1、 1 1 江苏理工学院成人高等教育 毕业论文 题 目： 浅谈数控机床的维修与维护 院（站）： 专 业： 学 号： 学生姓名： 薛鑫炜 指导教师： 徐晓俊、周莉萍 职 称： 二 OO 年 月 日 2 2 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
2、控机床各部故障分析及维修 11 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 江苏理工学院毕业论文 3 3 摘 要 2016 年是我国“十三五”规划的开局之年。开好局、打实底，对于整个“十三五”时期的发展至关重要。当前，我国经济发展进入新常态，我国机械制造业的发展既面临大有作
3、为的重要战略 机遇，也面临诸多矛盾叠加、风险隐患增多的严峻挑战。 目前，作为我国国民经济的主导产业，机械制造业仍然是我国经济增长的主要支撑；作为经济社会发展的重要依托，机械制造业是我国城镇就业的主要渠道和国际竞争力的集中体现。但是，从目前的表现来看，中国机械制造业的发展距西方制造业强国仍有较大差距。首先，能源消耗总量不断增加。在能源强度明显下降的同时， 2015年制造业能源消耗总量较 2010 年增加了 2.45 倍，石油消费对外依存度接近 50%；其次，制造业污染物排放总量明显增加，环境状况持续恶化。在钢铁、水泥、化肥等产品稳居世 界第一的同时，大量资源被消耗，部分资源已经严重受制于国外；再
4、次，整体技术水平依然落后，核心技术明显短缺；最后，在制造业持续高速增长的同时，一线从业人员的福利待遇改善缓慢。 可以说，中国机械制造业的可持续发展道路阻碍频现，任重道远。早在 1987 年，联合国环境与发展委员会的报告中就明确提出了“可持续发展”这一概念，自提出以来，各方一直在对可持续发展概念的进行争论，而其中绝大多数概念都在同等重要性条件下强调自然、社会、经济三方面的协调和谐。对此，我国政府根据自身的发展现状，高瞻远瞩地将此概念应用于中国制造业转型升 级的具体实践中，提出要以发展方式转变推动发展质量和效益提升，调整优化产业结构，推动创新驱动发展，加快完善各方面体制机制，妥善应对外部环境变化，
5、促进长期稳定健康发展。 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、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 。 第一章 绪
6、论 江苏理工学院毕业论文 4 4 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
7、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。 第二章 数控机床概述 2.1 数控机床的简介 数控机床是数字控制 机床 （ Computer numerical control machine tools）的简称，是一种装有程序 控制系统 的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将 其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数江苏理工学院毕业论文 5 5 控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床
8、较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。 2.2 数控机床的组成 数控机床的基本组成包括加工程序载体、数控装置、伺服驱动装置、机床主体和其他辅助装置。下面分别对各组成部分的基本工作原理进行概要说明。 数控机床的操作和监控全部在这个 数控 单元中完成，它是数控机床的 大脑。与普通机床相比，数控机床有如下特点： 1、对加工对象的适应性强，适应模具等产品单件生产的特点，为模具的制造提供了合适的加工方法； 2、加工精度高，具有稳定的加工质量； 3、可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件； 4
9、、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； 5、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）； 6、机床自动化程度高，可以减轻劳动强度； 江苏理工学院毕业论文 6 6 7、有利于生产管理的现代化。数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息，使用了计算机控制方法，为计算机辅助设计、制造及管理一体化奠定了基础； 8、对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高； 9、可靠性高。 数控机床与传统机床相比，具有以下一些特点。 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，
10、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
11、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
12、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，是现代集成制造技术的基础。 关键词： 数控技术；数控机床 ； 常见故障 ； 诊断方法 ； 维修方法 ； 2.4 数控机床的主要技术指标 一、数控机床的精度 江苏理工学院毕业论文 7 7 精度是数控机床的重要技术指标之一。精度主要指加工精度、定位精度和重 复定位 精度。 1、定位精度和重复定位精度 定位精度是指数控机床工作台等移动部件实际运动位置与指令位置的一致程度， 其不一致的差量即为定位误差。 定位误差包括伺服系统、检测系统
13、、性进给系统等误差，还包括移动部件导轨的几何误差等。定位误差将直接影响零件加工的位置精度。 重复定位精度是指在同一台数控机床上，应用相同程序相同代码加工一批零件，所得到的连续结果的一致程度。 重复定位精度受伺服系统特性、进给系统的间隙与刚性以及摩擦特性等因素的影 响。 一般情况下，重复定位精度是成正态分布的偶然性误差 ，它影响一批零件加工的一致性，是一项非常重要的性能指标。 2、分度精度 分度精度是指分度工作台在分度时， 实际回转角度与指令回转角度的差值。 分度精度既影响零件加工部位在空间的角度位置，也影响孔系加工的同轴度等。 3、分辨率与脉冲当量 分辨率是指可以分辨的最小位移间隔。对测量系统
14、而言，分辨率是可以测量的最小位移；对控制系统而言， 分辨率是可以控制的最小位移增量，即数控装置每发出一个脉冲信号，反映到机床移动部件上的移动量，一般称为脉冲当量。脉冲当量是设计数控机床的原始数据之一，其数值的大小决定数控机床 的加工精度和表面质量。 脉冲当量越小，数控机床的加工精度和加工表面质量越高。 4、加工精度 江苏理工学院毕业论文 8 8 近年来，伴随着数控机床的发展和机床结构特性的提高，数控机床的性能与质量都有了大幅度的提高。中等规格的加工中心，其定位精度普通级达到 ( 0.005 0.008)mm/300mm，精密级达到 0.001 0.003mm全程；普通级加工中心的加工精度达到
15、1.5 m ，超精密级数控车床的加工圆度已经达到 0.1 m ，表面粗糙度为 Ra0.3 m 。 二、 数控机床的可控轴数与联动轴数 可控轴数是指数控系统 能够控制的坐标轴数目。该指标与数控系统的运算能力、运算速度以及内存容量等有关。 目前，高档数控系统的可控轴数已多达 24 轴。 数控机床的联动轴数是指机床数控装置控制的坐标轴同时达到空间某一点的坐标数目。目前有两轴联动、三轴联动、四轴联动、五轴联动等。三轴联动数控机床可以加工空间复杂曲面；四轴联动、五轴联动数控机床可以加工宇航叶轮、螺旋桨等零件。 三、数控机床的运动性能指标 数控机床的运动性能指标主要包括主轴转速、进给速度、坐标行程、回转轴
16、的转角范围、刀库容量及换刀时间等。 1、主轴转速 目前，随 着刀具、轴承、冷却、润滑及数控系统等相关技术的发展，数控机床主轴 转速已普遍提高。以中等规格的数控机床为例，数控车床从过去的 1000 2000r/min 提高 到 4000 6000r/min ，加工中心从过去的 2000 3000r/min 提高到现在的 10000r/min 以 上。在高速加工的数控机床上，通常采用电动机转子和主轴一体的电主轴，可以使主轴达到每分钟数万转。这样对各种小孔加工以及提高零件加工质量和表面质量都极为有利。 2、进给速度和加速度 数控机床的进给速度和切削速度一样，是影 响零件加工质量、加工效率和刀具寿命的
17、江苏理工学院毕业论文 9 9 主要因素。目前国内数控机床的进给速度可达 10 15m/min，国外一般可达 15 30m/min 。 进给加速度是反映进给速度提速能力的性能指标，也是反映机床加工效率的重要指标。国外厂家生产的加工中心加速度可达 2g。 3、坐标行程 数控机床坐标轴 X 、 Y 、 Z 的行程大小，构成数控机床的空间加工范围，即加工零件的大小。 4、刀库容量和换刀时间 刀库容量是指刀库能存放加工所需要的刀具数量。目前常见的中小型加工中心多为16 60 把，大型加工中心达 100 把以上。 换刀时间指有自动换刀系统的数控机床，将主轴上使用的刀具与装在刀库上的下一工序需用的刀具进行交
18、换所需要的时间。目前国内生产的数控机床的换刀时间可达到 4 5s。 刀库容量和换刀时间对数控机床的生产率有直接影响。 数控机床的规格指标 规格指标是指数控机床的基本功能，主要有以下几方面。 1.行程范围 行程范围是指坐标轴可控的运动区间，它是直接体现机床加工能力 的指标参数，一般指数控机床坐标轴 X、 Y、 Z 的行程大小构成的空间加工范围。 2. 摆角范围 摆角范围是指坐标轴可控的 摆角区间，数控机床摆角的大小也直接影响加工零件空间部位的能力。 3.主轴功率和进给轴扭矩 主轴功率和进给轴扭矩反映数控机床的加工能力，同时也可以间接反映该数控机床的刚度和强度。 江苏理工学院毕业论文 10 10
19、4. 控制轴数和联动轴数 控制轴数是指机床数控装置能够控制的坐标数目。联动轴数是指机床数控装置控制的坐标轴同时达到空间某一点的坐标数目，它反映数控机床的曲面加工能力。 5. 刀具系统 刀具系统主要指刀库容量及换刀时间，它对数控机床的生产率有直接影响。 1.6.2 数控机床的精度指标 1. 分辨率和脉冲当量 分辨率是指 两个相邻的分散细节之间可以分辨的最小间隔。脉冲当 量是指数控控制系统每发出一个脉冲信号，机床机械运动就产生一个相应的位移量，通常称其为脉冲当量。 2. 定位精度和重复定位精度 定位精度是指数控机床工作台等移动部件所达到的实际位置的精度。 重复定位精度是指在相同的条件下，采用相同的操作方法，重复进行同一动作时，所得到结果的一致程度。 3. 分度精度 分度精度是指分度工作台在分度时，理论要求回转的角度值和实际回转的角度值的差值。 数控机床的运动指标 1. 主轴转速 数控机床的主轴一般均采用直流 或交流主轴电动机驱动，选用高速 精密轴承支承，保证主轴具有较宽的调速范围和足够高的回转精度、刚度和抗振性。目前，数控机床主轴转速已普遍达到（ 500010000） r/min， 甚至更高。 2. 进给速度 数控机床的进给速度是影响零件加工质量、生产效率以及刀具寿命的主要因素。目前国内数控机床的进给速度可达（ 1015） m/min，国外 为（ 1530） m/min。
