1、毕业论文 桂林电子科技大学职业技术学院 毕业设计（论文） 浅谈数控机床的维修与维护 学院（系）： 机电工程系 专 业： 数控技术 专业 学 号： 学生姓名： 指导教师： 毕业论文 目 录 摘 要 .2 第一章 绪论 .3 第二章 数控机床概述 .4 2.1 数控机床的简介 .4 2.2 数控机床的组成 4 2.3 数控机床的特点 4 2.4 数控机床的主要技术指标 5 2.5 数控机床使用中应注意的事项 5 第三章 数控机床的故障诊断 6 3.1 数控机床的外部故障诊断方法 6 3.2 数控机床常见的故障诊断 6 3.3 数控机床的故障排除方法 7 第 四 章 数控机床各部故障分析及维修 11
2、 4.1 数控机床主轴伺服系统故障检查及维修 11 4.2 数控 PLC 初始故障的诊断 11 4.3 数控设备检测元件故障及维修 11 4.4 数控机床加工精度异常故障及维修 12 第 五 章 数控机床的保养及维护 13 5.1 数控机床的保养知识 13 5.2 数控机床系统的维护 13 5.3 机械部件的维护 14 第六章 结论 16 参考文献 17 致 谢 18 毕业论文 摘 要 机械制造业是国民经济的支柱产业，可以说，没有发达的制造业，就不可能有国家的真正繁荣和富强。而机械制造业的发展规模和水平，则是反映国民经济实力和科学技术水平的重要指标之一。 制造自动化技术是先进制造技术的重要 组
3、成部分，其核心是数控技术。数控技术是综合应用计算机、自动化控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物。它的出现及所带来得巨大效益，已引起了世界各国科技与工业界的普遍重视。 数控维修技术不仅是保障数控机床正常运行的前提，对数控技术的发展和完善也起到了巨大的推动作用，因此，它已经成为一门专门的学科。同时也表明，数控维修技术是制造业竞争和发展的基础，也是机械制造业技术水平的标志。 论文主要研究了 根据数控机床的特点，数控机床常见的故障及诊断方法，数控机床的保养知识和 讲解了数控车床的维修方法与注意的事项 。 研究结果表 明： 数控加工在当前制造行业中占据着主导地位， 在各行各业中都有他的出现，它 的发
4、展将带动制造业的飞速发展，同时也将影响社会的发展进程。因此， 做好数控设备的维护工作，提高数控设备的维修效率，是现代制造业的 项重要工作 本文的特色在于： 通过分析数控机床的维修维护，提高了加工效率，最终为企业带来了效益。 关键词： 数控技术；数控机床 ； 常见故障 ； 诊断方法 ； 维修方法 ； 毕业论文 第一章 绪论 数控技术是现代制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，离开了数控技术，先进制造技术就成了无本之木。数控技术的广泛使用给机械制造业生产方 式、生产结构、管理方式带来深刻的变化，它的关联效益和辐射能力更是难以估计。数控技术及数控装备已成为关系国家战略和体现国家综合国力水平的重
5、要基础性产业，其水平高低是衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，实现加工机床及生产过程数控化，已经成为当今制造业的发展方向。 随着电子技术和自动化技术的发展，数控技术的应用越来越广泛，以微处理器为基础，以大规模集成电路为标志的数控设备，已在我国批量生产、大量引进和推广应用，它们给机械制造业的发展创造了条件，并带来很大的效益。但同时，由于它们的先进性、复杂性和智能化高的特点 ，在维修理论、技术和手段上都发生了飞跃的变化。 另外任何一台数控设备都是一种过程控制设备，这就要求它在实时控制的每一时刻都准确无误地工作。任何部分的故障与失效，都会使机床停机，从而造成生产停顿。因而对数控系统这样原理复杂、
6、结构精密的装置进行维修就显得十分必要了。尤其对引进的 CNC机床，大多花费了几十万到上千万美元。在许多行业中，这些设备均处于关键的工作岗位，若在出现故障后不及时维修排除故障，就会造成较大的经济损失。 我们现有的维修状况和水平，与国外进口设备的设计与制造技术水平还存在很大的差距。造成差距的原 因在于：人员素质较差，缺乏数字测试分析手段，数域和数域与频域综合方面的测试分析技术等有待提高等等 。 毕业论文 第二章 数控机床概述 2.1 数控机床的简介 数控机床是一种技术含量很高的机、电、仪一体化的高效的自动化机床，综合了计算机技术、自动化技术、伺服驱动、精密测量和精密机械等各个领域的新的技术成果，是
7、一门新兴的工业控制技术。 数控技术是指用数字量及字符发出指令并实现自动化控制的技术，它已经成为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础技术。 2.2 数控机床的组成 数控机床一般由控制介质、数 控装置、伺服系统 ，反馈装置和机床本体组成。 2.3 数控技术的特点 1) 具有高度柔性：控机床上加工零件，主要取决于加工程序，它与普通机床不同，不必制造、更换许多工具、夹具，不需要经常调整机床。因此，数控机床适用于零件频繁更换的场合。也就是适合单件、小批生产及新产品的开发，缩短了生产准备周期，节省了大量工艺设备的费用。 2) 加工精度高：数控机床的加工精度，一般可达到 0.005 0.1mm，数控机
8、床是按数字信号形式控制的，数控装置每输出一个脉冲信号，则机床移动部件移动一个脉冲当量（一般为 0.001mm），而 且机床进给传动链的反向间隙与丝杠螺距平均误差可由数控装置进行补偿，因此，数控机床定位精度比较高。 3) 加工质量稳定、可靠：工同一批零件，在同一机床，在相同加工条件下，使用相同刀具和加工程序，刀具的走刀轨迹完全相同，零件的一致性好，质量稳定。 4) 生产率高：控机床可有效地减少零件的加工时间和辅助时间，数控机床的主轴转速和进给量的范围大，允许机床进行大切削量的强力切削，数控机床目前正进入高速加工时代，数控机床移动部件的快速移动和定位及高速切削加工，减少了半成品的工序间周转时间，提
9、高了生产效率。 5) 改善劳 动条件：控机床加工前经调整好后，输入程序并启动，机床就能自动连续的进行加工，直至加工结束。操作者主要是程序的输入、编辑、装卸零件、刀具准备、加工状态的观测，零件的检验等工作，劳动强度极大降低，机床操作者的劳动趋于智力型工作。另外，机床一般是封闭式加工，即清洁，又安全。 6) 利于生产管理现代化：控机床的加工，可预先精确估计加工时间，所使用的刀具、夹具可进行规范化、现代化管理。数控机床使用数字信号与标准代码为控制信息，易于实现加工信息的标准化，目前已与计算机辅助设计与制造（ CAD/CAM）有机地结合起来，是毕业论文 现 代集成制造技术的基础。 2.4 数控机床的主
10、要技术指标 1.主要规格尺寸 主要尺寸有床身与刀架最大回转直径、最大车削长度、最大车削直径等；数控铣床主要有工作台、工作台 T 型槽、工作台行程等规格尺寸。 2.主轴系统 数控机床主轴采用直流或交流电动机驱动，具有较宽的调速范围和较高的 回转精度，主轴本身的刚度与抗震性比较好。现在数控机床主轴普遍达到 500010000r/min 甚至更高的转速，并且可以通过操作面板上的倍率开关直接改变转速，每挡间隔 5%，其调节范围为 50% 120%。 3.进给系统 该 系统有进给速度范围、快进速度范围、运动分辨率 (最小移动增量 )、定位精度和螺距范围等主要技术参数。 4.定位精度和重复定位精度 定位精
11、度是指数控机床工作台或其他运动部件的实际运动位置与指令位置的一致程度，其不一致的差值即为定位误差。重复定位精度是指在相同的操作方法和条件下，在完成规定操作次数过程中得到结果的一致程度。 5.刀具系统 数控车床包括刀架工位数、工具孔直径、刀杆尺寸、换刀时间、重复定位精度各项内容。加工中心刀库容量与换刀时间直接影响其生产率。 6.电气 包括主电动机、饲服电动机 规格型号和功率等。 7.冷却系统 包括冷却箱容量、冷却泵输出量等。 2.5 数控机床使用中应注意的事项 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
12、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
13、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。 毕业论文 第三章 数控机床的故障诊断 3.1 数控机床的外部故障诊断方法 由于现代数控系统的可靠性越来越高，数控系统本身的故障越来越低，而大部分故障的发生则是非系统本身原因引起的。数控设备的外部故障可以分为软故障和外部硬件损坏引起的硬故障。 软故障是指由于操作、调整处理不当引起的，这类故障多发生在设备使用前期或设备使用人员调整时期。对于数控系统来说，另一个易出故障的
14、地方为伺服单元。由于各轴的运动是靠伺服单元控制伺服电机带动滚珠丝杠来实现的。用旋转编码器作速度反馈，用光栅尺作 位置反馈。一般易出故障的地方为旋转编码器与伺服单元的驱动模块。例如，一数控车床刚投入使用的时候，在系统断电后重新启动时，必须要返回到参考点。即当用手动方式将各轴移到非干涉区外后，再使各轴返回参考点。否则，可能发生撞车事故。所以，每天加工完后，最好把机床的轴移到安全位置。外部硬件操作引起的故障是数控修理中的常见故障。这类故障有些可以通过报警信息查找故障原因。对一般的数控系统来讲都有故障诊断功能或信息报警。维修人员可利用这些信息手段缩小诊断范围。而有些故障虽有报警信息显示，但并不能反映故
15、障的真实原因。如一台采用 840C 系统的数控车床，第一天工作时完全正常，而第二天上班时却无论如何也开不了机，工作方式一转到自动方式下就报警 “EMPTYING SELECTED MOOE SELECTOR” 。加工完工件后，主轴不停，机械手就去抓取工件，后来仔细检查各部位都无毛病，而是自动工作条件下的一个模式开关位置错了。所以，当有些故障原因不明的报警出现的话，一定要检查各工作方式下的开关位置。还有些故障不产生故障报警信息，只是动作不能完成，这时就要根据维修经验、机床的工作原理和 PLC 运行状况来分析判断了。 对于数控机床的修理，重要的 是发现问题。对外部故障诊断应遵从以下两条原则。首先要
16、熟练掌握机床的工作原理和动作顺序。其次，要会利用 PLC 梯形图， NC 系统的状态显示功能或机外编程器监测 PLC 的运行状态，一般只要遵从以上原则，小心谨慎，一般的数控故障都会及时排除 3.2 数控机床常见的故障诊断 数控系统故障维修通常按照：现场故障的诊断与分析、故障的测量维修排除、系统的试车这三大步进行。 3.2.1数控机床故障诊断 (1)先外部后内部 现代数控系统的可靠性越来越高，数控系统本身的故障率越来越低，而大部分故障的发生则是非系统本身原因引起 的。由于数控机床是集机械、液压、毕业论文 电气为一体的机床，其故障的发生也会由这三者综合反映出来。维修人员应先由外向内逐一进行排查。尽
17、量避免随意地启封、拆卸，否则会扩大故障，使机床丧失精度、降低性能。 (2)先机械后电气 一般来说，机械故障较易发觉，而数控系统及电气故障的诊断难度较大。在故障 检修之前，首先注意排除机械性的故障。 (3)先静态后动态 先在机床断电的静止状态，通过了解、观察、测试、分析，确认通电后不会造成故障扩大、发生事故后，方可给机床通电。在运行状态下，进行动态的观察、检验和测试，查找故障。 而对通电后会发生破坏性故障的，必须先排除危险后，方可通电。 (4)先简单后复杂 当出现多种故障互相交织，一时无从下手时，应先解决容易的问题，后解决难度较大的问题。往往简单问题解决后，难度大的问题也可能变得容易。 3.2.
18、2数控机床的故障诊断技术 数控系统是高技术密集型产品，要想迅速而正确的查明原因并确定其故障的部位，要借助于诊断技术。随着微处理器的不断发展，诊断技术也由简单的诊断朝着多功能的高级诊断或智能化方向发展。诊断能力的强弱也是评价 CNC 数控系统性能的一项重要指标。目前所使用的各种 CNC 系统的诊 断技术大致可分为以下几类： (1)起动诊断 起动诊断是指 CNC 系统每次从通电开始，系统内部诊断程序就自动执行诊断。诊断的内容为系统中最关键的硬件和系统控制软件，如 CPU、存储器、 I/O 等单元模块，以及 MDI/CRT 单元、纸带阅读机、软盘单元等装置或外部设备。只有当全部项目都确认正确无误之后
19、，整个系统才能进入正常运行的准备状态。否则，将在 CRT 画面或发光二极管用报警方式指示故障信息。此时起动诊断过程不能结束，系统无法投入运行。 (2)在线诊断 在线诊断是指通过 CNC 系统的内装程序，在系统处于正 常运行状态时对 CNC 系统本身及 CNC 装置相连的各个伺服单元、伺服电机、主轴伺服单元和主轴电动机以及外部设备等进行自动诊断、检查。只要系统不停电，在线诊断就不会停止。 (3)离线诊断 离线诊断是指数控系统出现故障后，数控系统制造厂家或专业维修中心利用专用的诊断软件和测试装置进行停机（或脱机）检查。力求把故障定位到尽可能小的范围内，如缩小到某个功能模块、某部分电路，甚至某个芯片
20、或元件，这种故障定位更为精确。 (4)现代诊断技术 随着电信技术的发展， IC 和微机性价比的提高，如通信诊断也称远程诊断，即 利用电话通讯线把带故障的 CNC 系统和专业维修中心的专用通讯诊断计算机通过连接进行测试诊断 。 3.3 数控机床的故障排除方法 诊断方法： 简易诊断技术：问、看、听、摸、嗅 毕业论文 精密诊断技术：温度监测、振动监测、噪声监测、油液分析、裂纹监测 3.3.1直观法 这是一种最基本的方法。维修人员通过对故障发生时的各种光、声、味等异常现象的观察以及认真察看系统的每一处，往往可将故障范围缩小到一个模块或一块印刷线路板。这要求维修人员具有丰富的实际经验，要有多学科的较宽的
21、知识和综合判断的能力。 3.3.2自诊断功能法 现代的数控 系统虽然尚未达到智能化很高的程度，但已经具备了较强的自诊断功能。能随时监视数控系统的硬件和软件的工作状况。一旦发现异常，立即在 CRT 上报警信息或用发光二极管批示出故障的大致起因。利用自诊断功能，也能显示出系统与主机之间接口信号的状态，从而判断出故障发生在机械部分还是数控系统部分，并批示出故障的大致部位。这个方法是当前维修时最有效的一种方法。 3.3.3功能程序测试法 所谓功能程序测试法就是将数控系统的常用功能和特殊功能，如直线定位、圆弧插补、螺纹切削、固定循环、用户宏程序等用手工编程或自动编程方法，编制成 一个功能程序测试纸带，通
22、过纸带阅读机送入数控系统中，然后启动数控系统使之进行运行，藉以检查机床执行这些功能的准确性和可靠性，进而判断出故障发生的可能起因。本方法对于长期闲置的数控机床第一次开机时的检查以及机床加工造成废品但又无报警的情况下，一时难以确定是编程错误或是操作错误，还是机床故障时的判断是一较好的方法。 3.3.4交换法 这是一种简单易行的方法，也是现场判断时最常用的方法之一。所谓交换法就是在分析出故障大致起因的情况下，维修人员可以利用备用的印刷线路板、模板，集成电路芯片或元器件替换有疑点的部分，从 而把故障范围缩小到印刷线路板或芯片一级。它实际上也是在验证分析的正确性。 在备板交换之前，应仔细检查备板是否完
23、好，并应检查备板的状态应与原板状态完全一致。这包括检查板上的选择开关，短路棒的设定位置以及电位器的位置。在置换 CNC装置的存储器板时，往往还需要对系统作存储器的初始化操作（如日本 FANUC 公司的 FS 6 系统用的磁泡存储器就需要进行这项工作），重新设定各种数控数据，否则系统仍将不能正常地工作。又如更换 FANUC 公司的 7 系统的存储器板之后，需重新输入参数，并对存储器区进行分配操作。缺少了后一步，一旦零件 程序输入，将产生 60 号报警（存储器毕业论文 容量不够）。有的 CNC 系统在更换了主板之后，带需进行一些特定的操作。如 FNUC 公司在FS 10 系统，必须按一定的操作步骤
24、，先输入 9000 9031 号选择参数，然后才能输入 0000号至 8010 号的系统参数和 PC 参数。总之，一定要严格地按照有关系统的操作、维修说明书的要求进行操作。 3.3.5转移法 所谓转移法就是将 CNC 系统中具有相同功能的二块印刷线路板、模块、集成电路芯片或元器件互相交换，观察故障现象是否随之转移。藉此，可迅速确定系统的故障部位。这个方法实际上就是交换法的一 种。因此，有关注意事项同交换法所述。 3.3.6参数检查法 众所周知，数控参数能直接影响数控机床的功能。参数 通常是存放在磁泡存储器或存放在需由电池保持的 CMOS RAM 中，一旦电池不足或由于外界的某种干扰等因素，会使
25、个别参数丢失或变化，发生混乱，使机床无法正常工作。此时，通过核对、修正参数，就能将故障排除。当机床长期闲置工作时无缘无故地出现不正常现象或有故障而无报警时，就应根据故障特征，检查和校对有关参数。 另外，经过长期运行的数控机床，由于其机械传动部件磨损，电气无件性能变化等原因，也需对其有关参数进行 调整。有些机床的故障往往就是由于未及时修改某些不适应的参数所致。当然这些故障都是属于故障的范畴。 3.3.7测量比较法 CNC 系统生产厂在设计印刷线路板时，为了调整、维修的便利，在印刷线路板上设计了多个检测用端子。用户也可利用这些端子比较测量正常的印刷线路板和有故障的印刷线路板之间的差异。可以检测这些
26、测量端子的电压或波形，分析故障的起因及故障的所在位置。甚至，有时还可对正常的印刷线路人为地制造“故障”，如断开连线或短路，拨去组件等，以判断真实故障的起因。为此，维修人员应在平时积累印刷线路板上关键部位或易出故 障部位在正常时的正确波形和电压值。因为 CNC 系统生产厂往往不提供有关这方面的资料。 3.3.8敲击法 当系统出现的故障表现为若有若无时，往往可用敲击法检查出故障的部位所在。这是由于 CNC 系统是由多块印刷线路板组成，每块板上又有许多焊点，板间或模块间又通过插接件及电缆相连。因此，任何虚焊或接触不良，都可能引起故障。当用绝缘物轻轻敲打有虚焊及接触不良的疑点处，故障肯定会重复再现。
