SINUMERIK数控装置常见结构及其故障分析1

SINUMERIK数控装置常见结构及其故障分析摘要我国数控车床从20世纪70年代初进入市场，至今通过各大机床厂家的不懈努力，通过采取与国外著名机床厂家的合作、合资、技术引进、样机消化吸收等措施，使得我国的机床制造水平有了很大的提高，其产量在金属切削机床中占有较大的比例。目前，国产数控车床的品种、规格较为齐全，质量基本稳定可靠，已进入实用和全面发展阶段数控机床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品。是机械制造设备中具有高精度、关键字：常见结构；故障分析目录第一章前言3第二章数控车床的常见结构.......................................................................................31.床身和导轨...............................................................................................................3机床的床身是整个机床的基础支承件，是机床的主体，一般用来放置导轨、主轴箱等重要部件。...................................................................................................................3车床的导轨可分为滑动导轨和滚动导轨两种。...........................................................32.主轴变速系统...........................................................................................................33.刀架系统...................................................................................................................3数控车床的刀架是机床的重要组成部分。刀架用于夹持切削用的刀具，因此其结构直接影响机床的切削性能和切削效率。在一定程度上，刀架的结构和性能体现了机床的设计和制造技术水平。随着数控车床的不断发展，刀具结构形式也在不断翻新。...........................................................................................................................................44.进给传动系统...........................................................................................................4数控车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统。这也是数控车床区别于普通车床的一个特殊部分。.......................................................................................................4第三章数控机床的故障分析.........................................................................................4第一章前言数控机床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品。是机械制造设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机。数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，几十年来一直受到世界各国的普遍重视并得到了迅速的发展。我国数控车床从20世纪70年代初进入市场，至今通过各大机床厂家的不懈努力，通过采取与国外著名机床厂家的合作、合资、技术引进、样机消化吸收等措施，使得我国的机床制造水平有了很大的提高，其产量在金属切削机床中占有较大的比例。目前，国产数控车床的品种、规格较为齐全，质量基本稳定可靠，已进入实用和全面发展阶段。根据不同的市场定位和需求，数控车床可分为经济型数控车床和全功能型数控车床。下面结合宝鸡机床厂数十年研制和生产数控车床的经验和实践，谈谈我国数控车床在结构方面的现状及今后数控车床的整体发展趋势。第二章数控车床的常见结构1.床身和导轨机床的床身是整个机床的基础支承件，是机床的主体，一般用来放置导轨、主轴箱等重要部件。车床的导轨可分为滑动导轨和滚动导轨两种。2.主轴变速系统3.刀架系统数控车床的刀架是机床的重要组成部分。刀架用于夹持切削用的刀具，因此其结构直接影响机床的切削性能和切削效率。在一定程度上，刀架的结构和性能体现了机床的设计和制造技术水平。随着数控车床的不断发展，刀具结构形式也在不断翻新。4.进给传动系统数控车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统。这也是数控车床区别于普通车床的一个特殊部分。第三章数控机床的故障分析目前，数控机床的应用越来越广泛，其加工柔性好，精度高，生产效率高，具有很多的优点。但由于技术越来越先进、复杂，对维修人员的素质要求很高，要求他们具有较深的专业知识和丰富的维修经验，在数控机床出现故障才能及时排除。我公司有几十台数控设备，数控系统有多种类型，几年来这些设备出现一些故障，通过对这些故障的分析和处理，我们取得了一定的经验。下面结合一些典型的实例，对数控机床的故障进行系统分析，以供参考。一、NC系统故障1．硬件故障有时由于NC系统出现硬件的损坏，使机床停机。对于这类故障的诊断，首先必须了解该数控系统的工作原理及各线路板的功能，然后根据故障现象进行分析，在有条件的情况下利用交换法准确定位故障点。例一、一台采用德国西门子SINUMERIKSYSTEM3的数控机床，其PLC采用S5─130W／B，一次发生故障，通过NC系统PC功能输入的R参数，在加工中不起作用，不能更改加工程序中R参数的数值。通过对NC系统工作原理及故障现象的分析，我们认为PLC的主板有问题，与另一台机床的主板对换后，进一步确定为PLC主板的问题。经专业厂家维修，故障被排除。例二、另一台机床也是采用SINUMERIKSYSTEM3数控系统，其加工程序程序号输入不进去，自动加工无法进行。经确认为NC系统存储器板出现问题，维修后，故障消除。例三、一台采用德国HEIDENHAIN公司TNC155的数控铣床，一次发生故障，工作时系统经常死机，停电时经常丢失机床参数和程序。经检查发现NC系统主板弯曲变形，经校直固定后，系统恢复正常，再也没有出现类似故障。2．软故障数控机床有些故障是由于NC系统机床参数引起的，有时因设置不当，有时因意外使参数发生变化或混乱，这类故障只要调整好参数，就会自然消失。还有些故障由于偶然原因使NC系统处于死循环状态，这类故障有时必须采取强行启动的方法恢复系统的使用。例一、一台采用日本发那科公司FANUC-OT系统的数控车床，每次开机都发生死机现象，任何正常操作都不起作用。后采取强制复位的方法，将系统内存全部清除后，系统恢复正常，重新输入机床参数后，机床正常使用。这个故障就是由于机床参数混乱造成的。例二、一台专用数控铣床，NC系统采用西门子的SINUMERIKSYSTEM3，在批量加工中NC系统显示2号报警“LIMITSWITCH”，这种故障是因为Y轴行程超出软件设定的极限值，检查程序数值并无变化，经仔细观察故障现象，当出现故障时，CRT上显示的Y轴坐标确定达到软件极限，仔细研究发现是补偿值输入变大引起的，适当调整软件限位设置后，故障被排除。这个故障就是软件限位设置不当造成的。例三、一台采用西门子SINUMERIK810的数控机床，一次出现问题，每次开机系统都进入AUTOMATIC状态，不能进行任何操作，系统出现死机状态。经强制启动后，系统恢复正常工作。这个故障就是因操作人员操作失误或其它原因使NC系统处于死循环状态。3．因其它原因引起的NC系统故障有时因供电电源出现问题或缓冲电池失效也会引起系统故障。例一、一台采用德国西门子SINUMERIKSYSTEM3的数控机床，一次出现故障，NC系统加上电后，CRT不显示，检查发现NC系统上“COUPLINGMODULE”板上左边的发光二极管闪亮，指示故障。对PLC进行热启动后，系统正常工作。但过几天后，这个故障又出现了，经对发光二极管闪动频率的分析，确定为电池故障，更换电池后，故障消除。例二、一台采用西门子SINUMERIK810的数控机床，有时在自动加工过程中，系统突然掉电，测量其24V直流供电电源，发现只有22V左右，电网电压向下波动时，引起这个电压降低，导致NC系统采取保护措施，自动断电。经确认为整流变压器匝间短路，造成容量不够。更换新的整流变压器后，故障排除。例三、另一台也是采用西门子SINUMIK810的数控机床，出现这样的故障，当系统加上电源后，系统开始自检，当自检完毕进入基本画面时，系统掉电。经分析和检查，发现X轴抱闸线圈对地短路。系统自检后，伺服条件准备好，抱闸通电释放。抱闸线圈采用24V电源供电，由于线圈对地短路，致使24V电压瞬间下降，NC系统采取保护措施自动断电。二、伺服系统的故障由于数控系统的控制核心是对机床的进给部分进行数字控制，而进给是由伺服单元控制伺服电机，带动滚珠丝杠来实现的，由旋转编码器做位置反馈元件，形成半闭环的位置控制系统。所以伺服系统在数控机床上起的作用相当重要。伺服系统的故障一般都是由伺服控制单元、伺服电机、测速电机、编码器等出现问题引起的。下面介绍几例：例一、伺服电机损坏一台采用SINUMERIK810／T的数控车床，一次刀塔出现故障，转动不到位，刀塔转动时，出现6016号报警“SLIDEPOWERPACKNOOPERATION”，根据工作原理和故障现象进行分析，刀塔转动是由伺服电机驱动的，电机一启动，伺服单元就产生过载报警，切断伺服电源，并反馈给NC系统，显示6016报警。检查机械部分，更换伺服单元都没有解决问题。更换伺服电机后，故障被排除。例二、一台采用直流伺服系统的美国数控磨床，E轴运动时产生“EAXISEXECESSFOLLOWINGERROR”报警，观察故障发生过程，在启动E轴时，E轴开始运动，CRT上显示的E轴数值变化，当数值变到14时，突然跳变到471，为此我们认为反馈部分存在问题，更换位置反馈板，故障消除。例三、另一台数控磨床，E轴修整器失控，E轴能回参考点，但自动修整或半自动时，运动速度极快，直到撞到极限开关。观察发生故障的过程，发现撞极限开关时，其显示的坐标值远小于实际值，肯定是位置反馈的问题。但更换反馈板和编码器都未能解决问题。后仔细研究发现，E轴修整器是由Z轴带动运动的，一般回参考点时，E轴都在Z轴的一侧，而修整时，E轴修整器被Z轴带到中间。为此我们做了这样的试验，将E轴修整器移到Z轴中间，然后回参考点，这时回参点也出现失控现象；为此我们断定可能由于E轴修整器经常往复运动，导致E轴反馈电缆折断，而接触不良。校线证实了我们的判断，找到断点，焊接并采取防折措施，使机床恢复工作。三、外部故障由于现代的数控系统可*性越来越高，故障率越来越低，很少发生故障。大部分故障都是非系统故障，是由外部原因引起的。1.现代的数控设备都是机电一体化的产品，结构比较复杂，保护措施完善，自动化程度非常高。有些故障并不是硬件损坏引起的，而是由于操作、调整、处理不当引起的。这类故障在设备使用初期发生的频率较高，这时操作人员和维护人员对设备都不特别熟悉。例一、一台数控铣