時間：2023-03-02 15:06:49
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數(shù)控機床是集高、精、尖技術(shù)于一體，集機、電、光、液于一身的高技術(shù)產(chǎn)物。具有加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠、生產(chǎn)效率高、適應性強、靈活性好等眾多優(yōu)點，在各個行業(yè)受到廣泛歡迎，在使用方面，也是越來越受到重視。但由于它是集強、弱電于一體，數(shù)字技術(shù)控制機械制造的一體化設(shè)備，一旦系統(tǒng)的某些部分出現(xiàn)故障，就勢必使機床停機，影響生產(chǎn)，所以如何正確維護設(shè)備和出現(xiàn)故障時能及時搶修就是保障生產(chǎn)正常進行的關(guān)鍵。
1.數(shù)控機床的維護
對于數(shù)控機床來說，合理的日常維護措施，可以有效的預防和降低數(shù)控機床的故障發(fā)生幾率。
首先，針對每一臺機床的具體性能和加工對象制定操作規(guī)程建立工作、故障、維修檔案是很重要的。包括保養(yǎng)內(nèi)容以及功能器件和元件的保養(yǎng)周期。
其次，在一般的工作車間的空氣中都含有油霧、灰塵甚至金屬粉末之類的污染物，一旦他們落在數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)的印制線路或電子器件上，很容易引起元器件之間絕緣電阻下降，甚至倒是元器件及印制線路受到損壞。所以除非是需要進行必要的調(diào)整及維修，一般情況下不允許隨便開啟柜門，更不允許在使用過程中敞開柜門。
另外，對數(shù)控系統(tǒng)的電網(wǎng)電壓要實行時時監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)超出正常的工作電壓，就會造成系統(tǒng)不能正常工作，甚至會引起數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部電子部件的損壞。所以配電系統(tǒng)在設(shè)備不具備自動檢測保護的情況下要有專人負責監(jiān)視，以及盡量的改善配電系統(tǒng)的穩(wěn)定作業(yè)。
當然很重要的一點是數(shù)控機床采用直流進給伺服驅(qū)動和直流主軸伺服驅(qū)動的，要注意將電刷從直流電動機中取出來，以免由于化學腐蝕作用，是換向器表面腐蝕，造成換向性能受損，致使整臺電動機損壞。這是非常嚴重也容易引起的故障。
2.數(shù)控機床一般的故障診斷分析
2.1檢查
在設(shè)備無法正常工作的情況下，首先要判斷故障出現(xiàn)的具置和產(chǎn)生的原因，我們可以目測故障板，仔細檢查有無由于電流過大造成的保險絲熔斷，元器件的燒焦煙熏，有無雜物斷路現(xiàn)象，造成板子的過流、過壓、短路。觀察阻容、半導體器件的管腳有無斷腳、虛焊等，以此可發(fā)現(xiàn)一些較為明顯的故障，縮小檢修范圍，判斷故障產(chǎn)生的原因。
2.2系統(tǒng)自診斷
數(shù)控系統(tǒng)的自診斷功能隨時監(jiān)視數(shù)控系統(tǒng)的工作狀態(tài)。一旦發(fā)生異常情況，立即在CRT上顯示報警信息或用發(fā)光二級管指示故障的大致起因，這是維修中最有效的一種方法。近年來隨著技術(shù)的發(fā)展，興起了新的接口診斷技術(shù)，JTAG邊界掃描，該規(guī)范提供了有效地檢測引線間隔致密的電路板上零件的能力，進一步完善了系統(tǒng)的自我診斷能力。
2.3功能程序測試法
功能程序測試法就是將數(shù)控系統(tǒng)的常用功能和特殊功能用手工編程或自動變成的方法，編制成一個功能測試程序，送人數(shù)控系統(tǒng)，然后讓數(shù)控系統(tǒng)運行這個測試程序，借以檢查機床執(zhí)行這些功能的準確定和可靠性，進而判斷出故障發(fā)生的可能原因。
2.4接口信號檢查
通過用可編程序控制器在線檢查機床控制系統(tǒng)的接回信號，并與接口手冊正確信號相對比，也可以查出相應的故障點。
2.5診斷備件替換法
隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，電路的集成規(guī)模越來越大技術(shù)也越來越復雜，按常規(guī)方法，很難把故障定位到一個很小的區(qū)域，而一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，為了縮短停機時間，在沒有診斷備件的情況下可以采用相同或相容的模塊對故障模塊進行替換檢查，對于現(xiàn)代數(shù)控的維修，越來越多的情況采用這種方法進行診斷，然后用備件替換損壞模塊，使系統(tǒng)正常工作，盡最大可能縮短故障停機時間。
上述診斷方法，在實際應用時并無嚴格的界限，可能用一種方法就能排除故障，也可能需要多種方法同時進行。最主要的是根據(jù)診斷的結(jié)果間接或直接的找到問題的關(guān)鍵，或維修或替換盡快的恢復生產(chǎn)。3數(shù)控機床故障診斷實例
由于數(shù)控機床的驅(qū)動部分是強弱電一體的，是最容易發(fā)生問題的。因此將驅(qū)動部分作簡單介紹：驅(qū)動部分包括主軸驅(qū)動器和伺服驅(qū)動器，有電源模塊和驅(qū)動模塊兩部分組成，電源模塊是將三相交流電有變壓器升壓為高壓直流，而驅(qū)動部分實際上是個逆變換，將高壓支流轉(zhuǎn)換為三相交流，并驅(qū)動伺服電機，完成個伺服軸的運動和主軸的運轉(zhuǎn)。因此這部分最容易出故障。以CJK6136數(shù)控機床和802S數(shù)控系統(tǒng)的故障現(xiàn)象為例，主要分析一下控制電路與機械傳動接口的故障維修。
如在數(shù)控機床在加工過程中，主軸有時能回參考點有時不能。在數(shù)控操作面板上，主軸轉(zhuǎn)速顯示時有時無，主軸運轉(zhuǎn)正常。分析出現(xiàn)的故障原因得該機床采用變頻調(diào)速，其轉(zhuǎn)速信號是有編碼器提供，所以可排除編碼器損壞的可能，否則根本就無法傳遞轉(zhuǎn)速信號了。只能是編碼器與其連接單元出現(xiàn)問題。兩方面考慮，一是可能和數(shù)控系統(tǒng)連接的ECU連接松動，二是可能可和主軸的機械連接出現(xiàn)問題。由此可以著手解決問題了。首先檢查編碼器與ECU的連接。若不存在問題，就卸下編碼器檢查主傳動與編碼器的連接鍵是否脫離鍵槽，結(jié)果發(fā)現(xiàn)就是這個問題。修復并重新安裝就解決了問題。
數(shù)控機床故障產(chǎn)生的原因是多種多樣的，有機械問題、數(shù)控系統(tǒng)的問題、傳感元件的問題、驅(qū)動元件的問題、強電部分的問題、線路連接的問題等。在檢修過程中，要分析故障產(chǎn)生的可能原因和范圍，然后逐步排除，直到找出故障點，切勿盲目的亂動，否則，不但不能解決問題。還可能使故障范圍進一步擴大?？傊?，在面對數(shù)控機床故障和維修問題時，首先要防患于未燃，不能在數(shù)控機床出現(xiàn)問題后才去解決問題，要做好日常的維護工作和了解機床本身的結(jié)構(gòu)和工作原理，這樣才能做到有的放矢。
參考文獻
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[3]王超，數(shù)控機床的電器故障診斷及維修[J]，蕪湖職業(yè)技術(shù)學院學報，2003（02）
數(shù)控機床是集機、電、液、氣、光等為一體的自動化機床，經(jīng)各部分的執(zhí)行功能，最后共同完成機械執(zhí)行機構(gòu)的移動、轉(zhuǎn)動、夾緊、松開、變速和換刀等各種動作，實現(xiàn)切削加工任務(wù)。工作時，各項功能相互結(jié)合，發(fā)生故障時也混在一起，故障現(xiàn)象和原因并非簡單一一對應。一種故障現(xiàn)象可能有幾種不同的原因，大部分故障以綜合形式出現(xiàn)，數(shù)控機床的爬行與振動就是一個明顯的例子。
數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)所驅(qū)動的移動部件在低速運行時，出現(xiàn)移動部件開始不能啟動，啟動后又突然作加速運動，而后又停頓，繼而又作加速運動，如此周而復始，這種移動部件忽停忽跳，忽快忽慢的運動現(xiàn)象，稱為爬行；而當其高速運行時，移動部件又出現(xiàn)明顯的振動。這一故障現(xiàn)象就是典型的進給系統(tǒng)的爬行與振動故障。
造成這類故障的原因有多種可能，可能是因為機械部分出現(xiàn)了故障所導致，也可能是進給系統(tǒng)電氣部分出現(xiàn)了問題，還可能是機械部分與電氣部分的綜合故障所造成，甚至可能因編程有誤也會產(chǎn)生爬行故障。
一、分析機械部分原因與對策
因為數(shù)控機床低速運行時的爬行現(xiàn)象往往取決于機械傳動部分的特性，高速時的振動又通常與進給傳動鏈中運動副的預緊力有關(guān)，由此數(shù)控機床的爬行與振動故障可能會在機械部分。
如果在機械部分，首先應該檢查導軌副。因為移動部件所受的摩擦阻力主要是來自導軌副，如果導軌副的動、靜摩擦系數(shù)大，且其差值也大，將容易造成爬行。盡管數(shù)控機床的導軌副廣泛采用了滾動導軌、靜壓導軌或塑料導軌，如果導軌間隙調(diào)整不好，仍會造成爬行或振動。對于靜壓導軌副應著重檢查靜壓是否到位，對于塑料導軌可檢查有否雜質(zhì)或異物阻礙導軌副運動，對于滾動導軌則應檢查預緊措施是否良好。關(guān)注導軌副的也有助于分析爬行問題，導軌副狀態(tài)不好，導軌的油不足夠，致使溜板爬行。這時，添加油，且采用具有防爬作用的導軌油是一種非常有效的措施。這種導軌油中有極性添加劑，能在導軌表面形成一層不易破裂的油膜，從而改善導軌的摩擦特性防止爬行。
其次，要檢查進給傳動鏈。因為在進給系統(tǒng)中，伺服驅(qū)動裝置到移動部件之間必定要經(jīng)過由齒輪、絲杠螺母副或其他傳動副所組成的傳動鏈。定位精度下降、反向間隙增大也會使工作臺在進給運動中出現(xiàn)爬行。通過調(diào)整軸承、絲杠螺母副和絲杠本身的預緊力，調(diào)整松動環(huán)節(jié)，調(diào)整補償環(huán)節(jié)，都可有效地提高這一傳動鏈的扭轉(zhuǎn)和拉壓剛度（即提高其傳動剛度），對于提高運動精度，消除爬行非常有益；另外傳動鏈太長，傳動軸直徑偏小，支承座的剛度不夠也是引起爬行的因素。因此，在檢查時也要考慮這些方面是否有缺陷，逐個排查。
二、分析進給伺服系統(tǒng)原因與對策
如果故障原因在進給伺服系統(tǒng)，則需分別檢查伺服系統(tǒng)中各有關(guān)環(huán)節(jié)。數(shù)控機床的爬行與振動問題屬于速度問題，與進給速度密切相關(guān)，所以也就離不開分析進給伺服系統(tǒng)的速度環(huán)，檢查速度調(diào)節(jié)器故障一是給定信號，二是反饋信號，三是速度調(diào)節(jié)器自身故障。根據(jù)故障特點（如振動周期與進給速度是否成比例變化）檢查電動機或測速發(fā)電機表面是否光整；還可檢查系統(tǒng)插補精度是否太差，檢查速度環(huán)增益是否太高；與位置控制有關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定有無錯誤；伺服單元的短路棒或電位器設(shè)定是否正確；增益電位器調(diào)整有無偏差以及速度控制單元的線路是否良好，應對這些環(huán)節(jié)逐項檢查、分類排除。
三、其它因素
有時故障既不是機械部分的原因，又不是進給伺服系統(tǒng)的原因，有可能是其它原因如編程誤差。如FANUC6M系統(tǒng)數(shù)控機床在一次切削加工時出現(xiàn)過載爬行。經(jīng)過仔細核查，發(fā)現(xiàn)電動機故障引起過載，更換電動機過載消除，可爬行還是存在。先從機床著手尋找故障原因，結(jié)果核實傳動鏈沒問題，又查進給伺服系統(tǒng)確認無故障，隨后對加工程序進行檢查，發(fā)現(xiàn)工件曲線的加工，采用細微分段圓弧逼近來實現(xiàn)，而在編程中用了G61指令，也即每加工一段就要進行一次到位停止檢查，從而使機床出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，將G61改為G64指令連續(xù)切削，爬行消除。
如果故障既有機械部分的原因，又有進給伺服系統(tǒng)的原因，很難分辨出引起這一故障的主要矛盾，這是制約我們迅速查出故障原因的重要因素。面對這種情況，要進行多方面的檢測，運用機械、電氣、液壓等方面的綜合知識，采取綜合分析判斷，排除故障。
數(shù)控機床是技術(shù)密集和知識密集的設(shè)備，故障現(xiàn)象是多樣的，其表現(xiàn)形式也沒有簡單的規(guī)律可遵循，這就要求維修的技術(shù)人員要有電子技術(shù)、計算機技術(shù)、電氣自動化技術(shù)、檢測技術(shù)、機械理論與實踐技術(shù)、液壓與氣動等較全面的綜合技術(shù)知識，還要求具有綜合分析和解決問題的能力。
一、數(shù)控機床故障診斷的基本方法
數(shù)控設(shè)備是一種自動化程度較高，結(jié)構(gòu)較復雜的先進加工設(shè)備，是企業(yè)的重點、關(guān)鍵設(shè)備。要發(fā)揮數(shù)控設(shè)備的高效益，就必須正確的操作和精心的維護，才能保證設(shè)備的利用率。正確的操作使用能夠防止機床非正常磨損，避免突發(fā)故障;做好日常維護保養(yǎng)，可使設(shè)備保持良好的技術(shù)狀態(tài)，延緩劣化進程，及時發(fā)現(xiàn)和消滅故障隱患，從而保證安全運行，故障診斷是進行數(shù)控機床維修的第一步，它不僅可以迅速查明故障原因，排除故障，也可以起到預防故障的發(fā)生與擴大的作用。
二、故障的調(diào)查與分析
這是排故的第一階段，是非常關(guān)鍵的階段，主要應作好下列工作：
①詢問調(diào)查？在接到機床現(xiàn)場出現(xiàn)故障要求排除的信息時，首先應要求操作者盡量保持現(xiàn)場故障狀態(tài)，不做任何處理，這樣有利于迅速精確地分析故障原因。同時仔細詢問故障指示情況、故障表象及故障產(chǎn)生的背景情況，依此做出初步判斷，以便確定現(xiàn)場排故所應攜帶的工具、儀表、圖紙資料、備件等，減少往返時間。
②現(xiàn)場檢查？到達現(xiàn)場后，首先要驗證操作者提供的各種情況的準確性、完整性，從而核實初步判斷的準確度。由于操作者的水平，對故障狀況描述不清甚至完全 不準確的情況不乏其例，因此到現(xiàn)場后仍然不要急于動手處理，重新仔細調(diào)查各種情況，以免破壞了現(xiàn)場，使排故增加難度。
③故障分析？根據(jù)已知的故障狀況按上節(jié)所述故障分類辦法分析故障類型，從而確定排故原則。由于大多數(shù)故障是有指示的，所以一般情況下，對照機床配套的數(shù)控系統(tǒng)診斷手冊和使用說明書，可以列出產(chǎn)生該故障的多種可能的原因。
④確定原因？對多種可能的原因進行排查從中找出本次故障的真正原因，這時對維修人員是一種對該機床熟悉程度、知識水平、實踐經(jīng)驗和分析判斷能力的綜合考驗。
⑤排故準備？有的故障的排除方法可能很簡單，有些故障則往往較復雜，需要做一系列的準備工作，例如工具儀表的準備、局部的拆卸、零部件的修理，元器件的采購甚至排故計劃步驟的制定等等。
三、電氣維修與故障的排除
這是排故的第二階段，是實施階段。？？如前所述，電氣故障的分析過程也就是故障的排除過程，因此電氣故障的一些常用排除方法在上一節(jié)的分析方法中已綜合介紹過了，本節(jié)則列舉幾個常見電氣故障做一簡要介紹，供維修者參考。
（1）電源？電源是維修系統(tǒng)乃至整個機床正常工作的能量來源，它的失效或者故障輕者會丟失數(shù)據(jù)、造成停機。重者會毀壞系統(tǒng)局部甚至全部。西方國家由于電力充足，電網(wǎng)質(zhì)量高，因此其電氣系統(tǒng)的電源設(shè)計考慮較少，這對于我國有較大波動和高次諧波的電力供電網(wǎng)來說就略顯不足，再加上某些人為的因素，難免出現(xiàn)由電源而引起的故障。
四、維修排故后的總結(jié)提高工作
對數(shù)控機床電氣故障進行維修和分析排除后的總結(jié)與提高工作是排故的第三階段，也是十分重要的階段，應引起足夠重視。？？ 總結(jié)提高工作的主要內(nèi)容包括：
①詳細記錄從故障的發(fā)生、分析判斷到排除全過程中出現(xiàn)的各種問題，采取的各種措施，涉及到的相關(guān)電路圖、相關(guān)參數(shù)和相關(guān)軟件，其間錯誤分析和排故方法也應記錄并記錄其無效的原因。除填入維修檔案外，內(nèi)容較多者還要另文詳細書寫。
②有條件的維修人員應該從較典型的故障排除實踐中找出常有普遍意義的內(nèi)容作為研究課題進行理論性探討，寫出論文，從而達到提高的目的。特別是在有些故障的排除中并未經(jīng)由認真系統(tǒng)地分析判斷而是帶有一定地偶然性排除了故障，這種情況下的事后總結(jié)研究就更加必要。
③總結(jié)故障排除過程中所需要的各類圖樣、文字資料，若有不足應事后想辦法補濟，而且在隨后的日子里研讀，以備將來之需。
④從排故過程中發(fā)現(xiàn)自己欠缺的知識，制定學習計劃，力爭盡快補課。
⑤找出工具、儀表、備件之不足，條件允許時補齊。
總結(jié)提高工作的好處是：
①迅速提高維修者的理論水平和維修能力。
②提高重復性故障的維修速度。
③利于分析設(shè)備的故障率及可維修性，改進操作規(guī)程，提高機床壽命和利用率。
④可改進機床電氣原設(shè)計之不足。
1.3產(chǎn)業(yè)技術(shù)相關(guān)的轉(zhuǎn)變模式。產(chǎn)業(yè)技術(shù)的轉(zhuǎn)變主要涉及到兩種因素，一種是科學技術(shù)的發(fā)展，一種是社會的進步與人們的需求。在產(chǎn)業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)變模式的研究中，部分學者認為科學技術(shù)的進步是決定產(chǎn)業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)變的主要因素，技術(shù)的研究和開發(fā)能夠推動產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而另外一部分學者則是認為社會的發(fā)展與人們對于產(chǎn)品的需求才是產(chǎn)業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)變的主要動力。在實際的產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展中，離不開科學技術(shù)的進步，更離不開社會大眾的需求，認清兩者之間的關(guān)系，才能夠不斷地進行創(chuàng)新，使產(chǎn)業(yè)技術(shù)走上正確的發(fā)展道路。
2、實現(xiàn)我國數(shù)控機床行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的路徑
2.1正確定位我國數(shù)控機床行業(yè)所面對的產(chǎn)品。數(shù)控機床行業(yè)所面對的產(chǎn)品，應當改變過往的定位模式，摒棄以前以低價來獲得市場競爭力的方法。為了能夠改變這一現(xiàn)狀，我國的制造業(yè)需要引進更為先進的大型數(shù)控機床設(shè)備，以此來為企業(yè)制造服務(wù)。企業(yè)應當能夠重新審視我國的市場對于產(chǎn)品的需求，掌握市場對產(chǎn)品需求的變化規(guī)律，明確影響產(chǎn)品在市場中競爭力的因素，以此來開拓更為廣闊的市場。做好正確的產(chǎn)品定位，就能夠選用更為合適的數(shù)控機床，并且運用更為先進的數(shù)控機床行業(yè)技術(shù)，以此來實現(xiàn)技術(shù)的創(chuàng)新。產(chǎn)品的定位應當以市場需求的預測為主，而不能只是跟隨他人的腳步，那樣永遠只能落后一步，而無法實現(xiàn)創(chuàng)新。
2.2選擇以集成創(chuàng)新為主的技術(shù)路線。所謂的集成創(chuàng)新，就是企業(yè)自主地控制產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的整個過程，通過自主地研究開發(fā)新技術(shù)，來組成數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的核心。集成創(chuàng)新不僅要求企業(yè)能夠及時地引進先進的設(shè)備，更需要具有專業(yè)技能的人才。并且集成創(chuàng)新周期較長，需要企業(yè)內(nèi)部的技術(shù)人員進行密切的配合，通過對數(shù)控機床行業(yè)技術(shù)的深入研究，對技術(shù)創(chuàng)新方案進行深刻的探討，集合整個技術(shù)開發(fā)團隊的智慧，研究出具有先進技術(shù)含量和創(chuàng)新特色的產(chǎn)品；另外，集成創(chuàng)新需要企業(yè)有大量的資金投入，從外部技術(shù)源獲得必要的知識產(chǎn)權(quán)、所需的元件或子系統(tǒng)，以保證研究工作的順利進行。
2.3結(jié)合國家、企業(yè)、學校、科研院各方面的力量共同實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新。數(shù)控機床行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新由于涉及到的學科眾多，對于技術(shù)開發(fā)人員的要求極高，并且要有大量的資金、人力、物力、時間的投入。因此，僅僅依靠企業(yè)來進行技術(shù)的創(chuàng)新，是很難做到的，換言之，僅僅依靠高校、科研院也無法完全實現(xiàn)技術(shù)的創(chuàng)新。而要想完成創(chuàng)新的任務(wù)，就必須使產(chǎn)業(yè)、學校、科研院進行相應的結(jié)合，再加之國家的政策、資金方面的支持，使多方面的力量能夠融合到一起，使各個不同領(lǐng)域的人才進行技術(shù)上的交流，共同研究開發(fā)具有創(chuàng)新性的數(shù)控機床行業(yè)技術(shù)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)其實用性，促進技術(shù)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化，盡快地將科學技術(shù)轉(zhuǎn)化為社會大眾所需要的產(chǎn)品，完成以科學技術(shù)促進社會經(jīng)濟發(fā)展的目標。
2.4壯大裝備制造行業(yè)的規(guī)模。目前，我國的數(shù)控機床行業(yè)正在不斷地發(fā)展過程中，涉及到該產(chǎn)業(yè)的企業(yè)也非常多，然而，能夠在市場競爭中具有較強的競爭力，能夠自主實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新的企業(yè)卻非常少，大多數(shù)的企業(yè)規(guī)模小、技術(shù)落后、研究開發(fā)能力薄弱，技術(shù)創(chuàng)新的實現(xiàn)較為困難，難以形成強大的競爭力與國外的數(shù)控機床企業(yè)進行抗衡。因此，各個數(shù)控機床企業(yè)應當聯(lián)合到一起，形成大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)集群，多個企業(yè)的聯(lián)合，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)力的大幅度提升，還能夠?qū)崿F(xiàn)人才的相互融合，推動行業(yè)技術(shù)的創(chuàng)新，促進數(shù)控機床行業(yè)的飛速發(fā)展。
2影響數(shù)控機床機械技術(shù)加工效率的相關(guān)因素
1）規(guī)章制度不完善。
近些年，數(shù)控機床取得了一定的發(fā)，但是針對某些方面仍然存在一定的問題，一些設(shè)備與零件仍然存在很大的問題，在實際的工作之中數(shù)控機床還沒有制定合理科學的規(guī)章制度保障數(shù)控機床的正常工作，這是影響數(shù)控機床發(fā)展最為主要的因素之一。
2）編制程序有失規(guī)范。
數(shù)控機床與傳統(tǒng)機床相比較最為突出的有點就是增加了數(shù)字與計算機控制的部分，這就必然需要相關(guān)軟件的支撐，由此可見，軟件的編制程序?qū)τ谔岣邤?shù)控機床機械技術(shù)加工效率也有著十分重要的理論意義與現(xiàn)實價值。程序的編制在很大程度上可以對數(shù)控機床機械技術(shù)加工效率產(chǎn)生最為直接的影響。
3提高數(shù)控機床機械技術(shù)加工效率的策略
3.1軟件系統(tǒng)
1）專業(yè)操作人員。
在實際的工作之中，專業(yè)的操作人員對于提高控機床機械技術(shù)加工效率有著十分重要的作用，他們是對數(shù)控機床軟件進行實際操作的人員，其專業(yè)能力與業(yè)務(wù)素養(yǎng)對于控機床機械技術(shù)加工效率有著直接的關(guān)系。因此，加工企業(yè)應該充分的重視數(shù)控機床操作人員業(yè)務(wù)能力的提高。具體的實施方式有很多，其中比較重要的方式可以分為以下幾種：①加工企業(yè)應該針對操作人員進行定期的培訓，不斷的提高他們的綜合素質(zhì)與業(yè)務(wù)能力，讓員工掌握相關(guān)的理論知識與注意事項；②應該不斷引進相關(guān)的專業(yè)人才整體提高數(shù)控機床操作人員的整體素質(zhì)，保障數(shù)控機床機械技術(shù)加工效率的提高。
2）進一步規(guī)范操作流程。
與普通機床相比，數(shù)控機床在的操作流程更加復雜，操作工藝相對較多。因此，在實際的工作之中，為了進一步提高數(shù)控機床機械技術(shù)加工效率，我們應該嚴格的規(guī)范數(shù)控機床的操作流程，減少數(shù)控機床工作之中的冗雜流程，制度嚴格的工作步驟與檢驗步驟，真正實現(xiàn)數(shù)控機床工作的科學化與規(guī)范化，以此來提高數(shù)控機床機械技術(shù)加工效率。
3）創(chuàng)新管理模式。
數(shù)控機床有著其自身的特點，其中最為突出的特點就是需要進行科學的管理，只有這樣才能更好的發(fā)揮數(shù)控機床的優(yōu)勢，促進加工企業(yè)的不斷發(fā)展與進步。因此，在實際的工作之中一定要注重數(shù)控機床管理模式的創(chuàng)新，對不同工藝的數(shù)控機床制定不同的管理模式，實現(xiàn)管理模式的與時俱進，只有這樣才能更好的促進數(shù)控機床機械技術(shù)加工效率的提高。
3.2硬件方面
在提高數(shù)控機床機械技術(shù)加工效率過程中最為重要的方式就是注重硬件方面措施的采取，要充分的分析數(shù)控機床的工作特點，針對其具體的工作環(huán)境采取相應的措施，在實際的工作中需要注意的方面很多其中比較重要的方面主要是以下幾個方面。
1）恒定的電網(wǎng)供電水平。
數(shù)控機床依靠科技技術(shù)與電腦尖端技術(shù)，對電網(wǎng)供電系統(tǒng)有著極為苛刻的限制。就目前應用較為廣泛的數(shù)控機床來說，其裝置內(nèi)部欠壓保護裝置的報警系統(tǒng)在不穩(wěn)定的電網(wǎng)系統(tǒng)中很難維持恒定的工作狀態(tài)，要解決這個問題最直接的辦法就是根據(jù)運行中數(shù)控機床的自身特性，有方向有策略的針對的配置交流穩(wěn)壓器，以減少高峰及低谷時段供電不穩(wěn)定對整個加工高效所產(chǎn)生的后果。
2）加強對設(shè)備選型的研究。
在實際的工作中，我們應該注重加強數(shù)控機床設(shè)備選型的研究，尤其是針對數(shù)控系統(tǒng)方面也更是需要重視。在具體的工作之中，應該根據(jù)工作的具體環(huán)境和具體條件，結(jié)合生產(chǎn)的產(chǎn)品等因素對設(shè)備的型號進行選擇。另外，一個加工企業(yè)購買多種控機床的過程中應該買一個廠家出產(chǎn)額設(shè)備，方便維修，有利于工藝之間的連接，從而實現(xiàn)數(shù)控機床機械技術(shù)加工效率的提高。
3）做好機床的維護和管理。
數(shù)控機床的管理與維護對于保障數(shù)控機床正常工作，提高數(shù)控機床的使用壽命有著極其重要的作用與價值。機床是對數(shù)控機床進行維護和保養(yǎng)最為重要的方式之一，要結(jié)合機床實際的工作環(huán)境與工作狀態(tài)，對機床進行適當?shù)谋ｐB(yǎng)。另外，還應該針對不同型號的機床選擇不同的油，只有這樣才能保障機床的正常工作，提高數(shù)控機床機械技術(shù)加工效率。
關(guān)鍵詞：數(shù)控機床開放式數(shù)控系統(tǒng)電動機
Abstract：Thenumericalcontrollathecalledthenumericalcontrol(Numericalcontrol,iscalledNC)theenginebed.Itisbasedonthenumericalcontrol,hasusedthenumericalcontroltechnology,isloadedwiththeprocedurecontrolsystemtheenginebed.Itisbythemainengine,CNC,thedrive,thenumericalcontrolenginebedauxiliaryunit,theprogrammingmachineandothersomeappurtenancesiscomposed.
Thisdesignincludingthemainmovementofenginebeddesign,longitudinalentersforthedesign,alsoincludesthegearmoduluscomputationandtheexamination,themainaxlerigidityexaminationandsoon.
Keyword：numericalcontroltoolOpen-architecturemotor
當前的世界已進入信息時代，科技進步日新月異。生產(chǎn)領(lǐng)域和高科技領(lǐng)域中的競爭日益加劇，產(chǎn)品技術(shù)進步、更新?lián)Q代的步伐不斷加快。現(xiàn)在單件小批量生產(chǎn)的零件已占到機械加工總量的80%以上，而且要求零件的質(zhì)量更高、精度更高，形狀也日趨復雜化，這是擺在機床工業(yè)面前的一個突出問題。為了解決復雜、精密、單件小批量以及形狀多變的零件加工問題，一種新型的機床——數(shù)字控制(Numericalcontrol)機床的產(chǎn)生也就是必然的了。
此次設(shè)計是數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的設(shè)計，其中包括機床的主運動設(shè)計，縱向進給運動設(shè)計，還包括齒輪模數(shù)計算及校核，主軸剛度的校核等。
數(shù)控車床是基于數(shù)字控制的，它與普通車床不同，因此數(shù)控車床機械結(jié)構(gòu)上應具有以下特點：
1．由于大多數(shù)數(shù)控車床采用了高性能的主軸，因此，數(shù)控機床的機械傳動結(jié)構(gòu)得到了簡化。
2．為了適應數(shù)控車床連續(xù)地自動化加工，數(shù)控車床機械結(jié)構(gòu)，具有較高的動態(tài)剛度，阻尼精度及耐磨性，熱變形較小。
3．更多地采用高效傳動部件，如滾動絲桿副等。CNC裝置是數(shù)控車床的核心，用于實現(xiàn)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。
2.2總體方案的擬定
1．根據(jù)設(shè)計所給出的條件，主運動部分z=18級，即傳動方案的選擇采用有級變速最高轉(zhuǎn)速是2000r/min，最低轉(zhuǎn)速是40r/min，。
2．縱向進給是一套獨立的傳動鏈，它們由步進電機，齒輪副，絲桿螺母副組成，它的傳動比應滿足機床所要求的。
3．為了保證進給傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動效率高的滾珠絲桿螺母副，并應有預緊機構(gòu)，以提高傳動剛度和消除間隙。齒輪副也應有消除齒側(cè)間隙的機構(gòu)。
4．采用滾珠絲桿螺母副可以減少導軌間的摩擦阻力，便于工作臺實現(xiàn)精確和微量移動，且方法簡單。
主運動設(shè)計
參數(shù)的確定
一.了解車床的基本情況和特點---車床的規(guī)格系列和類型
1.通用機床的規(guī)格和類型有系列型譜作為設(shè)計時應該遵照的基礎(chǔ)。因此，對這些基本知識和資料作些簡要介紹。本次設(shè)計中的車床是普通型車床，其品種，用途，性能和結(jié)構(gòu)都是普通型車床所共有的，在此就不作出詳細的解釋和說明了。
2.車床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)（GB1582-79，JB/Z143-79）：
最大的工件回轉(zhuǎn)直徑D（mm）是400；刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑D1大于或等于200；主軸通孔直徑d要大于或等于36；主軸頭號（JB2521-79）是6；最大工件長度L是750～2000；主軸轉(zhuǎn)速范圍是：32～1600；級數(shù)范圍是：18；縱向進給量mm/r0.03～2.5；主電機功率（kw）是5.5～10。
傳動件的設(shè)計
傳動方案確定后，要進行方案的結(jié)構(gòu)化，確定個零件的實際尺寸和有關(guān)布置。為此，常對傳動件的尺寸先進行估算，如傳動軸的直徑、齒輪模數(shù)、離合器、制動器、帶輪的根數(shù)和型號等。在這些尺寸的基礎(chǔ)上，畫出草圖，得出初步結(jié)構(gòu)化的有關(guān)布置與尺寸；然后按結(jié)構(gòu)尺寸進行主要零件的驗算，如軸的剛度、齒輪的疲勞強度等，必要時作結(jié)構(gòu)和方案上的修改，重新驗算，直到滿足要求。
對于本次設(shè)計，由于是畢業(yè)設(shè)計，所以先用手工畫出草圖，經(jīng)自己和指導老師的多次修改后，再用計算機繪出。
一.三角帶傳動的計算
三角帶傳動中，軸間距A可以較大。由于是摩擦傳遞，帶與輪槽間會有打滑，亦可因而緩和沖擊及隔離震動，使傳動平穩(wěn)。帶傳動結(jié)構(gòu)簡單，但尺寸，機床中多用于電機輸出軸的定比傳動。
目錄
第一章引言1
第二章設(shè)計方案論證與擬定2
2.1總體方案的論證2
2.2總體方案的擬定2
2.3主傳動系統(tǒng)總體方案圖及傳動原理2
第三章設(shè)計計算說明5
3.1主運動設(shè)計5
3.1.1參數(shù)的確定5
3.1.2傳動設(shè)計6
3.1.3轉(zhuǎn)速圖的擬定8
3.1.4帶輪直徑和齒輪齒數(shù)的確定12
3.1.5傳動件的設(shè)計19
3.2縱向進給運動設(shè)計38
3.2.1滾珠絲桿副的選擇38
3.2.2驅(qū)動電機的選用42
結(jié)論47
2典型故障的診斷與排除方法
2.1常規(guī)檢查法①報警處理:數(shù)控系統(tǒng)發(fā)生故障時，一般在操作面板上給出故障信號和相應的信息。通常系統(tǒng)的操作手冊或調(diào)整手冊中都有詳細的報警內(nèi)容和處理方法。同時可以利用操作面板或編程器根據(jù)電路圖和PLC程序，查出相應的信號狀態(tài)，按邏輯關(guān)系找出故障點進行處理。②無報警或無法報警的故障處理:當系統(tǒng)無法運行，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(chǔ)，進行分析，做出正確的判斷。這種利用可編程控制器進行PLC中斷狀態(tài)分析，其中斷原因以中斷堆棧的方式記憶。
例如：一臺SCHIESSVMG67軸五連動數(shù)控機床，采用西門子840D系統(tǒng)其可編程控制器S7300在運行中產(chǎn)生中斷故障，利用系統(tǒng)診斷中斷堆棧的方法可以十分迅速的找到故障原因，通過SIMATICManager訪問這一功能，選擇菜單功能PLC->Diagnostic/setting->ModuleInformation->DiagnosticBuffer，可打開診斷緩沖器，診斷緩沖器中按先后順序存儲著所有可用于系統(tǒng)診斷的事件。選中了一個事件后，在“DtailsonEvent"信息框中可以看到關(guān)于該事件的詳細說明：事件（ID）代號和事件號、塊類型和號碼，根據(jù)事件，如導致該事件的指令的相對STL行地址。單擊〖HelponEvent〗按鈕，可打開事件幫助信息窗口。單擊〖OpenBlock〗按鈕，可在線打開CPU中出現(xiàn)中斷的塊，如利用這種方法在實際維修工作中是十分迅速有效的。維修人員應當充分熟悉系統(tǒng)的自診斷功能的一些特殊處理方法。這樣就會少走彎路，較快排除故障。
2.2初始化法一般情況下，由于瞬時故障引起的系統(tǒng)報警，可用硬件復位或開關(guān)系統(tǒng)電源依次清除故障;若系統(tǒng)工作存貯區(qū)由于掉電、拔插線路板或電池欠壓造成混亂，則必須對系統(tǒng)進行初始化清除。
例如：一臺德國PFH100KW-6米數(shù)控龍門銑鏜床采用西門子840C數(shù)控系統(tǒng)，由于系統(tǒng)工作存貯區(qū)混亂，開關(guān)后只定在一個初始化界面，系統(tǒng)根本無法進入，一般性復位無效，必須對系統(tǒng)進行初始化清除，就采用了初始化復位法，進入〖startup〗菜單->利用〖generalresetmodeinformationonstartup〗->選擇〖endgenresetmode〗進行這種特殊的復位法之后，系統(tǒng)才能重啟進行正常操作，故障解除。
2.3參數(shù)修正法在數(shù)控機床維修中，有時要利用某些參數(shù)來調(diào)整機床，有些參數(shù)要根據(jù)機床的運行狀態(tài)進行必要的修正，這種方法與機械維修相配合是十分有效的。例如：一臺法國Forestφ250數(shù)控落地鏜采用NUM1060系統(tǒng)爬行嚴重，雖進行了X軸導軌的大修但此方向立柱的運行仍無法滿足加工要求，原因是前導軌已經(jīng)嚴重研傷，在機械調(diào)節(jié)能力有限的基礎(chǔ)上試著進行參數(shù)更改，將P21Servo-systemloopgaincoefficient伺服系統(tǒng)的位置環(huán)增益系數(shù)逐漸修調(diào)，NUM機床參數(shù)的設(shè)置步驟及操作方法介紹如下：①上電后按軟鍵Fll-SELECTTHEUTILITY②選擇0項ACCESSTOUTILITYPROGRAMMES③選擇第5項SETUPDATA④這時出現(xiàn)畫面WARNINGMACHINECONTROLWILLBESTOPPEDWHENCHANGINGPARAMETESOK?(Y/N)，鍵人Y字母⑤出現(xiàn)畫面MACHINESETUPDATA0DISPLAY1CHANGE……，如果更改請鍵入1⑥出現(xiàn)PARAMETER?如果更改參數(shù)P21則鍵入P21⑦出現(xiàn)該參數(shù)后將光標移到字按#鍵入?yún)?shù)值回車即可⑧按鍵CTRL+XOff系統(tǒng)復位退出參數(shù)設(shè)定即可
經(jīng)多次調(diào)試P21數(shù)值由950最終降為700后機床爬行故障得到好轉(zhuǎn)，保證了生產(chǎn)的進行。所以維修人員要多查資料多了解機床各種參數(shù)的意義及參數(shù)更改的方法。這樣就可以在機械調(diào)節(jié)能力一定的基礎(chǔ)上通過修改NC數(shù)據(jù)使機床的性能得到更好更大的發(fā)揮，提高它的加工精度。
3數(shù)控機床電氣、液壓和冷卻系統(tǒng)的保養(yǎng)
3.1電氣系統(tǒng)的保養(yǎng)
3.1.1清除電氣柜內(nèi)的積灰，保持電路板、電氣元件表面干凈。由于環(huán)境溫度過高，數(shù)控柜內(nèi)一般都要加裝空調(diào)裝置。安裝空調(diào)后，數(shù)控系統(tǒng)的可靠性有明顯的提高。
3.1.2機床周圍電器檢查機床各部件之間連接導線、電纜不得被腐蝕與破損，發(fā)現(xiàn)隱患后及時處理，以防止短路、斷路。緊固好接線端子和電器元件上的壓線螺釘，使接線頭牢固可靠。
3.1.3機床電源檢查數(shù)控系統(tǒng)供電是否正常，電壓波動是否在允許范圍之內(nèi)，整個數(shù)控電氣系統(tǒng)接地是否良好可靠。接地可靠是系統(tǒng)防止干擾、工作可靠的保證。
例如：一臺美國AB的10×40米數(shù)控車銑床在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，機床通訊經(jīng)常突然中斷很異常，通過檢查發(fā)現(xiàn)電控框屏蔽層接地不好，使程序信號受干擾引起失真，是導致上述問題的原因，將電纜屏蔽層、機床配電柜元器件良好接地后故障排除。
3.2液壓系統(tǒng)的保養(yǎng)要定期對油箱內(nèi)的油液進行更換，且有時機床油號的選擇也要由工作現(xiàn)場的環(huán)境溫度，油路系統(tǒng)不同而定。定期檢查更換密封件，清洗油箱和管路，防止液壓系統(tǒng)泄漏。檢查系統(tǒng)的噪聲、振動、壓力、溫度等是否正常，將故障排除在萌芽狀態(tài)。
3.3冷卻系統(tǒng)保養(yǎng)檢查導軌油箱的油量，油泵是否能定時啟動、停止。定期檢查油泵、清洗過濾器、油箱、更換油。如切削液太臟，應清洗切削液箱、更換切削液。在使用過程中，因此，要求除了掌握數(shù)控機床的性能及精心操作外，還要注意消除各種不利的影響因素。
應該強調(diào)的是，雖然數(shù)控機床的系統(tǒng)種類繁多，但是各類數(shù)控機床的保養(yǎng)方法基本相同。只要操作者與維修人員做到認真操作，精心維護，就可以及時發(fā)現(xiàn)和消除隱患，減少維修費用，從而保證了數(shù)控機床更長時間安全可靠的運行，切實貫徹了設(shè)備管理以防為主的主導思想，從而有效的保證和提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益。
摘要:數(shù)控機床作為一種高精度自動化設(shè)備，其能否安全可靠運行，在很大程度上取決于機床的正確使用和日常維護，為了保證機床長期安全平穩(wěn)運行，降低維修費用，及時發(fā)現(xiàn)和消除隱患，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。筆者就數(shù)控機床的維護與保養(yǎng)通過日常工作中的典型故障著重提出以下幾種實用的診斷、維修及保養(yǎng)方法供大家參考。
關(guān)鍵詞:數(shù)控機床自動化診斷維護保養(yǎng)效益
參考文獻:
步進電機是采用脈沖數(shù)字信號進行控制的，每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)步距誤差自動變?yōu)榱?，易于控制，價格最低。其選擇的關(guān)鍵是對參數(shù)進行確定。確定參數(shù)的具體方法是：先計算電機的步距角，其次確定其步距精度，然后再對它的轉(zhuǎn)矩進行選擇，最后選定步進電機驅(qū)動器。
永磁式交流伺服電機常用于進給驅(qū)動系統(tǒng)中，它容量大，結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，效率高，但啟動特性欠佳。其選擇方法是：先確定電機的額定轉(zhuǎn)速，其次選擇其負載慣量，然后再確定它的額定轉(zhuǎn)矩，進行電機預選，最后通過進一步的速度、加減速轉(zhuǎn)矩及連續(xù)工作轉(zhuǎn)矩的驗算確定預選電機是否符合要求。
2數(shù)控系統(tǒng)的選擇
數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的中樞，是其中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。目前，市場上數(shù)控系統(tǒng)的類型較多，選擇時要保證能購得最適合的系統(tǒng)，就必須要充分考慮改造中各方面的因素。
首先，要考慮被改造機床的功能要求。根據(jù)機床的功能要求選擇數(shù)控系統(tǒng)，以使數(shù)控系統(tǒng)所具有的功能要與準備改造的機床所能達到的功能相匹配。既要避免因偏面追求數(shù)控系統(tǒng)的高性能指標，而選擇了功能遠遠多于改造機床功能的系統(tǒng)，造成功能過剩、資金浪費，且在一定程度上還可能潛伏下由于數(shù)控系統(tǒng)復雜程度的增加而帶來故障率升高的隱患。又要保證所選數(shù)控系統(tǒng)能滿足機床全部功能要求，不要出現(xiàn)一些因必須的系統(tǒng)功能短缺，影響其它功能的使用，使機床的優(yōu)良性能發(fā)揮不出來。
其次，要考慮數(shù)控系統(tǒng)的制造廠商。老牌著名跨國公司主要有德國的西門子、日本的發(fā)那科和三菱、法國的NVM等，國內(nèi)公司主要有中華數(shù)控、中國珠峰、北京航天等。目前，進口系統(tǒng)的性能尚優(yōu)于國產(chǎn)系統(tǒng)，但價格也較高，因此適用于大型高精度機床。國產(chǎn)系統(tǒng)功能較簡單，性能較穩(wěn)定，價格便宜，對一般車床、銑床已能可靠使用，且近幾年國產(chǎn)系統(tǒng)也有長足進步，與世界先進技術(shù)的差距越來越小。如中華數(shù)控公司，就憑借已其達到國際領(lǐng)先水平，且具有自主版權(quán)的數(shù)控技術(shù)和現(xiàn)代化的產(chǎn)業(yè)基地在中國大地迅速崛起。該公司的中華數(shù)控系統(tǒng)曾在2004年舉行的第一屆全國數(shù)控技能大賽上與西門子、發(fā)那科等著名系統(tǒng)同臺全方位競技，充分發(fā)揮了其強大功能優(yōu)勢。使用此系統(tǒng)的參賽選手，有多人取得了很好的成績。可見，國內(nèi)系統(tǒng)功能也會越來越完善。
第三，要考慮數(shù)控系統(tǒng)與其它配件的匹配。如果數(shù)控系統(tǒng)、電機及驅(qū)動器的品種、牌號太雜，在連接各部件時，就可能會出現(xiàn)輸入與輸出信號的不匹配及在傳送中信號產(chǎn)生滯后等現(xiàn)象。因此，選擇時要優(yōu)先考慮能提供進給伺服系統(tǒng)和主軸驅(qū)動的廠家的數(shù)控系統(tǒng)。
另外，在資金允許的條件下，盡量向著名廠家型號系列靠攏。一般著名廠商此類系統(tǒng)零件篩選更嚴格，制造工藝更規(guī)范可靠，性能穩(wěn)定，能更好地預防電器元件的故障或提前失效引起的設(shè)備故障，也有利于維修。
3機床機械部件的改造
數(shù)控機床的機械部分在剛度、精度、速度、摩擦磨損等方面較普通機床有更高的要求。因此，不能簡單地認為將數(shù)控裝置與普通機床連接在一起就達到了機床數(shù)控改造的目的。而是應該從機床自身的價值考慮，分析改造要達到的目標和所需投入。從該機床在本單位產(chǎn)品制造中的地位和重要程度來分析改造價值。對被改造機床的結(jié)構(gòu)、性能、精度等技術(shù)現(xiàn)狀作全面分析。其中包括機床原來的結(jié)構(gòu)設(shè)計是否符合改造要求，部件結(jié)構(gòu)是否仍然完好，各坐標軸的機械傳動結(jié)構(gòu)及導軌副的形式等是否適用，各項精度是否滿足要求，機床在加工中是否存在故障和歷史上有無出現(xiàn)過重大故障。從該機床的投入產(chǎn)出率估算，確定最終改造方案。
3.1主傳動系統(tǒng)的改造
在對主傳動系統(tǒng)進行改造時，一般應盡量保留原主軸箱齒輪變速換檔機構(gòu)，只把主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)由原來的機械控制改變?yōu)橛蓴?shù)控系統(tǒng)控制。當然，如果為了擴大變速范圍，實現(xiàn)加工過程中的自動變速，也可以將原來的單速電機更換為多速電機，這樣可以使機床性能更好。但多速電機的功率是隨轉(zhuǎn)速的變化而變化的，所以電機功率要大，且還要增加一套電機變速系統(tǒng)，改裝比較麻煩。對普通機床進行簡易數(shù)控改造時，最好不要用這種方法。另外，為了使改裝后的機床主傳動和進給傳動保持必然的聯(lián)系，要在主軸箱內(nèi)安裝一個與主軸同步旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)脈沖編碼器。如普通車床改裝為數(shù)控車床時，在主軸箱內(nèi)裝主軸脈沖編碼器，以保證改造后的車床具備螺紋加工的功能。
3.2進給傳動系統(tǒng)的改造
在對進給傳動系統(tǒng)進行改造時，一般都應該把原來的進給變速傳動裝置及操縱機構(gòu)全部拆除。而每個方向的進給傳動都改由各自獨立的功率步進電機，經(jīng)減速齒輪直接與帶動滑板移動的絲杠連接，分別實現(xiàn)各坐標方向的運動，進行各坐標的控制。例如普通機床的簡易化數(shù)控改裝，通常都是把原來由主軸箱到進給箱的傳動路線切斷，且將溜板箱拆除，直接把齒輪減速箱和功率步進電機安裝在縱向絲杠的右端和橫向絲杠的外端。
在對機床進給傳動系統(tǒng)改裝的同時，也要對此傳動系統(tǒng)中的傳動裝置元件進行相應的改造。具體如下：
（1）絲杠。絲杠是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動的傳動裝置。改造時，為了滿足數(shù)控機床上較高精度零件的加工要求，應該用滾珠絲杠螺母副替換原普通機床上的梯形絲杠螺母副。滾珠絲杠螺母副把傳動絲杠與螺母之間的滑動摩擦變?yōu)榱藵L動摩擦，使摩擦損失減小，精度保持性、傳動平穩(wěn)性、傳動效率等都得以提高。其傳動效率可達到92%～98%，是普通絲杠螺母副的3～4倍。
（2）拖板。拖板是數(shù)控系統(tǒng)直接控制的對象。不論是點位控制、直線控制，還是輪廓控制，被加工零件的最終坐標精度都將受到拖板運動精度、靈敏度和穩(wěn)定性的影響。除拖板及相配件精度要高外，由驅(qū)動電機到絲杠間的傳動齒輪也要采用間隙消除結(jié)構(gòu)。以滿足傳動精度和靈敏度的要求。常用的消隙方法有剛度調(diào)整法和柔性調(diào)整法兩種。剛性調(diào)整法傳動剛度較好，結(jié)構(gòu)簡單，但調(diào)整起來很費時；柔性調(diào)整法，一般用彈簧彈力自動消除齒側(cè)間隙，傳動剛度較低，傳動平穩(wěn)性差，結(jié)構(gòu)復雜。改造中，可根據(jù)機床加工目標選用。具體選用可參考有關(guān)資料。
（3）機床導軌。為了使改造后的機床有較高的開動率和精度保持性，應充分考慮機床導軌的耐磨性。當前國內(nèi)普通機床床身等大件多采用普通鑄鐵，其摩擦系數(shù)較大。改造中，在對達不到預定要求的原機床導軌進行修磨、刮研后，要在上面貼上耐磨、吸振的聚四氟飛烯軟帶。
4刀架的改造
刀架是否需要進行改造，要根據(jù)改造后機床主要加工對象來確定。若采用一把刀即可完成本機床上的加工，就沒有必要對刀架進行改造。若需采用多把刀，如普通車床改裝后需要三、四把刀才能完成全部車工工序，就必須對刀架部件進行改造。即拆掉原手動刀架，裝上電氣或液壓驅(qū)動，由數(shù)控裝置控制的自動刀架。
機床的數(shù)控化改造要考慮的因素很多。除了上面提到的主要內(nèi)容外，由于機床控制方式的改變，還要對其進行電氣部分的重新設(shè)計，機械部分的大修和專項修理，解決調(diào)試、安裝等多方面存在的問題?？傊?，在改造過程中，一定要全面綜合地考慮問題。只有這樣才能改造出性能價格比最優(yōu)的機床。
摘要：從中、小企業(yè)設(shè)備的實際情況出發(fā)，對在普通機床的數(shù)控化改造中，如何對數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)進行選擇，如何對其機械部分進行改造等問題進行了介紹。
關(guān)鍵詞：普通機床；數(shù)控化；數(shù)控機床；改造
Abstract:Onthebasisoftheconditionoftheequipmentinsmallenterprisesormiddleenterprises,intheprocessofrestructuringthegeneralmachinetoolintoNC,theproblemsthathowtoselecttheNCsystem,servosystemandhowtorestructurethestructuresofthemachinetoolandsoonareintroduced.
Keyword:Ordinaryenginebed;Numericalcontrol;Numerically-controlledmachinetool;Transformation
參考文獻：
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二、數(shù)控機床外觀造型設(shè)計
在數(shù)控機床外觀造型設(shè)計過程中，堅持下列基本原則：
（1）數(shù)控機床的色彩設(shè)計要滿足以下特點：第一，色彩的表達要與機床的相應功能相統(tǒng)一，在不同功能部位設(shè)計不同的色彩進行區(qū)分。第二，根據(jù)人機協(xié)調(diào)的原則，采用偏中性的色彩設(shè)計，降低工人的疲勞感。第三，色彩的設(shè)計要與相應的工作環(huán)境協(xié)調(diào)，不同的環(huán)境采用不同的色彩，比如在寒冷的環(huán)境用暖色調(diào)，高溫環(huán)境用冷色調(diào)。第四，美學原則，在外觀色彩設(shè)計時要搭配適當色彩帶給人美得心里感受。第五，符合企業(yè)的品牌形象，對同一品牌機床的色彩設(shè)計要大體上同一并具有一定的延續(xù)性，有利于建立長久的品牌形象認知。
（2）形態(tài)設(shè)計的原則，數(shù)控機床的設(shè)計要符合單純化原則，堅持簡潔、大方的形態(tài)設(shè)計。首先，在加工制造中均衡與穩(wěn)定的形態(tài)更容易讓人產(chǎn)生安全感。其次，機床形態(tài)設(shè)計要在單純、穩(wěn)定和均衡的基礎(chǔ)上，做到變化與統(tǒng)一相互結(jié)合，減少單調(diào)、刻板的感覺。
（3）人機工程設(shè)計原則。數(shù)控機床的人機工程設(shè)計就要符合安全性，又要滿足易用性。在外觀設(shè)計時必須重點考慮操作人員的安全，在任何工作環(huán)境下都能保證操作人員的安全，要讓數(shù)控機床在外觀上能夠直觀區(qū)分功能區(qū)域，觀察窗口、操作面板、拉門把手、按鍵大小等的位置設(shè)置要合理科學，符合一般人的操作習慣。
（4）綠色機床原則。在數(shù)控機床設(shè)計時，既要采用合理科學的結(jié)構(gòu)，以降低加工過程中的能量消耗，又要盡量使用可再生材料，有效使機床輕量化。
三、數(shù)控機床外觀造型設(shè)計的發(fā)展趨勢
對數(shù)控機床行業(yè)來說，重視產(chǎn)品的外觀造型，不僅僅出于對美的追求，更多的是為了適應市場的變化和需求，維護企業(yè)形象，提高品牌價值，更好地提高企業(yè)產(chǎn)品的競爭力。
1.符合“以人為本”的設(shè)計理念
“以人為本”的設(shè)計理念是當今數(shù)控機床設(shè)計理念的發(fā)展趨勢，因為機器始終為人輔助，由人來操作，只有在設(shè)計中關(guān)注“人”的因素，才能符合人類的可持續(xù)發(fā)展這一需求。
1.總體方案
本文設(shè)計的檢測系統(tǒng)是利用數(shù)控機床及其控制系統(tǒng),附加測頭、攝像頭、控制盒、計算機等裝置組成的檢測系統(tǒng),其組成如圖1所示。利用這個系統(tǒng)進行測量,其工作原理是利用攝像頭捕捉數(shù)控機床屏幕上顯示有坐標值的圖像畫面,再對捕捉到的圖像進行處理,識別出坐標數(shù)值,間接得到被測點坐標,并在此基礎(chǔ)上求得尺寸、形位誤差值,以完成數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理,實現(xiàn)精密測量的功能。
本文選用圖1所示的檢測系統(tǒng),是完全獨立于機床之外的附加檢測裝置,對機床本身的性能沒有影響。它是在不改變機床本體和原有功能的基礎(chǔ)上,利用機床的X、Y、Z坐標移動性能,將刀具換成測量頭測出工件上某點的位置。例如,要測量工件上A點到B點的距離,就相當于用對刀的方法確定A點坐標(xA,yA,zA)、B點坐標(xB,yB,zB),則A、B兩點的距離為d=√x2+y2+z2,其中x=xA-xB;y=yA-yB;z=zA-zB。顯然,這是一種通過測量點的坐標獲取測量結(jié)果的方法。
2.硬件配置
系統(tǒng)的硬件包括測量頭、控制盒及攝像頭。
2.1測頭
測頭的基本功能是觸發(fā)、瞄準和過零發(fā)訊。測頭分為機械式、光電式、電氣式三種。測頭性能的好壞,決定著測量方式的難易、測量精度的高低。本文選用我國生產(chǎn)的應用極為廣泛的硬線連接式導電式測頭,它屬于接觸式測頭,為通用型球頭測頭,能測定高度、槽寬、孔徑和輪廓形狀等。使用時,可以將測頭半徑和測出的數(shù)據(jù)輸入到計算機中進行數(shù)據(jù)處理,然后自動輸出被測值。測量方便、準確,易操作。
2.2控制盒
控制盒是本測量系統(tǒng)重要的硬件配置,是實現(xiàn)測量控制和數(shù)控機床與測量系統(tǒng)接口的關(guān)鍵裝置。其性能的好壞直接影響測量系統(tǒng)的功能和可靠性。從測量系統(tǒng)的功能完善和先進性、實用性考慮,控制盒的核心控制部分選用80C51單片機與8255A接口芯片,通過編程實現(xiàn)測量系統(tǒng)的控制與通訊?？刂坪泄ぷ鬟^程如圖2所示。當觸頭接觸工件時,產(chǎn)生觸發(fā)信號,觸發(fā)器D接收到低電平信號,向單片機發(fā)出中斷請求,通過程序?qū)崿F(xiàn)延時功能,并通過8255A接口,使繼電器1接通,打開攝像頭,進行拍照。拍照完畢,繼電器1斷開,繼電器2接通,控制伺服系統(tǒng)動作進行下一次測量。
2.3攝像頭
將數(shù)控機床屏幕上帶有坐標值的圖像導入到計算機中,需要圖像采集裝置。本文選用的是Logitech快看視訊版TM網(wǎng)絡(luò)攝像頭,它具有高質(zhì)量CMOS感應器,其靜態(tài)和動態(tài)分辨率均達到640×480像素(VGA)。幀速度為:最高30幀/秒,圖像清晰,可以滿足測量系統(tǒng)的要求。
3.軟件設(shè)計
軟件設(shè)計的兩個關(guān)鍵內(nèi)容是字符識別及數(shù)據(jù)處理。
3.1字符識別
從數(shù)控機床屏幕圖像中獲取的坐標數(shù)值,首先須將攝像頭拍到的圖片文件轉(zhuǎn)化為計算機可以處理的文本信息,此過程需要通過字符識別技術(shù)完成。字符識別算法分為三種:模板匹配法、特征法和筆畫結(jié)構(gòu)法。由于需識別的字符種類少,本文開發(fā)的軟件系統(tǒng)中用了模板匹配法及特征法,借助VB編程實現(xiàn)。算法的主要過程如圖3所示。
其中,預處理的目的是為特征提取及字符學習提供方便,主要運用平滑去噪、圖像的二值化處理,使圖像更清晰、準確。特征提取即提取字符特征模式作為區(qū)分字符的特征量。主要方法是利用細化骨架的方法提取字符骨架,然后利用穿線法獲得單個字符的特征。運用此系統(tǒng)檢測時,先對機床屏幕的顯示字體進行學習,建立標準模板。將每一個單獨的字符劃分成A×B個像素(Pixels),字符的一些特征像素與標準模板比較,如果相似程度達到95%,那么,就可以認為該標準模板上的字符為所要識別的字符,逐一將要識別的這些字符進行判斷分類和確認,最后得到識別結(jié)果。將其存入計算機,待數(shù)據(jù)處理時取用。
3.2數(shù)據(jù)處理
數(shù)據(jù)處理是針對離散采樣數(shù)據(jù)點的集合,用一定的數(shù)學模型進行計算以獲得測量結(jié)果的過程。由于應用本測量系統(tǒng)測得值均為一些要素表面離散點的坐標,要測出需要的幾何元素誤差值,需進行相應的數(shù)學推導。在評定尺寸誤差時,借助了空間解析幾何及向量知識對各種幾何要素的測量給出了準確的計算公式。對于形位誤差的測量,依據(jù)的原則為最小條件及最小二乘法。例如:對直線度誤差的評定,依據(jù)最小二乘原理,根據(jù)測得的若干點的坐標,建立最小二乘線的方程y=ax+b,其中最小二乘線的參數(shù)a,b由式(1)求得:
將此直線方程化為一般式:
ax-y+b=0(2)
然后,求得各個測量點到該最小二乘線的距離
取Δ=2dmax,此為任意方向上的直線度誤差。從而實現(xiàn)直線度檢測功能。檢測系統(tǒng)計算項目如圖4所示。
4.測量實例
圖5所示,待測公差項目是φ25孔軸線的直線度公差為φ0.005mm。利用此系統(tǒng)檢測時,先將孔沿軸向劃分為N個截面(本例取N=5),測得每一截面上,孔內(nèi)表面上的三個點的坐標(見表1),根據(jù)三點定圓的原則,可以求得各截面圓對應的孔心位置,將此N個孔心的坐標xi,yi代入式(1),擬合最小二乘直線y=ax+b,將各圓心點的坐標代入式(3),即可求出各中心點到該直線的距離,那么,誤差Δ2dmax。
當進給運動超過由軟件設(shè)定的軟限位或由限位開關(guān)決定的硬限位時，就會發(fā)生超程報警，一般會在CRT上顯示報警內(nèi)容，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)說明書，即可排除故障，解除超程。
1.2爬行
一般是由于進給傳動鏈的狀態(tài)不良、伺服系統(tǒng)增益過低及外加負載過大等因素所致。尤其要注意的是，伺服和滾珠絲杠連接用的聯(lián)軸器，由于連接松動或聯(lián)軸器本身的缺陷，如裂紋等，造成滾珠絲杠轉(zhuǎn)動或伺服的轉(zhuǎn)動不同步，從而使進給忽快忽慢，產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。
1.3竄動
在進給時出現(xiàn)竄動現(xiàn)象，其可能原因有：1、接線端子接觸不良，如緊固的螺釘松動；2、位置控制信號受到干擾；3、測速信號不穩(wěn)定，如測速裝置故障、測速反饋信號干擾等。如果竄動發(fā)生在正、反向運動的瞬間，則一般是由于進給傳動鏈的反向間隙或者伺服系統(tǒng)增益過大引起。
1.4過載
當進給運動的負載過大、參數(shù)設(shè)定錯誤、頻繁正、反向運動以及進給傳動鏈狀態(tài)不良時，均會引起過載的故障。此故障一般機床可以自行診斷出來，并在CRT顯示屏上顯示過載、過熱或過電流報警。同時，在進給伺服模塊上用指示燈或者數(shù)碼管顯示驅(qū)動單元過載、過電流等報警信息。
1.5伺服電動機不轉(zhuǎn)
當速度、位置控制信號未輸出、或者使能信號（即伺服允許信號，一般為DC+24V繼電器線圈電壓）未接通以及進給驅(qū)動單元故障都會造成此故障。此時應測量數(shù)控裝置的指令輸出端子的信號是否正常，通過CRT觀察I/O狀態(tài)，分析機床PLC梯形圖（或流程圖），以確定進給軸的啟動條件，觀察如、冷卻等是否滿足。如是進給驅(qū)動單元故障則用交換法，可判斷出相應單元是否有故障。
2伺服進給系統(tǒng)常見故障典型案例分析
（1）一臺配套FANUC7M系統(tǒng)的加工中心，進給加工過程中，發(fā)現(xiàn)Y軸有振動現(xiàn)象。
為了判定故障原因，將機床操作方式置于手動方式，用手搖脈沖發(fā)生器控制Y軸進給，發(fā)現(xiàn)Y軸仍有振動現(xiàn)象。在此方式下，通過較長時間的移動后，Y軸速度單元上OVC報警燈亮。證明Y軸伺服驅(qū)動器發(fā)生了過電流報警，根據(jù)以上現(xiàn)象，分析可能的原因如下：
①電動機負載過重；②機械傳動系統(tǒng)不良；③位置環(huán)增益過高；④伺服電動機不良，等等。
維修時通過互換法，確認故障原因出在直流伺服電動機上。卸下Y軸電動機，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)2個電刷中有1個的彈簧己經(jīng)燒斷，造成了電樞電流不平衡，使電動機輸出轉(zhuǎn)矩不平衡。另外，發(fā)現(xiàn)電動機的軸承亦有損壞，故而引起-軸的振動與過電流。更換電動機軸承與電刷后，機床恢復正常。
（2）一臺配套FANUC6ME系統(tǒng)的加工中心。軸在運動時速度不穩(wěn).由運動到停止的過程中，在停止位置出現(xiàn)較大幅度的振蕩，有時不能完成定位，必須關(guān)機后，才能重新工作。
分析與處理過程：仔細觀察機床的振動情況，發(fā)現(xiàn)，X軸振蕩頻率較低，且無異常聲。從振蕩現(xiàn)象上看，故障現(xiàn)象與閉環(huán)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定有關(guān)，如：系統(tǒng)增益設(shè)定過高、積分時間常數(shù)設(shè)定過大等。
檢查系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定、伺服驅(qū)動器的增益、積分時間電位器調(diào)節(jié)等均在合適的范圍，且與故障前的調(diào)整完全一致，因此可以初步判斷，軸的振蕩與參數(shù)的設(shè)定與調(diào)節(jié)無關(guān)。為了進一步驗證，維修時在記錄了原調(diào)整值的前提下，將以上參數(shù)進行了重新調(diào)節(jié)與試驗，發(fā)現(xiàn)故障依然存在，證明了判斷的正確性。
在以上基礎(chǔ)上，將參數(shù)與調(diào)整值重新回到原設(shè)定后，對伺服電動機與測量系統(tǒng)進行了檢查。首先清理了測速發(fā)電機和伺服電動機的換向器表面，并用數(shù)字表檢查測速發(fā)電機繞組情況。檢查發(fā)現(xiàn)，該伺服電動機的測速發(fā)電機轉(zhuǎn)子與電動機軸之間的連接存在松動，粘接部分已經(jīng)脫開；經(jīng)重新連接后，開機試驗，故障現(xiàn)象消失，機床恢復正常工作。
（3）一臺數(shù)控銑床，采用FUNAC6M系列三軸一體型伺服驅(qū)動器，開機后，X軸工作正常，但是手動移動Z軸，發(fā)現(xiàn)在較小范圍內(nèi)，Z軸可以運動，但繼續(xù)移動Z軸，系統(tǒng)出現(xiàn)伺服報警。
分析和處理過程：根據(jù)故障現(xiàn)象，檢查機床實際工作情況，發(fā)現(xiàn)開機后Z軸可以少量運動，不久溫度迅速上升，表面發(fā)燙。
分析引起以上故障的原因，可能是機床電氣控制系統(tǒng)故障或機械傳動系統(tǒng)不良。為確定故障部位，考慮到本機床采用半閉環(huán)結(jié)構(gòu)，維修時首先松開伺服與絲杠的連接，并再次開機實驗，發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象不變，故確認報警是由于電氣控制系統(tǒng)不良引起。
由于機床Z軸伺服帶有制動器，開機測量制動器的輸入電壓正常，在系統(tǒng)、驅(qū)動器關(guān)機的情況下，對制動器單獨加入電源進行試驗，手動轉(zhuǎn)動Z軸，發(fā)現(xiàn)制動器松開，手動轉(zhuǎn)動軸平穩(wěn)、輕松，證明制動器工作良好。
為了進一步縮小故障部位，確認Z軸伺服的工作情況，維修時利用不同規(guī)格的X軸在機床側(cè)進行互換實驗，發(fā)現(xiàn)換上的同樣出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，且工作時故障現(xiàn)象不變，從而排除了伺服本身原因。
為了確認驅(qū)動器的工作情況，維修時在驅(qū)動器側(cè)，對Z軸的驅(qū)動器進行互換實驗，即將X軸驅(qū)動器與Z軸伺服鏈接，Z軸驅(qū)動器與X軸連接。經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)故障轉(zhuǎn)移到X軸，Z軸工作恢復正常
根據(jù)以上實驗，樂意確認以下幾點：
①機床機械傳動系統(tǒng)正常，制動器工作良好；
②數(shù)控系統(tǒng)工作正常，因為當Z軸驅(qū)動器帶動X軸時，機床無報警；
③Z軸伺服工作正常，因為將它在機床側(cè)與X軸互換后，工作正常；
④Z軸驅(qū)動器工作正常，因為通過X軸驅(qū)動器在電柜側(cè)互換，控制Z軸后，同樣發(fā)生故障。
綜合以上判斷，可以確認故障是由于Z軸伺服的電纜連接引起的。
仔細檢查伺服的電纜連接，發(fā)現(xiàn)該機床在出廠時電樞線連接錯誤，即驅(qū)動器的L/M/N端子未與插頭的A/B/C連接端一一對應，相序存在錯誤，重新連接后，故障消失，Z軸可以正常工作。
（4）一臺配套FUNAC6ME系統(tǒng)的加工中心，X軸在靜止時機床工作正常，無報警；但在X軸運動過程中，出現(xiàn)振動，伴有噪聲。
分析與處理過程：由于機床在X軸靜止時機床工作正常，無報警，初步判定數(shù)控系統(tǒng)與驅(qū)動器無故障?？紤]到X軸運動時定位正確，因此，進一步判定系統(tǒng)X位置環(huán)工作正常。檢查X軸的振動情況，經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，振動的頻率與運動速度有關(guān)，運動速度快振動頻率較高，運動速度慢則振動頻率低，初步認為故障與速度反饋環(huán)節(jié)有關(guān)。分析引起以上故障可能的原因有：
①測速發(fā)電機不良；②測速發(fā)電機連接不良；③直流伺服電動機不良。
