池州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電系 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目： 數(shù)控機(jī)床故障診斷與維護(hù) 學(xué)生姓名： 專 業(yè)： 機(jī)電一體化 指導(dǎo)老師： 1 數(shù)控機(jī)床內(nèi)部器件工作原理及故障檢修 摘要： 數(shù)控機(jī)床是一種高投入的高效自動(dòng)化機(jī)床，由于投資較高，所以降低數(shù)控機(jī)床的故障率，縮短故障修復(fù)時(shí)間提高機(jī)床的利用率是一個(gè)重要的工作。因此在工作生產(chǎn)中，工作人員懂得機(jī)床維修是比較重要。這里，我們結(jié)合 KND1000 數(shù)控機(jī)床原理圖，需要了解一些器件的名稱及工作原理，并學(xué)會(huì)如何檢測(cè)一些機(jī)床故障。 關(guān)鍵詞： KND1000 數(shù)控機(jī)床，工作原理，故障檢測(cè)，器件 數(shù)控機(jī)床各器件的名稱及工作原理 1、 KM 接觸器 接觸器是用來(lái)頻繁接通和斷開(kāi)電動(dòng)機(jī)或其他負(fù)載主電路，是機(jī)床電動(dòng)機(jī)主電路中最重要的控制電器。通常分為交流接觸器和直流接觸器。 交流接觸器是根據(jù)電磁原理工作的，工作原理圖中當(dāng)電磁線圈 5 通電后產(chǎn)生磁場(chǎng)，使靜鐵心 6 產(chǎn)生電磁吸力吸引動(dòng)鐵心4 向下運(yùn)動(dòng)，使常開(kāi)主觸頭 1（一般三對(duì)）閉合，同時(shí)常閉輔助觸頭 2（一般兩對(duì)）斷開(kāi)，常開(kāi)輔助 觸頭 3（一般兩對(duì)）閉合。當(dāng)線圈斷電時(shí)，電磁力消失，動(dòng)觸頭在彈簧 8 作用下向上復(fù)位，各觸頭復(fù)原（即三對(duì)主觸頭斷開(kāi)、兩對(duì)常閉輔助觸頭閉合、兩對(duì)常開(kāi)輔助觸頭斷開(kāi)）。 直流接觸器與交流接觸器的工作原理相同。結(jié)構(gòu)也基本相同，不同之處是，鐵心線圈通以直流電，不會(huì)產(chǎn)生渦流和磁滯損耗，所以不發(fā)熱。 2 工作原理如下圖所示： 2、 KA 中間繼電器 中間繼電器 由固定鐵芯、動(dòng)鐵芯、彈簧、動(dòng)觸點(diǎn)、靜觸點(diǎn)、線圈、接線端子和外殼組成。線圈通電，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從 而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的 “常開(kāi)、常閉 ”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為 “常開(kāi)觸點(diǎn) ”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為 “常閉觸點(diǎn) ”。繼電器一般有兩股電路，為低壓控制電路和高壓工作電路。 3 結(jié)構(gòu)如下圖所示： 3、 KT 時(shí)間繼電器 時(shí)間繼電器 是利用空氣通過(guò)小孔節(jié)流的原理來(lái)獲得延 時(shí)動(dòng)作的。它由電磁系統(tǒng)、延時(shí)機(jī)構(gòu)和 觸點(diǎn) 三部分組成。 當(dāng) 線圈 通電（電壓規(guī)格有 ac380v、 ac220v 或 dc220v、 dc24v等）時(shí)，銜鐵及托板被鐵心吸引而瞬時(shí)下移，使瞬時(shí)動(dòng)作觸點(diǎn)接通或斷開(kāi)。但是活塞桿和杠桿不能同時(shí)跟著銜鐵一起下落，因?yàn)榛钊麠U 的上端連著氣室中的橡皮膜，當(dāng)活塞桿在釋放彈簧的作用下開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，橡皮膜隨之向下凹 , 上面空氣室的空氣變得稀薄而使活塞桿受到阻尼作用而緩慢下降。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，活塞桿下降到一定位置，便通過(guò)杠桿推動(dòng)延時(shí)觸點(diǎn)動(dòng)作，使動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，動(dòng)合觸點(diǎn)閉合。從線圈通電到延時(shí)觸點(diǎn)完成動(dòng)作，這段時(shí)間就是繼電器的延時(shí)時(shí)間。延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短可以用螺釘調(diào)節(jié)空氣室進(jìn)氣孔的大小來(lái)改變。吸引線圈斷電后，繼電器依靠恢復(fù)彈簧的作用而復(fù)原?？諝饨?jīng)出氣孔被迅速排出。 4、 TR 開(kāi)關(guān)電源 開(kāi)關(guān)電源的工作流程如下： 電源 輸入濾波器 全橋整流 直流濾波 開(kāi)關(guān)管（振蕩逆變） 開(kāi)關(guān)變壓器 輸出整流與濾波。 交流電源輸入經(jīng)整流濾波成直流 通過(guò)高頻 PWM(脈沖寬度調(diào)制 )信號(hào)控制開(kāi)關(guān)管 ,將那個(gè)直流加到開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)上 開(kāi)關(guān)變壓器次級(jí)感應(yīng)出高頻電壓 ,經(jīng)整流濾波供給負(fù)載 4 輸出部分通過(guò)一定的電路反饋給控制電路 ,控制 PWM 占空比 ,以達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的 交流電源輸入時(shí)一般要經(jīng)過(guò)厄流圈一類的東西 ,過(guò)濾掉電網(wǎng)上的干擾 ,同時(shí)也過(guò)濾掉電源對(duì)電網(wǎng)的干 擾 ； 在功率相同時(shí) ,開(kāi)關(guān)頻率越高 ,開(kāi)關(guān)變壓器的體積就越小 ,但對(duì)開(kāi)關(guān)管的要求就越高 ； 開(kāi)關(guān)變壓器的次級(jí)可以有多個(gè)繞組或一個(gè)繞組有多個(gè)抽頭 ,以得到需要的輸出 ； 一般還應(yīng)該增加一些保護(hù)電路 ,比如空載、短路等保護(hù) ,否則可能會(huì)燒毀開(kāi)關(guān)電源 . 主要用于工業(yè)以及一些家用電器上，如電視機(jī)，電腦等 。 5、 M 電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)分步進(jìn)跟伺服電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角度位移量，從而達(dá)到 準(zhǔn)確定位的木釘同時(shí)可以通過(guò)控釋脈沖頻率來(lái)控制電極轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。同理， XY 軸驅(qū)動(dòng)器的工作原理也都相同。伺服電動(dòng)機(jī)工作原理：在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為主流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩類，主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。同樣的， Z 軸驅(qū)動(dòng)器的工作原理也就是一樣道理。 6、 T 變壓器 下圖為 變壓器的原理簡(jiǎn)體圖，當(dāng)一個(gè) 正弦交流電 壓 U1 加在初級(jí)線圈兩端時(shí)，導(dǎo)線中就有 交變電流 I1 并產(chǎn)生交變磁通 1，它沿著鐵芯穿過(guò)初級(jí)線圈和次級(jí)線圈形成閉合的磁路。在次級(jí)線圈中感應(yīng)出互感電勢(shì) U2，同時(shí) 1 也會(huì)在初級(jí)線圈上感應(yīng)出一個(gè)自感電勢(shì) E1， E1 的方向與所加電壓 U1 方向相反而幅度相近，從而限制了 I1 的大小。為了保持磁通 1 的存在就需要有一定的電能消耗，并且變壓 器本身也有一定的損耗，盡管此時(shí)次級(jí)沒(méi)接負(fù)載，初級(jí)線圈中仍有一定的電流，這個(gè)電流我們稱為 “空載電流 ”。 如果次級(jí)接上負(fù)載，次級(jí)線圈就產(chǎn)生電流 I2，并因此而產(chǎn)生磁通 2， 2 的方向與 1 相反，起了互相抵消的作用，使鐵芯中總的磁通量有所減少，從而使初級(jí)自感電壓 E1 減少，其結(jié)果使 I1 增大，可見(jiàn)初級(jí)電流與次級(jí)負(fù)載有密切關(guān)系。當(dāng)次級(jí) 負(fù)載電流 加大時(shí)I1 增加， 1 也增加，并且 1 增加部分正好補(bǔ)充了被 2 所抵消的那部分磁通，以保持鐵芯里總磁通量不變。 5 7、 X、 Y 軸驅(qū)動(dòng)器 在、軸方向移動(dòng)，以校對(duì)位置，確保下刀的準(zhǔn)確，其工作原理與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理一樣。 8、 Z 軸驅(qū)動(dòng)器 Z 軸驅(qū)動(dòng)器的工作原理也就是與伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理一樣。 伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制的 U/V/W 三相電形成電磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子在此磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器， 驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。 伺服電動(dòng)機(jī)在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī) .是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置。又稱執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降 。 9、變頻器 變頻器常見(jiàn)的頻率給定方式主要有 :操作器鍵盤給定、接點(diǎn)信號(hào)給定、模擬信號(hào)給定、脈沖信號(hào)給定和通訊方式給定等。這些頻率給定 方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，必須按照實(shí)際的需要進(jìn)行選擇設(shè)置，同時(shí)也可以根據(jù)功能需要選擇不同頻率給定方式之間的疊加和切換。 主電路是給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類 :電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。 它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。 6 控制電路是給異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓、頻率 可調(diào)）的主電路提供控制信號(hào)的回路，它有頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓、電流檢測(cè)電路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測(cè)電路”，將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的“驅(qū)動(dòng)電路”，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的“保護(hù)電路”組成。 10、直流穩(wěn)壓電源 直流穩(wěn)壓電源是一種將 220V 工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置，它需要經(jīng)過(guò)變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè)環(huán)節(jié)才能完成。 四個(gè)環(huán)節(jié)的工作原理如下： (1)電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng) 220V 交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。 (2)整流濾波電路：整流電路將交流電壓 Ui 變換成脈動(dòng)的直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除較大的紋波成分，輸出紋波較小的直流電壓 U1 (3)濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓 . (4)穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化。 KND1000 數(shù)控機(jī)床輔助裝置（照明燈、冷卻液）故障、回零故障檢查 1、照明燈故障： 照明燈故障原因： FA02 KM4 常開(kāi)觸點(diǎn)與工作燈的連接斷開(kāi)、 FA07 繼電器 KA6 觸點(diǎn)連接斷開(kāi)、 FA18 繼電 器 KA6 線圈連接斷開(kāi)。 檢查思路：應(yīng)先檢查控制工作燈電源的 KM4 線圈是否有 24VDC 的電壓輸入，再檢查控制工作燈開(kāi)關(guān)的繼電器 KA6 線圈有無(wú) 24VDC 的電壓，最后檢查 KM4 常開(kāi)主觸頭輸出到工作燈有無(wú) 24VDC 的電壓。 檢查方法：（ 1）首先須按下操作面板的照明燈控制按鈕；然后選擇萬(wàn)用表的 DC50V檔位，把負(fù)極（黑表筆）放在 046（ XB2-26） 端上，用正極（紅表筆）分別測(cè)量繼電器KA6 觸點(diǎn)的 109（ XB1-79） 端和 109A(XB2-137)端，檢查兩端有無(wú) 24VDC 的電壓；再把負(fù)極（黑表筆）放在 045（ XB2-26） 端用正極（紅表筆）分別測(cè)量 KA6 線圈的 138A(XB2-107)端和 138(XB2-77)端檢查兩端有無(wú) 24VDC 的電壓；最后把萬(wàn)用表的正極（紅表筆）放在 7 049（ XB2-45） 端上，用黑表筆分別測(cè)量 050（ XB2-46） 端和 050A(XB1-127)端，檢查兩端有無(wú) 24VDC的電壓。若檢查到 049與 050端有 24VDC的電壓而 049與 050A端沒(méi)有 24VDC的電壓，則說(shuō)明 FA02 KM4 常開(kāi)觸點(diǎn)與工作燈的連接斷開(kāi)。 （ 2）選擇萬(wàn)用表的 DC50V 檔位，把負(fù)極（黑表筆）放在 046（ XB2-26） 端上 ，用正極（紅表筆）分別測(cè)量繼電器 KA6 觸點(diǎn)的 109（ XB1-79） 端和 109A(XB2-137)端，檢查兩端有無(wú) 24VDC的電壓；若檢查到 041A端與 109端有 24VDC的電壓而 109A端沒(méi)有 24VDC的電壓，則說(shuō)明 FA07 繼電器 KA6 觸點(diǎn)連接斷開(kāi)。 8 （ 3）選擇萬(wàn)用表的 DC50V 檔位把負(fù)極（黑表筆）放在 045（ XB2-26） 端用正極（紅表筆）分別測(cè)量 KA6 線圈的 138A(XB2-107)端和 138(XB2-77)端檢查兩端有無(wú) 24VDC 的電壓；若檢測(cè)到 045 端與 108 端有 24VDC 的電壓而 108A 端沒(méi)有 則 FA18 繼電器 KA6 線圈連接斷開(kāi) 2、冷卻液故障： 故障原因： FA08 繼電器 KA5 觸點(diǎn)斷開(kāi)和 FA17 繼電器 KA5 線圈連接斷開(kāi)和 FA41 接觸器 KM5 觸點(diǎn)連接斷開(kāi)。 用萬(wàn)用表測(cè)量 XB1-47 和 XB2-47，沒(méi)電壓。 XB2-75 和 XB1-75，有電壓。說(shuō)明繼電器 KA5 觸點(diǎn)斷開(kāi)，所以 FA08 有故障。 測(cè) XB1-75 和 XB2-75，有電壓， XB1-75 和 XB2-47 有電壓。所以 KA5 未閉合，繼電器 KA5線圈連接斷開(kāi)。所以 FA17 有故障。 測(cè) XB1-47 和 XB2-47 有電壓，則接觸器 KM5 觸點(diǎn)連接斷開(kāi)，說(shuō)明 FA41 有故障。 9 3、回零故障： 故障原因： FA10 JDI1-10 與 535 之間的連接斷開(kāi)。 檢查思路：應(yīng)先檢查控制 X,Y 軸電源的 KM2 線圈是否有 24VDC 的電壓；再檢查 KM2主觸頭到開(kāi)關(guān)電源 TR2 兩端有沒(méi)有 220VAC 的電壓；之后檢查開(kāi)關(guān)電源 TR3 的輸出兩端有沒(méi) DC5V 的電壓；再檢查驅(qū)動(dòng)器輸出端到電機(jī)的電壓；最后檢查 Y 軸原點(diǎn)的輸入信號(hào)有無(wú) 24VDC 的電壓。 檢查方法：首先選擇萬(wàn)用表的 AC50V 檔位，把其中一支表筆放在 041A(XB1-19)上，用另外一根表筆分別測(cè)量接觸器 KM2 線圈的 105(XB1-37)端和 105A（ XB2-141） 端，檢查兩端有無(wú) 24VAC 的電壓；再選擇萬(wàn)用表的 AC250V 檔位，把其中一支表筆放在 062（ XB2-38） 端上，用另一根表筆分別測(cè)量 061（ XB2-112） 端和 061A(XB2-39)端，檢查兩端有無(wú) 220VAC 的電壓；之后選擇萬(wàn)用表的 DC10V 檔位，把黑表筆放在 054（ XB2-20）端上，用紅表筆分別測(cè)量 053（ XB2-29） 端和 053A（ XB1-24） 端，檢查兩端有無(wú) 5VDC的電壓；再選擇萬(wàn)用表的 DC24V 檔位，把正極（紅表筆）放在 046（ XB2-25） 端上，用負(fù)極（黑表 筆）分別測(cè)量 535（ XB1-123） 端和 535a（ XB1-60） 端，檢查兩端有無(wú) 24VDC的電壓；若檢查到 046 端與 535 端有 24VDC 的電壓而與 535a 沒(méi)有 24VDC 的電壓，則說(shuō)明此處有故障。 10 結(jié)論 本文從數(shù)控機(jī)床故障的產(chǎn)生論述到數(shù)控機(jī)床故障的解決?？梢郧宄刂罃?shù)控機(jī)床是技術(shù)含金量很高的設(shè)備，在使用過(guò)程中要嚴(yán)格遵照使用要求。設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題后，要及時(shí)冷靜地進(jìn)行故障診斷，尋找合適的方法解決問(wèn)題。機(jī)床修理人員要注重實(shí)踐，在實(shí)踐中不斷提高自己的水平，要多問(wèn)、多閱讀、多觀察、多思考、多實(shí)踐、多討論交 流、多總結(jié)。只有當(dāng)自身的水平提高了，數(shù)控機(jī)床的修理過(guò)程才能更迅速，才能更好地提高工作效率，多創(chuàng)效益。 11 致 謝 時(shí)光匆匆如流水，轉(zhuǎn)眼便是大學(xué)畢業(yè)時(shí)節(jié)，春夢(mèng)秋云，聚散真容易。在這