数控加工中的故障分析

数控加工中的故障分析（精选11篇）

数控加工中的故障分析 篇1

0 引言

随着数控加工技术的不断发展成熟, 数控车床被越来越广泛地应用于各个加工领域, 它以其高质量高精度的特点受到了人们的一致欢迎。数控车床作为一种高效高技术含量的自动化机床, 逐步实现了机、电、仪一体化, 它将现代信息技术、自动化技术以及精密机械等各项新技术综合应用于整个加工环节中, 符合现代化机床加工的特点。

对数控专业的学生而言, 熟练掌握数控车床加工的基本操作要领和规范, 明确操作技能是其开始后续学习的前提和基础。但由于学生的基础知识掌握存在一定的问题, 因此在实际操作时常会因为操作不当导致车床出现故障, 严重时甚至会引发安全事故。因此, 学校必须加强对学生的数控车床加工安全教育, 强化其安全意识, 引导其自觉规范操作, 从而有效地防止安全事故的出现。

1 数控车床的典型故障分析

1.1 数控车床超程警报

在课堂授课时, 教师会教授学生车床测量系统的基本原理, 即当机床出现断电情况时, 重新接通电源后必须先使系统坐标重返参考点才能进行操作, 否则会影响系统精度。但学生在进行数控车床操作时, 由于车床滑板处于限位开关极限, 或挡板距参考点开关过近, 导致挡块越过限位开关, 系统发出超程警报。

为避免上述情况的发生, 在操作前, 学生必须先确定系统的当前工作位置是否正常, 若已处于极限位置, 则在返回参考点时必须控制滑板移动速度, 保证操作安全。车床超程本身并不会对系统造成严重损害, 但车床坐标不准势必会导致工作台移动错误, 最终导致丝杠损坏。

1.2 编程不当导致碰撞

1.2.1 正确使用GOO指令

GOO指令是数控车床加工时最常用的一种指令, 它具有工作速度快和走刀轨迹不定的特点, 因此在实际操作中具有一定的危险性。由于GOO指令是一种定点指令, 在实际编程中使用G00 X80.0 Z50.0程序段, 则根据其编程特点, 可以确定其四种走刀轨迹。其中, 除路线1以外, 其他三种路线均会出现碰撞。具体情况见图1。因此, 为避免“撞刀”, 必须将其程序段分为GOO X80.0;Z50.0;以保证其走刀轨迹为路线1。

1.2.2 正确理解和执行复合固定循环指令

在使用粗车循环指令前, 必须保证循环快速回刀点的刀具循环处于完成状态, 否则会损坏刀具和工件。如图2中, A点位置为正确回刀位置, 它处于端面和毛坯径向尺寸之外, 整个回刀过程不会造成工件损坏, 而B点则会导致回刀时出现碰撞, 碰坏工件和刀具, 影响数控机床使用寿命。

1.3 编程时选刀不当

若学生在进行数控编程时选择刀具不当, 也会发生碰刀情况, 影响系统的正常运行。

如图3中所示零件, 学生在看到其基本形状时, 会将其定位为外圆加工, 进而选择90度外圆偏刀作为其加工用刀进行加工。这种加工思路看似可行, 但稍加分析, 便能发现其中存在的问题, 选择外圆偏刀进行加工只是一种理想化状态, 学生并未考虑到其加工工艺和可行性。首先, 通过分析该零件的一些相关数值可以发现, 特别对圆弧的切线角度进行分析, 就会发现该零件加工时, 主偏角和副偏角均有极限范围。主偏角和副偏角均应须大于36.9度才不会使刀具与工件相碰, 而一般的90度于外圆偏刀副偏角在15度之内, 如果使用该刀, 在图示的2, 3, 5点附近看到明显的碰撞现象口, 如果选用45度外圆偏刀, 在本零件的加工时, 将是合适的刀具。如果图3中1点处的外圆直径大于准6mm, 构成虚线所示的台阶轴, 则不能继续使用45度外圆偏刀加工锥面和端面, 如1点处的刀具将碰撞端面。

1.4 螺纹加工时主轴转速过快

在进行螺纹加工时, 由于其自身加工必须控制其全程加工速度, 使其保持在低速运转状态下。而在进行外圆加工和割槽加工时, 由于主轴转速较快, 到螺纹加工时学生忙于更换刀具和控制程序, 容易忽略速度调整, 导致主轴转速过快, 进给速度过大, 容易出现烂牙情况, 加之被加工材料较硬, 会严重损坏刀具, 影响其使用寿命。

因此, 学生在螺纹加工前一定要将主轴转速换至76-120r/min, 这样才能确保安全完成螺纹加工。指导老师应严格把好这一关, 以有效杜绝此类事故的发生。

1.5 对刀时不转主轴

出现此类问题的主要原因为学生操作时疏忽大意。学生在进行数控车床加工时, 由于刀具强度较大但韧性较差, 此时如果不转主轴即进行对刀, 会使刀具承受弯矩力过大, 发生断折。

此外, 在进行数控车床加工时, 学生还应注意及时检查工件或刀具的使用情况, 若出现磨损和故障应尽早维修或更换, 同时还要保证工件或刀具处于夹紧状态, 避免出现脱落情况。另外, 在实际操作时操作者还要用手扶好车床刀架, 以保证其平衡性, 同时还要保证车床参数的稳定性, 不可随意修改和替换。

2 结束语

本文以昆明理工大学为例, 通过研究和分析该校数控车床加工专业的加工实训过程中所存在一系列问题, 划分出一些典型故障类型, 并分析了其故障产生原因及相应的解决对策, 以强化学生的安全意识, 引导其自觉规范操作行为, 关注操作细节, 不断提高其实践操作水平。

参考文献

[1]张涛, 陈发东, 董建荣.数控车床实训操作常见失误分析[J].机械工程师, 2008 (03) .

[2]王春霞, 戴怡, 董学文.数控车床螺纹加工故障树分析[J].天津职业技术师范大学学报, 2012 (01) .

[3]曾彦.对数控车床实训教学中若干常见问题浅析[J].科技广场, 2011 (11) .

数控加工中的故障分析 篇2

一、数控机床常见电器故障分析

（一）电源故障

在数控机床运行的过程中，电源设备发挥着突出的作用，是为数控机床运行操作提供电能供应的主体设备之一。在实际生产过程中，数控机床的电子系统很容易受到电流或者电压的影响产生故障问题。同时，在电源没有故障的情况下，一旦电能供应不足也会对数控机床的运行效率造成影响。在以往的数控机床电源故障问题中可以发现，电源故障问题不仅会对数控机床的安全生产造成影响，严重的还可能引发电器系统死机的问题，使系统内部的数据信息遗失，对整个机床系统的安全性带来极大威胁。为了避免上述问题的发生，在进行数据机床安装作业时，还需要根据数据机床的运行特点以及供电需求，在特定的区域内配置单独的配电箱，使整体控制系统与各个电器设备的电源设备分别设立。

（二）短路故障

数控机床系统在运行的过程中，由于接通电阻小于导体的情况所引发的线路短路故障较为常见，这种短路故障如果不能得到有效控制，必定会对数控机床系统的.程序作用造成影响。而数控机床程序失控的现象会导致大量生产材料浪费。针对此类问题，在发现数控机床运行失控情况时，需要采取关停的方式，降低短路故障对数控机床相应设备的影响率。同时，相应人员还需要对数控机床的相应设备进行及时检修，找出短路故障问题的诱因，从而采取有效的措施修复故障问题。对于电源短路现象来说，在此过程中形成的电流会直接经由导线进入电源设备内部，对电源设备的安全运行带来极大威胁。而电器短路问题会引发电器设备的大范围故障，严重的还可能导致电器烧毁，对于数控机床的安全生产带来较大影响。针对此类问题，可以采取分段检查的方式对短路故障进行排除。

（三）控制器故障

此类故障发生的原因主要是触电烧灼，影响线路接触效果。统所用开关要保证其负荷量满足运行需求，减少继电器使用数量。数控机床系统中继电器应用数量越多，则其诱发故障的概率越高，并且存在很多不易察觉的故障隐患。因此，在系统设计安装时，必须要做好继电器的管理，确保其设计的合理性，并且在后期使用过程中需要安排专业技术人员进行全面检修养护，为机床营造一个良好的运行环境，消除存在的各类故障隐患。

二、数控机床电器故障检修的要点内容

（一）完善检修方案

为了保证对数据机床故障问题的准确查找，在发生故障问题时，应该及时上报给专业的维修人员，并且对故障发生的整个过程进行详细描述。故障维修人员会根据机床故障的发生过程，对各类机床数据信息进行全面分析，结合以往的故障检修经验对本次故障原因进行确认，之后采取专业的维修手段，处理故障问题，在短时间内排除故障问题，保证数控机床的运行效率。

（二）确定故障检修顺序

先检查后通电。在进行故障检修的过程中，为了避免对检修人员人身安全造成影响，需要在断电的情况下对机床设备进行全面检查。检修人员在初步确认故障问题之后，需要对故障的性质进行有效判断。先软件后硬件。对于数控机床系统软件出现的故障问题，需要考虑保护系统软件数据的内容。在对具体故障进行修复之前，需要先测试系统软件的性能，确保其为正常运行的状态且内部参数完整，再依据机床故障问题对相应的硬件设施进行检修。

参考文献：

[1]朱东旭,李笑宇.数控机床电气系统的故障诊断与维修策略研究[J].山东工业技术,(20):15.

数控机床加工尺寸不准的故障分析 篇3

[摘要]本文在对数控机床加工尺寸不准故障方面展开探讨，另外也分析了其中模块刀具补偿和补差算法，以期利用计算机自动求解出控制机床精密运动的代码，实现对机床的精密控制。最后，提出精密数控系统整体设计中的5个模块设计。同时，借助于机床装备制造业来大力推广误差补偿技术，并且在机床的设计制造过程中融入精度再生的理念。

[关键词]数控机床 尺寸 分析

[中图分类号]：TG659

[文献标识码]A

[文章编号]1672—5158（2013）05—0085—01

1造成数控机床尺寸不准的原因

数控机床通常是由控制介质、数控装置、伺服驱动装置、伺服电机、工作台（或刀架）的位置反馈测量装置等组成。在零件加工时，数控装置按照控制介质上的加工程序，通过数控系统的数字运算后向伺服驱动装置发出控制信号，驱动伺服电机转动，再经滚珠丝杠螺母传递给工作台（或刀架），使工件与刀具之间产生相对运动，同时位置检测反馈装置将工件与刀具之间的实际相对移动量转变成电信号（如电脉冲信号等）反馈给数控装置，数控装置将指令转位量与反馈的实际转位量进行比较（其具体比较量根据伺报系统不同可分为相位、幅值、数字），将其差值又控制工件的相对移动，当工件与刀具相对移动量与指令移动量相符时，工件与刀具之间停止相对移动，从而加工出符合程序设计要求的零件。

但在实际加工中却时常出现工件与刀具之间并未完全按照指令值进行相对移动，造成加工零件尺寸与设计不符。下面就以目前我厂应用最多的半闭环数控机床为对象进行分析，可将它分为两部分：第一部分是伺服电机的实际转位值与指令转位值不符；第二部分是伺服电机的实际转位值与指令转位值相符，但工件与刀具的实际相对移动未达到要求。

2数控机床误差补偿技术背景

误差补偿技术发展40年来，国内外众多学者的不懈努力推动着误差补偿技术的不断向前发展。误差补偿的传统途径有硬件补偿和软件补偿两种。本文研究的是软件误差补偿，它是依据误差补偿算法设计开发出应用软件，对要加工的数控代码进行处理，得到补偿后的数控代码，用以控制机床加工。软件误差补偿技术的研究包括三个方面：数控机床误差建模技术；误差参数测量和辨识技术；误差补偿实施方法。

2.1数控机床误差建模技术

数控机床误差建模技术，要实现高精度误差补偿的首要问题是如何精确的建立数控机床空间误差（几何误差、热变形误差、载荷变形误差）的计算模型。其中，几何误差建模多种多样，早期的研究是用三角关系来推导几何误差模型。比较有代表性是Rahman等基于齐次坐标矩阵建立起多轴数控机床的准静态误差综合空间误差模型，改模型还包含了几何误差、曰转误差、热误差和机床部件弹性变形误差。如今多体系理论为基础研究机床集合误差建模及补偿方法成为主要发展方向。然后，机床的热变形误差也是补偿技术的难点，早期研究方法由经验计算和数值计算，但前者通用性比较差，特别是参数变化较多，难以解决；后者利用实验数据分析热源和传热情况，计算结果比较准确，但是缺点是计算时间较长，且无法实现实时补偿。目前，利用专家系统、神经网络、模糊控制等人工智技术发展，给误差补偿带来新的发展。载荷误差主要体现在大型或重型机床上，如镗铣床滑枕悬臂的下垂变形，龙门铣床主轴箱移动引起横梁变形等，关于这方面研究较少。

2.2误差参数测量和辨识技术

几何误差的检测方法主要有下述两大类：单项误差直接测量法和综合误差测量参数辨识法。首先，单项几何误差直接测量法，利用用相应的测量仪器，对各项几何误差逐一进行测量，得到各项误差。如用光栅尺、磁栅尺设备来测量螺距误差等。这些方法效率低、精度差，难以实现自动测量，不能满足现代高生产率的要求。再者，综合误差测量辨识方法该方法是对机床工作区域内指定点的定位误差进行测，通过数学模型对其测量点的综合误差进行辨识，间接得到机床各项误差的离散值。综合误差测量辨识方法常见的有：光栅阵列法、双球杆（DBB）测量法、一维球列法、平面正交光栅测量法等。这些方法往往测量仪器简单，效率高，操作方便。

2.3误差补偿实施技术

最传统的误差补偿方法是借助凸轮、靠模、校正尺等机械式误差补偿机构，实现对精密机械系统的误差进行修正的方法。虽然这类方法有一定的成效，但存在设计周期长、结构复杂、笨拙、成本高、柔性差等问题，难以满足现代生产及市场竞争要求。随着计算机、电子和检测技术的不断发展，以及人们对机床自身运动规律的认识不断深入，1961年出现了以机床运动误差建模及误差补偿专用功能芯片为主体的硬件误差补偿方法，逐步取代了传统的机械式误差补偿方法，并取得明显效果。

3数控系统中模块刀具补偿和插补算法

误差补偿是以数控机床的刀具中心路线为输入量的，首先必须精确计算出刀具中心点的坐标值，同时为了构造融人误差补偿功能的数控系统，也必然要涉及到插补模块。因此，刀具补偿和插补算法是本论文研究中的两个重要的基础内容，也是数控机床精度再生关键技术基础。

3.1刀具补偿算法介绍

在进行零件加工程序（G加工代码）的编程时，一般用零件的轮廓形状进行编程，故刀具中心的运动轨迹总是偏离零件轮廓表面一个刀具半径值。为使刀具最终加工轮廓与零件轮廓相符合，需要使刀具中心轨迹向外或向里偏移一个刀具半径值，称为刀具半径补偿。刀具补偿由刀具长度补偿和刀具半径补偿组成。不同类型的机床与刀具，其刀补参数也不同。这里，刀具长度补偿通过给定刀具中心在主轴端面中心坐标系中的位置矢量来补偿，重点就是半径补偿。精密加工系统必须正确、全面地考虑刀具补偿，否则得到的仿真结果将和实际加工结果存在着偏差。尤其是数控铣削加工部分中的关于程序段之间转接判断和转接点的计算，其中也必须遵守刀具半径补偿算法的规定，即程序段轨迹角度和刀具半径矢量的规定。

3.2差补算法介绍

由于数控程序中的数据值只能是一段轨迹的起点和终点坐标值，因此，在起点和终点之间要进行“数据点密化”工作，即插补过程。插补工作对数控机床而言，一般是由硬件中的运算器来完成的，而在本仿真软件中，则可利用软件方法来实现，把每次模拟插补计算产生的指令信号输出到计算机显示器终端，驱动显示器的彩色象素点工作，从而动态、实时地显示刀具的当前位置，进而动态显示出刀具在整个加工过程中的切削运动轨迹，实现对数控程序代码的仿真。一般，对于实时和高速没有特别的要求，可以采用的是逐点比较脉冲增量插补算法。

4总结

以上对数控加工机床出现加工尺寸不稳定，就实践中较易出现的几种原因进行了分析。在具体故障判断中，要求我们仔细观察故障的细微变化与不同，运用电气与机械知识，对其进行全面分析后，方能准确找到故障点及时排除。本文以数控机床精度可再生为研究内容和目的，在回顾数控机床误差补偿技术研究进展基础上，分析了其中模块刀具补偿和补差算法，以期利用计算机自动求解出控制机床精密运动的代码，实现对机床的精密控制。最后，提出精密数控系统整体设计中的5个模块设计。同时，借助于机床装备制造业来大力推广误差补偿技术，并且在机床的设计制造过程中融入精度再生的理念。

参考文献

[1]余峰浩，浅谈数控加工中心的安装与调试[J]机械工程与自动化，2006，（01）

数控加工中的故障分析 篇4

随着机械制造技术的高速发展,机床数控技术也得到了长足的进步。目前数控机床正朝着高工序集中、高精度、高复合化和高可靠性方面发展。数控机床功能的不断提高,系统越趋复杂,一旦出现故障,排除时间增长,难度增大,费用也随之增加。由于数控机床涉及多个学科,对设备维修维护人员的技术要求越来越高,故障的及时诊断与维修越来越困难。如何在数控机床出现故障时,进行快速诊断及维修变得非常重要。近年来,由于计算机技术、现代测试技术及信号处理技术的高速发展,设备故障诊断技术也取得了很大的进步。随着人工智能技术的发展,特别是知识工程、专家系统和人工神经网络在诊断领域中的进一步应用,迫使人们对智能诊断问题进行更加深入与系统的研究。专家系统是人工智能的一个主要研究方向,它利用计算机程序解决那些只有人类领域专家才能解决的问题,它以知识为研究对象,包括知识的获取、表示和利用等。专家系统的解题能力主要取决于它所拥有知识的数量和质量。所以,知识库建立的质量直接影响到专家系统的性能。本文研究的主要问题就是在开发数控车床故障诊断专家系统过程中,如何利用故障树分析法建立专家系统的知识库。

1 故障树分析法的概念

对数控车床各部件、元件而言,产生故障的原因是多方面的,为此必须熟悉其原理,搞清车床各组成部分的功能,这是分析故障的基础。深入实际,了解设备的使用和维修状况,这是找出故障产生原因和排除故障的关键。故障产生后,列出可能产生故障的原因,然后逐个分析,排除次要原因,最后找出产生故障的主要原因。有时一种故障可能是某一元件的故障所在,也可能是几个问题的综合。

故障树分析把系统最不希望发生的故障状态作为逻辑分析的目标,在故障树中称为顶事件,继而找出导致这一故障状态发生的所有可能直接原因,在故障树中称为中间事件。再跟踪找出导致这些中间故障事件发生的所有可能直接原因。直追寻到引起中间事件发生的全部部件状态,在故障树中称为底事件。用相应的代表符号及逻辑们把顶事件、中间事件、底事件连接成树形逻辑图,则称此树形逻辑图为故障树。它是一种特殊的倒立树状逻辑因果关系图,它用事件符号、逻辑门符号和转移符号描述系统中各种事件之间的因果关系。应用故障树时应遵循如下步骤:

1)给系统以明确的定义,规定可能发生的不希望事件作为顶事件。

2)对系统的故障进行定义,分析其形成原因。

3)作出故障逻辑图。

4)对故障结构作定性分析,分析各事件结构重要度。

5)对故障树结构作定量分析,如掌握各元件、各部件的故障率数据,就可以根据故障树逻辑,对系统的故障作定量分析。

另外,故障树分析还规定了一系列的常用符号,本文中采用框图形式,故障树也能表达得比较清晰。

2 数控车床故障经验知识整理

专家知识是支撑一个专家系统正常运行的基础,如果没有正确和足够的知识,专家系统很难按照人们设想的那样运行,也就很难得出正确的结论。因此,应特别重视故障诊断经验知识的整理工作。把数控车床的组成部件、元件及其故障种类、原因及故障对策等都作了细致的分析。以主轴故障分析为例:

根据以上的分析,我们对主轴部件的常见故障现象有了总体的把握,然后再对每一具体的故障现象进行分析,找出所有引起这些故障的原因,提出相应地排地除方法。列表如下:

分析故障进行之后,针对出现的故障现象,来确定其排除方法。针对知识库中的故障对策,以主轴轴承出现的故障为例来说明:

滚动轴承对主轴工作性能影响甚大,很多故障的根源都来源于它。所以防止轴承出现故障是主轴使用与维护的重要内容。轴承出现故障的原因及排除方法主要如表6所示:

3 故障树分析法在数控车床故障诊断专家系统中的应用

依据上面针对主轴的常见故障、故障原因及排除对策的分析,对数控车床的故障诊断进行故障树分析。通过以上研究工作,建立了车床的故障现象分类,如图1所示。

先把整个系统划分为主轴箱、尾座部分、刀架部分、液压部分、气动部分、润滑部分、伺服部分、数控系统等8个子系统模块,并且以此为基础,根据各系统的组成元件,继续细化故障树。直到满足诊断要求为止。如以主轴箱故障为例说明故障树的建立方法。

主轴故障现象及排除方法在前面已经说明,这里不再重述。根据对主运动系统的传动原理及各部件的结构(特别是主轴结构)分析画出其故障树如图2所示,从故障树的第一层入手,层层分解,可以找出各因素之间的相互关系,分析出各树枝出现故障时的原因。

以同样的方法建立其他各子系统的故障树。

4 小结

应用故障树分析方法对数控车床的故障进行诊断排除,直观性强,能把车床的故障及其成因形象地表现出来,并具有很强的灵活性,在设备维修中能发挥较好的作用。在实践中应用该方法的主要困难是建立被诊断系统的“故障树”的工作量较大。对于设备维修者来说,建立故障树和获得分析诊断结果的过程,也是知识与经验的积累过程。故障树的不断完善为以后的维修工作奠定良好的基础,且对于知识的收集、整理、表示都非常有利。从而大大提高故障诊断专家系统的灵活性,提高了诊断效率。

摘要：本文分析描述了常见的系统故障诊断方法、数控车床主要部件常见故障及其对策。对数控车床运行的影响,采用了故障树分析方法。

关键词：数控车床,故障诊断,专家系统,故障树

参考文献

[1]孙汉卿.数控机床维修技术[M].北京:机械工业出版社,2000.13-20.

[2]何新贵.知识处理与专家系统[M].北京:国防工业出版社,1990.

[3]冯博琴.实用专家系统[M].北京:电子工业出版社,1992.

[4]杨刚成,娄臻亮,等.从关系数据库中获取专家系统规则[J].计算机应用研究.2002(4):45-47.

数控加工中的故障分析 篇5

关键词 数控机床；数控系统；故障诊断技术

中图分类号 TG659 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)051-0129-02

1 数控系统的常见故障

1.1 常见故障分类

数控机床数控系统常见的故障一般具有一定规律，按照出现的阶段不同可分为：初期运行阶段、正常运行阶段和衰老阶段。初期运行阶段出现故障的频率相对较高，且故障频率曲线明显呈上升之势，多为设计制作和装配缺陷造成。正常运行阶段故障发生则趋于水平，频率较低，多为人员操作和维护不良所致。而衰老阶段出现的系统故障出现频率极大且曲线呈上升趋势，多为运行时间过长、机件磨损老化所致。数控机床出现故障问题可按照结构不同分为机械类与电气类两种，按照故障发生源不同分为机械故障与控制故障两种，而究其数控系统来说可分为软件故障、硬件故障和干扰故障三种。判定故障的发生原因在电气方面还是机械方面，则需先检查数控系统是否能够正常运行，“看门狗”预警系统是否出现报警现象。然后检查电机电路和原构件组成是否能够正常运行，关注是否出现间歇或抖动现象和定位不准等现象。在检查完毕后如没有出现以上问题则初步诊断可排除问题源不在电气方面，进而转向机械故障的检查环节。应在保证切断电机电源的前提下着重检查系统传动环节，配合手动打表检查系统工作状态。

1.2 故障分析

数控机床伺服驱动系统是与系统电源、电气及机械系统联系，系统运行过程中不断处于启动与关闭状态。容易出现故障一般会出现系统瘫坏、加工工件面表不达标和保险烧断等问题，系统瘫坏问题是因为电压不稳导致电压波动过大或电压冲击所致。而加工工件面表不达标的问题则是由于生产过程伺服驱动系统调整不合理导致走圆弧补轴换向出现凸台，电机爬行低速或振动情况所致。烧断保险是以机械系统超载负荷导致电机温度过高烧断保险；电源故障：电源失去效用造成的结果是整个系统瘫痪，根本原因在于系统设计方面的不足，而我国大部分地区的供电都存在电压不稳定、品质差等问题，再有人为操作的原因都是造成电源故障的重要原因；内部器件逻辑故障：数控系统主以系统内部器件的逻辑处理模式作为控制的核心，通常以PLC核心技术来实现。内部器件与外界采集的信息接触甚多，执行元构件出现故障的可能性就相对较大。

2 数控机床系统的诊断技术

2.1 数控系统故障诊断技术

数控系统的诊断与维修概念，不能仅仅局限于数控系统发生故障时，如何能够排除故障和及时修复，使数控系统尽早投入使用，还应包括正确使用和日常保养等。正确操作和使用数控系统的步骤是数控系统通电前的检查和数控系统通电后的检查两个阶段。数控系统通电前的检查内容包括：检查CNC装置内的各个印刷线路板是否紧固，各个插头有无松动；认真检查CNC装置与外界之间的全部连接电缆是否按随机提供的连接手册的规定，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；确认CNC装置内的各种硬件设定是否符合CNC装置的要求。只有经过上述检查，CNC装置才能投入通电运行。数控系统通电后的检查的内容则包括：首先要检查数控装置中各个风扇是否正常运转；确认各个印刷线路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；进一步确认CNC装置的各种参数；当数控装置与机床联机通电时，应在接通电源的同时，作为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；用手动以低速给移动各个轴，观察机床移动方向的显示是否正确；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；CNC装置的功能测试等等。

2.2 诊断程序法维修技术

很多数控系统都具有程序单步执行功能，这个功能是在调试加工程序时使用的。当执行加工程序出现故障时，采用单步执行程序可快速确认故障点，从而排除故障。本文就以常用的诊断程序法进行分析讨论。

所谓诊断程序就是对数控机床各部分包括数控系统本身进行状态或故障检测的软件，当数控机床发生故障时，可利用该程序诊断出故障源所在范围或具体位置。诊断程序一般分为三套，即启动诊断、在线诊断或称后台诊断和离线诊断。启动诊断指从每次通电开始至进入正常的运行准备状态止，CNC内部诊断程序自动执行的诊断，一般情况下数秒之内即告完成，其目的是确认系统的主要硬件可否正常工作。主要检查的硬件包括：CPU、存储器、I/O单元等印刷板或模块；CRT/MDI单元、阅读机、软盘单元等装置或外设。若被检测内容正常，则CRT显示表明系统已进入正常运行的基本画面（一般是位置显示画面）。否则，将显示报警信息。在线诊断是指在系统通过启动诊断进入运行状态后由内部诊断程序对CNC及与之相连接的外设、各伺服单元和伺服电机等进行的自动检测和诊断。只要系统不断电，在线诊断也就不会停止，在线诊断的诊断范围大，显示信息的内容也很多。一台带有刀库和台板转换的加工中心报警内容有五六百条。离线诊断是利用专用的检测诊断程序进行的旨在最终查明故障原因，精确确定故障部位的高层次诊断，离线诊断的程序存储及使用方法一般不相同。离线诊断是数控机床故障诊断的一个非常重要的手段，它能够较准确地诊断出故障源的具体位置，而许多故障靠传统的方法是不易进行诊断的。需要注意的是，有些厂商不向用户提供离线诊断程序，有些则作为选择订货内容。在机床的考察、订货时要注意到这一点。

随着科学技术的发展及CNC技术的成熟与完善，更高层次的诊断技术已经出现。其中最引人注目的是“自修复”、“专家诊断系统”和通信诊断系统，这些新技术的发展与应用，无疑会给数控

维修特别是故障诊断提供更有效的方法与手段。

3 结束语

数控机床作为一种比较高效的自动化机床，其主要综合了现代计算机技术、自动化技术、伺服驱动和精密测量等各项新型的技术研究成果。作为一门具有经济性能好、生产效益高等特点的新兴工业控制技术，为保障数控机床能够安全平稳运行作业，应加强维护保养工作和注重研究对出现故障的排除办法，从而发挥数控机床更大的能用效益。

参考文献

[1]张筱琪.机电设备控制基础[M].北京:中国人大出版社,2000.

[2]陈子银.数控机床电气控制[M].北京:北京理工大学出版社,2006.

数控车床螺纹加工原理及故障分析 篇6

在普通车床加工螺纹时, 主轴与进给机构之间存在机械上的定比传动关系, 是由复杂的机械传动链来保证的。数控车床在设计上, 简化了传动链, 取消了主轴箱, 主轴一般采用变频调速。在数控车床的螺纹加工中, 主轴与刀架之间不存在机械上的定比传动关系, 而是依靠数控系统控制伺服进给电机, 保障Z轴进给速度与主轴的转速保持一线性比例关系。只有了解数控车床螺纹加工原理, 按照操作规程使用数控车床, 对螺纹加工中常见故障现象进行分析, “据理析象”, 才能解决实际加工生产中出现的一些问题, 提高加工效率。

数控车床进行螺纹切削时, 主轴工作在转进给状态下, 其实质是主轴的角位移与Z轴进给之间进行的插补。在数控车床中, 一般采用光电编码器作为主轴角位移测量元件, 通过机械部件与主轴连接, 传动比为1∶1, 将编码器的Z脉冲 (也称“一转信号”) 作为主轴位置信号, 经数控系统处理后驱动刀架运动。主轴脉冲发生器送出两组信号脉冲, 一组为计数脉冲, 我校CK6140数控车床配置1200线主轴编码器, 即每转送出1200个计数脉冲, 另一组为主轴基准脉冲, 每转送出一个同步脉冲信号。车削螺纹时, 数控系统检测到主轴基准脉冲同步信号到来时开始切削, 否则处于等待状态。这样就保证螺纹加工时每次切削的初始位置在工件圆周的同一个位置上, 以保证各次切削的螺纹牙形相重合, 防止了多次切削乱扣现象发生。在数控系统中, 完成螺纹加工的要素为:主轴转速n和螺纹导程t, 进给速度F=nt。即主轴每转一圈, Z轴进给一个导程, 主轴的旋转与进给轴必须保持严格的比例关系。基准脉冲同步信号极为重要, 它是保证在螺纹加工每次切削的初始位置在工件的同一个位置上, 防止了“乱扣”现象发生。

2 螺纹加工常见故障及分析

2.1 螺纹加工起始段出现“乱牙”, 后段正常

某数控车床, 在G32车螺纹时, 出现起始段螺纹“乱牙”的故障。

分析:数控车床进行螺纹切削时, 主轴工作在转进给状态下, 其实质是主轴的角位移与Z轴进给之间进行的插补。乱牙是由于主轴转速与Z轴进给不能实现同步引起的。由于该机床使用的是变频器作为主轴调速装置, 主轴启动/制动需要一定时间, 与变频器加/减速时间参数有关, 该参数不能设定太短, 否则容易导致变频器产生过电压报警。即主轴伺服有一定滞后性, 且刚起动时的主轴速度不稳, 这就导致了螺纹加工起始段, 主轴与Z轴进给不能实现严格同步, 造成螺纹加工起始段出现“乱牙”现象。螺纹后段正常, 是因为后段主轴速度已经稳定下来, 可以保证主轴与Z轴进给实现严格同步。

解决故障方法:通过在螺纹加工指令 (G32) 前加G04延时指令或更改螺纹加工程序的起始点, 使其离开工件一段距离, 即设置足够的升速段, 通常编程时升速段大于5mm, 以消除伺服滞后造成的影响, 保证在主轴速度稳定后, 再开始螺纹加工。

2.2 螺纹加工不执行

某数控车床, 在自动加工时, 出现机床不执行螺纹加工程序的故障。

分析:数控车床加工螺纹, 主轴的角位移是通过主轴编码器进行测量的, 据此判断故障与主轴编码器密切相关。分析故障原因可能有:1) 主轴编码器反馈电缆未接好或断路;2) 主轴编码器损坏;3) 软件故障;4) 主轴旋转方向与编码器反馈不一致。

解决故障方法:1) 检查编码器反馈电缆, 如断路需更换;2) 更换主轴编码器;3) 将备份软件恢复, 如果软件版本太低, 可以升级软件;4) 检查主轴旋转方向, 检查系统参数中的机床参数:主轴编码器方向, 可用32或33来改变主轴编码器反馈方向。

2.3 加工螺纹时, 有乱丝现象

某数控车床, 在G82车螺纹时, 出现螺纹“乱牙”的故障。

分析:数控系统中, 完成螺纹加工的要素为:主轴转速n和螺纹导程t, 进给速度F=nt。加工螺纹时有乱丝现象, 说明加工螺纹时, Z轴进给速度F与主轴转速不能保持线性比例关系。分析故障原因可能有:1) 主轴编码器每转脉冲数设置错误;2) 主轴编码器的电源供电功率不够;3) 主轴编码器的反馈电缆不可靠;4) 机械松动;5) Z轴伺服电机编码器不良。

解决故障方法:1) 正确设置编码器每转脉冲数;2) 为主轴编码器单独提供DC5V电源;3) 更换编码器的反馈电缆, 应采用双绞屏蔽电缆, 反馈电缆屏蔽层可靠接地, 电缆两端加磁环;4) 检查编码器与主轴之间的机械连接是否有松动;5) 更换Z轴伺服电机编码器。

2.4 加工螺纹时, 出现“Z轴超速”报警

某数控车床, 在G82车螺纹时, 出现“Z轴超速”的故障。

分析:加工螺纹时, Z轴进给速度F与主轴转速必须保持线性比例关系。查阅系统参数, 该数控车床Z轴最高加工速度为1000mm/min;根据主轴转速n和螺纹导程t, 进给速度F=nt。

“Z轴超速”, 说明nt的值超过了最高加工速度1000mm/min。

解决故障方法:适当调低转速, 保障进给速度F=nt的值小于最高加工速度1000mm/min。

2.5 加工螺纹时, 出现主轴堵转现象

某数控车床, 在G82车螺纹时, 出现主轴堵转现象。

分析:主轴堵转现象, 说明主轴在切削时, 负载“过重”, 造成堵转。经与操作员现场交流, 加工螺纹时, 主轴在高档位下 (传动比为1∶1) , 进行螺纹加工。表面原因是螺纹加工时负载“过重”, 实质原因是操作员操作不当, 由于螺纹加工时转速较低, 由变频调速原理与特性, 低速下力矩不足, 导致堵转。

解决方法:换档至低速档 (此时转动比为3∶1) , 主轴工作在第转速, 但主轴电机工作在高转速下, 避免了“低速下力矩不足”的问题, 可以进行切削, 不好造成堵转。

3 结语

数控机床在使用过程中出现问题在所难免, 因此要求使用者严格遵守操作规程, 对发生故障情况予以详细的记录, 善于钻究加工过程中出现的各种问题, “据理析象”, 找出故障产生的原因, 及时对机床进行维护和保养, 保障设备的正常运行。文中所述方法, 在我校数控实训基地数控车床使用及日常维护维修中的经验总结。

参考文献

[1]潘海丽.数控机床故障分析与维修 (第二版) [M].西安:西安电子科技大学出版社, 2008.

[2]郑小年.数控机床故障诊断与维修[M].武汉:华中科技大学出版社, 2005.

[3]王侃夫.数控机床故障诊断及维修[M].北京:机械工业出版社, 2002.

加工中心故障分析 篇7

XH714C立式加工中心在换刀时, 虽然主轴锥孔内的拉爪已将刀柄上的拉钉抓住, 但没有拉紧, 刀柄的锥面与锥孔的锥面没有贴合紧, 这种状态十分危险。此时机床无任何报警提示。经检查, 主轴松刀油缸动作正常, 且在拉紧状态时拉杆上端面与松刀油缸活塞杆下端面没有接触, 拆出刀具拉紧机构进行检查。卸下油缸后, 松开拉杆的备帽, 将拉杆及拉爪从主轴锥孔处脱出 (碟簧从上部取出, 经检查无变形) 。如图1所示, 由于拉杆在A处磨损, 导致拉紧刀具时, 尽管拉杆在B处已顶到主轴筒壁的台阶即拉杆已顶到极限位置, 但拉爪在A处实际仍未拉紧。处理方法为, 将B处拉杆台阶的尺寸L车削掉0.5mm, 也就是说刀具拉紧时拉杆还能向上再移动0.5mm, 这样拉杆就可通过拉爪将刀具拉紧。

TH6563卧式加工中心Z轴返参考点时由于找不到参考点而出现超程。处理这一类故障时, 首先应先搞清楚所修机床返参考点属于哪一种方式, 有自动方向识别方式还是无自动方向识别方式。该机床Z轴返参考点属于无自动方向识别方式。所谓无自动方向识别方式的返参考点, 就是选择返参考点操作启动后, 轴先以返参考点速度, 快速向指定方向移动, 碰上返参考点减速开关后, 轴在减速信号的控制下减速并继续移动, 当轴到达测量参考点标记指定的第一返参考点脉冲前沿后, 制动为零, 过标记位后又以减速后的速度移动指定距离而停于参考点。经观察Z轴返参考点过程中有减速, 没有拆其光栅系统。而且在返参考点标记出现后有制动到零的过程。经过分析该故障原因可能是返参考点的参考点脉冲已被超越, 因此Z轴没有移动指定距离, 也就是说在未到达参考点之前就触及到了极限限位开关, 造成了返参考点操作失败。处理方法是在返参考点方向前移限位开关。然后重新尝试返参考点, 故障现象消失。在处理该故障时, 还有一个方法供同行借鉴。设置机床数据MD212=-1 000μm, 重新返参考点, 故障消失。这相当于对应参考点坐标值MD242减去了1 000μm。这样做的目的实际上是让参考点早到了1 000μm, 而重新设置的参考点坐标值减少1 000μm。在排除故障的作用上与移动限位开关是等效的。

MH-60En卧式加工中心在执行换刀命令时, 从刀库中抓取的刀具不是命令中要求的刀具, 也就是换刀错误。经过询问与分析, 该机床在执行换刀程序的过程中被人误按了复位键, 即没有正常执行完一次完整的换刀指令, 再次执行换刀指令, 就会出现异常现象。处理过程是先按操作面板上的SYSTEM键, 找到PMC软键, 然后再进入COUNTER (计数器) 界面, 其中的1#参数分为左右两部分, 左显示“40”, 意思是刀库的刀具数量;右显示“2”, 为刀库中待换的当前刀具号。观察刀库中实际的当前刀具为10号刀, 将右部的“2”改为“10”。再按复位键, 并重新开机。然后再试换刀指令的执行, 此时故障现象消失, 运行恢复正常。

数控钻铣床故障分析 篇8

经检查, 机床系统的强电回路正常, 系统输入电压直流24 V正常, 且风机工作正常, 因此判断故障原因在系统本身。考虑到机床使用较久且操作面板部分按键已失效, 附近一台曲轴加工中心闲置, 系统也是西门子810M, 因此, 将曲轴加工中心的数控系统换到该机床上, 通过RS232通信接口将程序和数据传入存储器内, 重新启动, 系统显示4号报警, 即测量系统的单位与输入系统的单位之间匹配不合理。检查机床数据的设定, NC MD 5002=00100010, 根据该机床的配置, 进给轴控制分辨率与输入分辨率均在精度范围内, 且满足控制分辨率小于输入分辨率, 匹配合理。因此, 该报警指示与实际情况并不相符。

起初, 以为数据在传输过程中出现丢失, 于是降低波特率重新传输, 试验多次后, 报警依然未解除。

经过仔细对比校正, 原来两台机床虽然同为西门子810M系统, 但版本号不相同。重新启动进入系统初始化菜单, 找到软件版本号, 将NC MD 157=1223更改为NC MD 157=1237, 再次启动, 报警解除。

数控机床常见故障诊断分析 篇9

进入21世纪, 随着数控技术的飞速发展, 数控设备已遍布全世界, 不仅工业发达国家已广泛采用, 就是发展中国家也大量使用。我国自改革开放以来也引进了不少先进的设备, 这些设备的特点是以大规模集成电路为主的数控设备, 这些设备功能强, 生产效率高, 但是复杂, 它涉及机械、电器、液压、气动、光学、与计算机技术等许多领域, 尤其在故障诊断、状态监测方面涉及数字测试技术与计算机网络技术。

因此, 它的维修在理论上、方法上、和手段上与普通的设备相比都有很大的区别, 给维修工作带来很大的困难。目前, 由于企业缺乏数控设备维修这方面的专业人才, 数控机床的维修工作很大程度只能依赖外部的力量。一旦数控设备出现故障, 哪怕是很小的问题都得停机等待维修, 给企业正常的生产带来很大的影响, 越来越多的企业用户希望能够依靠自身的力量来解决数控设备的故障问题, 因此, 提高设备维修技术人员的素质和能力, 就显得尤为重要。

2 合理地使用数控机床

2.1 数控机床的工作场地选择

避免阳光的直接照射和其它热辐射、避免太潮湿或粉尘过多的场所.尽量在空调环境中使用, 保持室温20℃左右。由于我国处于温带气候、受季风影响、温度差异大, 对于精度高、价格贵的数控机床, 应置于有空调的房间中使用;要避免有腐蚀气体的场所。因腐蚀气体易使电子元件变质, 或造成接触不良, 或造成元件短路, 影响机床的正常运行;要远离振动大的设备 (如冲床、锻压设备等) 。对于高精度的机床还应采用防振措施 (如防振沟等) ;要远离强电磁干扰源, 使机床工作稳定。

2.2 数控机床的电源

数控系统对电源要求较严, 一般要求工作电压为220V 10%。针对我国供电工况, 对于有条件的企业, 可为数控机床采取专线供电或增设稳压装置以减少供电品质差的影响, 为数控系统的正常运行提供有力保证。

2.3 数控机床配置合适的自动编程系统

手工编程对于外形不太复杂或编程量不大的零件程序, 简单易行。当工件比较复杂时f如凸轮或多维空间曲面等) , 手工编程周期长 (数天或数周) 、精度差、易出错。因此, 快速、准确地编制程序就成为提高数控机床使用率的重要环节:为此.有条件的用户最好配置必要的自动编程系统, 提高编程效率。

2.4 数控机床配置必要的附件和刀具

为了充分发挥数控机床的加工能力, 必须配备必要的附件和刀具。切忌花了几十万元钱买来一台数控机床, 因缺少一个几十元或几百元的附件或刀具而影响整机的正常运行。由于单独签订合同购买附件的单价大大高于随同主机一起供货的附件单价.因此有条件的企业尽量在购买主机时一并购置易损部件及其它附件。

2.5 加工前的准备

加工前要审查工件的数控加工工艺性, 应重视生产技术准备工作 (包括工件数控加工工艺分析、加工程序编制、工装与刀具配置、原材料准备及试切加工等以缩短生产准备时间, 充分提高数控机床的使用效率。

合理安排适合在数控机床加工的各种工件, 安排好数控机床加工运转所需的节拍。

2.6 为维修保养做好准备

建立一支高水平的维修队伍, 保存好设备的完整资料、手册、线路图、维修说明书 (包括CNC操作说明书) , 以及接口、调整与诊断、驱动说明书、PLC说明书 (包括PLC用户程序单) 、元器件表格等, 必要的维修工具、仪器、仪表、接线、微机。最好有小型编程系统或编程器, 用以支持设备调试。

3 数控机床故障诊断

3.1 原则

所谓数控机床系统发生故障 (或称失效) 是指数控机床系统丧失了规定的功能。故障可按表现形式、性质、起因等分为多种类型。但不论哪种故障类型, 在进行诊断时, 都可遵循以下原则:

3.1.1 充分调查故障现象

它包括两个方面的内容:一是对操作者的调查, 详细询问出现故障的全过程, 有些什么现象产生, 采取过什么措施等。调查过程中, 操作者坦诚的配合是极为重要的。另一方面, 要对现场做细致的勘测。无论是系统外观, CRT显示内容、各个印刷线路板上报警显示、有无烧伤等痕迹, 不管多细微都应查清, 不能放过。在确认系统通电无危险的情况下, 可以通电并按下系统复位键 (RESET键) , 观测系统有无异常, 报警是否消失;如能消失, 则故障多为随机发生的, 甚至是操作错误造成。

3.1.2 认真分析产生故障的原因

系统发生故障, 往往是同一现象、同一报警号却可以有多种起因, 甚至有的故障根源在床上, 但现象却反映在系统上。所以在查找故障的起因时, 思路要开阔, 无论是集成电器, 还是和机械、液压, 只要有可能引起该故障的原因, 都要尽可能全面地列出来。然后进行综合判断和优化选择, 确定最有可能产生故障的原因, 通过必要的试验, 达到确诊和排除故障的目的。

3.1.3 先机械后电气, 先静态后动态原则

一般来说, 机械故障较易发觉, 而数控系统及电气故障的诊断难度较大。在故障检修之前, 首先应注意排除机械性的故障。此外, 故障诊断应采取先静态后动态原则。首先在机床断电的静止状态, 通过了解、观察、测试、分析, 确认通电后不会造成故障扩大、发生事故后, 方可给机床通电。再在运行状态下, 进行动态的观察、检验和测试, 查找故障。而对通电后会发生破坏性故障的, 必须先排除危险后, 方可通电。

3.2 方法

3.2.1 直观诊断法

直观诊断法就是通过感观或借助简单的工具确定机床故障的方法。这种方法应先弄清楚故障的症状, 有何特征及伴随隋况, 将故障范围缩小到一个模块或一块印刷电路板。它可以简单地归纳为四个字:问、看、嗅、摸。

问就是调查情况, 在诊断故障前, 修理人员询问操作人员故障发生前的机床运转情况, 产生在哪道程序及时间, 操作方式是否得当等;看就是观察, 仔细检查有无保险丝烧断, 元器件有无烧焦或开裂等情况;嗅就是从机床散发出的某些特殊气味来判断, 如某些元件烧焦的气味;摸就是用手触试可能产生故障的温度、振动情况以及元器件有无松动等。

3.2.2 自诊断功能查找法

数控机床通常有较强的自诊断功能, 在系统内己设置有众多的报警指示装置。其故障诊断系统通常包括两个部分:硬件报警指示:这是指包括数控系统、伺服系统在内的各电子、电器装置上的各种状态和故障指示灯, 通过指示灯的明灭及数码管的显示状态, 为维修人员指示故障所在位置及类型。

软件报警指示:指的是系统软件、PLC程序与加工程序中的故障, 通常都设有报警显示, 依据显示的报警号对照相应的诊断说明手册便可获知可能的故障原因及故障排除方法。上述这两部分有诊断指示的故障加上各电气装置上的各类指示灯使得绝大多数电气故障的排除较为容易。只要维修人员熟悉并保管好详细的报警说明, 借助机床的自诊断功能, 可以较方便地查找故障。

3.2.3 功能程序测试诊断法

功能程序测试诊断法是将数控机床的常用功能和特殊功能用手工或自动编程的方法编成一个功能测试程序, 并存储在相应的介质上, 如纸带和磁带等。在故障诊断时运行这个程序, 可迅速地判明故障发生的可能起因。

4 结束语

当数控机床出现故障时, 如果有报警信号出现, 我们就可以根据报警信号的内容, 查找相应部件, 故障可以快速、顺利地排除;如果没有报警信号出现, 那么我们利用我们的知识和经验, 根据具体现象, 仔细地一路查下去, 故障也会得到解决。要做好数控机床的维修工作, 除了加强日常维护, 采取一定的保障措施外, 还要求我们维修人员具有丰富的理论知识和实践经验。

摘要：本文阐述了如何合理地使用数控机床, 提出了如何诊断数控机床常见故障, 供大家参考。

关键词：数控机床,故障诊断,排除

参考文献

[1]刘跃南.机床计算机数控及其应用[M].北京:机械工业出版社, 1999.

数控加工中的故障分析 篇10

床故障诊断中的应用也越来越广泛，它不仅实现了故障诊断的高效化，而且还有效地降低了维修难度。本文就PLC技术在数控机床故障诊断中的应用进行了介绍和分析，并提出了相应的故障诊断方法。

关键词：PLC 数控系统 故障诊断 功能

1 概述

PLC又称可编程控制器，是数控系统的重要组成之一，它实现了自身装置与数控系统的一体化，比起传统的可编程控制器更为高效便捷。PLC既是数控系统实现逻辑控制的重要通道，又是外部逻辑信号进行系统反馈的必经之路，在现代数控机床技术中发挥着十分重要的作用。PLC技术在数控机床故障诊断中极大地提升了系统的维修效率，节约了维修成本，对于做好故障维修工作而言意义重大。本文首先简要阐述了数控机床PLC的功能，然后列举了故障的表现方式，最后对数控机床PLC故障诊断的几种主要方法作了详细地介绍。

随着我国数字信息化程度的不断提高，数控机床技术作为企业进行技术改造的重要手段之一，被广泛地应用于国民经济的各个领域当中，极大地推动了我国社会经济的发展。与此同时，数控机床系统的自我诊断功能也越来越完善，它可以通过故障的报警信息显示机床在使用和操作过程中出现的故障。数控机床操作和维修人员可以根据系统发出的故障信号以及警报信息及时处理，以防止故障范围的进一步扩大，影响系统使用寿命。在数控机床系统中，系统的每一个操作指令都是由CNN发出的，系统各部分在接收到指令信息后会做出相应动作从而完成整个加工过程。而PLC技术根据数控机床的加工过程中系统各部分运动的先后次序，分析和对比系统的运行情况，最终判断故障所在位置，以便故障维修人员制定出相应的故障处理方案，从而顺利解决系统故障。对PLC技术而言，及时了解和掌握控制对象的基本信息以及工作原理是解决故障的关键，它通过对系统工作状态的判断进一步明确故障所在位置，对症下药，迅速排除故障，使系统恢复正常运行。本文中主要介绍和分析了PLC技术在数控机床故障诊断中的几种方法。

2 数控机床PLC的功能

2.1 操作面板的控制。数控机床操作面板是数控机床的重要组成部件之一，也是数控操作人员与系统进行交互联系的主要枢纽，它主要包括状态灯、显示装置以及手持单元等部分。数控机床的PLC功能包括对操作面板的控制，它借助控制面板的控制信号将数据信息传输至数控系统，从而实现了控制的目的。数控机床PLC对操作面板的控制主要包括M、S、T三种功能。其中，系统可以借助T功能对刀库进行管理，从而完成刀具的交换过程。

2.2 机床开关量信号控制。在对机床开关量信号进行控制时，PLC先对信号进行逻辑运算，再将运算结果传送给控制对象，从而实现控制目的，减轻系统操作负担。

2.3 输出信号控制。PLC通过控制输出信号实现了对系统主要装置的操作指示，系统的主要部件可以在输出信号的指令下完成一系列操作，从而极大地提高了系统的工作效率。

2.4 伺服控制。数控机床PLC控制功能还包括伺服控制，即通过控制伺服驱动单元的使能信号实现对刀库电动机以及伺服电机等的驱动，并设置了相应的控制指令。

2.5 报警处理控制。PLC接收机床电气柜、机床和伺服驱动单元的故障信号，设置报警标志区中的响应报警标志位。如果有故障，数控系统显示报警号及报警文本。

2.6 磁盘驱动装置控制。随着数控机床系统的不断更新换代，一些计算机软盘逐渐取代了传统的光电阅读机，并借助驱动装置对数控系统进行数据传输。

3 数控车床PLC的故障表现形式

3.1 根据数控系统的显示

一旦数控机床出现PLC故障，数控系统显示通常会表现出以下三种形式：①通过CNC报警可直接找到故障的原因。出现此种情况时，故障维修人员可以根据有关报警故障的提示进行分析判断，一般都能确定故障所在部位及原因。②CNC故障显示功能正常，但无法找出故障所在位置及原因。③系统存在故障，但数控系统无法正常显示。针对后两种情况，故障维修人员可以应用数控系统的自我诊断功能，借助梯形图来观察系统运行状态，最终找出故障。这种方法是最常见的数控系统显示故障诊断方法。

3.2 根据PLC输入/输出信号

与PLC有关的信号故障有两种：

①输入信号故障。一旦输出信号无法满足其输出条件，就容易出现输入信号故障，导致PLC运作失灵，影响系统指令的准确运行。为找出故障原因，故障维修人员一般会采用逐条分析实验的方式来进行，并根据梯形图进行信号传输分析，最终找出故障所在。

②输出信号故障。所谓输出信号故障就是指控制元件和执行元件发生故障，从而造成系统故障，影响系统信号的正常输出，严重时甚至会造成系统零部件的损坏，减少系统使用寿命。一般情况下，造成输出信号故障的原因主要为接触器接触不良、电磁阀堵塞以及传送件移位失灵等。

4 数控机床PLC故障诊断

在数控机床PLC故障诊断时，最常见的故障诊断方法有以下几种：

4.1 根据报警信号诊断故障。目前，大多数数控机床系统均具有较为完善的自我故障诊断功能，可以及时发出故障信号，提醒故障维修人员及时进行维修，并能显示出完整的故障信息，以作参考。

4.2 根据动作顺序诊断故障。由于在数控机床系统的运行过程中，机床的刀具以及托盘等重要部件都是按照一定的程序来运行的，因此一旦出现故障这些部件的运行程序也会发生相应的改变。系统维修人员可以将这些改变与正常状态进行比对即可发现故障所在。

4.3 根据控制对象的工作原理诊断故障。由于数控机床的PLC程序是根据控制对象的工作原理设计的，通过分析控制对象的工作原理，诊断故障时结合PLC的I/O状态是一种行之有效的方法。

4.4 根据PLC的I/O状态信息诊断故障。在日常工作中，数控机床系统一般通过PLC的输入/输出接口来实现数控机床的输入/输出信号的传输，因此PLC的I/O接口状态可以反映一些故障信息。在维修时，PLC技术有效地利用了数控机床系统的这一特性，通过查看PLC的I/O状态的方式及时判断系统状态，无需查看相关梯形图和电路图，极大地简化了故障诊断程序，从而减轻了维修人员的工作量。除此之外，数控机床PLC还可以根据系统的输入/输出状态列表来判断系统状态，确定故障所在部位，并选择合适的解决方案。这种故障诊断方法高效便捷，符合现代数控机床技术的发展需要，有效地节省了维修成本。

4.5 通过梯形图诊断故障。梯形图诊断法也是一种常用的数控机床故障诊断方法，它利用PLC的梯形图来分析和判断系统的隐形状态，找出故障部位，最终进行故障维修。这种故障诊断法通过对数控机床系统的工作原理以及运行程序进行分析，从而进一步明确了系统各部分间的内在联系，再利用系统的自我故障诊断功能及时查询梯形图中系统的输入/输出状态，确定系统的故障位置以及给出故障原因。

4.6 动态跟踪梯形图诊断故障。受系统内在配置情况的限制，不同数控机床系统的监控方式存在一定的差异，一些数控系统可利用自身的梯形图监控功能进行故障监控，而一些不具备梯形图监控功能的系统则要借助机外编辑器实现在线监控，这就影响了数控机床系统的故障诊断效率。此外，一些PLC在系统出现故障时，由于其故障发生较为突然，变化迅速，持续时间长，仅仅依靠梯形图诊断难以捕捉故障过程。这就要求PLC必须依靠动态跟踪来观察与捕捉故障部位的瞬时变化，以做出科学诊断，从而明确故障解决方案。

综上所述，在进行数控机床PLC故障诊断时，必须注意以下几个方面：①必须熟悉和了解数控机床系统各部分的结构特点，明确各开关装置的所在位置及功能，同时还要清楚检测开关的使用方式及作用，以免出现错误操作。②要掌握和熟悉PLC的各种条件标志，并能够通过梯形图分析和判断系统的运行状态，明确故障所在位置，并根据其故障位置的特点选择合适的解决方案，提高故障处理效率。③准确掌握各运行部位的先后顺序，并熟记其相应的PLC输出与输入信号标志，准确判断系统运行情况。

除此之外，故障维修人员还要注意做好故障维修记录，并妥善保管故障维修资料，以便及时查找和翻阅，从而提升故障维修效率和质量。当然，故障诊断的方法不是单一的，有时要综合运用几种方法进行诊断，以便得到正确的诊断结果。

参考文献：

[1]韩全立，刘嫒嫒.PLC在数控机床故障诊断中的应用[J].制造业自动化，2010（08）.

[2]曹庆泽.PLC技术及其在数控机床中的应用[J].科技传播，2012（20）.

[3]夏庆观.数控机床故障诊断与维修[M].高等教育出版社，2010.

[4]郑晓风，陈少艾.数控机床及其使用和维修[M].机械工业出版社，2012.

[5]陶忠耀.浅谈数控机床故障诊断过程中PLC的应用[J].机电产品开发与创新，2012（03）.

数控加工中的故障分析 篇11

加工中心生命周期过程一般呈现出“浴盆曲线”,如图1 所示［1］,包括早期故障期、偶然故障期和耗损故障期,由于加工中心时段1 多为3 个月到半年［2］,时间较短,给数据获取带来了一定的难度,所以加工中心的可靠性研究多侧重于时段2,而时段1 的相关研究较少。但是早期故障的分析,有助于提高加工中心早期可靠性,对于减少加工中心早期故障危害有指导作用和实际意义。

现采集了26 台试生产3 个月的加工中心故障数据时段1: 从2012 年9 月1 日到2012 年12 月1 日。时段2: 从2013 年9 月1 日到2013 年12 月1 日,针对这两组不同阶段的故障数据,采用故障模式、影响及危害度分析方法( FMECA) ,对比加工中心时段1 及时段2 的故障危害度及故障原因,便于企业针对不同故障期制定合适的维修策略,对于提高生产效率、降低维护成本有很大的意义。

1 系统划分

采用FMECA方法对加工中心的故障模式进行分析,首先,需要建立合适的系统［3］。通过功能的不同,把加工中心划分为电气系统、检测系统、防护系统、控制系统、切削系统、清滤系统、伺服传动系统、物流系统、液压气动系统和装夹系统等10 大系统,各个系统采集的时段1 和时段2 的故障数据如表1 所示。

从表1 可以看出,加工中心在时段1 运行中共发生了80 次故障,时段2 共发生了14 次故障。可见,早期的故障频率明显高于偶然故障期的故障频率,这主要原因是由于加工中心的装配精度不高,设计中存在某些缺陷造成的。液压气动系统是故障次数相差最为悬殊的一个系统,在试生产3 个月间,共发生了17 次故障,而在1 年后正式生产的3 个月时间中,1 次故障都没有发生,通过分析液压系统早期故障的原因可以看出,设计中选择的皮带强度不够,多次发生皮带断裂的问题,之后,在生产中采用了强度更高的齿形带,有效地避免了此类问题的发生。

2 故障部位分析

把加工中心分为不同的系统可以有效地从宏观上分析不同的功能系统之间的故障频率及原因,同时,进一步分析各个生产部件的故障次数,对于采用合适的维修策略及判断外购件品质都有着至关重要的作用［4］,时段1 及时段2 的高故障频率的故障部件分布如图2,图3 所示。

由图2,图3 可以看出,两个不同时期时,产生故障的主要零部件完全不相同。在时段1 时,加工中心的故障部件主要为管路、刀柄、刀具以及防护门等,而在时段2 主要发生故障的是光栅尺、防护门和电气线路等。由此得出,早期故障时的管路,刀柄,刀具问题是加工中心初期设计缺陷,在之后的生产中,已经改良了这些缺陷［5］。防护门故障是仅有的一个既发生于早期故障期,也发生在偶然故障期的故障,在以后的维修生产中,应该对本部件的问题做着重处理。光栅尺是偶然故障期产生故障最多的部件,而在早期故障期中并没有发生故障,这是由于光栅尺是损耗件,铁屑覆盖会导致失灵,所以会在时段2 中表现得尤为突出。

3 故障原因分析

故障原因分析为加工中心的可靠性提高提供了借鉴作用,通过分析故障原因,能够找到故障的根本问题,从本质上控制故障的发生。故障原因的分析方法为以下2 种:1) 从加工中心发生的故障形式,找出故障的直接原因;2) 从外部因素方面找产品发生故障模式的间接原因。加工中心的主要故障原因如图4、图5 所示。

由图4、图5 得出,时段1 的故障原因主要表现为CNC参数错,断裂,零部件损坏等,这主要是由加工中心刚运行的软件设定不完善及机械设计强度校核不充分导致的。加工中心进入时段2 的故障原因主要是元器件损坏、零部件损坏、调整不当等,这是由于加工中心运行一段时间后,达到了电子元器件和机械零部件的使用寿命,同时,一些气缸等部件失调造成的。对不同故障期的主要故障原因进行充分的分析及了解,有利于进行提高加工中心可靠性工作。

4 两重分段威布尔分布参数确定

对加工中心各系统进行了可靠性故障原因分析之后,为了进一步得出各故障的危害度的大小,还需对故障进行故障模式及危害度分析。

部件i以故障模式j发生故障致使该零部件发生故障的危害性CRij,其计算公式为:

部件i对系统的危害度为:

将式( 1) 代入式( 2) 得:

其中: n为零件i出现故障模式种类数; αij为部件i以故障模式j而引起的该零件发生故障的故障模式概率; n为部件i第j种故障模式出现的次数; ni为部件i全部故障模式发生的总次数; βij为部件i以故障模式j发生故障造成该部件损伤的概率( 国际草案将此称为丧失功能的条件概率,其值如下: βij= 1 表示该件肯定发生损伤,βij=0. 5 表示该件可能发生损伤,βij= 0. 1 表示该件很少发生损伤,βij= 0 表示该件无影响) ; λi为部件i的基本故障率,是通过现场故障数据计算的平均故障率;i; Ni为部件i在规定时间内的故障总次数; ∑t为部件i在规定时间内的累积工作时间。由于篇幅有限,表3、表4 是时段1 和时段2 的电气系统的FMECA分析表［6］。

通过FMECA分析表能够直观地分析出哪种故障对生产的危害度最大。由表3 得出,时段1 时的编码器危害度大于其他2 项,是加工中心在时段1 时最应该加以防护的危害。在时段2 时,光栅尺危害度达到了20. 8,是整个系统中危害度最大的一项,而且都是因为光栅尺损坏造成的,在日常维修工作中还需改善光栅尺选型及定期清理等相关工作。从时段1 和时段2 的FMECA分析表中得出,2个故障器的电气系统常见故障危害度并不相同,这是因为加工中心在不同的时间段里会表现出不同的故障,所以,对加工中心不同故障时期的研究是有着重要的现实意义及实用价值的。

5 结语

以2 年来采集的26 台加工中心的故障数据为基础,分析了早期故障期和偶然故障期的数据,得出不同故障期的故障分布部件、故障原因,并且利用FMECA方法分析了电气系统的故障危害度,对加工中心的可靠性提高有着重要的意义［7］,并且得出以下结论:

1) 加工中心早期故障发生频率明显高于偶然故障期,这与浴盆曲线的趋势相符合。早期故障期与偶然故障期的故障多发部件不相同,早期故障多发于机械部件,偶然故障期时,故障多发于电子部件,需要根据不同的故障期,制定合适的可靠性维修策略。

2) 导致早期的故障原因是CNC参数错、齿形带断裂、零部件损坏等,故障原因相比于偶然故障期更加多样化。偶然故障期的故障原因多为部件老化,使用时的性能漂移造成的。