第二章数控机床机械装置故障诊断与维修课件.ppt
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1、第二章数控机床机械装置故障诊断与维修第1页,此课件共75页哦第一节 数控机械装置简介一、数控车床的机械结构的组成的组成第2页,此课件共75页哦4.1 4.1 认识数控机床的机械结构认识数控机床的机械结构加工中心的机械结构 第3页,此课件共75页哦 4.2 4.2 数控机床机械结构的特点数控机床机械结构的特点 二、数控机床机械结构特点 1)静刚度和动刚度高 合理选择构件的结构形式,如基础件采用封闭的完整箱体结构;合理选择及布局隔板和筋条,尽量减小接合面,提高部件间接触刚度等;合理进行结构布局;采取补偿构件变形的结构措施。2)抗振性高 第4页,此课件共75页哦 4.2 4.2 数控机床机械结构的特
2、点数控机床机械结构的特点 立柱结构立柱结构筋条结构筋条结构第5页,此课件共75页哦 4.2 4.2 数控机床机械结构的特点数控机床机械结构的特点 3)灵敏度高4)热变形小v在数控机床结构布局设计中可考虑尽量采用对称结构(如对称立柱等),进行强制冷却(如采用空冷机),使排屑通道对称布置等措施。5)自动化程度高,操作方便第6页,此课件共75页哦回转交换式APC移动交换式APC第7页,此课件共75页哦6)高精度的保持性为了保证数控机床长期具有稳定的加工精度,要求数控机床具有很高的精度保持性。7)高可靠性数控机床是根据数控程序自动或半自动加工,尤其是柔性制造系统中的数控机床,可在一定时间内实现无人看管
3、,因此要求机床具有高的可靠性。第8页,此课件共75页哦一、机械故障及其分类(一)机械故障的概念 所谓机械故障,就是指机械系统(零件、组件、部件或整台设备乃至一系列的设备组合)因偏离其设计状态而丧失部分或全部功能的现象。如机床运转不平稳、轴承噪声过大、机械手夹持刀柄不稳定等现象都是机械故障的表现形式。第二节数控机床机械装置故障诊断方法第9页,此课件共75页哦(2)机械故障分类 机械故障可以从不同的角度来进行分类。不同的分类方法反映了机械故障的不同侧面,对机械故障进行分类的目的是为了更好地针对不同的故障形式采取相应的对策。机械故障可按其原因、性质、影响、特点等情况作如下分类。第10页,此课件共75
4、页哦1.按故障发生的原因划分 (1)磨损性故障 机械系统因使用过程中的正常磨损而引发的故障,对这类故障形式,一般只进行寿命预测。(2)错用性故障 因使用不当而引发的故障。(3)先天性故障由于设计或制造不当而造成机械系统中存在某些薄弱环节而引发的故障。第11页,此课件共75页哦2.按故障性质划分(1)间断性故障只是短期内丧失某些功能,稍加修理调试就能恢复,不需要更换零件。(2)永久性故障 某些零件已损坏,需要更换或修理才能恢复。第12页,此课件共75页哦3.按故障发生后的影响程度划分 (1)部分性故障 设计功能部分丧失的故障。(2)完全性故障 设计功能完全丧失的故障。4.按故障造成的后果划分 (
5、1)危害性故障 会对人身、生产和环境造成危险或危害的故障,如机床保护系统不能有效工作而造成损害工件或操作者等。第13页,此课件共75页哦(2)安全性故障 不会对人身、生产和环境造成危害的故障。如保护系统在不需保护时动作等。5.按故障发生的快慢划分 (1)突发性故障 不能靠早期测试检测出来的故障。即此类故障是不可预测的,对这类故障只能进行预防,如过载造成机件损坏。(2)渐发性故障 故障的发展有一个过程,因而可对其进行预测和监视。如疲劳裂纹的产生和扩展。第14页,此课件共75页哦 6.按故障发生的频次划分 (1)偶发性故障 发生频率很低的故障,即“意外现象”。(2)多发性故障 经常发生的故障。7.
6、按故障发生、发展规律划分(1)随机故障故障发生的时间是随机的。第15页,此课件共75页哦 (2)有规则故障 故障的发生比较有规则。机械故障还可从其他角度来进行分类,但不管如何分类,每一种故障都有其主要特征,即所谓故障模式或故障状态。即使仅就机械故障而言,要将其一一罗列也是相当复杂的,但归纳它们的共同形态,可列出下列数种:异常振动、磨损、疲劳、裂纹、破断、过度变形、腐蚀、剥离、渗漏、堵塞、异常声响、油质劣化、材料劣化、粘合、污染、不稳定及其他。第16页,此课件共75页哦二、数控机床机械故障特点 数控机床机械部分的故障与普通机床机械部分的故障有许多共同点,因此在对机械故障进行诊断时,有许多地方是相
7、通的,或者说是可借鉴的。但由于数控机床大量采用电气控制与驱动,这就使得数控机床的机械结构与普通机床的机械结构相比,有了很大的简化。第17页,此课件共75页哦 许多普通机床上常出现的机械故障,在数控机床上的发生率已大大降低或根本没有。但是数控机床由于其自身性能的要求,使得其机械结构又具有许多新的特点,因此数控机床机械结构的故障又呈现出一些新的特征。其常见的机械故障是多种多样的,数控机床的说明书或机械修理手册对一些机械故障进行了说明,在此仅介绍一些带共性的部件故障。第18页,此课件共75页哦1.进给传动链故障 数控机床普遍采用了滚动摩擦副,所以进给传动链故障大部分是以运动品质下降表现出来的。如定位
8、精度下降、反向间隙过大,机械爬行,轴承噪声过大(一般都在撞车后出现)因此,这部分修理常与运动副预紧力、松动环节和补偿环节有关。第19页,此课件共75页哦2.主轴部件故障 由于使用调速电动机,数控机床主轴箱的内部结构比较简单。可能出现故障的部分有自动换刀部分的刀杆拉紧机构、自动换挡机构及主轴运动精度的保持装置等。3.自动换刀装置(ATC)故障 自动换刀装置用于加工中心等设备,目前50的机械故障与它有关。故障主要是刀库运动故障、定位误差过大、机械手夹持刀柄不稳定和机械手运动误差过大等。这些故障最后大多数都造成换刀动作卡住,使整机停止工作等。第20页,此课件共75页哦4.各级运动位置检查的行程开关压
9、合故障 在数控机床中,为了保证自动化工作的可靠性,大量采用运动位置检查的行程开关。在机床长期工作中,运动部件运动特性的变化、压合行程开关的机械装置可靠性及行程开关本身品质特性都会大大影响整机的故障及排除故障的工作。第21页,此课件共75页哦 5.配套附件的可靠性 配套附件包括切削液装置、排屑装置、导轨防护罩、冷却液防护罩、主轴冷却恒温油箱和液压油箱等。要经常检查它们运行是否可靠。第22页,此课件共75页哦6、数控机床机械故障诊断方法v 数控机床机械故障诊断包括对数控机床运行状态的识别,对其运行过程的监测,以及对其运行发展趋势的预测三个方面。通过对数控机床机械装置的某些特征参数,如振动、噪声和温
10、度等进行测定,将测定值与规定的正常值进行比较,以判断机械装置的工作状态是否正常。若对机械装置进行定期或连续监测,便可获得机械装置状态变化的趋势性规律,从而对机械装置的运行状态进行预测和预报。第23页,此课件共75页哦 随着电子测试技术、信号处理技术以及计算机技术的迅猛发展,对数控机床机械故障诊断的方法已从传统的凭感觉器官和经验来判定故障的部位和原因,拓展到采用先进测试仪器和手段乃至故障诊断专家系统等现代化的故障诊断方法来对机械故障进行诊断和预测。现分述如下:第24页,此课件共75页哦1.简易诊断法 简易诊断法是靠人的感官功能(视、听、触、嗅等),借助一些常用工、量具对机床的运行状态进行监测和判
11、断的过程。在对机械故障进行诊断之前,通常应询问下列情况:(1)机床开动时有何异常现象,故障是在什么情况下发生的,操作者都做过什么操作。(2)对比故障前后工件的精度和表面粗糙度,以便分析故障产生的原因。(3)主轴系统、进给系统是否能正常工作,有无异常现象出现。(4)润滑油品牌号是否符合规定,用量是否适当。(5)以前曾发生过什么故障,是如何处理的,机床何时进行过保养检修等。第25页,此课件共75页哦在听取故障情况介绍时,要特别仔细、认真并作好记录,重要的地方要重新确认一下。在完成问询之后,要通过视觉仔细观察数控机床的机件有无松动、裂纹及其他损伤;可以检查润滑是否正常,有无干摩擦和跑、冒、滴、漏现象
12、;可以观察机床外表颜色是否发生变化,以判断机床转动部位有无长时间受热升温的现象;还可观看油箱内的油的稀稠、颜色是否异常,油箱内沉积物中金属磨粒的多少、大小及特点以判断润滑油是否变质及相关机件的磨损情况;还可观察机床主传动及进给系统的传动轴、滚珠丝杠是否变形,轮系中的各主要元件有否跳动等。第26页,此课件共75页哦利用听觉细心判断数控机床运转的声响。这是因为机床正常运转时,所发出的声响总是具有一定的音律和节奏,并保持一定程度的稳定。利用听觉对发生了故障的机床所出现的重、杂、怪、乱的异常噪声与机床的正常声响进行比对,判断机床内部是否出现松动、撞击、不平衡等隐患。维修人员可以用手锤轻轻敲击零件,可判
13、别零件是否缺损,有无裂纹产生。第27页,此课件共75页哦 另外,还可借助简单的诊断仪器如电子听诊器来对机床故障进行诊断。电子听诊器是一种振动加速度传感器。它将机床振动状况转换成电信号并进行放大,人们用耳机监听运行设备的振动声响,以实现对声音的定性测量。第28页,此课件共75页哦v人的手指触觉是很灵敏的,可以较准确地分辨出80以内的温度,其误差可准确到35。经验告诉我们,当机床温度在0左右时,手感冰凉,若触摸时间较长会产生刺骨痛感;l0左右时,手感较凉,但一般能忍受;20左右时,手感稍凉,随着接触时间延长,手感渐温;30左右时,手感微温,有舒适感;40左右时,手感较热,有微烫感觉;50左右时,手
14、感较烫,若用掌心按的时间较长,会有汗感;第29页,此课件共75页哦 60左右时,手感很烫,但一般能忍受10秒长的时间;70左右时,手感烫得灼痛,一般只能忍受3秒长的时间,并且手的触摸处会很快变红;80以上时,瞬时接触手感“麻辣火烧”,时间过长,可出现烫伤。所以,在采用手指触觉判断温度高低时,应注意触摸方法,一般先用右手微微弯曲的食指、中指、无名指指背中节部位试探性触及机床表面,无灼痛感时,才可用手指肚或手掌触摸机床表面,以判断其温升情况。第30页,此课件共75页哦 另外,用手触摸机床表面可以感觉出振动的强弱以及是否产生冲击,从而判断机床振动的情况。同时还可用手指直接感觉出机床的移动部件是否在爬
15、行。利用人的嗅觉对机床的某些部位因剧烈摩擦,使附着的油脂或其他可燃物发生氧化、蒸发,以及因各种原因引起的燃烧所发出的气味进行判断,往往可收到较好的效果。一方面可帮助人们迅速找到故障部位,另一方面可根据气味的种类判别是何种材料发出的,以便为诊断故障原因提供依据。第31页,此课件共75页哦 采用简易诊断法来判断数控机床的故障,是定性的、粗略的和经验性的,但对数控机床的管理及维修仍有现实的意义。第32页,此课件共75页哦2.无损探伤法无损探伤是在不损坏检测对象的前提下,探测其内部或外表的缺陷(伤痕)的现代检测技术。在工业生产中,许多重要设备的原材料、零部件、焊缝等必须进行必要的无损探伤,当确认其内部
16、或表面不存在危险性或非允许缺陷时,才可以使用或运行。这种方法在数控机床的制造及其机械故障的诊断中也需要应用。目前用于机器故障诊断的无损探伤方法多达几十种,在工业生产检验中,应用最广泛的有超声波探伤、射线探伤、磁粉探伤、渗透探伤等。第33页,此课件共75页哦 就其检测对象而言,超声波探伤和射线探伤比较适合于检测机体内部缺陷,而对于机体表面缺陷采用磁粉探伤、渗透探伤则更为合适。除此之外,许多现代无损检测技术如红外线探伤、激光全息摄影、同位素射线示踪等也获得了应用,对数控机床采用无损探伤技术进行机械故障诊断可有效地提高机床的运行可靠性,另外,对于改进数控机床的设计制造工艺,降低制造成本也具有十分现实
17、的意义。第34页,此课件共75页哦第三节 主传动系统与主轴部件故障的诊断与维修主传动系统主要包括:1、主轴箱2、主轴部件3、调速主轴电机主轴部件主要有:1、主轴2、主轴轴承、工件3、刀具自动夹紧机构第35页,此课件共75页哦 数控机床与普通机床比较具有以下特点:数控机床与普通机床比较具有以下特点:1 1)转转速速高高,功功率率大大,它它能能使使数数控控机机床床进进行行大大功率切削和高速切削,实现高效率加工。功率切削和高速切削,实现高效率加工。2 2)主主轴轴转转数数的的变变换换迅迅速速可可靠靠,并并能能自自动动无无级级变速,使切削工作始终在最佳状态下进行。变速,使切削工作始终在最佳状态下进行。
18、3 3)为为实实现现刀刀具具的的快快速速或或自自动动装装卸卸,主主轴轴上上还还必必须须设设计计有有刀刀具具自自动动装装卸卸、主主轴轴定定向向停停止止和和主主轴轴孔孔内的切屑清除装置。内的切屑清除装置。一、数控机床主传动的特点一、数控机床主传动的特点第36页,此课件共75页哦数数控控机机床床的的变变速速是是按按照照控控制制指指令令自自动动进进行行的的,因因此变速机构必须适应自动操作的再求。此变速机构必须适应自动操作的再求。故大多数数控机床采用无级变速系统,故大多数数控机床采用无级变速系统,数控机床主传动系统主要有以下三种配置方式。数控机床主传动系统主要有以下三种配置方式。数数控控机机床床的的主主
19、传传动动要要求求较较大大的的调调速速范范围围,以以保保证证加加工工时时能能选选用用合合理理的的切切削削用用量量,从从而而获获得得最最佳佳的的生生产产率率、加加工工精精度度和和表表面质量。面质量。二、数控机床主轴的变速方式二、数控机床主轴的变速方式第37页,此课件共75页哦这种配置方式大、中型数控机床采用较多。这种配置方式大、中型数控机床采用较多。它它通通过过少少数数几几对对齿齿轮轮降降速速,使使之之成成为为分分段段无无级级变变速速,确确保保低低速速时时的的扭扭矩,以满足主轴输出扭矩特性的要求。矩,以满足主轴输出扭矩特性的要求。但但有有一一部部分分小小型型数数控控机机床床也也采采用用这这种种传传
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