摘要数控系统是数控机床的核心部件

摘要 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 只有坚持做好对机床的日常维护保养工作 才可以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 争取机床长时间稳定工作 也才能充分发挥 数控机床的加工优势 达到数控机床的技术性能 确保数控机床能够 正常工作就必须对数控系统进行日常的维护 关键词 数控机床 维护 与调整 数控系统 第 1 章 数控机床的现状 1 1 数控机床的发展 在传统机械制造业 中 批量产品的生产采用了自动机床 组合机床和专用生产线 这种 高效设备在汽车发动机等行业得到了广泛的应用 但是机械制造业中 单件 小批量生产约占机械加工总量的 80 以上 尤其是制船 航天 机床 重型机械以及军工行业 其特点是加工批量小 改型频繁 零 件的形状复杂而且加工精度高 如果使用一次性投资高 并且在生产 中需要经常更换工装的专用生产线这类零件显然很不适合 数控机床 就是为了了解决多品种 小批量零件的自动化生产而诞生出来的一种 灵活 通用 自动化的机床 它最早应用于军工行业 用于加工直升 飞机叶片检查样板 经过几年的研究和推广应用后 在机械制造业中 加工复杂零件曲面方面发挥了重要作用 目前 在机械制造业中 数 控机床有取代常规机床的趋势 数控机床的产生给传统制造业带来 了革命性的变化 使制造业成为现代工业化的象征 而且随着数控机 床的应用技术不断发展和应用领域的扩大 它对国民经济的一些重要 行业 汽车 轻工业等 的发展起着越来越重要的作用 因为这些行 业所需要装备的数字化已是现代发展的大趋势 机械制造业对数控机 床的要求越来越高 数控机床的变化和发展也越来越快 当前世界上 数控机床的发展呈现如下趋势 1 高速 高精度化 高速指的是高的主轴转速 高的快速移动速度和 高的换刀速度 即短的换刀时间或刀架转位时间 高的主轴转速能提 高切削效率和改善加工表面的质量 高的换刀速度能有效地缩短辅助 时间 而高的快速移动速度不仅能减少非切削工时 而且能相应地提 高切削进给速度 从而有利于提高切削效能 所以全面高速化能大大 强化机床的工作效能 随着今近年来市场竞争的加剧 促使发展全面 高速化机床的趋势更为明显 高精度化是指高数控机床的精度 在 控制系统方面采用高性能的计算机提高位置控制时插补计算的速度 使用新的曲线拟合算法减少插补误差的产生 提高数控系统的控制精 度 目前已经达到 0 1um 0 01um 在伺服系统方面使用全数字化的位 置和速度控制 利用先进的控制理论提高伺服系统的跟随精度 最大 限度地消除数控机床系统和伺服系统执行件之间的位置滞后误差 并 且位置环应采用监测分辨率更高的位置编码器 采取以上措施并配合 机械结构的动态 静态刚度的提高 在中 小型数控机床上其定位精 度已经可以达到 3 4um 重复定位精度可以达到 1 3um 高速切削的 好处如 效率高 工件 刀具发热小从而变形小等等 2 高可靠性 数控机床的价格较高 企业为缩短投资的回收周期 通 常采用每天 2 班 16 小时工作制 数控机床能否发挥其高性能 高精度 高效率的特点 使企业获得良好的经济效益 关键取决于其可能性 衡量数控机床的可靠性的重要指标是数控机床的平均无故障工作时间 小时 数控机床由数控系统 强电控制系统和液压传动系统等组合 而成 其可靠性指标要低于其中任何一个单个系统的可靠性指标 统 计结果显示数控机床的平均无故障工作时间通常比数控系统要低一个 数量级 因此 提高数控机床的可靠性 关键在于提高组成数控机床 的各个系统的可靠性 特别是数控系统的可靠性 数控系统的可靠 性近年有了长足的发展 在 20 世纪 70 年代平均无故障工作时间大于 3000 小时 80 年代大于 10000 小时 90 年代已经提高到 30000 小时以 上 并且由继续提高的趋势 有资料显示 FANUC 数控系统的可靠性指 标已经达到 125 个月 3 机床功能复合化 数控机床功能的复合 化是为了提高零件加工效率 减少辅助时间 在复合化数控机床上可 以完成车 铣 镗和钻等多种工序加工 它消除了单一功能数控机床 在使用上的局限性 可代替多台机床实现多工序一次装夹加工 这种 方式既能减少装卸时间 提高机床生产效率 减少半成品库存量 又 能保证和提高形位精度 目前 世界各国的数控制造厂商均竞相研究 开发具有复合功能的数控机床 4 智能化 网络化 柔性化 智能化是指数控机床控制加工精度和加 工效率的智能化 比如在加工过程中使用自适应控制 工艺参数的自 动生成等技术 在应用层面上改善数控机床的使用 在数控系统方面 使用智能化的负载自动识别 电机参数自适应运算调整和自动选定工 作状态等技术 使数控机床的安装调试更高效 5 网络化是 21 世纪数控机床的必备功能之一 这种功能将极大的满 足生产线 制造系统和制造企业对信息集成的需求 使得企业和企业 之间也可以进行 6 7 8 window cproArray window cproArray push id u3054371 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 22 170 失 应该在机床通电时更换电池 以保证系统数据不会丢失 2 键盘故障 171 在用键盘输入程序时 若发现关字符不能输入 不能消除 程 序不能复位或显示屏不能更换页面等故障 应首先考虑有关按键是否 接触不好 予以修复或更换 若不见成效或者所有按键都不起作用 可进一步检查该部分的接口电路 连接电缆状况 3 熔丝故障 172 控制系统内部熔丝烧断故障 多出现于对控制系统进行测量时 的误操作 或由于机床发生了撞车等意外事故 因此 维修人员要熟 悉各熔丝的保护范围 以便发生问题时能及时查出并予以更换 4 刀 位参数的更换 173 加工中心在加工过程中 由于机床的突然断电或意外操作了急 停按钮 使机床刀具的实际位置与计算机内存的刀位号不符 如果操 作者不注意 往往会发生撞车或打刀废活等事故 因此 一旦发现刀 位不对时 应及时核对控制系统内存刀位号与实际刀位号是否相符 如不符 应参阅说明书介绍的方法 及时将控制系统内存的刀位号改 为实际刀位号 5 控制系统的 NOT READY 没准备好 故障 应先检查 CRT 显示面板上是否有其他故障指示灯亮及故障信息提示 若有问题应按故障信息目录的提示去解决 检查伺服系统电源装置是否有熔丝断 断路器跳闸等问题 若合闸 或更换了熔丝后短路器再跳闸 应检查电源部分是否有问题 检查电 动机是否过热 大功率晶体管组件过电流等故障而使监控电路起作用 检查控制系统各板是不中有故障灯显示 检查控制系统所需各交流电源 直流电源的电压值是否正常 若电 压不正常也可造成逻辑混乱而产生 NOT READY 故障 6 机床参数 的修改 对每台数控机床都要充分了解并掌握机床参数的含义 它除能帮助操 作者很好地了解该机床的性能外 有的还有利于提高机床的工作效率 或用于排除故障 近年来数控系统的软件功能比较丰富 通过对有关参数的更改可扩展 机床的功能 提高各轴的进给率及主轴转速的上下限值 在循环加工 中缩短退刀的空行程距离等 从而达到提高工作效率的目的 当然 控制系统的故障现象远不止这些 如 CRT 显示故障 光电阅读 机的故障 打印机故障 机床参数的全消除方法 数控装置的初始化 方法 备板的更换方法及注意事项等因系统的不同 其方法也有所不 同 这就需要根据具体情况 参考有关维修资料及个人经验予以解决 3 5 常见伺服系统故障及诊断 伺服系统故障可利用 CNC 控制系统自诊断的报警信号 CNC 控制系统及 伺服系统放大驱动板上的各种信息状态指示灯 故障报警指示参阅有 关维修说明书上介绍的关键测试点的波形 电压值 CNC 控制系统 伺 服放大板上的有关参数的设定 短路销的设置及相关电位器的调整 功能兼容板或替换等方式来解决 下面是一些比较常见的故障 1 伺 服超差所谓伺服超差 即机床的实际进给值与指令值之差超过限定的 允许值 对此类问题做如下准备 检查数控系统设置的允许伺服偏差是否太小 检查 CNC 控制系统与驱动放大模块之间 CNC 控制系统与位置检测之 间 驱动放大器与伺服电机的连线是否正确 可靠 检查位置检测器的信号及相关的 D A 转换电路是否有问题 检查驱动放大器输出电压是否有问题 若有问题 应予以以修理或 更换 检查电动机轴与传动机械间是否配合良好 是否有松动或间隙存在 检查位置增益是否符合要求 若不符合要求 对有关的电位器应予 以调整 2 机床停止时 有关进给轴振动 检查高频脉冲信号 观察其波形及波幅 若不符合要求应调节有关 电位器 检查伺服放大器速度环的补偿功能 若不合适 应调节补偿用电位 器 检查位置检测用编码盘的轴 联轴节 齿轮系是否啮合良好了 有 无松动现象 若有问题应予以修复 3 机床运行时声音不好 有摆动现象 先检查测速电机换向器表面是否光滑 清洁 电刷与换向器是否接 触良好 因为问题往往多出现在这里 若有问题应及时进行清理或修 整 检查伺服放大部分速度五一节的功能 若不合适应予以调整 检 查伺服放大器位置增益 若有问题应调节有关电位器 检查位置检测器与联轴节间的装配是否松动 检查由位置检测器来的反馈信号的波形 D A 转换后波形幅度 若有 问题 应进行修理或更换 4 飞车现象 即通常所说的失控 位置传感器或速度传感器的信号反相 或者电枢线接反了 即整个 系统不是负反馈而变成了正反馈了 速度指令给的不正确 位置传感器或速度传感器的反馈信号没有接或者是有接线断开情况 CNC 控制系统或伺服控制板有逻辑故障 电源板有故障而引起的 逻辑混乱 5 所有的轴均不运动 用户保护性操作 如急停按钮 制动装置等没有释放 或有关运动 的相应开头不正确 主电源熔丝熔断 由于过载保护用断路器动作或监控用继电器的触点未接触好 呈常 开状态而使伺服放大部分信号没有发出 6 电动机过热 滑板运行时其摩擦力或阻力太大 热保护继电器脱扣 电流设定错误 励磁电流太低或永磁式电机失磁时 为获得所需力矩也可引起电枢 电流增高而使电动机发热 切削条件恶劣 刀具反做用力太大引起电动机电流增高 运动夹 紧 制动装置没有充分释放 使电动机过载 由于齿轮传动系统的损坏或传感器有问题 所产生的噪声进入伺服 系统而引发的周期性噪声 可使电机过热 电动机本身内部匝间短路而引起的过热 有风扇冷却的电动机 若风扇损坏 也可使电动机过热 7 机床定位精度不准 首先检查测速发电机换向器的表面光滑以及电刷的磨合状况 若有 问题 应修整事更换 检测高频脉冲波形的波幅 频率及波形是否符合要求 若不合适应 予以调整 检查切削条件是否合理 刀刃是否损坏 若有问题需改变状态或更 换刀具 检查机械传动部分反向间隙 若不合适应调整或进行软件上的反向 间隙补偿 检查位置检测信号的振幅是否合适 并进行必要调整 检查机床的振动状况 如机床水平状态是否符合要求 机床地基是 否有振动 主轴旋转时机床是否振动 3 6 数控机床故障排除方法 1 初始化复位法 一般情况下 由于瞬时故障引起的系统报警 可 用硬件复位或开关系统电源依次来清除故障 若系统工作存贮区由于 掉电 拔插线路板或电池欠压造成混乱 则必须对系统进行初始化清 除 清除前应注意作好数据拷贝记录 若初始化后故障仍无法排除 则进行硬件诊断 2 参数更改 程序更正法 系统参数是确定系统功能的依据 参数 设定错误就可能造成系统的故障或某功能无效 有时由于用户程序错 误亦可造成故障停机 对此可以采用系统的块搜索功能进行检查 改 正所有错误 以确保其正常运行 3 调节 最佳化调整法 调节是一种最简单易行的办法 通过对电 位计的调节 修正系统故障 如某厂维修中 其系统显示器画面混乱 经调节后正常 如在某厂 其主轴在启动和制动时发生皮带打滑 原 因是其主轴负载转矩大 而驱动装置的斜升时间设定过小 经调节后 正常 最佳化调整是系统地对伺服驱动系统与被拖动的机械系统实现最佳匹 配的综合调节方法 其办法很简单 用一台多线记录仪或具有存贮功 能的双踪示波器 分别观察指令和速度反馈或电流反馈的响应关系 通过调节速度调节器的比例系数和积分时间 来使伺服系统达到即有 较高的动态响应特性 而又不振荡的最佳