数控维修技术讲座课件.ppt
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1、数控维修知识讲座数控维修知识讲座课课 程程 介介 绍绍 数控机床维修是数控机床应用技术数控机床维修是数控机床应用技术专业的一门专业课,主要介绍专业的一门专业课,主要介绍CNCCNC机床机床的安装工艺,机械调试及验收,的安装工艺,机械调试及验收,CNCCNC机机床的机械结构特点,典型床的机械结构特点,典型CNCCNC系统的原系统的原理、参数设置、理、参数设置、PLCPLC编程及接口,伺服编程及接口,伺服及主轴的调整,数控机床常见故障的查及主轴的调整,数控机床常见故障的查找与维修方法等内容。通过本课程的学找与维修方法等内容。通过本课程的学习使学生熟悉数控机床故障诊断与维修习使学生熟悉数控机床故障诊
2、断与维修技术,掌握数控机床日常维护、保养和技术,掌握数控机床日常维护、保养和故障排除方法。故障排除方法。课程学习内容第一章第一章 概述概述第二章第二章 数控机床的组成数控机床的组成第三章第三章 数控机床安装及验收数控机床安装及验收第五章第五章 典型数控系统的结构典型数控系统的结构 第六章第六章 典型数控系统的报警与处理典型数控系统的报警与处理第七章第七章 数控机床维护与保养数控机床维护与保养第四章第四章 数控机床的检修方法数控机床的检修方法第一章第一章 概述概述 数控机床是高度机电一体化的技术装备,数控机床是高度机电一体化的技术装备,和普通机床相比也包括机械、电气、液压气动和普通机床相比也包括
3、机械、电气、液压气动方面的故障,但电气系统更为复杂,故障侧重方面的故障,但电气系统更为复杂,故障侧重于电气、机械、液压等的交叉点。而且数控系于电气、机械、液压等的交叉点。而且数控系统种类繁多,给检测和诊断带来很大的困难。统种类繁多,给检测和诊断带来很大的困难。本章内容本章内容1 1数控机床的特点数控机床的特点2 2我国数控机床的发展现状我国数控机床的发展现状3 3加强数控维修的意义加强数控维修的意义 4 4对数控维修人员的要求对数控维修人员的要求 5 5本课程的学习任务、要求本课程的学习任务、要求 1)401)40年代后期,由美国由美国北密支安的一个小型飞机工业承包商派尔逊年代后期,由美国由美
4、国北密支安的一个小型飞机工业承包商派尔逊斯公司提出了数控机床构想,设想通过控制机床的微小增量运动来加工机斯公司提出了数控机床构想,设想通过控制机床的微小增量运动来加工机翼曲面翼曲面 即用记录有坐标位置的数据的穿孔卡来控制机床的动作,以实现曲即用记录有坐标位置的数据的穿孔卡来控制机床的动作,以实现曲线、曲面的加工。随后美国空军投入大量军费给线、曲面的加工。随后美国空军投入大量军费给MITMIT伺服机构实验室。伺服机构实验室。2)19522)1952年年 MIT MIT 第一台数控机床样机研制成功第一台数控机床样机研制成功 19531953年年 开始应用初步应用开始应用初步应用 MIT MIT 开
5、发了开发了APTAPT编程系统编程系统3)3)飞机制造企业对数控机床需求的发展起了推动作用。飞机制造企业对数控机床需求的发展起了推动作用。飞机结构复杂飞机结构复杂、精度要求高精度要求高、大量复杂曲面形状零件复杂曲面形状零件、产量小、转型快,产量小、转型快,其生产特点决定了其急需其生产特点决定了其急需NCNC设备,设备,从而为数控机床的发展应用提供了机遇。从而为数控机床的发展应用提供了机遇。数控机床产生的历史背景数控机床产生的历史背景第一章第一章 概述概述数控机床的特点数控机床的特点4).4).有利于实现管理和机械加工的自动化。有利于实现管理和机械加工的自动化。2).2).可以提高生产效率,一般
6、可提高加工效可以提高生产效率,一般可提高加工效率率3 35 5倍;倍;3).3).适合于复杂形状零件加工;适合于复杂形状零件加工;1).1).有利于提高加工精度,保证同批零有利于提高加工精度,保证同批零 件的件的一致性;一致性;优点:优点:缺点缺点:1).1).设备造价昂贵,机时费用高设备造价昂贵,机时费用高 2).2).工作环境要求苛刻(温度、湿度、灰尘等)工作环境要求苛刻(温度、湿度、灰尘等)3).3).操作、编程、维修保养人员素质要求高操作、编程、维修保养人员素质要求高 第一章第一章 概述概述2 2我国数控机床的发展现状我国数控机床的发展现状起步年代:起步年代:19581958开始研制开
7、始研制 目前生产能力:目前生产能力:20012001年国内数控机床产量已达年国内数控机床产量已达1.81.8万台万台.20112011年国内数控机床产量已达近年国内数控机床产量已达近2525万台万台.国产数控系统国产数控系统:。华中数控:。华中数控。航天数控。航天数控。蓝天数控。蓝天数控。广州数控。广州数控 第一章第一章 概述概述3 3加强数控维修的意义加强数控维修的意义。技术需要 。市场需要 。企业的效益需要 第一章第一章 概述概述4 4对数控维修人员的要求对数控维修人员的要求 1)1)专业知识面要广专业知识面要广2)2)勤于学习,善于分析勤于学习,善于分析4)4)具有专业英语阅读能力具有专
8、业英语阅读能力5)5)具有较强的动手能力具有较强的动手能力3)3)重视经验积累重视经验积累 总之要做到:总之要做到:要多看要多看多看数控资料多看数控资料 多看各种技术图纸多看各种技术图纸 多看外文多看外文要多问要多问多问专家多问专家 多问操作者多问操作者 多问其他维修人员多问其他维修人员要多记要多记多记有关的各种参数多记有关的各种参数 多记液压、机械状态多记液压、机械状态 坚持做工作笔记坚持做工作笔记 要多思要多思要开阔视野要开阔视野 要知其他所以然要知其他所以然 考虑要领先一步考虑要领先一步要多练要多练要敢于动手,善于动手要敢于动手,善于动手 学会使用有关仪器学会使用有关仪器 进行进行“小改
9、小革小改小革”要自己动手修板子要自己动手修板子第一章第一章 概述概述 尽管数控机床故障复杂,千变万化,只尽管数控机床故障复杂,千变万化,只要我们认真对待,培养一支高素质的机电一要我们认真对待,培养一支高素质的机电一体化的维修队伍,通过多看、多问、多思、体化的维修队伍,通过多看、多问、多思、多练、积累经验,掌握维修技巧,融会贯通,多练、积累经验,掌握维修技巧,融会贯通,我们一定能够主要依靠自己的力量,把数控我们一定能够主要依靠自己的力量,把数控机床修好、用好、管好。机床修好、用好、管好。第一章第一章 概述概述5 5本课程的学习任务、要求本课程的学习任务、要求 。掌握数控机床基础知识掌握数控机床基
10、础知识 机床安装调试验收的的知识、验收机床精度的机床安装调试验收的的知识、验收机床精度的方法。方法。掌握典型数控系统的软硬件知识、具有对典型掌握典型数控系统的软硬件知识、具有对典型数控系统故障进行初步诊断及判断的能力。数控系统故障进行初步诊断及判断的能力。熟悉数控机床维修的原则方法。熟悉数控机床维修的原则方法。第二章第二章 数控机床的组成数控机床的组成1.1.数控机床的主要组成部分数控机床的主要组成部分输入输出设备输入输出设备 几何信息:确定加工零件的几何形状,几何信息:确定加工零件的几何形状,如位移、如位移、圆心、曲面法矢量等圆心、曲面法矢量等 .辅助功能信息:说明加工条件,如刀具几何参数、
11、辅助功能信息:说明加工条件,如刀具几何参数、进给速度和主轴转速、开关冷却液、进给速度和主轴转速、开关冷却液、程序结束等程序结束等.准备功能信息:说明插补类型、加工坐准备功能信息:说明插补类型、加工坐 标平面、标平面、实现刀具半径补偿等实现刀具半径补偿等.1)NC1)NC程序程序(控制介质):控制介质):NC NC程序传入程序传入NCNC机床的途径机床的途径:键盘键盘手工敲入手工敲入 、穿孔穿孔纸带纸带 、拷贝、拷贝、I/OI/O通讯接口通讯接口输入装置:接收外部的输入程序并存储输入装置:接收外部的输入程序并存储控制器:控制和协调数控装置各部分协调工作控制器:控制和协调数控装置各部分协调工作运算
12、器:接收控制信息,对集合信息进行插补运算器:接收控制信息,对集合信息进行插补运算并向输出装置发出进给脉冲运算并向输出装置发出进给脉冲输出装置:将脉冲输出给伺服系统输出装置:将脉冲输出给伺服系统2)2)数控装置:由输入装置、控制器、运算数控装置:由输入装置、控制器、运算器和输出装置组成。器和输出装置组成。数控系统数控系统 数控装置工作流程示图数控装置工作流程示图 不同的数控机床研制机构,生产了不同的数控系统,即机床的同一运动,由于其数控系统的不同,其程序控制代码不同。世界上比较著名的数控系统著名的数控系统有:现数控系统发展的趋势:统一、简捷、可读性强统一、简捷、可读性强 日本-FANUC 系列数
13、控系统 德国-SIEMENS 系列数控系统 HEIDENHAIN 系列数控系统 中国-华中数控等 数控系统3)3)伺服系统伺服系统 (数控机床运动的动力装置数控机床运动的动力装置)工作过程工作过程:(弱电(弱电 强电)强电)脉冲信号脉冲信号 伺服单元放大器伺服单元放大器 电动机运转电动机运转 工作台、主轴移动工作台、主轴移动 丝杠转动丝杠转动 伺服系统是数控装置与机床本体间的传动伺服系统是数控装置与机床本体间的传动联系环节,可以将来自数控装置的联系环节,可以将来自数控装置的脉冲信号脉冲信号转转换为机床移动部件的运动,使工作台精确定位换为机床移动部件的运动,使工作台精确定位或按规定的轨迹做严格的
14、相对或按规定的轨迹做严格的相对运动运动,最后加工,最后加工出符合图纸的零件。出符合图纸的零件。机床本体主要由床身、导轨、各运动部件、机床本体主要由床身、导轨、各运动部件、工作台、工作台、刀库、排屑器等组成。刀库、排屑器等组成。4)4)机床本体机床本体 机床本体指的是数控机床的机械构造实体。机床本体指的是数控机床的机械构造实体。它与普通机床的差别,主要是机械传动的结构和它与普通机床的差别,主要是机械传动的结构和功能部件要求更高。功能部件要求更高。5)5)检测装置检测装置 在机床的坐标轴中安装有在机床的坐标轴中安装有编码器、光栅尺编码器、光栅尺等等来实时监测运动部分的位移量来实时监测运动部分的位移
15、量,并与理论值比较并与理论值比较,以确定需补充的运动脉冲量。以确定需补充的运动脉冲量。数控机床工作流程数控机床工作流程 机床I/O电路和装置测量装置主轴驱动装置进给驱动装置主轴伺服单元进给伺服单元计算机数 控装 置操作面板PLC计计算算机机数数控控系系统统机机 床床辅助控制机构进给传动机构主运动机构键盘输入输出设备 操作面板操作面板它是操作人员与数控装置进行信息交流的工具它是操作人员与数控装置进行信息交流的工具组成:按钮站、状态灯、按键阵列(功能与计组成:按钮站、状态灯、按键阵列(功能与计算机键盘一样)和显示器算机键盘一样)和显示器它是数控机床特有部件。它是数控机床特有部件。控制介质与输入输出
16、设备控制介质与输入输出设备控制介质控制介质是记录零件加工程序的媒介是记录零件加工程序的媒介输入输出设备输入输出设备是是CNCCNC系统与外部设备进系统与外部设备进行交互装置。行交互装置。数控机床常用的控制介质和输入数控机床常用的控制介质和输入输出设备同输出设备同PCPC机。机。通讯通讯 现代的数控系统除采用输入输出设备进行现代的数控系统除采用输入输出设备进行信息交换外,一般都具有用通讯方式进行信息交信息交换外,一般都具有用通讯方式进行信息交换的能力。它们是实现换的能力。它们是实现CAD/CAMCAD/CAM的集成、的集成、FMSFMS和和CIMSCIMS的基本技术。采用的方式有:的基本技术。采
17、用的方式有:串行通讯(串行通讯(RS-232RS-232等串口)、等串口)、自动控制专用接口和规范(自动控制专用接口和规范(DNCDNC方式,方式,MAPMAP协议协议等)等)网络技术(网络技术(internetinternet,LANLAN等)。等)。CNCCNC装置装置(CNC(CNC单元单元)组成组成:计算机系统、位置控制板、:计算机系统、位置控制板、PLCPLC接口板,通接口板,通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。作用作用:根据输入的零件加工程序进行相应的处理:根据输入的零件加工程序进行相应的处理,然后输出控制命令到相应的执行部件。,然
18、后输出控制命令到相应的执行部件。显卡CPU卡轴卡CPU卡电源背景灯电源CPU 伺服单元、驱动装置伺服单元、驱动装置主轴伺服驱动装置和主轴电机主轴伺服驱动装置和主轴电机进给伺服模块:进给伺服驱动装置进给伺服模块:进给伺服驱动装置和进给电机和进给电机 测量装置测量装置 位置和速度测量装置。以实现进给伺服位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。系统的闭环控制。(光栅尺、旋转编码器、磁栅尺)(光栅尺、旋转编码器、磁栅尺)作用作用 保证灵敏、准确地跟踪保证灵敏、准确地跟踪CNCCNC装置指令装置指令 数控机床的控制除了对坐标轴的进给进行位置伺数控机床的控制除了对坐标轴的进给进行位置伺服控制外,
19、还需要对机床的主轴、刀具和各种开服控制外,还需要对机床的主轴、刀具和各种开关信号进行控制。关信号进行控制。如主轴的正、反转,起动和停如主轴的正、反转,起动和停止,刀具交换,工件夹紧、松开,工作台交换以止,刀具交换,工件夹紧、松开,工作台交换以及切削液的开、关和润滑系统的启动等进行顺序及切削液的开、关和润滑系统的启动等进行顺序控制。控制。顺序控制的信息主要是开关量信号,顺序控制的信息主要是开关量信号,如控制开关如控制开关、行程开关、压力开关和温度开关等输入元件输、行程开关、压力开关和温度开关等输入元件输入的信号和继电器、接触器、电磁阀等输出元件入的信号和继电器、接触器、电磁阀等输出元件所需要的输
20、出信号。所需要的输出信号。在数控机床上用在数控机床上用可编程控制可编程控制器器完成这一控制任务。完成这一控制任务。PLCPLC、机床、机床I/OI/O电路和装置电路和装置 用于完成与逻辑运算有关顺序动作的用于完成与逻辑运算有关顺序动作的I/OI/O控控制,它由硬件和软件组成。制,它由硬件和软件组成。机床机床I/OI/O电路和装置:实现电路和装置:实现I/OI/O控制的执行部件控制的执行部件(由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等组成由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等组成的逻辑电路;的逻辑电路;机床本体机床本体 机床:数控机床的主体,是实现制造加工的执机床:数控机床的主体,是实现制造加工的执行部
21、件。行部件。组成:由主运动部件、进给运动部件(工作台组成:由主运动部件、进给运动部件(工作台、拖板以及相应的传动机构)、支承件(立柱、拖板以及相应的传动机构)、支承件(立柱、床身等)以及特殊装置(刀具自动交换系统、床身等)以及特殊装置(刀具自动交换系统 工件自动交换系统)和辅助装置(如排屑装置工件自动交换系统)和辅助装置(如排屑装置等)。等)。三、伺服驱动基础三、伺服驱动基础伺服驱动伺服驱动控制原理控制原理 机床工作台(包括转台)的进给是用伺服机机床工作台(包括转台)的进给是用伺服机构驱动的,而且电机多数都是用永磁式同步电构驱动的,而且电机多数都是用永磁式同步电动机。电动机与滚珠丝杠直接连接,
22、这样由于传动机。电动机与滚珠丝杠直接连接,这样由于传动链短,运动损失小,且反应迅速,因此可获得动链短,运动损失小,且反应迅速,因此可获得高精度。高精度。机床的进给伺服属于位置控制伺服系统。机床的进给伺服属于位置控制伺服系统。驱驱动装置接受数控系统输出的速度控制信号,输出动装置接受数控系统输出的速度控制信号,输出电能驱动电动机。电能驱动电动机。三、伺服驱动基础三、伺服驱动基础 由于驱动装置用于对驱动电机的速度控制,由于驱动装置用于对驱动电机的速度控制,故有时也称驱动装置为速度控制单元;又因为驱故有时也称驱动装置为速度控制单元;又因为驱动装置是伺服系统中的功率放大部分,故又可称动装置是伺服系统中的
23、功率放大部分,故又可称驱动装置为伺服驱动单元。驱动装置为伺服驱动单元。驱动装置中功率器件的作用就是将控制信号驱动装置中功率器件的作用就是将控制信号进行功率放大,以达到驱动电动机的目的。进行功率放大,以达到驱动电动机的目的。对进给伺服的要求不只是静态特性,如:停对进给伺服的要求不只是静态特性,如:停止时的定位精度、稳定度。更重要的是进给的伺止时的定位精度、稳定度。更重要的是进给的伺服刚性好,响应性快,运动的稳定性好,分辨率服刚性好,响应性快,运动的稳定性好,分辨率高。这样才能高速、高精度地加工出表面光滑的高。这样才能高速、高精度地加工出表面光滑的高质量工件高质量工件驱动电机是数控机床伺服系统的执
24、行元件。驱动电机是数控机床伺服系统的执行元件。数控机床驱动电机的常用种类如下图所示:数控机床驱动电机的常用种类如下图所示:三、伺服驱动基础三、伺服驱动基础伺服系统-执行机构(步进电动机)步进电动机 是一种将脉冲信号变成角是一种将脉冲信号变成角位移的电动机。角位移与输位移的电动机。角位移与输入脉冲个数成正比。主要用入脉冲个数成正比。主要用于开环控制方式,没有反馈于开环控制方式,没有反馈机构,结构较简单。机构,结构较简单。三、伺服驱动基础三、伺服驱动基础伺服系统-执行机构(直流伺服电动机)直流伺服电动机直流伺服电动机 具有转矩大、过载能力强、动态具有转矩大、过载能力强、动态响应好、良好的调速性能等
25、很多优响应好、良好的调速性能等很多优点。但是它存在一些固有的缺点,点。但是它存在一些固有的缺点,例如其电刷和换向套易磨损,需经例如其电刷和换向套易磨损,需经常维护,结构也比较复杂。数控机常维护,结构也比较复杂。数控机床上应用的直流伺服电动机主要是床上应用的直流伺服电动机主要是永磁直流伺服电动机。永磁直流伺服电动机。三、伺服驱动基础三、伺服驱动基础伺服系统伺服系统-执行机构(进给电动机)执行机构(进给电动机)交流伺服电动机交流伺服电动机 其应用已成了当今数控机床驱动其应用已成了当今数控机床驱动系统的主流。交流电动机的速度控系统的主流。交流电动机的速度控制应用最多的是变频调速。一般采制应用最多的是
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