（机械工程专业论文）hmc40加工中心与cobra42数控车床的故障分析与系统维修.pdf

摘要 数控机床是现代化机械制造企业所必需的重要设备 数控维修技术水 平的高低直接影响到数控机床的有效利用 本文对眉山车辆厂的数控机床使用情况进行了概述 指出了影响数控 机床合理有效使用的不足之处 为此 本文力求通过对i i m c 4 0 力u 工中心及 c o b r a 4 2 数控车床故障分析 维修技术等方面的理论探讨 经验总结 达到 协助企业充分利用数控设备资源 创造更多经济效益的目的 为便于故障分析和处理 文章论述了六种常用的数控机床故障分类方 法 对电气 机械 液压 气压故障进行分析 作出了通用的故障诊断流程 图 简述了故障的常规处理方法 在此基础上 进一步对具有代表性的h m c 4 0 加工中心和c o b r a 4 2 数控车床的常见机械故障的分析 排除方法进行了论 述 并将液压 气压系统故障的部分形式涵盖在内 j i i z q l 1 i j j l 械故障主要 研究三方面 机械方面故障 程序错误 零件加工精度不良 数控车床机 械故障主要研究了液 气压部分 主轴箱部分 转塔部分 尾靡部分故障 加工精度方面的故障和润滑故障等几方面 以s i n u m e r i k 系列数控系统为 例 论述了数控系统的软件配置 软件故障产生原因分析 软件故障排除 方法 提出了接口信号法 p l c 程序法等九种数控系统常用维修方法 简介 了西门子与f a n u c 数控系统的代表性系列 列举了大景自h f 心与数控车 床维修实例 关键词 加工中心 数控车床 故障分析 维修 a b s t r a c t n cm a c h i n et o o l sa r e i m p o r t a n t e q u i p m e n t s i nm o d e r n m a c h i n o f a c t u r ee n t e r p r i s e n cm a i n t e n a n c et e c h n i ci n f l u e n c e st h e u s a g eo fn cm a c h i n et o o l s t h eu s a g ec i r c u m s t a n c e so fn cm a c b i i l et o o l si nm e i s h a nr o l l j n g s t o c kw o r k sh a sb e e ns u m m a r i z e d t h es h o r t a g e so ft h e u s a g eo fn c m a c h i n et o o l si nt h i se n t e r p r js ew e r ep r e s e n t e d t h e r e f o r et h et h e s i s t r i e sh a r dt oa t t a i nt h ep u r p o s et h a t h e l pt h ee n t e r p r i s et om a k e u s ea d e q u a t e l yo fn ce q u i p m e n t sr e s o u r c e sa n dc r e a t em o r ee c o n o m i c p e r f o r m a n c e sb yt h et h e o r i e ss t u d ya n dt h ee x p e r i e n c es u t l m a r yo ft h e f a u l ta n a l y s i sa n dt h em a i n t e n a n c et e c h n i co fi t m c 4 0m a c h i n i n gc e n t e r a n dc o b r a 4 2n cl a t h e s i xf a u l tc l a s s i f i c a t i o nm e t h o d sh a v eb e e nj r e s o n t e d t h e e l e c t r i c m e c h a n i c a la n dh y d r a u l i c a i rp r e s s u r ef a u t sb a v eb e e n a n a l y z e d af a u l td i a g n o s i sf l o wc h a r th a sb e e np l o t t e d b a s e do n t h ed i s c u s s i o n t h er e p r e s e n t a t i v ea n a l y s i sa n de li m in a t io nm e t h o d s o ft h ec o m m o nm e c h a n i c a lf a u l t so fh 眦4 0m a c h i n i n gc e n t e ra n dc o b r a 4 2 n cl a t h ew e r ei n t r o d u c e d s o m eh y d r a u l i c a i rp r e s s u r es y s t e mf a u l t s w e r ei n c l u d e dt o o t h em e c h a n i c a lf a u l t s p r o g r a me r r o ra n dp o o rp a r t m a c h i n i n ga c c u r a c yi nt h em a c h i n i n gc e n t e rf a u l t sh a v eb e e ns t u d i e d i nt h en cl a t h ef a u l t s t h eh y d r a u l i c a i rp r e s s u r e h e a d s t o c k t u r r e t t a i l s t o c k m a c h i n i n ga c c u r a c ya n dl u b r i c a t ee t c h a v eb e e nd i s c u s s e d i nt h et h e s i s n cs y s t e ms o f t w a r ec o n f i g u r 8 t i o n s o f t w a r ef a u l t s a n a l y s i s s o f t w a r ef a u l t se l i m i n a t i o nm e t h o d s o fs i n u m e r i kn cs y s t e m h a v eb e e nd i s c u s s e dt o o n i n en cs y s t e mm a i n t e n a n c em e t h o d sh a v eb e e n s u g g e s t e d s i e m e n sa n df a n u cn cs y s t e m s o m em a i n t e n a n c ee x a m p l e s h a v eb e e ni n t r o d u c e di nt h et h e s i s k e yw o r d s m a c h i n i n gc e n t e r n cl a t h e f a u l ta n a l y s i s m a i n t e n a n c e 第1 章绪论 1 1 数控机床的发展概况 数控机床是多品种小批量生产的高效自动化的技术群体 数控机床主 要组成部分是数控车床 加工中心 数控磨床 数控铣床和数控电加工机 床 它是把多工序加工 切削处理 刀具绻损和测量等各种功能集为一体 的自动化机床 数控机床经济性能好 生产效率高 广泛地受到机械加工 制造业的欢迎 随着市场经济的发展 市场不断地对产品提出了多样化和商品流通快 的要求 这就要求厂家将大量的工件采用集约化的形式生产出来 这样 就出现了高效率 高精度的数控机床 随着生产规模的扩大 数控机床得 到了蓬勃的发展 数控机床首先诞生在飞机制造业上 1 9 4 9 年 美国j o h n t p a r s o n s 为了制造飞机机翼轮廓的板状样板 用手工制作非常复杂 就提出了在坐 标镗床上用脉冲信号控制加工的方法 这就是数控机床诞生的出发点 p a r s o n s 和麻省理工学院的伺服机构研究所于1 9 5 1 年研制成功数控三坐标 铣床 1 9 5 5 年用于制造航空零件的数控铣床正式问世 1 9 5 6 年日本富式通 公司研制成功数控转塔式冲床 美国g l 公司研制出长1 2 m 的数控蒙皮铣床 此时美国i b m 公司也研制成功了a p t 7 3 具程序控制装置 1 9 5 6 年美国帕 克工具公司研制成功了数控转塔钻床 1 9 5 8 年美国腿f r 公司研制出带a t c 自 动刀具交换装置 的加工中心 1 9 5 9 年 数控机床已可用于片状复杂零件 的加工 1 9 6 0 年数控机床不仅能用予轮廓加工 而且还可用于冲医和钻削 加工 这时 数控机床已从半闭环控制发展成全闭环控制 以后相继问世 的有三井精机的坐标镗床 牧野的数控铣床 日立制作所的双立柱数控万 能工作机等 1 9 6 6 年日本f a n u c 研制出全集成电路化的数控装置 1 9 6 7 年出 现了f 鲥c 柔性制造系统 1 9 7 8 年以后 加工中心急速发展 带有a t c 装 置 可实现钻 铣 镗 攻丝等多种工序的加工 步入机床发展史的黄金 时期 近年来 数控机床的性能 加工精度 操作性能及可靠性都有新的发 展 由于大量使用数控机床 生产效率获得极大的提高 在我国 数控机床的发展起步较早 但几经周折 走了不少弯路 目 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 页 前 我国生产数控机床的企业已有5 0 多家 能进行批量生产的就有近4 0 家 到1 9 9 7 年就形成了年生产一万台的生产能力 但就总体来讲除国产的经济 型 低价位的数控机床外 中档及以上的产品竞争力较低 装备各行业所 需的数控机床 主要依靠进口解决 国产数控机床的市场占有率不n 3 0 我国数控机床发展缓慢 与国外先进水平相比差距较大的原因主要是结构 不合理 分散重复生产 科技投入严重不足 新产品开发能力弱 产品质 量不稳定 服务跟不上 外向型经济发展滞后 引进技术不力等等 数控机床在我国的使用还是上世纪八卜年代初的事 到1 9 8 1 年我国仅 有数控机床8 9 1 台 而当时日本拥有2 5 9 2 6 台 原苏联1 0 1 0 0 台 美国8 9 4 5 台 经过十年到1 9 9 0 年 我国拥有数控机床量达蛰j 3 2 9 6 台而日本已达至u 6 1 6 9 1 台 又经过近十年 到1 9 9 8 年我国各行业共拥有数控机床1 3 万台 数控机 床的技术水平高低 技术构成状况和拥有量的多少 是衡量一个国家工业 现代化水平的重要标志 我国数控机床占机床总拥有量的比重 即数控化 率 拥有数量也只相当于工业发达国家8 0 年代至i j 9 0 年代初的水平 1 2 数控机床在现代机械制造中应用的重要性 科学技术的发展和社会经济的进步对现代机械制造技术提出了许多新 的和更高的要求 如要求制造技术必需具有实现高精度和稳定地加工复杂 形状零件表面的能力i 要求企业的制造技术必需具有尽可能大的柔性 灵 活性 能根据市场需求的变化快速调整自己的产品生产 提高企业的竞 争能力 要求现代制造技术必需能高度自动化 以便能在较长的时间 2 4 h 7 2 h 或更长的时间 内实现 无人 或少人参与的安全生产 要求现代制造 技术能不受专家条件的限制和生产过程更好的优化 逐步实现智能化的制 造技术 i m t 和智能化的制造系统 i m s 所有上述的对现代机械制造技术的要求 显然普通机床和刚性自动化 设备 都是不可能综合满足的 只有现代的数控机床才能担此重任 因为 数控机床是电子技术 信息技术和机床技术相结合的产物 其本质上是 数 据驱动 和软件控制的自动化设备 并且正朝着 知识驱动 的智能化发 展 与传统的普通机床比 现代数控机床有许多优点和特点 最大的特点 是加工复杂的零件不要求专门的工夹具 生产准备周期短 加工过程所需 的运动和动作 包括切削速度和进给量的改变 刀具的更换和补偿 工件 的上 下和装夹 润滑油和冷却液的供给等 全部可以编入程序并按程序 西南交通大学硕士研究生学位论文 第3 页 执行 不需人的参与 定位误差 刀具误差 环境温度变化和重力变形带 来的误差等 均可以通过专门设定的模型进行补偿 还可以通过数控系统 赋予数控机床其他功能 如检测监控功能 诊断功能 自动编程功能等 这就意味着现代数控机床具有较高的加工精度和效率 更高的柔性自动化 程度 更易于集成为具有更好综合性能的制造单元和制造系统 并向智能 化发展 基本上都满足了现代机械制造技术的要求 所以说 数控机床是 发展现代化机械制造技术所必需的基础设备 1 3 届山车辆厂数控机床的概况 眉山车辆厂为了满足铁路车辆制动机产品高精度 高效率加工的需要 1 9 8 4 年首先从日本引进m c 6 5 型加工中心 后来又相继从美国 德国 瑞典 日本等国引进和国内购置了许多加工中心 数控车床 数控铣床 电火花 机床 车铣中心等数控设备 加上九十年代工厂自行组织改造的一些数控 机床 到目前为止已拥有各类数控机床4 5 台 占全厂设各拥有量的2 其 中5 年役龄以下的1 0 台 6 1 5 年役龄的3 4 台 1 6 年以上役龄l 台 眉山车辆厂的数控机床主要集中在制动机公司 在使用 管理 维修 方面已经积累了相当的经验 在组织上成立了专门的数控和加工中心班组 在操作上都是经过考核上岗的技术工人 在技术人员上有着高中级职称的 技术人员从事数控机床的管理 编程 维护工作 在生产上能较好地发挥 和利用数控机床的优势创造效益 但是 也存在着一些不足之处 1 组织管理脱节 往往参与选型 组织进口和参加培训的人员 不是 未来使用 管理 技术服务和维修人员 在拆箱 安装 调试过程中随机 的工具 资料 配件出现丢失 不配套等 造成的后遗症都留给了现场工 作人员 从而造成后来维修 保养上的困难 2 人员变动频繁 无论管理人员还是技术人员变动都过于频繁 给在 维修工作中的经验积累 各种资料的保存 数控加工能力的充分开发利用 新技术 新工艺的掌握和应用 长远规划的实施等等 都造成了不良的后 果 3 操作人员虽然都是经过培训上岗的熟练工人 但由于历史的原因造 成的这些人的文化水平相对来说都比较低 让他们进一步掌握数控方面的 新技术确实是勉为其难 所以出现了什么问题 故障很难独立排除 有的 还会谡使事放扩大化等 西南交通大学硕士研究生学位论文 第4 贞 4 由于多年来从不同厂商购置数控设备 使得种类 型号 系统类型 较多 同时近年来数控技术发展很快 而对管理 技术 操作人员的分期 分批的系统培训没有及时跟上 加之相关人员人数配置 职能划分不尽合 理 因此在设备管理和技术深入等方面都有所欠缺 以上情况 都不同程度地影响了数控机床的利用率 造成过多的停台 不少机床处于不良状态 直接影响了企业的经济效益 1 4h m c 4 0 j g 工中心及c o b r a 4 2 数控车床简介 a h m c 4 0 力g 工中心 图卜1 1 9 9 1 年从瑞典s a t o 公司引进 主要担负铁路制动机产品中具有复杂型腔 的箱体类零件加工任务 它采用数控机床两大数控系统之一的德国西门子 系统 具体为s i n u m e r i k8 5 0 系统 同时作为眉山车辆厂早期使用的数控 机床和加工中心类数控机床 它也具有一定的代表性 故选作本课题主要 研究对象之一 图1 1i 璀c 4 0 加工中心 主要技术参数如下 容量 亘蜜窑湮盔堂亟 塑窒圭兰焦迨塞苎 要 x 轴方向行程 6 1 0 r a m z 轴方向行程 5 5 0 r a m y 轴方向行程4 6 0 m m 中心距 工作台一主轴4 3 0 5 r a m 距离 工作台中心轴线一主轴头1 1 5 6 6 5 m 托板表面一主轴中心轴线5 0 5 l o i i i i n 工作台 托板尺寸4 0 0 5 0 0 r a m 或4 0 0 x4 0 0 r a m 分度位置 分度工作台 3 6 0 1 数控工作台不定 多样 工件最大重量3 0 0 k g 最大切向转矩 2 7 5 0 n m 主轴 转速范围 功率 主轴直径 刀具夹紧力 4 0 吨0 0 0 r p m 1 1 1 k w 9 0 m m 2 0 l n 进给量 x y z 轴上进给速度 o 1 5 0 0 0 衄 m i n x y z 轴上快速进给 1 5 0 0 m m i n x y z 轴上进给力 1 2 5 k n b 轴上进给速度 o 4 0 0 0 d e g r e e s m in b 轴上快速进给4 0 0 0 d e g r e e s m i n b 辙上进给力 5 o k n 测量装置 x y z 轴线性换能传感器 b 轴 脉冲发生器 刀具交换装置 刀库容量 9 6 把刀 亘壶童道盔堂塑圭瑟童生堂焦迨窒塑 蔓 托板交换装置 托板数量 工件交换器 工件最大直径 工件最大重量 冷却装置 泵最大流量 泵最大压力 机床坐标原点 2 个 1 3 0 n i n 2 5 0 m m 2 0 k g 1 3 0 1 m i n 0 4 m p a x o 2 5 0 m m 工作台中心线一主轴轴线 y o 4 5 0 m m 到第五轴的中心线 7 m 6 4 5 m m b n o 主轴功率 转矩曲线 西南交通大学硕士研究生学位论文 弟7 贝 b c o b r a 4 2 数控车床 图1 3 1 9 9 9 年从美国h a r d i n g e 公司引进 主要担负铁路制动机产品中具有较 高精度要求的杆套类零件加工任务 它采用数控机床两大数控系统之一的 目本f a n u c 系统 具体为f a n u c2 1 t 系统 同时作为眉山车辆厂近期投入 使用的数控机床和数控车床类数控机床 它也具有一定的代表性 故选作 本课题另一主要研究对象 主要技术参数如下 基本参数 床面上最大回转直径 3 2 0 r a m 最大车削直径 1 5 2 衄 最大车削长度 2 7 5 眦 加工最大棒料直径4 2 m 主轴转速范围 5 0 5 0 0 0 r m i n 主电机功率 7 5 k w 亘直奎湮盔兰亟土塑窒塞兰焦迨窒塑 墨 快速进给速度 1 6 m m i n 最小设定单位0 0 0 1 m m 卡盘 卡盘公称直径 卡盘端面至尾座端在距离 卡爪行程 卡盘夹紧力 转塔 刀盘工位数 刀具最大尺寸 刀位换刀时间 尾座 尾座行程 尾座套筒锥孔 尾座最大压力 1 6 5 觚 7 8 7 蕊 1 2 7 m m 1 4 5 k n 1 2 2 0 2 0 1 2 0 咖 相邻1 5 s 1 8 0 2 2 s 5 5 8 m m 3 号莫氏锥孔 3 4 2 k n 亘壹童堡盔鲎塑 堡窒圭堂焦途塞 麴 套筒行程 1 0 2 r a m 电气箱 圈1 嗡电气箱 a 电源入线 b 主轴驱动单元 p 轴伺服装置d 输入 输出 i o e 2 4 v 电源供应 f 一电源分配 g 控制系统 亘塑銮道盔堂亟 丛窒生雯焦迨塞堇 蔓 1 5 本研究课题的主要研究内容 本人在眉山车辆厂一直从事数控设备的管理和维修工作 有感于工厂 虽然拥用较多的数控设备做为技术支撑 但总体状况并不容乐观 正如前 面所述 数控设备管理脱节 状态普遍不佳 故障率高 开机率低 并且 经验总结 理论研究和技术提高等方面的欠缺等等都或多或少地阻碍了对 数控设备的有效 高效 深入利用 因此本研究课题的出发点就在于通过 对咖c 4 0 加工中心 c o b r a 4 2 数控车床等具有代表性的数控机床的故障分析 排除 维修等方面的理论探讨 经验总结 以期协助企业充分利用数控设 备资源 达到为生产经营更好地服务 创造更多经济效益的目的 在参考国内外有关文献的基础上 对自己在数控设备管理 维修工作 中涉及机 电 液 气四大系统的检测 诊断 维修所进行的理论研究和 实际运用进行了总结 形成了较为系统的对数控机床使用 维修 保养 故障监测与排除等一套理论 本文对该企业数控设备的维护 检修及管理 工作具有一定的理论指导意义 第2 章数控机床故障分类及对策分析 2 1 数控机床故障分类 数控机床作为一类技术复杂的机电一体化设备 其故障发生的原因也 相应较为复杂 给故障诊断和排除带来相当的困难 为便于故障分析和处 理 通常可按如下一些方法进行分类 a 按发生故障的系统部位分类 数控机床故障按发生的部位来看通常可分为电气系统故障 机械系统 故障 液压 气压与液压大致相同 系统故障 电气系统故障又可分为强电线路故障与数控系统故障 强电线路故障 一般是由各种继电器 接触器线路故障与保护线路及各种传感器故障造成 的 数控系统故障主要是由于其硬件和软件故障形成的 机械系统故障表现在运动失效和精度超差两个方面 运动失效大多是 减速箱 丝杠螺母副 导轨副等故障造成的 而精度超差又可分为几何精 度超差 传动精度超差 运动精度超差和位置精度超差 液压 气压系统故障的出现一般是由机械电气引起的故障 液 气压传 动与控制故障造成的 液压传动与控制故障又可体现在驱动部分的故障 执行部分的故障 控制部分的故障 辅助部分的故障 b 按故障发生频率分类 数控机床的故障发生频率在其服役期内不同时期是不尽相同的 从理 论资料得知 设备在运行中有一种固有的特性曲线叫 浴盆曲线 见图 2 1 故障率 使用时间 图2 1 浴盆曲线 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 2 页 因此也可将故障类型分为初期故障 偶发故障和磨损故障 初期故障是设备使用初期的故障 此时故障的原因多数是设计 制造 和装配存在的缺陷引起的 偶发故障是在正常运转阶段 由于操作和维护不良而造成的 磨损故障是由于年久失修和磨损而产生的故障 也是发生频率较高的 一类故障 c 按发生故障的部件分类 按发生故障的部件可分为主机故障和电气故障 数控机床的主机部分 主要包括机械 润滑 冷却 排屑 液压 气 动与防护等装置 常见的主机故障有 因机械安装 调试及操作使用不当 等原因引起的机械传动故障与导轨运动摩擦过大故障 故障表现为传动噪 声大 加工精度差 运行阻力大 液压 润滑与气动系统的故障主要是管 路阻塞和密封不良 电气故障分弱电故障与强电故障 弱电部分主要指c n c 装置 p l c 控制 器 c r t 显示器以及伺服单元 输入 输出装置等电子电路 这部分又有硬 件故障与软件故障之分 硬件故障主要是指上述各装置的印制电路板上的 集成真路芯片 分立元件 接插件以及外部连接组件等发生的故障 常见 的软件故障有 加工程序出错 系统程序和参数的改变或丢失 计算机的 运算出错等 强电部分是指继电器 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电路 d 按发生的故障性质分类 按性质可分为系统性故障和随机性故障 系统性故障通常是指只要满足一定的条件或超过某一设定的限度 工 作中的数控机床必然会发生的故障 如 机床加工因切削量过大达到某一 限值时必然会发生过载或超温报警 随机性故障通常是指数控机床在同样的条件下工作时只偶然发生一次 或两次的故障 这类故障的发生往往与安装质量 组件排列 参数设定 元器件品质 操作失误与维护不当 以及工作环境影响等诸因素有关 由 于其偶发性 进行原因分析与故障诊断较其它故障困难锝多 e 按故障发生后有无报警显示分类 有报警显示的故障又可分为硬件报警显示与软件报警显示 硬件报警显示通常是指各单元装置 如控制操作面板 伺服控制单元 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 3 页 主轴单元等 上的警示灯的故障状态指示 借助相应部位上的警示灯可大 致分析判断出故障发生的部位与性质 软件报警显示通常是指c r t 显示器上显示出来的报警号和报警信息 包 括n c 报警和p l c 报警 可对照维修手册有关n c p l c 故障报警的相关内容进 行故障查找 对于无报警显示的一类故障 分析诊断难度较大 通常要具体情况具 体分析 f 按故障发生的原因分类 按原因分类可分为数控机床自身故障和外部故障 前一类故障是由于数控机床自身的原因引起的 与外部使用环境无关 数控机床绝大多数故障均属此类故障 外部故障是由于外部原因 如环境温度过高 供电电压波动较大 人 为操作失误等 造成的 2 2 数控机床的故障分析 按照故障发生的系统部位对数控机床的故障在此作一简要分析 幺2 1 电气部分故障 强电线路故障 对这种发生在各种继电器 接触器 线路等方面的故 障由于工人和技术人员都有相当的知识 技术和经验 较易发现和排除 而对于发生在数控系统硬件或软件上的故障如 p l c 故障 n c 故障 驱动系 统故障 数据或程序丢失 处理错误等故障较常出现 判断和排除起来却 比较困难 数控系统型号多 更新快 不同制造厂 不同型号的系统往往 差剐很大 能熟练维修f a n u c 数控系统不一定能迅速排除s i e m e n s 系统的故 障 因此对维修人员的素质要求较高 数控系统的维修是数控机床维修中 的难点 2 2 2 机械部分故障 运动失效所造成的故障 如减速箱 丝杠副 导轨副等处出现的故障 比较容易发现和排除 而几何精度 运动精度 传动精度 位置精度等方 面的超差 也可根据在加工件上出现的情况进行分析处理排除 如 几何精度超差一般是由于床身导轨 主轴轴承等部分超差造成的 传动糖度超差 则可检查螺旋齿轮 同步齿形带等零件是否超差 运动精 度超差检查起来一般是从机床导轨以及进给机构入手 位置精度超差 则 酉围窑逼盍主亟 堑塞塞耋焦迨塞兰 蒌 要检查测量元件以及伺服系统是否正常 2 2 3 液压 气压系统故障 由于机械电气故障引起的则用排除机械故障或电气故障的方法排除 而液压传动与控制方面的故障则应该逐条分析排除 若是驱动部分的故障 则应该检查液压泵 若是执行部分的故障 则应该检查修理液压缸 液压 马达等处 若是控制部分发生了故障 则要检查方向阀 压力阀 流量控 制阀等处 若故障发生在辅助部分 就要考虑是否是滤油器 油箱 蓄能 器 管件 密封件等处出现了问题 经过如上分析我们可作故障诊断流程图 见图2 2 在现代数控机床的实际维护中 通过采用整分结合 由果索因 级问 分离的思维方法及对数控机床中各种故障的分析 针对不同控制系统出现 的不同故障现象类型而采用与之相适应的故障处理办法 就会取得快速发 现和解决问题的满意效果 保证机床的正常工作 2 3 故障的常规处理方法 虽然数控机床的种类和系统型号较多 所产生的故障原因也比较复杂 但对于常见故障 通常可按如下方法和步骤进行处理 2 3 t 现场调查 数控机床发生故障后 不能急于动手盲目处理 曹先要查看故障记录 向操作人员询问故障出现的全过程 然后仔细观察故障现场 特别注意尽 可能全面地掌握故障信息 如 故障的报警信息 故障发生时机床所处状 态 进行了何种操作 是否发生过类似故障 现场有无异常现象等等 2 3 2 原因分析 在调查了故障现象 掌握了较全面的故障信息的基础上 分析故障起 因 故障分析可采用归纳法和演译法 归纳法是从故障原因出发摸索其功 能联系 调查原因对结果的影响 即根据可能产生该种故障的原因分析 看其最后是否与故障现象相符来确定故障点 演译法是从所发生的故障现 象出发 对故障原因进行分割式的分析方法 即从故障现象开始 根据故 障机理 列出多种可能产生该故障的原因 然后 对这些原因逐点进行分 析 排除不正确的原因 最后确定故障点 在对故障进行深入分析的基础上 预测故障原因并拟定检查的内容 方法和步骤 亘壶窒道盔堂亟 硒窒生堂焦迨窒 整 夏 图2 2 故障诊断流程图 2 3 3 检测排除 在检测故障过程中 应充分利用数控系统的自诊断功能 如系统的开 机诊断 运行诊断 p l c 的监控功能 根据需要随时检测有关部分的工作状 态和接口信息 同时还应灵活应用数控系统故障检查的一些行之有效的方 法 如交换法 隔离法等 在检测排除故障中还应掌握以下一些原则 1 先外部后内部数控机床是机械 液压 电气一体化的机床 故其 故障的发生必然要从机械 液压 电气这三者综合反映出来 故障发生后 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 维修人员应由外 如外部的行程开关 液压气动元件 印制线路板插头座 环境温度 湿度 油污或粉尘 机械振动等等 向内逐一进行检查 尽量 避免不必要的拆卸 防止扩大故障 使机床丧失精度 降低性能 2 先机械后电气数控机床的故障中有很大部分是由机械动作失灵引 起的 通常机械故障较易查出 而数控系统故障的诊断则难度要大些 先 机械后电气就是在数控机床的检修中 先从排除机械故障入手 先检查机 械部分是否正常 行程开关是否灵活 气动 液压部分是否正常等 3 先静后动维修入员本身要做到先静后动 不可盲目动手 应先询 问机床操作人员故障发生的过程及状态 阅读机床说明书 图样资料后 方可动手查找和处理故障 其次 对有故障的机床也要本着先静后动的原 则 先在机床断电的静止状态 通过观察测试 分析 确认为非恶性循环 性故障 或非破坏性故障后 方可给机床通电 在运行工况下 进行动态 的观察 检验和测试 查找故障 对恶性的破坏性故障 必须先排除危险 后 方可通电 在运行工况下进行动态诊断 4 先公用后专用公用性的问题往往影响全局 而专用性的问题只是 影响局部 只有先解决影响较广的主要矛盾 局部的 次要的矛盾才可能 迎刃两解 5 先简单后复杂当出现多种故障并发 交叉时 应先解决容易的问 题 后解决难度较大的闷题 常常在解决简单故障的过程中 难度大的问 题也可能变得容易 或者在排除简易故障时受到启发 对复杂故障的认识 更为清晰 从而也有入解决办法 6 先一般后特殊在排除某一故障时 要先考虑最常见盼可能原因 然后再分析很少发生的特殊原因 比如数控车床z 轴回零不准 常常是由于 降速挡块位置走动所造成 出现这种故障 应先考虑检查该挡块位置 在 排除这一常见的可能性之后 再检查脉冲编码器 位置控制等环节 基于数控机床故障排除先机械后电气的原则 下章将先对数控机床机 械故障的排除方法着重进行论述 亘壶窆通盍主亟 殛窒塞堂焦迨窒 塑 銎 第3 章数控机床机械故障的排除 数控机床的机械故障的发生率较高 涉及面也较广 往往机床出现故 障后都要先从排除机械故障入手 本章主要对应用较广泛 具有代表性的 加工中心和数控车床的常见机械故障的排除方法进行论述 并将液压 气压 系统故障的部分形式涵盖在内 3 1h m c 4 0 j i i 工中心机械故障的分析与排除 加工中心机械故障主要从以下三方面来考虑 枫械方面故障 程序错 误 零件加工精度不良 3 1 1 机械本体的故障排除 机械本体的故障多数原因是由于操作者的错误动作和程序错误而发生 的 机械部分的冲撞造成损伤的现象不少 这些故障是由于工件的交换和 安装作业时产生的 手动操作方式及枫械本体构造复杂也是故障发生的原 因 下面对常见和主要的故障内容及排除方法进行归纳说明 3 1 1 1 主轴部件主轴箱 图3 1 3 出现的故障有自动拉紧刀柄装置 自动调速装置 主轴快速运动的精度保持性等 1 当主轴 图3 2 运转发生异常的声音 若声音越来越大造成机床运 转停止 可以判断主轴轴承破损 一般地说 当机床购进两年后 会发生 主轴轴承损伤现象 特别是在铸铁件 铸钢件的重切削加工条件下 更换 轴承 需要停机 将主轴箱拆卸下来进行 但这样造成停产 影响机床的 操作效率 2 主轴箱不能移动 此时需要 1 检查机床坐标轴上的联轴节 拧紧联轴节上的螺钉 2 卸下压板 观察压板是否研伤 调整压板与导轨间隙 保证间隙为 0 0 2 o 0 3 m 3 检查主辅箱镀条 松开锒条止遇螺钉 屑螺丝刀顺时针旋转锒条螺 栓 使坐标轴能灵活移动 塞尺不能塞入后 镄紧止遏螺钉 观察主轴箱导轨面是否研伤 用细纱布修磨导轨面的伤痕 图3 1 主轴箱结构图 卜齿轮 联接直流电机 2 中间轴 4 气动风缸5 一换档器 7 一主轴 3 a 3 b 一齿轮 6 a 6 b 一齿轮 3 主轴箱运转过程中有噪声 1 改善润滑条件 使其润滑油量充足 2 调整轴承后盖 使其压紧轴承端面 拧紧锁紧螺母 3 主轴与电机连接皮带过紧 移动电机座使皮带松紧度合适 4 b 皮带轮 大皮带轮平衡不好 发生这种现象是由于皮带轮的平衡 块脱落或移位 因此需要重新做动平衡 幽3 2 主轴与自动拉紧刀柄装置 卜主轴锥孔2 一主轴 5 一拉杆6 一碟簧 3 一夹头 7 一活塞 图3 3 主轴箱俯视图 4 一拉紧庸 8 一轴承 亘直奎遵盔堂避 丛塞塞堂焦缝窒塑 里 3 1 2 进绘系统数障进给传动链 x z 辘媚戗 普遍采用滚臻丝枉 阐 3 4 中件1 7 故障大部分是由运动质量下降 定位精度下降 魇向间隙过 大 机械爬行 轴承噪声大等原因造成的 整3 4x 宾遴绘辘稳释 一 i 一 亘直童逗盔堂亟 堑塞生芏焦诠塞曼 蔓 1 滚珠丝杠润滑状况不良 检查工作台x z 轴滑座 最小罩壳 涂上 润滑脂 2 工作台x z 向不能移动 检查机床各坐标上的电机与丝杠联轴节上 的螺钉是否松动 调整工作台移动导轨的间隙 使各坐标轴能灵活移动 用砂布去掉导轨面上的伤痕 充分供给润滑油的油量 调整滚动丝杠的间 隙 调整滚动螺母的预紧力 调整补偿精度 3 x z 坐标轴抖动现象 对x 轴进行单轴运转试验 若无抖动现象 就 排除了x 轴机械传动链和伺服电机的影响 若数控系统控制很均匀 就排除 了控制系统的原因 x 轴的伺服电机装在y 轴的床鞍上 x 轴的控制电缆在z 轴运动时被来回拖动 当x 轴单轴往复运动时 用手拖动x 轴电机控制电缆 出现了抖动现象 这就证明x 轴控制电缆接触不良 电缆的插头 由于长期 油腐蚀 绝缘丧失 插头松动 需要更换电缆排除故障 3 1 1 3 自动换刀装置 1 a t c 机构 图3 5 回转不停或没有回转 有夹紧或没有夹紧 没有 冷却液等 换刀定位误差过大 机械手夹持刀柄不稳定 机械手运动误差 过大 都会造成换刀动作卡住 整机停止工作 刀具不能夹紧时 要检查 风泵气压 检查增压是否漏气 检查刀具卡紧油缸是否漏油 检查刀具松 卡弹簧上的螺帽是否松动 刀具卡紧后不能松开时 要检查松锁刀的弹簧 是否压合过紧 旋转松锁刀弹簧上的螺帽 使其最大载荷不得超过额定数 值 2 刀库中的刀套不能夹紧刀具 检查刀套上的调整螺母 顺时针旋转 刀套两边的调整螺母 压紧弹簧 顶紧卡紧销 3 刀套不能拆卸或停留一段才能拆卸 刀套不能拆卸 要检查操纵刀 套9 0 拆卸的气阀 看它是否动作 气压不足 刀套的转动轴锈蚀等 4 刀具从机械手中脱落 检查刀具重量是否超重 机械手卡紧销损坏 5 刀具交换时发生掉刀 换刀时主轴箱没有到换刀位置或换刀点飘移 机械手抓刀时 没抓住 此时 需要重耨操作主轴箱 使其回到抉刀位置 调整机械手手臂旋出7 5 气缸杆上的螺栓 一 6 机械手挟刀速度过快或过慢 如换刀快 气压太高或节流阀开口过 大可保证气泵压力和流量 旋转节流阀至换刀速度合适为止 3 1 1 4 控制动作方面通过指令的机械部件不动作或向指令相反方向 动作 发生故障时 造成夹具和刀具的损伤 检查相应的机械部件及控制 亘直室遁盔堂塑 婴窥生主焦迨窒蔓翌墨 阀是否磨损或卡位 进行更换 图3 5a r c 部分组件 酉直至运盔雯亟土塑瘟圭堂焦迨塞 蔓翌要 3 1 2 程序错误引起的故障 若机床控制程序出现错误 会引起加工不良或发生冲撞 机床数控系 统应有避免产生程序错误的功能 使机械故障防范于未然 首先程序组成的语言有错误要发生报警 发生程序错误时 可对工件 形状和刀具轨迹进行检查 工件形状检验可通过显示画面来确认 刀具运 动轨迹是用刀尖的动态运动轨迹表示 对切削量 走刀速度 进给量等进 行检验 通过刀具形状的显示 可确认刀具选定的错误 3 1 3 零件加工精度不良 随着数控机床的发展 对机床的控制功能和加工精度的要求越来越高 为了保证工件的加工精度 可测出刀具基准点和由于刀具磨损产生的误差 并根据测得的误差进行补偿 在操作者操作过程中 人为因素也会产生错误 如补偿输入错误和刀 具选择工件识别错误 为了保持机床的定位精度 操作者需随时注意机床的精度变化和补偿 值的正负号 补偿值的位数和数值大小 这些符号的错误 就是发生故障 的原因 因此 需要经常对补偿值进行检查 避免事故发生 由于加工中心的加工对象可能为铝件 铜件或铸铁件等 时常要进行 刀具交换 因此必须做好刀具交换 若装入的刀具把数少 刀具交换次数 多 在刀具管理上要进行分色管理 防止发生错误 使用多个托板安装工件 靠人工装卸会发生工件识别错误 解决的办 法是定期检查工件在托板上的安装情况 做到托板专用化 3 2 8 r a 4 2 数控车床机械故障的排除 3 2 1 数控车床祝械故障类型 数控机床各部分执行功能共同完成机械豹移动 转动 夹紧放松 变 速和刀具转位等各种动作 当机床工作时 它们各项功能相结合 发生故 障时也混在一起 有些故障内容相同 引起的故障原因却不同 这给故障 诊断和排除带来很大匪难 一般来说 故障类型可分为以下几种 1 功能惶故障主要指工件加工精度方面的故障 表现为加工精度不 稳定 加工误差大 运动反向误差大 工件表面粗糙度低 2 动作型故障主要指机床各种动作故障 表现为主轴不转动 液压 耍壹童道盔堂亟 堡窒生堂焦迨塞篁兰兰夏 变速不灵活 工件夹不紧 转塔刀架定位精度低等 3 结构型故障主要指主轴发热 主轴箱噪声大 产生切削振动等 4 使用型故障主要指使用及操作不当引起的故障 如过载引起的机 件损坏 撞车等 各种机械故障可通过精心维护保养 精心调整 如调整配合间隙 供 油 气压力 流量 轴承及滚珠丝杠的预紧力 维修泄漏来解决 对于已 磨损 损坏或者己失去功能的零部件 可通过修复或更换来排除故障 由 于床身结构刚性差 切削振动大 制造质量差等原因产生的故障很难排除 3 2 2 数控车床机械故障排除方法 对数控车床的常见的部分机械故障及其排除方法按液 气压部分 主轴 箱部分 转塔部分 尾座部分故障 加工精度方面的故障和润滑故障等几 方面进行列表归纳如下 见表3 1 表3 6 表3 一l 液 气压部分机械故障内容及排除方法 序故障故障原因排除方法 号内容 油泵不 由于压力调节螺钉过 将压力调节螺钉按顺时针方 供油或松 压力调节弹簧过松 向转动到弹簧被压缩时 再转 流量不定子不能偏心 3 4 转 启动油泵 调整压力 1 足 油泵转速太低 叶片不 将转速控制在最低转速以 能甩出 上 油泵转向接反 调转向 油泵有 油箱油量不足 滤油器 按规定容量加油 异常噪露出油面 联接不同轴是产生噪声的主 声或压 油泵与电机联接同轴度要原因 联接处同轴度应在 力下降差 0 0 5 珊之内 2 定子和叶片严重磨损 更换零件 轴承和轴损坏 泵与其他机械件产生共 更换缓冲胶垫 振 油泵发 油泵吸油管和系统回油 调整油管 使工作后的油不 3 热油温管靠得太近 直接进入油泵 过高 由于摩擦阻力引起的机 检查机械零件是否有故障 械损失或泄漏引起的容积更换零件和密封圈 损失 油的粘度过大 按规定更换 压力过高 系统压 泄漏 检查各漏油 气部位 修理或 力低 换件 工作压 力不 检查是否内泄 就是从高压 4 腔到低压腔的泄漏 高 运 动部件 检查各部管件与接头和阀体 产生爬 的泄漏 修理或更换 行 图3 6 液 气压控制部分 表3 2 主轴箱郝分机械故障内容及排除方法 序故障 故障原因排除方法 号 内容 切削振 主轴箱和床身连接螺钉松 恢复精度后并紧固连接螺 动大动 钉 l 轴承预紧力不够 游隙过 重新调整 消除轴承游隙 大 预紧力适度 以免损坏轴承 轴承拉毛或损坏 更换轴承 主轴箱 齿轮有严重损伤或啮合间 修理齿面 调整或更换齿 噪声大隙大 轮 轴承拉毛或损坏 更换轴承 2 传动皮带松弛 受力不均 调整或更换皮带 不能新 旧混用 润滑不良 调整润滑油量 保持主轴 箱清洁度 齿轮和 变挡压力过大 齿轮受冲 按液压原理图 调整到适 轴承损击产生破损 当压力和流量 坏 变挡机构损坏或固定销脱 修复或更换零件 3 落 调整预紧力 保证充足润 轴承预紧力过大或无润 滑 滑 主轴无 变挡油缸研损或卡死 修除毛刺和研伤 清洗后 变速 变挡电磁阀卡死 重装 4 变挡油缸窜油或内泄 检修 清洗电磁阀 更换密封圈 主轴不 保护开关没有压合或失 检修或更换开关 转动灵 调整或修理卡盘 5 卡盘未夹紧工件 更换复合开关 变挡复合开关损坏 主轴发 主轴轴承预紧力过大 调整预紧力 6热 轴承研伤或损坏 更新轴承 润滑油脏或有杂质 清洗主轴箱 换新油 图3 8 主轴与编码器 序 故障故障原因排除方法 号 内容 转塔转 抬起或转位电磁铁断线或 修理或更换 位速度阀杆卡死 检查液压部分 节流阀 缓慢或 压力不够 液压马达等 是否研损 卡 l 转塔不 抬起油缸体与转塔平面产位 调整压力到额定值 抬起或 生摩擦 研损 调整平面轴承下调整垫 不转位保持相对间隙约0 0 4 r a m 转塔落 电磁阀故障或压力不够 如上处理 不到位 转塔旋转滚针轴承脱落或 更换滚针或修复研损处 2和夹不 转塔卡紧油缸研损 使转塔处于正位 调接选 紧 转塔选位开关松动 不正位开关到可靠为止 位落在齿顶上 转塔转抬起速度缓慢或抬起延时时调整抬起延时参数 增加延 3 位干涉间短 时时间 碰牙 转塔不 转位盘上撞块与选位开关 使转塔处于正位 调整撞 4 正位松动 转塔到位时传输信号块与选位开关位最 超前或滞后 重新调整联接盘与中心轴 上下联接盘与中心轴花键的中间位置 间隙过大则更 间隙过大 产生位置偏差过换零件 大 落下时碰到牙顶面上 把凸轮调到中间位置 转 引起不正位 塔左右窜量保持在二牙中间 转位凸轮与转位盘间隙位置 大 转塔转 两个计数开关不同时计数 调整两个撞块的位置及计 5位不停 或复置开关损坏 数开关的计数延时 修复复 置开关 图3 9 转塔 齿轮箱与驱动组件 圈3 1 0 转塔 传动组件 c 一皮带 d 电机 b 编码器 一一一亘直窑逢盍堂塑 塑塞生堂焦迨塞墅 要 序故障 故障原因 排除方法 号内容 l 尾座顶 压力不足 用压力表检查 不紧或 油缸活塞拉毛研损 更换或维修 逼功 密封圈损坏 更换密封圈 液压阀断线或卡死 清洗 更换阀体或重新接 套筒研损 线 修研损部位 图3 1 1 尾座与尾座压力控制 表3 5 加工质量方面的故障及排除方法 序 故障故障原因排除方法 号内容 加工件 机