1、浅谈数控机床维护与维修 机械毕业论文 毕 业 设 计（论文）浅谈数控机床维护与维修姓 名： 学 号：性 别： 专 业: 机械设计制造及其自动化批 次： 电子邮箱：联系方式：学习中心： 指导教师： 2012年3月12日浅谈数控机床维护与维修摘要在中国工业发展迅猛的时候，在机械制造中，数控机床是一种新型的自动化机床，采用计算机技术，是机电一体化产品。由于加工精度、柔性好、效率高、可以加工形状复杂的零件，而逐渐取代普通机床得到广泛应用。但数控机床在维修上明显比普通机床复杂，数控机床的故障不仅包括硬件故障，还包括软件故障，所以对数控机床的维修，不仅要从硬件上加以判断，还要结合软件来诊断故障原因。数控机
2、床故障的诊断是数控机床维修的关键。一般来说，随着故障类型的不同，采取的故障诊断的方法也就不同。本文从数控机床工作原理和结构、数控机床维护、故障诊断方法及常见故障类型等方面入手来简要阐述一下数控机床的维护与维修。关键词：数控机床维护；故障诊断；诊断原则；诊断方法引言数控机床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装备，几乎所有传统机床都有了相应的数控机床。随着科学技术的迅速发展，数控机床以其高效、高精度以及高柔性的特点，在各行各业取得了越来越广泛的应用，在许多场合，它已成为企业保证产品质量、提高生产效率和管理水平的关键设备之一。尽管数控系统的性能和品质已有了极大的提高，从而保证了
3、数控机床的稳定性和可靠性，但是，数控机床是机、电、液、气高度一体化的复杂机电设备，在使用中难免出现故障。通过科学的方法、行之有效的措施，迅速判别故障发生的原因，随时解决出现的问题，既是保证数控机床安全、可靠运行，提高设备使用率的关键所在，所以要求数控机床的维修人员不但要有理论知识，而且要有快速发现问题、解决问题的能力和丰富的实际经验。对此，企业急需掌握数控设备维修技术的技术人员。同时，数控设备的操作人员、维修技术人员也急切希望提高自己的技术水平，以适应数控设备故障诊断和维修工作的需要。目前我国使用的数控机床、数控系统种类繁多，为了使维修技术人员能有针对性地掌握数控机床控制系统故障诊断和维修的技
4、术，该论文从从数控机床工作原理和结构、数控机床维护、故障诊断方法及常见故障类型等入手阐明了数控机床的维护与维修。由于本人水平有限，论文中难免有误漏之处，期望提出批评、指正。第一章 数控机床的加工原理与结构 数控机床的工作原理：数控机床由控制介质、输入输出设备、计算机数控装置、伺服系统及机床本体组成。数控机床工作原理图：如下图1 数控机床原理图 1. 控制介质控制介质又称信息载体，是人与数控机床之间联系的中间媒介物质，反映了数控加工中的全部信息。常用的有RAM,ROM,存储卡等。 2. 输入、输出装置是CNC系统与外部设备进行交互的装置。交互的信息通常是零件加工程序。即将编制好的记录在控制介质上
5、的零件加工程序输入CNC系统或将调试好了的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的控制介质上。 3. 数控装置CNC装置是数控机床实现自动加工的核心，主要由计算机系统、位置控制板、PLC接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件等组成。作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件(伺服单元、驱动装置和PLC等)，所有这些工作是由CNC装置内硬件和软件协调配合，合理组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。 4. 伺服系统它是数控系统与机床本体之间的电传动联系环节，主要由伺服电动机、驱动控制系统以及位置检测反馈装置组成。
6、伺服电机是系统的执行元件，驱动控制系统则是伺服电机的动力源。数控系统发出的指令信号与位置反馈信号比较后作为位移指令，再经过驱动系统的功率放大后，带动机床移动部件作精确定位或按照规定的轨迹和进给速度运动，使机床加工出符合图样要求的零件。 5. 检测反馈系统测量反馈系统由检测元件和相应的电路组成，其作用是检测机床的实际位置、速度等信息，并将其反馈给数控装置与指令信息进行比较和校正，构成系统的闭环控制。 6. 机床本体机床本体指的是数控机床机械机构实体，包括床身、主轴、进给机构等机械部件。由于数控机床是高精度和高生产率的自动化机床，它与传统的普通机床相比，应具有更好的刚性和抗振性，相对运动摩擦系数要
7、小，传动部件之间的间隙要小，而且传动和变速系统要便于实现自动化控制。 数控机床机械结构在数控机床发展的最初阶段，其机械结构与通用机床相比没有多大的变化，只是在自动变速、刀架和工作台自动转位和手柄操作等方面作些改变。随着数控技术的发展，考虑到它的控制方式和使用特点，才对机床的生产率、加工精度和寿命提出了更高的要求。数控机床的主体机构有以下特点：1. 由于采用了高性能的无级变速主轴及伺服传动系统，数控机床的极限传动结构大为简化，传动链也大大缩短；2. 为适应连续的自动化加工和提高加工生产率，数控机床机械结构具有较高的静、动态刚度和阻尼精度，以及较高的耐磨性，而且热变形小；3. 为减小摩擦、消除传动
8、间隙和获得更高的加工精度，更多地采用了高效传动部件，如滚珠丝杠副和滚动导轨、消隙齿轮传动副等； 4. 为了改善劳动条件、减少辅助时间、改善操作性、提高劳动生产率，采用了刀具自动夹紧装置、刀库与自动换刀装置及自动排屑装置等辅助装置。根据数控机床的适用场合和机构特点，对数控机床结构因提出以下要求：1) 较高的机床静、动刚度数控机床是按照数控编程或手动输入数据方式提供的指令自动进行加工的。由于机械结构(如机床床身、导轨、工作台、刀架和主轴箱等)的几何精度与变形产生的定位误差在加工过程中不能人为地调整与补偿，因此，必须把各处机械结构部件产生的弹性变形控制在最小限度内，以保证所要求的加工精度与表面质量。
9、为了提高数控机床主轴的刚度，不但经常采用三支撑结构，而且选用钢性很好的双列短圆柱滚子轴承和角接触向心推力轴承铰接出相信忒力轴承，以减小主轴的径向和轴向变形。为了提高机床大件的刚度，采用封闭界面的床身，并采用液力平衡减少移动部件因位置变动造成的机床变形。为了提高机床各部件的接触刚度，增加机床的承载能力，采用刮研的方法增加单位面积上的接触点，并在结合面之间施加足够大的预加载荷，以增加接触面积。这些措施都能有效地提高接触刚度。为了充分发挥数控机床的高效加工能力，并能进行稳定切削，在保证静态刚度的前提下，还必须提高动态刚度。常用的措施主要有提高系统的刚度、增加阻尼以及调整构件的自振频率等。试验表明，提
10、高阻尼系数是改善抗振性的有效方法。钢板的焊接结构既可以增加静刚度、减轻结构重量，又可以增加构件本身的阻尼。因此，近年来在数控机床上采用了钢板焊接结构的床身、立柱、横梁和工作台。封砂铸件也有利于振动衰减，对提高抗振性也有较好的效果。 2) 减少机床的热变形 在内外热源的影响下，机床各部件将发生不同程度的热变形，使工件与刀具之间的相对运动关系遭到破环，也是机床季度下降。对于数控机床来说，因为全部加工过程是计算的指令控制的，热变形的影响就更为严重。为了减少热变形，在数控机床结构中通常采用以下措施:减少发热。机床内部发热时产生热变形的主要热源，应当尽可能地将热源从主机中分离出去；控制温升。在采取了一系
11、列减少热源的措施后，热变形的情况将有所改善。但要完全消除机床的内外热源通常是十分困难的，甚至是不可能的。所以必须通过良好的散热和冷却来控制温升，以减少热源的影响。其中部较有效的方法是在机床的发热部位强制冷却，也可以在机床低温部分通过加热的方法，使机床各点的温度趋于一致，这样可以减少由于温差造成的翘曲变形；改善机床机构。在同样发热条件下，机床机构对热变形也有很大影响。如数控机床过去采用的单立柱机构有可能被双柱机构所代替。由于左右对称，双立柱机构受热后的主轴线除产生垂直方向的平移外，其它方向的变形很小，而垂直方向的轴线移动可以方便地用一个坐标的修正量进行补偿。对于数控车床的主轴箱，应尽量使主轴的热
12、变形发生在刀具切入的垂直方向上。这就可以使主轴热变形对加工直径的影响降低到最小限度。在结构上还应尽可能减小主轴中心与主轴向地面的距离，以减少热变形的总量，同时应使主轴箱的前后温升一致，避免主轴变形后出现倾斜。 数控机床中的滚珠丝杠常在预计载荷大、转速高以及散热差的条件下工作，因此丝杠容易发热。滚珠丝杠热生产造成的后果是严重的，尤其是在开环系统中，它会使进给系统丧失定位精度。目前某些机床用预拉的方法减少丝杠的热变形。对于采取了上述措施仍不能消除的热变形，可以根据测量结果由数控系统发出补偿脉冲加以修正。3）减少运动间的摩擦和消除传动间隙数控机床工作台(或拖板)的位移量十一脉中当量为最小单位的，通常
13、又要求能以基地的速度运动。为了使工作台能对数控装置的指令作出准确响应，就必须采取相应的措施。目前常用的滑动导轨、滚动导轨和静压导轨在摩擦阻尼特性方面存在着明显的差别。在进给系统中用滚珠丝杠代替滑动丝杠也可以收到同样的效果。目前，数控机床几乎无一例外地采用滚珠丝杠传动。数控机床(尤其是开环系统的数控机床)的加工精度在很大程度上取决于进给传动链的精度。除了减少传动齿轮和滚珠丝杠的加工误差之外，另一个重要措施是采用无间隙传动副。对于滚珠丝杠螺距的累积误差，通常采用脉冲补偿装置进行螺距补偿。4）提高机床的寿命和精度保持性为了提高机床的寿命和精度保持性，在设计时应充分考虑数控机场零部件的耐磨性，尤其是机
14、床导轨、进给伺港机主轴部件等影响进度的主要零件的耐磨性。在使用过程中，应保证数控机床各部件润滑良好。5）减少辅助时间和改善操作性能在数控机床的单件加工中，辅助时间(非切屑时间)占有较大的比重。要进一步提高机床的生产率，就必须采取促使最大限度地压缩辅助时间。目前已经有很多数控机床采用了多主轴、多刀架、以及带刀库的自动换刀装置等，以减少换刀时间。对于切屑用量加大的数控机床，床身机构必须有利于排屑。第二章 数控机床的维护对于数控机床来说，合理的日常维护措施，可以有效的预防和降低数控机床的故障发生机率。 首先，针对每一台机床的具体性能和加工对象制定操作规程建立工作、故障、维修档案是很重要的。包括保养内
15、容以及功能器件和元件的保养周期。其次,数控系统是数控机床电气控制系统的核心。每台机床数控系统在运行一定时间后，某些元器件难免出现一些损坏或者故障。数控系统是数控机床电气控制系统的核心。每台机床数控系统在运行一定时间后，某些元器件难免出现一些损坏或者故障。为了尽可能地延长元器件的使用寿命，防止各种故障，特别是恶性事故的发生，就必须对对数控系统进行日常的维护与保养。主要包括：数控系统的使用检查和数控系统的日常维护。CNC系统的日常维护主要包括以下几方面：1）严格制订并且执行CNC系统的日常维护的规章制度根据不同数控机床的性能特点，严格制订其CNC系统的日常维护的规章制度，并且在使用和操作中要严格执
16、行。2) 应尽量少开数控柜门和强电柜的门因为，在机械加工车间的空气中往往含有油雾、尘埃，它们一旦落入数控系统的印刷线路板或者电气元件上，则易引起元器件的绝缘电阻下降，甚至导致线路板或者电气元件的损坏。所以，在工作中应尽量少开数控柜门和强电柜的门。3) 定时清理数控装置的散热通风系统，以防止数控装置过热散热通风系统是防止数控装置过热的重要装置。为此，应每天检查数控柜上各个冷却风扇运转是否正常，每半年或者一季度检查一次风道过滤器是否有堵塞现象，如果有则应及时清理。4）注意CNC系统的输入/输出装置的定期维护例如CNC系统的输入装置中磁头的清洗。5）定期检查和更换直流电机电刷在20世纪80年代生产的
17、数控机床，大多数采用直流伺服电机，这就存在电刷的磨损问题，为此对于直流伺服电机需要定期检查和更换直流电机电刷。6）经常监视CNC装置用的电网电压CNC系统对工作电网电压有严格的要求。例如FANUC公司生产的CNC系统，允许电网电压在额定值的85110的范围内波动，否则会造成CNC系统不能正常工作，甚至会引起CNC系统内部电子元件的损坏。为此要经常检测电网电压，并控制在定额值的15+10内。7）存储器用电池的定期检查和更换通常，CNC系统中部分CMOS存储器中的存储内容在断电时靠电池供电保持。一般采用锂电池或者可充电的镍镉电池。当电池电压下降到一定值时，就会造成数据丢失，因此要定期检查电池电压。
18、当电池电压下降到限定值或者出现电池电压报警时，就要及时更换电池。更换电池时一般要在CNC系统通电状态下进行，这才不会造成存储参数丢失。一旦数据丢失，在调换电池后，可重新就参数输入。8）CNC系统长期不用时的维护当数控机床长期闲置不用时，也要定期对CNC系统进行维护保养。在机床未通电时，用备份电池给芯片供电，保持数据不变。机床上电池在电压过低时，通常会在显示屏幕上给出报警提示。在长期不使用时，要经常通电检查是否有报警提示，并及时更换备份电池。经常通电可以防止电器元件受潮或印制板受潮短路或断路等长期不用的机床，每周至少通电两次以上。具体做法是：首先，应经常给CNC系统通电，在机床锁住不动的情况下，
19、让机床空运行。其次，在空气湿度较大的梅雨季节，应天天给CNC系统通电，这样可利用电器元件本身的发热来驱走数控柜内的潮气，以保证电器元件的性能稳定可靠。生产实践证明，如果长期不用的数控机床，过了梅雨天后则往往一开机就容易发生故障。此外，对于采用直流伺服电动机的数控机床，如果闲置半年以上不用，则应将电动机的电刷取出来，以避免由于化学腐蚀作用而导致换向器表面的腐蚀，确保换向性能。9）备用印刷线路板的维护对于已购置的备用印刷线路板应定期装到CNC装置上通电运行一段时间，以防损坏。10）CNC发生故障时的处理一旦CNC系统发生故障，操作人员应采取急停措施，停止系统运行，并且保护好现场。并且协助维修人员做
20、好维修前期的准备工作。第三章 数控机床维修基本要求3.1维修人员素质维修人员的素质直接决定了维修效率和效果为了迅速、准确判断故障原因，并进行及时、有效的处理，恢复机床的动作、功能和精度作为数控机床的维修人员应具备以下方面的基本条件。 具有较广的知识面 由于数控机床通常是集机械、电气、液压、气动等干一体的加工设备，组成机床的各部分之间具有密切的联系，其中任何一部分发生故障均会影响其他部分的正常工作。数控机床维修的第一步是要根据故障现象，尽快判别故障的真正原因与故障部位，这一点即是维修人员必须具备的素质，但同时又对维修人员提出了很高的要求，它要求数控机床维修人员不仅仅要掌握机械、电气两个专业的基础
21、知识和基础理论，而且还应该熟悉机床的结构与设计思想，熟悉数控机床的性能，只有这样，才能迅速找出故障原因，判断故障所在，此外，维修对为了对某些电路与零件进行现场测绘，作为维修人员还应当具备一定的工程制图能力。 善于思考 数控机床的结构复杂，各部分之间的联系紧密。故障涉及面广。而且在有些场合故障所反映出的现象不一定是产生故障的根本原因。作为维修人员必须从机床的故障现象通过分析故障产生的过程，针对各种可能产生的原因由表及里，透过现象看本质，迅速找出发生故障的根本原因井予以排除。通俗地讲，数控机床的维修人员从某种意义上说应“多动脑，慎动手 , ，切忌草率下结论，自月更换元器件特别是数控系统的模块以及印
22、刷电路板 重视急结积累 数控机床的维修速度在很大程度上要依靠平时经验的积累，维修人员遇到过的问题、解决过的战障越多，其维修经验也就越丰富。数控机床虽然种类繁多，系统各异，但其基本的工作过程与原理却是和同的。因此，维修人员在解决了某故障以后，应对维修过程及处理方法进行及时总结、归纳形成书面记录，以供今后同类故障维修参考。特别是对十自己时难以解决，最终由同行技术人员或专家维修解决的问题，尤其应该细心观察，认真记录，以便十提高。如此日积月累，以达到提高自身水平与素质的目的。 善于学习 作为数控机床维修人员不仅要注重分析与积累，还应当勤于学习，善于学习。数控机床，尤其是数控系统，其说明书内容通常都较多
23、，有操作、编程、连接、安装调试、维修手册、功能说明、PLC编程等。这些手册、盗料少则数十万字多到上千万字，要全面掌握系纹的全部内容绝非一日之功而民在实际维修时，通常也不可能有太多的时间对说明书进行全面、系统的学习。因此，作为维修人员要像了解机床、系统的结构那样全面了解系统说明书的结构、内容、范围并根据实际需要，精读某些与维修有关的重点章节，理清思路、把握重点、详略得当切忌大海捞针、无从下手。 具备外语基础与专业外语基础 虽然目前国内生产数控机床的厂家已经日益增多，但数控机床的关键部分 数控系统还主要依靠进口，其配套的说明书、资料往往使用原文资料数控系统的报警文本显示亦以外文居多。为了能迅速根据
24、系统的提示与机床说明书中所提供信息，确认故障原因，加快维修进程，作为一个维修人员，最好能具备专业外语的阅读能力，提高外语水平，以便分析、处理问题。 能熟练操作机床和使用维修仪器数控机床的维修离不开实际操作，特别是在维修过程中维修人员通常要进入一般操作者无法进行的特殊操作方式如：进行机床参数的设定与调整通过计算机以及软件联机调试利用 PLC 编程器监控等。此外，为了分析判断故障原因维修过程中往往还需要编制相应的加工程序，对机床进行必要的运行试验与工件的试切削。因此，从某种意义上说，一个高水平的维修人员，其操作机床的水平应比操作人员更高，运用编程指令的能力应比编程人员更强。 具有较强的动手能力 动
25、手是维修人员必须具备的素质。但是，对于维修数控机床这样约精密、关键设备，动手必须有明确的目的、完整的思路、细致的操作。动手前应仔细思考、观察，找准入手点动手过程中更要做好记录，尤其是对于电气元件的安装位置、导线号、机床参数、调整值等都必须做好明显的标记，以便恢复。维修完成后，应做好“收尾“工作，如：将机床、系统的罩壳、紧固件安装到位；将电线、电缆整理整齐等。在系统维修时应特别注意：数控系统中的某些模决是需要电池保持参教的，对于这些板于和模块切忌随使插拔；更不可以在不了解元器件作用的情况下随意调换数控系统、伺服驱动等部件中的器件、设定端子：任意调整电位器位 位置 ，任意改变参数：以避免产生更严重
26、的后果。3.2技术资料要求 技术资料是维修的指南，它在维修工作中起着至关重要的作用借助于技术资料可以大大提高维修工作的效率与维修的准确胜。一般来说，对于重大的数控机床故障维修在理想状态下，应具备以下技术资料：1.数控机床使用说明书 它是由机床生产厂家编制井随机床提供的随机资料。机床使用说明书通常包括以F与维修有关的内容1）机床的操作过程和步骤2）机床主要机械传动系统及主要部件的结构原理示意图。3）机床的液压、气动、润滑系统图4）机床安装和调整的方法与步骤5）机床电气控制原理图6）机床使用的特殊功能及其说明等。2.数控系统的操作、编程说明书（或使用手册），它是由数控系统生产厂家编制的数控系统使用
27、手册，通常包括以F内容：1)数控系统的面板说明2)数控系统的具体操作步骤（包括手动，自动、试运行等方式的操作步骤以及程序、参数等的输入、编辑、设置和显示方法）。3)加工程序以及输入格式，程序的编制方法，各指令的基本格式以及所代表的意义等在部分系统中它还可能包括系统调试、维修用的大量信息，如：“机床参数“的说明、报警的显不及处理方法、以及系统的连接图等。它是维修数控系统与操作机床中必须参考的技术资料之一。 PLC程序清单 它是机床厂根据机床的具体控制要求设计、编制的机床控制软件，PLC 程序中包含了机床动作的执行过程，以及执行动作所需的条件，它表明了指令信号、检测元件与执行元件之间的全部逻辑关系
28、。借助 PLC 程序，维修人员可以迅速找到故障原因，它是数控机床维修过程中使用最多、最重要的资料在某些系统（如FANUC系统、SIEMENS802D等）中，利用数控系统的显示器可以直接对PLC程序进行动态检测和观察，它为维修提供了极大的便利，因此，在维修中定要熟练掌握这方面的操作和使用技能 机床参数清单 它是由机床生产厂根据机床的实际情况，对数控系统进行的设置与调整。机床参数是系统与机床之间的“桥梁”，它不仅直接决定了系统的配置和功能，而且也关系到机床的动、静态性能和精度因此也是维修机床的重要依据与参考。在维修时，应随时参考系统“机床参数”的设置清况来调整、维修机床；特别是在更换数控系统模块时
29、一定要记录机床的原始设置参数，以便机床功能的恢复。 数控系统的连接说明、功能说明 该资料由数控系统生产厂家编制通常只提供给机床生产厂家作为设针资料。维修人员可以从机床生产厂家或系统生产、销售部门获得。系统的连接说明、功能说明书不仅包含了比电气原理图更为详细的系统各部分之间连接要求与说明，而且还包括了原理圈中未反映的信号功能描述，是维修数控系统，尤其是检查电气接线的重要参考资料。 伺服驱动系统、主轴驱动系统的使用说明书 它是伺服系统及主轴驱动系统的原理与连接说明书，主要包括伺服、主轴的状态显示与报警显示、驱动器的调试、设定要点，信号、电压、电流的测试点，驱动器设置的参数及意义等方面的内容，可供伺
30、服驱动系统、主轴驱动系统维修参考。 PLC使用与编程说明 它是机床中所使用的外置或内置式PLC的使用、编程说明书。通过PLC的说明书，维修人员可以通过PLC的功能与指令说明分析、理解PLC程序并由此详细了解、分析机床的动作过程、动作条件、动作顺岸以及各信号之间的逻辑关系，必要时还可以对PLC程序进行部分修改。 机床主要配套功能部件的说明书与资料 在数控机床上往往会使用较多功能部件如数控转台、自动换刀装置、润滑与冷却系纽排屑器等。这些功能部件，其生产厂家一般都提供了较完整的使用说明书，机床生产厂家应将其提供给用户，以硬功能部件发生故障时进行参考。以上都是在理想情况下应其备的技术资料，但是实际维修
31、时往往难以做到这一点。因此在必要时，维修人员应通过现场测绘、平时积累等方法完普、整理有关技术资料。3.3数控机床维修原则数控机床分析故障原因时，在以往的维修工作中，人们习惯于把查找故障和可靠性。要按照根据现有条件使用成熟技术或结构的原则，注意符合国家有关安全标准，不要出现新的不可靠环节，产生新的故障源。同时做为维修人员要做好维修记录，为今后机床维修工作打下良好的基础。现数控机床故障维修诊断原则：（1）先外部后内部 数控机床是集机械、液压、电气为一体的机床，故其故障的发生也会由这三者综合反映出来。维修人员应先由外向内逐一进行排查，尽量避免随意地启封、拆卸，否则会扩大故障，使机床大伤元气，丧失精度
32、，降低性能。 （2）先机械后电气一般来说，机械故障较易发觉，而数控系统故障的诊断则难度较大些。在故障检修之前，首先注意排除机械性的故障，往往可达到事半功倍的效果。 （3）先静后动先在机床断电的静止状态，通过了解、观察测试、分析确认为非破坏性故障后，方可给机床通电。在运行工况下，进行动态的观察、检验和测试，查找故障。而对破坏性故障，必须先排除危险后，方可通电。 （4）先简单后复杂当出现多种故障互相交织掩盖，一时无从下手时，应先解决容易的问题，后解决难度较大的问题。往往简单问题解决后，难度大的问题也可能变得容易。第四章 数控机床故障诊断的方法4.1直观检查法直观检查法它是维修人员最先使用的方法。在故障诊断时，首先要询问，向故障现场人员仔细询问故障产生的过程、故障表象及故
