1、頁眉內容數控車床的組成及工作原理1. 數控車床的組成雖然數控車床種類較多，但一般均由車床主體、數控裝置和伺服系統三大部分組成。圖12-3是數控車床的基本組成方框圖。圖12-3數控車床的基本組成方框圖（1）車床主體除了基本保持普通車床傳統布局形式的部分經濟型數控車床外，目前大部分數控車床均已通過專門設計并定型生產。1）主軸與主軸箱a）主軸數控車床主軸的回轉精度，直接影響到零件的加工精度；其功率大小、回轉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要求，影響到車床的自動化程度。b）主軸箱具有有級自動調速功能的數控車床，其主軸箱內的傳動機構已經大大簡化；具有無級自動調速（包括定向準停）的數

2、控車床，起機械傳動變速和變向作用的機構已經不復存在了，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）數控車床，則基本上保留其原有的主軸箱。2）導軌數控車床的導軌是保證進給運動準確性的重要部件。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性，是影響零件加工質量的重要因素之一。除部分數控車床仍沿用傳統的滑動導軌（金屬型）外，定型生產的數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小，其耐磨性、耐腐蝕性及吸震性好，潤滑條件也比較優越。3）機械傳動機構除了部分主軸箱內的齒輪傳動等機構外，數控車床已

3、在原普通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，并在驅動電動機至絲杠間增設了（少數車床未增設）可消除其側隙的齒輪副。a）螺旋傳動機構數控車床中的螺旋副，是將驅動電動機所輸出的旋轉運動轉換成刀架在縱、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，運動穩定，動作靈敏。但結構較復雜，制造技術要求較高，所以成本也較高。另外，自行調整其間隙大小時，難度亦

4、較大。b）齒輪副。在較多數控車床的驅動機構中，其驅動電動機與進給絲杠間設置有一個簡單的齒輪箱（架）。齒輪副的主要作用是，保證車床進給運動的脈沖當量符合要求，避免絲杠可能產生的軸向竄動對驅動電動機的不利影響。4）自動轉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，數控車床一般帶有固定刀位的自動轉位刀架，有的車床還帶有各種形式的雙刀架。5）檢測反饋裝置檢測反饋裝置是數控車床的重要組成部分，對加工精度、生產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量的高檔數控車床上

5、配用。6）對刀裝置除了極少數專用性質的數控車床外，普通數控車床幾乎都采用了各種形式的自動轉位刀架，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、調整和測量，并以確認，以保證零件的加工質量。（2）數控裝置和伺服系統數控車床與普通車床的主要區別就在于是否具有數控裝置和伺服系統這兩大部分。如果說，數控車床的檢測裝置相當于人的眼睛，那么，數控裝置相當于人的大腦，伺服系統則相當于人的雙手。這樣，就不難看出這兩大部分在數控車床中所處的重要位置了。a）數控裝置數控裝置的核心是計算機及其軟件，它在數控車床中起“指揮”作用：數控裝置接收由加工程序送來的各種信息，

6、并經處理和調配后，向驅動機構發出執行命令；在執行過程中，其驅動、檢測等機構同時將有關信息反饋給數控裝置，以便經處理后發出新的執行命令。b）伺服系統伺服系統準確地執行數控裝置發出的命令，通過驅動電路和執行元件（如步進電機等）完成數控裝置所要求的各種位移。2.數控車床的工作過程數控車床的工作過程如圖12-5所示。12-5數控車床的工作過程（ 1）首先根據零件加工圖樣進行工藝分析，確定加工方案、工藝參數和位移數據。（ 2）用規定的程序代碼和格式規則編寫零件加工程序單；或用自動編程軟件進行CAD/CA"作,直接生成零件的加工程序文件。（ 3）將加工程序的內容以代碼形式完整記錄在信息介質（如穿

7、孔帶或磁帶）上。（ 4）通過閱讀機把信息介質上的代碼轉變為電信號，并輸送給數控裝置。由手工編寫的程序，可以通過數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輸到數控機床的數控單元（MCU）。（ 5）數控裝置將所接受的信號進行一系列處理后，再將處理結果以脈沖信號形式向伺服系統統發出執行的命令。（ 6）伺服系統接到執行的信息指令后，立即驅動車床進給機構嚴格按照指令的要求進行位移，使車床自動完成相應零件的加工。數控機床一般由數控系統、伺服系統（包含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組成。（1）控制介質控制介質叉稱信息載體，是聯系人與數控機床

8、之間的中間媒介物質。反映了數控加工中的全部信息。數控機床的加工程序可以存儲在控制質上。常用的控制介質有穿孔紙帶、磁帶和磁盤等。（2）輸入裝置輸人裝置的作用是將程序載體（信息載體）上的數控代碼傳遞并存人數控系統內。(3) 數控裝置數控裝置是數控機床的核心，其作用是：從內部存儲器中取出或接受輸入裝置送來的一段或幾段數控加工程序，經過數控裝置的邏輯電路或統軟件進行編譯，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，使其進行規定的有序運動和動作。(4) 伺服單元和驅動裝置伺服單元是cNc和機床本體的聯系環節，它把來自cNc裝置的微弱指令信號放大成控制驅動裝置的大功率信號。根據接收指令的不同

9、，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。位置檢測裝置將數控機床各坐標軸的實際位移檢測出來，經反饋系統反饋到機床的數控系統中。驅動裝置把經放大的指令信號變為機械運動，通過簡單的機械連接部件驅動機床，使工作臺精確定位或接規定的軌跡作嚴格的相對運動，最后加工出圖紙所要求的零件。和伺服單元相對應，驅動裝置有步進電機、直流伺服電機和交流伺服電機等。伺服單元和驅動裝置可臺稱為伺服驅動系統，它是機床工作的動力裝置。cNc裝置的指令要靠伺服驅動系統付諸實施，所以，伺服驅動系統是數控機床的重要組成部分。從某種意義上說，數控機床功能

10、的強弱主要取決于cNc裝置，而數控機床性能的好壞主要取決于伺服驅動系統。(5) 輔助控制裝置輔助控制裝置的主要作用是接收數控裝置輸出的開關量指令信號，經過翻譯、邏輯判斷和運算，再經功率放大后驅動相應的電器，帶動機床的機械、液壓、氣動等輔助裝置完成指令規定的開關量動作。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交換指令冷卻、潤骨裝置的啟停，工件和機床部件的松開和夾緊，分度工作臺的轉位分度等開關輔助動作。當今數控機床已廣泛采用可編程控制器作為輔助控制裝置。(6) 機廉本體數控機床的本體指其機械結構宴體。它與傳統的普通機床相似，但數控機床在整體布局、外觀造型、傳動機構、工具系統及操作

11、機構等方面都發生了很大的變化。歸納起來主要有以下幾個方面：采用高性能主軸及主傳動部件。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交換和管理系統。機床本身具有很高的動、靜剛度。采用全封閉罩殼。由于數控機床是自動完成加工的，為了操作安全等因素，一般采用移動門結構的全封閉罩殼對機床的加工部件進行全數控機床工作原理和結構簡介隨著科學技術的發展，機電產品日趨精密復雜。產品的精度要求越來越高、更新換代的周期也越來越短，從而促進了現代制造業的發展。尤其是宇航、軍工、造船、汽車和模具加工等行業，用普通機床進行加工(精度低、效率低、勞動度大)已無法滿足生產要求，從而一種新型

12、的用數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典型產品。數控機床是一種裝有程序控制系統(數控系統)的自動化機床。該系統能夠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)規定的程序。具體地講，把數字化了的刀具移動軌跡的信息輸入到數控裝置，經過譯碼、運算，從而實現控制刀具與工件相對運動，加工出所需要的零件的機床，即為數控機床。1 .數控機床工作原理按照零件加工的技術要求和工藝要求，編寫零件的加工程序，然后將加工程序輸入到數控裝置，通過數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

13、泵的開與關，使刀具、工件和其它輔助裝置嚴格按照加工程序規定的順序、軌跡和參數進行工作，從而加工出符合圖紙要求的零件。2 .數控機床結構數控機床主要由控制介質、數控裝置、伺服系統和機床本體四個部分組成，如圖所示。數控機床的加工過程1）控制介質控制介質以指令的形式記載各種加工信息，如零件加工的工藝過程、工藝參數和刀具運動等，將這些信息輸入到數控裝置，控制數控機床對零件切削加工。2）數控裝置數控裝置是數控機床的核心，其功能是接受輸入的加工信息，經過數控裝置的系統軟件和邏輯電路進行譯碼、運算和邏輯處理，向伺服系統發出相應的脈沖，并通過伺服系統控制機床運動部件按加工程序指令運動。3）伺服系統伺服系統由伺

14、服電機和伺服驅動裝置組成，通常所說數控系統是指數控裝置與伺服系統的集成，因此說伺服系統是數控系統的執行系統。數控裝置發出的速度和位移指令控制執行部件按進給速度和進給方向位移。每個進給運動的執行部件都配備一套伺服系統，有的伺服系統還有位置測量裝置，直接或間接測量執行部件的實際位移量，并反饋給數控裝置，對加工的誤差進行補償。4）機床本體數控機床的本體與普通機床基本類似，不同之處是數控機床結構簡單、剛性好，傳動系統采用滾珠絲杠代替普通機床的絲杠和齒條傳動，主軸變速系統簡化了齒輪箱，普遍采用變頻調速和伺服控制。數控車床的刀具（1）對刀具的要求數控車床能兼作粗、精加工。為使粗加工能以較大切削深度、較大進

15、給速度地加工，要求粗車刀具強度高、耐用度好。精車首先是保證加工精度，所以要求刀具的精度高、耐用度好。為減少換刀時間和方便對刀，應可能多地采用機夾刀。數控車床還要求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依據的。在這種情況下，刀片耐用度的一致性甚至比其平均壽命更重要。（2）數控車床的刀具數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征的車刀一般稱為尖形車刀。這類車刀的刀尖（同時也為其刀位點）由直線形的主、副切削刃構成，如90o內、外圓車刀，左、右端面車刀，切槽（斷）車刀及刀尖

16、倒棱很小的各種外圓和內孔車刀。用這類車刀加工零件時，其零件的輪廓形狀主要由一個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同的。圓弧形車刀是較為特殊的數控加工用車刀。其特征是，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弧；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，也可作為這類車刀使用。圓弧形車刀可以用于車削內、外表面，特別適宜于車削各種光滑連接（凹形）的成

17、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件或加工程序單上進行詳細說明。為了適應數控機床自動化加工的需要（如刀具的對刀或預調、自動換刀或轉刀、自動檢測及管理工作等），并不斷提高產品的加工質量和生產效率，節省刀具費用，應多使用模塊化和標準化刀具。2.數控車床的卡盤液壓卡盤是數控車削加工時夾緊工件的重要附件，對一般回轉類零件可采用普通液壓卡盤；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

18、需要采用彈簧卡盤。3.數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正確的加工。尾架有普通液壓尾架和可編程液壓尾座。4.數控車床的刀架刀架是數控車床非常重要的部件。數控車床根據其功能，刀架上可安裝的刀具數量般為8把、10把、12把或16把，有些數控車床可以安裝更多的刀具。刀架的結構形式一般為回轉式，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。少數數控車床的刀架為直排式，刀具沿一條直線安裝。數控車床可以配備兩種刀架：（1）專用刀架由車床生產廠商自己開發，所使

19、用的刀柄也是專用的。這種刀架的優點是制造成本低，但缺乏通用性。（2）通用刀架根據一定的通用標準而生產的刀架，數控車床生產廠商可以根據數控車床的功能要求進行選擇配置。5.數控車床的銑削動力頭數控車床刀架上安裝銑削動力頭可以大大擴展數控車床的加工能力。數控機床保養維修技術隨著電子技術和自動化技術的發展，數控技術的應用越來越廣泛。以微處理器為基礎，以大規模集成電路為標志的數控設備，已在我國批量生產、大量引進和推廣應用，它們給機械制造業的發展創造了條件，并帶來很大的效益。但同時，由于它們的先進性、復雜性和智能化高的特點，在維修理論、技術和手段上都發生了飛躍的變化。數控維修技術不僅是保障正常運行的前提，

20、對數控技術的發展和完善也起到了巨大的推動作用，因此，目前它已經成為一門專門的學科。另外任何一臺數控設備都是一種過程控制設備，這就要求它在實時控制的每一時刻都準確無誤地工作。任何部分的故障與失效，都會使機床停機，從而造成生產停頓。因而對數控系統這樣原理復雜、結構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。在許多行業中，這些設備均處于關鍵的工作崗位，若在出現故障后不及時維修排除故障，就會造成較大的經濟損失。我們現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。造成差距的原因在于：人員素質較差，缺乏數字測試分析手段，數域和數域與頻

21、域綜合方面的測試分析技術等有待提高等等。下面我們從現代數控系統的基本構成入手，探討數控系統的診斷與維修。1數控系統的構成與特點目前世界上的數控系統種類繁多，形式各異，組成結構上都有各自的特點。這些結構特點來源于系統初始設計的基本要求和工程設計的思路。例如對點位控制系統和連續軌跡控制系統就有截然不同的要求。對于T系統和M系統，同樣也有很大的區別，前者適用于回轉體零件加工，后者適合于異形非回轉體的零件加工。對于不同的生產廠家來說，基于歷史發展因素以及各自因地而異的復雜因素的影響，在設計思想上也可能各有千秋。例如，美國Dynapath系統采用小板結構，便于板子更換和靈活結合，而日本FANUC系統則趨

22、向大板結構，使之有利于系統工作的可靠性，促使系統的平均無故障率不斷提高。然而無論哪種系統，它們的基本原理和構成是十分相似的。一般整個數控系統由三大部分組成，即控制系統，伺服系統和位置測量系統?？刂葡到y按加工工件程序進行插補運算，發出控制指令到伺服驅動系統；伺服驅動系統將控制指令放大，由伺服電機驅動機械按要求運動；測量系統檢測機械的運動位置或速度，并反饋到控制系統，來修正控制指令。這三部分有機結合，組成完整的閉環控制的數控系統?？刂葡到y主要由總線、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據輸入/輸出接口等組成。最新一代的數控系統還包括一個通訊單元，它可完

23、成CNC、PLC的內部數據通訊和外部高次網絡的連接。伺服驅動系統主要包括伺服驅動裝置和電機。位置測量系統主要是采用長光柵或圓光柵的增量式位移編碼器。數控系統的主要特點是：可靠性要求高：因為一旦數控系統發生故障，即造成巨大經濟損失；有較高的環境適應能力，因為數控系統一般為工業控制機，其工作環境為車間環境，要求它具有在震動，高溫，潮濕以及各種工業干擾源的環境條件下工作的能力；接口電路復雜，數控系統要與各種數控設備及外部設備相配套，要隨時處理生產過程中的各種情況，適應設備的各種工藝要求，因而接口電路復雜，而且工作頻繁。2現代數控系統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

24、取決于人員條件。維修工作人員必須具備以下要求：（1）高度的責任心與良好的職業道德；（2）知識面廣，掌握計算機技術、模擬與數字電路基礎、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）經過良好的技術培訓，掌握有關數控、驅動及PLC的工作原理，懂得CNC編程和編程語言；（4）熟悉結構，具有實驗技能和較強的動手操作能力；（5）掌握各種常用（尤其是現場）的測試儀器、儀表和各種工具。2.2在維修手段方面應具備的條件（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。最好有小型編程系統或編程器，用以支援設

25、備調試；（4）完整資料、手冊、線路圖、維修說明書（包括CNC操作說明書）以及接口、調整與診斷、驅動說明書，PLC說明書（包括PLC用戶程序單），元器件表格等。2.3維修前的準備接到用戶的直接要求后，應盡可能直接與用戶聯系，以便盡快地獲取現場信息、現場情況及故障信息。如數控機床的進給與主軸驅動型號、報警指示或故障現象、用戶現場有無備件等。據此預先分析可能出現的故障原因與部位，而后在出發到現場之前，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現場維修現場維修是對數控機床出現的故障（主要是數控部分）進行診斷，找出故障部位，以相應的正常備件更換，使機床恢復正常運行。這過程的關鍵是診

26、斷，即對系統或外圍線路進行檢測，確定有無故障，并對故障定位指出故障的確切位置。從整機定位到插線板，在某些場合下甚至定位到元器件。這是整個維修工作的主要部分。3.1數控系統的故障診斷（1）初步判別通常在資料較全時，可通過資料分析判斷故障所在，或采取接口信號法根據故障現象判別可能發生故障的部位，而后再按照故障與這一部位的具體特點，逐個部位檢查，初步判別。在實際應用中，可能用一種方法即可查到故障并排除，有時需要多種方法并用。對各種判別故障點的方法的掌握程度主要取決于對故障設備原理與結構掌握的深度。（2）報警處理系統報警的處理：數控系統發生故障時，一般在顯示屏或操作面板上給出故障信號和相應的信息。通常

27、系統的操作手冊或調整手冊中都有詳細的報警號，報警內容和處理方法。由于系統的報警設置單一、齊全、嚴密、明確、維修人員可根據每一警報后面給出的信息與處理辦法自行處理。機床報警和操作信息的處理：機床制造廠根據機床的電氣特點，應用PLC程序，將一些能反映機床接口電氣控制方面的故障或操作信息以特定的標志，通過顯示器給出，并可通過特定鍵，看到更詳盡的報警說明。這類報警可以根據機床廠提供的排除故障手冊進行處理，也可以利用操作面板或編程器根據電路圖和PLC程序，查出相應的信號狀態，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的PLC無法運行，系統已停機或系統沒有報警但工作不正常時，需要

28、根據故障發生前后的系統狀態信息，運用已掌握的理論基礎，進行分析，做出正確的判斷。下面闡述這種故障診斷和排除辦法。故障診斷方法常規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，開裂現象，有無異物斷路現象。以此可判斷板內有無過流，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，以此可檢查出一些斷腳，虛焊等問題。通電首先用萬用表檢查各種電源之間有無斷路，如無即可接入相應的電源，目測有無冒煙，打火等現象，手摸元器件有無異常發熱，以此可發現一些較為明顯的故障，而縮小檢修范圍。例如：在哈爾濱某工廠排除故障時，機床的數控系統和PLC運行正常，但機床的液壓系統無

29、法啟動，用編程器檢查PLC程序運行正常，各所需信號狀態均滿足開機條件。進一步檢查中發現，PLC信號狀態與圖紙和設備上的標記不一致，停機拔出電路板檢查，發現PLC兩塊輸出板編址不對，與另兩塊位置搞錯，經交換后，機床正常運轉。對于發生這個故障的機床所采用的SIMATICS5150K可編程控制器，只要編址正確，無論將線路板的位置怎樣排列，系統均能正常運轉，但相應地執行元件和信號源必須正確地對應，一旦對應錯誤就會發生故障，甚至毀壞機床。另外，根據用戶提供的故障現象，結合自己的現場觀察，運用系統工作原理亦可迅速做出正確判斷。儀器測量法當系統發生故障后，采用常規電工檢測儀器，工具，按系統電路圖及機床電路圖

30、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，引起電源監控可用電壓表測網絡電壓，或用電壓測試儀實時監控以排除其它原因。如發生位置控制環故障可用示波器檢查測量回路的信號狀態，或用示波器觀察其信號輸出是否缺相，有無干擾。例如，上海某廠在排除故障中，系統報警，位置環硬件故障，用示波器檢查發現有干擾信號，我們在電路中用接電容的方法將其濾掉使系統工作正常。如出現系統無法回基準點的情況，可用示波器檢查是否有零標記脈沖，若沒有可考慮是測量系統損壞。用可編程控制器進行PLC中斷狀態分析：可編程序控制器發生故障時，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停止狀態下，調

31、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快速的辦法。接口信號檢查：通過用可編程序控制器檢查機床控制系統的接口信號，并與接口手冊的正確信號相對比，亦可查出相應的故障點。診斷備件替換法：現代數控系統大都采用模塊化設計，按功能不同劃分不同模塊，隨著現代技術的發展，電路的集成規模越來越大技術也越來越復雜，按常規方法，很難把故障定位到一個很小的區域，而一旦系統發生故障，為了縮短停機時間，我們可以根據模塊的功能與故障現象，初步判斷出可能的故障模塊，用診斷備件將其替換，這樣可迅速判斷出有故障的模塊。在沒有診斷備件的情況下可以采用現場相同或相容的模塊進行替換

32、檢查，對于現代數控的維修，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，使系統正常工作。盡最大可能縮短故障停機時間，使用這種方法在操作時注意一定要在停電狀態下進行，還要仔細檢查線路板的版本，型號，各種標記，跨接是否相同，對于有關的機床數據和電位計的位置應做好記錄，拆線時應做好標志。利用系統的自診斷功能判斷：現代數控系統尤其是全功能數控具有很強的自診斷能力，通過實施時監控系統各部分的工作，及時判斷故障，給出報警信息，并做出相應的動作，避免事故發生。然而有時當硬件發生故障時，就無法報警，有的數控系統可通過發光管不同的閃爍頻率或不同的組合做出相應的指示，這些指示配合使用就可幫助我們準確

33、地診斷出故障模板的位置。如SINUMERIK8系統根據MS100CPU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，亦可能需要多種方法同時進行。其效果主要取決于對系統原理與結構的理解與掌握的深度，以及維修經驗的多少。3.2數控系統的常見故障分析根據數控系統的構成，工作原理和特點，結合我們在維修中的經驗，將常見的故障部位及故障現象分析如下。（1）位置環這是數控系統發出控制指令，并與位置檢測系統的反饋值相比較，進一步完成控制任務的關鍵環節。它具有很高的工作頻度，并與外設相聯接，所以容易發生故障。常見的故障

34、有：位控環報警：可能是測量回路開路；測量系統損壞，位控單元內部損壞。不發指令就運動，可能是漂移過高，正反饋，位控單元故障；測量元件損壞。測量元件故障，一般表現為無反饋值；機床回不了基準點；高速時漏脈沖產生報警可能的原因是光柵或讀頭臟了；光柵壞了。（2）伺服驅動系統伺服驅動系統與電源電網，機械系統等相關聯，而且在工作中一直處于頻繁的啟動和運行狀態，因而這也是故障較多的部分。其主要故障有：系統損壞。一般由于網絡電壓波動太大，或電壓沖擊造成。我國大部分地區電網質量不好，會給機床帶來電壓超限，尤其是瞬間超限，如無專門的電壓監控儀，則很難測到，在查找故障原因時，要加以注意，還有一些是由于特殊原因造成的損

35、壞。如華北某廠由于雷擊中工廠變電站并竄入電網而造成多臺機床伺服系統損壞。無控制指令，而電機高速運轉。這種故障的原因是速度環開環或正反饋。如在東北某廠，引進的西德WOTAN公司轉子銑床在調試中，機床X軸在無指令的情況下，高速運轉，經分析我們認為是正反饋造成的。因為系統零點漂移，在正反饋情況下，就會迅速累加使電機在高速下運轉，而我們按標簽檢查線路后完全正確，機床廠技術人員認為不可能接錯，在充分分析與檢測后我們將反饋線反接，結果機床運轉正常。機床廠技術人員不得不承認德方工作失誤。還有一例子，我們在天津某廠培訓講學時，應廠方要求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

36、動電機就運轉，而且越來越快，直至最高轉速。我們分析認為是由于速度環開路，系統漂移無法抑制造成。經檢查其原因是速度反饋線接到了地線上造成。加工時工件表面達不到要求，走圓弧插補軸換向時出現凸臺，或電機低速爬行或振動，這類故障一般是由于伺服系統調整不當，各軸增益系統不相等或與電機匹配不合適引起，解決辦法是進行最佳化調節。保險燒斷，或電機過熱，以至燒壞，這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正常工作的能源支持部分，它失效或故障的直接結果是造成系統的停機或毀壞整個系統。一般在歐美國家，這類問題比較少，在設計上這方面的因素考慮的不多，但在中國由于電源波動較大，質量差，還隱藏有如高頻

37、脈沖這一類的干擾，加上人為的因素（如突然拉閘斷電等）。這些原因可造成電源故障監控或損壞。另外，數控系統部分運行數據，設定數據以及加工程序等一般存貯在RAM存貯器內，系統斷電后，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可能造成數據丟失，使系統不能運行。（4）可編程序控制器邏輯接口數控系統的邏輯控制，如刀庫管理，液壓啟動等，主要由PLC來實現，要完成這些控制就必須采集各控制點的狀態信息，如斷電器，伺服閥，指示燈等。因而它與外界種類繁多的各種信號源和執行元件相連接，變化頻繁，所以發生故障的可能性就比較多，而且故障類型亦千變萬化。（5）其他由于環境條件，如干擾，溫度，

38、濕度超過允許范圍，操作不當，參數設定不當，亦可能造成停機或故障。有一工廠的數控設備，開機后不久便失去數控準備好信號，系統無法工作，經檢查發現機體溫度很高，原因是通氣過濾網已堵死，引起溫度傳感器動作，更換濾網后，系統正常工作。不按操作規程拔插線路板，或無靜電防護措施等，都可能造成停機故障甚至毀壞系統。一般在數控系統的設計、使用和維修中，必須考慮對經常出現故障的部位給予報警，報警電路工作后，一方面在屏幕或操作面板上給出報警信息，另一方面發出保護性中斷指令，使系統停止工作，以便查清故障和進行維修。3.3故障排除方法（1）初始化復位法一般情況下，由于瞬時故障引起的系統報警，可用硬件復位或開關系統電源依

39、次來清除故障，若系統工作存貯區由于掉電，拔插線路板或電池欠壓造成混亂，則必須對系統進行初始化清除，清除前應注意作好數據拷貝記錄，若初始化后故障仍無法排除，則進行硬件診斷。（2）參數更改，程序更正法系統參數是確定系統功能的依據，參數設定錯誤就可能造成系統的故障或某功能無效。例如，在哈爾濱某廠轉子銑床上采用了測量循環系統，這一功能要求有一個背景存貯器，調試時發現這一功能無法實現。檢查發現確定背景存貯器存在的數據位沒有設定，經設定后該功能正常。有時由于用戶程序錯誤亦可造成故障停機，對此可以采用系統的塊搜索功能進行檢查，改正所有錯誤，以確保其正常運行。（3）調節，最佳化調整法調節是一種最簡單易行的辦法

40、。通過對電位計的調節，修正系統故障。如某軍工廠維修中，其系統顯示器畫面混亂，經調節后正常。在山東某廠，其主軸在啟動和制動時發生皮帶打滑，原因是其主軸負載轉矩大，而驅動裝置的斜升時間設定過小，經調節后正常。最佳化調整是系統地對伺服驅動系統與被拖動的機械系統實現最佳匹配的綜合調節方法，其辦法很簡單，用一臺多線記錄儀或具有存貯功能的雙蹤示波器，分別觀察指令和速度反饋或電流反饋的響應關系。通過調節速度調節器的比例系數和積分時間，來使伺服系統達到即有較高的動態響應特性，而又不振蕩的最佳工作狀態。在現場沒有示波器或記錄儀的情況下，根據經驗，即調節使電機起振，然后向反向慢慢調節，直到消除震蕩即可。（4）備件

41、替換法用好的備件替換診斷出壞的線路板，并做相應的初始化啟動，使機床迅速投入正常運轉，然后將壞板修理或返修，這是目前最常用的排故辦法。（5）改善電源質量法目前一般采用穩壓電源，來改善電源波動。對于高頻干擾可以采用電容濾波法，通過這些預防性措施來減少電源板的故障。（6）維修信息跟蹤法一些大的制造公司根據實際工作中由于設計缺陷造成的偶然故障，不斷修改和完善系統軟件或硬件。這些修改以維修信息的形式不斷提供給維修人員。以此做為故障排除的依據，可正確徹底地排除故障。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，還應按前后取下相應的壓接

42、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，以免丟失，裝配后，盒內的東西應全部用上，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。烙鐵頭應作適當的修整，以適應集成電路的焊接，并避免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，以阻值大的為參考值。（4）線路板上大多刷有阻焊膜，因此測量時應找到相應的焊點作為測試點，不要鏟除焊膜，有的板子全部刷有絕緣層，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驗，習慣斷線檢查，但數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，

43、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，需要同時切斷幾根線才行。（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情況下只是憑感覺那一個元件壞了，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重復拆卸，以免損壞焊盤。（8）更換新的器件，其引腳應作適當的處理，焊接中不應使用酸性焊油。（9）記錄線路上的開關，跳線位置，不應隨意改變。進行兩極以上的對照檢查時，或互換元器件時注意標記各板上的元件，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

44、，根據檢查的需要，可分別供電或全部供電。應注意高壓，有的線路板直接接入高壓，或板內有高壓發生器，需適當絕緣，操作時應特別注意。4數控機床開機調試數控機床是一種技術含量很高的機電儀一體化的機床，用戶買到一臺數控機床后，是否正確的安全地開機，調試是很關鍵的一步。這一步的正確與否在很大程序上決定了這臺數控機床能否發揮正常的經濟效率以及它本身的使用壽命，這對數控機床的生產廠和用戶廠都是事關重大的課題。數控機床開機，調試應按下列的步驟進行。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

45、狀態，有鎖緊機構的接插件一定要鎖緊，有轉接盒的機床一定要檢查轉接盒上的插座，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，主軸脈沖發生器插座，手搖脈沖發生器插座，CRT插座等，如有松動要重新插好，有鎖緊機構的一定要鎖緊。按照說明書檢查各個印刷線路板上的短路端子的設置情況，一定要符合機床生產廠設定的狀態，確實有誤的應重新設置，一般情況下無需重新設置，但用戶一定要對短路端子的設置狀態做好原始記錄。（3）接線質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

46、，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動數次，以防止長時間不通電造成的動作不良，如發現異常，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是否牢固，發現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，發現有誤應立即處理，檢查CRT單元上的插座及接線。（7）地線檢查要求有良好的地線，測量機床地線，接地電阻不能大于1Q。（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

47、，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正確。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向是否正確，潤滑，液壓等處的油標志指示以及機床照明燈是否正常，各熔斷器有無損壞，如有異常應立即停電檢修，無異?？梢岳^續進行。（2）測量強電各部分的電壓特別是供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）觀察有無漏油，特別是供轉塔轉位、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，觀察CRT顯示

48、，直到出現正常畫面為止。如果出現ALARM顯示，應該尋找故障并排除，此時應重新送電檢查。（2）打開CNC電源，根據有關資料上給出的測試端子的位置測量各級電壓，有偏差的應調整到給定值，并作好記錄。（3）將狀態開關置于適當的位置，如日本FANUC系統應放置在MDI狀態，選擇到參數頁面。逐條逐位地核對參數，這些參數應與隨機所帶參數表符合。如發現有不一致的參數，應搞清各個參數的意義后再決定是否修改，如齒隙補償的數值可能與參數表不一致，這在進行實際加工后可隨時進行修改。（4）將狀態選擇開關放置在JOG位置，將點動速度放在最低檔，分別進行各坐標正反方向的點動操作，同時用手按與點動方向相對應的超程保護開關，

49、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正確性。（5）將狀態開關置于回零位置，完成回零操作，參考點返回的動作不完成就不能進行其它操作。因此遇此情況應首先進行本項操作，然后再進行第（4）項操作。（6）將狀態開關置于JOG位置或MDI位置，進行手動變檔試驗，驗證后將主軸調速開關放在最低位置，進行各檔的主軸正反轉試驗，觀察主軸運轉的情況和速度顯示的正確性，然后再逐漸升速到最高轉速，觀察主軸運轉的穩定性。（7）進行手動導軌潤滑試驗，使導軌有良好的潤滑。（8）逐漸變化快移超調開關和進給倍率開關，隨意點動刀架，觀察速度變化的正確性。4.4MDI試驗（1）測量主軸實際轉速將機床

50、鎖住開關放在接通位置，用手動數據輸入指令，進行主軸任意變檔，變速試驗，測量主軸實際轉速，并觀察主軸速度顯示值，調整其誤差應限定在5之內。（2）進行轉塔或刀座的選刀試驗其目的是檢查刀座或正、反轉和定位精度的正確性。（3）功能試驗根據定貨的情況不同，功能也不同，可根據具體情況對各個功能進行試驗。為防止意外情況發生，最好先將機床鎖住進行試驗，然后再放開機床進行試驗。（4）EDIT功能試驗將狀態選擇開關置于EDIT位置，自行編制一簡單程序，盡可能多地包括各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，同時進行程序的增加，刪除和修改。（5）自動狀態試驗將機床鎖住，用編制的程序進行空運轉試驗，驗證

51、程序的正確性，然后放開機床，分別將進給倍率開關，快速超調開關，主軸速度超調開關進行多種變化，使機床在上述各開關的多種變化的情況下進行充分地運行，后將各超調開關置于100處，使機床充分運行，觀察整機的工作情況是否正常。至此，一臺數控機床才算開機調試完畢。5維修調試后的技術處理在現場維修結束后，應認真填寫維修記錄，列出有關必備的備件的清單，建立用戶檔案，對于故障時間，現象，分析診斷方法，采用排故方法，如果有遺留問題應詳盡記錄，這樣不僅使每次故障都有據可查，而且也可以積累維修經驗。以上對于數控系統維修技術的闡述，是我們幾年中近百次數控系統的調試和維修的經驗的總結。雖然，數控系統種類繁多，故障千變萬化

52、，維修方法也不盡相同，一篇短文很難盡述，但是我們仍希望把一些基本方法與思路寫出來，與大家交流以期能引起人們對數控系統維修技術的重視，維修技術的直接目的和結果是使數控系統恢復正常運行，從而保證生產的順利進行。目前在我們國家數控技術正迅速向各工業部門滲透，隨著電子技術的發展，數控技術在國民經濟中的地位也就隨之提高，那么對于數控技術重要組成部分數控系統維修技術也應迅速適應數控技術飛速發展的要求，作為一名數控系統維修技術人員，就應該不斷地學習和掌握新的知識與技術，尋找新的維修診斷的方法和手段，為推動數控系統維修技術的發展做出應有的貢獻。數控機床維修保養技術詳解數控技術及數控機床的應用，成功地解決了某些

53、形狀復雜，一致性要求高的中、小批零件的自動化問題，這不僅大大提高了生產效率和加工精度，還減輕了工人的勞動強度，縮短了生產準備周期。但是，在數控車床使用過程中，數控車床難免會出現各種故障，所以故障的維修就成了數控車床使用者最關鍵的問題。一方面銷售公司售后服務不能得到及時保證，另一方面掌握一些維修技術可以快速判斷故障所在，縮短維修時間，讓設備盡快運轉起來。在日常故障中，我們經常遇見的是刀架類、主軸類、螺紋加工類、系統顯示類、驅動類、通信類等故障。而刀架故障在其中占有很大比例。在這里，分類介紹一下日常工作中遇見的四工位電動刀架各類故障及相應地解決方法，希望能給大家提供一些有益的借鑒。所用數控系統是廣

54、州數控設備有限公司所生產的GSK系列車床數控系統。故障現象一：電動刀架鎖不緊故障原因處理方法發信盤位置沒對正:拆開刀架的頂蓋，旋動并調整發信盤位置，使刀架的霍爾元件對準磁鋼，使刀位停在準確位置。系統反鎖時間不夠長：調整系統反鎖時間參數即可（新刀架反鎖時間t=1.2s即可）。機械鎖緊機構故障:拆開刀架，調整機械，并檢查定位銷是否折斷.故障現象二：電動刀架某一位刀號轉不停，其余刀位可以轉動故障原因處理方法此位刀的霍爾元件損壞:確認是哪個刀位使刀架轉不停，在系統上輸入指令轉動該刀位，用萬用表量該刀位信號觸點對+24V觸點是否有電壓變化，若無變化，可判定為該位刀霍爾元件損壞，更換發信盤或霍爾元件。此刀

55、位信號線斷路，造成系統無法檢測到位信號:檢查該刀位信號與系統的連線是否存在斷路，正確連接即可。系統的刀位信號接收電路有問題:當確定該刀位霍爾元件沒問題，以及該刀位信號與系統的連線也沒問題的情況下更換主板。節省機床校準時間的測量方法常規測量數控機床位移誤差的方法是靜態的在每次測量間隔機器要停幾秒鐘穩定下來，然后采集定位數據。對于小間距或長行程機床的測量，這意味著需要相當可觀的停機時間。而同樣的測量，采用不間斷的同步數據采集，僅需幾分鐘。事實上，不間斷的同步數據采集還可以測量更多的點，提供更多的細節且省時間。譬如，如果每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

56、以上的時間。此外，靜態定位誤差通常是由于幾何尺寸、導軌以及結構剛性引起的。而一般不測量的動態定位誤差則是由伺服參數、諧振頻率以及加速度或減速度引起的。換句話說，因為機床在采集數據前停下來了，這就遺漏了伺服或動態誤差。理論上軌跡精度應該可以用動態位移誤差表來改進，而不是靜態位移誤差表。對于模具制造商來說，這一點特別重要，因為必須要保證模具腔與多種表面組成的復雜幾何形狀完全一致。位移測量手段1881年Michelson發明了干涉儀。他后來在1907年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

57、比較距離。隨著激光的發明，單頻的氦氖激光取代了白光作為光源，并用二個角錐棱鏡代替了平面鏡。單頻的氦氖激光束被一分束器分成二束光，一半光束通過一可移動的角錐棱鏡，另一半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準后，這二相遇的光束就相互干涉，并產生干涉條紋。用一小面積的光電探測器計數條紋。每一周期的強度變化表示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，將二個不同頻率光束混合后產生一載波頻率。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笨重的永磁鐵以及精密的光學元件以穩定激光頻率，保持偏振，并使回到激光諧振腔的散射光減