数控设备安装与维修教案(1).ppt

数控设备安装与维修,第一章 绪论第二章 数控机床故障诊断与维修基础第三章 数控机床的故障预防第四章 数控机床机械结构故障诊断,数控设备安装与维修,课程的基本要求与特点,熟悉数控机床各组成部分的工作原理与结构确立数控机床故障诊断的基本思路与实施诊断的步骤及注意事项掌握常用测试仪器的使用方法通过理论和实训环节的教学，能实施对数控机床的故障分析和诊断。课程涉及内容广，故障检测、分析难度高,第一章 绪论,教学目的与要求1.掌握设备故障诊断与维修的基本概念 2.了解设备故障诊断与维修的目的与意义以及最新发展方向重点与难点 1、数控故障发生规律 2、数控机床故障诊断的内容与方法,第一章 绪论,一、设备故障诊断与维修基本概念 1.设备故障诊断技术故障定义：故障是设备或零部件丧失了规定功能的一种状态故障含义：有两层故障诊断:在数控机床运行中，根据设备的故障现象，在掌握数控系统各部分工作原理的前提下，对现行的状态进行分析，并辅以必要检测手段，查明故障的部位和原因,提出有效的维修对策。,机械设备功能失效,机械设备偏离正常功能,数控设备使用寿命故障频率曲线,故障发生规律：遵循浴盆曲线,T1磨合期,T2正常使用期,T3损耗期,1、设备故障诊断技术,故障发生规律对维修指导意义：设备磨合期很少有器质性故障，出现故障多为设备不适性小故障，一般好解决 正常运行时，故障率很低且几近相等，一般不需很多备件库存，只需存储一些易损件在设备进入磨损期前安排大(项)修，并开始考虑备件库存，当费用太高，可考虑报废更新设备是确定设备保质期和设备折旧年限的理论依据,、设备故障诊断基本内容和方法,基本内容设备运行状态监测设备运行状态趋势预报故障性质、故障原因确定,、设备故障诊断基本内容和方法,基本方法简易诊断法：借助一般检查工具，查阅有关技术档案资料或通过问、看、摸、听、嗅等实用诊断方法进行精密诊断法：借助先进测试手段对设备进行精确的定量的检测与分析,、设备维修,二、数控机床故障诊断与维修目的,基本概念数控机床除了具有高精度、高效率和高技术的要求外，还应该具有高可靠性。衡量的指标有：可靠性：平均无故障时间：MTBF=总工作时间/总故障次数平均修复时间：MTTR=总故障停机时间/总故障次数平均有效度：A=MTTR/(MBTF+MTTR),二、数控机床故障诊断与维修目的,2.诊断与维修目的 提高机床的可靠性（平均有效度A）3.措施（1）加强日常维护保养以延长平均无故障时间（2）当设备出现故障时要尽快诊断出故障原因并加以修复,三、故障诊断与维修技术的新发展,1.通讯诊断(远程、海外诊断）用户机床的通讯口通过电话线和维修中心的专用通讯诊断计算机相连。计算机发诊断程序 用户测试数据 计算机诊断结果和处理方法 用户 特点：实用简便；有一定的局限性,2.自修复系统 当诊断软件发现数控机床在运行中某一模块有故障时，系统在CRT上显示的同时，自动寻找备用模块并接上。特点：实用但成本比较高，而且只适合总线结构的CNC系统。,三、故障诊断与维修技术的新发展,3.人工智能专家故障诊断系统,三、故障诊断与维修技术的新发展,4.人工神经元网络(ANN)诊断 ANN具有联想、容错、记忆、自适应、自学习和处理复杂多模式故障等特点。这种方法将被诊断的系统的症状作为网络的输入，将按一定数学模型所求得的故障原因作为网络的输出，并且神经网络将经过学习所得到的知识以分布的方式隐存在网络上，每个输出神经元对应着一个故障原因。,第二章数控机床故障诊断与维修基础,第一节 概述第二节 数控机床的故障及故障分类第三节 数控机床故障诊断与维修基础知识第四节 数控机床故障诊断与维修 一般步骤和原则第五节 故障处理,第二章数控机床故障诊断与维修基础,教学目的与要求（1）了解数控设备的组成及分类；（2）了解数控设备故障分类方法；（3）掌握数控设备故障诊断的常用工具与仪器的用途与使用方法；（4）掌握数控设备故障常规处理方法以及故障诊断与维修的基本原则；重点与难点1、常用工具与仪器的用途与使用方法2、资料的查阅和使用方法,第一节 概述,一、数控机床的组成 数控机床由数控装置、伺服驱动装置、检测反馈装置和机床本体四大部分组成，再加上程序的输入/输出设备、可编程控制器、电源等辅助部分。1.数控装置(数控系统的核心)由硬件和软件部分组成，接受输入代码经缓存、译码、运算插补等转变成控制指令，实现直接或通过PLC对伺服驱动装置的控制。,2.伺服驱动装置是数控装置和机床主机之间的联接环节，接受数控装置的生成的进给信号，经放大驱动主机的执行机构，实现机床运动。3.检测反馈装置是通过检测元件将执行元件（电机、刀架）或工作台的速度和位移检测出来，反馈给数控装置构成闭环或半闭环系统。4.机床本体是数控机床的机械结构件（床身箱体、立柱、导轨、工作台、主轴和进给机构等,第二 章 数控机床故障诊断 与维修基础,第二节、数控机床故障及故障分类,1.故障的分类 1）从故障的起因分类 关联性故障与系统的设计、结构或性能等缺陷有关而造成（分固有性和随机性）。非关联性故障与系统本身结构、制造无关的故障。,2）从故障发生的状态分类 突发故障发生前无故障征兆，使用不当。渐变故障发生前有故障征兆，逐渐严重。3）按故障发生的性质分系统性故障-指在一定条件下必然会发生的故障随机性故障-指在相同下,只偶然出现一两次的故障.,4）按故障发生的部位分类 软件故障程序编制错误、参数设置不正确、机床操作失误等引起。硬件故障电子元器件、润滑系统、限位机构、换刀系统、机床本体等硬件损坏造成。,5）按故障发生的原因分 自身故障-指由于自身原因引起的故障 外部故障-由于外界环境变化超出机床规定范围而造成的故障，如干扰故障，由于系统工艺、线路设计、电源地线配置不当等以及工作环境的恶劣变化而产生。,4）按故障发生后果分类 破坏性故障数控系统发生故障时，机床安全保护系统在需要动作时，因故障失去保护动作，造成人身或设备事故。这类故障不能重演 安全性故障机床安全保护系统在不需要动作时发生动作，引起机床不能起动。,6)按故障发生有无报警分 有故障报警显示的故障-能根据数控系统自诊断功能提示,较容易找到故障原因 无故障报警显示的故障-故障发生后无报警显示,2.数控机床维修的特点 1）数控机床是高投入、高精度、高效率的自动化设备；2）一些重要设备处于关键的岗位和工序，因故障停机时，影响产量和质量；3）数控机床在电气控制系统和机械结构比普通机床复杂，故障检测和诊断有一定的难度。,第三节、数控机床故障诊断 与维修基础知识,、诊断常用的仪器仪表及工具（1）仪器仪表万用表可测电阻、交、直流电压、电流 指针式：有测量过程 数字式：直接读数相序表可检查直流驱动装置输入电流的 相序双踪示波器检查信号波形钳形电流表不断线检测电流,脉冲发生笔与逻辑测试笔 对芯片或功能电路板的输入注入逻辑电平脉冲，用逻辑测试笔检测输出电平，以判别其功能正常与否。机械故障诊断仪 对机械故障进行检测、分析与诊断。（）工具“+”、“一”螺丝刀、钳子、镊子、烙铁等,第三节、数控机床故障诊断 与维修基础知识,、诊断用技术资料,数控系统操作手册数控系统编程手册数控系统安装与维修手册伺服驱动系统使用说明书 数控机车的技术资料对故障分析与诊断 非常重要，必须认真仔细地阅读，并对照机床实物，做到心中有数。一旦机床 发生故障，再进行分析的同时查阅资料。,、诊断用技术资料,数控机床生产厂家必须向用户提供安装、使用与维修有关的技术资料，主要有：数控机床电气使用说明书数控机床电气原理图数控机床电气连接图数控机床结构简图数控机床参数表数控机床PLC控制程序,、对维修人员素质要求,专业知识面要宽有较强的动手能力能阅读英文技术文献,第四节 诊断与维修的一般步骤与原则,先外部后内部先机械后电气先静后动,先公用后专用先简单后复杂先一般后特殊,一般步骤深入故障现场,掌握充分的故障信息分析故障原因,确定检查的方法和步骤故障的检测和排除基本原则,数控机床故障诊断一般步骤,一、故障诊断步骤 当数控机床发生故障时，一般不要关断电源，对出现的信号和现象作好记录.1.尤其注意以下的故障信息：CRT显示的报警号和报警提示及报警灯如无报警，了解系统处于何种工作状态？系统的工作方式诊断结果当前程序段、执行何种指令和何种操作,数控机床故障诊断一般步骤,一、故障诊断步骤故障发生在何种速度下？轴处于什么位置、与指令值的误差量有多大？以前是否发生过类似故障？现场有否现象？故障是否重复发生？有无其它偶然因数，突然停电、电源电压波动较大、打雷、某部位进水和外部干扰等,数控机床故障诊断一般步骤,一、故障诊断步骤 2.步骤详细了解故障情况 了解、观察、检测分析故障原因 根据故障现象罗列故障原因、分析、确定查找方向和手段、缩小范围由表及里进行故障源查找 从易到难、从外围到内部,数控机床故障诊断基本原则,一、故障诊断原则先外部后内部 发生故障后，采用望、听、嗅、问、摸等方法由外向内逐一进行检查（各类开关、连接件、传感器接触不良、温度、湿度、油雾和粉尘对元件及电路板的污染和侵蚀等）重视和检查这些部位可迅速排除较多故障,数控机床故障诊断基本原则,二、故障诊断原则先机械后电气 机械故障易察觉，而数控系统故障诊断难度相对较大，有些电气故障也是由机械动作失灵而引起先静后动 不要盲目动手，问清故障发生的过程和状态、观察机床现状、查明有关资料、分析故障原因后再动手,数控机床故障诊断基本原则,二、故障诊断原则先公用后专用 公用性的问题往往影响全局，若几个进给轴都不动，先检查电源、CNC、PLC及液压等公用部位先简单后复杂 当多种故障互相交织，一时无从下手时，先解决容易的问题，可能会得到一些启发,数控机床故障诊断基本原则,二、故障诊断原则先一般后特殊 在排除某一故障时，要先考虑最常见的可能原因，然后再分析很少发生的特殊原因 例：一台FANUC 0T数控车床Z轴回零不准，常常是由于降速挡块位置走动所造成。一旦出现这一故障，应先检查挡块，再检查编码器、位置控制等环节,第五节 故障处理,一、故障软故障由调整、参数设置或操作不当引起（在使用初期发生较多，不熟悉）硬故障由数控机床（控制、检测、驱动、液气、机械装置）的硬件失效引起 二、故障处理对策 除非出现影响设备或人身安全的紧急情况，不要立即切断机床的电源。应保持故障现场。,从机床外观、CRT显示的内容、主板或驱动装置报警灯等方面进行检查。可按系统复位键，观察系统的变化，报警是否消失。如消失，说明是随机性故障或是由操作错误引起的。如不能消失，把可能引起该故障的原因罗列出来，进行综合分析、判断，必要时进行一些检测或试验，达到确诊故障的目的。,复位后，故障不能消失，可从以下几方面进行调查：1.检查机床的运行状态机床故障时的运行方式CRT显示的内容（报警信号和报警号）驱动装置、变频器等显示的报警指示故障时轴的定位误差刀具轨迹是否正常辅助机能的运行状态,2.检查加工程序及操作情况是否为新编制的加工程序刀具补偿指令及补偿量是否正确故障是否与换刀有关故障是否与进给速度有关操作者的情况（新手）3.检查系统的输入电压输入电压的波动，电压值是否在正常范围附近有否使用大电流的装置,4.检查环境状态CNC周围的温度状况控制柜热交换器、轴流风扇工作情况系统周围的振动情况附近有否高频干扰源5.检查机床状况熔丝是否已熔断故障前是否修理过机床或设置过参数机床是否已调整好,在运行过程中是否改变过工作方式机床是否正处于急停、锁住状态速度倍率开关是否设为零进给保持按钮是否被按下间隙补偿量是否合适机床各信号电缆有否破损信号线和电源线是否分开走线屏蔽线接地是否正确,思考题,某数控车床主轴间隙大了需调整,此时应查找A 液压原理图 B电气原理图 C 主轴箱装配图 D PLC梯形图某数控车床出现920伺服报警而停机,为查找原因,需阅读A 电气原理图 B 数控系统诊断手册 C 数控参数表 D PLC梯形图某操作者不知机床导轨需用何种润滑油,这时需查找A 液压原理图 B润滑图 C 机械结构装配图 D PLC梯形图能用来观察伺服系统的超调、振荡波形的是A万用表 B 示波器 C 逻辑分析仪 D激光干涉仪不能用来测试查找集成电路故障的是A在线IC测试仪 B离线IC测试仪 C PLC 编程器 D短路追踪仪机床正常运行时出现液位报警而停机，此故障属于A随机性故障 B系统性故障 C外部故障 D 加工精度故障机床正常运行时出现报警号为502的X轴正向超程报警,此故障属于A无报警显示故障 B系统性故障 C有报警显示故障 D 元器件质量特性故障,第三章 数控机床的故障预防,第一节 数控机床的选用第二节 数控机床的安装与调试第三节 数控机床的验收第四节 数控机床的使用与维护第五节 数控机床的抗干扰技术,理论知识（1）掌握数控机床的选用；（2）掌握数控设备的安装、调试工作流程，及每个环节工作内容、基本方法和有关要求（3）掌握数控设备几何精度、定位精度和切削精度的验收内容与方法。（4）掌握数控设备日常维护和管理工作内容与方法（5）了解数控机床的抗干扰技术。,教学目的和要求,应具备的技能：（1）根据典型加工零件选择数控机床（2）数控机床安装与调试（3）数控机床几何精度、切削精度的检测方法（4）检测工具的使用（5）数控机床的维护和保养 重点与难点（1）数控机床安装、调试与验收主要内容（2）数控机床的精度检测,第一节 数控机床的选用,选用数控机床需遵循的原则实用性经济性可操作性稳定可靠性,第一节 数控机床的选用,选择数控机床的主要注意事项选择数控机床的种类选择数控系统选择数控机床规格选择数控机床精度自动换刀装置、刀库容量的选择刀柄的配置选择功能及附件的选择选择机床制造厂,第二节 数控机床的安装与调试,数控机床安装调试工作流程 选择安装位置-设备开箱验收-基础制作-设备就位安装-粗调水平-通电前准备与检查-通电后检查和空运行-二次灌浆-精调水平-机床及数控系统功能验收-几何精度检测-定位精度检测切削精度检测-设备移交。,第二节 数控机床的安装与调试,数控机床的安装选择安装位置 需考虑因素：(1)环境要求(2)电网要求(3)运输方便要求(4)施工维修要求(5)操作维修安全要求,第二节 数控机床的安装与调试,二、设备开箱验收 工作内容（1）对机床外观验收（油漆、磕碰、变形）（2）按设备装箱单清点资料、随机附件、工具和备件等（3）对机床配置是否与合同相符验收,第二节 数控机床的安装与调试,三、基础制作小型机床无须作基础，用膨胀螺栓即可2.对精度不高的中型数控机床也可不做基础，如安装地是水泥，只要打出地脚螺栓孔二次灌浆即可3.精密机床、大型机床则要做基础，有的还需防振沟地基面积和深度取决于机床重量和土质情况,第二节 数控机床的安装与调试,四、设备就位安装设备吊运：注意按说明书吊运图进行；如用叉车，叉脚尽量开些，让机床重心落在叉脚之间，叉脚位置选择以使机床变形最小为原则。设备安装：小型机床可一次性就位 大型机床分若干个包装箱，设备安装要按“先主机后辅机、先下后上、先机械后电气、先内后外”原则进行。,第二节 数控机床的安装与调试,五、粗调水平机床安装到位后应粗调水平，为二次灌浆作准备。,第二节 数控机床的安装与调试,六、通电前准备与检查内容：去除防锈脂并对机床加液压油、润滑油和冷却液检查数控系统及强电柜内各电气元件连接是否松动数控系统设定确认输入电源电压、频率、相序的确认数控系统内直流稳压电源输出端对地是否短路？,第二节 数控机床的安装与调试,七、通电后检查及空运行检查内容：各电机相序检查各印刷电路上电压是否正常确认数控系统各种参数的设定并备份确认数控系统与机床侧的接口状态空运行检查内容回参考点检查超程检查主轴运行检查工作台或拖板移动检查,第二节 数控机床的安装与调试,八、二次灌浆及精调水平二次灌浆注意事项：应使用高标号水泥 夯实并找平精调水平注意事项 机床各部件摆放要符合要求 在二次灌浆水泥固化达到设计强度后进行 精调水平要求达到合格证上规定值,第三节 数控机床的验收,数控机床常规验收机床外观验收（在开箱进行）数控柜外观检查（在通电前检查中进行）数控机床功能验收数控系统功能验收几何精度验收几何精度概念几何精度验收在何时进行？几何精度验收常用工检具，有何要求？几何精度验收项目有哪些？几何精度验收方法几何精度验收注意事项,第三节 数控机床的验收,定位精度验收定位精度概念定位精度验收条件定位精度验收内容定位精度验收工具定位精度验收方法直线运动定位精度的检测直线运动重复定位精度的检测直线运动原点返回精度的检测直线运动失动量的测量回转轴运动精度的测定,一、数控机床的验收1.机床性能主轴性能手动操作高、中、低三挡转速连续进行五次正、反转的起动、停止，检验其动作的灵活性和可靠性。观察功率、转速、主轴的准停及机床的振动情况。,第三节 数控机床的验收,一、数控机床的验收,1.机床性能进给性能 通过回原点、手动操作和手动数据输入方式操作，检验正、反向的低、中、高 速的进给运动的起动、停止、点动等动作的平稳性和可靠性。并检查回原点的准确性和可靠性，软、硬限位是否确实 可靠。,一、数控机床的验收,1.机床性能自动换刀性能 通过手动和M06指令自动运行，检验换刀的可靠性、灵活性和平稳性并测定换刀时间是否符合要求。机床噪声 主轴箱、冷却风扇、液压油泵等噪声小于85分贝。,一、数控机床的验收,2、数控功能指令功能指令的功能实现及准确性操作功能检验回原点、执行程序、进给倍率、急停等功能的准确性CRT显示功能检验位置、程序、各种菜单显示功能3、连续空载运行 进行816小时的空载自动连续运行,二、数控系统的验收,验收检查项目数控系统外观检查（各部分破损、碰伤）控制柜元器件的紧固检查（接插件、接线端子、元器件的固定）输入电源电压、相序的确认检查直流输出电压（24V、5V）确认数控系统与机床侧的接口确认数控系统各参数的设定（最佳性能）用手轮进给检查各轴运转情况用准停功能来检查主轴的定位情况,精度概念,1.几何精度检验（静态精度检验）是综合反映机床关键零部件经组装后的综合几何形状误差。有各坐标轴的相互垂直度、台面的平行度、主轴的轴向和径向跳动等检验项目。,精度概念,2.定位精度检验是测量机床各坐标轴在数控系统控制下所能达到的位置精度。检查项目有直线运动定位精度、直线运动重复定位精度、直线运动的原点复归精度、直线运动失动量、回转工作台的定位精度、回转工作台的重复分度精度、数控回转工作台的失动量、回转工作台的原点复归精度等。,精度概念,3.切削精度检验 切削精度检查实质是对机床几何精度和位精度在切削加工条件下的一项综合考核 几何精度、定位精度、切削精度三者之间关系:几何精度、定位精度检验合格,切削精度不一定合格。切削精度合格，几何精度、定位精度一定合格.,切削精度验收数控车床车削精度验收内容,第三节 数控机床的验收,验收方法1、单项加工精度验收2、综合试件切削验收,切削精度验收加工中心切削精度验收验收内容,验收方法1、单项加工精度验收2、综合试件切削验收,第三节 数控机床的验收,第四节 数控机床的使用与维护,一、点检点检按有关维护文件的规定，对数控机床进行定点、定时的检查和维护点检要求和内容 专职点检重点设备、部位（设备部门）日常点检一般设备的检查及维护（车间）生产点检开机前检查、润滑、日常清洁、紧固等工作（操作者）,二、数控系统的日常维护,机床电气柜的散热通风门上热交换器或轴流风扇对控制柜的内外进行空气循环。（少开柜门）纸带阅读机的定期维护对光电头、纸带压板定期进行防污处理支持电池的定期更换在机床断电期间，有电池供电保持存储在COMS器件内的机床数据,二、数控系统的日常维护,检测反馈元件的维护光电编码器、接近开关、行程开关与撞块、光栅等元件的检查和维护备用电路板的定期通电备用电路板应定期装到CNC系统上通电运行，长期停用的数控机床也要经常通电，利用电器元件本身的发热来驱散电气柜内的潮气。保证电器元件性能的稳定可靠。,第五节 数控机床的抗干扰,一、电磁波干扰电火花、中、高频电加热设备的电源都会产生强烈的电磁波，通过空间传播被附近的数控系统所接受，如果能量足够就会干扰数控机床的正常工作。（远离这些设备）二、供电线路干扰输入电压过压或欠压引起电源报警而停机电源波形畸变引起错误信息会导致CPU停止运行,第五节 数控机床的抗干扰,三、信号传输干扰数控信号在传递过程中受到外界的干扰串模干扰干扰电压叠加在有用信号上，由绝缘不良、漏电阻及供电线路等引入。共模干扰干扰电压对二根或以上信号线的干扰大小相等、相位相同。装置的 共模抑制比较高，影响不大。当不平衡 时，一部分转为串模。,四、抗干扰措施,1.减少供电线路的干扰数控机床远离具有中、高频电源的设备数控机床不要和大功率且频繁起、停的设备在同一供电干线上在电源电压波动较大的地区，加稳压电源动力线和信号线分开走线信号线采用屏蔽线或双绞线控制线和电源线相交时，要采用直角相交,四、抗干扰措施,2.减少机床控制中的干扰压敏电阻保护（浪涌吸收器）可对线路中的瞬变、尖蜂等噪声进行抑制阻容保护交流接触器和电机频繁起停时，因电磁感应会在机床电路中产生浪涌或尖蜂，可抑制、吸收干扰噪声续流二极管保护直流电感元件在断电时，在线圈着将产生较大的感应电动势并联的二极管可减少对控制电路的干扰,四、抗干扰措施,3.屏蔽技术（电磁、静电屏蔽）信号线采用屏蔽线（铜质网状）、穿在铁质蛇皮管或铁管中关键元件或组件采用金属容器屏蔽4.保证“接地”良好“接地”是数控机床安装中一项关键的抗干扰技术措施。电网的许多干扰都市通过“接地”对机床起作用的。,信号地用来提供电信号的基准电压（0V）框架地是以安全性及防止外来噪声和内部噪声为目的的地线系统。它是装置的面板、单元的外壳、操作板及各装置间接口的屏蔽线系统地是将框架地和大地相连接 接地要可靠（接地电阻应小于10欧姆）接地线要粗（应大于电源线的截面积）数控机床的地线系统,思考题,下列项目中属定位精度验收的是A 主轴轴向窜动B 各坐标方向移动的相互垂直度C 直线运动失动量测定D工作台平面度下列项目中属几何精度验收的是A 直线运动定位精度 B 各坐标方向移动的相互垂直度C 直线运动失动量测定D直线铣削精度圆弧铣削精度主要考核机床的A 数控系统的圆弧插补品质 B 反向失动量 C 两轴位置增益系数是否一致D 以上都对数控机床由主轴进给镗削内孔时，床身导轨与主轴若不平行，会使加工件的孔出现（）误差。A）锥度 B）圆柱度 C）圆度 D）直线度在分析各轴直线运动失动量与数控机床的定位精度和重复定位精度关系时，下列说法正确的是（）A 直线运动失动量越大，定位精度和重复定位精度越高；B 直线运动失动量越小，定位精度和重复定位精度越高；C 直线运动失动量大小对定位精度和重复定位精度没影响,D 都不对数控机床由主轴进给镗削内孔时，床身导轨与主轴若不平行，会使加工件的孔出现（）误差A）锥度 B）圆柱度 C）圆度 D）直线度A 分度工作台分度精度差 B 主轴轴线与工作台回转轴不在同一平面 C 主轴对加工平面的垂直度超差 D以上都对,第四章 数控机床机械结构故障诊断,第一节 数控机床机械故障诊断方法第二节 主轴部件第三节 滚珠丝杠螺母副第四节 导轨副第五节 刀库及换刀装置第六节 液压与气压传动系统,教学目的与要求,理论知识点：（1）掌握机械故障诊断方法；（2）掌握主轴部件维护内容和常见故障诊断与处理；（3）掌握滚珠丝杠螺母副的维护内容与故障诊断；（4）掌握导轨副的维护内容与故障诊断；（5）掌握刀库及换刀装置的维护要点和故障诊断；（6）了解液压与气压系统的维护内容与故障诊断.,应具备的技能（1）会调整主轴部件轴承、滚珠丝杠螺母副、导轨副等运动件间隙；（2）会排除机械手换刀动作停止故障（3）会利用原理分析法排除液压、气压动作故障重点与难点（1）数控机床机械各部分的维护内定和方法（2）机械故障诊断技术,第四章 数控机床机械结构故障诊断,一、故障与故障诊断 数控机床在机械结构上和普通机床不同点在于传动链缩短，传动部件的精度高，机械维护的面更广。主轴、进给轴、导轨和丝杠、刀库和换刀装置、液压和气动等。熟悉机械故障的特征，掌握数控机床机械故障的诊断的方法和手段。还要注意数控机床机电之间的内在联系。,第一节 数控机床机械故障诊断方法,1.机械故障的原因 机床在运行过程中，机械零部件受到力、热、摩擦以及磨损等诸多因素的作用，使其领部件偏离或丧失原有的功能。2.机械故障诊断 机床运行状态的识别、运行状态的信号获取、特征参数的分析，故障性质的判断和故障部位的确定。,第一节 数控机床机械故障诊断方法,二、机械故障诊断的方法实用诊断技术（问、听、看、闻、摸、查）振动、噪声测试(幅值大小、频率结构）油液分析（磨粒成分、型貌、数量）温度测试（表面温度及变化规律）超声、X射线探伤（机件内部缺陷）专家诊断系统（专家的经验、数据）,第一节 数控机床机械故障诊断方法,1.实用诊断技术问操作者（渐/突发、故障现象、加工件的情况、传动系统的运动和动力、润滑、保养和检修情况）看机床的转速变化、工件的表面粗糙度和振纹、颜色伤痕等明显症状听机床运转声（强弱、频率高低等）闻润滑油脂氧化蒸发油烟气焦糊气,第一节 数控机床机械故障诊断方法,1.实用诊断技术触用手感来判别机床的故障（温升、振动、伤痕和波纹、爬行、松紧）实用诊断技术在机械故障的诊断中具有实用简便、快速有效的特点，但诊断效果的好坏在很大程度上要凭借维修技术人员的经验，而且有一定的局限性，对一些疑难故障难以奏效。,二、机械故障诊断的方法,2.机械振动检测诊断法 以机床振动作为信息源，在机床运行过程中获取信号，对信号作各种处理和分析，通过某些特征量的变化来判别有无故障、根据由以往诊断经验形成的一些判据来确定故障的性质并综合一些其他依据来进一步确定故障的部位。具有实用可靠、判断准确的特点,2.机械振动检测诊断法,诊断过程1）阅被诊断设备的技术资料，分析传动关系、计算传动件的特征值；2）获取信号、信号调理与处理；3）信号分析、故障判断（部位、性质）。故障振动信号分类 1）平稳性故障信号 2）冲击性故障信号,2.机械振动检测诊断法,1）平稳性故障信号机械结构在正弦周期性力信号、复杂周期性力信号和准周期性力信号（轴弯曲、偏心、滚子失圆等渐变性故障）作用下产生的响应信号。特点：响应信号的频率成分与激励信号的频率成分相同。频谱为有限根谱线，而且能量集中在故障的特征频率及其倍频上。,2.机械振动检测诊断法,2）冲击性故障信号 机械结构在周期性冲击力作用下的脉冲响 应，他与冲击信号本身有很大的不同。特点：信号能量短时间释放，其频谱为无 穷根谱线，间隔等于脉冲发生的频率。能 量集中于基频。,2.机械振动检测诊断法,信号分析方法 1)时域分析法（直观）了解信号的幅值和时间的关系，确定振动的程度，设备是否有故障及严重程度。不能确定故障部位（特征量的统计分析、相关分析等、均值、有效值、均方根值、方差等）。,2.机械振动检测诊断法,信号分析方法 2)频域分析法(了解信号的频率结构，寻找故障源)幅值谱分析-应用傅里叶变换、傅里叶傅里叶积分将时域信号变为频域信号。功率谱分析-在频域中对信号能量或功率分布情况的描述。滤波谱-分析平稳性故障信号 解调谱-分析冲击性故障信号,2.机械振动检测诊断法,测试仪器系统,2.机械振动检测诊断法,诊断实例 1）了解设备的运行状态：设备在运行中有什么异常情况，不同速度档位有什么区别。2）得到设备的有关资料：设备的传动系统图、轴承分布图等技术资料，并对其进行分析。3）计算传动链和传动件的特征频率：计算传动链，计算各传动件的特征频率系数。,对设备进行诊断测试1）放置测振、测速传感器（位置、信号要 求）（一般选振动或噪声较大的部位）；2）连接仪器系统；3）开动被测设备；4）调节测速电平、显示主轴转速并记录；5）从较高频段开始测试，逐渐到较低频段，并调节放大器的增益，使信号处于最佳状 态；6）记录、打印测试结果。,传动链 30/60 27/30 27/57 特征系数 4.69 140.2.35 63.33 2.1 57 1.0特征频率 3.58 107.4 1.79 48.32 1.61 43.5 0.763 故障诊断分析1）由主轴转频计算各传动件的特征频率；2）对照计算值和测试结果，由前述机械故障诊断知识进行分析，判断故障的部位和故障性质。得出诊断结果。,第二节 主轴部件,主轴部件的性能要求 高回转精度、足够的功率输出、刚度、抗振性、温升以及自动变速、准停和自动换刀等要求。主轴部件的结构 成组高精度轴承（滚动/静压/磁力/陶瓷）及其配置、轴承间隙调整和润滑密封以及满足工件的自动装夹要求,第二节 主轴部件,主轴的维护特点 1.主轴润滑 减少摩擦、带走热量，（磨损和热变形）-循环润滑方式：液压泵供油强力润滑和 油脂润滑-油气润滑方式：定时定量把油雾送进轴 承空隙中-喷注润滑方式：较大流量的恒温油喷注 到主轴轴承（大容量恒温油箱）,第二节 主轴部件,2.防泄露,主轴故障诊断故障现象故障原因1.主轴发热轴承损伤或不清洁、轴承油 脂耗尽或油脂过多、轴承间 隙过小2.主轴强力电机与主轴传动的皮带过松、切削停转皮带表面有油、离合器松3.润滑油泄漏润滑油过量、密封件损伤或失效、管件损坏,主轴故障诊断故障现象故障原因4.主轴噪声缺少润滑、皮带轮动平衡（振动）不佳、带轮过紧、齿轮磨 损或啮合间隙过大、轴承 损坏5.主轴没有或 油泵转向不正确、油管或 润滑不足 滤油器堵塞、油压不足,第二节 主轴部件,主轴故障诊断故障现象 故障原因6.刀具不能 蝶形弹簧位移量太小、刀 夹紧 具松夹弹簧上螺母松动7.刀具夹紧后 刀具松夹弹簧压合过紧、不能松开 液压缸压力和行程不够,第三节 滚珠丝杠螺母副,滚珠丝杠螺母副的维护1.轴向间隙的调整 保证反向传动精度和轴向刚度（垫片调隙式、螺纹调隙式、齿差调隙式）2.支承轴承的定期检查 定期检查丝杠支承与床身的连接是否有松动以及轴承是否损坏,第三节 滚珠丝杠螺母副,滚珠丝杠螺母副的维护 3.滚珠丝杠副的润滑 润滑剂（油/脂）可提高耐磨性和传动效 率（工作前/半年）4.滚珠丝杠的防护 防止硬质灰尘或切屑污物的进入，可采用防护罩或防护套管等,滚珠丝杠螺母副的故障诊断,故障现象 故障原因1.噪声大 丝杠支承轴承损坏或压盖压合 不好、联轴器松动、润滑不良 或丝杠副滚珠有破损2.丝杠运动 轴向预紧太大、丝杠或螺母轴不灵活 线与导轨不平行、丝杠弯曲,第四节 导轨副,导轨副的维护1.间隙调整保证导轨面之间合理的间隙，小摩擦力大、磨损，大运动失去准确性和平稳性、失去导向精度）2.滚动导轨的预紧提高刚度、消除间隙3.导轨的润滑降低摩擦系数、减少磨损、防止导轨面锈蚀。润滑方式：人工加油油杯供油、压力油润滑润滑油：粘度变化小、润滑性好、油膜刚度,第四节 导轨副,4.导轨的防护防止切屑、磨粒或冷却液散落在导轨上而引起磨损、擦伤、和锈蚀，导轨面上应有可靠的防护装置。常用的有刮板式、卷帘式和叠层式防护罩。需要经常进行清理和保养。导轨故障诊断,3.导轨故障诊断,故障现象故障原因1.导轨研伤 地基与床身水平有变化使局部 载荷过大、长期短工件加工局 部磨损严重、导轨润滑不良、导轨材质不佳、刮研不符和要 求、导轨维护不良落入赃物,3.导轨故障诊断,故障现象故障原因2.移动部件 导轨面研伤、导轨压板研伤、镶条与导轨间隙太小3.加工面在 导轨直线度超差、工作台塞接刀处不平 铁松动或塞铁弯度过大、机 床水平度差使导轨发生弯曲,第五节 刀库及换刀装置,刀库与换刀机械手的维护要点1.严禁把超重、超长的刀具装入刀库，防止 机械手换刀时掉刀或发生碰撞2.不管什么方式选刀时，刀具号要和刀库上 所需刀具一致3.手动方式放往刀库上装刀时，要确保装到 位、装牢靠。刀座上的锁紧也要可靠,第五节 刀库及换刀装置,刀库与换刀机械手的维护要点4.经常检查刀库的回零位置是否正确，主轴 回换刀点位置到位，及时调整5.要保持刀具刀柄和刀套的清洁6.开机时，应先使刀库和机械手空运行，检 查各部分工作是否正常（行程开关、电磁 阀、液压系统的压力等）,第五节 刀库及换刀装置,刀库与换刀机械手的故障诊断 故障主要表现在：刀库运动故障、定位误差过大、机械手夹持刀柄不稳定和机械手运动误差过大等 故障现象 故障原因1.刀库刀套不 刀套上的调整螺母位置不对 能卡紧刀具2.刀库不能旋转 电机和蜗杆轴联轴器松动,第五节 刀库及换刀装置,刀库与换刀机械手的故障诊断 故障现象 故障原因3.刀具从机械 刀具超重、机械手卡紧销损 手中脱落 坏或没有弹出来4.刀具交换时 换刀时主轴没有回到换刀点 掉刀5.换刀速度过 气压太高或太低和节流阀开 快或过慢 口太大或太小,第六节 液压与气压传动系统,一、液压传动系统 1.驱动对象液压卡盘静压导轨液压拨叉变速液压液压缸主轴箱的液压平衡液压驱动机械手和主轴上松刀液压缸等,第六节 液压与气压传动系统,一、液压传动系统 2.液压系统的维护要点控制油液污染，保持油液清洁（80%故障）控制液压系统中油液的温升（效率、压力、速度、动作可靠、泄漏、氧化）控制液压系统的泄漏（提高液压元件零部件的加工精度、元件和管道的安装质量以及提高密封件的质量和定期更换。,第六节 液压与气压传动系统,2.液压系统的维护要点防止液压系统振动和噪声（螺钉松动、管接头松脱而引起泄漏）严格执行日常点检制度（液压故障有隐蔽性、可变性和难于判断性的特点）严格执行定期紧固、清洗、过滤和更换制度（防止松动、污染、堵塞、磨损等情况的发生）,第六节 液压与气压传动系统,3.液压系统的点检元件和管接头是否有泄漏液压泵和液压马达运转时有否异常噪声液压缸移动时是否正常平稳液压系统的各点压力是否正常和稳定油液的温度是否在允许范围内电气控制及换向阀工作是否灵敏可靠油箱内油量是否在标线范围内,第六节 液压与气压传动系统,3.液压系统的点检定期对油箱内的油液进行检验、过滤、更换。定期检查和紧固重要部位的螺钉和接头定期检查、更换密封件定期检查、清洗或更换滤芯和液压元件定期检查清洗油箱和管道,第六节 液压与气压传动系统,二、气动系统 1.驱动对象数控机床主轴锥孔的吹气和开关防护门主轴的松刀实现机械手的动作 例：某加工中心气动原理图,第六节 液压与气压传动系统,二、气动系统 2.气动系统维护的要点保证供给洁净的压缩空气（水分、油分、粉尘）保证空气中含有适量的润滑油（使气动控制和执行元件适度的润滑）采用压缩空气调理装置,第六节 液压与气压传动系统,2.气动系统维护的要点保持气动系统的密封性漏气将增加能量的消耗、导致供气压力下降甚至气动元件工作失常，使用仪表或肥皂水捡漏保证气动元件中运动零件的灵敏度使用油雾分离器分离油雾保证气动装置具有合适的工作压力和运动速度,第六节 液压与气压传动系统,3.气动系统的点检与定检管路系统点检主要内容是对冷凝水和润滑油的管理，还要检查供气压力是否正常、有无漏气等气动元件的定检主要内容是彻底处理系统的漏气现象（更换密封元件、处理管接头或联接螺钉松动，定期检查测量仪表、安全阀和压力继电器等）,思考题,加工中心主轴中刀具不能夹紧，产生原因可能是（）A 碟形弹簧位移量小 B碟形弹簧破损 C刀具松夹弹簧上的螺母松动 D以上原因都有可能对长期不用的数控机床不宜做（）之事A定期给数控系统通电B空运行驱潮气C取下电池D取下直流电机电刷夏天数控系统运行不久就出现报警，处理方法错误的是（）A 给产生热源的数控框装空调 B 清洗散热通风系统过滤装置 C 将电柜门打开散热 B以上都不对用立铣刀侧刃精铣外圆表，发现两半圆柱有错位现象，这是由于（）引起 A 机床振动 B反向失动量 C 系统增益设置不一致 D系统插补错误在刀具交换过程中主轴里刀具拔不出，发生原因可能为（）：A克服刀具夹紧的液压力小于弹簧力 B液压缸活塞行程不够 C用于控制刀具放松的电磁换向阀不得电 D以上原因都有可能。控制油液污染正确的方法是：A更换油液坚持“三过滤”B采用密闭油箱 C防止冷却液、尘土进入液箱D以上都对,