机械数控机床毕业设计47辽宁机电职业技术学院数控机床的加工误差的解决与维护.doc
机械数控机床毕业设计47辽宁机电职业技术学院数控机床的加工误差的解决与维护
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机械数控机床毕业设计47辽宁机电职业技术学院数控机床的加工误差的解决与维护,机械毕业设计论文
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数控机床的加工 误差的解决与维护 1 辽宁机电职业技术学院 毕业综合实训报告 专 业： 现代机械制造 姓 名： 邓天飞 指导教师： 机械工程系 年 月 nts数控机床的加工 误差的解决与维护 2 摘要 本论文主要介绍数控机床的加工工艺、编程 的实例分析 ， 对回转主轴误差的理解及其解决误差的方法，数控加工的误差及其解决的方法，数控设备故障的维修， PLC故障的诊断与维修，以及数控机床的维护等。主要的设计为实例，回转误差的计算，本文例子出自资料（数控机床的见解）图例引子 www.newM 等 nts数控机床的加工 误差的解决与维护 3 Abstract The present paper main introduction numerical control engine bed processing craft, the programming example analysis, to rotates the main axle error the understanding and the solution error method, the numerical control processing error and the solution method, the numerical control equipment failure service, the PLC breakdown diagnosis and the service, as well as numerical control engine bed maintenance and so on.The main design is the example, the rotation error computation, this article example stems from the material (numerical control engine bed opinion) chart of symbols actors opening words www.newM and so on nts数控机床的加工 误差的解决与维护 4 目 录 一 数控机床的加工。 6 二 数控编程实例。 9 三 误差的解决。 12 四 数控加工误差。 19 五 数控设备故障。 20 六 PLC故障。 。 24 七 数控机床的维护。 28 参考文献。 30 附录。 31 nts数控机床的加工 误差的解决与维护 5 引 言 从上世纪 80 年代起，机床制造业的发展虽有起伏，但对数控技术和数控机床一直给予较大的关注。经过 “ 九五 ” 数控车床和加工中心（包括数控铣床）的产业化 生产基地的形成，所生产的中档普及型数控机床的功能、性能和可靠性方面已具有较强的市场竞争力。但在中、高档数控机床方面，与国外一些先进产品相比，仍存在较大差距，这是由于欧美日等先进工业国家于 80 年代先后完成了数控机床产业进程，其中一些著名机床公司致力于科技创新和新产品的研发，引导着数控机床技术发展，如美国英格索尔公司和德国惠勒喜乐公司对用于汽车工业和航空工业高速数控铣床的发展，日本牧野公司对高效精密加工中心所作的贡献，德国瓦德里希公司在重型龙门五面加工铣床方面的开发，以及日本马扎克公司研发的车铣中心对高效复合加 工的推进等等 。 精心设计、严格制造和明确的可靠性目标以及通过维修分析故障模式和找出薄弱环节是推进数控技术的重要措施。 我 要针对数控机床的加工，维护，以及误差的解决方面进行实践和讨论。nts数控机床的加工 误差的解决与维护 6 一。 数控机床的加工： 数控是先进制造技术的基础技术。数控加工在现代化生产中显示出很大的优越性。 对于现代制造业，数控机床非常适合那些形状复杂、精密和批量小的零件。而一般的普通机床根本无法满足这个要求。就连仿形机床和组合机床也解决不了高精度与小批量这个矛盾。因此数控加工非常适合航空、航天、电力、交通和电子等制造业的零件加工技 术。 零件加工面临的一个主要问题是产品的高精度、多样性和批量小的矛盾。这就要求从机床到数控都需要柔性。 CNC 数控系统由于采用软件控制，具有了很大的柔性。 现代的数控机床其突出的优点是可以进行高精度加工和多样化加工，完全可以取代其他的加工方法。由于数控机床是按照预定的程序自动加工，加工过程不需要人工干预，加工精度还可以通过软件进行校正及补偿，因此可以提高零件的加工精度，稳定产品的质量。特别对于多品种、少批量的零件更是如此。 另外采用数控机床可以提高生产率，一般可以提高生产效率 2 3 倍，对于某些复杂 零件的加工精度，生产率可提高 10 几倍，甚至更高。一些数控机床，具有多工序、自动换刀装置，因此可以实现一机多用，不但提高了生产效率，也能节省厂房面积。 现在在我国市场使用较多的 FANUC 0 系列数控系统就是一种高精度、全功能的数控系统。它具有较好的柔性，非常适合机械零件的加工。 一般的数控系统都具有 3种基本的插补功能，即定位 (G00)、直线插补 (G01)、圆弧插补 (G02， G03)。把这 3种插补的程序称为基本程序 例 (1)定位插补：其程序为 G00 X25.0 Y 10.0；它的路径如图 1。 nts数控机床的加工 误差的解决与维护 7 图 1 G00 示例 例 (2)直线插补：其程序为 (G91)G01 X200.0 Y100.0 F200.0；它的路径如图 2。 图 2 G01 示例 例 (3)圆弧插补：其程序为 ( 的圆弧 180) G02 X60.0 Y20.0 R50.0 F300.0 ；它的路径如图 3。 例 (4)圆弧插补：其程序为 ( 的圆弧 180) G02 X60.0 Y20.0 R -50.0 F300.0；它的路径如图 3。 图 3 G02 示例 由机床制造商规定的机械原点。 所谓 “ 参考点 ” 是沿着坐标轴的一个固定点，它可以以机床坐标原点为参考基准。 定位到参考点的过程称为返回参考点。由手动操作返回参考点的过程称为 “ 手动退回参考点 ” 。而根据规定的 G代码自动返回零点的过程称为 “ 自动返回参考点 ” 。 图 4为一般手动返回参考点的过程。在坐标轴的参考点附近设定一个减速点。 nts数控机床的加工 误差的解决与维护 8 图 4 手动退回参考点 自动返回参考点由 G28指令，在 G28的程序段中，存入了指令轴的中间点坐标值。G28 程序段的指令操作如下： 把指令的轴移向中间点定位 (A 点向 B 点 )。 从中间点向参考点定位 (B 点向 R 点 )。 如果不是机床锁住状态，返回参考点灯亮。在向参考点和中间点定位时，各轴用快速度移动。该指令一般用以自动换刀 (ATC)。因此，执行该指令时需要取消刀具半径补偿和 刀具长度补偿。 返回参考点是制订数控机床与数控系统联接的参考基准。因此是非常重要的。 图 5 自动退回参考点的过程 G29 是从参考点自动返回的指令。它表明指定的轴经过中间点向指定的位置定位的过程。通常在 G28或 G30(返回第 2参考点 )之后使用。 G29操作如图 5中的 (4)和 (5)；(4)被指定的轴，向 G28 或 G30 定义的中间点定位 (R 点向 B 点 )； (5)从中间点向被指定的点定位 (B点向 C点 )；以快速的速度向中间、指定的点移动。 数控编程实例： 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nts数控机床的加工 误差的解决与维护 9 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中的程序编制问题进行探讨。 二 数控编程实 例 一、编程方法 数控编程方法有手工编程和自动编程两种。手工编程是指从零件图样分析工艺处理、数据计算、编写程序单、输入程序到程序校验等各步骤主要有人工完成的编程过程。它适用于点位加工或几何形状不太复杂的零件的加工，以及计算较简单，程序段不多，编程易于实现的场合等。但对于几何形状复杂的零件（尤其是空间曲面组成的零件），以及几何元素不复杂但需编制程序量很大的零件，由于编程时计算数值的工作相当繁琐，工作量大，容易出错，程序校验也较困难，用手工编程难以完成，因此要采用自动编程。所谓自动编程即程序编制工作的大 部分或全部有计算机完成，可以有效解决复杂零件的加工问题，也是数控编程未来的发展趋势。同时，也要看到手工编程是自动编程的基础，自动编程中许多核心经验都来源于手工编程，二者相辅相成。 二、编程步骤 拿到一张零件图纸后，首先应对零件图纸分析，确定加工工艺过程，也即确定零件的加工方法（如采用的工夹具、装夹定位方法等），加工路线（如进给路线、对刀点、换刀点等）及工艺参数（如进给速度、主轴转速、切削速度和切削深度等）。其次应进行数值计算。绝大部分数控系统都带有刀补功能，只需计算轮廓相邻几何元素的交点（或 切点） 的坐标值，得出各几何元素的起点终点和圆弧的圆心坐标值即可。最后，根据计算出的刀具运动轨迹坐 标值和已确定的加工参数及辅助动作，结合数控系统规定使用的坐标指令代码和程序段格式，逐段编写零件加工程序单，并输入 CNC装置的存储器中。 三、典型实例分析 数控车床主要是加工回转体零件，典型的加工表面不外乎外圆柱、外圆锥、螺纹、圆弧面、切槽等。例如，要加工形状如图所示的零件，采用手工编程方法比较合适。由于不同的数控系统其编程指令代码有所不同，因此应根据设备类型进行编程。以西门子 802S 数控系统为例，应进行如下 操作。 nts数控机床的加工 误差的解决与维护 10 图 1 零件图 (1)确定加工路线 按先主后次，先精后粗的加工原则确定加工路线，采用固定循环指令对外轮廓进行粗加工，再精加工，然后车退刀槽，最后加工螺纹。 (2)装夹方法和对刀点的选择 采用三爪自定心卡盘自定心夹紧，对刀点选在工件的右端面与回转轴线的交点。 (3)选择 刀具 根据加工要求，选用四把刀， 1号为粗加工外圆车刀， 2号为精加工外圆车刀， 3号为切槽刀， 4号为车螺纹刀。采用试切法对刀，对刀的同时把端面加工出来。 (4)确定切削用量 车外圆，粗车主轴转速为 500r/min，进给速度为 0.3mm/r，精车主轴转速为 800r/min，进给速度为 0.08mm/r，切槽和车螺纹时，主轴转速为 300r/min，进给速度为 0.1mm/r。 (5)程序编制 确定轴心线与球头中心的交点为编程原点，零件的加工程序如下： 主程序 JXCP1.MPF N05 G90 G95 G00 X80 Z100 （换刀点） nts数控机床的加工 误差的解决与维护 11 N10 T1D1 M03 S500 M08 （外圆粗车刀） -CNAME=“L01” R105=1 R106=0.25 R108=1.5 （设置坯料切削循环参数） R109=7 R110=2 R111=0.3 R112=0.08 N15 LCYC95 （调用坯料切削循环粗加工） N20 G00 X80 Z100 M05 M09 N25 M00 N30 T2D1 M03 S800 M08 （外圆精车刀） N35 R105=5 （设置坯料切削循环参数） N40 LCYC95 （调用坯料切削循环精加工） N45 G00 X80 Z100 M05 M09 N50 M00 N55 T3D1 M03 S300 M08 （切槽车刀，刀宽 4mm） N60 G00 X37 Z-23 N65 G01 X26 F0.1 N70 G01 X37 N75 G01 Z-22 N80 G01 X25.8 N85 G01 Z-23 N90 G01 X37 N95 G00 X80 Z100 M05 M09 N100 M00 N105 T4D1 M03 S300 M08 （三角形螺纹车刀） R100=29.8 R101=-3 R102=29.8 （设置螺纹切削循环参数） R103=-18 R104=2 R105=1 R106=0.1 R109=4 R110=2 R111=1.24 R112=0 R113=5 R114=1 N110 LCYC97 （调用螺纹切削循环） N115 G00X80 Z100 M05 M09 N120 M00 N125 T3D1 M03 S300 M08 （切断车刀，刀宽 4mm） N130 G00 X45 Z-60 N135 G01 X0 F0.1 N140 G00 X80 Z100 M05 M09 nts数控机床的加工 误差的解决与维护 12 N145 M02 子程序 L01.SPF N05 G01X0 Z12 N10 G03 X24 Z0 CR=12 N15 G01 Z-3 N20 G01 X25.8 N25 G01 X29.8 Z 5 N30 G01 Z 23 N35 G01 X33 N40 G01 X35 Z 24 N45 G01 Z 33 N50 G02 X36.725 Z 37.838 CR=14 N55 G01 X42 Z 45 N60 G01 Z 60 N65 G01 X45 N70 M17 三 误差的解决： 机床主轴是机床上的一个主要部件，由于机床主轴用于安装刀具或工件，因此它是刀具或工件的相对位置基准和运动基准。机床主轴回转精度是机床的主要精度指标之一，直接影响着被加工零件的加工精度及表面粗 糙度。机床主轴的回转误差是一项综合性的误差，是主轴在回转过程中实际回转轴线相对于理论回转轴线的漂移。机床主轴的回转误差可以分为 3种基本形式：主轴的纯径向跳动、主轴的纯轴向窜动和纯角度摆动。一般情况下，这 3种基本形式的误差是同时存在的，产生的加工误差也是 3种形式误差影响的叠加。不同形式的主轴回转误差对加工精度的影响是不同的，同一形式的主轴回转误差对于不同加工方法的影响也是不同的。下面主要分析主轴纯径向跳动对零件加工的影响。 一 主轴纯径向跳动产生的原因 主轴纯径向跳动是指主轴实际回转轴线绕平均轴线作平 行的公转运动。 引起主轴纯径向跳动的主要原因是主轴轴颈和轴承的精度误差。机床上使用的轴承分为滑动轴承和滚动轴承两类，轴承的类型不同，对纯径向跳动的影响也是不同的。 nts数控机床的加工 误差的解决与维护 13 1) 采用滑动轴承对主轴纯径向跳动的影响 采用滑动轴承作支承时，主轴以其轴颈在轴承孔内旋转。对于车床类机床，在加工过程中，主轴的受力方向是一定的，主轴轴颈被切削力压向轴承孔表面的固定地方。这时主轴轴颈的不同部位和轴承孔内的某一固定部位相接触，所以轴颈的圆度误差会使主轴回转产生纯径向跳动，而轴承孔的形状误差对主轴回转精度的影响很小。如图 1(a)所示。对于镗床类机床，作用在主轴上的切削力是随镗刀的旋转而转动的，轴颈上的某一固定部位与轴承孔表面的不同部位相接触，因此轴承孔的圆度误差会引起镗床主轴的纯径向跳动，而镗床主轴轴颈形状误差对主轴回转精度的影响不大，如图 1(b)所示。 引自 .(1) (a) (b) 图 1 车削和镗削时的主轴跳动 2) 采用滚动轴承对主轴纯径向跳动的影响 主轴采用滚动轴承作支承时，引起主轴纯径向跳动的因素除了轴承本身的精度外，还与轴承相配合件的精度有关。 a. 滚动轴承精度的影响 滚动轴承外圈和内圈的滚道形状精度和位置精度对主轴纯径向跳动的影响与滑 动轴承类似。如图 2 所示。车削时，内圈滚道的精度影响较大；镗削时，外圈滚道的精度影响较大。 nts数控机床的加工 误差的解决与维护 14 (a)孔与滚道不同轴 (b) 滚道不圆 图 2 滚动轴承内外环形状及位置误差 滚动体的形状误差和尺寸的不一致会造成主轴的纯径向跳动。如图 3所示。当直径较大的滚动体位于左边时，会使内圈右移，即主轴位置右 移：相反，当直径较大的滚动体位于右边时，会使内圈位置左移，即主轴位置左移。由于滚动体保持架的转速低于内圈的转速，因此，它所引起的纯径向跳动频率较低。 图 3 滚动轴承滚动体的形状误差和尺寸不一致对主轴径向纯跳动的影响 滚动轴承的间隙对主轴的纯径向跳动也是有影响的。如图 4 所示。设轴承的承载区在 右边，这时内圈右移，当一个滚动体位于水平位置时，内圈的右移量比滚动体不在水平位置时的要小，使主轴产生纯径向跳动，这种纯径向跳动的频率比内圈的转速要高得多。 nts数控机床的加工 误差的解决与维护 15 图 4 滚动轴承间隙对主轴纯径向跳动的影响 b. 与滚动轴承相配合件的影响 轴承内圈是薄壁零件，受力后很容易变形，主轴轴颈的圆度误差将导 致内圈变形而引起主轴的纯径向跳动。同理，轴承外圈也是薄壁零件，装到箱体孔中后，箱体孔的圆度误差也将引起外圈滚道产生变形，引起主轴的纯径向跳动。 2 主轴纯径向跳动的数学表达式 了便于研究主轴纯径向跳动对零件加工精度的影响，假设在加工零件的过程中，机床主轴一方面以角速度 w自转，同时主轴瞬时回转轴心又相对与平均轴心在两个垂直方向 (Y、 Z坐标 )上作简谐振动。建立惯性直角坐标系 (OXYZ)， O 点为主轴的理想轴心位置， 再建立与主轴相固联的直角动坐标系 (O1WMN)， O1点为主轴的瞬时轴心位置。利用坐标平移和 旋转后可得到两个坐标系的坐标变换关系 。如图 5所示。 图 5 坐标变换关系图 根据简谐振动规律， 主轴轴心 O1径向跳动的数学表达式为 : nts数控机床的加工 误差的解决与维护 16 (1) 式中： 为主轴的转角： = t ： AY、 AZ 是轴心分别在 Y、 Z 两个坐标方向上简谐振动的幅值。 (2) (3) 三 主轴纯径向跳动对零件加工的影响 1) 对镗削加工的影响 在镗床上镗孔时，镗刀随镗床主轴一起作旋转运动。当主轴作纯径向跳动时，将使轴心线沿某一固定方向作简谐运动。镗出的孔形是由惯性坐标系中镗刀刀尖的运动轨迹所决定。设镗刀刀尖在动坐标系的位置为： M=R， N=0，其中 R 为所加工孔的半径。如图 6所示。 图 6 镗削加工示意图 将刀具的位置坐标和式 (1) 代入式 (2) ， 可得在惯性坐标系中镗刀刀尖的轨迹参数方程： nts数控机床的加工 误差的解决与维护 17 (4) 将 (4) 式平方后整理得： (5) (5)式为椭圆的参数方程，其长轴和短轴之半分别为 R+AY和 R+AYctg 。因此，在镗孔过程中，主轴有纯径向跳动误差时，那么镗出的孔将是椭圆形的，产生的误差为圆度误差，其值为： =AY+AZ 2) 对车削加工的影响 在车床上加工外圆或镗孔时，工件随车床主轴一起作旋转运动。因此工件被加工表面的几何形状是由刀具在动坐标系中的相对 轨迹决定的。 车刀 刀尖在惯性坐标系中的坐标位置为 Z=0， Y=-R。其中， R为加工半径，如图 7所示。 图 7 车削加工示意图 将刀具的位置坐标和式 (1)代入式 (3)， 可得刀具在动坐标系中的轨迹参数方程： (6) 由式 (6) 可得工件被加工表面几何形状的瞬时曲率半径为： nts数控机床的加工 误差的解决与维护 18 (7) 由于幅值 AZ的数值很小，可以略去，则式 (7) 成为： (8) 由式 (8)可知，工件横截面的几何形状近似于一个心脏线图形。如图 8 所示。 图 8 车削加工心形线图 若取 1=R -Acos ， 2=R -Acos(p+) ，则 D=1+2=2R ， 说明此心脏线是一等径曲线，即工件的横截面几何形状无直径误差。 当 =0 时， =R -A，当 = 时， =R+A 。所以 O1不是加工后工件端面的实际轮廓的中心，工件的实际轮廊中心与 O1的距离为 A。 因此可以得出结论：在车床上进行内外圆车削，主轴径向跳动主要影响加工件的同轴度误差，对工件圆度误差的影响可以忽略不计。 四 结论 通过对主轴纯径向跳动的分析可以看出，主轴回转误差对零件加工精度的影响很大。因此在机械加工中，应采取有效措施减 少主轴回转误差对零件加工精度的影响。采取的措施可以从两个方面来考虑。首先要提高主轴的回转精度。主轴轴承是影响主轴回转精度的关键零件，对于精密机床可采用精密的滚动轴承，也采用多油楔动压轴承和静压轴承。同时还要提高与轴承相配合零件的精度。其次要减少主轴回转误差对零件加工的影响。可以采用运动和定位分离的主轴结构，使工件在加工过程nts数控机床的加工 误差的解决与维护 19 中的回转精度不受机床主轴回转误差的影响，使主轴回转误差不反映到工件上 数控加工误差： 四数控加工误差 系统参数发生变化或改动、机械故障、机床电气参数未优化电机运行异常、机床位置环异常或控 制逻辑不妥，是生产中数控机床加工精度异常故障的常见原因，找出相关故障点并进行处理，机床均可恢复正常。 生产中经常会遇到数控机床加工精度异常的故障。此类故障隐蔽性强、诊断难度大。导致此类故障的原因主要有五个方面 :（ 1）机床进给单位被改动或变化。（ 2）机床各轴的零点偏置 (NULL OFFSET)异常。（ 3）轴向的反向间隙 (BACKLASH)异常。（ 4）电机运行状态异常，即电气及控制部分故障。（ 5）机械故障，如丝杆、轴承、轴联器等部件。此外，加工程序的编制、刀具的选择及人为因素，也可能导致加工精度异常。 一 系统参数发生变化或改动 系统参数主要包括机床进给单位、零点偏置、反向间隙等等。例如 SIEMENS、FANUC数控系统，其进给单位有公制和英制两种。机床修理过程中某些处理，常常影响到零点偏置和间隙的变化，故障处理完毕应作适时地调整和修改；另一方面，由于机械磨损严重或连结松动也可能造成参数实测值的变化，需对参数做相应的修改才能满足机床加工精度的要求。 二 机械故障导致的加工精度异常 一台 THM6350 卧式加工中心，采用 FANUC 0i-MA数控系统。一次在铣削汽轮机叶片的过程中，突然 发现 Z轴进给异常， 造成至少 1mm的切削误差量 (Z向过切 )。调查中了解到：故障是突然发生的。机床在点动、 MDI操作方式下各轴运行正常，且回参考点正常；无任何报警提示，电 气控制部分硬故障的可能性排除。分析认为，主要应对以下几方面逐一进行检查。 （ 1）检查机床精度异常时正运行的加工程序段，特别是刀具长度补偿、加工坐标系 (G54 G59)的校对及计算。 nts数控机床的加工 误差的解决与维护 20 （ 2）在点动方式下，反复运动 Z轴，经过视、触、听对其运动状态诊断，发现 Z向运动声音异常，特别是快速点动，噪声更加明显。由此判断，机械方面可能存在隐患。 （ 3）检查机床 Z轴精度。 用手脉发生器移动 Z轴，（将手脉倍率定为 1100的挡位，即每变化一步，电机进给 0.1mm），配合百分表观察 Z轴的运动情况。在单向运动精度保持正常后作为起始点的正向运动，手脉每变化一步，机床 Z轴运动的实际距离 d=d1=d2=d3=0.1mm ，说明电机运行良好，定位精度良好。而返回机床实际运动位移的变化上，可以分为四个阶段： 机床运动距离 d1 d=0.1mm(斜率大于1); 表现出为 d=0.1mm d2 d3(斜率小于 1)； 机床机构实际未移动，表现出最标准的反向间隙； 机床运动距离与手脉给定值相等 (斜率等于 1)，恢复到机床的正常运动。 五 数控设备故障： 检测元件是数控机床伺服系统的重要组成部分，它起着检测各控制轴的位移和速度的作用，它把检测到的信号反馈回去，构成闭环系统。测量方式可分为直接测量和间接测量：直接测量就是对机床的直线位移采用直线型检测元件测量，直接测量常用的检测元件一般包括：直线感应同步器、计量光栅、磁尺激光干涉仪。间接测量就是对机床的直线位移采用回转型检测元件测量，间接测量常用的检测元件一般包括：脉冲编码器、旋转变压器、圆感应同步器、圆光栅和圆磁栅。 当机床出现如下故障现象时，应考虑是否是由检 测元件的故障引起的： 一 机械振荡（加减速时）： （ 1）脉冲编码器出现故障，此时检查速度单元上的反馈线端子电压是否在某几点电压下降，如有下降表明脉冲编码器不良，更换编码器。 （ 2）脉冲编码器十字联轴节可能损坏，导致轴转速与检测到的速度不同步，更换联轴节。 （ 3）测速发电机出现故障，修复，更换测速机。 二 机械暴走（飞车）： 在检查位置控制单元和速度控制单元的情况下，应检查： （ 1）脉冲编码器接线是否错误，检查编码器接线是否为正反馈， A 相和 B相是否接反。 （ 2）脉冲编码器联轴节是否损坏，更换联轴节。 （ 3）检查测速发电机端子是否接反和励磁信号线是否接错。 三 主轴不能定向或定向不到位： 在检查定向控制电路设置和调整，检查定向板，主轴控制印刷电路板调整的同时，nts数控机床的加工 误差的解决与维护 21 应检查位置检测器（编码器）是否不良，此时测编码器输出波形，正常波形如下： 四 坐标轴振动进给： 在检查电动机线圈是否短路，机械进给丝杠同电机的连接是否良好，检查整个伺服系统是否稳定的情况下，检查脉冲编码是否良好、联轴节联接是否平稳可靠、测速机是否可靠。 五 NC 报警中因程序错误，操作错误引起的报警。 如 FAUNUC 6ME系统的 NC报警 090.091。 出现 NC报警，有可能是主电路故障和进给速度太低引起。同时，还有可能是： （ 1） 脉冲编码器不良。 （ 2） 脉冲编码器电源电压太低，（此时调整电源电压的 15V，使主电路板的 5V端子上的电压值在 4.95 5.10V内）。 （ 3）没有输入脉冲编码器的一转信号而不能正常执行参考点返回。 6伺服系统的报警号：如 FAUNUC 6ME系统的伺服报警： 416、 426、 436、 446、 456。SIEMENS 880系统的伺服报警： 1364 SIEMENS 8 系统的伺服报警： 114、 104等。 当出现如上报警号时，有可能 是： 数据引自中国机械网 (2) （ 1）轴脉冲编码器反馈信号断线，短路和信号丢失，用示波器测 A 相、 B相一转信号。 （ 2）编码器内部受到污染、太脏、信号无法正确接收。 故障现象：芬兰 VMC800 SIMES 880 立式加工中心的工作台为双工作台，通过交换工作台完成两工件加工，工作台靠鼠盘定位，鼠牙盘等分 360个齿，每个齿对应 1工作台靠油缸上下运动实现工作的离合，通过伺服电机拉动同步齿形带，带动工作台旋转通过脉冲编码器来检测工作台的旋转角度和定位，工作台在 96年 8月份出现定位故障，工作台不能正确参考点，每次定位 错误不管自动还是手动都相差几个角度，角度数，有时 1 ，有时 2 ，但是工作台如果分别正转几个角度如 30 、60 、 90 ，再相应的反转 30 、 60 、 90 时，定位准确，出现定位错误时， CRT出现 NC 228*报警显示。 故障分析：查询 228*报警内容为： M19选择无效，即： M19定位程序在运行时没有完成，当时我们认为是 M19定位程序和有关的 NC MD有错，但是检查程序和数据正常，经分析有可能是下面几种原因引起工作台定位错误：（ 1）同步齿形带损坏，导致工作台实际转数与检测到的数值不符；（ 2）编码器联轴节损坏； （ 3）测量电路不良导致定位错误。 故障解决：根据以上原因，我们对同步齿形带和编码器联轴节，进行检查，发现一切正常，排除上述原因后，我们判断极有可能是测量电路不良引起的故障，本机床是由 RAC 2： 2-200 驱动模块，驱动交流伺服电机构成 Sl轴，由 6Fxl l21-4BA测nts数控机床的加工 误差的解决与维护 22 量模块与一个 1024 脉冲的光电脉冲编码器组成 NC测量电路，在工作台定位出现故障时，检查工作台定位 PLC图， PLC图人板 4Al-C8上输人点 E9.3、 E9.4、 E9.5、E9.6、 E9.7是工作台在旋转联结定位的相关点，输出板 4Al-C5上 A2.2、 A2.3、 A2.4、A2.5、 A2.6是相应的输出点，检查这几个点，工作状态正常，从 PLC 图上无法判断故障原因，于是我们检查测量电路模块 6Fx1， 121- 4BA无报警显示正常。在工作台定位的过程中，用示波器测量编码器的反馈信号，判定编码器出现故障。于是我们拆下编码器，拆下其外壳，发现其光电盘与底下的指示光栅距离大近，旋转时产生摩擦，光电盘里圈不透光部分被摩擦划了一个透光圆环，导致产生不良脉冲信号，经更换编码器问题解决，现在考虑当初的报警没有显示测量电路故障，是因为编码器光电盘还没有完全损坏，是一个随 机性故障， CNC无法真实的显示真正的报警内容，因此数控设备的报警并不能完全彻底的说明故障原因，需要更加深入地进行分析。 故障二：脉冲编码器 A相信号错误导致轴运动产生振动。 故障现象： FAUNUC 6ME 系统双面加工中心 96年 10月份 X向在运动的过程中产生振动，并且在 CRT上出现 NC416报警。 故障分析：根据故障现象，我们分析引起故障的原因可能有以下几种。（ 1）速度控制单元出现故障；（ 2）位置检测电路不良；（ 3）脉冲编码器反馈电缆的连线和连接不良；（ 4）脉冲编码器不良；（ 5）机床数据是否正确；（ 6）伺服电机 及测速机故障。 故障解决：针对上述分析出的原因，对速度控制单元、主电路板、脉冲编码器反馈电缆的连接和连线进行检查，发现一切正常，机床数据正常，然后将电动机与机械部分脱开，用手转动电动机，观察 713号诊断状态， 713诊断内容为： 713.3为 X轴脉冲编码器反馈信号，如果断线，此位为 1。 713.2为 X轴编码器反馈一转信号。713.1为 X轴脉冲编码器 B相反馈信号。 713.0 为 X轴脉冲编码器 A相反馈信号。713.2、 713.1、 713.0 正常时电动机转动应为 “0” 、 “1” 不断变化，在转动电动机时，发现 713.0 信号只 为 “0” 不变 “1” ，我们又用示波器检测脉冲编码器的 A相、 B相和一转信号，发现 A相信号不正常，因此通过上述检查可判定调轴脉冲编码器不良，经更换新编码器，故障解决。 故障三：测速发电机的励磁绕组线引起控制轴振动的故障。 故障现象：从芬兰引进的 IRB2000机器人 98年 10份出现故障，启动机器人，机器人在导轨（第七轴）上不运行，并有强烈振动，在控制器上出现 506 1407 和 509 237报警。 故障分析： 5006 1407 报警内容为：（ 1）机器人在第七轴运行时遇到障碍；（ 2）驱动电机超载，电磁刹车没有松开；（ 3） 驱动电机通过电流，但不能正确换向；nts数控机床的加工 误差的解决与维护 23 （ 4）驱动电机没有通过电流。 509 237报警内容为：第七轴的测速发电机不良，测速机断路。 故障解决：根据故障现象和报警内容，我们对驱动系统进行检查，驱动电机为交流伺服电机，型号为 NAC093A-O-WS-3-C 110-B-1，驱动板为 DSQC236B，该系统的检测为测速发电机和脉冲编码器对速度和位置进行检测控制，首先我们检查各连接电缆的连线，接头和驱动板都正常，然后我们又检查强电电路，经检查发现控制驱动电机电磁刹车的时间继电器有一触点断线，焊好后，重新启动，时间继电器虽 然工作正常，但是电机仍不能运行，报警仍未消除，随后我们把电机与机械部分脱开，只接通刹车电源，用手转动电机，电机不动，同时测量刹车线圈，发现线圈烧损，经修复刹车故障解除， 506 1407报警消除，但是 509 237报警仍未消除，机器人运行仍有振动，于是我们测量测速发电机励磁绕组，发现绕组断线，因绕组线为 0 2mm，线太细并且断掉好几根，修复难度太大，修复无望，于是我们向 ABB 公司定货，经更换测速发电机，故障解除。 故障四：脉冲编码器受油污染，导致轴定位故障。 故障现象： SIEMENS 880 卧式加工中心工作台 98年 10月份在旋转定位过程中出现故障，运行中断， CRT 出现报警号： 1364报警内容为 1364 ORD 4B2 measuing System Dirty即测量系统受污染。 故障解决：根据故障报警内容，我们先拆下检测线路板和反馈电缆接头，用酒精清洗其灰尘和油污，起动工作台，故障没消除，随后我们又拆下检测工作台位置的脉冲编码器，发现里面充满了大量机械油，原来有一通入编码器的压缩空气气路，压缩空气能把进入编码器的灰尘吹出，起到清洁编码器的作用，这些机械油是由气路通气时，因压缩空气不洁净，由压缩空气带进来的，我 们用汽油把这些油污洗干净，并提高压缩空气质量，重新安装好编码器后，起动工作台，故障消除。 故障五：闭环电路检测信号线折断，导致控制轴运行故障。 故障现象： SIEMENS 8 系统卧式加工中心有一次正在工作过程中，机床突然停止运行， CRT出现 NC报警 104，关断电源重新起动，报警消除，机床恢复正常，然而工作不久，又出现上述故障，如此反复。 故障分析及解决：查询 NC 1O4报警，内容为： X轴测量闭环电缆折断短路，信号丢失，不正确的门槛信号不正确的频率信号，本机床的 X、 Y、 Z三轴采用光栅尺对机床位移进行位置检测，进 行反馈控制形成一个闭环系统。 根据故障现象和报警，我们先检查读数头和光栅尺，光栅尺密封良好，里面洁净，读数头和光栅尺没有受到油污和灰尘污染，并且读数头和光栅尺正常，随后我们又检查差动放大器和测量线路板，经检查未发现不良现象，经过这些工作后，我们把重点放在反馈电缆上，测量反馈端子，发现 13号线电压不稳，停电后测量 13号线，nts数控机床的加工 误差的解决与维护 24 发现有较大电阻，经仔细检查，发现此线在 X向随导轨运动的一段有一处将要折断，似接非接，造成反馈值不稳，偏离其实际值，导致电机失步，经对断线重新接线，起动机床，故障消除。 故障六：脉冲编码器感应 光电盘损伤导致加工件加工尺寸误差。 故障现象： CNC 862数控 20车床 X向切削零件时尺寸出现误差，达到 0.30mm 250mm，CRT无报警显示。 故障解决：本机床的 X、 Z轴为伺服单元控制直流伺服电机驱动，用光电脉冲编码器作为位置检测，据分析造成加工尺寸误差的原因一般为：（ 1） X 向滚珠丝杠与丝母副存在比较大的间隙或电机与丝杠相连接的轴承受损，导致实行行程与检测到的尺寸出现误差；（ 2）测量电路不良。 根据上述分析，经检查发现丝杠与丝母间隙正常，轴承也无不良现象，测量电路的电缆连线和接头良好，最后我们用示波器 检查编码器的检测信号，波形不正常。于是我们拆下编码器，打开其外壳，发现光电盘不透光部分不知什么原因出现三个透明点致使检测信号出现误差，更换编码器，问题解决，因为 CNC 862 系统的自诊断功能不是特别强，因此在出现这样的故障时，机床不停机，也无 NC 报警显示： 还有几次因检测元件不良造成的设备故障，在此就不一一列述。 检测元件是一种极其精密和容易受损的器件，一定要从下面几个方面注意，进行正确的使用和维护保养。 1不能受到强烈振动和摩擦以免损伤代码板，不能受到灰尘油污的污染，以免影响正常信号的输出。 2工作环 境周围温度不能超标，额定电源电压一定要满足，以便于集成电路片子的正常工作。 3要保证反馈线电阻，电容的正常，保证正常信号的传输。 4防止外部电源、噪声干扰，要保证屏蔽良好，以免影响反馈信号。 5安装方式要正确，如编码器联接轴要同心对正，防止轴超出允许的载重量，以保证其性能的正常。 总之，在数控设备的故障中，检测元件的故障比例是比较高的，只要正确的使用并加强维护保养，对出现的问题进行深入分析，就一定能降低故障率，并能迅速解决故障，保证设备的正常运行。 六 PLC 故障： 本 章 列举了 PLC五种故障查找方法 的流程图，并列出常规输入、输出单元故障处理对策。 PLC有很强的自诊断能力，当 PLC自身故障或外围设备故障，都可用 PLC上具有的nts数控机床的加工 误差的解决与维护 25 诊断指示功能的发光二极管的亮灭来诊断。 一、 PLC 故障查找流程图 一 总体检查 根据总体检查流程图找出故障点的大方向，逐渐细化，以找出具体故障，如图 1所示。 图引自中国科技网 (3) 二 电 源故障检查 电源灯不亮需对供电系统进行检查，检查流程图如图 2所示。 nts数控机床的加工 误差的解决与维护 26 图 2 三 运行故障检查 电源正常，运行指示灯不亮，说明系统已因某种异常而终止了正常运行，检查流程图如图 3所示。 nts数控机床的加工 误差的解决与维护 27 图 3 四 输入输出故障检查 输入输出是 PLC与外部设备进行信息交流的通道，其是否正常工作，除了和输入输出单元有关外，还与联接配线、接线端子、保险管等元件状态有关。检查流程图如图 4、图 5所示。 引自现代机床维护与维修 (4) 图 4 图 5 五 外部环境的检查 nts数控机床的加工 误差的解决与维护 28 影响 PLC工作的环境因素主要有温度、湿度、噪音与粉尘，以及腐蚀性酸碱等。 七 数控机床的维护： 数控系统是数控机床的核心部件，因此，数控机床的维护主要是数控系统的维护。数控系统经过一段较长时间的使用，电子元器件性能要老化甚至损坏，有些机械部件更是如此，为了尽量地延长元器件的寿命和零部件的磨损周期，防止各种故障，特别是恶性事 故的发生，就必须对数控系统进行日常的维护。概括起来，要注意以下几个方面。 一 制订数控系统日常维护的规章制度 根据各种部件特点，确定各自保养条例。如明文规定哪些地方需要天天清理（如CNC系统的输入输出单元 光电阅读机的清洁，检查机械结构部分是否润滑良好等），哪些部件要定期检查或更换（如直流伺服电动机电刷和换向器应每月检查一次）。 二 应尽量少开数控柜和强电柜的门 因为在机加工车间的空气中一般都含有油雾、灰尘甚至金属粉末。一旦它们落在数控系统内的印制线路或电器件上，容易引起元器件间绝缘电阻下降，甚 至导致元器件及印制线路的损坏。有的用户在夏天为了使数控系统超负荷长期工作，打开数控柜的门来散热，这是种绝不可取的方法，最终会导致数控系统的加速损坏。正确的方法是降低数控系统的外部环境温度。因此，应该有一种严格的规定，除非进行必要的调整和维修，不允许随便开启柜门，更不允许在使用时敞开柜门。 三 定时清扫数控柜的散热通风系统 应每天检查数控系统柜上各个冷却风扇工作是否正常，应视工作环境状况，每半年或每季度检查一次风道过滤器是否有堵塞现象。如果过滤网上灰尘积聚
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