毕业设计（论文）-数控车削加工与维修技巧.doc

毕 业 设 计（论 文）题 目 数控车削加工与维修技巧 姓 名 学 号 所在学院 继续教育学院 专业班级 2013机电一体化技术 指导教师 日 期 2015年4月15日 数控车削加工与维修技巧摘要： 如今制造业的发展要求交货期短、加工成本低，传统的生产方式已难以适应，因此，cnc复合车削中心类的集约型机床备受关注。零件已趋于多种复合形状一体化的结构，由圆柱面和平面组成、不同侧面上分别有孔等等。要加工这类零件，除了车削以外，还必须具备其它的切削加工能力。如采用cnc复合车削中心就能在一台机床上完成多项加工工序，实现集约型加工。随着这种趋势的出现，用于cnc复合车削中心的车削刀具应运而生。 另外，随着高速铣削的出现，切削速度和进给速度越来越倾向于高速化。虽然车削的切削速度及进给速度也在提高，但却没有铣削变化大，其原因在于车削（连续切削）与铣削（断续切削）的切削方式不同，主要体现在以下几个方面： （1）由于车削通过工件旋转进行切削，所以保持工件的夹紧刚性、减少不平衡量、提高切削速度较困难。 （2）与断续切削的铣削相比，连续切削的车削对于刀具寿命会产生更为不利的影响。 因此，车削时如采用与高速铣削一样的小切深、高切速、快进给的切削条件，则很难实现高精度及高效率加工。但车削加工也在寻求新的发展，正在进行能使加工集约化、生产快速化、生产设备简单化、加工周期短期化以及成本低廉化所要求技术的开发。cnc复合切削是一种发展趋势，它要求可采用车削刀具和回转刀具，且可加工多种形状的产品。关键词：数控车床，车削加工，维修目录1 引言42 数控车削加工的刀42.1 刀具材料42.2 刀刃形状62.3 车削用刀柄62.3.1充分发挥刀片性能的刀柄 62.3.2刀柄一体化车刀 62.4.1多功能切削刀具 72.4.2用于车削加工的铣削刀具 73 数控机床维修工作73.1人员方面 73.2物质方面 83.3预防性维护 94.数控车床故障的处置与分析 104.1车床故障处置 104.2车床故障分析 10 5.数控车床故障排除的方法13结束语17致谢18参考文献181 引言数控机床是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备，是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物。随着数控机床的发展与普及，现代化企业对于懂得数控加工技术、能进行数控加工编程的技术人才的需求量必将不断增加。数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。本文就数控车床零件加工和数控车床的维修进行了深入的探讨。2 车削用刀具 用于车削加工的刀片一直以涂层硬质合金为主，要求刀片寿命长、可靠性高、能适应高速切削等特性。由于工件毛坯净成形技术的发展，加工余量逐渐减小，使切削更稳定，因此刀具寿命就成了选择刀具的关键。提高刀具使用寿命的方法并不像立铣刀那样改进切削刃形状，而是针对刀具材质制定对策，以提高硬质合金涂层的耐磨性来延长刀具寿命。另外，几年前就已出现了在不降低切削表面光洁度的情况下提高进给量的特殊刀尖形状（具有铣刀修光刃效果的形状）的可转位刀片。 2.1 刀具材料 车削用可转位刀片以涂层硬质合金为主这一点变化不大，但近年来以高速切削和提高刀具寿命为目的的新型涂层和基体材料的开发有了很大进展。涂层硬质合金近年来也有了新的发展，如金属陶瓷具有很高的抗粘结性，在hrc40以下钢材的精加工时可进行高速切削，且表面粗糙度低；但它在切削时的耐热性和抗冲击性较差，所以适用范围有限。若使用金属陶瓷（平滑的pvd tialn涂层）涂层，就可以既能保证表面粗糙度低，又能通过提高耐磨性达到延长刀具寿命的目的。 以前采用cbn刀具加工硬度达hrc50的高硬度钢材，现在由于涂层硬质合金刀片性能的提高，也完全能够胜任对高硬度钢的切削加工，从而使涂层硬质合金刀片的适用范围日趋扩大。 车削用可转位刀片主要采用cvd涂层工艺提高涂层的结合强度和可靠性，其耐磨性和抗崩刃性能等与过去相比有了大幅度提高，下面作具体介绍： （1）耐磨性提高 在实际应用中，可以通过细颗粒的al2o3平滑涂层的厚膜化来提高硬质合金基体与涂层的附着强度，从而提高耐磨性；也可以通过提高tialn涂层中al的比例来增强耐磨性能。 车削铸铁用的可转位刀片通过除去前刀面的tin层和添加特殊涂层（提高结合强度和前刀面耐磨性能），可以满足高速切削条件，延长刀具寿命。si系复合膜（非结晶si-n纳米复合结构的涂层）具有耐氧化特性（氧化初始温度为1100以上，一般的tialn涂层为900以上）和高硬度的特征，能够高速切削铸铁（300m/min以上）。 （2）抗崩刃性提高 对硬质合金基体（超细颗粒合金）进行表层强韧化处理，能防止切削时刀片刃口的崩刃及破损等，因此刀具制造商对涂层基体的改进从未间断过。同时，在涂层硬质合金方面采用了改善基体与涂层的结合强度作为提高刀具可靠性和寿命的关键措施。例如，有实验报告表明，如果提高硬质合金基体的表面粗糙度，就会加大涂层的结合强度，因此，有关硬质合金基体表面特性的研究成果指日可待。 （3）粘结现象减少 在质软且韧性高的scm系钢材车削加工中，刀片切削刃容易发生材料粘结现象，引起涂层剥离及崩刃的发生。采用特殊ti化合物使涂层表面平滑的刀片可以抑制崩刃及粘结现象的发生。 （4）刀片刃口更加锋利 为防止涂层硬质合金刀片刃部涂层剥离，一般的方法是将刃口做成r形状。在小零件和沟槽切削时所用刀片的刀刃很锋利，所以，pvd涂层厚度控制在3m最适用。 2.2 刀刃形状 最近，可以减小切削阻力的正前角三维复杂曲面形状的断屑槽增多，主要分为双面断屑槽和单面断屑槽，前者适用于切深小的轻切削，后者适用于切深大的重切削。 由于刀刃形状采用三维cad设计方法，开发能力显著提高，随着成形技术的进步，已可精确地显示出自由曲面的形状。例如，刀尖刀刃部位的倒棱形状等细微部分的精确成形更有利于切削性能的提高。 两个角带有45角的四角形刀片的独特刀刃形状可满足中、粗切削中高速快进给的切削条件，抑制边界磨损的发生，有望在耐热合金和钛合金的车削中提高加工效率，延长工具寿命，提高切屑处理能力。 为追求车削加工的高效率和高精度，前几年各切削工具生产厂家就研制出了具有修光刃功能的刀刃形状，即刀尖r与直线刀刃连接处有一个类似于铣刀刀片修光刃的刃部。采用修光刃和r形刀尖刀片进行精加工时，在不降低光洁度的情况下，可提高进给速度，实现高效率及高精度的加工。 采用具有修光功能的刀片进行cnc切削时，由于它与传统圆角刀片的刀刃位置不同，编程时需要进行修正。 对于切槽和切断刀片，采用压制成型的独立断屑槽形状和刀尖部位能承受切削力的凹形。这种用成型技术制成的形状复杂的高性能切槽、切断刀片，已有专业切削工具厂家在生产。 3 车削用刀柄 在实现高效率、高精度的切削目标中，刀柄的作用越来越大。 3.1 充分发挥刀片性能的刀柄 众所周知，车削中通常采用可转位车刀，其刀片装夹的刚性对工具寿命的稳定、延长以及加工精度起着决定性作用。如同时采用固定销和压板压紧的刀片固定方式，这种方式具有很高的刚性及可靠性，用途广泛。 3.2 刀柄一体化的车刀 随着cnc复合车削中心的普及，出现了能与加工中心通用的工具设计方案，该方案中车削刀具与刀柄集成一体，与加工件的接近性好，能保证稳定而精密的切削。尤其是复合型刀柄，可同时安装三把不同的车刀，节省了换刀时间，可完成粗车、精车、车外圆、车螺纹等不同工序的连续加工，从而实现了高效加工，刀柄配有可同时向两把车刀供应冷却液的（喷雾冷却剂、空气、切削液）注入孔，能够顺利冷却 4.车削工艺 4.1 多功能切削刀具 用于cnc复合车削中心的多功能切削刀具由于刀刃形状及刀具结构的不同，使得切削加工呈现多样化。使用这种刀具加工零件与使用内外径车刀、内外螺纹车刀、立铣刀及钻头等通用刀具相比，实现了多功能刀具的简单化。市场上已出现了能适应小型零件加工的涂层硬质合金整体多功能切削刀具。 4.2 用于车削加工的铣削刀具 车削中通常用车刀加工圆柱体，如果采用立铣刀加工圆柱体，则可达到效率高、断屑易的效果。众所周知，与车削的连续切削相比，立铣刀的断续切削在延长工具寿命方面十分有利。随着cnc复合车削中心的普及，采用车削和铣削的复合切削的加工方式将会不断增加。三、 数控车床维修工作数控车床的身价从几十万元到上千万元，一般都是企业中关键产品关键工序的关键设备，一旦故障停机，其影响和损失往往很大。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，更对其保养及维修工作关注太少，日常不注意对保养与维修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，为了充分发挥数控车床的效益，我们一定要重视维修工作，创造出良好的维修条件。1人员方面数控车床电气维修工作的快速性、优质性关键取决于电气维修人员的素质条件。1）首先是有高度的责任心和良好的职业道德。2）知识面要广，要学习并基本掌握有关数控车床电气控制的各学科知识，如计算机技术、模拟与数字电路技术、自动控制与拖动理论、控制技术、加工工艺以及机械传动技术，当然还包括基本数控知识。3）应经过良好的技术培训，数控技术基础理论的学习，尤其是针对具体数控车床的技术培训，首先是参加相关的培训班和车床安装现场的实际培训，然后向有经验的维修人员学习，而更重要且更长时间的是自学。4）勇于实践，要积极投入数控车床的维修与操作的工作中去，在不断的实践中提高分析能力和动手能力。5）掌握科学的方法，要做好维修工作光有热情是不够的，还必须在长期的学习和实践中总结提高，从中提炼出分析问题、解决问题的科学的方法。6）学习并掌握各种电气维修中常用的仪器、仪表和工具。7）掌握一门外语，特别是英语，起码应做到能看懂技术资料。2物质方面 1）准备好通用的和某台数控车床专用的电气备件。2）非必要的常备电器元件应做到采购渠道快速畅通。3）必要的维修工具、仪器仪表等，最好配有笔记本电脑并装有必要的维修软件。4）每台数控车床所配有的完整的技术图样和资料。5）数控车床使用、维修技术资料档案。3预防性维护预防性维护的目的是为了降低故障率，其工作内容主要包括下列几方面的工作：1）人员安排为每台数控车床分配专门的操作人员、工艺人员和维修人员，所有人员都要不断地努力提高自己的业务技术水平。2）建档针对每台车床的具体性能和加工对象制定操作规章，建立工作与维修档案，管理者要经常检查、总结、改进。3）日常保养对每台数控车床都应建立日常维护保养计划，包括保养内容(如坐标轴传动系统的润滑、磨损情况，主轴润滑等，油、水气路，各项温度控制，平衡系统，冷却系统，传动带的松紧,继电器、接触器触头清洁，各插头、接线端是否松动，电气柜通风状况等等)及各功能部件和元气件的保养周期(每日、每月、半年或不定期)。4）提高利用率数控车床如果较长时间闲置不用，当需要使用时，首先车床的各运动环节会由于油脂凝固、灰尘甚至生锈而影响其静、动态传动性能，降低车床精度，油路系统的堵塞更是一大烦事；从电气方面来看，由于一台数控车床的整个电气控制系统硬件是由数以万计的电子元器件组成的，他们的性能和寿命具有很大离散性，从宏观来看分三个阶段：在一年之内基本上处于所谓“磨合”阶段。在该阶段故障率呈下降趋势，如果在这期间不断开动车床则会较快完成“磨合”任务，而且也可充分利用一年的维修期；第二阶段为有效寿命阶段，也就是充分发挥效能的阶段。在合理使用和良好的日常维护保养的条件下,车床正常运转至少可在五年以上；第三阶段为系统寿命衰老阶段，电器硬件故障会逐渐增多，数控系统的使用寿命平均在810年左右。因此，在没有加工任务的一段时间内，最好较低速度下空运行车床，至少也要经常给数控车床通电,甚至每天通电。 四 数控车床故障的处置与分析一、车床故障处置 一旦cnc系统发生故障，系统操作人员应采取急停措施，停止系统运行，保护好现场处理故障。二、车床故障分析 1故障的表现1）系统发生故障的工作方式工作方式有：tape（纸带方式）、mdi（手动数据输入方式）、memory（存储器方式）、edit（编辑）、handle（手轮）、jog（点动）方式2）mdi/dpl（手动数据输入/显示）。3）系统状态显示有时系统发生故障时却没有报警，此时需要通过诊断画面观察系统所处的状态。4）定位误差超差情况。5）在crt上的报警及报警号。6）刀具轨迹出现误差时的速度。 2故障的频繁程度1）故障发生的时间及频率。2）加工同类工件时，发生故障的概率。3）故障发生的方式，判别是否与进给速度、换刀方式或是与螺纹切削有关。4）出现故障的程序段。 3故障的重复性1）将引起故障的程序段重复执行多次进行观察，来考察故障的重复性。2）将该程序段的编程值与系统内的实际数值进行比较，确认两者是否有差异。3）本系统以前是否发生过同样故障？ 4故障的外界状况1）环境温度。2）周围的振动源。3）系统的安装位置检查，出故障时是否受到阳光的直射等。4）切削液、润滑油是否飞溅到了系统柜、系统柜里是否进水，受到水的浸渍（如暖气漏水）等。5）输入电压调查，输入电源是否有波动、电压值等。6）工厂内是否有使用大电流的装置。7）近处是否存在干扰源。8）附近是否正在修理或调试车床、安装了新车床等。9）重复出现的故障是否与外界因素有关？ 5有关出现故障的操作情况1）经过什么操作之后才发生的故障？2）车床的操作方式对吗？3）程序内是否包含有增量指令？ 6故障时的车床情况1）车床调整状况。2）车床在运输过程中是否发生振动？3）所用刀具的刀尖是否正常？4）换刀时是否设置了偏移量？5）间隙补偿给的是否恰当？6）机械零件是否随温度变化而变形？7）工件测量是否正确？ 7故障时车床的运转情况1）在运转过程中是否改变过或调整过运转方式？2）车床是否处于报警状态？是否已作好运转准备？3）车床操作面板上的售率开关是否设定为0？4）车床是否处于锁住状态？5）系统是否处于急停状态？6）系统的保险丝是否烧断？7）车床操作面板上的方式选择开关设定是否正确？ 8车床和系统之间接线情况1）电缆是否完整无损？2）交流电源线和系统内部电线是否分开安装？3）电源线和信号线是否分开走线？4）信号屏蔽线接地是否正确？5）继电器、电磁铁以及电动机等电磁部件是否装有噪声抑制器？ 9cnc装置的外观检查1）车床柜检查破损情况和是否是在打开柜门的状态下操作？2）车床柜内部风扇电机工作是否正常？3）纸带阅读机是否有污物？4）电源单元保险丝是否正常？5）电缆连接器插头是否完全插入、拧紧？6）印刷线路板。印刷线路板数量有无缺损？7）mdi/crt单元。 五、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、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。10原理分析法根据cnc系统的组成原理，可从逻辑上分析各点的逻辑电平和特征参数（如电压值或波形），然后用万用表、逻辑笔、示波器或逻辑分析仪进行测量、分析和比较，从而对故障定位。运用这种方法，要求维修人员必须对整个系统或每个电路的原理有清楚的、较深的了解。除了以上常用的故障检查测试方法外，还有拔板法，电压拉偏法，开环检测法