第6章-数控诊修.ppt

第6章辅助装置故障诊断与维修 6 1数控车床的辅助装置6 2辅助装置接口与控制6 3辅助装置的具体控制电路6 4辅助装置的常见故障维修实例 6 1数控车床的辅助装置 6 1 1数控车床的润滑系统机床润滑系统在机床整机中占有十分重要的位置 良好的润滑是保证数控车床稳定可靠的工作重要因素 对于提高机床加工精度 延长机床使用寿命等方面都有着十分重要的作用 现代机床导轨 丝杆等滑动副的润滑 基本上都是采用集中润滑系统 集中润滑系统是由一个液压泵提供一定排量 一定压力的润滑油 为系统中所有的主 次油路上的分油器供油 而由分油器将油按所需油量分配到各润滑点 同时 由控制器完成润滑时间 次数的监控和故障报警以及停机等功能 以实现自动润滑的目的 下一页 返回 6 1数控车床的辅助装置 润滑的作用在数控车床中润滑主要有以下几方面的作用 减小摩擦 减缓磨损 在两个有相对运动的接触表面之间加入润滑油或润滑脂 在相对运动件之间形成一层油膜 有效地避免了两表面间的直接接触 大大降低了接触表面间的摩擦系数 可以减小摩擦 实现减缓零件磨损之目的 降低温度 在油泵的作用下 流动润滑油可以把摩擦产生的大量热量带走 起到降低润滑表面温度的作用 下一页 返回 上一页 6 1数控车床的辅助装置 防止锈蚀 润滑油在摩擦表面形成的保护油膜 阻挡了金属与空气或其他氧化源的直接接触 并在一定程度上防止了金属零件的锈蚀 形成密封 润滑脂除具有主要的润滑作用外 还有防止润滑剂的流出和外界尘屑进入摩擦表面的作用 避免了摩擦 磨损的加剧 下一页 返回 上一页 6 1数控车床的辅助装置 润滑的类型按工作方式的分类 数控车床的润滑可分为分散润滑和集中润滑两种 分散润滑是指在数控车床的各个润滑点用独立 分散的润滑装置进行润滑 集中润滑是指利用一个统一的润滑系统对多个润滑点进行润滑 按润滑介质的不同 数控车床的润滑又分为油润滑和脂润滑两种 其中油润滑又分为油浴润滑 包括溅油润滑和油池润滑 定时定量润滑 循环油润滑 油雾润滑及油气润滑等方式 下一页 返回 上一页 6 1数控车床的辅助装置 油浴润滑方式 油浴润滑就是使轴上的回转零件 如齿轮 甩油盘等 浸入油池中 回转时将润滑油带到相应表面进行润滑 该方法简单可靠 但应注意带油零件回转速度不宜太高 浸入油池也不宜过深 定时定量润滑方式 定时定量润滑无论润滑点位置高低和离油泵远近 各点的供油量稳定 由于润滑周期的长短及供油量可调整 减少了润滑油的消耗 所以易于自动报警 润滑可靠性高 如图6 1所示为常见的定时定量润滑系统及配套的定时定量阀 下一页 返回 上一页 6 1数控车床的辅助装置 循环油润滑方式 在数控车床上 发热量大的部件 常采用循环油润滑方式 这种润滑方式是利用油泵把油箱中的润滑油经管道和分油器等元件送到各润滑点上 用过的油液返回油箱 在返回途中或者在油箱中油液经过冷却和过滤后再供循环使用 这种润滑方式供油充足 适于润滑油压力 流量和温度的控制与调整 常用于加工中心等机床主轴箱的润滑冷却 下一页 返回 上一页 6 1数控车床的辅助装置 油雾润滑方式 油雾润滑是将油液经高压气体雾化后从喷嘴成雾状喷到需润滑的部位的润滑方式 由于雾状油液吸热性好 又无油液搅拌作用 所以通常用于高速主轴轴承的润滑 但是 油雾容易吹出 污染环境 油气润滑方式 油气润滑方式是针对高速主轴而开发的新型润滑方式 它是利用极微量的油 约 油润滑轴承 以抑制轴承发热 下一页 返回 上一页 6 1数控车床的辅助装置 润滑泵的工作状态 开机初始阶段 机床开机 润滑泵即刻开始工作 连续供油一段时间 此时润滑泵工作的时间 比正常状态下的要长 以便在短时间内提供足够润滑油 使机床导轨上迅速形成一层油膜 加工运行阶段 机床开机以后 经过空载运行预热后 进入稳定工作状态 此后 控制系统控制润滑泵间歇工作 以保证机床导轨能够得到定期 定量的润滑 暂停阶段 工件待加工或加工完毕时 机床往往处于暂停工作状态 润滑油的需求量相应减少 因此 需要及时调整控制方式 适当延长润滑泵停止工作的时间 以减少其工作频率 从而减少油品消耗 下一页 返回 上一页 6 1数控车床的辅助装置 6 1 2数控车床的冷却系统 冷却方式机床的冷却系统主要是对加工中的刀具 零件进行冷却 使用切削液浇注在切削区 通过切削液的热传导 对流和汽化等方式 把切屑 工件和刀具上的热量带走 降低了切削温度 起到冷却作用 从而有效地减小了工艺系统的热变形 减少了刀具磨损 冷却装置安装在后床腿内 冷却液由冷却泵经管路送至床鞍 再由床鞍经管路至滑板 再由刀架上的喷嘴送出 下一页 返回 上一页 6 1数控车床的辅助装置 当机床采用卧式六工位刀架时 冷却系统为外循环 由安装在床鞍后部的冷却软管将冷却液送至切削部位 冷却水流量的大小可通过旋转安装在冷却支杆上的锥阀来进行控制 用过的冷却液流回油盘 经油盘底部的过滤小孔再流回后床腿内 为提高冷却泵的使用寿命防止冷却管路堵塞 在后床腿内安装一磁铁用来吸附细小铁末 该磁铁应与冷却液槽一起应定期进行清洗 冷却液冷却性能的好坏 取决于它的导热系数 比热容 汽化热 汽化速度 流量和流速等 下一页 返回 上一页 6 1数控车床的辅助装置 冷却液的普遍使用方法是浇注法 特点是使用方便 但流速慢 压力低 难于直接渗透入切削区的高温处 影响冷却液的效果 此外还有高压冷却法 喷雾冷却法 如图6 2所示 车床电气冷却数控车床属于高精度 高效率及高投入成本的机床 为了提高生产率 数控车床一般 不停机连续工作 为保证在长时间工作状况下机床加工精度的一致性 电气及控制系统的工作稳定性和机床的使用寿命 数控车床对环境温度和各部分的发热冷却及温度控制均有相应要求 下一页 返回 上一页 6 1数控车床的辅助装置 环境温度对数控车床加工精度及工作稳定性有直接影响 对精度要求较高和整批零件尺寸一致性要求较高的加工 应保持数控车床工作环境的恒温 数控车床的电控系统是整台机床的控制核心 其工作时的可靠性及稳定性对数控车床的正常工作起着决定性作用 并且电控系统中间的绝大部分元器件在通电工作时均产生热量 如果散热不好 容易造成整个系统的温度过高 从而影响其可靠性 稳定性及元器件的寿命 在一些较高档的数控车床上一般采用专门的电控箱冷气机进行电控系统的温湿度调节 如图6 3所示为电控箱冷气机的原理和结构图 下一页 返回 上一页 6 1数控车床的辅助装置 6 1 3主轴自动换挡控制 主轴自动换挡意义采用无级调速主轴机构 主轴箱虽然得到大大简化 但其低速段输出转矩常常无法满足机床强力切削的要求 如单纯追求无级调速 势必要增大主轴电动机的功率 从而使主轴电动机与驱动装置的体积 质量及成本大大增加 因此数控机床常用挡齿轮变速与无级调速相结合的方式 即分段无级变速 采用齿轮减速虽然低速的输出转矩增大 但降低了最高主轴转速 因此通常均采用齿轮自动变挡 达到同时满足低速转矩和最高主轴转速的要求 下一页 返回 上一页 6 1数控车床的辅助装置 主轴自动换挡控制数控系统具有使用 代码进行齿轮自动变速的功能 首先需要在数控系统维修参数区设置 四挡对应的最高主轴转速 这样数控系统会根据当前 指令值 判断应处的挡 例如 对应的主轴最高转速为 对应的最高转速为 主轴电动机最高转速为 如图6 4所示 下一页 返回 上一页 6 1数控车床的辅助装置 当 指令在 范围时 对应的齿轮相啮合 指令在 范围时 对应的齿轮相啮合 不同机床主轴变速所用的方式不同 控制的具体实现可由可编程序控制器来完成 目前常用液压拔叉或电磁离合器来带动不同齿轮的齿合 显然 该例中 对应的齿轮传动比为 而 对应的齿轮传动比为 此时主轴输出的最大转矩为主轴电动机最大输出转矩的 倍 对变速时出现的顶齿现象 现代数控系统均采用在变速时 由数控系统主轴电动机低速转动或振动的方式来实现齿轮的顺序齿合 下一页 返回 上一页 6 1数控车床的辅助装置 相关信号 接口 主轴自动换挡输出信号 接口 主轴自动换挡抵第 挡位换挡到位信号 与 共用一接口 与 共用一接口 当选择主轴变频控制 模拟电压输出 时 可支持 个挡位主轴自动换挡控制 个挡位换挡到位检测功能 下一页 返回 上一页 6 1数控车床的辅助装置 润滑泵的工作状态 开机初始阶段 机床开机 润滑泵即刻开始工作 连续供油一段时间 此时润滑泵工作的时间 比正常状态下的要长 以便在短时间内提供足够润滑油 使机床导轨上迅速形成一层油膜 加工运行阶段 机床开机以后 经过空载运行预热后 进入稳定工作状态 此后 控制系统控制润滑泵间歇工作 以保证机床导轨能够得到定期 定量的润滑 返回 上一页 6 2辅助装置接口与控制 6 2 1辅助装置接口 接口 数控系统通过 接口与润滑 冷却 卡盘等装置连接 接口定义如图 所示 接口中输出信号的意义由 程序定义 标准 程序定义的输出信号包括 信号 信号的公共端为 下一页 返回 6 2辅助装置接口与控制 急停控制急停开关连接方式如下图6 6所示 当急停开关的触点断开时 信号与 断开 急停报警 此时 关闭使能 信号 停止脉冲输出 除上述 处理的功能外 急停报警时也可由 程序定义其他功能 标准 程序定义的功能为 急停报警时 关闭 或 信号输出 同时输出 信号 下一页 返回 上一页 6 2辅助装置接口与控制 6 2 2辅助装置相关参数 系统控制参数 主轴自动挡功能有效 主轴自动挡功能无效 主轴自动挡至 挡时 检查换挡到位信号 主轴自动挡至 挡时 不检查换挡到位信号 换挡到位信号 与 接通时有效 换挡到位信号 与 接通时有效 下一页 返回 上一页 6 2辅助装置接口与控制 尾座控制功能有效 尾座控制功能无效 卡盘功能有效时 不检查卡盘是否夹紧 卡盘功能有效时 检查卡盘是否夹紧 如果卡盘未夹紧 则无法启动主轴 否则产生报警 报警 运动停止 卡盘控制功能有效 卡盘控制功能无效 下一页 返回 上一页 6 2辅助装置接口与控制 防护门检测功能无效 防护门检测功能有效 外接暂停信号 无效 与 接通时为防护门关闭 与 接通时为防护门关闭 压力低检测功能无效 压力低检测功能有效 与 接通时 压力低报警 与 接通时 压力低报警 下一页 返回 上一页 6 2辅助装置接口与控制 内卡方式 为内卡盘紧信号 为内卡盘松信号 外卡方式 为外卡盘松信号 为外卡盘紧信号 不检查卡盘到位信号 检查卡盘到位信号 诊断信息 的 为内卡盘紧 外卡盘松信号 为外卡盘紧 内卡盘松信号 主轴换挡到位检测信号 无效 下一页 返回 上一页 6 2辅助装置接口与控制 急停功能有效 急停功能无效 主轴模拟电压输出为 时 分别对应第 挡的主轴最高转速 当主轴自动换挡有效时 对应执行指令 时的主轴转速 上电或自动换挡功能无效时 默认为第 挡的转速 设定范围 单位 下一页 返回 上一页 6 2辅助装置接口与控制 主轴换挡时输出的电压 单位 诊断参数 进给保持信号 机床 循环启动信号 机床 轴回参考点减速信号 机床 急停信号 机床 下一页 返回 上一页 6 2辅助装置接口与控制 主轴制动信号 机床 卡盘夹紧信号 机床 主轴停止信号 机床 润滑开信号 机床 冷却液开信号 机床 尾座进信号 机床 主轴反转信号 机床 主轴正转信号 机床 下一页 返回 上一页 6 2辅助装置接口与控制 刀架反转信号 机床 刀架正转信号 机床 卡盘松开信号 机床 尾座退信号 机床 主轴转速开关量控制信号 机床 主轴转速开关量控制信号 机床 主轴转速开关量控制信号 机床 主轴转速开关量控制信号 机床 返回 上一页 6 3辅助装置的具体控制电路 6 3 1液压尾座电气控制 液压尾座电气控制电路液压尾座电气控制电路如图6 7所示 液压电动机 的三相电源由开关 控制 液压电磁换向阀的控制电源由变压器 降压后 经桥式整流为 直流电后提供 数控系统通过接口 的 引脚控制继电器 吸合 再由继电器 的常开控制液压电磁换向阀的电磁线圈动作 从而实现对液压尾座动作的控制 下一页 返回 6 3辅助装置的具体控制电路 液压尾座动作控制分析开机时 尾座进 及尾座退 都无效 第一次尾座控制输入 有效时 尾座进有效 第二次尾座控制输入有效时 尾座退有效 尾座进 尾座退信号互锁交替输出 即每有一次尾座控制输入信号有效时 输出状态就改变一次 执行指令 后 的 脚 输出 尾座进 执行指令 后 的 脚 输出 尾座退 主轴旋转时 尾座控制输入信号无效 如果执行 则产生报警 其输出状态保持不变 在 复位 急停时其输出状态保持不变 下一页 返回 上一页 6 3辅助装置的具体控制电路 6 3 2液压卡盘电气控制 液压卡盘电气控制电路液压卡盘电气控制电路如图6 8所示 控制原理与液压卡盘类似 液压电动机 的三相电源由开关 控制 液压电磁换向阀的控制电源由变压器 降压后 经桥式整流为 直流电后提供 数控系统通过接口 的 引脚控制继电器 吸合 再由继电器 的常开控制液压电磁换向阀的电磁线圈动作 从而实现对液压卡盘动作的控制 下一页 返回 上一页 6 3辅助装置的具体控制电路 液压卡盘控制分析液压卡盘的控制也跟液压尾座一样 开机时 卡盘紧 及卡盘松 都无效 第一次卡盘控制输入 有效时 卡盘紧有效 第二次卡盘控制输入有效时 卡盘松有效 卡盘紧 卡盘松信号互锁交替输出 即每有一次卡盘控制输入信号有效时 输出状态就改变一次 执行指令 后 的 脚 输出 卡盘夹紧 执行指令 后 的 脚 输出 卡盘松开 主轴旋转时 卡盘控制输入信号无效 如果执行 则产生报警 其输出状态保持不变 在 复位 急停时其输出状态保持不变 返回 上一页 6 4辅助装置的常见故障维修实例 6 4 1典型故障分析例 故障现象 某配套 系统的数控车床 踩了脚踏开关后工件没有夹紧动作 故障分析与处理 根据机床电气原理图 首先系统诊断参数检查脚踏开关的系统输入点 的状态 当压下脚踏开关后 的状态为 说明卡紧的控制信号已经发出 脚踏开关工作正常 再检查系统控制工件夹紧对应的输出信号 的状态 检查发现该输出信号也正确无误 考虑到工件夹紧阀是通过继电器的常开触点控制的 测量电磁阀线圈上的电压为 说明继电器工作正常 检查液压站工作压力正常 下一页 返回 6 4辅助装置的常见故障维修实例 例 故障现象 某配套 系统的数控车床 液压尾座不动作 故障分析与处理 触动控制尾座的脚踏开关 继电器 交替动作 说明系统控制信号正常 继电器工作正常 测量电磁阀线圈上的电压时 发现线圈上无电压 查整流输出端电压正常 断电检查发现桥式整流输出端的熔断器熔体已断 再进一步经查直流回路 线路正常 检查电磁阀线圈的电阻值 发现 的电阻值明显小 仔细检查后发现该线圈存在匝间短路 更换电磁阀线圈和熔体后液压尾座动作正常 下一页 返回 上一页 6 4辅助装置的常见故障维修实例 例 故障现象 某数控车床 在开机后发现液压站发出异响 液压卡盘无法正常装夹 故障分析与处理 经现场观察 发现机床开机启动液压泵后 即产生异响 而液压站输出部分无液压油输出 因此 可断定产生异响的原因出在液压站上 而产生该故障的原因大多为以下几点 液压站油箱内液压油太少 导致液压泵因缺油而产生空转 液压站油箱内液压油由于长久未换 污物进入油中 导致液压油黏度太高而产生异响 下一页 返回 上一页 6 4辅助装置的常见故障维修实例 由于液压站输出油管某处堵塞 产生液压冲击 发出声响 液压泵与液压电动机连接处产生松动 而发出声响 液压泵损坏 液压电动机轴承损坏 检查后 发现在液压泵启动后 液压泵出口处压力为 油箱内油位处于正常位置 液压油还是比较干净的 因此可以排除以上第 点 进一步拆下液压泵检查 发现液压泵为叶片泵 叶片泵正常 液压电动机转动正常 因此 可排除以上第 两点 下一页 返回 上一页 6 4辅助装置的常见故障维修实例 例 故障现象 在机床大修后发现机床启动后液压泵噪声特别大 故障分析与处理 据用户反映 在机床大修前 液压泵启动声音较小 而在维修后液压泵反而噪声变大了 根据用户反映和现场分析可知产生该原因可能是由于液压某处管路堵塞 液压泵损坏等原因造成 因此拆开液压油管和液压泵 发现泵和油管均正常 在拆的过程中 偶尔发现液压油黏度特别高 核对机床使用说明书 发现液压油牌号不正确 从而使液压泵噪声变大 更换液压油后 机床故障排除 下一页 返回 上一页 6 4辅助装置的常见故障维修实例 例 故障现象 对于使用液压卡盘的车床 在进行车削端面 外圆或螺纹时 刀具突然损坏 工件受损 但数控系统的位置与程序指令相同 且无报警 故障分析 由于切削时产生的力大于卡盘的指标 使得卡盘不能卡紧工件 卡盘与工件之间出现位移 对于采用液压卡盘的数控车床 应配备压力传感器监测液压系统的压力 在压力不足的情况下 产生用户报警 并且使数控系统进入进给保持状态 下一页 返回 上一页 6 4辅助装置的常见故障维修实例 6 4 2数控机床的日常维护 通过数控系统的维护信息 或者通过专用的调试软件工具 来检查各轴伺服驱动系统的空载电流 所谓空载电流就是不加工时坐标轴空载运动所需的电流 如果发现电流增大表明传动系统可能存在机械故障 这时需要打开机床的防护罩 检查运动部件的润滑状况 检查有无明显的磨损 检查用于导轨润滑的润滑液位 应将润滑剂加注到规定的液位 下一页 返回 上一页 6 4辅助装置的常见故障维修实例 检查数控机床电气柜状况 如电气柜的冷却采用的是风扇驱动空气的内外循环 则应检查电气柜进气口过滤材料是否需要更换 对于采用空气内外循环的电气柜还应该检查电气柜中各部件的外部清洁状况 如果灰尘过多应采取措施进行清洁 否则可能在今后的运行中出现硬件故障 如果数控机床的电气柜采用工业空调冷却 需要定期检查冷却的效果 如果制冷效果差或者不制冷