典型机床维修技术.doc

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典型机床维修技术

典型机床维修技术

年 级: 2005级
学 号: 20051035
姓 名: *****
专 业: 机械制造及其自动化
指导老师: @@@@@

摘 要
故障诊断技术已经有 30 多年的发展历史,但作为一门综合性新学科《故障 诊断学》,还是近些年发展起来的。从不同的角度出发,设备故障诊断的理论和 方法很多,其中故障诊断专家系统方法是近年来故障诊断领域最显著的成就之 一,其内容包括诊断知识的表达、 诊断推理方法、 不确定性推理及诊断知识的获 取等。 电子技术的发展以及国内数控装置的发展使得数控装置的价格走低,特别 是经济型数控车系统的价格已经是到达了它的最低点。经济型数控车床在中国 的机械加工行业中得到了迅速普及,使得我国机械加工水平无论在加工质量方 面还是在加工效率方面也得到了迅速提高。 但是随着机床使用时间的延长,数控 机床会出现这样或那样的故障,本文就以经济型数控机床的常见故障为例,谈了 一些解决的办法。

关键词：典型机床 检测 维修。

目录
摘要………………………………………………………………………2
引言 …………………………….................................….4
一.数控机床故障的诊断研究意义所在……………………………..… 5
二、现代故障诊断技术概述…………………………………………... 5
2.1 故 障 诊 断 主 要 内 容 …………………………………… 5
2.2 数控机床故障诊断常用的方法………………………………… 5
2.3 数控机床故障诊断技术发展趋势……………………………… 6
三、 数控机床故障的诊断展望……………………………………...… 6
四、 换刀装置故障…………………………………………………...… 6
五、 稳压电源故障 ………………………………………………….… 7
六、 系统程序锁故障……………………………………………………8
七、结束语………………………………………………………………8

参考文献………………………………………………………..………9

致谢………………………………………………………………..……10

引言
数控机床的身价从几十万元到上千万元， 一般都是企业中关键产品关键工 序的关键设备，一旦故障停机，其影响和损失往往很大。但是，人们对这样的 设备往往更多地是看重其效能而不仅对合理地使用不够重视，更对其保养及 维修工作关注太少，日常不注意对保养与维修工作条件的创造和投入，故障出 现临时抱佛脚的现象很是普遍。因此，为了充分发挥数控机床的效益，我们一 定要重视维修工作，创造出良好的维修条件。由于数控机床日常出现的多为电 气故障，所以电气维修更为重要。 科学技能的发展，对机械产品提出了高精度、高庞大性的要求，并且产品 的更新换代也在加快，这对机床装备不仅提出了精度和效率的要求，并且也对 其提出了通用性和矫捷性的要求。数控机床就是针对这种要求而孕育发生的一 种新型自动化机床。数控机床集微电子技能、计算机技能、自动节制技能要以及伺服驱动技能、紧密机械技能于一体，是高度机电一体化的典型产品。它自己又 是机电一体化的重要构成部门，是现代机床技能水平的重要标记。数控机床表 现了当前世界机床技能前进的主流，是权衡机械打造工艺水平的重要指标，在 柔性生产和计较机集成打造等进步先辈打造技能中起着重要的根蒂根基核心效 用。因此，怎样更好的使用数控机床是一个很重要的问题。由于数控机床是一 种价格昂贵的紧密装备，因此，其维护更是不容忽视。

一、数控机床故障的诊断研究意义所在
故障诊断始于机械设备故障诊断,主要指制造设备和制造过程的状态监测 与故障诊断。制造设备主要指加工机床、夹具、量具和刀具;制造过程指制造工 艺过程、工艺参数。机械设备运行时的状态监测与故障诊断包含两方面内容: 一是对设备的运行状态进行监测;二是在发现异常情况后对设备的故障进行分 析、诊断。 设备故障诊断是随设备管理和设备维修发展起来的。欧洲各国在欧洲维修 团体联盟(FENMS)推动下,主要以英国倡导的设备综合工程学为指导;美国以后 勤学为指导;日本吸收二者特点,提出了全员生产维修(TPM)的观点。 美国自 1961 年开始执行阿波罗计划后,出现一系列因设备故障造成的事故, 导致 1967 年在美国宇航局(NASA)倡导下,由美国海军研究室(ONR)主持成立了 美国机械故障预防小组(MFPG),并积极从事技术诊断的开发。 美国诊断技术在航 空、航天、军事、核能等尖端部门仍处于世界领先地位。 英国在上世纪 60-70 年代,以机器保健和状态监测协会(MHMG&;CMA)为最先 开始研究故障诊断技术,在摩擦磨损、 汽车和飞机发电机监测和诊断方面具领先 地位。 日本的新日铁自 1971 年开发诊断技术,1976 年达到实用化。日本诊断技术 在钢铁、化工和铁路等部门处领先地位。 我国在故障诊断技术方面起步较晚,1979 年才初步接触设备诊断技术,近年 来得到迅速发展。 目前国内对装备的故障诊断技术,尤其是板级故障诊断技术的 研究有了较大的进展。 经过二十多年的研究与发展,我国的故障诊断技术己广泛应用于军工、化工、工业制造等领域,如数控机床、汽车、发电、船舶、飞机、 卫星、核反应堆等。
二、现代故障诊断技术概述
2.1 故障诊断主要内容
故障诊断的实质是在诊断对象出现故障的前提下,通过来自外界或系统本 身的信息输入,经过处理,判断出故障种类,定为故障部位(元部件),进而估计出 故障可能时间、严重程度、故障原因等,甚至还可以提供评价、决策以及进行维 修的建议。现代故障诊断的主要内容应包括实时监测技术,故障分析(诊断)技术和故 障修复方法三个部分。从信息获取到故障定位,再到故障的排除,作为单独的技 术领域发展的同时,又作为故障诊断的技术共同协调发展。
2.2 数控机床故障诊断常用的方法
(1) 直观法由维修人员利用感觉器官,观察故障发生时的各种声、光、味 等异常现象,查看 CNC 机床系统的各个模块和线路,有无烧毁和损伤痕迹,迅速 将故障范围缩小到一个模块或一块印刷线路板。 这是一种最基本和常用的方法。
(2)CNC 系统自诊断法。数控系统的自诊断功能,已经成为衡量数控系统性 能的重要指标,数控系统的自诊断功能实时监视数控系统的工作状态。 一旦发生 异常情况,立即在 CRT 上显示报警信息,或通过发光二极管指示故障的原因、故 障模块,这是 CNC 机床故障诊断维修中最有效和直接的一种方法。
(3)功能程序测试法。 功能程序测试法就是将数控系统的常用功能和特殊功 能用手工编程或自动编程的方法,编制成一个功能测试程序,送入数控系统,然 后让数控系统运行这个测试程序,借以检查机床执行这些功能的准确性和可靠 性,进而判断出故障发生可能的部位和故障原因。
(4)模块交换法。所谓模块交换法就是在分析出故障大致起因的情况下,利用备 用的印刷线路板、 模板、 集成电路芯片或元件替换有疑点的部分,将功能相同的 模板或单元相互交换,观察故障的转移情况,从而快速判断故障部位的方法。
(5)原理分析法。根据 CNC 组成原理,从系统各部件的工作原理着手进行分 析和判断,从逻辑关系上分析电路故障疑点的逻辑电平和特征参数,从而确定故 障部位的方法。 这种方法对维修人员要求很高,必须熟悉整个系统或每个部件的 工作原理,才能对故障部位进行定位。
(6)PLC 程序法。根据 PLC 报警信息,查阅有关 PLC 程序,对照报警点相应的模块程序,比较相关 I/O 元件的逻辑状态,判断故障。 数控机床的故障诊断的方法还有参数检查法、测量比较法、敲击法、局部 升温法、隔离法和开环检测法等,这些方法各有特点,维修时常同时采用几种方 法综合运用,分析并逐步缩小故障范围,以达到排除故障的目的。
2.3 数控机床故障诊断技术发展趋势
(1) 针对数控车床不完整信息和不精确信息的处理利用,更强调信息融合策 略和处理技术,知识的表示方法;
(2)针对现代数控设备复杂化、 集成化、 自动化 程度的提高以及可持续工作能力和可靠性要求的提高,更强调多智能技术的融 合,系统级诊断技术,混合智能诊断技术的研究;
(3)针对专家系统知识获取的瓶 颈问题,更强调自适应能力和自学习能力的研究,在线诊断技术、多传感器技术 的研究。
三、数控机床故障的诊断展望
数控机床的故障诊断一直是困扰操作、维修人员的难题。由于数控机床的 安全性和工作可靠性对于生产单位的效益直接产生很大的影响,专家系统在故 障诊断领域中的应用,实现了基于人类专家经验知识的设备与系统故障诊断技 术。 CNC 机床作为一个复杂多变的非线性系统,充分考虑自然情况的变化以及 人为误操作,如何结合模糊技术以及人工智能方面的优点,总结出更加智能的故 障诊断方法,将是以后需要努力的方向。 随着设备自动化的进一步提高,其故障诊断也变得更加的复杂,特别是对于工程机械来说,要解决作业过程中的所有故障是十分困难的。鉴于此情况,在技 术实力雄厚的科研院所建立远程故障诊断系统,通过 Internet 与工程机械操作 现场连接,建立一个实时故障检测系统,及时地发现作业过程的故障,迅速地进 行诊断。在本地的故障诊断系统无法解决时,利用 Internet 访问远程故障诊断 中心,通过技术实力雄厚的科研院所来解决这些故障,及时地恢复生产,也有效 地实现了技术资源共享,因此基于 Internet 的远程故障诊断系统将是一个重要的发展方向。
四、换刀装置故障
数控车换刀一般的过程是:换刀电机接到换刀信号后,通过蜗轮蜗杆减速带 动刀架旋转,由霍尔元件发出刀位信号,数控系统再利用这个信号与目标值进行 比较以判断刀具是否到位。 刀换到位后,电机反转缩紧刀架。 在我维修数控车的 过程中遇到了以下几个故障现象。 故障一:一台四刀位数控车床,发生一号刀位找不到,其它刀位能正常换刀的故障现象。 故障分析:由于只有一号刀找不到刀位,可以排除机械传动方面的问题,确 定就是电气方面的故障。 可能是该刀位的霍尔元件及其周围线路出现问题,导致 该刀位信号不能输送给 PLC。对照电路图利用万用表检查后发现:1 号刀位霍尔 元件的 24V 供电正常,GND 线路为正常,T1 信号线正常。因此可以断定是霍尔元 件损坏导致该刀位信号不能发出。 解决办法:更换新的霍尔元件后故障排除,一号刀正常找到。 故障二:一台六刀位数控车床,换刀时所有刀位都找不到,刀架旋转数周后 停止,并且数控系统显示换刀报警:换刀超时或没有信号输入。 故障分析查找:对于该故障,仍可以排除机械故障,归咎于电气故障所致。 产 生该故障的电气原因有以下几种:1.磁性元件脱落;2.六个霍尔元件同时全部损 坏;3.霍尔元件的供电和信号线路开路导致无电压信号输出。 其中以第三种原因 可能性最大。 因此找来电路图,利用万用表对霍尔元件的电气线路的供电线路进 行检查。结果发现:刀架检测线路端子排上的 24V 供电电压为 0V,其它线路均正 常。以该线为线索沿线查找,发现从电气柜引出的 24V 线头脱落,接上后仍无反 应。由此判断应该是该线断线造成故障。 解决办法:利用同规格导线替代断线后,故障排除。 故障三:一台配有 FANUC-0imate 系统大连机床厂的六刀位车床,选刀正常 但是当所选刀位到位之后不能正常锁紧。系统报警:换刀超时。 故障分析查找:刀架选刀正常,正转正常,就是不能反向锁紧。 说明蜗轮蜗杆 传动正常,初步定为电气线路问题。在机床刀架控制电气原理图上,发现刀具反 向锁紧到位信号是由一个位置开关来控制发出的,是不是该开关即周围线路存 在问题呢?为了确认这个故障原因,打开刀架的顶盖和侧盖,利用万用表参照电路图检查线路,发现线路未有开路和短路,通过用手按动刀架反向锁紧位置开关, 观察梯形图显示有信号输入,至此排除电气线路问题。 推断可能是挡块运动不到 位,位置微动开关未动作。 于是重新换刀一次来观察一下,结果发现:果然挡块未 运动到位。于是把挡块螺栓拧紧,试换刀一次正常。再换一次刀,原故障又出现 了,同时发现蜗杆端的轴套打滑并且爬升现象。 难道是它造成了电机反转锁紧时 位置开关的挡块不能到位?于是把该轴套进行了轴向定位处理,将刀架顶盖装 好。结果刀架锁紧正常了。 解决办法:对轴套进行轴向定位故障解决。
五、稳压电源故障
机床在运行时机床照明灯突然不亮,机床操作面板灯也不亮,系统电源正常, 同时系统急停报警,和主轴无信号警。关机后重新上电故障依旧。 故障分析检查:经询问当时操作人员,没有违规操作,排除人为原因,也可以 排除机械原因,应该是电气故障引起。该机床的电器原理图显示,这些失电区域 都和 24V 有关,并且该机床拥有两个稳压电源,一个是 I/O 接口电源,另一个为系 统电源。 失电区域都与 I/O 接口有关,于是打开电气柜观察发现 I/O 接口稳压电 源指示灯未能点亮,说明该电源未能正常工作或损坏。 由稳压电源的工作原理知 道,稳压电源有电流短路和过载保护的功能,当电源短路或过载时自动关断电源 输出,以保护电源电路不被损坏。于是试着把电源的输出负载线路拆下来,结果 发现重新上电后电源指示灯亮了。这说明电源本身没有损坏。通过分析得知该 电源为 I/O 接口电源,负载不大,也不会出现过载现象,应该是输出回路中有短路故障。沿着输出线号进行检查发现有一根 24V+输出线接头从绝缘胶布中露出 并接触到机床床体。原因很明显:由于该线与机床发生对地短路,造成该稳压电 源处于自我保护状态,使得操作面板和一些 I/O 接口继电器供电停止,导致发生 以上故障。至于变频器报警可能 24V 信号不能到位发出报警。 解决办法:用绝缘胶布把接头处重新包好,重新上电开机所有故障解决,报 警解除照明灯也亮了。
六、系统程序锁故障
一台数控车,配有 FANUC-0i-mate 系统,无法输入对刀值等参数,不能编辑 程序,并伴有报警。 故障分析检查:对此现象首先想到了程序保护开关,通过对比正常的系统发 现:与系统锁住时现象一样。 所以怀疑系统锁开关坏了,但经过短接,仍不能解决问题。 通过观察故障系统的梯形图发现 X56 输入点无信号输入,说明这条输入线 路断路。 沿着这条线号利用万用表检查,发现在操作面板后面选轴开关接头处线 头脱落,导致线路无法输入信号,使 PLC 逻辑关系不正确,才出现以上故障。 解决办法:用烙铁焊锡把脱落的线头重新焊接好,报警解除,参数输入正常, 故障消失。

七、结束语
以上维修案例,可作为类似故障的排除参考。 一般地,对于任何故障,首先是 根据现象,根据原理来判断故障点,分析每一个可能性,如一个开关,一个线接头, 一个螺钉都会是都会是故障原因,参照之前的操作、维修历史进行分析,能有利 于缩小查找范围,有利于提高维修的效率。

参考文献

[1]夏凤芳. 数控机床：
北京：高等教育出版社。 2003
[2]霍苏萍.数控加工编程与操作：
北京：人民邮电出版社。 2001
[3]娄锐.数控机床：
大连理工大学出版社。 2006
[4]李佳.数控机床及应用:
北京：清华大学出版社 2001
[5]王侃夫.数控机床故障诊断及维护.
机械工业出版社. 2005

致谢

在该论文形成过程中得到了李花老师的细心指导和耐心帮助，在这里表示 衷心的感谢！我终于完成了这次论文要求，通过自己的努力和钻研，完成了此 次对数控车床检测和维修，当然了，还有许多不足之处，非常感谢几位前辈的 文献，让我丰富了很多内容，还有指导老师的帮助。我会继续努力，做的更好。

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