畢業(yè)論文數控銑床典型故障分析

1、江西贛江職業(yè)技術學院畢業(yè)論文題目：數控銑床典型故障分析學 院 銑械工程學院 姓 名 學 號 專 業(yè) 數控技術與應用 屆 別 2008 指導教師 職 稱 二o一o 年 十 月畢業(yè)論文（設計）誠信承諾書畢業(yè)論文（設計）題 目數控銑床典型故障分析學生姓名專業(yè)數控技術與應用學 號指導老師和 苗職 稱所在學院江西贛江職業(yè)技術學院誠信承諾本人慎重承諾和聲明：在畢業(yè)論文（設計）活動中遵守學校有關規(guī)定，恪守學術規(guī)范，在本人的畢業(yè)論文中未剽竊、抄襲他人的學術觀點、思想和成果，未篡改研究數據，如有違規(guī)行為發(fā)生，我愿承擔一切責任，接受學校的處理。學生（簽名）：2010年 10 月 14 日小4號楷體，固定行距22p

2、摘 要數控銑床是企業(yè)生產中的重點設備,身價從幾十萬元到上千萬元，可是一旦故障停機，其影響和損失往往很大。所以銑床故障分析的重要性就越發(fā)的突出,但是，人們對這樣的設備往往更多地是看重其效能，而不僅對合理地使用不夠重視，更對其保養(yǎng)及故障分析工作關注太少，日常不注意對保養(yǎng)與故障分析工作條件的創(chuàng)造和投入，故障出現(xiàn)臨時抱佛腳的現(xiàn)象很是普遍。因此，為了充分發(fā)揮數控銑床的效益，我們一定要重視故障分析工作，本文從數控銑床故障分析的角度說明了數控銑床的參數在故障分析中的重要性、數控銑床的分類和作用、數控銑床故障分析中參數的應用，并列舉了實際工作中的實例，加以說明數控銑床的參數是進行數控銑床故障分析的基礎。本文根

3、據多年從事數控銑床現(xiàn)場故障分析的經驗，理論結合實際，相信對數控銑床的故障分析有很大幫助。隨著我國經濟的不斷發(fā)展，數控銑床的占有量不斷提高，為保證生產的正常進行，需要盡快地處理數控銑床出現(xiàn)的各類故障，故障的判斷和故障分析需要運用多種方法和不同途徑。但是根據自己多年從事數控銑床機場故障分析的經驗，認為數控銑床的故障分析是非常重要的?！娟P鍵詞】數控銑床 故障分析小4號宋體，四號宋體加粗,目 錄前言1 數控銑床的組成 1.1 數控銑床的結構特點.() 1.2 常用的數控銑床. .() 1.3 數控銑床的故障與分類.()2數控銑床機械機構的故障與分析.()3數控銑床液壓與氣動裝置的故障與分析.()4數控

4、銑床的驅動系統(tǒng)故障與分析.()5數控銑床的強電控制及其故障分析.()參考文獻.()致 謝.()附錄 a.()前言 1 數控銑床的組成 1.1 數控銑床的結構特點1.1看起來，除了數控控制機代替了操縱手柄、手輪外，數控銑床在外觀上與通用銑床確有不少相似之處，但實際上數控銑床在結構上的內含要復雜得多，而與其他數控銑床(如數控車床、數控鉆鏜床等)相比，數控銑床在結構上主要有下列幾個特點： 1、控制銑床運動的坐標特征 為了要把工件上各種復雜的形狀輪廓連續(xù)加工出來，必須控制刀具沿設定的直線、圓弧或空間的直線、圓弧軌跡運動，這就要求數控銑床的伺服拖動系動能在多坐標方向同時協(xié)調動作，并保持預定的相互關系，也

5、就是要求銑床應能實現(xiàn)多坐標聯(lián)動。數控銑床要控制的坐標數起碼是3坐標中任意兩坐標聯(lián)動，要實現(xiàn)連續(xù)加工直線變斜角工件，起碼要實現(xiàn)四坐標聯(lián)動，而若要加工曲線變斜角工件，則要求實現(xiàn)5坐標聯(lián)動。因此，數控銑床所配置的數控系統(tǒng)在檔次上一般都比其他數控銑床相應更高一些。2、數控銑床的主軸特征 現(xiàn)代數控銑床的主軸開啟與停止，主軸正反轉與主軸變速等都可以按程序介質上編入的程序自動執(zhí)行。不同的銑床其變速功能與范圍也不同。有的采用變頻機組(目前已很少采用)，固定幾種轉速，可任選一種編入程序，但不能在運轉時改變；有的采用變頻器調速，將轉速分為幾檔，程編時可任選一檔，在運轉中可通過控制面板上的旋鈕在本檔范圍內自由調節(jié)；

6、有的則不分檔，程編可在整個調速范圍內任選一值，在主軸運轉中可以在全速范圍內進行無級調整，但從安全角度考慮，每次只能調高或調低在允許的范圍內，不能有大起大落的突變。在數控銑床的主軸套筒內一般都設有自動拉、退刀裝置，能在數秒種內完成裝刀與卸刀，使換刀顯得較方便。此外，多坐標數控銑床的主軸可以繞x、y或z軸作數控擺動，也有的數控銑床帶有萬能主軸頭，擴大了主軸自身的運動范圍，但主軸結構更加復雜。1.2 常用的數控銑床1)簡易型數控銑床數控銑床在普通銑床的基礎上，對銑床的機械傳動結構進行簡單的改造，并增加簡易數控系統(tǒng)后形成的數控銑床。成本低，自動化程度和功能都較差，一般只有x、y兩坐標聯(lián)動功能，加工精度

7、不高，可以加工平面曲線類和平面型腔類零件。2)普通數控銑床可以三坐標聯(lián)動，用于各類復雜的平面、曲面和殼體類零件的加工，如各種模具、樣板、凸輪和連桿等。(2)數控仿形銑床數控仿形銑床主要用于各種復雜型腔模具或工件的銑削加工，特別對不規(guī)則的三維曲面和復雜邊界構成的工件更顯示出其優(yōu)越性。1)數控功能它類似一臺數控銑床具有的標準數控功能，有三軸聯(lián)動功能，刀具半徑補償和長度補償、用戶宏程序及手動數據輸入和程序編輯等功能。2)仿形功能 在銑床上裝有仿形頭，可以選用多種仿形方式，如筆式手動、輪廓、部分輪廓、三向、ntc (numerical tracer control數字仿形)等。3)數字化功能 在仿形加

8、工的同時，可以采集仿形頭運動軌跡數據，并處理成加工所需的標準指令，存入存儲器或其他介質(如軟盤)，以便以后可以利用存儲的數據進行加工，因此要求有大量的數據處理和存儲功能。(3)數控工具銑床數控工具銑床是在普通工具銑床的基礎上，對銑床的機械傳動系統(tǒng)進行改造并增加數控系統(tǒng)后形成的數控銑床。這種銑床適用于各種工裝、刀具、各類復雜的平面、曲面零件的加工。(4)數控鉆床數控鉆床能自動地進行鉆孔加工，用于以鉆為主要工序的零件加工?？刂品绞剑翰捎命c位控制，同時沿兩軸或三個軸移動，以減少定位時間;有些也采用直線控制，為的是進行平行于銑床軸線的鉆削加工。鉆削中心是一種可以進行鉆孔、擴孔、鉸孔、攻螺紋及連續(xù)輪廓控

9、制銑削的數控銑床。用于電器及機械行業(yè)中小型零件的加工。(5)數控龍門鏜銑床數控龍門鏜銑床屬于大型數控銑床。主要用于大中等尺寸、大中等重量之黑色金屬和有色金屬的各種平面、曲面和孔的加工。在配置直角銑頭的情況下，可以在工件一次裝夾下分別對五個面進行加工。對于單件小批生產的復雜、大型零件和框架結構零件，能自動、高效、高精度地完成上述各種加工。1.3數控銑床的故障與分類隨機性故障有可恢復性，故障發(fā)生后，通過重新開機等措施，銑床通?？苫謴驼＃谶\行過程中，又可能發(fā)生同樣的故障。加強數控系統(tǒng)的維護檢查，確保電氣箱的密封，可靠的安裝、連接，正確的接地和屏蔽是減少、避免此類故障發(fā)生的重要措施。3按故障的指

10、示形式分類 有報帶顯示的故障 數控銑床的故障顯示可分為指示燈顯示與顯示器顯示兩種情況：1）指示燈顯示報警 指示燈顯示報警是指通過控制系統(tǒng)各單元上的狀態(tài)指示燈（一般由 led發(fā)光管或小型指示燈組成）顯示的報警根據數控系統(tǒng)的狀態(tài)指示燈，即使在顯示器故障時，仍可大致分析判斷出故障發(fā)生的部位與性質，因此在故障分析、排除故障過程中應認真檢杳這些狀態(tài)指示燈的狀態(tài)。2）顯示器顯示報警顯示器顯示報警是指可以通過cnc顯示器顯示出報警號和報警信息的報警。由于數控系統(tǒng)一般都具有較強的自診斷功能，如果系統(tǒng)的診斷軟件以及顯示電路工作正常，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可以在顯示器上以報警號及文本的形式顯示故障信息。數控系統(tǒng)能進行

11、顯示的報警少則幾十種，多則上千種，它是故障診斷的重要信息。在顯示器顯示報警中，又可分為 nc 的報警和 plc 的報等兩類。前者為數控生產廠家設置的故降顯示它可對照系統(tǒng)的“故障分析手冊”，來確定可能產生該故障的原因。后者是由數控銑床生產廠家設置的 plc 報警信息文本，屬于銑床側的故降顯示。它可對照銑床生產廠家所提供的“銑床故障分析手冊”中的有關內容確定故障所產生的原因。 無報警顯示的故障 這類故障發(fā)生時銑床與系統(tǒng)均無報警顯示，其分析診斷難度通常較大需要通過仔細、認真的分析判斷才能予以確認。特別是對于一些早期的數控系統(tǒng)，由于系統(tǒng)本身的診斷功能不強，或無 plc 報警信息文本，出現(xiàn)無報警顯示的故

12、障情祝則更多對于無報警顯示故障，通常要具體情況具體分析，根據故障發(fā)生前后的變化進行分析判斷，原理分析法與 plc 程序分析法是解決無報警顯示故障的主要方法4按故障產生的原因分類 數控銑床自身故障 這類故障的發(fā)生是由于數控銑床自身的原因所引起的，與外部使用環(huán)境條件無關數控銑床所發(fā)生的極大多數故障均屬此類故障。 數控銑床外部故障 這類故障是由于外部原因所造成的。供電電壓過低、過高，波動過大：電源相序不正確或三相輸入電壓的不平衡；環(huán)境溫度過高：有害氣體、潮氣、粉塵授入：外來振動和干擾等都是引起故障的原因。此外，人為因素也是造成數控銑床故障的外部原因之一，據有關資料統(tǒng)計，首次使用數控銑床或由不熟練工人

13、來操作數控銑床，在使用的第一年，操作不當所造成的外部故障要占銑床總故障的三分之一以上。除上述常見故障分類方法外，還有其他多種不同的分類方法。2數控銑床機械機構的故障與分析1. 銑床主軸定向位置不準，但是銑床并未報警。可能的原因： 由于現(xiàn)在的銑床，主軸定向一般采用編碼器定向方式，主軸與主軸電機采用1：1聯(lián)結的，直接采用電機內置編碼器定向。因此出現(xiàn)這種情況必定是機械聯(lián)結部分有問題！ 2.定位精度時好時壞，銑床并不報警?？赡艿脑颍簷C械傳動鏈聯(lián)接不好。如聯(lián)軸節(jié)松動等。3.銑床負載過重，經常出現(xiàn)過電流報警，電機發(fā)熱異常?？赡艿脑颍簷C械裝配不好，導致機械負載重。對于新設計的銑床，伺服電機選擇偏小也會出

14、現(xiàn)此現(xiàn)象。另外，伺服參數設置錯誤也會出此報警。4.銑床輔助動作，如換刀手動作，控制其動作的輸出信號已經有，但是動作沒有?？赡艿脑颍簷C械卡死，管路堵塞等。mt2v數控仿形銑床是我廠進口的一臺意大利奧利康(oerlikon)公司生產的數控仿形銑床，1997年7月 安裝調試完后，正式投人使用。1998年元月開始，在冷機啟動銑床液壓潤滑系統(tǒng)后，開始出現(xiàn)主軸箱下端漏油故障，并隨著氣溫下降漏油越來越嚴重，但在主軸 啟動20min后漏油開始逐漸停止。在此過程中銑床各項工作正常，也無任何報警提示。mt2v數控仿形銑床屬于重型銑床，其各向導軌潤滑由一個獨立的導軌自動潤滑系統(tǒng)完成：它的液壓及主軸潤滑系統(tǒng)與 奧利

15、康公司生產的fb2v、fb3v數控仿形銑床有較大差別，其液壓和主軸潤滑原理如圖所示。液壓和主軸潤滑共用一個主油箱(使用hm68抗摩液壓油)，電動機m1帶動同軸齒輪泵1p、2p轉動，1p通過單向閥5、直控溢流閥6、蓄能器8等向銑床液壓系統(tǒng)提供壓力為8mpa的液壓油，由各個電磁閥來控制主軸快慢檔變速、刀具卡頭夾緊放松、主軸機頭夾緊放松和z軸夾緊放松。2p通過直控溢流閥2、制冷器1對主軸箱提供潤滑油，再經各分油管對主軸箱內軸承、齒 輪等進行潤滑后，匯集到主軸箱底部的回油池，由回油齒輪泵3p抽回主油箱3內。銑床主電源開關閉合后，3p自動啟動20s，以抽回回油池內的存油；液壓潤 滑系統(tǒng)啟動，3p隨著啟動

16、；液壓潤滑系統(tǒng)停止，3p延時45s停機，以抽回回油池內的余油。制冷器1檢測流過其內部的潤滑油，當潤滑油油溫升高到設定溫度 時冷卻器啟動，對潤滑油進行強制制冷，當潤滑油油溫低于設定油溫時，冷卻器停止分 析故障現(xiàn)象及液壓潤滑原理，因為是在低溫冷機啟動液壓潤滑系統(tǒng)后短時間漏油，且銑床各動作正常，也無任何報警提示，可以排除高壓液壓系統(tǒng)泄漏的問題。故障范圍應該是在主軸潤滑系統(tǒng)，因銑床尚在保修期內，外方故障分析人員先后兩次來廠更換回油泵3p，但仍未將故障排除，隨著春季氣溫回升，漏油量逐漸減少，最后故障徹底消失。1998年冬季，隨著氣溫的下降，故障再次出現(xiàn)。我們翻閱液壓潤滑部分說明資料，資料顯示當液壓選擇開

17、關9放置 在2p檔時，油壓表10顯示油壓應為0.51mpa?，F(xiàn)場實測，在廠房內最低環(huán)境溫度6時，冷機啟動銑床液壓潤滑系統(tǒng)，潤滑油油溫為6，此 時2p檔油壓值為1.8mpa，隨著主軸運轉時間加長，油溫上升，油壓下降，當油溫升至設定溫度25冷卻器啟動時，2p檔油壓值為 0.7mpa。從油壓降至1.2mpa以后，漏油量開始減少，之后，故障逐漸消失，銑床進入正常運行狀態(tài)，油溫在1826間周期性波動，油壓隨油溫在 0.71.3mpa之間周期性波動，油溫油壓間關系如表1所示。由此可以判斷該銑床在夏季安裝調試時調整的潤滑油壓在冬季還需要進行調整，否則，當環(huán)境溫度下降時潤滑油粘度增大，冷機啟動液壓潤滑系統(tǒng)時，

18、回油泵回油量變小，就出現(xiàn)了主軸箱潤滑油供油量大于回油量，造成潤滑油外溢故障。根據油溫油壓間的關 系，我們理解液壓潤滑部分說明資料所注明的2p檔油壓0.51mpa并非一般理解為靜態(tài)調整到0.51mpa任一值即可，而應該理解為油壓隨油溫在0.51mpa間波動(任何情況下不能低于0.5mpa)。油壓調整值過低，會造成潤滑不足，引起設備事故；油壓調整值過高，則會造成冬季冷機啟動系 統(tǒng)時，主軸箱潤滑油供油量大于回油量，造成潤滑油外溢故障。調高該油壓值，經調整后銑床正常工作時油溫油壓間關系如表2所示，冷機啟動系統(tǒng)時，2p檔 油壓值為1.3mpa。該油壓本著能高則高的原則要隨氣溫經常調整，進入夏季，調整直控

19、溢流閥2時對油壓下限影響不大，特別是當主軸以高速運轉時，油溫保持在29，制冷器不再停機，油壓為0.45mpa，此時調整直控溢流閥2，已不能改變油壓值。經過調整，近兩年來，未再出現(xiàn)此故障，銑床運行正常。數控銑床的驅動系統(tǒng)故障與分析siemens直流伺服驅動系統(tǒng)故障故障分析1進線快速熔斷器熔斷的故障故障分析 故障現(xiàn)象：一臺配套siemens 8mc的臥式加工中心，在電網突然斷電后開機，系統(tǒng)無法起動。分析與處理過程：經檢查，該銑床x軸伺服驅動器的進線快速熔斷器已經熔斷。該銑床的進給系統(tǒng)采用的是siemens 6ra系列直流伺服驅動，對照驅動器檢查伺服電動機和驅動裝置，未發(fā)現(xiàn)任何元器件損壞和短路現(xiàn)象。

20、檢查銑床機械部分工作亦正常，直接更換熔斷器后，起動銑床，恢復正常工作。分析原因是由于電網突然斷電引起的偶發(fā)性故障。 siemens 8mc測量系統(tǒng)故障的故障分析 故障現(xiàn)象：一臺配套siemens 8mc的臥式加工中心，當x軸運動到某一位置時，液壓電動機自動斷開，且出現(xiàn)報警提示：y軸測量系統(tǒng)故障。斷電再通電，銑床可以恢復正常工作，但x軸運動到某一位置附近，均可能出現(xiàn)同一故障。分析與處理過程：該銑床為進口臥式加工中心，配套siemens 8mc數控系統(tǒng)，siemens 6ra系列直流伺服驅動。由于x軸移動時出現(xiàn)y軸報警，為了驗證系統(tǒng)的正確性，撥下了x軸測量反饋電纜試驗，系統(tǒng)出現(xiàn)x軸測量系統(tǒng)故障報警

21、，因此，可以排除系統(tǒng)誤報警的原因。檢查x軸在出現(xiàn)報警的位置及附近，發(fā)現(xiàn)它對y軸測量系統(tǒng)(光柵)并無干涉與影響，且僅移動y軸亦無報警，y軸工作正常。再檢查y軸電動機電纜插頭、光柵讀數頭和光柵尺狀況，均未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象?？紤]到該設備屬大型加工中心，電纜較多，電柜與銑床之間的電纜長度較長，且所有電纜均固定在電纜架上，隨銑床來回移動。根據上述分析，初步判斷由于電纜的彎曲，導致局部斷線的可能性較大。故障分析時有意將x軸運動到出現(xiàn)故障點位置，人為移動電纜線，仔細測量y軸上每一根反饋信號線的連接情況，最終發(fā)現(xiàn)其中一根信號線在電纜不斷移動的過程中，偶爾出現(xiàn)開路現(xiàn)象；利用電纜內的備用線替代斷線后，銑床恢復正常。

22、驅動器故障引起跟隨誤差超差報警故障分析 故障現(xiàn)象：某配套siemens primos系統(tǒng)、6ra26*系列直流伺服驅動系統(tǒng)的數控滾齒機，開機后移動銑床的z軸，系統(tǒng)發(fā)生“err22跟隨誤差超差”報警。分析與處理過程：數控銑床發(fā)生跟隨誤差超過報警，其實質是實際銑床不能到達指令的位置。引起這一故障的原因通常是伺服系統(tǒng)故障或銑床機械傳動系統(tǒng)的故障。由于銑床伺服進給系統(tǒng)為全閉環(huán)結構，無法通過脫開電動機與機械部分的連接進行試驗。為了確認故障部位，故障分析時首先在銑床斷電、松開夾緊機構的情況下，手動轉動z軸絲杠，未發(fā)現(xiàn)機械傳動系統(tǒng)的異常，初步判定故障是由伺服系統(tǒng)或數控裝置不良引起的。為了進一步確定故障部位，

23、故障分析時在系統(tǒng)接通的情況下，利用手輪少量移動z軸(移動距離應控制在系統(tǒng)設定的最大允許跟隨誤差以內，防止出現(xiàn)跟隨誤 差報警)，測量z軸直流驅動器的速度給定電壓，經檢查發(fā)現(xiàn)速度給定有電壓輸入，其值大小與手輪移動的距離、方向有關。由此可以確認數控裝置工作正常，故障 是由于伺服驅動器的不良引起的。檢查驅動器發(fā)現(xiàn)，驅動器本身狀態(tài)指示燈無報警，基本上可以排除驅動器主回路的故障。考慮到該銑床x、z軸驅動器型號相同，通過逐一交換驅動器的控制板確認故障部位在6ra26*直流驅動器的a2板。根據siemens 6ra26*系列直流伺服驅動器的原理圖，逐一檢查、測量各級信號，最后確認故障原因是由于a2板上的集成電

24、壓比較器n7(型號：lm348)不良引起的：更換后，銑床恢復正常。 (1)電源電源是故障分析系統(tǒng)乃至整個銑床正常工作的能量來源，它的失效或者故障輕者會丟 失數據、造成停機。重者會毀壞系統(tǒng)局部甚至全部。西方國家由于電力充足，電網質量高，因此其電氣系統(tǒng)的電源設計考慮較少，這對于我國有較大波動和高次諧波的電力供電網來說就略顯不足，再加上某些人為的因素，難免出現(xiàn)由電源而引起的故障。我們在設計數控銑床的供電系統(tǒng)時應盡量做到：提供獨立的配電箱而不與其他設備串用。電網供電質量較差的地區(qū)應配備三相交流穩(wěn)壓裝置。電源始端有良好的接地。進入數控銑床的三相電源應采用三相五線制，中線(n)與接地(pe)嚴格分開。電柜

25、內電器件的布局和交、直流電線的敷設要相互隔離。(2)數控系統(tǒng)位置環(huán)故障位置環(huán)報警?？赡苁俏恢脺y量回路開路；測量元件損壞；位置控制建立的接口信號不存在等。坐標軸在沒有指令的情況下產生運動。可能是漂移過大；位置環(huán)或速度環(huán)接成正反饋；反饋接線開路；測量元件損壞。(3)銑床坐標找不到零點?？赡苁橇惴较蛟谶h離零點；編碼器損壞或接線開路；光柵零點標 記移位；回零減速開關失靈。 (4)銑床動態(tài)特性變差，工件加工質量下降，甚至在一定速度下銑床發(fā)生振動。這其中有很 大一種可能是機械傳動系統(tǒng)間隙過大甚至磨損嚴重或者導軌潤滑不充分甚至磨損造成的；對于電氣控制系統(tǒng)來說則可能是速度環(huán)、位置環(huán)和相關參數已不在最佳匹配狀態(tài)

26、，應在機械故障基本排除后重新進行最佳化調 (5)偶發(fā)性停機故障。這里有兩種可能的情況：一種情況是如前所述的相關軟件設計中的問題造成在某些特定的操作與功能運行組合下的停機故障，一般情況下銑床斷電后重新通電便會消失；另一種情況是由環(huán)境條件引起的，如強力干擾(電網或周邊設備)、溫度過高、濕度過大等。這種環(huán)境因素往往被人們所忽視，例如南方地區(qū)將銑床置于普通廠房甚至靠近敞開的大門附近，電柜長時間開門運行，附近有大量產生粉塵、金屬屑或水霧的設備等等。這些因素不僅會造成故障，嚴重的還會損壞系統(tǒng)與銑床，務必注意改善。參考文獻 致 謝時光荏苒，三年的時間如同這銀杏葉一般綠了又黃，最后融化在土里，留下了我滿是沉淀淀的回憶?；厥兹?，我的老師，同學，朋友們，謝謝你們的一直陪伴，讓我在校園里留下了難忘的點點滴滴。此時，這篇論文的完成也意味著我的大學生涯即將結束。在此我懷著一顆感激的心，衷心地感謝你們在這一路上對我的幫助。 感謝導師馬居里，雖然最后一年才投奔到您的門下，卻讓我收獲頗多，成為我人生中的一大幸事。您一直以來對學生的關心，與學生間的親密無間都讓我很是欣賞與羨慕。您樂觀豁達的心態(tài)，從容淡定的風格，周密睿智的思維，風趣幽默的言語都讓我望塵莫及，并且深深影響了我。此篇論文的完成，離不開您