09機械4班 黃少鵬——《數控機床故障診斷與維護》論文

1、2011-2012學年第一學期2009級數控機床故障診斷與維護期末考查論文題目：數控機床主要器件的工作原理及故障檢查 所在學部： 機電工程學部 專業(yè)班級： 09機械4班 姓 名： 黃少鵬 學 號： 一、數控機床故障診斷和維護的重要性隨著電子技術和自動化技術的發(fā)展，數控技術的應用越來越廣泛，以微處理器為基礎，以大規(guī)模集成電路為標志的數控設備，已在我國批量生產、大量引進和推廣應用，它們給機械制造業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了條件，并帶來很大的效益。但同時，由于它們的先進性、復雜性和智能化高的特點，在維修理論、技術和手段上都發(fā)生了飛躍的變化。 另外任何一臺數控設備都是一種過程控制設備，這就要求它在實時控制的每一時刻

2、都準確無誤地工作。任何部分的故障與失效，都會使機床停機，從而造成生產停頓。因而對數控系統這樣原理復雜、結構精密的裝置進行維修就顯得十分必要了。尤其對引進的CNC機床，大多花費了幾十萬到上千萬美元。在許多行業(yè)中，這些設備均處于關鍵的工作崗位，若在出現故障后不及時維修排除故障，就會造成較大的經濟損失。二、數控機床各器件的名稱及工作原理1、KM接觸器接觸器是用來頻繁接通和斷開電動機或其他負載主電路，是機床電動機主電路中最重要的控制電器。通常分為交流接觸器和直流接觸器。交流接觸器是根據電磁原理工作的，工作原理圖中當電磁線圈5通電后產生磁場，使靜鐵心6產生電磁吸力吸引動鐵心4向下運動，使常開主觸頭1（一

3、般三對）閉合，同時常閉輔助觸頭2（一般兩對）斷開，常開輔助觸頭3（一般兩對）閉合。當線圈斷電時，電磁力消失，動觸頭在彈簧8作用下向上復位，各觸頭復原（即三對主觸頭斷開、兩對常閉輔助觸頭閉合、兩對常開輔助觸頭斷開）。直流接觸器與交流接觸器的工作原理相同。結構也基本相同，不同之處是，鐵心線圈通以直流電，不會產生渦流和磁滯損耗，所以不發(fā)熱。工作原理如下圖所示：2、KA中間繼電器中間繼電器由固定鐵芯、動鐵芯、彈簧、動觸點、靜觸點、線圈、接線端子和外殼組成。線圈通電，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁

4、的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）釋放。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。繼電器一般有兩股電路，為低壓控制電路和高壓工作電路。結構如下圖所示：3、KT時間繼電器 時間繼電器是利用空氣通過小孔節(jié)流的原理來獲得延時動作的。它由電磁系統、延時機構和觸點三部分組成。當線圈通電（電壓規(guī)格有ac380v、ac220v或dc220v、dc24v等）時，銜鐵及托板被鐵心吸引而瞬時下移，使瞬時

5、動作觸點接通或斷開。但是活塞桿和杠桿不能同時跟著銜鐵一起下落，因為活塞桿的上端連著氣室中的橡皮膜，當活塞桿在釋放彈簧的作用下開始向下運動時，橡皮膜隨之向下凹, 上面空氣室的空氣變得稀薄而使活塞桿受到阻尼作用而緩慢下降。經過一定時間，活塞桿下降到一定位置，便通過杠桿推動延時觸點動作，使動斷觸點斷開，動合觸點閉合。從線圈通電到延時觸點完成動作，這段時間就是繼電器的延時時間。延時時間的長短可以用螺釘調節(jié)空氣室進氣孔的大小來改變。吸引線圈斷電后，繼電器依靠恢復彈簧的作用而復原?？諝饨洺鰵饪妆谎杆倥懦?。4、TR開關電源開關電源的工作流程如下：電源輸入濾波器全橋整流直流濾波開關管（振蕩逆變）開關變壓器輸出

6、整流與濾波。交流電源輸入經整流濾波成直流 通過高頻PWM(脈沖寬度調制)信號控制開關管,將那個直流加到開關變壓器初級上 開關變壓器次級感應出高頻電壓,經整流濾波供給負載 輸出部分通過一定的電路反饋給控制電路,控制PWM占空比,以達到穩(wěn)定輸出的目的 交流電源輸入時一般要經過厄流圈一類的東西,過濾掉電網上的干擾,同時也過濾掉電源對電網的干擾; 在功率相同時,開關頻率越高,開關變壓器的體積就越小,但對開關管的要求就越高; 開關變壓器的次級可以有多個繞組或一個繞組有多個抽頭,以得到需要的輸出; 一般還應該增加一些保護電路,比如空載、短路等保護,否則可能會燒毀開關電源. 主要用于工業(yè)以及一些家用電器上，

7、如電視機，電腦等。5、M電動機電動機分步進跟伺服電動機。步進電動機工作原理：當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數來控制角度位移量，從而達到準確定位的木釘同時可以通過控釋脈沖頻率來控制電極轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。同理，XY軸驅動器的工作原理也都相同。伺服電動機工作原理：在自動控制系統中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為主流和交流伺服電動機兩類，主要特點是，當信號電壓為零時無自轉現象，轉速隨著轉矩的增加而勻速下降。同樣的，Z軸驅動器的工作原理

8、也就是一樣道理。6、T變壓器下圖為變壓器的原理簡體圖，當一個正弦交流電壓U1加在初級線圈兩端時，導線中就有交變電流I1并產生交變磁通1，它沿著鐵芯穿過初級線圈和次級線圈形成閉合的磁路。在次級線圈中感應出互感電勢U2，同時1也會在初級線圈上感應出一個自感電勢E1，E1的方向與所加電壓U1方向相反而幅度相近，從而限制了I1的大小。為了保持磁通1的存在就需要有一定的電能消耗，并且變壓器本身也有一定的損耗，盡管此時次級沒接負載，初級線圈中仍有一定的電流，這個電流我們稱為“空載電流”。如果次級接上負載，次級線圈就產生電流I2，并因此而產生磁通2，2的方向與1相反，起了互相抵消的作用，使鐵芯中總的磁通量有

9、所減少，從而使初級自感電壓E1減少，其結果使I1增大，可見初級電流與次級負載有密切關系。當次級負載電流加大時I1增加，1也增加，并且1增加部分正好補充了被2所抵消的那部分磁通，以保持鐵芯里總磁通量不變。三、數控機床主要器件的工作原理1、X、Y軸驅動器在、軸方向移動，以校對位置，確保下刀的準確，其工作原理與步進電動機的工作原理一樣。2、Z軸驅動器Z軸驅動器的工作原理也就是與伺服電動機的工作原理一樣。伺服電機內部的轉子是永磁鐵，驅動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉子在此磁場的作用下轉動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅動器，驅動器根據反饋值與目標值進行比較，調整轉子轉動的角度。伺服電機的精度

10、決定于編碼器的精度（線數）。伺服電動機在伺服系統中控制機械元件運轉的發(fā)動機.是一種補助馬達間接變速裝置。又稱執(zhí)行電動機，在自動控制系統中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當信號電壓為零時無自轉現象，轉速隨著轉矩的增加而勻速下降。3、變頻器變頻器常見的頻率給定方式主要有:操作器鍵盤給定、接點信號給定、模擬信號給定、脈沖信號給定和通訊方式給定等。這些頻率給定方式各有優(yōu)缺點，必須按照實際的需要進行選擇設置，同時也可以根據功能需要選擇不同頻率給定方式之間的疊加和切換。主電路是給異步電動機提供調壓調頻電源的電力變換部分，變

11、頻器的主電路大體上可分為兩類:電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。 它由三部分構成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產生的電壓脈動的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。 控制電路是給異步電動機供電（電壓、頻率可調）的主電路提供控制信號的回路，它有頻率、電壓的“運算電路”，主電路的“電壓、電流檢測電路”，電動機的“速度檢測電路”，將運算電路的控制信號進行放大的“驅動電路”，以及逆變器和電動機的“保護電路”組成。4、直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交

12、流電轉換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置，它需要經過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)才能完成。四個環(huán)節(jié)的工作原理如下： (1)電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。 (2)整流濾波電路：整流電路將交流電壓Ui變換成脈動的直流電壓。再經濾波電路濾除較大的紋波成分，輸出紋波較小的直流電壓U1 (3)濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓. (4)穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網電壓和負載的變化而變化。四、KND1000數控機床準備未緒故障和手

13、輪故障檢查1、準備未緒：可以通過KND1000數控系統的第3、16、22、27、28、30、47號操作方式中的診斷方式，3號診斷現象是Z軸被制動，手動方式下作Z向移動操作時，坐標值會變化，Z軸有異常聲音，操作多次后驅動器報警。，即是Z軸制動軸無工作電壓。用萬能表的交流電壓量程200v的檔位去檢查(057)XB2-31與（058）XB2-32之間是否存在電壓。若表上有數值，就表明這兩點斷開，出現故障。用相同的檔位是檢查(057)XB2-31、（117）XB1-71、（118）XB2-71這三點之間是否存在電壓，若其中兩點之間存在電壓，就表明這兩點間斷開了。16號的診斷現象是Z軸被制動，手動方式下

14、作Z向移動操作時，坐標值會變化，Z軸有異常聲音，操作多次后驅動器報警。即是繼電器KA1與511之間的連接斷開。用萬能表的直流電壓量程200V的檔位去檢查511的XB1-110與131的XB1-54之間是否存在電壓。若存在電壓，則表明這兩點之間故障。22號的診斷現象是Z軸被制動，手動方式下作Z向移動操作時，坐標值會變化，Z軸有異常聲音，操作多次后驅動器報警。即是繼電器KA4線圈連線斷開。用萬能表去檢查133的XB2-70與134的XB2-69.若存在電壓，則是這兩點之間故障了。27號的診斷現象是系統界面顯示 “準備未緒”，手動方式下分別作X、Y、Z軸移動操作時，相應進給電機不能轉動；相應坐標顯示

15、沒有變化。即是繼電器KA1線圈與505之間的連接斷開。用萬能表的直流電壓量程200V的檔位去檢查123的XB2-52與505的XB1-107之間是否存在電壓。若存在電壓，則是這兩點之間故障了。28號的診斷現象是Z軸被制動，手動方式下作Z向移動操作時，坐標值會變化，Z軸有異常聲音，操作多次后驅動器報警。即是JDO1-24與503之間的連接斷開。用萬能表的直流電壓量程200V的檔位去檢查503的XB1-105與565的XB1-139、565的XB1-139與567XB1-140、567XB1-140與505的XB1-107、505的XB1-107與123的XB2-52、123的XB2-52與124

16、的XB2-51、124的XB2-51與045的XB2-25之間是否存在電壓。若其中兩之間有電壓數值顯示，則表明這兩點間斷開。30號的診斷現象是手動方式下作Z向移動操作時，Z軸電機不轉動；Z軸驅動器報警。即是CNX6-1引腳與Z軸伺服電機編碼器4號引腳連接被斷開。CNX6-2與電機編碼器5號引腳連接斷開。用萬能表的直流電壓量程200V的檔位去檢查239的XB5-21與241的XB2-22之間是否存在電壓。若其中兩之間有電壓數值顯示，則表明這兩點間斷開。47號診斷現象是Z軸被制動，手動方式下作Z向移動操作時，坐標值會變化，Z軸有異常聲音，操作多次后驅動器報警。即是JDO1-25與505之間的連接斷

17、開。用萬能表的直流電壓量程200V的檔位去檢查505的XB1-107與123的XB2-52、123的XB2-52與124的XB2-51、124的XB2-51與045的XB2-25之間是飛存在電壓，若有其中兩點有電壓數值顯示，則是這兩點之間故障了。2、手輪故障：可以通過KND1000數控系統的第11、21、36、37、44號操作方式中的診斷現象，11號的診斷現象是手持操作器選擇Y軸時無效。即是Xs8-21與545之間的連接斷開。首先把手輪裝置打去X的檔位，再用萬能表的直流電壓量程20V的檔位去檢查545XB1-129與571的XB1-142。若這兩點有電壓顯示，則是這兩點斷開了，有故障。21號的

18、診斷現象是手持操作器選擇X軸時無效，即是XS8-9與543之間的連接斷開。首先把手輪裝置打去X的檔位，再用萬能表的直流電壓量程20V的檔位去檢查543XB1-128與571的XB1-142之間是否存在電壓。若這兩點有電壓顯示，則是這兩點斷開了，有故障。36號的診斷現象是在手輪方式下作X、Y、Z軸移動操作時，相應的進給電機都不會轉動；相應坐標顯示無變化，即是XS8-24引腳（手輪輸出脈沖A+）斷開。用萬能表的直流電壓量程20V的檔位去檢查555的XB1-134與559的XB1-136之間是否存在電壓。若這兩點有電壓顯示，則是這兩點斷開了，有故障。37號的診斷現象是在手輪方式下作X、Y、Z軸移動操

19、作時，相應的進給電機都不會轉動；相應坐標顯示無變化，即是XS8-25引腳（手輪電源+5V）斷開。用萬能表的直流電壓量程20V的檔位去檢查手輪電源053的XB2-29與559的XB1-136之間是否存在電壓。若這兩點有電壓顯示，則是這兩點斷開了，有故障。44號的診斷現象是在手輪方式下作X、Y、Z軸移動操作時，相應的進給電機都不會轉動；相應坐標顯示無變化，即是XS8-18引腳（手輪公共端）斷開，選擇移動軸和選擇進給倍率的兩個波段開關失效。用萬能表的直流電壓量程20V的檔位去分別檢查571的XB1-142與543的XB1-128、545的XB1-129、547的XB1-130、549的XB1-131、551XB1-152、553的XB1-132這些點之間是否存在電壓。若571與這六個點之間都存在電壓，那就表明XS8-18