数控机床主要器件的工作原理及故障诊断

2011-2012学年第一学期2009级《数控机床故障诊断与维护》课期末考查论文题目：数控机床主要器件的工作原理及故障诊断所在学部：专业班级：姓名：学号：数控机床主要器件的工作原理及故障诊断摘要：本文主要讲述数控机床主要器件的工作原理，以及局部故障诊断的相关内容，先从主要器件的工作原理讲起，最后通过实例具体介绍故障产生该如何诊断的过程。关键词：数控机床，主要器件，工作原理，故障，诊断一、数控机床主要器件的工作原理1、接触器KM〔1〕当接触器的励磁线圈通电后，在衔铁气隙处产生电磁吸力，使衔铁吸合。由于主触点支持件与衔铁固定在一起，衔铁吸合带动主触点也闭合，接通主电路。与此同时，衔铁还带动辅助触电动作，使动合触点闭合，动断触点断开。〔2〕当线圈断电或电压显著降低时，电磁吸力消失或变小，衔铁在复位弹簧的作用下翻开，使主、辅触电恢复到原来的状态，把电路切断。

2、电磁继电器KA电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点〔常开触点〕吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点〔常闭触点〕吸合。这样吸合、释放，从而到达了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。3、通电延时型时间继电器KT当时间继电器线圈通电时，衔铁被吸合，活塞杆在宝塔形弹簧的作用下移动，移动的速度要根据进气孔的节流程度而定，各延时触头不立即动作，而要通过传动机构延长一段整定时间才动作，线圈断电时延时触头迅速复原。4、电机M〔1〕伺服电机伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反响信号给驱动器，驱动器根据反响值与目标值进行比拟，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度〔线数〕〔1〕步进电机步进电机采用双凸极设计，转子和定子结构上均有齿。永久磁性位于转子上，电磁包含在定子中。多数设计包含2个定子相位，由正交相位信号独立驱动。驱动这些相位有许多方法，包括全步进、半步进或微步进，取决于使用的控制技术。每种情况下都会确定子磁通矢量，转子上的磁性将尝试与该矢量保持一致。由于转子和定子的齿数不同，产生的移动或步进可能极小。对齐之后，定子电流立即按这种方式发生变化，以增加定子磁通矢量角度，从而使电机移动到下一个步进。5、通电延时型时间继电器KT当时间继电器线圈通电时，衔铁被吸合，活塞杆在宝塔形弹簧的作用下移动，移动的速度要根据进气孔的节流程度而定，各延时触头不立即动作，而要通过传动机构延长一段整定时间才动作，线圈断电时延时触头迅速复原。6、X,Y,Z轴步进驱动器X,Y,Z轴的步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按适宜的时序通电，就能使步进电机步进转动。图1是该四相反响式步进电机工作原理示意图。图1四相步进电机步进示意图开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，那么转子会沿着A、B、C、D方向转动。四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制度。单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示：图2.步进电机工作时序波形图7、变频器〔1〕主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换局部，变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。它由三局部构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。整流器：最近大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。平波回路：在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压〔电流〕。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。逆变器：同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。以电压型pwm逆变器为例示出开关时间和电压波形。〔2〕控制电路是给异步电动机供电〔电压、频率可调〕的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比拟运算，决定逆变器的输出电压、频率。电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。驱动电路：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。速度检测电路：以装在异步电动机轴机上的速度检测器(tg、plg等)的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。保护电路：检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。数控机床上的变频器的作用：用于主轴的无极调速.有CNC给出模拟电压(0----+10V),控制变频器的输出频率.从而改变主轴电机的转速,通过传动机构(皮带或齿轮)传到主轴,而改变主轴的速度(转速)8、直流稳压电源〔1〕主电路从交流电网输入、直流输出的全过程，包括：输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反响到公共电网。整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心局部，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。〔2〕控制电路一方面从输出端取样，经与设定标准进行比拟，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，到达输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的资料，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。〔3〕检测电路除了提供保护电路中正在运行中各种参数外，还提供各种显示仪表资料。〔4〕辅助电源提供所有单一电路的不同要求电源。二、KND1000数控机床的故障检查1、照明灯故障故障现象：照明灯不能正常工作有可能的故障点是：〔1〕KM4常开触点与工作灯的连接断开。〔2〕继电器KA6触点连接断开。〔3〕继电器KA6线圈连接断开2、冷却泵故障故障现象：冷却泵不能正常工作有可能的故障点是：〔1〕继电器KA5触点连接断开〔2〕继电器KA5线圈连接断开。〔3〕接触器KM5触点连接断开。3、回零故障故障现象：回零操作时