数控机床维修培训系列教材

维修培训系列资料１第一讲数控机床维修的基本知识培训中心：岳梁材数控机床是一种自动化程度较高，结构较复杂的先进加工设备，是一种典型的机电一体化产品，能够实现高速、高精度和高自动化，在企业生产中占有重要的地位。故如何做好数控机床的维修工件，使其发挥应有的效益，直接关系到企业的经济效益。维修管理工作应包括：设备管理、维护保养及故障维修。本次主要介绍数控机床的维护保养和故障维修。第一节数控机床一、数控机床的定义数控机床是一种典型的机电一体化产品，能实现机械加工的高速度、高精度和高自动化，代表了机床的发展的方向。国际信息处理联盟（IFIP）第五技术委员会对数控机床的定义是：数控机床是一个装有程控系统的机床。该系统能够逻辑地处理具有使用号码，或其它符号编码指令规定的程序。具体的说，将刀具移动轨迹等加工信息用数字化的代码记录在程序介质上，然后输入数控系统，经过译码、运算，发出指令，自动控制机床上的刀具与工件之间相对运动，从而加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件，这种机床即为数控机床。二、数控机床的工作原理数控机床在加工零件时，根据所输入的数控程序，由数控系统控制机床执行机构的各种动作，使刀具与工件及其它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，从而加工出符合技术要求的零件。三、数控机床的组成数控机床一般由输入输出设备、CNC装置（或称CNC单元）、伺服单元、驱动装置（或称执行机构）、可编程控制器PLC及电气控制装置、辅助装置、机床本体及测量装置组成。数控机床的组成框图。其中除机床本体之外的部分称为计算机数控(CNC)系统1.机床本体CNC机床由于切削用量大、连续加工发热量大等因素对加工精度有一定影响，加之维修培训系列资料２在加工中是自动控制，不能像在普通机床上那样由人工进行调整、补偿，所以其设计要求比普通机床更严格，制造要求更精密，采用了许多新的加强刚性、减小热变形、提高精度等方面的措施。2.CNC装置CNC装置是CNC系统的核心，主要包括微处理器CPU、内存、局部总线、外围逻辑电路以及与CNC系统的其它组成部分联系的接口等。数控机床的CNC系统完全由软件处理数字信息，因而具有真正的柔性化，可处理逻辑电路难以处理的复杂信息，使数字元控制系统的性能大大提高3.输入/输出设备键盘、磁盘机等是数控机床的典型输入设备。除上述以外，还可以用串行通信的方式输入。数控系统一般配有CRT显示器或点阵式液晶显示器，显示的信息较丰富，并能显示图形。操作人员通过显示器获得必要的信息。4.伺服单元伺服单元是CNC和机床本体的联系环节，它把来自CNC装置的微弱指令信号放大成控制驱动装置的大功率信号。根据接收指令的不同，伺服单元有脉冲式和模拟式之分，而模拟式伺服单元按电源种类又可分为直流伺服单元和交流伺服单元。5.驱动装置驱动装置把经放大的指令信号变为机械运动，通过简单的机械连接部件驱动机床，使工作台精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动，最后加工出图纸所要求的零件。和伺服单元相对应，驱动装置有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机等。伺服单元和驱动装置可合称为伺服驱动系统，它是机床工作的动力装置，CNC装置的指令要靠伺服驱动系统付诸实施，所以，伺服驱动系统是数控机床的重要组成部分。从某种意义上说，数控机床功能的强弱主要取决于CNC装置，而数控机床性能的好坏主要取决于伺服驱动系统。6.可编程控制器可编程控制器(PC，ProgrammableController)是一种以微处理器为基础的通用型自动控制装置，专为在工业环境下应用而设计的。由于最初研制这种装置的目的是为了解决生产设备的逻辑及开关控制，故把称它为可编程逻辑控制器(PLC，ProgrammableLogicController)。当PLC用于控制机床顺序动作时，也可称之为编程机床控制器(PMC，ProgrammableMachineController)。PLC己成为数控机床不可缺少的控制装置。CNC和PLC协调配合，共同完成对数控机床的控制。用于数控机床的PLC一般分为两类：一类是CNC的生产厂家为实现数控机床的顺序控制，而将CNC和PLC综合起来设计，称为内装型(或集成型)PLC，内装型PLC是CNC装置的一部分；另一类是以独立专业化的PLC生产厂家的产品来实现顺序控制功能，称为独立型(或外装型)PLC。7.测量装置测量装置也称反馈组件，通常安装在机床的工作台或丝杠上，相当于普通机床的刻度盘和人的眼睛，它把机床工作台的实际位移转变成电信号反馈给CNC装置，供CNC装置与指令值比较产生误差信号，以控制机床向消除该误差的方向移动。按有无检测装置，CNC系统可分为开环与死循环数控系统，而按测量装置的安装位置又可分为死循环与半死循环数控系统。开环数控系统的控制精度取决于步进电机和丝杠的精度，死循环数控系统的控制精度取决于检测装置的精度。因此，测量装置是高性能数控机床的重要组成部分。此外，由测量装置和显示环节构成的数显装置，可以在线显示机床移动部件的坐标值，大大提高工作效率和工件的加工精度。维修培训系列资料３四、数控机床的发展为了满足市场和科学技术发展的需要，为了达到现代制造技术对数控技术提出的更高的要求，当前，世界数控技术及其装备发展趋势主要体现在以下几个方面：1、高速、高效、高精度、高可靠性要提高加工效率，首先必须提高切削和进给速度，同时，还要缩短加工时间；要确保加工质量，必须提高机床部件运动轨迹的精度，而可靠性则是上述目标的基本保证。为此，必须要有高性能的数控装置作保证。2、模块化、智能化、柔性化和集成化3、开放性为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速发展的要求，最重要的发展趋势是体系结构的开放性，设计生产开放式的数控系统，例如美国、欧共体及日本发展开放式数控的计划等。4、出现新一代数控加工工艺与装备●为适应制造自动化的发展，向FMC、FMS和CIMS提供基础设备，要求数字元控制制造系统不仅能完成通常的加工功能，而且还要具备自动测量、自动上下料、自动换刀、自动更换主轴头（有时带坐标变换）、自动误差补偿、自动诊断、进线和联网等功能，广泛地应用机器人、物流系统；●FMC，FMSWeb-based制造及无图纸制造技术；●围绕数控技术、制造过程技术在快速成型、并联机构机床、机器人化机床、多功能机床等整机方面和高速电主轴、直线电机、软件补偿精度等单元技术方面先后有所突破。并联杆系结构的新型数控机床实用化。这种虚拟轴数控机床用软件的复杂性代替传统机床机构的复杂性，开拓了数控机床发展的新领域；●以计算机辅助管理和工程数据库、因特网等为主体的制造信息支持技术和智能化决策系统。对机械加工中海量信息进行存储和实时处理。应用数字化网络技术，使机械加工整个系统趋于资源合理支配并高效地应用。●由于采用了神经网络控制技术、模糊控制技术、数字元化网络技术，机械加工向虚拟制造的方向发展。第二节数控机床的可靠性一、可靠性的定义可靠性是系统的内在特性，是衡量质量的重要指针。系统的可靠性是指在规定的工作条件下，系统维持无故障工作的能力。所谓的规定的工作条件，是指设计时提出的该数控机床的使用条件。二、可靠性的衡量指针可靠性的衡量指针有：平均无故障工作时间（MTBF）,平均修复时间(MTTR),有效度。维修培训系列资料４平均无故障工作时间指可修复产品的相邻两次故障间的系统工作时间的平均值。是衡量系统可靠性的重要指针。平均修复时间定义为可修复设备在规定条件下和规定时间之内能够完成修复的概率。它反映系统的可修复性，其实是指排除故障的平均时间。有效度是指机床的可利用率。是指机床工作时间和与总时间之比。三、可靠性的影响因素1、电网质量2、工作环境3、操作人员水平4、日常维护保养5、设备的动态保存第三节数控机床的故障一、故障的定义数控机床的故障是指数控机床丧失了规定的功能，它包括机械系统、数控系统和伺服系统等方面的故障。数控机床是高度机电一体化产品，它传统的机械设备相比，虽然也包括机械、电气、液压与气动方面的故障，但数控机床的故障诊断和维修侧重于电子系统、机械、气动乃至光学等装置的交节点上。二、故障的分类数控机床发生故障的原因很复杂，为方便分析和处理故障，按故障性质及故障原因等对常见故障分类。1、机械故障和电气故障数控机床常见的机械故障主要有：机械传动故障与导轨运动摩擦过大。故障表现为传动噪声大，加工精度差，运行阻力大。例如：轴向传动链的联轴器松动，齿轮、滚珠丝杠与轴承缺油，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。尤其是机床各部位标明的注油点，需定时定量加注润滑油这是机床各传动链正常运行的保证。另外，液压、润滑与气动的主要故障是管路阻塞和密封不良。电气故障分为弱电故障和强电故障。弱电部分主要有CNC装置、PMC控制器、CRT显示器以及伺服单元、输入输出装置等电子电路。强电部分是指继电器、接触器、开关、熔断器、电源变压器、电动机、电磁铁、行程开关等电气组件及其所组成的电路。这部分故障十分常见，必须引起足够的重视。2、系统故障和随机故障系统性故障，指只要满足一定的条件或超过某一设定的限度，工作中的数控机床必然会发生的故障。例：①液压系统的压力值随着液压回路的阻塞而降到某一参数时，会发生液压系统故障报警使机床停机。②机床加工中因切削量过大，达到一定的限值时会发生过载或超温报警。因此正确的使用与精心的维护是避免此类故障发生的切实保障。随机性故障，指数控机床有同样的工作条件下工作时只偶然发生一次或两次的故障。此类故障的发生往往与安装质量、组件排列、参数设定、元器件品质、操作失误、维护不当以及工作环境影响等诸多因素有关。例：①接插件与连接组件因疏忽未加锁，印刷电路板上的元器件松动变形或焊点虚脱，继电器触点、各类开关触头因污染锈蚀、直流电动机电刷不良等造成的接触不可靠。②工作环境温度过高、湿度过大、电源波动维修培训系列资料５与机械振动、有害粉尘与气体污染等原因均可引发此类故障。因此加强数控系统的维护检查，确保电气箱门的密封，严防工业粉尘及有害气体的侵袭，可避免此类故障的发生。3、报警显示故障和无报警显示故障按诊断方式分，数控机床的故障有诊断显示故障和无诊断显示故障两种。现代数控系统大多都有较丰富的自诊断功能，如日本FANUC系统、德国SIEMENS系统等，报警号有数百条，所配置可编程控制装置报警参数也有数十条乃至上百条，当出现故障时自动显示出报警号。维修人员利用这些报警号，较易找到故障所在。而在无诊断显示时，机床在某一个位置不动，循环进行不下去时，由于没有报警显示，维修人员只能根据故障出现的前后现象来判断，因此故障排除难度较大。4、机床品质故障机床可以正常运行，但表现出的现象与以前不，比如噪声变大、振动较强、定位精度超差、反向死区过大、圆弧加工不合格、机床启停有振荡等。此时加工零件往往不合格，这类故障无任何报警信号显示，只能通过检测仪器来检测和发现。5、硬件故障、软件故障和干扰故障硬件故障指数控装置的印刷电路板上的集成电路芯片、分立组件、接插件以及外部连接组件等发生的故障。只有更换已经损坏的器件才可能的排除故障，这类故障也称为“死故障”。比较常见的是输入/输出接口损坏、功放组件损坏等。软件故障指数控系统加工程序错误、系统程序和参数的设定不正确或丢失、计算机的运算出错等。通过认真检查和修改参数可以解决这类故障。但是，参数的修改要慎重，一定要搞清楚参数的含义以及与其相关的其它参数方可修改，否则顾此失彼，还会产生新的故障，甚至发生机床动作失控。干扰故障指由于内部和外部干扰引发的故障。例：由于系统和线路分布不合理、电源地线配置不当、接地不良、工作环境恶劣等引发的故障。三、故障产生的主要原因数控机床产生故障的主要原因大致有以下几种：1、机械零部件锈蚀、磨损和失效2、电气组件的老化、损坏和失效3、电气组件接触不良4、使用环境变化，如电流或电压波动、温度变化、液压压力和流量的波动及油污。5、随机干扰和噪声、软件程序丢失或被破坏6、操作不当等等方面四、故障产生的规律1、早期故障期早期故障的特点是发