数控机床维护与维修大纲.pdf

国家高技能人才培训工程 国家高技能人才培训工程 全国现代制造技术全国现代制造技术 数控机床维护与维修职业技能培训认证项目数控机床维护与维修职业技能培训认证项目 教学培训大纲教学培训大纲 全国现代制造技术远程培训办公室全国现代制造技术远程培训办公室 20102010 年年 8 8 月月 8 8 日日 数控机床维护与维修教学培训大纲 1 数控机床维护与维修数控机床维护与维修教学大纲教学大纲 一 该项目的名称该项目的名称 数控机床维护与维修 定义在用户端 二 培训目标培训目标 面向我国现代加工制造业应用的需要 培养造就大批掌握数控机床维护与 维修技能应用型人才 为我国数控机床应用企业培养能从事数控机床的日常维护 保养 工作 并具备数控机床的故障诊断和数控机床机电一体化维修的能力 三 培训岗位定义培训岗位定义 数控机床使用单位的设备 数控机床 保全 维修 四 该项目培训等级及培训对象该项目培训等级及培训对象 中 高级 中级数控机床保养及常见故障诊断与维修 高级在中级基础上能解决中等难度以上的机电一体化故障 五 该项目实训设备要求该项目实训设备要求 数控维修实训台 如 FANUC 0i 系列 西门子 802D 或 802D SL 华中世纪星系统等 数控机床或数控机床光机 数控车床 立式数控铣床或立式加工中心 调试用计算机和工具软件 必备的调试软件 如 Step7 200 300 Fladder III SimoCom U Servo Guide 等 VNUM数控机床维修教学系统软件 30 点以上 维修工具及检具 常用电工工具 常用装配钳工工具 机床几何检测量具如方箱 平 尺 千分表 百分表 水平尺 检棒等 六 培训大纲培训大纲 大纲共分 一 数控维护与维修概述 二 数控维护与维修流程及基本设备需求框图 三 数控专业工作过程分析表 数控机床维护与维修教学培训大纲 2 培训考核大纲培训考核大纲 一 数控机床一 数控机床维护维修大纲概述维护维修大纲概述 1 1 1 1 数控机床结构特点数控机床结构特点 数控机床是集机 械 电 气 液 压气动 光 电检测器件 为一体的自动化设备 图 1 1 立式数控铣床结构 数控机床在加工业这个传统行业中是一个相对新的事物 作为数控设备由于它是新技术应用的载 体 所以在讨论数控机床维修这一职业教育专业设置时 我们应该注重它的实用性 实效性 注重学 生基础框架的建立和能力的培养 对此 我们首先从分析机床结构入手 在技术层面上讨论它的特点 希望首先在观念理解 数控机床维修 这六个字的含意 即 作为对现场维修人员的培养我们希望他 们今后在实际工作中应当解决什么样的问题 能够解决什么样的问题 数控机床维护与维修教学培训大纲 3 图 1 2 数控车床结构 在机械传动链上 它采用 图 1 3 滚珠丝杠 图 1 4 直线导轨 与普通机床不同 它常采用下面的机构 数控机床维护与维修教学培训大纲 4 图 1 5 落地式刀库 图 1 6 盘式刀库 图 1 7 斗笠式刀库 图 1 8 数控转台 图 1 9 鼠齿盘转台 图 1 10 换刀机械手 图 1 11 交换工作台 图 1 12 数控分度主轴 图 1 13 带动力头刀塔 在电气结构上采用 CNC Computer Numerical Control 即计算机数字控制系统 内置 PLC 及接口电路 伺服驱动等 数控机床维护与维修教学培训大纲 5 图 1 14 FANUC 16 18 系统 图 1 15 FANUC i 系列伺服 图 1 16 内置 PLC 图 1 17 I O 单元 接口电路 以及继电气电路 电磁阀 接近开关等外部设备 图 1 18 三位四通液压阀 图 1 19 接近开关 在光电检测器件上采用光栅尺 旋转编码器等 图 1 19 光栅尺 图 1 20 旋转编码器与元光栅 数控机床维护与维修教学培训大纲 6 根据上述数控机床的结构特点 我们可以简单描述数控机床的工作过程 1 2 新技术的应用 前面我们提到 数控机床是集机 械 电 气 液 压气动 光 电检测器件 为一 体的自动化设备 而这些分支 领域必然也受技术进步的影响 新的技术 新的工艺 新的 产品不断被装备到数控机床上 所以了解这些新技术的应用对于我们今后的维修 特别是建 立一种新的维修思维方式 也是非常重要的 直线电机 Linear Motor 的应用 加工程序 S1000 M03 G01X100Y50F300 发出直线插补指令 伺服电机 根据指令 脉冲旋转 滚珠丝杠将 旋转运动转 为直线运动 编码器或光栅尺 将实际移动距离 反馈到 CNC 数控系统进行 精确 位置 速度 电流 控制 完成刀具与工作 台精确的相对运 动 从而加工出复 杂 精确的零件 PLC 及外围设备实现对刀 库 机械手换刀 转台卡紧 导轨润滑 冷却水 交换工 作台等辅助动作的控制 数控机床维护与维修教学培训大纲 7 图 1 21 直线电机 就传统的数控机床而言 工作台的移动是通过伺服电机的旋转运动 联轴节 滚珠丝 杠 滚珠丝母带动工作台移动 但是上个世纪末 直线电机逐渐在数控机床中使用 从图 1 21 直线电机结构图中我们看到 直线电机的数控机床已经不再需要滚珠丝杠了 它已不再 是由电机旋转运动通过机械传动链转变为直线运动 取而代之是直线电机直接完成直线运动 传递 在机床结构上又是一个新的突破 机械传动链中又少了一个链节 结构更加简洁 我 们将传统机床与现在的数控机床以及将来的数控机床的线性轴的驱动做一个简单的结构比 较 图 1 22 普通机床 工作台 联轴节 滚珠丝杠 图 1 23 传统数控机床 伺服 电机 鼠笼 电机 齿轮箱 联轴节 梯形丝杠 工作台 数控机床维护与维修教学培训大纲 8 工作台 直线电机 图 1 24 直线导轨数控机床 力矩电机 Synchronous Built in Servo Motor 的应用 图 1 25 力矩电机 图 1 26 传统的数控转台蜗轮副 传统的转台 特别是高精度数控转台是由图 1 26 中描述的蜗轮 蜗杆以及轴承 箱体等 组成 传统的机构要求是既要让电机在最佳速度工作区工作又要让工件低速大扭矩转动 承 受大的切削力 而蜗轮蜗杆大速比 自锁性 力矩放大等特点正好满足了这一要求 但是蜗 轮 蜗杆是属于齿轮类机构 工作过程中齿面必然存在磨损和间隙 一旦齿面齿型 节距磨 损严重 整个蜗轮副精度降低 机床转台定位精度降低 另外蜗轮副磨损后的修复和调整非 常困难 修复成本非常高 对于 800X800 的加工中心 一对高精度蜗轮副 定位精度小于 6 弧度秒 更换成本在 20 万元以上 数控机床维护与维修教学培训大纲 9 而现代制造技术水平 已经可以通过电气直接控制 驱动负载低速大扭矩转动 这种直 接驱动用低速大扭矩转台电机在数控机床应用中被称为 力矩电机 见图 1 25 它是由转子 和定子线圈组成 这种技术大大降低了数控转台的制造成本 并且转台精度保持时间长 维 护成本低 高速电主轴 High Speed Spindle 图 1 27 电主轴 图 1 28 电主轴结构 数控机床维护与维修教学培训大纲 10 图 1 29 卧式加工中心机械主轴齿轮箱 传统的机械主轴如图 1 29 是由主轴电机以及齿轮箱组成的 这是因为传统的主轴电机 大都采用异步交流电机变频调速 它的最佳工作速度范围在 500rpm 2000rpm 而加工工艺要 求铣刀的工作范围 机械主轴转速范围 在 20rpm 6000rpm 那么如何满足工艺速度要求呢 通过不同的齿轮比切换 扩大机械主轴变速范围 即可以使电机在理想的速度区间工作 又 能满足工艺上的速度和扭矩范围要求 它的弊病是机械结构复杂 成本高 而电主轴调速范围宽 特别是高速特性好 可以省去主轴齿轮箱 直接将刀柄插入电主 轴转子中 参见图 1 28 机床结构简洁 主轴及立柱受力好 目前电主轴采用陶瓷或油雾 润滑 主轴转速可达 20000 50000rpm 以上 特别适宜磨具加工 从上面几种典型的新技术应用中我们可以总结出 数控机床的结构越来越简单 传动链 越来越少 电到机的转换 电能转换为动能 旋转运动到直线运动的转换越来越直接 电机 与拖动以及控制技术的进步带动数控机床整体技术进步 具体到我们维修任务上讲 机械工作量减少 但工艺要求高 如针对直线电机和力矩电 机的安装和调整 电主轴油雾润滑间隙的调整 陶瓷轴承的更换和预紧力调整等均是传统机 床没有遇到过的工艺问题 同时对维修人员电气知识的要求也越来越高 1 3 现代数控系统结构特点 另外 数控系统不同于计算机标准化设备的其它特点 数控机床维护与维修教学培训大纲 11 数控系统采用专用总线 现代知名数控系统广泛采用专用总线结构 LSI 大规模集成电路 SMT 表面贴装 工 艺 专用集成电路 如图 1 30 图 1 30 LSI SMT 技术应用 专用的数字伺服驱动 目前各数控公司采用自己的专用伺服总线 如 FANUC 公司 i 系列数字伺服采用 FSSB Fanuc Serial Servo Bus 西门子公司 840D 采用 Power Line 802Dsl 采用 DRIVE CLIQ 作为伺服总线 这些数字伺服协议相互不兼容 所以备件没有互换性 甚至控制技术和手段 相距甚远 图 1 31 FANUC 数字伺服控制 机床数据的唯一性 易失性 机床数据 包括数控系统参数 加工程序 螺距误差补偿数据 宏程序或 R 参数 伺 服参数或驱动配置数据 PLC PMC 程序或梯形图等均存储在 CNC 不同的介质或区域内 如 FANUC i 系列将系统软件 数字伺服软件 梯形图 用户宏程序执行器存储在 F ROM 中 数控机床维护与维修教学培训大纲 12 机床参数 螺距误差补偿数据 加工程序 PMC 参数等存放在 S RAM 中 同时依靠锂电池在 系统断电后维持 S RAM 中的数据 之所以说数控机床数据是唯一的 因为即便是同一型号的机床有可能机床数据是不同 的 比如伺服参数 螺距误差补偿数据 甚至 PLC PMC 参数等 这些数据有可能安装调试 人员根据现场具体情况进行了修改或调整 易失性是指由于 S RAM 中的数据在断电后是依靠电池维持的 当电池供电出现问题 或数控系统损坏会造成 S RAM 中数据丢失 所以备份保存机床数据对设备保全是非常重要 的 1 3 对最终用户的维修任务要求 通过上一小节的叙述 我们可以总结出数控机床的某些重要特征 首先数控系统采用专用总线结构 专用的 LSI 专用的伺服驱动 所以它不像通用 PC 的 总线那样 有通用的标准 备件易采购 有互换性 代码开放 参考文献渠道多 数控系统 备件供应渠道单一 图纸 程序协议不对用户开放 专用 LSI 不对用户开放 所以线路板维 修非常困难 一般数控制造商不建议用户维修 P C B 印刷线路板 机械部件采用模块化 专业化制造 如滚珠丝杠 直线导轨 机械主轴 数控刀塔 数 控转台等均是由各专业制造商来完成 目前国内常见的中高档数控机床采用 THK 或 NSK 的滚 珠丝杠和直线导轨 原长城机床厂生产的数控车和车削中心采用意大利的数控刀架 机床厂 已从传统的零部件设计 生产 组装 面面俱到 的生产方式 转变为机电一体化 集成应 用 商 那么作为数控机床的维修人员 修复上述这些专业化生产的机械部件非常困难 例 如直线导轨磨损后 我们最终用户没有手段修磨直线导轨的滑道 也无法修复损坏的滑块 对于我们上面谈到的新技术应用部件 直线电机 扭矩电机 电主轴等 由于现场的 工艺条件和现有的技术手段所限制 作为现场设备维修人员修复这些部件也是非常困难的 例如 FANUC 和西门子的高速电主轴对装配调试工艺要求非常高 必需经过专门的培训后才可 拆装 否则主轴速度达不到出厂指标 线路板不能修 很多机械件也不能修 机电一体化部件更碰不得 那么我们现场维修人 数控机床维护与维修教学培训大纲 13 员修什么呢 这里就需要我们从传统的维修概念中摆脱出来 七 八十年代的数控维修人员 需要对模拟电路 。