数控机床故障诊断与维护§1绪论§1.1数控机床的组成§1.2数控机床故障诊断的意义§1.3数控机床故障诊断的内容与故障分类§1.4数控系统的诊断技术思考与练习题数控机床是采用了数控技术的机床，即它是用数字信号控制机床运动及其加工过程的。数控机床综合应用了计算机、自动控制、精密测量、现代机械制造和数据通信等多种技术，是机械加工领域中典型的机电一体化产品，适于多品种、中小批量的复杂零件的加工，并能实现机械加工的高速度、高精度和高度自动化，代表了机床发展的方向。数控机床，即NC（NumericalControl）机床主要由数控装置、伺服驱动装置、测量反馈装置和机床本体等4大部分，再加上程序的输入/输出设备、可编程控制器（PLC或称PMC）等部分组成，如图1.1所示。图1.1数控机床的组成图1.数控装置数控装置是数控系统的核心，是由硬件和软件两大部分组成。它接受从机床输入装置（键盘、RS232通信口、软磁盘、硬磁盘、纸带阅读机、磁带机等）输入的控制信号代码，经过输入、缓存、译码、寄存、运算、存储等转变成控制指令实现直接或通过可编程逻辑控制器（PLC）对伺服驱动系统的控制，控制信号的传递路径如图1.2所示。图1.2控制信号的传递路径2.伺服驱动装置伺服驱动装置是数控装置与机床主机之间的连接环节，它接受数控装置插补生成的进给脉冲信号，经过放大驱动机床主机的执行机构，实现机床运动。—执行机构伺服驱动装置包括主轴驱动单元（控制主轴速度）、进给驱动单元（进给系统的速度控制和位置控制）、主轴电机和进给电机等。目前常用的有直流伺服电机和交流伺服电机，且交流伺服电机正逐渐取代直流伺服电机。3.测量反馈装置测量反馈装置是通过现代化的测量元件（脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、光栅尺、磁尺和激光等），将执行元件（如电机）或工作台等的速度和位移检测出来，经过相应的电路将所测得信号反馈回数控装置，构成半闭环或闭环系统，补偿执行机构的运动误差，以达到提高运动精度的目的。4.机床本体机床本体就是数控机床的机械结构件，包括床身、箱体、立柱、导轨、工作台、主轴、进给机构、刀具交换机构等。此外，为保证数控机床功能的充分发挥，还有一些辅助系统，如冷却、润滑、液压（或气动）、排屑、防护等系统。§1.2数控机床故障诊断的意义我们现有的维修状况和水平，与国外进口设备的设计与制造技术水平还存在很大的差距。造成差距的原因在于：维修技术人员机电综合素质不高，缺乏数字测试分析手段，数控机床故障诊断与维修的综合判断能力和测试分析技术有待提高等。二、数控机床维修的技术指标1.平均无故障工作时间（MTBF）（MeanTimeBetweenFailure）平均无故障工作时间是指设备在一个比较长的使用过程中，两次故障间隔的平均时间。—————越长越好2.平均修复时间（MTTR）（MeanTimeToRepair）平均修复时间是指从开始排除故障直到数控设备能正常使用所需要的时间。————越短越好3.平均有效度（A）是衡量数控机床的可靠性和可维修性的指标。平均有效度是指可维修的设备在某一段时间内维持其性能的概率（<1的正数）。数控机床故障的平均修复时间越短，则A就越接近1，那么数控机床的使用性能就越好。4.平均故障率（AFR）FANUC公司常用指标。70年代：0.1次/月；90年代：0.01次/月5.CNC机床的利用率要求有60%~70%的开动率。受可靠性、人员素质和维修管理的影响。§1.3数控机床故障诊断的内容与故障分类2.系统故障诊断技术是在系统运行中或基本不拆卸的情况下，即可掌握系统现行状态的信息，查明产生故障的部位和原因，或预知系统的异常和故障的动向，采取必要的措施和对策的技术。3.故障诊断在数控机床运行中，根据设备的故障现象，在掌握数控系统各部分工作原理的前提下，对现行的状态进行分析，并辅以必要检测手段，查明故障的部位和原因，提出有效的维修对策。4.故障诊断的主要对象机械故障——机床本体故障电气故障——主要是使用不当引起的故障。使用不当：57%；电气：37.5%；NC系统：5.5%。二、故障的分类1.从故障的起因分类关联性故障——和系统的设计、结构或性能等缺陷有关而造成（分固有性和随机性）。非关联性故障——和系统本身结构与制造无关的故障。2.从故障的时间分类随机故障——发生时间是随机的。有规则故障——发生是指有一定的规律性。故障频率曲线表征着数控设备的使用寿命3.从故障的发生状态分类突然故障——发生前无故障征兆，使用不当。渐变故障——发生前有故障征兆，逐渐严重。4.按故障的影响程度分类完全失效——出现故障后不能再进行正常加工，只有等到故障排除后，才能恢复正常工作的情况。部分失效