1、江西工业工程职业技术学院毕业论文江西工业工程职业技术学院毕 业 论 文题 目 数控机床故障分析与维修维护技术 学生姓名 系 部 机电工程系 学 号 2009xxxx 专业名称 机电一体化 班 级 机电 09x 指导教师 xxx 江西工业工程职业技术学院江西工业工程职业技术学院毕业论文数控机床故障分析与维修维护技术【 摘 要 】 全 文 共 分 三 章 节 ， 主 要 介 绍 了 数 控 机 床 基 本 知 识 ， 数控机床故障与维修的基本知识，数控机床故障规律，故障诊断的一般步骤及方法，包括直观检查法，仪器检查法，信号和报警指示分析法，参数调整法，接着讲述数控机床的常见故障，包括机械故障、伺服
2、系统故障、PLC等电气故机 械 零 件 的 修 理 方 法 ， 机 床 电 气 设 备 维 修 与 故 障 故 障 排 除 ， 数 控 机 床 故 障 诊 断 与 维修 内 容 。 并 将 传 统 设 备 维 修 技 术 与 现 代 维 修 新 技 术 ， 新 工 艺 相 结 合 ， 最后通过实例具体介绍数控机床故障产生后分析处理的过程，可 以 熟 悉 数控机床的各个部分和机 械 设 备 中 机 、 液 、 电装 置 故 障 诊 断 与 维 修 的 基 本 思 路 方 法 和 技 术 ， 以 及 必 要 的 基 本 理 论 加 加 实 践，提高工作效率。关键词：数控机床，维护，故障处理、诊断江
3、西工业工程职业技术学院毕业论文前 言数控机床是一种高效的自动化机床，它综合了计算机技术、自动化技术、何服驱动技术、气动与液压传动技术、精密测量与检测技术、精密机械设计与制造技术等各个领域的新技术成果，是一门新兴的工业控制技术。数控机床以其高精度、高效率、高柔性所带来的巨大效益引起了世界各国科技界和工业界的广泛重视。但是，随着社会的进步和科技的发展，数控机床正朝着大型化、自动化、高精度化方向发展，生产系统的规模变得越来越大，设备的结构也变得越来越复杂。数控机床是集高、精、尖技术于一体，集机、电、光、液于一身的高技术产物。具有加工精度高、加工质量稳定可靠、生产效率高、适应性强、灵活性好等众多优点，
4、在各个行业受到广泛欢迎，在使用方面，也是越来越受到重视。但由于它是集强、弱电于一体，数字技术控制机械制造的一体化设备，一旦系统的某些部分出现故障，就势必使机床停机，影响生产，所以如何正确维护设备和出现故障时能及时抢修就是保障生产正常进行的关键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。数控机床是个很复杂的大系统，它涉及光、机、电、液、气等很多技术，发生故障是难免的。数控机床的维修在工厂中越来越重要，数控系统种类繁多和故障复杂也给数控维修带来很大困难，根据对数控维修的一些经验，现总结一些数控机床故障处理的方法和步骤，
5、供维修人员参考。为了充分发挥数控机床的效益，减少故障的发生，重要的一环是做好预防性的维修。数控机床故障的诊断是数控机床维修的关键。一般来说，随着故障类型的不同，采取的故障诊断的方法也就不同。论文将从数控机床简单介绍、故障诊断的内容、原则、方法等方面入手来简要阐述一下数控机床故障的诊断、排除方法以及数控机床日常的维护。江西工业工程职业技术学院毕业论文目 录第一章 数控简介 . 11.1 数控机床的基本概念 . . 11.2 数控机床的组成 . 11.3 数控机床机械结构特点与结构组成 . 31.3.1 数控机床机械结构的特点. 31.3.2 数控机床机械结构的组成 . 3第二章 数控机床故障与维
6、修的基本知识 . 42.1 故障的基本概念 . 42.2 故障的分类 . 42.3 数控机床产生的故障规律 . 52.4 数控系统的可靠性 . 62.5 数控机床维修的特点 . 7第三章 数控机床常见故障诊断与维修 . 73.1 数控机床系统的故障诊断 . 73.1.1 初步判别 . 73.1.2 报警处理 . 73.2 电气故障的常用诊断方法 . 83.2.1 直观检查法 . 8江西工业工程职业技术学院毕业论文3.2.2 仪器检查法 . 83.2.3 信号和报警指示分析法 . 83.2.4 参数调整法 . 83.3 常见电气故障维修和排除 . 93.3.1 电源 . 93.3.2 数控系统位
7、置环故障 . 93.3.3 机床坐标找不到零点 . 93.3.4 机床动态异常 . 93.3.5 偶发性停机故障 . 93.4 常见伺服系统故障及诊断 . 103.4.1 伺服系统故障及诊断 . 103.5 数控机床 PLC 故障诊断方法 . 113.6 数控机床常见故障诊断及维修实例 . 133.7 数控机床日常维护 . 133.7.1 电源的维护与保养 . 143.7.2 电气部分的维护保养 . 14结论 . 15致谢 . 16参考文献 . 17江西工业工程职业技术学院毕业论文第 - 1 - 页 共 19 页第一章 数控简介数控（英文名字：Numerical Control 简称:NC）技
8、术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。数控一般是采用通用或专用计算机实现数字程序控制，因此数控也称为计算机数控(Computerized Numerical Control )，简称 CNC，国外一般都称为 CNC 数控实训室，很少再用 NC 这个概念了。 它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。1908 年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；19 世纪末，以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明；1938 年，香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输，奠定了现代
9、计算机，包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。1952 年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。 现在，数控技术也叫计算机数控技术（CNC，Computerized Numerical Control） ，目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的运动轨迹和外设的操作时序逻辑控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入操作指令的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成，处理生成的微观指令传送给伺服驱动装置驱动电机或液
10、压执行元件带动设备运行。1.1 数控机床的基本概念数控又称数字控制（Numerical Control） ，简称 NC。数控机床就是将加工过程所需的各种操作(如主轴变速,松夹工件,进刀与退刀,自动关停冷却液等)和步骤以及工件的形状尺寸用数字化的代码表示通过控制介质将数字信息进行处理与运算，发出各种控制信号，控制机床的伺服系统或其他驱动元件，从而使机床自动加工出所需的工件。数控技术的基本概念:数字控制机床(Numerical Control Machine Tools)简称数控机床，这是一种将数字计算技术应用于机床的控制技术。它把机械加工过程中的各种控制信息用代码化的数字表示，通过信息载体输入数
11、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。1.2 数控机床的组成数控机床通常由以下几个部分组成：江西工业工程职业技术学院毕业论文第 - 2 - 页 共 19 页控 制 介 质输 入 装 置数 控 装 置 驱 动 装 置辅助控制装置机 床 本 体检 测 装 置1.控制介质控制介质以指令的形式记载各种加工信息，如零件加工的工艺过程、工艺参数和刀具运动等，将这些信息输入到数控装置
12、，控制数控机床对零件切削加工。2.输入装置输入装置的作用是将程序载体（信息载体）上的数控代码传递并存入数控系统内。根据控制存储介质的不同，输入装置可以是光电阅读机、磁带机或软盘驱动器等。数控机床加工程序也可通过键盘用手工方式直接输入数控系统；数控加工程序还可由编程计算机用 RS232C 或采用网络通信方式传送到数控系统中。3.数控装置数控装置是数控机床的核心。数控装置从内部存储器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序，经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种控制信息和指令，控制机床各部分的工作，使其进行规定的有序运动和动作4.驱动装置和位置检测装置驱动装置
13、接受来自数控装置的指令信息，经功率放大后，严格按照指令信息的要求驱动机床移动部件，以加工出符合图样要求的零件。因此，它的伺服精度和动态响应性能是影响数控机床加工精度、表面质量和生产率的重要因素之一。驱动装置包括控制器（含功率放大器）和执行机构两大部分。目前大都采用直流或交流伺服电动机作为执行机构。位置检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测出来，经反馈系统输入到机床的数控装置之后，数控装置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较，控制驱动装置按照指令设定值运动。5.辅助控制装置辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运动，再经功率放大后驱动相应的电器，带
14、动机床的机械、液压、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。这些控制包括主轴运动部件的变速、换向和启停指令，刀具的选择和交换指令，冷却、润滑装置的启动停止，工件和机床部件的松开、夹紧，分度工作台转位分度等开关江西工业工程职业技术学院毕业论文第 - 3 - 页 共 19 页辅助动作。由于可编程逻辑控制器（PLC）具有响应快，性能可靠，易于使用、编程和修改程序并可直接启动机床开关等特点，现已广泛用作数控机床的辅助控制装置。6.机床主体机床本体是加工运动的实际机械部件，主要包括：主运动部件，进给运动部件（如工作台、刀架）和支撑部件（如床身、立柱等） ，还有冷却润滑、转位部件。如夹紧、换刀机械手等辅助
15、装置。1.3.数控机床机械结构特点与结构组成1.3.1 数控机床机械结构的特点数控机床是机电一体化产品的典型代表，尽管它的机械结构与普通机床的结构有许多相似之处，但并不是简单地在普通机床上配备数控系统即可，它与普通机床相比，结构上进行了改进，主要表现在以下几个方面：1） 主传动装置多采用无级变速或分段无级变速方式，可利用程序控制主轴的变向和变速，主传动具有较宽的调速范围。有些数控机床的主传动系统已开始采用结构紧凑、性能优异的电主轴。2） 进给传动装置中广泛采用无间隙滚珠丝杠传动和无间隙齿轮传动，利用贴塑导轨或静压导轨来减少运动副的摩擦力，提高传动精度。有些数控机床的进给部件直接使用直线电机驱动
16、，从而实现了高速、高灵敏度伺服驱动。3） 床身、立柱、横梁等主要支承件采用合理的截面形状，且采取一些补偿变形的措施，使其具有较高的结构刚度。4） 加工中心备有刀库和自动换刀装置，可进行多工序、多面加工，大大提高了生产率。1.3.2 数控机床机械结构的组成数控机床的机械结构主要由以下几个部分组成：1） 主传动系统它包括动力源、传动件及主运动执行件主轴等，其功用是将驱动装置的运动及动力传 给执行件，以实现主切削运动。2） 进给传动系统它包括动力源、传动件及进给运动执行件工作台（刀架）等，其功用是将伺服驱动装置的运动与动力传给执行件，以实现进给切削运动。江西工业工程职业技术学院毕业论文第 - 4 -
17、 页 共 19 页3)基础支承件它是指床身、立柱、导轨、滑座、工作台等，它支承机床的各主要部件，并使它们在静止或运动中保持相对正确的位置。4)辅助装置指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。第二章 数控机床故障与维修的基本知识2.1 故障的基本概念和诊断故障指整机或部件在规定的时间和使用条件下不能完成规定的功能，或各项技术经济指标偏离了它的正常状况，但在某种情况下尚能维持一时间工作，若不能得到妥善处理将导致事故，如电动机功率降低，传动系统失去平衡噪声增
18、大，工作机构能力下降，润滑油的消耗增加等。故障诊断是在数控机床运行中，根据设备的故障现象，在掌握数控系统各部分工作原理的前提下，对现行的状态进行分析，并辅以必要检测手段，查明故障的部位和原因。提出有效的维修对策2.2 故障的分类1）从故障的起因分类关联性故障和系统的设计、结构或性能等缺陷有关而造成（分固有性和随机性）。非关联性故障和系统本身结构与制造无关的故障。2）从故障发生的状态分类突然故障发生前无故障征兆，使用不当。渐变故障发生前有故障征兆，逐渐严重。3)按故障发生的性质分类软件故障程序编制错误、参数设置不正确、机床操作失误等引起。硬件故障电子元器件、润滑系统、限位机构、换刀系统、机床本体
19、等硬件损坏造成。干扰故障由于系统工艺、线路设计、电源地线配置不当等以及工作环境的恶劣变化而产江西工业工程职业技术学院毕业论文第 - 5 - 页 共 19 页生。4）按故障的严重程度分类危险性故障数控系统发生故障时，机床安全保护系统在需要动作时，因故障失去保护动作，造成人身或设备事故。安全性故障机床安全保护系统在不需要动作时发生动作，引起机床不能起动。5）按故障发生时间分类（1）早发性故障：这类故障是由于设备在设计、制造、装备、安装、调试、等方面存在问题而引起的。（2）突发性故障：主要是由各种不利因素和外界影响共同作用的结果，其发生特点是具有偶然性，一般与机床使用时间无关，因而是难以预测的。但它
20、一般容易排除，因此通常不影响机床的寿命。（3）渐进性故障：主要是由产品参数的劣化过程（磨损、腐蚀、疲劳、老化）逐渐发展而形成的。其特点是发生的概率与使用时间有关，且只是在产品的有效寿命的后期才表现出来。渐进性故障一经发生，就标志着产品寿命的终结。因而它往往是机械进行大修的标志。由于这种故障是逐渐发展的，因此，通常是可以进行预测的。（4）复合性故障：这类故障包括上述故障特征，其故障发生时间不定。设备工作能力耗损过程的速度与其耗损的性能有关。2.3 数控机床产生的故障规律与 一 般 设 备 相 同 ， 数 控 机 床 的 故 障 率 随 时 间 变 化 的 规 律 可 用 下 图 的 浴 盆 曲 线 (也 称 失 效率 瞌 线 )表 示 。 整 个 使 用 寿 命 期 ， 根 据 数 控 机 床 的 故 障 频 率 大 致 分 为 三 个 阶 段 ， 即 早 期 故 障 期 、偶 发 故 障 期 和 耗 损 故 障 期 。1早期故障期
