数控机床的故障分析及消除措施 数控论文.doc

数控机床故障诊断论文院系班级姓名学号日期题目数控机床的故障分析及消除措施摘要本文主要研究数控机床故障分析及消除措施的相关内容从数控机床故障诊断的基础内容谈起介绍数控机床故障规律故障诊断的一般步骤及方法接着讲述数控机床的常见故障包括机械故障伺服系统故障等电气故障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从而得知数控机床维修是一门复杂的技术要熟悉数控机床的各个部分理论加实践提高工作效率关键词数控机床故障诊断维修目录引言数控机床故障诊断数控机床的故障规律数控机床故障诊断的一般步骤数控机床的常用检修方法2数控机床常见故障诊断与维修数控机床机械结构故障诊断与维修常见伺服系统故障及诊断数控机床故障诊断方法数控机床常见故障诊断及维修实例结论参考文献引言数控机床是一种高效的自动化机床他综合了计算机技术自动化技术伺服驱动精密测量和精密机械等各个领域的新的技术成果是一门新兴的工业控制技术由于其经济性能好生产效益高在生产上处于越来越重要的地位为了提高机床的使用率提高系统的有效度结合工作实际浅谈一下数控系统故障处置和维修的一般方法以提高数控机床的维修技术数控机床故障诊断21数控机床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图1所示的浴盆曲线表示在整个使用寿命期根据数控机床的故障频度大致分为3个阶段即早期故障期偶发故障期和耗损故障期早期故障期早期故障期的特点是故障发生的频率高但随着使用时间的增加迅速下降偶发故障期数控机床在经历了初期的各种老化磨合和调整后开始进入相对稳定的正常运行期在这个阶段故障率低而且相对稳定近似常数偶发故障是由于偶然因素引起的耗损故障期耗损故障期出现在数控机床使用的后期其特点是故障率随着运行时间的增加而升高出现这种现象的基本原因是由于数控机床的零部件及电子元器件经过长时间的运行由于疲劳磨损老化等原因寿命已接近衰竭从而处于频发故障状态数控机床故障诊断的一般步骤无论是处于哪一个故障期数控机床故障诊断的一般步骤都是相同的当数控机床发生故障时除非出现危险及数控机床或人身安全的紧急情况一般不要关断电源要尽可能地保持机床原来的状态不变并对出现的一些信号和现象做好记录这主要包括故障现象的详细记录故障发生的操作方式及内容故障号及故障指示灯的显示内容故障发生时机床各部分的状态与位置故障诊断一般按下列步骤进行1详细了解故障情况例如当数控机床发生颤振振动或超调现象时要弄清楚是发生在全部轴还是某一轴如果是某一轴是全程还是某一位置是一运动就发生还是仅在快速进给状态某速度加速或减速的某个状态下发生为了进一步了解故障情况要对数控机床进行初步检查并着重检查荧光屏上的显示内容控制柜中的故障指示灯状态指示灯等当故障情况允许时最好开机试验详细观察故障情况2根据故障情况进行分析缩小范围确定故障源查找的方向和手段对故障现象进行全面了解后下一步可根据故障现象分析故障可能存在的位置有些故障与其他部分联系较少容易确定查找的方向而有些故障原因很多难以用简单的方法确定出故障源的查找方向这就要仔细查阅数控机床的相关资料弄清与故障有关的各种因素确定若干个查找方向并逐一进行查找3由表及里进行故障源查找故障查找一般是从易到难从外围到内部逐步进行所谓难易包括技术上的复杂程度和拆卸装配方面的难易程度技术上的复杂程度是指判断其是否有故障存在的难易程度在故障诊断的过程中首先应该检查可直接接近或经过简单的拆卸即可进行检查的那些部位然后检查需要进行大量的拆卸工作之后才能接近和进行检查的那些部位23数控机床的常用检修方法数控机床是涉及多个应用学科的十分复杂的系统加之数控系统和机床本身的种类繁多功能各异不可能找出一种适合各种数控机床各类故障的通用诊断方法这里仅对一些常用的一般性方法作以介绍这些方法互相联系在实际的故障诊断中对这些方法要综合运用根据报警号进行故障诊断计算机数控系统大都具有很强的自诊断功能当机床发生故障时可对整个机床包括数控系统自身进行全面的检查和诊断并将诊断到的故障或错误以报警号或错误代码的形式显示在上报警号错误代码一般包括下列几方面的故障或错误信息程序编制错误或操作错误存储器工作不正常伺服系统故障可编程控制器故障连接故障温度压力液位等不正常行程开关或接近开关状态不正确利用报警号进行故障诊断是数控机床故障诊断的主要方法之一如果机床发生了故障且有报警号显示于上首先就要根据报警号的内容进行相应的分析与诊断当然报警号多数情况下并不能直接指出故障源之所在而是指出了一种现象维修人员就可以根据所指出的现象进行分析缩小检查的范围有目的地进行某个方面的检查根据控制系统灯或数码管的指示进行故障诊断控制系统的发光二极管或数码管指示是另一种自诊断指示方法如果和故障报警号同时报警综合二者的报警内容可更加明确地指示出故障的位置在上的报警号未出现或不亮时或数码管指示就是唯一的报警内容了例如系统的主电路板上有一个七段数码管在电源接通后系统首先进行自检这时数码管的显示不断改变最后显示而停止说明系统正常如果停止于其他数字或符号上则说明系统有故障且每一个符号表示相应的故障内容维修人员就可根据显示的内容进行相应的检查和处理根据机床参数进行故障诊断机床参数也称为机床常数是通用的数控系统与具体的机床相匹配时所确定的一组数据它实际上是程序中未定的数据或可选择的方式机床参数通常存于中由厂家根据所配机床的具体情况进行设定部分参数还要通过调试来确定机床参数大都随机床以参数表或参数纸带的形式提供给用户由于某种原因如误操作参数纸带不良等存于中的机床参数可能发生改变甚至丢失而引起机床故障在维修过程中有时也要利用某些机床参数对机床进行调整还有的参数须要根据机床的运行情况及状态进行必要的修正因此维修人员对机床参数应尽可能地熟悉理解其含义只有在理解的基础上才能很好地利用它才能正确地进行修正而不致产生错误用诊断程序进行故障诊断诊断程序一般分为三套即启动诊断在线诊断或称后台诊断和离线诊断启动诊断指从每次通电开始至进入正常的运行准备状态止内部诊断程序自动执行的诊断一般情况下数秒之内即告完成其目的是确认系统的主要硬件可否正常工作主要检查的硬件包括存储器单元等印刷板或模块单元阅读机软盘单元等装置或外设若被检测内容正常则显示表明系统已进入正常运行的基本画面一般是位置显示画面否则将显示报警信息在线诊断是指在系统通过启动诊断进入运行状态后由内部诊断程序对及与之相连接的外设各伺服单元和伺服电机等进行的自动检测和诊断只要系统不断电在线诊断也就不会停止在线诊断的诊断范围大显示信息的内容也很多一台带有刀库和台板转换的加工中心报警内容有五六百条离线诊断是利用专用的检测诊断程序进行的旨在最终查明故障原因精确确定故障部位的高层次诊断离线诊断的程序存储及使用方法一般不相同其他诊断方法备板置换法替代法用同功能的备用板替换被怀疑有故障的模板故障被排除或范围缩小注意断电状态下选择开关跨线一致只改变模板将功能相同的模板或单元相互交换观察故障的转移情况就能快速判断故障的部位敲击法数控系统是由各种电路板组成电路板上接插件等处有虚焊或接口槽接触不良都会引起故障可用绝缘物轻轻敲打疑点处若出现则敲击处很可能就是故障部位升温法设备运行较长时间或环境温度较高时机床就会出现故障可用电吹风红外灯照射可疑的元件或组件确定故障点功能程序测试法当数控机床加工造成废品而无法确定是编程操作不当还是数控系统故障时或是闲置时间较长的数控机床重新投入使用时将功能的全部指令编写一个试验程序并运行在这台机床可快速判断哪个功能不良或丧失隔离法隔离法是将某些控制回路断开从而达到缩小查找故障区域的目的例某加工中心在方式下进给平稳但自动则不正常首先要确定是故障还是伺服系统故障先断开伺服速度给定信号用电池电压作信号故障依旧说明系统没有问题进一步检查是轴夹紧装置出故障测量比较法为了检测方便在模板或单元上设有检测端子用万用表示波器等仪器对这些端子的电平或波形进行测试将测试值与正常值进行比较可以分析和判断故障的原因和及故障的部位各种故障诊断方法各有特点要根据故障现象的特点灵活的组合应用数控机床常见故障诊断与维修数控机床机械结构故障诊断与维修进给运动系统滚珠丝杠螺母副的故障诊断丝杠螺母润滑不良分油器是否分油油管是否堵塞滚珠丝杠副噪声滚珠丝杠轴承压盖压合不良滚珠丝杠润滑不良滚珠破损电动机与滚珠丝杠联轴器松动刀架刀库及换刀装置故障诊断转塔刀架没有抬起动作控制系统是否有指令输出信号抬起电磁铁断线或抬起阀杆卡死压力不够抬起液压缸研损或密封损坏与转塔抬起联接的机械部分研损转塔不正位转位盘上的撞块与选位开关松动使转塔到位时传输信号超期或滞后上下联接盘与中心轴花键间隙过大产生位移偏差大落下时易碰牙顶引起不到位转位凸轮与转位盘间隙过大凸轮在轴上窜动转位凸轮轴的轴向预紧力过大或有机械干涉转塔转位不停两计数开关不同时计数或复置开关损坏转塔上的电源断线刀具不能夹紧风泵气压不足增压漏气刀具卡紧液压缸漏油刀具松卡弹簧上的螺丝母松动刀具夹紧后不能松开松锁刀的弹簧压力过紧刀套不能夹紧刀具检查刀套上的调节螺母机械手换刀速度过快气压太高或节流阀开口过大换刀时找不到刀刀位编码用组合行程开关接近开关等元件损坏接触不好或灵敏度降低液压与气动系统故障诊断液压泵有异常噪声或压力下降油量不足滤油器露出油面吸油管吸入空气回油管高出油面空气进入油池进油口滤油器容量不足滤油器局部堵塞液压泵转速过高或液压泵装反液压泵与电动机联接同轴度差定子和叶片磨损轴承和轴损坏泵与其他机械共振液压泵发热油温过高液压泵工作压力超载吸油管和系统回油管距离太近油箱油量不足摩擦引起机械损失泄漏引起容积损失压力过高系统及工作压力低运动部件爬行泄漏尾座顶不紧或不运动压力不足液压缸活塞拉毛或研损密封圈损坏液压阀断线或卡死套筒研损导轨润滑不良分油器堵塞油管破裂或渗漏没有气体动力源油路堵塞滚珠丝杠润滑不良分油管是否分油油管是否堵塞常见伺服系统故障及诊断伺服超差机床的实际进给值与指令值之差超过限定的允许值检查控制系统与驱动放大模块之间控制系统与位置检测器之间驱动放大器与伺服电机之间的边线是否正确可靠检查位置检测器的信号及相关的转换电路是否有问题检查驱动放大器电压是否有问题检查电动机轴与传动机械间是否配合良好是否有松动或间隙存在检查位置环增益是否符合要求若不符合要求对有关的电位器应予以调整机床停止时有关进给轴振动检查高频脉动信号并观察其波形及振幅若不符合应调节有关电位器检查伺服放大器速度环的补偿功能若不符合应调节补偿用电位器检查位置检测用编码盘的轴联轴节齿轮系是否啮合良好机床运行时声音不好有摆动现象检查测速发电机换向器表面是否光滑清洁电刷与换向器间是否接触良好检查伺服放大器速度环的补偿功能若不符合应调节补偿用电位器检查伺服放大器位置环增益是否符合要求若不符合要求对有关的电位器应予以调整检查位置检测器与联轴节间的装配是否有松动检查由位置检测器来的反馈信号的波形及转换后的波形幅度飞车现象位置传感器或速度传感器的信号反相或者是电枢线接反了即整个系统不是负反馈而变成正反馈了速度指令给的不正确位置传感器或速度传感器的反馈信号没有接或者是有接线断开控制系统或伺服控制板有故障电源板有故障而引起的逻辑混乱所有的轴均不运动用户保护性锁紧如急停制动或有关运动的相应开关位置不正确主电源熔丝断由于过载保护用断路器动作或监控用继电器的触点未接触好电动机过热滑板运行时摩擦力或阻力太大热保护继电器脱扣电流设定错误励磁电流太低或永磁式电动机失磁时为获得所需力矩也可引起电枢电流增高而使电动机发热切削条件恶劣运动夹紧制动装置没充分释放齿轮传动系损坏或传感器有问题电机本身内部匝间短路而引起的过热带风扇冷却的电动机风扇坏机床定位精度不准滑板运行时阻力太大位置环的增益或速度环的低频增益太低机械传动部分有反向间隙位置环或速度环的零点平衡调整不合理接地屏蔽不好或电缆布线不合理零件加工表面粗糙检查测速发电机换向器的表面光滑状况及电刷的磨合状况检查高频脉冲波形的振幅频率及滤波形状检查切削条件是否合理刀尖是否损坏检查机械传动的反向间隙检查位置检测信号的振幅检查机床的振动状况如机床水平状态地基主轴旋转时有否振动等数控机床故障诊断的方法根据报警信号诊断故障数控系统的故障报警信息为用户提供排除故障的信息根据动作顺序诊断故障数控机床上刀具及托盘等装置的自动交换动作都是按一定的顺序来完成因此观察机械装置的运动过程比较故障和正常时的情况就可发现疑点诊断出故障原因根据控制对象的工作原理诊断故障数控机床的程序是按照控制对象的工作原理设计的通过对控制对象工作原理的分析结合的状态是诊断故障很有效的方法根据的状态诊断故障在数控机床中输入输出信号的传递一般要通过的接口来实现因此一些故障会在的接口通道上反映出来数控机床的这个特点为故障诊断提供了方便如果不是数控系统硬件故障可以不必查看梯形图和有关电路图通过查询的通常状态和故障状态来进行诊断另外一种简单实用的方法就是将数控机床的输入输出状态列表通过比较通常状态和故障状态就能迅速诊断出故障部位通过梯形图诊断故障根据的梯形图来分析和诊断故障是解决数控机床外围故障的基本方法如果采用这种方法诊断机床故障首先应该查清机床的工作原理动作顺序和连锁关系然后利用系统的自诊断功能或通过机外编程器根据梯形图查看相关的输入输出及标志的状态以确定故障原因动态跟踪梯形图诊断故障有些发生故障时查看输入输出及标志状态均为正常此时必须通过动态跟踪实时跟踪输入输出及标志状态的瞬间变化根据动作原理作出诊断综上所述故障诊断的要点是要了解数控机床各部分检测开关的安装位置如加工中心的刀库机械手和回转工作台数控车床的旋转刀架和尾架机床的气液压系统中的限位开关接近开关和压力开关等要清楚检测开关作为输入信号的标志要了解执行机构的动作顺序如液压缸气缸的电磁换向阀等要清楚对应的输出信号标志要了解各种条件标志如启动停止限位夹紧和放松等标志信号借助编程器跟踪梯形图的动态变化分析故障的原因根据机床的工作原理作出正确的诊断数控机床常见故障诊断及维修实例主轴出现噪声的故障维修故障现象主轴噪声较大主轴无载荷情况下负载表指示超过分析诊断首先检查主轴参数设定包括放大器型号电动机型号及伺服增益等在确认无误后则将检查重点放在机械侧发现主轴轴承损坏经更换轴承后在脱开机械侧的情况下检查主轴电动机旋转情况发现负载表指示已正常但仍有噪声随后讲主轴参数号设定为即让主轴驱动系统开环运行结果噪声消失说明速度检测元件有问题经检查发现安装不正调整位置之后再运行主轴电动机噪声消失机床能正常工作丝杠窜动引起的故障维修故障现象卧式加工中心启动液压后手动运行轴时液压自动中断显示报警驱动失效其他各轴正常分析诊断该故障涉及电气机械液压等部分任一环节有问题均可导致驱动失效因此检查的顺序大致如下伺服驱动装置电动机及测量器件电动机与丝杠连接部分液压平衡装置开口螺母和滚珠丝杠轴承其他机械部分检查驱动装置外部接线及内部元器件的状态良好电动机与测量系统正常拆下轴液压抱闸后情况同前将电动机与丝杠的同步传动带脱离手摇轴丝杠发现丝杠上下窜动拆开滚珠丝杠上轴承座正常拆开滚珠丝杠下轴承座后发现轴向推力轴承的紧固螺母松动导致滚珠丝杠上下窜动由于滚珠丝杠上下窜动造成伺服电动机转动带动丝杠空转约一圈在数控系统中当指令发出后测量系统应有反馈信号若间隙的距离超过了数控系统所规定的范围即电动机空走若干个脉冲后光栅尺无任何反馈信号则数控系统必报警导致驱动失效机床不能运行拧好紧固螺母滚珠丝杠不再窜动则故障排除刀架刀库换刀装置的故障维修故障现象某加工中心采用凸轮机械手换刀换刀过程中动作中断发出号报警显示机械手伸出故障分析诊断根据报警内容机床是因为无法执行下一步从主轴和刀库中拔出刀具而使换刀过程中断并报警机械手未能伸出完成从主轴和刀库中拔刀动作产生故障的原因可能有松刀感应开关失灵在换刀过程中各动作的完成信号均由感应开关发出只有上一动作完成后才能进行下一动作第三步为主轴松刀如果感应开关未发信号则机械手拔刀就不会动作检查两感应开关信号正常松刀电磁阀失灵主轴的松刀是由电磁阀接通液压缸来完成的如电磁阀失灵则液压缸未进油刀具就松不了检查主轴的松刀电磁阀动作均正常松刀液压缸因液压系统压力不够或漏油而不动作或行程不到位检查刀库松刀液压缸动作正常行程到位打开主轴箱后罩检查主轴松刀液压缸发现已到达松刀位置油压也正常液压缸无漏油现象机械手系统有问题建立不起拔刀条件其原因可能是电动机控制电路有问题检查电动机控制电路系统正常刀具是靠碟形弹簧通过拉杆和弹簧卡头将刀具柄尾端的拉钉拉紧的松刀时液压缸的活塞杆顶压顶杆顶杆通过空心螺钉推动拉杆一方面使弹簧卡头松开刀具的拉钉另一方面又顶动拉钉使刀具右移而在主轴锥孔中变松主轴系统不松刀的原因可能有以下几点刀具尾部拉钉的长度不够致使液压缸虽已运动到位而仍未将刀具顶松拉杆尾部空心螺钉位置起了变化使液压缸行程满足不了松刀的要求顶杆出了问题已变形或磨损弹簧卡头出故障不能张开主轴装配调整时刀具移动量调的太小致使在使用过程中一些综合因素导致不能满足松刀条件处理方法拆下松刀液压缸检查发现这一故障系制造装配时空心螺钉的伸出量调的太小故松刀液压缸行程到位而刀具在主轴锥孔中压出不够刀具无法取出调整空心螺钉的伸长量保证在主轴松刀液压缸行程到位后刀柄在主轴锥孔中的压出量为经以上调整后故障可排除结论本文从数控机床故障的产生论述到数控机床故障的解决可以清楚地知道数控机床是技术含金量很高的设备在使用过程中要严格遵照使用要求设备出现问题后要及时冷静地进行故障诊断寻找合适的方法解决问题机床修理人员要注重实践在实践中不断提高自己的水平要多问多阅读多观察多思考多实践多讨论交流多总结只有当自身的水平提高了数控机床的修理过程才能更迅速才能更好地提高工作效率多创效益参考文献蒋洪平数控设备故障诊断与维修北京北京理工大学出版社严峻数控机床常见故障快速处理问北京机械工业出版社郑小年杨克冲数控机床故障诊断与维修武汉华中科技大学出版社王润孝秦现生机床数控原理与系统第版西安西北工业大学出版社