数控机床故障诊断及其~维护.doc

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1、|毕业设计课题名称学生姓名学 号专业名称指导教师完成日期 年 月 日ZHANGJIAJIE INSTITUTE OF AERONAUTICAL ENGINEERING张家界航空工业职业技术学院|摘 要数控机床是运用数控技术对零件进行加工控制的机床。经过近几十年国内外厂家的发展，数控机床的种类繁多，其故障种类也多样化。数控机床作为一种高精度自动化设备，其能否安全可靠运行，在很大程度上取决于机床的正确使用和日常维护维修，为了保证机床长期安全平稳运行，降低维修费用，及时发现和消除故障，从而提高企业的经济效益。本文现介绍几种实用的诊断、维修及保养方法供大家参考。主要有机床维护维修，数控系统、伺服驱动、

2、电气控制等方面的故障诊断，以及故障处理。关键词：数控机床 维护维修 故障诊断 伺服驱动 故障处理 |目 录前 言 .1第一章 绪 论 .21.1 数控机床故障诊断及维护的目的 .21.2 数控机床故障诊断及维护的内容 .31.3 数控机床故障诊断及维护的特点 .51.4 数控机床诊断技术的发展 .81.5 数控机床故障诊断及维护对技术人员的要求 .10第二章 数控机床维护及数控系统故障诊断 .112.1 数控机床的维护 .112.2 故障处理 .142.3 数控系统故障诊断的方法 .17第三章 故障诊断及维修实例 .193.1 数控系统故障诊断及维修实例 .193.2 数控机床润滑系统的故障诊

3、断 .20结 论 .23致 谢 .24参考文献 .25|前 言随着现在机械零件精度要求的大幅提高以及国外机械精加工对我国机械制造业的影响，传统型的机床已经无法满足现代制造业的精度要求。而数控机床的产生与普及无疑给世界机械制造业带来空前性的革新，其加工精度、效率、复杂曲面加工等等，是传统机床所无法比拟的。我国数控起步较晚，与德国、美国等发达国家相比差了几十年，现在国内数控仍然没有完全自主知识产权，高档数控系统基本依赖进口.我国在数控维护维修调试，故障诊断与故障处理等方面更是人才短缺，经验匮乏，导致国内许多高档数控机床都要聘请国外专家维修调试。本文通过参考大量文献，从具体实践出发，涵盖系统、伺服驱

4、动、电机、电路、电气、液压等内容。在第一章节中，介绍了数控设备维护目的及诊断技术的发展。第二章节是本文的重点所在，在分析系统与驱动故障之前都是从原理着手，适当插入图表，看起来也更为直观，并且将故障归类，然后逐步展开细分，加以阐述。驱动部分以伺服驱动为代表，因为目前数控机床在配置驱动时都以伺服为主，步进驱动由于精度低的缺点而趋于淘汰。第三章节简单举例介绍一些维修实例，以及维修时要注意的一些要点，步骤，方法等。|第一章 绪 论数控机床的故障诊断及维护在内容，手段和方法上与传统机床的故障诊断及维护有很大的区别。学习和掌握数控机床故障诊断及维护的技术，已越来越引起相关企业和工程技术人员的关注。数控机床

5、故障诊断及维护已成为正确使用数控机床的关键因素之一。1.1 数控机床故障诊断及维护的目的数控机床上是机电一体化在机械加工领域中的典型产品，它是将电子电力，自动化控制，电机，检测，计算机，机床，液压，气动和加工工艺等技术集中于一体的自动化设备，具有高精度，高效率和高适应性的特点。要发挥数控机床的高效益，就要保障它的开动率，这就对数控机床提出了稳定性和可靠性的要求，衡量该要求的指标是平均无故障时间 MTBF，即为两次故障间隔的时间；同时，当设备出了故障后，要求排除故障的修理时间 MTTR 越短越好，所以衡量上述要求的另一个指标是平均有效度：A=MTBF/(MTBF+MTTR)为了提高 MTBF，降

6、低 MTTR，一方面要加强日常维护，延长无故障的时间；另一方面当出现故障后，要尽快诊断出故障的原因并加以修复。如果用人来比喻的话，就是平时要注意保养，避免生病；生病后，要及时看医生，诊断出病因，对症下药，尽快康复。数控机床系统配置图如下：|现代化的设备需要现代化和科学化的管理，数控机床的综合性和复杂性决定了数控机床的故障诊断及维护有其自身的方法和特点，掌握好这些方法，可以保证数控机床稳定可靠地运行。特别是对柔性制造系统(FMS)，任何一台数控机床出现故障都会影响到整条生产线的运行，其经济损失是相当大的，因此快速诊断出故障原因和加强日常维护就显得特别重要了。1.2 数控机床故障诊断及维护的内容数

7、控机床由机床本体（包括液压，气动和润滑装置等）和电气控制系统两大部分。就机床本体而言，由于机械部件处于运动摩擦过程中，因此，对它的维护就显得特别重要，如主轴箱的冷却和润滑，导轨副和丝杠螺母副的间隙调整，润滑及支承的预紧，液压和气动装置的压力和流量调整等。电气控制系统由数控系统，伺服系统，机床电器柜（也称强电柜）及操作面板等组成。数控系统与机床及机床电器设备之间的接口有四个部分：1. 驱动电路主要指与坐标轴进给驱动和主轴驱动的连接电路。2. 位置反馈电路主要指数控系统与位置检测装置之间的连接电路。3. 电源及保护电路电源及保护电路由数控机床强电线路中的电源控制电路构成。强电线路由电源变压器，控制

8、变压器，各种断路器，保护开关，接触器，熔断器等连接而成，以便为交流电动机（如液压泵电动机，冷却泵电动机及润滑泵电动机等） ，电磁铁，离合器和电磁阀等功率执行元件供电。|伺服驱动系统图4. 开/关信号连接电路开/关信号是数控系统与机床之间的输入/输出控制信号。输入/输出信号在数控系统和机床之间的传送通过 I/O 接口进行。数控系统中各种信号均可用机床数据“1”或“0”来表示。数控系统通过开关量的处理，向 I/O 接口输出各种控制命令，控制强电线路的动作。数控机床从电气角度看，最明显的特征就是用电气驱动代替了普通机床的机械传动，相应的主运动和进给运动由主轴电动机和伺服电动机执行完成，而电动机的驱动

9、必须有相应的驱动装置及电源配置。由于受切削状态，温度及各种干扰因素的影响，使伺服性能，电气参数发生变化或电气元器件失效，从而引起故障。5. 可编程控制器替代了普通机床强电柜中大部分的机床电器，从而实现了对主轴，进给，换刀，润滑，冷却，液压和气动等系统的逻辑控制。特别要注意的是机床上各部位上的按钮，行程开关，接近开关及继电器，电磁阀等机床电器开关，因为这些开关信号作为可编程控制器的输入和输出控制，开关的可靠性将直接影响到机床能否正确执行动作，这类故障是数控机床最常见的故障。数控机床最终是以位置控制为目的的，所以，位置检测装置维护的好坏将直接影响到机床的运动精度和定位精度。因此，电气系统的故障诊断

10、及维护，内容多，涉及面广，是维护和故障诊|断的重点部分。就数控系统来说，80 年代中期以前，由于当时 CPU 性能低，采用硬件要比软件快得多，所以硬件品质的高低，就决定了当时数控系统品质的高低。由于微电子技术的迅猛发展和微机进入数控系统，在数控系统性能水平方面，已由硬件竞争转到软件竞争。数控系统类似计算机产品。将外购的电子元器件焊（贴）到印刷电路板上成为板，卡级产品，由多块板，卡通过插件等连接，再连接外设就成为系统级最终产品。其关键技术如元器件筛选，印刷电路板，焊接和贴附，生产过程及最终产品的检验和整机的拷机等都极大地提高了数控系统的可靠性。有资料表明：数控机床操作，保养和调整不当占整个故障的

11、57%，伺服系统，电源及电气控制部分的故障占整个故障的 37.5%，而数控系统的故障只占 5.5%。1.3 数控机床故障诊断及维护的特点按照数控机床故障频率的高低，整个使用寿命期大致可分为三个阶段，即初始使用故障期，相对稳定运行期和寿命终了期，如图 0-1。故障频率设备使用寿命T1 T 2 T3图 0-1 设备使用寿命-故障频率曲线T1初始使用期 T2相对稳定期 T3 寿命终了期1. 初始使用期从整机安装调试后，开始运行半年至一年期间，故障频率较高，一般无规律可循。从机械角度看，在这段期间里，主机虽然经过了试生产磨合，但由于零件的加工表面存在着微观和宏观的几何形状偏差，在完全磨合前，表面还较粗

12、糙；部件在装配过程中还存在着形位误差，在机床使用初期可能引起较大的|磨合磨损，使机床相对运动部件之间产生过大间隙。另外，新的混凝土地基的内应力还未平衡和稳定，使机床产生某些精度偏差。从电气角度看，数控机床控制系统及执行部件使用大量的电子电力器件，这些元件和装置在制造厂虽然经过严格筛选和整机拷机等处理，但在实际运行时，由于交变负荷及电路开，关的瞬时“浪涌”电流和反电动势等的冲击，使某些元器件经受不起初期考验，因电流或电压击穿而失效，导致整个设备出现故障。总之，在这个时期，电气，液压和气动系统故障频率约占整个初始使用期故障的 90%，因此，要加强对机床的监测，勤记录，定期对机床进行机电调整，以保证

13、设备各种运行参数处于技术规范之内。2. 相对稳定运行期设备在经历了初期的各种老化，磨合和调整后，开始进入相对稳定的正常运行期，此时各类元器件器质性的故障较为少见，但不排除偶发性故障的产生，所以，在这个时期内要坚持做好设备运行记录，以备排除故障时作参考。另外，要坚持每隔 6 个月对设备做一次机电综合检测和复校，这个时期内，机电故障发生的概率近乎相等，且大多数可以排除。相对稳定运行期较长，一般为 710年。3. 寿命终了期机床进入寿命终了期以后，各类元器件开始加速老化和磨损，故障频率开始逐年递增，故障性质属于渐发性和器质性的。例如，橡胶件的老化，轴衬和液压缸的磨损，限位开关接触灵敏度以及某些电子元

14、件品质因素开始下降等，大多数渐发性故障具有规律性，在这个时期内，同样要坚持做好设备运行记录，所发生的故障大多数是可以排除的。由于数控机床属于技术密集型和知识密集型的设备，因此，对它的维护和故障诊断，既有常规的方法和手段，又有专门的技术和检测手段。故障诊断时往往不能单纯地从机械方面或电气方面来考虑，而必须加以综合，全方位地加以考虑。例 0-1 某些数控机床的坐标轴在正，反方向进给时产生振动。综合考虑故障因素为：(1)导轨副和滚珠丝杠螺母副的配合间隙过大。|(2) 伺服电动机和丝杠的联轴器松动。(3) 电气参数，如加减速度时间段设置过小，使伺服系统在换向时产生超调，从而引起机床震动。例 0-2 某

15、数控机床进给时出现伺服电动机电流过大的报警。综合产生过电流报警的因素为：1. 进给传动链(1)滚珠丝杠螺母副预紧过大。(2)导轨副预紧过大。2. 润滑导轨润滑不良，如润滑系统的定量定时泵不正常，供油压力不在正常范围内及滤油网堵塞等。3. 切削状况切削用量过大，如进给速度或切削深度过大等。4. 电气传动(1)伺服电动机故障，如永久磁钢退磁，热敏电阻灵敏度下降等。(2)伺服驱动装置故障，如主电路短路等。由此可见，数控机床故障具有综合性和复杂性的特点，引起数控机床故障的因素是多方面的，有时，故障现象是电气方面的，但引起的原因是机械方面的；反之，故障现象是机械方面的，但故障原因是电气方面的，或者两者皆有。所以，要根据故障的现象和原因，采用合适的诊断方法和诊断用仪表仪器，做出正确的判断。下图是华中数控和广州数控机床操作面板图：