数控机床维修及维护基础hqgw.ppt

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2013年1月17日,韩庆国吉林航空工程学校机械工程系,欢迎数控维修班各位老师光临吉林航空工程校,2,2023/5/14,01-数控机床维修维护基础,一.数控机床的基本概念二.数控机床的组成三.数控机床的分类四.数控机床的工作过程五.对维修人员的基本要求六.必要的维修用具及资料准备七.数控机床的维护,3,2023/5/14,数控技术：

简称数控（NumericalControlNC），是利用数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法。

由于现代数控都采用了计算机进行控制，因此也可以称为计算机数控（ComputerNumericalControlCNC）。

数控技术与数控机床,一、数控机床的基本概念,4,2023/5/14,数控机床数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。

该控制系统能够处理规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。

它是数控技术的典型应用。

数控系统是实现数字控制的装置，计算机数控系统是以计算机为核心的数控系统。

一、控机床的基本概念,5,2023/5/14,数控机床的组成如图所示：

二、数控机床的组成,6,2023/5/14,数控机床的组成：

1.数控装置，是数控机床的核心，包括硬件（I/O接口板、CPU板、CRT显示器、键盘等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。

2.驱动装置，用于实现数控机床的进给伺服控制和主轴伺服控制。

伺服系统包括驱动装置和执行机构两大部分。

伺服系统的作用是把接受来自数控装置的指令信息，经功率放大、整形处理后，转换成机床执行部件的直线位移或角位移运动。

二、数控机床的组成,7,2023/5/14,3.测量反馈装置,测量元件将机床各坐标轴的实际位移值检测出来并经反馈系统输入到机床的数控装置中，数控装置对反馈回来的实际位移值与指令值进行比较，并向伺服系统输出达到设定值所需的位移量指令。

4.机床本体,它是数控机床的主体，包括机床床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。

他是用于完成各种切削加工的机械部件。

5.辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，它包括液压和气动装置、润滑装置、排屑装置、冷却装置、照明装置、交换工作台和数控分度头，还包括刀具及其监控检测装置等。

二、数控机床的组成,8,2023/5/14,2.1计算机数控装置（CNC装置）,数控装置由硬件和软件两大部分组成。

它接受从机床输入装置（键盘、软盘、硬盘、纸带阅读机、磁带机以及网络或串口传输等）输入的控制信号代码，经过译码、运算、存储等转变成控制指令实现直接或通过可编程逻辑控制器（PLC）对伺服驱动系统或其他辅助装置的控制。

9,2023/5/14,2.2伺服驱动/进给装置,伺服驱动/进给装置是数控装置与主机之间的连接环节，它是接受数控装置插补生成的进给脉冲信号，经过信号放大后，驱动机床，实现机床的运动进给。

主要包括：

主轴驱动单元进给驱动单元主轴电机进给电机目前常用的有交、直流伺服电机和步进电机等。

且交流伺服电机正逐渐取代直流伺服电机。

10,2023/5/14,测量反馈装置是通过现代化的测量元件：

脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、光栅、磁尺和激光等，将执行元件（如电机、刀架等）或工作台等的速度和位移量检测出来，经过相应的电路将所测得信号反馈回伺服驱动装置或数控装置，构成半闭环或全闭环系统，补偿进给电机的速度或执行机构的运动误差，以达到提高运动机构精度的目的。

2.3测量反馈装置,11,2023/5/14,光栅尺的原理图-01,2.3测量反馈装置,12,2023/5/14,播放动画,2.3测量反馈装置,长光栅莫尔条纹,目的是增加辨识率。

13,2023/5/14,2.3测量反馈装置,如左下图所示，可根据A、B的相位差来判断光栅尺或者旋转编码器的运动方向；右下图为旋转编码器的原理图。

14,2023/5/14,机床本体即数控机床的机械部件，包括:

主运动部件;给进运动执行部件（工作台、拖板及其传动部件）;支承部件（床身立柱等）。

加工中心类的数控机床还有存放刀具的刀库、交换刀具的机械手等部件。

数控机床机械部件的组成与普通机床相似，但是由于数控机床的高速度、高精度、大切削用量和连续加工的要求，其机械部件在精度、刚度、抗震性等方面要求更高。

因此，近年来来设计数控机床时采用了许多新的加强刚性、减小热变形、提高精度等方面的措施。

如矩形导轨、滚珠丝杠等。

2.4机床本体,15,2023/5/14,硬轨的导轨和床身是一体的铸造件，然后在那基础上加工出导轨，再通过淬火、磨削后加工成的导轨。

现在也有床身和导轨不一定一体的，比如镶钢导轨，就是加工后钉接在床身上的。

硬轨是导轨是滑动摩擦的，刚性好，承载能力强。

2.4机床本体-机床导轨,16,2023/5/14,线轨通常指滚动导轨，常称这类元件为“直线导轨”。

直线导轨本身分两部分：

滑轨和滑块。

滑块内有内循环的滚珠或滚柱，滑轨的长度可以定制。

它是一种模块化的元件，是有专门厂家生产的标准化系列化的单独的产品，可以安装在机床上，磨损后可以拆卸下来更换。

线轨是滚动摩擦，速度快，阻力小，润滑也方便.,2.4机床本体-机床导轨,17,2023/5/14,PLC主要完成与逻辑运算有关的一些动作，没有轨迹上的具体要求，它接受CNC装置的控制代码M（辅助功能）、S（主轴转速）、T（选刀、换刀）等顺序动作信息，对其进行译码，转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作，如工件的装夹、刀具的更换、冷却液的开、关等一些辅助动作；它还接受机床操作面板的指令，一方面直接控制机床的动作，另一方面将一部分指令送往CNC装置，用于加工过程的控制。

2.5辅助装置-可编程逻辑控制器（PLC）,18,2023/5/14,数控机床种类繁多，有钻、铣、镗床类、车削类、磨削类、电加工类、锻压类、激光加工类和其他特殊用途的专用机床等等，对于采用数控技术进行控制的机床，我们称之为数控机床（NC机床）。

它是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、精密测量技术和机床设计等先进技术的典型机电一体化产品，是现代制造技术的基础。

数控机床的水平代表了当前数控技术的性能、水平和发展方向。

三数控系统的分类,19,2023/5/14,1）点位控制数控系统2）直线切削数控系统3）连续切削数控系统,3.1按机床的运动轨迹分类,20,2023/5/14,1）开环数控机床2）半闭环数控机床3）闭环控制机床,3.2按进给伺服系统的类型分类,1）开环数控机床开环控制数控机床的特点是其控制系统不带反馈装置，通常使用步进电机作为伺服执行机构。

开环控制系统结构简单，制造成本低，系统对移动部件的实际位移量不进行测量，也不进行误差校正。

开环系统仅适用与加工精度要求不是很高的中小型数控机床。

21,2023/5/14,3.2按进给伺服系统的类型分类,2）半闭环数控机床这类数控机床是在进给电动机的轴端安装角位移测量元件，通过测量电动机轴的旋转角位移并经过一定的换算来代替测量工作台的直线位移。

这类系统未将丝杆螺母副、齿轮传动副等传动误差包含在控制系统中，其精度介于开环和闭环之间，但调试比较方便，应用比较广泛。

22,2023/5/14,3.2按进给伺服系统的类型分类,3）闭环数控机床这类机床带有检测装置，直接对工作台的位移量进行测量。

该系统可以消除包括工作台传动链在内的运动误差，定位精度高，调节速度快。

但调试工作比较困难，制造成本高。

适用于精度要求很高的数控机床。

23,2023/5/14,3.3按数控系统功能水平分类,1）经济型数控系统又称简易数控系统2）普及型又称全功能数控系统3）高档型数控系统,24,2023/5/14,3.3按数控系统功能水平分类,档次,25,2023/5/14,1）硬件式数控机床，即NC机床。

这类数控系统的输入、插补运算、控制等功能均由集成电路或分立元件等器件实现。

一般来说，数控机床不同，其控制电路也不同，因此系统的通用性较差，因其全部由硬件组成，所以功能和灵活性也较差。

这类系统在70年代以前应用得比较广泛。

2）软件式数控机床，即CNC机床。

这类系统利用中、大规模及超大规模集成电路组成CNC装置，或用微机与专用集成芯片组成，其主要的数控功能几乎全由软件来实现，对于不同的数控机床，只须编制不同的软件就可以实现，而硬件几乎可以通用。

因而灵活性和适应性强，也便于批量生产，模块化的软、硬件，提高了系统的质量和可靠性。

所以，现代数控机床都采用CNC装置。

3.4按数控装置类型分类,26,2023/5/14,1）金属切削类机床。

如数控车床、数控铣床、加工中心、数控钻床、数控磨床、数控镗床等。

2）金属成型类机床。

如数控折弯机、数控弯管机、数控回转头压力机等。

3）数控特种加工机床。

如数控线切割机床、数控电火花加工机床、数控激光切割机床等。

4）其他类型的数控机床。

如火焰切割机、数控三坐标测量机等。

3.4按加工方式分类,27,2023/5/14,数控系统的主要任务是进行刀具和工件之间相对运动的控制。

四数控机床的工作过程,28,2023/5/14,四数控机床的工作过程,1）在接通电源后，数控装置和可编程控制器都将对数控系统各组成部分的工作状态进行检查和诊断，并设置初态。

2）当数控系统具备了正常工作的条件时，开始进行加工控制信息的输入。

3）输入实际使用刀具的参数，及实际工件原点相对机床原点的坐标位置。

4）对输入的加工控制信息进行预处理，即进行译码和预计算（刀补计算、坐标变换等）。

29,2023/5/14,四数控机床的工作过程,5）要产生的运动轨迹在几何数据中由各曲线段起、终点及其连接方式（如直线和圆弧等）等主要几何数据给出，数控装置中的插补器能根据已知的几何数据进行插补处理。

6）由数控装置发出的开关命令在系统程序的控制下，在各加工程序段插补处理开始前或完成后，适时输出给机床控制器。

7）在机床的运行过程中，数控系统要随时监视数控机床的工作状态，通过显示部件及时向操作者提供系统工作状态和故障情况。

30,2023/5/14,四数控机床的工作过程,插补运算所谓插补运算，就是在工件轮廓的某起始点和终点坐标点之间进行“数据密化”，求取中间值的数值计算，又称脉冲分配计算。

其基本单位是脉冲当量，即一个进给脉冲所产生的坐标移动量。

普通机床通常为0.01mm，较为精密的为0.001mm。

在插补运算过程中，运算器不断通过输出装置，以增量方式向各个坐标的伺服单元分配进给脉冲，控制刀具相对于工件做连续运动，插补运算的宗旨是通过给定的基点坐标，以一定的速度连续给出一系列中间点而这些中间点的坐标值是通过各坐标的伺服单元的驱动脉冲数表示的，是以一定精度逼近给定的轮廓线的。

31,2023/5/14,五对维修人员的素质要求,数控设备是技术密集型和知识密集型机电一体化产品，其技术先进、结构复杂、价格昂贵,在生产上往往起着关键作用，因此对维修人员有一定的要求。

1.专业知识面广a.掌握或了解计算机原理、电子技术、电工原理、自动控制与电机拖动、检测技术、机械传动及机加工工艺方面的基础知识。

b.既要懂电、又要懂机。

电包括强电和弱电；机包括机、液、气。

维修人员还必须经过数控技术方面的专门学习和培训，掌握数字控制、伺服驱动及PLC的工作原理，懂得NC和PLC编程。

32,2023/5/14,五对维修人员的素质要求,2.具有专业英语阅读能力。

3.勤于学习，善于分析。

4.有较强的动手能力和实验技能。

5.应会使用维修所必需的工具、仪表和仪器。

6.胆大心细。

33,2023/5/14,6.1必备的维修工具1.测量仪器、仪表万用表数字转速表示波器相序表常用的长度测量工具2.维修工具钳类工具：

常用的是平头钳、尖嘴钳、斜口钳、剥线钳。

扳手：

大小活络扳手、各种尺寸的内六角扳手。

其他：

电烙铁、吸锡器、螺丝刀；剪刀、镊子、刷子、吹尘器、清洗盘、带鳄鱼钳连接线等。

3.化学用品松香、纯酒精、清洁触点用喷剂、润滑油等。

六必要的维修用器具及资料准备,34,2023/5/14,维修工作做得好坏，排除故障的速度快慢，主要决定于维修人员对系统的熟悉程度和运用技术资料的熟练程度。

1.数控装置部分1）数控装置安装、使用（包括编程）、操作和维修方面的技术说明书。

2）系统参数的意义及其设定方法。

3）装置的自诊断功能和报警清单。

4）装置接口的分配及其含义等等。

6.2必要的技术资料和技术准备,35,2023/5/14,2.PLC装置部分1）PLC装置及其编程器的连接、编程、操作方面的技术说明书。

2）PLC用户程序清单或梯形图。

3）I/O地址及意义清单。

4）报警文本以及PLC的外部连接图。

6.2必要的技术资料和技术准备,36,2023/5/14,3.伺服单元1）进给和主轴伺服单元原理、连接、调整和维修方面的技术说明书.其中包括伺服单元的电气原理框图和接线图，主要故障的报警显示，重要的调整点和测试点。

2）伺服单元参数的意义和设置。

6.2必要的技术资料和技术准备,37,2023/5/14,4.机床部分1）机床安装、使用、操作和维修方面的技术说明书，其中包括机床的操作面板布置及其操作，机床电气原理图、布置图以及接线图。

2）机床的液压回路图和气动回路图。

6.2必要的技术资料和技术准备,38,2023/5/14,5.其他相关资料1）有关元器件方面的技术资料，如数控设备所用的元器件清单，备件清单以及各种通用的元器件手册。

维修人员应熟悉各种常用的元器件。

2）做好数据和程序的备份十分重要。

3）故障维修记录是一份十分有用的技术资料。

6.2必要的技术资料和技术准备,39,2023/5/14,数控机床的维护主要包括预防性维护和日常维护。

7.1预防性维护的重要性每台机床数控系统在运行一定时间之后，某些元器件或机械部件难免出现一些损坏或故障现象，问题在于对这种高精度、高效益且又昂贵的设备，如何延长元器件的寿命和零部件的磨损周期，预防各种故，特别是将恶性事故消灭在萌芽状态，从而提高系统的平均无故障工作时间和使用寿命，一个重要方面是要作好预防性维护。

七.数控机床的维护,40,2023/5/14,数控机床通常是一个企业的关键设备，有时在运行中出现了一些不正常现象，如级别较低的报警，虽然不影响一时运行，但如果怕停机影响生产，不及时进行维护和排除，而让其长时间“带病”工作，必然会造成“小病不治，大病吃苦”的后果。

例如：

有些地区电网质量差，电压波动大，常造成数控系统跳闸。

有些使用者对此现象并不重视，让系统继续在恶劣的供电环境中运行，最后造成主要模块烧坏的严重后果。

总之，做好预防性维护工作是使用好数控机床的一个重要环节，数控维修人员、操作人员及管理人员应共同做好这项工作。

七.数控机床的维护,41,2023/5/14,预防性维护工作的主要内容数控系统的维护保养的具体内容，在机床的使用和维修手册中通常都作了规定，下面简要介绍几点需要注意的重要事项。

1.专职点检，负责对机床的关键部位和重要部位按周期进行重点点检和设备状态检测与故障诊断，制定点检计划，做好诊断记录，分析维修结果，提出改善设备维护管理的建议。

2.日常点检，负责对机床的一般部位进行点检，处理和检查机床在运行过程中出现的故障。

3.生产点检，负责对生产运行中的数控机床进行点检，并负责润滑、紧固等工作。

七.数控机床的维护,42,2023/5/14,7.2数控系统日常维护1.严格遵循操作规程。

按机床和系统使用说明书的要求正确、合理地使用。

应尽量避免因操作不当引起的故障，用的第一年内，有三分之一以上的系统故障是由于操作不当引起的。

2.对纸带阅读机或磁盘阅读机的定期维护。

纸带阅读机读带部分有污物会使读入的纸带信息出现错误。

所以操作者每天应对阅读头、纸带压板、纸带通道表面进行检查，用纱布蘸酒精擦净污物。

七.数控机床的维护,43,2023/5/14,7.2数控系统日常维护3.防止数控装置过热。

定期清理数控装置的散热通风系统。

应经常检查数控装置上各冷却风扇工作是否正常。

应视车间环境状况，每半年或一个季度检查清扫一次，由于环境温度过高，造成数控装置内温度超过5560时应及时加装空调装置。

这在我国南方常会发生这种情况，安装空调装置之后，数控系统的可靠性有比较明显的提高。

七.数控机床的维护,44,2023/5/14,7.2数控系统日常维护4.经常监视数控系统的电网电压。

通常，数控系统允许的电网电压范围在额定值的+10-15，如果超出此范围，轻则使数控系统不能稳定工作，重则会造成重要电子部件损坏。

因此，要经常注意电网电压的波动。

对于电网质量比较恶劣的地区，应及时配置数控系统专用的交流稳压电源装置，这将使故障率有比较明显的降低。

七.数控机床的维护,45,2023/5/14,7.2数控系统日常维护5.定期检查和更换直流电动机电刷。

目前一些老的数控机床上使用的大部分是直流电动机。

这种电机电刷的过度磨损会影响其性能甚至损坏。

所以，必须定期检查电刷。

6.防止尘埃进入数控装置内。

a.除了进行检修外，应尽量少开电气柜门b.一些已受外部尘埃、油雾污染的电路板和接插件可采用专用电子清洁剂喷洗。

七.数控机床的维护,46,2023/5/14,7.2数控系统日常维护7.存储器用电池定期检查和更换。

通常，数控系统中部分CMOS存贮器中的存贮内容在断电时靠电池供电保持。

一般采用锂电池或可充的镍镉电池。

当电池电压下降至一定值就会造成参数丢失。

因此，要定期检查电池电压，当该电压下降至限定值或出现电池电压报警，应及时更换电池。

更换电池时一般要在数控系统通电状态下进行，这样才不会造成存贮参数丢失。

一旦参数丢失，在调换新电池后，可重新将参数输入。

七.数控机床的维护,47,2023/5/14,7.2数控系统日常维护8.数控系统长期不用时的维护当数控机床长期闲置不用时，也应定期对数控系统进行维护保养。

首先，应经常给数控系统通电，在机床锁住不动的情况下，让其空运行。

七.数控机床的维护,48,2023/5/14,谢谢您的聆听!

谢谢！