1、畢業設計論文作者 王廣 學號 20101936 系部 機電工程系 專業 機械制造與自動化 題目 數控機床傳動系統的故障淺析 指導教師 張曉東 評閱教師 完成時間： 年 月日 7題目：數控機床主傳動系統的故障淺析摘要：本文主要研究數控機床主傳動系統的故障及消除措施的相關內容。從數控機床主傳動系統故障的基礎內容談起，介紹數控機床主傳動系統的故障規律，故障診斷的一般步驟及方法。接著講述數控機床主傳動系統的常見故障，包括機械故障、plc等電氣故障。最后通過實例具體介紹數控機床主傳動系統的故障產生后分析處理的過程。從而得知，數控機床維修是一門復雜的技術，要熟悉數控機床主軸的各個部分，理論加實踐，提高工作

2、效率。關鍵詞：數控機床主傳動系統、故障、診斷、維修目錄1引言12數控機床系統故障診斷12.1數控機床的故障規律12.2數控機床主傳動系統故障診斷的一般步驟22.3數控機床主傳動系統的常用檢修方法33數控機床主傳動系統常見故障診斷與維修63.1數控機床機械主傳動系統結構故障診斷與維修63.2數控機床plc故障診斷方法13結論16致謝16參考文獻17圖一181 引言數控車床又稱數字控制（numerical control，簡稱nc）機床。它是基于數字控制的，采用了數控技術，是一個裝有程序控制系統的機床。它是由主機，cnc，驅動裝置，數控機床的輔助裝置，編程機及其他一些附屬設備所組成。數控車床是基于

3、數字控制的，它與普通車床不同，因此數控車床機械結構上應具有以下特點：1)由于大多數數控車床采用了高性能的主軸，因此，數控機床的機械傳動結構得到了簡化。2)為了適應數控車床連續地自動化加工，數控車床機械結構，具有較高的動態剛度，阻尼精度及耐磨性，熱變形較小。3)更多地采用高效傳動部件，如滾動絲桿副等。cnc裝置是數控車床的核心，用于實現輸入數字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲，數據的變換，插補運算以及實現各種控制功能。 數控技術是現代機械制造工業的重要技術裝備，也是先進制造技術的基礎技術裝備。隨著電子技術的不斷發展，數控機床在我國的應用越來越廣泛，但由于數控機床系統及其復雜，又因大部分具有技術

4、專利，不提供關鍵的圖樣和資料，所以數控機床的維修成為了一個難題。論文將涉及數控機床簡單介紹、故障現象描述或給出典型實例、故障的成因的分析和論證、故障診斷過程及消除故障的措施等內容。2 數控機床故障診斷 數控機床是個復雜的系統，一臺數控機床既有機械裝置、液壓系統，又有電氣控制部分和軟件程序等。組成數控機床的這些部分，由于種種原因，不可避免地會發生不同程度、不同類型的故障，導致數控機床不能正常工作。這些原因大致包括：機械銹蝕、磨損和失效；元器件老化、損壞和失效；電氣元件、接插件接觸不良；環境變化，如電流或電壓波動、溫度變化、液壓壓力和流量的波動以及油污等；隨機干擾和噪聲；軟件程序丟失或被破壞等。此

5、外，錯誤的操作也會引起數控機床不能正常工作。數控機床維修的關鍵是故障的診斷，即故障源的查找和故障定位。一般講根據不同的故障類型，采用不同的故障診斷方法。2.1數控機床的故障規律與一般設備相同，數控機床的故障率隨時間變化的規律可用下圖所示的浴盆曲線表示。在整個使用壽命期，根據數控機床的故障頻度大致分為 3 個階段，即早期故障期、偶發故障期和耗損故障期。早期故障期：早期故障期的特點是故障發生的頻率高，但隨著使用時間的增加迅速下降。偶發故障期：數控機床在經歷了初期的各種老化、磨合和調整后，開始進入相對穩定的正常運行期。在這個階段，故障率低而且相對穩定，近似常數。偶發故障是由于偶然因素引起的。耗損故障

6、期：耗損故障期出現在數控機床使用的后期，其特點是故障率隨著運行時間的增加而升高。出現這種現象的基本原因是由于數控機床的零部件及電子元器件經過長時間的運行，由于疲勞、磨損、老化等原因，壽命已接近衰竭，從而處于頻發故障狀態。2.2 數控機床故障診斷的一般步驟無論是處于哪一個故障期，數控機床故障診斷的一般步驟都是相同的。當數控機床發生故障時，除非出現危險及數控機床或人身安全的緊急情況，一般不要關斷電源，要盡可能地保持機床原來的狀態不變，并對出現的一些信號和現象做好記錄，這主要包括：故障現象的詳細記錄故障發生的操作方式及內容故障號及故障指示燈的顯示內容故障發生時機床各部分的狀態與位置有無其他偶然因素，

7、如突然停電、外線電壓波動較大、打雷、某部位進水等。數控機床一旦發生故障，首先要沉著冷靜，根據故障情況進行全面的分析，確定查找故障源的方法和手段，然后有計劃、有目的地一步步仔細檢查，切不可急于動手，憑著看到的部分現象和主觀臆斷亂查一通。故障診斷一般按下列步驟進行。 (1)詳細了解故障情況。例如，當數控機床發生顫振、振動或超調現象時，要弄清楚是發生在全部軸還是某一軸；如果是某一軸，是全程還是某一位置；是一運動就發生還是僅在快速、進給狀態某速度、加速或減速的某個狀態下發生。為了進一步了解故障情況，要對數控機床進行初步檢查，并著重檢查熒光屏上的顯示內容，控制柜中的故障指示燈、狀態指示燈等。當故障情況允

8、許時，最好開機試驗，詳細觀察故障情況。 (2)根據故障情況進行分析，縮小范圍，確定故障源查找的方向和手段。對故障現象進行全面了解后，下一步可根據故障現象分析故障可能存在的位置。有些故障與其他部分聯系較少，容易確定查找的方向，而有些故障原因很多，難以用簡單的方法確定出故障源的查找方向，這就要仔細查閱數控機床的相關資料，弄清與故障有關的各種因素，確定若干個查找方向，并逐一進行查找。 (3)由表及里進行故障源查找。故障查找一般是從易到難、從外圍到內部逐步進行。所謂難易，包括技術上的復雜程度和拆卸裝配方面的難易程度。技術上的復雜程度是指判斷其是否有故障存在的難易程度。在故障診斷的過程中，首先應該檢查可

9、直接接近或經過簡單的拆卸即可進行檢查的那些部位，然后檢查需要進行大量的拆卸工作之后才能接近和進行檢查的那些部位。2.3 數控機床的常用檢修方法數控機床是涉及多個應用學科的十分復雜的系統，加之數控系統和機床本身的種類繁多，功能各異，不可能找出一種適合各種數控機床、各類故障的通用診斷方法。這里僅對一些常用的一般性方法作以介紹，這些方法互相聯系，在實際的故障診斷中，對這些方法要綜合運用。（1）根據報警號進行故障診斷計算機數控系統大都具有很強的自診斷功能。當機床發生故障時，可對整個機床包括數控系統自身進行全面的檢查和診斷，并將診斷到的故障或錯誤以報警號或錯誤代碼的形式顯示在crt上。報警號(錯誤代碼)

10、一般包括下列幾方面的故障(或錯誤)信息：程序編制錯誤或操作錯誤；存儲器工作不正常；伺服系統故障；可編程控制器故障；連接故障；溫度、壓力、液位等不正常；行程開關(或接近開關)狀態不正確。利用報警號進行故障診斷是數控機床故障診斷的主要方法之一。如果機床發生了故障，且有報警號顯示于crt上，首先就要根據報警號的內容進行相應的分析與診斷。當然，報警號多數情況下并不能直接指出故障源之所在，而是指出了一種現象，維修人員就可以根據所指出的現象進行分析，縮小檢查的范圍，有目的地進行某個方面的檢查。（2）根據控制系統led燈或數碼管的指示進行故障診斷控制系統的led(發光二極管)或數碼管指示是另一種自診斷指示方

11、法。如果和故障報警號同時報警，綜合二者的報警內容，可更加明確地指示出故障的位置。在crt上的報警號未出現或crt不亮時，led或數碼管指示就是唯一的報警內容了。例如，fanuc10，11系統的主電路板上有一個七段led數碼管，在電源接通后，系統首先進行自檢，這時數碼管的顯示不斷改變，最后顯示“1”而停止，說明系統正常。如果停止于其他數字或符號上，則說明系統有故障，且每一個符號表示相應的故障內容，維修人員就可根據顯示的內容進行相應的檢查和處理。（3）根據pc狀態或梯形圖進行故障診斷現在的數控機床上幾乎毫無例外地使用了pc控制器，只不過有的與nc系統合并起來，統稱為nc部分。但在大多數數控機床上，

12、二者還是相互獨立的，二者通過接口相聯系。無論其形式如何，pc控制器的作用卻是相同的，主要進行開關量的管理與控制。控制對象一般是換刀系統，工作臺板轉換系統，液壓、潤滑、冷卻系統等。這些系統具有大量的開關量測量反饋元件，發生故障的概率較大。特別是在偶發故障期，nc部分及各電路板的故障較少，上述各部分發生的故障可能會成為主要的診斷維修目標。因此，對這部分內容要熟悉。首先要熟悉各測量反饋元件的位置、作用及發生故障時的現象與后果。對pc控制器本身也要有所了解，特別是梯形圖或邏輯圖要盡量弄明白。這樣，一旦發生故障，可幫助你從更深的層次認識故障的實質。pc控制器輸入輸出狀態的確定方法是每一個維修人員所必須掌

13、握的。因為當進行故障診斷時經常須要確定一個傳感元件是什么狀態以及pc的某個輸出為什么狀態。用傳統的方法進行測量非常麻煩，甚至難以做到。一般數控機床都能夠從crt上或led指示燈上非常方便地確定其輸入輸出狀態。例如，dialog 4系統是用pc控制器的輸入輸出板上的led指示燈表示其輸入輸出狀態的。燈亮為1，燈熄為0，可十分方便地確定出pc控制器的輸入輸出狀態。（4）根據機床參數進行故障診斷機床參數也稱為機床常數，是通用的數控系統與具體的機床相匹配時所確定的一組數據，它實際上是nc程序中未定的數據或可選擇的方式。機床參數通常存于ram中，由廠家根據所配機床的具體情況進行設定，部分參數還要通過調試

14、來確定。機床參數大都隨機床以參數表或參數紙帶的形式提供給用戶。由于某種原因，如誤操作、參數紙帶不良等，存于ram中的機床參數可能發生改變甚至丟失而引起機床故障。在維修過程中，有時也要利用某些機床參數對機床進行調整，還有的參數須要根據機床的運行情況及狀態進行必要的修正。因此，維修人員對機床參數應盡可能地熟悉，理解其含義，只有在理解的基礎上才能很好地利用它，才能正確地進行修正而不致產生錯誤。（5）用診斷程序進行故障診斷絕大部分數控系統都有診斷程序。所謂診斷程序就是對數控機床各部分包括數控系統本身進行狀態或故障檢測的軟件，當數控機床發生故障時，可利用該程序診斷出故障源所在范圍或具體位置。診斷程序一般

15、分為三套，即啟動診斷、在線診斷或稱后臺診斷和離線診斷。啟動診斷指從每次通電開始至進入正常的運行準備狀態止，cnc內部診斷程序自動執行的診斷，一般情況下數秒之內即告完成，其目的是確認系統的主要硬件可否正常工作。主要檢查的硬件包括：cpu、存儲器、i/o單元等印刷板或模塊；crt/mdi單元、閱讀機、軟盤單元等裝置或外設。若被檢測內容正常，則crt顯示表明系統已進入正常運行的基本畫面(一般是位置顯示畫面)。否則，將顯示報警信息。在線診斷是指在系統通過啟動診斷進入運行狀態后由內部診斷程序對cnc及與之相連接的外設、各伺服單元和伺服電機等進行的自動檢測和診斷。只要系統不斷電，在線診斷也就不會停止，在線

16、診斷的診斷范圍大，顯示信息的內容也很多。一臺帶有刀庫和臺板轉換的加工中心報警內容有五六百條。離線診斷是利用專用的檢測診斷程序進行的旨在最終查明故障原因，精確確定故障部位的高層次診斷，離線診斷的程序存儲及使用方法一般不相同隨著科學技術的發展及cnc技術的成熟與完善，更高層次的診斷技術已經出現。其中最引人注目的是“自修復”、“專家診斷系統”和通信診斷系統，這些新技術的發展與應用，無疑會給數控維修特別是故障診斷提供更有效的方法與手段。（6）其他診斷方法a、備板置換法（替代法）用同功能的備用板替換被懷疑有故障的模板。（故障被排除或范圍縮小）注意：斷電狀態下/選擇開關/跨線一致，只改變模板。b、將功能相

17、同的模板或單元相互交換，觀察故障的轉移情況，就能快速判斷故障的部位。c、敲擊法數控系統是由各種電路板組成，電路板上、接插件等處有虛焊或接口槽接觸不良都會引起故障。可用絕緣物輕輕敲打疑點處，若出現，則敲擊處很可能就是故障部位。d、升溫法設備運行較長時間或環境溫度較高時，機床就會出現故障，可用電吹風、紅外燈照射可疑的元件或組件。確定故障點。e、功能程序測試法當數控機床加工造成廢品而無法確定是編程、操作不當還是數控系統故障時，或是閑置時間較長的數控機床重新投入使用時。將g、m、s、t、f功能的全部指令編寫一個試驗程序并運行在這臺機床，可快速判斷哪個功能不良或喪失。f、隔離法隔離法是將某些控制回路斷開

18、，從而達到縮小查找故障區域的目的。例：某加工中心，在jog方式下，進給平穩，但自動則不正常。首先要確定是nc故障還是伺服系統故障，先斷開伺服速度給定信號，用電池電壓作信號，故障依舊。說明nc系統沒有問題。進一步檢查是y軸夾緊裝置出故障。g、測量比較法為了檢測方便，在模板或單元上設有檢測端子，用萬用表、示波器等儀器對這些端子的電平或波形進行測試，將測試值與正常值進行比較，可以分析和判斷故障的原因和及故障的部位。各種故障診斷方法各有特點，要根據故障現象的特點靈活的組合應用。3 數控機床常見故障診斷與維修3.1 數控機床機械結構故障診斷與維修（1）主軸部件的常見故障及其診斷維修故障現象故障原因排除方

19、法加工精度達不到要求機床在運輸過程中受到沖擊檢查對機床精度有影響的各部位，特別是導軌副安裝不牢固、安裝精度低或有變化重新安裝調平、緊固切削振動大主軸箱和床身連接螺釘松動恢復精度后緊固連接螺釘軸承預緊力不夠，游隙過大重新調整軸承游隙。但預緊力不宜過大，以免損壞軸承軸承預緊螺母松動，使主軸竄動緊固螺母，確保主軸精度合格軸承拉毛或損壞更換軸承主軸與箱體超差修理主軸或箱體，使其配合精度、位置精度達到要求主軸箱噪聲大主軸部件動平衡不好重做動平衡齒輪嚙合間隙不均勻或嚴重損傷調整間隙或更換齒輪軸承損壞或傳動軸彎曲修復或更換軸承，校直傳動軸傳動帶長度不一或過松調整或更換傳動帶，不能新舊混用齒輪精度差更換齒輪潤

20、滑不良調整潤滑油量，保持主軸箱的清潔度齒輪和軸承損壞變擋壓力過大，齒輪受沖擊產生破損按液壓原理圖，調整到適當的壓力和流量變檔機構損壞或固定銷脫落修復或更換零件軸承預緊力過大或無潤滑重新調整預緊力，并使之潤滑充足主軸無變速電氣變檔信號是否輸出維修人員檢查處理壓力是否足夠檢測并調整工作壓力變檔液壓缸研損或卡死修去毛刺和研傷，清洗后重裝變檔電磁閥卡死檢測并清洗電磁閥變檔液壓缸撥叉脫落修復或更換變檔液壓缸竄油或內泄更換密封圈變檔復合開關失靈更換開關主軸不轉動主軸轉動指令是否輸出維修人員處理檢查保護開關沒有壓合或失靈檢測壓合保護開關或更換卡盤未夾緊工件調整或修理卡盤變擋復合開關損壞更換復合開關變檔電磁閥

21、體內泄漏更換電磁閥主軸發熱主軸軸承預緊力過大調整預緊力軸承研傷或損壞更換軸承潤滑油臟或有雜質清洗主軸箱，更換新油4、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口螺母和滾珠絲杠軸承其他機械部分。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