机电设备实验报告Word下载.docx
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四、实验步骤
1、根据选取的敏感参数选择振动传感器;
2、合理布置测点，测点布置的是否合理，直接关系到采集信号的真空性。
要注意以下：
⑴所布置的测点要固定，且固定面要光滑、绝缘，并且要用特殊明显的标记符号标出。
因为测点位置不同，测出来的信号也不同。
⑵测点应布置在反映振动特征最敏感的部位。
一般轴承是反映振动诊断信息
最集中和最敏感的部位，因此把风机和电机的轴承座列为主要测点。
⑶测点应选在与轴承座联接刚度较高的地方或箱体上的适当位置，而且安装面要光滑。
⑷振动信号通过不同零件联接的界面一次，其振动能量就损失约80%左右,所以在选择测点时应注意尽是减少中间界面。
⑸尽量保持每次测量时机器的工况条件、测量参数、使用的测量仪器和测量方法（如传感器的固定方法）相同。
这样才能保证每次所测量数据的真实性及相互可比性。
3、测试仪器选择与布置
测试仪器应选择分辨率、灵敏度较高的仪器。
布置时，应尽量减小电噪声的干扰和外来噪声的干扰，以及数据通道之间的信号干扰等。
4、信号的示波、分析与处理。
五、实验注意事项
1、安装传感器时，千万不要与机器的转动部件相接触；
2、连接各测试仪器时，要注意断电，待连接完毕并经检查确认连接无误时，接通电源；
3、测试仪器要轻拿、轻放，特别要注意传感器安装时要放稳、放平；
4、实验完毕时，先断电，然后拆线，放好各测试仪器。
实验二机床轴承故障诊断
一、实验目的
1、熟悉实验室故障诊断平台以及常用仪器仪表；
2、了解滚动轴承的基本知识以及不同形式的故障轴承；
3、学习基于振动分析常用的诊断方法；
4、理解轴承故障的在线诊断技术及方法；
5、掌握信号的调制与解调原理与方法。
二、实验要求
1、熟悉实验流程及安全操作要求，实验前正确校准系统；
2、正确布置测点位置；
3、选取合适的采样参数；
4、仪器必须接地。
、实验理论知识
1、正常轴承的振动信号特征
正常的轴承也有相当复杂的振动和噪声。
有些是由轴承本身结构特征引起的；
有些和制造装配有关，如滚动体和滚道的表面波纹、表面粗糙度以及几何精度不高，在运转中都会引起振动和噪声。
⑴轴承结构特征引起的振动
滚动轴承在承载时，由于在不同位置承载的滚子数目不同，因而承载刚度会有所变化，引起轴心的起伏波动，振动频率Zfoc（图1），要减少这种振动的振幅可采用游隙较小的轴承或加预紧力去除游隙。
图1滚动轴承的承载刚度与滚子位置的关系
⑵轴承刚度非线性引起的振动
滚动轴承的轴向刚度常呈非线性（图2），特别是当润滑不良时，易产生异
常的轴向振动。
在刚度曲线呈对称非线性时，振动频率为fn，2fn，3fn，……;
在刚度曲线呈非对称非线性时，振动频率为fn，1/2fn，1/3fn，……,分数谐频
（fn为轴回转频率）。
这是一种自激振动，常发生在深沟球轴承，自调心球轴承和滚柱轴承不常发生。
（b）非对称非线性弹性
图2轴承的轴向刚度
2、轴承制造装配的原因
⑴加工面波纹度引起的振动
由轴承零件的加工面的波纹度引起的振动和噪声在轴承中比较常见。
这些缺陷引起的振动为高频振动，高频振动及轴心的振摆不仅会引起轴承的径向振动，在一定条件下还会引起轴向振动。
表1列出的振动频率与波纹度峰数的关系。
表中n
为正整数、Z为球数、fic为单个滚动体在内圈滚道上的通过频率、fc为保持架转速、fbc为滚动体相对于保持架的转动频率。
表1振动频率与波纹峰数的关系
有波纹度的零件
波纹峰数
振动频率/Hz
径向振动
轴向振动
内圈
nZ±
l
nZ
nZfic
外圈
nZfc
滚动体
2n
2nfbc±
fc
2nfbc
⑵轴承偏心引起的振动
如图3所示，当轴承游隙过大或滚道偏心时都会引起轴承振动，振动频率为nfn，fn为轴回转频率，n=1,2，…。
外圈中心
内圈中心
图3轴承偏心引起的轴承振动
⑶滚动体大小不均匀引起轴心摆动
滚动体大小不均匀会导致轴心摆动，还有支承刚性的变化。
振动频率为fc和
fc±
fn，n=1,2，…，此处fc为保持架回转频率，fn为轴回转频率
⑷轴弯曲引起轴承偏斜
轴弯曲引起轴上所装轴承偏移，造成轴承振动。
滚动轴承在运转中，由于各种原因会产生振动和噪声。
轴承声响有如下几
种：
1轴承本质声音：
滚道声、碾轧声；
2与制造有关的声音：
保持架声音、高频振动声；
3与使用有关的声音：
伤痕声、尘埃声。
2、滚动轴承的振动测量与简易诊断
⑴测点的选择
由于滚动轴承的振动在不同方向上反映出不同的特征，因此，应尽量考虑在
水平（X）、垂直（Y）和轴向（Z）三个方向上进行振动检测。
⑵传感器的选择与固定
滚动轴承的振动属于高频振动，故传感器应采用钢制螺栓固定。
四、实验设备
1、旋转机械振动故障模拟试验平台；
2、加速度传感器和激光转速仪；
3、电荷放大器；
4、测试软件。
五、实验步骤
1、通过老师的讲解，了解实验一般原理；
2、传感器的校正以及传感器安装位置的选择；
3、传感器正确地连接到分析仪输入通道；
4、设置测试参数：
包括硬件参数、分析参数、测试内容、信号源参数；
5、选择显示窗口并开始检测系统；
6、开始测试。
开启旋转机械振动故障模拟试验平台，稳定在某一转速，观察信号，收集数据和波形；
7、数据存储与检测报告；
8、实验结果分析
六、实验结果及分析
滚动轴承故障振动信号为一调制信号，采用适当的解调分析方法，将轴承调制信号提取出来，从而有效地识别齿轮箱的故障，达到故障诊断的目的。
滚动轴承在正常的工作状态下，其输出的振动信号为一平滑正弦波。
当其工作表面出现剥落、点蚀等故障时，其输出信号就会表现为以某一频率为中心的调制信号。
在本次实验中，在对各种原理熟悉后，着重观察了轴承的三个故障，并对其进行分析。
在了解熟悉故障诊断试验平台后，在滚动轴承的0°
、90°
、180°
方
向上有三个加速度传感器，用来采集轴承转动时在三个方向上的数据，将传感器采集的数据进行处理后输送到相应的故障分析软件中，对采集数据进行分析诊断。
1、轴承内滚道损伤分析
在变频电机电压频率为10Hz、轴承转动速度为300rpm时，对轴承以20K的采样频率，采集了65536个信号点，再根据经验公式得到轴承内滚道损伤时对应的故障特征频率为：
fBPI=0.6Nn=0.6X5X12=36Hz
其中，转频N=300/60=5Hzn是滚珠个数（本实验中为12）。
波形频谱图表明：
轴承转动频谱呈林状分布，最大峰值出现在36.01Hz，此
频率为基频。
峰值分别出现在二倍频、三倍频、四倍频……等处，具有丰富的高次谐波。
根据滚动轴承精密诊断方法中轴承内滚道损伤时其振动频率和波形的特点，两者在频率和波形上及其相似，与上面的经验公式得出的数据相吻合，据此可以确定产生故障的原因为轴承内滚道损伤。
2、轴承外滚道损伤分析
fBPO=0.4Nn=0.4X5X12=24Hz
轴承转动频谱呈林状分布，最大峰值出现在23.498Hz，此
根据滚动轴承精密诊断方法中轴承外滚道损伤时其振动频率和波形的特点，两者在频率和波形上及其相似，与上面的经验公式得出的数据相吻合，据此可以确定产生故障的原因为轴承外滚道损伤。
3、轴承滚珠损伤分析
在变频电机电压频率为20Hz、轴承转动速度为600rpm时，对轴承以20K的采样频率，采集了65536个信号点，再根据经验公式得到滚动体损伤时对应的故障特征频率为：
fBS=0.2X2Nn=0.2X2X10X12=48Hz
其中，转频N=600/60=10Hzn是滚珠个数（本实验中为12）。
轴承转动频谱呈林状分布，最大峰值出现在49.133Hz，此
根据滚动轴承精密诊断方法中滚动体损伤时其振动频率和波形的特点，两者在频率和波形上及其相似，与上面的经验公式得出的数据相吻合，据此可以确定产生故障的原因为轴承滚动体损伤。
一、实验目的：
1、了解主传动系统结构及工作原理；
2、掌握数控机床主轴编码器、变频器的功能和主传动系统的故障诊断与维修方法。
二、实验内容：
主轴编码器、变频器、主轴转向的故障诊断与维修
三、实验步骤：
1、主传动系统结构及工作原理
主轴部件是机床的重要部件之一，其精度、抗振性和热变形对加工质量有直接影响。
特别是如果数控机床在加工过程中不进行人工调整，这些影响将更为严重。
数控机床主轴部件在结构上要解决好主轴的支承、主轴内刀具自动装夹、主轴的定向停止等问题。
数控机床主轴的支承主要采用图i所示的三种主要形式。
图i（a所示结构的前支承采用双列短圆柱滚子轴承和双向推力角接触球轴承组合，后支承采用成对向心推力球轴承。
这种结构的综合刚度高，可以满足强力切削要求，是目前各类数控机床普遍采用的形式。
图1（b）所示结构的前支承采用多个高精度向心推力球轴承，后支承采用单个向心推力球轴承。
这种配置的高速性能好，但承载能力较小，适用于高速、轻载和精密数控机床。
图1（c）所示结构为前支承采用双列圆锥滚子轴承，后支承为单列圆锥滚子轴承。
这种配置的径向和轴向刚度很高，可承
受重载荷，但这种结构限制了主轴最高转速和精度，因而仅适用于中等精度、低速与重载的数控机床主轴。
ESH*KEHKWKUi
B鬥呻
冏1主釉支承配置
⑷高圖度型⑹高遼轻羲型⑷低逵重载型
主轴内部刀具自动夹紧机构是数控机床特别是加工中心的特有机构。
图2为
ZHS-K63加工中心主轴结构部件图，其刀具可以在主轴上自动装卸并进行自动夹紧，其工作原理如下：
当刀具2装到主轴孔后，其刀柄后部的拉钉3便被送到主轴拉杆7的前端，在碟形弹簧9的作用下，通过弹性卡爪5将刀具拉紧。
当需要换刀时，电气控制指令给液压系统发出信号，使液压缸14的活塞左移，带动推杆13向
左移动，推动固定在拉杆7上的轴套10,使整个拉杆7向左移动，当弹性卡爪5向前伸出一段距离后，在弹性力作用下，卡爪5自动松开拉钉3,此时拉杆7继续向左移动，喷气嘴6的端部把刀具顶松，机械手便可把刀具取出进行换刀。
装刀之前，压缩空气从喷气嘴6中喷出，吹掉锥孔内脏物，当机械手把刀具装入之后，压力油通人液压缸14的左腔，使推杆退回原处，在碟形弹簧的作用下，通过拉杆7又把刀具拉紧。
冷却液喷嘴1用来在切削时对刀具进行大流量冷却。
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构
I-冷却预喷闿2-刀具3-竝订乜一主期E—理岐卡瓜&
-唏气喑T—拉杆5-定泣凸检9一理矗弾it2—轴空EI-ES«
®
】2-建转能头13—推秆14一板斑15—空诵伺矗电机LE—喪档齿鞄
2、主轴编码器工作原理:
由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收
器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差
（相对于一个周波为360度），将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；
另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。
由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。
作用：
主要控制机床主轴的转速，正反转，和主轴定位。
3、主轴变频器性能要求：
⑴宽调速范围，且稳速精度高；
⑵低速运行时，有较大力矩输出；
⑶加减速时间短；
⑷过载能力强;
⑸快速响应主轴电机快速正反转以及加减速。
其中变频器与数控装置的联系通常包括:
⑴数控装置给变频器的正反转信号；
⑵数控装置给变频器的速度或频率信号，可以通过通讯给定或模拟给定；
⑶变频器给数控装置的故障等状态信号。
所有关于对变频器的操作和反馈均可在数控面板进行编程和显示。
通过变频器内部关于输入信号与设定频率的输入输出特性曲线的设置，数控装置就可以方便而自由地控制主轴的速度。
该特性曲线必须涵盖电压/电流信号、正/反作用、单/双极性的不同配置，以满足数控车床快速正反转、自由调速、变速切削的要求。
4、主轴故障诊断与维修
⑴轴走位精度失准。
故障原因及排除方法：
检查滚珠是否有脱落，或间隙变大。
⑵轴回位报警（超程或回零报警包括不能回位或直接报警）。
检查限位器开关是否卡异物抱死，每个轴都有3个限位器，前后各一，后面附带回零限位器，有的机床没回零功能就没有,限位器是弹跳的，风枪吹净后抱拆下用手上下回压，不行就换新的。
⑶轴走位部分距离精度失准，其他位置完好。
轴磨损，换轴。
⑷轴行进到一定位置卡死
钢珠脱落或传动钢珠套内有异物，清洁并配齐钢珠。
⑸轴持续一个方向走位精准，反向位移失准后持续反向不失准。
轴与连接装置螺钉松动或脱落，从新安装即可。
⑹主轴不能定向或定向不到位。
在检查定向控制电路设置和调整，检查定向板，主轴控制印刷电路板调整的同时，应检查位置检测器（编码器）是否不良，此时测编码器输出波形。
⑺主轴无变速。
检查处理电气变档信号是否输出；
压力是否足够，需检查并调整压力；
变档液压缸研损或卡死，应修去飞边或研伤，清洗后重装；
变档电磁阀卡死，需检修并清洗电磁阀；
变档液压缸拨叉脱落，可修复或更换；
变档液压缸窜油或内泄，需更换密封圈；
变档复合开关失灵，应更换新开关。
⑻主轴不转动。
主轴转动指令无输出，应检查并处理；
保护开关没压合或失灵，可检修压合开关或更换；
卡盘未夹紧工件，需调整或修理卡盘；
变档复合开关损坏，应更换复合开关；
变档电磁阀体内泄漏，可更换或修理电磁阀。
⑼主轴有噪声。
缺少润滑，可涂抹润滑脂，保证每个轴承涂抹润滑脂量约为轴承空间的1/3；
传动轴承损坏或传动轴弯曲，应修复或更换轴承，校直传动轴；
齿轮啮合间隙不均匀或齿轮损坏，需调整啮合间隙或更换新齿轮；
主轴与电
动机连接带过紧，调整连接带的松紧程度；
小带轮与大带轮传动平衡不良，可能是带轮上的动平衡块脱落，应重新调整动平衡。
⑽刀具不能夹紧。
蝶形弹簧位移量较小，应调整蝶形弹簧行程长度；
检查松夹刀弹簧上的螺母是否松动，可顺时针旋转松夹刀弹簧上的螺母，使其最大工作载荷为13kN。
实验四数控机床液压系统故障诊断
数控车床的液压系统驱动部分，主要有车床卡盘的夹紧与松开、卡盘夹紧力的高低压转换、回转刀架的松开与夹紧、刀架刀盘的正转反转、尾座套筒的伸出与退回等，液压系统中各电磁铁的动作由数控系统的PLC控制实现的。
绝大多数数控机床液压系统的主要驱动对象有:
机械手的动作，主轴的刀具夹紧装置，主轴箱的液压平衡，液压卡盘，工件的定位夹紧，导轨和滚珠丝杠的润滑等。
因此，液压系统的故障是困扰数控机床正常工作的主要原因之一。
一、实验目的
1、掌握数控机床液压系统的工作原理；
2、了解液压系统故障诊断的方法；
3、掌握数控机床液压系统的故障排除方法。
二、液压系统原理分析
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数控机床液压系统原理图
1、2、3、4、5-换向阀；
6、7、8-减压阀；
9、10、11-调速阀；
12、13、14-压力表
1.卡盘的夹紧与松开
主轴卡盘的夹紧与松开，由电磁阀1控制。
卡盘的高压与低压夹紧转换，由电磁阀2控制。
当卡盘处于正卡（也称外卡）且在高压夹紧状态下，夹紧力的大小由减压阀6来调节。
当卡盘处于外卡且在低压夹紧状态下，夹紧力的大小由减压阀7来调整。
2.回转刀架动作
回转刀架换刀时，首先是刀盘松开，之后刀盘就转到指定的刀位，最后刀盘夹紧。
刀盘的夹紧与松开，由电磁阀4控制。
刀盘的旋转可正反转，由电磁阀3控制，其转速分别由单向调速阀9和10调节控制。
3.尾座套筒伸缩动作
尾座套筒伸出与退回由电磁阀5控制。
当6YA通电时，套筒伸出。
当5YA通
电时，套筒退回
三、MJ-50数控车床液压系统的特点
1.系统采用变量叶片泵供油，减少了能量损失。
2.系统采用不同减压阀调节卡盘高压夹紧或低压夹紧时的压力大小、尾座套筒伸出工作时的预紧力大小，可适用不同工件的需要。
3.系统采用双向液压马达实现刀架的转位，可实现无级调节，并能控制刀架的正转、反转。
4.系统采用断电时刀盘夹紧，消除了加工过程中突然停电所引起的事故隐患。
四、液压回路常见故障及维修
1.液压系统常见故障的特征
设备调试阶段的故障率较高，存在问题较为复杂,其特征是设计、制造、安装以及管理等问题交织在一起。
一般液压系统常见故障有：
⑴接头连接处泄漏。
⑵运动速度不稳定。
⑶阀心卡死或运动不灵活造成执行机构动作失灵。
⑷阻尼小孔被堵造成系统压力不稳定或压力调不上去。
⑸阀类元件漏装弹簧或密封件，或管道接错而使动作混乱。
2.液压元件常见故障及排除
液压泵故障
液压泵主要有齿轮泵、叶片泵等，下面以齿轮泵为例介绍故障及其诊断。
齿轮泵最常见的故障是泵体与齿轮的磨损、泵体的裂纹和机械损伤。
出现以上情况一般必须大修或更换零件。
在机器运行过程中，齿轮泵常见的故障有：
噪声严重及压力波动；
输油量不足：
液压泵不正常或有咬死现象。
⑴噪声严重及压力波动可能原因及排除方法
1泵的过滤器被污物阻塞不能起滤油作用：
用干净的清洗油将过滤器去除污
物。
2油位不足，吸油位置太高，吸油管露出油面：
加油到油标位，降低吸油位
置。
3泵体与泵盖的两侧没有加纸垫；
泵体与泵盖不垂直密封；
旋转时吸入空气；
泵体与泵盖间加入纸垫；
泵体用金刚砂在平板上研磨，使泵体与泵盖垂直度误差不超过0.005mm紧固泵体与泵盖的联结，不得有泄漏现象。
4泵的主动轴与电动机联轴器不同心，有扭曲磨擦：
调整泵与电动机联轴器的同心度，使其误差不超过0.2mm。
5泵齿轮的啮合精度不够：
对研齿轮达到齿轮啮合精度。
6泵轴的油圭寸骨架脱落，泵体不密圭寸：
更换合格泵轴油圭寸。
⑵输油不足的可能原因及排除方法
1轴向间隙与径向间隙过大：
小于齿轮泵的齿轮两侧端面在旋转过程中与轴
承座圈产生相对运动会造成磨损，轴向间隙和径向间隙过大时必须更换零件。
2泵体裂纹与气孔泄漏现象：
泵体出现裂纹时需要更换泵体，泵体与泵盖间
加入纸垫，紧固各联接处螺钉。
3油液粘度太高或油温过高：
用20#机械油选用适合的温度，一般20#全损耗系统用油适用10~50C的温度工作，如果三班工作，应装冷却装置。
4电动机反转：
纠正电动机旋转方向。
5过滤器有污物，管道不畅通：
清除污物，更换油液，保持油液清洁。
6压力阀失灵：
修理或更换压力阀。
⑶液压泵运转不正常或有咬死现象的可能原因及排除方法
1泵轴向间隙及径向间隙过小：
轴向、径向间隙过小则应更换零件间隙。
2滚针转动不灵活：
更换滚针轴承。
3盖板和轴的同心度不好：
更换盖板，使其与轴同心。
调整轴向或径向间隙。
4压力阀失灵：
检查压力阀弹簧是否失灵，阀体小孔是否被污物堵塞，滑阀和阀体是否失灵；
更换弹簧，清除阀体小孔污物或换滑阀。
5泵和电动机间联轴器同心度不够：
调整泵轴与电动机联轴器同心度，使其误差不超过0.20mm。
6泵中有杂质：
可能在装配时有铁屑遗留，用细铜丝网过滤全损耗系统用油，去除污物。
实验五机床电气系统故障诊断
1、熟悉数控机床综合实验台电源的组成及接口；
2、能读懂电气原理图，通过电气原理图能独立地进行电源各部件之间的连接；
3、掌握数控机床电源的主要功能，能根据电气原理图排除电源故障。
二、实验器材
1、数控机床综合实验台一台；
2、10mn十字起、2mn与1.5mm一字起各一把；
3、万用表一块。
三、相关知识
1、电源类故障
电源是电路板的能源供应部分，电源不正常，电路板的工作必然异常。
而且，电源部分故障率较高，修理时应足够重视，在外观法检查后，可先对电源部分进行检查。
电路板的工作电源，有的是由外部电源系统供给；
有的由板上本身的稳压电路产生，电源检查包括输出电压稳定性检查和输出纹波检查。
输出纹波过大，会引起系统不稳定，用示波器交流输入档可检查纹波幅值，纹波大一般是由集成稳压器损坏或滤波电容不良引起。
运算放大器、比较器，有些用单电源供电，有些用双电
源供电，用双电源的运放，要求正负供电对称，其差值一般不能大于0.2V（具有
调零功能的运放除外）
2、单元输入电路工作原理
200R200SG
T14
A15
图1电源单元的输入电路
3、电源单元输出工作原理
Fi即
a
+SOCL
图2电源单元的输出回路
四、电源单元常见故障及诊断
1、电源单元无法接通的故障诊断
故障现象是机床工作指示灯亮而系统显示装置不亮
图3SSCK-20数控车床电源单元的连接
图3为SSCK-20数控车床电源单元连接图。
当按下NC准备SB2时，C
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