JCJD01-041@数控机床伺服系统故障诊断与分析
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机械毕业设计全套
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JCJD01-041@数控机床伺服系统故障诊断与分析,机械毕业设计全套
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毕业设计用纸 共 6 页 第 1 页 开 题 报 告 一、题目名称 数控机床伺服系统故障诊断与分析 二、研究的目的及意义 数控设备应用与维护专业是工程技术分院的骨干专业，也是学院的品牌专业，是常州轻院教学改革试点示范专业。由于数控设备应用与维护专业的支撑，学院被劳动和教育部等命名为“专业数控培训基地”。 随着科技的发展和社会各行业专业化程度的提高 , 随着中国制造业的崛起 ,专业化的技术和技能型人才的重要性不断提升 ,知识技术层次要求逐步提高 ,高技能人才供给缺口巨大、结构失衡，各地制造业急需数控维修专业方面技能型人才，仅数控维修技术应用型人才紧缺，被 列为目前我国四大紧缺人才之一。因此，加快培养社会急需的技术、技能型人才，是加快中国成为世界制造业中心，振兴东北老工业基地，促进经济腾飞的强劲动力。 数控设备应用与维护专业，作为制造业的龙头和核心，必然在我国整个制造业中发挥积极的重要作用。因此，如何按照我国高职高专教育人才培养目标与规格要求，进行人才培养模式的建设和创新，设计适应人才培养目标的课程体系，更快适应科技快速发展和综合化的大趋势，并及时反映科技发展的最新成果，增强毕业生对岗位技术含量变动或岗位结构变动的适应性，为国民经济发展提供人力资源输送大批素质 高、应用型高技能人才，是摆在我们面前的重要课题。 论文介绍了数控伺服系统 的发展、结构与特点，伺服系统的现状，服系统的性能以及伺服系统中的典型故障诊断， 对了解数控机床结构，原理 伺服系统中 常出现的故障有一定帮助，对 伺服系统 故障诊断以及维修进行的了总结，国内学者主要对数控伺服系统方面进行了研究。 数控机床的应用越来越广泛，其加工柔性好，精度高，生产效率高，具有很多的优点。但由于技术越来越先进、复杂，对维修人员的素质要求很高，要求他们具有较深的专业知识和丰富的维修经验，在数控机床出现故障才能及时排除。我公司有几十台 数控设备，数控系统有多种类型，几年来这些设备出现一些故障，通过对这些故障的分析和处理，我们取得了一定的经验。 我们现有的维修状况和水平，与国外进口设备的设计与制造技术水平还存在很大的差距。造成差距的原因在于：人员素质较差，缺乏数字测试分析手段，数域和数域与频域综合方面的测试分析技术等有待提高等等。 nts 毕业设计用纸 共 6 页 第 2 页 三、文献综述 现代数控系统维修工作的基本条件 3.1 维修工作人员的基本条件 维修工作开展得好坏首先取决于人员条件。维修工作人员必须具备以下要求： （ 1）高度的责任心与良好 的职业道德； （ 2）知识面广，掌握计算机技术、模拟与数字电路基础、自动控制与电机拖动、检测技术及机械加工工艺方面的基础知识与一定的外语水平； （ 3）经过良好的技术培训，掌握有关数控、驱动及 PLC 的工作原理，懂得CNC 编程和编程语言； （ 4）熟悉结构，具有实验技能和较强的动手操作能力； （ 5）掌握各种常用（尤其是现场）的测试仪器、仪表和各种工具。 3.2 在维修手段方面应具备的条件 （ 1）准备好常用备品、配件； （ 2）随时可以 得到微电子元器件的实际支援或供应； （ 3）必要的维修工具、仪器、仪表、接线、微机。最好有小型编程系统或编程器，用以支援设备调试； （ 4）完整资料、手册、线路图、维修说明书（包括 CNC 操作说明书）以及接口、调整与诊断、驱动说明书， PLC 说明书（包括 PLC 用户程序单），元器件表格等。 3.3 维修前的准备 接到用户的直接要求后，应尽可能直接与用户联系，以便尽快地获取现场信息、现场情况及故障信息。如数控机床的进给与主轴驱动型号、报警指示或故障现象、用户现场有无备件等。据此预 先分析可能出现的故障原因与部位，而后在出发到现场之前，准备好有关的技术资料与维修服务工具、仪器备件等，做到有备而去。 3.4 维修中应注意的事项 （ 1）从整机上取出某块线路板时，应注意记录其相对应的位置，连接的电缆号，对于固定安装的线路板，还应按前后取下相应的压接部件及螺钉作记录。拆nts 毕业设计用纸 共 6 页 第 3 页 卸下的压件及螺钉应放在专门的盒内，以免丢失，装配后，盒内的东西应全部用上，否则装配不完整。 （ 2）电烙铁应放在顺手的前方，远离维修线路板。烙铁头应作适当的修整，以适应集成电路的焊接，并避免焊接时碰伤别的元器件。 （ 3）测量线路间的阻值时，应断电源，测阻值时应红黑表笔互换测量两次，以阻值大的为参考值。 （ 4）线路板上大多刷有阻焊膜，因此测量时应找到相应的焊点作为测试点，不要铲除焊膜，有的板子全部刷有绝缘层，则只有在焊点处用刀片刮开绝缘层。 （ 5）不应随意切断印刷线路。有的维修人员具有一定的家电维修经验，习惯断线检查，但数控设备上的线路板大多是双面金属孔板或多层孔化板，印刷线路细而密，一旦切断不易焊接，且切线时易切断相邻的线，再则有的点，在切断某一根线时，并不能使其和线路脱离， 需要同时切断几根线才行。 （ 6）不应随意拆换元器件。有的维修人员在没有确定故障元件的情况下只是凭感觉那一个元件坏了，就立即拆换，这样误判率较高，拆下的元件人为损坏率也较高。 （ 7）拆卸元件时应使用吸锡器及吸锡绳，切忌硬取。同一焊盘不应长时间加热及重复拆卸，以免损坏焊盘。 （ 8）更换新的器件，其引脚应作适当的处理，焊接中不应使用酸性焊油。 （ 9）记录线路上的开关，跳线位置，不应随意改变。进行两极以上的对照检查时，或互换元器件时注意标记各板上的元件，以免错乱，致使好板亦不能工作。 （ 10）查清线路板的电源配置及种类，根据检查的需要，可分别供电或全部供电。应注意高压，有的线路板直接接入高压，或板内有高压发生器，需适当绝缘，操作时应特别注意。 数控系统的主要特点是：可靠性要求高：因为一旦数控系统发生故障，即造成巨大经济损失；有较高的环境适应能力，因为数控系统一般为工业控制机，其工作环境为车间环境，要求它具有在震动，高温，潮湿以及各种 工业干扰源的环境条件下工作的能力；接口电路复杂，数控系统要与各种数控设备及外部设备相配套，要随时处理生产过程中的各种情况，适应设备的各种工艺要求，因而接口电路复杂，而且工作频繁。 nts 毕业设计用纸 共 6 页 第 4 页 伺服系统的发展经历了由液压到电气的过程。电气伺服系统根据所驱动的电机类型分为直流（ DC）伺服系统和交流（ AC）伺服系统。 50 年代，无刷电机和直流电机实现了产品化，并在计算机外围设备和机械设备上获得了广泛的应用。 70 年代则是直流伺服电机的应用最为广泛的时代 从 70 年代后期到 80 年代初期，随着微处理器技术、大功率高性能半导体功率器件技 术和电机永磁材料制造工艺的发展及其性能价格比的日益提高，交流伺服技术 交流伺服电机和交流伺服控制系统逐渐成为主导产品。交流伺服驱动技术已经成为工业领域实现自动化的基础技术之一，并将逐渐取代直流伺服系统。 机床进给伺服系统在经历了开环的步进电动机系统、直流伺服系统两个分阶段之后，已进入了交流伺服系统阶段。这是由于交流电动机具有构造简单、坚固耐用的特点。随着电力电子器件的小型化和高性能化，以及计算机技术的迅速发展，过去在技术上和经济上都难以实现的交流电动机控制问题都已迎刃而解，从而使交流伺服系统取得了主导地位。 目前，在中小功率范围内，高性能的交流伺服系统的交流电动机主要采用异步电动机和永磁同步电动机两种。一般来说，异步电动机多用在功率较大、精度要求较低、投资费用要求低的场合；而永磁同步电动机则在精度要求高、容量较小的场合得到了广泛的应用。 从伺服驱动产品当前的应用来看，直流伺服产品正逐渐减少，交流伺服产品则日渐增加，市场占有率逐步扩大。在实际应用中，精度更高、速度更快、使用更方便的交流伺服产品已经成为主流产品。 伺服系统将向两个方向发展。一个是满足一般工业应用要求，对性能指标要求不高的应用场合，追求低成本、少 维护、使用简单等特点的驱动产品，如变频电机、变频器等。另一个就是代表着伺服系统发展水平的主导产品 伺服电机、伺服控制器，追求高性能、高速度、数字化、智能型、网络化的驱动控制，以满足用户较高的应用要求。 伺服系统是以机械运动的驱动设备，电动机为控制对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成的电气传动自动控制系统。这类系统控制电动机的转矩、转速和转角，将电能转换为机械能，实现运动机械的运动要求。具体在数控机床中，伺服系统接收数控系统发出的位移、速度指令，经变换、放调与整大 后，由电动机和机械传动机构驱动机床坐标轴、主轴等，带动工作台及刀架，通过轴的联动使刀具相对工件产生各种复杂的机械运动，从而加工出用户所要求的复杂形状的工件。 作为数控机床的执行机构，伺服系统将电力电子器件、控制、驱动及保护等集为一体，并随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代控制技nts 毕业设计用纸 共 6 页 第 5 页 术的进步，经历了从步进到直流，进而到交流的发展历程。数控机床中的伺服系统种类繁多，本文通过分析其结构及简单归分，对其技术现状及发展趋势作简要探讨。 数控系统的控制核心是对机床的进给部分进行数字控制，而进给是由伺服单 元控制伺服电机，带动滚珠丝杠来实现的，由旋转编码器做位置反馈元件，形成半闭环的位置控制系统。所以伺服系统在数控机床上起的作用相当重要。 而 伺服系统的故障一般都是由伺服控制单元、伺服电机、测速电机、编码器等出现问题引起的。 对于数控系统来说，一个易出故障的地方为伺服单元。由于各轴的运动是靠伺服单元控制伺服电机带动滚珠丝杠来实现的。用旋转编码器作速度反馈，用光栅尺作位置反馈。一般易出故障的地方为旋转编码器与伺服单元的驱动模块。也有个别的是由于电源原因而引起的系统混乱。特别是对那些带计算机硬盘保存数据的系统。 四、 进度安排 第一周 集有关数控机床故障诊断资料 第二周 描述相关资料选择题目 第三周 对材料选择相应的方案，进行构思 第四周 用 AutoCAD 绘制数控伺服系统的结构图 第五周 对相关材料整理编写 第六周 编写论文，形成毕业设计全部文件，准备答辩 第七周 毕业答辩 nts 毕业设计用纸 共 6 页 第 6
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