数控机床典型故障分析与维修论文

1、毕业论文毕业论文 数控机床典型故障分析与维修数控机床典型故障分析与维修 专业 _ 班级 _ 姓名 _ 学号 _ 时间 _ 1 目录目录 摘要 3 Abstract 3 正文 一.数控机床的简介4 二.数控机床的维护4 三. 数控机床故障诊断及处理的基本原则4 四. 数控机床机械结构故障分析与维修5 五. 数控机床电气系统故障与分析7 六. 直流伺服系统的故障诊断(分析)与维修8 七. 可编程控制器模块的故障诊断与维修9 致谢10 参考文献11 2 数机床典型故障分析与维修 自动化学院 级数控班 摘要数控机床是一种技术含量很高的自动化机床， 它集机、 电、 仪于一体， 综合的了计算机技术、自动化

2、技术、 伺服驱动、精密测量和精密机械等各个领域 的新技术成果。 随着数控车床、 数控机床、 加工中心等数控加工产品用量的剧增， 培养一大批能够熟练掌握现代数控机床编程、 操作和维修的应用型人才的日益迫 切。 不同的数控机床其数控系统虽然在结构和性能上有所区别， 但在故障诊断分 析上却有一定的共性，正是在此基础上对数控机床典型故障进行维修。 本设计共计五部分内容，包括数控机床简单介绍，数控机床出现机械结构故 障、电气系统故障、伺服系统故障、可编程控制器模块故障时的现象描述，故障 可能产生原因的理论分析。故障诊断与维修是本设计的重点。 CNC machine tools is a high lev

3、el of technology automation machine, which combines mechanical, electrical, instrument into one, integrated computertechnology,automationtechnology,servo-driven,precision measurement and precision machinery, and other fields of new technological achievements. With CNC lathes, CNC machine tools, CNC

4、machining centers, and other dramatic increase in the amount of processed products, and train alargenumberabletoskillfullymastermodernCNCmachinetool programming, operation and maintenance of the application-type talent increasingly urgent. DifferentNC Machine CNC system although its structure and pe

5、rformance are different, but in the analysis of fault diagnosis has some similarities and it is on this basis, the typical CNC machine tool fault repair. The design part of a total of five, including a brief introduction of CNC machine tools, CNC machine tools in mechanical fault structure, electric

6、al system failures, servo system failures, programmable controller module describes the phenomenon of failure, the fault could cause the theoretical analysis. Fault diagnosis and repair is the focus of this design. 故障分析故障维修 本设计是为了能够让维修人员更加快速准确的查出机械故障原因并排除机 械故障而进行论文写作的。 当前,高度发达的制造业和先进的制造技术已经成为衡量一个国家综

7、合经济 实力和技术水平的重要标志之一,成为一个国家在激烈的国际市场上获胜的关键 因素. 如今,中国已成为制造业大国 ,但还不是制造业强国我们要从制造业大国走 向制造业强国,必须大力发展以数控技术为主的先进制造技术 ,提高计算机辅助 设计与制造(CAD/CAM)的技术水 3 一、数控机床简介 数控机床是一种典型的机电一体化产品，能实现机械加工的高速度，高精度 和高自动化，代表了机床的发展方向。 数控机床是一个装有程序控制系统的机床，其主要组成部分有机床本体，数 控装置和伺服系统三部分。 二、数控机床的维护 21 使用数控机床的要求 使用数控机床时必须满足以下几点要求。 1)对使用人员的要求 一名

8、合格的数控机床操作人员必须具有相关的机、 电、 液专业知识，要有熟练的操作技巧，快速理解程序的能力；还应具有对 一般性故障的判断与处理技能。 2)数控机床对环境的要求 数控机床的安装位置应远离振源，避免阳光直射 和热辐射，要远离潮湿和气流的影响。 3)对电源的要求 数控机床对电源电压有较高要求，电源电压波动必须在允 许范围内(一般为电压额定值的85 110 o6)，并保持相对稳定。 4)严格按机床说明书规定使用机床 使用数控机床时，不允许随意改变制造 厂设定的控制系统参数，不允许随意提高液压系统的压力及更换机床附件等。 22 对机床数控系统的维护，除按说明书规定执行外， 还应注意以下几个方面。

9、 1)严格遵守操作规程和日常维护制度。 2)确保数控柜电气柜的散热系统正常工作。 3)定期检查和更换伺服电机的电刷。 4)定期更换系统后备电池。 5)尽量少开数控柜和强电柜门。 6)长期闲置的系统应定时给系统通电，定时进行空运行。 三、数控机床故障诊断及处理的基本原则 数控机床的大部分故障都以综合故障形式出现，判断与处理原则如下。 31 调查故障现场 机床故障发生后，维修人员首先要向操作者了解机床在什么情况下出现故 障，故障现象如何， 操作者采取了什么措施。再仔细观察数控装置的工作寄存冲 工作寄存器中尚存的工作内容，了解已执行的程序内容及自诊断显示的报警内 容，然后按数控系统的复位键， 观察系

10、统经清除复位后故障报警是否消失，如果 消失，多属于软件故障，否则是硬件故障。对于非破坏性故障，有条件时可再现 故障，观察现象，以验证分析是否正确。 32 分析可能造成故障的因素 数控机床出现的同一故障现象， 其原因是多种多样的， 有可能是由于机械、 电气及控制系统等造成的。要准确地判断故障出现的环节和造成故障的原因，必 须罗列所有相关的因素。 例如，行程开关工作不正常时，其影响因素可能有以下几个方面： 1)机械 运动不到位，开关未压下；2)机械结构不合理，开关松动或挡块太短；3)开关 自身质量有问题；4)开关选型不当；5)防护措施不好，开关内进了杂物，使动作 失常。 4 33 确定产生故障的原

11、因 由于造成故障的因素很多，因此维修人员必须利用该机床的技术档案，凭 借现场操作经验、判断能力和掌握的机、电、液等综合专业技术知识，通过必 要的测试手段， 最后判别可能产生故障的原因， 最后通过必要的试验， 逐一寻找、 确定故障源。 四、数控机床机械结构故障分析与维修 4.1 机械结构故障分析的方法 4.1.1 数控机床机械故障分析的方法可以分为简易诊断法和精密诊断法两 种。 4.1.2 数控机床机械故障的诊断方法 数控机床机械故障诊断方法如下表 简 易 诊 断 法 精 密 诊 断 法 诊断方原理及特征应用 法 听、摸、借用简单工具、仪器,如百分表、需要有丰富的实践经验 看、问、 水准仪、光学

12、仪等检测 ;通过人的感 嗅官,直接观察形貌、声音、温度、颜色 和气味的变化,根据经验来诊断 用于机床运行中发热异 常的检测 温 度 检接触型：采用温度计、热电偶、 测测量贴片、热敏涂料直接接触轴承、 电动机、齿轮箱等装置的表面进类型 行测量 非接触型：采用先进的红外测温 仪、红外热像仪、红外扫描仪等遥测 不宜接近的物体 具有快速、正确、方便的特点 震 动 测通过安装在机床某些特征点上的 试传感器，利用震动计巡回检测，检测 机床上特定测量处的总振级大小，如 位移、速度、加速度和幅频特性等， 对故障进行预测和检测 噪 声 检用噪声测量计、声波计对机床齿 测轮、轴承在运行中的噪声信号频谱的 变化规律

13、进行深入分析，识别和判别 齿轮、轴承磨损失效故障状态 4.2 主运动系统的故障分析与维修 4.2.1 主轴常见故障及其诊断分析 以下为主轴常见故障及其与维修方法 故障现象故障原因 切削震动大主轴箱和床身连接螺钉松动 振动和噪声是应用最 多的诊断信息首先是 强度测定，确认有异常 时，再作定量分析 排除方法 恢复精度后禁锢连接螺钉 5 轴承预紧力不够,游隙过大 齿轮和轴承损坏 主轴箱噪声大 主轴无变速 重新调整轴承游隙.但预紧力 不宜过大,以免损坏轴承. 轴承预紧螺母松动,使主轴窜禁锢禁固螺母,确保主轴精度 动合格 轴承拉毛或损坏更换轴承 主轴与箱体超差修理主轴或箱体,使其配合精 度,位置精度达到

14、要求 主轴箱和床身连接螺钉松动恢复精度后 变挡机构损坏或固定挡销脱修复或更换零件 落 轴承预紧力过大或无润滑重新调整预紧力,并使之润滑 充足 主动部件平衡不好重做动平衡 齿轮啮合间隙不均衡或严重调整间隙或更换齿轮 损伤 轴承损坏或传动轴弯曲修复或更换轴承,校直传动轴 传动带长度不一或过松调整或更换传动带不能新旧 混用 齿轮精度差更换齿轮 润滑不良调整润滑油量,保持主轴箱的 清洁度 变挡信号是否输出维修人员检查处理 压力是否足够 变挡液压缸研损或卡死 变挡液压缸拨叉脱落 检测并调整工作压力 修毛刺和研伤,清洁后重装 修复或更换 4.3 进给系统的故障诊断(分析)与维修 数控机床进给系统的任务是实

15、现执行机构（刀架工作台等）的运动. 4.3.1 滚珠丝杠螺母副的常见故障及其诊断维修 滚珠丝杠螺母副的常见故障及其诊断维修见下表所示 故障现象故障原因排除方法 加工工件粗糙度行导轨的润滑油不足 ,加润滑油,排除润滑故障 值高致使溜板滑 滚珠丝杠有局部拉毛更换或修理丝杠 或研磨 丝杠轴承损坏 ,运动不更换损坏的轴承 平稳 伺服电动机未调整好 ,伺服电动机未调整好,增益过大 增益过大 滚珠丝杠在运转二滑板配合压板过紧重新调整或修严板， 用 0.04mm 塞尺 中转距过大或研伤塞不进去为合格 丝杠研磨更换 6 伺服电动机与滚珠丝调整同轴度并禁锢连接座 杠连接不同轴 无润滑油调整润滑油路 超程开关失灵

16、造成机检查故障并排除 械故障 超程开关失灵造成机检查故障并排除 械故障 丝杠螺母润滑不分油器不分油检查定量分油器 良油管堵塞清除污物使油管畅通 滚珠丝杠副噪声滚珠丝杠轴承盖压合调整压盖,使其压紧轴承 不良 滚珠丝杠润滑不良检查分油器和油路,使润滑油充足 滚珠产生破损更换滚珠 电动机与丝杠联轴器拧紧联轴器锁紧螺钉 产生松动 五、 数控机床电气系统故障与分析 5.1 接触器常见故障现象及诊断(分析) 接触器常见故障及诊断如下: 象 故故障原因 障现电 源机械电磁铁主触头负操 作 电压弹簧载使用机构励 磁 线铁心 效圈 应 主 触过低锈住粘铁 心 机 械断线、线铁 心 极 点 不连、恢锈 住 或 卡

17、圈 额 顶面 有 油 闭合复弹簧住电 压 高污、尘埃 变硬与 电 源或 气 隙 电压太大 线 圈恢复弹机构松动、工 作 气使 用 断 电簧损坏脱 落 或 位隙 减 小寿 命 而 铁失效移导 致 剩过长 心 不磁增大 释放 主 触回 路触头弹熔焊、 烧负频 率 头 不电 压簧压力结、 金属载过 高 释放过低小颗 粒 凸侧或 长 起短期 过 路载 电 磁过底触头弹铁 心 机 械接 线 点铁 心 短电磨损、 铁 噪簧压力锈 住 或 卡接 触 不路 环 断接 触 不 声大过大住良裂良 7 主 触过高，匝 间 短操 作 头 不过底路频 率 释放过高 5.2 热继电器常见故障现象及诊断(分析) 5.2.1

18、 热继电器 对于热继电器,产生不动作与误动作的原因可从控制输入、机构与参数、负 载效应等几方面来分析.如电机已严重过载,则热继电器不动作的原因如下. (1)电机的额定电流选择得太大,造成受载电流过大. (2)整定电流调节太大,造成动作滞后. (3)动作机构卡死,导板脱出. 六、直流伺服系统的故障诊断(分析)与维修 6.1 主轴伺服系统故障诊断与维修 6.1.1 直流电动机伺服系统的故障诊断(分析) 直流电动机伺服系统故障诊断如下表所示: 直流主轴伺服系统的故障现象发生故障的可能原因 主轴不转印刷线路板太脏 触发电路脉冲电路故障,没有脉冲发生 主轴电动机动力先断线或与主轴控制 单元连接不良 高/

19、低挡齿轮切换用的离合器切换不良 机床负载太大 机床未给出主轴旋转信号 电动机转速异常或转速不稳定测速发电机断线 速度指令错误 过负载 印刷电路板故障 电流极限设定错误 同步脉冲紊乱 过流报警主轴电动机电枢线圈内部短路 负荷太大 电流零信号没有输出 主轴被制动 速度偏差太大印刷电路板不良（LED1 不亮) 电动机不良 测速发电机不良(LED2 灯亮) 熔丝熔断输入电源反相(LED3 灯亮) LED4 灯亮,表示过载 由于外加电压过高或干扰引起 励磁电流太大 励磁控制回路不动作 8 热继电器跳闸 电动机过热 过电压吸收器烧坏 运转终止 晶闸管整流部分太脏,造成绝缘能力降 低 减速极限电路调整不良

20、电流反馈回路不良 6.2 进给伺服系统故障诊断与维修 6.2.1 直流伺服电动机的故障诊断与维修 直流电动机的常见故障及其诊断如下. （1）伺服电动机不转 当机床开机后,CNC 工作正常,但伺服电动机不转.从电动机本身以及相关部 分来说,可能有以下几方面的原因。 1 电枢线断线或接触不良。 2 电动机永磁体脱落。 3 制动器不良或制动器未接通电造成的制动器未松开。 （2）伺服电动机过热 伺服电动机过热的原因如下。 1 电动机负载过大。 2 由于切削液和电刷灰引起换向器绝缘不正常或内部短路。 3 由于电枢电流大于磁钢去磁最大允许电流，造成磁钢发生去磁。 （3）低速加工时工件表面有大的镇纹 造成低

21、速加工时工件表面振纹的原因教多，包括刀具、切削参数、机床等 方面的原因，应予以综合分析，从电动机方面看有以下原因。 1 电动机的永磁体被局部去磁。 2 测速发电机性能下降。 （4）伺服电动机机噪声大 造成直流伺服电动机噪声大的原因主要有以下原因。 1 换向器接触面粗糙或换向器损坏。 2 电动机轴向间隙太大。 3 切削液等进入电刷槽中，引起换向器的局部振动。 七.可编程控制器模块的故障诊断与维修 7.1 PLC 概述 7.1.1PLC 的特点 (1)可靠性高,适用于工业现场环境 (2)编程简单,易于掌握 (3)控制程序可变,具有很好的柔性 (4)直接带负载能力强 (5)接口简单,维护方便 7.1

22、.2 PLC 的分类 (1)按结构形式划分 9 按结构形式分为整体式和模块式两种. (2)按控制规模分 根据 PLC 输入、输出口的个数 PLC 可分为超小型、小型、中型及大型机 类型. 1 超小型机,其 I/O 点数在 64 以内,内存容量在 256-1000B 之间; 2 小型机, 其 I/O 点数在 64-256 之间,内存容量在 1-3.6KB 之间; 3 中型机, 其 I/O 点数在 256-2048 之间,内存容量在 3.6-13KB; 4 大型机, 其 I/O 点数在 2048 以上,内存容量在 13KB 以上. 7.1.3 PLC 的主要功能 (1)顺序控制功能. (2)运动控制功能. (3)过程控制功能. (4)数据控制功能. (5)通信联网功能. 7.2 可编程控制器的结构组成 7.2