數(shù)控車床的組成及工作原理

數(shù)控車床的構成及工作原理1.數(shù)控車床的構成雖然數(shù)控車床種類較多，但一般均由車床主體、數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng)三大部分構成。圖12-3是數(shù)控車床的基本構成方框圖。圖12-3數(shù)控車床的基本構成方框圖（1）車床主體除了基本保持一般車床老式布局形式的部分經(jīng)濟型數(shù)控車床外，目前大部分數(shù)控車床均已通過專門設計并定型生產(chǎn)。1）主軸與主軸箱a）主軸數(shù)控車床主軸的回轉(zhuǎn)精度，直接影響到零件的加工精度；其功率大小、回轉(zhuǎn)速度影響到加工的效率；其同步運行、自動變速及定向準停等規(guī)定，影響到車床的自動化程度。b）主軸箱具有有級自動調(diào)速功能的數(shù)控車床，其主軸箱內(nèi)的傳動機構已經(jīng)大大簡化；具有無級自動調(diào)速(包括定向準停)的數(shù)控車床，起機械傳動變速和變向作用的機構已經(jīng)不復存在了，其主軸箱也成了"軸承座"及"潤滑箱"的代名詞；對于改造式(具有手動操作和自動控制加工雙重功能)數(shù)控車床，則基本上保留其原有的主軸箱。2）導軌數(shù)控車床的導軌是保證進給運動精確性的重要部件。它在很大程度上影響車床的剛度、精度及低速進給時的平穩(wěn)性，是影響零件加工質(zhì)量的重要原因之一。除部分數(shù)控車床仍沿用老式的滑動導軌(金屬型)外，定型生產(chǎn)的數(shù)控車床已較多地采用貼塑導軌。這種新型滑動導軌的摩擦系數(shù)小，其耐磨性、耐腐蝕性及吸震性好，潤滑條件也比較優(yōu)越。3）機械傳動機構除了部分主軸箱內(nèi)的齒輪傳動等機構外，數(shù)控車床已在原一般車床傳動鏈的基礎上，作了大幅度的簡化。如取消了掛輪箱、進給箱、溜板箱及其絕大部分傳動機構，而僅保留了縱、橫進給的螺旋傳動機構，并在驅(qū)動電動機至絲杠間增設了(少數(shù)車床未增設)可消除其側(cè)隙的齒輪副。a）螺旋傳動機構數(shù)控車床中的螺旋副，是將驅(qū)動電動機所輸出的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成刀架在縱、橫方向上直線運動的運動副。構成螺旋傳動機構的部件，一般為滾珠絲杠副，如圖12-4所示。如圖12-4滾珠絲杠副1一螺母2一絲杠3一滾珠4一滾珠循環(huán)裝置滾珠絲杠副的摩擦阻力小，可消除軸向間隙及預緊，故傳動效率及精度高，運動穩(wěn)定，動作敏捷。但構造較復雜，制造技術規(guī)定較高，因此成本也較高。此外，自行調(diào)整其間隙大小時，難度亦較大。b）齒輪副。在較多數(shù)控車床的驅(qū)動機構中，其驅(qū)動電動機與進給絲杠間設置有一種簡樸的齒輪箱（架）。齒輪副的重要作用是，保證車床進給運動的脈沖當量符合規(guī)定，防止絲杠也許產(chǎn)生的軸向竄動對驅(qū)動電動機的不利影響。4）自動轉(zhuǎn)動刀架除了車削中心采用隨機換刀(帶刀庫)的自動換刀裝置外，數(shù)控車床一般帶有固定刀位的自動轉(zhuǎn)位刀架，有的車床還帶有多種形式的雙刀架。5）檢測反饋裝置檢測反饋裝置是數(shù)控車床的重要構成部分，對加工精度、生產(chǎn)效率和自動化程度有很大影響。檢測裝置包括位移檢測裝置和工件尺寸檢測裝置兩大類，其中工件尺寸檢測裝置又分為機內(nèi)尺寸檢測裝置和機外尺寸檢測裝置兩種。工件尺寸檢測裝置僅在少許的高檔數(shù)控車床上配用。6）對刀裝置除了很少數(shù)專用性質(zhì)的數(shù)控車床外，一般數(shù)控車床幾乎都采用了多種形式的自動轉(zhuǎn)位刀架，以進行多刀車削。這樣，每把刀的刀位點在刀架上安裝的位置，或相對于車床固定原點的位置，都需要對刀、調(diào)整和測量，并以確認，以保證零件的加工質(zhì)量。（2）數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng)數(shù)控車床與一般車床的重要區(qū)別就在于與否具有數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng)這兩大部分。假如說，數(shù)控車床的檢測裝置相稱于人的眼睛，那么，數(shù)控裝置相稱于人的大腦，伺服系統(tǒng)則相稱于人的雙手。這樣，就不難看出這兩大部分在數(shù)控車床中所處的重要位置了。a）數(shù)控裝置數(shù)控裝置的關鍵是計算機及其軟件，它在數(shù)控車床中起“指揮”作用：數(shù)控裝置接受由加工程序送來的多種信息，并經(jīng)處理和調(diào)配后，向驅(qū)動機構發(fā)出執(zhí)行命令；在執(zhí)行過程中，其驅(qū)動、檢測等機構同步將有關信息反饋給數(shù)控裝置，以便經(jīng)處理后發(fā)出新的執(zhí)行命令。b）伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)精確地執(zhí)行數(shù)控裝置發(fā)出的命令，通過驅(qū)動電路和執(zhí)行元件（如步進電機等），完畢數(shù)控裝置所規(guī)定的多種位移。2.數(shù)控車床的工作過程數(shù)控車床的工作過程如圖12-5所示。圖12-5數(shù)控車床的工作過程（1）首先根據(jù)零件加工圖樣進行工藝分析，確定加工方案、工藝參數(shù)和位移數(shù)據(jù)。（2）用規(guī)定的程序代碼和格式規(guī)則編寫零件加工程序單；或用自動編程軟件進行CAD/CAM工作，直接生成零件的加工程序文獻。（3）將加工程序的內(nèi)容以代碼形式完整記錄在信息介質(zhì)（如穿孔帶或磁帶）上。（4）通過閱讀機把信息介質(zhì)上的代碼轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，并輸送給數(shù)控裝置。由手工編寫的程序，可以通過數(shù)控機床的操作面板輸入程序；由編程軟件生成的程序，通過計算機的串行通信接口直接傳播到數(shù)控機床的數(shù)控單元（MCU）。（5）數(shù)控裝置將所接受的信號進行一系列處理后，再將處理成果以脈沖信號形式向伺服系統(tǒng)統(tǒng)發(fā)出執(zhí)行的命令。（6）伺服系統(tǒng)接到執(zhí)行的信息指令后，立即驅(qū)動車床進給機構嚴格按照指令的規(guī)定進行位移，使車床自動完畢對應零件的加工。數(shù)控機床一般由數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)(包括伺服電機和檢測反饋裝置)、強電控制柜、機床本體和各類輔助裝置構成。(1)控制介質(zhì)控制介質(zhì)叉稱信息載體，是聯(lián)絡人與數(shù)控機床之間的中間媒介物質(zhì)。反應了數(shù)控加工中的所有信息。數(shù)控機床的加工程序可以存儲在控制質(zhì)上。常用的控制介質(zhì)有穿孔紙帶、磁帶和磁盤等。(2)輸入裝置輸^裝置的作用是將程序載體(信息載體)上的數(shù)控代碼傳遞并存人數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)。(3)數(shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)控機床的關鍵，其作用是：從內(nèi)部存儲器中取出或接受輸入裝置送來的一段或幾段數(shù)控加工程序，通過數(shù)控裝置的邏輯電路或統(tǒng)軟件進行編譯，運算處理后，輸出幾種控制信息和指令，控制機床各部分的工作，使其進行規(guī)定的有序運動和動作。(4)伺服單元和驅(qū)動裝置伺服單元是cNc和機床本體的聯(lián)絡環(huán)節(jié)，它把來自cNc裝置的微弱指令信號放大成控制驅(qū)動裝置的大功率信號。根據(jù)接受指令的不一樣，伺服單元有脈沖式和模擬式之分，而模擬式伺服單元按電源種類叉可分為直流伺服單元和交流伺服單元。伺服單元還包括位置檢測裝置。位置檢測裝置將數(shù)控機床各坐標軸的實際位移檢測出來，經(jīng)反饋系統(tǒng)反饋到機床的數(shù)控系統(tǒng)中。驅(qū)動裝置把經(jīng)放大的指令信號變?yōu)闄C械運動，通過簡樸的機械連接部件驅(qū)動機床，使工作臺精確定位或接規(guī)定的軌跡作嚴格的相對運動，最終加工出圖紙所規(guī)定的零件。和伺服單元相對應，驅(qū)動裝置有步進電機、直流伺服電機和交流伺服電機等。伺服單元和驅(qū)動裝置可臺稱為伺服驅(qū)動系統(tǒng)，它是機床工作的動力裝置。cNc裝置的指令要靠伺服驅(qū)動系統(tǒng)付諸實行，因此，伺服驅(qū)動系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要構成部分。從某種意義上說，數(shù)控機床功能的強弱重要取決于cNc裝置，而數(shù)控機床性能的好壞重要取決于伺服驅(qū)動系統(tǒng)。(5)輔助控制裝置輔助控制裝置的重要作用是接受數(shù)控裝置輸出的開關量指令信號，通過翻譯、邏輯判斷和運算，再經(jīng)功率放大后驅(qū)動對應的電器，帶動機床的機械、液壓、氣動等輔助裝置完畢指令規(guī)定的開關量動作。這些控制包括主軸運動部件的變速、換向和啟停指令．刀具的選擇和互換指令．冷卻、潤}骨裝置的啟停，工件和機床部件的松開和夾緊，分度工作臺的轉(zhuǎn)位分度等開關輔助動作。當今數(shù)控機床已廣泛采用可編程控制器作為輔助控制裝置。(6)機廉本體數(shù)控機床的本體指其機械構造宴體。它與老式的一般機床相似，但數(shù)控機床在整體布局、外觀造型、傳動機構、工具系統(tǒng)及操作機構等方面都發(fā)生了很大的變化。歸納起來重要有如下幾種方面：①采用高性能主軸及主傳動部件。②進給傳動采用高效傳動件。一般采用滾珠絲杠副、直線滾動導軌副等。◎具有完善的刀具自動互換和管理系統(tǒng)。④機床自身具有很高的動、靜剛度。⑤采用全封閉罩殼。由于數(shù)控機床是自動完畢加工的，為了操作安全等原因，一般采用移動門構造的全封閉罩殼．對機床的加工部件進行全數(shù)控機床工作原理和構造簡介伴隨科學技術的發(fā)展，機電產(chǎn)品日趨精密復雜。產(chǎn)品的精度規(guī)定越來越高、更新?lián)Q代的周期也越來越短，從而增進了現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展。尤其是宇航、軍工、造船、汽車和模具加工等行業(yè)，用一般機床進行加工（精度低、效率低、勞動度大）已無法滿足生產(chǎn)規(guī)定，從而一種新型的用數(shù)字程序控制的機床應運而生。這種機床是一種綜合運用了計算機技術、自動控制、精密測量和機械設計等新技術的機電一體化經(jīng)典產(chǎn)品。數(shù)控機床是一種裝有程序控制系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)）的自動化機床。該系統(tǒng)可以邏輯地處理具有使用號碼，或其他符號編碼指令（刀具移動軌跡信息）規(guī)定的程序。詳細地講，把數(shù)字化了的刀具移動軌跡的信息輸入到數(shù)控裝置，通過譯碼、運算，從而實現(xiàn)控制刀具與工件相對運動，加工出所需要的零件的機床，即為數(shù)控機床。1.

數(shù)控機床工作原理按照零件加工的技術規(guī)定和工藝規(guī)定，編寫零件的加工程序，然后將加工程序輸入到數(shù)控裝置，通過數(shù)控裝置控制機床的主軸運動、進給運動、更換刀具，以及工件的夾緊與松開，冷卻、潤滑泵的開與關，使刀具、工件和其他輔助裝置嚴格按照加工程序規(guī)定的次序、軌跡和參數(shù)進行工作，從而加工出符合圖紙規(guī)定的零件。2.

數(shù)控機床構造數(shù)控機床重要由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機床本體四個部分構成，如圖所示。數(shù)控機床的加工過程1）控制介質(zhì)

控制介質(zhì)以指令的形式記載多種加工信息，如零件加工的工藝過程、工藝參數(shù)和刀具運動等，將這些信息輸入到數(shù)控裝置，控制數(shù)控機床對零件切削加工。2）數(shù)控裝置

數(shù)控裝置是數(shù)控機床的關鍵，其功能是接受輸入的加工信息，通過數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件和邏輯電路進行譯碼、運算和邏輯處理，向伺服系統(tǒng)發(fā)出對應的脈沖，并通過伺服系統(tǒng)控制機床運動部件按加工程序指令運動。3）伺服系統(tǒng)

伺服系統(tǒng)由伺服電機和伺服驅(qū)動裝置構成，一般所說數(shù)控系統(tǒng)是指數(shù)控裝置與伺服系統(tǒng)的集成，因此說伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行系統(tǒng)。數(shù)控裝置發(fā)出的速度和位移指令控制執(zhí)行部件按進給速度和進給方向位移。每個進給運動的執(zhí)行部件都配置一套伺服系統(tǒng)，有的伺服系統(tǒng)尚有位置測量裝置，直接或間接測量執(zhí)行部件的實際位移量，并反饋給數(shù)控裝置，對加工的誤差進行賠償。4）機床本體

數(shù)控機床的本體與一般機床基本類似，不一樣之處是數(shù)控機床構造簡樸、剛性好，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠替代一般機床的絲杠和齒條傳動，主軸變速系統(tǒng)簡化了齒輪箱，普遍采用變頻調(diào)速和伺服控制。數(shù)控車床的刀具（1）對刀具的規(guī)定數(shù)控車床能兼作粗、精加工。為使粗加工能以較大切削深度、較大進給速度地加工，規(guī)定粗車刀具強度高、耐用度好。精車首先是保證加工精度，因此規(guī)定刀具的精度高、耐用度好。為減少換刀時間和以便對刀，應也許多地采用機夾刀。數(shù)控車床還規(guī)定刀片耐用度的一致性好，以便于使用刀具壽命管理功能。在使用刀具壽命管理時，刀片耐用度的設定原則是以該批刀片中耐用度最低的刀片作為根據(jù)的。在這種狀況下，刀片耐用度的一致性甚至比其平均壽命更重要。（2）數(shù)控車床的刀具數(shù)控車削用的車刀一般分為三類，即尖形車刀、圓弧形車刀和成型車刀。以直線形切削刃為特性的車刀一般稱為尖形車刀。此類車刀的刀尖(同步也為其刀位點)由直線形的主、副切削刃構成，如90o內(nèi)、外圓車刀，左、右端面車刀，切槽(斷)車刀及刀尖倒棱很小的多種外圓和內(nèi)孔車刀。用此類車刀加工零件時，其零件的輪廓形狀重要由一種獨立的刀尖或一條直線型主切削刃位移后得到，它與另兩類車刀加工時所得到零件輪廓形狀的原理是截然不一樣的。

圓弧形車刀是較為特殊的數(shù)控加工用車刀。其特性是，構成主切削刃的刀刃形狀為一圓度誤差或線輪廓度誤差很小的圓??；該圓弧刃每一點都是圓弧形車刀的刀尖，因此，刀位點不在圓弧上，而在該圓弧的圓心上；車刀圓弧半徑理論上與被加工零件的形狀無關，并可按需要靈活確定或測定后確認。當某些尖形車刀或成型車刀(如螺紋車刀)的刀尖具有一定的圓弧形狀時，也可作為此類車刀使用。圓弧形車刀可以用于車削內(nèi)、外表面，尤其合適于車削多種光滑連接(凹形)的成型面。成型車刀俗稱樣板車刀，其加工零件的輪廓形狀完全由車刀刀刃的形狀和尺寸決定。數(shù)控車削加工中，常見的成型車刀有小半徑圓弧車刀、非矩形車槽刀和螺紋車刀等。在數(shù)控加工中，應盡量少用或不用成型車刀，當確有必要選用時則應在工藝準備文獻或加工程序單上進行詳細闡明。

為了適應數(shù)控機床自動化加工的需要(如刀具的對刀或預調(diào)、自動換刀或轉(zhuǎn)刀、自動檢測及管理工作等)，并不停提高產(chǎn)品的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，節(jié)省刀具費用，應多使用模塊化和原則化刀具。2.

數(shù)控車床的卡盤液壓卡盤是數(shù)控車削加工時夾緊工件的重要附件，對一般回轉(zhuǎn)類零件可采用一般液壓卡盤；對零件被夾持部位不是圓柱形的零件，則需要采用專用卡盤；用棒料直接加工零件時需要采用彈簧卡盤。3.

數(shù)控車床的尾座對軸向尺寸和徑向尺寸的比值較大的零件，需要采用安裝在液壓尾架上的活頂尖對零件尾端進行支撐，才能保證對零件進行對的的加工。尾架有一般液壓尾架和可編程液壓尾座。4.

數(shù)控車床的刀架刀架是數(shù)控車床非常重要的部件。數(shù)控車床根據(jù)其功能，刀架上可安裝的刀具數(shù)量—般為8把、10把、12把或16把，有些數(shù)控車床可以安裝更多的刀具。刀架的構造形式一般為回轉(zhuǎn)式，刀具沿圓周方向安裝在刀架上，可以安裝徑向車刀、軸向車刀、鉆頭、鏜刀。車削加工中心還可安裝軸向銑刀、徑向銑刀。少數(shù)數(shù)控車床的刀架為直排式，刀具沿一條直線安裝。數(shù)控車床可以配置兩種刀架：（1）專用刀架

由車床生產(chǎn)廠商自己開發(fā)，所使用的刀柄也是專用的。這種刀架的長處是制導致本低，但缺乏通用性。（2）通用刀架

根據(jù)一定的通用原則而生產(chǎn)的刀架，數(shù)控車床生產(chǎn)廠商可以根據(jù)數(shù)控車床的功能規(guī)定進行選擇配置。5.

數(shù)控車床的銑削動力頭數(shù)控車床刀架上安裝銑削動力頭可以大大擴展數(shù)控車床的加工能力。

數(shù)控機床保養(yǎng)維修技術伴隨電子技術和自動化技術的發(fā)展，數(shù)控技術的應用越來越廣泛。以微處理器為基礎，以大規(guī)模集成電路為標志的數(shù)控設備，已在我國批量生產(chǎn)、大量引進和推廣應用，它們給機械制造業(yè)的發(fā)展發(fā)明了條件，并帶來很大的效益。但同步，由于它們的先進性、復雜性和智能化高的特點，在維修理論、技術和手段上都發(fā)生了飛躍的變化。

數(shù)控維修技術不僅是保障正常運行的前提，對數(shù)控技術的發(fā)展和完善也起到了巨大的推進作用，因此，目前它已經(jīng)成為一門專門的學科。

此外任何一臺數(shù)控設備都是一種過程控制設備，這就規(guī)定它在實時控制的每一時刻都精確無誤地工作。任何部分的故障與失效，都會使機床停機，從而導致生產(chǎn)停止。因而對數(shù)控系統(tǒng)這樣原理復雜、構造精密的裝置進行維修就顯得十分必要了。尤其對引進的CNC機床，大多花費了幾十萬到上千萬美元。在許多行業(yè)中，這些設備均處在關鍵的工作崗位，若在出現(xiàn)故障后不及時維修排除故障，就會導致較大的經(jīng)濟損失。

我們既有的維修狀況和水平，與國外進口設備的設計與制造技術水平還存在很大的差距。導致差距的原因在于：人員素質(zhì)較差，缺乏數(shù)字測試分析手段，數(shù)域和數(shù)域與頻域綜合方面的測試分析技術等有待提高等等。

下面我們從現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的基本構成入手，探討數(shù)控系統(tǒng)的診斷與維修。

1數(shù)控系統(tǒng)的構成與特點

目前世界上的數(shù)控系統(tǒng)種類繁多，形式各異，構成構造上均有各自的特點。這些構造特點來源于系統(tǒng)初始設計的基本規(guī)定和工程設計的思緒。例如對點位控制系統(tǒng)和持續(xù)軌跡控制系統(tǒng)就有截然不一樣的規(guī)定。對于T系統(tǒng)和M系統(tǒng)，同樣也有很大的區(qū)別，前者合用于回轉(zhuǎn)體零件加工，后者適合于異形非回轉(zhuǎn)體的零件加工。對于不一樣的生產(chǎn)廠家來說，基于歷史發(fā)展原因以及各自因地而異的復雜原因的影響，在設計思想上也也許各有千秋。例如，美國Dynapath系統(tǒng)采用小板構造，便于板子更換和靈活結合，而日本FANUC系統(tǒng)則趨向大板構造，使之有助于系統(tǒng)工作的可靠性，促使系統(tǒng)的平均無端障率不停提高。然而無論哪種系統(tǒng)，它們的基本原理和構成是十分相似的。一般整個數(shù)控系統(tǒng)由三大部分構成，即控制系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)和位置測量系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)按加工工件程序進行插補運算，發(fā)出控制指令到伺服驅(qū)動系統(tǒng)；伺服驅(qū)動系統(tǒng)將控制指令放大，由伺服電機驅(qū)動機械按規(guī)定運動；測量系統(tǒng)檢測機械的運動位置或速度，并反饋到控制系統(tǒng)，來修正控制指令。這三部分有機結合，構成完整的閉環(huán)控制的數(shù)控系統(tǒng)。

控制系統(tǒng)重要由總線、CPU、電源、存貯器、操作面板和顯示屏、位控單元、可編程序控制器邏輯控制單元以及數(shù)據(jù)輸入/輸出接口等構成。最新一代的數(shù)控系統(tǒng)還包括一種通訊單元，它可完畢CNC、PLC的內(nèi)部數(shù)據(jù)通訊和外部高次網(wǎng)絡的連接。伺服驅(qū)動系統(tǒng)重要包括伺服驅(qū)動裝置和電機。位置測量系統(tǒng)重要是采用長光柵或圓光柵的增量式位移編碼器。

數(shù)控系統(tǒng)的重要特點是：可靠性規(guī)定高：由于一旦數(shù)控系統(tǒng)發(fā)生故障，即導致巨大經(jīng)濟損失；有較高的環(huán)境適應能力，由于數(shù)控系統(tǒng)一般為工業(yè)控制機，其工作環(huán)境為車間環(huán)境，規(guī)定它具有在震動，高溫，潮濕以及多種工業(yè)干擾源的環(huán)境條件下工作的能力；接口電路復雜，數(shù)控系統(tǒng)要與多種數(shù)控設備及外部設備相配套，要隨時處理生產(chǎn)過程中的多種狀況，適應設備的多種工藝規(guī)定，因而接口電路復雜，并且工作頻繁。

2現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)維修工作的基本條件

2.1維修工作人員的基本條件

維修工作開展得好壞首先取決于人員條件。維修工作人員必須具有如下規(guī)定：

（1）高度的責任心與良好的職業(yè)道德；

（2）知識面廣，掌握計算機技術、模擬與數(shù)字電路基礎、自動控制與電機拖動、檢測技術及機械加工工藝方面的基礎知識與一定的外語水平；

（3）通過良好的技術培訓，掌握有關數(shù)控、驅(qū)動及PLC的工作原理，懂得CNC編程和編程語言；

（4）熟悉構造，具有試驗技能和較強的動手操作能力；

（5）掌握多種常用（尤其是現(xiàn)場）的測試儀器、儀表和多種工具。

2.2在維修手段方面應具有的條件

（1）準備好常用備品、配件；

（2）隨時可以得到微電子元器件的實際支援或供應；

（3）必要的維修工具、儀器、儀表、接線、微機。最佳有小型編程系統(tǒng)或編程器，用以支援設備調(diào)試；

（4）完整資料、手冊、線路圖、維修闡明書（包括CNC操作闡明書）以及接口、調(diào)整與診斷、驅(qū)動闡明書，PLC闡明書（包括PLC顧客程序單），元器件表格等。

2.3維修前的準備

接到顧客的直接規(guī)定后，應盡量直接與顧客聯(lián)絡，以便盡快地獲取現(xiàn)場信息、現(xiàn)場狀況及故障信息。如數(shù)控機床的進給與主軸驅(qū)動型號、報警指示或故障現(xiàn)象、顧客現(xiàn)場有無備件等。據(jù)此預先分析也許出現(xiàn)的故障原因與部位，而后在出發(fā)到現(xiàn)場之前，準備好有關的技術資料與維修服務工具、儀器備件等，做到有備而去。

3現(xiàn)場維修

現(xiàn)場維修是對數(shù)控機床出現(xiàn)的故障（重要是數(shù)控部分）進行診斷，找出故障部位，以對應的正常備件更換，使機床恢復正常運行。這過程的關鍵是診斷，即對系統(tǒng)或外圍線路進行檢測，確定有無端障，并對故障定位指出故障確實切位置。從整機定位到插線板，在某些場所下甚至定位到元器件。這是整個維修工作的重要部分。

3.1數(shù)控系統(tǒng)的故障診斷

（1）初步鑒別一般在資料較全時，可通過資料分析判斷故障所在，或采用接口信號法根據(jù)故障現(xiàn)象鑒別也許發(fā)生故障的部位，而后再按照故障與這一部位的詳細特點，逐一部位檢查，初步鑒別。在實際應用中，也許用一種措施即可查到故障并排除，有時需要多種措施并用。對多種鑒別故障點的措施的掌握程度重要取決于對故障設備原理與構造掌握的深度。

（2）報警處理①系統(tǒng)報警的處理：數(shù)控系統(tǒng)發(fā)生故障時，一般在顯示屏或操作面板上給出故障信號和對應的信息。一般系統(tǒng)的操作手冊或調(diào)整手冊中均有詳細的報警號，報警內(nèi)容和處理措施。由于系統(tǒng)的報警設置單一、齊全、嚴密、明確、維修人員可根據(jù)每一警報背面給出的信息與處理措施自行處理。②機床報警和操作信息的處理：機床制造廠根據(jù)機床的電氣特點，應用PLC程序，將某些能反應機床接口電氣控制方面的故障或操作信息以特定的標志，通過顯示屏給出，并可通過特定鍵，看到更詳盡的報警闡明。此類報警可以根據(jù)機床廠提供的排除故障手冊進行處理，也可以運用操作面板或編程器根據(jù)電路圖和PLC程序，查出對應的信號狀態(tài)，按邏輯關系找出故障點進行處理。

（3）無報警或無法報警的故障處理當系統(tǒng)的PLC無法運行，系統(tǒng)已停機或系統(tǒng)沒有報警但工作不正常時，需要根據(jù)故障發(fā)生前后的系統(tǒng)狀態(tài)信息，運用已掌握的理論基礎，進行分析，做出對的的判斷。下面論述這種故障診斷和排除措施。

故障診斷措施

常規(guī)檢查法

目測目測故障板，仔細檢查有無保險絲燒斷，元器件燒焦，煙熏，開裂現(xiàn)象，有無異物斷路現(xiàn)象。以此可判斷板內(nèi)有無過流，過壓，短路等問題。

手摸用手摸并輕搖元器件，尤其是阻容，半導體器件有無松動之感，以此可檢查出某些斷腳，虛焊等問題。

通電首先用萬用表檢查多種電源之間有無斷路，如無即可接入對應的電源，目測有無冒煙，打火等現(xiàn)象，手摸元器件有無異常發(fā)熱，以此可發(fā)現(xiàn)某些較為明顯的故障，而縮小檢修范圍。

例如：在哈爾濱某工廠排除故障時，機床的數(shù)控系統(tǒng)和PLC運行正常，但機床的液壓系統(tǒng)無法啟動，用編程器檢查PLC程序運行正常，各所需信號狀態(tài)均滿足開機條件。深入檢查中發(fā)現(xiàn)，PLC信號狀態(tài)與圖紙和設備上的標識不一致，停機拔出電路板檢查，發(fā)現(xiàn)PLC兩塊輸出板編址不對，與另兩塊位置搞錯，經(jīng)互換后，機床正常運轉(zhuǎn)。對于發(fā)生這個故障的機床所采用的SIMATIC

S5—150K可編程控制器，只要編址對的，無論將線路板的位置怎樣排列，系統(tǒng)均能正常運轉(zhuǎn)，但對應地執(zhí)行元件和信號源必須對的地對應，一旦對應錯誤就會發(fā)生故障，甚至毀壞機床。此外，根據(jù)顧客提供的故障現(xiàn)象，結合自己的現(xiàn)場觀測，運用系統(tǒng)工作原理亦可迅速做出對的判斷。

儀器測量法當系統(tǒng)發(fā)生故障后，采用常規(guī)電工檢測儀器，工具，按系統(tǒng)電路圖及機床電路圖對故障部分的電壓，電源，脈沖信號等進行實測判斷故障所在。如電源的輸入電壓超限，引起電源監(jiān)控可用電壓表測網(wǎng)絡電壓，或用電壓測試儀實時監(jiān)控以排除其他原因。如發(fā)生位置控制環(huán)故障可用示波器檢查測量回路的信號狀態(tài)，或用示波器觀測其信號輸出與否缺相，有無干擾。例如，上海某廠在排除故障中，系統(tǒng)報警，位置環(huán)硬件故障，用示波器檢查發(fā)既有干擾信號，我們在電路中用接電容的措施將其濾掉使系統(tǒng)工作正常。如出現(xiàn)系統(tǒng)無法回基準點的狀況，可用示波器檢查與否有零標識脈沖，若沒有可考慮是測量系統(tǒng)損壞。

用可編程控制器進行PLC中斷狀態(tài)分析：可編程序控制器發(fā)生故障時，其中斷原因以中斷堆棧的方式記憶。使用編程器可以在系統(tǒng)停止狀態(tài)下，調(diào)出中斷堆棧和塊堆棧，按其所指示的原因，查明故障所在。在可編程序控制器的維修中這是最常用有效和迅速的措施。

接口信號檢查：通過用可編程序控制器檢查機床控制系統(tǒng)的接口信號，并與接口手冊的對的信號相對比，亦可查出對應的故障點。

診斷備件替代法：現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)大都采用模塊化設計，按功能不一樣劃分不一樣模塊，伴隨現(xiàn)代技術的發(fā)展，電路的集成規(guī)模越來越大技術也越來越復雜，按常規(guī)措施，很難把故障定位到一種很小的區(qū)域，而一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，為了縮短停機時間，我們可以根據(jù)模塊的功能與故障現(xiàn)象，初步判斷出也許的故障模塊，用診斷備件將其替代，這樣可迅速判斷出有故障的模塊。在沒有診斷備件的狀況下可以采用現(xiàn)場相似或相容的模塊進行替代檢查，對于現(xiàn)代數(shù)控的維修，越來越多的狀況采用這種措施進行診斷，然后用備件替代損壞模塊，使系統(tǒng)正常工作。盡最大也許縮短故障停機時間，使用這種措施在操作時注意一定要在停電狀態(tài)下進行，還要仔細檢查線路板的版本，型號，多種標識，跨接與否相似，對于有關的機床數(shù)據(jù)和電位計的位置應做好記錄，拆線時應做好標志。

運用系統(tǒng)的自診斷功能判斷：現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)尤其是全功能數(shù)控具有很強的自診斷能力，通過實行時監(jiān)控系統(tǒng)各部分的工作，及時判斷故障，給出報警信息，并做出對應的動作，防止事故發(fā)生。然而有時當硬件發(fā)生故障時，就無法報警，有的數(shù)控系統(tǒng)可通過發(fā)光管不一樣的閃爍頻率或不一樣的組合做出對應的指示，這些指示配合使用就可協(xié)助我們精確地診斷出故障模板的位置。如SINUMERIK

8系統(tǒng)根據(jù)MS100

CPU板上四個指示燈和操作面板上的FAULT燈的亮滅組合就可判斷出故障位置。

上述診斷措施，在實際應用時并無嚴格的界線，也許用一種措施就能排除故障，亦也許需要多種措施同步進行。其效果重要取決于對系統(tǒng)原理與構造的理解與掌握的深度，以及維修經(jīng)驗的多少。

3.2數(shù)控系統(tǒng)的常見故障分析

根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的構成，工作原理和特點，結合我們在維修中的經(jīng)驗，將常見的故障部位及故障現(xiàn)象分析如下。

（1）位置環(huán)這是數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出控制指令，并與位置檢測系統(tǒng)的反饋值相比較，深入完畢控制任務的關鍵環(huán)節(jié)。它具有很高的工作頻度，并與外設相聯(lián)接，因此輕易發(fā)生故障。

常見的故障有：①位控環(huán)報警：也許是測量回路開路；測量系統(tǒng)損壞，位控單元內(nèi)部損壞。②不發(fā)指令就運動，也許是漂移過高，正反饋，位控單元故障；測量元件損壞。③測量元件故障，一般體現(xiàn)為無反饋值；機床回不了基準點；高速時漏脈沖產(chǎn)生報警也許的原因是光柵或讀頭臟了；光柵壞了。

（2）伺服驅(qū)動系統(tǒng)伺服驅(qū)動系統(tǒng)與電源電網(wǎng)，機械系統(tǒng)等有關聯(lián)，并且在工作中一直處在頻繁的啟動和運行狀態(tài)，因而這也是故障較多的部分。

其重要故障有：①系統(tǒng)損壞。一般由于網(wǎng)絡電壓波動太大，或電壓沖擊導致。我國大部分地區(qū)電網(wǎng)質(zhì)量不好，會給機床帶來電壓超限，尤其是瞬間超限，如無專門的電壓監(jiān)控儀，則很難測到，在查找故障原因時，要加以注意，尚有某些是由于特殊原因?qū)е碌膿p壞。如華北某廠由于雷擊中工廠變電站并竄入電網(wǎng)而導致多臺機床伺服系統(tǒng)損壞。②無控制指令，而電機高速運轉(zhuǎn)。這種故障的原因是速度環(huán)開環(huán)或正反饋。如在東北某廠，引進的西德WOTAN企業(yè)轉(zhuǎn)子銑床在調(diào)試中，機床X軸在無指令的狀況下，高速運轉(zhuǎn)，經(jīng)分析我們認為是正反饋導致的。由于系統(tǒng)零點漂移，在正反饋狀況下，就會迅速累加使電機在高速下運轉(zhuǎn)，而我們按標簽檢查線路后完全對的，機床廠技術人員認為不也許接錯，在充足分析與檢測后我們將反饋線反接，成果機床運轉(zhuǎn)正常。機床廠技術人員不得不承認德方工作失誤。尚有一例子，我們在天津某廠培訓講課時，應廠方規(guī)定對他們廠一臺自進廠后一直無法正常工作的精密磨床進行維修，其故障是：機床一啟動電機就運轉(zhuǎn)，并且越來越快，直至最高轉(zhuǎn)速。我們分析認為是由于速度環(huán)開路，系統(tǒng)漂移無法克制導致。經(jīng)檢查其原因是速度反饋線接到了地線上導致。③加工時工件表面達不到規(guī)定，走圓弧插補軸換向時出現(xiàn)凸臺，或電機低速爬行或振動，此類故障一般是由于伺服系統(tǒng)調(diào)整不妥，各軸增益系統(tǒng)不相等或與電機匹配不合適引起，處理措施是進行最佳化調(diào)整。④保險燒斷，或電機過熱，以至燒壞，此類故障一般是機械負載過大或卡死。

（3）電源部分電源是維持系統(tǒng)正常工作的能源支持部分，它失效或故障的直接成果是導致系統(tǒng)的停機或毀壞整個系統(tǒng)。一般在歐美國家，此類問題比較少，在設計上這方面的原因考慮的不多，但在中國由于電源波動較大，質(zhì)量差，還隱藏有如高頻脈沖這一類的干擾，加上人為的原因（如忽然拉閘斷電等）。這些原因可導致電源故障監(jiān)控或損壞。此外，數(shù)控系統(tǒng)部分運行數(shù)據(jù)，設定數(shù)據(jù)以及加工程序等一般存貯在RAM存貯器內(nèi)，系統(tǒng)斷電后，靠電源的后備蓄電池或鋰電池來保持。因而，停機時間比較長，拔插電源或存貯器都也許導致數(shù)據(jù)丟失，使系統(tǒng)不能運行。

（4）可編程序控制器邏輯接口數(shù)控系統(tǒng)的邏輯控制，如刀庫管理，液壓啟動等，重要由PLC來實現(xiàn)，要完畢這些控制就必須采集各控制點的狀態(tài)信息，如斷電器，伺服閥，指示燈等。因而它與外界種類繁多的多種信號源和執(zhí)行元件相連接，變化頻繁，因此發(fā)生故障的也許性就比較多，并且故障類型亦千變?nèi)f化。

（5）其他由于環(huán)境條件，如干擾，溫度，濕度超過容許范圍，操作不妥，參數(shù)設定不妥，亦也許導致停機或故障。有一工廠的數(shù)控設備，開機后很快便失去數(shù)控準備好信號，系統(tǒng)無法工作，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)機體溫度很高，原因是通氣過濾網(wǎng)已堵死，引起溫度傳感器動作，更換濾網(wǎng)后，系統(tǒng)正常工作。不按操作規(guī)程拔插線路板，或無靜電防護措施等，都也許導致停機故障甚至毀壞系統(tǒng)。

一般在數(shù)控系統(tǒng)的設計、使用和維修中，必須考慮對常常出現(xiàn)故障的部位予以報警，報警電路工作后，首先在屏幕或操作面板上給出報警信息，另首先發(fā)出保護性中斷指令，使系統(tǒng)停止工作，以便查清故障和進行維修。

3.3故障排除措施

（1）初始化復位法一般狀況下，由于瞬時故障引起的系統(tǒng)報警，可用硬件復位或開關系統(tǒng)電源依次來清除故障，若系統(tǒng)工作存貯區(qū)由于掉電，拔插線路板或電池欠壓導致混亂，則必須對系統(tǒng)進行初始化清除，清除前應注意作好數(shù)據(jù)拷貝記錄，若初始化后故障仍無法排除，則進行硬件診斷。

（2）參數(shù)更改，程序改正法系統(tǒng)參數(shù)是確定系統(tǒng)功能的根據(jù)，參數(shù)設定錯誤就也許導致系統(tǒng)的故障或某功能無效。例如，在哈爾濱某廠轉(zhuǎn)子銑床上采用了測量循環(huán)系統(tǒng)，這一功能規(guī)定有一種背景存貯器，調(diào)試時發(fā)現(xiàn)這一功能無法實現(xiàn)。檢查發(fā)現(xiàn)確定背景存貯器存在的數(shù)據(jù)位沒有設定，經(jīng)設定后該功能正常。有時由于顧客程序錯誤亦可導致故障停機，對此可以采用系統(tǒng)的塊搜索功能進行檢查，改正所有錯誤，以保證其正常運行。

（3）調(diào)整，最佳化調(diào)整法調(diào)整是一種最簡樸易行的措施。通過對電位計的調(diào)整，修正系統(tǒng)故障。如某軍工廠維修中，其系統(tǒng)顯示屏畫面混亂，經(jīng)調(diào)整后正常。在山東某廠，其主軸在啟動和制動時發(fā)生皮帶打滑，原因是其主軸負載轉(zhuǎn)矩大，而驅(qū)動裝置的斜升時間設定過小，經(jīng)調(diào)整后正常。

最佳化調(diào)整是系統(tǒng)地對伺服驅(qū)動系統(tǒng)與被拖動的機械系統(tǒng)實現(xiàn)最佳匹配的綜合調(diào)整措施，其措施很簡樸，用一臺多線記錄儀或具有存貯功能的雙蹤示波器，分別觀測指令和速度反饋或電流反饋的響應關系。通過調(diào)整速度調(diào)整器的比例系數(shù)和積分時間，來使伺服系統(tǒng)到達即有較高的動態(tài)響應特性，而又不振蕩的最佳工作狀態(tài)。在現(xiàn)場沒有示波器或記錄儀的狀況下，根據(jù)經(jīng)驗，即調(diào)整使電機起振，然后向反向慢慢調(diào)整，直到消除震蕩即可。

（4）備件替代法用好的備件替代診斷出壞的線路板，并做對應的初始化啟動，使機床迅速投入正常運轉(zhuǎn)，然后將壞板修理或返修，這是目前最常用的排故措施。

（5）改善電源質(zhì)量法目前一般采用穩(wěn)壓電源，來改善電源波動。對于高頻干擾可以采用電容濾波法，通過這些防止性措施來減少電源板的故障。

（6）維修信息跟蹤法某些大的制造企業(yè)根據(jù)實際工作中由于設計缺陷導致的偶爾故障，不停修改和完善系統(tǒng)軟件或硬件。這些修改以維修信息的形式不停提供應維修人員。以此做為故障排除的根據(jù)，可對的徹底地排除故障。

3.4維修中應注意的事項

（1）從整機上取出某塊線路板時，應注意記錄其相對應的位置，連接的電纜號，對于固定安裝的線路板，還應按前后取下對應的壓接部件及螺釘作記錄。拆卸下的壓件及螺釘應放在專門的盒內(nèi)，以免丟失，裝配后，盒內(nèi)的東西應所有用上，否則裝配不完整。

（2）電烙鐵應放在順手的前方，遠離維修線路板。烙鐵頭應作合適的修整，以適應集成電路的焊接，并防止焊接時碰傷別的元器件。

（3）測量線路間的阻值時，應斷電源，測阻值時應紅黑表筆互換測量兩次，以阻值大的為參照值。

（4）線路板上大多刷有阻焊膜，因此測量時應找到對應的焊點作為測試點，不要鏟除焊膜，有的板子所有刷有絕緣層，則只有在焊點處用刀片刮開絕緣層。

（5）不應隨意切斷印刷線路。有的維修人員具有一定的家電維修經(jīng)驗，習慣斷線檢查，但數(shù)控設備上的線路板大多是雙面金屬孔板或多層孔化板，印刷線路細而密，一旦切斷不易焊接，且切線時易切斷相鄰的線，再則有的點，在切斷某一根線時，并不能使其和線路脫離，需要同步切斷幾根線才行。

（6）不應隨意拆換元器件。有的維修人員在沒有確定故障元件的狀況下只是憑感覺那一種元件壞了，就立即拆換，這樣誤判率較高，拆下的元件人為損壞率也較高。

（7）拆卸元件時應使用吸錫器及吸錫繩，切忌硬取。同一焊盤不應長時間加熱及反復拆卸，以免損壞焊盤。

（8）更換新的器件，其引腳應作合適的處理，焊接中不應使用酸性焊油。

（9）記錄線路上的開關，跳線位置，不應隨意變化。進行兩極以上的對照檢查時，或互換元器件時注意標識各板上的元件，以免錯亂，致使好板亦不能工作。

（10）查清線路板的電源配置及種類，根據(jù)檢查的需要，可分別供電或所有供電。應注意高壓，有的線路板直接接入高壓，或板內(nèi)有高壓發(fā)生器，需合適絕緣，操作時應尤其注意。

4數(shù)控機床開機調(diào)試

數(shù)控機床是一種技術含量很高的機電儀一體化的機床，顧客買到一臺數(shù)控機床后，與否對的的安全地開機，調(diào)試是很關鍵的一步。這一步的對的與否在很大程序上決定了這臺數(shù)控機床能否發(fā)揮正常的經(jīng)濟效率以及它自身的使用壽命，這對數(shù)控機床的生產(chǎn)廠和顧客廠都是事關重大的課題。數(shù)控機床開機，調(diào)試應按下列的環(huán)節(jié)進行。

4.1通電前的外觀檢查

（1）機床電器檢查打開機床電控箱，檢查繼電器，接觸器，熔斷器，伺服電機速度，控制單元插座，主軸電機速度控制單元插座等有無松動，如有松動應恢復正常狀態(tài)，有鎖緊機構的接插件一定要鎖緊，有轉(zhuǎn)接盒的機床一定要檢查轉(zhuǎn)接盒上的插座，接線有無松動，有鎖緊機構的一定要鎖緊。

（2）CNC電箱檢查打開CNC電箱門，檢查各類接口插座，伺服電機反饋線插座，主軸脈沖發(fā)生器插座，手搖脈沖發(fā)生器插座，CRT插座等，如有松動要重新插好，有鎖緊機構的一定要鎖緊。按照闡明書檢查各個印刷線路板上的短路端子的設置狀況，一定要符合機床生產(chǎn)廠設定的狀態(tài)，確實有誤的應重新設置，一般狀況下無需重新設置，但顧客一定要對短路端子的設置狀態(tài)做好原始記錄。

（3）接線質(zhì)量檢查檢查所有的接線端子。包括強弱電部分在裝配時機床生產(chǎn)廠自行接線的端子及各電機電源線的接線端子，每個端子都要用旋具緊固一次，直到用旋具擰不動為止，各電機插座一定要擰緊。

（4）電磁閥檢查所有電磁閥都要用手推進多次，以防止長時間不通電導致的動作不良，如發(fā)現(xiàn)異常，應作好記錄，以備通電后確認修理或更換。

（5）限位開關檢查檢查所有限位開關動作的靈活及固定性與否牢固，發(fā)現(xiàn)動作不良或固定不牢的應立即處理。

（6）操作面板上按鈕及開關檢查，檢查操作面板上所有按鈕，開關，指示燈的接線，發(fā)既有誤應立即處理，檢查CRT單元上的插座及接線。

（7）地線檢查規(guī)定有良好的地線，測量機床地線，接地電阻不能不小于1Ω。

（8）電源相序檢查用相序表檢查輸入電源的相序，確認輸入電源的相序與機床上各處標定的電源相序應絕對一致。

有二次接線的設備，如電源變壓器等，必須確認二次接線的相序的一致性。要保證各處相序的絕對對的。此時應測量電源電壓，做好記錄。

4.2機床總電壓的接通

（1）接通機床總電源，檢查CNC電箱，主軸電機冷卻風扇，機床電器箱冷卻風扇的轉(zhuǎn)向與否對的，潤滑，液壓等處的油標志指示以及機床照明燈與否正常，各熔斷器有無損壞，如有異常應立即停電檢修，無異?？梢岳^續(xù)進行。

（2）測量強電各部分的電壓尤其是供CNC及伺服單元用的電源變壓器的初次級電壓，并作好記錄。

（3）觀測有無漏油，尤其是供轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)位、卡緊，主軸換檔的以及卡盤卡緊等處的液壓缸和電磁閥。如有漏油應立即停電修理或更換。

4.3CNC電箱通電

（1）按CNC電源通電按扭，接通CNC電源，觀測CRT顯示，直到出現(xiàn)正常畫面為止。假如出現(xiàn)ALARM顯示，應當尋找故障并排除，此時應重新送電檢查。

（2）打開CNC電源，根據(jù)有關資料上給出的測試端子的位置測量各級電壓，有偏差的應調(diào)整到給定值，并作好記錄。

（3）將狀態(tài)開關置于合適的位置，如日本FANUC系統(tǒng)應放置在MDI狀態(tài)，選擇到參數(shù)頁面。逐條逐位地查對參數(shù)，這些參數(shù)應與隨機所帶參數(shù)表符合。如發(fā)既有不一致的參數(shù)，應弄清各個參數(shù)的意義后再決定與否修改，如齒隙賠償?shù)臄?shù)值也許與參數(shù)表不一致，這在進行實際加工后可隨時進行修改。

（4）將狀態(tài)選擇開關放置在JOG位置，將點動速度放在最低級，分別進行各坐標正反方向的點動操作，同步用手按與點動方向相對應的超程保護開關，驗證其保護作用的可靠性，然后，再進行慢速的超程試驗，驗證超程撞塊安裝的對的性。

（5）將狀態(tài)開關置于回零位置，完畢回零操作，參照點返回的動作不完畢就不能進行其他操作。因此遇此狀況應首先進行本項操作，然后再進行第（4）項操作。

（6）將狀態(tài)開關置于JOG位置或MDI位置，進行手動變檔試驗，驗證后將主軸調(diào)速開關放在最低位置，進行各檔的主軸正反轉(zhuǎn)試驗，觀測主軸運轉(zhuǎn)的狀況和速度顯示的對的性，然后再逐漸升速到最高轉(zhuǎn)速，觀測主軸運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。

（7）進行手動導軌潤滑試驗，使導軌有良好的潤滑。

（8）逐漸變化快移超調(diào)開關和進給倍率開關，隨意點動刀架，觀測速度變化的對的性。

4.4MDI試驗

（1）測量主軸實際轉(zhuǎn)速將機床鎖住開關放在接通位置，用手動數(shù)據(jù)輸入指令，進行主軸任意變檔，變速試驗，測量主軸實際轉(zhuǎn)速，并觀測主軸速度顯示值，調(diào)整其誤差應限定在5％之內(nèi)。

（2）進行轉(zhuǎn)塔或刀座的選刀試驗其目的是檢查刀座或正、反轉(zhuǎn)和定位精度的對的性。

（3）功能試驗根據(jù)定貨的狀況不一樣，功能也不一樣，可根據(jù)詳細狀況對各個功能進行試驗。為防止意外狀況發(fā)生，最佳先將機床鎖住進行試驗，然后再放開機床進行試驗。

（4）EDIT功能試驗將狀態(tài)選擇開關置于EDIT位置，自行編制一簡樸程序，盡量多地包括多種功能指令和輔助功能指令，移動尺寸以機床最大行程為限，同步進行程序的增長，刪除和修改。

（5）自動狀態(tài)試驗將機床鎖住，用編制的程序進行空運轉(zhuǎn)試驗，驗證程序的對的性，然后放開機床，分別將進給倍率開關，迅速超調(diào)開關，主軸速度超調(diào)開關進行多種變化，使機床在上述各開關的多種變化的狀況下進行充足地運行，后將各超調(diào)開關置于100％處，使機床充足運行，觀測整機的工作狀況與否正常。

至此，一臺數(shù)控機床才算開機調(diào)試完畢。

5維修調(diào)試后的技術處理

在現(xiàn)場維修結束后，應認真填寫維修記錄，列出有關必備的備件的清單，建立顧客檔案，對于故障時間，現(xiàn)象，分析診斷措施，采用排故措施，假如有遺留問題應詳盡記錄，這樣不僅使每次故障均有據(jù)可查，并且也可以積累維修經(jīng)驗。

以上對于數(shù)控系統(tǒng)維修技術的論述，是我們幾年中近百次數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試和維修的經(jīng)驗的總結。雖然，數(shù)控系統(tǒng)種類繁多，故障千變?nèi)f化，維修措施也不盡相似，一篇短文很難盡述，不過我們?nèi)缘赴涯承┗敬胧┡c思緒寫出來，與大家交流以期能引起人們對數(shù)控系統(tǒng)維修技術的重視，維修技術的直接目的和成果是使數(shù)控系統(tǒng)恢復正常運行，從而保證生產(chǎn)的順利進行。目前在我們國家數(shù)控技術正迅速向各工業(yè)部門滲透，伴隨電子技術的發(fā)展，數(shù)控技術在國民經(jīng)濟中的地位也就隨之提高，那么對于數(shù)控技術重要構成部分—數(shù)控系統(tǒng)維修技術也應迅速適應數(shù)控技術飛速發(fā)展的規(guī)定，作為一名數(shù)控系統(tǒng)維修技術人員，就應當不停地學習和掌握新的知識與技術，尋找新的維修診斷的措施和手段，為推進數(shù)控系統(tǒng)維修技術的發(fā)展做出應有的奉獻。數(shù)控機床維修保養(yǎng)技術詳解數(shù)控技術及數(shù)控機床的應用，成功地處理了某些形狀復雜，一致性規(guī)定高的中、小批零件的自動化問題，這不僅大大提高了生產(chǎn)效率和加工精度，還減輕了工人的勞動強度，縮短了生產(chǎn)準備周期。不過，在數(shù)控車床使用過程中，數(shù)控車床難免會出現(xiàn)多種故障，因此故障的維修就成了數(shù)控車床使用者最關鍵的問題。首先銷售企業(yè)售后服務不能得到及時保證，另首先掌握某些維修技術可以迅速判斷故障所在，縮短維修時間，讓設備盡快運轉(zhuǎn)起來。在平常故障中，我們常常遇見的是刀架類、主軸類、螺紋加工類、系統(tǒng)顯示類、驅(qū)動類、通信類等故障。而刀架故障在其中占有很大比例。在這里，分類簡介一下平常工作中遇見的四工位電動刀架各類故障及對應地處理措施，但愿能給大家提供某些有益的借鑒。所用數(shù)控系統(tǒng)是廣州數(shù)控設備有限企業(yè)所生產(chǎn)的GSK系列車床數(shù)控系統(tǒng)。

故障現(xiàn)象一：電動刀架鎖不緊

故障原因

處理措施

①發(fā)信盤位置沒對正

:拆開刀架的頂蓋，旋動并調(diào)整發(fā)信盤位置，使刀架的霍爾元件對準磁鋼，使刀位停在精確位置。

②系統(tǒng)反鎖時間不夠長:調(diào)整系統(tǒng)反鎖時間參數(shù)即可（新刀架反鎖時間ｔ＝１.2ｓ即可）。

③機械鎖緊機構故障

:拆開刀架，調(diào)整機械，并檢查定位銷與否折斷.

故障現(xiàn)象二：電動刀架某一位刀號轉(zhuǎn)不停，其他刀位可以轉(zhuǎn)動

故障原因

處理措施

①此位刀的霍爾元件損壞:確認是哪個刀位使刀架轉(zhuǎn)不停，在系統(tǒng)上輸入指令轉(zhuǎn)動該刀位，用萬用表量該刀位信號觸點對+24V觸點與否有電壓變化，若無變化，可鑒定為該位刀霍爾元件損壞，更換發(fā)信盤或霍爾元件。②此刀位信號線斷路，導致系統(tǒng)無法檢測到位信號:檢查該刀位信號與系統(tǒng)的連線與否存在斷路，對的連接即可。

③系統(tǒng)的刀位信號接受電路有問題:當確定該刀位霍爾元件沒問題，以及該刀位信號與系統(tǒng)的連線也沒問題的狀況下更換主板。節(jié)省機床校準時間的測量措施常規(guī)測量數(shù)控機床位移誤差的措施是靜態(tài)的——在每次測量間隔機器要停幾秒鐘穩(wěn)定下來，然后采集定位數(shù)據(jù)。對于小間距或長行程機床的測量，這意味著需要相稱可觀的停機時間。而同樣的測量，采用不間斷的同步數(shù)據(jù)采集，僅需幾分鐘。實際上，不間斷的同步數(shù)據(jù)采集還可以測量更多的點，提供更多的細節(jié)且省時間。譬如，假如每25毫米間隔要停5秒鐘的話，1,250毫米的軸長以及5個來回的操作需要50分鐘以上的時間。

此外，靜態(tài)定位誤差一般是由于幾何尺寸、導軌以及構造剛性引起的。而一般不測量的動態(tài)定位誤差則是由伺服參數(shù)、諧振頻率以及加速度或減速度引起的。換句話說，由于機床在采集數(shù)據(jù)前停下來了，這就遺漏了伺服或動態(tài)誤差。理論上軌跡精度應當可以用動態(tài)位移誤差表來改善，而不是靜態(tài)位移誤差表。對于模具制造商來說，這一點尤其重要，由于必須要保證模具腔與多種表面構成的復雜幾何形狀完全一致。

位移測量手段

1881年Michelson發(fā)明了干涉儀。他后來在19為此獲得了諾貝爾物理獎。Michelson干涉儀用白光作光源，并用了固定和可移動的反射鏡。Michelson干涉儀通過計算干涉條紋一直被用來測量距離或比較距離。伴隨激光的發(fā)明，單頻的氦氖激光取代了白光作為光源，并用二個角錐棱鏡替代了平面鏡。

單頻的氦氖激光束被一分束器提成二束光，二分之一光束通過一可移動的角錐棱鏡，另二分之一則反射到一固定的角錐棱鏡。二反射光束回來時在分束器相遇。將所有光路精密地調(diào)準后，這二相遇的光束就互相干涉，并產(chǎn)生干涉條紋。用一小面積的光電探測器計數(shù)條紋。每一周期的強度變化表達可移動角錐棱鏡行程的半波長。假如已知激光的波長，那么可移動角錐棱鏡行程也可精確地得到。單頻干涉儀的問題是對于噪聲太敏感。因此，從移動中無法辨別電噪聲還是增益漂移。

雙頻的干涉儀使用一雙頻的氦氖激光器，將二個不一樣頻率光束混合后產(chǎn)生一載波頻率。因此，攜帶的距離信息是以交流波形式而不是直流波形式。雙頻干涉儀的問題是需要粗笨的永磁鐵以及精密的光學元件以穩(wěn)定激光頻率，保持偏振，并使回到激光諧振腔的散射光減到最小。由于該系統(tǒng)體積粗笨，并有大量的光學元件，因此測量時大部分機床需要打開機床罩。

激光多普勒校準系統(tǒng)

激光多普勒校準系統(tǒng)使用一激光多普勒位移測量儀（LDDM），該系統(tǒng)結合了微波雷達技術、多普勒效應以及光學外差技術。LDDM采用了電光、光學外差工藝及相位解調(diào)器來得到移動角錐的位置信息。

LDDM是用一氦氖激光束照射一反射鏡來測量位移的。當反射鏡移動時被反射的激光束發(fā)生頻率變化。由于被反射激光束的相位正比于反射鏡的位置，因此可以測量得到位置的變化。

對于LDDM來說，偏振及彌散光不是一種問題，也不需要精密的光學系統(tǒng)。鏡子可以隨意插入光路，簡樸的反射鏡就可以用來反射激光束到任意的角度。

怎樣使用激光多普勒校準系統(tǒng)

要校準一般或者滾珠絲桿，在軸上放一刀片，馬達驅(qū)動絲桿觸發(fā)了位置傳感器。例如可以用四個位置傳感器來采集四套每轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)。位置傳感器送出一TTL脈沖到PCMCIA卡以觸發(fā)數(shù)據(jù)采集。不間斷地采集數(shù)據(jù)的關鍵是外部觸發(fā)器和數(shù)據(jù)采集與TTL觸發(fā)脈沖同步，也即同步采集數(shù)據(jù)。用四個位置傳感器測得的經(jīng)典的滾珠絲桿的螺距誤差是每轉(zhuǎn)0.2英寸。因此在超過20英寸的絲桿上每英寸可以測20個數(shù)據(jù)。在這個例子中，熱膨脹誤差比螺距誤差小得多。

要校準數(shù)控機床的一種軸，將激光頭放置在床身上，反射鏡或者靶標被安頓在主軸上。將激光束與常規(guī)靜態(tài)的激光校準同樣調(diào)整到平行與主軸。不過與一般每走一步要停5秒鐘一直走到終點不一樣，目前將主軸調(diào)整到可以從開始一直持續(xù)移動到終點而不需要任何停止。

位置傳感器可放置在滾珠絲桿上或者滾珠絲桿的轉(zhuǎn)輪上。非接觸的觸發(fā)器固定在磁座上。觸發(fā)器的刀片放置在絲桿的轉(zhuǎn)輪上。轉(zhuǎn)輪每轉(zhuǎn)動一次，觸發(fā)信號被送到PCMCIA卡以采集數(shù)據(jù)。有某些機床觸發(fā)信號是來自機床的控制器或者編碼器的輸出。每轉(zhuǎn)4個觸發(fā)脈沖校準滾珠絲桿的示意圖試驗過程

用一帶高數(shù)據(jù)速率PCMCIA界面卡以及外觸發(fā)器的多普勒系列的激光校準系統(tǒng)，以每秒10,000數(shù)據(jù)速率不停地同步采集數(shù)據(jù)。

大氣壓力傳感器、空氣溫度傳感器及材料溫度傳感器可以自動賠償波長變化帶來的測量誤差，材料的熱膨脹在激光系統(tǒng)的原則以內(nèi)。LDDM的激光頭放在工作平臺上，而反射鏡安頓在垂直加工中心的主軸上。一種非接觸的觸發(fā)器被固定在一磁座的桿上，而一觸發(fā)刀片則固定在轉(zhuǎn)輪上。

用一帶有高速PCMCIA卡的筆記本電腦采集數(shù)據(jù)。用一特制的電纜將LDDM處理器的輸出與PCMCIA卡連接，觸發(fā)器的信號連接到LDDM處理器。在LDDM軟件的主菜單中，2-D時間基數(shù)按鈕是用來為數(shù)據(jù)采集設置的?？蛇x擇數(shù)據(jù)速率、時間間隔以及外觸發(fā)器。最大的速度是每秒5米，最高的數(shù)據(jù)速率是每秒10,000個數(shù)據(jù)。從觸發(fā)脈沖到位移讀出之間的數(shù)據(jù)壽命不不小于100納秒。

在試驗中，二個激光頭放置在Y軸方向分開4.25英寸（10.8厘米）距離。位移數(shù)據(jù)先用常規(guī)的靜態(tài)數(shù)據(jù)采集措施采集，每2英寸停一下，整個行程18英寸。最大誤差為0.02英寸，反向間隙0.005英寸。

然后同樣設置，而用不停止同步外觸發(fā)器采集位移數(shù)據(jù)。用0.2英寸的間隔，整個行程19英寸，走了至少5個來回采集了數(shù)據(jù)。

不停止同步采集了二套LDDM位移數(shù)據(jù)。通過二個位移誤差的差值除以分開距離，可以計算出角度誤差。最大的角度誤差為8.5弧秒。最大的直線讀誤差為0.00012英寸。

與靜態(tài)采集的數(shù)據(jù)相比，同步采集的數(shù)據(jù)的成果是相似的，但具有更詳細的信息。用此位移數(shù)據(jù)去賠償機床的誤差，要比常規(guī)靜態(tài)采集的數(shù)據(jù)賠償?shù)某晒谩４送?，使用同步?shù)據(jù)采集可以節(jié)省時間，尤其是對于小間隔或大型機床的測量更是如此。數(shù)控機床多種故障維修的措施列舉由于現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的可靠性越來越高，數(shù)控系統(tǒng)自身的故障越來越低，而大部分故障的發(fā)生則是非系統(tǒng)自身原因引起的。系統(tǒng)外部的故障重要指由于檢測開關、液壓元件、氣動元件、電氣執(zhí)行元件、機械裝置等出現(xiàn)問題而引起的。

數(shù)控設備的外部故障可以分為軟故障和外部硬件損壞引起的硬故障。軟故障是指由于操作、調(diào)整處理不妥引起的，此類故障多發(fā)生在設備使用前期或設備使用人員調(diào)整時期。對于數(shù)控系統(tǒng)來說，另一種易出故障的地方為伺服單元。由于各軸的運動是靠伺服單元控制伺服電機帶動滾珠絲杠來實現(xiàn)的。用旋轉(zhuǎn)編碼器作速度反饋，用光柵尺作位置反饋。一般易出故障的地方為旋轉(zhuǎn)編碼器與伺服單元的驅(qū)動模塊。也有個別的是由于電源原因而引起的系統(tǒng)混亂。尤其是對那些帶計算機硬盤保留數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。例如，德國西門子系統(tǒng)840C。

例1：一數(shù)控車床剛投入使用的時候，在系統(tǒng)斷電后重新啟動時，必須要返回到參照點。即當用手動方式將各軸移到非干涉區(qū)外后，再使各軸返回參照點。否則，也許發(fā)生撞車事故。因此，每天加工完后，最佳把機床的軸移到安全位置。此時再操作或斷電后就不會出現(xiàn)問題。

外部硬件操作引起的故障是數(shù)控修理中的常見故障。一般都是由于檢測開關、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、電氣執(zhí)行元件、機械裝置出現(xiàn)問題引起的。此類故障有些可以通過報警信息查找故障原因。對一般的數(shù)控系統(tǒng)來講均有故障診斷功能或信息報警。維修人員可運用這些信息手段縮小診斷范圍。而有些故障雖有報警信息顯示，但并不能反應故障的真實原因。這時需根據(jù)報警信息和故障現(xiàn)象來分析處理。

例2：我廠一車削單元采用的是SINUMERIK840C系統(tǒng)。機床在工作時忽然停機。顯示主軸溫度報警。通過對比檢查，故障出目前溫度儀表上，調(diào)整外圍線路后報警消失。隨即更換新儀表后恢復正常。

例3：同樣是這臺車削中心，工作時CRT顯示9160報警“9160

NO

PART

WITH

GRIPPER

1

CLOSED

VERIFY

V14-5”。這是指未抓起工件報警。但實際上抓工件的機械手已將工件抓起，卻顯示機械手未抓起工件報警。查閱PLC圖，此故障是測量感應開關發(fā)出的。經(jīng)查機械手部位，機械手工作行程不到位，未完全壓下感應開關引起的。隨即調(diào)整機械手的夾緊力，此故障排除。

例4：一臺立式加工中心采用FANUC-OM控制系統(tǒng)。機床在自動方式下執(zhí)行到X軸迅速移動時就出現(xiàn)414＃和410＃報警。此報警是速度控制OFF和X軸伺服驅(qū)動異常。由于此故障出現(xiàn)后能通過重新啟動消除，但每執(zhí)行到X軸迅速移動時就報警。經(jīng)查該伺服電機電源線插頭因電弧爬行而引起相間短路，經(jīng)修整后此故障排除。

例5：操作者操作不妥也是引起故障的重要原因。如我廠另一臺采用840C系統(tǒng)的數(shù)控車床，第一天工作時完全正常，而第二天上班時卻無論怎樣也開不了機，工作方式一轉(zhuǎn)到自動方式下就報警“EMPTYING

SELECTED

MOOE

SELECTOR”。加工竣工件后，主軸不停，機械手就去抓取工件，后來仔細檢查各部位都無毛病，而是自動工作條件下的一種模式開關位置錯了。因此，當有些故障原因不明的報警出現(xiàn)的話，一定要檢查各工作方式下的開關位置。數(shù)控車床的對刀原理及對刀措施對刀是數(shù)控加工中的重要操作和重要技能。在一定條件下，對刀的精度可以決定零件的加工精度，同步，對刀效率還直接影響數(shù)控車床的加工效率。

僅僅懂得對刀措施是不夠的，還要懂得數(shù)控系統(tǒng)的多種對刀設置方式，以及這些方式在加工程序中的調(diào)用措施，同步要懂得多種對刀方式的優(yōu)缺陷、使用條件（下面的論述是以FANUC

OiMate數(shù)控系統(tǒng)為例）等。1

為何要對刀一般來說，零件的數(shù)控加工編程和上機床加工是分開進行的。數(shù)控編程員根據(jù)零件的設計圖紙，選定一種以便編程的坐標系及其原點，我們稱之為程序坐標系和程序原點。程序原點一般與零件的工藝基準或設計基準重疊，因此又稱作工件原點。數(shù)控車床通電后，須進行回零（參照點）操作，其目的是建立數(shù)控車床進行位置測量、控制、顯示的統(tǒng)一基準，該點就是所謂的機床原點，它的位置由機床位置傳感器決定。由于機床回零后，刀具（刀尖）的位置距離機床原點是固定不變的，因此，為便于對刀和加工，可將機床回零后刀尖的位置看作機床原點。編程員按程序坐標系中的坐標數(shù)據(jù)編制刀具（刀尖）的運行軌跡。由于刀尖的初始位置（機床原點）與程序原點存在X向偏移距離和Z向偏移距離，使得實際的刀尖位置與程序指令的位置有同樣的偏移距離，因此，須將該距離測量出來并設置進數(shù)控系統(tǒng)，使系統(tǒng)據(jù)此調(diào)整刀尖的運動軌跡。所謂對刀，其實質(zhì)就是側(cè)量程序原點與機床原點之間的偏移距離并設置程序原點在以刀尖為參照的機床坐標系里的坐標。

2

試切對刀原理對刀的措施有諸多種，按對刀的精度可分為粗略對刀和精確對刀；按與否采用對刀儀可分為手動對刀和自動對刀；按與否采用基準刀，又可分為絕對對刀和相對對刀等。但無論采用哪種對刀方式，都離不開試切對刀，試切對刀是最主線的對刀措施。試切對刀環(huán)節(jié)如下：①在手動操作方式下，用所選刀具在加工余量范圍內(nèi)試切工件外圓，記下此時顯示屏中的X坐標值，記為Xa。（注意：數(shù)控車床顯示和編程的X坐標一般為直徑值）。②將刀具沿＋Z方向退回到工件端面余量處一點（假定為α點）切削端面，記錄此時顯示屏中的Z坐標值，記為Za。③測量試切后的工件外圓直徑，記為φ。假如程序原點O設在工件端面（一般必須是已經(jīng)精加工完畢的端面）與回轉(zhuǎn)中心的交點，則程序原點O在機床坐標系中的坐標為Xo＝Xa-φ(1）Zo＝Za注意：公式中的坐標值均為負值。將Xo、Zo設置

進數(shù)控系統(tǒng)即完畢對刀設置。3

程序原點（工件原點）的設置方式在FANUC數(shù)控系統(tǒng)中，有如下幾種設置程序原點的方式：①設置刀具偏移量賠償；②用G50設置刀具起點；③用G54~G59設置程序原點；④用“工件移”設置程序原點。程序原點設置是對刀不可缺乏的構成部分。每種設置措施有不一樣的編程使用方式、不一樣的應用條件和不一樣的工作效率。多種設置方式可以組合使用。（1)設置刀具偏移量賠償車床的刀具賠償包括刀具的“磨損量”賠償參數(shù)和“形狀”賠償參數(shù)，兩者之和構成車刀偏移量賠償參數(shù)。試切對刀獲得的偏移一般設置在“形狀”賠償參數(shù)中。試切對刀并設置刀偏環(huán)節(jié)如下：

①用外圓車刀試車-外圓，沿＋Z軸退出并保持X坐標不變。②測量外圓直徑，記為φ。③按“OFSET

SET”（偏移設置）鍵→進入“形狀”賠償參數(shù)設定界面→將光標移到與刀位號相對應的位置后，輸人Xφ（注意：此處的φ代表直徑值，而不是一符號，如下同），按“測量”鍵，系統(tǒng)自動按公式（1)計算出X方向刀具偏移量。注意：也可在對應位置處直接輸人經(jīng)計算或從顯示屏得到的數(shù)值，按“輸人”鍵設置。④用外圓車刀試車工件端面，沿＋X軸退出并保持Z坐標不變。⑤按“OFSET

SET”鍵→進人“形狀”賠償參數(shù)設定界面→將光標移到與刀位號相對應的位置后，輸人Zo，按“測量”鍵，系統(tǒng)自動按公式（1)計算出Z方向刀具偏移量。同樣也可以自行“輸入”偏移量。⑥設置的刀具偏移量在數(shù)控程序中用T代碼調(diào)用。這種方式具有易懂、操作簡樸、編程與對刀可以完全分開進行等長處。同