸電源供給的裝調

任務1.3 FANUC Oi-TC冷卻與刀架系統電源供給的裝調

任務1.4 FANUC Oi-TC控制電路電源供給的裝調

項目2 FANUC Oi-TC硬件的連接

任務2.1 FANUC Oi-TC控制器的裝調

任務2.2 FANUC Oi-TC操作面板的裝調

任務2.3 FANUC Oi-TC伺服系統的裝調

任務2.4 FANUC Oi-TC繼電器I/O模塊的裝調

項目3 FANuC Oi-TC系統參數的調試

任務3.1 FANUC Oi-TC CF卡在FANUC Oi系統中的使用

任務3.2 FANUC Oi-TC伺服參數調整進給軸參數設定

任務3.3 FANUC Oi-TC系統基本參數設定

任務3.4 FANUC Oi-TC主軸系統參數及變頻器參數設定

項目4 FANUC Oi-TC PMC的設計

任務4.1 FANUC Oi-TC設計軟件應用及PMC傳輸

任務4.2 FANUC Oi-TC修改PMC指令

項目5 SIEMENS 802SBL電源供電系統的裝調

任務5.1 SIEMENS 802SBL主軸電源供給的裝調

任務5.2 SIEMENS 802SBL進給軸電源供給的裝調

任務5.3 SIEMENS 802SBL刀架系統電源供給的裝調

任務5.4 SIEMENS 802SBL控制電路電源供給的裝調

項目6 S1EMENS 802SBL硬件連接

任務6.1 SIEMENS 802SBL控制器連接的裝調

任務6.2 SIEMENS 802SBL伺服系統連接的裝調

項目7 SIEMENS 802SBL系統參數的調試

任務7.1 SIEMENS 802SBL數控系統的數據保護

任務7.2 SIEMENS 802SBL進給軸參數設定

任務7.3 SIEMENS 802SBL系統基本參數設定

任務7.4 SIEMENS 802SBL主軸系統參數及變頻器參數設定

項目8 SIEMENS 802SBL數控系統PLC的設計

任務8.1 設計軟件應用

任務8.2 應用程序設計

項目9 FANUC系統的故障診斷與維修

任務9.1 電氣控制部分和輔助系統電氣部分的故障診斷與維修

任務9.2 數控機牀參數故障診斷與維修

任務9.3 主軸及伺服進給軸部分的故障診斷與維修

任務9.4 輔助控制裝置及機械故障的維修

附錄A FANUC Oi-FC型數控機牀實訓系統

附錄B RS-SX 802SBL型數控機牀實訓系統

附錄C FANUC Oi-TC型數控機牀參數一覽表

參考文獻

本書是一本體現高等職業教育思想和教學觀念的轉變，結合高職高專的教學特點，注重基本技能的實際應用，面向學生的就業崗位，符合應用型人才培養目標、適應機電類專業學生培養模式的精品教材。根據數控機牀調試、安裝與維修人才培養要求，以校企合作教育為基礎，來構建本課程內容體系和教學過程，從而使本書具有時代特色。編寫時遵循“以應用為目的，以必需夠用為度”的原則，力求做到理論上講清，不追求過深的理論分析；同時注意內容結構的合理性，力求做到理論和實訓結合，重點培養學生的實踐能力。

本書以目前流行的FANLIC oi一TC數控車牀、SIEMENS 802SBL數控車牀為例編寫9個項目，其中項目1至項目4講解FANUC 0i-TC數控車牀的安裝調試，項目5至項目8講解SIEMENS 802SBL數控車牀的安裝調試，項目9講解數控車牀故障診斷與維修。

本書由王鋒任主編，張芳芳任副主編，寫作具體分工如下：項目1～項目4、項目8、項目9及附錄由温州職業技術學院王鋒編寫，項目5～項目7由温州職業技術學院張芳芳編寫，緒論由温州職業技術學院季紹建編寫。

由於編寫時間和編者水平所限，書中難免存在錯誤和不妥之處，敬請廣大讀者批評指正。

隨着電子信息技術的發展，世界機牀業已進入了以數字化製造技術為核心的機電一體化時代，其中數控機牀就是代表產品之一。數控機牀是製造業的加工母機和國民經濟的重要基礎。它為國民經濟各個部門提供裝備和手段，具有無限放大的經濟與社會效應。

數控機牀是數字控制機牀（Computer numerical control machine tools）的簡稱，是一種裝有程序控制系統的自動化機牀。該控制系統能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規定的程序，並將其譯碼，從而使機牀動作數控折彎機並加工零件。

數控技術的問世已有40多年的歷史，它是由機械學、控制學、電子學、計算機科學四大基礎學科發展起來的一門綜合性新型學科。技術發展的需要對21世紀的數控技術提出了更高的要求。

當今的市場，國際合作的格局逐漸形成，產品競爭日趨激烈，高效率、高精度加工手段的需求在不斷升級，用户的個性化要求日趨強烈， 以下是關於個性化發展的幾大趨勢 ：

數控機牀的功能複合化的發展，其核心是在一台機牀上要完成車、銑、鑽、攻絲、絞孔和擴孔等多種操作工序，從而提高了機牀的效率和加工精度，提高生產的柔性。

高速化：提高進給速度與提高主軸轉速。高精度化：其精度從微米級到亞微米級，乃至納米級高可靠性：一般數控系統的可靠性要高於數控設備的可靠性在一個數量級以上，但也不是可靠性越高越好，因為商品受性能價格比的約束。

智能化的內容包括在數控系統中的各個方面：為追求加工效率和加工質量方面的智能化；為提高驅動性能及使用連接方便等方面的智能化；簡化編程、簡化操作方面的智能化；還有如智能化的自動編程、智能化的人機界面等，以及智能診斷、智能監控等方面的內容，方便系統的診斷及維修。

當今世界上的數控機牀向柔性自動化系統發展的趨勢是：從點數控單機、加工中心和數控複合加工機牀、線FMC、FMS、FTL、FML向面工段車間獨立製造島FA、體CIMS、分佈式網絡集成製造系統的方向發展，另一方面向注重應用性和經濟性方向發展。柔性自動化技術是製造業適應動態市場需求及產品迅速更新的主要手段，是各國製造業發展的主流趨勢，是先進製造領域的基礎技術。

⑴ 主機故障 數控機牀的主機通常指組成數控機牀的機械、潤滑、冷卻、排屑、液壓、氣動與防護等部分。主機常見的故障主要有：

（1） 因機械部件安裝、調試、操作使用不當等原因引起的機械傳動故障

（2） 因導軌、主軸等運動部件的干涉、摩擦過大等原因引起的故障

（3） 因機械零件的損壞、聯結不良等原因引起的故障，等等．

主機故障主要表現為傳動噪聲大、加工精度差、運行阻力大、機械部件動作不進行、機械部件損壞等等。潤滑不良、液壓、氣動系統的管路堵塞和密封不良，是主機發生故障的常見原因。數控機牀的定期維護、保養．控制和根除“三漏”現象發生是減少主機部分故障的重要措施．

⑵ 電氣控制系統故障 從所使用的元器件類型上．根據通常習慣，電氣控制系統故障通常分為“弱電”故障和“強電”故障兩大類，

“弱電”部分是指控制系統中以電子元器件、集成電路為主的控制部分。數控機牀的弱電部分包括CNC、PLC、MDI/C RT以及伺服驅動單元、輸為輸出單元等。

“弱電”故障又有硬件故障與軟件故障之分．硬件故障是指上述各部分的集成電路芯片、分立電子元件、接插件以及外部連接組件等發生的故障。軟件故障是指在硬件正常情況下所出現的動作出鍺、數據丟失等故障，常見的有．加工程序出錯，系統程序和參數的改變或丟失，計算機運算出錯等。

“強電”部分是指控制系統中的主迴路或高壓、大功率迴路中的繼電器、接觸器、開關、熔斷器、電源變壓器、電動機、電磁鐵、行程開關等電氣元器件及其所組成的控制電路。這部分的故障雖然維修、診斷較為方便，但由於它處於高壓、大電流工作狀態，發生故障的幾率要高於“弱電”部分．必須引起維修人員的足夠的重視。

⑴ 確定性故障 確定性故障是指控制系統主機中的硬件損壞或只要滿足一定的條件，數控機牀必然會發生的故障。這一類故障現象在數控機牀上最為常見，但由於它具有一定的規律，因此也給維修帶來了方便

確定性故障具有不可恢復性，故障一旦發生，如不對其進行維修處理，機牀不會自動恢復正常．但只要找出發生故障的根本原因，維修完成後機牀立即可以恢復正常。正確的使用與精心維護是杜絕或避免故障發生的重要措施。

⑵ 隨機性故障 隨機性故障是指數控機牀在工作過程中偶然發生的故障此類故障的發生原因較隱蔽，很難找出其規律性，故常稱之為“軟故障”，隨機性故障的原因分析與故障診斷比較困難，一般而言，故障的發生往往與部件的安裝質量、參數的設定、元器件的品質、軟件設計不完善、工作環境的影響等諸多因素有關。

延長元器件的壽命和零部件的磨損週期，預防各種故障，提高數控機牀的平均無故障工作時間和使用 數控機牀 壽命。

1．數控機牀的使用環境

對於數控機牀最好使其置於有恆温的環境和遠離震動較大的設備（如衝牀）和有電磁干擾的設備。

2．電源要求

3．數控機牀應有操作規程

進行定期的維護、保養，出現故障注意記錄保護現場等。

4．數控機牀不宜長期封存

5．注意培訓和配備操作人員、維修人員及編程人員

1．嚴格遵守操作規程和日常維護制度

2．防止灰塵進入數控裝置內

漂浮的灰塵和金屬粉末容易引起元器件間絕緣電阻下降，從而出現故障甚至損壞元器件。

3．定時清掃數控櫃的散熱通風系統

4．經常監視數控系統的電網電壓

電網電壓範圍在額定值的85%～110%。

5．定期更換存儲器用電池

6．數控系統長期不用時的維護

經常給數控系統通電或使數控機牀運行温機程序。

7．備用電路板的維護機械部件的維護

1．刀庫及換刀機械手的維護

① 用手動方式往刀庫上裝刀時，要保證裝到位，檢查刀座上的鎖緊是否可靠；

② 嚴禁把超重、超長的刀具裝入刀庫，防止機械手換刀時掉刀或刀具與工件、夾具等發生碰撞；

③ 採用順序選刀方式須注意刀具放置在刀庫上的順序是否正確。其他選刀方式也要注意所換刀具號是否與所需刀具一致，防止換錯刀具導致事故發生；

④ 注意保持刀具刀柄和刀套的清潔；⑤ 經常檢查刀庫的回零位置是否正確，檢查機牀主軸回換刀點位置是否到位，並及時調整，否則不能完成換刀動作；

⑥ 開機時，應先使刀庫和機械手空運行，檢查各部分工作是否正常，特別是各行程開關和電磁閥能否正常動作。

2．滾珠絲槓副的維護

① 定期檢查、調整絲槓螺母副的軸向間隙，保證反向傳動精度和軸向剛度；

② 定期檢查絲槓支撐與牀身的連接是否鬆動以及支撐軸承是否損壞。如有以上問題要及時緊固鬆動部位，更換支撐軸承；

③ 採用潤滑脂的滾珠絲槓，每半年清洗一次絲槓上的舊油脂，更換新油脂。用潤滑油潤滑的滾珠絲槓，每天機牀工作前加油一次；

④ 注意避免硬質灰塵或切屑進入絲槓防護罩和工作過程中碰擊防護罩，防護裝置一有損壞要及時更換。

3．主傳動鏈的維護

① 定期調整主軸驅動帶的鬆緊程度；

② 防止各種雜質進入油箱。每年更換一次潤滑油；

③ 保持主軸與刀柄連接部位的清潔。需及時調整液壓缸和活塞的位移量；

④ 要及時調整配重。

4．液壓系統維護

① 定期過濾或更換油液；

② 控制液壓系統中油液的温度；

③ 防止液壓系統泄漏；

④ 定期檢查清洗油箱和管路；

⑤ 執行日常點檢查制度。

5．氣動系統維護

① 清除壓縮空氣的雜質和水分；

② 檢查系統中油霧器的供油量；

③ 保持系統的密封性；

④ 注意調節工作壓力；

⑤ 清洗或更換氣動元件、濾芯；

1． 要多看數控資料

要多看，要了解各種數控系統和PLC可編程序控制器的特點和功能；要了解數控系統的報警及排除方法；要了解NC、PLC機牀參數設定的含義；要了解PLC的編程語言；要了解數控編程的方法；要了解控制面板的操作和各菜單的內容；要了解主軸和走刀電機的性能和驅動器的特徵等等，往往數控資料一大堆，怎麼看？

我認為主要要突出重點，搞清來龍去脈，重點是吃透數控系統的基本組成和結構，掌握方框圖。其餘的可以“遊覽”和通讀，但每部分內容要有重點的瞭解、掌握。由於數控系統內部線路圖相當複雜，而製造商均不提供。因此也不必詳細地搞清楚。

比如NX一154四軸五連動葉片加工機牀上採用A一B10系統，要重點了解每部分的作用，各板子的功能，接口的去向，LED燈的含義等。現在數控系統型號多、更新快，不同的製造廠、不同型號往往差別很大。要了解其共性與個性（特殊性）。一般熟悉維修SIEMENS數控系統的人不見得會熟練排除A-B系統的故障，因此，要多看，不斷學習、更新知識。

2．要多看電氣圖、消化電氣圖

對於每一個電氣元件，比如：接觸器、繼電器、時間繼電器等以及PLC的輸入、輸出，要在電氣圖上一一註明。舉一個簡單例子來説，比如1A1為液壓泵電機1M啓動的接觸器，一般在圖下注出其常開、常閉觸點的去向。因此，可對其對應的某頁上的常開或常閉觸點1A1，註明內容為液壓泵電機開，對於大型的數控機牀的電氣圖有幾十頁，甚至上百頁。

數控機牀(9張)

要看懂表明每個元件的功能要化很長時間。有時，一、二次看可能還搞不清楚該元件的作用，要多看等以後消化後再寫上。因此，剛才講到的啓動液壓泵電機1M，也應清楚標明是PLC的哪一外輸出帶動接觸器1A1動作的，要做到來龍去脈，一清二楚。而對電氣線路圖中的某些方框圖，比如每個軸的驅動器，只是一個方框圖，只要瞭解某控制條件（通斷情況），對於詳細的東西等可等有空再研究、考慮。

各個國家的電氣符號是不一樣的，就首先要清楚瞭解。對於製造廠所編寫的厚厚的幾本PLC語句表，也要多看，掌握其編程語言，在看懂的基礎上進行中文註譯。這樣可以大大節省以後排除故障的時間，如果等發生故障再去熟悉瞭解電氣圖，PLC語句表，勢必要化費大量時間，還往往會造成錯誤的判斷。

3．要多看液壓、氣動圖，並深入消化之

對於數控機牀的機械、液壓、氣動圖，要搞清楚其作用和來龍去脈。並在圖紙上一一註明，比如德國COBURG數控龍門銑附件、刀具安裝動作比較複雜，要分解其圖，如鎖緊刀具是由哪個電磁閥動作的？對應的PLC輸出、輸入是哪幾個？

在圖上寫明，這樣從電氣到機械動作一竿到底，同時特別對機、電關係比較密切的部分要重點了解，比如意大利INNSE數控搪銑牀採用電液比例閥技術，要重點了解其作用和功能，特別要了解其調整方法及調整數據，靜態和動態時比例閥電流及對應的平衡泵的壓力，既懂電又懂機，機電一體化，掌握多種本領，這樣解決問題的本領就大了。

4．要多看外文，要提高自己專業外文的閲讀能力

不懂得外文，特別是英語。就無法看懂大量的外文技術資料，單依靠翻譯，往往是不太理想。看外文版的技術資料，開始時比較吃力，生字多，多看多記後，常用的專業單詞也只有這樣多，以後看起來就流暢了，一個稱職的維修人員要基本掌握語言工具。

1．要多問外國專家

如果你能有出國培訓的機會或者外國專家來你廠安裝調試機牀，你最好有機會參加。這是一次最好的學習機會，因為能獲得大量的第一手資料和機牀調試的方法及技巧。比如在激光測定各軸精度後，電氣如何進行修正的辦法等。要多問，不懂就要搞清楚。通過這段時間，會有極大的收穫，能夠獲得不少內部的資料和手冊（對用户是保密的）。

當機牀投入正式生產之後，也應該經常與外國有關專家保持密切的聯繫。通過FAX、E-MALL，詢問獲得解決機牀疑難故障進一步的解決辦法及有關資料，還可得到特殊、專用的備件，這是非常有益的，同時對數控系統的代理商，比如SIEMENS、FANUC等公司也應保持良好的關係，多詢問，也可及時得到該數控系統深一步的資料及有關備件，還可有機會參加有關數控系統的專題學習班。

2．發生故障後，要向操作者師傅詢問故障的全過程，不要不問，或者隨便問一下就好了，這樣往往得不到正確的現場資料會造成錯誤的判斷，使問題複雜化了，因此，要多問，問詳細一點，瞭解故障出現的全過程（開始、中間、結束），產生過什麼報警號，當時操作過什麼元件，碰過什麼，改過什麼，外界環境情況如何？

要在充分調查現場掌握第一手材料的基礎上，把故障問題正確地列出來，實際上已經解決了問題的一半，然後再分析解決之，對於經驗豐富熟練的操作者師傅，他們對機牀操作熟悉，加工程序熟悉，機牀常見病十分了解，與他們密切配合，對於迅速排除故障十分有利。

3．要多問其它維修人員

當其它維修人員在維修機牀，而你沒有去時，等他們回來後，也應多問一聲，剛才發生了什麼毛病？他是如何排除的？請他介紹其排除方法。這也是一種較好的學習機會。學習他人正確的排除故障的技巧和方法，特別是向經驗豐富的老維修人員學習，把他們的本領學到手，來提高自己的知識和水平。