CK6132型数控车床的故障分析和维护维修技术毕业设计.doc

附 录航空工业职业技术学院Zhangjiajie Institute of Aeronautical Engineering毕业设计说明书设计题目：CK6132型数控车床的故障分析和维护维修技术 毕业设计任务书一、设计题目：CK6132型数控车床的故障分析和维护维修技术二、设计依据：1.数控机床说明书 2.数控装置说明书 三、设计内容：1数控机床和数控系统简介。2故障现象、故障原因分析、故障诊断过程、维修方法、维修过程（典型故障包括机械故障、数控系统故障、电气故障）3设计说明书（论文）指导教师： 教研室主任： 摘 要全文共分三章节，主要介绍了数控机床基本知识，数控机床故障与维修的基本知识，数控机床故障规律，故障诊断的一般步骤及方法，包括直观检查法，仪器检查法，信号和报警指示分析法，参数调整法，接着讲述数控机床的常见故障，包括机械故障、伺服系统故障、PLC等电气故机械零件的修理方法，机床电气设备维修与故障故障排除，数控机床故障诊断与维修内容。并将传统设备维修技术与现代维修新技术，新工艺相结合，最后通过实例具体介绍数控机床故障产生后分析处理的过程，可以熟悉数控机床的各个部分和机械设备中机、液、电装置故障诊断与维修的基本思路方法和技术，以及必要的基本理论加加实践，提高工作效率。关键词：数控机床，维护，故障处理、诊断 目 录第一章 数控简介1.1数控机床的基本概念。61.2数控机床的组成。71.3数控机床机械结构特点与结构组成。101.3.1 数控机床机械结构的特点。101.3.2 数控机床机械结构的组成。10第二章 数控机床常见故障诊断与维护2.1 数控机床系统的故障诊断。112.1.1 初步判别。112.1.2 报警处理。112.2 电气故障的常用诊断方法。122.2.1 直观检查法。122.2.2 仪器检查法。122.2.3信号和报警指示分析法。122.2.4 参数调整法。132.3 常见电气故障维修和排除。132.3.1 电源。132.3.2 数控系统位置环故障。132.3.3 机床坐标找不到零点。142.3.4 机床动态异常。142.3.5 偶发性停机故障。142.4伺服系统故障及诊断。142.5 数控机床PLC故障诊断方法。152.6 数控机床常见故障诊断及维修实例。16结论。18致谢。19参考文献。20第一章数控简介数控（英文名字：Numerical Control 简称:NC）技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。数控一般是采用通用或专用计算机实现数字程序控制，因此数控也称为计算机数控(Computerized Numerical Control )，简称CNC，国外一般都称为CNC数控实训室，很少再用NC这个概念了。 它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。1908年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；19世纪末，以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明；1938年，香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输，奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。1952年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。 现在，数控技术也叫计算机数控技术（CNC，Computerized Numerical Control），目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的运动轨迹和外设的操作时序逻辑控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入操作指令的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成，处理生成的微观指令传送给伺服驱动装置驱动电机或液压执行元件带动设备运行。1.1数控机床的基本概念 数控又称数字控制（Numerical Control），简称NC。数控机床就是将加工过程所需的各种操作(如主轴变速,松夹工件,进刀与退刀,自动关停冷却液等)和步骤以及工件的形状尺寸用数字化的代码表示通过控制介质将数字信息进行处理与运算，发出各种控制信号，控制机床的伺服系统或其他驱动元件，从而使机床自动加工出所需的工件。数控技术的基本概念:数字控制机床(Numerical Control Machine Tools)简称数控机床，这是一种将数字计算技术应用于机床的控制技术。它把机械加工过程中的各种控制信息用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。1.2 CK6132型数控车床的组成CK6132型数控车床通常由以下几个部分组成：控制介质输入装置数控装置驱动装置辅助控制装置机床本体检测装置1. 控制介质 控制介质以指令的形式记载各种加工信息，如零件加工的工艺过程、工艺参数和刀具运动等，将这些信息输入到数控装置，控制数控机床对零件切削加工。2. 输入装置输入装置的作用是将程序载体（信息载体）上的数控代码传递并存入数控系统内。根据控制存储介质的不同，输入装置可以是光电阅读机、磁带机或软盘驱动器等。数控机床加工程序也可通过键盘用手工方式直接输入数控系统；数控加工程序还可由编程计算机用RS232C或采用网络通信方式传送到数控系统中。3. 数控装置数控装置是数控机床的核心。数控装置从内部存储器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序，经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种控制信息和指令，控制机床各部分的工作，使其进行规定的有序运动和动作。4. 驱动装置和位置检测装置驱动装置接受来自数控装置的指令信息，经功率放大后，严格按照指令信息的要求驱动机床移动部件，以加工出符合图样要求的零件。因此，它的伺服精度和动态响应性能是影响数控机床加工精度、表面质量和生产率的重要因素之一。驱动装置包括控制器（含功率放大器）和执行机构两大部分。目前大都采用直流或交流伺服电动机作为执行机构。 位置检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测出来，经反馈系统输入到机床的数控装置之后，数控装置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较，控制驱动装置按照指令设定值运动。5. 辅助控制装置辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运动，再经功率放大后驱动相应的电器，带动机床的机械、液压、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。这些控制包括主轴运动部件的变速、换向和启停指令，刀具的选择和交换指令，冷却、润滑装置的启动停止，工件和机床部件的松开、夹紧，分度工作台转位分度等开关辅助动作。由于可编程逻辑控制器（PLC）具有响应快，性能可靠，易于使用、编程和修改程序并可直接启动机床开关等特点，现已广泛用作数控机床的辅助控制装置。6. 机床主体 机床本体是加工运动的实际机械部件，主要包括：主运动部件，进给运动部件（如工作台、刀架）和支撑部件（如床身、立柱等）,还有冷却润滑、转位部件。如夹紧、换刀机械手等辅助装置。7. 刀架的工作原理 该装配图为螺旋升降式四方回转刀架，其工作原理见图： 图1-1 数控车床四工位刀架结构1.3.数控车床机械结构特点与结构组成1.3.1数控车床机械结构的特点数控车床是机电一体化产品的典型代表，尽管它的机械结构与普通机床的结构有许多相似之处，但并不是简单地在普通机床上配备数控系统即可，它与普通机床相比，结构上进行了改进，主要表现在以下几个方面：1）主传动装置多采用无级变速或分段无级变速方式，可利用程序控制主轴的变向和变速，主传动具有较宽的调速范围。有些数控机床的主传动系统已开始采用结构紧凑、性能优异的电主轴。2）进给传动装置中广泛采用无间隙滚珠丝杠传动和无间隙齿轮传动，利用贴塑导轨或静压导轨来减少运动副的摩擦力，提高传动精度。有些数控机床的进给部件直接使用直线电机驱动，从而实现了高速、高灵敏度伺服驱动。3）床身、立柱、横梁等主要支承件采用合理的截面形状，且采取一些补偿变形的措施，使其具有较高的结构刚度。4）加工中心备有刀库和自动换刀装置，可进行多工序、多面加工，大大提高了生产率。1.3.2CK6132型数控车床机械结构的组成CK6132型数控车床的机械结构主要由以下几个部分组成：1）主传动系统它包括动力源、传动件及主运动执行件主轴等，其功用是将驱动装置的运动及动力传 给执行件，以实现主切削运动。2）进给传动系统它包括动力源、传动件及进给运动执行件工作台（刀架）等，其功用是将伺服驱动装置的运动与动力传给执行件，以实现进给切削运动。3)基础支承件它是指床身、立柱、导轨、滑座、工作台等，它支承机床的各主要部件，并使它们在静止或运动中保持相对正确的位置。4)辅助装置指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。第二章 CK6132型数控车床常见故障诊断与维修2.1 CK6132型数控车床系统的故障诊断数控系统的故障诊断一般有故障检测、故障判断、隔离及故障定位三个阶段。第一个阶段的故障检测是对数控系统进行测试，判断是否存在故障；第二阶段是判断故障性质，并分离出故障部件或模块；第三阶段是将故障定位到可以更换的模块或印制线路板上，以缩短修理时间。2.1.1 初步判别通常在资料较全时，可通过资料分析判断故障所在，或采取接口信号法，根据故障现象判别可能发生故障的部位，而后再按照故障与这一部位的具体特点，逐个部位检查，初步判别。2.1.2 报警处理1系统报警的处理：数控系统发生故障时，一般在显示屏或操作面板上给出故障报警信号和相应的信息。通常系统的操作手册中都有详细的报警信号、报警内容和处理方法。由于系统的报警设置单一、齐全，维修时可根据每一报警后面给出的信息与处理办法自行处理；2机床报警和操作信息的处理：机床制造厂根据机床的电气特点，应用PLC程序，将一些能反映机床接口电气控制方面的故障或操作信息以特定。2.2 电气故障的常用诊断方法2.2.1 直观检查法直观检查法是故障分析之初必用的方法，就是利用感官的检查。 （1）询问向故障现场人员仔细询问故障产生的过程、故障表象及故障后果，并且在整个分析判定过程中可能要多次询问。 （2）目视总体查看机床各部分工作状态是否处于正常状态(例如各坐标轴位置、主轴状态、刀库、机械手位置等)，各电控装置(如数控系统、温控装置、润滑装置等)有无报警指示，局部查看有无保险烧煅，元器件烧焦、开裂、电线电缆脱落，各操作元件位置正确和否等等。2.2.2 仪器检查法使用常规电工仪表，对各组交、直流电源电压，对相关直流及脉冲信号等进行测量，从中找寻可能的故障。例如用万用表检查各电源情况，及对某些电路板上设置的相关信号状态测量点的测量，用示波器观察相关的脉动信号的幅值、相位甚至有无，用PLC 编程器查找PLC 程序中的故障部位及原因等。2.2.3 信号和报警指示分析法（1） 硬件报警指示这控系统、伺服系统在内的各电子、电器装置上的各种状态和故障指示灯，结合指示灯状能说明便可获知指示内容及故障原因和排除方法。（2）软件报警指示如前所述的系统软件、PLC 程序和加工程序中的故障通常都设有报警显示，依据显示的报警号对照相应的诊断说明手册便可获知可能的故障原因及故障排除方法。2.2.4 参数调整法数控系统、PLC 及伺服驱动系统都设置许多可修改的参数以适应不同机床、不同工作状 态的要求。这些参数不仅能使各电气系统和具体机床相匹配，而且更是使机床各项功能达到最佳化所必需的。因此，任何参数的变化(尤其是模拟量参数)甚至丢失都是不答应的；而随机床的长期运行所引起的机械或电气性能的变化会打破最初的匹配状态和最佳化状态。此类故障多指故障分类一节中后一类故障，需要重新调整相关的一个或多个参数方可排除。2.3常见电气故障维修和排除电气故障的分析过程也就是故障的排除过程，因此电气故障的一些常用排除方法在上一节的分析方法中已综合介绍过了，本节则列举几个常见电气故障做一简要介绍，供维修者参考。2.3.1 电源电源是维修系统乃至整个机床正常工作的能量来源，它的失效或者故障轻者会丢数据、造成停机。重者会毁坏系统局部甚至全部。西方国家由于电力充足，电网质量高，因此其电气系统的电源设计考虑较少，这对于我国有较大波动和高次谐波的电力供电网来说就显不足，再加上某些人为的因素，难免出现由电源而引起的故障。2.3.2 数控系统位置环故障1）位置环报警。可能是位置测量回路开路；测量元件损坏；位置控制建立的接口信号不存在等。2）坐标轴在没有指令的情况下产生运动。可能是漂移过大；位置环或速度环接成正反馈；反馈接线开路；测量元件损坏。2.3.3 机床坐标找不到零点可能是零方向在远离零点；编码器损坏或接线开路；光栅零点标记移位；回零减速开关失灵。2.3.4 机床动态异常机床动态特性变差，工件加工质量下降，甚至在一定速度下机床发生振动。这其中有很大一种可能是机械传动系统间隙过大甚至磨损严重或者导轨润滑不充分甚至磨损造成的；于电气控制系统来说则可能是速度环、位置环和相关参数已不在最佳匹配状态，应在机械故障基本排除后重新进行最佳化调整。2.3.5 偶发性停机故障这里有两种可能的情况摘要：一种情况是如前所述的相关软件设计中的新问题造成在某些特定的操作和功能运行组合下的停机故障，一般情况下机床断电后重新通电便会消失；另一种情况是由环境条件引起的，如强力干扰(电网或周边设备)、温度过高、湿度过大等。这种环境因素往往被人们所忽视，例如南方地区将机床置于普通厂房甚至靠近敞开的大门四周，电柜长时间开门运行，四周有大量产生粉尘、金属屑或水雾的设备等等。这些因素不仅会造成故障，严重的还会损坏系统和机床，务必注重改善。2.4伺服系统的故障诊断如图5.3.4.3在自动控制系统中，把输出量能够以一定准确度跟随输入量的变化而变化的系统称为伺服系统。伺服系统主要是控制机床的进给运动和主轴转速。伺服系统是一种反馈控制系统;它以指令脉冲为输入给定值，与输出量进行比较，利用比较后产生的偏差值对系统进行自动调节，以消除偏差，使被调量跟踪给定值。2.5 CK6132型数控车床的PLC故障诊断方法CK6132数控车床是典型的机电一体化系统。PLC工程现场界面涉及光、机、电、气、液等复杂的输入输出信令，加之PLC对于信号的逻辑处理具有的抽象运算特征，使得工业现场故障处理工作通常是相当的复杂困难，PLC机电系统现场故障往往使得缺少工程经验的设备管理者们束手无策，较长时间的故障处理处理可以大幅度降低产能，严重影响生产。本文以就事论事的方式平铺直叙具体的机电工程现场故障处理案例，保留住故障处理经验中最珍贵的分析判断过程。1.根据报警信号诊断故障 数控系统的故障报警信息，为用户提供排除故障的信息。 2.根据动作顺序诊断故障 数控机床上刀具及托盘等装置的自动交换动作，都是按一定的顺序来完成因此，观察机械装置的运动过程，比较故障和正常时的情况，就可发现疑点，诊断出故障原因。 3.根据控制对象的工作原理诊断故障 数控机床的PLC程序是按照控制对象的工作原理设计的，通过对控制对象工作原理的分析，结合PLC的I/O状态是诊断故障很有效的方法。2.6CK6132型数控车床常见故障诊断及维修实例1.主轴出现噪声的故障维修 故障现象：主轴噪声较大，主轴无载荷情况下，负载表指示超过40%。 维修过程：首先检查主轴参数设定，包括放大器型号、电动机型号及伺服增益等，在确认无误后，则将检查重点放在机械侧。发现主轴轴承损坏，经更换轴承后，在脱开机械侧的情况下检查主轴电动机旋转情况，发现负载表指示已正常但仍有噪声。随后，讲主轴参数00号设定为1，即让主轴驱动系统开环运行，结果噪声消失，说明速度检测元件有问题。经检查发现安装不正，调整位置之后再运行主轴电动机，噪声消失，机床能正常工作。 2一加工中心使用FANUC 18系统，停机后再启动有时会出现准备不足报警 首先，检查了急停和超程信号，系统启动和伺服，均没有问题，调出梯形图对相关的信号进行检查，发现主轴准备信号时有时无，查到这个信号来源于主轴冷却部分，检查其冷却接线与电器元件，发现主轴“准备好”的信号线虚接，重接后故障排除。 3.一立式加工中心，开机后屏幕无显示。故障分析： 该加工中心使用进口数控系统，造成屏幕无显示的原因有很多，经对故障进行了检查，后确认系统提供的外部电源是正确的，但主板上的电压不正常，时有时无，可以确认是因主板故障造成，因此进行了更换，更换主板后系统有显示，由于主板更换后参数需要重新设置，按系统参数设置步骤，对照机床附带的参数表进行了设置调整后机床正常。 屏幕上无显示的故障原因很多，首先必须找出原因排除，如还有其他故障，根据机床的报警和其他故障信息作出处。结 论数控机床由于其加工精度高、加工质量稳定, 加工柔性好、自动化程度高, 能直接加工一般机床加工不了的复杂曲线和曲面, 在机械制造领域中的应用越来越普遍。随着生产力的发展，科学技术进步的需求而不断发展和完善起来的生产工具，是生产力的重要素。在国民经济中，机械制造业是基础产业部门 。工业、农业、 国防和科技的现代化，要求机械行业必须不断提供各种先进而性能优良的设备与装备。我国从七八十年代开始引进国外的数控机床产品, 到现在数控机床的保有量已相当可观,1998 年底包括国产和进口的, 全国已达十多万台在今后的若干年中, 数控机床的拥有量还将急剧地增加。这些设备在各企业生产中发挥着巨大的作用, 但同时, 其中的相当一部分也已逐渐进人维修的高峰期故障频发期。维修好数控机床,充分发挥设备的使用功能具有极大的经济价值和社会意义。 然而我们更加努力学习对数控机床的操作，维修与维护等方面的知识是所学知识更加系统化、专业化。学有所用，用有所成。在本次设计中，尽量的炼发自我提高自我。把所学知识与技能用到实际操作中去，使得操作更加规范化。并学会检测与维修，发现一些常见故障是的一些基本方法。掌握了不同故障现象的正确诊断分析思路，合理应用所学的诊断方法是十分重要的。致 谢借此论文完稿之际，谨向在我大学三年的学习生活和毕业设计（毕业论文写作）完成过程中给予我指导、关心、支持和帮助的所有老师、同学表示最衷心的感谢和最诚挚的祝福。 首先要感谢我的所有指导老师，在您的悉心指导下我的毕业设计（毕业论文）才得以顺利完成。老师丰富的学识、扎实的理论功底、严谨的治学态度、执著的敬业精神以及宽阔的胸怀都是我学习的榜样；在这毕业设计（毕业论文写作）中，老师不仅在学术上给我以指导，还身体力行影响着我的学习工作态度及人生价值观，特别是在为人处世方面，每次见面老师都会给我们讲很多人生的大道理，使我们获益匪浅。在此，我向闫老师致以我最真挚的谢意，并将终生铭记她的教诲。 最后，祝所有的老师身体健康、工作顺利！参考文献1李宏胜.1997.数控原理与系统.北京：机械工业出版社 2王侃夫.2000.数控机床故障诊断与维护.北京：机械工业出版社 3李宏胜.2001.机床数控技术及应用.北京: 高等教育出版社4齐占伟.2003.电气控制及维修.北京：机械工业出版社 5张涛、李立宗.2003.数控技术的现状与发展趋势.中国数控技术网6陈则钧.2004.机电设备故障诊断与维修.北京：高等教育出版社7 王炳实. 机床电气控制.第三版. 北京：机械工业出版社，2004年 8 王本轶. 机床设备控制基础. 北京：机械工业出版社，2005年9 丁树模. 液压传动. 北京：机械工业出版社，2007年10工业机械设计基础高等教育出版社，2004年11机械零件设计手册编读液压传动和气动传动 天津科学技术出版社2005年12机械设计手册石油化学出版社2004年 13机械零件设计手册国防工业出版社2006年14机械设计手册上，中，下，化学工业出版设2005年15可编程学序控制及应用重庆大学出版社2004年16 索罗门采夫. 工业机器图册. 北京 机械工业出版社，1993 17 周伯英. 工业机器设计. 北京 机械工业出版社，1995 18 郭洪红 贺继林 田宏宇 席巍. 工业机器技术. 西安电子科技大学出版社，2006 19 三浦宏文. 机电一体化实用手册. 科学出版社 OHM社，2001 20 陈国联 王建华 夏建生. 电子技术. 西安交通大学出版社，2002 原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收