數控機床故障診斷與維護復習題.doc

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1、數控機床由數控裝置、伺服驅動裝置、檢測反饋裝置和機床本體四大部分組成，再加上程序的輸入/輸出設備、可編程控制器、電源等輔助部分。 2、數控機床除了具有高精度、高效率和高技術的要求外，還應該具有高可靠性。衡量的指標有：MTBF—平均無故障時間；MTTR—排除故障的修理時間；平均有效度A：A=MTBF/（MTBF+MTTR） 3、故障處理對策，除非出現影響設備或人身安全的緊急情況，不要立即切斷機床的電源，應保持故障現場。 4、自修復系統的診斷軟件發(fā)現數控機床在運行中某一模塊有故障時，系統在CRT上顯示的同時，自動尋找備用模塊并接上。自修復系統實用但成本比較高，而且只適合總線結構的CNC系統。 5、實用診斷技術（問、看、聽、聞、觸）在機械故障的診斷中具有實用簡便、快速有效的特點，但診斷效果的好壞在很大程度上要憑借維修技術人員的經驗，而且有一定的局限性，對一些疑難故障難以奏效。 6、故障振動信號有平穩(wěn)性故障信號，即機械結構在正弦周期性力信號、復雜周期性力信號和準周期性力信號（軸彎曲、偏心、滾子失圓等漸變性故障）作用下產生的響應信號和沖擊性故障信號，即機械結構在周期性沖擊力作用下的脈沖響應，與沖擊信號本身有很大的不同。 7、自動換刀性能是通過手動和M06指令自動運行，檢驗換刀的可靠性、靈活性和平穩(wěn)性并測定換刀時間是否符合要求。 8、幾何精度檢驗（靜態(tài)精度檢驗）是綜合反映機床關鍵零部件經組裝后的綜合幾何形狀誤差。有各坐標軸的相互垂直度、臺面的平行度、主軸的軸向和徑向跳動等檢驗項目。 9、數控系統軟件類故障發(fā)生的原因可能有：誤操作、供電電池電壓不足、干擾信號、軟件死循環(huán)、操作不規(guī)范和用戶程序出錯等等。 10、在加工中心等機床上，由于自動換刀、精密鏜孔加工等需要，往往需要主軸系統具有定向準?？刂乒δ?，此時，在機床上需安裝磁接近開關或脈沖編碼器等檢測元件。 11、如圖1數控機床主軸的支承方式，前后支承采用雙列和單列圓錐滾子軸承，這種支承方式的優(yōu)點是徑向和軸向剛度高，能承受重載荷，尤其是可承受較強的動載荷，安裝，調整性能好，但限制了主軸的最高轉速和精度，所以用于中等精度、低速、重載的數控機床的主軸。 圖1 圖2為前支承采用雙列短圓柱滾子軸承和60角接觸雙列向心推力球軸承組合，后支承采用成對向心推力球軸承。此配置可提高主軸的綜合剛度，可滿足強力切削的要求，普遍用于各類數控機床主軸。 圖2 圖3為前支承采用高精度雙列向心推力球軸承。向心推力軸承有良好的高速性，主軸最高轉速可達4000r/min，但它的承載能力小，只適于高速，輕載，高精密的數控機床主軸。 圖3 12、數控機床位置檢測裝置如果采用絕對編碼器，機床開機后就無需進行返回參考點操作。 13、數控系統中常用的抗干擾措施有物理隔離、屏蔽、接地、濾波技術等。 14、滾珠絲杠預緊的目的是減小或消除反向間隙。 15、數控機床PLC的形式有兩種：內裝型PLC和獨立型PLC 。 16、數控系統將數控加工程序信息進行編譯、運算和邏輯處理后，按兩類控制量分別輸出：一類是連續(xù)控制量，送往伺服系統；另一類是離散的開關控制量，送往機床強電控制系統，從而協調數控機床各部分的運動，完成所有運動的控制，實現數控機床的加工過程。 17、為防止干擾信號及高壓串入，數控機床的輸入輸出接口要進行必要的電隔離，為此常用的器件及電路是繼電器和光電隔離電路。 18、FANUC 0i系列控制單元主要包括主板與 I/O板兩部分。 19、數控機床按運動方式分為點位控制數控系統、直線控制數控系統、輪廓控制的數控系統等三類。 20、FANUC系統根據用途與基本軟件不同可分為：車床控制用系統（T型）、銑床/加工中心控制用系統（M型）、磨床控制用系統（G型）、沖床控制用系統（P型）等不同型號。 21、接口檢查是系統與機床、系統與PLC、機床與PLC的輸入/輸出信號，接口診斷功能可將所有開關量信號的狀態(tài)顯示在CRT上，“1”表示通，“0”表示斷。 22、參數檢查是數控機床經一系列的試驗和調整而獲得的重要參數，是機床正常運行的保證。包括有增益、加速度、輪廓監(jiān)控及各種補償值等。當機床長期閑置不用或受到外部干擾會使數據丟失或發(fā)生數據混亂，機床將不能正常工作，可調出機床參數進行檢查、修改或傳送。 23、數控系統是由各種電路板組成，電路板上、接插件等處有虛焊或接口槽接觸不良都會引起故障?？捎媒^緣物輕輕敲打疑點處，若出現反應，則敲擊處很可能就是故障部位。 24、設備運行較長時間或環(huán)境溫度較高時，機床就會出現故障，可用電吹風、紅外燈照射可疑的元件或組件，可用升溫法確定故障點。 25、當數控機床加工造成廢品而無法確定是編程、操作不當還是數控系統故障時，或是閑置時間較長的數控機床重新投入使用時，常用功能程序測試法確定故障。 26、為了檢測方便，在模板或單元上設有檢測端子，用萬用表、示波器等儀器對這些端子的電平或波形進行測試，將測試值與正常值進行比較，可以分析和判斷故障的原因和故障的部位。 27、電火花、中、高頻電加熱設備的電源都會產生強烈的電磁波，通過空間傳播被附近的數控系統所接受，如果能量足夠就會干擾數控機床的正常工作，因此數控機床要遠離這些設備。 28、數控信號在傳遞過程中受到外界的干擾，串模干擾是干擾電壓疊加在有用信號上，由絕緣不良、漏電阻及供電線路等引入。共模干擾是干擾電壓對二根或以上信號線的干擾大小相等、相位相同，當裝置的共模抑制比較高，影響不大，當不平衡時，一部分轉為串模。 29、抗干擾措施信號傳輸干擾 1)減少供電線路的干擾 數控機床遠離具有中、高頻電源的設備，數控機床不要和大功率且頻繁起、停的設備在同一供電干線上，在電源電壓波動較大的地區(qū)，加穩(wěn)壓電源，動力線和信號線分開走線，信號線采用屏蔽線或雙絞線，控制線和電源線相交時，要采用直角相交。 2)減少機床控制中的干擾 圖4 壓敏電阻保護 a)交流接觸器線圈 b)驅動電路 圖6 續(xù)流二極管保護電路 圖5 交流負載的阻容保護 圖4為壓敏電阻保護（浪涌吸收器），可對線路中的瞬變、尖蜂等噪聲進行保護。 圖5為阻容保護，對交流接觸器和電機頻繁起停時，因電磁感應會在機床電路中產生浪涌或尖蜂，可抑制、吸收干擾噪聲。 圖6續(xù)流二極管保護，當直流電感元件在斷電時，在線圈中將產生較大的感應電動勢，并聯的二極管可減少對控制電路的干擾 3)屏蔽技術（電磁、靜電屏蔽） 信號線采用屏蔽線（銅質網狀）、穿在鐵質蛇皮管或鐵管中，關鍵元件或組件采用金屬容器屏蔽 4)保證“接地”良好 “接地”是數控機床安裝中一項關鍵的抗干擾技術措施，電網的許多干擾都是通過“接地”對機床起作用的。 信號地是用來提供電信號的基準電壓（0V）。 框架地是以安全性及防止外來噪聲和內部噪聲為目的的地線系統，是將裝置的面板、單元的外殼、操作板及各裝置間接口的屏蔽線。 系統地是將框架地和大地相連接圖7、圖8所示。 接地要可靠（接地電阻應小于10歐姆）。 接地線要粗（應大于電源線的截面積）。 圖7 數控機床的地線系統 a)一點接地 b)二點接地 圖8 數控機床接地系統示意圖 30、進給伺服系統通常會出現哪些類型的故障？ 1)運動失控(飛車)：系統未給伺服單元指令，而電機自行行走。是由于正反饋或無速度反饋信號引起的，所以應檢查伺服輸出，速度反饋等回路。 2)超程(位置“過沖”現象）：當進給運動超過由軟件設定的軟限位或由限位開關決定的硬限位時，就會發(fā)生超程報警，一般會在CRT上顯示報警內容，根據數控說明書，即可排除故障，解除報警。 位置誤差：當伺服軸運動超過位置允差范圍時，數控系統就會產生位置誤差過大的報警，包括跟隨誤差、輪廓誤差和定位誤差。 3)運動軸單脈沖進給達不到要求或低速爬行 機床使用已久，機械磨損，機床參數與之不匹配，伺服速度環(huán)或位置增益太低。機床維修，重新設置機床參數，臨時處理只要機床不振，可將伺服增益參數適當提高。機械傳動系統的間隙、死區(qū)或精度不足；導軌潤滑不良；負載過重。 4)過載：當進給運動的負載過大、頻繁正反向運動以及進給傳動鏈潤滑狀態(tài)不良時，均會引起過載報警。一般會在CRT上顯示伺服電動機過載、過熱或過流等報警信息。同時，在強電柜中的進給驅動單元上，用指示燈或數碼管提示驅動單元過載、過電流等信息。 5)竄動：測速信號不穩(wěn)定，如測速裝置故障、測速反饋信號干擾等；速度控制信號不穩(wěn)定或受到干擾；接線端子接觸不良，如螺釘松動等。當竄動發(fā)生在由正向運動向反向運動的瞬間，一般是由于進給傳動鏈的反向間隙或伺服系統增益過大所致。 6)爬行：發(fā)生在啟動加速段或低速進給時，一般是由進給傳動鏈的潤滑狀態(tài)不良、伺服系統增益過低及外加負載過大等因素所致。尤其要注意的是，伺服電動機和滾珠絲杠連接用的聯軸器，由于連接松動或聯軸器本身的缺陷，如裂紋等造成滾珠絲杠轉動和伺服電動機的轉動不同步，從而使進給運動忽快忽慢，產生爬行現象。 7)振動：間隙過大；導軌的阻尼過??；電動機負載過大；伺服電動機或速度位置檢測部件不良；外部干擾、接地、屏蔽不良等；驅動器的設定和調整不當。 例1：一臺配套某系統的加工中心，進給加工過程中，發(fā)現X軸有振動現象。 分析與處理過程：加工過程中坐標軸出現振動、爬行現象與多種原因有關，故障可能是機械傳動系統的原因，亦可能是伺服進給系統的調整與設定不當等。 維修時通過互換法，確認故障原因出在直流伺服電動機上。卸下X軸電動機，經檢查發(fā)現6個電刷中有2個的彈簧已經燒斷，造成了電樞電流不平衡，使電動機輸出轉矩不平衡。另外，發(fā)現電動機的軸承亦有損壞，故而引起Y軸的振動與過電流。 更換電動機軸承與電刷后，機床恢復正常。 例2：配套某系統的加工中心，在長期使用后，手動操作Z軸時有振動和異常響聲，并出現“移動過程中Z軸誤差過大”報警。 利用手動轉動機床Z軸，發(fā)現絲杠轉動困難，絲杠的軸承發(fā)熱。經仔細檢查，發(fā)現Z軸導軌無潤滑，造成Z軸摩擦阻力過大；重新修理Z軸潤滑系統后，機床恢復正常。 8)機床定位精度或加工精度差：可分為定位超調、單脈沖進給精度差、定位點精度不好、圓弧插補加工的圓度差等情況 加/減速時間設定過??；電動機與機床的連接部分剛性差或連接不牢固；機械傳動系統存在爬行或松動；伺服系統的增益不足；位置檢測器件（編碼器、光柵）不良；速度控制單元控制板不良；機床反向間隙大、定位精度差。 9)伺服電動機不轉：數控系統至進給驅動單元除了速度控制信號外，還有使能控制信號，一般為DC+24V繼電器線圈電壓。 10)漂移：當指令值為零時，坐標軸仍移動，從而造成位置誤差。通過漂移補償和驅動單元上的零速調速來消除。 11)回參考點故障 找不到參考點：回參考點減速開關產生的信號失效；脈沖編碼器零標志位或光柵尺零標志位有故障或零位脈沖信號失效。 找不準參考點：參考點開關檔塊位置設置不當。 12)電機失速或暴走（機床失控）：即電機的速度不按指令走，所以，從指令到速度反饋回路，都有可能出故障；可通過互換單元來初步判定是否為控制單元還是電機故障，一般是單元的可能性大；另外可查看是否為上電就報警還是速度高了報警。如果上電就報警，則有可能是主回路損壞。如果是高速報警而低速正常則可能是控制板或電機有問題，這也可通過交換伺服單元來判斷；D/A轉換電路故障或伺服速度接口電路故障（主板、速度控制單元故障）；位置檢測速度檢測信號不良；電動機或位置編碼器故障。 13)工作臺運動時振動（運動不平穩(wěn)）：傳動環(huán)節(jié)間隙過大；導軌的阻尼過??；電動機負載過大；伺服電動機或速度位置檢測部件不良；外部干擾接地屏蔽不良；驅動器的設定和調整不當。 14)工作臺或拖板移動時有抖動與噪聲較大：運動軸蝸輪蝸桿嚙合間隙增大；絲桿軸承間隙增大；運動軸傳動齒形皮帶松；電機軸承磨損或損壞；機床使用已久，運動軸前后軸承座中的軸承潤滑不良磨損或損壞；滾珠絲桿受損或回珠器回珠不暢；滾珠絲桿螺母松動；軸密封不良，切削液侵入軸承生銹；伺服驅動單元增益過大，造成電機抖動；反饋回路不正常，也可能產生抖動現象；干擾。 31、根據檢測信號的處理不同，交流伺服驅動裝置常見的有哪幾種結構形式？ 1)轉速反饋信號與位置反饋信號處理分離 2)位置處理和速度處理均在數控系統中完成 3)檢測元件提供雙重反饋信號 在上述三種控制方式中，共同的特點是位置控制均在數控系統中進行，且速度控制信號均為模擬信號。 4)數字式伺服系統 32、FANUC交流模擬伺服驅動器如果未提供伺服使能信號，可能的原因有哪些？ 1)機床I/O接口條件不滿足 2)電壓未加到使能端 33、數控機床對主軸驅動裝置有哪些要求？ 1)調速范圍寬并實現無級調速 2)恒功率范圍寬 3)具有四象限驅動能力 4)具有位置控制能力 5)具有較高的精度與剛度，傳動平穩(wěn)，噪音低 6)良好的抗振性和熱穩(wěn)定性 34、主軸準停用于刀具交換、精鏜進、退刀及齒輪換檔等場合，有三種實現方式： 1)機械準停控制：由帶V型槽的定位盤和定位用的液壓缸配合動作。 2)磁性傳感器的電器準?？刂疲喊l(fā)磁體安裝在主軸后端，磁傳感器安裝在主軸箱上，其安裝位置決定了主軸的準停點，發(fā)磁體和磁傳感器之間的間隙為（1.50.5）mm。圖9示。 1、磁性傳感器 2、發(fā)磁體 3、主軸 4、支架 5、主軸箱 圖9 磁性傳感器主軸準停裝置 3)編碼器的準?？刂疲和ㄟ^主軸電動機內置安裝或在機床主軸上直接安裝一個光電編碼器來實現準?？刂?，準停角度可任意設定。 35、如圖10所示為某加工中心主軸部件，試述刀具在主軸上自動裝卸并進行自動夾緊的工作原理。 1、刀柄 2、刀柄拉釘 3、主軸 4、拉桿 5、碟形彈簧 6、活塞 7、液壓缸 8、10、行程開關 9、壓縮空氣管接頭 11、彈簧 12、鋼球 13、端面鍵 圖10 加工中心主軸組件 機床執(zhí)行換刀指令后，機械手從主軸拔刀時，主軸需要松開刀具。液壓缸7上腔通過壓力油使活塞6推動拉桿4向下移動，使蝶形彈簧5壓縮，鋼球12進入主軸錐孔上端的槽內，刀柄尾部的拉釘2（拉緊刀具用）被松開，機械手拔刀。之后，壓縮空氣進入活塞和拉桿的中孔，吹凈主軸錐孔，為裝入新刀具做好準備。當機械手將下一把刀具插入主軸后，液壓缸上腔無油壓，在蝶形彈簧和彈簧11的恢復力下，使拉桿、鋼球和活塞退回到圖示位置，即碟形彈簧通過拉桿和鋼球拉緊刀柄尾部的拉釘，使刀具被夾緊。 36、如圖11所示的FANUC伺服進給系統的特征 圖11 FANUC伺服進給系統 伺服電動機上的編碼器既作為轉速檢測，又作位置檢測，位置處理和速度處理均在數控系統中完成。此為FANUC數控系統與用于車床進給控制的α系統2軸交流驅動單元的伺服系統，伺服電動機上脈沖編碼器將檢測信號直接反饋于數控系統，經位置處理和速度處理，輸出速度控制信號，速度反饋信號及使能信號至驅動單元JV1B和JV2B端口中。 37、如圖12為數字式伺服系統，試述其工作原理。 圖12 MDS-SVJ2伺服進給系統 數字式伺服系統中，數控系統將位置控制指令經數字量的形式輸出至數字伺服系統，數字伺服驅動單元本身具有位置反饋和位置控制功能，能獨立完成位置控制，數字系統與數字伺服驅動單元采用串行通行的方式，可極大地減少連接電纜，便于機床安裝和維護，提高了系統的可靠性。數字式伺服系統中，CNC系統與伺服系統之間傳遞的信息有：位置指令和實際位置；速度指令和實際速度；轉矩指令和實際轉矩；伺服驅動及伺服電動機參數；伺服狀態(tài)和報警；控制方式命令。圖12 為三菱MELDAS50數控系統和MDS-SVJ2伺服驅動單元構成的數字式伺服系統，數控系統伺服輸出口（SERVO）與驅動單元上的CN1A端口實行串行通信，經CN1B端口再輸出至第2軸驅動單元上的CN1A端口，伺服電動機上的編碼將檢測信號直接反饋至驅動單元上的CN2端口中，在驅動單元中完成位置控制和速度控制。 38、交流異步電動機變頻調速原理 圖13 交流變頻器的工作原理 變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用把電壓、頻率固定不變的交流電變成電壓、頻率都可調的交流電源。 變頻器主要采用交—直—交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。 變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成的。 1)交-直電路部分 整流電路：由VD1-VD6六個整流二極管組成不可控全波整流橋。對于380V的額定電源，一般二極管反向耐壓值應選1200V，二極管的正向電流為電機額定電流的1.414-2倍。 三相交流電源(頻率50/60Hz)通過變頻器的電源接線端(R、S、T)輸入到變頻器內，利用整流電路把交流電轉換成直流電，再經過電解電容濾波，獲得直流電壓。當電容兩端電壓達到基準值時，輔助電源動作，輸出各種直流控制電壓，控制電路正常時，接觸器獲電，常開點閉合，短接掉電容充電限流電阻，從而完成交-直電路工作。 2)變頻器元件作用 電容C1：是吸收電容，整流電路輸出是脈動的直流電壓，必須加以濾波， 變壓器把某種數值的交變電壓變換為同頻率的另一數值的交變電壓，也可以改變交流電流的數值及變換阻抗或改變相位。 壓敏電阻：有三個作用，一過電壓保護，二耐雷擊要求，三安規(guī)測試需要。 熱敏電阻：過熱保護 霍爾：安裝在UVW的其中二相，用于檢測輸出電流值。選用時額定電流約為電機額定電流的2倍左右。 充電電阻：作用是防止開機上電瞬間電容對地短路，燒壞儲能電容，開機前電容二端的電壓為 0V；所以在上電（開機）的瞬間電容對地為短路狀態(tài)。如果不加充電電阻在整流橋與電解電容之間，則相當于380V電源直接對地短路，瞬間整流橋通過無窮大的電流導致整流橋燒掉。一般而言變頻器的功率越大，充電電阻越小。充電電阻的選擇范圍一般為：10-300Ω。 儲能電容：又叫電解電容，在充電電路中主要作用為儲能和濾波。PN端的電壓工作范圍一般在 430VDC～700VDC 之間，而一般的高壓電容都在400VDC左右，為了滿足耐壓需要就必須是二個400VDC的電容串起來作800VDC。容量選擇≥60uF/A 均壓電阻：防止由于儲能電容電壓的不均燒壞儲能電容；因為二個電解電容不可能做成完全一致，這樣每個電容上所承受的電壓就可能不同，承受電壓高的發(fā)熱嚴重（電容里面有等效串聯電阻）或超過耐壓值而損壞 。 C2電容：吸收電容，主要作用為吸收IGBT的過流與過壓能量。 3)直-交部分 VT1-VT6逆變管（IGBT絕緣柵雙極型功率管）：構成逆變電路的主要器件，也是變頻器的核心元件。把直流電逆變頻率，幅值都可調的交流電。具體工作是把交-直電路的直流電壓經過短路保護熔斷器(保險管)加到逆變模塊VT，再經過SPWM驅動電路控制逆變塊輸出頻率可調的三相交流電。 VT1-VT6是續(xù)流二極：作用是把在電動機在制動過程中將再生電流返回直流電提供通道并為逆變管VT1-VT6在交替導通和截止的換相過程中，提供通道。 4)控制部分：電源板、驅動板、控制板（CPU板） 電源板：開關電源電路向操作面板、主控板、驅動電路、檢測電路及風扇等提供低壓電源， 開關電源提供的低壓電源有：5V、15V 、24V向CPU其附屬電路、控制電路、顯示面板等提供電源。 驅動板：主要是將CPU生成的PWM脈沖經驅動電路產生符合要求的驅動信號激勵IGBT輸出電壓。 控制板（CPU板）： CPU板處理各種信號以及控制程序等部分。 注：再次整流（直流變交流）--->更貼切的叫法是：逆變! 39、FANUC系統αi系列伺服模塊，端子接口JF1、JF2的功能是伺服電動機編碼器信號接口。 40、數控系統、主軸驅動裝置、進給伺服驅動器等裝置都帶有RS232接口，可以實現離線診斷。 41、加工中心Z軸的移動屬于進給運動 42、熱繼電器在控制電路中起的作用是過載保護 43、步進電動機多相通電可以減小步距角 44、閉環(huán)控制系統比開環(huán)控制系統及半閉環(huán)控制系統精度高 45、如圖14的所示的PMC順序控制過程中，接通A（按鈕開關）后，B、C接通，經PMC程序的一個循環(huán)后B斷開。 圖14 46、如圖15所示為PMC順序控制過程中，接通A（按鈕開關）后C接通，但B不接通。 圖15 47、簡述數控機床采用三相橋式反并聯邏輯無環(huán)流可逆的主軸直流調速驅動系統主電路。 數控機床主軸要求能正、反轉，且切削功率盡可能大，并希望停止和改變轉向迅速，故主軸直流電動機驅動裝置往往采用三相橋式反并聯邏輯無環(huán)流可逆調速系統，其主電路如圖16所示，其中VT1為正轉組晶閘管，VT2為反轉組晶閘管。 圖16 三相橋式反并聯邏輯無環(huán)流可逆調速系統的主電路 電動機正向轉動時，正組晶閘管VT1工作在整流狀態(tài)，提供正向直流電流；電動機反向轉動時，則反組VT2工作在整流狀態(tài)，提供反向直流電流，正組晶閘管VT1工作在待逆變狀態(tài)，為反向制動作準備。 當電動機需要從正向轉動狀態(tài)轉到反向轉動狀態(tài)時，速度指令由正變負，電動機電樞回路中的電感儲能維持電流方向不變，電動機仍處于轉動狀態(tài)，但電樞電流逐漸減少，當電樞電流減少到零后，必須使正反組晶閘管都處于封鎖狀態(tài)，以避免控制失誤造成短路，此時電動機在慣性作用下自由轉動，經過安全延時后，反組晶閘管進入有源逆變狀態(tài)，電動機工作在回饋發(fā)電制動狀態(tài)，將機械能送回電網，轉速迅速下降，轉速到零后，反組晶閘管進入整流狀態(tài)，電動機反向轉動，完成正轉到反轉的轉換過程，也完成了從第一象限到第三象限的工作轉換。 為防止正、反向兩組晶閘管同時導通，可采用邏輯無環(huán)流可逆控制系統，利用邏輯電路檢測電樞電路的電流是否到達零值，并判別旋轉方向，提供正轉組或反轉組晶閘管允許開通信號，使一組晶閘管在工作，另一組晶閘管的觸發(fā)脈沖被封鎖，保證這兩個信號互鎖，從根本上切斷正反組晶閘管之間的直流環(huán)流通路。 48、在診斷系統故障的過程中應掌握哪幾個原則？ 答：在診斷系統故障的過程中應掌握以下幾個原則：先外部后內部、先機械后電氣、先靜后動、先簡單后復雜。 49、數控機床導軌副有那些環(huán)節(jié)影響機床的正常運行和加工質量？ 導軌副是數控機床的重要執(zhí)行部件，主要有滾動導軌、塑料導軌、靜壓導軌等；有直線移動導軌和回轉運動導軌。影響機床正常運行和加工質量的主要環(huán)節(jié)有：①間隙調整裝置，滾動導軌副的預緊環(huán)節(jié)；②潤滑系統（包括潤滑劑的種類、質量要求及潤滑方式等的合理選擇）；③導軌副的防護裝置，目的是為防止切屑、磨粒或冷卻液散落在導軌面上而引起磨損、擦傷和銹蝕等。這三個環(huán)節(jié)中任一環(huán)節(jié)出現異常都會影響到機床執(zhí)行機構的正常運行。 50、直線感應同步器的結構與工作原理 圖17 直線感應同步器結構原理圖 圖18 感應同步器工作時感應電動勢的變化示意圖 51、如圖18為開環(huán)控制伺服驅動系統的結構，試述其原理圖 圖18 開環(huán)控制伺服驅動系統的結構原理圖 采用開環(huán)控制系統的數控機床結構簡單，制造成本低，但是由于系統對移動部件的實際位移量不進行檢測，因此無法通過反饋自動進行誤差檢測和校正。 步進電機的步距角誤差、齒輪與絲杠等部件的傳動誤差, 最終都將影響被加工零件的精度；特別是在負載轉矩超過電動機輸出轉矩時，將導致步進電機的“失步”，使加工無法進行。 因此，開環(huán)控制僅適用于加工精度要求不高，負載較輕且變化不大的簡易、經濟型數控機床上。 52、如圖19為半閉環(huán)控制伺服驅動系統的結構，試述其原理圖 圖19 半閉環(huán)控制系統結構原理圖 采用半閉環(huán)控制系統的數控機床，電氣控制與機械傳動間有明顯的分界，因此調試維修與故障診斷較方便且機械部分的間隙摩擦死區(qū)剛度等非線性環(huán)節(jié)都在閉環(huán)以外，因此系統的穩(wěn)定性較好。 伺服電機和光電編碼器通常做成一體，電動機和絲杠間可以直接聯接或通過減速裝置聯接；位置檢測單位和實際最小移動單位間的匹配，可以通過數控系統的參數（電子齒輪比）進行設置。它具有傳動系統簡單、結構緊湊、制造成本低、性能價格比高等特點，從而在數控機床上得到廣泛應用。 53、如圖20為閉環(huán)控制伺服驅動系統的結構，試述其原理圖 圖20 全閉環(huán)控制系統結構原理圖 采用閉環(huán)控制系統的數控機床的特點是：機床移動部件上直接安裝有直線位移檢測裝置，檢測裝置檢測最終位移輸出量。實際位移值被反饋到數控裝置或伺服驅動中，它可以直接與輸入的指令位移值進行比較，用誤差進行控制，最終實現移動部件的精確運動和定位。從理論上說，對于這樣的閉環(huán)系統，其運動精度僅取決于檢測裝置的檢測精度，它與機械傳動的誤差無關，顯然，其精度將高于半閉環(huán)系統。而且它可以對傳動系統的間隙、磨損自動補償，其精度保持性要比半閉環(huán)系統好得多。 54、如圖21所示為直線電機的結構，闡述其工作原理 圖21 直線電機的工作原理 直線電機將傳統圓筒型電機的初級展開拉直，變初級的封閉磁場為開放磁場，而將旋轉電機的定子部分變?yōu)橹本€電機的初級，將旋轉電機的轉子部分變?yōu)橹本€電機的次級。直線電機的初級鐵芯可由帶槽的電工鋼片疊成，槽內為三相繞組，次級為鋼板，上覆以一薄的鋁板，上層的鋁板作為導體使用，下層的鋼板作為磁路的一部分，以減少次級的漏磁。初、次級間的氣隙為電磁功率交換區(qū)域。 在直線電機的三相繞組中通入三相對稱正弦電流后，將在初、次級間產生氣隙磁場，其分布情況與旋轉電機相似，沿展開的直線方向呈正弦分布。三相電流隨時間變化，使氣隙磁場按定向相序沿直線移動，該氣隙磁場稱為行波磁場。當次級的感應電流和氣隙磁場相互作用，便產生了電磁推力，如果初級是固定不動的，則次級就能沿著行波磁場運動的方向作直線運動。把直線電機的初級和次級分別安裝在機床的工作臺與床身上，即可實現機床的直線電機直接驅動，由于這種進給傳動方式的傳動鏈縮短為零，因此被稱為機床進給系統的“零傳動”。 55、圖22為臥式加工中心主軸前支承的密封結構，試述主軸的潤滑、防泄漏和密封原理 1、進油口 2、軸承 3、套筒 4、5、法蘭盤 6、主軸 7、泄漏孔 8、回油斜孔 9、泄油孔 圖22 臥式加工中心主軸前支承的密封結構 1、主軸潤滑：為保證主軸有良好的潤滑，減少摩擦發(fā)熱，同時又能把主軸組件的熱量帶走，通常采用循環(huán)式潤滑系統，用液壓泵供油強力潤滑，在油箱中使用油溫控制器控制油液溫度。 2、防泄漏：在密封件中，被密封的介質往往是以穿漏、滲透或擴散的形式越界泄漏到密封連接處的另外一側，造成泄漏的基本原因是流體從密封面上的間隙中溢出，或是由于密封部件內外兩側介質的壓力差或濃度差，致使流體或濃度低的一側流動。 臥式加工中心主軸前支承處采用雙層小間隙密封裝置，主軸前端車出兩組鋸齒形護油槽，在法蘭盤4和5上開溝槽及泄漏孔，當噴入軸承2內的油液流出后被法蘭盤4內壁擋住，并經其下部的泄油孔9和套筒3上的回油斜孔8流回油箱，少量油液沿主軸6流出時，經主軸護油槽在離心力的作用下被甩至法蘭盤4的溝槽內，經回油斜孔8重新流回油箱，達到了防止?jié)櫥橘|泄漏的目的。 3、主軸密封：當外部切削液、切屑及灰塵等沿主軸6與法蘭盤5之間的間隙進入時，經法蘭盤5的溝槽由泄漏孔7排出，少量的切削液、切屑及灰塵進入主軸前鋸齒溝槽，在主軸高速旋轉的離心作用下仍被甩至法蘭盤5的溝槽內由泄漏孔排出，達到了主軸端部密封的目的。 要使間隙密封結構能在一定的壓力和溫度范圍內具有良好的密封防漏性能，必須保證法蘭盤4和5與主軸及軸承端面的配合間隙。 56、如圖23所示為滾珠絲桿副的結構，試述其工作原理 滾珠絲杠副是指在絲杠（具有螺旋槽的螺桿）與螺母之間，連續(xù)填滿滾珠等作為中間體的絲杠副。滾珠絲杠副由絲杠、螺母、滾動體和滾動體循環(huán)裝置組成。圖1－1為滾珠絲杠副的結構原理圖。工作時，螺母4與需作直線往復運動的零部件相連，絲杠1旋轉帶動螺母4作直線往復運動，從而帶動零部件作直線往復運動。在絲杠1、螺母4和端蓋2（滾珠循環(huán)裝置）上都制有螺旋槽，由這些槽對合起來形成滾珠循環(huán)通道，滾珠3在此通道內循環(huán)滾動。為了防止?jié)L珠3從螺母中掉出，螺母螺旋槽的兩端應封住。 1、絲桿 2、端蓋 3、滾珠 4、螺母 圖23 滾珠絲杠副的結構原理圖 57、滾珠絲杠副的特點 滾珠絲杠副是滑動絲杠副的發(fā)展與延伸，屬于螺旋機構。與滑動絲杠相比，滾珠絲杠具有以下特點： 1)傳動效率高：以滾動摩擦代替了滑動摩擦，整個傳動副的驅動力矩減少至滑動絲杠的1/3左右，傳動效率達到90%以上，發(fā)熱率大幅降低。 　　2)定位精度高：由于發(fā)熱率低，溫升小，可以采取預拉伸（預緊）消除軸向間隙等措施，因此滾珠絲杠副具有高的定位精度和重復定位精度。 　　3)傳動可逆性：能夠實現兩種傳動方式，將旋轉運動轉化為直線運動或將直線運動轉化為旋轉運動并傳遞動力。 4)使用壽命長：由于對絲杠滾道形狀的準確性、表面硬度、材料的選擇等方面加以嚴格控制，因而滾珠絲杠副的實際壽命遠高于滑動絲杠副。 5)同步性能好：由于滾珠絲杠副具有運轉順滑、消除了軸向間隙以及制造的一致性等特點，因此，當采用多套滾珠絲杠副驅動同一裝置或多個相同部件時，可獲得很好的同步性能。 　　但是與滑動絲杠副相比較，滾珠絲杠副的缺點是結構和制造工藝比較復雜、成本較高；另外，滾珠絲杠副不具有自鎖性，尤其是垂直安裝時需增加制動裝置。 58、滾珠絲杠副滾珠的循環(huán)方式 滾珠循環(huán)裝置可分為兩種：內循環(huán)及外循環(huán)方式。 1)內循環(huán)方式如圖24所示，在螺母2的側面裝有反向器4，滾珠利用反向器4越過絲杠的滾道頂部進入相鄰的滾道，形成一個循環(huán)回路，其特點是滾珠在循環(huán)過程中始終與絲杠表面保持接觸。這種循環(huán)方式的滾珠循環(huán)通道短，有利于減少滾珠數量，降低摩擦損失，提高傳動效率。但反向器加工精度要求高，裝配調整不方便，不適宜重載傳動。外循環(huán)方式中的滾珠在循環(huán)時，滾珠離開絲杠滾道，在螺母體內或螺母體外的回珠滾道中循環(huán)。 1、絲桿 2、螺母 3、滾珠 4、反向器 圖24 內循環(huán)方式 2)外循環(huán)形式有三種： 端蓋式。端蓋式的結構如圖25所示。在滾珠螺母上有縱向孔作為滾珠返回的通道，而在兩端各裝有一個有短彎槽的蓋子，當滾珠滾到蓋子處時，就被阻止而轉彎，從返回通道回到滾道的另一端。 插管式。插管式利用外插管子作為循環(huán)通道，其結構如圖26所示。 斜槽式。在滾珠螺母的外表面上銑有一道供滾珠循環(huán)的斜槽，其兩端各有圓孔與螺母的內螺旋滾道相通。 1、絲桿 2、端蓋 3、螺母 4、滾珠 圖25 端蓋內循環(huán)方式 1、回珠管道 2、壓板 3、絲桿 4、螺母 5、滾道 圖26 插管外循環(huán)方式 59、滾珠絲杠副調整間隙和預緊的方法 為了保證滾珠絲杠副具有足夠的軸向剛度和傳動精度，必須消除滾珠螺母中的間隙。常用的調整間隙和預緊方法有以下幾種： 1)墊片調節(jié)式。 (a)結構圖 (b)原理圖 1、墊片 2、螺母 圖27 墊片調節(jié)間隙和預緊 圖27為墊片調節(jié)式結構圖，該結構利用調整墊片1來改變兩螺母2之間的軸向距離，以調整間隙和產生預緊力。這種方法結構簡單，缺點是難于精確地調整預緊力。 2)雙螺母調節(jié)式。 (a) 結構圖 (b) 原理示意圖 1、2、3、4、螺母 圖28 雙螺母調節(jié)式 圖28為雙螺母調節(jié)式結構圖，該結構把兩個螺母3、4裝在套筒內。其中，螺母3的外端有凸緣，而螺母4的外端雖無凸緣，但制有螺紋，并通過兩個圓螺母1、2固定。調整圓螺母2可消除軸向間隙并產生一定的預緊力，再通過鎖緊螺母1鎖緊。這種調節(jié)方式由于結構緊湊、工作可靠、調整方便，因而應用較廣。 3)齒差調節(jié)式。 rad 這相當于兩個滾珠螺母沿軸向相對移動了，這種方法的優(yōu)點是能精確地調節(jié)預緊力，而且由于兩螺母外端的齒輪分別用內齒圈固定在同一個外殼上，工作也比較可靠。 圖29 齒差調節(jié)式 圖29為齒差調節(jié)式結構圖，左、右兩螺母外端凸緣都制成直齒圓柱齒輪，其齒數差為1。當兩個螺母相對于外殼同向轉動一定齒數時，就可使兩螺母產生一定的相對角位移，從而使它們沿滾珠螺桿軸向產生相對位移，因而使螺母預緊。例如，兩齒輪的齒數分別為99和100，如果使兩個齒輪同方向轉過一個齒，則它們的相對角位移為。 60、數控機床使用壽命－故障頻率曲線，并說明每一使用壽命期的故障特點。 數控機床使用壽命－故障頻率曲線如圖30所示，使用壽命期分為初始使用期、相對穩(wěn)定期和壽命終了期三個時期。每一使用壽命期的故障特點如下： 1) T1使用初始期(開始運行半年至一年間)：屬磨合期，故障頻率較高，機械原因：磨合狀態(tài)，接合面有幾何形狀偏差；電子電力器件：老化，開、關瞬間大電流浪涌對器件的沖擊；有些參數設置也非最佳狀態(tài)，一般無規(guī)律可尋，在這個時期電氣、液壓和氣動系統故障頻率約占整個使用初始期故障的90％。 2) T2穩(wěn)定運行期：經磨合；經沖擊考驗，器件性故障大幅度減少，開始進入相對穩(wěn)定的正常運行期，此時各類元器件器質性故障較少，但不排除偶發(fā)性故障的產生。 3) T3壽命終了期：機械零件加速磨損、密封件老化、限位開關接觸不良、電子元器件品質下降等，故障率增加。故障性質屬于漸發(fā)性的和器質性的。 圖30 設備使用壽命-故障頻率曲線 61、手動運行數控機床，機床無動作，可能的原因是機床被鎖住或鎖住按鈕損壞、手動按鈕接觸不良或故障、使能信號沒有接通等引起。 62、脈沖當量是指每發(fā)一個脈沖信號，機床相應移動部件產生的位移量。 63、交流伺服電機電機軸的尾部一般都同軸安裝有測速發(fā)電機或脈沖編碼器等檢測元件。 64、數控車床每周需要檢查保養(yǎng)的內容是電器柜過濾網。 65、開環(huán)控制系統中，工作臺的進給速度是通過輸入至步進電機的進給脈沖頻率f來控制的。 66、伺服電動機的檢查要在數控系統斷電后，且電極完全冷卻下進行。 67、FANUC 系統αi系列伺服模塊，端子接口CX1A的功能是為DC24V電源、*ESP急停信號、XMIF報警信息輸入接口。 68、滾珠絲杠副消除軸向間隙的目的主要是提高反向傳動精度。 69、檢查機床回零開關是否正常，運動有無爬行情況，可通過各軸運動在軟件限位和硬件限位的極限工作是否起作用來判斷。 70、數控機床主軸引入齒輪換檔控制的目的是提高主軸低速時的輸出轉矩，滿足主軸低速大轉矩的要求，充分發(fā)揮主軸電動機的切削功率。 71、數控系統的報警大體可以分為操作報警、程序錯誤報警、驅動報警及系統錯誤報警，某個程序在運行過程中出現“圓弧端點錯誤”，屬于程序錯誤報警。