数控加工毕业论文-立式加工中心常见故障诊断.doc

包头轻工职业技术学院 机电工程系 数控教研室 1 毕业论文 论文题目：立式加工中心常见故障诊断 班 级： 学 号：_ 作 者：_ 专 业 名 称：_ 2015 年 11 月 15 日 尤世杰 数控技术 135801032014 数控 115010 班 包头轻工职业技术学院 机电工程系 数控教研室 2 论论文文题题目目： 姓姓名名：_ 指指 导导 教教 师师： 赵洁 单单位位：包头轻工职业技术学院 单单位位： 单单位位： 论文提交日期：2015 年 11 月 15 日 尤世杰 包头轻工职业技术学院 机电工程系 数控教研室 3 目 录 摘摘 要要4 第一章、数控机床故障诊断和维护的重要性第一章、数控机床故障诊断和维护的重要性5 第二章、数控机床各器件的名称及工作原理第二章、数控机床各器件的名称及工作原理6 2.1 KM接触器.6 2.2 KA中间继电器7 2.3 KT时间继电器 8 2.4 TR开关电源.8 2.5 M电动机9 2.6 T变压器.9 第三章、第三章、数控机床主要器件的工作原理数控机床主要器件的工作原理11 3.1 X、Y 轴驱动器.11 3.2 Z 轴驱动器11 3.3 变频器.11 3.4 直流稳压电源12 第四章、第四章、KND1000 数控机床准备未绪故障和手轮故障检查数控机床准备未绪故障和手轮故障检查13 4.1 准备未绪13 4.2 手轮故障14 第五章、结论第五章、结论16 致谢致谢17 参考文献参考文献18 包头轻工职业技术学院 机电工程系 数控教研室 4 摘摘 要要 本文主要研究数控机床故障分析及消除措施的相关内容。从数控机床故障 诊断的基础内容谈起，介绍数控机床故障规律，故障诊断的一般步骤及方法。 接着讲述数控机床的常见故障，包括机械故障、伺服系统故障、PLC 等电气故 障。最后通过实例具体介绍数控机床故障产生后分析处理的过程。从而得知， 数控机床维修是一门复杂的技术，要熟悉数控机床的各个部分，理论加实践， 提高工作效率。 关键词：关键词：数控机床、故障、诊断、维修 包头轻工职业技术学院 机电工程系 数控教研室 5 第一章、数控机床故障诊断和维护的重要性第一章、数控机床故障诊断和维护的重要性 随着电子技术和自动化技术的发展，数控技术的应用越来越广泛，以微处 理器为基础，以大规模集成电路为标志的数控设备，已在我国批量生产、大量 引进和推广应用，它们给机械制造业的发展创造了条件，并带来很大的效益。 但同时，由于它们的先进性、复杂性和智能化高的特点，在维修理论、技术和 手段上都发生了飞跃的变化。 另外任何一台数控设备都是一种过程控制设备，这就要求它在实时控制 的每一时刻都准确无误地工作。任何部分的故障与失效，都会使机床停机，从 而造成生产停顿。因而对数控系统这样原理复杂、结构精密的装置进行维修就 显得十分必要了。尤其对引进的 CNC 机床，大多花费了几十万到上千万美元。 在许多行业中，这些设备均处于关键的工作岗位，若在出现故障后不及时维修 排除故障，就会造成较大的经济损失。 包头轻工职业技术学院 机电工程系 数控教研室 6 第二章、数控机床各器件的名称及工作原理第二章、数控机床各器件的名称及工作原理 2.1 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。 工作原理如下图所示： 包头轻工职业技术学院 机电工程系 数控教研室 7 图 2-1 2.2 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。 结构如下图所示： 包头轻工职业技术学院 机电工程系 数控教研室 8 图 2-2 2.3 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。 2.4 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 包头轻工职业技术学院 机电工程系 数控教研室 9 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 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。 2.5 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。 2.6 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 包头轻工职业技术学院 机电工程系 数控教研室 10 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。 图 2-3 包头轻工职业技术学院 机电工程系 数控教研室 11 第三章、第三章、数控机床主要器件的工作原理数控机床主要器件的工作原理 3.1 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。 3.2 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 。 3.3 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” 。 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” ， 包头轻工职业技术学院 机电工程系 数控教研室 12 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。 3.4 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。 包头轻工职业技术学院 机电工程系 数控教研室 13 第四章、第四章、KND1000 数控机床准备未绪故障和手轮故障检查数控机床准备未绪故障和手轮故障检查 4.1 准备未绪 可以通过 KND1000 数控系统的第 3、16、22、27、28、30、47 号操作方 式中的诊断方式，3 号诊断现象是 Z 轴被制动，手动方式下作 Z 向移动操作时， 坐标值会变化，Z 轴有异常声音，操作多次后驱动器报警。，即是 Z 轴制动轴 无工作电压。用万能表的交流电压量程 200v 的档位去检查(057)XB2-31 与 （058）XB2-32 之间是否存在电压。若表上有数值，就表明这两点断开，出现 故障。用相同的档位是检查(057)XB2-31、（117）XB1-71、（118）XB2-71 这 三点之间是否存在电压，若其中两点之间存在电压，就表明这两点间断开了。 16 号的诊断现象是 Z 轴被制动，手动方式下作 Z 向移动操作时，坐标值会变化， Z 轴有异常声音，操作多次后驱动器报警。即是继电器 KA1 与 511 之间的连接 断开。用万能表的直流电压量程 200V 的档位去检查 511 的 XB1-110 与 131 的 XB1-54 之间是否存在电压。若存在电压，则表明这两点之间故障。22 号的诊断 现象是 Z 轴被制动，手动方式下作 Z 向移动操作时，坐标值会变化，Z 轴有异 常声音，操作多次后驱动器报警。即是继电器 KA4 线圈连线断开。用万能表去 检查 133 的 XB2-70 与 134 的 XB2-69.若存在电压，则是这两点之间故障了。27 号的诊断现象是系统界面显示 “准备未绪”，手动方式下分别作 X、Y、Z 轴移 动操作时，相应进给电机不能转动；相应坐标显示没有变化。即是继电器 KA1 线圈与 505 之间的连接断开。用万能表的直流电压量程 200V 的档位去检查 123 的 XB2-52 与 505 的 XB1-107 之间是否存在电压。若存在电压，则是这两点之间 故障了。28 号的诊断现象是 Z 轴被制动，手动方式下作 Z 向移动操作时，坐标 值会变化，Z 轴有异常声音，操作多次后驱动器报警。即是 JDO1-24 与 503 之 间的连接断开。用万能表的直流电压量程 200V 的档位去检查 503 的 XB1-105 与 565 的 XB1-139、565 的 XB1-139 与 567XB1-140、567XB1-140 与 505 的 XB1- 107、505 的 XB1-107 与 123 的 XB2-52、123 的 XB2-52 与 124 的 XB2-51、124 的 XB2-51 与 045 的 XB2-25 之间是否存在电压。若其中两之间有电压数值显示， 则表明这两点间断开。30 号的诊断现象是手动方式下作 Z 向移动操作时，Z 轴 电机不转动；Z 轴驱动器报警。即是 CNX6-1 引脚与 Z 轴伺服电机编码器 4 号引 脚连接被断开。CNX6-2 与电机编码器 5 号引脚连接断开。用万能表的直流电压 量程 200V 的档位去检查 239 的 XB5-21 与 241 的 XB2-22 之间是否存在电压。若 其中两之间有电压数值显示，则表明这两点间断开。47 号诊断现象是 Z 轴被制 包头轻工职业技术学院 机电工程系 数控教研室 14 动，手动方式下作 Z 向移动操作时，坐标值会变化，Z 轴有异常声音，操作多 次后驱动器报警。即是 JDO1-25 与 505 之间的连接断开。用万能表的直流电压 量程 200V 的档位去检查 505 的 XB1-107 与 123 的 XB2-52、123 的 XB2-52 与 124 的 XB2-51、124 的 XB2-51 与 045 的 XB2-25 之间是飞存在电压，若有其中 两点有电压数值显示，则是这两点之间故障了。 4.2 手轮故障 可以通过 KND1000 数控系统的第 11、21、36、37、44 号操作方式中的诊 断现象，11 号的诊断现象是手持操作器选择 Y 轴时无效。即是 Xs8-21 与 545 之间的连接断开。首先把手轮装置打去 X 的档位，再用万能表的直流电压量程 20V 的档位去检查 545XB1-129 与 571 的 XB1-142。若这两点有电压显示，则是 这两点断开了，有故障。21 号的诊断现象是手持操作器选择 X 轴时无效，即是 XS8-9 与 543 之间的连接断开。首先把手轮装置打去 X 的档位，再用万能表的 直流电压量程 20V 的档位去检查 543XB1-128 与 571 的 XB1-142 之间是否存在电 压。若这两点有电压显示，则是这两点断开了，有故障。36 号的诊断现象是在 手轮方式下作 X、Y、Z 轴移动操作时，相应的进给电机都不会转动；相应坐标 显示无变化，即是 XS8-24 引脚（手轮输出脉冲 A+）断开。用万能表的直流电 压量程 20V 的档位去检查 555 的 XB1-134 与 559 的 XB1-136 之间是否存在电压。 若这两点有电压显示，则是这两点断开了，有故障。37 号的诊断现象是在手轮 方式下作 X、Y、Z 轴移动操作时，相应的进给电机都不会转动；相应坐标显示 无变化，即是 XS8-25 引脚（手轮电源+5V）断开。用万能表的直流电压量程 20V 的档位去检查手轮电源 053 的 XB2-29 与 559 的 XB1-136 之间是否存在电压。 若这两点有电压显示，则是这两点断开了，有故障。44 号的诊断现象是在手轮 方式下作 X、Y、Z 轴移动操作时，相应的进给电机都不会转动；相应坐标显示 无变化，即是 XS8-18 引脚（手轮公共端）断开，选择移动轴和选择进给倍率的 两个波段开关失效。用万能表的直流电压量程 20V 的档位去分别检查 571 的 XB1-142 与 543 的 XB1-128、545 的 XB1-129、547 的 XB1-130、549 的 XB1- 131、551XB1-152、553 的 XB1-132 这些点之间是否存在电压。若 571 与这六个 点之间都存在电压，那就表明 XS8-18 引脚（手轮公共端）断开。 主要检测部分如下图所示： 包头轻工职业技术学院 机电工程系 数控教研室 15 图 3-1 说明：先检测 XB1-140 和 XB2-47 之间，如果有电压 24V，说明 XS8-17 与 567 之前的连接断开，所以故障点是 FA12。 测 XB1-140 和 Xb1-52 之间，没电压，说明器件正常。再测 XB2-52 和 XB2- 103 之间，有电压 24V，XB2-51 和 XB2-103 之间，有电压 24V，说明 124 至 124A 之间导线断开，所以 FA13 有故障。 测公共部分 XB1-51 和 XB2-52 之间，有电压 24V，XB2-57 和 XB2-58 之间， 有电压 24V，XB1-66 和 XB2-66 之间，电压 0V，XB2-63 和 XB2-105 之间，电压 24V，XB2-25 和 XB1-52，电压 24V，XB2-25 和 XB2-140 之间，电压 0V，所以应 为 XB2-144 和 XB2-150 之间断开，测得电压为 24V，所以 FA27 有故障。 同理：测公共部分 KA1，KA2，KA3 与 FA27 相同，测得 HXSB-45HGD 之间为 24V，所以断开，故 FA28 有故障 同理：测得公共部分 KA1，KA2，KA3 与 FA27、FA28 相同，再测得 JD01-