數(shù)控機床維修及維護基礎

數(shù)控機床維修及維護基礎第一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六22023/5/3101-數(shù)控機床維修維護基礎一.數(shù)控機床的基本概念二.數(shù)控機床的組成三.數(shù)控機床的分類四.數(shù)控機床的工作過程五.對維修人員的基本要求六.必要的維修用具及資料準備七.數(shù)控機床的維護第二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六32023/5/31數(shù)控技術：簡稱數(shù)控（NumericalControl—NC），是利用數(shù)字化信息對機械運動及加工過程進行控制的一種方法。由于現(xiàn)代數(shù)控都采用了計算機進行控制，因此也可以稱為計算機數(shù)控（ComputerNumericalControl–CNC）。數(shù)控技術與數(shù)控機床一、數(shù)控機床的基本概念第三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六42023/5/31數(shù)控機床數(shù)控機床是數(shù)字控制機床的簡稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床。該控制系統(tǒng)能夠處理規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機床動作并加工零件。它是數(shù)控技術的典型應用。數(shù)控系統(tǒng)是實現(xiàn)數(shù)字控制的裝置，計算機數(shù)控系統(tǒng)是以計算機為核心的數(shù)控系統(tǒng)。一、控機床的基本概念第四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六52023/5/31數(shù)控機床的組成如圖所示：二、數(shù)控機床的組成第五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六62023/5/31數(shù)控機床的組成：

1.數(shù)控裝置，是數(shù)控機床的核心，包括硬件（I/O接口板、CPU板、CRT顯示器、鍵盤等）以及相應的軟件，用于輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲、數(shù)據(jù)的變換、插補運算以及實現(xiàn)各種控制功能。

2.驅動裝置，用于實現(xiàn)數(shù)控機床的進給伺服控制和主軸伺服控制。伺服系統(tǒng)包括驅動裝置和執(zhí)行機構兩大部分。伺服系統(tǒng)的作用是把接受來自數(shù)控裝置的指令信息，經(jīng)功率放大、整形處理后，轉換成機床執(zhí)行部件的直線位移或角位移運動。二、數(shù)控機床的組成第六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六72023/5/31

3.測量反饋裝置,測量元件將機床各坐標軸的實際位移值檢測出來并經(jīng)反饋系統(tǒng)輸入到機床的數(shù)控裝置中，數(shù)控裝置對反饋回來的實際位移值與指令值進行比較，并向伺服系統(tǒng)輸出達到設定值所需的位移量指令。

4.機床本體,它是數(shù)控機床的主體，包括機床床身、立柱、主軸、進給機構等機械部件。他是用于完成各種切削加工的機械部件。

5.輔助裝置，指數(shù)控機床的一些必要的配套部件，用以保證數(shù)控機床的運行，它包括液壓和氣動裝置、潤滑裝置、排屑裝置、冷卻裝置、照明裝置、交換工作臺和數(shù)控分度頭，還包括刀具及其監(jiān)控檢測裝置等。二、數(shù)控機床的組成第七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六82023/5/312.1計算機數(shù)控裝置（CNC裝置）液晶顯示器MDI鍵盤“急停”按鈕功能鍵機床控制面板(MCP)機床控制面板MCP

數(shù)控裝置由硬件和軟件兩大部分組成。它接受從機床輸入裝置（鍵盤、軟盤、硬盤、紙帶閱讀機、磁帶機以及網(wǎng)絡或串口傳輸?shù)龋┹斎氲目刂菩盘柎a，經(jīng)過譯碼、運算、存儲等轉變成控制指令實現(xiàn)直接或通過可編程邏輯控制器（PLC）對伺服驅動系統(tǒng)或其他輔助裝置的控制。第八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六92023/5/312.2伺服驅動/進給裝置

伺服驅動/進給裝置是數(shù)控裝置與主機之間的連接環(huán)節(jié)，它是接受數(shù)控裝置插補生成的進給脈沖信號，經(jīng)過信號放大后，驅動機床，實現(xiàn)機床的運動進給。主要包括：主軸驅動單元進給驅動單元主軸電機進給電機目前常用的有交、直流伺服電機和步進電機等。且交流伺服電機正逐漸取代直流伺服電機。

第九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六102023/5/31

測量反饋裝置是通過現(xiàn)代化的測量元件：脈沖編碼器、旋轉變壓器、感應同步器、光柵、磁尺和激光等，將執(zhí)行元件（如電機、刀架等）或工作臺等的速度和位移量檢測出來，經(jīng)過相應的電路將所測得信號反饋回伺服驅動裝置或數(shù)控裝置，構成半閉環(huán)或全閉環(huán)系統(tǒng)，補償進給電機的速度或執(zhí)行機構的運動誤差，以達到提高運動機構精度的目的。2.3測量反饋裝置第十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六112023/5/31光柵尺的原理圖-012.3測量反饋裝置第十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六122023/5/31播放動畫2.3測量反饋裝置長光柵莫爾條紋,目的是增加辨識率。第十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六132023/5/312.3測量反饋裝置

如左下圖所示，可根據(jù)A、B的相位差來判斷光柵尺或者旋轉編碼器的運動方向；右下圖為旋轉編碼器的原理圖。第十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六142023/5/31

機床本體即數(shù)控機床的機械部件，包括:主運動部件;給進運動執(zhí)行部件（工作臺、拖板及其傳動部件）;支承部件（床身立柱等）。加工中心類的數(shù)控機床還有存放刀具的刀庫、交換刀具的機械手等部件。數(shù)控機床機械部件的組成與普通機床相似，但是由于數(shù)控機床的高速度、高精度、大切削用量和連續(xù)加工的要求，其機械部件在精度、剛度、抗震性等方面要求更高。因此，近年來來設計數(shù)控機床時采用了許多新的加強剛性、減小熱變形、提高精度等方面的措施。如矩形導軌、滾珠絲杠等。2.4機床本體第十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六152023/5/31

硬軌的導軌和床身是一體的鑄造件，然后在那基礎上加工出導軌，再通過淬火、磨削后加工成的導軌?，F(xiàn)在也有床身和導軌不一定一體的，比如鑲鋼導軌，就是加工后釘接在床身上的。硬軌是導軌是滑動摩擦的，剛性好，承載能力強。

2.4機床本體-機床導軌第十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六162023/5/31

線軌通常指滾動導軌，常稱這類元件為“直線導軌”。直線導軌本身分兩部分：滑軌和滑塊?；瑝K內(nèi)有內(nèi)循環(huán)的滾珠或滾柱，滑軌的長度可以定制。它是一種模塊化的元件，是有專門廠家生產(chǎn)的標準化系列化的單獨的產(chǎn)品，可以安裝在機床上，磨損后可以拆卸下來更換。線軌是滾動摩擦，速度快，阻力小，潤滑也方便

.2.4機床本體-機床導軌第十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六172023/5/31

PLC主要完成與邏輯運算有關的一些動作，沒有軌跡上的具體要求，它接受CNC裝置的控制代碼M(輔助功能)、S(主軸轉速)、T(選刀、換刀)等順序動作信息，對其進行譯碼，轉換成對應的控制信號，控制輔助裝置完成機床相應的開關動作，如工件的裝夾、刀具的更換、冷卻液的開、關等一些輔助動作；它還接受機床操作面板的指令，一方面直接控制機床的動作，另一方面將一部分指令送往CNC裝置，用于加工過程的控制。2.5輔助裝置-可編程邏輯控制器（PLC）第十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六182023/5/31

數(shù)控機床種類繁多，有鉆、銑、鏜床類、車削類、磨削類、電加工類、鍛壓類、激光加工類和其他特殊用途的專用機床等等，對于采用數(shù)控技術進行控制的機床，我們稱之為數(shù)控機床（NC機床）。它是一種綜合應用了計算機技術、自動控制技術、精密測量技術和機床設計等先進技術的典型機電一體化產(chǎn)品，是現(xiàn)代制造技術的基礎。數(shù)控機床的水平代表了當前數(shù)控技術的性能、水平和發(fā)展方向。三數(shù)控系統(tǒng)的分類第十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六192023/5/311）點位控制數(shù)控系統(tǒng)2）直線切削數(shù)控系統(tǒng)3）連續(xù)切削數(shù)控系統(tǒng)3.1按機床的運動軌跡分類第十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六202023/5/311）開環(huán)數(shù)控機床2）半閉環(huán)數(shù)控機床3）閉環(huán)控制機床3.2按進給伺服系統(tǒng)的類型分類1）開環(huán)數(shù)控機床開環(huán)控制數(shù)控機床的特點是其控制系統(tǒng)不帶反饋裝置，通常使用步進電機作為伺服執(zhí)行機構。開環(huán)控制系統(tǒng)結構簡單，制造成本低，系統(tǒng)對移動部件的實際位移量不進行測量，也不進行誤差校正。開環(huán)系統(tǒng)僅適用與加工精度要求不是很高的中小型數(shù)控機床。第二十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六212023/5/313.2按進給伺服系統(tǒng)的類型分類2）半閉環(huán)數(shù)控機床這類數(shù)控機床是在進給電動機的軸端安裝角位移測量元件，通過測量電動機軸的旋轉角位移并經(jīng)過一定的換算來代替測量工作臺的直線位移。這類系統(tǒng)未將絲桿螺母副、齒輪傳動副等傳動誤差包含在控制系統(tǒng)中，其精度介于開環(huán)和閉環(huán)之間，但調(diào)試比較方便，應用比較廣泛。位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅動檢測與反饋單元位置控制單元速度控制單元++--電機機械執(zhí)行部件實際位置反饋實際速度反饋第二十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六222023/5/313.2按進給伺服系統(tǒng)的類型分類3）閉環(huán)數(shù)控機床這類機床帶有檢測裝置，直接對工作臺的位移量進行測量。該系統(tǒng)可以消除包括工作臺傳動鏈在內(nèi)的運動誤差，定位精度高，調(diào)節(jié)速度快。但調(diào)試工作比較困難，制造成本高。適用于精度要求很高的數(shù)控機床。位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅動檢測與反饋單元位置控制單元速度控制單元++--電機機械執(zhí)行部件實際位置反饋實際速度反饋第二十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六232023/5/313.3按數(shù)控系統(tǒng)功能水平分類1）經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)又稱簡易數(shù)控系統(tǒng)2）普及型又稱全功能數(shù)控系統(tǒng)3）高檔型數(shù)控系統(tǒng)

第二十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六242023/5/313.3按數(shù)控系統(tǒng)功能水平分類檔次功能水平指標低檔中檔高檔分辨率（μｍ）1010.1進給速度（m/min）8~1515~2415~100伺服系統(tǒng)類型開環(huán)、步進電機半閉環(huán)或閉環(huán)、直流或交流伺服系統(tǒng)聯(lián)軸功能≤２軸３～５軸通信能力無RS-232C或直接數(shù)控接口遵循自動化協(xié)議，具有連網(wǎng)功能顯示功能數(shù)碼管顯或單顯CRT較齊全的CRT顯示（文字、二維圖象等）三維圖顯，圖形編程等內(nèi)裝ＰＬＣ與否無有主ＣＰＵ8bitCPU16bit、32bit第二十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六252023/5/311）硬件式數(shù)控機床，即NC機床。這類數(shù)控系統(tǒng)的輸入、插補運算、控制等功能均由集成電路或分立元件等器件實現(xiàn)。一般來說，數(shù)控機床不同，其控制電路也不同，因此系統(tǒng)的通用性較差，因其全部由硬件組成，所以功能和靈活性也較差。這類系統(tǒng)在70年代以前應用得比較廣泛。

2）軟件式數(shù)控機床，即CNC機床。這類系統(tǒng)利用中、大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路組成CNC裝置，或用微機與專用集成芯片組成，其主要的數(shù)控功能幾乎全由軟件來實現(xiàn)，對于不同的數(shù)控機床，只須編制不同的軟件就可以實現(xiàn)，而硬件幾乎可以通用。因而靈活性和適應性強，也便于批量生產(chǎn)，模塊化的軟、硬件，提高了系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性。所以，現(xiàn)代數(shù)控機床都采用CNC裝置。3.4按數(shù)控裝置類型分類第二十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六262023/5/31

1）金屬切削類機床。如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控鏜床等。

2）金屬成型類機床。如數(shù)控折彎機、數(shù)控彎管機、數(shù)控回轉頭壓力機等。

3）數(shù)控特種加工機床。如數(shù)控線切割機床、數(shù)控電火花加工機床、數(shù)控激光切割機床等。

4）其他類型的數(shù)控機床。如火焰切割機、數(shù)控三坐標測量機等。3.4按加工方式分類第二十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六272023/5/31

數(shù)控系統(tǒng)的主要任務是進行刀具和工件之間相對運動的控制。四數(shù)控機床的工作過程第二十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六282023/5/31四數(shù)控機床的工作過程1）在接通電源后，數(shù)控裝置和可編程控制器都將對數(shù)控系統(tǒng)各組成部分的工作狀態(tài)進行檢查和診斷，并設置初態(tài)。

2）當數(shù)控系統(tǒng)具備了正常工作的條件時，開始進行加工控制信息的輸入。

3）輸入實際使用刀具的參數(shù)，及實際工件原點相對機床原點的坐標位置。

4）對輸入的加工控制信息進行預處理，即進行譯碼和預計算（刀補計算、坐標變換等）。第二十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六292023/5/31四數(shù)控機床的工作過程5）要產(chǎn)生的運動軌跡在幾何數(shù)據(jù)中由各曲線段起、終點及其連接方式（如直線和圓弧等）等主要幾何數(shù)據(jù)給出，數(shù)控裝置中的插補器能根據(jù)已知的幾何數(shù)據(jù)進行插補處理。

6）由數(shù)控裝置發(fā)出的開關命令在系統(tǒng)程序的控制下，在各加工程序段插補處理開始前或完成后，適時輸出給機床控制器。

7）在機床的運行過程中，數(shù)控系統(tǒng)要隨時監(jiān)視數(shù)控機床的工作狀態(tài)，通過顯示部件及時向操作者提供系統(tǒng)工作狀態(tài)和故障情況。第二十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六302023/5/31四數(shù)控機床的工作過程插補運算所謂插補運算，就是在工件輪廓的某起始點和終點坐標點之間進行“數(shù)據(jù)密化”，求取中間值的數(shù)值計算，又稱脈沖分配計算。其基本單位是脈沖當量，即一個進給脈沖所產(chǎn)生的坐標移動量。普通機床通常為0.01mm，較為精密的為0.001mm。在插補運算過程中，運算器不斷通過輸出裝置，以增量方式向各個坐標的伺服單元分配進給脈沖，控制刀具相對于工件做連續(xù)運動，插補運算的宗旨是通過給定的基點坐標，以一定的速度連續(xù)給出一系列中間點而這些中間點的坐標值是通過各坐標的伺服單元的驅動脈沖數(shù)表示的，是以一定精度逼近給定的輪廓線的。

第三十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六312023/5/31五對維修人員的素質(zhì)要求

數(shù)控設備是技術密集型和知識密集型機電一體化產(chǎn)品，其技術先進、結構復雜、價格昂貴,在生產(chǎn)上往往起著關鍵作用，因此對維修人員有一定的要求。1.專業(yè)知識面廣

a.掌握或了解計算機原理、電子技術、電工原理、自動控制與電機拖動、檢測技術、機械傳動及機加工工藝方面的基礎知識。

b.既要懂電、又要懂機。電包括強電和弱電；機包括機、液、氣。維修人員還必須經(jīng)過數(shù)控技術方面的專門學習和培訓，掌握數(shù)字控制、伺服驅動及PLC的工作原理，懂得NC和PLC編程。第三十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六322023/5/31五對維修人員的素質(zhì)要求2.具有專業(yè)英語閱讀能力。3.勤于學習，善于分析。4.有較強的動手能力和實驗技能。5.應會使用維修所必需的工具、儀表和儀器。6.膽大心細。第三十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六332023/5/316.1必備的維修工具1.測量儀器、儀表萬用表數(shù)字轉速表示波器相序表常用的長度測量工具

2.維修工具鉗類工具：常用的是平頭鉗、尖嘴鉗、斜口鉗、剝線鉗。扳手：大小活絡扳手、各種尺寸的內(nèi)六角扳手。其他：電烙鐵、吸錫器、螺絲刀；剪刀、鑷子、刷子、吹塵器、清洗盤、帶鱷魚鉗連接線等。3.化學用品松香、純酒精、清潔觸點用噴劑、潤滑油等。六必要的維修用器具及資料準備第三十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六342023/5/31

維修工作做得好壞，排除故障的速度快慢，主要決定于維修人員對系統(tǒng)的熟悉程度和運用技術資料的熟練程度。1.數(shù)控裝置部分

1）數(shù)控裝置安裝、使用（包括編程）、操作和維修方面的技術說明書。

2）系統(tǒng)參數(shù)的意義及其設定方法。

3）裝置的自診斷功能和報警清單。

4)裝置接口的分配及其含義等等。6.2必要的技術資料和技術準備第三十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六352023/5/312.PLC裝置部分1）PLC裝置及其編程器的連接、編程、操作方面的技術說明書。2）PLC用戶程序清單或梯形圖。3）I/O地址及意義清單。4）報警文本以及PLC的外部連接圖。6.2必要的技術資料和技術準備第三十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六362023/5/313.伺服單元

1）進給和主軸伺服單元原理、連接、調(diào)整和維修方面的技術說明書.其中包括伺服單元的電氣原理框圖和接線圖，主要故障的報警顯示，重要的調(diào)整點和測試點。

2）伺服單元參數(shù)的意義和設置。6.2必要的技術資料和技術準備第三十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六372023/5/314.機床部分

1）機床安裝、使用、操作和維修方面的技術說明書，其中包括機床的操作面板布置及其操作，機床電氣原理圖、布置圖以及接線圖。

2）機床的液壓回路圖和氣動回路圖。6.2必要的技術資料和技術準備第三十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六382023/5/315.其他相關資料

1）有關元器件方面的技術資料，如數(shù)控設備所用的元器件清單，備件清單以及各種通用的元器件手冊。維修人員應熟悉各種常用的元器件。

2）做好數(shù)據(jù)和程序的備份十分重要。

3）故障維修記錄是一份十分有用的技術資料。6.2必要的技術資料和技術準備第三十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六392023/5/31數(shù)控機床的維護主要包括預防性維護和日常維護。7.1預防性維護的重要性每臺機床數(shù)控系統(tǒng)在運行一定時間之后，某些元器件或機械部件難免出現(xiàn)一些損壞或故障現(xiàn)象，問題在于對這種高精度、高效益且又昂貴的設備，如何延長元器件的壽命和零部件的磨損周期，預防各種故，特別是將惡性事故消滅在萌芽狀態(tài)，從而提高系統(tǒng)的平均無故障工作時間和使用壽命，一個重要方面是要作好預防性維護。七.數(shù)控機床的維護第三十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六402023/5/31

數(shù)控機床通常是一個企業(yè)的關鍵設備，有時在運行中出現(xiàn)了一些不正?，F(xiàn)象，如級別較低的報警，雖然不影響一時運行，但如果怕停機影響生產(chǎn)，不及時進行維護和排除，而讓其長時間“帶病”工作，必然會造成“小病不治，大病吃苦”的后果。例如：有些地區(qū)電網(wǎng)質(zhì)量差，電壓波動大，常造成數(shù)控系統(tǒng)跳閘。有些使用者對此現(xiàn)象并不重視，讓系統(tǒng)繼續(xù)在惡劣的供電環(huán)境中運行，最后造成主要模塊燒壞的嚴重后果。總之，做好預防性維護工作是使用好數(shù)控機床的一個重要環(huán)節(jié)，數(shù)控維修人員、操作人員及管理人員應共同做好這項工作。七.數(shù)控機床的維護第四十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六412023/5/31預防性維護工作的主要內(nèi)容數(shù)控系統(tǒng)的維護保養(yǎng)的具體內(nèi)容，在機床的使用和維修手冊中通常都作了規(guī)定，下面簡要介紹幾點需要注意的重要事項。

1.專職點檢，負責對機床的關鍵部位和重要部位按周期進行重點點檢和設備狀態(tài)檢測與故障診斷，制定點檢計劃，做好診斷記錄，分析維修結果，提出改善設備維護管理的建議。

2.日常點檢，負責對機床的一般部位進行點檢，處理和檢查機床在運行過程中出現(xiàn)的故障。

3.生產(chǎn)點檢，負責對生產(chǎn)運行中的數(shù)控機床進行點檢，并負責潤滑、緊固等工作。七.數(shù)控機床的維護