數控機床典型故障與維修

　　每到寫(xiě)論文的時(shí)候大家都會(huì )苦惱，但是沒(méi)有關(guān)系，下面小編獻上機電一體化的論文，國內企業(yè)機電一體化的現狀，歡迎大家閱讀!

　　摘要：數控機床維修較普通設備維修相對復雜， 主要體現在不僅需要解決線(xiàn)路方面的問(wèn)題，還要考慮數控裝置、伺服驅動(dòng)等部件的參數設置問(wèn)題，這要求維修人員能正確理解數控機床控制原理及控制過(guò)程，會(huì )運用相關(guān)資料采取正確的步驟進(jìn)行檢修。本文將從數控機床的特點(diǎn)和數控機床使用中出現典型故障進(jìn)行說(shuō)明。

　　關(guān)鍵詞：數控機床;工作原理;數控系統;維修

　　科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對機械產(chǎn)品提出了高精度、高質(zhì)量的要求，而且產(chǎn)品的更新?lián)Q代也在加快，這對機床設備提出了精度和效率的要求，而且也提出了通用性和靈活性的要求。數控機床集微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)及伺服驅動(dòng)技術(shù)、精密機械技術(shù)于一體，是高度機電一體化的典型產(chǎn)品。它本身又是機電一體化的重要組成部分，是現代機床技術(shù)水平的重要標志。數控機床體現了當前世界機床技術(shù)進(jìn)步的主流，是衡量機械制造工藝水平的重要指標，在柔性生產(chǎn)和計算機集成制造等先進(jìn)制造技術(shù)中起著(zhù)重要的基礎核心作用。由于數控機床是一種價(jià)格昂貴的精密設備，因此，其維修和維護更是不容忽視。我國在數控維修調試方面更是人才短缺，經(jīng)驗匱乏，導致國內許多高檔數控機床都要聘請國外專(zhuān)家維修調試[1]。

　　一、 數控機床

　　(一) 數控機床的組成

　　1.主機。主機是數控機床的機械部件，包括床身、主軸箱、刀架、尾座、導軌等。

　　2.數控裝置。數控裝置是數控機床的控制核心，其主體是一臺計算機(包括CPU、存儲器、CRT等)。

　　3.伺服驅動(dòng)系統。伺服驅動(dòng)系統時(shí)數控車(chē)床切削工作的動(dòng)力部分，主要實(shí)現主運動(dòng)和進(jìn)給運動(dòng)。它由伺服驅動(dòng)電路和驅動(dòng)裝置組成。驅動(dòng)裝置主要有主軸電動(dòng)機、進(jìn)給系統的步進(jìn)電動(dòng)機或交、直流伺服電動(dòng)機等。

　　4.輔助裝置。輔助裝置是指數控機床的一些配套部件，包括液壓、氣動(dòng)裝置及冷卻系統、潤滑系統和排屑裝置

　　(二)數控機床的基本原理

　　按照零件加工的技術(shù)要求和工藝要求，編寫(xiě)零件的加工程序，然后將加工程序輸入到數控裝置，通過(guò)數控裝置控制機床的主軸運動(dòng)、進(jìn)給運動(dòng)、更換刀具，以及工件的夾緊與松開(kāi)，冷、潤滑泵的開(kāi)與關(guān)，使刀具、工件和其它輔助裝置嚴格按照加工程序規定的順序、軌跡和參數進(jìn)行工作，從而加工出符合圖紙要求的零件。

　　數控機床的工作原理可以歸納為：

　�、倏刂平橘|(zhì) 控制介質(zhì)以指令的形式記載各種加工信息，如零件加工的工藝過(guò)程、工藝參數和刀具運動(dòng)等，將這些信息輸入到數控裝置，控制數控機床對零件切削加工。

　�、跀悼匮b置 數控裝置是數控機床的核心，其功能是接受輸入的加工信息，經(jīng)過(guò)數控裝置的系統軟件和邏輯電路進(jìn)行譯碼、運算和邏輯處理，向伺服系統發(fā)出相應的脈沖，并通過(guò)伺服系統控制機床運動(dòng)部件按加工程序指令運動(dòng)。

　�、鬯欧�系統 伺服系統由伺服電機和伺服驅動(dòng)裝置組成，通常所說(shuō)數控系統是指數控裝置與伺服系統的集成，因此說(shuō)伺服系統是數控系統的執行系統。數控裝置發(fā)出的速度和位移指令控制執行部件按進(jìn)給速度和進(jìn)給方向位移。每個(gè)進(jìn)給運動(dòng)的執行部件都配備一套伺服系統，有的伺服系統還有位置測量裝置，直接或間接測量執行部件的實(shí)際位移量，并反饋給數控裝置，對加工的誤差進(jìn)行補償。

　�、軝C床本體 數控機床的本體與普通機床基本類(lèi)似，不同之處是數控機床結構簡(jiǎn)單、剛性好，傳動(dòng)系統采用滾珠絲杠代替普通機床的絲杠和齒條傳動(dòng)，主軸變速系統簡(jiǎn)化了齒輪箱，普遍采用變頻調速和伺服控制[5]。

　　(三)FANUC數控系統的特點(diǎn)

　　日本FANUC公司的數控系統具有高質(zhì)量、高性能，適用于各種機床和生產(chǎn)機械的特點(diǎn)，在市場(chǎng)的占有率遠遠超過(guò)其他的數控系統，主要體現在以下幾個(gè)方面。

　�、傧到y在設計中大量采用模塊化結構。這種結構易于拆裝，各個(gè)控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于維修、更換。

　�、诰哂泻軓姷牡挚箰毫迎h(huán)境影響的能力。其工作環(huán)境溫度為0～45℃，相對濕度為75%。

　�、塾休^完善的保護措施。FANUC對自身的系統采用比較好的保護電路。

　�、蹻ANUC系統所配置的系統軟件具有比較齊全的基本功能和選項功能。對于一般的機床來(lái)說(shuō)，基本功能完全能滿(mǎn)足使用要求。

　�、萏峁┐罅控S富的PMC信號和PMC功能指令。這些豐富的信號和編程指令便于用戶(hù)編制機床側PMC控制程序，而且增加了編程的靈活性。

　�、蘧哂泻軓姷腄NC功能。系統提供串行RS232C傳輸接口，使通用計算機PC和機床之間的數據傳輸能方便、可靠地進(jìn)行，從而實(shí)現高速的DNC操作。

　�、咛峁┴S富的維修報警和診斷功能。

　　系統在硬件上采用兩種數字總線(xiàn)：在軸控制部分采用FANUC專(zhuān)用的FSSB串行伺服總線(xiàn)聯(lián)接所有的伺服驅動(dòng)器;在機床面板等機床外圍設備部分采用Fanuc I/O Link總線(xiàn)聯(lián)接。通過(guò)兩種總線(xiàn)將實(shí)時(shí)性要求不同的數據分離開(kāi)[2]。

　　(四)伺服驅動(dòng)及伺服電機的特點(diǎn)

　　1.高可靠性。完善的可靠性設計方案：如冗余設計，降額設計等，所有元器件全部采用工業(yè)或軍工等級，關(guān)鍵元器件全部采用進(jìn)口元件，如三菱IPM模塊、EPCOS電容、fuji整流橋等。

　　2.高節電率。采用先進(jìn)的微電腦控制技術(shù)，使定量泵變?yōu)楣澞苄偷淖兞勘�，液壓系統與整機運行所需要的功率相匹配，無(wú)高壓節流溢流能量之損失，提高油泵電機功率因素至0.96以上，節電率一般可達40%～60%。

　　3.軟啟動(dòng)。采用伺服器控制可以減小數控機床震動(dòng)，延長(cháng)數控機床的使用壽命，同時(shí)數控系統發(fā)熱量減小，油溫穩定，延長(cháng)液壓系統的使用壽命，為用戶(hù)節省了維護的費用。

　　4.超強的過(guò)載能力和動(dòng)態(tài)響應速度。采用先進(jìn)的矢量控制算法和獨特的限流技術(shù)，確保在機床操作過(guò)程中，能承受啟停重負載的沖擊而不跳閘，以確保生產(chǎn)過(guò)程的連續性。高速的動(dòng)態(tài)響應，最大限度減小零件周期的延遲現象。

　　5.完善的EMC設計。采用完善的EMC設計方案，內部布局優(yōu)化設計，采用多種EMI對策，確保對數控機床電氣系統的干擾減小到最小，保證其工作的工作穩定性[4]。

　　二、數控機床故障維修

　　(一)數控機床使用中注意事項

　　使用數控機床之前，應仔細閱讀機床使用說(shuō)明書(shū)以及其他有關(guān)資料，以便正確操作使用機床，并注意以下幾點(diǎn)：① 機床操作、維修人員必須是掌握相應機床專(zhuān)業(yè)知識的專(zhuān)業(yè)人員或經(jīng)過(guò)技術(shù)培訓的人員，且必須按安全操作規程及安全操作規定操作機床;②非專(zhuān)業(yè)人員不得打開(kāi)電柜門(mén)，打開(kāi)電柜門(mén)前必須確認已經(jīng)關(guān)掉了機床總電源開(kāi)關(guān)。只有專(zhuān)業(yè)維修人員才允許打開(kāi)電柜門(mén)，進(jìn)行通電檢修;③ 除一些供用戶(hù)使用并可以改動(dòng)的參數外，其它系統參數、主軸參數、伺服參數等，用戶(hù)不能私自修改，否則將給操作者帶來(lái)設備、工件、人身等傷害;④修改參數后，進(jìn)行第一次加工時(shí)，機床在不裝刀具和工件的情況下用機床鎖住、單程序段等方式進(jìn)行試運行，確認機床正常后再使用機床;⑤機床的PLC程序是機床制造商按機床需要設計的，不需要修改。不正確的修改，操作機床可能造成機床的損壞，甚至傷害操作者;⑥ 建議機床連續運行最多24小時(shí)，如果連續運行時(shí)間太長(cháng)會(huì )影響電氣系統和部分機械器件的壽命，從而會(huì )影響機床的精度;⑦機床全部連接器、接頭等，不允許帶電拔、插操作，否則將引起嚴重的后果。

　　(二)數控機床故障診斷維修

　　我們要學(xué)習車(chē)床的診斷首先要了解兩個(gè)概念：系統的可靠性是指數控系統在規定的條件和規定的時(shí)間內完成規定的功能能力，故障是指系統在規定的條件下合規定的時(shí)間內失去規定的功能。

　　(1)診斷的方法：

　�、賱�(dòng)作診斷：監視車(chē)床動(dòng)作部分，判斷個(gè)不良的部位。

　�、跔顟B(tài)診斷：當機床電機動(dòng)負載時(shí)，觀(guān)察運行狀態(tài)。

　�、埸c(diǎn)檢診斷：定期點(diǎn)檢液壓元件，氣動(dòng)元件。

　�、懿僮髟\斷：監視操作錯誤和程序錯誤。

　�、輸悼叵到y故障自診斷[3]。

　　(2)典型數控機床常見(jiàn)故障診斷及維修實(shí)例

　�、僦鬏S出現噪聲的故障維修.故障現象：主軸噪聲較大，主軸無(wú)載荷情況下，負載表指示超過(guò)40%。分析診斷：首先檢查主軸參數設定，包括放大器型號、電動(dòng)機型號及伺服增益等，在確認無(wú)誤后，則將檢查重點(diǎn)放在機械側。發(fā)現主軸軸承損壞，經(jīng)更換軸承后，在脫開(kāi)機械側的情況下檢查主軸電動(dòng)機旋轉情況，發(fā)現負載表指示已正常但仍有噪聲。隨后，講主軸參數00號設定為1，即讓主軸驅動(dòng)系統開(kāi)環(huán)運行，結果噪聲消失，說(shuō)明速度檢測元件有問(wèn)題。經(jīng)檢查發(fā)現安裝不正，調整位置之后再運行主軸電動(dòng)機，噪聲消失，機床能正常工作。

　�、诮z杠竄動(dòng)引起的故障維修.故障現象：TH6380臥式加工中心，啟動(dòng)液壓后，手動(dòng)運行Y軸時(shí)，液壓自動(dòng)中斷，CRT顯示報警，驅動(dòng)失效，其他各軸正常。分析診斷：該故障涉及電氣、機械、液壓等部分。任一環(huán)節有問(wèn)題均可導致驅動(dòng)失效，因此檢查的順序大致如下。伺服驅動(dòng)裝置→電動(dòng)機及測量器件→電動(dòng)機與絲杠連接部分→液壓平衡裝置→開(kāi)螺母和滾珠絲杠→軸承→其他機械部分。

　　(1)檢查驅動(dòng)裝置外部接線(xiàn)及內部元器件的狀態(tài)良好，電動(dòng)機與測量系統正常。

　　(2)拆下Y軸液壓抱閘后情況同前，將電動(dòng)機與絲杠的同步傳動(dòng)帶脫離，手搖Y軸絲杠，發(fā)現絲杠上下竄動(dòng)。

　　(3)拆開(kāi)滾珠絲杠上軸承座正常。

　　(4)拆開(kāi)滾珠絲杠下軸承座后發(fā)現軸向推力軸承的緊固螺母松動(dòng)，導致滾珠絲杠上下竄動(dòng)。

　　參考文獻

　　1.吳國經(jīng).數控機床故障診斷與維護[M].北京：電子工業(yè)出版社出版，2005：50—56.

　　2.鄭曉峰.數控原理與系統[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005：35—40.

　　3.蔣洪平.數控設備故障診斷與維修[M].北京：理工大學(xué)出版社，2006：80—95.

　　4.鄭曉峰，陳少艾.數控機床及其使用和維修[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008：10—13.

　　5.夏風(fēng)芳.數控機床[M].大連：高等教育出版社出版，2005：60—70.23～235.

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