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1、毕业设计(论文)题 目: 数控机床常见故障的维修与保养 学 号: 10 0 1 0 8 156 姓 名: 张 三 系 别: 机 电 工 程 系 专业班级: 机械设计与制造 指导教师: 李 四 2013年03月15日摘 要此次设计是基于数控机床常见故障的维修与保养【内容摘要】1952年,计算机技术应用到了机床上,在美国诞生了第一台数控机床。从此,传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来,数控系统经历了两个阶段和六代的发展。随着科学技术的不断发展,数控技术在工矿企业中大量使用。它具有加工精度高、生产效率高,对加工对象的适应性强、自动化程度高、经济效益显著的特点。然而高级的精密设备仍然需要维护保养,数
2、控设备同样需要维护保养。数控机床是采用计算机控制其伺服系统的技术,技术性复杂,对机床精度要求很高,从而操作和维修较复杂,故要求操作、维修及管理人员有较高的文化水平和技术素质。正确的维护和有效的维修时提高数控机床工作效率的基本保证。机修人员应懂得一些数控机床的电气维护知识,电修人员要了解数控机床的结构和程序编制。维修人员必须具有机、电、液等专业知识,才能综合分析判断故障的根源,实现高效维修,以便尽可能地缩短排除故障时间。因此,数控机床维修人员和操作人员都应懂得故障的诊断知识一些维修技巧。【关键词】数控机床 常见故障 维修 保养目 录摘 要目 录1 数控机床故障诊断与维修基础11.1数控机床的特点
3、及类型11.1.1数控机床特点11.1.2数控机床分类11.2数控机床的组成及基本结构21.2.1数控机床的组成21.3 数控机床的NC和CNC系统51.4数控机床常见故障分类与诊断71.4.1常见的故障类型71.4.2数控机床的故障诊断方法81.5数控机床参数的表现形式101.5.1参数的表示形式102数控机床机械故障诊断与维修故障分类112.1数控机床机械故障分类112.1.1按故障发生的部位分类112.1.2按故障的性质分类112.1.3按故障产生的原因分类122.2数控机床机械故障诊断122.2.1故障与故障诊断122.2.2机械故障诊断的方法132.3 主轴部件172.4滚珠丝杠螺母
4、副的维护192.5导轨副的维护202.6刀库与换刀机械手的维护要点212.7液压与气压传动系统232.7.1液压传动系统232.7.2气动系统243 数控车床维护与保养263.1点检263.2数控系统的日常维护263.3电源的维护与保养273.4数控机床的抗干扰27结束语30 参考文献31 1 数控机床故障诊断与维修基础1.1数控机床的特点及类型1.1.1数控机床特点数控机床特点加工精度高,具有稳定的加工质量;可进行多坐标的联动,能加工形状复杂的零件;加工零件改变时,一般只需要更改数控程序,可节省生产准备时间;机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量,生产率高(一般为普通机床的35倍);
5、机床自动化程度高,可以减轻劳动强度;对操作人员的素质要求较高,对维修人员的技术要求更高1.1.2数控机床分类按运动(1)点位控制数控机床(2)直线控制数控机床(3)轮廓控制的数控机床按伺服系统类型(1)开环控制数控机床(2)闭环控制的数控机床(3)半闭环控制的数控机床按工艺方法(1)金属切削类 (2)金属成型类和特种加工按功能(1)中央处理单元 (2)分辨率和进给速度(3)多轴联动功能 (4)显示功能 5通讯功能CNC装置的主要功能(1)控制轴数和联动轴数(2)准备功能(3)插补功能 (4)主轴速度功能(5)进给功能 (6)补偿功能 (7)固定循环加工功能(8)辅助功能 (9)字符图形显示功能
6、(10)程序编制功能 (11) 输入输出和通讯(12)自诊断功能 CNC装置的特点(1) 灵活性大 (2)通用性强 (3)可靠性高(4) 可以实现丰富复杂的功能 (5) 使用维修方便(6)易于实现机电一体化CNC装置的体系结构(1)主从结构 (2)多主结构 (3) 分布式结构CNC装置的软件结构(1) CNC 装置的软件硬件的界面(2) 系统软件的内容和结构类型(3)多任务并行处理 1.2数控机床的组成及基本结构1.2.1数控机床的组成(1)程序编制及程序载体数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。在对加工零件进行工艺分析的基础上,确定零件坐标系在机床坐标系上的相对位置,即零件在机床上的安装
7、位置;刀具与零件相对运动的尺寸参数;零件加工的工艺路线、切削加工的工艺参数以及辅助装置的动作等。得到零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息后,用由文字、数字和符号组成的标准数控代码,按规定的方法和格式,编制零件加工的数控程序单。编制程序的工作可由人工进行;对于形状复杂的零件,则要在专用的编程机或通用计算机上进行自动编程(APT)或CAD/CAM设计。编好的数控程序,存放在便于输入到数控装置的一种存储载体上,它可以是穿孔纸带、磁带和磁盘等,采用哪一种存储载体,取决于数控装置的设计类型。(2)输入装置输入装置的作用是将程序载体(信息载体)上的数控代码传递并存入数控系统内。根据控制存储介质的不同,
8、输入装置可以是光电阅读机、磁带机或软盘驱动器等。数控机床加工程序也可通过键盘用手工方式直接输入数控系统;数控加工程序还可由编程计算机用RS232C或采用网络通信方式传送到数控系统中。零件加工程序输入过程有两种不同的方式:一种是边读入边加工(数控系统内存较小时),另一种是一次将零件加工程序全部读入数控装置内部的存储器,加工时再从内部存储器中逐段逐段调出进行加工。(3)数控装置数控装置是数控机床的核心。数控装置从内部存储器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序,经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理后,输出各种控制信息和指令,控制机床各部分的工作,使其进行规定的有序运动
9、和动作。零件的轮廓图形往往由直线、圆弧或其他非圆弧曲线组成,刀具在加工过程中必须按零件形状和尺寸的要求进行运动,即按图形轨迹移动。但输入的零件加工程序只能是各线段轨迹的起点和终点坐标值等数据,不能满足要求,因此要进行轨迹插补,也就是在线段的起点和终点坐标值之间进行“数据点的密化”,求出一系列中间点的坐标值,并向相应坐标输出脉冲信号,控制各坐标轴(即进给运动的各执行元件)的进给速度、进给方向和进给位移量等。(4)驱动装置和位置检测装置驱动装置接受来自数控装置的指令信息,经功率放大后,严格按照指令信息的要求驱动机床移动部件,以加工出符合图样要求的零件。因此,它的伺服精度和动态响应性能是影响数控机床
10、加工精度、表面质量和生产率的重要因素之一。驱动装置包括控制器(含功率放大器)和执行机构两大部分。目前大都采用直流或交流伺服电动机作为执行机构。位置检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测出来,经反馈系统输入到机床的数控装置之后,数控装置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较,控制驱动装置按照指令设定值运动。(5)辅助控制装置辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开关量指令信号,经过编译、逻辑判别和运动,再经功率放大后驱动相应的电器,带动机床的机械、液压、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。这些控制包括主轴运动部件的变速、换向和启停指令,刀具的选择和交换指令,冷却、润滑装置的启动停止
11、,工件和机床部件的松开、夹紧,分度工作台转位分度等开关辅助动作。由于可编程逻辑控制器(PLC)具有响应快,性能可靠,易于使用、编程和修改程序并可直接启动机床开关等特点,现已广泛用作数控机床的辅助控制装置。(6)机床本体数控机床的机床本体与传统机床相似,由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。但数控机床在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面都已发生了很大的变化。这种变化的目的是为了满足数控机床的要求和充分发挥数控机床。1.3 数控机床的NC和CNC系统数控机床也就是数字控制机床(Numerical c。ntro
12、l To。1。),简称NC机床。国家标准GB 8129-1997中,机床数字控制定义为:用数值数据的装置(简称数控装置),在运行过程中,不断地引人数值数据,从而对某一生产过程实现自动控制,叫数字控制,简称数控。传统的数控系统的核心是数字控制装置:它是由各种逻辑元件、记忆元件组成的随机逻辑电路,并采用固定接线的硬件结构,是由硬件来实现数控功能的。这类数控系统称为硬件数控。伴随着半导体技术的发展、微处理器和微型计算机价格的下降,数字控制装置已发展成计算机数字控制装置,即CNC(Computer humerical Control)装置。由此可见,平时所说的 “数控机床”实际上就是“计算机数控机床”
13、,这是由历史原因造成的,但它不会引起任何误会,所以就这样一直沿用下来。由于PC技术的发展,计算机数控技术逐渐发展为基于PC的CNC系统。PC的诞生和使用已经20多年了,而应用通用的个人计算机数控( PC-NC)的研究工作近年才展开PC-NC发展的背景如下:(1) PC的性能有了提高近几年来PC的性能,特别是其运算速度、存储容量、I/O接口能力、可靠性等方面有了显著提高,使得用它作为数控装置的控制系统成为可能:(2) CNC的开发周期缩短、开发成本增加髓着高新技术的不断涌现、控制方法的不断更新,CNC的开发周期越来越短,软件开发工作量的比重越来越高,开发成本不断增加。数控机床使用PC可解决软件公
14、用问题和硬件标准化问题,可望降低开发成本。(3)办公自动化技术的发展办公自动化技术已以其庞大的市场规模为背景飞速地发展和进步,大有超越机械产品而站立科技发展最前列之势,作为办公自动化主体的PC及其软件技术也必将随之快速超前发展。(4)数控机床用PC作为控制机,能够有效地利用各种已成熟的相关资源。PC文化的渗透目前,PC作为工作用机已经渗透于各行备业,而且已经进入了家庭,开始向个人渗透。使用PC作为工业机械的控制器将会使人感到自然、亲切、方便,并且将会有大量优秀的软件开发者涌现。使用PC是CNC面向用户开放的最佳途径。(5)先进制造技术发展的需求CAD/CAPP/CAM之间的数据处理等信息集成技
15、术是FMS、CIMS的关键技术,也是制约先进制造技术快速发展的因素。数控机床在此之中,CNC控制数据与其他数据信息的协调处理是难题之一。数控机床为此,寻求一种制造业用的通用控制系统和标准形式,以求解决信息协调问题,并能使其紧跟高科技发展的步伐,快速组成低成本、高性能的实用控制系统,便是人们的迫仞愿望。而使用PC的开放式CNC使实现这一愿望成为可能。目前市场上有3种基于PC的CNC系统。将传统的PC与CNC两独立体用通信接口连接起来。在CNC硬件基础上加工单板(带操作系统,如DOS、Windows、OS/2等),如FANUC160/180,NUM的PC-NC104F/1060等。市售的PC上利用
16、扩展槽插入开发的NC类模板、PLC接口模板或I/O接口模板等实现功能。1.4数控机床常见故障分类与诊断 数控机床的故障包括机械部分的故障、数控系统的故障、伺服与主轴驱动系统的故障以及辅助装置的故障等。故障按其表现形式、性质、起因等可作多种分类。1.4.1常见的故障类型(1) 按与故障的相互关系可分为关联性故障和非关联性故障。(2) 按诊断方式可分为有诊断显示故障和无诊断显示故障。(3) 按故障破坏性可分为破坏性故障和非破坏性故障。(4) 按故障起因可分为硬故障和软故障。1.4.2数控机床的故障诊断方法(1). 直观检查法它是维修人员最先使用的方法,即在故障诊断时,由外向内逐一进行观察检查。特别
17、要注意观察电路板的元器件及线路是否有烧伤、裂痕等现象、电路板上是否有短路、断路,芯片接触不良等现象,对于已维修过的电路板,更要注意有无缺件、错件及断线等情况。(2). 功能程序测试法功能程序测试法是将数控系统的G、M、S、T、F功能用编程法编成一个功能试验程序,并存储在相应的介质上,如纸带和磁带等。在故障诊断时运行这个程序,可快速判定故障发生的可能起因。功能程序测试法常应用于以下场合机床加工造成废品而一时无法确定是编程操作不当、还是数控系统故障引起数控系统出现随机性故障。一时难以区别是外来干扰,还是系统稳定性不好闲置时间较长的数控机床在投入使用前或对数控机床进行定期检修时 试探交换法即在分析出
18、故障大致起因的情况下,维修人员可以利用备用的印刷电路板、集成电路芯片或元器件替换有疑点的部分,从而把故障范围缩小到印刷线路板或芯片一级。采用此法之前要注意备用板的设定状态与原板的状态是否完全一致,这包括检查板上的选择开关、短路棒的设定位置以及电位器的位置。一般不要轻易更放CPU板及存储器板,否则有可能造成程序和机床参数的丢失,造成故障的扩大;若是EPROM板或EPROM芯片,请注意存储器芯片上贴的软件版本标签是否与原板完全一致,若不一致,则不能更换。 参数检查法发生故障时应及时核对系统参数,参数一般存放在磁泡存储器或存放在需由电池保持的CMOS RAM中,一旦电池不足或由于外界的干扰等因素,使
19、个别参数丢失或变化,发生混乱,使机床无法正常工作。此时,可通过核对、修正参数,将故障排除。 测量比较法CNC系统生产厂在设计印刷线路板时,为了调整和维修方便,在印刷线路板上设计了一些检测量端子。维修人员通过检测这些测量端子的电压或波形,可检查有关电路的工作状态是否正常。但利用检测端子进行测量之前,应先熟悉这些检测端子的作用及有关部分的电路或逻辑关系。除以上常用的故障检测方法之外,还可以采用敲击法检查是否虚焊或接触不良等。总之,按照不同的故障现象,可以同时选用几个方法灵活应用、综合分析,才能逐步缩小故障范围,较快地排除故障.1.5数控机床参数的表现形式1.5.1参数的表示形式 (1)状态型参数
20、状态型参数是指每项参数的八位二进制数位中,每一位都表示了一种独立的状态或者是某种功能的有无。例如FANUC0TD系统的1号参数项中的各位所表示的就是状态型参数。 (2)比率型参数比率型参数是指某项参数设置的某几位所表示的数值都是某种参量的比例系数。例如 FANUC0TD系统的512、513、514号参数项中每项的八位所表示就是比率型参数。 (3)真实值参数真实值参数是表示某项参数是直接表示系统某个参数的真实值。这类参数的设定范围一般是规定好的,用户在使用时一定要注意其所表示的范围,以免千百万设定参数的参数超出范围值。例如FANUC0TD系统的522、523、524、525号参数项中每项的八位所
21、表示的就是比率参数。2数控机床机械故障诊断与维修故障分类2.1数控机床机械故障分类2.1.1按故障发生的部位分类 (1)主机故障 主机故障主要表现为传动噪声大、加工精度低、运行阻力大、机械部件不动作、机械部件损坏等等 (2)主机常见的故障主要有 因机械部件安装、调试、操作使用不当等原因引起的机械传动故障。因导轨、主轴等运动部件的干涉、摩擦过大等原因引起的故障。因机械零件的损坏、连接不良等原因引起的故障等。 (3)电气控制系统故障 电气控制系统故障通常分为“强电”故障和“弱电”故障两大类 ;“弱电”故障又有硬件故障与软件故障之分 2.1.2按故障的性质分类(1)确定性故障 确定性故障是指控制系统
22、主机中的硬件损坏或只要满足一定的条件,数控机床必然会发生的故障。 (2)随机性故障 随机性故障是指数控机床在工作过程中偶然发生的故障。2.1.3按故障的指示形式分类(1)有报警显示的故障 指示灯报警显示 显示器报警显示 (2)无报警显示的故障 2.1.3按故障产生的原因分类(1)数控机床自身故障 (2)数控机床外部故障 2.2数控机床机械故障诊断2.2.1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、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
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