毕业设计（论文）-HNC-21系统数控车床维护与典型故障维修.doc

毕业设计说明书毕业设计说明书 课程设计课程设计 hnc-21 系统数控车床维护与典型故障维修系统数控车床维护与典型故障维修 系系 别别 专专 业业 班班 级级 姓姓 名名 学学 号号 指导老师指导老师 鄂东职业技术学院毕业设计 第 1 页 共 21 页 前前 言言 数控车床是一种价格昂贵的精密设备，在日常工作中经常出现故障，这影响 到我们加工出来的工件的精度和工件是否合格！所以，对于车床的维修与维护 是很重要的！ 科学技术的发展，对机械产品提出了高精度、高复杂性的要求，而且产品的 更新换代也在加快，这对车床设备不仅提出了精度和效率的要求，而且也对其 提出了通用性和灵活性的要求。数控车床就是针对这种要求而产生的一种新型 自动化车床。数控车床集微电子技术、计算机技术、自动控制技术及伺服驱动 技术、精密机械技术于一体，是高度机电一体化的典型产品。它本身又是机电 一体化的重要组成部分，是现代车床技术水平的重要标志。数控车床体现了当 前世界车床技术进步的主流，是衡量机械制造工艺水平的重要指标，在柔性生 产和计算机集成制造等先进制造技术中起着重要的基础核心作用。因此，如何 更好的使用数控车床是一个很重要的问题。由于数控车床是一种价格昂贵的精 密设备，因此，其维护更是不容忽视。 目前，数控车床的应用越来越广泛，其加工柔性好，精度高，生产效率高， 具有很多的优点，但数控车床是复杂的大系统，它涉及光、机、电、液等很多 技术，发生故障是难免的,机械锈蚀、机械磨损、机机械失效，电子元器件老化、 插件接触不良、电流电压波动、温度变化、干扰、噪声，软件丢失或本身有隐 患、灰尘等，但由于技术越来越先进、复杂，且我国从事数控车床电气设计、 应用与维修技术工作的工程技术人员数以万计，然而由于此项技术的复杂性、 多样性和多变性以及一些客观环境因素的制约，在数控车床电气维修技术方面 还没有形成一套成熟的、完整的理论体系。当今控制理论与自动化技术的高速 发展，尤其是微电子技术和计算机技术的日新月异，使得数控技术也在同步飞 速发展，数控系统结构形式上的 pc 基、开放化和性能上的多样化、复杂化、高 智能化不仅给其应用从观念到实践 带来了巨大变化，也在其维修理论、技术和 手段上带来了很大变化。因此对维修人员的素质要求很高的维修经验，要求他 们具有较深的专业知识和丰富的维修经验,在数控车床出现故障才能及时排除， 没有理论指导的实践是盲目的实践,没有实践的理论空洞的理论。 鄂东职业技术学院毕业设计 第 2 页 共 21 页 伴随着数控车床的普遍应用，数控车床的维修与保养技术也应运而生，本文 旨在通过对数控车床故障的分析与维修保养等方面做了必要的介绍，是因为每 台数控车床经过长时间使用后都会出现零部件的损坏，且在首次使用数控车床 或由工人不熟练操作时，在一段时间里有 1/3 以上的故障是由操作不当引起的 ，但是即使开展有效的预防性维护可以延长元器件的工作寿命，延长机械部件 的磨损周期，防止意外恶性事故的发生，延长车床的工作时间。 数控车床具有集机电液于一身的特点，是一种自动化程度高的先进设备， 为了充分发挥其效益，以减少故障延长系统的平均无故障时间，所以要求数控 车床维护人员不仅要有机械加工工艺以及液压气动方面的知识，还要具备电子 计算机自动控制驱动及测量技术等方面的知识 ，这样才能全面的了解和掌 握数控车床，及时搞好维护保养工作。 关键词关键词：数控故障、检测、维护、解决方法数控故障、检测、维护、解决方法 、 数控车床保养数控车床保养 鄂东职业技术学院毕业设计 第 3 页 共 21 页 目录目录 前前 言言 .1 第一章第一章 数控车床数控车床 .4 11 数控加工的概念4 12 数控车床的特点5 13 数控车床使用中应注意的事项5 第二章第二章 数控数控车车床常见的故障现象床常见的故障现象 .6 2.1 进给传动链故障.6 2.2 主轴部分的故障.7 2.3 机床辅助装置的故障.7 2.4 电动机故障.8 2.5 换刀动作故障.8 2.5 其他故障.8 第三章数控车床故障分类第三章数控车床故障分类 .9 3.1 按故障发生的部位分类.9 3.2 按故障的性质分类.9 3.3 按故障的指示形式分类.10 3.4 按故障产生的原因分类.10 3.5cnc 故障.11 3.6 伺服系统的故障.11 3.7 外部故障.11 第四章第四章 数控车床各部故障分析及维修数控车床各部故障分析及维修 .12 4.1 车床主轴伺服系统故障维修.12 4. 2 车床 plc 初始故障的诊断 13 4.3 设备检测元件故障及维修.14 4.4 数控车床故障排除的方法.15 第五章数控车床的维护第五章数控车床的维护 .17 5.1 数控车床日常维护.17 5.2 数控系统长期不用时的维护.18 5.3 数控机床系统的维护.18 5.4 机床各部件的维护.19 5.5 数控系统保养.19 毕业设计总结毕业设计总结 .20 参考文献参考文献 .21 鄂东职业技术学院毕业设计 第 4 页 共 21 页 第一章第一章 数控车床数控车床 11 数控加工的概念数控加工的概念 首先，要知道数控车床一般的故障出现在什么地方或者是如何去解决问题， 我们就必须得熟练的了解数控车床的工作原理及特点等相关的一些知识！这样 我们才能在遇到这些问题的时候得心应手。数控车床的工作原理就是将加工过 程所需的各种操作（如主轴变速、工件的松开与夹紧、进刀与退刀、开车与停 车、自动关停冷却液）和步骤以及工件的形状尺寸用数字化的代码表示，通过 控制介质（如穿孔纸带或磁盘等）将数字信息送入数控装置，数控装置对输入 的信息进行处理与运算，发出各种控制信号，控制车床的伺服系统或其他驱动 元件，使车床自动加工出所需要的工件。所以，数控加工的关键是加工数据和 工艺参数的获取，即数控编程。数控加工一般包括以下几个内容： (1) 对图纸进行分析，确定需要数控加工的部分； (2) 利用图形软件（如 caxa 制造工程师）对需要数控加工的部分造型； (3) 根据加工条件，选择合适的加工参数，生成加工轨迹（包括粗加工、 半精加工、精加工轨迹） ； (4) 轨迹的仿真检验； (5) 生成 g 代码； (6) 传给车床加工。 hnc-21 系统数控车床加工系统数控车床加工 图 1-1 12 数控车床的特点数控车床的特点 (1) 具有高度柔性 在数控车床上加工零件，主要取决于加工程序，它与普通车床不同，不必 鄂东职业技术学院毕业设计 第 5 页 共 21 页 制造、更换许多工具、夹具，不需要经常调整车床。因此，数控车床适用于零 件频繁更换的场合。也就是适合单件、小批生产及新产品的开发，缩短了生产 准备周期，节省了大量工艺设备的费用。 (2) 加工精度高 数控车床的加工精度，一般可达到 0。0050。1mm，数控车床是按数字信 号形式控制的，数控装置每输出一个脉冲信号，则车床移动部件移动一个脉冲 当量（一般为 0。001mm） ，而且车床进给传动链的反向间隙与丝杠螺距平均误 差可由数控装置进行补偿，因此，数控车床定位精度比较高。 (3) 加工质量稳定、可靠 加工同一批零件，在同一车床，在相同加工条件下，使用相同刀具和加工 程序，刀具的走刀轨迹完全相同，零件的一致性好，质量稳定。 (4) 生产率高 数控车床可有效地减少零件的加工时间和辅助时间，数控车床的主轴转速 和进给量的范围大，允许车床进行大切削量的强力切削，数控车床目前正进入 高速加工时代，数控车床移动部件的快速移动和定位及高速切削加工，减少了 半成品的工序间周转时间，提高了生产效率。 (5) 改善劳动条件 数控车床加工前经调整好后，输入程序并启动，车床就能自动连续的进行 加工，直至加工结束。操作者主要是程序的输入、编辑、装卸零件、刀具准备、 加工状态的观测，零件的检验等工作，劳动强度极大降低，车床操作者的劳动 趋于智力型工作。另外，车床一般是封闭式加工，即清洁，又安全。 (6) 利于生产管理现代化 数控车床的加工，可预先精确估计加工时间，所使用的刀具、夹具可进行 规范化、现代化管理。数控车床使用数字信号与标准代码为控制信息，易于实 现加工信息的标准化，目前已与计算机辅助设计与制造（cad/cam）有机地结合 起来，是现代集成制造技术的基础。 13 数控车床使用中应注意的事项数控车床使用中应注意的事项 使用数控车床之前，应仔细阅读车床使用说明书以及其他有关资料，以便 正确操作使用车床，并注意以下几点： (1) 车床操作、维修人员必须是掌握相应车床专业知识的专业人员或经过 技术培训的人员，且必须按安全操作规程及安全操作规定操作车床； (2) 非专业人员不得打开电柜门，打开电柜门前必须确认已经关掉了车床 总电源开关。只有专业维修人员才允许打开电柜门，进行通电检修； (3) 除一些供用户使用并可以改动的参数外，其它系统参数、主轴参数、 伺服参数等，用户不能私自修改，否则将给操作者带来设备、工件、人身等伤 害； (4) 修改参数后，进行第一次加工时，车床在不装刀具和工件的情况下用 车床锁住、单程序段等方式进行试运行，确认车床正常后再使用车床； (5) 车床的 plc 程序是车床制造商按车床需要设计的，不需要修改。不正 确的修改，操作车床可能造成车床的损坏，甚至伤害操作者； 鄂东职业技术学院毕业设计 第 6 页 共 21 页 第二章第二章 数控车床常见的故障现象数控车床常见的故障现象 2.1 进给传动链故障进给传动链故障 由于普遍采用了滚动摩擦副，因而，其大部分传动链故障现象表现为运动 品质下降。诸如反向间隙过大引起定位精度下降、滑不良或相对滑动面间隙不 当造成机械爬行或工作台不能移动、撞车后磨损/缺损所导致的与位置无关而与 转速有关的轴承噪声与震动过大等等。需要诊断定位故障部件，然后调整运动 副的预紧力、间隙、松动环节和补偿环节，补足润滑油油量，或修理与更换部 件来排除故障。这类故障往往可以影响工件加工表面的质量 hnc-21 系统数控车床传动链系统数控车床传动链 图 2-1 鄂东职业技术学院毕业设计 第 7 页 共 21 页 2.2 主轴部分的故障主轴部分的故障 主轴由于采用电气调速控制，主轴箱内结构比较简单。自动变档装置、制 动装置，以及自动换刀的拉紧刀柄装置是常见的故障现象部位。常见的与机械 相关的故障现象：主轴运转中与主轴转速有关的异常噪声（大多为主轴轴承破 损） 、与转速无关的噪声（润滑不足、后轴承断面过度压紧、主轴与电机的连接 皮带过紧或皮带轮的运动不平衡所致） 。 hnc-21hnc-21 系统数控车床主轴系统数控车床主轴 图 2-2 2.3 机床辅助装置的故障机床辅助装置的故障 诸如冷却液的装置、排屑器、主轴冷却恒温油箱系统、液压油箱系统，以及导致防护 罩、冷却液防护罩与机床保护门等机床辅助装置出现机械故障，也会导致停机故障。例如： 气动液压系统的压力不足会造成五动作、调节阀/换向阀损坏而导致反向行程中的冲击，或 由油缸中混有空气导致爬行、平衡油缸调节不良导致往返速度差异、气缸滤清器积水导致 的导致失灵、冷却液/工作油箱因过滤器铁屑堵塞造成压力升高等。 2.4 电动机故障电动机故障 排屑装置电动机、液压泵电动机、各进给电动机、主轴电动机等不工作， 应先检查有关断路器、热保护继电器是否工作。若电闸合上后这些保护元件仍 在工作，则应进一步检查电机本身及有关电路是否短路、过载或其他原因。 鄂东职业技术学院毕业设计 第 8 页 共 21 页 hnc-21hnc-21 系统数控车床电动机故障系统数控车床电动机故障 图 2-3 2.5 换刀动作故障换刀动作故障 数控车床、加工中心等机床在工作时，其车床的回转刀架或加工中心的刀 库总是旋转不停，找不到刀。究其原因，多与刀位编码组合行程开关或干簧管、 接近开关等元件的损坏、接触不好、灵敏度降低等因素有关。但若根本不执行 找刀动作，这与换刀回答或换刀完成用检测开关信号等 2.5 其他故障其他故障 若 数 控 机床及其卡盘夹紧后自动松开，对此需调整夹紧力的大小。调整 之前应首先检查工作压力是否合适，有关电磁阀、液压缸等是否工作正常。立 式或斜导轨车床断电时发生托板下滑现象，应检查制动电磁阀的工作间隙。 鄂东职业技术学院毕业设计 第 9 页 共 21 页 第三章数控车床故障分类第三章数控车床故障分类 3.1 按故障发生的部位分类按故障发生的部位分类 主机故障 数控车床的主机通常是指数控车床的机械、润滑、冷却、排 屑、液压、气动与防护等部分。主机常见的故障主要有： a 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 b 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 c 因机械零件的损坏、联结不良等原因引起的故障，等等 主机故障主要表现为传动噪声大、加工精度差、运行阻力大、机械部件动 作不进行、机械部件损坏等等。润滑不良、液压、气动系统的管路堵塞和密封 不良，是主机发生故障的常见原因。数控车床的定期维护、保养控制和根除 “三漏”现象发生是减少主机部分故障的重要措施 电气控制系统故障 从所使用的元器件类型，根据通常习惯，电气控制系统故障通常分为“弱 电”故障和“强电”故障两大类： a“弱电”部分是指控制系统中以电子元器件、集成电路为主的控制部分。 数控车床的弱电部分包括 cnc、plc、mdi/c rt 以及伺服驱动单元、输为输出单 元等。 “弱电”故障又有硬件故障与软件故障之分。硬件故障是指上述各部分的 集成电路芯片、分立电子元件、接插件以及外部连接组件等发生的故障。软件 故障是指在硬件正常情况下所出现的动作出锗、数据丢失等故障，常见的有： 加工程序出错，系统程序和参数的改变或丢失，计算机运算出错等。 b“强电”部分是指控制系统中的主回路或高压、大功率回路中的继电器、 接触器、开关、熔断器、电源变压器、电动机、电磁铁、行程开关等电气元器 件及其所组成的控制电路。这部分的故障虽然维修、诊断较为方便，但由于它 处于高压、大电流工作状态，发生故障的几率要高于“弱电”部分。 3.2 按故障的性质分类按故障的性质分类 确定性故障 确定性故障是指控制系统主机中的硬件损坏或只要满足一 定的条件，数控车床必然会发生的故障。这一类故障现象在数控车床上最为常 见，但由于它具有一定的规律，因此也给维修带来了方便。 确定性故障具有不可恢复性，故障一旦发生，如不对其进行维修处理，车 床不会自动恢复正常。但只要找出发生故障的根本原因，维修完成后车床立即 可以恢复正常。正确的使用与精心维护是杜绝或避免故障发生的重要措施。 随机性故障 随机性故障是指数控车床在工作过程中偶然发生的故障此 类故障的发生原因较隐蔽，很难找出其规律性，故常称之为“软故障” 。随机性 故障的原因分析与故障诊断比较困难，一般而言，故障的发生往往与部件的安 装质量、参数的设定、元器件的品质、软件设计不完善、工作环境的影响等诸 多因素有关。 随机性故障有可恢复性，故障发生后，通过重新开机等措施，车床通常可 鄂东职业技术学院毕业设计 第 10 页 共 21 页 恢复正常，但在运行过程中，又可能发生同样的故障。 加强数控系统的维护检查，确保电气箱的密封，可靠的安装、连接，正确 的接地和屏蔽是减少、避免此类故障发生的重要措施。 3.3 按故障的指示形式分类按故障的指示形式分类 有带报警显示的故障 数控车床的故障显示可分为指示灯显示与显示器 显示两种情况： （1）指示灯显示报警 指示灯显示报警是指通过控制系统各单元上的状态 指示灯（一般由 led 发光管或小型指示灯组成）显示的报警。根据数控系统的 状态指示灯，即使在显示器故障时，仍可大致分析判断出故障发生的部位与性 质，因此，在维修、排除故障过程中应认真检查这些状态指示灯的状态。 （2）显示器显示报警 显示器显示报警是指可以通过 cnc 显示器显示出报 警号和报警信息的报警。由于数控系统一般都具有较强的自诊断功能，如果系 统的诊断软件以及显示电路工作正常，一旦系统出现故障，可以在显示器上以 报警号及文本的形式显示故障信息。数控系统能进行显示的报警少则几十种， 多则上千种，它是故障诊断的重要信息。 在显示器显示报警中，又可分为 nc 的报警和 plc 的报等两类。前者为数 控生产厂家设置的故降显示。它可对照系统的“维修手册” ，来确定可能产生该 故障的原因。后者是由数控车床生产厂家设置的 plc 报警信息文本，属于车床 侧的故降显示。它可对照车床生产厂家所提供的“车床维修手册”中的有关内 容。确定故障所产生的原因。 一无报警显示的故障 这类故障发生时，车床与系统均无报警显示，其分析 诊断难度通常较大。需要通过仔细、认真的分析判断才能予以确认。特别是对 于一些早期的数控系统，由于系统本身的诊断功能不强，或无 plc 报警信息文 本，出现无报警显示的故障情况则更多。 对于无报警显示故障，通常要具体情况具体分析，根据故障发生前后的变 化。进行分析判断，原理分析法与 plc 程序分析法是解决无报警显示故障的主 要方法。 3.4 按故障产生的原因分类按故障产生的原因分类 （1）数控车床自身故障 这类故障的发生是由于数控车床自身的原因所引 起的，与外部使用环境条件无关。数控车床所发生的极大多数故障均属此类故 障。 （2） 数控车床外部故障 这类故障是由于外部原因所造成的。供电电压过 低、过高，波动过大，电源相序不正确或三相输入电压的不平衡，环境温度过 高，有害气体、潮气、粉尘授入，外来振动和干扰等都是引起故障的原因。 此外，人为因素也是造成数控车床故障的外部原因之一，据有关资料统计， 首次使用数控车床或由于没有熟练操作的工人来操作数控车床，在使用的第一 年，操作不当所造成的外部故障要占车床总故障的三分之一以上。 除上述常见故障分类方法外，还有其他多种不同的分类方法。如：按故障 发生时有无破坏性，可分为破坏性故障和非破坏性故障两种。按故障发生与需 鄂东职业技术学院毕业设计 第 11 页 共 21 页 要维修的具体功能部位，可分为数控装置故障，进给伺服系统故障，主轴驱动 系统故障，白动换刀系统故障等等。这一分类方法在维修时常用。 3.5cnc 故障故障 1 硬故障 硬件故障是指已损坏的器件就能排除的故障，有时由于 nc 系统出现硬件 的损坏，使车床停机。对于这类故障的诊断，首先必须了解该数控系统的工作 原理及各线路板的功能，然后根据故障现象进行分析，在有条件的情况下利用 交换法准确定位故障点。 2 软故障 软故障是指由于编程错误造成的软件故障，只要 改变程序内容，修改机床 参数设定就能排除故障，数控车床有些故障是由于 nc 系统车床参数引起的， 有时因为设置不当，有时因意外使参数发生变化或混乱，这类故障只要调整好 参数，就会自然消失。还有些故障由于偶然原因使 nc 系统处于死循环状态， 这类故障有时必须采取强行启动的方法恢复系统的使用。 3.6 伺服系统的故障伺服系统的故障 由于数控系统的控制核心是对车床的进给部分进行数字控制，而进给是由 伺服单元控制伺服电机，带动滚珠丝杠来实现的，由旋转编码器做位置反馈元 件，形成半闭环的位置控制系统。所以伺服系统在数控车床上起的作用相当重 要。伺服系统的故障一般都是由伺服控制单元、伺服电机、测速电机、编码器 等出现问题引起的 3.7 外部故障外部故障 由于现代的数控系统可靠性越来越高，故障率越来越低，很少发生故障。 大部分故障都是非系统故障，是由外部原因引起的。这类故障是数控车床常见 故障，一般都是由于检测开关、液压系统、气动系统、电气执行元件、机机械 装置等出现问题引起的。有些故障可产生报警，通过报答信息，可查找故障原 因。现代的数控设备都是机电一体化的产品，结构比较复杂，保护措施完善， 自动化程度非常高。有些故障并不是硬件损坏引起的，而是由于操作、调整、 处理不当引起的。这类故障在设备使用初期发生的频率较高，这时操作人员和 维护人员对设备都不特别熟悉 鄂东职业技术学院毕业设计 第 12 页 共 21 页 第四章第四章 数控车床各部故障分析及维修数控车床各部故障分析及维修 4.1 车床主轴伺服系统故障维修车床主轴伺服系统故障维修 在维修主回路采用错位选取无环流可逆调速驱动系统的数控车床中所遇 到的部分故障及处理方法。 。 故障现象：1.8m 卧车在点动时，花盘来回摆动。 检查：测量驱动控制系统中的20v 直流稳压电源的纹波为 4v 峰峰值， 大大超过了规定的范围。 分析：在控制系统的放大电路中，高、低通滤波器可以滤掉，如：测速 机反馈，电流反馈，电压反馈中的各次谐波干扰信号，但无法滤除系统本身直 流电源电路中的谐波分量，因它存在于整个系统中，这些谐波进入放大器就会 使放大器阻塞，使系统产生各种不正常的现象。在点动状态下，因电机的转速 较低，这些谐波已超过了点动时的电压值，造成了系统的振荡，使主轴花盘来 回摆动，而且一旦去除谐波信号，故障马上消失。 处理：将电压板中的 100mf 和 1000mf 滤波电容换下焊上新电容，并测量 纹波只有几个毫伏后将电源板安装好，开机试运行，故障消除。 hnc-21hnc-21 系统数控车床系统数控车床主轴伺服系统主轴伺服系统 图 4-1（a） 。 故障现象：卧车在运行加工中发出哐哐声后，烧保险。 检查：发现 5fc5fg、5rg5rq 正反组全无脉冲输出(线路见图 2)，测量结 果，ic7 反相器损坏，又发现 1fg1fc 输出波形较其他波形幅值低得多。 分析：卧车主驱动直流电机的驱动电压由晶闸管全控桥反并联整流电 鄂东职业技术学院毕业设计 第 13 页 共 21 页 路提供。12 路触发脉冲中，有两路消失，另一路触发脉冲的幅值较其它正常触 发脉冲要短三分之一，当出现哐哐的齿轮撞击声时，误以为液压马达联轴节处 出现了问题，但过了一会儿两路保险丝烧坏，实际上，在这次故障的前一段时 间里已烧过两次保险，当时只认为是偶然的电网不稳造成，因换上保险丝后， 故障就消除了。由于车床加工运行时的转速较低，虽然可控硅整流电路是桥式 整流，但是线路中触发脉冲丢失和幅值小同时存在时，也会造成电流不连续， 输出的电压不稳，从而使电机的转速不稳。一开始出现的哐哐声，实际就是转 速不稳的表现。由于电流断续而引起的烧保险故障能发生在运行后停车和正常 运行的任何时刻。 处理：将放大管 t1(另一组触发电路中的放大管，功能如图 2 中的 t7)及 反相器 ic7 换下，故障消除。 4. 2 车床车床 plc 初始故障的诊断初始故障的诊断 车床 plc 初始故障的诊断为了保护车床和维修方便，plc 有显示和检测车 床故障的能力。一旦发生故障，维修人员就能根据车床的故障显示号去确定故 障类别，予以排除。但在实际加工过程中，我们发现有时 plc 同时显示几个故 障，它们是由某一个故障引起的连锁故障，排除了初始的引发故障，其它故障 报警就消失了。可是从车床 plc 显示的所有报警故障中，维修人员并不知道哪 个故障是初始引发故障，维修人员只能逐个故障去查，这就增加了维修难度。 车床 plc 初始故障诊断功能，通过 plc 程序，准确判断出初始故障的报警号。 维修中，首先排除初始故障，其它引发故障自行消失，这样就极大地方便了车 床的维修，提高了车床维修的快速性和准确性。 2 初始故障诊断原理设计的 plc 程序不单单是把各个故障都能检测和显示出来，还能把最关键的初始故障 自动判断出来。 初始故障诊断原理：以 3 个故障为例，其中设置了 3 个故障检测位，分别 为 r500。0、r510。0、r520。0；3 个初始故障检测位为 r500。2、r510。2、r520。2；f149。1 为系统复位信号。初始状态时，无报警 出现，故障检测位都为“0” ，初始故障检测位也都为“0” ，复位信号 f149。1 为“0” 。在 3 个故障中假设首先发生第二个故障。在程序扫描的第一个周期内， 其对应的故障检测位 r510。0 变为“1” ，r500。2、r520。2、f149。1 初始值 为“0” ，初始故障检测位 r510。2 变为“1” ，通过自锁保持为“1” ，直到故障 被排除，系统复位信号发出后“1”状态才被解除。在程序扫描的第二个周期内， r510。2 保持为“1” ，实现了对 r500。1、r520。1 的封锁，即使此时另外某一 个故障检测位为“1” ，也不能导致其初始故障检测位变为“1” 。通过此 plc 程 序的控制，就能从同时发生的众多故障里准确地判断出初始故障。在 jcs018 数 控车床中，遇到了多个故障同时发生的问题，如换刀报警和液压报警同时出现。 维修时，先检查液压控制部分，然后才能确认故障出在换刀过程中。检查后我 们才知道换刀的动力由液压驱动来提供。plc 控制程序设计中，当遇到换刀故 障时，为防止更大的意外发生，在报警的同时也断开了液压控制，因此换刀故 障发生时出现了两个报警信息。为遵循原车床的设计思路，而又能准确地发出 报警信息，给 jcs018 数控车床增加了对初始故障的检查功能。按照前面的程序 分析，换刀和液压故障检测位分别为 r500。0 和 r510。0，初始故障可从初始 故障检测位 r500。2 和 r510。2 读出。当该车床再发生类似故障时，就能很快 鄂东职业技术学院毕业设计 第 14 页 共 21 页 地判断出初始故障。 hnc-21hnc-21 系统数控车床系统数控车床plc 初始初始 图 4-2 4.3 设备检测元件故障及维修设备检测元件故障及维修 检测元件是数控车床伺服系统的重要组成部分，它起着检测各控制轴的位 移和速度的作用，它把检测到的信号反馈回去，构成闭环系统。测量方式可分 为直接测量和间接测量：直接测量就是对车床的直线位移采用直线型检测元件 测量，直接测量常用的检测元件一般包括：直线感应同步器、计量光栅、磁尺 激光干涉仪。间接测量就是对车床的直线位移采用回转型检测元件测量，间接 测量常用的检测元件一般包括：脉冲编码器、旋转变压器、圆感应同步器、圆 光栅。 当车床出现如下故障现象时，应考虑是否是由检测元件的故障引起的： （1）机械振荡（加减速时）： a 脉冲编码器出现故障，此时检查速度单元上的反馈线端子电压是否在 某几点电压下降，如有下降表明脉冲编码器不良，更换编码器。 b 脉冲编码器十字联轴节可能损坏，导致轴转速与检测到的速度不同步， 更换联轴节。 c 测速发电机出现故障，修复，更换测速机。 (机械暴走（飞车）： (2)在检查位置控制单元和速度控制单元的情况下，应检查： a 脉冲编码器接线是否错误，检查编码器接线是否为正反馈，a 相和 b 相 是否接反。 b 脉冲编码器联轴节是否损坏，更换联轴节。 c 检查测速发电机端子是否接反和励磁信号线是否接错。 (3)主轴不能定向或定向不到位： 在检查定向控制电路设置和调整，检查定向板，主轴控制印刷电路板调整 鄂东职业技术学院毕业设计 第 15 页 共 21 页 的同时，应检查位置检测器（编码器）是否不良，此时测编码器输出波形。 (4)坐标轴振动进给： 在检查电动机线圈是否短路，机械进给丝杠同电机的连接是否良好，检查 整个伺服系统是否稳定的情况下，检查脉冲编码是否良好、联轴节联接是否平 稳可靠、测速机是否可靠。 检测元件是一种极其精密和容易受损的器件，一定要从下面几个方面注意， 进行正确的使用和维护保养。 a 不能受到强烈振动和摩擦以免损伤代码板，不能受到灰尘油污的污染， 以免影响正常信号的输出。 b 工作环境周围温度不能超标，额定电源电压一定要满足，以便于集成电 路片子的正常工作。 c 要保证反馈电阻，电容的正常，保证正常信号的传输。 d 防止外部电源、噪声干扰，要保证屏蔽良好，以免影响反馈信号。 e 安装方式要正确，如编码器联接轴要同心对正，防止轴超出允许的载重 量，以保证其性能的正常。 总之，在数控设备的故障中，检测元件的故障比例是比较高的，只要 正确的使用并加强维护保养，对出现的问题进行深入分析，就一定能降低故障 率，并能迅速解决故障，保证设备的正常运行。 4.4 数控车床故障排除的方法数控车床故障排除的方法 1直观法 这是一种最基本的方法。维修人员通过对故障发生时的各种光、声、味等 异常现象的观察以及认真察看系统的每一处，往往可将故障范围缩小到一个模 块或一块印刷线路板。这要求维修人员具有丰富的实际经验，要有多学科的较 宽的知识和综合判断的能力。 2自诊断功能法 现代的数控系统虽然尚未达到智能化很高的程度，但已经具备了较强的自 诊断功能。能随时监视数控系统的硬件和软件的工作状况。一旦发现异常，立 即在 crt 上报警信息或用发光二极管批示出故障的大致起因。利用自诊断功能， 也能显示出系统与主机之间接口信号的状态，从而判断出故障发生在机械部分 还是数控系统部分，并批示出故障的大致部位。这个方法是当前维修时最有效 的一种方法。 3功能程序测试法 所谓功能程序测试法就是将数控系统的常用功能和特殊功能，如直线定位、 圆弧插补、螺纹切削、固定循环、用户宏程序等用手工编程或自动编程方法， 编制成一个功能程序测试纸带，通过纸带阅读机送入数控系统中，然后启动数 控系统使之进行运行，藉以检查车床执行这些功能的准确性和可靠性，进而判 断出故障发生的可能起因。本方法对于长期闲置的数控车床第一次开机时的检 查以及车床加工造成废品但又无报警的情况下，一时难以确定是编程错误或是 操作错误，还是车床故障时的判断是一较好的方法。 4交换法 这是一种简单易行的方法，也是现场判断时最常用的方法之一。所谓交换 法就是在分析出故障大致起因的情况下，维修人员可以利用备用的印刷线路板、 鄂东职业技术学院毕业设计 第 16 页 共 21 页 模板，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。它实际上也是在验证分析的正确性。在备板交换之前，应 仔细检查备板是否完好，并应检查备板的状态应与原板状态完全一致。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。在置换 cnc 装置 的存储器板时，往往还需要对系统作存储器的初始化操作（如日本 fanuc 公司 的 fs6 系统用的磁泡存储器就需要进行这项工作），重新设定各种数控数据， 否则系统仍将不能正常地工作。又如更换 fanuc 公司的 7 系统的存储器板之后， 需重新输入参数，并对存储器区进行分配操作。缺少了后一步，一旦零件程序 输入，将产生 60 号报警（存储器容量不够）。有的 cnc 系统在更换了主板之后， 需进行一些特定的操作。如 fnuc 公司在 fs10 系统，必须按一定的操作步骤， 先输入 90009031 号选择参数，然后才能输入 0000 号至 8010 号的系统参数和 pc 参数。总之，一定要严格地按照有关系统的操作、维修说明书的要求进行操 作。 5转移法 所谓转移法就是将 cnc 系统中具有相同功能的二块印刷线路板、模块、集 成电路芯片或元器件互相交换，观察故障现象是否随之转移。藉此，可迅速确 定系统的故障部位。这个方法实际上就是交换法的一种。因此，有关注意事项 同交换法所述。 6参数检查法 众所周知，数控参数能直接影响数控车床的功能。参数 通常是存放在磁泡 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某种 干扰等因素，会使个别参数丢失或变化，发生混乱，使车床无法正常工作。此 时，通过核对、修正参数，就能将故障排除。当车床长期闲置工作时无缘无故 地出现不正常现象或有故障而无报警时，就应根据故障特征，检查和校对有关 参数。另外，经过长期运行的数控车床，由于其机械传动部件磨损，电气无件 性能变化等原因，也需对其有关参数进行调整。有些车床的故障往往就是由于 未及时修改某些不适应的参数所致。当然这些故障都是属于故障的范畴. 7测量比较法 cnc 系统生产厂在设计印刷线路板时，为了调整、维修的便利，在印刷线 路板上设计了多个检测用端子。用户也可利用这些端子比较测量正常的印刷线 路板和有故障的印刷线路板之间的差异。可以检测这些测量端子的电压或波形， 分析故障的起因及故障的所在位置。甚至，有时还可对正常的印刷线路人为地 制造“故障“，如断开连线或短路，拨去组件等，以判断真实故障的起因。为此， 维修人员应在平时积累印刷线路板上关键部位或易出故障部位在正常时的正确 波形和电压值,因为 cnc 系统生产厂往往不提供有关这方面的资料。 8敲击法 当系统出现的故障表现为若有若无时，往往可用敲击法检查出故障的部位 所在,这是由于 cnc 系统是由多块印刷线路板组成，每块板上又有许多焊点，板 间或模块间又通过插接件及电缆相连。因此，任何虚焊或接触不良，都可能引 起故障。当用绝缘物轻轻敲打有虚焊及接触不良的疑点处，故障肯定会重复再 现。 9局部升温 cnc 系统经过长期运行后元器件均要老化，性能会变坏。当它们尚未完全 损坏时，出现的故障变得时有时无。这时可用热吹风机或电烙铁等来局部升温 鄂东职业技术学院毕业设计 第 17 页 共 21 页 被怀疑的元器件，加速其老化，以便彻底暴露故障部件。当然，采用此法时， 一定要注意元器件的温度参数等，不要将原来是好的器件烤坏。 第五章数控车床的维护第五章数控车床的维护 数控系统是数控车床的核心部件，因此，数控车床的维护主要是数控 系统的维护。数控系统经过一段较长时间的使用，电子元器件性能要老化甚至 损坏，有些机械部件更是如此，为了尽量地延长元器件的寿命和零部件的磨损 周期，防止各种故障，特别是恶性事故的发生，就必须对数控系统进行日常的 维护。概括起来，要注意以下几个方面： 5.1 数控车床日常维护数控车床日常维护 1 系统日常维护的规章制度 根据各种部件特点，确定各自保养条例。如明文规定哪些地方需要天天清 理（如 cnc 系统的输入输出单元光电阅读机的清洁，检查机械结构部分 是否润滑良好等） ，哪些部件要定期检查或更换（如直流伺服电动机电刷和换向 器应每月检查一次） 。 2 少开数控柜和强电柜的门 因为在机加工车间的空气中一般都含有油雾、灰尘甚至金属粉末。一旦它 们落在数控系统内的印制线路或电器件上，容易引起元器件间绝缘电阻下降， 甚至导致元器件及印制线路的损坏。有的用户在夏天为了使数控系统超负荷长 期工作，打开数控柜的门来散热，这是种绝不可取的方法，最终会导致数控系 统的加速损坏。正确的方法是降低数控系统的外部环境温度。因此，应该有一 种严格的规定，除非进行必要的调整和维修，不允许随便开启柜门，更不允许 在使用时敞开柜门。 2 清扫数控柜的散热通风系统 应每天检查数控系统柜上各个冷却风扇工作是否正常，应视工作环境状况， 每半年或每季度检查一次风道过滤器是否有堵塞现象。如果过滤网上灰尘积聚 过多，需及时清理，否则将会引起数控系统柜内温度高（一般不允许超过 55） ，造成过热报警或数控系统工作不可靠。 2 视数控系统用的电网电压 fanuc 公司生产的数控系统，允许电网电压在额定值的 85%110%的范围内 波动。如果超出此范围，就会造成系统不能正常工作，甚至会引起数控系统内 部电子部件损坏。 3 定期更换存储器用电池 fanuc 公司所生产的数控系统内的存储器有两种： (1) 不需电池保持的磁泡存储器。 鄂东职业技术学院毕业设计 第 18 页 共 21 页 (2) 需要用电池保持的 cmos ram 器件，为了在数控系统不通电期间能保持 存储的内容，内部设有可充电电池维持电路，在数控系统通电时，由+5v 电源 经一个二极管向 cmos ram 供电，并对可充电电池进行充电；当数控系统切断电 源时，则改为由电池供电来维持 cmos ram 内的信息，在一般情况下，即使电池 尚未失效，也应每年更换一次电池，以便确保系统能正常工作。另外，一定要 注意，电池的更换应在数控系统供电状态下进行。 5.2 数控系统长期不用时的维护数控系统长期不用时的维护 为提高数控系统的利用率和减少数控系统的故障，数控车床应满负荷使用， 而不要长期闲置不用，由于某种原因，造成数控系统长期闲置不用时，为了避 免数控系统损坏，需注意以下两点： (1) 要经常给数控系统通电，特别是在环境湿度较大的梅雨季节更应如此， 在车床锁住不动的情况下（即伺服电动机不转时） ，让数控系统空运行。利用电 器元件本身的发热来驱散数控系统内的潮气，保证电子器件性能稳定可靠，实 践证明，在空气湿度较大的地区，经常通电是降低故障率的一个有效措施。 (2) 数控车床采用直流进给伺服驱动和直流主轴伺服驱动的，应将电刷从 直流电动机中取出，以免由于化学腐蚀作用，使换向器表面腐蚀，造成换向性 能变坏，甚至使整台电动机损坏。 数控车床的维修概念，不能单纯局限于数控系统发生故障时，如何排除故障和及时修 复，使数控系统尽早投入使用，还应包括正确使用和日常保养等。 5.3 数控机床系统的维护数控机床系统的维护 1要做到正确的维护数控系统就要从以下几个方面做起： 1）严格遵守操作规程和日常维护制度。 2）应尽量少开数控柜和强电柜的门 在机加工机间的空气中一般都会有油 雾、灰尘甚至金属粉末，一旦它们落在数控系统内的电路板或电子器件上，容 易引起元器件间绝缘电阻下降，甚至导致元器件及电路板损坏。有的用户在夏 天为了使数控系统能超负荷长期工作，采取打开数控柜的门来散热，这是一种 极不可取的方法，其最终将导致数控系统的加速损坏。 3）定时清扫数控柜的散热通风系统 应该检查数控柜上的各个冷却风扇工 作是否正常。每半年或每季度检查一次风道过滤器是否有堵塞现象，若过滤网 上灰尘积聚过多，不及时清理，会引起数控柜内温度过高。 4）数控系统的输入/输出装置的定期维护 80 年代以前生产的数控车床， 大多带有光电式纸带阅读机，如果读带部分被污染，将导致读入信息出错。为 此，必须按规定对光电阅读机进行维护。 5）直流电动机电刷的定期检查和更换， 直流电动机电刷的过渡磨损，会 影响电动机的性能，甚至造成电动机损坏。为此，应对电动机电刷进行定期检 查和更换。数控车床、数控铣床、加工中心等，应每年检查一次。 6）定期更换存储用电池，一般数控系统内对 cmosram 存储器件设有可充电 电池维护电路，以保证系统不通电期间能保持其存储器的内容。在一般情况下， 即使尚未失效，也应每年更换一次，以确保系