数控系统有自诊断故障报警系统.docxVIP

摘 要数控机床是高性能机电一体化设备，其位置检测用的是串行脉冲编码器，由于串行脉冲编码器的特点。自动刀架是数控机床中常用的换刀装置，由于使用频繁，且各种型号格的刀架质量参差不齐，所以故障率较高。刀架出现的故障可能涉及机械、电气、控制系统等多方面的原因，这给迅速确定故障点，排除故障带来一定的难度。以目前使用较多的螺旋四转位自动刀架为例，介绍自动刀架常见故障及其维修方法。通过毕业设计使我学会了对相关学科中的基本理论基本知识进行综合运用，同时，使自己对本专业有较完整的系统的认识，从而达到巩固、扩大、深化所学知识的目的，培养和提高了综合分析问题和解决问题的能力以及培养了科学的研究和创新能力。 关键词：数控机床 自动刀架 故障诊断与维修 毕业设计 目 录摘 要1目 录21.引言31.引言32.数控机床故障诊断的基本知识42.1 数控机床的主要组成部分42.2 数控机床的特点52.3 数控机床故障的基本概念62.4 数控机床常见的故障类型6 1.引言数控机床是综合应用了计算机、自动控制、精密测量和现代机械制造和数据通信等多种技术，是机械加工领域中典型的机电一体化设备，适用于多品种、中小批量的复杂零件的加工。数控机床作为实现柔性制造系统、计算机集成制造系统和未来工厂自动化的基础已成为现代制造技术中不可缺少的设备，因此得到了巨大的发展。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，这对机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。数控机床就是针对这种要求而产生的一种新型自动化机床。数控机床集微电子技术、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，是现代机床技术水平的重要标志。数控机床体现了当前世界机床技术进步的主流，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机床是一个很重要的问题。由于数控机床是一种价格昂贵的精密设备，因此，其维护更是不容忽视。数控机床的故障诊断与维修是数控机床使用过程中重要的组成部分，也是目前制约数控机床发挥作用的因素之一。本人以严谨务实的认真态度进行了此次设计，但由于知识水平与实际经验有限。在设计中难免会出现一些错误、缺点和疏漏，诚请各位评审老师提出批评和指正。2.数控机床故障诊断的基本知识2.1 数控机床的主要组成部分数控机床由程序载体、输入输出装置、数控装置（cnc）、伺服系统、可编程序控制器（plc）、位置反馈装置和机床本体七个部分组成。（1）程序载体 程序载体（又称控制介质），它是指在操作者与数控机床之间建立某种联系的中间媒介物。程序载体用于记载以数控加工程序表示的各种价格信息，目前在数控机床上常用的程序载体有磁带、磁盘、和闪存盘。（2）输入输出装置 输入输出装置的作用是将程序载体上含有加工信息的程序，完整、正确地传送至数控机床的cnc中，并由数控系统显示数控机床的运行状态等。根据程序载体的不同，输入装置有磁带录音机、磁盘驱动器和计算机接口等。在现代数控机床上，还可以通过手动方式（mdi方式），将工件加工程序用数控系统的操作面板上的按键，直接键入cnc单元；或者通过通信接口从其他计算机获取加工程序输入cnc单元。（3）cnc单元 cnc单元是数控机床的核心，它接收来自程序载体的控制信息并转换成数控机床的操作信号。cnc单元由输入接口、cpu、存储器和输出接口等部分组成。输入接口的作用是接收外来信息；cpu则对输入信息进行分类、处理，并发出控制信号到输出装置；输出接口与主轴系统、伺服系统和plc控制的辅助功能部件等连接，它将cpu发出的控制信号转换为各个功能部件能接收的控制信号，使其完成预定的控制功能。（4）伺服系统 服系统用于完成坐标轴的驱动，是数控机床的执行部分。它的功用是接受数控系统输出的指令脉冲信号，将其转换成机床移动部件的运动，并对进给运动速度和定位的精度加以控制。由于伺服控制系统是数控机床的最后控制环节，因此它的私服精度、快速性和动态影响特性是影响数控机床的生产率、加工精度以及表面加工质量的主要因素之一。目前在数控机床的伺服系统中，常用的伺服驱动元件有功率步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机等。在开环控制的数控机床伺服系统中，常用功率步进电动机或电业脉冲马达作为伺服元件，没输入一个脉冲信号驱动元件就转过一定的角度；在闭环控制的数控机床伺服系统中，常用大惯量直流电动机或交流伺服电动机作为驱动元件。由于交流伺服电动机具有良好的性能价格比，正逐渐成为首选的伺服驱动元件。（5）可编程序控制器（plc） 可编程序控制器的作用是对数控机床进行辅助控制。cnc单元送来的辅助控制指令，经可编程序控制器处理和辅助接口电路转换成强电信号，用来控制数控机床的工件装夹、刀具的更换、冷却液的开停等辅助动作。plc还接受数控机床操作面板的控制信息，一方面直接控制机床的动作，另一方面将一部分指令送往cnc单元用于加工过程的控制。（6）位置反馈系统 位置反馈系统的作用是通过传感器将驱动电动机的角位移和数控机床执行机构的直线位移转换成电信号，输送给cnc单元，与指令位置进行比较，并由cnc单元发出指令，纠正所产生的误差。（7）机床本体 数控机床的机床本体包括主运动系统、进给系统及辅助装置。对于加工中心类数控机床，还有存放刀具的刀库、自动换刀装置和自动托盘装置等部件。与普通机床相比，数控机床采用了高性能主轴部件及传动系统，机械传动系统简化，传动链较短；机械结构具有较高刚度和耐磨性，热变形小；更多地采用高传动部件。很多零部件以标准化，为机械设计和制造带来方便。2.2 数控机床的特点数控机床一般由cnc装置、输入/输出装置、伺服驱动系统、机床电器逻辑控制装置、机床等组成，数控机床的各部分之间有着密切的联系。cnc装置将数控加工程序信息按两类控制量分别输出：一类是连续控制量，送往伺服驱动系统；令一类是离散的开关控制量，送往机床电器和逻辑控制装置。伺服驱动系统位于cnc装置与机床之间，它的一方面通过电信号与cnc装置连接，另一方面通过伺服电机、检测元件与机床的传动部件连接。机床电器、逻辑控制装置的形式可以是继电器控制线路或者是可编程器控制线路，它接受cnc装置发出的开关命令，主要完成主轴启停、工件装夹、工作台交换、换刀、冷却、液压、气动和润滑系统及其他机床辅助功能的控制。另外要将主轴启停结束、工件夹紧、工作台交换结束、换刀到位等信号传送回cnc装置。数控机床本身的复杂性使其故障具有复杂性和特殊性。引起数控机床故障的因素是多方面的，有些故障的现象是机械方面的，但是引起故障的原因却是电气方面的；有些故障的现象是电气方面的，然而引起故障的原因是机械方面的；有些故障是由电气方面和机械方面共同引起的。在进行数控机床故障的诊断时，要重视机床个部分的交接点。2.3.1数控机床的优点（1）对零件的适应性强，可加工复杂的零件表面；（2）加工精度高，加工质量稳定；（3）生产效率高；（4）良好的经济效益；（5）自动化程度高。2.3.2数控机床的缺点（1）价格较高，设备首次投资大；（2）对操作、维修人员的技术要求较高；（3）加工复杂形状的零件时，手工编程的工作量大。2.3.3数控机床的应用范围（1）多品种小批量零件；（2）形状结构复杂的零件；（3）需要频繁改型的零件；（4）价格昂贵、不允许报废的零件；（5）批量较大精度要求高的零件。2.3 数控机床故障的基本概念数控机床是高度机电一体化的技术装备，和普通机床相比也包括机械、电气、液压气动方面的故障，但电气系统远为复杂，故障侧重于电气、机械、液压等的交叉点。而且数控系统种类繁多，给检测和诊断带来很大的困难。故障数控机床全部或部分丧失原有的功能。 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。2.4 数控机床常见的故障类型数控机床和数控加工设备是高度自动化、高度集成的系统。其加工条件、类型及工件等因素复杂多变，所以故障种类多、随意性大。数控机床和数控加工设备故障有多种分类，分类的目的是从数控机床故障不同的侧面对故障进行分析和研究。数控机床和数控加工设备故障可以按故障形成的原因、故障的程度、故障形成的速度、故障发生的频率和故障造成的后果等进行分类。2.4.1 数控机床的非关联性和关联性故障 故障按起因的相关性可分为非关联性和关联性故障。所谓非关联性故障是由于运输、安装等原因造成的故障。关联性故障可分为系统性故障和随机性故障，系统性故障是指数控机床在一定条件下必然出现的故障；随机性故障是指偶然出现的故障。一般随机性故障是由于机械结构的局部松动、系统控制软件不完善、硬件工作特性曲线下降、电气元器件品质因数降低等原因造成。2.4.2 数控机床的有诊断显示故障和无诊断显示故障 数控机床故障按有无诊断显示分为有诊断显示故障和无诊断显示故障。有诊断显示故障一般与控制部分有关，故障发生后可以根据故障报警信号判别故障的原因。无诊断显示故障往往表现为工作台停留在某一位置不能运动，依靠手动操作也无法使工作台动作，这类故障的排除相对于有诊断显示故障的排除难度要大。2.4.3 数控机床的破坏性故障和非破坏性故障 数控机床故障按性质可分为破坏性故障和非破坏性故障。对于短路、因伺服系统失控造成“飞车”等故障称为破坏性故障，在维修和排除这种故障时不允许故障重复出现，因此维修时有一定的难度；对于非破坏性故障，可以经过多次试验、重演故障来分析故障原因，故障的排除相对容易些。2.4.4 数控机床的电气故障和机械故障 数控机床故障按发生部位可分为电气故障和机械故障。电气故障一般发生在系统装置、伺服驱动单元和机床电气等控制部位。电气故障一般是由于电气元器件的品质因素下降、元器件焊接松动、接插件接触不良或损坏等因素引起，这些故障表现为时有时无。如某电子元器件的漏电流较大，工作一段时间后，其漏电流随着环境温度的升高而增大，导致元器件工作不正常，影响了相应电路的正常工作。当环境温度降低了以后，故障又消失了。这类故障靠目测是很难查找的，一般要借助测量工具检查工作电压、电流或测量波形进行分析。 一般发生在机械运动部位。机械故障可以分为功能型故障、动作型故障、结构型故障和使用型故障。功能型故障主要是指工件加工精度方面的故障，这些故障是可以发现的，例如加工精度不稳定、误差大等。动作型故障是指机床的各种动作故障，可以表现为主轴不转、工件夹不紧、刀架定位精度低、液压变速不灵活等。结构型故障可以表现为主触发热、主轴箱噪声大、机械传动有异常响声、产生切削振动等。使用型故障主要是指使用和操作不当引起的故障，例如过载引起的机件损坏等。机械故障一般可以通过维护保养和精心调整来预防。2.4.5 自诊断故障 数控系统有自诊断故障报警系统，它随时监测数控系统的硬件、软件和伺服系统等的工作情况。当这些部分出现异常时，一般会在监视器上显示报警信息或指示灯报警或数码管显示故障号，这些故障可以称作为自诊断故障。自诊断故障系统可以协助维修人员查找故障，是故障检查和维修工作中十分重要的依据。对报警信息要进行仔细分