第9章 數(shù)控機床的選擇、安裝、使用與維護

1、第9章 數(shù)控機床的選擇、安裝、使用與維護,9.1 數(shù)控機床的選擇方法,1、根據典型加工零件來選擇機床,各種類型的數(shù)控機床及其適合加工的典型零件有：,1）數(shù)控車床—具有多種型面的軸類零件和法蘭類零件；2）車削中心—有復合加工要求的軸類零件和法蘭類零件（在回轉體零件上有鉆、銑、鏜加工要求時）；3）數(shù)控立式銑床、立式加工中心—板類零件、有空間輪廓型面的零件；4）數(shù)控臥式銑床、臥式加工中心—箱體類零件（加工時排屑方便，表面粗糙度好）；

2、5）數(shù)控電火花線切割機床—模具、特殊難加工材料的零件、異形槽、電火花成形加工用電極，etc.6）數(shù)控電火花成形機床—高硬脆材料、導電材料的復雜表面、微細結構和形狀、高精度加工、高表面質量加工，etc.,9.1 數(shù)控機床的選擇方法,2、數(shù)控機床規(guī)格的選擇,數(shù)控機床規(guī)格的選擇需考慮：a.數(shù)控坐標的行程范圍—與能加工工件的最大尺寸有關；b.主軸電動機的功率—與機床的切削能力（生產率）有關。由于調速電機在低轉速時輸出功率比額定功率要低很

3、多，主軸電機通常要加大規(guī)格（比普通機床主軸電機的額定功率大一號到兩號）選用；c.機床工作臺面的尺寸及承重范圍—與工件尺寸、工件的裝夾有關；d.根據所加工的典型零件、加工余量大小、要求的切削能力、要求達到的加工精度、能配置的刀具等因素來綜合考慮。,9.1 數(shù)控機床的選擇方法,3、數(shù)控機床精度的選擇,數(shù)控機床的精度等級可分為普通型和精密型兩種，關鍵精度的項目有：幾何精度、定位精度和切削精度。 數(shù)控機床精度檢驗項目

4、有很多項，最有特征項目是：單軸定位精度、單軸重復定位精度和兩軸以上聯(lián)動加工出試件的圓度。,銑削圓柱面精度或銑削空間螺旋槽（螺紋）是綜合評價數(shù)控機床有關數(shù)控軸（兩軸或三軸）伺服跟隨運動特性和數(shù)控系統(tǒng)插補功能的指標，評價方法為測量加工出圓柱面的圓度。,9.1 數(shù)控機床的選擇方法,4、數(shù)控系統(tǒng)的選擇原則,根據數(shù)控機床的類型來選擇； 根據數(shù)控機床的主要使用指標來選擇； 根據數(shù)控機床的性能來合理選擇CNC系統(tǒng)的功能； 選擇CNC系統(tǒng)時

5、要綜合考慮所需要的系統(tǒng)功能； 盡量選用大廠、大公司的產品； 綜合考慮性能價格比及售后服務等環(huán)節(jié)。,9.1 數(shù)控機床的選擇方法,5、根據生產能力來選擇數(shù)控機床,數(shù)控機床的選型，要考慮設備所能達到的生產能力。數(shù)控機床上每道工序的時間計算如下： t工序 = t輔助 + t切削 + t換刀 + t轉位 + t裝卸,式中：t輔助—加工中輔助運動時間； t切削—純切削時間； t換刀—機床自動交換加工工具的時間； t

6、轉位—立、臥轉位工作臺機床，轉臺多次轉位占用的時間；t裝卸—停機裝卸工件占用的時間。,9.1 數(shù)控機床的選擇方法,6、數(shù)控機床功能的選擇和附件的選擇,（1）應根據負載條件來選擇進給驅動伺服電動機： a.機床空載運行時，加在電動機軸上的負載轉矩應在其連續(xù)額定轉矩范圍內；b.最大負載轉矩、加載周期及過載時間都應在電動機特性曲線允許范圍內；c.電動機在加、減速過程中的轉矩應在加/減速區(qū)（間斷工作區(qū)）之內；d.對要求頻繁啟、制動及周期

7、性變化的負載，必須檢查它在一個周期中的轉矩均方根值，并應小于電機的連續(xù)額定轉矩； e.加在電機軸上的負載慣量大小對電機的靈敏度和整個伺服系統(tǒng)的精度將產生影響。電動機慣量Jm和負載慣量J1的推薦值為：1≤（J1/Jm）＜3 最佳為J1/Jm=1,9.1 數(shù)控機床的選擇方法,6、數(shù)控機床功能的選擇和附件的選擇,（2）主軸電動機的選擇： a.應滿足機床的切削功率、單位時間金屬切除率、主軸低速大轉矩的要求； b.根據要求的主軸

8、加/減速時間計算出的電動機功率不應超過其最大輸出功率； c.主軸頻繁啟、制動的場合計算出來的平均功率不能超過其連續(xù)額定輸出功率； d.恒速控制場合，恒速所需的切削功率和加速所需功率兩者之和應在電動機能夠提供的功率范圍之內；,（3）附件及功能的選擇：冷卻液供應裝置、防護罩、自動排屑器、切屑過濾裝置，etc.,9.1 數(shù)控機床的選擇方法,7、數(shù)控機床使用刀具的選擇,應結合生產性質、機床類型、數(shù)控加工方案、工件的尺寸及外形、加工表面粗糙

9、度、加工精度、工件材料等因素來選擇所需刀具； 應根據使用要求來選擇自動換刀裝置及刀具儲存容量； 結合標準系列合理選擇數(shù)控機床所使用的加工工具（刀柄和刃具）； 合理選擇刀具預調儀。,8、技術服務的選擇： 指針對數(shù)控機床產品銷售的售前、售后服務。,9.2 數(shù)控機床的使用,9.3 數(shù)控機床的安裝與調試,1、數(shù)控機床的使用要點2、數(shù)控機床的生產管理辦法,1、數(shù)控機床的安裝要求a.地基的要求；b.環(huán)境溫度和

10、濕度要求；c.電網和地線的要求；d.避免環(huán)境干擾的措施；e.氣源、水源及排屑的要求；,9.3 數(shù)控機床的安裝與調試,2、數(shù)控機床的安裝調試步驟a.數(shù)控機床初就位-外觀驗收；b.數(shù)控機床的組裝；c.數(shù)控機床的通電試車： 連接從配電柜到輸入機床電源開關的動力電纜； 進行數(shù)控機床的地線連接； 各部件逐一供電及總供電試驗； 檢查電動機的旋轉方向及工作情況； 解除機床各部件中為防止運輸中移動的緊固件； 粗調床身

11、水平度，調整機床的主要幾何精度及主要運動部 件與主機的相對位置；用快干水泥灌注各地腳螺栓孔。,機床驗收的內容：,開箱檢驗和外觀檢查；機床性能及數(shù)控功能檢驗； 機床性能的驗收：主軸、進給、換刀、機床噪聲、電氣裝置、數(shù)控裝置、氣動液壓裝置、附屬裝置的運行是否達到設計要求或出廠說明書要求。 數(shù)控功能的檢驗內容：運動指令功能、準備指令功能、操作功能、顯示功能等。,精度驗收。檢測內容： 幾何精度、定位精度、切削精度。

12、,9.4 數(shù)控機床精度的檢測,1、幾何精度的檢測,幾何精度的檢驗，可以綜合反映機床的各關鍵零部件及其組裝后的幾何形狀誤差。,常用的檢驗工具： 精密水平儀、精密方箱、直角尺、平尺、平行光管、千分表、測微儀、高精度驗棒。,9.4 數(shù)控機床精度的檢測,幾何精度檢驗內容：針對機床各運動大部件及執(zhí)行切削運動的各主要部件的形位公差檢驗項目。（見P244例）,精密方箱、直角尺、平尺、橋板、驗棒,定義：是指機床各坐標軸在數(shù)控裝置控制下運動所能達

13、到的位置精度。定位精度取決于機床數(shù)控系統(tǒng)和機械傳動誤差。定位精度的主要檢測內容：各直線運動軸的定位精度和重復定位精度；各直線運動軸機械原點的返回精度；各直線運動軸的反向誤差；各回轉運動軸（回轉工作臺）的定位精度和重復定位精度；各回轉運動軸原點的返回精度；各回轉運動軸的反向誤差；,2、定位精度的檢測,9.4 數(shù)控機床精度的檢測,檢測工具：雙頻激光干涉儀、測微儀和成組塊規(guī)、標準刻度尺、光學讀數(shù)顯微鏡。,定位精度的檢測在機床和

14、工作臺空載條件下進行。,機床的切削精度是一項綜合考核精度。切削精度檢驗可分為：單項加工精度檢驗；加工一個標準的綜合性試件精度檢驗。臥式加工中心切削精度檢驗內容：鏜孔精度（圓度、圓柱度）；端銑刀銑平面精度（平面度、階梯差）；端銑刀銑側面精度（垂直度、平行度）；鏜孔孔距精度（X軸方向、 Y軸方向、對角線方向、孔徑偏差）；立銑刀銑四周面精度（直線度、平行度、厚度差、垂直度）；兩軸聯(lián)動銑削直線精度（直線度、平行度、垂直度）；

15、立銑刀銑削圓弧精度（圓度）；,3、切削精度的檢測,9.5 數(shù)控機床的維護、保養(yǎng)及故障排除,1、可靠性和可維護性,數(shù)控系統(tǒng)可靠性的概念：指數(shù)控機床在規(guī)定的工作條件下（即設計時提出的數(shù)控系統(tǒng)的使用環(huán)境溫度、使用方法及使用條件等），系統(tǒng)維持無故障工作的能力。,(1)平均無故障工作時間MTBF（Mean Time Between Failures）：指數(shù)控系統(tǒng)在使用中，兩次故障間隔的平均時間。即數(shù)控系統(tǒng)在壽命范圍內總的工作時間和總故障次數(shù)之比

16、，總工作時間/總故障次數(shù)。,數(shù)控系統(tǒng)的可靠性的衡量指標有：,（2）平均排除故障時間MTTR（ Mean Time To Repair）：指系統(tǒng)從出現(xiàn)故障開始直至排除故障恢復正常使用所需的平均時間。越短越好。 （3）有效度（或可利用率）A：如果把MTBF看作系統(tǒng)的能工作時間，那么有效度（可利用率）就是能工作時間與總時間之比，即有效度A為 A =有用時間/（有用時間+平均修復時間） =平均無故障時間/（

17、平均無故障時間+平均排除故障時間） =MTBF/（MTBF+MTTR） ＜ 1 可見，A越接近1越好。,(4)失效率曲線（或故障率曲線）：失效率曲線是一條瞬時故障率變化曲線。它描述了數(shù)控設備瞬時故障隨時間變化的關系。從失效的類型來分，該曲線可分為系統(tǒng)的初期運行區(qū)1、有效壽命區(qū)2、衰老區(qū)3。初期運行區(qū)的失效與設計、制造和裝配及元器件的質量有關，一般采取措施可消除。有效壽命區(qū)的故障較少，并主要為操作或

18、維修不當造成的偶發(fā)故障。衰老區(qū)故障較多，是由于年久失修和磨損而產生的故障，說明系統(tǒng)的壽命將盡。數(shù)控設備在運行初期和衰老區(qū)，其可靠性較低。,2、數(shù)控系統(tǒng)的預防性維護,嚴格遵守操作規(guī)程和日常維護制度；應盡量少開數(shù)控柜和強電柜的門；定期清掃數(shù)控柜的散熱通風系統(tǒng)；數(shù)控系統(tǒng)的輸入/輸出裝置的定期維護；定期檢查和更換直流電動機電刷；經常監(jiān)視數(shù)控系統(tǒng)的電網電壓；定期更換存儲器用電池；（每年更換一次，電池的更換應在數(shù)控系統(tǒng)供電的狀態(tài)下進行

19、，以免參數(shù)丟失）數(shù)控系統(tǒng)長期不用時的維護；（經常給數(shù)控系統(tǒng)通電，對于直流電動機應將電刷取出,以免腐蝕換向器）備用電路板的維護（定期通電維護）。,使用中應注意的問題：使用環(huán)境—避免陽光的直射和其他熱輻射；避免太潮濕或粉塵過多的場所；避免有腐蝕氣體的場所；要遠離振動大的設備。電源要求—允許波動范圍為其額定值的-10%～+10%；有操作規(guī)程；不宜長期封存不用；每周通電1-2次，每次空運行1小時左右。,3、數(shù)控機床

20、的日常維護與保養(yǎng)（見表9-2）,某加工中心的維護點檢表,每半年滾珠絲杠清洗舊潤滑脂，涂上新的油脂液壓油路清洗溢流閥、減壓閥、濾油器及油箱箱底更換或過濾液壓油主軸潤滑恒溫油箱每年檢查并更換直流伺服電機碳刷檢查換向器表面，吹凈碳粉，去毛刺更換長度過短的電刷，跑合后使用潤滑液壓泵、濾油器清洗清理池底，更換濾油器,不定期檢查各軸軌道上鑲條、壓緊滾輪松緊狀態(tài)按機床說明書調整冷卻水箱檢查液面高度太臟、更換清理水箱

21、底部經常清洗過濾器排屑器經常清理鐵屑檢查有無卡住清理廢油池及時取油池中廢油，以免外溢調整主軸驅動帶松緊按機床說明書調整,機械部件的維護,主傳動鏈的維護熟悉主傳動鏈的結構、性能和主軸調整方法；帶傳動的主傳動,應定期調整帶的松緊,防止打滑造成的丟轉；檢查主軸箱溫度,檢查主軸潤滑恒溫油箱, 每年更換一次潤滑油,并清洗過濾器；經常檢查壓縮空氣氣壓,保持主軸與刀柄連接部位的清潔；刀具拉緊裝置長時間使用后會產生間隙,需調整

22、液壓缸活塞的位移量；滾珠絲杠螺母副的維護定期檢查、調整絲杠螺母副的軸向間隙； 檢查絲杠支承與床身的連接是否松動；采用潤滑脂潤滑的滾珠絲杠，每一個半年清洗絲杠上的舊潤滑脂，換上新的潤滑脂；用潤滑油潤滑的滾珠絲杠，每次機床工作前加油一次。絲杠防護裝置一有損壞要及時更換。,刀庫及換刀機械手的維護手動裝刀時要確保裝至位，裝牢；嚴禁超重、超長刀具裝入刀庫；采用順序選刀方式的，注意刀庫上刀具的順序；注意保持刀柄和刀套的清潔；開機

23、后，先空運行檢查機械手和刀庫是否正常；液壓系統(tǒng)維護定期對油箱內的油進行檢查、過濾、更換；檢查冷卻器和加熱器的工作性能，控制油溫；定期檢查更換密封件，防止液壓系統(tǒng)泄漏；定期檢查清洗或更換液壓件、濾芯、定期檢查清洗油箱和管路；嚴格執(zhí)行日常點檢制度，檢查系統(tǒng)的泄漏、噪聲、振動、壓力、溫度等是否正常。,機械部件的維護,氣動系統(tǒng)維護選用合適的過濾器，清除壓縮空氣中的雜質和水分；檢查系統(tǒng)中油霧器的供油量，保證空氣中有適量的潤滑油來潤

24、滑氣動元件，防止生銹、磨損造成空氣泄漏和元件動作失靈；定期檢查更換密封件；注意調節(jié)工作壓力；定期檢查清洗或更換氣動元件、濾芯；機床精度的維護檢查遇到以下情況必須進行機床精度檢查：操作失誤或機床故障造成撞車后；機床動態(tài)精度發(fā)生變化后；,機械部件的維護,4、數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)場維修基本條件和實施步驟,（1）設備工作條件；（2）供電措施；（3）操作人員水平；（4）用戶維修；（5）維修工作步驟；（6）維修中注意事項；,

25、5、數(shù)控機床的故障檢測與排除,（1）數(shù)控機床常見故障分類,按發(fā)生故障的部件分類：主機故障—數(shù)控機床主機部分（主要包括機械、潤滑、冷卻、排屑、液壓、氣動與防護等裝置）產生的故障；電氣故障—分為弱電故障與強電故障。弱電部分主要指CNC裝置、PLC控制器、CRT顯示器以及伺服單元，輸入、輸出裝置等電子電路。強電部分是指繼電器、接觸器、開關、熔斷器、電源變壓器、電動機、電磁鐵、行程開關等電氣元器件及其所組成的電路。,5、數(shù)控機床的故障檢測與

26、排除,（1）數(shù)控機床常見故障分類,按發(fā)生故障的性質分類：系統(tǒng)性故障—是指超過一定的極限值或超過某一設定的限度，工作中的數(shù)控機床必然會發(fā)生的故障；隨機性故障—指數(shù)控機床在同樣的條件下工作時只偶然發(fā)生一次或兩次的故障。與安裝質量、組件排列、參數(shù)設定、元器件品質、操作失誤與維護不當以及工作環(huán)境影響等因素有關。,還可按故障發(fā)生后有無報警顯示、故障發(fā)生的原因、故障發(fā)生時有無破壞性來進行分類。,故障檢測步驟和要求：

27、 故障檢測（確定有否故障）故障診斷 故障判斷（確定故障性質） 故障定位（確定故障部位）故障診斷要求： 故障檢測方法簡便有效； 使用的診斷儀器少而實用； 故障診斷的所需的時間盡可能短。,,5、數(shù)控機床的故障檢測與排除,（2）故障檢測及其常規(guī)檢測方法,a.直觀法問—機床的故障現(xiàn)象、加工狀況等；看—CRT報警信息、報警指示燈、熔絲斷否、元器件煙熏燒焦、電容器膨脹變形、開裂、保護器脫扣、觸點

28、火花等；聽—異常聲響；聞—電氣元件焦糊味及其它異味；摸—發(fā)熱、振動、接觸不良等。,5、數(shù)控機床的故障檢測與排除,（2）故障檢測及其常規(guī)檢測方法,常規(guī)檢測方法有：,b. CNC系統(tǒng)的自診斷功能法開機自診斷—通電后系統(tǒng)內部自診斷程序自動執(zhí)行對CPU、存儲器、總線和I/O等模塊及功能板、CRT、軟盤等外圍設備進行功能測試，確定主要硬件能正常工作。運行中的故障信息提示—發(fā)生故障在CRT上報警信息，查閱維修手冊確定故障原因及排除方法。,

29、5、數(shù)控機床的故障檢測與排除,（2）故障檢測及其常規(guī)檢測方法,c.功能程序測試法 當數(shù)控機床加工造成廢品而無法確定是編程、操作不當還是數(shù)控系統(tǒng)故障時，或是閑置時間較長的數(shù)控機床重新投入使用時,將G、M、S、T、F功能的全部指令編寫一個試驗程序并在這臺機床上運行，可快速判斷哪個功能不良或喪失。,5、數(shù)控機床的故障檢測與排除,（2）故障檢測及其常規(guī)檢測方法,d.交換法 在分析出故障大致起因的情況下，利用備用的印制線路

30、板、模板、集成電路芯片或元器件替換有疑點的部分，從而把故障范圍縮小到印刷線路板或芯片一級。,5、數(shù)控機床的故障檢測與排除,（2）故障檢測及其常規(guī)檢測方法,e.轉移法 將CNC系統(tǒng)中具有相同功能的兩塊印制線路板、模板、集成電路芯片或元器件互相交換，觀察故障的轉移情況，就能快速判斷故障的部位。,系統(tǒng),X驅動,Y驅動,X電機,Y電機,,,,,5、數(shù)控機床的故障檢測與排除,（2）故障檢測及其常規(guī)檢測方法,f.參數(shù)檢查法

31、數(shù)控機床的機床參數(shù)是經一系列的試驗和調整而獲得的重要參數(shù)，是機床正常運行的保證。包括有增益、加速度、輪廓監(jiān)控及各種補償值等。當機床長期閑置不用或受到外部干擾會使數(shù)據丟失或發(fā)生數(shù)據混亂，機床將不能正常工作?？烧{出機床參數(shù)進行檢查、修改或傳送。,5、數(shù)控機床的故障檢測與排除,（2）故障檢測及其常規(guī)檢測方法,g.測量比較法 為了檢測方便，在模板或單元上設有檢測端子，用萬用表、示波器等儀器對這些端子的電平或波形進行測試，將測試值與正

32、常值進行比較，可以分析和判斷故障的原因及故障的部位。,5、數(shù)控機床的故障檢測與排除,（2）故障檢測及其常規(guī)檢測方法,h.敲擊法 數(shù)控系統(tǒng)是由各種電路板組成，電路板上、接插件等處有虛焊或接口槽接觸不良都會引起故障?？捎媒^緣物輕輕敲打疑點處，若故障再現(xiàn)，則敲擊處很可能就是故障部位。i.局部升溫法 設備運行較長時間或環(huán)境溫度較高時，機床就會出現(xiàn)故障，可用電吹風、紅外燈照射可疑的元件或組件。確定故障點。,5、數(shù)控機床的

33、故障檢測與排除,（2）故障檢測及其常規(guī)檢測方法,j.原理分析法 根據CNC系統(tǒng)的組成原理，可從邏輯上分析各點的邏輯電平和特征參數(shù)（如電壓值或波形），然后用萬用表、邏輯筆、示波器或邏輯分析儀進行測量、分析和比較，從而對故障定位。,5、數(shù)控機床的故障檢測與排除,（2）故障檢測及其常規(guī)檢測方法,5、數(shù)控機床的故障檢測與排除,（3）數(shù)控機床常見故障,a.數(shù)控機床的機械故障包括： --進給傳動鏈故障； --主軸部件故障；

34、--自動換刀裝置故障； --各級運動位置檢查的行程開關壓合故障； --配套附件的故障。,機械故障診斷的方法： 實用診斷技術（問、聽、看、聞、摸、查）、振動、噪聲測試、油液分析、溫度測試、超聲、X射線探傷、專家診斷系統(tǒng)。,,機械故障診斷舉例　　故障現(xiàn)象　　 故障原因 主軸發(fā)熱　　 軸承損傷或不清潔、軸承油 　　　　　　 脂耗盡或油脂過多、軸承間 　 隙過小。

35、 主軸強力　　 電機與主軸傳動的皮帶過松、　切削停轉　　 皮帶表面有油、離合器松。 潤滑油泄漏　 潤滑油過量、密封件損傷或　　　　　　　 失效、管件損壞。,,機械故障診斷舉例　　　故障現(xiàn)象　　 故障原因 主軸噪聲　　 缺少潤滑、皮帶輪動平衡 （振動） 不佳、帶輪過緊、齒輪磨損或 嚙合間隙過大、軸承損壞。 主軸沒有 油泵轉向不正確、油管或

36、濾油 潤滑或 器堵塞、油壓不足。 潤滑不足 刀庫不 電機和蝸桿軸聯(lián)軸器松動。 能旋轉,,機械故障診斷舉例　　　故障現(xiàn)象　　 故障原因 刀具不能　　 蝶形彈簧位移量太小、刀具松 夾緊 夾彈簧上螺母松動。 刀具夾緊 刀具松夾彈簧壓合過緊、液壓 后不能松開 缸壓力及行程不夠。 絲杠副噪 絲杠支承軸承損壞或壓蓋壓合

37、聲大 不好、聯(lián)軸器松動、潤滑不良、 絲杠副滾珠有破損。 絲杠運動 軸向預緊力太大、絲杠或螺母 不靈活 軸線與導軌不平行、絲杠彎曲。,（蝶形彈簧）,5、數(shù)控機床的故障檢測與排除,（3）數(shù)控機床常見故障,b.CNC裝置故障的判斷方法： --通過問、看、聽、觸、聞進行判斷； --通過CNC系統(tǒng)的自診斷程序進行快速判斷； --通過核對CNC系統(tǒng)參數(shù)進行

38、修正； --檢查CNC系統(tǒng)的印刷線路板上短路棒的設定； --通過印刷線路板的檢測端子來測量電路的電壓及 波形，判斷電路的工作狀態(tài)是否正常； --利用自診斷功能的狀態(tài)顯示來檢查數(shù)控系統(tǒng)與機 床之間的接口信號； --通過備件置換法進行判斷。,（3）數(shù)控機床常見故障,c.CNC裝置常見故障的分析處理方法： --數(shù)控系統(tǒng)不能接通電源； --電源接通后CRT無顯示； --CRT無顯示時機床不能動作；