数控机床故障诊断与维护.ppt

数控机床故障诊断与维护,第一章 绪论,第一章 绪论,学习内容,数控机床的组成和特点,数控机床诊断的意义,数控机床故障诊断技术及发展,学习目标,熟悉常见故障的类型,了解数控机床各部分的作用及特点,掌握数控机床故障诊断方法,数控机床故障诊断的内容和故障分类,第一章 绪论,1.1 数控机床的组成,1.1.1 数控机床的组成,数控机床由数控装置、伺服驱动装置、检测反馈装置和机床本体四大部分组成，再加上程序的输入/输出设备、可编程控制器、电源等辅助部分。,第一章 绪论,数控系统的核心。,由硬件和软件部分组成，接受输入代码经缓存、译码、运算插补）等转变成控制指令，实现直接或通过PLC对伺服驱动装置的控制。,1）数控装置,2）伺服驱动装置,数控装置和机床主机之间的联接环节。,接受数控装置的生成的进给信号，经放大驱动主机的执行机构，实现机床运动。,第一章 绪论,通过检测元件将执行元件（电机、刀架）或工作台的速度和位移检测出来，反馈给数控装置构成闭环或半闭环系统。,3）检测反馈装置,4）机床本体,数控机床的机械结构件。,床身箱体、立柱、导轨、工作台、主轴和进给机构等。,第一章 绪论,1.2 数控机床故障诊断的意义,1.2.1 数控机床故障诊断和维修的必要性,第一章 绪论,1.3 数控机床故障诊断,故障的基本概念,故障数控机床全部或部分丧失原有的功能。,故障诊断在数控机床运行中，根据设备的故障现象，在掌握数控系统各部分工作原理的前提下，对现行的状态进行分析，并辅以必要检测手段，查明故障的部位和原因。提出有效的维修对策。,第一章 绪论,1.3.2 故障的分类,1）按故障的起因分类,非关联性故障和系统本身结构与制造无关的故障。,关联性故障和系统的设计、结构或性能等缺陷有关而造成（分固有性和随机性）。,2）按故障的发生的状态分类,突然故障发生前无故障征兆，使用不当。,渐变故障发生前有故障征兆，逐渐严重。,第一章 绪论,3）按故障发生的性质分类,软件故障程序编制错误、参数设置不正确、机床操作失误等引起。,硬件故障电子元器件、润滑系统、限位机构、换刀系统、机床本体等硬件损坏造成。,干扰故障由于系统工艺、线路设计、电源地线配置不当等以及工作环境的恶劣变化而产生。,第一章 绪论,4）按故障的严重程度分类,危险性故障数控系统发生故障时，机床安全保护系统在需要动作时，因故障失去保护动作，造成人身或设备事故。,安全性故障机床安全保护系统在不需要动作时发生动作，引起机床不能起动。,第一章 绪论,1.3.3 数控系统的可靠性,数控机床除了具有高精度、高效率和高技术的要求外，还应该具有高可靠性。,衡量的指标有：,MTBF平均无故障时间。MTBF=总故障时间/总故障次数,MTTR排除故障的修理时间,平均有效度A：A=MTBF/（MTBF+MTTR）,第一章 绪论,数控设备使用寿命故障频率曲线,第一章 绪论,1.3.4 数控机床维修的特点,数控机床是高投入、高精度、高效率的自动化设备；,一些重要设备处于关键的岗位和工序，因故障停机时，影响产量和质量；,数控机床在电气控制系统和机械结构比普通机床复杂，故障检测和诊断有一定的难度。,第一章 绪论,1.4 数控诊断技术,自诊断技术,1）开机自诊断（启动诊断）,数控系统通电至正常运行准备状态为止。,使用系统内部自诊断软件,诊断内容,系统中关键的硬件和控制软件,系统配置：如CPU、RAM、ROM等芯片，MDI、CRT、I/O等模块,检测结果通过CRT显示。,启动诊断过程不结束，系统不能投入运行,第一章 绪论,2）运行自诊断（在线诊断）,数控系统正常工作时，运行内部诊断程序，对系统本身、PLC、位置伺服单元以及与数控装置相连的其它外部装置进行自动测试、检查，并显示相关的状态信息和故障信息。,诊断内容,接口显示，CNC和PLC，CNC与机床、PLC与机床、CNC内部和状态,第一章 绪论,报警类型,过热报警,系统报警,存储器报警,伺服报警,行程开关报警,编程/设定报警，操作、编程错误引起的软故障,印刷电路板间的连接故障报警,第一章 绪论,3）离线诊断,用离线诊断软件，一般与CNC系统控制软件装在CNC系统中，可调用，在CRT上观察诊断结果。,第一章 绪论,1.4.2 诊断技术的发展,1）通讯诊断（远程、海外诊断）,用户机床的通讯口通过电话线和维修中心的专用通讯诊断计算机相连。,计算机发诊断程序 用户测试数据 计算机诊断结果和处理方法 用户,特点：实用简便；有一定的局限性,第一章 绪论,2）自修复系统,当诊断软件发现数控机床在运行中某一模块有故障时，系统在CRT上显示的同时，自动寻找备用模块并接上。,特点：实用但成本比较高，而且只适合总线结构的CNC系统。,第一章 绪论,3）人工智能专家故障诊断系统,第一章 绪论,4）人工神经元网络(ANN)诊断,ANN具有联想、容错、记忆、自适应、自学习和处理复杂多模式故障等特点。这种方法将被诊断的系统的症状作为网络的输入，将按一定数学模型所求得的故障原因作为网络的输出，并且神经网络将经过学习所得到的知识以分布的方式隐存在网络上，每个输出神经元对应着一个故障原因。,第一章 绪论,5）对维修人员要求,掌握操作技能、熟悉编程，了解数控工作原理与结构,熟读说明书,掌握常用测试仪器的使用方法,借鉴他人经验,做好故障诊断和维修纪录,第一章 绪论,1.5 课程的基本要求与特点,熟悉数控机床各组成部分的工作原理与结构,确立数控机床故障诊断的基本思路与实施诊断的步骤及注意事项,掌握常用测试仪器的使用方法,通过理论和实训环节的教学，能实施对数控机床的故障分析和诊断,课程涉及内容广，故障检测、分析难度高,第二章 数控机床的验收及检测,第二章 数控机床的验收及检测,学习内容,数控机床的安装和调试,数控机床的验收及功能测试,数控机床数据备份和基本参数设置,学习目标,熟悉数控的连接、试车及检验过程及标准,了解数控安装调试要求及内容,数控机床的检测实践,掌握基本参数设置及检验要求方法,2.1 数控机床的安装与调试,2.1.1 数控机床的安装,工艺准备：按图做好基础施工,第二章 数控机床的验收及检测,1）基础施工和机床就位,数控机床的安装包括基础施工、机床就位、连接组装、通电试车,技术准备：拆箱检查技术文件及装箱单,电气液压气管的连接（按说明书）,外部电缆的连接：系统及各单元、接地、三相电源的连接,第二章 数控机床的验收及检测,2）连接和调整,确认电压、频率，检查相序,检查连接、排除短路隐患,接通数控柜，检查输出电压和熔断器,参数的设定和确认,硬件短路棒及开关的设定,参数的设定。主要是核查,第二章 数控机床的验收及检测,参数的备份,系统与机床的接口：熟悉系统调试的技术知识、通过接口检测机床的状态,3）通电试车,通电前的准备：清洗、润滑、粗调几何精度,第一次通电的过程：一次全部接通或部分接通注意事项：安全问题 机床运行状态,通电正常后，检查内容：手动进给、主轴、手轮、限位开关 回零动作,2.1.2 数控机床的调试,精调机床水平,第二章 数控机床的验收及检测,1）精度调整,数控机床的调试包括机床精度调整、机床功能测试和机床试运行,调试换刀动作（ATC）,调试交换工作台动作（APC）,试验各主要操作功能：常用指令、辅助动作等,第二章 数控机床的验收及检测,2）功能测试,检查附件是否完整及工作是否正常,3）机床的试运行,运行考机程序：数控车：16 小时 加工中心：32 小时,考机程序的考核范围,主轴转动中、高、低五种以上速度的正、反转及停止；,第二章 数控机床的验收及检测,执行考机程序需：不应发生除操作失误引起的任何故障，程序因故障中断后，需重新开始计时。,各进给运动中、高、低速度G00、G01移动，全行程的二分之一以上；,自动加工的功能和代码；,自动换刀交换刀床中2/3以上刀具，重量在中等以上的刀柄；,使用特殊功能如测量、APC交换和用户宏程序,2.2 数控机床的验收,控制柜元器件的紧固检查（接插件、接线端子、元器件的固定）,第二章 数控机床的验收及检测,数控系统外观检查（各部分破损、碰伤）,输入电源电压、相序的确认；,检查直流输出电压（24V、5V）,确认数控系统与机床侧的接口,确认数控系统各参数的设定（最佳性能）,2.2.1 开箱检验和外观检查,核对应有的随机操作、维修说明书、图样资料、合格证等技术文件,第二章 数控机床的验收及检测,装箱单,按合同规定，对照装箱单清点附件、备件、工具数量、规格及完好情况；,检查主机、数控柜、操作台等有无明显的碰撞损伤、变形、受潮、锈蚀，并逐项如实填写“设备开箱验收登记卡”存档。,2.2.2 系统的连接(以FANUC-0I系统为例),第二章 数控机床的验收及检测,控制单元主板与I/O LINK,第二章 数控机床的验收及检测,控制单元主板与串行主轴及伺服轴的连接,第二章 数控机床的验收及检测,控制单元I/O板与显示单元的连接,第二章 数控机床的验收及检测,控制单元I/O板与内装I/O卡的连接,第二章 数控机床的验收及检测,控制单元I/O板与MDI等的连接,参数和数据备份(以FANUC-0I系统为例),第二章 数控机床的验收及检测,数控机床参数主要包括数控系统参数和机床可编程控制器(PMC)参数,参数的显示和修改方法,参数的分类和意义,参数的保持及备份,2.2.4 机床性能,第二章 数控机床的验收及检测,主轴性能,手动操作高、中、低三挡转速连续进行五次正、反转的起动、停止，检验其动作的灵活性和可靠性。观察功率变化。,MDI方式转速由低到高，允差10%。观察机床的振动以及2H高速运行温升情况。,主轴准停五次正、反转的起动、停止，检验其动作的灵活性和可靠性。,第二章 数控机床的验收及检测,进给性能,手动操作高、中、低速进给和快速移动的起动、停止、点动的灵活性和可靠性。一级增量运行方式的误差。,MDI方式快速移动（G00）和进给（G01)速度，允差5%。,软/硬限位可靠性。,回原点可靠性。,第二章 数控机床的验收及检测,自动换刀功能,手动/自动操作通过手动和M06T指令自动运行，检验换刀的可靠性、准确性、灵活性和平稳性,刀具交换时间测定换刀时间是否符合要求,机床噪声,主轴箱、冷却风扇、液压油泵等噪声小于85分贝。,第二章 数控机床的验收及检测,润滑装置,检查可靠性、泄露状况、油温、润滑点的油量分配。,气、液装置,密封性、可调整性、工作状态,电气装置,数控装置,附属装置-冷却、排屑等,2.2.5 数控功能,第二章 数控机床的验收及检测,运动指令功能,快速移动，直线圆弧插补功能的正确性。,准备指令功能,检验回原点、执行程序、进给倍率、急停等功能的准确性,操作功能,各类准备指令如半径补偿等功能的准确性。,第二章 数控机床的验收及检测,CRT显示功能,检验位置、程序、各种菜单显示功能,2.2.6 连续空载运行,进行816小时的空载自动连续运行,2.3 机床精度检验,第二章 数控机床的验收及检测,2.3.1 几何精度检验（静态精度检验）,定义：综合反映机床关键零部件经组装后的综合几何形状误差。,常用的检验工具：精密水平仪、精密方箱、直角尺、平尺、平行光管、千分表、测微仪、高精度验棒。,机床几何精度检测必须在机床精调之后一次完成，不允许调整一项检测一项，因为几何精度有些项目是相互联系相互影响的。,第二章 数控机床的验收及检测,方箱,直角尺,圆柱角尺,第二章 数控机床的验收及检测,检验内容（以普通立式加工中心为例）,1)工作台面的平面度,2)各坐标方向移动的相互垂直度,3)XY 坐标方向上移动时工作台的平行度,4)X 坐标方向上移动时工作台 T 型槽侧面的平行度,5)主轴的轴向窜动,6)主轴孔的径向跳动,7)主轴沿 Z 坐标方向移动时主轴轴心的平行度,8)主轴回转轴心线对工作台面的垂直度,9)主轴箱在 Z 桌表方向移动的直线度,第二章 数控机床的验收及检测,2.3.2 定位精度及检验,定义：机床各坐标轴在数控装置的控制下运动所能达到的位置精度,检验工具：双频激光干涉仪、测微仪和成组块规、标准刻度尺、光学读数显微镜。,定位精度决定于数控系统和机械传动误差。,第二章 数控机床的验收及检测,检验内容（以普通立式加工中心为例）,1)直线轴的定位精度,2)直线轴的重复定位精度,3)直线轴的回零精度,4)直线轴的反向误差,5)回转运动的定位精度,6)回转运动的重复定位精度,7)回转运动轴的回零精度,8)回转运动的反向误差,第二章 数控机床的验收及检测,2.3.3 切削精度,定义：是一项综合精度，不仅反映机床的几何精度和定位精度，同时还包括了试件的材料、环境温度、刀具性能已急切削条件等各种因素造成的误差和计量误差。,保证切削精度，必须要求机床的几何精度和定位精度的实际误差要比允差小。,切削精度检验可分为：单项加工精度检验（外圆、端面、螺纹）加工一个标准的综合性试件精度检验,第二章 数控机床的验收及检测,检验内容（卧式加工中心为例）,1)镗孔精度-圆度、圆柱度,2)端铣刀铣平面精度-平面度、阶梯差,3)端端铣刀铣侧面精度-垂直度、平行度,4)镗孔孔距精度X轴方向、Y轴方向、对角线 方向、孔径偏差,5)立铣刀铣四周面精度直线度、平行度、厚度差、垂直度,6)两轴联动铣削直线精度直线度、平行度、垂直度,7)立铣刀铣削圆弧精度圆度,第三章 数控机床的维护与管理,第三章 数控机床的维护与管理,学习内容,数控机床的维护管理,数控的维护特点,备品备件与维修的重要性,学习目标,熟悉数控的抗干扰措施,了解数控维护内容、安全操作、维修规程,掌握数控的维护方法和要求,3.1 数控机床的维护,3.1.1.数控机床的维修管理,选择合理的维修方式,1）维修管理的内容,建立专业维修组织和维修协作网,备件国产化,第三章 数控机床的维护与管理,维修方式有：事后维修、预防维修、改善维修、预知维修或状态监测维修、维修预防,从修理费用、停产损失、维修组织工作和修理效果等方面去衡量,点检管理:按有关文件的规定,对设备进行定点、定时的检查和维护,2）点检管理,点检的内容:定点、定标、定期、定项、定人、定法、检查、记录、处理、分析,分类：,第三章 数控机床的维护与管理,生产点检开机前检查、润滑、日常清洁、紧固等工作（操作者）,专职点检重点设备、部位（设备部门）,日常点检一般设备的检查及维护（车间）,3）数控车床的润滑示意图,第三章 数控机床的维护与管理,润滑部位及间隔时间,第三章 数控机床的维护与管理,润滑方法及材料,4）某加工中心的维护点检表,第三章 数控机床的维护与管理,每天,主轴润滑恒温油箱,导轨润滑油箱,压缩空气气源压力,XYZ轴导轨面,油标油量及时添加润滑油润滑泵能定时启动及停止,清除切屑及脏物检查润滑油是否充分导轨面有划伤损坏,气源自动分水滤水器和自动空气干燥器,检查压力是否在正常范围,气液转换器和增压器油面,及进清理分水器中滤出的水分，自动保持空气干燥器正常工作,发现油面不够时及时补充油,机床液压系统,油量充足，并调节温度范围,油箱、液压泵无异常噪音压力表指示正常管路及各接头无泄漏工作油面高度正,第三章 数控机床的维护与管理,液压平衡系统,CNC的输入输出单元,平衡压力指示正常快速移动时平衡阀工作正常,各种电气柜散热通风装置,光电阅读机清洁机械结构润滑良好,各种防护装置,各电柜冷却风扇工作正常风道过滤网无堵塞,导轨、机床各种防护罩等应无松动,每半年,滚珠丝杠,清洗旧润滑脂，涂上新的油脂,液压油路,清洗溢流阀、减压阀、滤油器及油箱箱底更换或过滤液压油,主轴润滑恒温油箱,第三章 数控机床的维护与管理,检查并更换直流伺服电机碳刷,润滑液压泵、滤油器清洗,检查换向器表面，吹净碳粉，去毛刺更换长度过短的电刷，跑合后使用,清理池底，更换滤油器,不定期,检查各轴轨道上镶条、压紧滚轮松紧状态,按机床说明书调整,冷却水箱,检查液面高度太脏、更换清理水箱底部经常清洗过滤器,排屑器,每年,经常清理铁屑检查有无卡住,清理废油池,及时取油池中废油，以免外溢,调整主轴驱动带松紧,及按机床说明书调整,3.1.2.数控机床的日常维修,使用环境,1）数控机床使用中应注意的问题,电源要求,第三章 数控机床的维护与管理,避免阳光的直射和其他辐射,避免太潮湿或粉尘过多的场所,要远离振动大的设备,避免有腐蚀气体的场所,允许波动10%,数控机床应有操作规程,2）数控系统的维护,不宜长期封存不用,第三章 数控机床的维护与管理,每周通电1-2次，每次空运行1小时左右,严格遵守操作规程和日常维护制度,应尽量少开数控柜和强电柜的门,定时清扫数控柜的散热通风系统,数控系统的输入/输出装置的定期维护,定期检查和更换直流电动机电刷,第三章 数控机床的维护与管理,经常监视数控系统的电网电压,定期更换存储器用电池,每年更换一次,电池的更换应在数控系统供电的状态下进行，以免参数丢失,数控系统长期不用时的维护,经常给数控系统通电,对于直流电动机应将电刷取出,以免腐蚀换向器,备用电路板的维护,做好维修前的准备工作:技术准备工具准备备件准备,主传动链的维护,3）机械部件的维护,第三章 数控机床的维护与管理,熟悉主传动链的结构、性能和主轴调整方法,对于带传动的主传动,定期调整带的松紧,防止打滑造成的丢转,经常检查压缩空气气压,保持主轴与刀柄连接部位的清洁,检查主轴箱温度,检查主轴润滑恒温箱,防杂质,每年更换一次润滑油,并清洗过滤器,刀具拉紧装置长时间使用后会产生间隙,需调整液压缸吨活塞的位移量,滚珠丝杠螺母副的维护,第三章 数控机床的维护与管理,定期检查、调整丝杠螺母副的轴向间隙,检查丝杠支承与床身的连接是否松动,丝杠防护装置一有损坏要及时更换,采用润滑脂润滑的滚珠丝杠，每一个半年清洗丝杠上的旧润滑脂，换上新的润滑脂；用润滑油润滑的滚珠丝杠，每次机床工作前加油一次,刀库及换刀机械手的维护,第三章 数控机床的维护与管理,手动装刀时要确保装至位，装牢,严禁超重、超长刀具装入刀库,注意保持刀柄和刀套的清洁,采用顺序选刀方式的，注意刀库上刀具的顺序,经常检查刀库回零是否正确,开机后，先空运行检查机械手和刀库是否正常,液压系统维护,第三章 数控机床的维护与管理,定期对油箱内的油进行检查、过滤、更换,检查冷却器和加热器的工作性能，控制油温,定期检查清洗或更换液压件、滤芯、定期检查清洗油箱和管路,定期检查更换密封件，防止液压系统泄漏,严格执行日常点检制度，检查系统的泄漏、噪声、振动、压力、温度等是否正常,气动系统维护,第三章 数控机床的维护与管理,选用合适的过滤器，清除压缩空气中的杂质水分,检查系统中油雾器的供油量，保证空气中有适量的润滑油来润滑气动元件，防止生锈、磨损造成空气泄漏和元件动作失灵,注意调节工作压力,定期检查更换密封件,定期检查清洗或更换气动元件、滤芯,机床精度的维护检查,第三章 数控机床的维护与管理,遇到以下情况必须进行机床精度检查,机床动态精度发生变化后,操作失误或机床故障造成撞车后,3.1.3 数控机床的抗干扰,电火花、中、高频电加热设备的电源都会产生强烈的电磁波，通过空间传播被附近的数控系统所接受，如果能量足够就会干扰数控机床的正常工作。（远离这些设备）,1）电磁波干扰,2）供电线路干扰,第三章 数控机床的维护与管理,输入电压过压或欠压引起电源报警而停机,电源波形畸变*引起错误信息会导致CPU停止运行,串模干扰干扰电压叠加在有用信号上，由绝缘不良、漏电阻及供电线路等引入。,3）信号传输干扰,共模干扰干扰电压对二根或以上信号线的干扰大小相等、相位相同。装置的 共模抑制比较高，影响不大。当不平衡时，一部分转为串模。,第三章 数控机床的维护与管理,数控信号在传递过程中受到外界的干扰,减少供电线路的干扰,4）抗干扰措施,第三章 数控机床的维护与管理,数控机床远离具有中、高频电源的设备,数控机床不要和大功率且频繁起、停的设备在同一供电干线上,动力线和信号线分开走线,在电源电压波动较大的地区，加稳压电源,信号线采用屏蔽线或双绞线,控制线和电源线相交时，要采用直角相交,减少机床控制中的干扰,第三章 数控机床的维护与管理,压敏电阻保护（浪涌吸收器）可对线路中的瞬变、尖蜂等噪声进行保护,第三章 数控机床的维护与管理,阻容保护交流接触器和电机频繁起停时，因电磁感应会在机床电路中产生浪涌或尖蜂，可抑制、吸收干扰噪声,交流接触器线圈,驱动电路,第三章 数控机床的维护与管理,续流二极管保护直流电感元件在断电时，在线圈着将产生较大的感应电动势并联的二极管可减少对控制电路的干扰,屏蔽技术（电磁、静电屏蔽）,第三章 数控机床的维护与管理,信号线采用屏蔽线（铜质网状）、穿在铁质蛇皮管或铁管中,关键元件或组件采用金属容器屏蔽,“接地”是数控机床安装中一项关键的抗干扰技术措施。电网的许多干扰都是通过“接地”对机床起作用的,保证“接地”良好,信号地用来提供电信号的基准电压（0V）,框架地是以安全性及防止外来噪声和内部噪声为目的的地线系统。它是装置的面板、单元的外壳、操作板及各装置间接口的屏蔽线,第三章 数控机床的维护与管理,系统地是将框架地和大地相连接,接地要可靠（接地电阻应小于10欧姆）,接地线要粗（应大于电源线的截面积）,数控机床的地线系统,第三章 数控机床的维护与管理,一点接地,二点接地,第四章 数控机床的机械故障诊断,第四章 数控机床的机械故障诊断,学习内容,数控机床的机械结构和传动特点,数控机床对机械传动的特殊要求,数控机床机械传动的故障诊断方法,学习目标,熟悉各机械部件的特点和维护要求,了解数控机床机械结构组成和传动特点,掌握机械传动系统的故障诊断方法,数控机床机主要部件的维护机故障诊断,4.1 机械结构及传动特点,4.1.1 机械结构的基本组成,主轴部件：提供切削功率、在高档数控机床中还具有 C 轴功能及定向功能,进给部件：在伺服电机的驱动下完成直线运动的定位、进给。,第四章 数控机床的机械故障诊断,机床基础件-床身、底座、立柱、工作台等。,自动换刀装置：数控车床的转塔刀架、加工中心的刀库及换刀机构,回转运动部件：指旋转轴如：B 轴、A 轴,第四章 数控机床的机械故障诊断,位置检测装置：直线光栅尺、圆光栅等位置检测元件,气动、液压：完成机床的辅助动作如：换刀、交换工作台的机构,4.1.2 机械结构的要求,适应自动化控制的需要,满足工艺复合化-一次装夹，多工序加工,第四章 数控机床的机械故障诊断,功能集成化,4.1.3 机械结构的主要特点,1、高刚度和高抗震性,刚度-机床结构抵抗变形的能力,第四章 数控机床的机械故障诊断,静态刚度,动态刚度,提高机床刚度的措施,提高机床构件的静刚度和固有频率,改善数控机床结构的阻尼特性,用新材料和钢板焊接结构,2、减少机床热变形的影响,改进机床布局和结构,第四章 数控机床的机械故障诊断,采用热对称结构,采用倾斜床身和斜滑板结构,温度控制-散热,采用热平衡措施,对切削部位采取强冷措施,热位移补偿,3、简化驱动系统机械结构,4、高传动效率和无间隙传动装置,5、低摩擦因素得导轨,4.2 数控机床机械故障的诊断,4.2.1 故障与故障诊断,数控机床在机械结构上和普通机床不同点在于传动链缩短，传动部件的精度高，机械维护的面更广。主轴、进给轴、导轨和丝杠、刀库和换刀装置、液压和气动等,熟悉机械故障的特征，掌握数控机床机械故障的诊断的方法和手段。还要注意数控机床机电之间的内在联系。,第四章 数控机床的机械故障诊断,机械故障的原因,机床在运行过程中，机械零部件受到力、热、摩擦以及磨损等诸多因素的作用，使其领部件偏离或丧失原有的功能。,第四章 数控机床的机械故障诊断,机械故障诊断,机床运行状态的识别、运行状态的信号获取、特征参数的分析，故障性质的判断和故障部位的确定。即机床运行状态的监视、识别和预测。,数控机床机械故障诊断方法,包括：实用诊断方法和现代诊断方法。,诊断技术：设备状态监测与故障诊断技术,包括三个基本环节和四项基本技术,第四章 数控机床的机械故障诊断,三个基本环节：,四项基本技术：,检查测量技术信号处理技术识别技术预测技术,检查异常诊断故障状态和部位分析故障类型,数控机床机械故障的诊断技术，分为简易诊断技术和精密诊断技术,第四章 数控机床的机械故障诊断,简易诊断技术：也称为机械检测技术。对机床进行问、看、听、摸、嗅等,精密诊断技术：根据简易诊断中提出的疑难故障，由专职故障精密诊断人员利用先进测试手段进行精确的定量检测与分析，找出故障位置、原因、数据，确定修理方法和时间,4.2.2 实用诊断技术的应用,问操作者（渐/突发、故障现象、加工件的情况、传动系统的运动和动力、润滑、保养和检修情况）,看机床的转速变化、工件的表面粗糙度和振纹、颜色、伤痕等明显症状,第四章 数控机床的机械故障诊断,听机床运转声（强弱、频率高低等）,闻润滑油脂氧化蒸发油烟气焦糊气,触用手感来判别机床的故障（温升、振动、伤痕和波纹、爬行、松紧）,实用诊断技术在机械故障的诊断中具有实用简便、快速有效的特点，但诊断效果的好坏在很大程度上要凭借维修技术人员的经验，而且有一定的局限性，对一些疑难故障难以奏效。,第四章 数控机床的机械故障诊断,4.2.3 现代（精密）诊断技术,振动监测,油液分析,第四章 数控机床的机械故障诊断,噪声监测,温度监测,裂纹监测,磁塞法,4.2.4 机械振动检测诊断法,以机床振动作为信息源，在机床运行过程中获取信号，对信号作各种处理和分析，通过某些特征量的变化来判别有无故障、根据由以往诊断经验形成的一些判据来确定故障的性质并综合一些其他依据来进一步确定故障的部位。,第四章 数控机床的机械故障诊断,具有实用可靠、判断准确的特点,1、机械故障诊断的基本环节,确立运行状态的基本类型,第四章 数控机床的机械故障诊断,建立测量系统,特征提取,状态识别、趋势分析、制定决策,2、诊断过程,诊断前的技术准备,第四章 数控机床的机械故障诊断,使用情况、运转状态、技术资料,分析传动关系、计算传动件的特征值,传动链分析,传动链特征频率系数,滚动轴承特征频率系数,诊断方案的制定,主运动速度、加工负荷、传感器选择、测点位置选择,数据采集和分析,第四章 数控机床的机械故障诊断,数据采集：获取信号、信号调理与处理,分析：信号分析、故障判断（部位、性质）,3、故障振动信号分类,平稳性故障信号、冲击性故障信号,平稳性故障信号,机械结构在正弦周期性力信号、复杂周期性力信号和准周期性力信号（轴弯曲、偏心、滚子失圆等渐变性故障）作用下产生的响应信号。,特点：响应信号的频率成分与激励信号的频率成分相同。频谱为有限根谱线，而且能量集中在故障的特征频率及其倍频上,第四章 数控机床的机械故障诊断,第四章 数控机床的机械故障诊断,冲击性故障信号,机械结构在周期性冲击力作用下的脉冲响应，它与冲击信号本身有很大的不同。,特点：信号能量短时间释放，其频谱为无穷根谱线，间隔等于脉冲发生的频率。能 量集中于基频。,冲击故障信号的时序图,冲击信号的时序图,第四章 数控机床的机械故障诊断,4、信号分析方法,时域分析法（直观）,了解信号的幅值和时间的关系，确定振动的程度，设备是否有故障及严重程度。不能确定故障部位（特征量的统计分析、相关分析等、均值、有效值、均方根值、方差等）。,频域分析法,幅值谱分析-应用傅里叶变换、傅里叶傅里叶积分将时域信号变为频域信号。,功率谱分析-在频域中对信号能量或功率分布情况的描述。,滤波谱-分析平稳性故障信号,解调谱-分析冲击性故障信号,第四章 数控机床的机械故障诊断,5、测试仪器系统,测试仪器系统,第四章 数控机床的机械故障诊断,6、诊断实例,了解设备的运行状态：设备在运行中有什么异常情况，不同速度档位有什么区别。,得到设备的有关资料：设备的传动系统图、轴承分布图等技术资料，并对其进行分析。,计算传动链和传动件的特征频率：计算传动链，计算各传动件的特征频率系数。,第四章 数控机床的机械故障诊断,某机械传动系统简图,第四章 数控机床的机械故障诊断,对设备进行诊断测试,放置测振、测速传感器（位置、信号要求；一般选振动或噪声较大的部位）；,连接仪器系统；,开动被测设备；,调节测速电平、显示主轴转速并记录；,从较高频段开始测试，逐渐到较低频段并调节放大器的增益，使信号处于最佳状态；,记录、打印测试结果。,第四章 数控机床的机械故障诊断,故障诊断分析,由主轴转频计算各传动件的特征频率；,对照计算值和测试结果，由前述机械故障诊断知识进行分析，判断故障的部位和故障性质。得出诊断结果。,传动链 30/60 27/30 27/57 特征系数 4.69 140.2.35 63.33 2.1 57 1.0特征频率 3.58 107.4 1.79 48.32 1.61 43.5 0.763,第四章 数控机床的机械故障诊断,频谱图,4.3 常见机械部件的维护与诊断,4.3.1 主轴部件,主轴部件的性能要求,高回转精度、足够的功率输出、刚度、抗振性、温升以及自动变速、准停和自动换刀等要求。,第四章 数控机床的机械故障诊断,1、主轴轴承的配置形式,双列短圆柱滚子轴承和60度角接触双列向心推力球轴承+成对向心推力球轴承-刚度好，强力切削,高精度向心推力球轴承-高速、轻载、精密,双列或单列圆锥滚子轴承-中等精度、低速、重载,第四章 数控机床的机械故障诊断,2、主轴准停装置,机械式-机械凸轮或光电盘粗定位+定位销精定位,磁性传感器主轴准停装置,电气式-磁性传感器定位或位置编码器检测定位,1.磁性传感器2.发磁体3.主轴4.支架5.主轴箱,第四章 数控机床的机械故障诊断,3、主轴润滑与密封,作用-减少摩擦、带走热量，（磨损和热变形）,方式,循环润滑方式：液压泵供油强力润滑和油脂润滑,油气润滑方式：定时定量把油雾送进轴承空隙中,喷注润滑方式：较大流量的恒温油喷注到主轴轴承（大容量恒温油箱）,第四章 数控机床的机械故障诊断,主轴前支承的密封结构,防泄漏,1.进油口 2.轴承 3.套筒 4、5.法兰盘 6.主轴 7.泄漏孔 8.回油斜孔 9.泄油孔,第四章 数控机床的机械故障诊断,4、刀具夹紧,1)主轴发热,原因：轴承损伤或不清洁、轴承油脂耗尽或油脂过多、轴承间隙过小,电机与主轴传动的皮带过松、皮带表面有油、离合器松,润滑油过量、密封件损伤或失效、管件损坏,5、主轴故障,2)主轴强力切削停转,3)润滑油泄漏,第四章 数控机床的机械故障诊断,4)刀具不能夹紧,原因：蝶形弹簧位移量太小、刀具松夹弹簧上螺母松动,刀具松夹弹簧压合过紧、液压缸压力和行程不够,缺少润滑、皮带轮动平衡不佳、带轮过紧、齿轮磨损或啮合间隙过大、轴承损坏、润滑不良,5)刀具夹紧后不能松开,主轴没有或润滑不足,6)主轴噪声（振动）,油泵转向不正确、油管或滤油器堵塞、油压不足,第四章 数控机床的机械故障诊断,8)加工精度达不到要求,原因：机床在运输过程中受到冲击、安装不牢固、安装精度低或有变化,原因：主轴箱和床身连接螺丝钉松动、轴承预紧力不够、游隙过大、轴承预紧螺母松动，使主轴窜动、轴承拉毛或损坏、主轴与箱体超差、其他因素、如果是车床则可能是转塔刀架运动部件松动或压力不够而未卡紧,原因：变挡压力过大，齿轮受冲击产生破、变档机构损坏或固定销脱落、轴承预紧力过大或无润滑,9)切削振动大,10)齿轮和轴承损坏,第四章 数控机床的机械故障诊断,11)主轴无变速,原因：电气变档信号是否输出、压力是否足够、变档液压缸研损或卡死、变档电磁阀卡死、变档液压缸拨叉脱落、变档液压缸窜油或内泄、变档复合开关失灵,原因：主轴转动指令是否输出、保护开关没有压合或失灵、卡盘未夹紧工件、变挡复合开关损坏、变档电磁阀体内泄漏,12)主轴不转动,4.3.2 滚珠丝杠螺母副,旋转运动 转换成直线运动,第四章 数控机床的机械故障诊断,1、工作原理及特点,传动效率高、摩擦损失小,传动转矩小、平稳、无爬行、精度高、同步性好,调整方便,磨损小、寿命长,制造精度高，成本大,不能自锁,第四章 数控机床的机械故障诊断,2、滚珠丝杆螺母副的维护,轴向间隙的调整,保证反向传动精度和轴向刚度（垫片调隙式、螺纹调隙式、齿差调隙式）,垫片调隙式,1、6-螺母2-调整垫片3-返向器4-钢球5-螺杆,第四章 数控机床的机械故障诊断,螺纹调隙式,1、7-螺母 2-返向器3-钢球 4-螺杆5-垫圈 6-圆螺母,齿差调隙式,1、4-内齿圈 2、5-螺母3-螺母座,第四章 数控机床的机械故障诊断,支承轴承的定期检查,定期检查丝杠支承与床身的连接是否有松动以及轴承是否损坏,滚珠丝杠副的润滑,润滑剂（油/脂）可提高耐磨性和传动效率（工作前/半年）,滚珠丝杠的防护,防止硬质灰尘或切屑污物的进入，可采用防护罩或防护套管等,第四章 数控机床的机械故障诊断,3、滚珠丝杆螺母副的常见故障,滚珠丝杠副噪声,原因：-滚珠丝杠轴承压盖压合不良滚珠丝杠润滑不良滚珠破损电动机与滚珠丝杠联轴器松动,丝杠运动不灵活,原因：-轴向预紧太大丝杠或螺母轴线与导轨不平行丝杠弯曲,第四章 数控机床的机械故障诊断,丝杠螺母润滑不良,原因：-分油器是否分油油管是否堵塞,滚珠丝杠在运转中转矩过大,原因：-二滑板配合压板过紧或研损滚珠丝杠螺母反向器坏，滚珠丝杠卡死或轴端螺母预紧力过大丝杠研损伺服电动机与滚珠丝杠联接不同轴无润滑油超程开关失灵造成机械故障伺服电动机过热报警,第四章 数控机床的机械故障诊断,加工件粗糙度值高,原因：-导轨的润滑油不足，致使溜板爬行滚珠丝杠有局部拉毛或研损丝杠轴承损坏，运动不平稳伺服电动机未调整好，增益过大,反向误差大，加工精度不稳定,原因：-丝杠轴联轴器锥套松动丝杠轴滑板配合压板过紧或过松丝杠轴滑板配合楔铁过紧或过松滚珠丝杠预紧力过紧或过松滚珠丝杠螺母端面与结合面不垂直，结合过松滚珠丝杠支座轴承预紧力过紧或过松滚珠丝杠制造误差大或轴向窜动润滑油不足或没有其他机械干涉,4.3.3 导轨副,第四章 数控机床的机械故障诊断,1、间隙调整,保证导轨面之间合理的间隙，小：摩擦力大、磨损加剧 大：运动失去准确性和平稳性、失去导向精度）,压板调整,镶条调整,压板镶条调整,第四章 数控机床的机械故障诊断,压板调整,修复刮研式,镶条式,垫片式,第四章 数控机床的机械故障诊断,镶条调整,等厚镶条,斜镶条,第四章 数控机床的机械故障诊断,2、滚动导轨的预紧,提高刚度、消除间隙,方法：-过盈配合预加载荷大于外载荷利用螺钉、斜块或偏心轮调整,第四章 数控机床的机械故障诊断,滚动导轨的预紧,滚柱或滚针导轨自由支撑,滚柱或滚针导轨预加载,交叉式滚柱导轨,循环式滚动导轨,第四章 数控机床的机械故障诊断,3、导轨的润滑,降低摩擦系数、减少磨损、防止导轨面锈蚀镶条调整,润滑方式：人工加油油杯供油、压力油润滑,润滑油：粘度变化小、润滑性好、油膜刚度,第四章 数控机床的机械故障诊断,导轨的润滑系统,第四章 数控机床的机械故障诊断,4、导轨的防护,防止切屑、磨粒或冷却液散落在导轨上而引起磨损、擦伤、和锈蚀，导轨面上应有可靠的防护装置。常用的有刮板式、卷帘式和叠层式防护罩。需要经常进行清理和保养。,5、导轨的常见故障,移动部件运动不良,原因：-导轨面研伤导轨压板研伤镶条与导轨间隙太小,第四章 数控机床的机械故障诊断,导轨研伤,原因：-地基与床身水平有变化使局部载荷过大油管是否堵塞长期短工件加工局部磨损严重导轨润滑不良导轨材质不佳刮研不符和要求导轨维护不良落入脏物,加工面在接刀处不平,原因：-导轨直线度超差工作台塞铁松动或塞铁弯度过大机床水平度差使导轨发生弯曲,4.3.4 自动换刀装置,第四章 数控机床的机械故障诊断,1、刀库与换刀机械手的维护要点,1）严禁把超重、超长的刀具装入刀库，防止机械手换刀时掉刀或发生碰撞,2）不管什么方式选刀时，刀具号要和刀库上所需刀具一致,3）手动方式放往刀库上装刀时，要确保装到位、装牢靠。刀座上的锁紧也要可靠,第四章 数控机床的机械故障诊断,4）经常检查刀库的回零位置是否正确，主轴回换刀点位置到位，及时调整,5）要保持刀具刀柄和刀套的清洁,6）开机时，应先使刀库和机械手空运行，检查各部分工作是否正常（行程开关、电磁阀、液压系统的压力等）,第四章 数控机床的机械故障诊断,2、刀库与换刀机械手的常见故障,刀库刀套不能卡紧刀具,原因：-刀套上的调整螺母位置不对,故障主要表现