数控机床的维护与常见故障分析.docx
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数控机床的维护与常见故障分析
毕业（论文）设计
题目：
数控机床的维护与常见故障分析
院系：
机电工程系
专业：
机电一体化
指导老师：
姓名：
班级：
机电四班
学号：
0
撰写日期：
2009年12月18日
摘要
随着我国正向现代化﹑信息化﹑工业化的国家大步迈进，所以机械制造业发展的一个新趋势就出现了。
它越来越广泛的应用数控技术，但是数控机床是一种高投入﹑高自动化机床，在生产和保养是投入较高。
是一种高精度﹑高效益﹑高价值的设备，在使用过程中难免会出现损坏和故障之呈现出来，如何尽可能的长时间长时间保持其良好的技术状态，延缓劣化进程，及时发现和消灭故障隐患，从而提高数控机床的平均无故障工作时间和使用寿命，及时做好数控设备的日常维护和保养工作，随时解决出现的故障问题也是当前数控机床使用过程中急需解决的问题之一。
因此，培养掌握数控机床原理﹑车床组成﹑故障维修和维修保养技能的专业型技术人才的工作显得尤为重要。
关键词：
数控车床，检测维护，故障分析，维修
ABSTRACT
WiththemodernizationofChina'spositiveinformation﹑stridesindustrializedcountries,sothedevelopmentofmachinerymanufacturingindustryisanewtrendhasemerged.ItismoreandmorewidelyusedinCNCtechnology,buttheCNCmachinetoolisahighinput,high-automaticmachinetools,inputsintheproductionandmaintenanceishigher.Isahigh-precision,high-efficiency,high-valueequipment,theuseoftheprocesswillinevitablybedamagedandfailureisseentocomeout,howlongalongtimeaspossibletomaintaintheirgoodtechnicalcondition,slowdownthedeteriorationprocess,thetimelydetectionandeliminatehiddenfaults,therebyenhancingnumericalcontrolmachinetool,theaveragetimebetweenfailuresandservicelife,inatimelymannerCNCequipment,routinemaintenanceandrepairworkatanytimeofthefailuretoaddressemergingissuesarealsocurrentlyintheprocessofCNCmachinetool,oneoftheproblemsbesolved.Therefore,thetrainmastertheprinciplesofCNCmachinetools,lathecomponent﹑faultrepairandmaintenanceskillsintheworkofprofessionalandtechnicalpersonnelisparticularlyimportant.
KEYWORDS：
NClathes,inspectionandmaintenance,faultanalysisandrepair
目录
摘要1
前言5
第1章数控机床的概述7
§1.1数控机床的产生与发展7
§1.2数控机床的主要组成和工作过程8
§1.2.1数控机床的组成8
§1.2.2数控机床的工作过程8
§1.3数控机床的分类9
§1.3.1按加工工艺方法分类9
§1.3.2按控制运动的方式分类10
§1.3.3按所用进给伺服系统的类型分类10
第2章数控机床的维护与维修11
§2.1数控机床维修与维护的基本要求11
§2.1.1维修人员的要求11
§2.1.2.技术资料的要求11
§2.1.3工具及备件的要求11
§2.2数控机床常见故障11
§2.2.1主机故障和电气故障12
§2.2.2系统性故障和随机故障12
§2.2.3有显示故障和无显示故障13
§2.2.4破坏性故障和非破坏性故障14
§2.2.5硬件故障和软件故障14
§2.3数控机床的维护14
§2.3.1刀库及换机械手的维护主要有15
§2.3.2数控机床润滑维护15
§2.3.3数控系统长期不用时的维护16
§2.3.4预防性维护16
第3章数控机床的故障诊断与排除18
§3.1故障诊断的基本内容18
§3.1.1数控机床故障诊断的必要性和基本条件18
§3.2故障分析的基本方法18
§3.2.1常规分析法18
§3.2.2动作分析法19
§3.2.3状态分析法19
§3.2.4操作、编程分析法19
§3.2.5利用CNC系统自珍断功能19
§3.3故障诊断的基本方法19
§3.3.1维修遵循原则19
§3.3.2常用的故障诊断方法20
§3.3.3干扰及其预防22
§3.4数控系统的故障排除22
§3.4.1电源22
§3.4.2数控系统位置环故障23
§3.4.3机床坐标找不到零点23
§3.4.4动态特性变差，工件加工质量下降，甚至在一定速度下机床发生振动23
§3.5维修排故后的总结提高工作23
§3.5.1总结提高工作的主要内容包括23
§3.5.2总结提高工作的好处是24
第4章数控系统故障诊断与维修实例25
§4.1电源类故障诊断与维修25
§4.1.1电源不能接通类故障25
§4.2数控机床的维修实例27
结论30
参考文献31
致谢32
前言
伴随着我国制造业的迅猛发展，数控机床得到了广泛的应用，走进了千万家企业，从而也推动我国制造业向更高的层次发展。
由于数控机床在我国制造业中被大量的使用，所以也需要大量的专业维修人员。
然而由于数控维修技术的复杂性、多样性和多变性以及一些客观环境因素的制约，在数控机床维修技术方面还没有形成一套成熟的、完整的理论体系。
虽然如此，但经过众多专业维修人员多年来的努力，还是总结出来了一些宝贵的经验。
一般说来，数控机床的故障分为三类，分别为系统故障、机械故障和电气控制故障。
数控机床是一种综合应用了计算机、自动控制、精密测量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，因此不仅要求维修人员要有较高的素质，而且还对维修资料、维修仪器等方面提出了比普通机床更高的要求。
数控机床是一种新型的自动化机床,采用计算机技术,是机电一体化的产品。
由于数控机床加工精度高、柔性好、效率高、可以加工形状非常复杂的工件,所以,得到了广泛应用。
但是,由于数控机床技术先进,构成复杂,所以,比普通设备容易出现问题,并且很多问题诊断、排除的难度都比较大。
随着数控机床应用的普及,对数控机床的有效利用率要求越来越高,这一方面要求数控机床的可靠性要高,另一方面,数控机床出现故障后要求尽快排除。
所以,要求数控机床的维修人员不但要有理论知识,而且要有快速发现问题、解决问题的能力和丰富的实践经验。
另外任何一台数控设备都是一种过程控制设备，这就要求它在实时控制的每一时刻都准确无误地工作。
任何部分的故障与失效，都会使机床停机，从而造成生产停顿。
因而对数控机床这样原理复杂、结构精密的装置进行维修就显得十分必要了。
在许多行业中，这些设备均处于关键的工作岗位，若在出现故障后不及时维修排除故障，就会造成较大的经济损失先进制造技术的核心是数控技术。
数控机床、加工中心是机电一体化高新技术产品，同时又是先进制造技术的工艺装备。
目前，我国许多机床厂都在大批量生产数控车床、数控铣床、加工中心等数控产品，随着国内数控机床用量的剧增，急需培养一大批能够熟练掌握现代数控机床编程、操作和维修的应用型人才。
加入世界贸易组织（WTO）以后我国制造业获得了空前发展，并快速成为全球重要的制造基地，对掌握数控加工等现代制造技术的技能型人才形成了巨大的需求。
本着“必需、够用”的原则，以岗位为目标，以能力培养为主线，突出了实践技能的培养。
为了奠定扎实的数控技术基础，对数控机床进行了系统的介绍。
通过典型的维修实例，阐述了数控机床的维修与实训方法，把寻找故障的过程作为重点。
考虑到目前的生源状况，做到了内容浅显易懂，解析说明。
在实施性和实用性方面有较大的突破，体现了高等职业教育教材的特色。
我们现有的维修状况和水平，与国外进口设备的设计与制造技术水平还存在很大的差距。
造成差距的原因在于：
人员素质较差，缺乏数字测试分析手段，数域和数域与频域综合方面的测试分析技术等有待提高等等。
第1章数控机床的概述
§1.1数控机床的产生与发展
数字控制技术简称数控技术，是指用数字指令控制机器动作的一门技术。
随着科学技术和社会生产力的迅速发展，机械产品日趋复杂，社会对机械产品的质量和生产率提出了更高的要求。
因而，一种灵活、通用、高精度、高效率的“柔性”自动化设备?
——数控机床应运而生。
数控机床由程序介质、数控系统、伺服驱动和机床主体四大部分组成，
它是在机械制造技术和控制技术的基础上发展起来的，其过程大致如下
1948年，美国帕森斯公司接受美国空军的委托，研制直升机螺旋桨叶片轮廓检验用的样板加工设备。
于是提出了采用数字脉冲控制机床的设想。
1949年，帕森斯公司与美国麻省理工学院开始共同研究，并于1952年试制成功第一台三坐标数控铣床，当时数控装置采用电子管元件。
1959年数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板，出现带自动换刀装置的数控机床，称为加工中心，使之进入了第二代。
1965年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进数控机床品种和产量的发展。
19世纪60年代末，出现了有一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统（简称DNC），又称群控系统；采用小型计算机控制的计算机数控系统（简称CNC），是数控装置进入了以小计算机为特征的第四代。
1974年，研制成功使用微处理和半导体储存器的微型计算机数控装置（简称MNC），这是第五代数控系统。
20世纪80年代初随着计算机的发展，出现了能进入人机对话式自动编制程序的数控装置。
数控装置小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测共建等功能
20世纪90年代后期，出现了PC+CNC智能数控系统，即以PC机为数控系统的硬件部分，在PC机上安装NC系统此种系统维护方便，易于实现网络化制造。
近年来，带有刀具库并能自动换刀具的数控机床——加工中心的发展速度十分迅速。
相继出现的双托盘自动交换的加工中心和柔性制造单元（FMC），由多台加工中心、物流系统、工业机器人及相应的信息流和中央控制系统组成的柔性制造系统（FMS），可实现24~120小时无人化运转。
办公自动化（OA）与柔性制造系统（FMS）集成，实现工厂自动化（FA）生产。
这些都改变了传统的制造模式，是制造业朝着自动化、柔性化、集成化方向发展。
§1.2数控机床的主要组成和工作过程
§1.2.1数控机床的组成
§1.2.2数控机床的工作过程
（1）程序的储存介质
数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。
（2）输入、输出（I/O）装置
输入装置的作用是将程序载体（信息载体）上的数控代码传递并存入数控系统内。
（3）数控装置
数控系统是机床实现自动加工的核心，是整个数控机床的灵魂所在。
数控系统主要由输入元件、监视器、主控制系统、可编程控制器、输入/输出接口等组成。
主控制系统主要由CPU、存储器、控制器等组成。
数控系统的主要控制对象是位置、角度、速度等机械量，以及温度、压力、流量等物理量，其控制方式可分为数据运算处理控制和时序逻辑控制两大类。
（4）伺服系统
伺服系统包括私服驱动电机，各种伺服驱动元件和执行机构等，它是数控系统的执行部分。
它的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换为机床移动部件的运动。
（5）检测反馈系统
检测反馈装置的作用是对机床的实际运动速度、方向、位移量以及加工状态加以检测，把检测结果转化为电信号反馈给数控装置，通过比较，计算出实际位置与指令之间的偏差，并发出纠正误差指令。
位置检测装置包括光栅、旋转编码器、磁栅等，用于检测执行部件的角度和位移量。
（6）机床本体
数控机床的机床本体与传统机床相似，由主传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。
（7）辅助装置
辅助装置主要包括自动换刀装置ATC（AutomaticToolChanger）、自动交换工作台机构APC（AutomaticPallerChanger）、工件加紧放松机构、回转工作台、液压控制系统、润滑装置、切削液装置、排屑装置、过载和保护装置等。
数控机床就是将加工过程的各种机床动作，由数字化的代码表示，通过某种载体将信息输入数控系统，控制计算机对输入的数据进行处理，来控制机床的伺服系统或其他执行元件，使机床加工出所需的工件。
其主要内容包括如下:
a根据零件加工图样进行工艺分析，确定加工方案、工艺参数、位置数据、夹具选用和刀具类型选择等。
b用规定的程序代码和格式编写零件加工序单；或用自动编程软件进行计算机辅助设计与制造（CAC/CAM）工作，直接生成零件的加工程序文件。
c程序的输入与传输。
d将输入传输倒数控单元的加工程序，进行试运行、刀具路径模拟等。
e通过对机床的正确操作，运行调试程序。
f完成零件的加工。
§1.3数控机床的分类
§1.3.1按加工工艺方法分类
普通数控机床
为了不同的工艺需要，普通数控机床有数控车床、铣床、钻床、镗床及磨床等，而且每一类又有很多品种。
数控加工中心
数控加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床。
典型的数控加工中心有镗铣加工中心和车削加工中心。
多坐标数控机床
多坐标联动的数控机床，其特点是数控装置能同时控制的轴数较多，机床结构也较复杂。
坐标轴数的多少取决于加工零件的复杂程度和工艺要求，现在常用的有四、五、六坐标联动的数控机床。
数控特种加工机床
数控特种加工机床包括电火花加工机床、数控线割机床、数控激光切割机床等。
§1.3.2按控制运动的方式分类
点位控制数控机床
这类机床只控制运动部件从一点移动到另一点的准确位置，在移动过程中不进行加工，对两点间的移动速度和运动轨迹没有严格要求，可以沿多个坐标同时移动，也可以沿各个坐标先后移动。
采用点位控制的机床有数控钻床、数控坐标镗床、数控冲床和数控测量机等。
直线控制数控机床
这类机床不仅要控制点的准确定位，而且要控制（或工作台）以一定的速度沿与坐标轴平行的方向进行切削加工。
轮廓控制数控机床
这类机床能够对两个或两个以上运动坐标的位移及速度进行连续相关的控制，使合成的平面或空间运动轨迹能满足零件轮廓的要求。
轮廓控制数控机床有数控铣床、车床、磨床和加工中心等。
§1.3.3按所用进给伺服系统的类型分类
开环数控机床
开环数控机床采用开环进给伺服系统，伺服驱动部件通常为反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机。
闭环数控机床
闭环数控机床的进给伺服系统是按闭环原理工作的，带有直线位移检测装置，直接对工作台的实际位移量进行检测。
伺服驱动部件通常采用直流伺服电动机和交流伺服电动机。
半闭环数控机床
这类控制系统与闭环控制系统的区别在于采用角位移检测元件，检测反馈信号不是来自工作台，而是来自与电动机相联系的角位移检测元件。
第2章数控机床的维护与维修
§2.1数控机床维修与维护的基本要求
数控机床的维修随着数控技术的发展已成为一个很宽广的领域，所以数控机床种类也越来越多，维修工作成了一个不可缺少的工作内容。
数控机床是一种综合应用了计算机、自动控制、精密测量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，因此它对人维修人员素质、维修资料的准备、维修仪器的使用等方面提出了比普通车床更高的要求，这些要求主要包括以下方面。
§2.1.1维修人员的要求
（1）有较广的知识面；
（2）善于思考；（3）重视总结积累；（4）善于学习；（5）能熟练操作机床和使用维修仪器；（6）具有较强的动手能力。
§2.1.2.技术资料的要求
（1）机床的使用说明书，它是由机床生产厂家编制并随机床提供的随机资料。
包括以下内容：
a机床的操作过程和步骤；b机床主要机械传动系统及主要部件的结构原理示意图；c机床的液压、气动、润滑系统图；d机床安装和调整的方法与步骤；e机床电器控制原理图；f机床使用的特殊功能及其说明等。
（2）系统的操作、编程说明书；（3）PLC程序清单；（4）机床参数清单；（5）伺服驱动系统、主轴驱动系统及步进驱动器的使用说明；（6）机床主要配套功能部件的说明书和资料。
§2.1.3工具及备件的要求
（1）常用仪器，它包括测振仪、红外测温仪、示波器、IC在线测试仪。
（2）常用仪表类，它包括数字万用表、数字转速表、相序表、常用的长度测量工具长度测量工具（如：
千分表、万分表等）；（3）常用工具类，它包括钳类工具、扳手类工具、化学用品。
（4）其他：
电烙铁、吸锡器、螺丝刀、剪刀、镊子、吹尘器、清洗盘、连接线、卷尺、刷子等。
§2.2数控机床常见故障
数控车床是一种技术复杂的机电一体化设备，其故障发生的原因一般都比较复杂，这给故障诊断和排除带来了不少困难。
为了便于分析故障和处理，本节按故障部件、故障性质机故障原因等对常见故障作了如下分类。
§2.2.1主机故障和电气故障
（1）主机故障
数控机床的主机部分，主要包括机械、润滑、冷却、排屑、液压、气动与防护等装置。
主机常见的故障主要有：
a.因机械部件安装、调试、操作使用不当及设计不合理等原因引起的机械传动故障；
b.因导轨、主轴等运动部件的干涉、摩擦过大等原因引起的故障；
c.因机械零件的损坏、联结不良等原因引起的故障。
主机故障主要表现为传声噪声大、加工精度差、运行阻力大、机械部件动作不进行、机械部件损坏等等。
润滑不良、液压、气动系统的管路堵塞和密封不良，是主机发生故障的常见原因。
数控机床的定期维护、保养、控制和根除“三漏”现象是减少主机部分故障的重要措施。
（2）电气故障
电气故障分弱电故障与强电故障。
弱电部分是指控制系统中以电子元器件、集成电路为主的控制部分。
弱电故障又有硬件故障与软件故障之分。
硬件故障是指上述各部分的集成电路芯片、电子元件、接插件以及外部连接组件等发生的故障。
软件故障是指在硬件正在常情况写所出现的动作出错、数据丢失等故障，常见的有：
加工程序出错、机床数据丢失、系统程序和参数的改变或丢失等。
强电部分是指控制系统中的主回路或高压、大功率回路中的继电器、接触器、开关、熔断器、变压器、电动机、电磁铁、行程开关等电气元件及其所组成的控制电路。
这部分的故障虽然维修、诊断较为方便，但发生故障的几率要高于弱电部分，必须引起维修人员足够重视。
§2.2.2系统性故障和随机故障
（1）系统性故障
系统性故障，通常是指只要满足一定的的条件或超过某一设定的限度，工作中的数控机床必然会发生的故障。
比如：
网络电压过高或过低，系统就会产生电压过高报警或电压过低报警；切削量安排得不合适，就会产生过载报警；加工时间过长，电机温度过高，就会产生过热报警等。
（2）随机性故障
随机性故障是指数控机床在工作过程中偶然发生的故障，此类故障是指在同样的条件下，只偶尔出现一次或两次的故障。
此类故障的发生的原因较隐蔽，故障的原因分析与故障的诊断的排除都是很困难的，一般情况下，故障的发生往往与部件的安装质量、参数设定、软件设计不完善、工作环境的影响、机械结构的局部松动、错位、机床电器元件可靠性下降等诸多因素有关。
因此，排除此类故障应该经过反复试验，综合判断。
随机性故障有可恢复性，故障发生后，通过重新开机等措施，机床通常可恢复正常，但在运行过程中，又可能发生同样的故障。
加强数控系统的维护检查，确保电气箱的密封，可靠的安装、连接，正确的接地和屏蔽，是减少、避免此类故障发生的重要的措施。
§2.2.3有显示故障和无显示故障
（1）有报警显示故障
数控机床的故障显示可分为指示灯显示与显示器显示两种情况。
a.指示灯显示报警
指示灯显示报警是指通过控制系统各单元上的状态指示灯（一般由LED发光管或小型指示灯组成）显示的报警。
根据数控系统的状态指示灯，如果系统的诊断软件以及显示电路不正常，显示器不显示报警时，仍可大致分析判断出故障发生的部位与性质。
因此，在维修、排除故障过程中应认真检查这些状态指示灯的状态。
b.显示器显示报警
显示器显示报警是指可以通过CNC显示器显示出报警号和报警信息的报警。
由于数控系统一般都具有较强的自诊断功能，如果系统的诊断软件以及显示电路工作正常，一旦系统出现故障，可以在显示器上以报警号及文本的形式显示故障信息。
数控系统能进行显示报警少则几十种，多则上千种，它是故障诊断的重要信息。
在显示器显示报警中，又可分为NC的报警和PLC的报警两类。
前者为数控生产厂家设置的故障显示，它可对照系统的“维修手册”，来确定可能产生该故障的原因。
后者是由数控机床生产厂家设置的PLC报警信息文本，属于机床侧的故障显示。
它可对照机床生产厂家所提供的“机床维修手册”中有关内容，确定故障所产生的原因。
（2）无报警显示故障
数控机床生产的故障还有一种情况，那就是无任何报警显示，但机床却不能正使用，往往是机床停在某一位置上不能正常工作，甚至连手动操作都失灵。
§2.2.4破坏性故障和非破坏性故障
以故障产生时有无破坏性而将故障分为破坏性故障和非破坏性故障。
（1）破坏性故障
人为因素也是造成数控机床故障的外部原因之一。
此类故障产生会对机床和操作者造成伤害，导致机床损坏或人身伤害，如：
飞车、超程运动、部件碰撞等等。
（2）非破坏性故障
大多数的故障属于此类故障，这种故障往往通过“清零”即可消除。
维修人员可以重现此类故障，通过现象分析、判断。
§2.2.5硬件故障和软件故障
（1）硬件故障
硬件故障是指控制系统主机中的硬件损坏，导致数控机床必然会发生的故障。
这一类故障具有不可恢复性，故障一旦产生，如不对其进行维修处理，机床不会自动恢复正常，但只要找出发生故障的根本原因，维修完成后机床立即可以恢复正常。
正确使用与精心维护是避免故障发生的重要措施。
（2）软件故障
软件故障分为两类：
a.程序编制错误造成的软件故障；
b.参数设置不正确造成的软件故障。
这两类故障排除比较容易，只要认真检查程序和修改参数就可以解决。
但是，参数的修改要慎重，一定要搞清参数的含义以及与其相关的其它参数，方可改动，否则顾此失彼还会带来很大的麻烦。
一般在机床投入生产之前将其参数备份，以便于解决这类问题。
§2.3数控机床的维护
数控系统是数控机床的核心部件，因此，数控机床的维护主要是数控系统的维护。
数控系统经过一段较
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