机电一体化毕业论文

池州职业技术学院 机电系 毕业设计（论文） 题 目： 数控机床故障诊断与维护 学生姓名： 专 业： 机电一体化 指导老师： 1 数控机床内部器件工作原理及故障检修 摘要： 数控机床是一种高投入的高效自动化机床，由于投资较高，所以降低数控机床的故障率，缩短故障修复时间提高机床的利用率是一个重要的工作。因此在工作生产中，工作人员懂得机床维修是比较重要。这里，我们结合 KND1000 数控机床原理图，需要了解一些器件的名称及工作原理，并学会如何检测一些机床故障。 关键词： KND1000 数控机床，工作原理，故障检测，器件 数控机床各器件的名称及工作原理 1、 KM 接触器 接触器是用来频繁接通和断开电动机或其他负载主电路，是机床电动机主电路中最重要的控制电器。通常分为交流接触器和直流接触器。 交流接触器是根据电磁原理工作的，工作原理图中当电磁线圈 5 通电后产生磁场，使静铁心 6 产生电磁吸力吸引动铁心4 向下运动，使常开主触头 1（一般三对）闭合，同时常闭辅助触头 2（一般两对）断开，常开辅助 触头 3（一般两对）闭合。当线圈断电时，电磁力消失，动触头在弹簧 8 作用下向上复位，各触头复原（即三对主触头断开、两对常闭辅助触头闭合、两对常开辅助触头断开）。 直流接触器与交流接触器的工作原理相同。结构也基本相同，不同之处是，铁心线圈通以直流电，不会产生涡流和磁滞损耗，所以不发热。 2 工作原理如下图所示： 2、 KA 中间继电器 中间继电器 由固定铁芯、动铁芯、弹簧、动触点、静触点、线圈、接线端子和外壳组成。线圈通电，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从 而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的 “常开、常闭 ”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为 “常开触点 ”；处于接通状态的静触点称为 “常闭触点 ”。继电器一般有两股电路，为低压控制电路和高压工作电路。 3 结构如下图所示： 3、 KT 时间继电器 时间继电器 是利用空气通过小孔节流的原理来获得延 时动作的。它由电磁系统、延时机构和 触点 三部分组成。 当 线圈 通电（电压规格有 ac380v、 ac220v 或 dc220v、 dc24v等）时，衔铁及托板被铁心吸引而瞬时下移，使瞬时动作触点接通或断开。但是活塞杆和杠杆不能同时跟着衔铁一起下落，因为活塞杆 的上端连着气室中的橡皮膜，当活塞杆在释放弹簧的作用下开始向下运动时，橡皮膜随之向下凹 , 上面空气室的空气变得稀薄而使活塞杆受到阻尼作用而缓慢下降。经过一定时间，活塞杆下降到一定位置，便通过杠杆推动延时触点动作，使动断触点断开，动合触点闭合。从线圈通电到延时触点完成动作，这段时间就是继电器的延时时间。延时时间的长短可以用螺钉调节空气室进气孔的大小来改变。吸引线圈断电后，继电器依靠恢复弹簧的作用而复原。空气经出气孔被迅速排出。 4、 TR 开关电源 开关电源的工作流程如下： 电源 输入滤波器 全桥整流 直流滤波 开关管（振荡逆变） 开关变压器 输出整流与滤波。 交流电源输入经整流滤波成直流 通过高频 PWM(脉冲宽度调制 )信号控制开关管 ,将那个直流加到开关变压器初级上 开关变压器次级感应出高频电压 ,经整流滤波供给负载 4 输出部分通过一定的电路反馈给控制电路 ,控制 PWM 占空比 ,以达到稳定输出的目的 交流电源输入时一般要经过厄流圈一类的东西 ,过滤掉电网上的干扰 ,同时也过滤掉电源对电网的干 扰 ； 在功率相同时 ,开关频率越高 ,开关变压器的体积就越小 ,但对开关管的要求就越高 ； 开关变压器的次级可以有多个绕组或一个绕组有多个抽头 ,以得到需要的输出 ； 一般还应该增加一些保护电路 ,比如空载、短路等保护 ,否则可能会烧毁开关电源 . 主要用于工业以及一些家用电器上，如电视机，电脑等 。 5、 M 电动机 电动机分步进跟伺服电动机。步进电动机工作原理：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角度位移量，从而达到 准确定位的木钉同时可以通过控释脉冲频率来控制电极转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。同理， XY 轴驱动器的工作原理也都相同。伺服电动机工作原理：在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为主流和交流伺服电动机两类，主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。同样的， Z 轴驱动器的工作原理也就是一样道理。 6、 T 变压器 下图为 变压器的原理简体图，当一个 正弦交流电 压 U1 加在初级线圈两端时，导线中就有 交变电流 I1 并产生交变磁通 1，它沿着铁芯穿过初级线圈和次级线圈形成闭合的磁路。在次级线圈中感应出互感电势 U2，同时 1 也会在初级线圈上感应出一个自感电势 E1， E1 的方向与所加电压 U1 方向相反而幅度相近，从而限制了 I1 的大小。为了保持磁通 1 的存在就需要有一定的电能消耗，并且变压 器本身也有一定的损耗，尽管此时次级没接负载，初级线圈中仍有一定的电流，这个电流我们称为 “空载电流 ”。 如果次级接上负载，次级线圈就产生电流 I2，并因此而产生磁通 2， 2 的方向与 1 相反，起了互相抵消的作用，使铁芯中总的磁通量有所减少，从而使初级自感电压 E1 减少，其结果使 I1 增大，可见初级电流与次级负载有密切关系。当次级 负载电流 加大时I1 增加， 1 也增加，并且 1 增加部分正好补充了被 2 所抵消的那部分磁通，以保持铁芯里总磁通量不变。 5 7、 X、 Y 轴驱动器 在、轴方向移动，以校对位置，确保下刀的准确，其工作原理与步进电动机的工作原理一样。 8、 Z 轴驱动器 Z 轴驱动器的工作原理也就是与伺服电动机的工作原理一样。 伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的 U/V/W 三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器， 驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。 伺服电动机在伺服系统中控制机械元件运转的发动机 .是一种补助马达间接变速装置。又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降 。 9、变频器 变频器常见的频率给定方式主要有 :操作器键盘给定、接点信号给定、模拟信号给定、脉冲信号给定和通讯方式给定等。这些频率给定 方式各有优缺点，必须按照实际的需要进行选择设置，同时也可以根据功能需要选择不同频率给定方式之间的叠加和切换。 主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类 :电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。 6 控制电路是给异步电动机供电（电压、频率 可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。 10、直流稳压电源 直流稳压电源是一种将 220V 工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要经过变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。 四个环节的工作原理如下： (1)电源变压器：是降压变压器，它将电网 220V 交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。 (2)整流滤波电路：整流电路将交流电压 Ui 变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压 U1 (3)滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压 . (4)稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。 KND1000 数控机床辅助装置（照明灯、冷却液）故障、回零故障检查 1、照明灯故障： 照明灯故障原因： FA02 KM4 常开触点与工作灯的连接断开、 FA07 继电器 KA6 触点连接断开、 FA18 继电 器 KA6 线圈连接断开。 检查思路：应先检查控制工作灯电源的 KM4 线圈是否有 24VDC 的电压输入，再检查控制工作灯开关的继电器 KA6 线圈有无 24VDC 的电压，最后检查 KM4 常开主触头输出到工作灯有无 24VDC 的电压。 检查方法：（ 1）首先须按下操作面板的照明灯控制按钮；然后选择万用表的 DC50V档位，把负极（黑表笔）放在 046（ XB2-26） 端上，用正极（红表笔）分别测量继电器KA6 触点的 109（ XB1-79） 端和 109A(XB2-137)端，检查两端有无 24VDC 的电压；再把负极（黑表笔）放在 045（ XB2-26） 端用正极（红表笔）分别测量 KA6 线圈的 138A(XB2-107)端和 138(XB2-77)端检查两端有无 24VDC 的电压；最后把万用表的正极（红表笔）放在 7 049（ XB2-45） 端上，用黑表笔分别测量 050（ XB2-46） 端和 050A(XB1-127)端，检查两端有无 24VDC的电压。若检查到 049与 050端有 24VDC的电压而 049与 050A端没有 24VDC的电压，则说明 FA02 KM4 常开触点与工作灯的连接断开。 （ 2）选择万用表的 DC50V 档位，把负极（黑表笔）放在 046（ XB2-26） 端上 ，用正极（红表笔）分别测量继电器 KA6 触点的 109（ XB1-79） 端和 109A(XB2-137)端，检查两端有无 24VDC的电压；若检查到 041A端与 109端有 24VDC的电压而 109A端没有 24VDC的电压，则说明 FA07 继电器 KA6 触点连接断开。 8 （ 3）选择万用表的 DC50V 档位把负极（黑表笔）放在 045（ XB2-26） 端用正极（红表笔）分别测量 KA6 线圈的 138A(XB2-107)端和 138(XB2-77)端检查两端有无 24VDC 的电压；若检测到 045 端与 108 端有 24VDC 的电压而 108A 端没有 则 FA18 继电器 KA6 线圈连接断开 2、冷却液故障： 故障原因： FA08 继电器 KA5 触点断开和 FA17 继电器 KA5 线圈连接断开和 FA41 接触器 KM5 触点连接断开。 用万用表测量 XB1-47 和 XB2-47，没电压。 XB2-75 和 XB1-75，有电压。说明继电器 KA5 触点断开，所以 FA08 有故障。 测 XB1-75 和 XB2-75，有电压， XB1-75 和 XB2-47 有电压。所以 KA5 未闭合，继电器 KA5线圈连接断开。所以 FA17 有故障。 测 XB1-47 和 XB2-47 有电压，则接触器 KM5 触点连接断开，说明 FA41 有故障。 9 3、回零故障： 故障原因： FA10 JDI1-10 与 535 之间的连接断开。 检查思路：应先检查控制 X,Y 轴电源的 KM2 线圈是否有 24VDC 的电压；再检查 KM2主触头到开关电源 TR2 两端有没有 220VAC 的电压；之后检查开关电源 TR3 的输出两端有没 DC5V 的电压；再检查驱动器输出端到电机的电压；最后检查 Y 轴原点的输入信号有无 24VDC 的电压。 检查方法：首先选择万用表的 AC50V 档位，把其中一支表笔放在 041A(XB1-19)上，用另外一根表笔分别测量接触器 KM2 线圈的 105(XB1-37)端和 105A（ XB2-141） 端，检查两端有无 24VAC 的电压；再选择万用表的 AC250V 档位，把其中一支表笔放在 062（ XB2-38） 端上，用另一根表笔分别测量 061（ XB2-112） 端和 061A(XB2-39)端，检查两端有无 220VAC 的电压；之后选择万用表的 DC10V 档位，把黑表笔放在 054（ XB2-20）端上，用红表笔分别测量 053（ XB2-29） 端和 053A（ XB1-24） 端，检查两端有无 5VDC的电压；再选择万用表的 DC24V 档位，把正极（红表笔）放在 046（ XB2-25） 端上，用负极（黑表 笔）分别测量 535（ XB1-123） 端和 535a（ XB1-60） 端，检查两端有无 24VDC的电压；若检查到 046 端与 535 端有 24VDC 的电压而与 535a 没有 24VDC 的电压，则说明此处有故障。 10 结论 本文从数控机床故障的产生论述到数控机床故障的解决。可以清楚地知道数控机床是技术含金量很高的设备，在使用过程中要严格遵照使用要求。设备出现问题后，要及时冷静地进行故障诊断，寻找合适的方法解决问题。机床修理人员要注重实践，在实践中不断提高自己的水平，要多问、多阅读、多观察、多思考、多实践、多讨论交 流、多总结。只有当自身的水平提高了，数控机床的修理过程才能更迅速，才能更好地提高工作效率，多创效益。 11 致 谢 时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业时节，春梦秋云，聚散真容易。在这