数控机床故障诊断与维护复习题.doc

1、数控机床由数控装置、伺服驱动装置、检测反馈装置和机床本体四大部分组成，再加上程序的输入/输出设备、可编程控制器、电源等辅助部分。2、数控机床除了具有高精度、高效率和高技术的要求外，还应该具有高可靠性。衡量的指标有：MTBF平均无故障时间；MTTR排除故障的修理时间；平均有效度A：A=MTBF/（MTBF+MTTR）3、故障处理对策，除非出现影响设备或人身安全的紧急情况，不要立即切断机床的电源，应保持故障现场。4、自修复系统的诊断软件发现数控机床在运行中某一模块有故障时，系统在CRT上显示的同时，自动寻找备用模块并接上。自修复系统实用但成本比较高，而且只适合总线结构的CNC系统。5、实用诊断技术（问、看、听、闻、触）在机械故障的诊断中具有实用简便、快速有效的特点，但诊断效果的好坏在很大程度上要凭借维修技术人员的经验，而且有一定的局限性，对一些疑难故障难以奏效。6、故障振动信号有平稳性故障信号，即机械结构在正弦周期性力信号、复杂周期性力信号和准周期性力信号（轴弯曲、偏心、滚子失圆等渐变性故障）作用下产生的响应信号和冲击性故障信号，即机械结构在周期性冲击力作用下的脉冲响应，与冲击信号本身有很大的不同。7、自动换刀性能是通过手动和M06指令自动运行，检验换刀的可靠性、灵活性和平稳性并测定换刀时间是否符合要求。8、几何精度检验（静态精度检验）是综合反映机床关键零部件经组装后的综合几何形状误差。有各坐标轴的相互垂直度、台面的平行度、主轴的轴向和径向跳动等检验项目。9、数控系统软件类故障发生的原因可能有：误操作、供电电池电压不足、干扰信号、软件死循环、操作不规范和用户程序出错等等。10、在加工中心等机床上，由于自动换刀、精密镗孔加工等需要，往往需要主轴系统具有定向准停控制功能，此时，在机床上需安装磁接近开关或脉冲编码器等检测元件。11、如图1数控机床主轴的支承方式，前后支承采用双列和单列圆锥滚子轴承，这种支承方式的优点是径向和轴向刚度高，能承受重载荷，尤其是可承受较强的动载荷，安装，调整性能好，但限制了主轴的最高转速和精度，所以用于中等精度、低速、重载的数控机床的主轴。图1图2为前支承采用双列短圆柱滚子轴承和60角接触双列向心推力球轴承组合，后支承采用成对向心推力球轴承。此配置可提高主轴的综合刚度，可满足强力切削的要求，普遍用于各类数控机床主轴。图2图3为前支承采用高精度双列向心推力球轴承。向心推力轴承有良好的高速性，主轴最高转速可达4000r/min，但它的承载能力小，只适于高速，轻载，高精密的数控机床主轴。图312、数控机床位置检测装置如果采用绝对编码器，机床开机后就无需进行返回参考点操作。13、数控系统中常用的抗干扰措施有物理隔离、屏蔽、接地、滤波技术等。14、滚珠丝杠预紧的目的是减小或消除反向间隙。15、数控机床PLC的形式有两种：内装型PLC和独立型PLC 。16、数控系统将数控加工程序信息进行编译、运算和逻辑处理后，按两类控制量分别输出：一类是连续控制量，送往伺服系统；另一类是离散的开关控制量，送往机床强电控制系统，从而协调数控机床各部分的运动，完成所有运动的控制，实现数控机床的加工过程。17、为防止干扰信号及高压串入，数控机床的输入输出接口要进行必要的电隔离，为此常用的器件及电路是继电器和光电隔离电路。18、FANUC 0i系列控制单元主要包括主板与 I/O板两部分。19、数控机床按运动方式分为点位控制数控系统、直线控制数控系统、轮廓控制的数控系统等三类。20、FANUC系统根据用途与基本软件不同可分为：车床控制用系统（T型）、铣床/加工中心控制用系统（M型）、磨床控制用系统（G型）、冲床控制用系统（P型）等不同型号。21、接口检查是系统与机床、系统与PLC、机床与PLC的输入/输出信号，接口诊断功能可将所有开关量信号的状态显示在CRT上，“1”表示通，“0”表示断。22、参数检查是数控机床经一系列的试验和调整而获得的重要参数，是机床正常运行的保证。包括有增益、加速度、轮廓监控及各种补偿值等。当机床长期闲置不用或受到外部干扰会使数据丢失或发生数据混乱，机床将不能正常工作，可调出机床参数进行检查、修改或传送。23、数控系统是由各种电路板组成，电路板上、接插件等处有虚焊或接口槽接触不良都会引起故障。可用绝缘物轻轻敲打疑点处，若出现反应，则敲击处很可能就是故障部位。24、设备运行较长时间或环境温度较高时，机床就会出现故障，可用电吹风、红外灯照射可疑的元件或组件，可用升温法确定故障点。25、当数控机床加工造成废品而无法确定是编程、操作不当还是数控系统故障时，或是闲置时间较长的数控机床重新投入使用时，常用功能程序测试法确定故障。26、为了检测方便，在模板或单元上设有检测端子，用万用表、示波器等仪器对这些端子的电平或波形进行测试，将测试值与正常值进行比较，可以分析和判断故障的原因和故障的部位。27、电火花、中、高频电加热设备的电源都会产生强烈的电磁波，通过空间传播被附近的数控系统所接受，如果能量足够就会干扰数控机床的正常工作，因此数控机床要远离这些设备。28、数控信号在传递过程中受到外界的干扰，串模干扰是干扰电压叠加在有用信号上，由绝缘不良、漏电阻及供电线路等引入。共模干扰是干扰电压对二根或以上信号线的干扰大小相等、相位相同，当装置的共模抑制比较高，影响不大，当不平衡时，一部分转为串模。29、抗干扰措施信号传输干扰1)减少供电线路的干扰数控机床远离具有中、高频电源的设备，数控机床不要和大功率且频繁起、停的设备在同一供电干线上，在电源电压波动较大的地区，加稳压电源，动力线和信号线分开走线，信号线采用屏蔽线或双绞线，控制线和电源线相交时，要采用直角相交。2)减少机床控制中的干扰图4 压敏电阻保护 a)交流接触器线圈 b)驱动电路 图6 续流二极管保护电路图5 交流负载的阻容保护图4为压敏电阻保护（浪涌吸收器），可对线路中的瞬变、尖蜂等噪声进行保护。图5为阻容保护，对交流接触器和电机频繁起停时，因电磁感应会在机床电路中产生浪涌或尖蜂，可抑制、吸收干扰噪声。图6续流二极管保护，当直流电感元件在断电时，在线圈中将产生较大的感应电动势，并联的二极管可减少对控制电路的干扰3)屏蔽技术（电磁、静电屏蔽）信号线采用屏蔽线（铜质网状）、穿在铁质蛇皮管或铁管中，关键元件或组件采用金属容器屏蔽4)保证“接地”良好“接地”是数控机床安装中一项关键的抗干扰技术措施，电网的许多干扰都是通过“接地”对机床起作用的。信号地是用来提供电信号的基准电压（0V）。框架地是以安全性及防止外来噪声和内部噪声为目的的地线系统，是将装置的面板、单元的外壳、操作板及各装置间接口的屏蔽线。系统地是将框架地和大地相连接图7、图8所示。接地要可靠（接地电阻应小于10欧姆）。接地线要粗（应大于电源线的截面积）。图7 数控机床的地线系统a)一点接地 b)二点接地图8 数控机床接地系统示意图30、进给伺服系统通常会出现哪些类型的故障？1)运动失控(飞车)：系统未给伺服单元指令，而电机自行行走。是由于正反馈或无速度反馈信号引起的，所以应检查伺服输出，速度反馈等回路。2)超程(位置“过冲”现象）：当进给运动超过由软件设定的软限位或由限位开关决定的硬限位时，就会发生超程报警，一般会在CRT上显示报警内容，根据数控说明书，即可排除故障，解除报警。位置误差：当伺服轴运动超过位置允差范围时，数控系统就会产生位置误差过大的报警，包括跟随误差、轮廓误差和定位误差。3)运动轴单脉冲进给达不到要求或低速爬行机床使用已久，机械磨损，机床参数与之不匹配，伺服速度环或位置增益太低。机床维修，重新设置机床参数，临时处理只要机床不振，可将伺服增益参数适当提高。机械传动系统的间隙、死区或精度不足；导轨润滑不良；负载过重。4)过载：当进给运动的负载过大、频繁正反向运动以及进给传动链润滑状态不良时，均会引起过载报警。一般会在CRT上显示伺服电动机过载、过热或过流等报警信息。同时，在强电柜中的进给驱动单元上，用指示灯或数码管提示驱动单元过载、过电流等信息。5)窜动：测速信号不稳定，如测速装置故障、测速反馈信号干扰等；速度控制信号不稳定或受到干扰；接线端子接触不良，如螺钉松动等。当窜动发生在由正向运动向反向运动的瞬间，一般是由于进给传动链的反向间隙或伺服系统增益过大所致。6)爬行：发生在启动加速段或低速进给时，一般是由进给传动链的润滑状态不良、伺服系统增益过低及外加负载过大等因素所致。尤其要注意的是，伺服电动机和滚珠丝杠连接用的联轴器，由于连接松动或联轴器本身的缺陷，如裂纹等造成滚珠丝杠转动和伺服电动机的转动不同步，从而使进给运动忽快忽慢，产生爬行现象。7)振动：间隙过大；导轨的阻尼过小；电动机负载过大；伺服电动机或速度位置检测部件不良；外部干扰、接地、屏蔽不良等；驱动器的设定和调整不当。例1：一台配套某系统的加工中心，进给加工过程中，发现X轴有振动现象。分析与处理过程：加工过程中坐标轴出现振动、爬行现象与多种原因有关，故障可能是机械传动系统的原因，亦可能是伺服进给系统的调整与设定不当等。维修时通过互换法，确认故障原因出在直流伺服电动机上。卸下X轴电动机，经检查发现6个电刷中有2个的弹簧已经烧断，造成了电枢电流不平衡，使电动机输出转矩不平衡。另外，发现电动机的轴承亦有损坏，故而引起Y轴的振动与过电流。更换电动机轴承与电刷后，机床恢复正常。例2：配套某系统的加工中心，在长期使用后，手动操作Z轴时有振动和异常响声，并出现“移动过程中Z轴误差过大”报警。 利用手动转动机床Z轴，发现丝杠转动困难，丝杠的轴承发热。经仔细检查，发现Z轴导轨无润滑，造成Z轴摩擦阻力过大；重新修理Z轴润滑系统后，机床恢复正常。 8)机床定位精度或加工精度差：可分为定位超调、单脉冲进给精度差、定位点精度不好、圆弧插补加工的圆度差等情况加/减速时间设定过小；电动机与机床的连接部分刚性差或连接不牢固；机械传动系统存在爬行或松动；伺服系统的增益不足；位置检测器件（编码器、光栅）不良；速度控制单元控制板不良；机床反向间隙大、定位精度差。9)伺服电动机不转：数控系统至进给驱动单元除了速度控制信号外，还有使能控制信号，一般为DC+24V继电器线圈电压。10)漂移：当指令值为零时，坐标轴仍移动，从而造成位置误差。通过漂移补偿和驱动单元上的零速调速来消除。11)回参考点故障找不到参考点：回参考点减速开关产生的信号失效；脉冲编码器零标志位或光栅尺零标志位有故障或零位脉冲信号失效。 找不准参考点：参考点开关档块位置设置不当。12)电机失速或暴走（机床失控）：即电机的速度不按指令走，所以，从指令到速度反馈回路，都有可能出故障；可通过互换单元来初步判定是否为控制单元还是电机故障，一般是单元的可能性大；另外可查看是否为上电就报警还是速度高了报警。如果上电就报警，则有可能是主回路损坏。如果是高速报警而低速正常则可能是控制板或电机有问题，这也可通过交换伺服单元来判断；D/A转换电路故障或伺服速度接口电路故障（主板、速度控制单元故障）；位置检测速度检测信号不良；电动机或位置编码器故障。13)工作台运动时振动（运动不平稳）：传动环节间隙过大；导轨的阻尼过小；电动机负载过大；伺服电动机或速度位置检测部件不良；外部干扰接地屏蔽不良；驱动器的设定和调整不当。14)工作台或拖板移动时有抖动与噪声较大：运动轴蜗轮蜗杆啮合间隙增大；丝杆轴承间隙增大；运动轴传动齿形皮带松；电机轴承磨损或损坏；机床使用已久，运动轴前后轴承座中的轴承润滑不良磨损或损坏；滚珠丝杆受损或回珠器回珠不畅；滚珠丝杆螺母松动；轴密封不良，切削液侵入轴承生锈；伺服驱动单元增益过大，造成电机抖动；反馈回路不正常，也可能产生抖动现象；干扰。31、根据检测信号的处理不同，交流伺服驱动装置常见的有哪几种结构形式？1)转速反馈信号与位置反馈信号处理分离2)位置处理和速度处理均在数控系统中完成 3)检测元件提供双重反馈信号在上述三种控制方式中，共同的特点是位置控制均在数控系统中进行，且速度控制信号均为模拟信号。4)数字式伺服系统32、FANUC交流模拟伺服驱动器如果未提供伺服使能信号，可能的原因有哪些？1)机床I/O接口条件不满足2)电压未加到使能端33、数控机床对主轴驱动装置有哪些要求？1)调速范围宽并实现无级调速2)恒功率范围宽3)具有四象限驱动能力4)具有位置控制能力5)具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪音低6)良好的抗振性和热稳定性34、主轴准停用于刀具交换、精镗进、退刀及齿轮换档等场合，有三种实现方式：1)机械准停控制：由带V型槽的定位盘和定位用的液压缸配合动作。2)磁性传感器的电器准停控制：发磁体安装在主轴后端，磁传感器安装在主轴箱上，其安装位置决定了主轴的准停点，发磁体和磁传感器之间的间隙为（1.50.5）mm。图9示。1、磁性传感器 2、发磁体 3、主轴 4、支架 5、主轴箱图9 磁性传感器主轴准停装置3)编码器的准停控制：通过主轴电动机内置安装或在机床主轴上直接安装一个光电编码器来实现准停控制，准停角度可任意设定。35、如图10所示为某加工中心主轴部件，试述刀具在主轴上自动装卸并进行自动夹紧的工作原理。1、刀柄 2、刀柄拉钉 3、主轴 4、拉杆 5、碟形弹簧 6、活塞 7、液压缸8、10、行程开关 9、压缩空气管接头 11、弹簧 12、钢球 13、端面键图10 加工中心主轴组件机床执行换刀指令后，机械手从主轴拔刀时，主轴需要松开刀具。液压缸7上腔通过压力油使活塞6推动拉杆4向下移动，使蝶形弹簧5压缩，钢球12进入主轴锥孔上端的槽内，刀柄尾部的拉钉2（拉紧刀具用）被松开，机械手拔刀。之后，压缩空气进入活塞和拉杆的中孔，吹净主轴锥孔，为装入新刀具做好准备。当机械手将下一把刀具插入主轴后，液压缸上腔无油压，在蝶形弹簧和弹簧11的恢复力下，使拉杆、钢球和活塞退回到图示位置，即碟形弹簧通过拉杆和钢球拉紧刀柄尾部的拉钉，使刀具被夹紧。36、如图11所示的FANUC伺服进给系统的特征图11 FANUC伺服进给系统伺服电动机上的编码器既作为转速检测，又作位置检测，位置处理和速度处理均在数控系统中完成。此为FANUC数控系统与用于车床进给控制的系统2轴交流驱动单元的伺服系统，伺服电动机上脉冲编码器将检测信号直接反馈于数控系统，经位置处理和速度处理，输出速度控制信号，速度反馈信号及使能信号至驱动单元JV1B和JV2B端口中。37、如图12为数字式伺服系统，试述其工作原理。图12 MDS-SVJ2伺服进给系统数字式伺服系统中，数控系统将位置控制指令经数字量的形式输出至数字伺服系统，数字伺服驱动单元本身具有位置反馈和位置控制功能，能独立完成位置控制，数字系统与数字伺服驱动单元采用串行通行的方式，可极大地减少连接电缆，便于机床安装和维护，提高了系统的可靠性。数字式伺服系统中，CNC系统与伺服系统之间传递的信息有：位置指令和实际位置；速度指令和实际速度；转矩指令和实际转矩；伺服驱动及伺服电动机参数；伺服状态和报警；控制方式命令。图12 为三菱MELDAS50数控系统和MDS-SVJ2伺服驱动单元构成的数字式伺服系统，数控系统伺服输出口（SERVO）与驱动单元上的CN1A端口实行串行通信，经CN1B端口再输出至第2轴驱动单元上的CN1A端口，伺服电动机上的编码将检测信号直接反馈至驱动单元上的CN2端口中，在驱动单元中完成位置控制和速度控制。38、交流异步电动机变频调速原理图13 交流变频器的工作原理变频器是利用电力半导体器件的通断作用把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源。变频器主要采用交直交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。1)交-直电路部分整流电路：由VD1-VD6六个整流二极管组成不可控全波整流桥。对于380V的额定电源，一般二极管反向耐压值应选1200V，二极管的正向电流为电机额定电流的1.414-2倍。三相交流电源(频率50/60Hz)通过变频器的电源接线端(R、S、T)输入到变频器内，利用整流电路把交流电转换成直流电，再经过电解电容滤波，获得直流电压。当电容两端电压达到基准值时，辅助电源动作，输出各种直流控制电压，控制电路正常时，接触器获电，常开点闭合，短接掉电容充电限流电阻，从而完成交-直电路工作。2)变频器元件作用电容C1：是吸收电容，整流电路输出是脉动的直流电压，必须加以滤波，变压器把某种数值的交变电压变换为同频率的另一数值的交变电压，也可以改变交流电流的数值及变换阻抗或改变相位。压敏电阻：有三个作用，一过电压保护，二耐雷击要求，三安规测试需要。热敏电阻：过热保护霍尔：安装在UVW的其中二相，用于检测输出电流值。选用时额定电流约为电机额定电流的2倍左右。充电电阻：作用是防止开机上电瞬间电容对地短路，烧坏储能电容，开机前电容二端的电压为 0V；所以在上电（开机）的瞬间电容对地为短路状态。如果不加充电电阻在整流桥与电解电容之间，则相当于380V电源直接对地短路，瞬间整流桥通过无穷大的电流导致整流桥烧掉。一般而言变频器的功率越大，充电电阻越小。充电电阻的选择范围一般为：10-300。储能电容：又叫电解电容，在充电电路中主要作用为储能和滤波。PN端的电压工作范围一般在 430VDC700VDC 之间，而一般的高压电容都在400VDC左右，为了满足耐压需要就必须是二个400VDC的电容串起来作800VDC。容量选择60uF/A均压电阻：防止由于储能电容电压的不均烧坏储能电容；因为二个电解电容不可能做成完全一致，这样每个电容上所承受的电压就可能不同，承受电压高的发热严重（电容里面有等效串联电阻）或超过耐压值而损坏 。C2电容：吸收电容，主要作用为吸收IGBT的过流与过压能量。3)直-交部分VT1-VT6逆变管（IGBT绝缘栅双极型功率管）：构成逆变电路的主要器件，也是变频器的核心元件。把直流电逆变频率，幅值都可调的交流电。具体工作是把交-直电路的直流电压经过短路保护熔断器(保险管)加到逆变模块VT，再经过SPWM驱动电路控制逆变块输出频率可调的三相交流电。VT1-VT6是续流二极：作用是把在电动机在制动过程中将再生电流返回直流电提供通道并为逆变管VT1-VT6在交替导通和截止的换相过程中，提供通道。4)控制部分：电源板、驱动板、控制板（CPU板）电源板：开关电源电路向操作面板、主控板、驱动电路、检测电路及风扇等提供低压电源， 开关电源提供的低压电源有：5V、15V 、24V向CPU其附属电路、控制电路、显示面板等提供电源。驱动板：主要是将CPU生成的PWM脉冲经驱动电路产生符合要求的驱动信号激励IGBT输出电压。控制板（CPU板）： CPU板处理各种信号以及控制程序等部分。注：再次整流（直流变交流）->更贴切的叫法是：逆变!39、FANUC系统i系列伺服模块，端子接口JF1、JF2的功能是伺服电动机编码器信号接口。40、数控系统、主轴驱动装置、进给伺服驱动器等装置都带有RS232接口，可以实现离线诊断。41、加工中心Z轴的移动属于进给运动42、热继电器在控制电路中起的作用是过载保护43、步进电动机多相通电可以减小步距角44、闭环控制系统比开环控制系统及半闭环控制系统精度高45、如图14的所示的PMC顺序控制过程中，接通A（按钮开关）后，B、C接通，经PMC程序的一个循环后B断开。图1446、如图15所示为PMC顺序控制过程中，接通A（按钮开关）后C接通，但B不接通。图1547、简述数控机床采用三相桥式反并联逻辑无环流可逆的主轴直流调速驱动系统主电路。数控机床主轴要求能正、反转，且切削功率尽可能大，并希望停止和改变转向迅速，故主轴直流电动机驱动装置往往采用三相桥式反并联逻辑无环流可逆调速系统，其主电路如图16所示，其中VT1为正转组晶闸管，VT2为反转组晶闸管。图16 三相桥式反并联逻辑无环流可逆调速系统的主电路电动机正向转动时，正组晶闸管VT1工作在整流状态，提供正向直流电流；电动机反向转动时，则反组VT2工作在整流状态，提供反向直流电流，正组晶闸管VT1工作在待逆变状态，为反向制动作准备。当电动机需要从正向转动状态转到反向转动状态时，速度指令由正变负，电动机电枢回路中的电感储能维持电流方向不变，电动机仍处于转动状态，但电枢电流逐渐减少，当电枢电流减少到零后，必须使正反组晶闸管都处于封锁状态，以避免控制失误造成短路，此时电动机在惯性作用下自由转动，经过安全延时后，反组晶闸管进入有源逆变状态，电动机工作在回馈发电制动状态，将机械能送回电网，转速迅速下降，转速到零后，反组晶闸管进入整流状态，电动机反向转动，完成正转到反转的转换过程，也完成了从第一象限到第三象限的工作转换。为防止正、反向两组晶闸管同时导通，可采用逻辑无环流可逆控制系统，利用逻辑电路检测电枢电路的电流是否到达零值，并判别旋转方向，提供正转组或反转组晶闸管允许开通信号，使一组晶闸管在工作，另一组晶闸管的触发脉冲被封锁，保证这两个信号互锁，从根本上切断正反组晶闸管之间的直流环流通路。 48、在诊断系统故障的过程中应掌握哪几个原则？答：在诊断系统故障的过程中应掌握以下几个原则：先外部后内部、先机械后电气、先静后动、先简单后复杂。49、数控机床导轨副有那些环节影响机床的正常运行和加工质量？导轨副是数控机床的重要执行部件，主要有滚动导轨、塑料导轨、静压导轨等；有直线移动导轨和回转运动导轨。影响机床正常运行和加工质量的主要环节有：间隙调整装置，滚动导轨副的预紧环节；润滑系统（包括润滑剂的种类、质量要求及润滑方式等的合理选择）；导轨副的防护装置，目的是为防止切屑、磨粒或冷却液散落在导轨面上而引起磨损、擦伤和锈蚀等。这三个环节中任一环节出现异常都会影响到机床执行机构的正常运行。50、直线感应同步器的结构与工作原理图17 直线感应同步器结构原理图图18 感应同步器工作时感应电动势的变化示意图51、如图18为开环控制伺服驱动系统的结构，试述其原理图图18 开环控制伺服驱动系统的结构原理图采用开环控制系统的数控机床结构简单，制造成本低，但是由于系统对移动部件的实际位移量不进行检测，因此无法通过反馈自动进行误差检测和校正。步进电机的步距角误差、齿轮与丝杠等部件的传动误差, 最终都将影响被加工零件的精度；特别是在负载转矩超过电动机输出转矩时，将导致步进电机的“失步”，使加工无法进行。因此，开环控制仅适用于加工精度要求不高，负载较轻且变化不大的简易、经济型数控机床上。52、如图19为半闭环控制伺服驱动系统的结构，试述其原理图图19 半闭环控制系统结构原理图采用半闭环控制系统的数控机床，电气控制与机械传动间有明显的分界，因此调试维修与故障诊断较方便且机械部分的间隙摩擦死区刚度等非线性环节都在闭环以外，因此系统的稳定性较好。伺服电机和光电编码器通常做成一体，电动机和丝杠间可以直接联接或通过减速装置联接；位置检测单位和实际最小移动单位间的匹配，可以通过数控系统的参数（电子齿轮比）进行设置。它具有传动系统简单、结构紧凑、制造成本低、性能价格比高等特点，从而在数控机床上得到广泛应用。53、如图20为闭环控制伺服驱动系统的结构，试述其原理图图20 全闭环控制系统结构原理图采用闭环控制系统的数控机床的特点是：机床移动部件上直接安装有直线位移检测装置，检测装置检测最终位移输出量。实际位移值被反馈到数控装置或伺服驱动中，它可以直接与输入的指令位移值进行比较，用误差进行控制，最终实现移动部件的精确运动和定位。从理论上说，对于这样的闭环系统，其运动精度仅取决于检测装置的检测精度，它与机械传动的误差无关，显然，其精度将高于半闭环系统。而且它可以对传动系统的间隙、磨损自动补偿，其精度保持性要比半闭环系统好得多。54、如图21所示为直线电机的结构，阐述其工作原理图21 直线电机的工作原理直线电机将传统圆筒型电机的初级展开拉直，变初级的封闭磁场为开放磁场，而将旋转电机的定子部分变为直线电机的初级，将旋转电机的转子部分变为直线电机的次级。直线电机的初级铁芯可由带槽的电工钢片叠成，槽内为三相绕组，次级为钢板，上覆以一薄的铝板，上层的铝板作为导体使用，下层的钢板作为磁路的一部分，以减少次级的漏磁。初、次级间的气隙为电磁功率交换区域。 在直线电机的三相绕组中通入三相对称正弦电流后，将在初、次级间产生气隙磁场，其分布情况与旋转电机相似，沿展开的直线方向呈正弦分布。三相电流随时间变化，使气隙磁场按定向相序沿直线移动，该气隙磁场称为行波磁场。当次级的感应电流和气隙磁场相互作用，便产生了电磁推力，如果初级是固定不动的，则次级就能沿着行波磁场运动的方向作直线运动。把直线电机的初级和次级分别安装在机床的工作台与床身上，即可实现机床的直线电机直接驱动，由于这种进给传动方式的传动链缩短为零，因此被称为机床进给系统的“零传动”。 55、图22为卧式加工中心主轴前支承的密封结构，试述主轴的润滑、防泄漏和密封原理1、进油口 2、轴承 3、套筒 4、5、法兰盘 6、主轴 7、泄漏孔 8、回油斜孔 9、泄油孔图22 卧式加工中心主轴前支承的密封结构1、主轴润滑：为保证主轴有良好的润滑，减少摩擦发热，同时又能把主轴组件的热量带走，通常采用循环式润滑系统，用液压泵供油强力润滑，在油箱中使用油温控制器控制油液温度。2、防泄漏：在密封件中，被密封的介质往往是以穿漏、渗透或扩散的形式越界泄漏到密封连接处的另外一侧，造成泄漏的基本原因是流体从密封面上的间隙中溢出，或是由于密封部件内外两侧介质的压力差或浓度差，致使流体或浓度低的一侧流动。卧式加工中心主轴前支承处采用双层小间隙密封装置，主轴前端车出两组锯齿形护油槽，在法兰盘4和5上开沟槽及泄漏孔，当喷入轴承2内的油液流出后被法兰盘4内壁挡住，并经其下部的泄油孔9和套筒3上的回油斜孔8流回油箱，少量油液沿主轴6流出时，经主轴护油槽在离心力的作用下被甩至法兰盘4的沟槽内，经回油斜孔8重新流回油箱，达到了防止润滑介质泄漏的目的。3、主轴密封：当外部切削液、切屑及灰尘等沿主轴6与法兰盘5之间的间隙进入时，经法兰盘5的沟槽由泄漏孔7排出，少量的切削液、切屑及灰尘进入主轴前锯齿沟槽，在主轴高速旋转的离心作用下仍被甩至法兰盘5的沟槽内由泄漏孔排出，达到了主轴端部密封的目的。要使间隙密封结构能在一定的压力和温度范围内具有良好的密封防漏性能，必须保证法兰盘4和5与主轴及轴承端面的配合间隙。56、如图23所示为滚珠丝杆副的结构，试述其工作原理滚珠丝杠副是指在丝杠（具有螺旋槽的螺杆）与螺母之间，连续填满滚珠等作为中间体的丝杠副。滚珠丝杠副由丝杠、螺母、滚动体和滚动体循环装置组成。图11为滚珠丝杠副的结构原理图。工作时，螺母4与需作直线往复运动的零部件相连，丝杠1旋转带动螺母4作直线往复运动，从而带动零部件作直线往复运动。在丝杠1、螺母4和端盖2（滚珠循环装置）上都制有螺旋槽，由这些槽对合起来形成滚珠循环通道，滚珠3在此通道内循环滚动。为了防止滚珠3从螺母中掉出，螺母螺旋槽的两端应封住。1、丝杆 2、端盖 3、滚珠 4、螺母图23 滚珠丝杠副的结构原理图57、滚珠丝杠副的特点滚珠丝杠副是滑动丝杠副的发展与延伸，属于螺旋机构。与滑动丝杠相比，滚珠丝杠具有以下特点：1)传动效率高：以滚动摩擦代替了滑动摩擦，整个传动副的驱动力矩减少至滑动丝杠的1/3左右，传动效率达到90%以上，发热率大幅降低。2)定位精度高：由于发热率低，温升小，可以采取预拉伸（预紧）消除轴向间隙等措施，因此滚珠丝杠副具有高的定位精度和重复定位精度。3)传动可逆性：能够实现两种传动方式，将旋转运动转化为直线运动或将直线运动转化为旋转运动并传递动力。 4)使用寿命长：由于对丝杠滚道形状的准确性、表面硬度、材料的选择等方面加以严格控制，因而滚珠丝杠副的实际寿命远高于滑动丝杠副。 5)同步性能好：由于滚珠丝杠副具有运转顺滑、消除了轴向间隙以及制造的一致性等特点，因此，当采用多套滚珠丝杠副驱动同一装置或多个相同部件时，可获得很好的同步性能。但是与滑动丝杠副相比较，滚珠丝杠副的缺点是结构和制造工艺比较复杂、成本较高；另外，滚珠丝杠副不具有自锁性，尤其是垂直安装时需增加制动装置。58、滚珠丝杠副滚珠的循环方式滚珠循环装置可分为两种：内循环及外循环方式。1)内循环方式如图24所示，在螺母2的侧面装有反向器4，滚珠利用反向器4越过丝杠的滚道顶部进入相邻的滚道，形成一个循环回路，其特点是滚珠在循环过程中始终与丝杠表面保持接触。这种循环方式的滚珠循环通道短，有利于减少滚珠数量，降低摩擦损失，提高传动效率。但反向器加工精度要求高，装配调整不方便，不适宜重载传动。外循环方式中的滚珠在循环时，滚珠离开丝杠滚道，在螺母体内或螺母体外的回珠滚道中循环。 1、丝杆 2、螺母 3、滚珠 4、反向器图24 内循环方式2)外循环形式有三种：端盖式。端盖式的结构如图25所示。在滚珠螺母上有纵向孔作为滚珠返回的通道，而在两端各装有一个有短弯槽的盖子，当滚珠滚到盖子处时，就被阻止而转弯，从返回通道回到滚道的另一端。插管式。插管式利用外插管子作为循环通道，其结构如图26所示。斜槽式。在滚珠螺母的外表面上铣有一道供滚珠循环的斜槽，其两端各有圆孔与螺母的内螺旋滚道相通。1、丝杆 2、端盖 3、螺母 4、滚珠图25 端盖内循环方式1、回珠管道 2、压板 3、丝杆 4、螺母 5、滚道图26 插管外循环方式59、滚珠丝杠副调整间隙和预紧的方法为了保证滚珠丝杠副具有足够的轴向刚度和传动精度，必须消除滚珠螺母中的间隙。常用的调整间隙和预紧方法有以下几种：1)垫片调节式。 (a)结构图 (b)原理图1、垫片 2、螺母图27 垫片调节间隙和预紧图27为垫片调节式结构图，该结构利用调整垫片1来改变两螺母2之间的轴向距离，以调整间隙和产生预紧力。这种方法结构简单，缺点是难于精确地调整预紧力。 2)双螺母调节式。(a) 结构图(b) 原理示意图1、2、3、4、螺母图28 双螺母调节式图28为双螺母调节式结构图，该结构把两个螺母3、4装在套筒内。其中，螺母3的外端有凸缘，而螺母4的外端虽无凸缘，但制有螺纹，并通过两个圆螺母1、2固定。调整圆螺母2可消除轴向间隙并产生一定的预紧力，再通过锁紧螺母1锁紧。这种调节方式由于结构紧凑、工作可靠、调整方便，因而应用较广。 3)齿差调节式。 rad这相当于两个滚珠螺母沿轴向相对移动了，这种方法的优点是能精确地调节预紧力，而且由于两螺母外端的齿轮分别用内齿圈固定在同一个外壳上，工作也比较可靠。图29 齿差调节式图29为齿差调节式结构图，左、右两螺母外端凸缘都制成直齿圆柱齿轮，其齿数差为1。当两个螺母相对于外壳同向转动一定齿数时，就可使两螺母产生一定的相对角位移，从而使它们沿滚珠螺杆轴向产生相对位移，因而使螺母预紧。例如，两齿轮的齿数分别为99和100，如果使两个齿轮同方向转过一个齿，则它们的相对角位移为。60、数控机床使用寿命故障频率曲线，并说明每一使用寿命期的故障特点。数控机床使用寿命故障频率曲线如图30所示，使用寿命期分为初始使用期、相对稳定期和寿命终了期三个时期。每一使用寿命期的故障特点如下：1) T1使用初始期(开始运行半年至一年间)：属磨合期，故障频率较高，机械原因：磨合状态，接合面有几何形状偏差；电子电力器件：老化，开、关瞬间大电流浪涌对器件的冲击；有些参数设置也非最佳状态，一般无规律可寻，在这个时期电气、液压和气动系统故障频率约占整个使用初始期故障的90。2) T2稳定运行期：经磨合；经冲击考验，器件性故障大幅度减少，开始进入相对稳定的正常运行期，此时各类元器件器质性故障较少，但不排除偶发性故障的产生。3) T3寿命终了期：机械零件加速磨损、密封件老化、限位开关接触不良、电子元器件品质下降等，故障率增加。故障性质属于渐发性的和器质性的。图30 设备使用寿命-故障频率曲线61、手动运行数控机床，机床无动作，可能的原因是机床被锁住或锁住按钮损坏、手动按钮接触不良或故障、使能信号没有接通等引起。62、脉冲当量是指每发一个脉冲信号，机床相应移动部件产生的位移量。63、交流伺服电机电机轴的尾部一般都同轴安装有测速发电机或脉冲编码器等检测元件。64、数控车床每周需要检查保养的内容是电器柜过滤网。65、开环控制系统中，工作台的进给速度是通过输入至步进电机的进给脉冲频率f来控制的。66、伺服电动机的检查要在数控系统断电后，且电极完全冷却下进行。67、FANUC 系统i系列伺服模块，端子接口CX1A的功能是为DC24V电源、*ESP急停信号、XMIF报警信息输入接口。68、滚珠丝杠副消除轴向间隙的目的主要是提高反向传动精度。69、检查机床回零开关是否正常，运动有无爬行情况，可通过各轴运动在软件限位和硬件限位的极限工作是否起作用来判断。 70、数控机床主轴引入齿轮换档控制的目的是提高主轴低速时的输出转矩，满足主轴低速大转矩的要求，充分发挥主轴电动机的切削功率。71、数控系统的报警大体可以分为操作报警、程序错误报警、驱动报警及系统错误报警，某个程序在运行过程中出现“圆弧端点错误”，属于程序错误报警。