数控机床故障诊断与维修

数控机床故障诊断与维修 班级： 学号： 姓名： 专业： 指导老师： 数控机床故障诊断与维修 一、数控机床故障诊断与维修的意义 我国自改革开放以来引进了不少先进的设备，这些设备对我国的技术人员来说是耳目一新的，其特点是以大规模集成电路为主的数字控制设备，其功能强、生产效率高，但是构造及控制复杂，尤其是电控部分。因此，在维修的理论、方法、手段上都应有很大的飞跃。 数控机床是集机、电、液、气、光一体化的现代技术装备，它与传统的机械装备相比，内容上虽然也包括机械、电气、液压与气动方面的故障，但就其维修的重点来说，则是侧重于电子系统、机械、气动乃至光学等方面的交叉点上。由于数控系统的种类繁多、结构各异、形式多变，给测试和监控带来了许多困难。 数控系统完全或部分丧失了系统规定的功能就称为故障。所谓系统故障诊断技术，就是在系统运行中或基本不拆卸的情况下，即可掌握系统先行状态的信息，查明产生故障部位和原因，或预知系统的异常和故障的动向，采取必要的措施和对策的技术。诊断的目的就是要确定故障的原因和部位，以便维修人员或操作人员尽快地进行故障的修复。 与普通机床相比较，数控机床不仅具有加工精度高、生产效率高、产品质量稳定、自动化程度高的特点，而且它还可以完成普通机床难以完成，或根本不能加工的复杂曲面零件加工，因而数控机床在机械制造业中的地位愈来愈重要。在机械制造业中，数控机床的档次和拥有量，是反映一个企业制造能力的重要标志。 我们应当认识到：在企业生产中，数控机床能否达到加工精度高、产品质量稳定、提高生产效率的目标，这不仅取决于基础本身的精度和性能，很大程度上也与操作者在生产中能否正确的对数控机床进行维护保养和使用密切相关。 我们还应注意到：数控机床维修的概念，不能单纯的理解为数控系统或数控机床的机械部分和其他部分在发生故障时，仅仅依靠维修人员排除故障和及时修复，使数控机床能尽早的投入使用就可以了，还应包括正确使用和日常保养工作。 综上所述：只有坚持做好数控机床的日常维护、保养工作，才可以延长元器件的使用寿命，延长机械部分的磨损周期，防止意外恶性事故的发生，争取数控机床长时间稳定工作；也能充分发挥数控机床的加工优势，达到数控机床的技术性能，确保数控机床能正常工作。因此，无论是对数控机床的操作者，还是数控机床的维修人员来说，数控机床的维护保养就显得非常重要，我们必须高度重视。

二、数控机床的组成 数控机床一般由输入装置、数控系统、伺服系统、测量环节和机床本体(组成机床本体的各机械部件)组成。如数控机床组成示意图所示。 1) 输入输出装置 操作面板 它是操作人员与数控装置进行信息交流的工具组成：按钮站/状态灯/按键阵列/显示器。下图为西门子的一款数控系统的操作面板， 控制介质 人与数控机床之间建立某种联系的中间媒介物就是控制介质，又称为信息载体。常用的控制价质有穿孔带、穿孔卡、磁盘和磁带。 人机交互设备 数控机床在加工运行时，通常都需要操作人员对数控系统进行状态干预，对输入的加工程序进行编辑、修改和调试，对数控机床运行状态进行显示等，也就是数控机床要具有人机联系的功能。具有人机联系功能的设备统称人机交互设备。 常用的人机交互设备有键盘、显示器、光电阅读机等。 2) 计算机数控（CNC）装置 数控装置是数控机床的中枢。CNC装置(CNC单元) 组成：计算机系统、位置控制板、PLC接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。 作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件(伺服单元、驱动装置和PLC等)，所有这些工作是由CNC装置内硬件和软件协调配合，合理组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。CNC装置是CNC系统的核心 3) 进给伺服驱动系统 进给伺服驱动系统由伺服控制电路、功率放大电路和伺服电动机组成。伺服驱动的作用，是把来自数控装置的位置控制移动指令转变成机床工作部件的运动，使工作台按规定轨迹移动或精确定位，加工出符合图样要求的工件，即把数控装置送来的微弱指令信号，放大成能驱动伺动电动机的大功率信号。 4) 机床电气控制 机床电气控制包括两个方面，可如图所示箭头所指的内容。PLC（可编程的逻辑控制器）用于完成与逻辑运算有关顺序动作的I/O控制，而机床I/O电路和装置则是用来 实现I/O控制的执行部件，由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等组成的逻辑电路； 5) 测量装置 数控机床中的反馈系统的工作，反馈系统的作用是通过测量装置将机床移动的实际位置、速度参数检测出来，转换成电信号，并反馈到CNC装置中，使CNC能随时判断机床的实际位置、速度是否与指令一致，并发出相应指令，纠正所产生的误差。在其它的控制领域，测量装置也有其应用，如下图所示的机械手，测量装置安装在数控机床的工作台或丝杠上，按有无检测装置，CNC系统可分为开环和闭环系统，而按测量装置安装的位置不同可分为闭环与半闭环数控系统。开环控系统无测量装置，其控制精度取决于步进电机和丝杠的精度，闭环数控系统的精度取决于测量装置的精度。因此，检测装置是高性能数控机床的重要组成部分。 6) 机床本体 数控机床的机械部件包括：主运动部件，进给运动执行部件，如工作台、拖板及其传动部件，床身、立柱等支承部件；此外，还有冷却、润滑、转位和夹紧等辅助装置。对于加工中心类的数控机床，还有存放刀具的刀库，交换刀具的机械手等部件。数控机床是高精度和高生产率的自动化加工机床，与普通机床相比，应具有更好的抗振性和刚度，要求相对运动面的摩擦因数要小，进给传动部分之间的间隙要小。所以其设计要求比通用机床更严格，加工制造要求精密，并采用加强刚性、减小热变形、提高精度的设计措施。辅助控制装置包括刀库的转位换刀、液压泵、冷却泵等控制接口电路。

三、数控机床故障诊断与维修的基本条件和步骤 数控机床是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、精密侧量技术和机床设计等先进技术的典型机电一体化产品，其控制系统复杂、价格昂贵，因此它对维修人员素质、维修资料的准备、维修仪器的使用等方面提出了比普通机床更高的要求这些要求主要包括以下几个方面。 维修人员的素质直接决定了维修效率和效果为了迅速、准确判断故障原因，并进行及时、有效的处理，恢复机床的动作、功能和精度作为数控机床的维修人员应具备以下方面的基本条件。 ⑴ 具有较广的知识面 由于数控机床通常是集机械、电气、液压、气动等干一体的加工设备，组成机床的各部分之间具有密切的联系，其中任何一部分发生故障均会影响其他部分的正常工作。数控机床维修的第一步是要根据故障现象，尽快判别故障的真正原因与故障部位，这一点即是维修人员必须具备的素质，但同时又对维修人员提出了很高的要求，它要求数控机床维修人员不仅仅要掌握机械、电气两个专业的基础知识和基础理论，而且还应该熟悉机床的结构与设计思想，熟悉数控机床的性能，只有这样，才能迅速找出故障原因，判断故障所在，此外，维修对为了对某些电路与零件进行现场测绘，作为维修人员还应当具备一定的工程制图能力。 ⑵ 善于思考 数控机床的结构复杂，各部分之间的联系紧密。故障涉及面广。而且在有些场合．故障所反映出的现象不一定是产生故障的根本原因。作为维修人员必须从机床的故障现象通过分析故障产生的过程，针对各种可能产生的原因由表及里，透过现象看本质，迅速找出发生故障的根本原因井予以排除。 通俗地讲，数控机床的维修人员从某种意义上说应“多动脑，慎动手’,，切忌草率下结论，自月更换元器件．特别是数控系统的模块以及印刷电路板 ⑶ 重视急结积累 数控机床的维修速度在很大程度上要依靠平时经验的积累，维修人员遇到过的问题、解决过的战障越多，其维修经验也就越丰富。数控机床虽然种类繁多，系统各异，但其基本的工作过程与原理却是和同的。因此，维修人员在解决了某故障以后，应对维修过程及处理方法进行及时总结、归纳．形成书面记录，以供今后同类故障维修参考。特别是对十自己时难以解决，最终由同行技术人员或专家维修解决的问题，尤其应该细心观察，认真记录，以便十提高。如此日积月累，以达到提高自身水平与素质的目的。 ⑷ 善于学习 作为数控机床维修人员不仅要注重分析与积累，还应当勤于学习，善于学习。数控机床，尤其是数控系统，其说明书内容通常都较多，有操作、编程、连接、安装调试、维修手册、功能说明、PLC编程等。这些手册、盗料少则数十万字．多到上千万字，要全面掌握系纹的全部内容绝非一日之功而民在实际维修时，通常也不可能有太多的时间对说明书进行全面、系统的学习。 因此，作为维修人员要像了解机床、系统的结构那样全面了解系统说明书的结构、内容、范围井根据实际需要，精读某些与维修有关的重点章节，理清思路、把握重点、详略得当切忌大海捞针、无从下手。 ⑸ 具备外语基础与专业外语基础 虽然目前国内生产数控机床的厂家已经日益增多，但数控机床的关键部分 ― 数控系统还主要依靠进口，其配套的说明书、资料往往使用原文资料数控系统的报警文本显示亦以外文居多。为了能迅速根据系统的提示与机床说明书中所提供信息，确认故障原因，加快维修进程，作为一个维修人员，最好能具备专业外语的阅读能力，提高外语水平，以便分析、处理问题。 ⑹ 能熟练操作机床和使用维修仪器数控机床的维修离不开实际操作，特别是在维修过程中．维修人员通常要进入一般操作者无法进行的特殊操作方式．如：进行机床参数的设定与调整通过计算机以及软件联机调试利用PLC编程器监控等。此外，为了分析判断故障原因维修过程中往往还需要编制相应的加工程序，对机床进行必要的运行试验与工件的试切削。因此，从某种意义上说，一个高水平的维修人员，其操作机床的水平应比操作人员更高，运用编程指令的能力应比编程人员更强。 ⑺ 具有较强的动手能力 动手是维修人员必须具备的素质。但是，对于维修数控机床这样约精密、关键设备，动手必须有明确的目的、完整的思路、细致的操作。动手前应仔细思考、观察，找准入手点动手过程中更要做好记录，尤其是对于电气元件的安装位置、导线号、机床参数、调整值等都必须做好明显的标记，以便恢复。维修完成后，应做好“收尾“工作，如：将机床、系统的罩壳、紧固件安装到位；将电线、电缆整理整齐等。 在系统维修时应特别注意：数控系统中的某些模决是需要电池保持参教的，对于这些板于和模块切忌随使插拔；更不可以在不了解元器得州乍用的情况下随意调换数控系统、伺服驱动等部件中的器件、设定端子：任意调整电位器位1，任意