液压系统的修理维护

一个液压系统的好坏不仅取决于系统设计的合理性和系统元件性能的的优劣，还因系统的污染防护和处理，系统的污染直接影响液压系统工作的可靠性和元件的使用寿命，据统计，国内外的的液压系统故障大约有70%是由于污染引起的。 油液污染对系统的危害主要如下：

1）元件的污染磨损

油液中各种污染物引起元件各种形式的磨损，固体颗粒进入运动副间隙中，对零件表面产生切削磨损或是疲劳磨损。高速液流中的固体颗粒对元件的表面冲击引起冲蚀磨损。油液中的水和油液氧化变质的生成物对元件产生腐蚀作用。此外，系统的油液中的空气引起气蚀，导致元件表面剥蚀和破坏。

2）元件堵塞与卡紧故障

固体颗粒堵塞液压阀的间隙和孔口，引起阀芯阻塞和卡紧，影响工作性能，甚至导致严重的事故。

3）加速油液性能的劣化

油液中的水和空气以其热能是油液氧化的主要条件，而油液中的金属微粒对油液的氧化起重要催化作用，此外，油液中的水和悬浮气泡显著降低了运动副间油膜的强度，使润滑性能降低。

一、污染物的种类

污染物是液压系统油液中对系统起危害作用的的物质，它在油液中以不同的形态形式存在，根据其物理形态可分成：固态污染物、液态污染物、气态污染物。

固态污染物可分成硬质污染物，有：金刚石、切削、硅沙、灰尘、磨损金属和金属氧化物；软质污染物有：添加剂、水的凝聚物、油料的分解物与聚合物和维修时带入的棉丝、纤维。

液态污染物通常是不符合系统要求的切槽油液、水、涂料和氯及其卤化物等，通常我们难以去掉，所以在选择液压油时要选择符合系统标准的液压油，避免一些不必要的故障。

气态污染物主要是混入系统中的空气。

这些颗粒常常是如此的细小，以至于不能沉淀下来而悬浮于油液之中，最后被挤到各种阀的间隙之中，对一个可靠的液压系统来说，这些间隙的对实现有限控制、重要性和准确性是极为重要的。

二、污染物的来源：

系统油液中污染物的来源途径主要有以下几个方面：

1）外部侵入的污染物：外部侵入污染物主要是大气中的沙砾或尘埃，通常通过油箱气孔，油缸的封轴，泵和马达等轴侵入系统的。主要是使用环境的影响。

2）内部污染物：元件在加工时、装配、调试、包装、储存、运输和安装等环节中残留的污染物，当然这些过程是无法避免的，但是可以降到最低，有些特种元件在装配和调试时需要在洁净室或洁净台的环境中进行。3）液压系统产生的污染物：系统在运作过程当中由于元件的磨损而产生的颗粒，铸件上脱落下来的砂粒，泵、阀和接头上脱落下来的金属颗粒，管道内锈蚀剥落物以其油液氧化和分解产生的颗粒与胶状物，更为严重的是系统管道在正式投入作业之前没有经过冲洗而有的大量杂质。 液压传动系统由于其独特的优点，即具有广泛的工艺适应性、优良的控制性能和较低廉的成本，在各个领域中获得愈来愈广泛的应用。但由于客观上元件、辅件质量不稳定和主观上使用、维护不当，且系统中各元件和工作液体都是在封闭油路内工作，不象机械设备那样直观，也不象电气设备那样可利用各种检测仪器方便地测量各种参数,液压设备中，仅靠有限几个压力表、流量计等来指示系统某些部位的工作参数，其他参数难以测量，而且一般故障根源有许多种可能，这给液压系统故障诊断带来一定困难。

在生产现场，由于受生产计划和技术条件的制约，要求故障诊断人员准确、简便和高效地诊断出液压设备的故障；要求维修人员利用现有的信息和现场的技术条件，尽可能减少拆装工作量，节省维修工时和费用，用最简便的技术手段，在尽可能短的时间内，准确地找出故障部位和发生故障的原因并加以修理，使系统恢复正常运行，并力求今后不再发生同样故障。

液压系统故障诊断的一般原则

正确分析故障是排除故障的前提，系统故障大部分并非突然发生，发生前总有预兆，当预兆发展到一定程度即产生故障。引起故障的原因是多种多样的，并无固定规律可寻。统计表明，液压系统发生的故障约90%是由于使用管理不善所致为了快速、准确、方便地诊断故障，必须充分认识液压故障的特征和规律，这是故障诊断的基础。

以下原则在故障诊断中值得遵循：

（1）首先判明液压系统的工作条件和外围环境是否正常需首先搞清是设备机械部分或电器控制部分故障，还是液压系统本身的故障，同时查清液压系统的各种条件是否符合正常运行的要求。

（2）区域判断根据故障现象和特征确定与该故障有关的区域，逐步缩小发生故障的范围，检测此区域内的元件情况，分析发生原因，最终找出故障的具体所在。

（3）掌握故障种类进行综合分析根据故障最终的现象，逐步深入找出多种直接的或间接的可能原因，为避免盲目性，必须根据系统基本原理，进行综合分析、逻辑判断，减少怀疑对象逐步逼近,最终找出故障部位。

（4）验证可能故障原因时，一般从最可能的故障原因或最易检验的地方开始，这样可减少装拆工作量，提高诊断速度。

（5）故障诊断是建立在运行记录及某些系统参数基础之上的。建立系统运行记录，这是预防、发现和处理故障的科学依据；建立设备运行故障分析表，它是使用经验的高度概括总结，有助于对故障现象迅速做出判断；具备一定检测手段，可对故障做出准确的定量分析。

2、故障诊断方法

日常查找液压系统故障的传统方法是逻辑分析逐步逼近断。

基本思路是综合分析、条件判断。即维修人员通过观察、听、触摸和简单的测试以及对液压系统的理解，凭经验来判断故障发生的原因。当液压系统出现故障时，故障根源有许多种可能。采用逻辑代数方法，将可能故障原因列表，然后根据先易后难原则逐一进行逻辑判断，逐项逼近，最终找出故障原因和引起故障的具体条件。

故障诊断过程中要求维修人员具有液压系统基础知识和较强的分析能力，方可保证诊断的效率和准确性。但诊断过程较繁琐，须经过大量的检查，验证工作，而且只能是定性地分析，诊断的故障原因不够准确。为减少系统故障检测的盲目性和经验性以及拆装工作量，传统的故障诊断方法已远不能满足现代液压系统的要求。随着液压系统向大型化、连续生产、自动控制方向发展，又出现了多种现代故障诊断方法。如铁谱技断，可从油液中分离出来的各种磨粒的数量、形状、尺寸、成分以及分布规律等情况，及时、准确地判断出系统中元件的磨损部位、形式、程度等。而且可对液压油进行定量的污染分析和评价，做到在线检测和故障预防。

基于人工智能的专家诊断系断，它通过计算机模仿在某一领域内有经验专家解决问题的方法。将故障现象通过人机接口输入计算机，计算机根据输入的现象以及知识库中的知识，可推算出引起故障的原因，然后通过人机接口输出该原因，并提出维修方案或预防措施。这些方法给液压系统故障诊断带来广阔的前景，给液压系统故障诊断自动化奠定了基础。但这些方法大都需要昂贵的检测设备和复杂的传感控制系统和计算机处理系统，有些方法研究起来有一定困难，一般情况下不适应于现场推广使用。下面介绍一种简单、实用的液压系统故障诊断方法。

基于参数测量的故障诊断系统

一个液压系统工作是否正常，关键取决于两个主要工作参数即压力和流量是否处于正常的工作状态，以及系统温度和执行器速度等参数的正常与否。液压系统的故障现象是各种各样的，故障原因也是多种因素的综合。同一因素可能造成不同的故障现象，而同一故障又可能对应着多种不同原因。例如：油液的污染可能造成液压系统压力、流量或方向等各方面的故障，这给液压系统故障诊断带来极大困难。

参数测量法诊断故障的思路是这样的，任何液压系统工作正常时，系统参数都工作在设计和设定值附近，工作中如果这些参数偏离了预定值，则系统就会出现故障或有可能出现故障。即液压系统产生故障的实质就是系统工作参数的异常变化。因此当液压系统发生故障时，必然是系统中某个元件或某些元件有故障，进一步可断定回路中某一点或某几点的参数已偏离了预定值。这说明如果液压回路中某点的工作参数不正常，则系统已发生了故障或可能发生了故障，需维修人员马上进行处理。这样在参数测量的基础上，再结合逻辑分析法，即可快速、准确地找出故障所在。参数测量法不仅可以诊断系统故障，而且还能预报可能发生的故障，并且这种预报和诊断都是定量的，大大提高了诊断的速度和准确性。这种检测为直接测量，检测速度快，误差小，检测设备简单，便于在生产现场推广使用。适合于任何液压系统的检测。测量时，既不需停机，又不损坏液压系统，几乎可以对系统中任何部位进行检测，不但可诊断已有故障，而且可进行在线监测、预报潜在故障。

参数测量法原理

只要测得液压系统回路中所需任意点处工作参数，将其与系统工作的正常值相比较，即可判断出系统工作参数是否正常，是否发生了故障以及故障的所在部位。

液压系统中的工作参数，如压力、流量、温度等都是非电物理量，用通用仪器采用间接测量法测量时，首先需利用物理效应将这些非电量转换成电量，然后经放大、转换和显示等处理，被测参数则可用转换后的电信号代表并显示。由此可判断液压系统是否有故障。但这种间接测量方法需各种传感器，检测装置较复杂，测量结果误差大、不直观，不便于现场推广使用。

通过多年的教学和生产实践，设计出一种简单、实用的液压系统故障检测回路。检测回路通常和被检测系统并联连接，此连接需在被测点设置的双球阀三通接头，它主要用于对系统进行不拆卸检测。它对液压系统所需点的各种参数进行直接的快速检测，不需任何传感器，它可同时检测系统中的压力、流量和温度三个参数，而执行器的速度和转速则可通过测量出口流量的方法计算得到。例如：只要在泵出口及执行器进、出口安装双球阀三通，则通过测量1、2、3三点的压力、流量及温度值，则可立刻诊断出故障所在的大致部位（泵源、控制传动部分或执行器部分）。增加参数检测点，则可缩小故障发生区域。

系统正常工作时，阀门1开启，2关闭，检测口罩上防尘罩，以防污染。检测时，只要将检测回路与检测口接通，即旋紧活接头螺纹并打开阀门2。通过调节阀门1和溢流阀7即可方便地测出压力、流量、温度、速度等参数。但要求系统配管时，将双球阀三通在需检测系统参数的部位当作接管或弯管接头来配置。

1,2截止球阀3,8软管4压力表5流量计

6温度计7溢流阀9过滤器

参数测量方法

第1步：测压力，首先将检测回路的软管接头与双球阀三通螺纹接口旋紧接通。打开球阀2，关死溢流阀3，切断回油通道，这时从压力表上可直接读出所测点的压力值（为系统的实际工作压力）。

第2步：测流量和温度——慢慢松开溢流阀7手柄，再关闭球阀1。重新调整溢流阀7，使压力表4读数为所测压力值，此时流量计5读数即为所测点的实际流量值。同时温度计6上可显示出油液温度值。

第3步：测转速（速度）——不论泵、马达或缸其转速或速度仅取决于两个因素，即流量和它本身的几何尺寸（排量或面积），所以只要测出马达或缸的输出流量（对泵为输入流量），除以其排量或面积即得到转速或速度值。

22参数测量法实例

此系统在调试中出现以下现象：泵能工作，但供给合模缸和注射缸的高压泵压力上不去（压力调至80Mpa左右，再无法调高），泵有轻微的异常机械噪声，水冷系统工作，油温、油位均正常，有回油。

从回路分析故障有以下可能原因：

（1）溢流阀故障。可能原因：调整不正确，弹簧屈服，阻尼孔堵塞，滑阀卡住。

（2）电液换向阀或电液比例阀故障。可能原因：复位弹簧折断，控制压力不够，滑阀卡住，比例阀控制部分故障。

（3）液压泵故障。可能原因：泵转速过低，叶片泵定子异常磨损，密封件损坏，泵吸入口进入大量空气，过滤器严重堵塞。

故障诊断方法：

（1）应用传统的逻辑分析逐步逼近法。需对以上所有可能原因逐一进行分析判断和检验，最终找出故障原因和引起故障的具体元件。此法诊断过程繁琐，须进行大量的装拆、验证工作，效率低，工期长，并且只能是定性分析，诊断不够准确。

（2）应用基于参数测量的故障诊断系统。只需在系统配管时，在泵的出口a、换向阀前b及缸的入口c三点设置双球阀三通，则利用故障诊断检测回路，在几秒钟内即可将系统故障限制在某区域内并根据所测参数值诊断出故障所在。检测过程如下：

（a）将故障诊断回路与检测口a接通，打开球阀2并旋松溢流阀7，再关死球阀1，这时调节溢流阀7即可从压力表4上观察泵的工作压力变化情况，看其是否能超过80Mpa并上升至所需高压值。若不能则说明是泵本身故障，若能说明不是泵故障，则应继续检测。

（b）若泵无故障，则利用故障诊断回路检测b点压力变化情况。若b点工作压力能超过80Mpa并上升至所需高压值，则说明系统主溢流阀工作正常，需继续检测。

若溢流阀无故障，则通过检测c点压力变化情况即可判断出是否换向阀或比例阀故障。

通过检测最终故障原因是叶片泵内漏严重所引起。拆卸泵后方知，叶片泵定子由于滑润不良造成异常磨损，引起内漏增大，使系统压力提不高，进一步发现是由于水冷系统的水漏入油中造成油乳化而失去润滑作用引起的。

3、结论

参数测量法是一种实用、新型的液压系统故障诊断方法，它与逻辑分析法相结合，大大提高了故障诊断的快速性和准确性。首先这种测量是定量的，这就避免了个人诊断的盲目性和经验性，诊断结果符合实际。其次故障诊断速度快，经过几秒到几十秒即可测得系统的准确参数，再经维修人员简单的分析判断即得到诊断结果。再者此法较传统故障诊断法降低系统装拆工作量一半以上。

此故障诊断检测回路具有以下功能：

（1）能直接测量并直观显示液流流量、压力和温度，并能间接测量泵、马达转速。

（2）可以利用溢流阀对系统中被测部分进行模拟加载，调压方便、准确；为保证所测流量准确性，可从温度表直接观察测试温差（应小于±3℃）。

（3）适应于任何液压系统，且某些系统参数可实现不停车检测。

（4）结构轻便简单，工作可靠，成本低廉，操作简便。

这种检测回路将加载装置和简单的检测仪器结合在一起，可做成便携式检测仪，测量快速、方便、准确，适于在现场推广使用。它为检测、预报和故障诊断自动化打下基础。 一个系统在正式投入之前一般都要经过冲洗，冲洗的目的就是要清除残留在系统内的污染物、金属屑、纤维化合物、铁心等，在最初两小时工作中，即使没有完全损坏系统，也会引起一系列故障。所以应该按下列步骤来清洗系统油路：

1）用一种易干的清洁溶剂清洗油箱，再用经过过滤的空气清除溶剂残渣。

2）清洗系统全部管路，某些情况下需要把管路和接头进行浸渍。

3）在管路中装油滤，以保护阀的供油管路和压力管路。

4）在集流器上装一块冲洗板以代替精密阀，如电液伺服阀等。

5）检查所有管路尺寸是否合适，连接是否正确。

要是系统中使用到电液伺服阀，我不妨多说两句，伺服阀得冲洗板要使油液能从供油管路流向集流器，并直接返回油箱，这样可以让油液反复流通，以冲洗系统，让油滤滤掉固体颗粒，冲洗过程中，没隔1～2小时要检查一下油滤，以防油滤被污染物堵塞，此时旁路不要打开，若是发现油滤开始堵塞就马上换油滤。

冲洗的周期由系统的构造和系统污染程度来决定，若过滤介质的试样没有或是很少外来污染物，则装上新的油滤，卸下冲洗板，装上阀工作！

有计划的维护：建立系统定期维护制度，对液压系统较好的维护保养建议如下：

1）至多500小时或是三个月就要检查和更换油液。

2）定期冲洗油泵的进口油滤。

3）检查液压油被酸化或其他污染物污染情况，液压油的气味可以大致鉴别是否变质。

4）修护好系统中的泄漏。

5）确保没有外来颗粒从油箱的通气盖、油滤的塞座、回油管路的密封垫圈以及油箱其他开口处进入油箱。

加工中心是从数控铣床发展而来的。与数控铣床的最大区别在于加工中心具有自动交换加工刀具的能力，通过在刀库上安装不同用途的刀具，可在一次装夹中通过自动换刀装置改变主轴上的加工刀具，实现多种加工功能。

机械主轴常见故障的维修处理措施：

1、主轴发热、旋转精度下降问题

故障发生的现象：加工出来的工件孔精度偏低，圆柱度很差，主轴发热很快，加工噪声很大。

故障原因分析：经过对机床主轴长期观察可以确定，机床主轴的定心锥孔在多次换刀过程中受到损伤，主要损伤原因是使用过程中换刀的拔、插到失误，损伤了主轴定心孔的锥面，维修机械主轴认准机械，专业品质保障，仔细分析后发现主轴部件的故障原因有四点：

（1）主轴轴承的润滑脂不合要求，混有粉尘杂质和水分，这些杂质主要来源于该加工中心用的没有经过精馏和干燥的压缩空气，在气动清屑时，粉尘和水气进入到主轴轴承的润滑脂内，导致主轴轴承润滑不好，产生大量热河噪声；

（2）主轴内用于定位刀具的锥形孔定位面上有损伤，导致主轴的锥面和刀柄的锥面不能完美配合，加工的孔出现微量偏心；

（3）主轴的前轴承预紧力下降，导致轴承的游隙变大；

（4）主轴内部的自动夹紧装置的弹簧疲劳失效，刀具不能完整拉紧，偏离了原本位置。

针对以上原因，故障处理措施：

（1）更换主轴的前端轴承，使用合格的润滑脂，并调整轴承游隙；

（2）将主轴内锥形孔定位面研磨合格，用涂色法检测保证与刀柄的接触面不低于90%；

（3）更换夹紧装置的弹簧，调整轴承的预紧力。

除此之外，在操作过程中要经常检查主轴的轴孔、刀柄的清洁和配合状况，要增加空气精滤和干燥装置，要合理安排加工工艺，不可使机器超负荷工作。

2、加工中心的主轴部件的拉杆钢球损坏问题

故障发生的现象：主轴内刀具自动夹紧机构的拉杆钢球经常损坏，刀具的刀柄尾部锥面也经常损坏。

故障原因分析：经研究发现，主轴松刀动作与机械手拔刀动作不协调，具体原因是限位开关安装在增压气缸的尾部，在气缸的活塞动作到位时，增压缸的活塞不能及时到位，导致在夹紧结构的机械手还未完全松开时就进行了暴力拔刀，严重损坏了拉杆钢球和拉紧螺钉。

故障处理措施：对油缸和气缸进行清洗，更换密封环，调整压强，使两者动作协调一致，同时定期对气液增压缸进行检查，及时消除安全隐患。

3、主轴部件的定位键损坏问题

故障发生的现象：换刀声音较大，主轴前端拨动刀柄旋转的定位键发生局部变形。

故障原因分析：经过研究发现，换刀过程中的巨大声响发生在机械手插刀阶段，原因是主轴准停位置有误差问题以及主轴换刀的参考点发生漂移问题。加工中心通常采用霍尔元件进行定向检测，霍尔元件的固定螺钉在长时间使用后出现了松动，导致机械手插刀时刀柄的键槽没有对准主轴上的定位键，故而会撞坏定位键；机械主轴维修认准，而主轴换刀的参考点发生漂移可能是CNC系统的电路板发生接触不良、电气参数变化、接近开关固定松动等，参考点漂移导致刀柄插入到主轴锥孔时，锥面直接撞击定心锥孔，产生异响。

故障处理措施：调整霍尔元件的安装位置，并加防松胶紧固，同时调整换刀参考点，更换主轴前端的定位键。除此之外，在加工中心使用过程中要定期检查主轴准停位置和主轴换刀参考点的位置变化，发生异常现象要及时检查。

机械主轴的保养：

降低轴承的工作温度，经常采用的办法是润滑油。润滑方式有，油气润滑方式、油液循环润滑两种。在使用这两种方式时要注意以下几点：

1、在采用油液循环润滑时，要保证主轴恒温油箱的油量足够充分。

2、油气润滑方式刚好和油液循环润滑相反，它只要填充轴承空间容量的百分之十时即可。

循环式润滑的优点是，在满足润滑的情况下，能够减少摩擦发热，而且能够把主轴组件的一部分热量给以吸收。

对于主轴的润滑同样有两种放式：油雾润滑方式和喷注润滑方式。主轴部件的冷却主要是以减少轴承发热，有效控制热源为主。

主轴部件的密封则不仅要防止灰尘、屑末和切削液进入主轴部件，还要防止润滑油的泄漏。主轴部件的密封有接触式和非接触式密封。对于采用油毡圈和耐油橡胶密封圈的接触式密封，要注意检查其老化和破损；对于非接触式密封，为了防止泄漏，重要的是保证回油能够尽快排掉，要保证回油孔的通畅。良好的润滑效果，可以降低轴承的工作温度和延长使用寿命；为此，在操作使用中要注意到：低速时，采用油脂、油液循环润滑；高速时采用油雾、油气润滑方式。但是，在采用油脂润滑时，主轴轴承的封入量通常为轴承空间容积的10％，切忌随意填满，因为油脂过多，会加剧主轴发热。对于油液循环润滑，在操作使用中要做到每天检查主轴润滑恒温油箱，看油量是否充足，如果油量不够，则应及时添加润滑油；同时要注意检查润滑油温度范围是否合适。

机械主轴的特点就是三高一低（即：高速度、高精度、高效率、低噪音）。

1、高速度：机械主轴CNC雕铣机选用精密及高速的配对轴承，弹性/刚性预紧结构，可以达到较高的转速，可以让刀具达到最佳的切削效果。

2、高速度：7：24锥孔针对安装甚而的径向跳动可以确保小于0005mm。因为高精度的加上高精度的零件制造就可以确保了。

3、高效率：可以利用连续微高来改变速度，使得在加工过程中可以随时控制切削速度，这样就可以达到高加工效率。

4、低噪音：平衡测试表明：凡是达到了G1/G04(ISO1940-1等级的，主轴在高速运转时，具有噪音小的特点。

数控加工中心是由机械设备与数控系统组成的适用于加工复杂零件的高效率自动化机床。数控加工中心是目前世界上产量最高、应用最广泛的数控机床之一。它的综合加工能力较强，工件一次装夹后能完成较多的加工内容，加工精度较高，就中等加工难度的批量工件，其效率是普通设备的5～10倍，特别是它能完成许多普通设备不能完成的加工，对形状较复杂，精度要求高的单件加工或中小批量多品种生产更为适用。它把铣削、镗削、钻削、攻螺纹和切削螺纹等功能集中在一台设备上，使其具有多种工艺手段。加工中心按照主轴加工时的空间位置分类有：卧式和立式加工中心。按工艺用途分类有：镗铣加工中心，复合加工中心。按功能特殊分类有：单工作台、双工作台和多工作台加工中心。单轴、双轴、三轴及可换主轴箱的加工中心等。

数控机床运行原理与数控机床维修探讨

　数控机床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电动机及拖动、动控制、检测等技术为一体的自动化设备。下面随我来认识下数控机床运行原理与数控机床维修知识吧。

　11 控制介质

　数控机床工作时，不用人去直接操作机床，但又要执行人的意图，这就必须在任何数控机床之间建立某种联系，这种联系的中间媒介物称之为控制介质。在普通机床上加工零件时，由工人按图样和工艺要求进行加工。在数控机床加工时，控制介质是存储数控加工所需要的全部动作和刀具相对于工件位置等信息的信息载体，它记载着零件的加工工序。数控机床中，常用的控制介质有穿孔纸带、穿孔卡片、磁带和磁盘或其他可存储代码的载体，至于采用哪一种，则取决于数控装置的类型。早期时，使用的是8单位(8孔)穿孔纸带，并规定了标准信息代码ISO(国际标准化组织制定)和EIA(美国电子工业协会制定)两种代码。

　12 数控装置

　数控装置是数控机床的核心。其功能是接受输入装置输入的数控程序中的加工信息，经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理后，发出相应的脉冲送给伺服系统，使伺服系统带动机床的各个运动部件按数控程序预定要求动作。一般由输入输出装置、控制器、运算器、各种接口电路、CRT显示器等硬件以及相应的软件组成。数控装置作为数控机床“指挥系统”，能完成信息的输入、存储、变换、插补运算以及实现各种控制功能。

　13 伺服系统

　机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统，它根据数控装置发来的速度和位移指令控制执行部件的进给速度、方向和位移量。每个进给运动的执行部件都配有一套伺服系统。伺服系统的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换为机床移动部件的运动，它相当于手工操作人员的手，使工作台(或溜板)精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动，最后加工出符合图样要求的零件。

　14 反馈装置

　反馈装置是闭环(半闭环)数控机床的检测环节，该装置可以包括在伺服系统中，它由检测元件和相应的电路组成，其作用是检测数控机床坐标轴的实际移动速度和位移，并将信息反馈到数控装置或伺服驱动中，构成闭环控制系统。检测装置的安装、检测信号反馈的位置，决定于数控系统的结构形式。无测量反馈装置的系统称为开环系统。由于先进的伺服系统都采用了数字式伺服驱动技术(称为数字伺服)，伺服驱动和数控装置间一般都采用总线进行连接。反馈信号在大多数场合都是与伺服驱动进行连接，并通过总线传送到数控装置，只有在少数场合或采用模拟量控制的伺服驱动(称为模拟伺服)时，反馈装置才需要直接和数控装置进行连接。伺服电动机内装式脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、测速机、光栅和磁尺等都是NC机床常用的检测器件。

　21 数控机床主轴伺服系统故障检查及维修

　在维修主回路采用错位选触无环流可逆调速驱动系统的数控车床中所遇到的部分故障及处理方法。

　(1)故障现象：18m卧车在点动时，花盘来回摆动。

　检查：测量驱动控制系统中的±20V直流稳压电源的纹波为4V峰峰值，大大超过了规定的范围。

　处理：将电压板中的100MF和1000MF滤波电容换下焊上新电容，并测量纹波只有几个毫伏后将电源板安装好，开机试运行，故障消除。

　(2)故障现象：配套某系统的数控车床，当主轴在高速(3000r/min以上)，机床出现异常振动。

　处理：检查机床的主轴驱动是否连接，发现机床的主轴驱动器的接地线连接不良后，将接地线重新连接，机床可恢复正常。

　22 机床PLC初始故障的诊断

　机床PLC初始故障的诊断为了保护机床和维修方便，PLC有显示和检测机床故障的能力。一旦发生故障，维修人员就能根据机床的故障显示号去确定故障类别，予以排除。但在实际加工过程中，我们发现有时PLC同时显示几个故障，它们是由某一个故障引起的连锁故障，排除了初始的引发故障，其他故障报警就消失了。可是从机床PLC显示的所有报警故障中，维修人员并不知道哪个故障是初始引发故障，维修人员只能逐个故障去查，这就增加了维修难度。机床PLC初始故障诊断功能，通过PLC程序，准确判断出初始故障的报警号。维修中，首先排除初始故障，其他引发故障自行消失，这样就极大地方便了机床的维修，提高了机床维修的快速性和准确性。初始故障诊断原理设计的PLC程序不单单是把各个故障都能检测和显示出来，还能把最关键的初始故障自动判断出来。

　23 数控设备检测元件故障及维修

　检测元件是数控机床伺服系统的重要组成部分，它起着检测各控制轴的位移和速度的作用，它把检测到的信号反馈回去，构成闭环系统。测量方式可分为直接测量和间接测量：直接测量就是对机床的直线位移采用直线型检测元件测量，直接测量常用的检测元件一般包括：直线感应同步器、计量光栅、磁尺激光干涉仪。间接测量就是对机床的直线位移采用回转型检测元件测量，间接测量常用的检测元件一般包括：脉冲编码器、旋转变压器、圆感应同步器、圆光栅和圆磁栅。　在数控设备的故障中，检测元件的故障比例是比较高的，只要正确的使用并加强维护保养，对出现的问题进行深入分析。就一定能降低故障率，并能迅速解决故障，保证设备的正常运行。

　24 数控机床主传动系统故障诊断与维修

　在数控机床在加工时，可能由于断续切削、加工余量不均匀、运动部件不平衡以切削过程中的自振动等原因引起冲击力和交变力，使主轴产生振动，影响加工精度和表面粗糙度，严重时甚至可能破坏刀具主轴系统中的零件，使其无法工作。主轴系统的发热使其中所有零件产生热变形，降低传动效率，破坏零部件之间的相对位置精度和运动精度，从而造成加工误差。因此，主轴部件组要具有较高的固有频率，较好的动平衡，且要保持合适的配合精度，并要进行循环润滑。

　主轴发热主轴轴承预紧力过大，造成主轴回转时摩擦过大，引起主轴温度急剧升高。可以通过重新调整主轴轴承预紧力加以排除;主轴轴承磨损或损坏，也会造成主轴回转时摩擦过大，引起主轴温度急剧升高。可以通过更换新轴承加以排除;主轴润滑油脏或有杂质，也会造成主轴回转时阻力过大，引起主轴温度升高。通过清洗主轴箱，重新换油加以排除;主轴轴承润滑油脂耗尽或润滑油脂过多，也会造成主轴回转时阻力、摩擦过大，引起主轴温度升高。通过重新涂抹润滑脂加以排除。主轴强力切削时停转主轴电动机与主轴连接的传动带过松，造成主轴传动转矩过小，强力切削时主轴转矩不足，产生报警，数控机床自动停机。通过重新调整主轴传动带的张紧力，加以排除;主轴电动机与主轴连接的传动带表面有油，造成主轴传动时传动带打滑，强力切削时主轴转矩不足，产生报警，数控机床自动停机。通过用汽油或酒精清洗后擦干净加以排除。

　主轴工作时噪声过大是主轴部件动平衡不良，使主轴回转时振动过大，引起工作噪声。需要机床生产厂家的专业人员对所有主轴部件重新进行动平衡检查与调试;主轴传动齿轮磨损，使齿轮啮合间隙过大，主轴回转时冲击振动过大，引起工作噪声。需要机床生产厂家的专业人员对主轴传动齿轮进行检查、维修或更换;主轴支承轴承拉毛或损坏，使主轴回转间隙过大，回转时冲击、振动过大，引起工作噪声。需要机床生产厂家的专业人员对轴承进行检查、维修或更换;主轴传动带松弛或磨损，使主轴回转时摩擦过大，引起工作噪声。通过调整或更换传动带加以排除。

　数控机床故障产生的原因是多种多样的，有机械问题、数控系统的问题、传感元件的问题、驱动元件的问题、强电部分的问题、线路连接的问题等。在检修过程中，要分析故障产生的可能原因和范围，然后逐步排除，直到找出故障点，切勿盲目的乱动，否则，不但不能解决问题。还可能使故障范围进一步扩大。总之，在面对数控机床故障和维修问题时，首先要防患于未然，不能在数控机床出现问题后才去解决问题，要做好日常的维护工作和了解机床本身的结构和工作原理，这样才能做到有的放矢

　3 结论

　在数控机床维修中推广应用新技术、新工艺、新材料，做好数控的技术改造和局部改装设计管理工作，搞好数控机床维修用工、检、量具的管理，搞好数控设备维修的质量管理等工作。只有这样，才能做好数控机床的维修工作，保障数控机床的正常运行，从而保障企业生产的顺利运行。所以，无论是CNC系统，机床强电，还是机械、液压、气路等，只要有可能引起该故障的原因，都要尽可能全面地列出来，进行综合判断和筛选，然后通过必要的实验达到确诊和最终排除故障的目的。

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如何进行数控机床的预防性维修

　如何进行数控机床的预防性维修进行数控机床的预防性维修需要注意什么下面请随我一同来了解下吧。

　任何一台数控机床要想长期连续可靠地工作，除了机床自身的质量因素以外，还与使用过程中的正确保养、及时排除故障和及时的维修有密切关系。从提高数控机床的有效度来看，维修应包含两方面的含义：一方面是日常的维护(预防性维修)，这是为了延长机床的平均无故障时间MTBF;另一方面是故障维修，其目的是尽量缩短平均修复时间MTTR。做好这两项工作，是充分发挥设备效能的基本保证。

　为充分发挥数控机床的效益，重要的是做好预防性维护，使数控系统少出故障，提高系统的平均无故障工作时间。另外还应随时做好维修的准备工作，当系统出现故障时能及时修复，以尽量减少停机修理时间。这就要求必须熟悉设备的结构和性能，熟悉数控系统的构成和基本操作，了解系统所用印制线路板上可供维修用的检测点，掌握其正常电平和波形，以便维修故障时对照、分析。此外，还应妥善保存数控系统和可编程控制器(PLC)的技术资料和原始设置参数，常用的典型零件程序。根据实际使用情况，可适当配备一些易损备件，如保险器、电刷以及容易出故障的晶体管模块和印制电路板等。对于备用电路板，要定期装在数控系统上通电运行，以免因长期不用而发生故障。

　预防性维修的关键是加强日常的维护、保养，通常应做到以下几点：

　1、为数控机床配备的数控系统编程、操作和维修人员，应熟悉所用设备的机械结构、数控装置、强电设备、液压系统、气路等各部分的特点，以及规定的使用环境、加工条件等。并严格按机床及数控装置使用说明书的要求正确、合理地使用机床，尽量避免因操作不当而引起故障。

　2、很多系统采用纸带阅读机作为程序的输入装置，系统参数、零件加工程序等纸带信息，都要通过纸带阅读机输入到数控系统内部。如果纸带阅读机的读带部分(即阅读头的发光和受光部分)有污物，就会使读入的纸带信息出现错误，所以，对阅读头表面、纸带压板、纸带通道表面应经常检查，及时清除污物。对纸带阅读机的运动部件，如主动轮滚轴、导向滚轴压紧滚轴、张紧臂滚轴等应经常清理，并保证润滑良好。

　3、定期清扫空气过滤器。当安装在数控柜及电器柜门上的空气过滤器灰尘较多时会造成柜内冷却空气流通不畅，长时间如此，会引起柜内温度升高，使系统不能可靠工作。因此，应根据使用环境定期检查，至少每半年拆下清扫一次。具体方法是：先卸下紧固螺钉，取出空气过滤器内芯，用压缩空气由里向外吹掉滤芯上的灰尘。如过滤器较脏，也可同时轻轻振动过滤器，用上述方法无法奏效时，可使用中性清洁剂(清洁剂比例5%)冲洗，但不可揉搓，然后将滤芯置于阴凉通风处晾干即可。

　4、定期进行电池的维护。对于采用CMOS存贮器保存系统参数的数控装置，为了避免停机断电时参数丢失，使用蓄电池供电予以保持。当电池电压低于CMOS保持电压时，蓄电池可在机床开机时自动充电。通常情况下蓄电池可确保断电后信息保存1000h以上，当机床长期停机时也应根据说明书的要求定期通电开机，使蓄电池补充电力。这类数控装置如果在CRT上或者用指示灯显示出电池故障报警时，表示电压过低，蓄电池已失效，需要更换新电池。为了保存原有数据，应在接通电源的情况下更换电池，且不可将电池极性接反。

　5、直流伺服电机应定期进行检查和清扫。直流伺服电机带有电刷，工作时与换向器接触磨擦而逐渐磨损。电刷过度磨损后，会影响电机的工作性能甚至造成电机的损坏，因此必须定期检查、更换。对于一般机床如数控车床、数控铣床和加工中心机床等，可每年检查一次;而对于频繁进行加减速工作的机床如冲床，则应每两月检查一次。检查时要在断开数控系统电源，且电机已完全冷却的状态下进行，首先拆下电刷盖，取出电刷，测量其长度，一般情况下。当电刷磨损到原长度的一半时，就不应再继续使用，必须更换同一型号的新电刷。第二步应仔细检查电刷与换向器接触的弧形接触面是否有深沟或裂痕，以及电刷弹簧有无打火痕迹，如有上述现象，则须仔细检查换向器的表面。若换向器正常，可更换新电刷，过一个月后再次检查;如还发生上述现象，则要考虑电机的工作条件是否过分恶劣造成电机本身故障。装新电刷前，要用不含金属粉末和水分的清洁压缩空气清理电刷孔，一定要吹净粘在孔壁上的电刷粉末。如果难以吹净，可用螺丝刀等工具协助清理，直至孔壁全部干净为止。但要注意避免螺丝刀尖损伤换向器表面及孔壁。最后，装入新电刷，拧紧刷盖，并使伺服电机空运行跑合一段时间，使新电刷表面与换向器相吻合。

　6、注意密闭数控柜门。一般情况下应避免随意打开数控柜门，尤其是长期敞门运行。应及时清理空气过滤器。而决不可用敞开柜门的方法来散热，否则是得不偿失的。因为车间内的空气中漂浮有大量灰尘、油雾和金属粉末等，这些杂物落在印制电路板和电子组件上，易造成元器件绝缘电阻下降而出现故障，甚至使元器件及印制电路板损坏报废。尤其对于将主轴控制系统安装在强电柜中的数控机床，如强电柜门未关严或密封不良，还易造成电器元件的损坏使主轴控制失灵。

　7、定期清扫冷却装置，加强散热效果。一些伺服电机或主轴电机在机壳上设有强制冷却装置，如果冷却装置的保护网或散热片很脏，影响空气的流通，必然降低冷却能力，会因热损耗而产生故障。因此应定期清扫这些冷却装置，具体方法是：若因保护网积尘过多而妨碍通风，可将其取下进行清扫;当散热片积尘很多时，可用压缩空气吹净，或用细棒等深入散热片中间将灰尘扫除。但操作时应小心，不要将散热片挤压变形，重叠在一起，以免影响散热效果。上述的清扫周期一般为每半年一次，也可根据具体情况适当缩短。

　8、对于长期不用的数控机床，应经常给数控系统通电，在机床锁住不动的情况下使其空运行。在空气湿变较大的南方梅雨季节更应每天通电，利用电器元器件自身发出的热量驱除数控柜内的潮气。以保证电路性能的稳定可靠。实践证明，停置不用的机床经过黄梅天后，往往容易发生各类故障。如果数控机床闲置半年以上，应将直流伺服电机的电刷取出，以免由于化学作用使换向器表面受到腐蚀，换向性能变坏，甚至损坏电机。

　9、对于机床上频繁运动的部件，无论从机械上还是从控制驱动上，都应作为重点定期检查。如在数控机床上为了保证机床工作的可靠性，采用了很多限制运动位置的行程开关。而这些行程开关的可靠性直接影响着整机的工作可靠性。此外机床上的自动换刀装置机械和电气结构都比较复杂，是容易发生故障的地方，所以应经常检查控制刀库选刀与定位状况的电气系统、检测机械手运行位置的行程开关的工作状况，以确保机床能正常运行。

　任何一台数控机床经过长期的运行以后都必然会出现磨损与故障，但是延长元器件的工作寿命，延长机床部件的磨损周期，预防意外恶性事故的发生，争取机床能长时间可靠工作，是日常对机床进行预防性维护和保养的宗旨。一般机床使用说明书均有对维护检查的具体要求，应严格按照规定进行操作。

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数控机床伺服系统故障占机床总故障的比率较高。由于伺服系统涉及 的环节较多，加之种类繁多、技术原理各具特色，给维修诊断带来困难，因此归纳一些故障 诊断方法很有必要。

数控机床坐标轴的移动定位是由位置伺服系统来完成的。位置伺服系 统一般采用闭环或半闭环控制。(半)闭环控制的特点就是任一环节发生故障都可能导致系统 定位不准确、不稳定或失效。诊断定位故障环节就成为维修的关键。根据伺服系统的控制原 理和系统接口的特性，对系统进行分解判断，已成为行之有效的方法。本文结合维修实例介 绍了位置环和速度环诊断方法。

1 位置环故障诊断

如果位置伺服系统的位置反馈和速度反馈各自采用一个反馈器件 ，可以断开位置环的控制作用，让速度环单独运行，以便判断故障出自位置环还是速度环。

断开位置环的控制作用，可以采用两种方法：

1）机械断开，即断开位置反馈编码器与伺 服电动机之间的传动连接。

2）电气断开，即断开位置反馈编码器与系统的连接。如果需要 屏蔽位置反馈断线报警，应按下图连接位置反馈输入信号线。

在位置开环状态下 进行维修测试时，不允许给被测试轴任何方式的移动指令，否则将引起伺服电动机失控。

例1CK6140A数控车床出现镗孔表面有振纹，在排 除机械和工装因素后，对X轴伺服系统进行检查。机床数控系统为FANUC3T，伺服放大器 为FANUC H系列直流伺服。

观察X轴在停止和慢速移动时有不规则振动，初步判断X轴位 置编码器与丝杠连结有间隙或速度环不稳定。检查编码器连轴节正常。由于X轴伺服系统有 两个编码器，分别用于位置反馈和速度反馈，可以将位置反馈编码器与伺服电机之间的机械 连接断开，以便作进一步的判断。

首先用支撑物支撑X轴滑台，将X轴电动机和丝杠的传动 皮带拿掉。启动机床，X轴在位置开环状态下运行，在伺服放大器零漂的作用下电动机慢速 转动(如果电动机几乎不转动，可适当调整控制板上偏置电位器RV2)，此时电动机转到某 一固定角度，总有打顿现象。由此可以认为速度环基本稳定，这可能是由于整流子在某一角 度存在短路引起转速瞬间跌落，从而造成电机打顿现象。仔细清扫电动机整流子和电刷后， 电动机运转平稳。恢复系统连接，X轴恢复正常。

例2[ST5BZ]CH-102数控车床Z轴移动出现一冲一冲的现象，速度越快，过冲越严重。停止时 观察伺服诊断画面，Z轴跟踪误差稳定，接近于零。机床数控系统为SIMENS 810GA2，伺服 系统为SIMENS 610。系统位置反馈和速度反馈各采用一只编码器。

初步判断为伺服放大器 超调或系统参数设定不良。首先调整系统参数MD2501(伺服增益)和MD2601(多种增益)无效。 为进一步判断，断电拿掉Z轴位置反馈插头。由于该机床CNC报警不影响伺服上电，故可以不屏蔽反馈断线报警。先用导线短接Z轴伺服驱动使能控制端，再用一只15V电池经 电位器分压给Z轴伺服放大器速度指令端，加上大约05V电压。机床上电，Z轴移动 平稳，因此可以认为故障发生在位置反馈环节。用手拨动位置反馈编码器，联结无松动、损 坏的感觉。交换X轴，Z轴位置反馈插头及速度指令控制线，试机故障仍在Z轴。此时可以认 为故障仍在Z轴位置反馈，拆下Z轴位置反馈编码器，发现联轴节簧片上的一个螺钉已脱落。 修复后，试机故障消除。

如果位置反馈和速度反馈由一只反馈元件完成，位置反馈信号经 转换电路变为速度控制信号，则要根据系统硬件具体特性和故障信息作出灵活判断。

例3CK6150A Z轴时有突然快速移动失控的现象， 此时H系列直流伺服板上有TGLS报警。故障现象不稳定，关机再上电可能又恢复正常。

T GLS报警的原因有：动力线未接或接反；无速度反馈或正反馈；机械锁死。

由于Z轴伺服电动机速度反馈信号是由电动机尾部位置反馈编码器信号送入CNC主板，经混合IC模块F/V 转换后获得，而且系统始终无位置反馈报警，所以初步判断是CNC至伺服放大器电缆和控制 板的接触有问题。

检查电缆和速度控制板正常。由于从故障发生到伺服保护关断只有一两 秒钟，使用示波器或万用表难以观察到速度反馈信号的有无。进一步分析，位置反馈编码器 的信号电平正常，而A、B两相信号不产生移动变化，则会产生上述故障。于是就更换Z轴 位置编码器，机床恢复正常。这可能是原来的编码器光栅盘松动，与轴之间有相对位移或编 码器内光源二极管接近失效，造成A、B信号不变化。

2 速度环故障诊断

在速度开环的方式下，对速度控制单元进 行测试。该方法需要对系统硬件较熟悉，以避免误操作损坏部件。

例1 一台维修过的FB15B-2直流伺服电动机安装到机床后失控。

现象表明速度反馈不正常，检查尾部测速电动机电刷及引线正常。为测试测速电动机的性能，应做 以下操作：

将电动机固定可靠，连接动力线，不连反馈线；

拿掉FANUC H系列伺服 板上的S20短路跳线，取消TGLS报警使能；

接通电源，伺服放大器在速度开环下运行，电动机处于2000r/min的高速运转中。此时测量测速电动机输出电压只有6V，正常的数据是1 4V，可以判定伺服电动机的测速电动机不正常。更换测速电动机，机床恢复正常。

例2DM3600数控车床出现主轴转速上不去，最高只有50r/ min，且负载转矩显示很大。机床数控系统为三菱M3/L3，主轴伺服放大器的型号为FR-SF- 2-11K-T。故障原因可能是：负载过大；主轴驱动功率模块或控制模块有故障；速度反馈 不正常。

检查机械传动良好，测量控制模块各测试点电压及功率模块正常，再检查主轴电动机至驱动单元之间反馈电缆和驱动运行参数也正常。设定驱动单元运行参数P00为1，给主 轴运转指令，电动机在速度开环下低速运行，观察负载转矩几乎为零，由此可以判断速度反 馈不正常。用示波器观察速度反馈波形，没有A相波形，打开电动机上方盖子，可以看到PLC 输出电路板，重新拔插电路板上的小插头，再检测A相波形正常。恢复系统闭环运行，主轴运行正常。(end)

按伺服系统分类

按照伺服系统的控制方式，可以把数控系统分为以下几类：

1开环控制数控系统：

这类数控系统不带检测装置，也无反馈电路，以步进电动机为驱动元件，CNC装置输出的指令进给脉冲经驱动电路进行功率放大，转换为控制步进电动机各定子绕组依此通电／断电的电流脉冲信号，驱动步进电动机转动，再经机床传动机构(齿轮箱，丝杠等)带动工作台移动。这种方式控制简单，价格比较低廉，被广泛应用于经济型数控系统中。

2半闭环控制数控系统：

位置检测元件被安装在电动机轴端或丝杠轴端，通过角位移的测量间接计算出机床工作台的实际运行位置(直线位移)，并将其与CNC装置计算出的指令位置(或位移)相比较，用差值进行控制，由于闭环的环路内不包括丝杠、螺母副及机床工作台这些大惯性环节，由这些环节造成的误差不能由环路所矫正，其控制精度不如闭环控制数控系统，但其调试方便，可以获得比较稳定的控制特性，因此在实际应用中，这种方式被广泛采用。

3全闭环控制数控系统：

位置检测装置安装在机床工作台上，用以检测机床工作台的实际运行位置(直线位移)，并将其与CNC装置计算出的指令位置(或位移)相比较，用差值进行控制这类控制方式的位置控制精度很高，但由于它将丝杠、螺母副及机床工作台这些大惯性环节放在闭环内，调试时，其系统稳定状态很难达到。

三、按数控系统功能水平分类

1经济型数控系统：又称简易数控系统，通常仅能满足一般精度要求的加工，能加工形状较简单的直线、斜线、圆弧及带螺纹类的零件，采用的微机系统为单板机或单片机系统，如：经济型数控线切割机床，数控钻床，数控车床，数控铣床及数控磨床等。

2普及型数控系统：通常称之为全功能数控系统，这类数控系统功能较多，但不追求过多，以实用为准。

3高档型数控系统：指加工复杂形状工件的多轴控制数控系统，且其工序集中、自动化程度高、功能强、具有高度柔性。用于具有5轴以上的数控铣床，大、中型数控机床、五面加工中心，车削中心和柔性加工单元等。