淺析數控機床故障診斷與維修畢業(yè)論文

1、<p><b>　　數控技術畢業(yè)設計</b></p><p>　　專業(yè) 數控技術 </p><p>　　題目 淺析數控機床故障診 </p><p><b>　　斷與維修</b></p><p>　　年級 10級數本

2、 </p><p>　　學生 </p><p>　　指導教師 </p><p><b>　　.</b></p><p><b>　　摘 要</b></p>

3、<p>　　本文簡要介紹了數控機床在日常工作中常出現的故障及其解決方法！還有在平日的工作中如何更好的去維護我們的機床！數控機床是一種價格昂貴的精密設備，這影響到我們加工出來的工件的精度和工件是否合格！所以，對于機床的維護也是很重要的！</p><p>　　科學技術的發(fā)展，對機械產品提出了高精度、高復雜性的要求，而且產品的更新換代也在加快，這對機床設備不僅提出了精度和效率的要求，而且也對其提出了通用性

4、和靈活性的要求。數控機床就是針對這種要求而產生的一種新型自動化機床。數控機床集微電子技術、計算機技術、自動控制技術及伺服驅動技術、精密機械技術于一體，是高度機電一體化的典型產品。它本身又是機電一體化的重要組成部分，是現代機床技術水平的重要標志。數控機床體現了當前世界機床技術進步的主流，是衡量機械制造工藝水平的重要指標，在柔性生產和計算機集成制造等先進制造技術中起著重要的基礎核心作用。因此，如何更好的使用數控機床是一個很重要的問題。由于數

5、控機床是一種價格昂貴的精密設備，因此，其維護更是不容忽視。</p><p>　　關鍵詞：數控故障、檢測、維護、解決方法</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章數控機床</b></p><p>　　1.1 數控機床的概述</p><p

6、>　　1.2 數控機床的特點</p><p>　　1.3數控機床使用中應注意的事項</p><p>　　第二章 數控機床各部故障分析及維修</p><p>　　1.1數控機床主軸伺服系統(tǒng)故障檢查及維修</p><p>　　1.2機床PLC初始故障的診斷</p><p>　　1.3數控設備檢測元件故障及維修<

7、/p><p>　　第三章 數控機床的維護</p><p><b>　　總結</b></p><p><b>　　致謝</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p><b>　　第一章 數控機床</b></p

8、><p>　　1. 數控加工的概念</p><p>　　首先，要知道數控機床一般的故障出現在什么地方或者是如何去解決問題，我們就必須得熟練的了解數控機床的工作原理及特點等相關的一些知識！這樣我們才能在遇到這些問題的時候得心應手。數控機床的工作原理就是將加工過程所需的各種操作（如主軸變速、工件的松開與夾緊、進刀與退刀、開車與停車、自動關停冷卻液）和步驟以及工件的形狀尺寸用數字化的代碼表示，通過控

9、制介質（如穿孔紙帶或磁盤等）將數字信息送入數控裝置，數控裝置對輸入的信息進行處理與運算，發(fā)出各種控制信號，控制機床的伺服系統(tǒng)或其他驅動元件，使機床自動加工出所需要的工件。所以，數控加工的關鍵是加工數據和工藝參數的獲取，即數控編程。數控加工一般包括以下幾個內容：</p><p>　　(1) 對圖紙進行分析，確定需要數控加工的部分；</p><p>　　(2) 利用圖形軟件（如CAXA制造工程

10、師）對需要數控加工的部分造型；</p><p>　　(3) 根據加工條件，選擇合適的加工參數，生成加工軌跡（包括粗加工、半精加工、精加工軌跡）；</p><p>　　(4) 軌跡的仿真檢驗；</p><p>　　(5) 生成G代碼；</p><p>　　(6) 傳給機床加工。</p><p>　　2. 數控機床的特點&

11、lt;/p><p>　　(1) 具有高度柔性</p><p>　　在數控機床上加工零件，主要取決于加工程序，它與普通機床不同，不必制造、更換許多工具、夾具，不需要經常調整機床。因此，數控機床適用于零件頻繁更換的場合。也就是適合單件、小批生產及新產品的開發(fā)，縮短了生產準備周期，節(jié)省了大量工藝設備的費用。</p><p><b>　　(2) 加工精度高</b

12、></p><p>　　數控機床的加工精度，一般可達到0.005～0.1mm，數控機床是按數字信號形式控制的，數控裝置每輸出一個脈沖信號，則機床移動部件移動一個脈沖當量（一般為0.001mm），而且機床進給傳動鏈的反向間隙與絲杠螺距平均誤差可由數控裝置進行補償，因此，數控機床定位精度比較高。</p><p>　　(3) 加工質量穩(wěn)定、可靠</p><p>　　

13、加工同一批零件，在同一機床，在相同加工條件下，使用相同刀具和加工程序，刀具的走刀軌跡完全相同，零件的一致性好，質量穩(wěn)定。</p><p><b>　　(4) 生產率高</b></p><p>　　數控機床可有效地減少零件的加工時間和輔助時間，數控機床的主軸轉速和進給量的范圍大，允許機床進行大切削量的強力切削，數控機床目前正進入高速加工時代，數控機床移動部件的快速移動和

14、定位及高速切削加工，減少了半成品的工序間周轉時間，提高了生產效率。</p><p>　　(5) 改善勞動條件</p><p>　　數控機床加工前經調整好后，輸入程序并啟動，機床就能自動連續(xù)的進行加工，直至加工結束。操作者主要是程序的輸入、編輯、裝卸零件、刀具準備、加工狀態(tài)的觀測，零件的檢驗等工作，勞動強度極大降低，機床操作者的勞動趨于智力型工作。另外，機床一般是封閉式加工，即清潔，又安全。

15、</p><p>　　(6) 利于生產管理現代化</p><p>　　數控機床的加工，可預先精確估計加工時間，所使用的刀具、夾具可進行規(guī)范化、現代化管理。數控機床使用數字信號與標準代碼為控制信息，易于實現加工信息的標準化，目前已與計算機輔助設計與制造（CAD/CAM）有機地結合起來，是現代集成制造技術的基礎。</p><p>　　3. 數控機床使用中應注意的事項&l

16、t;/p><p>　　使用數控機床之前，應仔細閱讀機床使用說明書以及其他有關資料，以便正確操作使用機床，并注意以下幾點：</p><p>　　(1) 機床操作、維修人員必須是掌握相應機床專業(yè)知識的專業(yè)人員或經過技術培訓的人員，且必須按安全操作規(guī)程及安全操作規(guī)定操作機床；</p><p>　　(2) 非專業(yè)人員不得打開電柜門，打開電柜門前必須確認已經關掉了機床總電源開關。

17、只有專業(yè)維修人員才允許打開電柜門，進行通電檢修；</p><p>　　(3) 除一些供用戶使用并可以改動的參數外，其它系統(tǒng)參數、主軸參數、伺服參數等，用戶不能私自修改，否則將給操作者帶來設備、工件、人身等傷害；</p><p>　　(4) 修改參數后，進行第一次加工時，機床在不裝刀具和工件的情況下用機床鎖住、單程序段等方式進行試運行，確認機床正常后再使用機床；</p><

18、;p>　　(5) 機床的PLC程序是機床制造商按機床需要設計的，不需要修改。不正確的修改，操作機床可能造成機床的損壞，甚至傷害操作者；</p><p>　　(6) 建議機床連續(xù)運行最多24小時，如果連續(xù)運行時間太長會影響電氣系統(tǒng)和部分機械器件的壽命，從而會影響機床的精度；</p><p>　　(7) 機床全部連接器、接頭等，不允許帶電拔、插操作，否則將引起嚴重的后果。</p&g

19、t;<p>　　第二章 數控機床各部故障分析及維修</p><p>　　1. 數控機床主軸伺服系統(tǒng)故障檢查及維修</p><p>　　在維修主回路采用錯位選觸無環(huán)流可逆調速驅動系統(tǒng)的數控車床中所遇到的部分故障及處理方法。 </p><p>　　. 故障現象：1.8m臥車在點動時，花盤來回擺動。 </p><p>　　檢查：

20、測量驅動控制系統(tǒng)中的±20V直流穩(wěn)壓電源的紋波為4V峰峰值，大大超過了規(guī)定的范圍。 </p><p>　　分析：在控制系統(tǒng)的放大電路中，高、低通濾波器可以濾掉，如：測速機反饋，電流反饋，電壓反饋中的各次諧波干擾信號，但無法濾除系統(tǒng)本身直流電源電路中的諧波分量，因它存在于整個系統(tǒng)中，這些諧波進入放大器就會使放大器阻塞，使系統(tǒng)產生各種不正常的現象。在點動狀態(tài)下，因電機的轉速較低，這些諧波已超過了點動時的電

21、壓值，造成了系統(tǒng)的振蕩，使主軸花盤來回擺動，而且一旦去除諧波信號，故障馬上消失。 </p><p>　　處理：將電壓板中的100MF和1000MF濾波電容換下焊上新電容，并測量紋波只有幾個毫伏后將電源板安裝好，開機試運行，故障消除。 </p><p>　?、? 故障現象：5m立車在運行加工中發(fā)出哐哐聲后，燒保險。 </p><p>　　檢查：發(fā)現5FC5FG

22、、5RG5RQ正反組全無脈沖輸出(線路見圖2)，測量結果，IC7反相器損壞，又發(fā)現1FG1FC輸出波形較其他波形幅值低得多。 </p><p>　　分析：5m立車主驅動直流電機的驅動電壓由晶閘管全控橋反并聯整流電路提供。12路觸發(fā)脈沖中，有兩路消失，另一路觸發(fā)脈沖的幅值較其它正常觸發(fā)脈沖要短三分之一，當出現哐哐的齒輪撞擊聲時，誤以為液壓馬達聯軸節(jié)處出現了問題，但過了一會兒兩路保險絲燒壞，實際上，在這次故障的前一

23、段時間里已燒過兩次保險，當時只認為是偶然的電網不穩(wěn)造成，因換上保險絲后，故障就消除了。由于5m立車加工運行時的轉速較低，雖然可控硅整流電路是橋式整流，但是線路中觸發(fā)脈沖丟失和幅值小同時存在時，也會造成電流不連續(xù)，輸出的電壓不穩(wěn)，從而使電機的轉速不穩(wěn)。一開始出現的哐哐聲，實際就是轉速不穩(wěn)的表現。由于電流斷續(xù)而引起的燒保險故障能發(fā)生在運行后停車和正常運行的任何時刻。 </p><p>　　處理：將放大管T1(另一組

24、觸發(fā)電路中的放大管，功能如圖2中的T7)及反相器IC7換下，故障消除。 </p><p>　　2． 機床PLC初始故障的診斷</p><p>　　機床PLC初始故障的診斷為了保護機床和維修方便，PLC有顯示和檢測機床故障的能力。一旦發(fā)生故障，維修人員就能根據機床的故障顯示號去確定故障類別，予以排除。但在實際加工過程中，我們發(fā)現有時PLC同時顯示幾個故障，它們是由某一個故障引起的連鎖故

25、障，排除了初始的引發(fā)故障，其它故障報警就消失了?？墒菑臋C床PLC顯示的所有報警故障中，維修人員并不知道哪個故障是初始引發(fā)故障，維修人員只能逐個故障去查，這就增加了維修難度。機床PLC初始故障診斷功能，通過PLC程序，準確判斷出初始故障的報警號。維修中，首先排除初始故障，其它引發(fā)故障自行消失，這樣就極大地方便了機床的維修，提高了機床維修的快速性和準確性。 2 初始故障診斷原理設計的PLC程序不單單是把各個故障都能檢測和顯示出來，還能把最關

26、鍵的初始故障自動判斷出來。</p><p>　　初始故障診斷原理：以3個故障為例，其中設置了3個故障檢測位，分別為R500.0、R510.0、R520.0；3個初始故障檢測位為R500.2、R510.2、R520.2；F149.1為系統(tǒng)復位信號。初始狀態(tài)時，無報警出現，故障檢測位都為“0”，初始故障檢測位也都為“0”，復位信號F149.1為“0”。在3個故障中假設首先發(fā)生第二個故障。在程序掃描的第一個周期內，其對

27、應的故障檢測位R510.0變?yōu)椤?”，R500.2、R520.2、F149.1初始值為“0”，初始故障檢測位R510.2變?yōu)椤?”，通過自鎖保持為“1”，直到故障被排除，系統(tǒng)復位信號發(fā)出后“1”狀態(tài)才被解除。在程序掃描的第二個周期內，R510.2保持為“1”，實現了對R500.1、R520.1的封鎖，即使此時另外某一個故障檢測位為“1”，也不能導致其初始故障檢測位變?yōu)椤?”。通過此PLC程序的控制，就能從同時發(fā)生的眾多故障里準確地判斷出

28、初始故障。在JCS018數控機床中，遇到了多個故障同時發(fā)生的問題，如換刀報警和液壓報警同時出現。維修時，先檢查液壓控制部分，然后才能確認故障出在換刀過程中。檢查后我們才知道換刀的動力由液壓驅動</p><p>　　3． 數控設備檢測元件故障及維修 </p><p>　　檢測元件是數控機床伺服系統(tǒng)的重要組成部分，它起著檢測各控制軸的位移和速度的作用，它把檢測到的信號反饋回去，構成閉環(huán)系統(tǒng)。

29、測量方式可分為直接測量和間接測量：直接測量就是對機床的直線位移采用直線型檢測元件測量，直接測量常用的檢測元件一般包括：直線感應同步器、計量光柵、磁尺激光干涉儀。間接測量就是對機床的直線位移采用回轉型檢測元件測量，間接測量常用的檢測元件一般包括：脈沖編碼器、旋轉變壓器、圓感應同步器、圓光柵和圓磁柵。 </p><p>　　當機床出現如下故障現象時，應考慮是否是由檢測元件的故障引起的： </p><

30、;p>　?、?機械振蕩（加／減速時）： </p><p>　　(1)脈沖編碼器出現故障，此時檢查速度單元上的反饋線端子電壓是否在某幾點電壓下降，如有下降表明脈沖編碼器不良，更換編碼器。 </p><p>　　(2)脈沖編碼器十字聯軸節(jié)可能損壞，導致軸轉速與檢測到的速度不同步，更換聯軸節(jié)。 </p><p>　　(3)測速發(fā)電機出現故障，修復，更換測速機。 &

31、lt;/p><p>　　②.機械暴走（飛車）： </p><p>　　在檢查位置控制單元和速度控制單元的情況下，應檢查： </p><p>　　(1)脈沖編碼器接線是否錯誤，檢查編碼器接線是否為正反饋，A相和B相是否接反。</p><p>　　(2)脈沖編碼器聯軸節(jié)是否損壞，更換聯軸節(jié)。 </p><p>　　(3)檢查測

32、速發(fā)電機端子是否接反和勵磁信號線是否接錯。 </p><p>　?、?主軸不能定向或定向不到位： </p><p>　　在檢查定向控制電路設置和調整，檢查定向板，主軸控制印刷電路板調整的同時，應檢查位置檢測器（編碼器）是否不良，此時測編碼器輸出波形。 </p><p>　　④.坐標軸振動進給： </p><p>　　在檢查電動機線圈是否短路，

33、機械進給絲杠同電機的連接是否良好，檢查整個伺服系統(tǒng)是否穩(wěn)定的情況下，檢查脈沖編碼是否良好、聯軸節(jié)聯接是否平穩(wěn)可靠、測速機是否可靠。 </p><p>　　檢測元件是一種極其精密和容易受損的器件，一定要從下面幾個方面注意，進行正確的使用和維護保養(yǎng)。 </p><p>　　(1)．不能受到強烈振動和摩擦以免損傷代碼板，不能受到灰塵油污的污染，以免影響正常信號的輸出。 </p>

34、;<p>　　(2)．工作環(huán)境周圍溫度不能超標，額定電源電壓一定要滿足，以便于集成電路片子的正常工作。 </p><p>　　(3)．要保證反饋線電阻，電容的正常，保證正常信號的傳輸。 </p><p>　　(4)．防止外部電源、噪聲干擾，要保證屏蔽良好，以免影響反饋信號。 </p><p>　　(5)．安裝方式要正確，如編碼器聯接軸要同心對正，防止軸

35、超出允許的載重量，以保證其性能的正常。 </p><p>　　總之，在數控設備的故障中，檢測元件的故障比例是比較高的，只要正確的使用并加強維護保養(yǎng)，對出現的問題進行深入分析，就一定能降低故障率，并能迅速解決故障，保證設備的正常運行。</p><p>　　第三章 數控機床的維護</p><p>　　數控系統(tǒng)是數控機床的核心部件，因此，數控機床的維護主要是數控系統(tǒng)的維護

36、。數控系統(tǒng)經過一段較長時間的使用，電子元器件性能要老化甚至損壞，有些機械部件更是如此，為了盡量地延長元器件的壽命和零部件的磨損周期，防止各種故障，特別是惡性事故的發(fā)生，就必須對數控系統(tǒng)進行日常的維護。概括起來，要注意以下幾個方面。</p><p>　　1. 制訂數控系統(tǒng)日常維護的規(guī)章制度</p><p>　　根據各種部件特點，確定各自保養(yǎng)條例。如明文規(guī)定哪些地方需要天天清理（如CNC系統(tǒng)的

37、輸入／輸出單元——光電閱讀機的清潔，檢查機械結構部分是否潤滑良好等），哪些部件要定期檢查或更換（如直流伺服電動機電刷和換向器應每月檢查一次）。</p><p>　　2. 應盡量少開數控柜和強電柜的門</p><p>　　因為在機加工車間的空氣中一般都含有油霧、灰塵甚至金屬粉末。一旦它們落在數控系統(tǒng)內的印制線路或電器件上，容易引起元器件間絕緣電阻下降，甚至導致元器件及印制線路的損壞。有的用戶

38、在夏天為了使數控系統(tǒng)超負荷長期工作，打開數控柜的門來散熱，這是種絕不可取的方法，最終會導致數控系統(tǒng)的加速損壞。正確的方法是降低數控系統(tǒng)的外部環(huán)境溫度。因此，應該有一種嚴格的規(guī)定，除非進行必要的調整和維修，不允許隨便開啟柜門，更不允許在使用時敞開柜門。</p><p>　　3. 定時清掃數控柜的散熱通風系統(tǒng)</p><p>　　應每天檢查數控系統(tǒng)柜上各個冷卻風扇工作是否正常，應視工作環(huán)境狀況

39、，每半年或每季度檢查一次風道過濾器是否有堵塞現象。如果過濾網上灰塵積聚過多，需及時清理，否則將會引起數控系統(tǒng)柜內溫度高（一般不允許超過55℃），造成過熱報警或數控系統(tǒng)工作不可靠。</p><p>　　4. 經常監(jiān)視數控系統(tǒng)用的電網電壓</p><p>　　FANUC公司生產的數控系統(tǒng)，允許電網電壓在額定值的85%～110%的范圍內波動。如果超出此范圍，就會造成系統(tǒng)不能正常工作，甚至會引起數

40、控系統(tǒng)內部電子部件損壞。</p><p>　　5. 定期更換存儲器用電池</p><p>　　FANUC公司所生產的數控系統(tǒng)內的存儲器有兩種：</p><p>　　(1) 不需電池保持的磁泡存儲器。</p><p>　　(2) 需要用電池保持的CMOS RAM器件，為了在數控系統(tǒng)不通電期間能保持存儲的內容，內部設有可充電電池維持電路，在數控系

41、統(tǒng)通電時，由+5V電源經一個二極管向CMOS RAM供電，并對可充電電池進行充電；當數控系統(tǒng)切斷電源時，則改為由電池供電來維持CMOS RAM內的信息，在一般情況下，即使電池尚未失效，也應每年更換一次電池，以便確保系統(tǒng)能正常工作。另外，一定要注意，電池的更換應在數控系統(tǒng)供電狀態(tài)下進行。</p><p>　　6. 數控系統(tǒng)長期不用時的維護</p><p>　　為提高數控系統(tǒng)的利用率和減少數控

42、系統(tǒng)的故障，數控機床應滿負荷使用，而不要長期閑置不用，由于某種原因，造成數控系統(tǒng)長期閑置不用時，為了避免數控系統(tǒng)損壞，需注意以下兩點：</p><p>　　(1) 要經常給數控系統(tǒng)通電，特別是在環(huán)境濕度較大的梅雨季節(jié)更應如此，在機床鎖住不動的情況下（即伺服電動機不轉時），讓數控系統(tǒng)空運行。利用電器元件本身的發(fā)熱來驅散數控系統(tǒng)內的潮氣，保證電子器件性能穩(wěn)定可靠，實踐證明，在空氣濕度較大的地區(qū)，經常通電是降低故障率的

43、一個有效措施。</p><p>　　(2) 數控機床采用直流進給伺服驅動和直流主軸伺服驅動的，應將電刷從直流電動機中取出，以免由于化學腐蝕作用，使換向器表面腐蝕，造成換向性能變壞，甚至使整臺電動機損壞。</p><p><b>　　總 結</b></p><p>　　進入21世紀，隨著數控技術的飛速發(fā)展，數控設備已遍布全世界，不僅工業(yè)發(fā)

44、達國家已廣泛采用，就是發(fā)展中國家也大量使用。我國自改革開放以來也引進了不少先進的設備，這些設備的特點是以大規(guī)模集成電路為主的數控設備，這些設備功能強，生產效率高，但是復雜，它涉及機械、電器、液壓、氣動、光學、與計算機技術等許多領域，尤其在故障論斷、狀態(tài)檢測方面涉及數字測試技術與計算機網絡技術。</p><p>　　在數控機床維修中推廣應用新技術、新工藝、新材料，做好數控的技術改造和局部改裝設計管理工作，搞好數控機

45、床維修用工、檢、量具的管理，搞好數控設備維修的質量管理等工作。只有這樣，才能做好數控機床的維修工作，保障數控機床的正常運行，從而保障企業(yè)生產的順利運行。所以，無論是CNC系統(tǒng)，機床強電，還是機械、液壓、氣路等，只要有可能引起該故障的原因，都要盡可能全面地列出來，進行綜合判斷和篩選，然后通過必要的實驗達到確診和最終排除故障的目的。</p><p><b>　　致 謝</b></p>

46、;<p>　　經過半個月的忙碌和工作，本次畢業(yè)論文已經接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)論文，由于經驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以及一起學習的同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。</p><p>　　在論文寫作過程中，得到了 xx 老師的親切關懷和耐心的指導，她嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹的治學精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完

47、成，xx老師的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。在此謹向xx老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。</p><p>　　最后我還要感謝xx工學院的老師幾年來對質我的栽培。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　【1】 張超英，謝富春編. 《數控編程技術.》</p>