数控机床故障分析

1数控机床故障分析与维修实训指导书工学部自动化及机电控制工程系2015年12月2一、实训性质和任务《数控机床故障分析与维修实训》是机床数控技术专业必修的实训环节。本实训的任务是配合《数控机床故障分析与维修》课程，通过对数控机床上的典型故障进行系统而全面的分析诊断、故障定位与排除故障，理论结合实践地掌握数控机床故障诊断与维修的基本思路、判断原则、基本方法与具体的实施步骤。二、实训要求本实训中要求学生：1．养成认真、注意安全、踏实、严谨、一丝不苟的工作作风。2.确立数控机床故障检测与诊断的基本思路与判断原则。3．学会全面查阅数控机床的技术资料，掌握机床的电气控制系统的组成及其基本原理。学会在现象与背景的调查与分析基础上归纳总结出一些典型故障的故障特征、故障类型与故障大定位，制作出各种相关的系统框图与相关的动作流程图，以故障流程图来确定诊断与维修的具体步骤。4.学会应用数控机床自诊断。初步掌握故障检测与诊断的手段与方法。初步能进行故障定位。学会建立故障档案。5.实训报告内容：阐述每个实训项目的要求和内容；按指导书的要求回答有关问题、填写实训中得到或求出的数据、画出要求的图纸等；做完每个项目后的体会、取得的经验和教训；对本实训项目的改进和提高提出自己的建议。6．按实训环节递交报告，最后递交数控机床故障诊断与维修的总结报告。7．以所有的实训报告与答辩的成绩综合评定，作为实训的考核结果。三、实训内容与学时安排总学时为120（90）学时。实训一数控机床综合实训系统2～3天实训二数控车床机械故障诊断2～3天实训三计算机模拟故障分析2～3天实训四机床电器故障分析自诊断2～3天实训五数控机床精度检测2～3天实训六NCP400L数控车床故障综合分析2～3天四、本实训与其它课程关系相关前修课程：数控机床、典型数控系统、可编程控制器、数控机床编程、数控机床伺服系统、数控机床电器、微机原理及其应用。五、教材及参考书教材：数控机床故障分析与维修实训指导书参考书：《数控机床故障诊断与维修》、《MNC863T数控系统规格、操作说明》、《MNC863T数控系统连接与维修说明》、《MNC863T数控系统电气使用说明书》、《MNC863T电气原理图》、《MNC863T数控车床使用说明书》3实训分组科目一（RS-Sl/S2数控机床综合实训系统）实训项目1步进驱动单元的故障诊断一、实训目的1.了解步进电机的工作原理。2.了解步进驱动的缺点与不足。二、实训设备1.RS-S1/S2数控机床综合培训系统2.万用表3.示波器4.逻辑笔5.脉冲发生笔三、实验预备知识1.步进驱动系统为开环系统,数控系统向步进驱动器发出指令脉冲,驱动器按脉冲信号输出相应的脉冲功率驱动电机运转。在电机端无执行悄况监测、反馈。故称之为开环系统。正常情况下,电机会忠实地执行系统所发出的命令。2.由于开环系统无反馈检测,所以系统发出的命令值如因某种原因不能得到执行,系统无法进行报警监控,而形成运行误差。此现象通常称之为步进电机的丢步现象。形成丢步的主要因素有电机的输出扭矩小于驱动负载所需要的扭矩,电源供电故障,电机断相等。3．步进驱动,根据电机的的结构,有不同的步距角(即每个脉冲电机所旋转的角度),如西门子6FC5548系列五相二十拍步进电机步距角为0.36度,系统每发出1000个脉冲,电机旋转1000个步距角,即电机旋转一周。例如,数控系统执行加工程序G91G1ZlOOF1000,步进电机步距角为0.36度,Z轴电机与丝杆为直连,Z轴丝杆螺距为10mm。执行完该程序电机所转的圈数为100/10=10圈,系统所发的脉冲为10*360/0.36=10000个,系统每分钟所发脉冲数为1000/10*360/0.36=100000个。四通86系列二相四拍混合式步进电机步距角为0.9度,系统每发出400个脉冲,也即旋转400个步距角,即电机旋转一周。4．步进电机的输出扭矩随电机转述的升高而下降,所以步进电机在高速运行时,因有时会有丢步现象。又由于步进电机是以脉动方式工作的,所以在低频的某一频率段会与机床产生振,影响加工,这些都要修改加工程序予以避开。5．步进驱动器工作的三组脉冲信号:4P+,P-；D+,D-；E+,E一；其中P为命令脉冲,D为方向脉冲,E为使能脉冲(有些驱动器无须此信号)四、实训内容1．步进系统在正常情况下的运行试验；2．步进系统在高速时的丢步试验；3．步进系统的缺相运行试验；4．步进系统在低频时的共振运行试验；5．命令脉冲信号断路故障试验；6．方向脉冲信号断路故障试验；五、实训步骤1．将以下NC机床数据-轴数据，按机床实际情况设置好。机床电机为二相四拍步进电机，丝杆螺距为4mm,步进电机与丝杆之间减速一倍，根据计算，设置好下列参数，重新启动数控系统后，方可进行下一步操作。将参数设置好填入下表：52．正常运行实验:将系统工作方式置于JOG方式,将倍率开关旋至100%,按动+X键(或+Z等其它轴运行键),观察轴运行情况(注意不要超程!)。将系统工作方式置于MDA或AUTO方式，将倍率开关旋至100%,编一程序：G91G94G1X10Z10F200，并按NC启动键执行,观察轴运行情况(注意不要超程!)。3．丢步实验:将MD32000,与MD36200设置为大于实际计算出的数值,然后重新启动NC,在MDA或AUTO方式下编一程序：G94G91G0Z100,将进给倍率开关置于100%-120%,观察轴运行情况(注意不要超程!)。4．缺相运行实验:在MDA或AUTO方式,编一程序G94G91GlZ100F100,将倍率开关旋至100%,启动程序,将步进驱动模块上Z轴的A,A`之间的钮子开关拨至,断开位置,观察轴运行情况(注意不要超程!)。5．共震实验:在MDA或AUTO方式,编一程序G94G91GlZ100F100,将倍率开关旋至100%,启动和程序,倾听机床运行的声音,逐步旋小倍率开关至0,观察机床在什么速度下声音最大,可以确定该点离共震点最近。6．命令脉冲信号断路故障实验:将某一轴P+、P-拨码开关设置为故障状态,此时P+、P-处于断开位子,将系统置于JOG方式,按动相应轴的轴运行键,观察机床运行情况。由于P+、P-都处于断开位子,此时由于驱动器无命令脉冲,所以坐标轴无运行反应。(有条件者可用示波器观察各相应端子上的脉冲波形)。7．方向脉冲信号断路故障实验：参数号参数含义X轴Y轴Z轴MD30130命令值输出形式MD30240反馈类型MD34200参考点零脉冲形式MD31020电机每转的步数MD31400同MD31020MD32260电机最大转速MD31030机床坐标轴的丝杆螺距MD31050电机与丝杆间的减速比分子MD31060电机与丝杆间的减速比分母MD32000坐标轴最大速度（G00速度）MD32010点动快速MD32020点动速度MD36200坐标轴速度限制6将某一轴D+、D-拨码开关设置为故障状态,将系统置于JOG方式,按动相应轴的正方向轴运行键,观察机床运行情况:再按动相同轴的负方向轴运行键,观察机床运行情况:此时,由于驱动器无方向脉冲,所以坐标轴只会朝一个方向运动。六、思考题1．为什么步进系统在高速时,有时会有丢步现象?2．步进系统运行时的共振现象是故障吗?7实训分组科目二MNC863T数控系统故障分析实训实训要求：1）熟悉数控系统的构成2）熟悉数控机床的电气控制原理3）熟悉数控系统常见故障的分析、诊断与维修方法实训内容：1）MNC863T数控系统的构成、原理框图2）MNC863T（NCP-400L）机床的电气控制原理、电源连接关系3）NCP-400L数控车床的常见故障分析与诊断实训目的：1）培养学生阅读技术资料、熟悉数控机床系统组成的能力2）培养学生阅读、分析数控机床电气控制系统的能力3）培养学生对数控系统故障诊断常用方法的运用能力实训步骤：1）认真、细致的阅读NCP-400L数控车床系统的技术资料2）对照NCP-400L数控车床，掌握MNC863T数控系统的结构、组成，画出半闭环控制系统框图3）对照NCP-400L数控车床电气控制原理图与电器控制箱，吃透该机床的电气控制方法，画出相关电器连接关系框图4）阅读MNC863T的维修手册，认识、掌握MNC863T数控系统的自诊断功能和系统的报警5）在掌握课堂知识，并认真、细致完成上述步骤的条件下，结合资料的维修说明，进行现场模拟故障的分析、诊断和排除实训相关问题：1）根据资料，说明机床的使用要求、对电源与接地、防强电干扰的措施。2）分析哪些是位置环故障？哪些是速度环故障？3）简述数控系统常用诊断方法机理，适用范围？4）怎样的故障应用参数法？5）怎样的故障应用PLC程序法？6）为什么通电后一定要做回零操作？若此时出现超程报警应如何处理？7）数控机床有哪些失常现象？常见的成因与分析思路？§1MNC863T数控系统（车床）一、MNC863T的系统构成MNC863T系统是航天数控集团设计、开发的适用于车床的普通半闭环NC系统，并具有主轴控制功能，可配ASCU-02型交流伺服单元、DSCU-02型直流伺服单元，以脉冲编码器作为位置检测元件，系统有四块板，即主板、X10板、X20板、X30板及操作面板、8CRT键盘板、直流稳压电源组成，如下所示：1、系统组成框图操作面板接口主板键盘接口RS-232接口机床强电入口CRT接口机床强电出口去电机从电机来2、系统的插座、电缆连接示意图说明：1）插座、电缆编号X1：Z轴给定电缆插座--63ZGX2：X轴给定电缆插座--63XGX3：X轴反馈电缆插座--63XFX4：Z轴反馈电缆插座--63ZFX5：S轴反馈电缆插座--63SFX7：+5V电源插座X8：手轮电缆--HWX9：+24V电源插座XP：断电保护电池插座微机数控系统CNC、位置环伺服控制口伺服反馈口X伺服单元Z伺服单元X轴编码器Z轴编码器S轴编码器30板20板10板9X11：显示器电缆插座-------63DCX12：RS-232通信电缆插座---63RSX13：DC±12V电源插座X21：操作面板电缆插座—----63CBX22：键盘电缆插座--------—63KBX31：机床强电输入电缆插座—63PIX32：机床强电输出电缆插座—63PO2）模板功能主板：包含CPU、存储器、位置环、伺服接口、86芯总线X10板：包含CRT、232通信接口X20板：包含机床操作面板接口，蜂鸣器接口、键盘接口、手轮接口X30板：机床强电16路输入、32路输出接口，其中输入采用光电隔离，输出采用继电器输出型3、部分电缆连接信号说明1）进给给定电缆：表1X轴交流给定电缆63XG：主板X2插座→X轴交流伺服单元Z轴交流给定电缆63ZG：主板X1插座→Z轴交流伺服单元2）主轴反馈电缆：表2S轴反馈电缆63SF：主板X5插座→主轴编码器插座连接3）+5V、±12V电源线连接：表34）MNC863T内装PLC强电接口电缆机床强电输入电缆63PI：X30板上X31插座→机床强电输入信号表4机床强电输出电缆63PO：X30板上X32插座→机床强电输出信号表5强电操作面板电缆63CB：X20板X21插座→强电操作面板表6其中：LX—X轴超程信LZ—Z轴超程信DCX、DCZ—从机床侧发向NC侧的减速信号FHD—进给保持，运行暂停DRN—空运行信号MLK—程检信号（执行指令，机床不动作）表1从X2、X1插座来到X、Z轴伺服单元信号名称元件位号接点号元件位号接点号X2X11、9X轴伺服Z轴伺服215PRDY1325VCMD4、724、4GND58ENBL162VRDY1818FB117PRDY2129ENBL2141TSA15屏蔽层136VRDY210表2表3表412345671号刀3号刀5号刀主轴换档完成-LZ-LX刀架落下夹紧891011121314DCX24V地+24V2号刀151617181920214号刀6号刀+LZ+LXDCZ卡盘脚踏开关2223242524V地+24V从X5插座来到主轴编码器插座信号名称元件位号接点号元件位号接点号X53主轴编码器10GND412GN