数控实训教材.doc

目 录第一篇 实习守则第二篇 数控车削实训第三篇 加工中心实训第一篇 实习守则 一、学生实习行为规范1.实训、实习是培养方案中规定的重要组成部分，均属必修课，每个学生都应认真参加，获得及格以上（含及格）成绩方准毕业。因故不能参加实习，应随下一届学生补加实习环节，补做实习所需费用自理。2.每个学生必须参加实习前的操作规程及安全方面的各项教育活动，要认真学习实习指导书和本手册内容，了解实习计划和具体安排，明确实习的目的和要求。3.每个学生应将实习内容逐日记录在实习手册上（包括生产流程，典型零件的工艺过程，重要仪器设备的草图，必要的数据，技术报告内容，本人的心得体会等），认真积累资料并写出实习实训报告。实习报告是实习成绩考核评分的重要依据之一，凡未按规定完成实习报告或实习报告撰写不规范者，应补做完成或重做，否则不准参加实习成绩的考核。4.要刻苦学习专业知识和技能，尊重指导教师的劳动成果，主动接受指导教师、专业技术人员的指导，虚心求教，做到三勤（口勤、手勤、腿勤）,随时总结自己，提高实习成绩和实习效果，努力掌握专业操作技术。5.严格遵守学校的各项规章制度和实习环节的有关规定，服从系里的安排。 （1）严格遵守实习的各项规章制度，严格执行学校规定的实习作息时间，不准迟到、早退，不准请假中途外出。（2）实习中认真听讲，善于思考，谨慎操作，完成规定的实习作业(如零件加工等)和课后作业(实习报告)。（3）进入实习车间必须注意安全，必须穿戴规定的劳防用品，着装必须符合生产实习着装规范：如系全钮扣，扎好袖口，长头发女生必须将头发挽到工作帽中等。 （4）上岗操作必须严格遵守操作规程，思想要高度集中，未经允许不得擅自启动机器设备，保证实习安全，杜绝事故发生。（5）自觉爱护实习设施、设备，注意节约消耗品，如果违章操作，损坏实习设备，根据情节及后果要照价赔偿。（6）实习时不准聊天，看小说，绝不允许打闹和窜岗，由此而发生事故的要追究责任。（7）不准把校外人员或其它非实习人员带入实习场地，不准让外来人员动用实习设施，设备。 6.正确使用和保养游标卡尺、千分尺、高度尺、量角器、百分表和坐标平板等精密量器具，注意轻拿轻放，防锈蚀、防损伤，保证测量精度。7.每天下班前，必须收拾整理所用设备和工量具，保持车间整齐卫生。各工种实习结束均应进行设备工具的清点，由指导教师验收合格后方可离去。二、学生实习考勤制度1学生实习必须遵守实训基地上下班考勤制度，遵守实习纪律，不得迟到，早退或无故不参加实习。 2学生实习期间不准会客、不准请事假，如有特殊情况，必须经实习指导教师批准。3学生请病假，必须持医生证明。4学生请假批准手续和规定： 一天内必须经指导教师批准；一天以上必须经班主任及系主任批准。请假必须由本人填写请假条，批准人签字，否则按旷课论处。5实习期间如遇有全校性会议或体育比赛等要参加，必须持相关证明并由系主任批准。6实习指导教师负责学生的考勤，做好考勤记录，作为考核实习成绩依据之一。 返回第二篇 数控车床实训第一章 数控车床1.1 数控车床的结构1.1.1 数控车床的基本组成1. 数控车床的组成从机械结构上看，数控车床还没有脱离普通车床的结构形式，即由床身、主轴箱、刀架进给系统、液压、冷却、润滑系统等部分组成。数控车床的进给系统是直接用伺服电机通过滚珠丝杠驱动溜板箱和刀具，实现进给运动，因而大大简化了进给系统的结构。如图7-1所示为数控车床构成的各部分及其名称。（1）主轴箱如图7-2为数控车床主轴箱的构造，主轴伺服电机的旋转通过皮带轮送到主轴箱内的变速齿轮，以此来确定主轴的特定转速。在主轴箱的前后装有夹紧卡盘，可将工件装夹在此。（2）主轴伺服电机主轴伺服电机有交流和直流。直流伺服电机可靠性高，容易在宽范围内控制转矩和速度，因此被广泛使用，然而，近年来小型、高速度、更可靠的交流伺服电机作为电机控制技术的发展成果越来越多地被人们利用起来。（3）夹紧装置这套装置通过液压自动控制卡爪的开合。（4）往复拖板在往复拖板上装有刀架，刀具可以通过拖板实现主轴方向的定位和移动，从而同轴伺服电机共同完成长度方向的切削。（5）刀架此装置可以固定刀具和索引刀具，使刀具在与主轴垂直方向上定位，并同Z轴伺服电机共同完成截面方向的切削，如图7-3所示为刀架结构。（6）控制面板：控制面板包括CRT操作面板（执行NC数据的输入/输出）和机床操作面板（执行机床的手动操作），如图7-4所示。图7-4控制面板（7）数控系统数控车床的数控系统是由CNC unit输入/输出设备、可编程控制器（PLC）、主轴驱动装置、进给驱动装置以及位置测量系统等几部分组成。如图7-5所示，其中CNC unit是数控系统的核心。（8）辅助装置在进行高效生产的过程中，NC车床在具有多功能以及优良的操作性能的同时，向对应的自动化加工紧密靠拢也是必要的。特别是近年来FMC（Flexible Manufacturing cell的简称）、FMS（Flexible Manufacturing System的简称）等，基于NC加工机床的自动生产系统正在受到人们的重视，推进NC车床的自动化、无人化的各种各样的周边机器和装置正在开发过程中，例如：调整仪、自动测量工件装置、排屑器、棒材供料器、自动送料装置、自动换刀装置、自动断电装置等。 数控车床通过CNC unit控制机床主轴转速、各进给轴的进给速度以及其它辅助功能。2. 数控车床的特点（1）动链短数控车床刀架的两个方向运动分别由两台伺服电动机驱动。伺服电动机直接与丝杠联结带动刀架运动。多功能数控车床是采用直流或交流主轴控制单元来驱动主轴，它可以按控制指令无级变速，它与主轴之间无须再用多级齿轮副来进行变速。随着电动机宽调速技术的发展，目标是取消变速齿轮副，目前还要通过一级齿轮副变几个转速范围。因此，床头箱内的结构已比传统车床简单得多。（2）刚性高与控制系统的高精度控制相匹配，以便适应高精度的加工。（3）轻拖动刀架移动一般采用滚珠丝杠副，为了拖动轻便，数控车床的润滑都比较充分，大部分采用油雾自动润滑。1.1.2 数控车床的分类数控车床品种繁多，按数控系统的功能和机械构成可分为简易数控车床（经济型数控车床）、多功能数控车床和车削中心。1简易数控车床：是低档次数控车床，一般是用单板机或单片机进行控制，机械部分是在普通车床的基础上改进设计的。2经济型数控车床：是中档数控车床一般是开环或半闭环控制。它的缺点是没有恒线速度切削功能，刀尖圆弧半径自动补偿不是它的基本功能，而属于选择功能范围。3多功能数控车床：也称全功能型数控车床，由专门的数控系统控制，具备数控车床的各种结构特点。4车削中心：在数控车床的基础上增加其他的附加坐标轴。1.1.3数控车床的加工特点现代数控车床，有很多优点，归纳起来有以下五点：1加工精度高、加工质量稳定；2加工生产效率高；3减轻劳动强度、改善劳动条件；4对零件加工的适应性强、灵活性好；5有利于生产管理。但数控加工的成本高，大批量加工时，生产效率与多工位组合机床相比有很在的差距，它的自适应性差。从工艺的角度来看，数控加工有两个突出的特点：一是数控加工的内容十分具体；二是数控加工的工艺工作相当严密。1.2 数控车床的维护数控车床具有机、电、液集于一身的，技术密集和知识密集的特点，是一种自动化程度高、结构复杂且又昂贵的先进加工设备。为了充分发挥其效益，减少故障的发生，必须做好日常维护工作，所以要求数控车床维护人员不仅要有机械、加工工艺以及液压气动方面的知识，也要具备电子计算机、自动控制、驱动及测量技术等知识，这样才能全面了解、掌握数控车床，及时搞好维护工作。1.2.1数控机床周围的工作环境1.电源电压：85%到110%变化波动范围内；2.频 率：2HZ变化波动范围内；3.室 温：0到45范围内；4.相对湿度：90%温度变化引起冷凝现象；5.空 气：避免高度灰尘，酸腐蚀气体和盐雾；6.NC机床不应安装在阳光直射可引起环境温度变化的位置；7.NC机床不能安装在有异常振动的环境内。1.2.2数控机床主要的日常维护与保养工作的内容1. 选择合适的使用环境：数控车床的使用环境（如温度、湿度、振动、电源电压、频率及干扰等）会影响机床的正常运转，所以在安装机床时应严格要求做到符合机床说明书规定的安装条件和要求。在经济条件许可的条件下，应将数控车床与普通机械加工设备隔离安装，以便于维修与保养。2. 应为数控车床配备数控系统编程、操作和维修的专门人员：这些人员应熟悉所用机床的机械部分、数控系统、强电设备、液压、气压等部分及使用环境、加工条件等，并能按机床和系统使用说明书的要求正确使用数控车床。3. 长期不用数控车床的维护与保养：在数控车床闲置不用时，应经常经数控系统通电，在机床锁住情况下，使其空运行。在空气湿度较大的霉雨季节应该每天通电，利用电器元件本身发热驱走数控柜内的潮气，以保证电子部件的性能稳定可靠。4. 数控系统中硬件控制部分的维护与保养：每年让有经验的维修电工检查一次。检测有关的参考电压是否在规定范围内，如电源模块的各路输出电压、数控单元参考电压等，若不正常并清除灰尘；检查系统内各电器元件联接是否松动；检查各功能模块使用风扇运转是否正常并清除灰尘；检查伺服放大器和主轴放大器使用的外接式再生放电单元的联接是否可靠，清除灰尘；检测各功能模块使用的存储器后备电池的电压是否正常，一般应根据厂家的要求定期更换。对于长期停用的机床，应每周开机运行2-3次,每次不得少于半个小时，这样可以延长数控机床的使用寿命。5. 机床机械部分的维护与保养：操作者在每班加工结束后，应清扫干净散落于拖板、导轨等处的切屑；在工作时注意检查排屑器是否正常以免造成切屑堆积，损坏导轨精度，危及滚珠丝杠与导轨的寿命；在工作结束前，应将各伺服轴回归原点后再停机。导轨应用棉纱擦净并加油保养,拖板和尾座上的润滑油孔应加油润滑.6. 机床主轴电机的维护与保养：维修电工应每年检查一次伺服电机和主轴电机。着重检查其运行噪声、温升，若噪声过大，应查明原因，是轴承等机械问题还是与其相配的放大器的参数设置问题，采取相应措施加以解决。对于直流电机，应对其电刷、换向器等进行检查、调整、维修或更换，使其工作状态良好。检查电机端部的冷却风扇运转是否正常并清扫灰尘；检查电机各联接插头是否松动。7. 机床进给伺服电机的维护与保养：对于数控车床的伺服电动机，要在1012个月进行一次维护保养，加速或者减速变化频繁的机床要在2个月进行一次维护保养。维护保养的主要内容有：用干燥的压缩空气吹除电刷的粉尘，检查电刷的磨损情况，如需更换，需选用规格相同的电刷，更换后要空载运行一定时间使其与换向器表面吻合；检查清扫电枢整流子以防止短路；如装有测速电机和脉冲编码器时，也要进行检查和清扫。数控车床中的直流伺服电机应每年至少检查一次，一般应在数控系统断电的情况下，并且电动机已完全冷却的情况下进行检查；取下橡胶刷帽，用螺钉旋具刀拧下刷盖取出电刷；测量电刷长度，如FANUC直流伺服电动机的电刷由10mm磨损到小于5mm时，必须更换同一型号的电刷；仔细检查电刷的弧形接触面是否有深沟和裂痕，以及电刷弹簧上是否有无打火痕迹。如有上述现象，则要考虑电动机的工作条件是否过分恶劣或电动机本身是否有问题。用不含金属粉末及水分的压缩空气导入装电刷的刷孔，吹净粘在刷孔壁上的电刷粉末。如果难以吹净，可用螺钉旋具尖轻轻清理，直至孔壁全部干净为止，但要注意不要碰到换向器表面。得新装上电刷，拧紧刷盖。如果更换了新电刷，应使电动机空运行跑合一段时间，以使电刷表面和换向器表面相吻合。8. 机床测量反馈元件的维护与保养：检测元件采用编码器、光栅尺的较多，也有使用感应同步尺、磁尺、旋转变压器等。维修电工每周应检查一次检测元件联接是否松动，是否被油液或灰尘污染。9. 机床电气部分的维护与保养：具体检查可按如下步骤进行：检查三相电源的电压值是否正常，有无偏相，如果输入的电压超出允许范围则进行相应调整；检查所有电气联接是否良好；检查各类开关是否有效，可借助于数控系统CRT显示的自诊断画面及可编程机床控制器（PMC）、输入输出模块上的LED指示灯检查确认，若不良应更换；检查各继电器、接触器是否工作正常，触点是否完好，可利用数控编程语言编辑一个功能试验程序，通过运行该程序确认各元器件是否完好有效；检验热继电器、电弧抑制器等保护器件是否有效，等等。能上电气保养应由车间电工实施，每年检查调整一次。电气控制柜及操作面板显示器的箱门应密封，不能用打开柜门使用外部风扇冷却的方式降温。操作者应每月清扫一次电气柜防尘滤网，每天检查一次电气柜冷却风扇或空调运行是否正常。10. 机床液压系统的维护与保养：各液压阀、液压缸及管子接头是否有外漏；液压泵或液压马达运转时是否有异常噪声等现象；液压缸移动时工作是否正常平稳；液压系统的各测压点压力是否在规定的范围内，压力是否稳定；油液的温度是否在允许的范围内；液压系统工作时有无高频振动；电气控制或撞块（凸轮）控制的换向阀工作是否灵敏可靠，油箱内油量是否在油标刻线范围内；行位开关或限位挡块的位置是否有变动；液压系统手动或自动工作循环时是否有异常现象；定期对油箱内的油液进行取样化验，检查油液质量，定期过滤或更换油液；定期检查蓄能器的工作性能；定期检查冷却器和加热器的工作性能；定期检查和旋紧重要部位的螺钉、螺母、接头和法兰螺钉；定期检查更换密封元件；定期检查清洗或更换液压元件；定期检查清洗或更换滤芯；定期检查或清洗液压油箱和管道。操作者每周应检查液压系统压力有无变化，如有变化，应查明原因，并调整至机床制造厂要求的范围内。操作者在使用过程中，应注意观察刀具自动换刀系统、自动拖板移动系统工作是否正常；液压油箱内油位是否在允许的范围内，油温是否正常，冷却风扇是否正常运转；每月应定期清扫液压油冷却器及冷却风扇上的灰尘；每年应清洗液压油过滤装置；检查液压油的油质，如果失效变质应及时更换，所用油品应是机床制造厂要求品牌或已经难确认可代用的品牌；每年检查调整一次主轴箱平衡缸的压力，使其符合出厂要求。11. 机床气动系统的维护与保养：保证供给洁净的压缩空气，压缩空气中通常都含有水分、油分和粉尘等杂质。水分会使管道、阀和气缸腐蚀；油液会使橡胶、塑料和密封材料变质；粉尘造成阀体动作失灵。选用合适的过滤器可以清除压缩空气中的杂质，使用过滤器时应及时排除和清理积存的液体，否则，当积存液体接近挡水板时，气流仍可将积存物卷起。保证空气中含有适量的润滑油，大多数气动执行元件和控制元件都有要求适度的润滑。润滑的方法一般采用油雾器进行喷雾润滑，油雾器一般安装在过滤器和减压阀之后。油雾器的供油量一般不宜过多，通常每10m的自由空气供1mL的油量（即40到50滴油）检查润滑是否良好的一个方法是；找一张清洁的白纸放在换向阀的排气口附近，如果阀在工作三到四个循环后，白纸上只有很轻的斑点时，表明润滑是良好的。保持气动系统的密封性，漏气不仅增加了能量的消耗，也会导致供气压力的下降，甚至造成气动元件工作失常。严重的漏气在气动系统停止运行时，由漏气引起的噪声很容易发现；轻微的漏气则利用仪表，或用涂抹肥皂水的办法进行检查。保证气动元件中运动零件的灵敏性，从空气压缩机排出的压缩空气，包含有粒度为0.010.08m的压缩机油微粒，在排气温度为120220C的高温下，这些油粒会迅速氧化，氧化后油粒颜色变深，粘性增大，并逐步由液态固化成油泥。这种m级以下的颗粒，一般过滤器无法滤除。当它们进入到换向阀后便附着在阀芯上，使阀的灵敏度逐步降低，甚至出现动作失灵。为了清除油泥，保证灵敏度，可在气动系统的过滤器之后，安装油雾分离器，将油泥分离出。此外，定期清洗液压阀也可以保证阀的灵敏度。保证气动装置具有合适的工作压力和运动速度，调节工作压力时，压力表应当工作可靠，读数准确。减压阀与节流阀调节好后，必须紧固调压阀盖或锁紧螺母，防止松动。操作者应每天检查压缩空气的压力是否正常；过滤器需要手动排水的，夏季应两天排一次，冬季一周排一次；每月检查润滑器内的润滑油是否用完，及时添加规定品牌的润滑油。12. 机床润滑部分的维护与保养：各润滑部位必须按润滑图定期加油，注入的润滑油必须清洁。润滑处应每周定期加油一次，找出耗油量的规律，发现供油减少时应及时通知维修工检修。操作者应随时注意CRT显示器上的运动轴监控画面，发现电流增大等异常现象时，及时通知维修工维修。维修工每年应进行一次润滑油分配装置的检查，发现油路堵塞或漏油应及时疏通或修复。底座里的润滑油必须加到油标的最高线，以保证润滑工作的政党进行。因此，必须经常检查油位是否正确，润滑油应56个月更换一次。由于新机床各部件的初磨损较大，所以，第一次和第二次换油的时间应提前到每月换一次，以便及时清除污物。废油排出后，箱内应用煤油冲洗干净，（包括床头箱及底座内油箱）。同时清洗或更换滤油器。13. 可编程机床控制器（PMC）的维护与保养：对PMC与NC完全集成在一起的系统，不必单独对PMC进行检查调整；对其它两种组态方式，应对PMC进行检查。主要检查PMC的电源模块的电压输出是否正常；输入输出模块的接线是否松动；输出模块内各路熔断器是否完好；后备电池的电压是否正常，必要时进行更换。对PMC输入输出点的检查可利用CRT上的诊断画面用置位复位的方式检查，也可用运行功能试验程序的方法检查。14. 有些数控系统的参数存储器是采用CMOS元件，其存储内容在断电时靠电池代电保持。一般应在一年内更换一次电池，并且一定要在数控系统通电的状态下进行，否则会使存储参数丢失，导致数控系统不能工作。15. 及时清扫。如空气过滤气的清扫，电气柜的清扫，印制线路板的清扫。16. X，Z轴进给部分的轴承润滑脂，应每年更换一次，更换时，一定要把轴承清洗干净。17. 自动润滑泵里的过滤器，每月清洗一次，各个刮屑板，应每月用煤油清洗一次，发现损坏时应及时更换。18. 数控系统长期不用时的维护。为了提高数控系统的利用率和减少数控系统的故障，数控系统应满负荷使用、而不要长期闲置不用。由于某种原因，造成数控系统长期闲置不用时，为厂避免数控系统损坏，需注意以下两点：(1)要经常给数控系统通电。特别是在环境湿度较大的梅雨季节更应如此，在机床锁住不动的情况(即伺服电机不转)，让数控系统空运行，利用电器元件本身的发热来驱散数控系统内的潮气、保证电子器件性能稳定可靠。实践证明，在空气湿度较大的地方经常通电是降低故障率的有效措施。(2)数控车机床采用直流进给伺服驱动和直流主铀伺服驱动时，应将电刷从直流电机中取出，以免由于化学腐蚀作用，使换向器表面腐蚀造成换向性能变坏，甚至使整台电机损坏。1.2.3数控车床维护与保养一览表：日常检查表：No检查部位检查内容备注 检查1油箱油量是否适当油量有无变质、污染不足时补给2冷却泵水位是否适当是水否变质污染水箱端部过滤网堵塞不足时补给3导轨面润滑油供给是否充足油擦板是否损伤4压力表油压是否符合要示气压是否符合要求5传动皮带皮带张紧力是否符合要求皮带表面有无损伤6油气管路机床周围是否漏油是否漏水7电机、齿轮箱有无异常声音震动有无异常发热8运动部件有无异常声音震动动作是否正常运动平滑9操作盘操作开关手柄的功能是否正常CRT画面上有无报警信号10安全装置机能是否正常11冷却风扇各部位冷却风扇是否运转12外部配线电缆是否有断线及表层破裂老化13清洁卡盘、刀架、道轨面上的铁屑是否清扫干净工作后进行14润滑卡盘按要求从卡盘爪外周的润滑嘴处向内供油每周一次15润滑油排油在排油管处排出废油每周一次定期检查表：检 查 部 位检查内容检查周期液压系统液压油箱检查液压油，清洗过器滤和磁分离器检查漏油情况6个月6个月润滑系统润滑泵装置及润滑管路清洗滤油网、更换清洗滤油器检查润滑管路状态一年6个月冷却系统过滤网水箱清洗顶盘部的过滤板及过滤网更换冷却水，清扫冷却水箱适时适时气动系统气动过滤器清洗过滤器一年传动系统皮轮皮带轮外观检查，张紧力检查清洁皮带轮槽部6个月主轴电机声音震动发热绝缘电阻检查异常声音异常震动，轴承温升检查测定绝缘电阻值是否合适1个月6个月X、Z轴驱动电机声音震动发热电缆插座检查异常声音，异常震动，轴承的温升检查插座有无松动1个月6个月其他部位电机声音震动发热检查异常声音及轴承部位的温升1个月液压卡盘卡盘回转油缸分解、清洗除去卡盘内异物检查有无漏油现象6个月3个月电箱、操作 盘电气件端子螺钉检查电气件接点的磨损、接线端子螺钉有无松动，清洁内部6个月安装在机械部件上的电气件极限开关传感器、电磁阀检查紧固螺钉和端子螺钉有无松动及动作的灵敏度6个月X 轴、Z 轴反向间隙用百分表检查间隙状况6个月地 基床身水平用水平仪检查床身水平并进行修正一年1.2.4故障排除方法当数控系统出现报警，发生故障时维修人员不要急于动手处理，应多观察。在处理时应遵循两条原则：一是充分调查故障现场，这是维修人员取得第一手材料的重要手段。查看故障记录单，向操作者询问出现故障的全过程，彻底了解曾发生过什么现象，采取过什么措施等。对现场亲自作细致的勘查，在确认数控系统通电无危险的情况下方可通电观察系统有何异常，CRT显示哪些内容；二是认真分析故障的起因。分析故障时，无论是CNC系统、机床强电，还是机械、液压、油气路等，只要是有可能引起该故障的原因，都要尽可能全面地列出来。进行综合判断和筛选，然后通过必要的试验达到确诊和最终排除故障的目的：下面几种诊断方式是在维修数控系统时经常用的方法：1直观法 就是利用人的感官注意发生故障时（或故障发生后）的各种外部现象并判断故障的可能部位。这是处理数控系统故障首要的切入点，往往也是最直接，最行之有效的方法，对于一般情况下“简单”故障通过这种直接观察，就能解决问题。在故障的现场，通过观察故障时（或故障发生后）是否有异响，火花亮光发生，它们来自何方，何处出现焦糊味，何处发热异常，何处有异常震动等等，就能判断故障的主要部分，然后，进一步观察可能发生故障的每块电路板，或是各种电控元件（继电器，热继电器，断路器等）的表面状况，例如是否有烧焦、烟熏黑处或元件、连线断裂处，从而进一步缩小检查范围。再者，检查系统各种连接电缆有否松脱，断开、接触不良也是处理数控系统故障时首先需要想到的。 这是一种最基本、最简单、最常用的方法。该方法既适用于有故障报警显示的较为先进系统，也适用于无故障报警显示的早期的系统。使用该方法，对于处理一些电气短路，断路，过载等是最常用的。使用这一方法虽然简单，但却要求维修人员要有一定经验。在检修过程中，养成细致严谨工作态度，善于发现问题，解决问题，往往是一丝异常，便是症结所在。 2利用数控系统的硬件报警功能 为了提高系统的可维护性，在现代数控系统中设置有众多的硬件报警指示装置，如在NC主板上，各轴控制板上，电源单元，主轴伺服驱动模块，各轴伺服驱动单元等部件上均有发光二极管或多段数码管，通过指示灯的亮与灭，数码管的显示状态（如数字编号、符号等）来为维修人员指示故障所在位置及其类型。因此，在处理数控系统故障过程中，如果直观法不能奏效的，即从外观上，很难判断问题所在,或是CRT屏幕不能点亮(电源模块有故障)的时候，我们可以借助审视上述各报警装置，观察有无报警指示，然后根据指示查阅随机说明书，依照指示来处理故障。 这一方法,对于通用型的各类数控系统,例如FANUC,三菱,西门子系统, 因其系统设计较为完善,已充分考虑到系统中最常见可能故障形式,内置较多硬件报警装置，所以尤为见效。但这一方法，是以手头有详尽报警说明为前提的。 3充分利用数控系统的软件报警功能 现今，CNC系统都具有自诊断功能。在系统工作期间，能定时用自诊断程序对系统进行快速诊断。一旦检测到故障，立即将故障以报警的方式显示在CRT上或点亮面板上报警指示灯。而且这种自诊断功能还能将故障分类报警。如误操作报警；有关伺服系统报警；设定错误报警；各种行程开关报警等等。维修时，可根据报警内容提示来查找问题的症结所在。但这一方法，同样是以手头有详尽报警说明为前提的。 4利用状态显示的诊断功能 现代数控系统不但能将故障诊断信息显示出来，即方法3所述，而且能以诊断地址和诊断数据的形式提供诊断的各种状态，就FANUC系统为例，系统提供指示系统与机床之间接口I/O信号状态，或PC与CNC装置之间，PC与机床之间接口的I/O信号状态的“D”（diagnosis parameter）参数，也就是说，可以利用CRT画面的状态显示（通常是二进制字节“0”和“1”指示），来检查数控系统是否将信号输入到机床；或是机床侧各种指令开关，行程开关等通断触发的开关信号是否按要求正确输入到数控系统中。总之，通过列出上述状态情况，可将故障区分出是在机床一侧还是数控系统一侧，从而可将故障锁定在某一元件上，得而解决问题。 这一切都得益于系统提供完善的状态显示功能，为故障诊断打开了一扇明了“窗口”，运用这一方法，对于诊断动作复杂机构故障如换刀机构起到极大作用。也是诊断故障基本方法之一。 但使用的前提是系统提供状态显示功能。 5初始化复位法一般情况下，由于瞬时故障引起的报警、可用硬件复位或开关系统电源依次来清除故障c若系统工作存储区由于掉电、拨插印刷板或电压欠压造成混乱，则系统必须进行初始化清除，清除前应注意作数据拷贝记录，若初始化后故障仍无法排除则应进行硬件诊断。 6备件替换法(或交换法)用没有故障的备用印刷电路板替换被诊断出有故障的印刷电路板，并做相应的初始化启动，使机床迅速投入正常运转，然后将坏板修理或返修，这是目前最常用的排除故障的办法。数控系统的自诊断功能有时可将故障定位到电路板，但由于目前有些系统的自诊断功能存在局限性，定位有偏差，这时可用备板替换法解决。7自诊断功能法充分利用系统的自诊断功能根据CRT上显示的报警信息及发光二极管指示，可判断出故障的大致起因，利用自诊断功能还能显示出系统与主机之间接口信号的状态，从而判断出故障起因是在电气部分还是机械部分，并能指示出故障的大致部位，因此这个方法是当前维修中最常用也是最有效的方法。8局部升温法数控系统经过长期运行后元器件均要老化，性能变坏。当它们尚未完全损坏时，出现的故障会变得莫名其妙，这时可用热风机或电烙铁等对被怀疑的元件进行局部升温，加速其老化，以便彻底暴露故障部件，采用此方法时定要注意各元件的温度参数等，不要将原来好的元件烧坏。9敲击法如果数控系统的故障时有时无，除了采用升温法外，也可采用敲击法查出故障部位，因为这种时有时无的故障多是由于虚焊或接触不良引起的因此当用绝缘物轻轻敲打有虚焊或接触不良的疑点处故障会重复出现。 10原理分析法根据数控系统的组成原理，可以从逻辑上分析出各点的电平和特征参数，然后用万用表、逻辑笔、示波器或信号发生器订其进行测量、分析相比较，从而对故障进行定位。运用这种方法，要求维修人员要有较高的技术水平，最好要有数控系统逻辑图，能对整个系统或局部电路有清楚深入地了解。11功能程序测试法所谓功能程序测试法就是将数控系统的常用功能和重要的特殊功能，如直线定位、圆弧插补、螺纹切削、固定循环、用户宏程序等通过磁盘送入数控系统中，然后启动系统使之运行 用它来检查机床执行这些功能的准确性和可靠性，进而判断出故障发生的可能起因。本方法是对长期闲置的数控机床第一次开机时的检查以及机床加工造成废品但又无报警的故障进行判断的一种好办法。12发生故障时，应及时核对数控系统参数 系统参数变化会直接影响到机床的性能，甚至使机床发生故障，整机不能正常工作。在设计和制造数控系统时，虽已考虑到系统的可靠性问题，但不可能排除外界的一切干扰，而这些干扰有可能引起存储器内个别参数的变化。同时，人为误操作使得系统参数变更也是可能的，作者在工作中，就碰到过，因误操作使得系统出现动作异常。所以，在诊断故障过程，如果尝试上述几项方法后，问题仍不能解决的话，我们可以核对系统参数，看是否是参数变更导致的，这类故障便是我们的“软”故障。第二章 数控加工工艺设计数控机床的加工工艺与通用机床的加工工艺有许多相同之处，但在数控机床上加工零件比通用机床加工零件的工艺规程要复杂得多。在数控加工前，要将机床的运动过程、零件的工艺过程、刀具的形状、切削用量和走刀路线等都编入程序，这就要求程序设计人员具有多方面的知识基础。合格的程序员首先是一个合格的工艺人员，否则就无法做到全面周到地考虑零件加工的全过程，以及正确、合理地编制零件的加工程序。 2.1 数控加工工艺设计主要内容 在进行数控加工工艺设计时，一般应进行以下几方面的工作：数控加工工艺内容的选择； 数控加工工艺性分析； 数控加工工艺路线的设计。 2.1.1数控加工工艺内容的选择 对于一个零件来说，并非全部加工工艺过程都适合在数控机床上完成,而往往只是其中的一部分工艺内容适合数控加工。这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。在考虑选择内容时，应结合本企业设备的实际，立足于解决难题、攻克关键问题和提高生产效率，充分发挥数控加工的优势。 1. 适于数控加工的内容 在选择时，一般可按下列顺序考虑： （1）通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容； （2）通用机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容； （3）通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择。 2. 不适于数控加工的内容一般来说，上述这些加工内容采用数控加工后，在产品质量、生产效率与综合效益等方面都会得到明显提高。相比之下，下列一些内容不宜选择采用数控加工： （1）占机调整时间长。如以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准，需用专用工装协调的内容； （2）加工部位分散，需要多次安装、设置原点。这时，采用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排通用机床补加工； （3）按某些特定的制造依据（如样板等）加工的型面轮廓。主要原因是获取数据困难，易于与检验依据发生矛盾，增加了程序编制的难度。此外，在选择和决定加工内容时，也要考虑生产批量、生产周期、工序间周转情况等等。总之，要尽量做到合理，达到多、快、好、省的目的。要防止把数控机床降格为通用机床使用。 2.1.2 数控加工工艺性分析被加工零件的数控加工工艺性问题涉及面很广，下面结合编程的可能性和方便性提出一些必须分析和审查的主要内容。1. 尺寸标注应符合数控加工的特点在数控编程中，所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的。因此零件图样上最好直接给出坐标尺寸，或尽量以同一基准引注尺寸。 2. 几何要素的条件应完整、准确在程序编制中，编程人员必须充分掌握构成零件轮廓的几何要素参数及各几何要素间的关系。因为在自动编程时要对零件轮廓的所有几何元素进行定义，手工编程时要计算出每个节点的坐标，无论哪一点不明确或不确定，编程都无法进行。但由于零件设计人员在设计过程中考虑不周或被忽略，常常出现参数不全或不清楚，如圆弧与直线、圆弧与圆弧是相切还是相交或相离。所以在审查与分析图纸时，一定要仔细核算，发现问题及时与设计人员联系。 3. 定位基准可靠在数控加工中，加工工序往往较集中，以同一基准定位十分重要。因此往往需要设置一些辅助基准，或在毛坯上增加一些工艺凸台。如图2.1a所示的零件，为增加定位的稳定性，可在底面增加一工艺凸台，如图2.1b所示。在完成定位加工后再除去。a)改进前的结构b)改进后的结构图2.1 工艺凸台的应用4. 统一几何类型及尺寸零件的外形、内腔最好采用统一的几何类型及尺寸，这样可以减少换刀次数，还可能应用控制程序或专用程序以缩短程序长度。零件的形状尽可能对称，便于利用数控机床的镜向加工功能来编程，以节省编程时间。2.1.3数控加工工艺路线的设计图2.2 工艺流程数控加工工艺路线设计与通用机床加工工艺路线设计的主要区别,在于它往往不是指从毛坯到成品的整个工艺过程，而仅是几道数控加工工序工艺过程的具体描述。因此在工艺路线设计中一定要注意到，由于数控加工工序一般都穿插于零件加工的整个工艺过程中，因而要与其它加工工艺衔接好。常见工艺流程如图2.2所示。数控加工工艺路线设计中应注意以下几个问题：1. 工序的划分根据数控加工的特点，数控加工工序的划分一般可按下列方法进行： （1）以一次安装、加工作为一道工序。这种方法适合于加工内容较少的零件，加工完后就能达到待检状态。 （2）以同一把刀具加工的内容划分工序。有些零件虽然能在一次安装中加工出很多待加工表面，但考虑到程序太长，会受到某些限制，如控制系统的限制（主要是内存容量），机床连续工作时间的限制（如一道工序在一个工作班内不能结束）等。此外，程序太长会增加出错与检索的困难。因此程序不能太长，一道工序的内容不能太多。 （3）以加工部位划分工序。对于加工内容很多的工件，可按其结构特点将加工部位分成几个部分，如内腔、外形、曲面或平面，并将每一部分的加工作为一道工序。 （4）以粗、精加工划分工序。对于经加工后易发生变形的工件，由于对粗加工后可能发生的变形需要进行校形，故一般来说，凡要进行粗、精加工的过程，都要将工序分开。 2. 顺序的安排顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位、安装与夹紧的需要来考虑。顺序安排一般应按以下原则进行： （1）上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也应综合考虑； （2）先进行内腔加工，后进行外形加工； （3）以相同定位、夹紧方式加工或用同一把刀具加工的工序，最好连续加工，以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数；3. 数控加工工艺与普通工序的衔接数控加工工序前后一般都穿插有其它普通加工工序，如衔接得不好就容易产生矛盾。因此在熟悉整个加工工艺内容的同时，要清楚数控加工工序与普通加工工序各自的技术要求、加工目的、加工特点，如要不要留加工余量，留多少；定位面与孔的精度要求及形位公差；对校形工序的技术要求；对毛坯的热处理状态等，这样才能使各工序达到相互满足加工需要，且质量目标及技术要求明确，交接验收有依据。2.2 数控加工工艺设计方法在选择了数控加工工艺内容和确定了零件加工路线后，即可进行数控加工工序的设计。数控加工工序设计的主要任务是进一步把本工序的加工内容、切削用量、工艺装备、定位夹紧方式及刀具运动轨迹确定下来，为编制加工程序作好准备。2.2.1确定走刀路线和安排加工顺序走刀路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，它不但包括了工步的内容，也反映出工步顺序。走刀路线是编写程序的依据之一。确定走刀路线时应注意以下几点： 1. 寻求最短加工路线如加工图2.3a所示零件上的孔系。2.3b图的走刀路线为先加工完外圈孔后，再加工内圈孔。若改用2.3c图的走刀路线，减少空刀时间，则可节省定位时间近一倍，提高了加工效率。a)零件图样b)路线1c)路线2图2.3 最短走刀路线的设计2. 最终轮廓一次走刀完成为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，最终轮廓应安排在最后一次走刀中连续加工出来。如图2.4a为用行切方式加工内腔的走刀路线，这种走刀能切除内腔中的全部余量，不留死角，不伤轮廓。但行切法将在两次走刀的起点和终点间留下残留高度，而达不到要求的表面粗糙度。所以如采用2.4b图的走刀路线，先用行切法，最后沿周向环切一刀，光整轮廓表面，能获得较好的效果。图2.4c也是一种较好的走刀路线方式。a)路线1b)路线3c)路线3图2.4铣削内腔的三种走刀路线3. 选择切入切出方向考虑刀具的进、退刀（切入、切出）路线时，刀具的切出或切入点应在沿零件轮廓的切线上，以保证工件轮廓光滑；应避免在工件轮廓面上垂直上、下刀而划伤工件表面；尽量减少在轮廓加工切削过程中的暂停（切削力突然变化造成弹性变形），以免留下刀痕，如图2.5所示。 4. 选择使工件在加工后变形小的路线对横截面积小的细长零件或薄板零件应采用分几次走刀加工到最后尺寸或对称去除余量法安排走刀路线。安排工步时，应先安排对工件刚性破坏较小的工步。2.2.2确定定位和夹紧方案在确定定位和夹紧方案时应注意以下几个问题：（1）尽可能做到设计基准、工艺基准与编程计算基准的统一；（2）尽量将工序集中，减少装夹次数，尽可能在一次装夹后能加工出全部待加工表面；（3）避免采用占机人工调整时间长的装夹方案；（4）夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。如图2.6a薄壁套的轴向刚性比径向刚性好，用卡爪径向夹紧时工件变形大，若沿轴向施加夹紧力，变形会小得多。在夹紧图2.6b所示的薄壁箱体时，夹紧力不应作用在箱体的顶面，而应作用在刚性较好的凸边上，或改为在顶面上三点夹紧，改变着力点位置，以减小夹紧变形,如图2.6c所示。a) 薄壁套b) 改进方法2c)改进方法2图2.6 夹紧力作用点与夹紧变形的关系2.2.3确定刀具与工件的相对位置图2.7 对刀点对于数控机床来说，在加工开始时，确定刀具与工件的相对位置是很重要的，这一相对位置是通过确认对刀点来实现的。对刀点是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。对刀点可以设置在被加工零件上，也可以设置在夹具上与零件定位基准有一定尺寸联系的某一位置，对刀点往往就选择在零件的加工原点。对刀点的选择原则如下：（1）所选的对刀点应使程序编制简单；（2）对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置；（3）对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置；（4）对刀点的选择应有利于提高加工精度。例如，加工图2.7所示零件时，当按照图示路线来编制数控加工程序时，选择夹具定位元件圆柱销的中心线与定位平面A的交点作为加工的对刀点。显然，这里的对刀点也恰好是加工原点。在使用对刀点确定加工原点时，就需要进行“对刀”。所谓对刀是指使“刀位点”与“对刀点”重合的操作。每把刀具的半径与长度尺寸都是不同的，刀具装在机床上后，应在控制系统中设置刀具的基本位置。“刀位点”是指刀具的定位基准点。如图2.8所示，圆柱铣刀的刀位点是刀具中心线与刀具底面的交点；球头铣刀的刀位点是球头的球心点或球头顶点；车刀的刀位点是刀尖或刀尖圆弧中心；钻头的刀位点是钻头顶点。各类数控机床的对刀方法是不完全一样的，这一内容将结合各类机床分别讨论。换刀点是为加工中心、数控车床等采用多刀进行加工的机床而设置的，因为这些机床在加工过程中要自动换刀。对于手动换刀的数控铣床，也应确定相应的换刀位置。为防止换刀时碰伤零件、刀具或夹具，换刀点常常设置在被加工零件的轮廓之外，并留有一定的安全量。 a)钻头的刀位点b)车刀的刀位点c)圆柱铣刀的刀位点d)球头铣刀刀位点图2.8刀位点2.2.4 确定切削用量对于高效率的金属切削机床加工来说，被加工材料、切削刀具、切削用量是三大要素。这些条件决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济的、有效的加工方式，要求必须合理地选择切削条件。编程人员在确定每道工序的切削用量时，应根据刀具的耐用度和机床说明书中的规定去选择。也可以结合实际经验用类比法确定切削用量。在选择切削用量时要充分保证刀具能加工完一个零件，或保证刀具耐用度不低于一个工作班，最少不低于半个工作班的工作时间。背吃刀量主要受机床刚度的限制，在机床刚度允许的情况下，尽可能使背吃刀量等于工序的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高加工效率。对于表面粗糙度和精度要求较高的零件，要留有足够的精加工余量，数控加工的精加工余量可比通用机床加工的余量小一些。编程人员在确定切削用量时，