数控机床故障诊断与维修教程.pdf
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1、数控机床数控机床 故障诊断与维修故障诊断与维修 机电工程学院机电工程学院 数控技术系数控技术系 第一章第一章 绪论绪论 一、一、数控机床的组成数控机床的组成 数控机床由数控装置、伺服驱动装置、数控机床由数控装置、伺服驱动装置、 检测反馈装置和机床本体四大部分组成,检测反馈装置和机床本体四大部分组成, 再加上程序的输入再加上程序的输入/ / / /输出设备、可编程控制输出设备、可编程控制 器、电源等辅助部分。器、电源等辅助部分。 1. 1. 1. 1. 数控装置数控装置( ( ( (数控系统的核心数控系统的核心) ) ) )由硬件由硬件 和软件部分组成,接受输入代码经缓存、和软件部分组成,接受输
2、入代码经缓存、 译码、运算插补)等转变成控制指令,实译码、运算插补)等转变成控制指令,实 现直接或通过现直接或通过PLCPLCPLCPLC对伺服驱动装置的控制。对伺服驱动装置的控制。 一、一、数控机床的组成数控机床的组成 2. 2. 2. 2. 伺服驱动装置是数控装置和机床主机之伺服驱动装置是数控装置和机床主机之 间的联接环节,接受数控装置的生成的进给信间的联接环节,接受数控装置的生成的进给信 号,号, 经放大驱动主机的执行机构,实现机床运动。经放大驱动主机的执行机构,实现机床运动。 3. 3. 3. 3. 检测反馈装置是通过检测元件将执行元检测反馈装置是通过检测元件将执行元 件(电机、刀架)
3、或工作台的速度和位移检测出件(电机、刀架)或工作台的速度和位移检测出 来,反馈给数控装置构成闭环或半闭环系统。来,反馈给数控装置构成闭环或半闭环系统。 4. 4. 4. 4. 机床本体是数控机床的机械结构件(床身机床本体是数控机床的机械结构件(床身 箱体、立柱、导轨、工作台、主轴和进给机构等。箱体、立柱、导轨、工作台、主轴和进给机构等。 二、数控机床故障诊断二、数控机床故障诊断 1.1.1.1.故障的基本概念故障的基本概念 故障故障数控机床全部或部分丧失原有的功能。数控机床全部或部分丧失原有的功能。 故障诊断故障诊断在数控机床运行中,根据设备的在数控机床运行中,根据设备的 故障现象,在掌握数控
4、系统各部分工作原理的前故障现象,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。提出有效的维修手段,查明故障的部位和原因。提出有效的维修 对策。对策。 二、数控机床故障诊断二、数控机床故障诊断 2.2.2.2.故障的分类故障的分类 1 1 1 1)从故障的起因分类)从故障的起因分类 关联性故障关联性故障和系统的设计、结构或性能等和系统的设计、结构或性能等 缺陷有关而造成(分固有性和随机性)。缺陷有关而造成(分固有性和随机性)。 非关联性故障非关联性故障和系统本身结构与制造无关和系统本身结构与制造
5、无关 的故障。的故障。 2 2 2 2)从故障发生的状态分类)从故障发生的状态分类 突然故障突然故障发生前无故障征兆,使用不当。发生前无故障征兆,使用不当。 渐变故障渐变故障发生前有故障征兆,逐渐严重。发生前有故障征兆,逐渐严重。 3 3 3 3)按故障发生的性质分类)按故障发生的性质分类 软件故障软件故障程序编制错误、参数设置程序编制错误、参数设置 不正确、机床操作失误等引起。不正确、机床操作失误等引起。 硬件故障硬件故障电子元器件、润滑系统、电子元器件、润滑系统、 限位机构、换刀系统、机床本体等硬件损限位机构、换刀系统、机床本体等硬件损 坏造成。坏造成。 干扰故障干扰故障由于系统工艺、线路
6、设计、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电源地线配置不当等以及工作环境的恶劣 变化而产生。变化而产生。 4 4 4 4)按故障的严重程度分类)按故障的严重程度分类 危险性故障危险性故障数控系统发生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,机床安全保护系统在需要动作 时,时, 因故障失去保护动作,造成人身或设因故障失去保护动作,造成人身或设 备事故。备事故。 安全性故障安全性故障机床安全保护系统机床安全保护系统 在不需要动作时发生动作,引起机床在不需要动作时发生动作,引起机床 不能起动。不能起动。 3. 3. 3. 3. 数控系统的可靠性数控系统的可靠性
7、 数控机床除了具有高精度、高效率和数控机床除了具有高精度、高效率和 高技术的要求外,还应该具有高可靠性。高技术的要求外,还应该具有高可靠性。 衡量的指标有:衡量的指标有: MTBFMTBFMTBFMTBF平均无故障时间平均无故障时间 MTTRMTTRMTTRMTTR排除故障的修理时间排除故障的修理时间 平均有效度平均有效度A A A A: A=MTBF/ A=MTBF/ A=MTBF/ A=MTBF/(MTBF+MTTRMTBF+MTTRMTBF+MTTRMTBF+MTTR) 数控设备使用寿命数控设备使用寿命故障频率曲线故障频率曲线 4. 4. 4. 4. 数控机床维修的特点数控机床维修的特点
8、 1 1 1 1)数控机床是高投入、高精度、高效)数控机床是高投入、高精度、高效 率的自动化设备;率的自动化设备; 2 2 2 2)一些重要设备处于关键的岗位和工)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;序,因故障停机时,影响产量和质量; 3 3 3 3)数控机床在电气控制系统和机械结)数控机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构比普通机床复杂,故障检测和诊断有一 定的难度。定的难度。 四、数控诊断技术的发展四、数控诊断技术的发展 1. 1. 1. 1.通讯诊断通讯诊断( ( ( (远程、海外诊断)远程、海外诊断) 用户机床的通讯口通过电话线
9、和维修用户机床的通讯口通过电话线和维修 中心的专用通讯诊断计算机相连。中心的专用通讯诊断计算机相连。 计算机发诊断程序计算机发诊断程序 用户测试数据用户测试数据 计算机诊断结果和处理方法计算机诊断结果和处理方法 用户用户 特点:实用简便;特点:实用简便; 有一定的局限性有一定的局限性 四、数控诊断技术的发展四、数控诊断技术的发展 2. 2. 2. 2. 自修复系统自修复系统 当诊断软件发现数控机床在运行中某当诊断软件发现数控机床在运行中某 一模块有故障时,系统在一模块有故障时,系统在CRTCRTCRTCRT上显示的同上显示的同 时,自动寻找备用模块并接上。时,自动寻找备用模块并接上。 特点:实
10、用但成本比较高,而且只适特点:实用但成本比较高,而且只适 合总线结构的合总线结构的CNCCNCCNCCNC系统。系统。 四、数控诊断技术的发展四、数控诊断技术的发展 3. 3. 3. 3. 人工智能专家故障诊断系统人工智能专家故障诊断系统 4. 4. 4. 4. 人工神经元网络人工神经元网络( ( ( (ANN)ANN)ANN)ANN)诊断诊断 ANNANNANNANN具有联想、容错、记忆、自适应、具有联想、容错、记忆、自适应、 自学习和处理复杂多模式故障等特点。这自学习和处理复杂多模式故障等特点。这 种方法将被诊断的系统的症状作为网络的种方法将被诊断的系统的症状作为网络的 输入,将按一定数学
11、模型所求得的故障原输入,将按一定数学模型所求得的故障原 因作为网络的输出,并且神经网络将经过因作为网络的输出,并且神经网络将经过 学习所得到的知识以分布的方式隐存在网学习所得到的知识以分布的方式隐存在网 络上,每个输出神经元对应着一个故障原络上,每个输出神经元对应着一个故障原 因。因。 五、课程的基本要求与特点五、课程的基本要求与特点 熟悉数控机床各组成部分的工作原理与结熟悉数控机床各组成部分的工作原理与结 构构 确立数控机床故障诊断的基本思路与实施确立数控机床故障诊断的基本思路与实施 诊断的步骤及注意事项诊断的步骤及注意事项 掌握常用测试仪器的使用方法掌握常用测试仪器的使用方法 通过理论和实
12、训环节的教学,能实施对数通过理论和实训环节的教学,能实施对数 控机床的故障分析和诊断。控机床的故障分析和诊断。 课程涉及内容广,故障检测、分析难度高课程涉及内容广,故障检测、分析难度高 第二章第二章第二章第二章 数控机床维护及故障诊断数控机床维护及故障诊断数控机床维护及故障诊断数控机床维护及故障诊断 第一节第一节 数控机床的验收与精度检测数控机床的验收与精度检测 第二节第二节 数控机床的维护数控机床的维护 第三节第三节 数控机床的故障处理数控机床的故障处理 第四节第四节 数控系统故障诊断的方法数控系统故障诊断的方法 第五节第五节 数控机床的抗干扰数控机床的抗干扰 第一节第一节第一节第一节 数控
13、机床的验收与精度检测数控机床的验收与精度检测数控机床的验收与精度检测数控机床的验收与精度检测 一、数控机床的验收一、数控机床的验收一、数控机床的验收一、数控机床的验收 1.1.1.1.机床性能机床性能 主轴性能主轴性能 手动操作手动操作高、中、低三挡转速连续进高、中、低三挡转速连续进 行五次正、反转的起动、停止,检验其行五次正、反转的起动、停止,检验其 动作的灵活性和可靠性。观察功率、转动作的灵活性和可靠性。观察功率、转 速、主轴的准停及机床的振动情况。速、主轴的准停及机床的振动情况。 一、数控机床的验收一、数控机床的验收 一)、机床性能一)、机床性能一)、机床性能一)、机床性能 进给性能进给
14、性能 通过回原点、手动操作和手动数据输入通过回原点、手动操作和手动数据输入 方式操作,检验正、反向的低、中、高方式操作,检验正、反向的低、中、高 速的进给运动的起动、停止、点动等动速的进给运动的起动、停止、点动等动 作的平稳性和可靠性。并检查回原点的作的平稳性和可靠性。并检查回原点的 准确性和可靠性,软、硬限位是否确实准确性和可靠性,软、硬限位是否确实 可靠。可靠。 一、数控机床的验收一、数控机床的验收 一)、机床性能一)、机床性能一)、机床性能一)、机床性能 自动换刀性能自动换刀性能 通过手动和通过手动和M06M06M06M06指令自动运行,检验换指令自动运行,检验换 刀的可靠性、灵活性和平
15、稳性并测定换刀的可靠性、灵活性和平稳性并测定换 刀时间是否符合要求。刀时间是否符合要求。 机床噪声机床噪声 主轴箱、冷却风扇、液压油泵等噪声小主轴箱、冷却风扇、液压油泵等噪声小 于于85858585分贝。分贝。 一、数控机床的验收 二)、数控功能二)、数控功能二)、数控功能二)、数控功能 指令功能指令功能指令的功能实现及准确性指令的功能实现及准确性 操作功能操作功能检验回原点、执行程序、进检验回原点、执行程序、进 给倍率、急停等功能的准确性给倍率、急停等功能的准确性 CRTCRTCRTCRT显示功能显示功能检验位置、程序、各种检验位置、程序、各种 菜单显示功能菜单显示功能 三)、连续空载运行三
16、)、连续空载运行三)、连续空载运行三)、连续空载运行 进行进行8 8 8 816161616小时的空载自动连续运行小时的空载自动连续运行 一、数控机床的验收一、数控机床的验收 四)、验收检查项目四)、验收检查项目四)、验收检查项目四)、验收检查项目 数控系统外观检查(各部分破损、碰伤)数控系统外观检查(各部分破损、碰伤) 控制柜元器件的紧固检查(接插件、接控制柜元器件的紧固检查(接插件、接 线端子、元器件的固定)线端子、元器件的固定) 输入电源电压、相序的确认输入电源电压、相序的确认 检查直流输出电压(检查直流输出电压(24242424V V V V 、5V5V5V5V) 确认数控系统与机床侧
17、的接口确认数控系统与机床侧的接口 确认数控系统各参数的设定(最佳性能)确认数控系统各参数的设定(最佳性能) 二、精度检验二、精度检验二、精度检验二、精度检验 1.1.1.1.几何精度检验(静态精度检验)几何精度检验(静态精度检验)几何精度检验(静态精度检验)几何精度检验(静态精度检验) 是综合反映机床关键零部件经组装后的综是综合反映机床关键零部件经组装后的综 合几何形状误差。有各坐标轴的相互垂直合几何形状误差。有各坐标轴的相互垂直 度、台面的平行度、主轴的轴向和径向跳度、台面的平行度、主轴的轴向和径向跳 动等检验项目。动等检验项目。 2.2.2.2.定位精度检验定位精度检验定位精度检验定位精度
18、检验 是测量机床各坐标轴在数控系统控制下所是测量机床各坐标轴在数控系统控制下所 能达到的位置精度。能达到的位置精度。 有直线运动定位精度、直线运动重复定位有直线运动定位精度、直线运动重复定位 精度、直线运动的原点复归精度、直线运精度、直线运动的原点复归精度、直线运 动失动量、回转工作台的定位精度、回转动失动量、回转工作台的定位精度、回转 工作台的重复分度精度、数控回转工作台工作台的重复分度精度、数控回转工作台 的失动量、回转工作台的原点复归精度等。的失动量、回转工作台的原点复归精度等。 3.3.3.3.切削精度检验(对数控车床)切削精度检验(对数控车床)切削精度检验(对数控车床)切削精度检验(
19、对数控车床) 外圆车削(直径、圆度)外圆车削(直径、圆度) 端面车削(平面度)端面车削(平面度) 螺纹车削(螺距积累误差)螺纹车削(螺距积累误差)等等 第二节第二节第二节第二节 数控机床的维护数控机床的维护数控机床的维护数控机床的维护 一、点检一、点检一、点检一、点检 点检点检按有关维护文件的规定,对数控按有关维护文件的规定,对数控 机床进行定点、定时的检查和维护机床进行定点、定时的检查和维护 点检要求和内容点检要求和内容 专职点检专职点检重点设备、部位(设备部门)重点设备、部位(设备部门) 日常点检日常点检一般设备的检查及维护(车间)一般设备的检查及维护(车间) 生产点检生产点检开机前检查、
20、润滑、日常清洁、开机前检查、润滑、日常清洁、 紧固等工作(操作者)紧固等工作(操作者) 二、数控系统的日常维护二、数控系统的日常维护二、数控系统的日常维护二、数控系统的日常维护 机床电气柜的散热通风机床电气柜的散热通风 门上热交换器或轴流风扇对控制柜的内外门上热交换器或轴流风扇对控制柜的内外 进行空气循环。(少开柜门)进行空气循环。(少开柜门) 纸带阅读机的定期维护纸带阅读机的定期维护 对光电头、纸带压板定期进行防污处理对光电头、纸带压板定期进行防污处理 支持电池的定期更换支持电池的定期更换 在机床断电期间,有电池供电保持存储在在机床断电期间,有电池供电保持存储在 COMSCOMSCOMSCO
21、MS器件内的机床数据器件内的机床数据 二、数控系统的日常维护二、数控系统的日常维护二、数控系统的日常维护二、数控系统的日常维护 检测反馈元件的维护检测反馈元件的维护 光电编码器、接近开关、行程开关与撞块、光电编码器、接近开关、行程开关与撞块、 光栅等元件的检查和维护光栅等元件的检查和维护 备用电路板的定期通电备用电路板的定期通电 备用电路板应定期装到备用电路板应定期装到CNCCNCCNCCNC系统上通电运系统上通电运 行,长期停用的数控机床也要经常通电,行,长期停用的数控机床也要经常通电, 利用电器元件本身的发热来驱散电气柜内利用电器元件本身的发热来驱散电气柜内 的潮气。保证电器元件性能的稳定
22、可靠。的潮气。保证电器元件性能的稳定可靠。 三、诊断常用的仪器仪表及工具三、诊断常用的仪器仪表及工具三、诊断常用的仪器仪表及工具三、诊断常用的仪器仪表及工具 1.1.1.1.仪器仪表仪器仪表仪器仪表仪器仪表 万用表万用表可测电阻、交、直流电压、电流可测电阻、交、直流电压、电流 指针式:有测量过程指针式:有测量过程 数字式:直接读数数字式:直接读数 相序表相序表可检查直流驱动装置输入电流的可检查直流驱动装置输入电流的 相序相序 双踪示波器双踪示波器检查信号波形检查信号波形 钳形电流表钳形电流表不断线检测电流不断线检测电流 三、诊断常用的仪器仪表及工具三、诊断常用的仪器仪表及工具三、诊断常用的仪器
23、仪表及工具三、诊断常用的仪器仪表及工具 脉冲发生笔与逻辑测试笔脉冲发生笔与逻辑测试笔 对芯片或功能电路板的输入注入逻辑电对芯片或功能电路板的输入注入逻辑电 平脉冲,用逻辑测试笔检测输出电平,平脉冲,用逻辑测试笔检测输出电平, 以判别其功能正常与否。以判别其功能正常与否。 机械故障诊断仪机械故障诊断仪 对机械故障进行检测、分析与诊断。对机械故障进行检测、分析与诊断。 2. 2. 2. 2. 工具工具 “ “ “ “+ + + +” ” ” ”、“ “ “ “一一” ” ” ”螺丝刀、钳子、镊子、烙铁螺丝刀、钳子、镊子、烙铁 等等 四、诊断用技术资料四、诊断用技术资料四、诊断用技术资料四、诊断用技
24、术资料 数控机床生产厂家必须向用户提供安装、数控机床生产厂家必须向用户提供安装、 使用与维修有关的技术资料,主要有:使用与维修有关的技术资料,主要有: 数控机床电气使用说明书数控机床电气使用说明书 数控机床电气原理图数控机床电气原理图 数控机床电气连接图数控机床电气连接图 数控机床结构简图数控机床结构简图 数控机床参数表数控机床参数表 数控机床数控机床PLCPLCPLCPLC控制程序控制程序 四、诊断用技术资料四、诊断用技术资料四、诊断用技术资料四、诊断用技术资料 数控系统操作手册数控系统操作手册 数控系统编程手册数控系统编程手册 数控系统安装与维修手册数控系统安装与维修手册 伺服驱动系统使用
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- 数控机床 故障诊断 维修 教程
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