数控机床故障诊断与维修毕业论文

数控机床故障分析及消除措施摘 要本文主要研究数控机床故障分析及消除措施的相关内容。从数控机床故障诊断的基础内容谈起，介绍数控机床故障规律，故障诊断的一般步骤及方法。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等电气故障。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。从而得知，数控机床维修是一门复杂的技术，要熟悉数控机床的各个部分，理论加实践，提高工作效率。关键词：数控机床、故障、诊断、维修 AbstractIn this article, we will mainly discuss how to analysis and elimination the fault of CNC machine tools. We start to talk about the fault diagnosis of CNC machine tool, and introduce its regularity, troubleshoot steps and methods in general. Then we tell the common fault of CNC machine tools, including the failures of mechanical , server systems, PLC and so on .Finally, we take an example in order to introduce the analysis process of the failure of CNC ,which we can know that maintenance of CNC is a complex technical .The serviceman should be familiar with all parts of CNC machine tools, raise efficiency of work by involving with theory and practice.Keywords：CNC， Failure, Diagnosis, Maintenance目 录1 、引言52 、数控机床故障诊断52.1数控机床的故障规律52.2 数控机床故障诊断的一般步骤62.3 数控机床的常用检修方法73 、数控机床常见故障诊断与维修93.1 数控机床机械结构故障诊断与维修93.2常见伺服系统故障及诊断103.3数控机床PLC故障诊断的方法104、数控机床常见故障诊断及维修实例114.1主轴出现噪声的故障维修114.2丝杠窜动引起的故障维修114.3刀架、刀库、换刀装置的故障维修12结 论13致 谢13参考文献141 、引言数控技术是现代机械制造工业的重要技术装备，也是先进制造技术的基础技术装备。随着电子技术的不断发展，数控机床在我国的应用越来越广泛，但由于数控机床系统及其复杂，又因大部分具有技术专利，不提供关键的图样和资料，所以数控机床的维修成为了一个难题。论文将涉及数控机床简单介绍、故障现象描述或给出典型实例、故障的成因的分析和论证、故障诊断过程及消除故障的措施等内容。本论文将参考相关资料，根据自己的实际工作经验进行编写，力求为广大数控机床维修者提供可借鉴的经验。2 、数控机床故障诊断数控机床是个复杂的系统，一台数控机床既有机械装置、液压系统，又有电气控制部分和软件程序等。组成数控机床的这些部分，由于种种原因，不可避免地会发生不同程度、不同类型的故障，导致数控机床不能正常工作。这些原因大致包括：机械锈蚀、磨损和失效；元器件老化、损坏和失效；电气元件、接插件接触不良；环境变化，如电流或电压波动、温度变化、液压压力和流量的波动以及油污等；随机干扰和噪声；软件程序丢失或被破坏等。此外，错误的操作也会引起数控机床不能正常工作。数控机床维修的关键是故障的诊断，即故障源的查找和故障定位。一般讲根据不同的故障类型，采用不同的故障诊断方法。2.1数控机床的故障规律与一般设备相同，数控机床的故障率随时间变化的规律可用图1所示的浴盆曲线表示。在整个使用寿命期，根据数控机床的故障频度大致分为 3 个阶段，即早期故障期、偶发故障期和耗损故障期。1. 早期故障期：早期故障期的特点是故障发生的频率高，但随着使用时间的增加迅速下降。2. 偶发故障期：数控机床在经历了初期的各种老化、磨合和调整后，开始进入相对稳定的正常运行期。在这个阶段，故障率低而且相对稳定，近似常数。偶发故障是由于偶然因素引起的。3. 耗损故障期：耗损故障期出现在数控机床使用的后期，其特点是故障率随着运行时间的增加而升高。出现这种现象的基本原因是由于数控机床的零部件及电子元器件经过长时间的运行，由于疲劳、磨损、老化等原因，寿命已接近衰竭，从而处于频发故障状态。2.2 数控机床故障诊断的一般步骤无论是处于哪一个故障期，数控机床故障诊断的一般步骤都是相同的。当数控机床发生故障时，除非出现危险及数控机床或人身安全的紧急情况，一般不要关断电源，要尽可能地保持机床原来的状态不变，并对出现的一些信号和现象做好记录，这主要包括：故障现象的详细记录故障发生的操作方式及内容故障号及故障指示灯的显示内容故障发生时机床各部分的状态与位置有无其他偶然因素，如突然停电、外线电压波动较大、打雷、某部位进水等。数控机床一旦发生故障，首先要沉着冷静，根据故障情况进行全面的分析，确定查找故障源的方法和手段，然后有计划、有目的地一步步仔细检查，切不可急于动手，凭着看到的部分现象和主观臆断乱查一通。故障诊断一般按下列步骤进行。 (1)详细了解故障情况。例如，当数控机床发生颤振、振动或超调现象时，要弄清楚是发生在全部轴还是某一轴；如果是某一轴，是全程还是某一位置；是一运动就发生还是仅在快速、进给状态某速度、加速或减速的某个状态下发生。为了进一步了解故障情况，要对数控机床进行初步检查，并着重检查荧光屏上的显示内容，控制柜中的故障指示灯、状态指示灯等。当故障情况允许时，最好开机试验，详细观察故障情况。 (2)根据故障情况进行分析，缩小范围，确定故障源查找的方向和手段。对故障现象进行全面了解后，下一步可根据故障现象分析故障可能存在的位置。有些故障与其他部分联系较少，容易确定查找的方向，而有些故障原因很多，难以用简单的方法确定出故障源的查找方向，这就要仔细查阅数控机床的相关资料，弄清与故障有关的各种因素，确定若干个查找方向，并逐一进行查找。 (3)由表及里进行故障源查找。故障查找一般是从易到难、从外围到内部逐步进行。所谓难易，包括技术上的复杂程度和拆卸装配方面的难易程度。技术上的复杂程度是指判断其是否有故障存在的难易程度。在故障诊断的过程中，首先应该检查可直接接近或经过简单的拆卸即可进行检查的那些部位，然后检查需要进行大量的拆卸工作之后才能接近和进行检查的那些部位。2.3 数控机床的常用检修方法数控机床是涉及多个应用学科的十分复杂的系统，加之数控系统和机床本身的种类繁多，功能各异，不可能找出一种适合各种数控机床、各类故障的通用诊断方法。这里仅对一些常用的一般性方法作以介绍，这些方法互相联系，在实际的故障诊断中，对这些方法要综合运用。（1）根据报警号进行故障诊断计算机数控系统大都具有很强的自诊断功能。当机床发生故障时，可对整个机床包括数控系统自身进行全面的检查和诊断，并将诊断到的故障或错误以报警号或错误代码的形式显示在CRT上。报警号(错误代码)一般包括下列几方面的故障(或错误)信息：程序编制错误或操作错误；存储器工作不正常；伺服系统故障；可编程控制器故障；连接故障；温度、压力、液位等不正常；行程开关(或接近开关)状态不正确。利用报警号进行故障诊断是数控机床故障诊断的主要方法之一。如果机床发生了故障，且有报警号显示于CRT上，首先就要根据报警号的内容进行相应的分析与诊断。当然，报警号多数情况下并不能直接指出故障源之所在，而是指出了一种现象，维修人员就可以根据所指出的现象进行分析，缩小检查的范围，有目的地进行某个方面的检查。（2）根据控制系统LED灯或数码管的指示进行故障诊断控制系统的LED(发光二极管)或数码管指示是另一种自诊断指示方法。如果和故障报警号同时报警，综合二者的报警内容，可更加明确地指示出故障的位置。在CRT上的报警号未出现或CRT不亮时，LED或数码管指示就是唯一的报警内容了。例如，FANUC10，11系统的主电路板上有一个七段LED数码管，在电源接通后，系统首先进行自检，这时数码管的显示不断改变，最后显示“1”而停止，说明系统正常。如果停止于其他数字或符号上，则说明系统有故障，且每一个符号表示相应的故障内容，维修人员就可根据显示的内容进行相应的检查和处理。（3）根据PC状态或梯形图进行故障诊断现在的数控机床上几乎毫无例外地使用了PC控制器，只不过有的与NC系统合并起来，统称为NC部分。但在大多数数控机床上，二者还是相互独立的，二者通过接口相联系。无论其形式如何，PC控制器的作用却是相同的，主要进行开关量的管理与控制。控制对象一般是换刀系统，工作台板转换系统，液压、润滑、冷却系统等。这些系统具有大量的开关量测量反馈元件，发生故障的概率较大。特别是在偶发故障期，NC部分及各电路板的故障较少，上述各部分发生的故障可能会成为主要的诊断维修目标。因此，对这部分内容要熟悉。首先要熟悉各测量反馈元件的位置、作用及发生故障时的现象与后果。对PC控制器本身也要有所了解，特别是梯形图或逻辑图要尽量弄明白。这样，一旦发生故障，可帮助你从更深的层次认识故障的实质。PC控制器输入输出状态的确定方法是每一个维修人员所必须掌握的。因为当进行故障诊断时经常须要确定一个传感元件是什么状态以及PC的某个输出为什么状态。用传统的方法进行测量非常麻烦，甚至难以做到。一般数控机床都能够从CRT上或LED指示灯上非常方便地确定其输入输出状态。例如，DIALOG 4系统是用PC控制器的输入输出板上的LED指示灯表示其输入输出状态的。灯亮为1，灯熄为0，可十分方便地确定出PC控制器的输入输出状态。3 、数控机床常见故障诊断与维修3.1 数控机床机械结构故障诊断与维修 （1）进给运动系统（滚珠丝杠螺母副）的故障诊断 a、滚珠丝杠在运转中转矩过大1) 二滑板配合压板过紧或研损2) 滚珠丝杠螺母反向器坏，滚珠丝杠卡死或轴端螺母预紧力过大3) 丝杠研损4) 伺服电动机与滚珠丝杠联接不同轴5) 无润滑油6) 超程开关失灵造成机械故障7) 伺服电动机过热报警 （2）液压与气动系统故障诊断a、液压泵不供油或油量不足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3) 液压泵转向相反4) 油的粘度过高，使叶片运动不灵活b、液压泵有异常噪声或压力下降1) 油量不足，滤油器露出油面2) 吸油管吸入空气3) 回油管高出油面，空气进入油池4) 进油口滤油器容量不足c、液压泵发热、油温过高1) 液压泵工作压力超载2) 吸油管和系统回油管距离太近3) 油箱油量不足4) 摩擦引起机械损失，泄漏引起容积损失5) 压力过高3.2常见伺服系统故障及诊断a、伺服超差:机床的实际进给值与指令值之差超过限定的允许值.1) 检查CNC控制系统与驱动放大模块之间,CNC控制系统与位置2) 检测器之间,驱动放大器与伺服电机之间的边线是否正确、可靠3) 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4) 检查驱动放大器电压是否有问题5) 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6) 检查位置环增益是否符合要求，若不符合要求对有关的电位器应予以调整b、机床停止时，有关进给轴振动1) 检查高频脉动信号并观察其波形及振幅，若不符合应调节有关电位器2) 检查伺服放大器速度环的补偿功能，若不符合应调节补偿用电位器3) 检查位置检测用编码盘的轴、联轴节、齿轮系是否啮合良好c、机床运行时声音不好，有摆动现象1) 检查测速发电机换向器表面是否光滑、清洁，电刷与换向器间是否接触良好2) 检查伺服放大器速度环的补偿功能，若不符合应调节补偿用电位器3) 检查伺服放大器位置环增益是否符合要求，若不符合要求对有关的电位器应予以调整4) 检查位置检测器与联轴节间的装配是否有松动5) 检查由位置检测器来的反馈信号的波形及D/A转换后的波形幅度3.3数控机床PLC故障诊断的方法（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。4、数控机床常见故障诊断及维修实例4.1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%。分析诊断：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。4.2丝杠窜动引起的故障维修故障现象：TH6380卧式加工中心，启动液压后，手动运行Y轴时，液压自动中断，CRT显示报警，驱动失效，其他各轴正常。分析诊断：该故障涉及电气、机械、液压等部分。任一环节有问题均可导致驱动失效，因此检查的顺序大致如下。伺服驱动装置电动机及测量器件电动机与丝杠连接部分液压平衡装置开口螺母和滚珠丝杠轴承其他机械部分。检查驱动装置外部接线及内部元器件的状态良好，电动机与测量系统正常。拆下Y轴液压抱闸后情况同前，将电动机与丝杠的同步传动带脱离，手摇Y轴丝杠，发现丝杠上下窜动。拆开滚珠丝杠上轴承座正常。拆开滚珠丝杠下轴承座后发现轴向推力轴承的紧固螺母松动，导致滚珠丝杠上下窜动。由于滚珠丝杠上下窜动，造成伺服电动机转动带动丝杠空转约一圈。在数控系统中，当NC指令发出后，测量系统应有反馈信号，若间隙的距离超过了数控系统所规定的范围，即电动机空走若干个脉冲后光栅尺无任何反馈信号，则数控系统必报警，导致驱动失效，机床不能运行。拧好紧固螺母，滚珠丝杠不再窜动，则故障排除。4.3刀架、刀库、换刀装置的故障维修故障现象：某加工中心采用凸轮机械手换刀。换刀过程中，动作中断，发出2035号报警，显示机械手伸出故障。分析诊断：根据报警内容，机床是因为无法执行下一步“从主轴和刀库中拔出刀具”，而使换刀过程中断并报警。机械手未能伸出完成从主轴和刀库中拔刀动作，产生故障的原因可能有：“松刀”感应开关失灵。在换刀过程中，各动作的完成信号均由感应开关发出，只有上一动作完成后才能进行下一动作。第三步为“主轴松刀”，如果感应开关未发信号，则机械手“拔刀”就不会动作。检查两感应开关，信号正常。“松刀”电磁阀失灵。主轴的“松刀”，是由电磁阀接通液压缸来完成的。如电磁阀失灵，则液压缸未进油，刀具就“松”不了。检查主轴的“松刀”电磁阀，动作均正常。“松刀”液压缸因液压系统压力不够或漏油而不动作，或行程不到位。检查刀库松刀液压缸，动作正常。行程到位；打开主轴箱后罩，检查主轴松刀液压缸，发现已到达松刀位置，油压也正常，液压缸无漏油现象。 主轴系统不松刀的原因可能有以下几点： 刀具尾部拉钉的长度不够，致使液压缸虽已运动到位，而仍未将刀具顶松 拉杆尾部空心螺钉位置起了变化，使液压缸行程满足不了“松刀”的要求 顶杆出了问题，已变形或磨损 弹簧卡头出故障，不能张开处理方法：拆下“松刀”液压缸，检查发现这一故障系制造装配时，空心螺钉的伸出量调的太小，故“松刀”液压缸行程到位，而刀具在主轴锥孔中“压出”不够，刀具无法取出。调整空心螺钉的“伸长量”，保证在主轴“松刀”液压缸行程到位后，刀柄在主轴锥孔中的压出量为0.4-0.5mm。经以上调整后，故障可排除。结 论本文从数控机床故障的产生论述到数控机床故障的解决。可以清楚地知道数控机床是技术含金量很高的设备，在使用过程中要严格遵照使用要求。设备出现问题后，要及时冷静地进行故障诊断，寻找合适的方法解决问题。机床修理人员要注重实践，在实践中不断提高自己的水平，要多问、多阅读、多观察、多思考、多实践、多讨论交流、多总结。只有当自身的水平提高了，数控机床的修理过程才能更迅速，才能更好地提高工作效率，多创效益。参考文献1.蒋洪平，数控设备故障诊断与维修，北京：北京理工大学出版社，2006.82.严峻，数控机床常见故障快速处理86问，北京：机械工业出版社，2009.43.郑小年，杨克冲，数控机床故障诊断与维修，武汉：华中科技大学出版社，2005.94.王润孝，秦现生，机床数控原理与系统，第2版，西安：西北工业大学出版社，1997.6 第 13 页 共 13 页