数控车床的故障诊断与维护毕业设计.docx

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数控车床的故障诊断与维护毕业设计

毕业设计（论文）

数控车床的故障诊断与维护

学生姓名

系（部）

专业

指导教师

年月日

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

摘要

科学技术的发展，对机械产品提出了高精度、高复杂性的要求，而且产品的更新换代也在加快，这对车床设备不仅提出了精度和效率的要求，而且也对其提出了通用性和灵活性的要求。

数控车床就是针对这种要求而产生的一种新型自动化机床。

数控车床集微电子技术、计算机技术、自动控制技术及伺服驱动技术、精密机械技术于一体，是高度机电一体化的典型产品。

它本身又是机电一体化的重要组成部分，是现代机床技术水平的重要标志。

数控车床体现了当前世界机床技术进步的主流，是衡量机械制造工艺水平的重要指标，在柔性生产和计算机集成制造等先进制造技术中起着重要的基础核心作用。

因此，如何更好的使用数控车床是一个很重要的问题。

由于数控车床是一种价格昂贵的精密设备，因此，其维护更是不容忽视。

关键词：

数控车床、调试与验收、自诊断

Abstract

Scienceandtechnology,madehigh-precisionmechanicalproducts,highcomplexityrequirements,butalsospeeduptheupgradingofproducts,whichnotonlymademachinetoolaccuracyandefficiencyrequirements,butalsofortheirversatilityandmadeflexibilityrequirements.CNCmachinetoolsisrequiredforthisgeneratedanewtypeofautomaticmachinetools.CNCmachinetoolsetmicroelectronics,computertechnology,automaticcontroltechnologyandservodrivetechnology,precisionmachinerytechnology,andishighlytypicalmechatronicproduct.Itisitselfanimportantpartofmechanicalandelectricalintegration,isanimportanttechnicallevelofmodernmachinetoolmarks.CNCmachinetooltechnologyreflectstheprogressofthecurrentmainstreamoftheworld,isameasureofmechanicalmanufacturingprocessesimportantindicatorofthelevel,theflexibleproductionandcomputerintegratedmanufacturingandotheradvancedmanufacturingtechnologyplaysanimportantbasisforthecentralrole.Therefore,howtomakebetteruseofCNCmachinetoolsisaveryimportantissue.BecauseCNCmachinetoolsisanexpesiveprecisionequipment,andthereforeitsmaintenancecannotbeignored

Keywords:

CNClathe,Commissioningandacceptance,self-diagnosis

前言·························································5

第一章数控车床简介···········································6

第一节数控车床的概念·········································6

第二节数控车床的组成及分类····································6

第三节数控车床的选用原则与安装方法····························8

第四节数控车床的调试与验收····································10

第五节数控车床的发展方向·····································12

第二章数控车床故障诊断与维护的原则····························13

第三章数控车床的故障类型与主要故障····························14

第一节数控车床的故障特点·····································14

第二节数控车床的故障类型与主要故障·······························14

第四章数控车床故障诊断的常用方法·······························17

第五章数控车床的维护··················································20

第一节数控车床维护与保养···················································20

第二节数控车床的使用条件·········································23

第六章数控系统的故障成因分析与自诊断技术····························25

第一节CNC系统·············································25

第二节CNC系统故障自诊断功能··········································26

第三节伺服系统与伺服控制·········································28

第四节主轴伺服系统的主要故障与诊断·········································30

参考文献····························································································34

致谢························································································35

前言

数控车床是机电一体化的典型产品，数控车床控制技术是集计算机及软件技术、自动控制技术、电子技术、自动检测技术、液压与气动技术和精密机械等技术为一体的多学科交叉的综合技术。

随着科学技术的高速发展，机电一体化技术迅猛发展，数控车床在企业普遍应用，对生产线操作人员的知识和能力要求越来越高。

目前，数控机床广泛使用数控技术，数控技术是制造业实现自动化，柔性化，集成化生产的基础，离开了数控技术，先进制造技术就是无本之木，无源之水。

本文介绍了数控车床的组成及分类，主要故障类型及诊断与维修应遵循的原则，数控车床的维护与管理，数控系统的故障成因分析及自诊断技术等。

由于本人所学知识水平有限，存在不足在所难免，恳请老师批评指正。

第一章数控车床简介

第一节数控车床的概念

数控车床又称为CNC车床，即计算机数字控制车床，是目前国内使用量最大，覆盖面最广的一种数控机床，约占数控机床总数的25%。

数控车床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控车床的大脑。

与普通车床相比，有如下特点：

（1）加工精度高，具有稳定的加工质量；

（2）可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；

（3）加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；

（4）机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的3˜5倍）；

（5）机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；

（6）对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。

第二节数控车床的组成及分类

1.数控车床的基本组成

　　数控车床由数控装置、床身、主轴箱、刀架进给系统、尾座、液压系统、冷却系统、润滑系统等部分组成。

平行双主轴数控车床

　　数控车床分为立式数控车床和卧式数控车床两种类型。

　　立式数控车床用于回转直径较大的盘类零件车削加工。

　　卧式数控车床用于轴向尺寸较长或小型盘类零件的车削加工。

　　卧式数控车床按功能可进一步分为经济型数控车床、普通数控车床和车削加工中心。

（1）经济型数控车床：

采用步进电动机和单片机对普通车床的车削进给系统进行改造后形成的简易型数控车床。

成本较低，自动化程度和功能都比较差，车削加工精度也不高，适用于要求不高的回转类零件的车削加工。

（2）普通数控车床：

根据车削加工要求在结构上进行专门设计，配备通用数控系统而形成的数控车床。

数控系统功能强，自动化程度和加工精度也比较高，适用于一般回转类零件的车削加工。

这种数控车床可同时控制两个坐标轴，即x轴和z轴。

（3）车削加工中心：

在普通数控车床的基础上，增加了C轴和动力头，更高级的机床还带有刀库，可控制X、Z和C三个坐标轴，联动控制轴可以是（X、Z）、（X、C）或（Z、C）。

由于增加了C轴和铣削动力头，这种数控车床的加工功能大大增强，除可以进行一般车削外，还可以进行径向和轴向铣削、曲面铣削、中心线不在零件回转中心的孔和径向孔的钻削等加工。

2.液压卡盘和液压尾架

液压卡盘是数控车削加工时夹紧工件的重要附件，对一般回转类零件可采用普通液压卡盘；对零件被夹持部位不是圆柱形的零件，则需要采用专用卡盘；用棒料直接加工零件时需要采用弹簧卡盘。

数控轴承车床

对轴向尺寸和径向尺寸的比值较大的零件，需要采用安装在液压尾架上的活顶尖对零件尾端进行支撑，才能保证对零件进行正确的加工。

尾架有普通液压尾架和可编程液压尾架。

3.数控车床的刀架

数控车床可以配备两种刀架：

（1）专用刀架由车床生产厂商自己开发，所使用的刀柄也是专用的。

这种刀架的优点是制造成本低，但缺乏通用性。

（2）通用刀架根据一定的通用标准（如VDI，德国工程师协会）而生产的刀架，数控车床生产厂商可以根据数控车床的功能要求进行选择配置。

4.铣削动力头

数控车床刀架上安装铣削动力头后可以大大扩展数控车床的加工能力。

如：

利用铣削动力头进行轴向钻孔和铣削轴向槽。

5.数控车床的刀具

在数控车床或车削加工中心上车削零件时，应根据车床的刀架结构和可以安装刀具的数量，合理、科学地安排刀具在刀架上的位置，并注意避免刀具在静止和工作时，刀具与机床、刀具与工件以及刀具相互之间的干涉现象。

第三节数控车床的选用原则与安装方法

一.数控车床的选用原则

　　1.前期准备

确定典型零件的工艺要求、加工工件的批量，拟定数控车床应具有的功能是做好前期准备，合理选用数控车床的前提条件满足典型零件的工艺要求

典型零件的工艺要求主要是零件的结构尺寸、加工范围和精度要求。

根据精度要求，即工件的尺寸精度、定位精度和表面粗糙度的要求来选择数控车床的控制精度。

根据可靠性来选择，可靠性是提高产品质量和生产效率的保证。

数控机床的可靠性是指机床在规定条件下执行其功能时，长时间稳定运行而不出故障。

即平均无故障时间长，即使出了故障，短时间内能恢复，重新投入使用。

选择结构合理、制造精良，并已批量生产的机床。

一般，用户越多，数控系统的可靠性越高。

　2.机床附件及刀具选购

机床随机附件、备件及其供应能力、刀具，对已投产数控车床、车削中心来说是十分重要的。

选择机床，需仔细考虑刀具和附件的配套性。

　3.注重控制系统的同一性

生产厂家一般选择同一厂商的产品，至少应选购同一厂商的控制系统，这给维修工作带来极大的便利。

教学单位，由于需要学生见多识广，选用不同的系统，配备各种仿真软件是明智的选择。

　4.根据性能价格比来选择

做到功能、精度不闲置、不浪费，不要选择和自己需要无关的功能。

5.机床的防护

需要时，机床可配备全封闭或半封闭的防护装置、自动排屑装置。

在选择数控车床、车削中心时，应综合考虑上述各项原则。

二.安装方法

1.起吊和运输

机床的起吊和就位，应使用制造厂提供的专用起吊工具，不允许采用其他方法进行。

不需要专用起吊工具，应采用钢丝绳按照说明书规定部位起吊和就位。

2.基础及位置

　　机床应安装在牢固的基础上，位置应远离振源；避免阳光照射和热辐射；放置在干燥的地方，避免潮湿和气流的影响。

机床附近若有振源，在基础四周必须设置防振沟。

　　3.机床的安装

机床放置于基础上，应在自由状态下找平，然后将地脚螺栓均匀地锁紧。

对于普通机床，水平仪读数不超过0.04/1000mm，对于高精度的机床，水平仪不超过0.02／1000mm。

在测量安装精度时，应在恒定温度下进行，测量工具需经一段定温时间后再使用。

机床安装时应竭力避免使机床产生强迫变形的安装方法。

机床安装时不应随便拆下机床的某些部件，部件的拆卸可能导致机床内应力的重要新分配，从而影响机床精度。

4.试运转前的准备

机床几何精度检验合格后，需要对整机进行清理。

用浸有清洗剂的棉布或绸布，不得用棉纱或纱布。

清洗掉机床出厂时为保护导轨面和加工面而涂的防锈油或防锈漆。

清洗机床外表面上的灰尘。

在各滑动面及工作面涂以机床规定使滑油。

仔细检查机床各部位是否按要求加了油，冷却箱中是否加足冷却液。

机床液压站、自动间润滑装置的油是否到油位批示器规定的部位。

检查电气控制箱中各开关及元器件是否正常，各插装集成电路板是否到位。

第四节数控车床调试与验收

数控车床的验收应按国家颁布实行的《数控卧式车床制造与验收技术要求》进行，在验收过程中，如发生争执，应以国家有关标准为依据，通过协商解决。

一.开箱验收

按随机装箱单和合同中特定附件清单对箱内物品逐一核对检查，并做检查记录有如下内容：

　　1.包装箱是否完好，机床外观有无明显损坏，是锈蚀、脱漆；

　　2.有无技术资料，是否齐全；

　　3.附件品种、规格、数量；

　　4.备件品种、规格、数量；

　　5.工具品种、规格、数量；

　　6.刀具〈刀片〉品种、规格、数量；

　　7.安装附件；

　　8.电气元器件品种、规格、数量；

二.开机试验

　　机床安装调试完成后，即通知制造厂派人调试机床。

试验主要有如下：

　　1.各种手动试验

　　a.手动操作试验试验手动操作的准确性。

　　b.点动试验

　　c.主轴变档试验

　　d.超程试验

　　2.功能试验

　　a.用按键、开关、人工操纵对机床进行功能试验。

试验动作的灵活性、平稳性及功能的可靠性。

　　b.任选一种主轴转速做主轴启动、正转、反转、停止的连续试验。

操作不少于7次。

　　c.主轴高、中、低转速变换试验。

转速的指令值与显示值允差为±5%。

　　d.任选一种进给量，在XZ轴全部行程上，连续做工作进给和快速进给试验。

快速行程应大于1/2全行程。

正反方和连续操作不少于7次。

　　e.在X、Z轴的全部行程上，做低、中、高进给量变换试验。

转塔刀架进行各种转位夹紧试验。

　　f.液压、润滑、冷却系统做密封、润滑、冷却性试验，做到不渗漏。

　　g.卡盘做夹紧、松开、灵活性及可靠性试验。

　　h.主轴做正转、反转、停止及变换主轴转速试验。

　　i.转塔刀架进行正反方向转位试验。

　　j.进给机构做低中高进给量为快速进给变换试验。

　　k.试验进给坐标超程、手动数据输入、位置显示，回基准点，程序序号批示和检索、程序暂停、程序删除、址线插补、直线切削徨、锥度切削循环、螺纹切削循环、圆弧切削循环、刀具位置补偿、螺距补偿、间隙补偿等功能的可靠性、动作灵活性等。

　　3.空动转试验

　　a.主动动机构运转试验，在最高转速段不得少于1小时，主轴轴承的温度值不超过70℃，温升值不超过40℃；

　　b.连续空运转试验，其运动时间不少于8小时，每个循环时