数控铣床典型故障分析.doc

毕业论文题目：数控铣床典型故障分析学 院 铣械工程学院 姓 名 学 号 08021030317 专 业 数控技术与应用 届 别 2008 指导教师 职 称 二o一o 年 十 月毕业论文（设计）诚信承诺书毕业论文（设计）题 目数控铣床典型故障分析学生姓名专业数控技术与应用学 号指导老师和 苗职 称所在学院江西赣江职业技术学院诚信承诺本人慎重承诺和声明：在毕业论文（设计）活动中遵守学校有关规定，恪守学术规范，在本人的毕业论文中未剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果，未篡改研究数据，如有违规行为发生，我愿承担一切责任，接受学校的处理。学生（签名）：2010年 10 月 14 日摘 要数控铣床是企业生产中的重点设备,身价从几十万元到上千万元，可是一旦故障停机，其影响和损失往往很大。所以铣床故障分析的重要性就越发的突出,但是，人们对这样的设备往往更多地是看重其效能，而不仅对合理地使用不够重视，更对其保养及故障分析工作关注太少，日常不注意对保养与故障分析工作条件的创造和投入，故障出现临时抱佛脚的现象很是普遍。因此，为了充分发挥数控铣床的效益，我们一定要重视故障分析工作，本文从数控铣床故障分析的角度说明了数控铣床的参数在故障分析中的重要性、数控铣床的分类和作用、数控铣床故障分析中参数的应用，并列举了实际工作中的实例，加以说明数控铣床的参数是进行数控铣床故障分析的基础。本文根据多年从事数控铣床现场故障分析的经验，理论结合实际，相信对数控铣床的故障分析有很大帮助。随着我国经济的不断发展，数控铣床的占有量不断提高，为保证生产的正常进行，需要尽快地处理数控铣床出现的各类故障，故障的判断和故障分析需要运用多种方法和不同途径。但是根据自己多年从事数控铣床机场故障分析的经验，认为数控铣床的故障分析是非常重要的。【关键词】数控铣床 故障分析目 录前言1 数控铣床的组成 1.1 数控铣床的结构特点.() 1.2 常用的数控铣床. .() 1.3 数控铣床的故障与分类.()2数控铣床机械机构的故障与分析.()3数控铣床液压与气动装置的故障与分析.()4数控铣床的驱动系统故障与分析.()5数控铣床的强电控制及其故障分析.()参考文献.()致 谢.()附录 a.()1 数控铣床的组成 1.1 数控铣床的结构特点1.1看起来，除了数控控制机代替了操纵手柄、手轮外，数控铣床在外观上与通用铣床确有不少相似之处，但实际上数控铣床在结构上的内含要复杂得多，而与其他数控铣床(如数控车床、数控钻镗床等)相比，数控铣床在结构上主要有下列几个特点： 1、控制铣床运动的坐标特征 为了要把工件上各种复杂的形状轮廓连续加工出来，必须控制刀具沿设定的直线、圆弧或空间的直线、圆弧轨迹运动，这就要求数控铣床的伺服拖动系动能在多坐标方向同时协调动作，并保持预定的相互关系，也就是要求铣床应能实现多坐标联动。数控铣床要控制的坐标数起码是3坐标中任意两坐标联动，要实现连续加工直线变斜角工件，起码要实现四坐标联动，而若要加工曲线变斜角工件，则要求实现5坐标联动。因此，数控铣床所配置的数控系统在档次上一般都比其他数控铣床相应更高一些。2、数控铣床的主轴特征 现代数控铣床的主轴开启与停止，主轴正反转与主轴变速等都可以按程序介质上编入的程序自动执行。不同的铣床其变速功能与范围也不同。有的采用变频机组(目前已很少采用)，固定几种转速，可任选一种编入程序，但不能在运转时改变；有的采用变频器调速，将转速分为几档，程编时可任选一档，在运转中可通过控制面板上的旋钮在本档范围内自由调节；有的则不分档，程编可在整个调速范围内任选一值，在主轴运转中可以在全速范围内进行无级调整，但从安全角度考虑，每次只能调高或调低在允许的范围内，不能有大起大落的突变。在数控铣床的主轴套筒内一般都设有自动拉、退刀装置，能在数秒种内完成装刀与卸刀，使换刀显得较方便。此外，多坐标数控铣床的主轴可以绕x、y或z轴作数控摆动，也有的数控铣床带有万能主轴头，扩大了主轴自身的运动范围，但主轴结构更加复杂。1.2 常用的数控铣床1)简易型数控铣床数控铣床在普通铣床的基础上，对铣床的机械传动结构进行简单的改造，并增加简易数控系统后形成的数控铣床。成本低，自动化程度和功能都较差，一般只有x、y两坐标联动功能，加工精度不高，可以加工平面曲线类和平面型腔类零件。2)普通数控铣床可以三坐标联动，用于各类复杂的平面、曲面和壳体类零件的加工，如各种模具、样板、凸轮和连杆等。(2)数控仿形铣床数控仿形铣床主要用于各种复杂型腔模具或工件的铣削加工，特别对不规则的三维曲面和复杂边界构成的工件更显示出其优越性。1)数控功能它类似一台数控铣床具有的标准数控功能，有三轴联动功能，刀具半径补偿和长度补偿、用户宏程序及手动数据输入和程序编辑等功能。2)仿形功能 在铣床上装有仿形头，可以选用多种仿形方式，如笔式手动、轮廓、部分轮廓、三向、ntc (numerical tracer control数字仿形)等。3)数字化功能 在仿形加工的同时，可以采集仿形头运动轨迹数据，并处理成加工所需的标准指令，存入存储器或其他介质(如软盘)，以便以后可以利用存储的数据进行加工，因此要求有大量的数据处理和存储功能。(3)数控工具铣床数控工具铣床是在普通工具铣床的基础上，对铣床的机械传动系统进行改造并增加数控系统后形成的数控铣床。这种铣床适用于各种工装、刀具、各类复杂的平面、曲面零件的加工。(4)数控钻床数控钻床能自动地进行钻孔加工，用于以钻为主要工序的零件加工。控制方式：采用点位控制，同时沿两轴或三个轴移动，以减少定位时间;有些也采用直线控制，为的是进行平行于铣床轴线的钻削加工。钻削中心是一种可以进行钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹及连续轮廓控制铣削的数控铣床。用于电器及机械行业中小型零件的加工。(5)数控龙门镗铣床数控龙门镗铣床属于大型数控铣床。主要用于大中等尺寸、大中等重量之黑色金属和有色金属的各种平面、曲面和孔的加工。在配置直角铣头的情况下，可以在工件一次装夹下分别对五个面进行加工。对于单件小批生产的复杂、大型零件和框架结构零件，能自动、高效、高精度地完成上述各种加工。1.3数控铣床的故障与分类随机性故障有可恢复性，故障发生后，通过重新开机等措施，铣床通常可恢复正常，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按故障的指示形式分类 有报带显示的故障 数控铣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，因此在故障分析、排除故障过程中应认真检杳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“故障分析手册”，来确定可能产生该故障的原因。后者是由数控铣床生产厂家设置的 plc 报警信息文本，属于铣床侧的故降显示。它可对照铣床生产厂家所提供的“铣床故障分析手册”中的有关内容确定故障所产生的原因。 无报警显示的故障 这类故障发生时铣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祝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4按故障产生的原因分类 数控铣床自身故障 这类故障的发生是由于数控铣床自身的原因所引起的，与外部使用环境条件无关数控铣床所发生的极大多数故障均属此类故障。 数控铣床外部故障 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铣床故障的外部原因之一，据有关资料统计，首次使用数控铣床或由不熟练工人来操作数控铣床，在使用的第一年，操作不当所造成的外部故障要占铣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。2数控铣床机械机构的故障与分析1. 铣床主轴定向位置不准，但是铣床并未报警。可能的原因： 由于现在的铣床，主轴定向一般采用编码器定向方式，主轴与主轴电机采用1：1联结的，直接采用电机内置编码器定向。因此出现这种情况必定是机械联结部分有问题！ 2.定位精度时好时坏，铣床并不报警。可能的原因：机械传动链联接不好。如联轴节松动等。3.铣床负载过重，经常出现过电流报警，电机发热异常。可能的原因：机械装配不好，导致机械负载重。对于新设计的铣床，伺服电机选择偏小也会出现此现象。另外，伺服参数设置错误也会出此报警。4.铣床辅助动作，如换刀手动作，控制其动作的输出信号已经有，但是动作没有。可能的原因：机械卡死，管路堵塞等。mt2v数控仿形铣床是我厂进口的一台意大利奥利康(oerlikon)公司生产的数控仿形铣床，1997年7月 安装调试完后，正式投人使用。1998年元月开始，在冷机启动铣床液压润滑系统后，开始出现主轴箱下端漏油故障，并随着气温下降漏油越来越严重，但在主轴 启动20min后漏油开始逐渐停止。在此过程中铣床各项工作正常，也无任何报警提示。mt2v数控仿形铣床属于重型铣床，其各向导轨润滑由一个独立的导轨自动润滑系统完成：它的液压及主轴润滑系统与 奥利康公司生产的fb2v、fb3v数控仿形铣床有较大差别，其液压和主轴润滑原理如图所示。液压和主轴润滑共用一个主油箱(使用hm68抗摩液压油)，电动机m1带动同轴齿轮泵1p、2p转动，1p通过单向阀5、直控溢流阀6、蓄能器8等向铣床液压系统提供压力为8mpa的液压油，由各个电磁阀来控制主轴快慢档变速、刀具卡头夹紧放松、主轴机头夹紧放松和z轴夹紧放松。2p通过直控溢流阀2、制冷器1对主轴箱提供润滑油，再经各分油管对主轴箱内轴承、齿 轮等进行润滑后，汇集到主轴箱底部的回油池，由回油齿轮泵3p抽回主油箱3内。铣床主电源开关闭合后，3p自动启动20s，以抽回回油池内的存油；液压润 滑系统启动，3p随着启动；液压润滑系统停止，3p延时45s停机，以抽回回油池内的余油。制冷器1检测流过其内部的润滑油，当润滑油油温升高到设定温度 时冷却器启动，对润滑油进行强制制冷，当润滑油油温低于设定油温时，冷却器停止分 析故障现象及液压润滑原理，因为是在低温冷机启动液压润滑系统后短时间漏油，且铣床各动作正常，也无任何报警提示，可以排除高压液压系统泄漏的问题。故障范围应该是在主轴润滑系统，因铣床尚在保修期内，外方故障分析人员先后两次来厂更换回油泵3p，但仍未将故障排除，随着春季气温回升，漏油量逐渐减少，最后故障彻底消失。1998年冬季，随着气温的下降，故障再次出现。我们翻阅液压润滑部分说明资料，资料显示当液压选择开关9放置 在2p档时，油压表10显示油压应为0.51mpa。现场实测，在厂房内最低环境温度6时，冷机启动铣床液压润滑系统，润滑油油温为6，此 时2p档油压值为1.8mpa，随着主轴运转时间加长，油温上升，油压下降，当油温升至设定温度25冷却器启动时，2p档油压值为 0.7mpa。从油压降至1.2mpa以后，漏油量开始减少，之后，故障逐渐消失，铣床进入正常运行状态，油温在1826间周期性波动，油压随油温在 0.71.3mpa之间周期性波动，油温油压间关系如表1所示。由此可以判断该铣床在夏季安装调试时调整的润滑油压在冬季还需要进行调整，否则，当环境温度下降时润滑油粘度增大，冷机启动液压润滑系统时，回油泵回油量变小，就出现了主轴箱润滑油供油量大于回油量，造成润滑油外溢故障。根据油温油压间的关 系，我们理解液压润滑部分说明资料所注明的2p档油压0.51mpa并非一般理解为静态调整到0.51mpa任一值即可，而应该理解为油压随油温在0.51mpa间波动(任何情况下不能低于0.5mpa)。油压调整值过低，会造成润滑不足，引起设备事故；油压调整值过高，则会造成冬季冷机启动系 统时，主轴箱润滑油供油量大于回油量，造成润滑油外溢故障。调高该油压值，经调整后铣床正常工作时油温油压间关系如表2所示，冷机启动系统时，2p档 油压值为1.3mpa。该油压本着能高则高的原则要随气温经常调整，进入夏季，调整直控溢流阀2时对油压下限影响不大，特别是当主轴以高速运转时，油温保持在29，制冷器不再停机，油压为0.45mpa，此时调整直控溢流阀2，已不能改变油压值。经过调整，近两年来，未再出现此故障，铣床运行正常。数控铣床的驱动系统故障与分析siemens直流伺服驱动系统故障故障分析1进线快速熔断器熔断的故障故障分析 故障现象：一台配套siemens 8mc的卧式加工中心，在电网突然断电后开机，系统无法起动。分析与处理过程：经检查，该铣床x轴伺服驱动器的进线快速熔断器已经熔断。该铣床的进给系统采用的是siemens 6ra系列直流伺服驱动，对照驱动器检查伺服电动机和驱动装置，未发现任何元器件损坏和短路现象。检查铣床机械部分工作亦正常，直接更换熔断器后，起动铣床，恢复正常工作。分析原因是由于电网突然断电引起的偶发性故障。 siemens 8mc测量系统故障的故障分析 故障现象：一台配套siemens 8mc的卧式加工中心，当x轴运动到某一位置时，液压电动机自动断开，且出现报警提示：y轴测量系统故障。断电再通电，铣床可以恢复正常工作，但x轴运动到某一位置附近，均可能出现同一故障。分析与处理过程：该铣床为进口卧式加工中心，配套siemens 8mc数控系统，siemens 6ra系列直流伺服驱动。由于x轴移动时出现y轴报警，为了验证系统的正确性，拨下了x轴测量反馈电缆试验，系统出现x轴测量系统故障报警，因此，可以排除系统误报警的原因。检查x轴在出现报警的位置及附近，发现它对y轴测量系统(光栅)并无干涉与影响，且仅移动y轴亦无报警，y轴工作正常。再检查y轴电动机电缆插头、光栅读数头和光栅尺状况，均未发现异常现象。考虑到该设备属大型加工中心，电缆较多，电柜与铣床之间的电缆长度较长，且所有电缆均固定在电缆架上，随铣床来回移动。根据上述分析，初步判断由于电缆的弯曲，导致局部断线的可能性较大。故障分析时有意将x轴运动到出现故障点位置，人为移动电缆线，仔细测量y轴上每一根反馈信号线的连接情况，最终发现其中一根信号线在电缆不断移动的过程中，偶尔出现开路现象；利用电缆内的备用线替代断线后，铣床恢复正常。 驱动器故障引起跟随误差超差报警故障分析 故障现象：某配套siemens primos系统、6ra26*系列直流伺服驱动系统的数控滚齿机，开机后移动铣床的z轴，系统发生“err22跟随误差超差”报警。分析与处理过程：数控铣床发生跟随误差超过报警，其实质是实际铣床不能到达指令的位置。引起这一故障的原因通常是伺服系统故障或铣床机械传动系统的故障。由于铣床伺服进给系统为全闭环结构，无法通过脱开电动机与机械部分的连接进行试验。为了确认故障部位，故障分析时首先在铣床断电、松开夹紧机构的情况下，手动转动z轴丝杠，未发现机械传动系统的异常，初步判定故障是由伺服系统或数控装置不良引起的。为了进一步确定故障部位，故障分析时在系统接通的情况下，利用手轮少量移动z轴(移动距离应控制在系统设定的最大允许跟随误差以内，防止出现跟随误 差报警)，测量z轴直流驱动器的速度给定电压，经检查发现速度给定有电压输入，其值大小与手轮移动的距离、方向有关。由此可以确认数控装置工作正常，故障 是由于伺服驱动器的不良引起的。检查驱动器发现，驱动器本身状态指示灯无报警，基本上可以排除驱动器主回路的故障。考虑到该铣床x、z轴驱动器型号相同，通过逐一交换驱动器的控制板确认故障部位在6ra26*直流驱动器的a2板。根据siemens 6ra26*系列直流伺服驱动器的原理图，逐一检查、测量各级信号，最后确认故障原因是由于a2板上的集成电压比较器n7(型号：lm348)不良引起的：更换后，铣床恢复正常。 (1)电源电源是故障分析系统乃至整个铣床正常工作的能量来源，它的失效或者故障轻者会丢 失数据、造成停机。重者会毁坏系统局部甚至全部。西方国家由于电力充足，电网质量高，因此其电气系统的电源设计考虑较少，这对于我国有较大波动和高次谐波的电力供电网来说就略显不足，再加上某些人为的因素，难免出现由电源而引起的故障。我们在设计数控铣床的供电系统时应尽量做到：提供独立的配电箱而不与其他设备串用。电网供电质量较差的地区应配备三相交流稳压装置。电源始端有良好的接地。进入数控铣床的三相电源应采用三相五线制，中线(n)与接地(pe)严格分开。电柜内电器件的布局和交、直流电线的敷设要相互隔离。(2)数控系统位置环故障位置环报警。可能是位置测量回路开路；测量元件损坏；位置控制建立的接口信号不存在等。坐标轴在没有指令的情况下产生运动。可能是漂移过大；位置环或速度环接成正反馈；反馈接线开路；测量元件损坏。(3)铣床坐标找不到零点。可能是零方向在远离零点；编码器损坏或接线开路；光栅零点标 记移位；回零减速开关失灵。 (4)铣床动态特性变差，工件加工质量下降，甚至在一定速度下铣床发生振动。这其中有很 大一种可能是机械传动系统间隙过大甚至磨损严重或者导轨润滑不充分甚至磨损造成的；对于电气控制系统来说则可能是速度环、位置环和相关参数已不在最佳匹配状态，应在机械故障基本排除后重新进行最佳化调 (5)偶发性停机故障。这里有两种可能的情况：一种情况是如前所述的相关软件设计中的问题造成在某些特定的操作与功能运行组合下的停机故障，一般情况下铣床断电后重新通电便会消失；另一种情况是由环境条件引起的，如强力干扰(电网或周边设备)、温度过高、湿度过大等。这种环境因素往往被人们所忽视，例如南方地区将铣床置于普通厂房甚至靠近敞开的大门附近，电柜长时间开门运行，附近有大量产生粉尘、金属屑或水雾的设备等等。这些因素不仅会造成故障，严重的还会损坏系统与铣床，务必注意改善。参考文献 致 谢时光荏苒，三年的时间如同这银杏叶一般绿了又黄，最后融化在土里，留下了我满是沉淀淀的回忆。回首三年，我的老师，同学，朋友们，谢谢你们的一直陪伴，让我在校园里留下了难忘的点点滴滴。此时，这篇论文的完成也意味着我的大学生涯即将结束。在此我怀着一颗感激的心，衷心地感谢你们在这一路上对我的帮助。 感谢导师 ，虽然最后一年才投奔到您的门下，却让我收获颇多，成为我人生中的一大幸事。您一直以来对学生的关心，与学生间的亲密无间都让我很是欣赏与羡慕。您乐观豁达的心态，从容淡定的风格，周密睿智的思维，风趣幽默的言语都让我望尘莫及，并且深深影响了