毕业论文数控车床常见故障分析与修护doc.docx

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前言

　　数控技术数控技术，简称“数控”。

英文NumericalControlNC。

是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。

它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。

数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。

1908年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世，19世纪末，以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明，1938年，香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输，奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。

数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。

1952年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。

现在，数控技术也叫计算机数控技术目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。

这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。

由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可以通过计算机软件来完成。

数控“NC”机床是一种通过编码指令编制零件加工程序，使刀具沿着程序编制的轨迹自动定位的机床。

它是以数控系统为代表的新技术对传统机械制造业渗透而形成的机电一体化产品，数控机床的核心是它的控制单元即数控系统。

其技术范围履盖很多领域包括

（1）机械制造技术

（2）信息处理、加工、传输技术（3）自动控制技术（4）伺服驱动技术（5）传感器技术（6）软件技术等

数控机床的组成数控机床由数控装置、伺服驱动装置、检测反馈装置和机床本体四大部分组成，再加上程序的输入/输出设备、可编程控制器、电源等辅助部分。

数控装置（数控系统的核心）由硬件和软件部分组成，接受输入代码经缓存、译码、运算插补，等转变成控制指令，实现直接或通过PLC对伺服驱动装置的控制。

伺服驱动装置是数控装置和机床主机之间的联接环节，接受数控装置的生成的进给信号经放大驱动主机的执行机构，实现机床运动。

检测反馈装置是通过检测元件将执行元件，电机、刀架或工作台的速度和位移检测出来反馈给数控装置构成闭环或半闭环系统。

机床本体是数控机床的机械结构件：

身箱体、立柱、导轨、工作台、主轴和进给机构等。

数控诊断技术的发展

通讯诊断（远程、海外诊断用户机床的通讯口通过电话线和维修中心的专用通讯诊断计算机相连。

计算机发诊断程序用户测试数据计算机诊断结果和处理方法用户特点，实用简便，有一定的局限性。

自修复系统当诊断软件发现数控机床在运行中某一模块有故障时，系统在CRT上显示的同时自动寻找备用模块并接上。

特点实用但成本比较高，而且只适合总线结构的CNC系统。

第1章机床故障诊断与排除的基本要求

　　1.1对故障常识的了解

1.1.1故障的基本概念

故障—数控机床全部或部分丧失原有的功能。

故障诊断—在数控机床运行中，根据设备的故障现象，在掌握数控系统各部分工作原理的前提下，对现行的状态进行分析，并辅以必要检测手段，查明故障的部位和原因。

提出有效的维修对策。

故障的分类

1.从故障的起因分类

关联性故障—和系统的设计、结构或性能等缺陷有关而造成分固有性和随机性。

非关联性故障—和系统本身结构与制造无关的故障。

2.从故障发生的状态分类

突然故障—发生前无故障征兆，使用不当。

渐变故障—发生前有故障征兆，逐渐严重。

3.按故障发生的性质分类

软件故障—程序编制错误、参数设置不正确、机床操作失误等引起。

硬件故障—电子元器件、润滑系统、限位机构、换刀系统、机床本体等硬件损坏造成。

干扰故障—由于系统工艺、线路设计、电源地线配置不当等以及工作环境的恶劣变化而产生。

4.按故障的严重程度分类

危险性故障—数控系统发生故障时，机床安全保护系统在需要动作时因故障失去保护动作，造成人身或设备事故。

安全性故障—机床安全保护系统在不需要动作时发生动作，引起机床不能起动。

5.按故障发生的部位分类

⑴主机故障数控机床的主机通常指组成数控机床的机械、润滑、冷却、排屑、液压、气动与防护等部分。

主机常见的故障主要有：

A.因机械部件安装、调试、操作使用不当等原因引起的机械传动故障

B.因导轨、主轴等运动部件的干涉、摩擦过大等原因引起的故障

C.因机械零件的损坏、联结不良等原因引起的故障等等尤其应引起重视的是机床各部位标明的注油点须定时、定量加注润滑油脂这是机床各传动链正常运行的保证。

（2）电气控制系统故障从所使用的元器件类型上根据通常习惯电气控制系统故障通常分为“弱电”故障和“强电”故障两大类：

A.“弱电”部分是指控制系统中以电子元器件、集成电路为主的控制部分。

数控机床的弱电部分包括CNC、PLC、MDI/CRT以及伺服驱动单元、输为输出单元等。

“弱电”故障又有硬件故障与软件故障之分。

硬件故障是指上述各部分的集成电路芯片、分立电子元件、接插件以及外部连接组件等发生的故障。

软件故障是指在硬件正常情况下所出现的动作出锗、数据丢失等故障常见的有加工程序出错系统程序和参数的改变或丢失计算机运算出错等。

B.“强电”部分是指控制系统中的主回路或高压、大功率回路中的继电器、接触器、开关、熔断器、电源变压器、电动机、电磁铁、行程开关等电气元器件及其所组成的控制电路。

这部分的故障虽然维修、诊断较为方便但由于它处于高压、大电流工作状态发生故障的几率要高于“弱电”部分必须引起维修人员的足够的重视。

6.按故障的性质分类

⑴系统性故障

系统性故障是指控制系统主机中的硬件损坏或只要满足一定的条件数控机床必然会发生的故障。

这一类故障现象在数控机床上最为常见但由于它具有一定的规律因此也给维修带来了方便系统性故障具有不可恢复性故障一旦发生如不对其进行维修处理机床不会自动恢复正常但只要找出发生故障的根本原因维修完成后机床立即可以恢复正常。

正确的使用与精心维护是杜绝或避免故障发生的重要措施。

⑵随机性故障

随机性故障是指数控机床在工作过程中偶然发生的故障此类故障的发生原因较隐蔽很难找出其规律性故常称之为“软故障”随机性故障的原因分析与故障诊断比较困难一般而言故障的发生往往与部件的安装质量、参数的设定、元器件的品质、软件设计不完善、工作环境的影响等诸多因素有关加强数控系统的维护检查确保电气箱的密封可靠的安装、连接正确的接地和屏蔽是减少、避免此类故障发生的重要措施。

7.按故障的指示形式分类

⑴有报带显示的故障数控机床的故障显示可分为指示灯显示与显示器显示两种情况A.指示灯显示报警

指示灯显示报警是指通过控制系统各单元上的状态指示灯一般由LED发光管或小型指示灯组成显示的报警根据数控系统的状态指示灯即使在显示器故障时仍可大致分析判断出故障发生的部位与性质因此在维修、排除故障过程中应认真检杳这些状态指示灯的状态。

B.显示器显示报警

显示器显示报警是指可以通过CNC显示器显示出报警号和报警信息的报警。

由于数控系统一般都具有较强的自诊断功能如果系统的诊断软件以及显示电路工作正常一旦系统出现故障可以在显示器上以报警号及文本的形式显示故障信息。

数控系统能进行显示的报警少则几十种多则上千种它是故障诊断的重要信息。

在显示器显示报警中又可分为NC的报警和PLC的报等两类前者为数控生产厂家设置的故降显示它可对照系统的“维修手册”来确定可能产生该故障的原因。

后者是由数控机床生产厂家设置的PLC报警信息文本属于机床侧的故降显示。

它可对照机床生产厂家所提供的“机床维修手册”中的有关内容确定故障所产生的原因。

⑵无报警显示的故障这类故障发生时机床与系统均无报警显示其分析诊断难度通常较大需要通过仔细、认真的分析判断才能予以确认。

特别是对于一些早期的数控系统，由于系统本身的诊断功能不强或无PLC报警信息文本出现无报警显示的故障情祝则更多对于无报警显示故障通常要具体情况具体分析根据故障发生前后的变化进行分析判断原理分析法与PLC程序分析法是解决无报警显示故障的主要方法。

8.按故障产生的原因分类

⑴数控机床自身故障这类故障的发生是由于数控机床自身的原因所引起的与外部使用环境条件无关数控机床所发生的极大多数故障均属此类故障。

⑵数控机床外部故障这类故障是由于外部原因所造成的。

供电电压过低、过高波动过大电源相序不正确或三相输入电压的不平衡环境温度过高害气体、潮气、粉尘授入外来振动和干扰等都是引起故障的原因。

此外人为因素也是造成数控机床故障的外部原因之一据有关资料统计首次使用数控机床或由不熟练工人来操作数控机床在使用的第一年操作不当所造成的外部故障要占机床总故障的三分之一以上。

除上述常见故障分类方法外还有其他多种不同的分类方法。

如按故障发生时有无破坏性可分为破坏性故障和非破坏性故障两种按故障发生与需要维修的具体功能部位可分为数控装置故障进给伺服系统故障主轴驱动系统故障白动换刀系统故障等等。

1.1.3数控系统的可靠性

数控机床除了具有高精度、高效率和高技术的要求外，还应该具有高可靠性。

衡量的指标有：

MTBF—平均无故障时间

MTTR—排除故障的修理时间

平均有效度A

A=MTBF/MTBF+MTTR

1.1.4数控机床维修的特点

1.数控机床是高投入、高精度、高效率的自动化设备。

2.一些重要设备处于关键的岗位和工序，因故障停机时，影响产量和质量。

3.数控机床在电气控制系统和机械结构比普通机床复杂，故障检测和诊断有一定的难度。

1.2对人员的基本要求

1.应熟悉掌握数控机床的操作技能，熟悉编程工作，了解数控系统的基本工作原理与结构组成。

2.必须详细熟读数控机床有关的各种说明书，了解有关规格、操作说明、维修说明以及系统的性能、结构布局、电缆连接、电气原理图和机床PLC梯形图等。

3.除会用传统仪器仪表工具外，还应具备使用多通道示波器、逻辑分析仪和频谱分析仪等现代化、智能化仪器的技能。

4.在完成一次故障诊断及排除故障过程后，应能对诊断排除故障工作，进行总结。

5.能做好故障诊断及维护记录,分析故障产生的原因及排除故障的方法,归类存档。

6.知识面广，掌握计算机技术、模拟与数字电路基础、自动控制与电机拖动、检测技术及机械加工工艺方面的基础知识与具备一定的外语水平。

1.3对排故手段的要求

1.准备好常用备品、配件并随时可以得到微电子元器件的实际供应。

2.必要的维修工具、仪器、仪表、接线、微机等。

3完整资料、手册、线路图、维修说明书（包括CNC操作说明书）以及接口、调整与诊断、PLC说明书等。

1.4排故前的准备工作

接到用户的直接要求后，应尽可能直接与用户联系，以便尽快地获取现场及故障信息。

如数控机床的进给与主轴驱动型号、报警指示或故障现象、用户现场有无备件等。

现场排故与维修：

对数控机床出现的故障（主要是数控系统部分）进行诊断，找出故障部位过程的关键是诊断即对系统或外围线路进行检测确定有无故障并对故障定位指出故障的确切位置。

从整机定位到插线板，在某些场合下要定位到元器件。

第2章机床数控系统故障诊断及其诊断方法

2.1数控系统的故障诊断

数控系统的故障诊断一般有故障检测、故障判断、隔离及故障定位三个阶段。

第一个阶段的故障检测是对数控系统进行测试，判断是否存在故障，第二阶段是判断故障性质并分离出故障部件或模块，第三阶段是将故障定位到可以更换的模块或印制线路板上以缩短修理时间。

2.1.1初步判别

通常在资料较全时，可通过资料分析判断故障所在，或采取接口信号法，根据故障现象判别可能发生故障的部位，而后再按照故障与这一部位的具体特点，逐个部位检查初步判别。

报警处理

1.系统报警的处理数控系统发生故障时一般在显示屏或操作面板上给出故障报警信号和相应的信息。

通常系统的操作手册中都有详细的报警信号、报警内容和处理方法。

由于系统的报警