数控车床故障分析与排除_.doc
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数控系统课程设计
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CK6150/1000数控车床故障分析与排除
目录
目录 2
设计目的 3
一、数控机床CK6150/1000的有关参数 4
1.1数控车床CK6150/1000主要技术指标 4
二、数控机床故障诊断 6
2.1数控机床的故障规律 6
2.2数控机床故障诊断的一般步骤 7
2.3数控机床机械结构故障诊断与维修 8
2.4刀架、刀库、换刀装置的故障维修实例 13
2.5换刀装置故障 15
2.8常见数控机床主轴伺服系统故障及诊断 17
2.9在维修主回路采用错位选触无环流可逆调速驱动系统的数控车床 19
2.10机床PLC初始故障的诊断 20
2.11数控设备检测元件故障及维修 21
三、数控机床的维护 23
3.1制订数控系统日常维护的规章制度 23
3.2应尽量少开数控柜和强电柜的门 23
3.3定时清扫数控柜的散热通风系统 23
3.4经常监视数控系统用的电网电压 23
3.5定期更换存储器用电池 24
3.6数控系统长期不用时的维护 24
四、总结与体会 25
五、参考文献 26
设计目的
科学技术的发展,对机械产品提出了高精度、高复杂性的要求,而且产品的更新换代也在加快,这对机床设备不仅提出了精度和效率的要求,而且也对其提出了通用性和灵活性的要求。
数控机床就是针对这种要求而产生的一种新型自动化机床。
数控机床集微电子技术、计算机技术、自动控制技术及伺服驱动技术、精密机械技术于一体,是高度机电一体化的典型产品。
它本身又是机电一体化的重要组成部分,是现代机床技术水平的重要标志。
数控机床体现了当前世界机床技术进步的主流,是衡量机械制造工艺水平的重要指标,在柔性生产和计算机集成制造等先进制造技术中起着重要的基础核心作用。
因此,如何更好的使用数控机床是一个很重要的问题。
一、数控机床CK6150/1000的有关参数
1.1数控车床CK6150/1000主要技术指标
系统要求:
华中世纪星HNC-22T
1.型号:
CK6150/1000。
2.床身上最大工件回转直径:
≥Φ500mm。
3.拖板上最大工件回转直径:
≥Φ290mm。
4.最大工件长度:
1000mm。
5.最大车削长度:
≥850mm。
6.主轴转速范围(变频):
44r/min~2000r/mm。
7.主轴通孔直径:
≥52mm
8.主轴电机功率:
≥7.5kW。
9.进给快移速度:
X向6m/min;Z向8m/min。
10.进给电机扭矩(功率):
X向7Nm; Z向7Nm。
11.定位精度(全程):
X向0.03;Z向0.04。
12.重复定位精度:
X向0.012;Z向0.016。
13.尾架套筒内孔锥度:
莫氏5号。
14.脉冲当量:
0.001mm
15.最高加工精度:
IT6
16.表面粗糙度:
Ra1.6
17.刀架:
(统一立式四工位刀架)
刀杆截面尺寸:
25mm×25mm
18.电柜散热方式:
轴流风扇/热交换器
19.机床运动部件带自动润滑装置
20.系统带RS232通讯接口
21.冷却泵电机功率:
≥110W
22.机床密封各处不得漏油
23.床身宽度:
≥390mm。
24.整机噪声≤80db(A)。
25.双开门全封闭防护.
附件配置:
机床使用说明书、机床电器控制图、操作系统说明书、维修说明书一套、三爪卡盘、卡盘座(配正反转卡爪各一付)、机床配套地脚螺栓、防震垫铁)、死顶尖及顶尖变径套(与本机配套)各一付、配备与机床相应的维护扳手、螺丝刀、油枪、等一套
用户采用六工位刀架,需另增加下列配件:
端面夹持刀座:
2付;钻头套筒(Φ20,Φ25,Φ32各1付);外径刀座(含垫片):
6付,镗孔夹持刀座:
3付;镗孔刀套筒(Φ8,Φ10,Φ12,Φ16,Φ20,Φ25,Φ32各2付),随机配套工具箱:
1个,与数控系统相匹配的DNC连接线每台一根。
图1-1CK6150/1000型数控车床
二、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:
①故障现象的详细记录
②故障发生的操作方式及内容
③故障号及故障指示灯的显示内容
④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.
2.2数控机床机械结构故障诊断与维修
(1)主轴部件的常见故障及其诊断维修
故障现象
故障原因
排除方法
加工精度达不到要求
机床在运输过程中受到冲击
检查对机床精度有影响的各部位,特别是导轨副
安装不牢固、安装精度低或有变化
重新安装调平、紧固
切削振动大
主轴箱和床身连接螺钉松动
恢复精度后紧固连接螺钉
轴承预紧力不够,游隙过大
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,使主轴窜动
紧固螺母,确保主轴精度合格
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、位置精度达到要求
主轴箱噪声大
主轴部件动平衡不好
重做动平衡
齿轮啮合间隙不均匀或严重损伤
调整间隙或更换齿轮
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
齿轮和轴承损坏
变挡压力过大,齿轮受冲击产生破损
按液压原理图,调整到适当的压力和流量
变档机构损坏或固定销脱落
修复或更换零件
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
主轴无变速
电气变档信号是否输出
维修人员检查处理
压力是否足够
检测并调整工作压力
变档液压缸研损或卡死
修去毛刺和研伤,清洗后重装
变档电磁阀卡死
检测并清洗电磁阀
变档液压缸拨叉脱落
修复或更换
变档液压缸窜油或内泄
更换密封圈
变档复合开关失灵
更换开关
主轴不转动
主轴转动指令是否输出
维修人员处理检查
保护开关没有压合或失灵
检测压合保护开关或更换
卡盘未夹紧工件
调整或修理卡盘
变挡复合开关损坏
更换复合开关
变档电磁阀体内泄漏
更换电磁阀
主轴发热
主轴轴承预紧力过大
调整预紧力
轴承研伤或损坏
更换轴承
润滑油脏或有杂质
清洗主轴箱,更换新油
表2-1
(2)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
b、丝杠螺母润滑不良
①分油器是否分油
②油管是否堵塞
c、滚珠丝杠副噪声
①滚珠丝杠轴承压盖压合不良
②滚珠丝杠润滑不良
③滚珠破损
④电动机与滚珠丝杠联轴器松动
(3)刀架、刀库及换刀装置故障诊断
a、转塔刀架没有抬起动作
①控制系统是否有T指令输出信号
②抬起电磁铁断线或抬起阀杆卡死
③压力不够
④抬起液压缸研损或密封损坏
⑤与转塔抬起联接的机械部分研损
b、转塔转位速度缓慢或不转位
①是否有转位信号输出
②转位电磁阀断线或阀杆卡死
③压力不够
④转位速度节流阀是否卡死
⑤凸轮轴压盖过紧
⑥抬起液压缸体与转塔平面产生摩擦、研损
⑦安装附具不配套
c、转塔转位时碰牙,抬起速度或抬起延时时间短
d、转塔不正位
①转位盘上的撞块与选位开关松动,使转塔到位时传输信号超期或滞后
②上下联接盘与中心轴花键间隙过大产生位移偏差大,落下时易碰牙顶,引起不到位
③转位凸轮与转位盘间隙过大
④凸轮在轴上窜动
⑤转位凸轮轴的轴向预紧力过大或有机械干涉
e、转塔转位不停
①两计数开关不同时计数或复置开关损坏
②转塔上的24V电源断线
f、转塔刀重复定位精度差
①液压夹紧力不足
②上下牙盘受冲击,定位松动
③上下牙盘间有污物或滚针脱落在牙盘中间
④转塔落下夹紧时有机械干涉(如夹铁屑)
⑤夹紧液压缸拉毛或研损
⑥转塔座落在二层滑板之上,由于压板和楔铁配合不牢产生运动偏大
g、刀具不能夹紧
①风泵气压不足
②增压漏气
③刀具卡紧液压缸漏油
④刀具松卡弹簧上的螺丝母松动
h、刀具夹紧后不能松开
松锁刀的弹簧压力过紧
i、刀套不能夹紧刀具
检查刀套上的调节螺母
j、机械手换刀速度过快
气压太高或节流阀开口过大
k、换刀时找不到刀
刀位编码用组合行程开关、接近开关等元件损坏、接触不好或灵敏度降低
(4)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
⑤液压泵转速太低,叶片不能甩出
⑥油量不足,吸油管露出油面吸入空气
⑦吸油管堵塞
⑧进油口漏气
⑨叶片在转子槽内卡死
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
⑤滤油器局部堵塞
⑥液压泵转速过高或液压泵装反
⑦液压泵与电动机联接同轴度差
⑧定子和叶片磨损,轴承和轴损坏
⑨泵与其他机械共振
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
d、系统及工作压力低,运动部件爬行
泄漏
e、尾座顶不紧或不运动
①压力不足
②液压缸活塞拉毛或研损
③密封圈损坏
④液压阀断线或卡死
⑤套筒研损
f、导轨润滑不良
①分油器堵塞
②油管破裂或渗漏
③没有气体动力源
④油路堵塞
g、滚珠丝杠润滑不良
①分油管是否分油
②油管是否堵塞
2.3刀架、刀库、换刀装置的故障维修实例
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:
①“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。
②“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。
③“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。
④机械手系统有问题,建立不起“拔刀”条件。
其原因可能是电动机控制电路有问题。
检查电动机控制电路系统正常。
⑤刀具是靠碟形弹簧通过拉杆和弹簧卡头将刀具柄尾端的拉钉拉紧的。
松刀时,液压缸的活塞杆顶压顶杆,顶杆通过空心螺钉推动拉杆,一方面使弹簧卡头松开刀具的拉钉,另一方面又顶动拉钉,使刀具右移而在主轴锥孔中变“松”。
主轴系统不松刀的原因可能有以下几点:
①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
②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
③顶杆出了问题,已变形或磨损
④弹簧卡头出故障,不能张开
⑤主轴装配调整时,刀具移动量调的太小,致使在使用过程中一些综合因素导致不能满足“松刀”条件
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。
2.4换刀装置故障
数控车换刀一般的过程是:
换刀电机接到换刀信号后,通过蜗轮蜗杆减速带动刀架旋转,由霍尔元件发出刀位信号,数控系统再利用这个信号与目标值进行比较以判断刀具是否到位。
刀换到位后,电机反转缩紧刀架。
以下几个典型实例。
①一台四刀位数控车床,发生一号刀位找不到,其它刀位能正常换刀的故障现象
故障分析:
由于只有一号刀找不到刀位,可以排除机械传动方面的问题,确定就是电气方面的故障。
可能是该刀位的霍尔元件及其周围线路出现问题,导致该刀位信号不能输送给PLC。
对照电路图利用万用表检查后发现:
1号刀位霍尔元件的24V供电正常,GND线路为正常,T1信号线正常。
因此可以断定是霍尔元件损坏导致该刀位信号不能发出。
解决办法:
更换新的霍尔元件后故障排除,一号刀正常找到。
②一台六刀位数控车床,换刀时所有刀位都找不到,刀架旋转数周后停止,并且数控系统显示换刀报警:
换刀超时或没有信号输入。
故障分析查找:
对于该故障,仍可以排除机械故障,归咎于电气故障所致。
产生该故障的电气原因有以下几种:
1.磁性元件脱落;2.六个霍尔元件同时全部损坏;3.霍尔元件的供电和信号线路开路导致无电压信号输出。
其中以第三种原因可能性最大。
因此找来电路图,利用万用表对霍尔元件的电气线路的供电线路进行检查。
结果发现:
刀架检测线路端子排上的24V供电电压为0V,其它线路均正常。
以该线为线索沿线查找,发现从电气柜引出的24V线头脱落,接上后仍无反应。
由此判断应该是该线断线造成故障。
解决办法:
利用同规格导线替代断线后,故障排除。
③一台配有FANUC-0imate系统大连机床厂的六刀位车床,选刀正常但是当所选刀位到位之后不能正常锁紧。
系统报警:
换刀超时。
故障分析查找:
刀架选刀正常,正转正常,就是不能反向锁紧。
说明蜗轮蜗杆传动正常,初步定为电气线路问题。
在机床刀架控制电气原理图上,发现刀具反向锁紧到位信号是由一个位置开关来控制发出的,是不是该开关即周围线路存在问题呢?
为了确认这个故障原因,打开刀架的顶盖和侧盖,利用万用表参照电路图检查线路,发现线路未有开路和短路,通过用手按动刀架反向锁紧位置开关,观察梯形图显示有信号输入,至此排除电气线路问题。
推断可能是挡块运动不到位,位置微动开关未动作。
于是重新换刀一次来观察一下,结果发现:
果然挡块未运动到位。
于是把挡块螺栓拧紧,试换刀一次正常。
再换一次刀,原故障又出现了,同时发现蜗杆端的轴套打滑并且爬升现象。
难道是它造成了电机反转锁紧时位置开关的挡块不能到位?
于是把该轴套进行了轴向定位处理,将刀架顶盖装好。
结果刀架锁紧正常了。
解决办法:
对轴套进行轴向定位故障解决。
2.5稳压电源故障
机床在运行时机床照明灯突然不亮,机床操作面板灯也不亮,系统电源正常,同时系统急停报警,和主轴无信号警。
关机后重新上电故障依旧。
故障分析检查:
经询问当时操作人员,没有违规操作,排除人为原因,也可以排除机械原因,应该是电气故障引起。
该机床的电器原理图显示,这些失电区域都和24V有关,并且该机床拥有两个稳压电源,一个是I/O接口电源,另一个为系统电源。
失电区域都与I/O接口有关,于是打开电气柜观察发现I/O接口稳压电源指示灯未能点亮,说明该电源未能正常工作或损坏。
由稳压电源的工作原理知道,稳压电源有电流短路和过载保护的功能,当电源短路或过载时自动关断电源输出,以保护电源电路不被损坏。
于是试着把电源的输出负载线路拆下来,结果发现重新上电后电源指示灯亮了。
这说明电源本身没有损坏。
通过分析得知该电源为I/O接口电源,负载不大,也不会出现过载现象,应该是输出回路中有短路故障。
沿着输出线号进行检查发现有一根24V+输出线接头从绝缘胶布中露出并接触到机床床体。
原因很明显:
由于该线与机床发生对地短路,造成该稳压电源处于自我保护状态,使得操作面板和一些I/O接口继电器供电停止,导致发生以上故障。
至于变频器报警可能24V信号不能到位发出报警。
解决办法:
用绝缘胶布把接头处重新包好,重新上电开机所有故障解决,报警解除照明灯也亮了。
2.6系统程序锁故障
一台数控车,配有FANUC-0i-mate系统,无法输入对刀值等参数,不能编辑程序,并伴有报警。
故障分析检查:
对此现象首先想到了程序保护开关,通过对比正常的系统发现:
与系统锁住时现象一样。
所以怀疑系统锁开关坏了,但经过短接,仍不能解决问题。
通过观察故障系统的梯形图发现X56输入点无信号输入,说明这条输入线路断路。
沿着这条线号利用万用表检查,发现在操作面板后面选轴开关接头处线头脱落,导致线路无法输入信号,使PLC逻辑关系不正确,才出现以上故障。
解决办法:
用烙铁焊锡把脱落的线头重新焊接好,报警解除,参数输入正常,故障消失。
-
2.7常见数控机床主轴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
d、飞车现象
①位置传感器或速度传感器的信号反相,或者是电枢线接反了,即整个系统不是负反馈而变成正反馈了
②速度指令给的不正确
③位置传感器或速度传感器的反馈信号没有接或者是有接线断开
④CNC控制系统或伺服控制板有故障电源板有故障而引起的逻辑混乱
e、所有的轴均不运动
①用户保护性锁紧如急停\制动,或有关运动的相应开关位置不正确
②主电源熔丝断
③由于过载保护用断路器动作或监控用继电器的触点未接触好
f、电动机过热
①滑板运行时摩擦力或阻力太大
②热保护继电器脱扣,电流设定错误
③励磁电流太低或永磁式电动机失磁时,为获得所需力矩也可引起电枢电流增高而使电动机发热
④切削条件恶劣
⑤运动夹紧/制动装置没充分释放
⑥齿轮传动系损坏或传感器有问题
⑦电机本身内部匝间短路而引起的过热
⑧带风扇冷却的电动机,风扇坏
g、机床定位精度不准
①滑板运行时阻力太大
②位置环的增益或速度环的低频增益太低
③机械传动部分有反向间隙
④位置环或速度环的零点平衡调整不合理
⑤接地\屏蔽不好或电缆布线不合理
h、零件加工表面粗糙
①检查测速发电机换向器的表面光滑状况及电刷的磨合状况
②检查高频脉冲波形的振幅、频率、及滤波形状
③检查切削条件是否合理,刀尖是否损坏
④检查机械传动的反向间隙
⑤检查位置检测信号的振幅
⑥检查机床的振动状况如机床水平状态、地基、主轴旋转时有否振动等
2.8在维修主回路采用错位选触无环流可逆调速驱动系统的数控车床
中所遇到的部分故障及处理方法。
实例:
1.故障现象:
1.8m卧车在点动时,花盘来回摆动。
检查:
测量驱动控制系统中的±20V直流稳压电源的纹波为4V峰峰值,大大超过了规定的范围。
分析:
在控制系统的放大电路中,高、低通滤波器可以滤掉,如:
测速机反馈,电流反馈,电压反馈中的各次谐波干扰信号,但无法滤除系统本身直流电源电路中的谐波分量,因它存在于整个系统中,这些谐波进入放大器就会使放
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- 数控车床 故障 分析 排除