数控机床知识和维护的重要性范本

数控机床知识和维护的重要性 摘 要 数控化生产在当代社会占着举足轻重的位置。文章介绍了数控设备的改造和机床 的诊断。本文对设计作了详细的介绍，介绍了机床的传动系统结构和设计部分的元件 功能。从数控车床的发展历史延伸到数控机床独有的特点,分层次的介绍了数控机床的 各类系统，在这里能一目了然的知道各类系统的组成和加工特征。本文的重点讨论了 数控机床的故障诊断，其中包括了如何正确操作规程合理使用数控机床，尽可能提高 机床的开动。其次，简要的介绍了下数控机床的编程基础。最后分列说明了对数控机 床故障诊断的一般步骤和一般方法，并对其应用和维修的要素做出了说明。 关键词：关键词： 改造 诊断 维修 柔性制造 ABSTRACT As we all know manufacturing production occupies a power level in contemporary society.This is an article about the digital control facility magnets alteration and machine tools diagnosis.Here it presents a particular introduction to the design,especially the structure of the transimission and the function of the disigned segment elements.Extending from the history of the development of the digital control lathe to its own specialty，the article introduces each and every of its system hierarchically.And as a result of this we can be seized of the consists of every system and their feature of progresses easily.The article concentrates on discussingit fault diagnosis,consisting of how to operate the rules correctly to make use of the digital control tools reasonably to improve the speed of their startup. And also it introduces the programming foundation of the digital control tools in brief.In order to introduce the malfuncation diagnosis it not only make a list of the generic steps and manners but also do some introduction to its applies and maintenance element. Keywords: Alteration Diagnosis Maitain Flexible manufacturingy 目 录 引引 言言 1 1 第一章第一章 数控车床数控车床 2 2 1.1 数控机床具有以下明显特点 2 1.2 数控机床可划分为三个层次 2 1.3 选用数控机床需遵循的原则 .5 1.4 直接数字控制系统 6 1.5 柔性制造单元和柔性制造系统 .8 16 柔性制造系统 .9 17 计算机集成制造系统简介 11 第二章第二章 数控车床编程基础数控车床编程基础 1212 2.1 数控车床概述 .12 2.2 机车坐标系 .13 2.3 数控回转工作台和自动交换工作台 .14 2.4 直接数字控制系统 .15 第三章第三章 数控机床故障的诊断数控机床故障的诊断 1616 3.1 如何正确操作规程合理使用数控机床 .16 3.2 尽可能提高机床的开动 .16 3.3 数控机床的故障诊断 .16 3.4 早期故障期 .17 3.4.1 偶发故障期 17 3.4.2 耗损故障期 17 3.5 数控机床故障诊断的一般步骤 .18 3.6 数控机床故障诊断的一般方法 .18 3.6.1 根据报警号进行故障诊断 .18 3.6.2 根据控制系统 LED 灯或数码管的指示进行故障诊断 19 3.6.3 根据机床参数进行故障诊断 .20 3.7 数控机床的应用与维修 .21 结结 论论 2525 致致 谢谢 2626 参考文献参考文献 2727 引 言 数控机床是信息技术与机械制造技术相结合的产物，代表了现代基础机械的技术 水平与发展趋势。近年来，我国数控机 床工业发展较快，目前已有数控机床生产厂近 百家。为加快我国数控机床工业的发展，更好地满足国民经济发展的需要，国家计委、 机械工业部在制定颁发的机械工业振兴纲要中已将重要基础机械列为振兴的四个 重点领域之一，而重要基础机械主要就是发展数控机床。 “九五”及 2010 年前我国数 控机床的发展方针是：重点抓好六类主机（数控车床、加工中心、数控磨床、数控锻 压机床、数控重型机床和数控精密电加工机床） ，集中突破数控系统；发展普及型，提 高可*性；内外结合，以我为主，实现我国数据控机床产业化。 “九五”期间，重点提 高可*性，增加品种，普及型数控系统和数控机床实现经济规模生产。到 2000 年数控 机床品种发展到 1000 种，其中有 100 种达到 90 年代初国际水平。数控机床及数控系 统的平均无故障时间达到 10000 小时，年产量达到 20000 台，普及型产品基本立足国 内。当前机床行业的所有制造企业，正在转变观念，提高认识，一切从用户需要出发， 增加品种、提高质量、降低成本、加强售后服务，更好地满足用户的需要。同时也衷 心希望广大用户更多地选用国产数控机床，并多提宝贵意见。 第 1 章 数控车床 1.1 数控机床具有以下明显特点 1适合于复杂异形零件的加工。 2实现计算机控制，排除人为误差。 3通过计算机软件可以实现精度补偿和优化控制。 4加工中心、车削中心、磨削中心、电加工中心等具有刀库和换刀功能，减少了 装夹次数，提高了加工精度。 5数控机床使机械加工设备增加了柔性化的特点。柔性加工不仅适合于多品种、 中小批量生产也适合于大批量生产，且能交替完成两种或更多种不同零件的加工，增 加了自动变换工件的功能，可实现夜间无人看管的操作。由几台数控机床（加工中心） 组成的柔性制造系统（FMS）具有更高柔性的自动化制造系统，包括加工、装配和检验 等环节。 1.2 数控机床可划分为三个层次 1高档型数控机床：是指加工复杂形状的多轴控制或工序集中、自动化程度高、 高度柔性的数控机床。 2普及型数控机床：具有人机对话功能，应用较广，价格适中，通常称之为全功 能数控机床。 3经济型数控机床：结构简单，精度中等，但价格便宜，仅能满足一般精度要求 的加工，能加工形状较简单的直线、斜线、圆弧及带螺纹类的零件。 数控机床知识 程序、运数字控制机床是用数字代码形式的信息(程序指令)，控制刀具按给定的 工作动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称数控机床。数控机床具有广泛的适应性， 加工对象改变时只需要改变输入的程序指令；加工性能比一般自动机床高，可以精确 加工复杂型面，因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的 工件，并能获得良好的经济效果。 随着数控技术的发展，采用数控系统的机床品种日益增多，有车床、铣床、镗床、 钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀、一次装卡进 行多工序加工的加工中心、车削中心等。 1948 年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加 工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出计 算机控制机床的设想。 1949 年，该公司在美国麻省理工学院伺服机构研究室的协助下，开始数控机床研 究，并于 1952 年试制成功第一台由大型立式仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床，不 久即开始正式生产。 当时的数控装置采用电子管元件，体积庞大，价格昂贵，只在航空工业等少数有 特殊需要的部门用来加工复杂型面零件；1959 年，制成了晶体管元件和印刷电路板， 使数控装置进入了第二代，体积缩小，成本有所下降；1960 年以后，较为简单和经济 的点位控制数控钻床，和直线控制数控铣床得到较快发 javascript:void(0)理器和半 导体存贮器的微型计算机数控装置(简称 MNC)，这是第五代数控系统。第五代与第三代 相比，数控装置的功能扩大了一倍，而体积则缩小为原来的 1/20，价格降低了 3/4， 可靠性也得到极大的提高。 80 年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制 程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自动化 程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。 数控机床主要由数控装置、伺服机构和机床主体组成。输入数控装置的程序指令 记录在信息载体上，由程序读入装置接收，或由数控装置的键盘直接手动输入。数控 装置包括程序读入装置和由电子线路组成的输入部分、运算部分、控制部分和输出部 分等。数控装置按所能实现的控制功能分为点位控制、直线控制、连续轨迹控制三类。 点位控制是只控制刀具或工作台从一点移至另一点的准确定位，然后进行定点加 工，而点与点之间的路径不需控制。采用这类控制的有数控钻床、数控镗床和数控坐 标镗床等。 直线控制是除控制直线轨迹的起点和终点的准确定位外，还要控制在这两点之间 以指定的进给速度进行直线切削。采用这类控制的有平面铣削用的数控铣床，以及阶 梯轴车削和磨削用的数控车床和数控磨床等。 连续轨迹控制(或称轮廓控制)能够连续控制两个或两个以上坐标方向的联合运动。 为了使刀具按规定的轨迹加工工件的曲线轮廓，数控装置具有插补运算的功能，使刀 具的运动轨迹以最小的误差逼近规定的轮廓曲线，并协调各坐标方向的运动速度，以 便在切削过程中始终保持规定的进给速度。采用这类控制的有能加工曲面用的数控铣 床、数控车床、数控磨床和加工中心等。 伺服机构分为开环、半闭环和闭环三种类型。开环伺服机构是由步进电机驱动线 路，和步进电机组成。每一脉冲信号使步进电机转动一定的角度，通过滚珠丝杠推动 工作台移动一定的距离。这种伺服机构比较简单，工作稳定，容易掌握使用，但精度 和速度的提高受到限制。 半闭环伺服机构是由比较线路、伺服放大线路、伺服马达、速度检测器和位置检 测器组成。位置检测器装在丝杠或伺服马达的端部，利用丝杠的回转角度间接测出工 作台的位置。常用的伺服马达有宽调速直流电动机、宽调速交流电动机和电液伺服马 达。位置检测器有旋转变压器、光电式脉冲发生器和圆光栅等。这种伺服机构所能达 到的精度、速度和动态特性优于开环伺服机构，为大多数中小型数控机床所采用。 闭环伺服机构的工作原理和组成与半闭环伺服机构相同，只是位置检测器安装在 工作台上，可直接测出工作台的实际位置，故反馈精度高于半闭环控制，但掌握调试 的难度较大，常用于高精度和大型数控机床。闭环伺服机构所用伺服马达与半闭环相 同，位置检测器则用长光栅、长感应同步器或长磁栅。 为了保证机床具有很大的工艺适应性能和连续稳定工作的能力，数控机床结构设 计的特点是具有足够的刚度、精度、抗振性、热稳定性和精度保持性。进给系统的机 械传动链采用滚珠丝杠、静压丝杠和无间隙齿轮副等，以尽量减小反向间隙。机床采 用塑料减摩导轨、滚动导轨或静压导轨，以提高运动的平稳性并使低速运动时不出现 爬行现象。 由于采用了宽调速的进给伺服电动机和宽调速的主轴电动机，可以不用或少用齿 轮传动和齿轮变速，这就简化了机床的传动机构。机床布局便于排屑和工件装卸，部 分数控机床带有自动排屑器和自动工件交换装置。大部分数控机床采用具有微处理器 的可编程序控制器，以代替强电柜中大量的继电器，提高了机床强电控制的可靠性和 灵活性。 随着微电子技术、计算机技术和软件技术的迅速发展，数控机床的控制系统日益 趋向于小型化和多功能化，具备完善的 javascript:void(0)自诊断功能；可靠性也大 大提高；数控系统本身将普遍实现自动编程。 未来数控机床的类型将更加多样化，多工序集中加工的数控机床品种越来越多； 激光加工等技术将应用在切削加工机床上，从而扩大多工序集中的工艺范围；数控机 床的自动化程度更加提高，并具有多种监控功能，从而形成一个柔性制造单元，更加 便于纳入高度自动化的柔性制造系统. 1.3 选用数控机床需遵循的原则 1实用性：是指明确数控机床来解决生产中的哪一个或哪几个问题。 2经济性：是指所选用的数控机床在满足加工要求的条件下，所支付的代价是最 经济的或者是较为合理的。 3可操作性：用户选用的数控机床要与本企业的操作和维修水平相适应。 4稳定可靠性：是指机床本身的质量，选择名牌产品能保证数控机床工作时稳定 可靠。 图 1-1 配备有装载多把刀具的刀具库，有自动更换刀具的功能，一次装夹中可以完成钻、 镗、铣、铰等工序，特别适用于箱体类零件的多面、多工序加工。它能完成车削加工 的同时，兼有铣、镗、钻孔、攻丝等功能柔性制造系统(FlexibleManufacturingSystem- FMS)带有自动换刀装置(AutomaticToolChanger-ATC)的数控加工中心，是柔性制造的 硬件基础，是制造系统的基本级别。其后出现的柔性制造单元 (FlexibleManufacturingCell-FMC)，是较之高一级的柔性制造系统，它一般由加工中心 机床与自动更换工件(AutomatedWork-piece Changer-AWC)的随行托盘(pallet)或工业机 器人以及自动检测与监控技术装备所组成。由多台和存储，以及必要的工件清洗和尺 寸检查设备，并由高一级的计算机对整个系统进行控制和管理。可实现多品种的全部 机械加工。 图 1-2 小型计算机集成制造系统 计算机集成制造系统:将车间制造过程的自动化,从生产决策、产品设计、市场预 测直到销售的整个生产活动的自动化，特别是技术和管理科室工作的自动化的要求综 合成一个完整的生产制造系统，即所谓的计算机集成制造系统，它将一个制造工厂的 生产活动进行有机的集成，以实现更高效益、更高柔性的智能化生产。这是当今自动 化制造技术发展的最高阶段。 1.4 直接数字控制系统 直接数字控制 DNC 系统是用一台通用计算机直接控制和管理一群数控机床进行零 件加工或装配的系统。计算机将一组数控机床与储有零件加工程序和机床控制程序的 公共存储器相连接，根据加工要求向机床分配数据和指令。在 DNC 系统保留原来各数 控机床的数控系统，并与 DNC 系统的中央计算机组成计算机网络，实现分级控制管理。 中央计算机并不取代各数控装置的常规工作。DNC 系统中央计算机房配有自动编程终端， 也可在加工现场安装自动编程终端与中央计算机通信进行现场自动编程和对零件程序 进行编辑、修改，使编程与控制相结合，而且中央计算机零件程序存储容量大。此外， DNC 系统还具有生产管理、作业调度、工况显示监控和刀具寿命管理等功能。 图 1-3 DNC 系统可以分为间接控制型和直接控制型两大类： 间接控制型系统间接控制型 DNC 系统是由已有的数控机床，配上集中管理和控制 的中央计算机，并在中央计算机和数控机床的数控装置之间加上通信接口所组成。 大容量的外存储器:存放每台数控机床所需的零件加工计划和加工程序，适时调至 计算机的内存中。计算机顺次查询各台数控机床的状态和请求信号，根据需要计算机 向某台数控机 床传送所需的加工程序。由于传递一个零件加工程序的时间很短，而机床的加工 时间很长，所以一台中央计算机为多台机床服务时，不会发生机床暂停加工等待的现 象。 间接型 DNC 系统中，各数控机床的数控装置仍然承担着原来的控制功能，中央计 算机与数控机床接口，只起了原有数控机床的纸带阅读机的作用。这样的控制功能， 称之为读带机旁路控制(BehindtheTapeReader-BTR)。间接型 DNC 系统比较容易建立， 并且当中央计算机出了故障时，数控机床仍可用原有的纸带阅读机工作，但由于机床 的数控装置并未简化，故硬件成本较高。 组成直接控制型 DNC 系统的数控机床不再配置普通的数控装置。原来由数控装置 完 图 1-4 成的插补运算功能全部或部分由中央计算机集中完成，各台数控机床只需配置一 个简单的机床控制器(MachineControlUnit-MCU)用于数据传递，驱动控制和手动操作。 一般来说：将插补分成粗、精插补，由中央计算机完成粗插补，由接口电路或 MCU 完 成精插补，这种方案综合考虑了运算速度与硬件成本。 直接控制型 DNC 系统的数控机床，其控制功能主要由计算机软件执行，所以灵活 性较大，适应性较强，可靠性也较高，但是一次性投资比较大。 1.5 柔性制造单元和柔性制造系统 柔性制造单元(FMC)是由中心控制计算机、加工中心与自动交换工件(AWC，APC)装 置所组成。 工件一次装夹后可在柔性制造单元中的加工中心上加工，使得加工的柔性(可编程 性)、加工精度和生产效率更高。在柔性制造单元中，中心控制计算机负责作业调度、 自动检测与工况自动监控等功能； 工件装在自动交换工件装置(工作台)上在中心控制计算机控制下传送到加工中心 上加工； 加工中心接收中心控制计算机传送来的数控程序进行加工，并将工况数据送中心 控制计算机处理，如工件尺寸自动检测和补偿，刀具损坏和寿命监控等。组成:它由加 工中心、环形工件交换工作台、工件托盘及托盘交换装置组成环形工作台是一个独立 的通用部件，与加工中心并不直接相连，装有工件的托盘在环形工作台的导轨上由环 形链条 图 1-5 驱动进行回转，每个托盘上有地址编码。当一个工件加工完毕后，托盘交换装置 将加工 完的工件连同托盘一起拖回至环形工作台的空位；然后，按指令将下一个加工的托盘 与工件转到交换位置，由托盘交换装置将它送到机床工作台上，定位夹紧以待加工。 已加工好的工件连同托盘转至工件的装卸工位，由人工卸下，并装上待加工的工 件。托盘搬运的方式多用于箱体类零件或大型零件。托盘上可装夹几个相同的零件， 也可装夹数个不同的零件。对于车削或磨削中心等机床，可以使用工业机器人进行工 件的交换。由于机器人的抓重能力及同一规格的抓取手爪对工件形状与尺寸的限制， 这种搬运方式主要适用于小件或回转件的搬运。柔性制造单元可以作为组成柔性制造 系统的基础，也可以作独立的自动化加工设备。由于柔性制造单元自成体系，占地面 积小，成本低而且功能完善，加工适应范围广，故有廉价小型柔性制造系统之称。 16 柔性制造系统 柔性制造系统(FMS)公认的特征：由一个物料运输系统将所有设备连接起来，这些 设备不限于切削加工设备，也可以是电加工、激光加工、热处理、冲压剪切设备以及 装配、检验等设备；可以进行没有固定加工顺序和无节拍的随机自动制造。 图 1-6 柔性制造系统的组成：一般认为 FMS 应由加工、物流、信息流三个子系统组成， 每一个子 系统还可以有分系统。加工系统多数是由 CNC 机床按 DNC 的控制方式构成。 系统中的机床，有互补和互替两种配置原则：互补是指在系统中配置有完成不同工序 的机床，彼此互相补充而不能代替，一个工件顺次通过这些机床进行加工；互替是指 在系统中配置有相同的机床，一台机床有故障则另一台机床可以代替加工，以免整个 系统停工等待。当然，一个系统的机床设备也可以按这两种方式混合配置，这要根据 预期生产性质来确定。物流系统包括工件和刀具两个物流系统 。 刀具系统设有中央刀库，由机器人在中央和各机床的刀库之间进行输送和交换刀 具。而刀具的备制和预调一般都不包括在自动监控的范围之内。刀具的数目要少，必 须采用标准化、系列化，并有较长的刀具寿命。系统应有监控刀具寿命和刀具故障的 功能。对刀具寿命的监控，目前多采用定时换刀的方法，即记录每一把刀具的使用时 间，达到预定的使用寿命后即强行更换。还有一种直接检测刀具磨损情况更换刀具的 方法，由于这一技术不成熟，还没有在生产中得到应用。 工件系统包括有工件、夹具的输送、装卸以及仓储等装置。在 FMS 中工件和夹具 的存储仓库多用立体仓库，由仓库计算机进行控制和管理。其控制功能有：记录在库 货物的名称、货位、数量、重量以及入库时间等内容；接受中央计算机的出、入库指 令，控制堆垛机和输送车的运动；监督异常情况和故障报警等。各设备之间的输送路 线以直线往复方式居多，输送设备中使用最多的是有轨小车和使用灵活的无轨小车。 无轨小车又称自动引导小车。小车上有托盘交换台，工件放在托盘上，托盘由交换台 推上机床的工作台，对工件进行加工；加工好的工件连同托盘拉回到小车上的交换台 上，送装卸工位，由人工卸下并装上新的待加工件。小车的行走路线常用电缆或光电 引导。 信息流系统包括作业计划，加工系统和物流系统的调度与自动控制，在线状态监 控及其数据和信息处理，以及故障在线检测和处理等。 1.7 计算机集成制造系统简介 计算机集成制造系统(CIMS)是采用现代计算机技术将制造工厂全部生产活动所需 的各种分散的自动化系统有机地集成起来随着科学技术的进步和生产的发展，产品多 样化，中小批量产品比重日益增加，产品交货期和更新换代周期越来越短。目前中小 批零件品种占整个机加工零件品种的 50以上。CIMS 将计算机辅助设计、计算机辅助 制造、计算机辅助管理集成在一起，将制造过程中的物料流和信息流组成一个协调平 衡的运动系统，实现总体的优化来适应市场竞争的需要。 CIMS 将计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助管理集成在一起，将制造 过程中的物料流和信息流组成一个协调平衡的运动系统，实现总体的优化来适应市场 竞争的需要。 目前 CIMS 技术得到广泛的重视。美国把 CIMS 看作是今后 60 年科技方向；欧共体 将 CIMS 列为信息技术研究三个重大项目之一；日本在 80 年代初就提出了立国和面向 21 世纪的科技发展战略，对开发 CIMS 有关的各种新技术都作了巨额投资。我国在 1986 年制定了国家科技研究发展计划(即“863“计划)，将 CIMS 确定为自动化研究领域 的之一。 第 2 章 数控车床编程基础 2.1 数控车床概述 机床是人类进行生产劳动的重要工具，也是社会生产力发展水平的重要标志。 普通机床经经历了近两百年的历史。随着电子技术、计算机技术及自动化，精密 机械与测量等技术的发展与综合应用，生产了机电一体化的新型机床一一数控机床。 数控机床一经使用就显示出了它独特的优越性和强大生命力，使原来不能解决的许多 问题，找到了科学解决的途径。 数控机床是一种通过数字信息，控制机床按给定的运动轨迹，进行自动加工的机 电一体化的加工装备，经过半个世纪的发展，数控机床已是现代制造业的重要标志之 一，在我国制造业中，数控机床的应用也越来越广泛，是一个企业综合实力的体现。 数控车床是数字程序控制车床的简称，它集通用性好的万能型车床、加工精度高 的精密型车床和加工效率高的专用型车床的特点于一身，是国内使用量最大，覆盖面 最广的一种数控机床。要学好数控车床理论和操作，就必须勤学苦练，从平面几何， 三角函数，机械制图，普通车床的工艺和操作等方面打好基础。 因此，必须首先具有普通车工工艺学知识然后才能从掌握人工控制转移到数字控 制方面来，另一方面，若没有学好有关数学、电工学、公差与化合及机械制造等深内 容，要学好数控原理和程序编制等，也会感到十分困难。熟悉零件工艺要求，正确处 理工艺问题。由于数控机床加工的特殊性，要求数控机床加工工人既是操作者，又是 程序员，同时具备初级技术人员的某些素质，因此，二操作者必须熟悉被加工零件的 各项工艺（技术）要求，如加工路线，刀具及其几何参数，切削用量，尺寸及形状位 置公差。”存熟悉了各项工艺要求，并对出现的问题正确进行处理后，才能减少工作 盲目性，保证整个加工工作圆满完成。 为了适应我国社会主义市场经济发展的形势，贯彻党中央提出的科教兴国，全面 提高劳动者素质的战略方针，为满足培养大量不同层次数控机床技能型人才的需要， 本中心培训课程主要面向职业技术教育，职业技能培训，其特色在于集理论与实践于 一体，将数控机床编程和操作有机相结合起来，由浅人深。 主要内容包括：数控人门知识、数控装置、伺服系统、数控系统、程序编制基础 知识、程序编制中的工艺处理、手工编程中的数学处理、加工程序编制、自动编程简 介和典型零件的加工程序编制实例等，指导培训学员能够正确掌握数控技术的基本要 求、内容、方法、步骤。在基础课程中为了节省篇幅有的标准仅摘录其中常用部份。 数控车床品种繁多，结构各异，但是仍有很多相同之处，本节主要介绍 CJK6O32 数控车床。该车床为两坐标连续控制的数控车床，系统是 HCNC 一 1T 系统，其人机界 面、操作面板、操作步骡及编程方法与当前主流系统基本一致。 该车床可进行平面任意曲线的加工，可车削圆柱、圆锥螺纹，具有刀尖半径补偿、 螺距误差补偿，固定循环，图形模拟显示等功能。适合于加工：形状复杂的盘类或轴 类零件。数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控机床的大脑。 2.2 机车坐标系 数控车床是以其主轴轴线方向为 Z 轴方向，刀具远离工件的方向为 Z 轴正方向。 X 坐标的方向是在工件的径向上，且平行于横向拖板，刀具离开工件旋转中心的方向 为 X 轴正方向。故此 CJK6O32 车床的各轴方向如 1-1，所示： 1机床原点、参考点、机床坐标系： 参考点为机床上一固定点，如图 1-1 所示， （点 O 即为参考点） 。其固定位置， 由 X 向与 Z 向的机械挡块及电机零点位置来确定，机械挡块一般设定在 Z 轴正向最 大位置。当进行回参考点的操作时，装在纵向和横向拖板上的行程开关，碰到挡块后， 向数控系统发出信号，由系统控制拖板停止运动，完成回参考点的操作。 机床原点也是机床上的一个固定点。车床的机床原点一般定义在主轴旋转中心线 与车头端面的交点或参考点上， CJK6O32 车床其机床原点与如果以机床原点为坐标原 点，建立一个 Z 轴与 X 轴的直角坐标系，则此坐标系就称为机床坐标系。当机床完 成回参考点的操作时，即建立机床坐标系。 2工件原点和 212 件坐标系： 工作原点（即程序原点） ，其是人为设定的点。没定的依据是：既要符合图样尺寸 的标注习惯义要便于编程。因此当编程时，一般先找出图样上的设计基准点，并通常 以该点作为工作原点数控车床工件原点一般选择在轴线与工件右端而、左端面或卡爪 的前端面的交点上。如图 1-1，其以工作右端面与轴线的交点作为工作原点。 如果以工件原点为坐标原汽，建立一个 z 轴与 x 轴的直角坐标系，则此坐标系 就称为件坐标系。数控车床上工件坐标系的 2 抽一般与土轴轴线重合。 3. 绝对编程与增量编程 确定轴移动的指令方法有绝对指令和增量指令两种。绝对指令是对各轴移动到终 点的坐标值进行编程的方法，称为绝对编程法。增量指令是用各轴的移动量直接编程 的方法，称为增量编程法。例如，当从 A 直线移动到 B ，如图 1 一 2 ，两种方法 编程如下： 绝对指令编程： G90G01 X60230; 增量指令编程： G91G01 X40Z 一 60 ; 注： G9O 、 G91 为模态功能，可相互注销， G90 为缺省值。 4. 直径编程和半径编程： 数控车床加：工的是回转体类零件，其横截面为圆形，所以尺寸有直径指定和半 径指定两种方法。当用直径值编程时，称为直径编程法：用半径值编程时，称为半径 编程法。如图 1 一 2 ，用半径、直径编程法编辑其程序如下： 半径编程：G90G01 X60230 （绝对指令编程） G91 G01 X40Z 一 60 （增量指令编程） 直径编程： G90G01X （绝对指令编程） G91G01X802 一 60 （增量指令编程） 数控车床出厂时一般设定为直径编程。如需用半径编程，要改变系统中相关参数， 使系统处于半径编程状态；本章以后，若非特殊说明，各例均为直径编程。 注：当用半径或直径编程法时，系统参数中（机床参数） “直径编程半径编程” ， 要设为“ 1 “ 或“0”了。 2.3 数控回转工作台和自动交换工作台 数控镗、数控铣和加工中心，采用内部结构具有数控进给驱动机构特点的回转工 作台，实现圆周任意角度的分度和进给运动。对多工序数控机床，配置自动交换工作 台，进一步缩短辅助加工时间。 1刀架系统； 回转刀架，更换主轴换刀和带刀库的自动换刀系统及多刀架、多主轴布局对提高 生产效率和自动化水平发挥了重要作用。为使刀具在机床上迅速定位、夹紧，普遍采 用标准刀具系统和机夹刀。 2. 数控附件； (1) 对刀仪 (2) 自动编程机， (3) 自动排屑器， (4) 物料储运及上下料装置， (5) 自动冷却、润滑及各种新型配套件如导轨防护罩等。 2.4 直接数字控制系统 数控机床的外观大都采用线型简洁的板块组合式全封闭安全防护罩，配备有现代 特征的集操作、显示、控制于一体的操作面板，淘汰了普通机床各种操作手柄、手轮 和线型复杂零散的多面型表面形态。安全防护罩可防止高压、大流量冷却液及铁屑飞 溅，减少粉尘入侵，隔声降噪，有利于机床的精度保持和环境保护，真正体现了机、 电、液一体化的特点。 依人机工程学宜人性原则设计的桌面式或悬挂式数控操作面版，是机床与操作者联系 和信息交流的唯一界面，指示灯、按钮、按键的数量与排列及 CRT 的设计，既适合人 的操作特性，又利于人机间的协调与交流，通过视觉良好的键面色彩，标准化的象形 符号意象抽取，能准确反映和传递两者间的信息。 第 3 章 数控机床故障的诊断 3.1 如何正确操作规程合理使用数控机床 数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物, 是技术密集度及自动化程度很高的典型机电一体化加工设备。它与普通机床相比,其优 越性是显而易见的,不仅零件加工精度高,产品质量稳定,且自动化程度极高,可减轻工 人的体力劳动强度,大大提高了生产效率,特别值得一提的是数控机床可完成普通机床 难以完成或根本不能加工的复杂曲面的零件加工,因而数控机床在机械制造业中的地位 愈来愈显得重要。但我们要清醒地认识到,能否达到数控机床以上所述的优点,还要看 操作者在生产中能不能恰当、正确地使用。下面从操作者的角度来谈下数控机床使用 中应注意的事项,以保证数控机床的优越性得以充分发挥。 3.2 尽可能提高机床的开动 控机床购进后,如果它的开动率不高,这不但使用户投入的资金不能起到再生产的 作用,还有一个令人担忧的问题是很可能因过保修期,设备发生故障需支付额外的维修 费用,因为新购进的设备都有一定时间的保修期限,从以往的经验来看,CNC 设备在使用 初期故障率相对来说往往大一些,用户就应在这期间充分利用机床,使其薄弱环节尽早 暴露出来,在保修期内得以解决。平常缺少生产任务 ,也不能空闲不用,这不是对设备 的爱护,反而由于长期不用,可能由于受潮等原因加快电子元器件的变质或损坏。使用 者要定期通电 ,每次空运行 1 小时左右,利用机床运行时的发热量来去除或降低机内的 湿度。 3.3 数控机床的故障诊断 数控机床是个复杂的系统，一台数控机床既有机械装置、液压系统，又有电气控 制部分和软件程序等。组成数控机床的这些部分，由于种种原因，不可避免地会发生 不同程度、不同类型的故障，导致数控机床不能正常工作。这些原因大致包括： 1. 机械锈蚀、磨损和损坏； 2. 元器件老化、损坏和失效； 3. 电气元件、插接件接触不良； 4. 环境变化，如电流或电压波动、温度变化、液压压力和流量的波动以及油污等； 5. 随机干扰和噪声； 6. 软件程序丢失或被破坏。 3.4 早期故障期 早期故障期的特点是故障发生的频率高，但随着使用时间的增加迅速下降。使用 初期之所以故障频繁，原因大致如下： 1. 机械部分。机床虽然在出厂前进行过运行磨合，但时间较短，而且主要是对主 轴和导轨进行磨合。由于零件的加工表面存在着微观的和宏观的几何形状偏差，在完 全磨合前，零件的加工表面还比较粗糙，部件的装配可能存在误差，因而，在机床使 用初期会产生较大的磨合磨损，使设备相对运动部件之间产生较大的间隙，导致故障 的发生。 2. 电气部分。数控机床的控制系统使用了大量的电子元器件，这些元器件虽然在 制造厂经过了相当长时间的老化试验和其他方式的筛选，但实际运行时，由于电路的 发热、交变负荷、浪涌电流及反电势的冲击，性能较差的某些元器件经不住考验，因 电流冲击或电压击穿而失效，或特性曲线发生变化，从而导致整个系统不能正常工作。 3. 液压部分。由于出厂后运输及安装阶段时间较长，使得液压系统中某些部位长 时间无油，汽缸中润滑油干涸，而油雾润滑又不可能立即起作用，造成油缸或汽缸可 能产生锈蚀。此外，新安装的空气管道若清洗不干净，一些杂物和水分也可能进入系 统，造成液压气动部分的初期故障。 3.4.1 偶发故障期 数控机床在经历了初期的各种老化、磨合和调整后，开始进入相对稳定的正常运 行期。在这个阶段，故障率低而且相对稳定，近似常数。偶发故障是由于偶然因素引 起的。 3.4.2 耗损故障期 耗损故障期出现在数控机床使用的后期，其特点是故障率随着运行时间的增加而 升高。出现这种现象的基本原因是由于数控机床的零部件及电子元器件经过长时间的 运行，由于疲劳、磨损、老化等原因，寿命已接近衰竭，从而处于频发故障状态。 3.5 数控机床故障诊断的一般步骤 1. 详细了解故障情况。例如，当数控机床发生颤振、振动或超调现象时，要弄清 楚是发生在全部轴还是某一轴，如果是某一轴，是全程还是某一位置；是一运动就发 生还是仅在快速、进给状态某速度、加速或减速的某个状态下发生。为了进一步了解 故障情况，要对数控机床进行初步检查，并着重检查荧光屏上的显示内容、控制柜中 的故障指示灯、状态指示灯或作报警用的数码管。当故障情况允许时，最好开机试验， 详细观察故障情况。 2. 根据故障情况进行分析，缩小范围，确定故障源查找的方向和手段。对故障现 象进行全面了解后，下一步可根据故障现象分析故障可能存在的位置，即哪一部分出 现故障可能导致如此现象。有些故障与其他部分联系较少，容易确定查找的方向，而 有些故障原因很多，难以用简单的方法确定出故障源查找方向，这就要仔细查阅有关 的数控机床资料，弄清与故障有关的各种因素，确定若干个查找方向，并逐一进行查 找。 3. 由表及里进行故障源查找。故障查找一般是从易到难，从外围到内部逐步进行。 所谓难易，包括技术上的复杂程度和拆卸装配方面的难易程度。技术上的复杂程度是 指判断其是否有故障存在的难易程度。在故障诊断的过程中，首先应该检查可直接接 近或经过简单的拆卸即可进行检查的那些部位，然后检查须要进行大量的拆卸工作之 后才能接近和进行检查的那些部位。 3.6 数控机床故障诊断的一般方法 数控机床是涉及多个应用学科的十分复杂的系统，加之数控系统和机床本身的种 类繁多，功能各异，不可能找出一种适合各种数控机床、各类故障的通用诊断方法。 这里仅对一些常用的一般性方法作以介绍，这些方法互相联系，在实际的故障诊断中， 对这些方法要综合运用。 3.6.1 根据报警号进行故障诊断 计算机数控系统大都具有很强的自诊断功能。当机床发生故障时，可对整个机床 包括数控系统自身进行全面的检查和诊断，并将诊断到的故障或错误以报警号或错误 代码的形式显示在 CRT 上。 1. 报警号(错误代码)一般包括下列几方面的故障(或错误)信息： (1) 程序编制错误或操作错误； (2) 存储器工作不正常； (3) 伺服系统故障； (4) 可编程控制器故障； (5) 连接故障； (6) 温度、压力、液位等不正常； (7) 行程开关(或接近开关)状态不正确。 利用报警号进行故障诊断是数控机床故障诊断的主要方法之一。如果机床发生了 故障，且有报警号显示于 CRT 上，首先就要根据报警号的内容进行相应的分析与诊断。 当然，报警号多数情况下并不能直接指出故障源之所在，而是指出了一种现象，维修 人员就可以根据所指出的现象进行分析，缩小检查的范围，有目的地进行某个方面的 检查。 3.6.2 根据控制系统 LED 灯或数码管的指示进行故障诊断 控制系统的 LED(发光二极管)或数码管指示是另一种自诊断指示方法。如果和故障 报警号同时报警，综合二者的报警内容，可更加明确地指示出故障的位置。在 CRT 上 的报警号未出现或 CRT 不亮时，LED 或数码管指示就是唯一的报警内容了。 根据 PC 状态或梯形图进行故障诊断。 现在的数控机床上几乎毫无例外地使用了 PC 控制器，只不过有的与 NC 系统合并 起来，统称为 NC 部分。但在大多数数控机床上，二者还是相互独立的，二者通过接口 相联系。无论其形式如何，PC 控制器的作用却是相同的，主要进行开关量的管理与控 制。控制对象一般是换刀系统，工作台板转换系统，液压、润滑、冷却系统等。这些 系统具有大量的开关量测量反馈元件，发生故障的概率较大。特别是在偶发故障期， NC 部分及各电路板的故障较少，上述各部分发生的故障可能会成为主要的诊断维修目 标。因此，对这部分内容要熟悉。首先要熟悉各测量反馈元件的位置、作用及发生故 障时的现象与后果。对 PC 控制器本身也要有所了解，特别是梯形图或逻辑图要尽量弄 明白。这样，一旦发生故障，可帮助你从更深的层次认识故障的实质。 PC 控制器输入输出状态的确定方法是每一个维修人员所必须掌握的。因为当进行 故障诊断时经常须要确定一个传感元件是什么状态以及 PC 的某个输出为什么状态。用 传统的方法进行测量非常麻烦，甚至难以做到。一般数控机床都能够从 CRT 上或 LED 指示灯上非常方便地确定其输入输出状态。 3.6.3 根据机床参数进行故障诊断 机床参数也称为机床常数，是通用的数控系统与具体的机床相匹配时所确定的一 组数据，它实际上是 NC 程序中未定的数据或可选择的方式。机床参数通常存于 RAM 中， 由厂家根据所配机床的具体情况进行设定，部分参数还要通过调试来确定。机床参数 大都随机床以参数表或参数纸带的形式提供给用户。 由于某种原因，如误操作、参数纸带不良等，存于 RAM 中的机床参数可能发生改 变甚至丢失而引起机床故障。在维修过程中，有时也要利用某些机床参数对机床进行 调整，还有的参数须要根据机床的运行情况及状态进行必要的修正。因此，维修人员 对机床参数应尽可能地熟悉，理解其含义，只有在理解的基础上才能很好地利用它， 才能正确地进行修正而不致产生错误。 3.6.4 用诊断程序进行故障诊断 绝大部分数控系统都有诊断程序。所谓诊断程序就是对数控机床各部分包括数控 系统本身进行状态或故障检测的软件，当数控机床发生故障时，可利用该程序诊断出 故障源所在范围或具体位置。 诊断程序一般分为三套，即启动诊断、在线诊断或称后台诊断和离线诊断。启动 诊断指从每次通电开始至进入正常的运行准备状态止，CNC 内部诊断程序自动执行的诊 断，一般情况下数秒之内即告完成，其目的是确认系统的主要硬件可否正常工作。主 要检查的硬件包括：CPU、存储器、I/O 单元等印刷板或模块；CRT/MDI 单元、阅读机、 软盘单元等装置或外设。若被检测内容正常，则 CRT 显示表明系统已进入正常运行的 基本画面(一般是位置显示画面)。否则，将显示报警信息。在线诊断是指在系统通过 启动诊断进入运行状态后由内部诊断程序对 CNC 及与之相连接的外设、各伺服单元和 伺服电机等进行的自动检测和诊断。只要系统不断电，在线诊断也就不会停止，在线 诊断的诊断范围大，显示信息的内容也很多。一台带有刀库和台板转换的加工中心报 警内容有五六百条。离线诊断是利用专用的检测诊断程序进行的旨在最终查明故障原 因，精确确定故障部位的高层次诊断，离线诊断的程序存储及使用方法一般不相同。 离线诊断是数控机床故障诊断的一个非常重要的手段，它能够较准确地诊断出故 障源的具体位置，而许多故障靠传统的方法是不易进行诊断的。需要注意的是，有些 厂商不向用户提供离线诊断程序，有些则作为选择订货内容。在机床的考察、订货时 要注意到这一点。 随着科学技术的发展及 CNC 技术的成熟与完善，更高层次的诊断技术已经出现。 其中最引人注目的是“自修复”、“专家诊断系统”和通信诊断系统，这些新技术的 发展与应用，无疑会给数控维修特别是故障诊断提供更有效的方法与手段。 3.7 数控机床的应用与维修 近年来，我国的数控机床发展很快，数控机床的产量越来越大。数控机床的发展 一方面要努力提高其质量和数量，另一方面要充分认识到数控机床应用和维护的重要 性，认识到正确的使用和良好的维护、维修措施、是机床长期可靠地运行地重要保障。 必须努力提高数控机床使用维修人员的素质。 数控机床是一种高精度，高效率的自动化设备，是一种典型的机电一体化产品。 它包括机床、数控装置、伺服驱动及检测装置等部分， 每部分都有各自的特性，因此， 涉及的知识面广，技术难度大，对使用和维修人员提出了更高的要求。数控机床的应 用和维修包括数控机床的选用、安装和调试、使用、日常维护及故障分析，判断和处 理等方面内容。本章对这方面的基本知识和一搬性原则进行论述。 1. 选用步骤: (1) 选用前的准备工作选用前的准备工作只要是明确和确定选型要求，包括包括确 定加工对象的类型、加工范围、内 容和要求、生产批量及坯料情况等；挑选出典型零 件，进行数控加工的工艺分析；明确机床精度和功能方面的要求及购买数控机床的投 资费用。 (2) 初选在明确和确定了选用要求之后，应用广泛地收集国内外有关数控机床的信 息资料，在其中选出多种满足要求的产品。 (3) 精选和终选初选产品之后，应向该产品的生产厂家索取 更详细的资料，进一 步了解该产品的情况，并广泛征求各个方面专家的意见，必要时可作加工试验，促进 选择。也可将初拟的机床类型、 规格和性能与生产厂家共同商讨，以求更加合理。同 时应考虑产品供货情况，通过多方面比较分析后，选择理想的机型和厂家。 对于技术力量较弱或初次选用数控机床的用户，在有困难的情况，可带图样请生 产厂协助选型，也可委托有关专业部门（如研究所）或生产厂提供成套工艺服务（包 括加工工艺、夹具和刀具的设计制造、编制加工程序以及试切等）。这样做，虽然初 次投资费用会增加，机床到厂后即可投入使用，很快发挥效益。 2. 选用中应注意的事项 注意培训和配备操作员，维修员和编程员数控机床是技术比较密集的机床，要求 从事该项工作的人员有较强的事业心和责任心，具较好的业务能力，能刻苦钻研。操 作员应选择相近工种，具 有一定的专业知识的人加以培训。维修人员应选择具有自动 控制、计算机或机电一体化专业知识的人员担任。而编程人员因与工艺和数学有关， 则宜选择熟悉工艺