畢業(yè)設(shè)計－數(shù)控機床常見故障檢測與排除方法

1、合 肥 通 用 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文題 目： 數(shù)控機床常見故障檢測與排除方法 系 別： 機 械 工 程 系 專 業(yè)： 機 械 制 造 及 自 動 化 學 制： 三 年 姓 名： 學 號： 7 指導教師： 2011 年 11 月02 日指導教師評語及成績：指導教師： 201 年 月 日摘要數(shù)控機床是一種自動化程度高 ,結(jié)構(gòu)較復雜的先進加工設(shè)備，在機械制造業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用。為了提高機床的使用率，文章總結(jié)了幾種常用的排除數(shù)控機床故障的方法，通過實例介紹數(shù)控機床故障排除方法的應(yīng)用，對從事數(shù)控技術(shù)的人員有參考作用。本文主要研究數(shù)控機床故障分析及消除措施的相關(guān)內(nèi)容。從數(shù)控機床故

2、障診斷的基礎(chǔ)內(nèi)容談起，介紹數(shù)控機床故障規(guī)律，故障診斷的一般步驟及方法。接著講述數(shù)控機床的常見故障，包括機械故障、伺服系統(tǒng)故障、PLC等電氣故障。最后通過實例具體介紹數(shù)控機床故障產(chǎn)生后分析處理的過程。從而得知，數(shù)控機床維修是一門復雜的技術(shù)，要熟悉數(shù)控機床的各個部分，理論加實踐，提高工作效率。關(guān)鍵詞：數(shù)控機床；故障檢測；故障排除；排除方法目錄摘要I目錄II第1章 引言1第2章 數(shù)控機床常見故障檢測2數(shù)控機床的故障規(guī)律2數(shù)控機床故障檢測的一般步驟2數(shù)控機床的常用檢修方法4第3章 數(shù)控機床常見故障診斷與維修6數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)故障診斷與維修6常見伺服系統(tǒng)故障及診斷7數(shù)控機床PLC故障診斷的方法7第4章數(shù)

3、控機床常見故障診斷及維修實例9主軸出現(xiàn)噪聲的故障維修9絲杠竄動引起的故障維修9刀架、刀庫、換刀裝置的故障維修10總結(jié)11參考文獻12致謝13第1章 引言隨著制造業(yè)信息化的不斷深入，我國各機械制造企業(yè)紛紛采用數(shù)控機床作為現(xiàn)代化生產(chǎn)設(shè)備，實現(xiàn)高效自動化生產(chǎn)。生產(chǎn)過程中，如果維修部到位，數(shù)控機床出現(xiàn)故障，輕則影響設(shè)備的利用率，重則生產(chǎn)癱瘓，貽誤產(chǎn)品生產(chǎn)周期，企業(yè)信譽受損。因此，掌握一定的數(shù)控機床故障排除方法，便可迅速、準確地找出數(shù)控機床的故障點，排除數(shù)控機床的故障，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效生產(chǎn)。數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代機械制造工業(yè)的重要技術(shù)裝備，也是先進制造技術(shù)的基礎(chǔ)技術(shù)裝備。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控機床在我國的應(yīng)

4、用越來越廣泛，但由于數(shù)控機床系統(tǒng)及其復雜，又因大部分具有技術(shù)專利，不提供關(guān)鍵的圖樣和資料，所以數(shù)控機床的維修成為了一個難題。論文將涉及數(shù)控機床簡單介紹、故障現(xiàn)象描述或給出典型實例、故障的成因的分析和論證、故障診斷過程及消除故障的措施等內(nèi)容。本論文將參考相關(guān)資料，根據(jù)自己的實際工作經(jīng)驗進行編寫，力求為廣大數(shù)控機床維修者提供可借鑒的經(jīng)驗。數(shù)控機床是機、電、液（氣）、光等技術(shù)的結(jié)晶，所以在診斷中應(yīng)緊緊抓住微電子系統(tǒng)與機、電、液（氣）、光等裝置的交換點，這些節(jié)點是信息傳輸?shù)慕裹c，對數(shù)控機床的故障診斷會大有幫助，可以很快初步判斷故障發(fā)生的區(qū)段，如故障可能是在CNC系統(tǒng)、PLC、MT及液壓等系統(tǒng)的哪一側(cè)，

5、以縮小檢查范圍。 故障部位一旦找到，但手頭卻無可更換的備件，可用移植借用辦法作為應(yīng)急措施來解決。例如某一組件壞了（如與非門或觸發(fā)器等）但損壞的往往只是組件中的某一路，其他幾部分還是好的。而在印刷線路板的設(shè)計中，又往往只是用了組件中的一部分，沒有全部用滿。此時，可將沒有使用的剩余部分取出做為應(yīng)急用。具體的做法是，切斷已損壞部分的插腳（包括輸入和輸出腳），然后用區(qū)線將信號輸入、輸出線引至剩余的組件插腳上即可，從而使數(shù)控機床盡快地恢復工作。第2章 數(shù)控機床常見故障檢測數(shù)控機床是個復雜的系統(tǒng)，一臺數(shù)控機床既有機械裝置、液壓系統(tǒng)，又有電氣控制部分和軟件程序等。組成數(shù)控機床的這些部分，由于種種原因，不可避

6、免地會發(fā)生不同程度、不同類型的故障，導致數(shù)控機床不能正常工作。這些原因大致包括：機械銹蝕、磨損和失效；元器件老化、損壞和失效；電氣元件、接插件接觸不良；環(huán)境變化，如電流或電壓波動、溫度變化、液壓壓力和流量的波動以及油污等；隨機干擾和噪聲；軟件程序丟失或被破壞等。此外，錯誤的操作也會引起數(shù)控機床不能正常工作。數(shù)控機床維修的關(guān)鍵是故障的檢測，即故障源的查找和故障定位。一般講根據(jù)不同的故障類型，采用不同的故障檢測方法。數(shù)控機床的故障規(guī)律與一般設(shè)備相同，數(shù)控機床的故障率隨時間變化的規(guī)律可用圖1所示的浴盆曲線表示。在整個使用壽命期，根據(jù)數(shù)控機床的故障頻度大致分為 3 個階段，即早期故障期、偶發(fā)故障期和耗

7、損故障期。1. 早期故障期：早期故障期的特點是故障發(fā)生的頻率高，但隨著使用時間的增加迅速下降。2. 偶發(fā)故障期：數(shù)控機床在經(jīng)歷了初期的各種老化、磨合和調(diào)整后，開始進入相對穩(wěn)定的正常運行期。在這個階段，故障率低而且相對穩(wěn)定，近似常數(shù)。偶發(fā)故障是由于偶然因素引起的。3. 耗損故障期：耗損故障期出現(xiàn)在數(shù)控機床使用的后期，其特點是故障率隨著運行時間的增加而升高。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的基本原因是由于數(shù)控機床的零部件及電子元器件經(jīng)過長時間的運行，由于疲勞、磨損、老化等原因，壽命已接近衰竭，從而處于頻發(fā)故障狀態(tài)。數(shù)控機床故障檢測的一般步驟無論是處于哪一個故障期，數(shù)控機床故障檢測的一般步驟都是相同的。當數(shù)控機床發(fā)生故

8、障時，除非出現(xiàn)危險及數(shù)控機床或人身安全的緊急情況，一般不要關(guān)斷電源，要盡可能地保持機床原來的狀態(tài)不變，并對出現(xiàn)的一些信號和現(xiàn)象做好記錄，這主要包括：故障現(xiàn)象的詳細記錄故障發(fā)生的操作方式及內(nèi)容故障號及故障指示燈的顯示內(nèi)容故障發(fā)生時機床各部分的狀態(tài)與位置有無其他偶然因素，如突然停電、外線電壓波動較大、打雷、某部位進水等。數(shù)控機床一旦發(fā)生故障，首先要沉著冷靜，根據(jù)故障情況進行全面的分析，確定查找故障源的方法和手段，然后有計劃、有目的地一步步仔細檢查，切不可急于動手，憑著看到的部分現(xiàn)象和主觀臆斷亂查一通。故障檢測一般按下列步驟進行。 (1)詳細了解故障情況。例如，當數(shù)控機床發(fā)生顫振、振動或超調(diào)現(xiàn)象時，

9、要弄清楚是發(fā)生在全部軸還是某一軸；如果是某一軸，是全程還是某一位置；是一運動就發(fā)生還是僅在快速、進給狀態(tài)某速度、加速或減速的某個狀態(tài)下發(fā)生。為了進一步了解故障情況，要對數(shù)控機床進行初步檢查，并著重檢查熒光屏上的顯示內(nèi)容，控制柜中的故障指示燈、狀態(tài)指示燈等。當故障情況允許時，最好開機試驗，詳細觀察故障情況。 (2)根據(jù)故障情況進行分析，縮小范圍，確定故障源查找的方向和手段。對故障現(xiàn)象進行全面了解后，下一步可根據(jù)故障現(xiàn)象分析故障可能存在的位置。有些故障與其他部分聯(lián)系較少，容易確定查找的方向，而有些故障原因很多，難以用簡單的方法確定出故障源的查找方向，這就要仔細查閱數(shù)控機床的相關(guān)資料，弄清與故障有關(guān)

10、的各種因素，確定若干個查找方向，并逐一進行查找。 (3)由表及里進行故障源查找。故障查找一般是從易到難、從外圍到內(nèi)部逐步進行。所謂難易，包括技術(shù)上的復雜程度和拆卸裝配方面的難易程度。技術(shù)上的復雜程度是指判斷其是否有故障存在的難易程度。在故障診斷的過程中，首先應(yīng)該檢查可直接接近或經(jīng)過簡單的拆卸即可進行檢查的那些部位，然后檢查需要進行大量的拆卸工作之后才能接近和進行檢查的那些部位。2.3數(shù)控機床的常用檢修方法數(shù)控機床是涉及多個應(yīng)用學科的十分復雜的系統(tǒng)，加之數(shù)控系統(tǒng)和機床本身的種類繁多，功能各異，不可能找出一種適合各種數(shù)控機床、各類故障的通用診斷方法。這里僅對一些常用的一般性方法作以介紹，這些方法互

11、相聯(lián)系，在實際的故障診斷中，對這些方法要綜合運用。（1）根據(jù)報警號進行故障診斷計算機數(shù)控系統(tǒng)大都具有很強的自診斷功能。當機床發(fā)生故障時，可對整個機床包括數(shù)控系統(tǒng)自身進行全面的檢查和診斷，并將診斷到的故障或錯誤以報警號或錯誤代碼的形式顯示在CRT上。報警號(錯誤代碼)一般包括下列幾方面的故障(或錯誤)信息：程序編制錯誤或操作錯誤；存儲器工作不正常；伺服系統(tǒng)故障；可編程控制器故障；連接故障；溫度、壓力、液位等不正常；行程開關(guān)(或接近開關(guān))狀態(tài)不正確。利用報警號進行故障診斷是數(shù)控機床故障診斷的主要方法之一。如果機床發(fā)生了故障，且有報警號顯示于CRT上，首先就要根據(jù)報警號的內(nèi)容進行相應(yīng)的分析與診斷。當

12、然，報警號多數(shù)情況下并不能直接指出故障源之所在，而是指出了一種現(xiàn)象，維修人員就可以根據(jù)所指出的現(xiàn)象進行分析，縮小檢查的范圍，有目的地進行某個方面的檢查。（2）根據(jù)控制系統(tǒng)LED燈或數(shù)碼管的指示進行故障診斷控制系統(tǒng)的LED(發(fā)光二極管)或數(shù)碼管指示是另一種自診斷指示方法。如果和故障報警號同時報警，綜合二者的報警內(nèi)容，可更加明確地指示出故障的位置。在CRT上的報警號未出現(xiàn)或CRT不亮時，LED或數(shù)碼管指示就是唯一的報警內(nèi)容了。例如，F(xiàn)ANUC10，11系統(tǒng)的主電路板上有一個七段LED數(shù)碼管，在電源接通后，系統(tǒng)首先進行自檢，這時數(shù)碼管的顯示不斷改變，最后顯示“1”而停止，說明系統(tǒng)正常。如果停止于其他

13、數(shù)字或符號上，則說明系統(tǒng)有故障，且每一個符號表示相應(yīng)的故障內(nèi)容，維修人員就可根據(jù)顯示的內(nèi)容進行相應(yīng)的檢查和處理。（3）根據(jù)PC狀態(tài)或梯形圖進行故障診斷現(xiàn)在的數(shù)控機床上幾乎毫無例外地使用了PC控制器，只不過有的與NC系統(tǒng)合并起來，統(tǒng)稱為NC部分。但在大多數(shù)數(shù)控機床上，二者還是相互獨立的，二者通過接口相聯(lián)系。無論其形式如何，PC控制器的作用卻是相同的，主要進行開關(guān)量的管理與控制?？刂茖ο笠话闶菗Q刀系統(tǒng)，工作臺板轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，液壓、潤滑、冷卻系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)具有大量的開關(guān)量測量反饋元件，發(fā)生故障的概率較大。特別是在偶發(fā)故障期，NC部分及各電路板的故障較少，上述各部分發(fā)生的故障可能會成為主要的診斷維修目標

14、。因此，對這部分內(nèi)容要熟悉。首先要熟悉各測量反饋元件的位置、作用及發(fā)生故障時的現(xiàn)象與后果。對PC控制器本身也要有所了解，特別是梯形圖或邏輯圖要盡量弄明白。這樣，一旦發(fā)生故障，可幫助你從更深的層次認識故障的實質(zhì)。PC控制器輸入輸出狀態(tài)的確定方法是每一個維修人員所必須掌握的。因為當進行故障診斷時經(jīng)常須要確定一個傳感元件是什么狀態(tài)以及PC的某個輸出為什么狀態(tài)。用傳統(tǒng)的方法進行測量非常麻煩，甚至難以做到。一般數(shù)控機床都能夠從CRT上或LED指示燈上非常方便地確定其輸入輸出狀態(tài)。例如，DIALOG 4系統(tǒng)是用PC控制器的輸入輸出板上的LED指示燈表示其輸入輸出狀態(tài)的。燈亮為1，燈熄為0，可十分方便地確定

15、出PC控制器的輸入輸出狀態(tài)。第3章 數(shù)控機床常見故障診斷與維修數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)故障診斷與維修1）進給運動系統(tǒng)（滾珠絲杠螺母副）的故障診斷 a、滾珠絲杠在運轉(zhuǎn)中轉(zhuǎn)矩過大1) 二滑板配合壓板過緊或研損2) 滾珠絲杠螺母反向器壞，滾珠絲杠卡死或軸端螺母預緊力過大3) 絲杠研損4) 伺服電動機與滾珠絲杠聯(lián)接不同軸5) 無潤滑油6) 超程開關(guān)失靈造成機械故障7) 伺服電動機過熱報警 （2）液壓與氣動系統(tǒng)故障診斷1、液壓泵不供油或油量不足1) 壓力調(diào)節(jié)彈簧過松2) 流量調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)不當，定子偏心方向相反3) 液壓泵轉(zhuǎn)向相反4) 油的粘度過高，使葉片運動不靈活2、液壓泵有異常噪聲或壓力下降1) 油量不足，濾

16、油器露出油面2) 吸油管吸入空氣3) 回油管高出油面，空氣進入油池4) 進油口濾油器容量不足3、液壓泵發(fā)熱、油溫過高1) 液壓泵工作壓力超載2) 吸油管和系統(tǒng)回油管距離太近3) 油箱油量不足4) 摩擦引起機械損失，泄漏引起容積損失5) 壓力過高常見伺服系統(tǒng)故障及診斷1、伺服超差:機床的實際進給值與指令值之差超過限定的允許值.1) 檢查CNC控制系統(tǒng)與驅(qū)動放大模塊之間,CNC控制系統(tǒng)與位置2) 檢測器之間,驅(qū)動放大器與伺服電機之間的邊線是否正確、可靠3) 檢查位置檢測器的信號及相關(guān)的D/A轉(zhuǎn)換電路是否有問題4) 檢查驅(qū)動放大器電壓是否有問題5) 檢查電動機軸與傳動機械間是否配合良好，是否有松動或

17、間隙存在6) 檢查位置環(huán)增益是否符合要求，若不符合要求對有關(guān)的電位器應(yīng)予以調(diào)整2、機床停止時，有關(guān)進給軸振動1) 檢查高頻脈動信號并觀察其波形及振幅，若不符合應(yīng)調(diào)節(jié)有關(guān)電位器2) 檢查伺服放大器速度環(huán)的補償功能，若不符合應(yīng)調(diào)節(jié)補償用電位器3) 檢查位置檢測用編碼盤的軸、聯(lián)軸節(jié)、齒輪系是否嚙合良好3、機床運行時聲音不好，有擺動現(xiàn)象1) 檢查測速發(fā)電機換向器表面是否光滑、清潔，電刷與換向器間是否接觸良好2) 檢查伺服放大器速度環(huán)的補償功能，若不符合應(yīng)調(diào)節(jié)補償用電位器3) 檢查伺服放大器位置環(huán)增益是否符合要求，若不符合要求對有關(guān)的電位器應(yīng)予以調(diào)整4) 檢查位置檢測器與聯(lián)軸節(jié)間的裝配是否有松動5) 檢

18、查由位置檢測器來的反饋信號的波形及D/A轉(zhuǎn)換后的波形幅度（1）根據(jù)報警信號診斷故障數(shù)控系統(tǒng)的故障報警信息，為用戶提供排除故障的信息。（2）根據(jù)動作順序診斷故障數(shù)控機床上刀具及托盤等裝置的自動交換動作，都是按一定的順序來完成因此，觀察機械裝置的運動過程，比較故障和正常時的情況，就可發(fā)現(xiàn)疑點，診斷出故障原因。（3）根據(jù)控制對象的工作原理診斷故障數(shù)控機床的PLC程序是按照控制對象的工作原理設(shè)計的，通過對控制對象工作原理的分析，結(jié)合PLC的I/O狀態(tài)是診斷故障很有效的方法。第4章數(shù)控機床常見故障診斷及維修實例故障現(xiàn)象：主軸噪聲較大，主軸無載荷情況下，負載表指示超過40%。分析診斷：首先檢查主軸參數(shù)設(shè)定

19、，包括放大器型號、電動機型號及伺服增益等，在確認無誤后，則將檢查重點放在機械側(cè)。發(fā)現(xiàn)主軸軸承損壞，經(jīng)更換軸承后，在脫開機械側(cè)的情況下檢查主軸電動機旋轉(zhuǎn)情況，發(fā)現(xiàn)負載表指示已正常但仍有噪聲。隨后，講主軸參數(shù)00號設(shè)定為1，即讓主軸驅(qū)動系統(tǒng)開環(huán)運行，結(jié)果噪聲消失，說明速度檢測元件有問題。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)安裝不正，調(diào)整位置之后再運行主軸電動機，噪聲消失，機床能正常工作。故障現(xiàn)象：TH6380臥式加工中心，啟動液壓后，手動運行Y軸時，液壓自動中斷，CRT顯示報警，驅(qū)動失效，其他各軸正常。分析診斷：該故障涉及電氣、機械、液壓等部分。任一環(huán)節(jié)有問題均可導致驅(qū)動失效，因此檢查的順序大致如下。伺服驅(qū)動裝置電動機及測

20、量器件電動機與絲杠連接部分液壓平衡裝置開口螺母和滾珠絲杠軸承其他機械部分。檢查驅(qū)動裝置外部接線及內(nèi)部元器件的狀態(tài)良好，電動機與測量系統(tǒng)正常。拆下Y軸液壓抱閘后情況同前，將電動機與絲杠的同步傳動帶脫離，手搖Y軸絲杠，發(fā)現(xiàn)絲杠上下竄動。拆開滾珠絲杠上軸承座正常。拆開滾珠絲杠下軸承座后發(fā)現(xiàn)軸向推力軸承的緊固螺母松動，導致滾珠絲杠上下竄動。由于滾珠絲杠上下竄動，造成伺服電動機轉(zhuǎn)動帶動絲杠空轉(zhuǎn)約一圈。在數(shù)控系統(tǒng)中，當NC指令發(fā)出后，測量系統(tǒng)應(yīng)有反饋信號，若間隙的距離超過了數(shù)控系統(tǒng)所規(guī)定的范圍，即電動機空走若干個脈沖后光柵尺無任何反饋信號，則數(shù)控系統(tǒng)必報警，導致驅(qū)動失效，機床不能運行。擰好緊固螺母，滾珠絲

21、杠不再竄動，則故障排除。4.3刀架、刀庫、換刀裝置的故障維修故障現(xiàn)象：某加工中心采用凸輪機械手換刀。換刀過程中，動作中斷，發(fā)出2035號報警，顯示機械手伸出故障。分析診斷：根據(jù)報警內(nèi)容，機床是因為無法執(zhí)行下一步“從主軸和刀庫中拔出刀具”，而使換刀過程中斷并報警。機械手未能伸出完成從主軸和刀庫中拔刀動作，產(chǎn)生故障的原因可能有：“松刀”感應(yīng)開關(guān)失靈。在換刀過程中，各動作的完成信號均由感應(yīng)開關(guān)發(fā)出，只有上一動作完成后才能進行下一動作。第三步為“主軸松刀”，如果感應(yīng)開關(guān)未發(fā)信號，則機械手“拔刀”就不會動作。檢查兩感應(yīng)開關(guān)，信號正常?！八傻丁彪姶砰y失靈。主軸的“松刀”，是由電磁閥接通液壓缸來完成的。如電磁閥失靈，則液壓缸未進油，刀具就“松”不了。檢查主軸的“松刀”電磁閥，動作均正常?！八傻丁币簤焊滓蛞簤合到y(tǒng)壓力不夠或漏油而不動作，或行程不到位。檢查刀庫松刀液壓缸，動作正常。行程到位；打開主軸箱后罩，檢查主軸松刀液壓缸，發(fā)現(xiàn)已到達松刀位置，油壓也正常，液壓缸無漏油現(xiàn)象。 主軸系統(tǒng)不松刀的原因可能有以下幾點： 刀具尾部拉釘?shù)拈L度不夠，致使液壓缸雖已運動到位，而仍未將刀具頂松 拉桿尾部空心螺釘位置起了變化，使液壓缸行程滿足不了“松刀”的要求 頂桿出了問題，已變形或磨損 彈簧卡頭出故障，不能張開處理方法：拆下“