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數控機床典型故障與維修
每到寫論文的時候大家都會苦惱，但是沒有關系，下面小編獻上機電一體化的論文，國內企業機電一體化的現狀，歡迎大家閱讀!
摘要：數控機床維修較普通設備維修相對復雜， 主要體現在不僅需要解決線路方面的問題，還要考慮數控裝置、伺服驅動等部件的參數設置問題，這要求維修人員能正確理解數控機床控制原理及控制過程，會運用相關資料采取正確的步驟進行檢修。本文將從數控機床的特點和數控機床使用中出現典型故障進行說明。
關鍵詞：數控機床;工作原理;數控系統;維修
科學技術的發展對機械產品提出了高精度、高質量的要求，而且產品的更新換代也在加快，這對機床設備提出了精度和效率的要求，而且也提出了通用性和靈活性的要求。數控機床集微電子技術、計算機技術、自動控制技術及伺服驅動技術、精密機械技術于一體，是高度機電一體化的典型產品。它本身又是機電一體化的重要組成部分，是現代機床技術水平的重要標志。數控機床體現了當前世界機床技術進步的主流，是衡量機械制造工藝水平的重要指標，在柔性生產和計算機集成制造等先進制造技術中起著重要的基礎核心作用。由于數控機床是一種價格昂貴的精密設備，因此，其維修和維護更是不容忽視。我國在數控維修調試方面更是人才短缺，經驗匱乏，導致國內許多高檔數控機床都要聘請國外專家維修調試[1]。
一、 數控機床
(一) 數控機床的組成
1.主機。主機是數控機床的機械部件，包括床身、主軸箱、刀架、尾座、導軌等。
2.數控裝置。數控裝置是數控機床的控制核心，其主體是一臺計算機(包括CPU、存儲器、CRT等)。
3.伺服驅動系統。伺服驅動系統時數控車床切削工作的動力部分，主要實現主運動和進給運動。它由伺服驅動電路和驅動裝置組成。驅動裝置主要有主軸電動機、進給系統的步進電動機或交、直流伺服電動機等。
4.輔助裝置。輔助裝置是指數控機床的一些配套部件，包括液壓、氣動裝置及冷卻系統、潤滑系統和排屑裝置
(二)數控機床的基本原理
按照零件加工的技術要求和工藝要求，編寫零件的加工程序，然后將加工程序輸入到數控裝置，通過數控裝置控制機床的主軸運動、進給運動、更換刀具，以及工件的夾緊與松開，冷、潤滑泵的開與關，使刀具、工件和其它輔助裝置嚴格按照加工程序規定的順序、軌跡和參數進行工作，從而加工出符合圖紙要求的零件。
數控機床的工作原理可以歸納為：
①控制介質 控制介質以指令的形式記載各種加工信息，如零件加工的工藝過程、工藝參數和刀具運動等，將這些信息輸入到數控裝置，控制數控機床對零件切削加工。
②數控裝置 數控裝置是數控機床的核心，其功能是接受輸入的加工信息，經過數控裝置的系統軟件和邏輯電路進行譯碼、運算和邏輯處理，向伺服系統發出相應的脈沖，并通過伺服系統控制機床運動部件按加工程序指令運動。
③伺服系統 伺服系統由伺服電機和伺服驅動裝置組成，通常所說數控系統是指數控裝置與伺服系統的集成，因此說伺服系統是數控系統的執行系統。數控裝置發出的速度和位移指令控制執行部件按進給速度和進給方向位移。每個進給運動的執行部件都配備一套伺服系統，有的伺服系統還有位置測量裝置，直接或間接測量執行部件的實際位移量，并反饋給數控裝置，對加工的誤差進行補償。
④機床本體 數控機床的本體與普通機床基本類似，不同之處是數控機床結構簡單、剛性好，傳動系統采用滾珠絲杠代替普通機床的絲杠和齒條傳動，主軸變速系統簡化了齒輪箱，普遍采用變頻調速和伺服控制[5]。
(三)FANUC數控系統的特點
日本FANUC公司的數控系統具有高質量、高性能，適用于各種機床和生產機械的特點，在市場的占有率遠遠超過其他的數控系統，主要體現在以下幾個方面。
①系統在設計中大量采用模塊化結構。這種結構易于拆裝，各個控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于維修、更換。
②具有很強的抵抗惡劣環境影響的能力。其工作環境溫度為0～45℃，相對濕度為75%。
③有較完善的保護措施。FANUC對自身的系統采用比較好的保護電路。
④FANUC系統所配置的系統軟件具有比較齊全的基本功能和選項功能。對于一般的機床來說，基本功能完全能滿足使用要求。
⑤提供大量豐富的PMC信號和PMC功能指令。這些豐富的信號和編程指令便于用戶編制機床側PMC控制程序，而且增加了編程的靈活性。
⑥具有很強的DNC功能。系統提供串行RS232C傳輸接口，使通用計算機PC和機床之間的數據傳輸能方便、可靠地進行，從而實現高速的DNC操作。
⑦提供豐富的維修報警和診斷功能。
系統在硬件上采用兩種數字總線：在軸控制部分采用FANUC專用的FSSB串行伺服總線聯接所有的伺服驅動器;在機床面板等機床外圍設備部分采用Fanuc I/O Link總線聯接。通過兩種總線將實時性要求不同的數據分離開[2]。
(四)伺服驅動及伺服電機的特點
1.高可靠性。完善的可靠性設計方案：如冗余設計，降額設計等，所有元器件全部采用工業或軍工等級，關鍵元器件全部采用進口元件，如三菱IPM模塊、EPCOS電容、fuji整流橋等。
2.高節電率。采用先進的微電腦控制技術，使定量泵變為節能型的變量泵，液壓系統與整機運行所需要的功率相匹配，無高壓節流溢流能量之損失，提高油泵電機功率因素至0.96以上，節電率一般可達40%～60%。
3.軟啟動。采用伺服器控制可以減小數控機床震動，延長數控機床的使用壽命，同時數控系統發熱量減小，油溫穩定，延長液壓系統的使用壽命，為用戶節省了維護的費用。
4.超強的過載能力和動態響應速度。采用先進的矢量控制算法和獨特的限流技術，確保在機床操作過程中，能承受啟停重負載的沖擊而不跳閘，以確保生產過程的連續性。高速的動態響應，最大限度減小零件周期的延遲現象。
5.完善的EMC設計。采用完善的EMC設計方案，內部布局優化設計，采用多種EMI對策，確保對數控機床電氣系統的干擾減小到最小，保證其工作的工作穩定性[4]。
二、數控機床故障維修
(一)數控機床使用中注意事項
使用數控機床之前，應仔細閱讀機床使用說明書以及其他有關資料，以便正確操作使用機床，并注意以下幾點：① 機床操作、維修人員必須是掌握相應機床專業知識的專業人員或經過技術培訓的人員，且必須按安全操作規程及安全操作規定操作機床;②非專業人員不得打開電柜門，打開電柜門前必須確認已經關掉了機床總電源開關。只有專業維修人員才允許打開電柜門，進行通電檢修;③ 除一些供用戶使用并可以改動的參數外，其它系統參數、主軸參數、伺服參數等，用戶不能私自修改，否則將給操作者帶來設備、工件、人身等傷害;④修改參數后，進行第一次加工時，機床在不裝刀具和工件的情況下用機床鎖住、單程序段等方式進行試運行，確認機床正常后再使用機床;⑤機床的PLC程序是機床制造商按機床需要設計的，不需要修改。不正確的修改，操作機床可能造成機床的損壞，甚至傷害操作者;⑥ 建議機床連續運行最多24小時，如果連續運行時間太長會影響電氣系統和部分機械器件的壽命，從而會影響機床的精度;⑦機床全部連接器、接頭等，不允許帶電拔、插操作，否則將引起嚴重的后果。
(二)數控機床故障診斷維修
我們要學習車床的診斷首先要了解兩個概念：系統的可靠性是指數控系統在規定的條件和規定的時間內完成規定的功能能力，故障是指系統在規定的條件下合規定的時間內失去規定的功能。
(1)診斷的方法：
①動作診斷：監視車床動作部分，判斷個不良的部位。
②狀態診斷：當機床電機動負載時，觀察運行狀態。
③點檢診斷：定期點檢液壓元件，氣動元件。
④操作診斷：監視操作錯誤和程序錯誤。
⑤數控系統故障自診斷[3]。
(2)典型數控機床常見故障診斷及維修實例
①主軸出現噪聲的故障維修.故障現象：主軸噪聲較大，主軸無載荷情況下，負載表指示超過40%。分析診斷：首先檢查主軸參數設定，包括放大器型號、電動機型號及伺服增益等，在確認無誤后，則將檢查重點放在機械側。發現主軸軸承損壞，經更換軸承后，在脫開機械側的情況下檢查主軸電動機旋轉情況，發現負載表指示已正常但仍有噪聲。隨后，講主軸參數00號設定為1，即讓主軸驅動系統開環運行，結果噪聲消失，說明速度檢測元件有問題。經檢查發現安裝不正，調整位置之后再運行主軸電動機，噪聲消失，機床能正常工作。
②絲杠竄動引起的故障維修.故障現象：TH6380臥式加工中心，啟動液壓后，手動運行Y軸時，液壓自動中斷，CRT顯示報警，驅動失效，其他各軸正常。分析診斷：該故障涉及電氣、機械、液壓等部分。任一環節有問題均可導致驅動失效，因此檢查的順序大致如下。伺服驅動裝置→電動機及測量器件→電動機與絲杠連接部分→液壓平衡裝置→開螺母和滾珠絲杠→軸承→其他機械部分。
(1)檢查驅動裝置外部接線及內部元器件的狀態良好，電動機與測量系統正常。
(2)拆下Y軸液壓抱閘后情況同前，將電動機與絲杠的同步傳動帶脫離，手搖Y軸絲杠，發現絲杠上下竄動。
(3)拆開滾珠絲杠上軸承座正常。
(4)拆開滾珠絲杠下軸承座后發現軸向推力軸承的緊固螺母松動，導致滾珠絲杠上下竄動。
參考文獻
1.吳國經.數控機床故障診斷與維護[M].北京：電子工業出版社出版，2005：50—56.
2.鄭曉峰.數控原理與系統[M].北京：機械工業出版社，2005：35—40.
3.蔣洪平.數控設備故障診斷與維修[M].北京：理工大學出版社，2006：80—95.
4.鄭曉峰，陳少艾.數控機床及其使用和維修[M].北京：機械工業出版社，2008：10—13.
5.夏風芳.數控機床[M].大連：高等教育出版社出版，2005：60—70.23～235.
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