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数控机床典型故障与维修

时间:2020-12-14 15:35:00 土木工程毕业论文 我要投稿

数控机床典型故障与维修

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数控机床典型故障与维修

  摘要:数控机床维修较普通设备维修相对复杂, 主要体现在不仅需要解决线路方面的问题,还要考虑数控装置、伺服驱动等部件的参数设置问题,这要求维修人员能正确理解数控机床控制原理及控制过程,会运用相关资料采取正确的步骤进行检修。本文将从数控机床的特点和数控机床使用中出现典型故障进行说明。

  关键词:数控机床;工作原理;数控系统;维修

  科学技术的发展对机械产品提出了高精度、高质量的要求,而且产品的更新换代也在加快,这对机床设备提出了精度和效率的要求,而且也提出了通用性和灵活性的要求。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。由于数控机床是一种价格昂贵的精密设备,因此,其维修和维护更是不容忽视。我国在数控维修调试方面更是人才短缺,经验匮乏,导致国内许多高档数控机床都要聘请国外专家维修调试[1]。

  一、 数控机床

  (一) 数控机床的组成

  1.主机。主机是数控机床的机械部件,包括床身、主轴箱、刀架、尾座、导轨等。

  2.数控装置。数控装置是数控机床的控制核心,其主体是一台计算机(包括CPU、存储器、CRT等)。

  3.伺服驱动系统。伺服驱动系统时数控车床切削工作的动力部分,主要实现主运动和进给运动。它由伺服驱动电路和驱动装置组成。驱动装置主要有主轴电动机、进给系统的步进电动机或交、直流伺服电动机等。

  4.辅助装置。辅助装置是指数控机床的一些配套部件,包括液压、气动装置及冷却系统、润滑系统和排屑装置

  (二)数控机床的基本原理

  按照零件加工的技术要求和工艺要求,编写零件的加工程序,然后将加工程序输入到数控装置,通过数控装置控制机床的主轴运动、进给运动、更换刀具,以及工件的夹紧与松开,冷、润滑泵的开与关,使刀具、工件和其它辅助装置严格按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行工作,从而加工出符合图纸要求的零件。

  数控机床的工作原理可以归纳为:

  ①控制介质 控制介质以指令的形式记载各种加工信息,如零件加工的工艺过程、工艺参数和刀具运动等,将这些信息输入到数控装置,控制数控机床对零件切削加工。

  ②数控装置 数控装置是数控机床的核心,其功能是接受输入的加工信息,经过数控装置的系统软件和逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理,向伺服系统发出相应的脉冲,并通过伺服系统控制机床运动部件按加工程序指令运动。

  ③伺服系统 伺服系统由伺服电机和伺服驱动装置组成,通常所说数控系统是指数控装置与伺服系统的集成,因此说伺服系统是数控系统的执行系统。数控装置发出的速度和位移指令控制执行部件按进给速度和进给方向位移。每个进给运动的执行部件都配备一套伺服系统,有的伺服系统还有位置测量装置,直接或间接测量执行部件的'实际位移量,并反馈给数控装置,对加工的误差进行补偿。

  ④机床本体 数控机床的本体与普通机床基本类似,不同之处是数控机床结构简单、刚性好,传动系统采用滚珠丝杠代替普通机床的丝杠和齿条传动,主轴变速系统简化了齿轮箱,普遍采用变频调速和伺服控制[5]。

  (三)FANUC数控系统的特点

  日本FANUC公司的数控系统具有高质量、高性能,适用于各种机床和生产机械的特点,在市场的占有率远远超过其他的数控系统,主要体现在以下几个方面。

  ①系统在设计中大量采用模块化结构。这种结构易于拆装,各个控制板高度集成,使可靠性有很大提高,而且便于维修、更换。

  ②具有很强的抵抗恶劣环境影响的能力。其工作环境温度为0~45℃,相对湿度为75%。

  ③有较完善的保护措施。FANUC对自身的系统采用比较好的保护电路。

  ④FANUC系统所配置的系统软件具有比较齐全的基本功能和选项功能。对于一般的机床来说,基本功能完全能满足使用要求。

  ⑤提供大量丰富的PMC信号和PMC功能指令。这些丰富的信号和编程指令便于用户编制机床侧PMC控制程序,而且增加了编程的灵活性。

  ⑥具有很强的DNC功能。系统提供串行RS232C传输接口,使通用计算机PC和机床之间的数据传输能方便、可靠地进行,从而实现高速的DNC操作。

  ⑦提供丰富的维修报警和诊断功能。

  系统在硬件上采用两种数字总线:在轴控制部分采用FANUC专用的FSSB串行伺服总线联接所有的伺服驱动器;在机床面板等机床外围设备部分采用Fanuc I/O Link总线联接。通过两种总线将实时性要求不同的数据分离开[2]。

  (四)伺服驱动及伺服电机的特点

  1.高可靠性。完善的可靠性设计方案:如冗余设计,降额设计等,所有元器件全部采用工业或军工等级,关键元器件全部采用进口元件,如三菱IPM模块、EPCOS电容、fuji整流桥等。

  2.高节电率。采用先进的微电脑控制技术,使定量泵变为节能型的变量泵,液压系统与整机运行所需要的功率相匹配,无高压节流溢流能量之损失,提高油泵电机功率因素至0.96以上,节电率一般可达40%~60%。

  3.软启动。采用伺服器控制可以减小数控机床震动,延长数控机床的使用寿命,同时数控系统发热量减小,油温稳定,延长液压系统的使用寿命,为用户节省了维护的费用。

  4.超强的过载能力和动态响应速度。采用先进的矢量控制算法和独特的限流技术,确保在机床操作过程中,能承受启停重负载的冲击而不跳闸,以确保生产过程的连续性。高速的动态响应,最大限度减小零件周期的延迟现象。

  5.完善的EMC设计。采用完善的EMC设计方案,内部布局优化设计,采用多种EMI对策,确保对数控机床电气系统的干扰减小到最小,保证其工作的工作稳定性[4]。

  二、数控机床故障维修

  (一)数控机床使用中注意事项

  使用数控机床之前,应仔细阅读机床使用说明书以及其他有关资料,以便正确操作使用机床,并注意以下几点:① 机床操作、维修人员必须是掌握相应机床专业知识的专业人员或经过技术培训的人员,且必须按安全操作规程及安全操作规定操作机床;②非专业人员不得打开电柜门,打开电柜门前必须确认已经关掉了机床总电源开关。只有专业维修人员才允许打开电柜门,进行通电检修;③ 除一些供用户使用并可以改动的参数外,其它系统参数、主轴参数、伺服参数等,用户不能私自修改,否则将给操作者带来设备、工件、人身等伤害;④修改参数后,进行第一次加工时,机床在不装刀具和工件的情况下用机床锁住、单程序段等方式进行试运行,确认机床正常后再使用机床;⑤机床的PLC程序是机床制造商按机床需要设计的,不需要修改。不正确的修改,操作机床可能造成机床的损坏,甚至伤害操作者;⑥ 建议机床连续运行最多24小时,如果连续运行时间太长会影响电气系统和部分机械器件的寿命,从而会影响机床的精度;⑦机床全部连接器、接头等,不允许带电拔、插操作,否则将引起严重的后果。

  (二)数控机床故障诊断维修

  我们要学习车床的诊断首先要了解两个概念:系统的可靠性是指数控系统在规定的条件和规定的时间内完成规定的功能能力,故障是指系统在规定的条件下合规定的时间内失去规定的功能。

  (1)诊断的方法:

  ①动作诊断:监视车床动作部分,判断个不良的部位。

  ②状态诊断:当机床电机动负载时,观察运行状态。

  ③点检诊断:定期点检液压元件,气动元件。

  ④操作诊断:监视操作错误和程序错误。

  ⑤数控系统故障自诊断[3]。

  (2)典型数控机床常见故障诊断及维修实例

  ①主轴出现噪声的故障维修.故障现象:主轴噪声较大,主轴无载荷情况下,负载表指示超过40%。分析诊断:首先检查主轴参数设定,包括放大器型号、电动机型号及伺服增益等,在确认无误后,则将检查重点放在机械侧。发现主轴轴承损坏,经更换轴承后,在脱开机械侧的情况下检查主轴电动机旋转情况,发现负载表指示已正常但仍有噪声。随后,讲主轴参数00号设定为1,即让主轴驱动系统开环运行,结果噪声消失,说明速度检测元件有问题。经检查发现安装不正,调整位置之后再运行主轴电动机,噪声消失,机床能正常工作。

  ②丝杠窜动引起的故障维修.故障现象:TH6380卧式加工中心,启动液压后,手动运行Y轴时,液压自动中断,CRT显示报警,驱动失效,其他各轴正常。分析诊断:该故障涉及电气、机械、液压等部分。任一环节有问题均可导致驱动失效,因此检查的顺序大致如下。伺服驱动装置→电动机及测量器件→电动机与丝杠连接部分→液压平衡装置→开螺母和滚珠丝杠→轴承→其他机械部分。

  (1)检查驱动装置外部接线及内部元器件的状态良好,电动机与测量系统正常。

  (2)拆下Y轴液压抱闸后情况同前,将电动机与丝杠的同步传动带脱离,手摇Y轴丝杠,发现丝杠上下窜动。

  (3)拆开滚珠丝杠上轴承座正常。

  (4)拆开滚珠丝杠下轴承座后发现轴向推力轴承的紧固螺母松动,导致滚珠丝杠上下窜动。

  参考文献

  1.吴国经.数控机床故障诊断与维护[M].北京:电子工业出版社出版,2005:50—56.

  2.郑晓峰.数控原理与系统[M].北京:机械工业出版社,2005:35—40.

  3.蒋洪平.数控设备故障诊断与维修[M].北京:理工大学出版社,2006:80—95.

  4.郑晓峰,陈少艾.数控机床及其使用和维修[M].北京:机械工业出版社,2008:10—13.

  5.夏风芳.数控机床[M].大连:高等教育出版社出版,2005:60—70.23~235.

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