毕业论文：浅谈数控机床的维修与维护

1、 毕业设计（论文）浅谈数控机床的维修与维护学院（系）：工程系专 业：学 号：学生 姓名：指导 教师：目录摘要.2第一章 绪论3第二章 数控机床概述.42.1 数控机床的简介.5 2.2 数控机床的组成52.3 数控机床的特点52.4 数控机床的主要技术指标62.5 数控机床使用中应注意的事项.8第三章 数控机床的故障诊断.93.1 数控机床的外部故障诊断方法.93.2 数控机床常见的故障诊断103.3 数控机床的故障排除方法11第四章 数控机床的保养及维护.124.1 数控机床的保养知识134.2 数控机床系统的维护144.3 机械部件的维护15第五章 数控机床操作类故障实例分析.16第六章

2、PLC简介.18第七章 PLC故障诊断分析.22第八章 结论.23摘要机械制造业是国民经济的支柱产业，可以说，没有发达的制造业，就不可能有国家的真正繁荣和富强。而机械制造业的发展规模和水平，则是反映国民经济实力和科学技术水平的重要指标之一。 制造自动化技术是先进制造技术的重要组成部分，其核心是数控技术。数控技术是综合应用计算机，自动化控制，自动检测及精密机械等高新技术的产物。它的出现及所带来的巨大效益，已引起了世界各国科技与工业界的普遍重视。 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，它已经成为一门专业的学科。同时也表明，数控维修技术是制

3、造业竞争和发展的基础，也是机械制造业技术水平的标志。 论文主要研究了根据数控机床的特点，数控机床常见的故障及诊断方法，数控机床的保养知识和实例展示了计算机辅助设计在运用中的便利化和普遍化。研究结果表明，数控加工在当前制造业中占据着主导地位，在各行各业中都有它的出现。它的发展将带动制造业的飞速发展，同时也将影响社会的发展进程。因此，做好数控设备的维护工作，提高数控设备的维修效率，是现代制造业的一项重要工作。计算机辅助设计指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算，信息存储和制图等项工作。第一章 绪论数控技术是现代制造业实现自动化，柔性化，

4、集成化生产的基础，离开了数控技术，先进制造技术就成了无本之木。数控技术的广泛使用给机械制造业生产方式，生产结构，管理方式带来深刻变化，它的关联效益和辐射能力更是难以估计，其水平高低是衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，实现加工机床及生产过程数控化，已经成为当今制造业的发展方向。随着电子技术和自动化技术的发展，数控技术的应用越来越广泛，以微处理器为基础，以大规模集成电路为标志的数控设备，已在我国批量生产，大量引进和推广应用，它们给机械制造业的发展创造了条件，并带来很大的效益。但同时，由于它们的先进性，复杂性和智能化高的特点，在维修理论，技术和手段上都发生了飞跃的变化。另外任何一台数控设备都是

5、一种过程控制设备，这就要求它在实时控制的每一时刻都准确无误的工作。任何部分的故障与实效，都会使机床停机，从而造成生产停顿。因而对数控机床系统这样原理复杂，结构精密的装置进行维护就显得十分必要了。我们现有的维修状况和水平，与国外进口设备的设计与制造技术水平还存在很大的差距。造成差距的原因在于:人员素质较差，缺乏数字测试分析手段。计算机辅助设计随着计算机的发展，已从简单，单一，相对独立的功能发展成为复杂，综合，紧密联系的功能集成系统。将来更加普及，更加便利化。第二章 数控机床概述2.1 数控机床的简介(Numericai Control Machine Tools)简称数控机床，是用数字化信号对机

6、床的运动及其加工过程进行控制的机床，或者说是装备了数控系统的机床。数控机床较好的解决了复杂，精密，小批量，多品种的零件加工问题，是一种柔性的，高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。2.2 数控机床的组成输入/输出装置（控制介质），数控装置，伺服机构，辅助控制装置，检测装置，机床本体。2.3 数控机床的特点1）适合于复杂异形零件的加工数控机床可以完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂零件的加工，因此在宇航，造船，模具等加工业中得到广泛应用。加工精度高加工稳定可靠实现计算机控制，排除人为误差，零件的加工一致性好，质量稳定可靠。高柔性加工对象改变时，一般

7、只需要更改控制程序，体现出很好的适应性，可大大节省生产准备时间。在数控机床的基础上，可以组成具有更高柔性的自动化制造系统。生产率高数控机床可有效的减少零件的加工时间和辅助时间，数控机床的主轴转速和进给量的范围大，允许机床进行大切削量的强力切削，数控机床目前正进入高速加工时代，数控机床移动部件的快速移动和定位及高速切削加工，减少了半成品的工序间周转时间，提高了生产效率。改善劳动条件数控机床加工前经调整好后，输入程序并启动，机床就能自动连续的进行加工，直至加工结束。操作者主要是程序的输入，编辑，装卸零件，刀具准备，加工状态的观测，零件的检验等工作，劳动强度极大降低，机床操作者的劳动趋于智力型工作。

8、另外，机床一般是封闭式加工，即清洁，又安全。利于生产管理现代化数控机床的加工，可预先精确估计加工时间，所使用的刀具，夹具可进行规范化，现代化管理。数控机床使用数字信号与标准代码为控制信息，易于实现加工信息的标准化。2.4 数控机床的主要技术指标1.主要规格尺寸.主要尺寸有床身和刀架最大回转直径，最大车削长度，最大车削直径等；数控铣床主要有工作台，工作台T型槽，工作台行程等规格尺寸。 2.主轴系统数控机床主轴采用直流或交流电动机驱动，具有较宽的调速范围和较高的回转精度，主轴本身的刚度与抗震性比较好。现在数控机床主轴普遍达到500010000r/min甚至更高的转速，并且可以通过操作面板上的倍率开

9、关直接改变转速，每挡间隔5%，其调节范围为50%120%。 3.进给系统该系统有进给速度范围，快进速度范围，运动分辨率（最小移动增量），定位精度和螺距范围等主要技术参数。 4.定位精度和重复定位精度定位精度是指数控机床工作台或其他运动部件的实际运动位置与指令位置的一致程度，其不一致的差值即为定位误差。重复定位精度是指在相同的操作方法和条件下，在完成规定操作次数过程中得到结果的一致程度。 5.刀具系统数控车床包括刀架工位数，刀具孔直径，刀杆尺寸，换刀时间，重复定位精度各项内容，加工中心刀库容量与换刀时间直接影响其生产率。 6.电气 包括主电动机，伺服电动机规格型号和功率7.冷却系统 包括冷却箱容

10、量，冷却泵输出量。2.5 数控机床使用中应注意的事项使用数控机床之前，应仔细阅读机床使用说明书以及其他有关资料，以便正确操作使用机床，并注意以下几点。（1）机床操作，维修人员必须是掌握相应机床专业知识的专业人员或经过技术培训的人员，且必须按安全操作规程及安全操作规定操作机床；（2）非专业人员不得打开电柜门，打开电柜门前必须确认已经关掉了机床总电源开关，。只有专业维修人员才允许打开电柜门，进行通电维修；（3）除一些供应户使用并可以改动的参数外，其他系统参数，主轴参数，伺服参数等，用户不能私自修改，否则将给操作者带来设备，工件，人身等伤害；（4）修改参数后，进行第一次加工时，机床在不装刀具和工件的

11、情况下用机床锁住，单程序段等方式进行试运行，确认机床正常后再使用机床；（5）机床的PLC程序是机床制造商按机床需要设计的，不需要修改。不正确的修改，操作机床可能造成机床的损坏，甚至伤害操作者；（6）建议机床连续运行最多24小时。如果连续运行时间太长影响电气系统和部分机械器件的寿命，从而会影响机床的精度； （7）机床全部连接器，接头等，不允许带电拔，插操作，否则将引起严重的后果。第三章 数控机床的故障诊断3.1 数控机床的外部故障诊断方法由于现代数控系统的可靠性越来越高，数控系统本身的故障越来越低，而大部分故障的发生则是非系统本身原因引起的。数控设备的外部故障可以分为软故障和外部硬件损坏引起的硬

12、故障。软故障是指由于操作，调整处理不当引起的，这类故障多发生在设备使用前期或设备使用人员调整时期。对于数控系统来说，另一个易出故障的地方为伺服单元。由于各轴的运动是靠伺服单元控制电机带动滚珠丝杠来实现的。用旋转编码器作速度反馈，用光栅尺作位置反馈。一般易出故障的地方为旋转编码器与伺服单元的驱动模块。车床每天加工完，最好把机床的轴移到安全位置。外部硬件操作引起的故障是数控修理中的常见故障。这类故障有些可以通过报警信息查找故障原因。对一般的数控系统来讲都有故障诊断功能或信息报警。维修人员可利用这些信息手段缩小诊断范围。而有些故障则需要根据维修经验，机床的工作原理和PLC运行状况来分析判断了。3.2

13、 数控机床常见的故障诊断数控系统故障维修通常按照；现场故障的诊断与分析，故障的测量维修排除，系统的试车这三大步进行。(1)先外部后内部 现代数控系统的可靠性越来越高，数控系统本身的故障率越来越低，而大部分故障的发生则是非系统本身原因引起的。由于数控机床是集机械，液压，电气为一体的机床，其故障的发生也会由这三者综合反映出来。维修人员应先由外向内逐一进行排查。尽量避免随意地启封，拆卸，否则会扩大故障，使机床丧失精度，降低性能。 （2）先机械后电气一般来说，机械故障较易发觉，而数控系统及电气故障的诊断难度较大。在故障检测之前，首先注意排查机械性的故障。 （3）先静态后动态先在机床断电的静止状态，通过

14、了解，观察，测试，分析，确认通电后不会造成故障扩大，发生事故后，方可给机床通电。在运行状态下，进行动态的观察，检验和测试，查找故障。而对通电后会发生破坏性故障的，必须先排除危险后，方可通电。（4）先简单后复杂当出现多种故障相互交织，一时无从下手时，应先解决容易的问题，后解决难度较大的问题。往往简单问题解决后，难度较大的问题也可能变得容易。所谓：吃得苦中苦，方位人上人。3.3 数控机床的故障排除方法 诊断方法： 简易诊断技术：问、看、听、摸、嗅 精密诊断技术：温度检测、振动检测、噪声检测、油液分析、裂纹检测3.3.1直观法这是一种最基本的方法。维修人员通过对故障发生时的各种光、声、味等异常现象的

15、观察以及认真看系统的每一处，往往可将故障范围缩小到一个模块或一块印刷线路板。这要求维修人员具有丰富的实际经验，要有多学科的较宽的知识和综合判断的能力。3.3.2交换法这是一种简单易行的方法，也是现场判断时最常用的方法之一。所谓交换法就是在分析出故障大致起因的情况下，维修人员可以利用备用的印刷电路板，模板，集成电路芯片或元器件替换有疑点的部分，从而把故障范围缩小到印刷线路板或芯片一级。它实际上也是在验证分析的正确性。3.3.2交换法当系统出现的故障表现为若有若无时，往往可用敲击法检查出故障的部位所在。这是由于系统是由多块印刷线路板组成，每块板上又有许多焊点，板间或模块又通过插接件及电缆相连。因此

16、，任何虚焊或接触不良，都可能引起故障。当用绝缘物轻轻敲打有虚焊及接触不良的疑点处，故障肯定会重复出现。3.3.3 局部升温CNC系统经过长期运行后元器件均要老化，性能会变坏。当它们尚未完全损坏时，出现的故障变得时有时无。这时可用热吹风或电烙铁等来局部升温被怀疑的元器件，加速其老化，以便彻底暴露故障部件。当然，采用此法时，一定要注意元器件的温度参数等，不要将原来是好的器件烤坏。3.3.4 原理分析法根据CNC系统的组成原理，可从逻辑上分析各点的逻辑电平和特征参数，然后用仪器进行测量，分析和比较，从而对故障定位。运用这种方法，要求维修人员必须对整个系统或每个电路的原理有清楚的，较深的了解。除了以上

17、常用的故障检查测试方法外，还有拔板法，电压拉偏法，开环检测法以及在上章中曾提出的诊断方法等多种。这些检查方法各有特点，按照不同的故障现象，可以同时选择几种方法灵活应用，对故障进行综合分析，才能逐步缩小故障范围，较快的排除故障。第四章 数控机床的保养及维护数控机床的维修概念，不能单纯的局限于数控系统发生故障时，如何排除故障和及时修复，使数控系统尽早投入使用，还应包括正确使用和日常保养等。4.1 数控机床的保养知识数控设备是一种自动化程度较高，结构较复杂的先进加工设备，是企业的重点，关键设备。要发挥数控设备的高效益，就必须正确的操作和精心的维护，才能保证设备的利用率。正确的操作使用能够防止车车非正

18、常磨损，避免突发故障；做好日常维护保养，可使设备持良好的技术状态。延缓劣化进程，及时发现和消灭突发故障隐患，从而保证安全运行。4.1.1 数控设备使用中应注意的问题1）数控设备的使用环境为提高数控设备的使用寿命，一般要求要避免阳光的直接照射和其他热辐射，要避免太潮湿，粉尘过多或有腐蚀气体的场所。腐蚀气体易使电子元件受到腐蚀变质，造成接触不良或元件间短路，影响设备的正常运行。精密数控设备要远离振动大的设备，如冲床，锻压设备等。2）电源要求 为了避免电源波动幅度大和可能的瞬间干扰信号等影响，数控设备一般采用专线供电或增设稳压装置等，都可减少供电质量的影响和电气干扰。3）操作规程 操作规程是保证数控

19、车床安全运行的重要举措之一，操作者一定要按操作规程操作。车车发生故障时，操作者要注意保留现场，并向维修人员如是说明出现故障前后的情况，以利于分析，诊断出故障的原因，及时排除。另外，数控车床不易长期封存不用，购买数控车床以后要充分利用，尤其是投入使用的第一年，使其容易出故障的薄弱环节尽早暴露，得以在保修期内得以排除。在没有加工任务的时候，数控车床也要定期通电，最好是每周通电1-2次。每次空运行半个小时左右，以利用车床本身的发热量来降低机内的湿度，使元子元件不致受潮，同时也能及时发现有无电池报警发生，以防止系统软件，参数的丢失。4.1.2数控车床的维护保养由于数控车床系统的不同，各具不同的特性。其

20、维护保养的内容和规则也各有特色，具体应根据其车床系统的种类，型号及使用情况，并参照车床使用说明书要求，制订和建立必要的定期，定级保养制度。4.2 数控机床系统的维护数控系统是数控机床的核心部件。因此，数控机床的维护主要是数控系统的维护。数控系统经过一段较长时间的使用，电子元器件性能要老化甚至损坏，有些机械部件更是如此，为了尽量地延长元器件的寿命和零部件的磨损周期，防止各种故障，特别是恶性事故的发生，就必须对数控系统进行日常的维护。制订数控系统日常维护的规章制度。应尽量少开数控柜和强电柜的门。定时清扫数控柜的散热通风系统。数控系统的输入/输出装置的定期维护。直流电动机电刷的定期检查和更换，直流电

21、动机电刷的过度磨损，会影响电动机的性能，甚至造成电动机损坏。定期更换存储用电池，一般数控系统内对存储器件设有可充电电池维护电路，以保证系统不通电期间能保持其存储器的内容。备用电路板的维护等等。 4.3 机械部件的维护（1）主传动链的维护，定期调整主轴驱动带的松紧程度，防止因带打滑造成的调转现象；还有恒温油箱，调节温度范围，及时补充油量，并清洗过滤器； （2）刀库及换刀机械手的维护，严禁把超重，超长的刀具装入刀库，以避免机械手换刀时掉刀或刀具与工件，夹具发生碰撞；经常检查刀库的回零位置是否正确，检查车床主轴回换刀点位置是否到位，并及时调整。 （3）车床精度的维护，定期进行车床水平和机械精度检查并

22、校正。机械精度的校正方法有软硬两种。其软方法主要是通过系统参数补偿，如各坐标定位精度点补偿，车床回参考点位置校正等；硬方法一般要在车床大修时进行，如进行导轨修刮，滚珠丝杠螺母副预紧调整反向间隙等。（4）滚珠丝杠螺纹副的维护，定期检查，调整丝杠螺纹副的轴向间隙，保证反向传动精度和轴向刚度；定期检查丝杠与床身的连接是否有松动；丝杠防护装置有损坏要及时更 换，以防止灰尘进入。 第五章 数控机床操作类故障实例分析例1 数控车床在使用中手动移动正常，自动回零时移动一段距离后不动，重开手动移动又正常。 故障分析 该车床使用经济型数控系统，步进电动机驱动，手动移动时由于速度稍慢，移动正常，自动回零时快速移动

23、距离较长，出现机械卡住现象。根据故障进行维修，主要是机械原因，后经询问才得知该机床加工时尺寸不准，将另一台机床上的电动机拆来使用后出现了该故障，经仔细检查是因变速箱中的齿轮间隙太小引起，重新调整后正常。这是一例人为因素造成的故障，在修理中如不加注意会经常发生，因此在工作中应引以重视，避免这种现象的发生。 例2 配备FANUC7CM系统的XK715F型数控立铣床，其旋转工作台（B轴）低速时转动正常，中，高速时出现抖动。故障分析 采用隔离法将电动机从转盘上拆下后再运转，仍有抖动现象再将位置脱开，外加VCMD给定信号给速度单元，再运转，还是抖动。可见，故障在电动机或速度单元上。先打开电动机，发现大量

24、冷却油进入内部。洗刷电动机内部后再装好，运转时电动机不再抖动。例3 某加工中心在JOG方式下进给平稳，但自动方式则不正常。故障分析 首先要确定是NC故障还是伺服系统故障，先断开伺服速度给定信号，用电池电压作信号，故障依旧，说明NC系统没有问题。进一步检查是Y轴夹紧装置出故障。第六章 PLC简介PLC的基本原理与结构1.可编程序控制器（PLC）的工作原理可编程序控制器（PLC）是计算机技术与自动控制技术有机结合的一种通用工业控制器。计算机数控系统（CNC）和PLC协调配合，共同完成数控机床的控制。其中，CNC主要完成与数字运算和管理等有关的功能，如零件程序的编辑，插补运算，译码，位置伺服控制等。

25、PLC主要完成与逻辑运算有关的一些动作，没有轨迹上的具体要求；同时控制辅助装置完成机床相应的开关动作，如工件的装夹，刀具的更换，切削液的开关等一些辅助动作；它还接受机床操作面板的指令，一方面直接控制机床的动作，另一方面将一部分指令送往CNC,用于加工过程的控制。2.可编程控制器的类型用于数控机床的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，PLC是CNC的一部分，其中的PLC称为内装型（或集成型）PLC；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系统，这种类型的PLC称为独立性（或外装型）PLC。内装型PLC与CNC间的信息传

26、送在CNC内部实现，PLC与机床（Machine Tool,简称MT）间信息的传送则通过CNC的输入/输出接口电路来实现。一般这种类型的PLC不能独立工作，它只是CNC向PLC功能的扩展，两者是不能分离的。在硬件上，内装型PLC可与CNC共用一个中央处理器(CPU),也可以单独使用一个CPU。由于CNC的功能和PLC的功能在设计时就一同考虑，因而这种类型的系统在硬件和软件的整体结构上合理，实用，性能价格比高，适用于类型变化不大的数控系统。由于PLC和CNC间没有多余的连线，且PLC上的信息能通过CNC显示器显示，使PLC的编程更为方便，而且故障诊断功能和系统的可靠性也提高。第七章PLC故障诊断

27、分析1.PLC故障的表现形式当数控机床出现有关PLC方面的故障时，一般有如下四种故障原因的表现形式：1）可由PLC自身报警找到故障的原因。2）可通过CNC报警直接找到故障的原因。3）虽有CNC报警显示，但不能反映故障的真正原因。4）没有任何故障提示。对于后两种情况，可利用数控系统的自诊断功能，联系数控机床的当前工作状态，根据PLC的梯形图和输入，输出状态来分析和判断故障的原因，这种方法是解决数控机床外围故障的基本方法。2.数控机床PLC故障诊断的方法（1）根据PLC的I/O接口信号的状态检查故障。数控机床中，输入/输出信号的传递一般是通过PLC的I/O接口来实现的，因此，一些故障会在PLC的L

28、/O接口通道上反映出来。在“诊断”操作区域中或是在“启动”操作区域，启动PLC软件，进入PLC状态检查界面，显示操作数，操作数对应的状态和状态格式，其中操作数是指要检查的信号。如果不是数控系统硬件故障，可以不必查看梯形图和有关电路图，通过查询PLC的I/O接口状态，找出故障原因，因此要熟悉控制对象的PLC的I/O接口正常状态和故障状态。（2）根据PLC故障报警诊断故障 机床制造商在机床出厂时提供了有关报警信息，这些报警信息大部分是对某种错误状态的报警指示，综合的报警还需要利用PLC的在线监控功能，通过观察用户PLC程序中信号的通断，可以方便地判断出故障发生的原因。（3）根据控制对象的工作原理诊

29、断故障 数控机床的PLC程序是按照控制对象的工作原理设计的，通过控制对象工作原理进行分析，并结合PLC的I/O接口状态可以有效的诊断出故障原因。（4）通过PLC梯形图诊断故障 根据PLC梯形图来分析和诊断故障是解决数控机床外围故障的基本方法。用这种方法诊断数控机床故障首先要搞清机床的工作原理，动作顺序和互锁关系，根据梯形图查看相关的输入/输出及标志位状态，从而，确认故障的原因。3PLC梯形图常用符号见图11.数控系统PLC梯形图是由各种特定符号组成的。图11除了上述符号外，数控系统PLC梯形图常用符号还有定时器T，计数器C（加法计数器，减法计数器，加减计数器），比较指令（等于，大于，不小于，小

30、于，不大于，不等于），移位指令，传送指令，主标识符有I（输入过程映像存储区），Q（输出过程映像存储区），M（位存储区），T（定时器），C（计数器）。4.PLC报警的处理（1）一般报警的处理1）ALM400006缓冲的PLC数据丢失报警。PLC数据丢失是比较常见的PLC报警之一，产生报警的原因主要有一下几点：由操作不当引起（如执行了PLC清零或用默认值启动操作）。用保护数据启动，但事先没有进行数据保护。超出备份时间。出现该报警后应重新更新所要求的数据，然后删除报警。2）ALM4000015 PROFIBUSDPI/O出错报警。该报警的含义是PLC用户程序中使用的I/O地址不存在，产生该故障的原因主要有一下几点：PROFIBUSI/O模块没有电压提供。客户端总线地址设置错误。PROFIBUS连接出错。SDB PROFIBUS配置不正确。出现该报警后可以按以下步骤进行故障的分析和排除：检查PROFIBUSI/O模块是否有电压提供。检查PP72/48模块上PROFIBUS总