數(shù)控機(jī)床維修培訓(xùn)(一)課件

《數(shù)控機(jī)床維修》培訓(xùn)師：韋子堅(jiān)

2011年6月10日課程大綱一、數(shù)控系統(tǒng)介紹二、數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)三、數(shù)控機(jī)床維修四、數(shù)控機(jī)床維護(hù)保養(yǎng)培訓(xùn)目的學(xué)習(xí)掌握數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)原理及維修維護(hù)基礎(chǔ)知識(shí)，提高維修技能及設(shè)備保障能力。

一、數(shù)控系統(tǒng)介紹概念數(shù)字控制（NumericalControl）

是近代發(fā)展起來的一種自動(dòng)控制技術(shù)，是指用數(shù)字量的形式發(fā)出指令并實(shí)現(xiàn)控制的技術(shù)，簡(jiǎn)稱數(shù)控（NC）。

數(shù)控機(jī)床

隨著微型計(jì)算機(jī)出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)數(shù)字控制機(jī)床CNC(Computernumericalcontrol)隨之產(chǎn)生并得到廣泛應(yīng)用，它是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號(hào)指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機(jī)床動(dòng)作并加工零件。數(shù)控機(jī)床的控制,主要包括以下幾方面內(nèi)容:（1）刀具運(yùn)動(dòng)軌跡控制。（2）主軸轉(zhuǎn)速控制。（3）輔助動(dòng)作控制。（4）各動(dòng)作的先后順序控制。數(shù)控機(jī)床的主要構(gòu)件2023/7/28伺服控制系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)、用途數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是:能夠加工高精度復(fù)雜形狀的零件；減輕人的勞動(dòng)量；得到穩(wěn)定的加工品質(zhì)和較高的效率；主要用途如下：

1.金屬切削用：孔加工、攻絲、鏜削、銑削、車削、切螺紋、切平面、輪廓加工、雕模、坐標(biāo)鏜削、平面磨削、軋輥磨削等等。2.用于線切割電加工機(jī)床

3.用于沖孔、金屬成形、沖壓、步?jīng)_、彎管等

4.用于產(chǎn)業(yè)機(jī)器人

5.用于塑料成形機(jī)

6.用于測(cè)量、檢測(cè)曲面，測(cè)量平面坐標(biāo)

7.用于應(yīng)用領(lǐng)域：激光加工機(jī)、氣體切割機(jī)、焊接機(jī)、制圖機(jī)、印刷機(jī)、產(chǎn)業(yè)用機(jī)器人、注塑機(jī)等

數(shù)控機(jī)床的分類

一、依運(yùn)動(dòng)方式來分1、點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床2、直線控制數(shù)控機(jī)床3、輪廓控制數(shù)控機(jī)床二、按伺服控制方式分1、開環(huán)控制系統(tǒng)2、閉環(huán)控制系統(tǒng)3、半環(huán)控制系統(tǒng)三、按工藝用途分1、金屬切削類數(shù)控機(jī)床2、金屬成型類數(shù)控機(jī)床3、數(shù)控特種加工類機(jī)床4、其他類型數(shù)控機(jī)床CNC輸出位置控制單元速度控制執(zhí)行電動(dòng)機(jī)工作臺(tái)測(cè)量反饋單元半閉環(huán)編碼器閉環(huán)光柵尺數(shù)控程序編碼器和光柵尺是一種位置檢測(cè)元件是數(shù)控機(jī)床的一種重要的組成部分它的主要作用是檢測(cè)位移量并發(fā)出反饋信號(hào)與數(shù)控裝置與數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號(hào)相比較若有偏差，經(jīng)放大后控制執(zhí)行部件使其向著消除偏差的方向運(yùn)動(dòng)直到偏差為零位止。開環(huán)、半閉環(huán)、閉環(huán)系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的主要性能指標(biāo)定位精度：定位精度是機(jī)床工作臺(tái)等移動(dòng)部件在確定的終點(diǎn)所能達(dá)到的實(shí)際位置的精度。其誤差是機(jī)床的定位誤差。重復(fù)定位精度：指在同一臺(tái)數(shù)控機(jī)床上，應(yīng)用相同的程序相同的代碼加工一批零件所能達(dá)到的連續(xù)結(jié)果的一致程度。其誤差為重復(fù)定位誤差。分度精度：分度精度是指分度工作臺(tái)在分度時(shí)，理論要求回轉(zhuǎn)的角度值和實(shí)際的角度的差值。其誤差為分度誤差。分辨率與脈沖當(dāng)量：是指數(shù)控機(jī)床所能反映到的機(jī)床移動(dòng)部件上的最小移動(dòng)量。即最小脈沖當(dāng)量。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展一、數(shù)控裝置的發(fā)展1、1952年試制成功世界第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，第一代數(shù)控裝置（采用電子管元件）；2、1974年，美、日等國(guó)先后研制出以微處理器為核心的數(shù)控裝置并得到廣泛應(yīng)用；二、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展1、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；2、電液脈沖馬達(dá)驅(qū)動(dòng)；3、直流伺服系統(tǒng)；4、交流數(shù)字伺服系統(tǒng)；數(shù)控機(jī)床的控制原理

系統(tǒng)架構(gòu)圖

X信號(hào)：由MT側(cè)輸出給PLC側(cè)的I/P信號(hào)X點(diǎn)是機(jī)床實(shí)際狀況，是機(jī)床上的各檢知開關(guān)檢測(cè)結(jié)果的反映Y信號(hào)：由PLC側(cè)輸出給MT側(cè)的O/P信號(hào)Y點(diǎn)是由PLC輸出給機(jī)床側(cè)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床給部份動(dòng)作的信號(hào)，也就是周邊強(qiáng)電部份動(dòng)作的反映

F信號(hào)：由CNC側(cè)輸出給PLC側(cè)的狀態(tài)信號(hào)

G信號(hào)：由PLC側(cè)輸出給CNC側(cè)的功能信號(hào)

例：切削液馬達(dá)控制

當(dāng)按操作面板切削液馬達(dá)開時(shí)，PLC就會(huì)接收到一個(gè)X點(diǎn)信號(hào)，經(jīng)處理后就會(huì)輸出一個(gè)G功能信號(hào)給NC，然后NC會(huì)對(duì)其信號(hào)進(jìn)行處理，接下來就會(huì)輸出個(gè)F狀態(tài)信號(hào)給PLC，最后PLC就會(huì)輸出個(gè)Y信號(hào)給控制切削液馬達(dá)的繼電器，繼電器吸合后，馬達(dá)得電就開始運(yùn)轉(zhuǎn)。M06解碼（PlcNc）Y指令繼電器接觸器電機(jī)被控對(duì)象DC24vAC110vAC220vFANUC0i系統(tǒng)配置圖常見數(shù)控系統(tǒng)

常用的系統(tǒng)有FANUC（發(fā)那科）、MELDAS（三菱）及SIEMENS（西門子）三種，各種系統(tǒng)根據(jù)不同的消費(fèi)群體又區(qū)分出高、中、低檔的產(chǎn)品。情況如下所示：

FANUC0iMC系統(tǒng)FANUCSeries0iMODELC是最在可控制4軸具備可靠度高、超小型的CNC。最大控制軸數(shù)4最大控制主軸馬達(dá)數(shù)2適用伺服馬達(dá)αis,βis系列顯示器7.2“單色LCD/MDI8.4”彩色LCD/MDI(水平/垂直）PCMCIA介面位于顯示器旁用記憶卡作DNC傳輸利用ServoGuide做伺服調(diào)整很容易操作簡(jiǎn)單的程式編輯軟體MANUALGUIDE0iAI輪廓控制立式加工中心標(biāo)準(zhǔn)控制軸數(shù)為三軸（即X軸、Y軸、Z軸），可追加第四軸（多為旋轉(zhuǎn)軸—B軸）。因系統(tǒng)的不同所實(shí)現(xiàn)的聯(lián)動(dòng)軸數(shù)也就不同，標(biāo)準(zhǔn)為三軸三聯(lián)動(dòng)。

適用于：精密、復(fù)雜零件加工；周期性重復(fù)投產(chǎn)零件加工；多工位、多工序集中的零件加工；具有適當(dāng)批量的零件加工等。主要加工對(duì)象：

1.箱體類零件

2.復(fù)雜曲面

3.異形件

4.盤、套、板類零件加工中心的應(yīng)用范圍、加工對(duì)象

主要加工對(duì)象加工中心加工方式銑削加工

鉆削加工

螺紋加工

CNC車床標(biāo)準(zhǔn)控制軸數(shù)為二軸（即X軸、Z軸），標(biāo)準(zhǔn)為二軸二聯(lián)動(dòng)加工范圍一般用于加工軸類零件加工時(shí)狀態(tài)為工件旋轉(zhuǎn)，刀具移動(dòng)，鉆孔軸為Z軸。

二、數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)CNC車床結(jié)構(gòu)車床主軸車床刀盤CNC加工中心

NC加工中心其實(shí)就是內(nèi)裝計(jì)算機(jī)、備有自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，其控制系統(tǒng)能控制機(jī)床自動(dòng)換刀，連續(xù)地按一定程序?qū)Ω鱾€(gè)加工面自動(dòng)地完成銑削、鏜削、鉆孔、攻絲等多工序加工的數(shù)控機(jī)床。

加工中心結(jié)構(gòu)系統(tǒng)整機(jī)架構(gòu)主軸ATC進(jìn)給系統(tǒng)油壓?jiǎn)卧獨(dú)鈮簡(jiǎn)卧獫?rùn)滑單元防護(hù)單元排屑機(jī)：刮板式和螺旋式

整機(jī)架構(gòu)支撐各機(jī)構(gòu)及工件的機(jī)構(gòu)。含：立柱、底座、鞍座、工作臺(tái)、主軸頭。底座：整臺(tái)機(jī)床的主體，支撐著機(jī)臺(tái)的所有重量。2023/7/28

鞍座:下面連接著底座，上面連接工作臺(tái)，用于實(shí)現(xiàn)Y軸移動(dòng)等功能。鞍座底座工作臺(tái)2023/7/28工作臺(tái)：下面連接著鞍座，表面擺放工件、夾具及第四軸等，用于實(shí)現(xiàn)X軸的移動(dòng)等功能。2023/7/28

立柱：下面連接底座，硬軌或線軌連接主軸頭，上面固定配重?fù)?dān)架、導(dǎo)鏈條及配重塊，側(cè)面還連接刀庫(kù)。2023/7/28

主軸頭：下面與立柱的硬軌或線軌，內(nèi)部裝有主軸，上面還固定主軸馬達(dá)、主軸松刀裝置，用于實(shí)現(xiàn)Z軸移動(dòng)、主軸旋轉(zhuǎn)等功能。

2023/7/28主軸部分基本功能：夾持刀具作旋轉(zhuǎn)來切除工件材料。重要元件：主軸本體、軸承組合、刀具夾持系統(tǒng)。

2023/7/28軸承組合：支持主軸，并限制位移，使主軸繞固定旋轉(zhuǎn)中心運(yùn)動(dòng)，此外提供足夠界面剛性，使主軸承受切削力。刀具夾持系統(tǒng)：利用并串聯(lián)盤形彈簧組合經(jīng)拉桿，瓣爪拉住刀柄螺栓，使刀具斜面與主軸內(nèi)孔斜面緊密接觸，形成足夠的界面剛性。

拉刀組件主軸傳動(dòng)方式皮帶式：通過皮帶傳動(dòng)齒輪式：帶有變速齒輪直接式：由主軸電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)電主軸傳動(dòng)分類優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)皮帶式噪音低，組裝、維護(hù)容易，成本低傳動(dòng)系統(tǒng)擾性大，扭轉(zhuǎn)剛性低，皮帶拉力易使后端主軸溫升加大，受皮帶限制無法高速運(yùn)轉(zhuǎn)，過負(fù)荷切削易使皮帶打滑齒輪式扭轉(zhuǎn)剛性大，能承受低速高扭力負(fù)載，適合低速大轉(zhuǎn)矩加工效率差，傳動(dòng)功率損耗大，噪音大，油污染，高速受限制，成本高加工中心主軸減速機(jī)CTS（主軸中央給水單元）：切削過程中，高壓切削液（最高可達(dá)到100bar）從主軸中心進(jìn)入，經(jīng)刀柄螺栓，刀柄，刀具后噴射在工件上。其最大效用是能用在硬材加工，大幅提升切削效率。Distributor分配器LubricatorCTScoolantCooler冷卻系統(tǒng)油氣潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)：冷卻軸承及馬達(dá)線圈溫升。

ATC刀庫(kù)形式斗笠式圓盤式鏈條式可容納刀具數(shù)目16－2420－3030－120須搭配換刀機(jī)構(gòu)否是是機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單復(fù)雜難度較高必須倒刀否是不一定

成本低中高骨體使工作空間變小整機(jī)高度較高大速度慢快快適用機(jī)種立式、龍門、臥式頂置式立式立式、臥式、五面、五軸龍門2023/7/28斗笠式、斗笠式刀褲

斗笠式刀庫(kù)圓盤式刀庫(kù)

2023/7/28鏈條式刀庫(kù)換刀機(jī)構(gòu)動(dòng)作原理A‘點(diǎn)A點(diǎn)搖臂插拔刀同步打刀換刀機(jī)構(gòu)進(jìn)給系統(tǒng)滾珠螺桿軸承馬達(dá)座導(dǎo)軌2023/7/28滾珠絲桿副直線導(dǎo)軌副氣壓軸承：高速、輕切削，適合小孔徑鉆孔機(jī)、雕刻機(jī)。磁氣軸承：高速、輕切削，適合小孔徑鉆孔機(jī)、雕刻機(jī)。鋼珠/陶珠軸承：一般切削加工使用，適合MC和CNC車床，切削能力從低速重切削到高速輕切削均可。馬達(dá)座導(dǎo)軌的用途導(dǎo)軌的功能是用來導(dǎo)向與承載。導(dǎo)向的功能—使移動(dòng)件沿單一自由度運(yùn)動(dòng)，以保證單一方向的導(dǎo)向性。承載的功能—是支撐移動(dòng)件的重量，避免撓曲變形。導(dǎo)軌(線性滑軌)線軌的構(gòu)造導(dǎo)軌(方形硬軌)導(dǎo)軌特性比較導(dǎo)軌形式特性

滑動(dòng)導(dǎo)軌

(硬軌)1.可承受重負(fù)荷2.阻尼效果較佳3.對(duì)灰塵介入的忍受性較高4.摩擦系數(shù)大，容易產(chǎn)生遲滯現(xiàn)象5.需要完善的潤(rùn)滑系統(tǒng)

滾動(dòng)導(dǎo)軌

(線軌)1.體積小2.摩擦系數(shù)小，沒有遲滯現(xiàn)象3.潤(rùn)滑簡(jiǎn)單4.可高速移動(dòng)5.阻尼效果差6.對(duì)灰塵介入較敏感2023/7/28風(fēng)壓電磁閥組：

利用風(fēng)壓來控制、實(shí)現(xiàn)機(jī)床部分功能的裝置，如刀套上下、主軸夾松刀、主軸旋轉(zhuǎn)吹氣……等等功能氣壓?jiǎn)卧獨(dú)鈮浩胶飧子脕韺?shí)現(xiàn)機(jī)床換刀6—8公斤氣壓的平穩(wěn)。電氣箱：機(jī)臺(tái)電路的控制中心,由NC控制器、電源供應(yīng)器、主軸放大器、伺服放大器、強(qiáng)電板、轉(zhuǎn)接板、小變壓器等等元?dú)饧M成。2023/7/28NC控制器：類似于電腦的主機(jī)，可進(jìn)行處理、計(jì)算、轉(zhuǎn)換、輸入輸出各種信號(hào)，以及存儲(chǔ)系統(tǒng)資料、用戶資料……等等FANUCOI三菱2023/7/28電源模塊：先將3相220V的交流電源，整流為2相300V直流電源，然后再將300V直流電源通過短接銅片傳輸給下一個(gè)伺服單元。（提供伺服驅(qū)動(dòng)電源及工作電源）2023/7/28伺服放大器：通過伺服馬達(dá)編碼的脈沖信號(hào)經(jīng)伺服放大器放大轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)值信號(hào)，再經(jīng)由NC控制器處理，然后再由放大器又轉(zhuǎn)為脈沖信號(hào)，以達(dá)到控制伺服軸運(yùn)動(dòng)的裝置。FANUCOI三菱2023/7/28I/O板：控制信號(hào)輸入輸出的裝置，也是指INPUT、OUPUT的含義2023/7/28轉(zhuǎn)接板：與NC輸入輸出、外圍線路連接時(shí)，信號(hào)線PIN口與接點(diǎn)的轉(zhuǎn)換裝置，以集成形式制定的電路板，以簡(jiǎn)化線路。2023/7/28加工中心外觀結(jié)構(gòu)操作箱：用于控制、執(zhí)行、監(jiān)視機(jī)床的狀態(tài)動(dòng)作的裝置，由顯示器、操作面板、電源開關(guān)…等等組成操作箱2023/7/28FANUC系統(tǒng)操作面板西門子系統(tǒng)操作面板手輪：用于慢速控制軸向移動(dòng)的裝置,最小移動(dòng)單位是0.001mm。

手輪2023/7/28驅(qū)動(dòng)馬達(dá)主軸馬達(dá)：受主軸放大器控制,來實(shí)現(xiàn)主軸正反轉(zhuǎn)的功能。2023/7/28伺服馬達(dá)：受伺服放大器控制，來實(shí)現(xiàn)伺服軸X、Y、Z、B軸移動(dòng)的功能。2023/7/28液壓站：實(shí)現(xiàn)油壓控制機(jī)械動(dòng)作的裝置，如第四軸夾