CAK6132A数控车床常见故障及处理方案.doc

1 摘 要 科学技术的发展 对机械产品提出了高精度 高复杂性的要求 而且 产品的更新换代也在加快 这对机床设备不仅提出了精度和效率的要求 而 且也对其提出了通用性和灵活性的要求 数控机床就是针对这种要求而产生 的一种新型自动化机床 数控机床集微电子技术 计算机技术 自动控制技 术及伺服驱动技术 精密机械技术于一体 是高度机电一体化的典型产品 它本身又是机电一体化的重要组成部分 是现代机床技术水平的重要标志 数控机床体现了当前世界机床技术进步的主流 是衡量机械制造工艺水平的 重要指标 在柔性生产和计算机集成制造等先进制造技术中起着重要的基础 核心作用 因此 如何更好的使用数控机床是一个很重要的问题 传统卧式机床是靠手工操作机床来完成各种切削加工 而数控机床则 是将编好的加工程序输入到数控系统中 由数控系统通过X Z 坐标轴的伺服 电动机去控制机床进给运动部件的动作顺序 移动量和进给速度 再配以主 轴的转速和转向 便能加工出各种形状不同的轴类或盘类回转体零件 数控 机床品种繁多 结构各异 但在许多方面仍有共同之处 本论文以常用CK6132 型数控车床为例研究数控车床的典型结构 常见故障的分析与维修 关键词 数控车床 分析 检测 维修 2 目 录 一 概述 3 1 1 数控机床故障诊断与维修的意义 3 1 2 数控车床常见故障分类 3 二 CAK6132A 数控车床的工作原理 6 三 CAK6132A 数控车床机械部分的常见故障及处理方案 8 3 1 数控车床主传动系统与主轴部件的常见故障与处理方案 8 3 2 数控车床进给系统的常见故障与处理方案 10 3 3 数控车床导轨副的常见故障与处理方案 12 四 CAK6132A 数控车床液压部分的常见故障及处理方案 14 4 1 数控车床的液压原理 14 4 2 数控车床液压部分的常见故障及处理方案 15 五 CAK6132A 数控车床电气控制部分的常见故障及处理方案 18 5 1 数控车床电气控制原理 18 5 2 数控车床电气控制部分的常见故障及处理方案 18 致 谢 24 参考文献 25 3 一 概述 1 1 数控机床故障诊断与维修的意义 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 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 数控维修技术不仅是保障正常运行的前提 对数控技术的发展和完善 也起到了巨大的推动作用 因此 目前它已经成为一门专门的科学 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每一时刻 都能准确无误地工作 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 因而对数控机床这样原理复杂 结构精密的装置进行维修就显得 十分重要了 尤其对引进的CNC 机床 大多花费了几十万到上千万 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 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 本文的目的就是分析数控车 床常见故障的原因和部位 以便维修人员或操作人员尽快地进行故障的修复 1 2 数控车床常见故障分类 数控车床是一种技术含量高且较复杂的机电一体化设备 其故障发生 的原因一般都较复杂 给数控车床的故障诊断与排除带来不少困难 为了便 于故障分析和处理 数控车床的故障大体上可以分为主机故障和电气故障 4 一般说来 机械故障比较直观 易于排除 电气故障相对而言比较复杂 电 气方面的故障基本可分为电气部分故障 伺服放大及位置检测部分故障 计 算机部分故障及主轴控制部分故障 至于编程而引起的故障 大多是由于考 虑不周或输入失误而造成的 只需按提示修改即可 1 主机故障 数控车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 2 电气故障 1 机床本体上的电气故障 此种故障首先可利用机床自诊断功能的 报警号提示 查阅梯形图或检查IO 接口信号状态 根据机床维修说明书所 提供的图纸 资料 排故流程图 调整方法 并结合工作人员的经验检查 2 伺服放大及检测部分故障 此种故障可利用计算机自诊断功能的 报警号 计算机及伺服放大驱动板上的各信息状态指示灯 故障报警指示灯 参阅维修说明书上介绍的关键测试点的波形 电压值 计算机 伺服放大有 关参数设定 短路销的设置及其相关电位器的调整 功能兼容板或备板的替 换等方法来作出诊断和故障排除 3 计算机部分故障 此种故障主要利用计算机自诊断功能的报警号 计算机各板上的信息状态指示灯 各关键测试点的波形 电压值 各有关电 位器的调整数值的设定 专用诊断组件 并参考计算机控制系统维修手册 电气图等加以诊断及排除 5 4 交流主轴控制系统故障 交流主轴控制系统发生故障时 应首先 了解操作者是否有过不符合操作规程的意外操作 电源电压是否出现过瞬间 异常 进行外观检查是否有短路器跳闸 熔丝断开等直观易查的故障 如果 没有 再确认是属于有报警显示类故障 还是无报警显示类故障 根据具体 情况而定 6 二 CAK6132A 数控车床的工作原理 在对零件进行数控加工之前 首先要根据被加工零件的图样和工艺方 案 用规定的代码和程序格式编写加工程序 并用适当的方法将程序指令输 入到机床的数控装置中 数控系统对输入的加工程序进行译码 运算之后 想机床输出各种信息和指令 控制其各部分按规定有序地动作 包括机床主 运动的变速 启停 进给运动的速度 方向和位移大小 以及其他诸如刀具 选择交换 工件夹紧松开和冷却润滑液的启 停等 伺服系统的作用就是 将进给速度 位移量等信息转换成机床的进给运动 数控系统要求伺服系统 能准确 快速地跟随控制信息 执行机械运动 同时 检测犯规系统将机械 运动的实际位置 速度等信息反馈至数控系统中 并与指令数值进行比较后 发出相应指令 修正所产生的偏差 提高数控机床的位置控制精度 从数控 机床最终要完成的任务看 主要有以下三个方面的内容 1 主轴运动 和普通机床一样 主轴运动主要完成切削任务 其动力约占正太机床 动力的 70 80 基本控制功能是主轴的正 反转和停止 可自动换挡及无 极调速 对加工中心和有些数控车床 还要求主轴进行高精确度准停和分度 功能 2 进给运动 进给运动是数控机床区别于普通机床最主要的地方 即用电气驱动代 替了机械驱动 数控机床的进给运动是由进给伺服系统完成的 进给伺服系 7 统由进给伺服驱动装置 伺服电动机 进给传动链及位置检测反馈装置等组 成 一般说来 数控机床功能的强弱主要取决于计算机数控系统 CNC 装 置 而数控机床性能的优势 如运动速度与精度等 主要取决于进给伺服驱 动系统 为了保证进给运动的位置精度 可采取一些有效的措施 如对机械 传动链进行预紧和反向间隙调整 采用高精度的位置检测装置 采用高性能 的伺服驱动装置和伺服电动机 来提高数控系统的运算速度等 3 输入 输出 I O 接口 数控系统对加工程序处理后输出的控制信号除了对进给运动轨迹进行 精确的控制外 还需要对机床主轴启 停 换向 刀具更换 工件夹紧 松开 以及液压 冷却 润滑 分度工作台转位等辅助运动进行控制 例如 通过 对加工程序中的 M 代码指令 机床操作面板上的控制开关及分布在机床各部 位的行程开关 接近开关 压力开关等输入原件的检测 由数控系统内的可 编程控制器 PLC 进行逻辑运算 输出控制信号驱动中间继电器 接触器 CNC伺服驱动 装置 伺服电动机 速度 检测 工作台 位置检测反馈 位置检测 速度反馈 8 电磁阀及电磁制动器等输出原件 对冷却泵 润滑泵 液压系统和启动系统 进行控制 数控机床是一种高效能自动化加工设备 9 三 CAK6132A 数控车床机械部分常见故障 及处理方案 CAK6132A数控车床机械部分的故障与普通车床机械部分的故障有许多 共同点 因此在对机械故障进行诊断及维修时 有许多地方是相通的 但是 数控车床大量采用电气控制与电气驱动 这就使得数控车床的机械结构与普 通车床的机械结构相比有很大的简化 使其机械结构的故障呈现出一些新的 特征 在实际中 机械故障的种类繁多 在此研究一些机械部分常见故障 如主传动系统 进给系统 机床导轨等 3 1 数控车床主传动系统与主轴部件的常见故障及处理方案 数控车床的主传动承受主切削力 它的功率大小与回转速度直接影响 着车床的加工效率 而主轴部件是保证车床加工精度和自动化程度的主要部 件 它们对数控车床的性能有着决定性的影响 主传动系统的常见故障及排除 方法 见表 3 1 表 3 1 序 号 故障现 象 故障原因排除方法 主轴轴承损伤或轴承 不清洁 更换轴承 清除脏物1主轴发 热 主轴前端盖与主轴箱 体压盖研伤 修磨主轴前端盖 使其压紧 主轴前轴承 轴承与后盖有 0 02 0 05mm 间隙 10 轴承润滑油脂耗尽或 润滑油脂涂抹过多 涂抹润滑油脂 每个 3ml 电动机与主轴连接的 皮带过松 移动电动机座 拉紧皮带 然后将电动机座重新锁紧 皮带表面有油用汽油清洗后擦干净 再装 上 皮带使用过久而失效更换新皮带 2主轴在 强力切 削时停 转 摩擦离合器调整过松 或磨损 调整摩擦离合器 修磨或更 换摩擦片 缺少润滑涂抹润滑脂保证每个轴承涂 抹润滑脂量不得超过 3ml 小带轮与大带轮传动 平稳情况不佳 带轮上的平衡块脱落 重新 进行动平衡 主轴与电动机连接的 皮带过紧 移动电动机座 使皮带松紧 度合适 齿轮啮合间隙不均匀 或齿轮损坏 调整啮合间隙或更换新齿轮 3主轴噪 声 传动轴承损坏或传动 轴弯曲 修复或更换轴承 校直传动 轴 4主轴没 有润滑 油泵转向不正确 或 间隙太大 改变油泵转向或修理油泵 11 吸油管没有插入油箱 的油面下面 将吸油管插入油面以下 2 3 油管和滤油器堵塞清除堵塞物 油循环 或润滑 不足 润滑油压力不足调整供油压力 润滑油过量调整供油量 密封件损坏更换密封件 5润滑油 泄漏 管件损坏更换管件 蝶形弹簧位移量较小调整蝶形弹簧行程长度6刀具不 能夹紧 刀具松紧弹簧上的螺 母松动 顺时针旋转松夹刀具弹簧上 的螺母使其最大工作载荷不 得超过 13kN 松刀弹簧压合过紧逆时针旋转松夹刀具弹簧上 的螺母使其最大工作载荷不 得超过 13kN 7刀具夹 紧后不 能松开 液压缸压力和行程不 够 调整液压压力和活塞行程开 关位置 3 2 数控车床进给系统的常见故障及处理方案 数控车床的进给传动系统的任务是实现执行机构 刀架 工作台等 的运动 大部分数控车床的进给系统是由伺服电动机经过联轴器与滚珠丝杠 直接相连 然后由滚珠丝杠螺母副驱动工作台运动 其机械结构比较简单 滚珠丝杠副是在丝杆和螺母之间以滚珠为滚动体的螺旋传动元件 滚珠丝杠 12 副的常见故障及排除方法 见表 3 2 表 3 2 序 号 故障现象故障原因排除方法 丝杆支承轴承的压 盖压合情况不好 调整轴承压盖 使其压 紧轴承端面 丝杆支承轴承可能 破损 如轴承破损更换新轴承 电动机与丝杆联轴 器松动 拧紧联轴器锁紧螺钉 丝杆润滑不良改善润滑条件 使润滑 油量充足 1 滚珠丝杠螺 母副噪声 滚珠丝杠螺母副滚 珠有破损 更换新滚珠 轴向预加载荷太大调整轴向间隙和预加载 荷 丝杆与导轨不平行调整丝杆支座的位置 使丝杆与导轨平行 螺母轴线与导轨不 平行 调整螺母座的位置 2 滚珠丝杠运 动不灵活 丝杆弯曲变形校直丝杆 13 3 滚珠丝杠螺 母副传动状 况不良 滚珠丝杠螺母副润 滑状况不良 用润滑脂润滑的丝杆需 要移动工作台取下套罩 涂上润滑脂 3 3 数控车床导轨副的常见故障及处理方案 导轨副是车床的重要部件之一 它在很大程度上决定数控车床的刚度 精度和精度保持性 数控车床导轨必需具有较高的导向精度 高刚度 高耐 磨性 机床在高速进给时不振动 低速进给不爬行等特性 影响机床正常运 行和加工质量的主要环节是 导轨副间隙 滚动导轨副的预紧力 导轨的直 线度和平行度以及导轨的润滑 防护装置 导轨副的常见故障及排除方法见 表 3 3 表 3 3 序 号 故障现 象 故障原因排除方法 车床经长时间使用 地 基与床身水平度有变化 使得导轨局部单位面积 负荷过大 定期进行床身导轨的水平调 整 或修复导轨精度 长期加工短工件或承受 过分集中的负荷 使得 导轨局部磨损严重 注意合理分布短工件的安装 位置 避免负荷过分集中 1导轨研 伤 导轨润滑不良调整导轨润滑油量 保证润 滑油压力 14 导轨材质不佳采用电加热自冷淬火对导轨 进行处理 导轨上增加锌铝 铜合金板 以改善摩擦情况 刮研质量不符合要求提高刮研修复的质量 机床维护不良 导轨里 面落入脏物 加强车床保养 保护好机床 防护装置 导轨面研伤用 170 砂布修磨机床与导 轨面上的研伤 导轨压板研伤卸下压板 调整压板与导轨 间隙 2导轨上 移动部 件运动 不良或 不能移 动 导轨镶条与导轨间隙太 小 调的太紧 松开镶条防松螺钉 调整镶 条螺栓 使得运动部件运动 灵活 保证 0 03mm 的塞尺 不得塞入 然后锁紧防松螺 钉 导轨直线度超差调整或刮研导轨允差 0 015 500 工作台镶条松动或镶条 弯度太大 调整镶条间隙 镶条弯度在 自然状态下小于 0 05mm 全 长 3加工面 在接刀 处不平 机床水平度差 使得导 轨发生弯曲 调整机床安装水平度 保证 平行度 垂直度在 0 02 1000 16 17 四 CAK6132A 数控车床液压部分的常见故障及处 理方案 4 1 数控车床的液压原理 CK6132型数控车床卡盘的夹紧与松开 主轴的机械变速 转塔刀架的 松开与夹紧 刀架刀盘的正转与反转 尾座套筒的伸出与退回 尾座的夹紧 与松开都是由液压系统驱动的 液压系统中各电磁阀电磁铁的动作是由数控 系统的PC 控制实现的 机床的液压系统采用变景泵11来驱动 压力油经滤 油器进入控制油路 整个油路的压力由液压泵来调节 一般压力调整在 5 5 5Mpa 压力计起显示检查作用 主轴箱中液压拨叉操纵一个双联滑移齿轮得到两种变速 液压拨叉变 速油缸的换向是通过电磁阀来实现 压力调节则通过减压阀来完成 电磁换 向阀控制液压卡盘的夹紧和松开 夹紧力的大小由减速阀来控制 电磁阀控 制液压缸活塞运动实现尾座套筒伸缩 顶尖对工件的顶紧力可根据加工工件 直径大小 任意调节减压阀手柄 使尾座液压油路的压力升高或降低达到同 顶紧力目的 尾座与床身的夹紧则依靠电磁阀控制两只液压缸紧固两块压板 来实现 转塔刀架的转位由一个液压马达通过凸轮传动机构和识别开关来完成 电磁换向阀控制液压马达转速 刀盘的夹紧和松开动作依靠电磁换向阀控制 液压缸来实现 在转动过程中 控制刀盘的电磁换向阀均失电 图中单向阀 的作用是当刀盘转到所需刀位前一位置时 PC 发出一减速信号 液压马达 的回油经节流阀减小 使刀盘慢速转动至所需刀位附近 机床进行切削加工时 只需要保持液压卡盘的压力 尾座压板夹紧力 18 尾座套筒顶紧力 刀架夹紧力和液压拨叉的位置 所以液压系统不消耗流量 此时液压泵即自动卸荷 液压油可采用40减磨液压油 为了切实有效地控制液压油的温度 本液压系统还安置了散热装置 此散热装置安装在油箱上 变量泵泄油孔的油通过高效的散热片降温效果良 好 4 2 数控车床液压部分的常见故障及处理方案 1 液压泵发热油温过高 故障原因分析 1 油箱油量不足或压力过高 2 液压泵工作压力超载 3 液压泵吸油管和系统回油管靠的太近 4 由于摩擦阻力引起的机械损失或泄漏引起的容积损失 故障处理方案 1 按规定量加油 油的粘度过大引起压力过高 使用符合规定的油 2 按规定的额定压力工作 3 调整油管 使工作后的油不直接进入液压泵 4 检查机械零件是否有故障 更换零件和密封圈 2 液压泵不供油或油量不足 故障原因分析 1 压力调节弹簧过松 2 流量调节螺钉调节不当 定子偏心方向相反 19 3 液压泵转速太低 叶片不能甩出 4 叶片在转自槽内卡死 5 油量不足 吸油管露出油面吸入空气 故障处理方案 1 将压力调节螺钉顺时针转动使弹簧压缩 启动液压泵 调节压力 2 按逆时针方向逐步转动流量调节螺钉 3 将转速控制在最低转速以上 4 拆开油泵修理 清除毛刺 重新安装 5 加油到规定位置 将滤油器埋在油下 3 尾座顶不紧或不运动 故障原因分析 1 压力不足 2 液压缸活塞拉毛或研损 3 液压阀卡死或线路断线 4 密封圈损坏 故障处理方案 1 用压力表检查 2 更换或维修 3 清洗 更换阀体或重新接线 4 更换密封圈 4 导轨润滑不良 20 故障原因分析 1 分油器堵塞 2 没有气体动力源 3 油路堵塞 故障处理方案 1 更换损坏的定量分油管 2 检查气动柱塞泵有否堵塞 工作是否灵活 3 清除污物 使油路通畅 5 滚珠丝杠润滑不良 故障原因分析 1 分油管不分油 2 有关堵塞 故障处理方案 1 检查定量分油器 2 清除污物 使油路通畅 21 五 CAK6132A 数控车床电气控制部分的常见故障 及处理方案 5 1 数控车床电气控制原理 CAK6132A机床电气系统主要由FANUC OTE MODEL A 2 数控系统 可 编程控制器 PMC L 交流伺服系统 直流主轴伺服系统 强电控制部分 刀架 操作台以及其它一些基本单元组成 另外还可以选择尾座 排屑机等 部件 不仅数控系统本身具有保护装置 强电部分也采取了保护措施 其电 源部分为数控车床各用电设备提供电源 主要由电源板 控制变压器 伺服 变压器和主轴伺服变压器组成 本机床采用FANUC 控制变压器 它提供两组 电源 200V 用于数控装置 100V 作为伺服单元上电磁接触器电源和强电板 上交流继电器电源 强电控制部分主要包括强电板 交流电动机 支流电磁阀等部分 强 电控制线路采用了HH52P FL 型直流24V 继电器作中间继电器 交流接触器 采用200 V 和100V 3TB4117 OA 型 CAK6132A机床采用可编程控制器 PMC 因此强电逻辑控制线路大为简化 同时可靠性也大幅度提高 除 了完成机床冷却系统 润滑系统 液压系统等部分的各种动作 还可将各种 动作的完成情况以回答信号形式回送PMC 利于PMC 进行各种逻辑控制 同 时强电板上还装有3VE1 型低压断路器 用于过载及短路保护 继电器带有 红色发光二极管可以显示继电器的通断情况 机床操作台上方是CNC 操作面 板 下方是强电操作面板 通过强电操作面板上的按钮 配合CNC 面板操作 可完成不同的机床控制 5 2 数控车床电气控制部分的常见故障及处理方案 22 1 电源无法输入 故障原因分析 1 交流电源没有接到CNC 装置 2 输入单元上报警指示灯亮 3 外部电源开关ON OFF 的 ON 接点接触不良 5 CNC 装置柜门上的 ON 接触不好 6 以上问题均不存在 则输入单元有故障 故障处理方案 1 检查方法是 确认输入单元上绿色指示灯PIL 是否点亮 若PIL 不亮 则检查输入单元的电源输入端子TP1 确认是否有电源输入 若TP1 上有电而PIL 不亮 则检查溶体F1 F2 F3是否烧断 2 若报警指示灯 红 亮 表示输入单元有故障 排除故障后 关 断一次电源后再接通 系统才能正常运行 3 这个外部开关有可能设置在机床操作面板上 它是与CNC 装置柜 电源开关串联的 这可以通过检查输入单元的TP2 端子上的EOF 和COM 之间 是否短路来确认 2 电源输入后CRT 无显示画面 此故障有以下几种现象 1 数控系统电源接通后CRT 无辉度和无任何画面 故障原因分析 a 与CRT 单元有关的电缆连接不良 b 输入CRT 单元的电源电压不正常 c CRT 单元本身故障 23 d CRT 接口印刷板或主控制线路板有故障 故障处理方案 a 应对电缆重新检查 连接一次 b 在检查之前应先搞清楚CRT 单元所用的电源是直流还是交流 电压 有多高 因为生产CRT 的厂家不同 它们之间有较大差异 一般来说 9 英 寸单色CRT 多用 24V 直流电源 而14 英寸彩色CRT 却为200V 交流电压 在确认输入电压过低的情况下 还应确认电网电压过低时 还会出现某些印 制电路板上硬件或软件报警 如主轴低电压报警等 c CRT 单元由显示单元 调节器单元等部分组成 它们中的任一部分 不良都会造成CRT 无辉度或无图像等故障 d 可以先用示波器检查是否有VIDEO 视频 信号输入 若无 则故障 出在CRT 接口印制电路板上或主控线路板上 往往伴有报警显示 可按报警 指示的信息来分析处理 2 CRT 无显示 机床也不能工作 故障分析与排除 这种情况下若无主控制板上硬件报警 说明故障发生在CRT 控制板上 采取更换CRT 控制板的方法来解决 若存在硬件报警 则根据提示信息判断 故障根源 最有可能是主控制板或存储系统控制软件ROM 板不良造成的 3 CRT 无显示但机床仍能正常工作 故障分析与排除 这种现象说明数控系统的核心控制部分仍能正常的进行插补运算以及 伺服控制等 只是显示部分或CRT 控制部分出了故障 对有关部分故障经排 24 除或更换后 一般即有显示 有时如果故障较轻也会出现CRT 图形周围扭曲 均向里凹 但显示还是清楚的 机床可以正常工作的情况 3 不能点动 如果机床不能点动操作 会出现以下两种情况 1 CRT 位置显示画面变化而机床不动 故障处理方案 a 用自诊断功能检查机床锁住信号 MLK 是否接通 b 用自诊断功能或参数1802 检查机床伺服关断信号是否接通 c 进给伺服单元有故障 2 CRT 位置画面和机床都不变化 故障原因分析及维修 a 机床互锁信号接通或点动 JOG 倍率设定为0 b 进给轴方向没有输入 通过DGN 来检测 c 状态信号没有输入 检查CRT 画面上是否显示 JOG 状态 d 点动速度设定错误 检查参数584 有没有快移机能检查参数1021 5 快移速度参数 e 外部有复位信号 检查CRT 画面上是否有 RESET 显示 f 参考点返回信号2RN 接通 通过自诊断 DGN 检查2RN 信号 g 主控制板上报警灯亮 可按CRT 上相应的报警信号提示内容处理 4 同步进给操作故障 故障原因分析 1 主轴转速不对 25 2 电缆连接不良 3 位置编码器故障 4 主控制板故障 故