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1、烟台工程职业技术学院 数控技术 系 数控设备应用与维护 专业 08 级毕业设计（论文）题 目:数控机床维护及数控系统故障诊断 姓名 张涛 学号 2008080047 指导教师（签名） 二 年 月 日烟台工程职业技术学院毕业设计（论文)诚 信 承 诺 书本人慎重承诺：我所撰写的设计（论文）数控机床维护及数控系统故障诊断是在老师的指导下自主完成，没有剽窃或抄袭他人的论文或成果。如有剽窃、抄袭，本人愿意为由此引起的后果承担相应责任。毕业论文（设计）的研究成果归属学校所有。 学生(签名) 年 月 日目录一 数控机床4(一) 数控机床的产生及发展4（二） 数控机床的特点5二 数控机床的维修6（一） 维修
2、的内容6（二） 维修的特点6（三） 维修的目的：7（四） 故障诊断的方法：8三 主内容11（一） 主轴部分11（二） 主轴部件12（三） 电气部分结构15四 常见的维护问题17五 具体的维护问题19（一） 位置偏差的报警19（二） 机床“爬行”与振动19结束语22致 谢22参考文献23摘 要数控机床故障诊断及维护是数控机床调试和使用过程中很重要的组成部分，是目前制约数控机床发挥正常作用的因素之一。随着数控机床越来越多的推广和使用，对数控机床的诊断和维修就提出了更高的要求。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速，这对机床不仅提出了精度和效率的要求而且也对
3、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，坚持做好数控机床的日常保养和维修工作，可以有效地提高元器件使用寿命，避免产生或及时消除事故隐患，使机床保持良好的运行状态。关键词：数控机床；故障；维修数控机床维护及数控系统故障诊断张 涛一 数控机床(一) 数控机床的产生及发展 自从1952年美国麻省理工学院研制出世界上第一台数控机床以来，数控机床在制造工业，特别是在汽车、航空航天、以及军事
4、工业中被广泛地应用，数控技术无论在硬件和软件方面，都有飞速发展。数控机床是在机械制造技术和控制技术的基础上发展起来的，其过程大致如下： 1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制直升飞机螺旋桨叶片轮廓检验用样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出采用数字脉冲控制机床的设想。 1949年，该公司与美国麻省理工学院(MIT)开始共同研究，并于1952年试制成功第一台三坐标数控铣床，当时的数控装置采用电子管元件。 1959年，数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板，出现带自动换刀装置的数控机床，称为加工中心( MC Machining Center)，使数
5、控装置进入了第二代。 1965年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。 60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统(简称 DNC)，又称群控系统；采用小型计算机控制的计算机数控系统(简称 CNC)，使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。 1974年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置(简称 MNC)，这是第五代数控系统。 20世纪80年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机
6、床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。 20世纪90年代后期，出现了PC+CNC智能数控系统，即以PC机为控制系统的硬件部分，在PC机上安装NC软件系统，此种方式系统维护方便，易于实现网络化制造。高速、精密、复合、智能和绿色是数控机床技术发展的总趋势，近几年来，在实用化和产业化等方面也有较快的发展。 时 间名 称1952年NC数控铣床1958年MC加工中心1961年DNC计算机直接数控1965年AC自适应控制1973年CNC计算机数控1974年CAC/CAM计算机辅助设计/制造1979年FMC/FMS柔性制造单元/系统1980年CIMS计算机集成制造系统未来数控机
7、床的类型将更加多样化，多工序集中加工的数控机床品种越来越多；激光加工等技术将应用在切削加工机床上，从而扩大多工序集中的工艺范围；数控机床的自动化程度更加提高，并具有多种监控功能，从而形成一个柔性制造单元，更加便于纳入高度自动化的柔性制造系统中。（二） 数控机床的特点1.特点：加工精度高，具有稳定的加工质量； 可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件； 加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间； 数控折弯机机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的35倍）； 机床自动化程度高，可以减轻劳动强度； 对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高
8、。二 数控机床的维修（一） 维修的内容 数控机床由机床本体（包括液压、气动和润滑装置等）和电气控制系统两大部分组成。就机床本体而言，由于机械部件处于运动摩擦过程中，因此，主轴箱的冷却和润滑，导轨副和丝杠螺母副的间隙调整、润滑及支承的预紧，液压和气动装置的压力和流量调整等。数控机床最终是以位置控制为目的，所以，位置检测装置维护的好坏将直接影响到机床的运动精度和定位精度。因此，电气系统的故障诊断及维护，内容多，设计面广，是维护和故障诊断的重点部分。（二） 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
9、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。按照数控机床故障频率的高低,整个使用寿命期大致可分为三个阶段,即初始使用故障期,相对稳定运行期以及寿命终了期.如图所示。（1）初始使用期整机安装调试后,开始运行半年至一年期间,故障频率较高,一般无规律可循.在这个时期,电气、液压和气动系统故障频率约占整个初始使用期的90%,为此,要加强对机床的监测,勤记录,定期对机床进行机电调整,以保证设备各种运行参数处于技术规范之内。（2）相对稳定运行期进入相对稳定的正常运行期后,各类元器件器质性的故障较为罕见,但不排除偶发性故障的产生,所以仍要坚持记录。另外,要坚持每个六个月对设备醉一次
10、机电综合检测和复校，这个时期内，机电故障发生的概率近乎相等，且大多数可以排除。（3）寿命终了期机床进入寿命终了期后，各类元器件开始加速磨损和老化，故障频率开始逐年递增，故障性质属于渐发性和器质性的。故障诊断时往往不能单纯地从机械方面或电气方面来考虑，必须加以综合，全方位的加以考虑。 （三） 维修的目的：数控机床是机电一体化在机修加工领域中的典型产品，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。要发挥数控机床的高效益，就要保证他的开动率，这就对数控机床提出了稳定性和可靠性的要求。衡量该要求的指标是平均无故障时间MTBF，即为两次无故障时间；同时，当设备出故障后，要求排故障的修理时间M
11、TTR越短越好，所以衡量上述要求的另一个指标时平均有效度A：A=MTBF/MTBF+MTTR,为提高MTBF，降低MTTR,一方面要加强日常维护，延长无故障时间；另一方面出故障后，要尽快诊断出故障原因加以恢复，其实可以用通俗的话讲，就是平时要注意保养避免出病；生病后，要及时就医，诊断出病因，对症下药尽快康复。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）特别是对柔性制造系统，任何一台数控机床出故障都会影响带整条生产线的运行，其经济损失是相当大的，因此快速诊断出故障原因和加强日常维护就显得很重要了。（四） 故障诊断的方法：
12、1.故障诊断主要内容 ：故障诊断的实质是在诊断对象出现故障的前提下,通过来自外界或系统本身的信息输入,经过处理,判断出故障种类,定为故障部位(元部件),进而估计出故障可能时间、严重程度、故障原因等,甚至还可以提供评价、决策以及进行维修的建议。 现代故障诊断的主要内容应包括实时监测技术,故障分析(诊断)技术和故障修复方法三个部分。从信息获取到故障定位,再到故障的排除,作为单独的技术领域发展的同时,又作为故障诊断的技术共同协调发展。2.故障诊断应遵循的原则及常用的仪器和技术资料（1）第一，先外部后内部数控机床的检修要求维修人员掌握先外部后内部的原则，由外向内逐一进行检查排除。第二，先机械后电气首先
13、检查机械是否正常，行程开关是否灵活，气动液压部分是否正常等，在故障检修之前，首先注意排除机械的故障。第三，先静后动维修人员本身要做到先静后动。首先询问机床操作人员故障发生的过程及状态，查阅机床说明书、图纸资料，进行分析后，才可动手查找和处理故障。（2）诊断常用的仪器、仪表及工具万用表可测电阻、交、直流电压、电流。相序表可检测直流驱动装置输入电流的相序。转速表可测量伺服电动机的转速，是检查伺服调速系统的重要依据。钳形电流表可不断线检测电流。测振仪是振动检测中最常用、最基本的仪器。短路追踪仪可检测电气维修中经常碰到的短路故障现象。逻辑测试笔可测量数字电路的脉冲、电平。IC测试仪用于数控系统集成电路
14、元件的检测和筛选。工具弹头钩形扳手、拉锥度平键工具、弹性手锤、拉卸工具等。 （3）诊断用技术资料主要有：数控机床电气说明书，电气控制原理图，电气连接图，参数表，PLC程序，编程手册，数控系统安装与维修手册，伺服驱动系统使用说明书等。数控机床的技术资料非常重要，必须参照机床实物认真仔细地阅读。一旦机床发生故障，在进行分析的同时查阅相关资料。 3.常用的诊断方法W（1）直观检查法它是维修人员最先使用的方法。在故障诊断时，首先要询问，向故障现场人员仔细询问故障产生的过程、故障表象及故障后果，并且在整个分析、判断过程中可能要多次询问；其次是仔细检查，根据故障诊断原则由外向内逐一进行观察检查。总体查看机床各部分工作状态是否处于正常状态(例如各坐标轴位置、主轴状态、刀库、机械手位置等)，各电控装置(如数控系统、温控装置、润滑装置等)有无报警指示，局部特别要注意观察电路板的元器件及线路是否有烧伤、裂痕等现象、电路板上是否有短路、断路，芯片接触不良等现象，对于已维修过的电路板，更要注意有无缺件、错件及断线等情况；再次是触摸，在整机断电条件下可以通过触摸各主要电路板的安装状况、各插头座的插接状况、 各功率及信号导线(如伺服与电机接触器接线)的联接状况等来发现可能出现故障的原
