數(shù)控機(jī)床典型故障與維修

時(shí)間：2022-10-01 20:45:44 土木工程畢業(yè)論文我要投稿

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　　每到寫(xiě)論文的時(shí)候大家都會(huì)苦惱，但是沒(méi)有關(guān)系，下面小編獻(xiàn)上機(jī)電一體化的論文，國(guó)內(nèi)企業(yè)機(jī)電一體化的現(xiàn)狀，歡迎大家閱讀!

數(shù)控機(jī)床典型故障與維修

　　摘要：數(shù)控機(jī)床維修較普通設(shè)備維修相對(duì)復(fù)雜，主要體現(xiàn)在不僅需要解決線(xiàn)路方面的問(wèn)題，還要考慮數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)等部件的參數(shù)設(shè)置問(wèn)題，這要求維修人員能正確理解數(shù)控機(jī)床控制原理及控制過(guò)程，會(huì)運(yùn)用相關(guān)資料采取正確的步驟進(jìn)行檢修。本文將從數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和數(shù)控機(jī)床使用中出現(xiàn)典型故障進(jìn)行說(shuō)明。

　　關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;工作原理;數(shù)控系統(tǒng);維修

　　科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)機(jī)械產(chǎn)品提出了高精度、高質(zhì)量的要求，而且產(chǎn)品的更新?lián)Q代也在加快，這對(duì)機(jī)床設(shè)備提出了精度和效率的要求，而且也提出了通用性和靈活性的要求。數(shù)控機(jī)床集微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)及伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)于一體，是高度機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品。它本身又是機(jī)電一體化的重要組成部分，是現(xiàn)代機(jī)床技術(shù)水平的重要標(biāo)志。數(shù)控機(jī)床體現(xiàn)了當(dāng)前世界機(jī)床技術(shù)進(jìn)步的主流，是衡量機(jī)械制造工藝水平的重要指標(biāo)，在柔性生產(chǎn)和計(jì)算機(jī)集成制造等先進(jìn)制造技術(shù)中起著重要的基礎(chǔ)核心作用。由于數(shù)控機(jī)床是一種價(jià)格昂貴的精密設(shè)備，因此，其維修和維護(hù)更是不容忽視。我國(guó)在數(shù)控維修調(diào)試方面更是人才短缺，經(jīng)驗(yàn)匱乏，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)許多高檔數(shù)控機(jī)床都要聘請(qǐng)國(guó)外專(zhuān)家維修調(diào)試[1]。

　　一、數(shù)控機(jī)床

　　(一) 數(shù)控機(jī)床的組成

　　1.主機(jī)。主機(jī)是數(shù)控機(jī)床的機(jī)械部件，包括床身、主軸箱、刀架、尾座、導(dǎo)軌等。

　　2.數(shù)控裝置。數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的控制核心，其主體是一臺(tái)計(jì)算機(jī)(包括CPU、存儲(chǔ)器、CRT等)。

　　3.伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)數(shù)控車(chē)床切削工作的動(dòng)力部分，主要實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。它由伺服驅(qū)動(dòng)電路和驅(qū)動(dòng)裝置組成。驅(qū)動(dòng)裝置主要有主軸電動(dòng)機(jī)、進(jìn)給系統(tǒng)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或交、直流伺服電動(dòng)機(jī)等。

　　4.輔助裝置。輔助裝置是指數(shù)控機(jī)床的一些配套部件，包括液壓、氣動(dòng)裝置及冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)和排屑裝置

　　(二)數(shù)控機(jī)床的基本原理

　　按照零件加工的技術(shù)要求和工藝要求，編寫(xiě)零件的加工程序，然后將加工程序輸入到數(shù)控裝置，通過(guò)數(shù)控裝置控制機(jī)床的主軸運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、更換刀具，以及工件的夾緊與松開(kāi)，冷、潤(rùn)滑泵的開(kāi)與關(guān)，使刀具、工件和其它輔助裝置嚴(yán)格按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)進(jìn)行工作，從而加工出符合圖紙要求的零件。

　　數(shù)控機(jī)床的工作原理可以歸納為：

　�、倏刂平橘|(zhì) 控制介質(zhì)以指令的形式記載各種加工信息，如零件加工的工藝過(guò)程、工藝參數(shù)和刀具運(yùn)動(dòng)等，將這些信息輸入到數(shù)控裝置，控制數(shù)控機(jī)床對(duì)零件切削加工。

　　②數(shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心，其功能是接受輸入的加工信息，經(jīng)過(guò)數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件和邏輯電路進(jìn)行譯碼、運(yùn)算和邏輯處理，向伺服系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的脈沖，并通過(guò)伺服系統(tǒng)控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件按加工程序指令運(yùn)動(dòng)。

　�、鬯欧到y(tǒng) 伺服系統(tǒng)由伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)裝置組成，通常所說(shuō)數(shù)控系統(tǒng)是指數(shù)控裝置與伺服系統(tǒng)的集成，因此說(shuō)伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行系統(tǒng)。數(shù)控裝置發(fā)出的速度和位移指令控制執(zhí)行部件按進(jìn)給速度和進(jìn)給方向位移。每個(gè)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行部件都配備一套伺服系統(tǒng)，有的伺服系統(tǒng)還有位置測(cè)量裝置，直接或間接測(cè)量執(zhí)行部件的實(shí)際位移量，并反饋給數(shù)控裝置，對(duì)加工的誤差進(jìn)行補(bǔ)償。

　�、軝C(jī)床本體數(shù)控機(jī)床的本體與普通機(jī)床基本類(lèi)似，不同之處是數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛性好，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠代替普通機(jī)床的絲杠和齒條傳動(dòng)，主軸變速系統(tǒng)簡(jiǎn)化了齒輪箱，普遍采用變頻調(diào)速和伺服控制[5]。

　　(三)FANUC數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)

　　日本FANUC公司的數(shù)控系統(tǒng)具有高質(zhì)量、高性能，適用于各種機(jī)床和生產(chǎn)機(jī)械的特點(diǎn)，在市場(chǎng)的占有率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他的數(shù)控系統(tǒng)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

　�、傧到y(tǒng)在設(shè)計(jì)中大量采用模塊化結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)易于拆裝，各個(gè)控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于維修、更換。

　�、诰哂泻軓�(qiáng)的抵抗惡劣環(huán)境影響的能力。其工作環(huán)境溫度為0～45℃，相對(duì)濕度為75%。

　�、塾休^完善的保護(hù)措施。FANUC對(duì)自身的系統(tǒng)采用比較好的保護(hù)電路。

　　④FANUC系統(tǒng)所配置的系統(tǒng)軟件具有比較齊全的基本功能和選項(xiàng)功能。對(duì)于一般的機(jī)床來(lái)說(shuō)，基本功能完全能滿(mǎn)足使用要求。

　　⑤提供大量豐富的PMC信號(hào)和PMC功能指令。這些豐富的信號(hào)和編程指令便于用戶(hù)編制機(jī)床側(cè)PMC控制程序，而且增加了編程的靈活性。

　�、蘧哂泻軓�(qiáng)的DNC功能。系統(tǒng)提供串行RS232C傳輸接口，使通用計(jì)算機(jī)PC和機(jī)床之間的數(shù)據(jù)傳輸能方便、可靠地進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)高速的DNC操作。

　　⑦提供豐富的維修報(bào)警和診斷功能。

　　系統(tǒng)在硬件上采用兩種數(shù)字總線(xiàn)：在軸控制部分采用FANUC專(zhuān)用的FSSB串行伺服總線(xiàn)聯(lián)接所有的伺服驅(qū)動(dòng)器;在機(jī)床面板等機(jī)床外圍設(shè)備部分采用Fanuc I/O Link總線(xiàn)聯(lián)接。通過(guò)兩種總線(xiàn)將實(shí)時(shí)性要求不同的數(shù)據(jù)分離開(kāi)[2]。

　　(四)伺服驅(qū)動(dòng)及伺服電機(jī)的特點(diǎn)

　　1.高可靠性。完善的可靠性設(shè)計(jì)方案：如冗余設(shè)計(jì)，降額設(shè)計(jì)等，所有元器件全部采用工業(yè)或軍工等級(jí)，關(guān)鍵元器件全部采用進(jìn)口元件，如三菱IPM模塊、EPCOS電容、fuji整流橋等。

　　2.高節(jié)電率。采用先進(jìn)的微電腦控制技術(shù)，使定量泵變?yōu)楣?jié)能型的變量泵，液壓系統(tǒng)與整機(jī)運(yùn)行所需要的功率相匹配，無(wú)高壓節(jié)流溢流能量之損失，提高油泵電機(jī)功率因素至0.96以上，節(jié)電率一般可達(dá)40%～60%。

　　3.軟啟動(dòng)。采用伺服器控制可以減小數(shù)控機(jī)床震動(dòng)，延長(zhǎng)數(shù)控機(jī)床的使用壽命，同時(shí)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)熱量減小，油溫穩(wěn)定，延長(zhǎng)液壓系統(tǒng)的使用壽命，為用戶(hù)節(jié)省了維護(hù)的費(fèi)用。

　　4.超強(qiáng)的過(guò)載能力和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。采用先進(jìn)的矢量控制算法和獨(dú)特的限流技術(shù)，確保在機(jī)床操作過(guò)程中，能承受啟停重負(fù)載的沖擊而不跳閘，以確保生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)性。高速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，最大限度減小零件周期的延遲現(xiàn)象。

　　5.完善的EMC設(shè)計(jì)。采用完善的EMC設(shè)計(jì)方案，內(nèi)部布局優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用多種EMI對(duì)策，確保對(duì)數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)的干擾減小到最小，保證其工作的工作穩(wěn)定性[4]。

　　二、數(shù)控機(jī)床故障維修

　　(一)數(shù)控機(jī)床使用中注意事項(xiàng)

　　使用數(shù)控機(jī)床之前，應(yīng)仔細(xì)閱讀機(jī)床使用說(shuō)明書(shū)以及其他有關(guān)資料，以便正確操作使用機(jī)床，并注意以下幾點(diǎn)：① 機(jī)床操作、維修人員必須是掌握相應(yīng)機(jī)床專(zhuān)業(yè)知識(shí)的專(zhuān)業(yè)人員或經(jīng)過(guò)技術(shù)培訓(xùn)的人員，且必須按安全操作規(guī)程及安全操作規(guī)定操作機(jī)床;②非專(zhuān)業(yè)人員不得打開(kāi)電柜門(mén)，打開(kāi)電柜門(mén)前必須確認(rèn)已經(jīng)關(guān)掉了機(jī)床總電源開(kāi)關(guān)。只有專(zhuān)業(yè)維修人員才允許打開(kāi)電柜門(mén)，進(jìn)行通電檢修;③ 除一些供用戶(hù)使用并可以改動(dòng)的參數(shù)外，其它系統(tǒng)參數(shù)、主軸參數(shù)、伺服參數(shù)等，用戶(hù)不能私自修改，否則將給操作者帶來(lái)設(shè)備、工件、人身等傷害;④修改參數(shù)后，進(jìn)行第一次加工時(shí)，機(jī)床在不裝刀具和工件的情況下用機(jī)床鎖住、單程序段等方式進(jìn)行試運(yùn)行，確認(rèn)機(jī)床正常后再使用機(jī)床;⑤機(jī)床的PLC程序是機(jī)床制造商按機(jī)床需要設(shè)計(jì)的，不需要修改。不正確的修改，操作機(jī)床可能造成機(jī)床的損壞，甚至傷害操作者;⑥ 建議機(jī)床連續(xù)運(yùn)行最多24小時(shí)，如果連續(xù)運(yùn)行時(shí)間太長(zhǎng)會(huì)影響電氣系統(tǒng)和部分機(jī)械器件的壽命，從而會(huì)影響機(jī)床的精度;⑦機(jī)床全部連接器、接頭等，不允許帶電拔、插操作，否則將引起嚴(yán)重的后果。

　　(二)數(shù)控機(jī)床故障診斷維修

　　我們要學(xué)習(xí)車(chē)床的診斷首先要了解兩個(gè)概念：系統(tǒng)的可靠性是指數(shù)控系統(tǒng)在規(guī)定的條件和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的功能能力，故障是指系統(tǒng)在規(guī)定的條件下合規(guī)定的時(shí)間內(nèi)失去規(guī)定的功能。

　　(1)診斷的方法：

　　①動(dòng)作診斷：監(jiān)視車(chē)床動(dòng)作部分，判斷個(gè)不良的部位。

　�、跔顟B(tài)診斷：當(dāng)機(jī)床電機(jī)動(dòng)負(fù)載時(shí)，觀察運(yùn)行狀態(tài)。

　�、埸c(diǎn)檢診斷：定期點(diǎn)檢液壓元件，氣動(dòng)元件。

　�、懿僮髟\斷：監(jiān)視操作錯(cuò)誤和程序錯(cuò)誤。

　�、輸�(shù)控系統(tǒng)故障自診斷[3]。

　　(2)典型數(shù)控機(jī)床常見(jiàn)故障診斷及維修實(shí)例

　�、僦鬏S出現(xiàn)噪聲的故障維修.故障現(xiàn)象：主軸噪聲較大，主軸無(wú)載荷情況下，負(fù)載表指示超過(guò)40%。分析診斷：首先檢查主軸參數(shù)設(shè)定，包括放大器型號(hào)、電動(dòng)機(jī)型號(hào)及伺服增益等，在確認(rèn)無(wú)誤后，則將檢查重點(diǎn)放在機(jī)械側(cè)。發(fā)現(xiàn)主軸軸承損壞，經(jīng)更換軸承后，在脫開(kāi)機(jī)械側(cè)的情況下檢查主軸電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)情況，發(fā)現(xiàn)負(fù)載表指示已正常但仍有噪聲。隨后，講主軸參數(shù)00號(hào)設(shè)定為1，即讓主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)運(yùn)行，結(jié)果噪聲消失，說(shuō)明速度檢測(cè)元件有問(wèn)題。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)安裝不正，調(diào)整位置之后再運(yùn)行主軸電動(dòng)機(jī)，噪聲消失，機(jī)床能正常工作。

　�、诮z杠竄動(dòng)引起的故障維修.故障現(xiàn)象：TH6380臥式加工中心，啟動(dòng)液壓后，手動(dòng)運(yùn)行Y軸時(shí)，液壓自動(dòng)中斷，CRT顯示報(bào)警，驅(qū)動(dòng)失效，其他各軸正常。分析診斷：該故障涉及電氣、機(jī)械、液壓等部分。任一環(huán)節(jié)有問(wèn)題均可導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)失效，因此檢查的順序大致如下。伺服驅(qū)動(dòng)裝置→電動(dòng)機(jī)及測(cè)量器件→電動(dòng)機(jī)與絲杠連接部分→液壓平衡裝置→開(kāi)螺母和滾珠絲杠→軸承→其他機(jī)械部分。

　　(1)檢查驅(qū)動(dòng)裝置外部接線(xiàn)及內(nèi)部元器件的狀態(tài)良好，電動(dòng)機(jī)與測(cè)量系統(tǒng)正常。

　　(2)拆下Y軸液壓抱閘后情況同前，將電動(dòng)機(jī)與絲杠的同步傳動(dòng)帶脫離，手搖Y軸絲杠，發(fā)現(xiàn)絲杠上下竄動(dòng)。

　　(3)拆開(kāi)滾珠絲杠上軸承座正常。

　　(4)拆開(kāi)滾珠絲杠下軸承座后發(fā)現(xiàn)軸向推力軸承的緊固螺母松動(dòng)，導(dǎo)致滾珠絲杠上下竄動(dòng)。

　　參考文獻(xiàn)

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