数控机床故障分析与维修

1目录摘要……………………………………………………………………41.数控机床的概述与原理……………………………………………51.1数控机床概述……………………………………………………51.1.1数控机床的工作原理…………………………………………51.1.2数控机床的组成………………………………………………51.2数控加工的过程……………………………………………………61.2.1数控加工的过程………………………………………………61.2.2数控机床的适用范围…………………………………………62.数控机床故障分析与维修的基本概念………………………………72.1数控机床维修的基本要求………………………………………72.1.1维修人员素质的要求…………………………………………72.1.2维修工具及备件………………………………………………72.2数控机床故障的概念和分类……………………………………82.2.1故障的基本概念………………………………………………82.2.2故障分类………………………………………………………82.3数控机床故障的维修思路………………………………………103.数控故障分析与维修…………………………………………133.1数控机床刀库故障分析与维修…………………………………133.1.1加工中心刀库分类与形式……………………………………133.1.2典型加工中心刀库结构与操作………………………………153.1.3刀库常见故障分析与维修……………………………………163.2电源类故障分析与维修…………………………………………173.3数控系统软件故障分析与维修…………………………………183.3.1典型CNC软件装置的结构……………………………………1823.3.2软件故障发生的原因…………………………………………193.4操作类故障分析与维修…………………………………………213.5数控机床回参考点的故障分析与维修…………………………22结论…………………………………………………………………23参考文献……………………………………………………………24后记…………………………………………………………………253摘要数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术(1T)与制造技术(MT)结合发展的结果。现代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技术，都是建立在数控技术之上的。掌握现代数控技术知识是现代数控专业学生必不可少的。随着我国工业化程度的不断提高．数控机床在制造领域的应用越来越普遍，数量也越来越多，但是由于数控系统的多样性．数控机床结构和机械加工工艺的复杂性，以及当前从事数控故障分析与维修的技术人员非常紧缺．因此，一旦数控机床发生故障，维修难的问题就变得尤为突出，这样导致了大量的数控机床因为得不到及时维修而使开机率不高，要改变这种现状，一方面，要在引进国外数控系统的同时注意消化与吸收，在自主开发的基础上注重提高数控系统的稳定性与可靠性：另一方面，要加大力度培养从事数控机床故障分析与维修的专业人员．数控维修技术不仅是保障数控机床正常运行的前提，对数控技术的发展和完善也起到了巨大的推动作用，因此，目前它已经成为一门专门的学科．本论文内容介绍了数控机床故障分析与维修的基本概念，数控机床机械故障分析与维修，数控机床系统故障分析与维修，数控机床操作4类故障分析与维修等，在认识与认知的基础上，并深入地分析和阐述了故障的排除维修的方法．关键词：数控技术故障分析维修技术人员1.数控机床故障分析与维修的原理1.1数控机床概述1.1.1数控机床的工作原理数控机床加工零件时，根据所输入的数控程序，由数控装置控制机床执行机构的各种动作（包括机床主运动的启停和变速，进给运动的方向.速度和位移，以及其他诸如刀具选择交换.工件夹紧松开和冷却润滑的启停等），使刀具与工件及其他辅助装置严格地按照数控程序规定的顺序.路径和参数进行工作，从而加工出满足给定技术要求的零件。1.1.2数控机床的组成如图1.1所示，数控机床主要由以下几个部分组成：图1-1数控机床组成部分1.程序存储介质数控机床加工零件时，首先根据图纸上的零件几何状态.尺寸和技术要求，确定加工工艺，然后编制出零件的加工程序。程序必必须存储在某种存储介质（如纸带.磁带.磁盘等）上。目前最常用的是八单位标准穿孔纸带和磁盘。2.输入.输出装置存储介质记载的加工信息需要输入装置输送给机床数控系统，机床内存种的零件加工程序可以通过输出装置传送到存储介质上。输入.输出装置是机床与外部设备的接口，目前输入装置主要由纸带阅读机.软盘驱动器.RS232C串行通信口.MDI方式等。3.计算机控制装置数控装置是数控机床的核心，它接受输入装置送到的程序和数据，经过数控装置的控制软件和逻辑电路进行译码，运算和逻辑处理，将各种指令信息输出给伺服系统。使设备按规定的动作执行。4.伺服驱动系统.位置检测装置及辅助控制装置伺服驱动系统由伺服驱动电路和伺服驱动装置组成，并与机床的执行部件和程序存储介质输入输出装置计算机控制装置机床主运动机构机械结构伺服驱动位置检测辅助装置5机械传动部件组成数控机床的进给系统。它根据数控装置传送来的速度和位移指令，控制执行部件的进给方向，速度和位移。每个进给运动的执行部件，都配有一套伺服驱动系统。伺服驱动系统有开环，半闭环和闭环之分。在半闭环和闭环伺服驱动系统中，还需要使用位置检测装置，间接或直接测量执行部件的实际进给位移，与指令位移进行比较，按闭环原理，将其误差转换放大后控制执行部件的进给运动。辅助控制装置是介于数控装置和机床机械，液压部件之间的控制系统，主要用于实现对护唇膏亚宾馆辅助功能M，主轴速度功能S和换刀功能T的控制，可以通过可编程逻辑控制器(PLC)来实现。5.机床的机械部件数控机床的机械部件包括主运动部件，进给运动执行部件（如工作台，拖板及其传动部件和床身立柱等支撑部件）及冷却，润滑，转位和夹紧等辅助装置。对于加工中心机床，还有存放刀具的刀库，交换刀具的机械手等部件。1.2数控机床的加工过程1.2.1数控加工的过程利用数控机床完成零件数控加工的过程,主要内容包括:①根据零件加工图样进行工艺分析，确定加工方案，工艺参数和位移数据②用规定的程序代码和格式编写零件加工程序单;或用自动编程软件进行CAD/CAM工作,直接生成零件的加工程序文件.③程序的输入或传输.由手工编写的程序,可以通过数控机床的操作面板输入;由编程软件生成的程序,则通过计算机的串行通讯接口直接传输到数控机床的数控单元(MCU).④将输入或传输到数控单元的加工程序,进行试运行、刀具路径模拟等。⑤通过对机床的正确操作，运行程序，完成零件的加工。1.2.2数控机床的适用范围根据数控机床加工的特点可以看出，最适合于数控加工的零件包括：①多品种、小批量生产的零件或歆产品试制中的零件；②几何形状复杂的零件；③加工过程中必须进行多工序加工的零件；④用普通机床加工时，需要昂贵工装设备（工具、夹具和模具）的零件；⑤必格须严控制公差，对精度要求高的零件；⑥工艺设计需多次改型的零件；⑦价格昂贵，加工中不允许报废的关键零件；⑧需要最短生产周期的零件。由此可见,数控机床和普通机床都有各自的应用范围,如图1-2所示，图中横轴是工件的复杂程度，纵轴是每批的生产件数。由图可以看出数控机床的使用范围。图1-3所示为在各种机床上加工零件时批量和综合费用的关系6图1-2各种机床的使用范围图1-3各种机床的加工批量与成本关系2.数控机床故障分析与维修的基本概念2.1数控机床维修的基本要求虽然现代CNC系统的可靠性不断提高，但在运行过程种因操作失误，外部环境的变化等仍免不了出现故障。为此，数控机床应具有自诊断能力，能采取良好的故障显示，检测方法，及时发现并能很快确定故障部位和原因，令操作人员或维修人员及时排除故障，尽快恢复工作。2.1.1维修人员素质的要求数控设备是技术密集型和只是密集型的机电一体化产品，技术先进，结构复杂，价格昂贵，在生产上往往起着关键作用，因此对维修人员有较高的要求。维修工作做的好坏，首先取决于维修人员的素质。为了迅速，准确判断出故障原因，并进行及时，有效的处理，恢复机床的动作，功能和精度，要求维修人员应具备以下基本素质。1.专业知识面广。2.勤于思考。3.重视经验积累。4.善于学习。5.具有专业英语阅读能力。6.能熟练操作急促昂和使用维修仪器。7.有较强的动手能力和实验技能。2.1.2维修工具及备件1.常用仪表类（1）万用表（2）数字式转速表。（3）示波器。（4）相序表。（5）PLC编程器。（6）逻辑测试笔和脉冲信号笔。（7）IC测试仪。7（8）IC在线测试仪。（9）短路追踪仪。（10）逻辑分析仪。2.维修工具（1）电烙铁。（2）吸锡器。（3）旋具。（4）钳类工具。（5）扳手。（6）常用的长度测量工具。（7）其他。见到，镊子，刷子，吹尘器，清洗盘，带鳄鱼钳的连接线，松香，纯酒精，清洁触点用喷剂，润滑油等。2.2数控机床故障的概念和分类数控机床是一种技术复杂的机电一体化设备，其故障发生的原因一般都比较复杂，这给故障诊断和排除带来不少困难。为了便于故障分析和处理，本节按故障发生的部位，故障性质及故障原因等对常见故障作了分类。2.2.1故障的基本概念数控机床是高度机电一体化的技术装备，它与传统的机械装备相比，内容上虽然也包括机械，电气，液压，气动乃至光学等方面装置的交换点上。由于数控系统种类繁多，结构各异，形式多变，给测试和监控带来了许多困难。数控系统全部或部分丧失了系统规定的功能就称为故障。所谓系统故障诊断技术，就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。诊断的目的就是要确定故障的原因和部位，以便维修人员或操作人员尽快的进行故障的修复。2.2.2故障分类数控设备的故障是多种多样的，可以从不同的角度对其进行分类2.2.2.1按数控机床发生故障的硬软件分类(1)主机故障。数控机床的主机部分，主要包括机械、润滑、冷却、排屑、液压、气动与防护装置。常见的主机故障有：因机械安装、调试及操作使用不当等原因引起的机械传动故障与导轨副摩擦过大鞥故障。故障表现为传动噪声大，加工精度差，运行阻力大。例如：传动链的绕性连轴器松动，齿轮，丝杆与轴承缺油，导轨塞铁调整不当，导轨润滑不良以及系统参数设置不当等原因均可造成以上故障。尤其应引起重视的是，机床各部位标明的注油点(注油孔)须定时，定量加注润滑油（脂），这是机床各传动链正常运行的保证。另外，液压，润滑与气动系统的故障主要是管路阻塞或密封不良，引起泄露，造成系统无法正常工作。(2)电气故障从所使用的元器件类型上，根据通常习惯，电气控制系统故障通常分为“弱电”故障和“强电”故障两大类。“弱电”部分是指控制系统中以电子元器件，集成电路为主的控制部分。数控机8床的弱电部分包括CNC,PLC,MDI/CRT以及伺服驱动单元，输入、输出单元等。“弱电”部分主要指CNC装置，PLC控制器，CRT显示器以及伺服单元，输入/输出装置等电子电路，这些部分又有硬件故障与软件故障之分。硬件故障主要是指上述个各装置的印制电路板上的集成电路芯片，分立元件，接插件以及外部连接组件等发生的故障。软件故障是指在硬件正常情况下所出现的动作出错，数据丢失等故障，常见的有：加工程序出错，系统程序和参数的改变或丢失，计算机的运算出错等。“强电”部分是指控制系统中的主回路或高压、大功率回路中的继电器、接触器、开关、容电器、电源变压器、电动机、电磁铁、行程开关等电气元器件及其所组成的控制电路。这部分的故障虽然维修、诊断较为方便，但由