数控机床故障诊断与维修

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辅导教师:数控机床故障诊断及维修＜一＞前言＜二＞目录、数控机床故障诊断及维护的意义和要求1、 数控机床故障诊断及维护的目的2、 数控机床故障诊断及维护的主要内容3、 数控机床的工作环境要求4、 数控机床的操作规范二、数控机床故障的类型1、 数控机床故障的类型2、 数控机床故障的特点三、数控机床故障诊断及维护的基本要求1、日常维护与保养2、故障处理3、数控机床故障诊断及维修的一般方法4、常用的维修工具及仪器＜三＞总结〈一〉、前言我们知道，数控机床是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、自动检测技术和精密机械设计和制造等先进技术的高新技术的产物，是技术密集度及自动化程度都很高的、典型的机电一体化产品；与普通机床相比较，数控机床不仅具有零件加工精度高、生产效率高、产品质量稳定自动化程度极高的特点，而且它还可以完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂曲面的零件加工,因而数控机床在机械制造业中的地位显得愈来愈为重要。我们甚至可以这样说：在机械制造业中，数控机床的档次和拥有量，是反映一个企业制造能力的重要标志。但是，我们应当清醒地认识到：在企业生产中，数控机床能否达到加工精度高、产品质量稳定、提高生产效率的目标，这不仅取决于机床本身的精度和性能，很大程度上也与操作者在生产中能否正确地对数控机床进行维护保养和使用密切相关。＜二＞、内容一、数控机床故障诊断及维护的意义和要求数控机床是一种高投入额高效自动化机床。由于其投资比普通机床高得多，因此降低数控机床故障率，缩短故障修复时间，提高机床利用率是十分重要的工作。任何一台数控机床都是一种过程控制设备，他要求实时控制每一时刻都能准确无误地工作。任何部分的故障和失效，都会使机床停机，从而造成生产的停顿。因而掌握和熟悉数控机床工作原理、组成结构是做好维护、维修的基础。此外，数控机床在企业中一般处于关键工作岗位的关键工序上，若在出现故障后不能及时得到修复，将会给生产单位造成很大的损失。虽然现代数控系统的可靠性不断提高，但在运行过程中因操作失误、外部环境的变化等因素影响仍免不了出现故障。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，令操作人员和维修人员及时排除故障，尽快恢复工作。1、 数控机床故障诊断及维护目的数控机床是机电一体化设备，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身体的自动化控制设备，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，就要保证它的开动率，这就对数控机床提出了稳定性和可靠性的要求。为提高平均无故障时间就做好日常维护，延长无故障时间，另一方当出现故障时要尽快诊断出故障原因并加以修复。保证数控机床的开动率，尽量减小设备损坏及生产损失。2、 数控机床故障诊断及维护的主要内容数控机床由数控系统（CNC）、伺服系统、机床本体、辅助装置组成。每个组成部分都可能发生故障，此外对整个数控机床提供驱动动力及控制的电气部分也经常发生故障。有资料表明，在数控机床的故障中，由于操作、保养和调整不当所引起的故障占整个故障的57%；由电气控制系统、数控系统、伺服系统等数控机床本身原因引起的故障只占整个故障的43%。数控机床故障一般可以分为五大类：一是CNC装置故障；二是伺服系统故障；三是主轴系统故障；四是刀具系统故障；五是其他部位故障。在这五类故障中，CNC装置故障、伺服系统故障和刀具系统故障占整个机床故障的84%。其中CNC装置故障约占31%，伺服系统故障约占25%，刀具系统故障约占28%。而主轴系统故障和其他部位故障仅分别占3%和13%。就机床本体而言，机床工作时，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。如主轴箱中齿轮、轴承等部件的冷却和润滑，导轨副和丝杠螺母的间隙调整、润滑及支撑的预紧，液压和气动装置的压力和流量的调整。对于电源及电气控制部分而言，维修和维护的主要内容是：（1） 驱动电路它是驱动主轴运动和进给运动的连接电路；（2） 位置反馈电路它是数控系统与位置检测装置之间的连接电路；（3） 电源及保护电路它是由电源变压器、控制变压器、各种断路器、接触器、熔断器等组成的电路，为各类电动机、电磁铁、离合器、电磁阀等功率执行元件进行供电；（4） 开/关信号连接电路开/关信号是数控系统与机床本体之间的输入/输出控制信号。数控系统通过对输入开关量的处理，控制强电电路的动作。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和维护，内容多，涉及面广，是维护和故障诊断的重点部分。3、 数控机床的工作环境要求要想数控机床发挥其应有的各种功能，正常工作，提高其效率，除了严格按照操作规程进行操作，加强日常维护外，数控机床对环境也有多方面的要求。首先，时空机床要避免阳光的直射，不能安装在潮湿、粉尘过多或污染太大的场所，否则会很容易造成电缆接插头、印制电路板接插件的锈蚀，造成接触不良控制失灵，从而使电器元件的技术性能下降，电器接触不良或电路短路故障。因此，在生产场地尽量少打开数控机床电气柜门，以防加工车间空气中飘尘、油雾和金属末落在印制电路板或电器元件上，造成元器件间绝缘电阻下降，从而发生故障甚至使元器件和印制电路板损坏。其次，机床对电网供电要求不仅满足于所需总容量要求，而且电网电压波动最好在±5%以内，否则会造成电器元件损坏。如果条件许可，最好对数控机床采取专线供电或增设电源稳压设备。第三，机床环境温度不应过高，机床环境温度过高时机床工作容易失常。因为电气控制系统中一般半导体元件工作温度要求在40〜45°C以下，室温达到35°C时电气柜内部温度经常达到40C以上，所以系统不能正常工作。目前主流的数控机床系统电气柜密封很好，而且带有小型空调器，以确保电器元件正常工作。最后，数控系统工作时要求周围不能有太大的电磁干扰源，如果电焊机在旁边工作，大型吊车在机床上部吊装重物等。控制系统的地线也不能接在车间场地的公用地线上。4、 数控机床的操作规范一•运行前：程序与工件是否一致。刀库，刀具表内刀具是否与程序内刀具信息一致。检查刀具的完好程度。程序的语法检查，定义必要的G代码，M代码。进行模拟加工，检查程序的正确性。确定工件坐标系与程序坐标系相符。最后确定机床状态及各开关位置(进给倍率开关应为0)。二•加工中：观察机床动作及进给方向与程序相符。2•当工件坐标，刀具位置，剩余量三者相符后才能逐渐加大进给倍率开关。观察判断切削，声音，机床振动情况是否正常。中断程序后恢复加工时，应缓慢进给至原加工位置后，再逐渐恢复到正常切削速率。三•异常处理：当机床因报警而停台时，应先清除报警信息，将主轴安全移出加工位置确定排除警报故障后，恢复加工。当正常加工时需要暂停程序前，应先将倍率开关缓慢关至0位。当发生紧急情况时，应迅速停止程序，必要时可使用紧急停止按钮。二、 数控机床的故障类型1、 数控机床故障的类型一按故障发生的原因分类可分为数控机床自身故障和机床外部故障。二按故障发生的性质分类可分为软件故障、硬件故障和干扰故障。三按故障发生的部位分类可分为数控系统故障、伺服系统故障、电气控制部分故障、主轴系统故障、进给系统故障、刀架、刀库、工作台故障等。2、 数控机床故障的特点按照数控机床故障频率的高低，整个使用寿命大致分为三个阶段，初始使用期开始运行半年到一年期间，故障率较高，可能会一起较大的机械磨合磨损，某些电气元件经受不住使用初期的考验，在这期间，电气，液压和气动系统故障约占90%。相对稳定期经过初期的磨合调整后，开始7-10年的稳定期，这期间机电故障发生频率近乎相同，且大多可以排除。寿命终了期，设备进入终了期后，各元件开始加速磨损和老化，故障率逐年递增，故障性质属于渐发性和器质性，机电综合性，多数可经更换器件部件排除。三、 数控机床故障诊断及维护的基本要求1、日常维护和保养1＞机械部分的维护与保养数控机床机械部分的维护与保养主要包括：机床主轴部件、进给传动机构、导轨等的维护与保养。主轴部件的维护与保养主轴部件是数控机床机械部分中的重要组成部件，主要由主轴、轴承、主轴准停装置、自动夹紧和切屑清除装置组成。数控机床主轴部件的润滑、冷却与密封是机床使用和维护过程中值得重视的几个问题。首先，良好的润滑效果，可以降低轴承的工作温度和延长使用寿命。第二，主轴部件的冷却主要是以减少轴承发热，有效控制热源为主。第三，主轴部件的密封则不仅要防止灰尘、屑末和切削液进入主轴部件，还要防止润滑油的泄漏。进给传动机构的维护与保养进给传动机构的机电部件主要有：伺服电动机及检测元件、减速机构、滚珠丝杠螺母副、丝杠轴承、运动部件(工作台、主轴箱、立柱等)。这里主要对滚珠丝杠螺母副的维护与保养问题加以说明。滚珠丝杠螺母副除了对本身单一方向的进给运动精度有要求外，对轴向间隙也有严格的要求，以保证反向传动精度。因此，在操作使用中要注意由于丝杠螺母副的磨损而导致的轴向间隙采用调整方法加以消除。双螺母垫片式消隙此种形式结构简单可靠、刚度好，应用最为广泛，在双螺母间加垫片的形式可由专业生产厂根据用户要求事先调整好预紧力，使用时装卸非常方便。双螺母螺纹式消隙这种结构调整方便，且可在使用过程中，随时调整，但预紧力大小不能准确控制。齿差式消隙调整时，先取下内齿圈，让两个螺母相对于套筒同方向都转动一个齿，然后再插入内齿圈，则两个螺母便产生相对角位移。机床导轨的维护与保养机床导轨的维护与保养主要是导轨的润滑和导轨的防护。导轨润滑的目的是减少摩擦阻力和摩擦磨损，以避免低速爬行和降低高温时的温升。因此导轨的润滑很重要。对于滑动导轨，采用润滑油润滑；而滚动导轨，则润滑油或者润滑脂均可。导轨的防护在操作使用中要注意防止切屑、磨粒或者切削液散落在导轨面上，否则会引起导轨的磨损加剧、擦伤和锈蚀。为此，要注意导轨防护装置的日常检查，以保证导轨的防护。回转工作台的维护与保养数控机床的圆周进给运动一般由回转工作台来实现，对于加工中心，回转工作台已成为一个不可缺少的部件。因此，在操作使用中要注意严格按照回转工作台的使用说明书要求和操作规程正确操作使用。特别注意回转工作台传动机构和导轨的润滑。辅助装置的维护与保养数控机床的辅助装置的维护与保养主要包括：数控分度头、自动换刀装置、液压气压系统的维护与保养。数控分度头的维护与保养数控分度头是数控铣床和加工中心等的常用附件，其作用是按照CNC装置的指令作回转分度或者连续回转进给运动，使数控机床能够完成指定的加工精度，因此，在操作使用中要注意严格按照数控分度头的使用说明书要求和操作规程正确操作使用。自动换刀装置的维护与保养自动换刀装置是加工中心区别于其它数控机床的特征结构。它具有根据加工工艺要求自动更换所需刀具的功能，以帮助数控机床节省辅助时间，并满足在一次安装中完成多工序、工步加工要求。因此，在操作使用中要注意经常检查自动换刀装置各组成部分的机械结构的运转是否正常工作、是否有异常现象；检查润滑是否良好等，并且要注意换刀可靠性和安全性检查。液压系统的维护与保养定期对油箱内的油进行检查、过滤、更换；检查冷却器和加热器的工作性能，控制油温；定期检查更换密封件，防止液压系统泄漏；定期检查清洗或更换液压件、滤芯、定期检查清洗油箱和管路；严格执行日常点检制度，检查系统的泄漏、噪声、振动、压力、温度等是否正常。气压系统的维护与保养选用合适的过滤器，清除压缩空气中的杂质和水分；检查系统中油雾器的供油量，保证空气中有适量的润滑油来润滑气动元件，防止生锈、磨损造成空气泄漏和元件动作失灵；保持气动系统的密封性，定期检查更换密封件；注意调节工作压力；定期检查清洗或更换气动元件、滤芯。数控装置的日常维护与保养数控系统是数控机床电气控制系统的核心。每台机床数控系统在运行一定时间后，某些元器件难免出现一些损坏或者故障。为了尽可能地延长元器件的使用寿命，防止各种故障，特别是恶性事故的发生，就必须对对数控系统进行日常的维护与保养。主要包括：数控系统的使用检查和数控系统的日常维护。CNC系统的日常维护主要包括以下几方面：严格制订并且执行CNC系统的日常维护的规章制度根据不同数控机床的性能特点，严格制订其CNC系统的日常维护的规章制度，并且在使用和操作中要严格执行。应尽量少开数控柜门和强电柜的门因为，在机械加工车间的空气中往往含有油雾、尘埃，它们一旦落入数控系统的印刷线路板或者电气元件上，则易引起元器件的绝缘电阻下降，甚至导致线路板或者电气元件的损坏。所以，在工作中应尽量少开数控柜门和强电柜的门。定时清理数控装置的散热通风系统，以防止数控装置过热散热通风系统是防止数控装置过热的重要装置。为此，应每天检查数控柜上各个冷却风扇运转是否正常，每半年或者一季度检查一次风道过滤器是否有堵塞现象，如果有则应及时清理。注意CNC系统的输入/输出装置的定期维护例如CNC系统的输入装置中磁头的清洗。定期检查和更换直流电机电刷在20世纪80年代生产的数控机床，大多数采用直流伺服电机，这就存在电刷的磨损问题，为此对于直流伺服电机需要定期检查和更换直流电机电刷。经常监视C