数控设备维护_数控设备操作与维护

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摘 要

数控设备是高新技术的产物,出现故障则综合亦复杂.故在使用过程中应严格遵守规程,认真最点检,出现问题应就其现象全面考虑,综合分析.采取相应的技术手段排除故障。

数控设备是一种自动化程度较高,结构较复杂的先进加工设备,是企业的重点、关键设备。要发挥数控设备的高效益,就必须正确的操作和精心的维护,才能保证设备的利用率。正确的操作使用能够防止机床非正常磨损,避免突发故障;做好日常维护保养,可使设备保持良好的技术状态,延缓劣化进程,及时发现和消灭故障隐患,从而保证安全运行。数控设备的使用环境:为提高数控设备的使用寿命,一般要求要避免阳光的直接照射和其他热辐射,要避免太潮湿、粉尘过多或有腐蚀气体的场所。腐蚀气体易使电子元件受到腐蚀变质,造成接触不良或元件间短路,影响设备的正常运行。精密数控设备要远离振动大的设备,如冲床、锻压设备等。电源要求:为了避免电源波动幅度大(大于±10%)和可能的瞬间干扰信号等影响,数控设备一般采用专线供电(如从低压配电室分一路单独供数控机床使用)或增设稳压装置等,都可减少供电质量的影响和电气干扰。操作规程: 操作规程是保证数控机床安全运行的重要措施之一,操作者一定要按操作规程操作。机床发生故障时,操作者要注意保留现场,并向维修人员如实说明出现故障前后的情况,以利于分析、诊断出故障的原因,及时排除。

目录

第一章 前言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(1)第二章 数控设备的基本组成、工作原理„„„„„„„„„„„„„„„(2)2.1数控设备的基本组成„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(3)2.2数控设备的工作原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(4)2.3数控设备的分类„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(4)第三章 故障可能产生的原因分析„„„„„„„„„„„„„„„„„(5)

第四章 数控设备的常见故障诊断分析„„„„„„„„„„„„„„„(6)第五章 数控设备的典型故障诊断分析„„„„„„„„„„„„„„„(7)

第六章 心得体会„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(8)致谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(8)参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(10)

第 一 章

前 言

制造业是一个国家国民经济的支柱产业。随着机电一体化技术的迅速发展,数控机床的应用已越来越多。众所周知.数控制机床是机械加工领域中高新技术有机优化综台的典产品.它是将微电子、电力、电机、自动化控制、检测、液压、气动、机床和加工工艺等技术集中于一一种结构复杂、自动化程度高的先进设备。如何做好这些数控设备的管理、维护保养、故障诊断及维修工作.保证数控机床的完好率、提高其利用率,延长其使用寿命已成为日程问题。数控机床的复杂性和综合性决定其维护和故障诊断及维修有其自身的方法。

数控机床故障诊断原则

1.先外部后内部

2.先机械后电气

3.先静后动

4.先简单后复杂

数控机床的故障诊断方法

1.系统报警号及系统诊断号故障诊断方法

2.动态梯形图诊断法

3.初始化复位法

4.备件置换法

5.同类对调法

6.功能参数的封锁法

7.使能信号的短接法

8.系统故障诊断引导法

9.远程诊断法

故障诊断及维修提高工作的好处

1.迅速提高维修者的理论水平和维修能力。2.提高重复性故障的数控机床心得体会维修速度。

3.利于分析设备的障率及可维修性,改进操作规程,提高机床寿命和利用率。4.可改进机床电气原设计之不足。

5.资源共享。总结资料可作为其他维修人员的参数资料、学习培训教材数

第二

数控设备的基本组成、工作原理

20世纪40年代末,美国开始研究数控机床,1952年,美国麻省理工学院(mit)伺服机构实验室成功研制出第一台数控铣床,并于1957年投入使用。这是制造技术发展过程中的一个重大突破,标志着制造领域中数控加工时代的开始。数控加工是现代制造技术的基础,这一发明对于制造行业而言,具有划时代的意义和深远的影响。世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术的研究和发展。我国于1958年开始研制数控机床,成功试制出配有

子管数控系统的数控机床,1965年开始批量生产配有晶体管数控系统的三坐标数控铣床。经过几十年的发展,目前的数控机床已实现了计算机控制并在工业界得到广泛应用,在模具制造行业的应用尤为普及。

2.1数控车床的组成虽然数控车床种类较多,但一般均由车床主体、数控装置和伺服系统三大部分组成。图是数控车床的基本组成方框图。

(1)数控装置:完成NC程序的接收、将NC程序翻译为机器码、将机器码分解为电脉冲信号并发送到相应的执行器件等功能。

(2)伺服系统:包括伺服电动机及检测装置。数控机床的进给运动,是由数控装置经伺服系统控制的,数控机床的进给传动属伺服进给传动。所谓伺服,是指有关的传动或运动参数,均严格依照数控装置的控制指令实现的。数控机床的伺服系统,按其控制方式,可分为开环、半闭环和闭环三类。其中,开环最为简单。但如果负荷突变(如切深突增),或者脉冲频率突变(如加速、减速),则数控运动部件将可能发生quot;失步quot;现象,即丢失一定数目的进给指令脉冲,从而造成进给运动的速度和行程误差。故该类控制方式,仅限于精度不高的经济型中、小数控机床的进给传动。半闭环和闭环系统都有用于检查位置和速度指令执行结果的检测(含反馈)装置。半闭环的检测装置,安装在伺服电动机或传动丝杠上,闭环则将其装在运动部件上。由于丝杠螺距误差,以及受载后丝杠、轴承变形等影响,半闭环对检测结果的校正并不完全,控制精度比闭环要低一些。但从自动控制原理上看,控制运动部件是一个质量元件,传动机构因有变形,可视为弹性元件,两者构成一个振荡环节。显然,半闭环不包含这些环节,因而一般不会引起进给振荡。而闭环如果系统参数选取不合适,则有可能产生进给振荡,即运动不稳定。目前,一般数控机床的进给系统多为半闭环控制,闭环则用于精度要求较高的机床,如高精度镗铣加工中心。(3)机床本体:指与普通机床相同或相似的部分,如机床外壳、工作台等。目前绝大多数数控机床采用半闭环控制系统。不论数控机床与普通机床在整体布局上有多少相似之处,对任何一种数控机床都必须具备普通机床不可能有的两大部分:一是数控机床的quot;指挥系统quot;--数控系统;二是使数控机床执行运动的驱动系统--伺服系统。

需要注意的是,某些机床上安装了数显装置,以数字屏幕显示各坐标轴的进给状态,从外

观上与数控机床有相似之处,应加以区别。

数控车床与普通车床的主要区别就在于是否具有数控装置和伺服系统这两大部分。如果说,数控车床的检测装置相当于人的眼睛,那么,数控装置相当于人的大脑,伺服系统则相当于人的双手。这样,就不难看出这两大部分在数控车床中所处的重要位置了。

2.2数数控车床的工作过程

数控车床的工作过程。如下:

(1)首先根据零件加工图样进行工艺分析,确定加工方案、工艺参数和位移数据。(2)用规定的程序代码和格式规则编写零件加工程序单;或用自动编程软件进行CAD/CAM工作,直接生成零件的加工程序文件。

(3)将加工程序的内容以代码形式完整记录在信息介质(如穿孔带或磁带)上。(4)通过阅读机把信息介质上的代码转变为电信号,并输送给数控装置。由手工编写的程序,可以通过数控机床的操作面板输入程序;由编程软件生成的程序,通过计算机的串行通信接口直接传输到数控机床的数控单元(MCU)。

(5)数控装置将所接受的信号进行一系列处理后,再将处理结果以脉冲信号形式向伺服系统统发出执行的命令。

(6)伺服系统接到执行的信息指令后,立即驱动车床进给机构严格按照指令的要求进行位移,使车床自动完成相应零件的加工。

2.3控车床的分类

1.数控车床的分类

数控机床的分类有多种方式:(1)按机床数控运动轨迹划分

点位控制数控机床:指在刀具运动时,只控制刀具相对于工件位移的准确性,不考虑两点间的路径。如数控钻床。

点位直线控制数控机床:在点位控制的基础上,还要保证运动一条直线,且刀具在运动过程中还要进行切削加工。如数控车床。

轮廓控制数控机床:能对两个或更多的坐标运动进行控制(多坐标联动),刀具运动轨迹可为空间曲线。在模具行业这类机床应用最多,如三坐标数控铣或加工中心。(2)按伺服系统控制方式划分

开环控制机床:价格低廉,精度及稳定性差。

半闭环控制数控机床:精度及稳定性较高,价格适中。应用最普及。闭环控制数控机床:精度高,稳定性难以控制,价格高。

其它的分类方式还有:按同时控制的坐标轴数可划分为2.5轴数控机床和多轴数控机床。按数控功能水平可划分全功能数控机床、普及型数控机床和经济型数控机床等等。(3)数控车床与普通车床的主要区别就在于是否具有数控装置和伺服系统这两大部分。如果说,数控车床的检测装置相当于人的眼睛,那么,数控装置相当于人的大脑,伺服系统则相当于人的双手。这样,就不难看出这两大部分在数控车床中所处的重要位置了。

第 三 章

故障可能产生原因的理论分析

(1)数控机床自身故障

这类故障的发生是由于数控机床自身的原因所引起的,与外部使用环境条件无关.数控机床所发生的极大多数故障均属此类故障。(2)数控机床外部故障

这类故障是由于外部原因所造成的。供电电压过低、过高,波动过大:电源相序不正确或三相输入电压的不平衡;环境温度过高:有害气体、潮气、粉尘授入:外来振动和干扰等都是引起故障的原因。

此外,人为因素也是造成数控机床故障的外部原因之一,据有关资料统计,首次使用数控机床或由不熟练工人来操作数控机床,在使用的第一年,操作不当所造成的外部故障要占机床总故障的三分之一以上。主机故障主要表现为传动噪声大、加工精度差、运行阻力大、机械部件动作不进行、机械部件损坏等等。润滑不良、液压、气动系统的管路堵塞和密封不良,是主机发生故障的常见原因。数控机床的定期维护、保养.控制和根除“三漏”现象发生是减少主机部分故障的重要措施.

(3)电气控制系统故障 从所使用的元器件类型上.根据通常习惯,电气控制系统故障通常分为“弱电”故障和“强电”故障两大类: “弱电”部分是指控制系统中以电子元器件、集成电路为主的控制部分。数控机床的弱电部分包括CNC、PLC、MDI/C RT以及伺服驱动单元、输为输出单元等。“弱电”故障又有硬件故障与软件故障之分.硬件故障是指上述各部分的集成电路芯片、分立电子元件、接插件以及外部连接组件等发生的故障。软件故障是指在硬件正常情况下所出现的动作出锗、数据丢失等故障,常见的有.加工程序出错,系统程序和参数的改变或丢失,计算机

运算出错等。

“强电”部分是指控制系统中的主回路或高压、大功率回路中的继电器、接触器、开关、熔断器、电源变压器、电动机、电磁铁、行程开关等电气元器件及其所组成的控制电路。这部分的故障虽然维修、诊断较为方便,但由于它处于高压、大电流工作状态,发生故障的几率要高于“弱电”部分.必须引起维修人员的足够的重视。

第 四 章

数控机床的常见故障诊断分析

一 常见故障诊断分析

(1)位置环报警。可能是位置测量回路开路;测量元件损坏;位置控制建立的接口信号不存在等。

(2)坐标轴在没有指令的情况下产生运动。可能是漂移过大;位置环或速度环接成正反馈;反馈接线开路;测量元件损坏。

(3)机床坐标找不到零点。可能是零方向在远离零点;编码器损坏或接线开路;光栅零点标 记移位;回零减速开关失灵。

(4)机床动态特性变差,工件加工质量下降,甚至在一定速度下机床发生振动。这其中有很 大一种可能是机械传动系统间隙过大甚至磨损严重或者导轨润滑不充分甚至磨损造成的;对于电气控制系统来说则可能是速度环、位置环和相关参数已不在最佳匹配状态,应在机械故障基本排除后重新进行最佳化调整。

(5)偶发性停机故障。这里有两种可能的情况:一种情况是如前所述的相关软件设计中的问 题造成在某些特定的操作与功能运行组合下的停机故障,一般情况下机床断电后重新通电便会消失;另一种情况是由环境条件引起的,如强力干扰(电网或周边设备)、温度过高、湿度过大等。这种环境因素往往被人们所忽视,例如南方地区将机床置于普通厂房甚至靠近敞开 的大门附近,电柜长时间开门运行,附近有大量产生粉尘、金属屑或水雾的设备等等。这些因素不仅会造成故障,严重的还会损坏系统与机床,务必注意改善。二 维修排故后的总结提高工作

对数控机床电气故障进行维修和分析排除后的总结与提高工作是排故的第三阶段,也是十分重要的阶段,应引起足够重视。总结提高工作的主要内容包括:

(1)详细记录从故障的发生、分析判断到排除全过程中出现的各种问题,采取的各种

措施,涉 及到的相关电路图、相关参数和相关软件,其间错误分析和排故方法也应记录并记录其无效的原因。除填入维修档案外,内容较多者还要另文详细书写。

(2)有条件的维修人员应该从较典型的故障排除实践中找出常有普遍意义的内容作为研究课题 进行理论性探讨,写出论文,从而达到提高的目的。特别是在有些故障的排除中并未经由认真系统地分析判断而是带有一定地偶然性排除了故障,这种情况下的事后总结研究就更加必要。

(3)总结故障排除过程中所需要的各类图样、文字资料,若有不足应事后想办法补济,而且在 随后的日子里研读,以备将来之需。

(4)从排故过程中发现自己欠缺的知识,制定学习计划,力争尽快补课。(5)找出工具、仪表、备件之不足,条件允许时补齐。三 总结提高工作的好处是:

(1)迅速提高维修者的理论水平和维修能力。(2)提高重复性故障的数控机床心得体会维修速度。

(3)利于分析设备的故障率及可维修性,改进操作规程,提高机床寿命和利用率。(4)可改进机床电气原设计之不足。

(5)资源共享。总结资料可作为其他维修人员的参数资料、学习培训教材数

第 五 章

控机床各种故障维修方法列举

例1:一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,最好把机床的数控机床心得体会轴移到安全位置。此时再操作或断电后就不会出现问题。外部硬件操作引起的故障是数控修理中的常见故障。一般都是由于检测开关、液压系统、气动系统、电气执行元件、机械装置出现问题引起的。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,但并不能反映故障的真实原因。这时需根据报警信息和故障现象来分析解决。

例2:我厂一车削单元采用的是SINUMERIK840C系统。机床在工作时突然停机。显示主轴温度报警。经过对比检查,故障出现在温度仪表上,调整外围线路后报警消失。随

即更换新仪表后恢复正常。

例3:同样是这台车削中心,工作时CRT显示9160报警“9160 NO PART WITH GRIPPER 1 CLOSED VERIFY V14-5”。这是指未抓起工件报警。但实际上抓工件的机械手已将工件抓起,却显示机械手未抓起工件报警。查阅PLC图,此故障是测量感应开关发出的。经查机械手部位,机械手工作行程不到位,未完全压下感应开关引起的。随后调整机械手的夹紧力,此故障排除。

例4:一台立式加工中心采用FANUC-OM控制系统。机床在自动方式下执行到X轴快速移动时就出现414#和410#报警。此报警是速度控制OFF和X轴伺服驱动异常。由于此故障出现后能通过重新启动消除,但每执行到X轴快速移动时就报警。经查该伺服电机电源线插头因电弧爬行而引起相间短路,经修整后此故障排除。

例5:操作者操作不当也是引起故障的重要原因。如我厂另一台采用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。

第 六 章 心 得 体 会

近年来,随着计算机技术的发展,数字控制技术已经广泛应用于工业控制的各个领域,尤其是机械制造业中,由于数控化加工可以让机械加工行业朝高质量,高精度,高成品率,高效率方向发展,最重要的一点是还可以利用现有的普通车床,对其进行数控化改造,这样可以降低成本,提高效益。

数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化,使制造业成为工业化的象征,而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,他对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用,因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。在新的世纪里,科学技术必将以更快的速度发展,更快更紧密得融合到各个领域中,而这一切都将大大拓宽机械制造业的发展方向。

它的发展趋势可以归结为“四个化”:柔性化、灵捷化、智能化、信息化.即使工艺装备与工艺路线能适用于生产各种产品的需要,能适用于迅速更换工艺、更换产品的需要,使其与环境协调的柔性,使生产推向市场的时间最短且使得企业生产制造灵活多变的灵捷化,还有使制造过程物耗,人耗大大降低,高自动化生产,追求人的智能于机器只能高度结合的智能化以及主要使信息借助于物质和能量的力量生产出价值的信息化。

当然机械制造业的四个发展趋势不是单独的,它们是有机的结合在一起的,是相互依赖,相互促进的。同时由于科学技术的不断进步,也将会使它出现新的发展方向。作为社会发展的一个部分,它也将和其它的行业更广泛的结合。21世纪机械制造业的重要性表现在它的全球化、网络化、虚拟化、智能化以及环保协调的绿色制造等。它将使人类不仅要摆脱繁重的体力劳动,而且要从繁琐的计算、分析等脑力劳动中解放出来,以便有更多的精力从事高层次的创造性劳动,智能化促进柔性化,它使生产系统具有更完善的判断与适应能力。当然这一切还需要我们大家进一步的努力。

致 谢

非常感谢我的导师们在百忙之中,为我们下达毕业生通知及组织论文格式举例、毕业设计内容与要求等,并不辞辛苦的一个一个为我们发到邮箱里,还边教学边为我们指点及修改论文,老师们严谨细致、一丝不苟的工作作风是我们学习的楷模。在这里我对我的导师们以及协助我完成设计的所有人表示衷心的感谢!参考文献:

[1]罗良玲 刘旭波 《数控技术及应用》 北京:清华大学出版社 2005年 [2]朱晓春 《数控技术》 北京:机械工业出版社 2003年

[3]霍苏萍 《数控机床结构与编程》 北京:机械工业出版社 1997年 [4]王宝成 《数控机床实用教程》 天津:天津科技出版社 2000年

[5]张月楼 李英 《数控机床故障诊断与维修》 北京:机械工业出版社 2005年 [6]曹琰 《数控机床应用与维修》 北京:电子工业出版社 1994年 [7]解金榜 《MasterCAM》 北京:国家机械工业局 2000年 [8]王润孝,先进制造技术导论。北京:科学出版社。2004 [9] 蒋洪平 王建儒 《数控设备故障诊断与维修》北京理工大学出版社2006

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