1、 1 摘 要 毕业设计 （ 论文 ） 作为大学所学知识的最后一次总结，其作用是很重要的。它不但对我们所学的知识做了一次全面的检查与巩固，而且是我们综合利用所学的全部理论与实践相结合的重要环节。 本次设计 （ 论文 ） 的内容为数控车床维修的条件 、 机床故障检查与排除分析的方法以及车床的保养和典型车床的诊断与维修等。在闫老师的耐心指导下。为我们介绍了数控车床的原理与应用，并且讲解了数控车床的维修方法与注意的事项，以及实践工作的方法和理论及解决实际问题的方法。为我们整个毕业设计 （ 论文 ） 取得了第一手资料。在毕业设计过程中闫老师提出了宝贵 的意见和纠正我们的错误，从而使我们的毕业设计 （ 论
2、文 ） 得以圆满成功。这次毕业设计 （ 论文 ）使我受益匪浅。 首先，培养我们分析实际问题的能力和运用所学知识动手解决问题的能力，从而达到巩固，扩大和深化所学的理论知识，为即将走向的工作岗位打下坚实的基础。 其次，培养了我们深入实际，调整研究的工作方法。再次，培养我们熟悉有关技术政策，运用国家标准规范 规定 的能力，独立进行查找资料的能力。 数控车床自身所具有的明显优势使得它在工业中的应用前景极为乐观，随着数控技术进一步的开发和利用，我们深信，它必将在机械工程领域发挥巨 大的作用。 关键词：数控车床的保养 硬件故障 软件故障 2 目 录 摘要 1 前言 3 第一章 数控车床 4 一、数控车床
3、4 二、 数控 车床 6 第二章 数控车床 15 一、车床故障 15 二、车床故障 18 三、数控车床 20 第三章 车床的 23 一、数控车床 23 二 数控 车床 24 结论 26 感想 27 致谢 28 参考文献 29 3 前 言 数控 机 （ 车 ） 床是机电一体化的高技术产 品， 它的产生是 20 世纪中期计算机技术，微电子技术和自 动化技术高速发展的结果 ,是在 机 械制造业要求产品高精度、高质量、高生产率、低消耗和中、小批量、多品种产品生产实现自动化生产的结果 ,机 械制造业是国民经济的支柱产业之一，但在实现多品种、小批量产品自动化生产方面曾遇到困难 ,对于大批大量生产，实现自动
4、流水作业比较容易，但对于多品种小批量生产的自动化经历了漫长的道路 ,因为 机 械制造业属于离散型生产，它与化工生产、电力生产等连续型生产类型截然不同 ,在 机 械加工中，产品是经过一道道工序、多次换刀与一系列动作逐步累加而成型的 ,通过成组技术将产品分类，力求把中、小批量产品转换成大 批大量生产的形式，组成流水生产作业，在一定程度上可以使 机 械加工生产类型由离散型转化为连续型。但要把这种连续型生产实现柔性自动化，只有在数控车床诞生以后，把计算机技术引入金属切削车床之中，才从根本上解决了 “柔性制造 ”（ Flexible Manufacturing）、自动化生产的实际问题 ,因此，毫不夸张地
5、说：数控车床的产生是 机 械制造业领域中的一场重大的技术革新 , 经过半个世纪的不断改进、开拓与发展，数控车床已形成品种齐全，种类繁多、性能完善与外观造型完美的自动化生产装备 ,而且正在迈向更高的层次 实现无人化工厂 .。 目前，数控车床的应用越来越广泛，其加工柔性好，精度高，生产效率高，具有很多的优点 ，但 数控车床是复杂的大系统，它涉及光、机、电、液等很多技术，发生故障是难免的 ,机 械锈蚀、 机 械磨损、机 机 械失效，电子元器件老化、插件接触不良、电流电压波动、温度变化、干扰、噪声，软件丢失或本身有隐患、灰尘 等 ，但由于技术越来越先进、复杂， 且 我国从事数控车床电气设计、应用与维修
6、技术工作的工程技术人员数以万计，然而由于此项技术的复杂性、多样性和多变性以及一些客观环境因素的制约，在数控车床电气维修技术方面还没有形成一套成熟的、完整的 理论体系。当今控制理论与自动化技术的高速发展，尤其是微电子技术和计算机技术的日新月异，使得数控技术也在同步飞速发展，数控系4 统结构形式上的 PC 基、开放化和性能上的多样化、复杂化、高智能化不仅给其应用从观念到实践 带来了巨大变化，也在其维修理论、技术和手段上带来了很大 变化 。 因此 对维修人员的素质要求很高的维修经验， 要求他们具有较深的专业知识和丰富的维修经验 ,在数控车床出现故障才能及时排除 ， 没有理论指导的实践是 盲目的实践
7、,没有实践的理论空洞的理论。 伴随着数控车床的普遍应用，数控车床的维修与保养技术也应运而生，本文旨在通过对数控车床故障的分析与维修保养等方面做了必要的介绍，是因为每台数控车床经过长时间使用后都会出现零部件的损坏，且在首次使用数控车床或由工人不熟练操作时，在一段时间里有 1/3 以上的故障是由操作不当引起的 ，但是即使开展有效的预防性维护可以延长元器件的工作寿命，延长机械部件的磨损周期，防止意外恶性事故的发生，延长车床的工作时间。 数控车床具有集机 电 液于一身的特点，是一种自动化程度高的先进设备，为了充分发挥其效益，以减少故障延长系统的平均无故障时间，所以要求数控车床维护人员不仅要有机械加工工
8、艺以及液压气 动方面的知识，还要具备电子计算机 自动控制 驱动及测量技术等方面的知识 ，这样才能全面的了解和掌握数控车床，及时搞好维护保养工作。 第一章 数控车床的维修 一、 数控车床维修 工作的基本条件 数控 车床 的身价从几十万元到上千万元，一般都是企业中关键产品关键工序的关键设备，一旦故障停机，其影响和损失往往很大。但是，人们对这样的设备往往更多地是看重其效能，而不仅对合理地使用不够重视，更对其保养及维修工作关注太少，日常不注意对保养与维修工作条件的创造和投入，故障出现临时抱佛脚的现象很是普遍。因此，为了充分发挥数控 车 床 的效益，我们一定要重视维修工作，创造出良好的维修条件。 1 人
9、员条件 数控 车床 电气维修工作的快速性、优质性关键取决于电气维修人员的素质条件。 1） 首先是有高度的责任心和良好的职业道德。 5 2） 知识面要广 ， 要学习并基本掌握有关数控 车床 电气控制的各学科知识，如计算机技术、模拟与数字电路技术、自动控制与拖动理论、控制技术、加工工艺以及 机 械传动技术，当然还 包括 基本数控知识。 3） 应经过良好的技术培训 ， 数控技术基础理论的学习，尤其是针对具体数控车床的技术培训，首先是参加相关的培训班和车床安装现场的实际培训，然后向有经 验的维修人员学习，而更重要且更长时间的是自学。 4） 勇于实践 ， 要积极投入数控 车床 的维修与操作的工作中去，在
10、不断的实践中提高分析能力和动手能力。 5） 掌握科学的方法 ， 要做好维修工作光有热情是不够的，还必须在长期的学习和实践中总结提高，从中提炼出分析问题、解决问题的科学的方法。 6） 学习并掌握各种电气维修中常用的仪器、仪表和工具。 7） 掌握一门外语，特别是英语 ， 起码应做到能看懂技术资料。 2 物质条 件 1） 准备好通用的和某台数控车床专用的电气备件。 2） 非必要的常备电器元件应做到采购渠道快速畅通。 3） 必 要的维修工具、仪器仪表等，最好配有笔记本电脑并装有必要的维修软件 。 4） 每台数控车床所配有的完整的技术图样和资料。 5） 数控 车床 使用 、维修技术资料档案。 3 关于预
11、防性维护 预防性维护的目的是为了降低故障率，其工作内容主要包括下列几方面的工作 ： 1） 人员安排为每台数控 车床 分配专门的操作人员、工艺人员和维修人员，所有人员都要不断地努力提高自己的业务技术水平。 2） 建档针对每台 车床 的具体性能和加工对象制定操作规章，建立工作与维修档案，管理者要经常检查、总结、改进。 3） 日常保养对每台数控 车床 都应建立日常维护保 养计划，包括保养内容 (如坐标轴传动系统的润滑、磨损情况，主轴润滑等，油、水气路，各项温度控制，平衡系统，冷却系统，传动带的松紧 ,继电器、接触器触头清洁，各插头、接线6 端是否松动，电气柜通风状况等等 )及各功能部件和元气件的保养
12、周期 (每日、每月、半年或不定期 )。 4） 提高利用率数控 车床 如果较长时间闲置不用，当需要使用时，首先 车床 的各运动环节会由于油脂凝固、灰尘甚至生锈而影响其静、动态传动性能，降低 车床 精度，油路系统的堵塞更是一大烦事；从电气方面来看，由于一台数控 车床 的整个电气控制系统硬件是由数以万计的电子元器件组 成的，他们的性能和寿命具有很大离散性，从宏观来看分三个阶段：在一年之内基本上处于所谓 “磨合 ”阶段。在该阶段故障率呈下降趋势，如果在这期间不断开动车床则会较快完成 “磨合 ”任务，而且也可充分利用一年的维修期；第二阶段为有效寿命阶段，也就是充分发挥效能的阶段。在合理使用和良好的日常维
13、护保养的条件下 ,车床正常运转至少可在五年以上；第三阶段为系统寿命衰老阶段，电器硬件故障会逐渐增多，数控系统的使用寿命平均在 8 10 年左右。因此，在没有加工任务的一段时间内，最好较低速度下空运行车床，至少也要经常给数控 车床通电 ,甚至每天 通电。 二 、 数控 车床 故障诊断 我们要学习车床的诊断首先要需要了解两个概念： 系统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功能的能力，故障是指系统在规定的条件和规定的时间内失去了规定 的功能： 1诊断的内容 1） 动作诊断：监视车床各动作部分，判定动作不良的部位。诊断部位是 ATC、APC 和车床主轴。 2） 状态诊断：当车床电机带动
14、负载时，观察运行状态。 3） 点检诊断：定期点检液压元件、气动元件和强电柜。 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 。 2典型数控车床的故障诊断与 维修 1） 伺服报警 414# 、 410# 台湾省产 FTC-30 数控车床在加工过程中出现 414# 、 410# 报警 , 动力停止。关闭电源再开机 ,X 轴移动时车床振颤 , 后又出现报警并动力停止。查系统维修手册 , 报警信息为伺服报警、检测到 X 轴位置偏差大。根据现象分7 析 , 认为可能有以下原因 : 伺服驱动器坏 ; X 轴滚珠丝杠阻滞及导轨阻滞。针对原因 , 调换同型号驱动器后试机 , 故障未能排除
15、。针对故障 , 进入伺服运转监视画面 , 移动轴观察驱动器负载率 , 发现明显偏大 , 达到 250%-300%。 判断可能为 机 械故障。拆开 X 轴防护罩 , 仔细检查滚珠丝杠和导轨均未发现异常现象。车床 X 轴水平倾斜 45o 安装 , 应有防止其下滑的平衡块或制动装置 , 检查中未发现平衡块 , 但车床说明书电器资料 显示 PMC 确有 X 轴刹机释放输出接点 , 而对比同型车床该接点输出正常。检查车床厂设置的 I/0 转接板 , 该点输出继电器工作正常 , 触点良好 , 可以输出 110V 制动释放电压。据此可断定制动线圈或传输电缆有故障。断电后 , 用万用表检测制动线圈直流电组及绝
16、缘良好 , 两根使用的电缆中有一根已断掉。更换新的电缆后开机试验 , 一切正常。此故障虽然是有系统报警 , 但直接原因却是电缆断线。这一故障并不常见车床厂家在安装整机时处理不当或电器件压接不牢靠通常却都能引起一些故障而此类故障分析查找原因较麻烦。 2） 统制 # 报警 1000 型加工中心在加工时出现 409# 报警 , 停机重开可继续加工 , 加工中故障重现。发生故障时 , 主轴驱动 放大器处于报警状态，显示号报警。维修手册说明为控制系统冷却风扇不转或故障。拆下放大器检查 , 发现风扇油污较多 , 清洗后风 干 , 装上试机故障未排除。拆下放大器打开检查 , 发现电路板油污严重 , 且有金属
17、粉尘附着。拆下电路板 , 用无水乙醇清洗 , 充分干燥后装机试验 , 故障排除。此例中 , 故障起因为设备工作环境因素 , 空气湿度大、干式加工、金属粉尘大。数控车床的系统主板、电源模块、伺服放大器等的电路板由于高度集成 , 大都由多层印刷电路板复合而成 , 线间距离狭小 , 异物进入极易引起电路板故障 , 这应该引起使用者的高度注意。 数控车床经过近年来发展，技术己日臻成熟，功能越来越强，维修越来越方便。作为数控系统的最终用户 加工工厂来说 , 所要做的就是选取合适的系统配置 , 造就车床适当的工作环境 , 加强维护保养 , 利用有效的设备资源 , 充分开发系统潜能 , 最大限度地为企业创造
18、利润。 该车床在运行过程中显示屏上突然出现 414 报警。查询相关资料得知 414 号报警指示意义为 “ 在 X 轴方向上 , 伺服驱动系统发生故障 ” 。根8 据经验 , 我们首先关掉总电源 , 然后将电柜门打开后 , 重新开机 , 目测 X 轴驱动板工作状态 , 发现其板上 “ HC” 报警指示灯点亮。查阅相关资料得知伺服放大器中发生电流 异常。于是我们作了下列步骤的进一步维修判断。 （ 1） 检查该车床参数表 , 对照厂家提供参数目录 , 结果未发现异常参数。 （ 2） 重新关掉车床总电源 , 小心取下伺服驱动板。静态检查板后面的大功率放大模块 , 基本正常。然后将取下的伺服放大驱动板作
19、静态检查 , 用万用表分别检查板上的大电流元件 , 结果发现大功率放大模块的 2 只前置放 大晶体管已击穿 ( 型号为 R2662) 。将此管摘下 , 换上同型号新管后 , 重新装入车床的电柜内 , 通电试用后 , 显示屏上报警号消失。同时伺服驱动板上 “ HC” 报警指示灯熄灭。此时 , 我们认为故障已排除。但是没有想到的是 , 当车床作空运行时 ,X 轴上可 听 到明显 “ 咯、咯、咯 ” 的声音 , 似滚珠丝杠螺母中的滚珠损坏的声音 , 当时我们公司 机 械电气技术人员一致认为 X 轴方向还存在阻尼现象。初步判断认为螺母中滚珠有损坏 , 但当我们用于转动丝杠时 , 却显得比较轻松 , 无
20、明显的卡阻现象。凭经验判断伺服驱动部分有故障。于是我们检查伺服驱动板输出线到电动机的中间环节 , 查出中间的保护开关常闭触点已呈开路状态。在手边无配件的情况下 , 用 1.5mm 的导线 短接 , 重新开机运行 , 车床工作正常。 在数控车床维修过程中 , 有时会遇到一些比较特殊的故障 , 例如 : 有的车床在刚开机时 , 系统和车床工作正常。但是 , 当工作一段时间后 , 将出现某一故障。这种故障有的通过关机后得以清除 , 有的必须经过关机较长的时间后 , 车床才能重新工作。此类故障常常被人们称为 “ 软故障 ” 。由于此类故障的不确定性和发生故障的随机性 , 使得车床时好时坏 , 这给检查
21、、测量带来了相当的困难。维修人员必须具备较高的业务水平和丰富的实践经 验 , 仔细分析故障现象 , 才能判定故障原因 , 并加以解决。下面是在数控车床维修中一起比较典型的“ 软故障 ” 维修事例 , 现将故障现象、维修过程及分析思路介绍如下 , 供参考。 1 故障现象 台湾 GOODWAY 公司生产的 GCL-15 型数控车床 , 采用 FANUC T 数控系统。 X 、 Z 分别采用 FANUC 5、 10 型 AC 伺服电动机驱动 , 主轴9 采用 FANUC 8S AC 主轴驱动。车床带液压夹具、液压 支 架和 15 把刀的自动换刀装置 , 全封闭防护 , 自动排屑。车床本身价格高、精度
22、好 , 是该公司的主要加工设备之一。 该车 床发生的故障现象为 : 车床开机时全部动作正常 , 伺服进给系统高速运动平稳、低速无爬行 , 加工的零件 精度全部达到要求。当车床正常工作 5-7h 后 ,Z 轴出现剧烈振荡 ,CNC 报警 , 车床无法正常工作。这时 , 即使关机再启动 , 只要手动或自动移动 Z 轴 , 在所有速度范围内 , 都发生剧烈振荡。但是 , 如果关机时间足够长 , 车床 又可以正常工作 5-7h, 并再次出现以上故障 , 如此周期性重复。 2 故障分析 根据以上故障现象 , 分析其原因不外乎与 Z 轴有关的 机 械、电气两个 方面。在 机 械方面 , 可能是由于贴塑导轨
23、的热变形、脱胶 , 滚珠丝杠、丝杠轴承的局部损坏或调整不当等原因引起的非均匀性负载变化 , 导致进给系统的不稳定。在电气方面 , 可能是由于某个元件的参数变化 , 引起系统的动态特性改变 , 导致系统的不稳定等。 鉴于本车床采用的是半闭环伺服系统 , 为了分清原因 , 维修的第一步是松开 Z 轴伺服电动机和滚珠丝杠之间的 机 械联接。在 Z 轴无负载的情况下 , 运行加工程序 , 以区分 机 械、电气故障。经试验发现 : 故障仍然存在 , 但发生故障的时间有所延长。因此 , 可以确认故障 为电气原因 , 并且和负载大小或温升有关。 由于数控车床伺服进给系统包含了 CNC 、伺服驱动器、伺服电动
24、机三大部分 , 为了进一步分清原因 , 维修的第二步是将 CNC 的 X 轴和 Z 铀的速度给定和位置反馈互换 (CNC 的 M6 与 M8,M7 与 M9 互换 ),即：利用 CNC 的 X 轴指令控制车床的 Z 轴伺服和电动机运动 ,CNC 的 Z 轴指令控制车床的 X 轴伺服和电动机运动 , 以判别故障发 生在 CNC 或伺服。经更换发现 , 此时 CNC 的 Z 轴 ( 带 X 轴伺服及电动机 ) 运动正常 , 但 X 轴 (带 Z 轴伺服及电动机 )运动时出现振荡。据此 ,可以确认 : 控制 Z 轴的 CNC 正常 , 故障在 Z 轴伺服驱动或伺服电动机上。 考虑到该车床 X 、 Z
25、 轴采用的是同系列的 AC 伺服驱动 , 其伺服 PCB 板型号和规格相同 , 为了进一步缩小检查范围 , 维修的第三步是在恢复第二步 10 CNC 和 X 、 Z 伺服间的正常连接后 , 将 X 、 Z 的 PCB 板经过调整设定后互换。经互换发现 , 这时 X 轴工作仍然正常 ,Z 轴故障依旧。可见 ,Z 轴的 PCB 板正常 。 根据以上试验和检查 , 可以确认故障是由于 Z 轴伺服主回路或伺服电动机的不良而引起的。 经以上维修 , 车床恢复了正常。 3 结语 数控车床的 “ 软故障 “ 是维修过程中最难解决的问题之一。在条件许可时 , 使用 “ 互换法 “ 可以较快地判别故障所在 ,
26、而根据原理进行分析 , 是解决问题的根本办法。维修人员应根据实际情况 , 仔细分析故障现象 , 才能判定 故障原因 , 并加以解决。 故障现象 一是 CRT 显示 414# 报警。报警信息为 : SERVO ALARM:X AXIS DETECTION SYSTEM ERROR 同时 , 伺服驱动单元的 LED 报警显示码为 8 点亮。 故障分析与处理通过查看 FANUC O 系统维修说明书可知 :414# 报警为 “X 轴的伺服系统异常 ,当错误的信息输出至 DGN0720 时 , 伺服系统报警 ” 。根据报警显示内容 , 用车床自我诊断功能检查车床参数 DGN072 上的信息 , 发现第
27、4 位为 “1”，而正常情况下该位应为 “0”。现该位由 “0” 变为 “1”则为异常电流报警 , 同时伺服驱动单元 LED 报警显示码为 8点亮 , 也表示该伺服轴过电流报警。检查伺服驱动器模块 , 用万用表测得电源输入端阻抗只有 6, 低于正常值 , 因而可判断该轴伺服驱动单元模块损坏。更换后正常。 故障现象二 转塔刀架在换刀过程时出现 2011# 、 2014# 报警 ： 故障分析与处理查看电气使用说明书可知 2011# 报警表示转塔有故障 ,2014# 报警指转塔未卡紧。可能是由于精定位时接近开关未发出信号 , 电磁铁不能锁紧。利用 FANUC 系统具有的 PLC 梯形图动态显示功能 , 发现精定位接近开关 X0021.2 未亮 ( 没有接通 ) 。拆下此开关并检查 , 通断正常。
