机床数控技术（共12篇）
机床数控技术 篇1
随着数控技术的不断发展在21世纪数控切削加工技术逐步普及, 我国从事数控机床电气设计、应用与维修技术工作的工程技术人员数以万计, 然而由于此项技术的复杂性、多样性和多变性以及一些客观环境因素的制约, 在数控机床电气维修技术方面还没有形成一套成熟的、完整的理论体系。因此, 除了切削技术外, 还必须具备数控机床控制技术与机床简单维修保养的能力。
1 数控机床控制技术
数控机床电气控制系统综述一台典型的数控机床其全部的电气控制系统。
(1) 数据输入装置将指令信息和各种应用数据输入数控系统的必要装置。它可以是穿孔带阅读机 (已很少使用) , 3.5in软盘驱动器, CNC键盘 (一般输入操作) , 数控系统配备的硬盘及驱动装置 (用于大量数据的存储保护) 、磁带机 (较少使用) 、PC计算机等等。
(2) 数控系统数控机床的中枢, 它将接到的全部功能指令进行解码、运算, 然后有序地发出各种需要的运动指令和各种机床功能的控制指令, 直至运动和功能结束。
(3) 可编程逻辑控制器是机床各项功能的逻辑控制中心。它将来自CNC的各种运动及功能指令进行逻辑排序, 使它们能够准确地、协调有序地安全运行;同时将来自机床的各种信息及工作状态传送给CNC, 使CNC能及时准确地发出进一步的控制指令, 如此实现对整个机床的控制。
(4) 主轴驱动系统接受来自CNC的驱动指令, 经速度与转矩 (功率) 调节输出驱动信号驱动主电动机转动, 同时接受速度反馈实施速度闭环控制。它还通过PLC将主轴的各种现实工作状态通告CNC用以完成对主轴的各项功能控制。通常CNC中也设有主轴相关的机床数据, 并且与主轴驱动系统的参数作用相同, 因此要注意二者取一, 切勿冲突。
(5) 进给伺服系统接受来自CNC对每个运动坐标轴分别提供的速度指令, 经速度与电流 (转矩) 调节输出驱动信号驱动伺服电机转动, 实现机床坐标轴运动, 同时接受速度反馈信号实施速度闭环控制。它也通过PLC与CNC通信, 通报现时工作状态并接受CNC的控制。
(6) 电器硬件电路随着PLC功能的不断强大, 电器硬件电路主要任务是电源的生成与控制电路、隔离继电器部分及各类执行电器 (继电器、接触器) , 很少还有继电器逻辑电路的存在。但是一些进口机床柜中还有使用自含一定逻辑控制的专用组合型继电器的情况, 一旦这类元件出现故障, 除了更换之外, 还可以将其去除而由PLC逻辑取而代之, 但是这不仅需要对该专用电器的工作原理有清楚的了解, 还要对机床的PLC语言与程序深入掌握才行。
(7) 机床 (电器部分) 包括所有的电动机、电磁阀、制动器、各种开关等。它们是实现机床各种动作的执行者和机床各种现实状态的报告员。这里可能的主要故障多数属于电器件自身的损坏和连接电线、电缆的脱开或断裂。
(8) 速度测量通常由集装于主轴和进给电动机中的测速机来完成。它将电动机实际转速匹配成电压值送回伺服驱动系统作为速度反馈信号, 与指令速度电压值相比较, 从而实现速度的精确控制。这里应注意测速反馈电压的匹配联接, 并且不要拆卸测速机。由此引起的速度失控多是由于测速反馈线接反或者断线所致。
(9) 位置测量较早期的机床使用直线或圆形同步感应器或者旋转变压器, 而现代机床多采用光栅尺和数字脉冲编码器作为位置测量元件。它们对机床坐标轴在运行中的实际位置进行直接或间接的测量, 将测量值反馈到CNC并与指令位移相比较直至坐标轴到达指令位置, 从而实现对位置的精确控制。位置环可能出现的故障多为硬件故障, 例如位置测量元件受到污染, 导线连接故障等。
(10) 外部设备一般指PC计算机、打印机等输出设备, 多数不属于机床的基本配置。使用中的主要问题与输入装置一样, 是匹配问题。
2 数控机床运动坐标的电气控制数控组成
数控机床运动坐标的电气控制数控机床一个运动坐标的电气控制由电流 (转矩) 控制环、速度控制环和位置控制环串联组成。
(1) 电流环是为伺服电机提供转矩的电路。一般情况下它与电动机的匹配调节已由制造者作好了或者指定了相应的匹配参数, 其反馈信号也在伺服系统内联接完成, 因此不需接线与调整。
(2) 速度环是控制电动机转速亦即坐标轴运行速度的电路。速度调节器是比例积分 (PI) 调节器, 其P、I调整值完全取决于所驱动坐标轴的负载大小和机械传动系统 (导轨、传动机构) 的传动刚度与传动间隙等机械特性, 一旦这些特性发生明显变化时, 首先需要对机械传动系统进行修复工作, 然后重新调整速度环PI调节器。
(3) 位置环是控制各坐标轴按指令位置精确定位的控制环节。位置环将最终影响坐标轴的位置精度及工作精度。这其中有两方面的工作:
一是位置测量元件的精度与CNC系统脉冲当量的匹配问题。测量元件单位移动距离发出的脉冲数目经过外部倍频电路和/或CNC内部倍频系数的倍频后要与数控系统规定的分辨率相符。例如位置测量元件10脉冲/mm, 数控系统分辨率即脉冲当量为0.001 mm, 则测量元件送出的脉冲必须经过100倍频方可匹配。
二是位置环增益系数Kv值的正确设定与调节。通常Kv值是作为机床数据设置的, 数控系统中对各个坐标轴分别指定了Kv值的设置地址和数值单位。在速度环最佳化调节后Kv值的设定则成为反映机床性能好坏、影响最终精度的重要因素。Kv值是机床运动坐标自身性能优劣的直接表现而并非可以任意放大。关于Kv值的设置要注意两个问题, 首先要满足下列公式:
式中v———坐标运行速度, (m/min) ;
Δ———跟踪误差, (mm) 。
注意, 不同的数控系统采用的单位可能不同, 设置时要注意数控系统规定的单位。
其次要满足各联动坐标轴的Kv值必须相同, 以保证合成运动时的精度。通常是以Kv值最低的坐标轴为准。
位置反馈有3种情况:
(1) 没有位置测量元件, 为位置开环控制即无位置反馈, 步进电机驱动一般即为开环;
(2) 是半闭环控制, 即位置测量元件不在坐标轴最终运动部件上, 也就是说还有部分传动环节在位置闭环控制之外, 这种情况要求环外传动部分应有相当的传动刚度和传动精度, 加入反向间隙补偿和螺距误差补偿之后, 可以得到很高的位置控制精度;
(3) 全闭环控制, 即位置测量元件安装在坐标轴的最终运动部件上, 理论上这种控制的位置精度情况最好, 但是它对整个机械传动系统的要求更高而不是低, 如若不然, 则会严重影响两坐标的动态精度, 而使得机床只能在降低速度环和位置精度的情况下工作。影响全闭环控制精度的另一个重要问题是测量元件的精确安装问题, 千万不可轻视。
3 结语
电子技术、信息技术、网络技术、模糊控制技术的发展使新一代数控系统技术水平大大提高, 促进了数控机床产业的蓬勃发展, 也促进了现代制造技术的快速发展。现代制造业正在迎来一场新的技术革命。
参考文献
[1]至骏.机床数控技术[M].北京, 机械工业出版社, 1983
[2]董龚洪浪.提高数控车床加工质量的措施[J].机械工人 (冷加工) , 2006 (1)
[3]武友德.数控原理与系统[M].北京:机械工业出版社, 2004
[4]王侃夫.数控机床控制技术与系统.北京:机械工业出版社, 2008 (2)
[5]王侃夫.数控机床故障与维修.北京:机械工业出版社, 2002
机床数控技术 篇2
机床在切削加工过程中，要承受各种外力的作用，承受的静态力有运动部件和被加工零件的自重，承受的动态力有：切削力、驱动力、加减速时引起的惯性力、摩擦阻力等。机床的结构部件在这些力作用下，将产生变形，如固定连接表面或运动啮合表面的接触变形;各支承零件部的弯曲和扭转变形，以及某些支承件的局部变形等，这些变形都会直接或间接地引起刀具和工件之间的相对位移，从而导致工件的加工误差，或者影响机床切削过程的特性。
由于加工状态的瞬时多变情况复杂，通常很难对结构刚度进行精确的理论计算。设计者只能对部分构件(如轴、丝杠等)用计算方法计算其刚度，而对床身、立柱、工作台和箱体等零件的弯曲和扭转变形，接合面的接触变形等，只能将其简化后进行近似计算，其计算结果往往与实际相差很大，故只能作为定性分析的参考。近年来，虽然在机床结构设计中采用有限元法进行分析计算，但是一般来讲，在设计时仍需要对模型、实物或类似的样机进行试验、分析和对比以确定合理的结构方案，尽管如此，遵循下列原则和措施，仍可以合理地提高机床的结构刚度。
1.合理选择构件的结构形式
(1)正确选择截面的形状和尺寸
构件在承受弯曲和扭荷后，其变形大小取决于断面的抗弯和扭转惯性矩，抗弯和扭转惯性矩大的其刚度就高。列出了在断面积相同(即重力相同)时各断面形状的惯性矩。从表中的数据可知：形状相同的断面，当保持相同的截面积时，应减小壁厚、加大截面的轮廓尺寸，圆形截面的抗扭刚度比方形截面的大，抗弯刚度则比方形截面的小;封闭式截面的刚度比不封闭式截面的刚度大很多;壁上开孔将使刚度下降，在孔周加上凸缘可使抗弯刚度得到恢复。
(2)合理选择及布置隔板和筋条
合理布置支承件的隔板和筋条，可提高构件的静、动刚度。图7—1所示的几种立柱的结构，在内部布置有纵、横和对角筋板，对它们进行静、动刚度试验的结果列于表7—2中。其中以交叉筋板(序号5)的作用最好。对一些薄壁构件，为减小壁面的翘曲和构件截面的畸变，可以在壁板上设置的筋条，其中以蜂窝状加强筋较好，它除了能提高构件刚度外，还能减小铸造时的收缩应力，
(3)提高构件的局部刚度
机床的导轨和支承件的联接部件，往往是局部刚度最弱的部分，但是联接方式对局部刚度的影响很大。给出了导轨和床身联接的几种形式，如果导轨的尺寸较宽时，应用双壁联接型式，如图中(d)、(e)、(f)。导轨较窄时，可用单壁或加厚的单壁联接，或者在单壁上增加垂直筋条以提高局部刚度。
(4)选用焊接结构的构件
机床的床身、立柱等支承件，采用钢板和型钢焊接而成，具有减小质量提高刚度的显著优点。钢的弹性模量约为铸铁的两倍，在形状和轮廓尺寸相同的前提下，如要求焊接件与铸件的刚度相同，则焊接件的壁厚只需铸件的一半;如果要求局部刚度相同，则因局部刚度与壁厚的三次方成正比，所以焊接件的壁厚只需铸件壁厚的 80%左右。此外，无论是刚度相同以减轻质量，或者质量相同以提高刚度，都可以提高构件的谐振频率，使共振不易发生。用钢板焊接有可能将构件做成全封闭的箱形结构，从而有利于提高构件的刚度。
2.合理的结构布局可以提高刚度
以卧式镗床或卧式加工中心为例进行分析，在所承的几种布局形式中，(a)、(b)、(c)三种方案的主轴箱是单面悬挂在立柱侧面，主轴箱的自重将使立柱产生弯曲变形;切削力将使立柱产生弯曲和扭转变形。这些变形将影响到加工精度。方案(d)的主轴箱中心位于立柱的对称面内，主轴箱的自重不再引起立柱的变形，相同的切削力所引起的立柱的弯曲和扭转变形均大为减小，这就相当子提高了机床的刚度。
数控机床的拖板和工作台，由于结构尺寸的限制，厚度尺寸不能设计得太大，但是宽度或跨度又不能减小，因而刚度不足，为弥补这个缺陷，除主导轨外，在悬伸部位增设辅助导轨，可大大提高拖板和工作台的刚度。
3.采取补偿构件变形的结构措施
数控机床精度评估技术研究 篇3
关键词：数控机床；精度评估技术；轨迹插补技术；运动控制技术；误差补偿技术
中图分类号：TG502文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）23-0072-02
一个国家的加工制造技术水平很大程度上体现在其加工制造技术上，这也是国家科技水平的一个体现。在全球化的竞争中，要想在国际市场上能够取胜就要提高加工制造技术水平，拥有先进的制造业。工业国制造业的发展是从粗到精，从精密到超精密发展的。当前，各个国家的加工制造业也已经开始向高速、高精度和智能化加工方向发展。从近几年的加工制造情况来看，各种新的制造技术为提高零件的精度和质量提供了有力的技术支撑。数控机床加工精度作为机床技能衡量的一个主要指标，在数控机床中十分重要。加工制造行业的生产部门对于高精度和高质量的追求也是很高。随着各种高精度测量仪器的出现，测量方法也得到了更新。数控机床精度评估技术也得到了发展。本文在论述数控机床特点以及数控机床精度关键技术的基础上对其精度评估技术进行研究。
1数控机床的特点
普通数控机床的效率和精度并不高，和高档的数控机床相比，有些功能是普通機床所无法具备的。高档的数控机床一般有拥有以下五个特点。
1.1加工精度高
高档的数控机床有着较高的加工精度而且其加工的质量也十分的稳定。而且，而对于同批的零件加工时，高档数控机床同样可以保持一致加工。在零件的特点和数控机床的特点基础上能够对加工的程序预先编制，再按照这些编制的程序进行加工，而且这个加工的过程是不需要借助外界的力量自动完成的。在其加工的过程中，零件的精度很高。
1.2效益高
使用高档数控机床，有着较高的精度而且其效率也高。高档数控机床能够很快地生产出高精度的零件，而且在其加工中自动化使得人工的工作量大大地降低了而且因为其本身出现的故障率较低，因而在一定程度上能够减少生产的成本。
1.3生产效率高
数控机床的机床刚性较好，对于其切削的用量也可以适当地加以调节。另外，数控机床还能够自动地对主轴的速度进行调节，自动更换刀具以及其他的操作，这些工序都能由其自动地完成，进而使得工序操作的时间也大大地减少了。
1.4高自动化程序
在熟悉零件特点和数控机床特点的基础上，编制一些程序，人工仅仅需要做少量的工作，而且这个过程只要由数控机床按照编制的程序来完成即可。这就实现了数控机床的自动化操作。
1.5适应能力强
对于不同的加工零件，数控机床都能够适应。如果需要加工的零件有所改变时只要根据其特点对数控加工程序重新编制就能继续自动对其进行加工了。
2数控机床精度评估技术设计
2.1传感器的选择
在选择传感器时要对其灵敏度、精度以及频率等加以考虑。由森社电子公司生产的霍尔电流传感器具有这些特点，可靠、稳定、高精度。
2.2采集卡选择
选择的采集卡要具备即插即用、可编程计数器的数字输入和输出的功能。可使用LabView采集程序，该程序能够生成能够执行的文件。例如，可以设置采样的频率、存储路径等等，在加工之前运行程序可以从传感器中采集数据生成文档，然后储存在数控机床的硬盘中。
2.3数据处理
原始信号处理：对于已经采集好的振动信号在经过放大和滤波处理后提出信息。在对信号进行处理后和传感器的信息进行融合，这样就能够获取信号特征量，进而建立特征量和精度模型实现数控机床的精度评估。
特征提取：通过均方根频率以及频率标准差等方法对传感器中采集的信号进行特征提取。均方根频率主要是通过对谱信号的频带变化进行描述来计算。频率方差是对功率谱中能量的分布情况的体现。
信息融合结果：处理信号特征后对传感器的均方根差频率以及频率的标准差加以计算，最后进行融合。
3数控机床精度的关键技术
3.1轨迹插补技术
轨迹插补技术是数控机床系统中的一个关键技术，该技术是通过对零部件的尺寸，同时根据精度和工业要求，在刀具转折点中插入中间点。这个过程过中插入中间点的算法就是插补算法。通过使用这种方法，能够从数控机床系统中获取中间点，由中间点控制坐标轴的运动，进而获取运动轨迹。高档数控系统不仅有直线和圆弧的插补功能，而且还有其他复杂线型的功能，诸如抛物线和螺旋线等等。数控机床系统的插补技术是要按照进给速度对零件起点和终点间的坐标值进行计算。插补算法有两种类型，一种是脉冲增量插补法，另一种是数据采样插补法。前者的算法比较简单，主要是通过分配脉冲，控制机床坐标轴运动进行计算的。后者是在数据加工的基础上，对零件进行分割，然后输出对应的数据来实现坐标轴的进给。
3.2运动控制技术
数控机床运动控制有以下几种形式：
3.2.1开环控制。此种控制中缺乏传感器，其进行加工的精度主要是由执行机构来决定的。这种控制方式所产生的信号是单向的，而且其不具有稳定性。不过，采用这种控制方式，也有一定的优点，诸如，反应快、维修方便。因为其精度有限，所以在一般小型的数控机床比较适用。
3.2.2半闭环控制。数控机床的本体没有包含在控制的回路当中，这样的控制方式就是半闭环控制。半闭环控制是在间接测量出测量元件的转速下，推算机床的运动量然后通过差值来进行控制的。这种控制方式精度较低且不便于调试。
3.2.3全闭环控制。全闭环控制主要是把反馈来的信号输送到控制回路中来形成速度反馈。然后由机床本例反馈回去，通过比较差值加以控制，最后达到对机床本体的精确定位。这种控制方式的精度较高，而且速度也快，稳定性也高。
3.3误差补偿技术
仅仅依赖于前两种技术还无法实现数控机床系统的高精度加工，这是因为数控机床系统在加工时还会受机械、电气、环境等影响。数控机床加工时产生的误差主要来自于以下几点：机床本体制造误差、控制系统误差、切削负荷造成的误差等。误差补偿技术的步骤有以下几步：（1）依据数控机床建立误差模型；（2）制定测量的方式，同时确定和标定模型误差的参数；（3）对误差的数据库以及数控系统进行融合。
4结语
数控机床中的精度是其的一个重要指标，根据数控机床具有的高精度、高效率和高效益的特点，提出了数控机床精度的几个关键技术：轨迹插补技术、运动控制技术和误差补偿技术。并对数控机床精度评估技术设计作了论述，对传感器、采集卡的选择进行了研究，同时对数据的处理也作了分析。由于笔者能力有限，在论述中有不足之处还望加以理解。
参考文献
[1]闫秦川，刘祥斌．数控机床精度测量技术的探索与研究[J]．中国水运（下月），2011，（6）．
[2]庞继红，张根保，周宏明，李峰平，李沛，付培红．基于粗糙集的数控机床精度设计质量特性反向映射研究[J]．机械工程学报，2012，（5）．
[3]孙名佳．数控机床智能化技术研究[A]．2012年全国地方机械工程学会学术年会论文集（《机械》2012增刊）[C]．全国各省、区、直辖市机械工程学会，2012．
[4]刘阔．数控机床性能测试技术研究[A]．2012年全国地方机械工程学会学术年会论文集（《机械》2012增刊）[C]．全国各省、区、直辖市机械工程学会，2012．
普通机床改造数控机床的技术要点 篇4
所谓数控机床就是一种由程序控制系统来完成机床自动化运行的机床。1951年世界第一台数控机床在美国麻省理工学院问世, 这是一台由电子管数控系统控制的铣床, 7年之后美国又首先研制出能自动更换刀具的数控机床。1968年世界上第一条数控机床生产线诞生, 到70年代中后期, 由于科学技术的飞速发展, 出现了自动化加工车间, 自动化工厂也应运而生。数控机床具有以下几个特点;
(1) 由于数控化操作机床, 极大的降低了人为造成的误差, 并且批量加工时加工质量可以得到保证;
(2) 可进行多点坐标的联动, 适合加工形状复杂的零部件;
(3) 在加工不同的零件时, 只需输入不同的数控程序, 其余步骤都有数控系统自行完成, 极大的节省了生产时间, 提高了生产效率;
(4) 机床本身具有刚性大, 精度高的特点, 生产率是普通机床的数倍;
(5) 由于机床本身的运行完全由数控系统来操作, 极大的减轻了操作人员的劳动强度;
2 数控机床的改造要点
在我国, 机械自动化数控技术虽然起步较晚, 但已经迎头追赶世界先进水平, 公认的世界机械制造业最发达的国家是德国和日本。拥有众多享誉世界的大公司, 例如大家耳熟能详的戴勒姆·奔驰汽车公司, 大众汽车公司, 西门子公司, 三菱重工, 松下电气等。我国也有徐工、柳工、三一重工等知名机械类制造公司。而我国除了少数大型机械制造公司以外, 许多机械行业单位使用的大部分还是老式普通机床, 大批量更换投入资金又太大, 所以普通机床改造数控机床就显得至关重要。我认为实现普通机床改造数控机床可以分为以下4个部分, 首先恢复机床原有功能, 对原有机床存在的故障部分进行排查, 诊断和修复;其次在普通机床上加装电子显示器, 或直接加数控系统;然后进行翻新, 为了进一步增加机床的加工精度、效率和自动化, 对机械、电气部分进行改造翻新, 对于机械部分进行重新装配加工, 使其加工精度得到提升, 对不满足生产要求的数控系统予以更新。最后就是有重大技术创新是, 才大批量大幅度的对原有机床进行整体改造。
3 重点改造的部位
对于数控机床数控系统的选择上, 由于市场同类型数控系多种多样, 在选择之前, 应首先了解所改造机床的性能, 再从价格, 使用寿命, 操作难易程度度等方面选择。当然在经济条件允许的情况下, 大品牌的数控系统是首选。首先这类数控系统在电子元件的使用上经过严格筛选, 制造工艺也极其考究, 并且操作简易。在功能方面因为数控系统所具备的功能要满足所改造机床的功能, 尽量减少过多的数控功能, 以减轻操作难度。因为, 如果数控系统功能太多的话一方面是改造资金的浪费, 另一方面复杂的内部系统偶尔会造成程序故障。
对于机床械部分的改造, 为了充分发挥数控系统的性能, 保证改造后的数控机床能在数控系统的控制下完成重复定位精度, 微机进给无爬行, 并且增加机床的使用寿命, 外形简洁美观, 机械部分的改造有以下几个方面。
3.1 床身部分
为了使改造后的机床生产效率得到提高, 除了尽可能的减少系统故障外, 也要考虑机床本身的耐磨性, 尤其是导轨部分的耐磨性。
一般数控机床床身部分的选材为普通铸铁, 而导轨部分采用高强度合金钢材料, 其耐磨性是普通铸铁的数倍, 因此在改造中, 旧床身部分可以不变, 导轨换成合金材质, 并用螺钉或焊接或粘剂加以固定, 在固定导轨前一定要进行磨削加工, 以降低表面粗糙度, 提高粘接强度。
3.2 主轴变速箱
依照所选的数控系统的不同, 此处以GWK/AT-II数控系统为例, 主运动的方式和传统的普通机床一样, 要求变速范围尽可能的大, 来保证加工转速, 使生产效率和质量得到提升。在改造时可以根据具体情况, 有效的利用编码方式的不同来提高主轴变速功能, 将两个齿轮合二为一, 装配远程控制电磁离合器, 使其在不停机的情况可以完成两种变速, 而其他速度的调整可以采用手动机械变速来完成。
3.3 拖板装置
无论点位的控制还是连续的控制, 被加工零件的坐标精度, 都受拖板运动的影响。对于步进电机而言。因为数控系统所发出的操作指令仅能使拖板运动, 并没有位置检测和信号反馈的功能, 所以系统所发出的指令值和实际托板移动值如果有差别的话, 就会造成加工误差。因此, 除了拖板和配件的精度要保证外, 在灵敏度和传动精度的要求上还要采取一些措施, 使其得到提高。①传动装置的布局采用减速齿轮箱来提高传动精度 (分辨率为0.01mm) 。传动比计算公式为:
公式中:α为步进电机的步距角 (度) ;p为丝杠螺距, mm;δ为脉冲当量。②在齿轮传动的时候, 为了提高正传动和反传动的精度, 必须要尽可能消除配对齿轮间的传动间隙, 方法有两种, 分别是柔性调整法和刚性调整法。一般情况下配对齿轮侧隙方法选择的是刚性调整法。③利用滚珠丝杠来代替原滑动丝杠, 提机床的高传动灵敏性和降低机床功率和步进电机力矩的损失。
3.4 自动换刀装置
自动换刀装置是数控机床的重组成部分, 形式多种多样。自动化数控机床中, 刀具的更换直接影响加工时间和精度, 老式机床的使用中, 人工装夹刀具不仅费时费力, 而且如果没有夹紧生产加工时还会出现安全隐患, 所以自动换刀系统应运而生, 自动换刀装置的加入使换刀这一步骤更加迅速准确。
刀库和刀具交换机构组成了自动换刀系统。它是数控系统中不可缺少的组成部分, 首先要把加工过程中所需要的所有刀具依次安装在标准的刀柄上, 并进行预先调整, 然后放入刀库当中。在需要换刀的时候先在刀库中完成选刀这一步骤, 并且由刀具交换装置从刀库和主轴上分别取出刀具, 将新刀具装入主轴, 并把旧刀具放回刀库原有的位置, 完成换刀。存放刀具的刀库具应拥有极大的刀具容量, 以满足加工的需求, 在安装时它既可以安装在主轴箱的侧面或上方, 也可以作为独立的一部件安装到机床外, 并由搬运装置完成运送刀具的工序。
与转塔主轴头相比较, 拥有刀库的自动换刀数控机床只有一个主轴, 只需设计部件就能充分满足它的刚度, 并且能满足大部分精密零件的加工需求。另外, 因为刀库中可以存放数量较大的刀具, 所以能够进行一些复杂零件的多工序精密加工。这就明显提高了机床的使用范围和加工效率。所以带刀库的数控换刀装置适用于大部分数控机床。
4 结束语
数控机床维修改造技术 篇5
凯普机电一体化工程有限公司（北京100011）刘荫庭
没有理论指导的实践是盲目的实践，没有实践的理论是空洞的理论。
我国从事数控机床电气设计、应用与维修技术工作的工程技术人员数以万计，然而由于此项技术的复杂性、多样性和多变性以及一些客观环境因素的制约，在数控机床电气维修技术方面还没有形成一套成熟的、完整的理论体系。当今控制理论与自动化技术的高速发展，尤其是微电子技术和计算机技术的日新月异，使得数控技术也在同步飞速发展，数控系统结构形式上的PC基、开放化和性能上的多样化、复杂化、高智能化不仅给其应用从观念到实践
带来了巨大变化，也在其维修理论、技术和手段上带来了很大的变化。因此，一篇讲座形式的文章不可能把已经形成了一门专门学科的数控机床电气维修技术理论完整地表述出来，本文仅是将多年的实践探索及业内众同仁的经验总结加以适当的归纳整理，以求对该学科理论的发展及工程技术人员的实践有所裨益。
一、数控技术
谈到维修，首先必须从总体上了解我们的维修对象。
1.数控机床电气控制系统综述
一台典型的数控机床其全部的电气控制系统如图1所示。
（1）数据输入装置将指令信息和各种应用数据输入数控系统的必要装置。它可以是穿孔带阅读机（已很少使用），3.5in软盘驱动器，CNC键盘（一般输入操作），数控系统配备的硬盘及驱动装置（用于大量数据的存储保护）、磁带机（较少使用）、PC计算机等等。
（2）数控系统数控机床的中枢，它将接到的全部功能指令进行解码、运算，然后有序地发出各种需要的运动指令和各种机床功能的控制指令，直至运动和功能结束。
数控系统都有很完善的自诊断能力，日常使用中更多地是要注意严格按规定操作，而日常的维护则主要是对硬件使用环境的保护和防止系统软件的破坏。
（3）可编程逻辑控制器是机床各项功能的逻辑控制中心。它将来自CNC的各种运动及功能指令进行逻辑排序，使它们能够准确地、协调有序地安全运行；同时将来自机床的各种信息及工作状态传送给CNC,使CNC能及时准确地发出进一步的控制指令，如此实现对整个机床的控制。
当代PLC多集成于数控系统中，这主要是指控制软件的集成化，而PLC硬件则在规模较大的系统中往往采取分布式结构。PLC与CNC的集成是采取软件接口实现的，一般系统都是将二者间各种通信信息分别指定其固定的存放地址，由系统对所有地址的信息状态进行实时监控，根据各接口信号的现时状态加以分析判断，据此作出进一步的控制命令，完成对运动或功能的控制。
不同厂商的PLC有不同的PLC语言和不同的语言表达形式，因此，力求熟悉某一机床PLC程序的前提是先熟悉该机床的PLC语言。
（4）主轴驱动系统接受来自CNC的驱动指令，经速度与转矩（功率）调节输出驱动信号驱动主电动机转动，同时接受速度反馈实施速度闭环控制。它还通过PLC将主轴的各种现实工作状态通告CNC用以完成对主轴的各项功能控制。
主轴驱动系统自身有许多参数设定，这些参数直接影响主轴的转动特性，其中有些不可丢失或改变的，例如指示电动机规格的参数等，有些是可根据运行状态加以调改的，例
如零漂等。通常CNC中也设有主轴相关的机床数据，并且与主轴驱动系统的参数作用相同，因此要注意二者取一，切勿冲突。
（5）进给伺服系统接受来自CNC对每个运动坐标轴分别提供的速度指令，经速度与电流（转矩）调节输出驱动信号驱动伺服电机转动，实现机床坐标轴运动，同时接受速度反馈信号实施速度闭环控制。它也通过PLC与CNC通信，通报现时工作状态并接受CNC的控制。
进给伺服系统速度调节器的正确调节是最重要的，应该在位置开环的条件下作最佳化调节，既不过冲又要保持一定的硬特性。它受机床坐标轴机械特性的制约，一旦导轨和机械传动链
的状态发生变化，就需重调速度环调节器。
（6）电器硬件电路随着PLC功能的不断强大，电器硬件电路主要任务是电源的生成与控制电路、隔离继电器部分及各类执行电器（继电器、接触器），很少还有继电器逻辑电路的存在。但是一些进口机床柜中还有使用自含一定逻辑控制的专用组合型继电器的情况，一旦这类元件出现故障，除了更换之外，还可以将其去除而由PLC逻辑取而代之，但是这不仅需要对该专用电器的工作原理有清楚的了解，还要对机床的PLC语言与程序深入掌握才行。
（7）机床（电器部分）包括所有的电动机、电磁阀、制动器、各种开关等。它们是实现机床
各种动作的执行者和机床各种现实状态的报告员。
这里可能的主要故障多数属于电器件自身的损坏和连接电线、电缆的脱开或断裂。
（8）速度测量通常由集装于主轴和进给电动机中的测速机来完成。它将电动机实际转速匹配成电压值送回伺服驱动系统作为速度反馈信号，与指令速度电压值相比较，从而实现速度的精确控制。
这里应注意测速反馈电压的匹配联接，并且不要拆卸测速机。由此引起的速度失控多是由于测速反馈线接反或者断线所致。
（9）位置测量较早期的机床使用直线或圆形同步感应器或者旋转变压器，而现代机床多采
用光栅尺和数字脉冲编码器作为位置测量元件。它们对机床坐标轴在运行中的实际位置进行直接或间接的测量，将测量值反馈到CNC并与指令位移相比较直至坐标轴到达指令位置，从而实现对位置的精确控制。
位置环可能出现的故障多为硬件故障，例如位置测量元件受到污染，导线连接故障等。
（10）外部设备一般指PC计算机、打印机等输出设备，多数不属于机床的基本配置。使用中的主要问题与输入装置一样，是匹配问题。
2.数控机床运动坐标的电气控制
数控机床一个运动坐标的电气控制由电流（转矩）控制环、速度控制环和位置控制环串联组成
.其控制框图如图2.
（1）电流环是为伺服电机提供转矩的电路。一般情况下它与电动机的匹配调节已由制造者作好了或者指定了相应的匹配参数，其反馈信号也在伺服系统内联接完成，因此不需接线与调整。
（2）速度环是控制电动机转速亦即坐标轴运行速度的电路。速度调节器是比例积分（PI）调节器，其P、I调整值完全取决于所驱动坐标轴的负载大小和机械传动系统（导轨、传动机构）的传动刚度与传动间隙等机械特性，一旦这些特性发生明显变化时，首先需要对机械传动系统进行修复工作，然后重新调整速度环PI调节器。
速度环的最佳调节是在位置环开环的条件下才能完成的，这对于水平运动的坐标轴和转动坐标轴较容易进行，而对于垂向运动坐标轴则
位置开环时会自动下落而发生危险，可以采取先摘下电动机空载调整，然后再装好电动机与位置环一起调整或者直接带位置环一起调整，这时需要有一定的经验和细心。
速度环的反馈环节见前面“速度测量”一节。
（3）位置环是控制各坐标轴按指令位置精确定位的控制环节。位置环将最终影响坐标轴的位置精度及工作精度。这其中有两方面的工作：
一是位置测量元件的精度与CNC系统脉冲当量的匹配问题。测量元件单位移动距离发出的脉
冲数目经过外部倍频电路和/或CNC内部倍频系数的倍频后要与数控系统规定的分辨率相符。例如位置测量元件10脉冲/mm,数控系统分辨率即脉冲当量为0.001mm,则测量元件送出的脉冲必须经过100倍频方可匹配。
二是位置环增益系数Kv值的正确设定与调节。通常Kv值是作为机床数据设置的，数控系统中对各个坐标轴分别指定了Kv值的设置地址和数值单位。在速度环最佳化调节后Kv值的设定则成为反映机床性能好坏、影响最终精度的重要因素。Kv值是机床运动坐标自身性能优劣的直接表现而并非可以任意放大。关于Kv值的设置要注意两个问题，首先要满足下列公式：
Kv=v/Δ
式中v――坐标运行速度，m/min
Δ――跟踪误差，mm
注意，不同的数控系统采用的单位可能不同，设置时要注意数控系统规定的单位。例如，坐标运行速度的单位是m/min,则Kv值单位为m/（mm・min），若v的单位为mm/s,则Kv的单位应为mm/（mm・s）。
其次要满足各联动坐标轴的Kv值必须相同，以保证合成运动时的精度。通常是以Kv值最低的坐标轴为准。
位置反馈（参见上节“位置测量”）有三种情况：一种是没有位置测量元件，为位置开环控制即无位置反馈，步进电机驱动一般即为开环；一种是半闭环控制，即位置测量元件不在坐标轴最终运动部件上，也就是说还有部分传动环节在位置闭环控制之外，这种情况要求环外传动部分应有相当的传动刚度和传动精度，加入反向间隙补偿和螺距误差补偿之后，可以得到很高的位置控制精度；第三种是全闭环控制，即位置测量元件安装在坐标轴的最终运动部件上，理论上这种控制的位置精度情况最好，但是它对整个机械传动系统的要求更高而不是低，如若不然，则会严重影响两坐标的动态精度，而使得机床只能在降低速度环和位置精度的情况下工作。影响全闭环控制精度的另一个重要问题是测量元件的精确安装问题，千万不可轻视。
（4）前馈控制与反馈相反，它是将指令值取出部分预加到后面的调节电路，其主要作用是减小跟踪误差以提高动态响应特性从而提高位置控制精度。因为多数机床没有设此功能，故本文不详述，只是要注意，前馈的加入必须是在上述三个控制环均最佳调试完毕后方可进行。
二、维修工作的基本条件
数控机床的身价从几十万元到上千万元，一般都是企业中关键产品关键工序的关键设备，一 旦故障停机，其影响和损失往往很大。但是，人们对这样的设备往往更多地是看重其效能，而不仅对合理地使用不够重视，更对其保养及维修工作关注太少，日常不注意对保养与维修工作条件的创造和投入，故障出现临时抱佛脚的现象很是普遍。因此，为了充分发挥数控机床的效益，我们一定要重视维修工作，创造出良好的维修条件。由于数控机床日常出现的多为电气故障，所以电气维修更为重要。
?
1.人员条件
数控机床电气维修工作的快速性、优质性关键取决于电气维修人员的素质条件。
（1）首先是有高度的责任心和良好的职业道德。
（2）知识面要广。要学习并基本掌握有关数控机床电气控制的各学科知识，如计算机技术、模拟与数字电路技术、自动控制与拖动理论、控制技术、加工工艺以及机械传动技术，当然还包括上节所讲的基本数控知识。
（3）应经过良好的技术培训。数控技术基础理论的学习，尤其是针对具体数控机床的技术培训，首先是参加相关的培训班和机床安装现场的实际培训，然后向有经验的维修人员学习，而更重要且更长时间的是自学。
（4）勇于实践。要积极投入数控机床的维修与操作的工作中去，在不断的实践中提高分析能力和动手能力。
（5）掌握科学的方法。要做好维修工作光有热情是不够的，还必须在长期的学习和实践中总结提高，从中提炼出分析问题、解决问题的科学的方法。
（6）学习并掌握各种电气维修中常用的仪器、仪表和工具。
（7）掌握一门外语，特别是英语。起码应做到能看懂技术资料。
2.物质条件
（1）准备好通用的和某台数控机床专用的电气备件。
（2）非必要的常备电器元件应做到采购渠道快速畅通。
（3）必要的维修工具、仪器仪表等，最好配有笔记本电脑并装有必要的维修软件。
（4）每台数控机床所配有的完整的技术图样和资料。
（5）数控机床使用、维修技术档案材料。
3.关于预防性维护
预防性维护的目的是为了降低故障率，其工作内容主要包括下列几方面的工作。
（1）人员安排 为每台数控机床分配专门的操作人员、工艺人员和维修人员，所有人员都要不断地努力提高自己的业务技术水平。
（2）建规建档 针对每台机床的具体性能和加工对象制定操作规章，建立工作与维修档案，管理者要经常检查、总结、改进。
（3）日常保养 对每台数控机床都应建立日常维护保养计划，包括保养内容（如坐标轴传动系统的润滑、磨损情况，主轴润滑等，油、水气路，各项温度控制，平衡系统，冷却系统，传动带的松紧，继电器、接触器触头清洁，各插头、接线端是否松动，电气柜通风状况等等）及各功能部件和元气件的保养周期（每日、每月、半年或不定期）。
（4）提高利用率 数控机床如果较长时间闲置不用，当需要使用时，首先机床的各运动环节会由于油脂凝固、灰尘甚至生锈而影响其静、动态传动性能，降低机床精度，油路系统的 堵塞更是一大烦事；从电气方面来看，由于一台数控机床的整个电气控制系统硬件是由数以 万计的电子元器件组成的，他们的性能和寿命具有很大离散性，从宏观来看分三个阶段：在一年之内基本上处于所谓“磨合”阶段。在该阶段故障率呈下降趋势，如果在这期间不断开动机床则会较快完成“磨合”任务，而且也可充分利用一年的维修期；第二阶段为有效寿命 阶段，也就是充分发挥效能的阶段。在合理使用和良好的日常维护保养的条件下，机床正常运转至少可在五年以上；第三阶段为系统寿命衰老阶段，电器硬件故障会逐渐增多，数控系统的使用寿命平均在8――左右。
因此，在没有加工任务的一段时间内，最好较低速度下空运行机床，至少也要经常给数控系统通电，甚至每天都应通电。
三、维修与排故技术
1.常见电气故障分类
数控机床的电气故障可按故障的性质、表象、原因或后果等分类。
（1）以故障发生的部位，分为硬件故障和软件故障。硬件故障是指电子、电器件、印制电路板、电线电缆、接插件等的不正常状态甚至损坏，这是需要修理甚至更换才可排除的故障。而软
件故障一般是指PLC逻辑控制程序中产生的故障，需要输入或修改某些数据甚至修改PLC程序方可排除的故障。零件加工程序故障也属于软件故障。最严重的软件故障则是数控系统软件的缺损甚至丢失，这就只有与生产厂商或其服务机构联系解决了。
（2）以故障出现时有无指示，分为有诊断指示故障和无诊断指示故障。当今的数控系统都设计有完美的自诊断程序，时实监控整个系统的软、硬件性能，一旦发现故障则会立即报警或者还有简要文字说明在屏幕上显示出来，结合系统配备的诊断手册不仅可以找到故障发生的原因、部位，而且还有排除的方法提示。机床制造者也会针对具体机床设计有相关的故障指示及诊断说明书。上述这两部分有诊断指示的故障加上各电气装置上的各类指示灯使得绝大多数电气故障的排除较为容易。无诊断指示的故障一部分是上述两种诊断程序的不完整性所致（如开关不闭合、接插松动等）。这类故障则要依靠对产生故障前的工作过程和故障现象及后果，并依靠维修人员对机床的熟悉程度和技术水平加以分析、排除。
（3）以故障出现时有无破坏性，分为破坏性故障和非破坏性故障。对于破坏性故障，损坏工 件甚至机床的故障，维修时不允许重演，这时只能根据产生故障时的现象进行相应的检查、分析来排除之，技术难度较高且有一定风险。如果可能会损坏工件，则可卸下工件，试着重现故障过程，但应十分小心。
（4）以故障出现的或然性，分为系统性故障和随机性故障。系统性故障是指只要满足一定的 条件则一定会产生的确定的故障；而随机性故障是指在相同的条件下偶尔发生的故障，这类故障的分析较为困难，通常多与机床机械结构的局部松动错位、部分电气工件特性漂移或可靠性降低、电气装置内部温度过高有关。此类故障的分析需经反复试验、综合判断才可能排除。
（5）以机床的运动品质特性来衡量，则是机床运动特性下降的故障。在这种情况下，机床虽 能正常运转却加工不出合格的工件。例如机床定位精度超差、反向死区过大、坐标运行不平稳等。这类故障必须使用检测仪器确诊产生误差的机、电环节，然后通过对机械传动系统、数控系统和伺服系统的最佳化调整来排除。
此处故障的分类是为了便于故障的分析排除，而一种故障的产生往往是多种类型的混合，这 就要求维修人员具体分析，参照上述分类采取相应的分析、排除法。
2.故障的调查与分析
这是排故的第一阶段，是非常关键的阶段，主要应作好下列工作：
①询问调查 在接到机床现场出现故障要求排除的信息时，首先应要求操作者尽量保持现场 故障状态，不做任何处理，这样有利于迅速精确地分析故障原因。同时仔细询问故障指示情况、故障表象及故障产生的背景情况，依此做出初步判断，以便确定现场排故所应携带的工具、仪表、图纸资料、备件等，减少往返时间。
②现场检查 到达现场后，首先要验证操作者提供的各种情况的准确性、完整性，从而核实 初步判断的准确度。由于操作者的水平，对故障状况描述不清甚至完全不准确的情况不乏其例，因此到现场后仍然不要急于动手处理，重新仔细调查各种情况，以免破坏了现场，使排故增加难度。
③故障分析 根据已知的故障状况按上节所述故障分类办法分析故障类型，从而确定排故原 则。由于大多数故障是有指示的，所以一般情况下，对照机床配套的数控系统诊断手册和使 用说明书，可以列出产生该故障的多种可能的原因。
④确定原因 对多种可能的原因进行排查从中找出本次故障的真正原因，这时对维修人员是 一种对该机床熟悉程度、知识水平、实践经验和分析判断能力的综合考验。
⑤排故准备 有的故障的排除方法可能很简单，有些故障则往往较复杂，需要做一系列的准 备工作，例如工具仪表的准备、局部的拆卸、零部件的修理，元器件的采购甚至排故计划步骤的制定等等。
数控机床电气系统故障的调查、分析与诊断的过程也就是故障的排除过程，一旦查明了原因 ,故障也就几乎等于排除了。因此故障分析诊断的方法也就变得十分重要了。下面把电气故障的常用诊断方法综列于下。
（1）直观检查法 这是故障分析之初必用的方法，就是利用感官的检查。
①询问 向故障现场人员仔细询问故障产生的过程、故障表象及故障后果，并且在整个分析 判断过程中可能要多次询问。
②目视 总体查看机床各部分工作状态是否处于正常状态（例如各坐标轴位置、主轴状态、 刀库、机械手位置等），各电控装置（如数控系统、温控装置、润滑装置等）有无报警指示，局部查看有无保险烧煅，元器件烧焦、开裂、电线电缆脱落，各操作元件位置正确与否等等 .
③触摸 在整机断电条件下可以通过触摸各主要电路板的安装状况、各插头座的插接状况、 各功率及信号导线（如伺服与电机接触器接线）的联接状况等来发现可能出现故障的原因。
④通电 这是指为了检查有无冒烟、打火、有无异常声音、气味以及触摸有无过热电动机和元件存在而通电，一旦发现立即断电分析。
（2）仪器检查法 使用常规电工仪表，对各组交、直流电源电压，对相关直流及脉冲信号等 进行测量，从中找寻可能的故障。例如用万用表检查各电源情况，及对某些电路板上设置的 相关信号状态测量点的测量，用示波器观察相关的脉动信号的幅值、相位甚至有无，用PLC 编程器查找PLC程序中的故障部位及原因等。
（3）信号与报警指示分析法
①硬件报警指示 这是指包括数控系统、伺服系统在内的各电子、电器装置上的各种状态和故障指示灯，结合指示灯状态和相应的功能说明便可获知指示内容及故障原因与排除方法。
②软件报警指示 如前所述的系统软件、PLC程序与加工程序中的故障通常都设有报警显示，依据显示的`报警号对照相应的诊断说明手册便可获知可能的故障原因及故障排除方法。
（4）接口状态检查法 现代数控系统多将PLC集成于其中，而CNC与PLC之间则以一系列接口信号形式相互通讯联接。有些故障是与接口信号错误或丢失相关的，这些接口信号有的可以在相应的接口板和输入/输出板上有指示灯显示，有的可以通过简单操作在CRT屏幕上显示，而所有的接口信号都可以用PLC编程器调出。这种检查方法要求维修人员既要熟悉本机床的接口信号，又要熟悉PLC编程器的应用。
（5）参数调整法 数控系统、PLC及伺服驱动系统都设置许多可修改的参数以适应不同机床、 不同工作状态的要求。这些参数不仅能使各电气系统与具体机床相匹配，而且更是使机床各项功能达到最佳化所必需的。因此，任何参数的变化（尤其是模拟量参数）甚至丢失都是不允许的；而随机床的长期运行所引起的机械或电气性能的变化会打破最初的匹配状态和最佳化状态。此类故障多指故障分类一节中后一类故障，需要重新调整相关的一个或多个参数方可排除。这种方法对维修人员的要求是很高的，不仅要对具体系统主要参数十分了解，既知晓其地址熟悉其作用，而且要有较丰富的电气调试经验。
（6）备件置换法 当故障分析结果集中于某一印制电路板上时，由于电路集成度的不断扩大而要把故障落实于其上某一区域乃至某一元件是十分困难的，为了缩短停机时间，在有相同备件的条件下可以先将备件换上，然后再去检查修复故障板。备件板的更换要注意以下问题。
①更换任何备件都必须在断电情况下进行。
②许多印制电路板上都有一些开关或短路棒的设定以匹配实际需要，因此在更换备件板上一 定要记录下原有的开关位置和设定状态，并将新板作好同样的设定，否则会产生报警而不能工作。
③某些印制电路板的更换还需在更换后进行某些特定操作以完成其中软件与参数的建立。这 一点需要仔细阅读相应电路板的使用说明。
④有些印制电路板是不能轻易拔出的，例如含有工作存储器的板，或者备用电池板，它会丢 失有用的参数或者程序。必须更换时也必须遵照有关说明操作。
鉴于以上条件，在拔出旧板更换新板之前一定要先仔细阅读相关资料，弄懂要求和操作步骤 之后再动手，以免造成更大的故障。
（7）交叉换位法 当发现故障板或者不能确定是否故障板而又没有备件的情况下，可以将系统中相同或相兼容的两个板互换检查，例如两个坐标的指令板或伺服板的交换从中判断故障板或故障部位。这种交叉换位法应特别注意，不仅硬件接线的正确交换，还要将一系列相应的参数交换，否则不仅达不到目的，反而会产生新的故障造成思维的混乱，一定要事先考虑周全，设计好软、硬件交换方案，准确无误再行交换检查。
（8）特殊处理法 当今的数控系统已进入PC基、开放化的发展阶段，其中软件含量越来越丰富，有系统软件、机床制造者软件、甚至还有使用者自己的软件，由于软件逻辑的设计中不可避免的一些问题，会使得有些故障状态无从分析，例如死机现象。对于这种故障现象则可以采取特殊手段来处理，比如整机断电，稍作停顿后再开机，有时则可能将故障消除。维修人员可以在自己的长期实践中摸索其规律或者其他有效的方法。
3.电气维修与故障的排除
这是排故的第二阶段，是实施阶段。
如前所述，电气故障的分析过程也就是故障的排除过程，因此电气故障的一些常用排除方法 在上一节的分析方法中已综合介绍过了，本节则列举几个常见电气故障做一简要介绍，供维修者参考。
（1）电源 电源是维修系统乃至整个机床正常工作的能量来源，它的失效或者故障轻者会丢 失数据、造成停机。重者会毁坏系统局部甚至全部。西方国家由于电力充足，电网质量高，因此其电气系统的电源设计考虑较少，这对于我国有较大波动和高次谐波的电力供电网来说就略显不足，再加上某些人为的因素，难免出现由电源而引起的故障。我们在设计数控机床的供电系统时应尽量做到：
①提供独立的配电箱而不与其他设备串用。
②电网供电质量较差的地区应配备三相交流稳压装置。
③电源始端有良好的接地。
④进入数控机床的三相电源应采用三相五线制，中线（N）与接地（PE）严格分开。
⑤电柜内电器件的布局和交、直流电线的敷设要相互隔离。
（2）数控系统位置环故障
①位置环报警。可能是位置测量回路开路；测量元件损坏；位置控制建立的接口信号不存在等。
②坐标轴在没有指令的情况下产生运动。可能是漂移过大；位置环或速度环接成正反馈；反馈接线开路；测量元件损坏。
（3）机床坐标找不到零点。可能是零方向在远离零点；编码器损坏或接线开路；光栅零点标 记移位；回零减速开关失灵。
（4）机床动态特性变差，工件加工质量下降，甚至在一定速度下机床发生振动。这其中有很 大一种可能是机械传动系统间隙过大甚至磨损严重或者导轨润滑不充分甚至磨损造成的；对于电气控制系统来说则可能是速度环、位置环和相关参数已不在最佳匹配状态，应在机械故障基本排除后重新进行最佳化调整。
（5）偶发性停机故障。这里有两种可能的情况：一种情况是如前所述的相关软件设计中的问 题造成在某些特定的操作与功能运行组合下的停机故障，一般情况下机床断电后重新通电便会消失；另一种情况是由环境条件引起的，如强力干扰（电网或周边设备）、温度过高、湿度过大等。这种环境因素往往被人们所忽视，例如南方地区将机床置于普通厂房甚至靠近敞开 的大门附近，电柜长时间开门运行，附近有大量产生粉尘、金属屑或水雾的设备等等。这些因素不仅会造成故障，严重的还会损坏系统与机床，务必注意改善。
本文由于篇幅所限不做更多的介绍，读者可参阅数控机床的随机资料及其他专门介绍各种故 障的文章。
4.维修排故后的总结提高工作
对数控机床电气故障进行维修和分析排除后的总结与提高工作是排故的第三阶段，也是十分重要的阶段，应引起足够重视。
总结提高工作的主要内容包括：
①详细记录从故障的发生、分析判断到排除全过程中出现的各种问题，采取的各种措施，涉 及到的相关电路图、相关参数和相关软件，其间错误分析和排故方法也应记录并记录其无效的原因。除填入维修档案外，内容较多者还要另文详细书写。
②有条件的维修人员应该从较典型的故障排除实践中找出常有普遍意义的内容作为研究课题 进行理论性探讨，写出论文，从而达到提高的目的。特别是在有些故障的排除中并未经由认真系统地分析判断而是带有一定地偶然性排除了故障，这种情况下的事后总结研究就更加必要。
③总结故障排除过程中所需要的各类图样、文字资料，若有不足应事后想办法补济，而且在 随后的日子里研读，以备将来之需。
④从排故过程中发现自己欠缺的知识，制定学习计划，力争尽快补课。
⑤找出工具、仪表、备件之不足，条件允许时补齐。
总结提高工作的好处是：
①迅速提高维修者的理论水平和维修能力。
②提高重复性故障的维修速度。
③利于分析设备的故障率及可维修性，改进操作规程，提高机床寿命和利用率。
④可改进机床电气原设计之不足。
⑤资源共享。总结资料可作为其他维修人员的参数资料、学习培训教材。
普通机床数控化改造技术浅谈 篇6
【关键词】数控技术；机械加工；机床；研究
在对机床进行数控化加工的过程中，必须要将施工工艺的细致程度考虑在数控编程内或者计算的过程中，否则计算的数据偏差过大就会使得加工的产品出现极大的偏差。但是在实际的机床进行数控编程的过程中，不仅要将施工工艺精密计算，还要将每一个细节都考虑周到，如果在建设的过程中没有将数控的方法设计得科学合理，那么也会导致后期的重复计算和返工的时间增加，这就使得时间遭到了极大的浪费。数控所控制的加工工艺，可以说是在机械加工过程中最为重要的一个环节，在进行数控工艺的设计工作过程中，如果没有用最为科学合理的方式来进行设计，必然会导致加工的程序出现问题，同时也会导致加工的零件质量和机床加工的生产效率受到极大的影响。
机械化控制的机床，必须要将每一个环节的空自己内容都设计到极为详细，但是要最大限度的减少加工的工序，各个环节所需要的工装数量必须要低于普通的机床，否则机械化改造就没有实际的意义。通过以上我们也可以发现，机床在进行加工的过程中，实际上各个工序的内容都比较复杂，但是结合具体的实际情况并将其机械化后，就使得各个工序有效的集成起来，并且还能够提升机床加工的精度和加工效率。
1.数控技术的原理
1.1工作原理
数控技术自身通常都有计算机操作系统，并且将自身各个结构、单元、模块与机床向连接起来，从而使得操作人员能够通过远程的方式来操作机床进行敬爱工，以机械控制的方式来运作每，使得机床生产的效率能够不断的提高。除此之外，还需要保证数控化系统中的所编制的系统能正常的运行，最大限度的降低误差，控制好各个零件之间的精确位置，特别是控制刀具相对于工件给定速度。采用输入设备输入各种数据信息[2]，把各个坐标轴的移动分量传输到对应的驱动电，保持机床切削运动朝着编制好的路径进行路，这些都需要依靠装置的插补功能。数控装置本质上属于计算机控制的，在控制过程中只需将数据信号反馈到控制装置里，通过中央处理器对数据信息进行处理分析，维持了各运作部件有序的加工生产，数控系统按照零件轮廓线型的有限信息，这样便能保证各项数据指令的正常处理，最终实现精密加工处理。
1.2基本概念
所谓的数控技术，指的是通过采用数字信息，对机械加工和运动过程进行控制，提高机械设备运作的自动化效率，给现代机械加工带来了极大的帮助。数控技术主要包括：传感检测技术、传统的机械制造技术、光机电技术以及网络通信技术。工作过程中只需要预先编程，然后采用编辑好的程序指令对设备进行相应的控制[3]。
2.数控技术在机械制造领域中的应用分析
2.1在机床设备中的应用
在机械加工领域发展过程中，机床设备控制技术是一项非常重要的技术，对于机械加工业的发展起着重要作用，是现代机电一体化的重要组成部分，在很大程度上提高了机床的生产效率。数控计算机发出的控制指令，通过控制机床中心系统作用于机床并执行如冷却泵的起停等各种顺序动作指令，从而使得机床能够按所编的程序自动加工出相应的零件。
2.2在工业中的应用
工业生产领域中，数控技术在很大程度上用于工业机械设备的生产线，并且以计算机为实现方式，通过计算机进行程序的编写和程序代码的编写输入等，从而保证了加工零部件的加工程序的顺利进行，数控技术在工业领域的应用主要在于以机械化的作业方式代替了人工进行相关程序的操作，完成难以完成甚至不可能完成的工作任务和程序。数控技术具有高精度的技术特点，在保证了相关机械设备的加工质量的同时也在很大程度上提高了生产的效率，有效改善了操作人员的工作条件，节约了施工人力。
2.3在机械加工系统当中的应用
随着机械加工技术和加工工艺的持续发展和研究，机械加工设备及其加工的控制系统也在相关技术的发展之下得到了持续的发展和升级，数控技术机械设备机壳的毛坯制造。由于相应的机械加工设备控制系统也在不断更新变化，使得各种机壳的毛坯制造商开始积极引进先进焊件。
3.数控机床增效的主要途径
当前，数控机床加工设备以及相关的加工工艺中存在一定的问题，缺乏合理的加工切削参数，缺乏数控机床加工工艺数据库以及知识库，其次缺乏数字化的制造以及管理系统。数控机床加工的这些设备致使数控机床加工过程中的准备时间以及等待时间和故障调试的时间较长，致使对整体的数控机床的加工效率产生了整体的影响。
3.1提高数控机床的自动化程度
数控技术的机械化加工过程中，逐渐提高数控技术的自动化程度，是数控技术的发展趋势，减少加工所需要的时间，通过柔性制造单元，以及柔性生产线和复合的加工等数控加工技术，从而有效提高了加工零件在实际的生产过程中的连续性以及自动化，有效缩短了加工过程中的辅助时间，提高了加工的效率。
3.2逐渐优化加工过程
数控机床的加工还应通过生产过程的持续优化实现，生产过程的优化液将有效减少加工的准备时间，以配套的较为先进的生产和管理方式、机械设备的管理以及刀具的自动配送和机械零件的制造执行系统等，有效提高了设备的完整性和开动率，保证数控机床的高效管理和持续运行。
4.结语
机床数控化的改造技术已经在各个行业中得到了极为广泛的利用，我企业生产带来了更高的效率和更多的产品利润，但是我们不能止步不前，我们需要不断研究机床数控化技术，将其中的缺点全部弥补，使得这项技术能够不断的完善，并且为工业生产带来更高的效益，为我国的工业技术进步做出了巨大的贡献。
【参考文献】
[1]辛长德.数控技术在机械制造中应用及发展[J].科技创新与应用，2012（8）.
[2]刘莉.浅谈机械制造中数控技术的应用及发展[J].科技创新与应用，2012（13）.
机床数控技术 篇7
数控机床属于全自动机械设备, 在其身上汇集了多种高科技技术, 在使用过程中所需的专业知识较强, 需要对机床的工作原理熟悉, 并对数控机床构成的各个系统运行情况要了解掌握, 这是能够及时发现机床运转时异常情况的必要条件, 也是进而合理处理的保障条件。数控机床出现故障时较难把故障点查找出来, 因此对维修人员专业技能要求较高, 因此在使用机床过程中, 及时地保养维护是极为必要的, 也是不可或缺的环节, 这是机床的故障率减少, 使机床正常运转的保障条件。
1 数控机床的使用与维修
1.1 数控机床的分类和应用
迅猛发展的科学技术促进了数控技术的发展。在企业的加工生产中应用数控机床广泛程度日益得到提升, 而在数控技术发展推动下, 开始不断地增加机床的种类, 但在实际应用中, 机床主要分为加工工艺和方式两种。应用机床中, 切割金属在企业中应用较为广泛。因此主要运用的是数控铣床和数控镗床等[1]。
1.2 数控机床的维修的特点
作为一门一体化技术, 数控机床综合了各种自动技术, 构成要素为数控系统和伺服系统等, 就维修而言, 明显地区别于普通机床, 以下几方面为维修此机电一体化产品应遵循原则:首先对于数控系统工作原理和处理常见故障方面要熟悉。其次, 对于NC、PLC充分利用的知识要熟练, 根据故障信息能够把故障找出。
1.3 诊断数控机床故障的步骤
首先, 对出现故障的机床进行实地调查, 对操作者详细询问发生故障的具体情况, 这样就以操作者的讲述对故障原因进行初步判断;其次, 结合以往的经验, 进行现场的维修;详细检查故障的根源, 尽可能的缩小故障的范围, 进而确定故障的发生点, 同时, 采取有针对性的解决措施;再次启动机床, 确认是否将故障真正的排除;向操作者详细讲解和说明;指导操作者掌握在操作机床过程中对引发故障的注意事项, 使同样故障再次发生尽量免避;同时, 对维修的经过详细进行记录, 将数据提供给以后维修作为指导和借鉴。
2 检修与诊断数控机床常见故障
2.1 主轴部分常见故障的检测方法
数控机床主轴驱动系统主要功能即为机床的主轴旋转运动。恒功率范围较宽和加速与减速时间较短以及具有极强的过载能力等为一般主轴驱动系统具备的特征。主轴一般常见主要集中故障为主轴驱动系统故障和检测主轴流量方面的故障[2]。
2.2 进给伺服部分常见故障的检测方法
进给伺服系统是数控机床与普通机床的区别, 其正常的工作为数控机床稳定运行提供保障。在数控机床组成中, 进给伺服占据特殊地位, 其具备的精准性极高和信号跟踪功能稳定, 在数控机床作用发挥上起着至关重要的保障作用。伺服控制单元与电机故障以及位置反馈部分故障为主要集中的常见故障。观察其是否具备伺服使能信号为一般检测流程的第一步, 就是以PLC程序为依据, 详细观察屏幕轴数值是否变化, 伺服轴是否存在移动状况, 在伺服单元上是否产生指令电压, 进而把位置反馈的问题或源自其他方面问题确定下来。
3 数控机床的保养
对于加工企业而言, 在其正常运转中, 数控机床正常运行发挥着至关重要的作用, 在日常对控机床的使用中, 要使其处于良好状态, 一旦出现故障, 及时进行修理和检查。并对机床做好日常的保养工作。为此, 对机床进行定期检修, 从而使数控机床故障发生率能够减少到最低化, 为数控机床的生产加工效率提供保障, 促进了经济效益的提升。以下几方面为主要保养数控机床的具体措施[3]:
一是在机床组成中, 数控机床中直流电动机占据重要地位, 在其使用过程中, 电刷和换向器为易损部件, 因此检查和清洗以及更换这二种部件要定期进行。
二是适时试验各坐标轴超程限位状况。检查时要用手按一下硬件限位开关, 看超程报警是否出现, 这是不可或缺环节。
三是电器柜内的空调设备对在稳定的温度内各电器元件运行能够提供保障功能, 因此对其定期检查是极为必要的, 必须使电器柜内的冷却度符合规定的标准, 这是对空调设备故障使各电器元件出现过高温度, 导致其损坏进行防止的有效措施。
四是在对各电器部件运行的过程中, 易受各种因素, 包括振动的影响, 非常容易发生松动, 进而出现了接触不良, 严重的会损坏器件。因此定期检查这些易松动的部件是极为必要的, 为接触良好提供保障。
4 结语
就机电自动一体化产品而言, 最为典型的就是数控机床, 而在加工企业看来, 数控机床的购买成本是相当高的, 它是加工企业顺利开展生产的关键, 而一旦数据机床出现故障, 可能会为企业带来无法弥补的损失。所以, 在对数控机床使用的过程中, 日常工作的侧重点, 就是做好维修和保养的工作, 这是使故障发生几率减少的必要保障, 也是提高机床各部分使用寿命的重点, 能为机床的正常运行提供保障, 进一步提高企业经济效益。
摘要：主要对使用与维修数控机床展开分析, 进而具体阐述诊断及检修数控机床常见故障, 同时也具体说明在日常使用中如何保养数控机床。
关键词：常见故障,数控机床,诊断维修,保养
参考文献
[1]谢东, 丁杰雄, 杜丽, 等.高速加工运动性能预测方法研究[J].农业机械学报, 2014 (6) :21-23.
[2]李海豹, 刘泽林, 战中学.数控加工中心刀具和切削用量的选择探讨[J].中国高新技术企业, 2016 (1) :73-74.
机床数控技术 篇8
1 改造前的工作特点
该机床的主控电路有3台电动机。M1是主轴电机, 由接触器KM1主触头控制其启动和停止。做单向运转, 主要用来拖动主轴旋转和刀架做进给运动;M2为冷却电机, 由KM2主轴头控制其正向运转或停止、主要用来拖动冷却泵输出冷却液;M3电机为溜板快速移动电动机, 由KM3主触头控制其点动正向转, 由于其为点动控制电路, 并不需要长期工作, 因此不能使用热继电器做过载保护。
其照明电路采用24 V交流电压, 信号回路采用6 V的交流电压, 均由控制变压器二次侧提供, FU4是照明电路的短路保护, 照明灯EL的一端必须保护接地, FU3为指示灯的短路保护, 合上电源开关QF, 指示灯HL亮, 表明控制电路有电。
数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床, 随着电子信息技术的发展, 世界机床业已进入了以数字化制造技术为核心的机电一体化时代, 其中数控机床就是代表产品之一。发展和使用先进的数控机床, 已成为我国技术发展的总趋势。购买新的数控机床是提高数控化率的主要途径, 但新的数控机床价格较高。因此在旧机床还能正常使用的基础上, 通过改造旧机床, 配备数控系统把普通机床改造成数控机床, 是提高机床数控化率的一条有效途径。
2 改造后的工作特点
PLC较好的解决了工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。因为PLC这个特点, 本着在旧设备还能正常使用的基础上, 对旧的设备进行更新改造, 配备数控系统, 利用有限的资源发挥最大的作用, 对现有的CA6140普通车床进行革新。改装成数控机床。
对机床进行PLC系统改造时, 遵循主电路保持不变, 只对控制电路和辅助电路进行改造原则。即保持系统原有外部特性, 方便操作人员的习惯性操作。
(1) 基本思路是:梯形图移植法, 即将继电器电路图直接“翻译”成梯形图, 用PLC外部接线图和梯形图代替继电器系统。方法如图1。
(2) 将老辅助电路的输入元件逐一改接到PLC的相应输入端子, 老辅助电路的线圈逐一改接到P L C的相应输出端子。并保留线圈之间的硬件互锁关系不变。
(3) 将老辅助电路中的触点、线圈逐一转换成PLC梯形图中相应编程元件的触点和线圈, 并保持连接顺序不变。
(4) 检查PLC梯形图程序是否满足控制要求, 若有不满足之处, 应作局部修改。
为防止三相电源短路, 在PLC外部设置硬件互锁电路。
既然是“老改新”那就要保证车床的原有操作方式不变, 加工工艺不变, 并尽量使用车床原有按钮、接触器等硬件。
3 具体的改装过程
(1) 将熔断器、接触器、继电器、电源开关、变压器、PLC装在一块配线板上, 将主令电器按钮装在另一块配线板上。
(2) 在PLC上正确录入程序, 按控制要求进行模拟调试, 直至达到要求。
(3) 注意主轴电机与冷却电机之间的“顺序连锁”功能。
(4) 具有掉电保持功能, 运行程序后, 当10.0处于ON状态后, V0.5和Q0.2将变为ON状态。这时将PLC电源关掉。过一会再打开, 可以看到Q0.2的状态继续保持为ON, 这是因为V0.5保持了PLC掉电前的状态。
通过PLC设置, 使一台要被淘汰的旧车床变成了新机能的P L C数控机床。这样既节约了生产采购成本, 又提高了生产效率, 提高了产品的合格率一举两得。
摘要：PLC技术在国内外已经广泛的应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等诸多领域。本文简单阐述PLC在工业生产中的一些具体应用。
关键词：PLC技术,机床,梯形图
参考文献
数控机床维修方法 篇9
1.常规检查法
通过望、闻、触及仪器检测等方式来发现异常现象, 由外向内观察设备的外貌与外部连接以及内部器件特征, 判断故障可能发生的部位。
例如, 一台CAK6150D数控车床, FANUC 0TD系统, 接通CNC电源开关, 显示屏出现“准备不足”报警。测量外围行程开关无短路现象, 测量直流24V降至-4V, 经查发现一直流电磁阀线圈插座有短路痕迹, 并有轻微的焦糊味, 经测量发光二极管短路, 更换后恢复正常。
2.利用数控系统报警功能进行诊断
数控机床中有众多的报警指示装置, 此装置有利于提高数控系统的可维护性。
例如, 一台加工中心FANUC 0i-M出现1380#报警, 查阅说明书, 该报警为换刀臂不到位, 根据梯形图发现主轴松刀信号及刀套向下信号均正常, 而刀库的两个接近开关都亮, 不正常, 正常时是一个接近开关灯亮。经查感应块位置与接近开关发生了变化造成该故障, 调整凸轮感应块位置后, 应注意感应块与凸轮之间间隙为2mm, 故障排除。
3.同类元件对调法
为诊断出某块线路板、模块、集成电炉和其他零部件损坏时, 可用型号完全相同的器件进行互换, 观察故障转移情况, 以快速确定部位。
例如, 一台CK7815D数控车, 系统为FANUC 0i MATE-TC, 故障时显示器不能正常显示, 而且出现电池电量低报警。该系统是将显示器和主板进行了集成, 先将I/O接口板进行交换后故障依旧, 又将同型号两块主板交换后, 故障消失, 可以判断为主板问题。利用交换法排除是最直接的办法, 但交换原则是将坏的板放在正常的工作环境中进行试验, 确保故障不能扩大, 否则会损坏正常的线路板。
4.利用修改参数进行排除故障
了解和掌握系统参数, 能更好地使用和发挥机床的性能。许多软件问题, 可通过修改参数排除。
例1一台卧式加工中心HMC 630系统为FANUC 0iMC, 其主轴换刀时卡死, 经查, 由于机械手在插刀时主轴定位不准造成 (刀柄键槽与主轴上的键没有对正) 。调出主轴电机定向角度4077#参数由-100改为-120后, 重新执行M19主轴定向后, 再分段执行换刀, 动作正常, 故障排除。
例2某加工中心X轴运行时416#断线报警。此加工中心应用0i系统, 全闭环控制, 采用分离型的光栅尺做位置反馈, 首先交换x、y坐标位置反馈线, 交换后故障没有消除, 说明伺服模块及主板正常。检查光栅尺的插线没发现异常, 怀疑光栅尺有问题。由于不能更换新光栅, 通过修改参数1815#及SV伺服等参数 (柔性齿轮比、位置脉冲数和编码器一转脉冲数) 重新调整栅格偏移量回参考点, 利用内装编码器代替位置反馈, 将光栅尺屏蔽掉故障解决, 机床运转正常。光栅屏蔽方法: (1) 将参数1815#1中OPT修改为“0”。 (2) 修改柔性传动比N/M为3/200。 (3) 将伺服电机位置脉冲数修改为12500。 (4) 将伺服电机参考计数器容量修改为12000。 (5) 修改完后再执行回零, 如果有偏差, 修改参数1850 (栅格偏移量) , 这样就可把全闭环改为半闭环, 屏蔽掉光栅队。
5.采用隔离法判定故障
有些故障, 一时难以判断故障部位时, 通常采用隔离的方法来检查。
例如, 一台斗山数控车PUMA245, FANUC 0i系统, 加工过程中Z轴运行时出现424#报警, 显示Z轴伺服电路过电流指示。经查200.4诊断信号由“0”变为“1”。造成过电流的因素很多, 为尽快查出问题, 弄清是电气故障还是机械故障, 把电机和丝杠分开, 上电移动Z轴电机运转正常, 拆下丝杠的钣金, 移动丝杠, 发现滚珠丝杆丝母中的滚珠脱落造成事故卡死。拆下丝杠修复后重新安装试车, 运行一切正常。
6.根据CNC原理分析解决问题
根据CNC的组成原理, 从逻辑上分析各点的逻辑电平和特征参数, 从系统各部件的工作原理进行分析和判断, 确定故障点及维修方法。
例如, 某数控车CJK6140, 系统FANUC 0i, 在加工中螺纹时出现乱牙现象。根据数控系统插补的基本原理, 可以判断故障出现在旋转编码器上, 没有反馈信号。数控装置给出进给量的指令位置, 反馈的实际位置不正确, 位置误差不能消除, 导致螺纹插补出现问题。经测量编码器的5V电压正常, 而脉冲编码器的输出信号不正常, 更换新的编码器后故障排除。
参考文献
[1]孙汉卿.数控机床维修技术.机械工业出版社, 2000年
机床电气技术改造 篇10
关键词：机床,电气技术,改造
1 利用可编程控制器对旧设备改造
MZ204机床是我厂加工轴承内径工序普遍使用的磨床, 它是由传统的继电器JZ02-44控制, 由于设备陈旧、元器件老化、配线混乱、故障频繁、运行可靠差, 给维护维修造成了很多困难, 也使机床加工效率大为降低, 给生产造成很大影响。为改变这种状况, 我们采用了PC对MZ204机床进行了电气改造, 使旧设备重新换发了青春。
1.1 PC机概述
EX40型PC、共40个输入/输出点, 其中有24个输入点, 16个输出点, 按八进制编号。采用单片微处理器, 中规模集成电路蕊片。使其逻辑功能强、可靠性高、体积小和耗电少, 可加扩展单元可扩展为60、80、100、120个输入/输出点。可利用LCD编程器把程序以梯形图的方式输入到PC中, 使添加电路方便, 也可根据工件加工要求而改变程序。LCD编程器结构紧凑, 重量轻, 可在液晶显示器上直接显示梯形图, 并可监控机床运行情况, 便于查找故障。该PC有三种输出方式:继电器输出、双向可控硅输出和三极管输出。该PC电源可用交流220V、110V和直流24V。内部用电藕合器进行隔离, 可提高抗干扰能力。其输入/输出均采用发光二极管显示, 以便在显示输入/输出信号时看是否工作到位。输入接口地址为XO-X27, 输出接口地址为Y0-Y27, 内部继电器为R0-R17, 时间继电器为T0-T17, 计数器C0-C17。PC内部点可重复使用。
1.2 利用PC对MZ204机床改造说明
MZ204机床主电路为三相交流380/50HZ。有油泵电机、磁性分离器电机、水泵电机和工件电机。控制线路有交流110V、36V、6.3V和直流24V, 主控制回路用直流24V, 照明用交流36V, 信号灯用交流6.3V。在本机床安装EX40型PC时、采用了交流220V作为PC电源。执行部分电磁阀采用直流24V控制。该机床分自动、半自动、调整三种工作方式。其中调整控制不通过PC直接用面板开关直流24V电源控制电磁阀。在安装PC时把PC输入端接入机床各接近开关及各外部控制信号及微动开关, 按输入端地址X0-X27依次为:调整、工作台原位、工作台反向、修整器倒抬、工作台1/3、复位压、工件进给、粗进给、精进给、上料压、下料压、跳出压、定程仪表、有无修整、自动启动、进车、粗磨、精磨、尺寸到、复位、光磨时间和自动。 (详见图)
由于PC继电器输出过载能力强, 我们采用PC继电器输出, 它可直接驱动接触器和电磁阀等。它的输出地址Y0-Y27, 依次连接电磁阀, 其顺序为:工作台速度、修整速度、工作台方向、修整器倒抬、上下料测爪进出、回跳、测爪收张、补偿、快进给、粗进给、精进给和卡盘上磁。
为了避免电磁阀断电时产生的反电动势对电磁铁和机床电气造成不良影响, 在电磁阀两端并联续流二极管加以保护以免烧坏电器元件, 二极管耐压值取额定电压两倍以上。
通过对MZ204机床改造, 该机床经过长期运行表明, 由于采用PC控制系统, 整机控制系统具有程序设计、思路清晰、硬件电路简单实用、控制精度高、运行可靠、抗干扰能力强, 具有良好的性价比等显著优点。提高了生产的自动化水平, 减小操作人员的劳动强度, 增加了设备的使用效率。
2 对机床电器防水问题的解决
我厂轴承磨加工设备大多采用冷却水冷却, 有很多部位的电器元件都是在接触水的环境中工作的, 所以电器的防水问题一直是机床维修中的难点, 机床经常因电器元件进水潮湿而连电烧毁。自己经过不断摸索积累了一定的经验, 我们先后对内沟机床、内径机床、外沟机床等数十台设备的行程开关进行了改造, 特别还对机床电磁卡盘线圈防水问题进行了解决, 效果非常令人满意。
2.1 行程开关防水问题
内沟机床3MZ1310B修整器和机械手行程开关;外沟3MZ1410SA金钢笔倒抬行程开关;内径MZ204、MZ208机械手行程开关等。原来这些行程开关都是机械触点, 防水性差、机床故障多、备件消耗大。我们全部改为防水接近开关, 改造后的机床故障率明显下降, 降低了消耗, 提高了生产效率。
2.2 电磁卡盘线圈防水问题
电磁卡盘直接接触工件, 在机床工作时冷却液的冲击很大。电磁卡盘线圈的安装传统做法是采用石腊加密封或干脆只用密封胶圈的做法。由于线圈在工作中产生热量, 石腊熔化易产空隙, 加之密封不严, 卡盘线圈内容易进水使线圈潮湿, 经常造成接地或匝间短路而烧毁线圈, 不但造成浪费大, 而且装卸线圈卡盘误工时间长, 给生产造成很大影响。我们经过多次研究实验模索, 先后采用树脂胶、沥青等, 但效果都不很理想, 后来我改用黄甘油密封加之密封圈效果非常理想。目前全分厂电磁卡盘密封全部都采用了这种方法, 不但降低大量中停时间还给分厂节省很多资金。以前每月平均损坏12个线圈, 年平均损坏140多个线圈, 每个线圈价值100多元, 改造后年平均损坏只有20多个, 仅此一项一年就为分厂节约2万多元。受到了分厂各级领导的一致好评。
3 结束语
浅谈数控机床的电气维修技术 篇11
关键词 数控机床;电气维修
中图分类号 TG508 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2010)082-0159-01
1 数控机床电气控制系统简述
1)数据输入装置。将指令信息和各种应用数据输入数控系统的必要装置。它可以是穿孔带阅读机、CNC键盘(一般输入操作)、数控系统配备的硬盘及驱动装置(用于大量数据的存储保护)、PC计算机等。
2)数控系统数。它将接到的全部功能指令进行解码、运算,然后有序地发出各种需要的运动指令和各种机床功能的控制指令,直至运动和功能结束。
3)可编程逻辑控制器。是机床各项功能的逻辑控制中心,它将来自CNC的各种运动及功能指令进行逻辑排序,使它们能够准确地、协调有序地安全运行;同时将来自机床的各种信息及工作状态传送给CNC,使CNC能及时准确地发出进一步的控制指令,如此实现对整个机床的控制。
4)主轴驱动系统。它接受来自CNC的驱动指令,经速度与转矩(功率)调节输出驱动信号驱动主电动机转动,同时接受速度反馈实施速度闭环控制。它还通过PLC将主轴的各种现实工作状态通告CNC用以完成对主轴的各项功能控制。
5)进给伺服系统。接受来自CNC对每个运动坐标轴分别提供的速度指令,经速度与电流(转矩)调节输出驱动信号驱动伺服电机转动,实现机床坐标轴运动,同时接受速度反馈信号实施速度闭环控制。它也通过PLC与CNC通信,通报现时工作状态并接受CNC的控制。
2 数控机床电气维修
数控机床的身价从几十万元到上千万元,一般都是企业中关键产品关键工序的关键设备,一旦故障停机,其影响和损失往往很大。但是,人们对这样的设备往往更多地是看重其效能,而不仅对合理地使用不够重视,更对其保养及维修工作关注太少,日常不注意对保养与维修工作条件的创造和投入,故障出现临时抱佛脚的现象很是普遍。因此,为了充分发挥数控机床的效益,我们一定要重视维修工作,创造出良好的维修条件。由于数控机床日常出现的多为电气故障,所以电气维修更为重要。
2.1 物质条件
1)准备好通用的和某台数控机床专用的电气备件。
2)非必要的常备电器元件应做到采购渠道快速畅通。
3)必要的维修工具、仪器仪表等,最好配有笔记本电脑并装有必要的维修软件。
4)每台数控机床所配有的完整的技术图样和资料。
5)数控机床使用、维修技术档案材料。
2.2 故障的调查与分析
这是排故的第一阶段,是非常关键的阶段,主要应作好下列工作:询问、调查现场、检查故障、分析确定原因、排故准备。
1)直接检查法。这是故障分析之初必用的方法,就是利用感官的检查。
2)仪器检查法。使用常规电工仪表,对各组交、直流电源電压,对相关直流及脉冲信号等进行测量,从中找寻可能的故障。例如用万用表检查各电源情况,及对某些电路板设置的相关信号状态测量点的测量,用示波器观察相关的脉动信号的幅值、相位甚至有无,用PLC编程器查找PLC程序中的故障部位及原因等。
3)信号与报警指示分析法。硬件报警指示:是指包括数控系统、伺服系统在内的各电子、电器装置上的各种状态和故障指示灯,结合指示灯状态和相应的功能说明便可获知指示内容及故障原因与排除方法;软件报警指示:如前所述的系统软件、PLC程序与加工程序中的故障通常都设有报警显示,依据显示的报警号对照相应的诊断说明手册便可获知可能的故障原因及故障排除方法。
4)接口状态检查法。现代数控系统多将PLC集成于其中,而CNC与PLC之间则以一系列接口信号形式相互通讯联接。有些故障是与接口信号错误或丢失相关的,这些接口信号有的可以在相应的接口板和输入输出板上有指示灯显示,有的可以通过简单操作在CRT屏幕上显示,而所有的接口信号都可以用PLC编程器调出。这种检查方法要求维修人员既要熟悉本机床的接口信号,又要熟悉PLC编程器的应用。
5)参数调整法。数控系统、PLC及伺服驱动系统都设置许多可修改的参数以适应不同机床、不同工作状态的要求。这些参数不仅能使各电气系统与具体机床相匹配,而且更是使机床各项功能达到最佳化所必需的。因此,任何参数的变化(尤其是模拟量参数)甚至丢失都是不允许的;而随机床的长期运行所引起的机械或电气性能的变化会打破最初的匹配状态和最佳化状态。此类故障多指故障分类一节中后一类故障,需要重新调整相关的—个或多个参数方可排除。这种方法对维修人员的要求是很高的,不仅要对具体系统主要参数十分了解,既知晓其地址熟悉其作用,而且要有较丰富的电气调试经验。
6)备件置换法。当故障分析结果集中于某一印制电路板上时,由于电路集成度的不断扩大而要把故障落实于其上某一区域乃至某一元件是十分困难的,为了缩短停机时间,在有相同备件的条件下可以先将备件换E,然后再去检查修复故障板。
7)交换位法。当发现故障板或者不能确定是否故障板而又没有备件的情况下,可以将系统中相同或相兼容的两个板互换检查,例如两个坐标的指令板或伺服板的交换从中判断故障板或故障部位。这种交*换位法应特别注意,不仅硬件接线的正确交换,还要将一系列相应的参数交换,否则不仅达不到目的,反而会产生新的故障造成思维的混乱,一定要事先考虑周全,设计好软、硬件交换方案,准确无误再行交换检查。
8)特殊处理法。当今的数控系统已进入PC基、开放化的发展阶段,其中软件含量越来越丰富,有系统软件、机床制造者软件、甚至还有使用者自己的软件,由于软件逻辑的设计中不可避免的一些问题,会使得有些故障状态无从分析,例如死机现象。对于这种故障现象则可以采取特殊手段来处理,比如整机断电,稍作停顿后再开机.有时则可能将故障消除。维修人员可以在自己的长期实践中摸索其规律或者其他有效的方法。
2.3 机床电气故障原因
1)电源。电源是维修系统乃至整个机床正常工作的能量来源,它的失效或者故障轻者会丢失数据、造成停机。重者会毁坏系统局部甚至全部。
2)数控系统位置环故障:位置环报警。
3)机床坐标找不到零点。可能是零方向在远离零点;编码器损坏或接线开路;光栅零点标记移位;回零减速开关失灵。
4)机床动态特性变差,工件加工质量下降,甚至在一定速度下机床发生振动。
普通机床数控化改造技术浅谈 篇12
1 数控技术概述
在普通机床数控化改造技术中, 必须要提前将工程施工工艺的重点、原理以及环境进行综合考虑, 结合这些内容合理、科学的设置数控编程方式, 制定科学、严谨的改造方案。同时, 在工作中必须要注意些方方面面的问题, 一旦这些问题考虑不周, 必然会让加工产品质量出现问题, 甚至连最简单的表面精度都无法得到控制。但在具体的机床数控化改造中, 我们不仅需要重视加工工艺精确度的控制, 还要考虑每一个加工细节, 同时更是要深入的了解数控技术的内涵同特点, 从根本上杜绝各种数控机床技术问题的出现。
1.1 数控技术内涵
所谓的数控技术主要指的是在机床加工、生产过程中通过数字信息来对整个加工流程、加工内容进行全过程、全方位的现代化控制, 从而提高机械设备的加工效率以及生产管理的自动化程度, 这也是实现机械加工智能化、现代化和综合化的重要依据。目前的数控加工技术应用中主要包含了:传感检测技术、光电子技术、网络通信技术以及机械自动化加工技术等, 但不管是针对哪一种加工内容, 都必须提前预编程序, 然后采用合理、科学的程序对设备发出指令, 然后给予控制。
1.2 数控技术原理
数控技术自身通常都是以计算机操作系统为基础的, 并且将多个子系统、单元和模块同机床连接起来, 从而让机床的操作变得更加科学, 且实现无人管理、远程操纵的机床运行模式。除此之外, 在普通机床数控技术改造工作中还要确保数控化系统中编制的各种程序都能发挥相应作用, 最大限度的降低误差、控制好每一个零件之间的精确位置, 特别是控制道具以及工件的速度, 让整个刀具和工件在生产中都能按照程序给出的轨迹进行。数控机床改造的本质便是计算机系统, 因此在任何一个控制过程中我们都不能忽视计算机信号、程序的重要性, 都需要将计算机处理器对数据信息的运算、分析能力作为重点, 科学维持各运作部件的有序进行, 也只有做好这方方面面的工作, 才能让没想数据都发挥正常、科学的功能, 最终实现精密加工的目的。
2 数控技术在普通机床改造中的具体应用
数控机床已成为当今机械生产加工领域的常见内容, 它也是未来机械加工产业发展的主导方向, 要想更好的实现这一方面的内容, 就必须要将每一个环节的内容都做到详细控制, 同时尽可能的减少中转环节、降低加工工序, 将每一个加工设备和加工产业的工件数量都控制在一定范围内, 这样的加工处理方法能有效的保证数控机床的加工进度, 否则机械加工生产也就没有多大的实际意义了。就当今普通机床数控改造技术的具体利用进行分析, 主要可以分为以下几个方面。
2.1 机床设备高在的应用
在机械加工领域发展过程中, 机床设备控制技术是一项非常重要的技术, 对于机械加工业的发展起着重要作用, 是现代机电一体化的重要组成部分, 在很大程度上提高了机床的生产效率。数控计算机发出的控制指令, 通过控制机床中心系统作用于机床并执行如冷却泵的起停等各种顺序动作指令, 从而使得机床能够按所编的程序自动加工出相应的零件。
2.2 在工业中的应用
工业生产领域中, 数控技术在很大程度上用于工业机械设备的生产线, 并且以计算机为实现方式, 通过计算机进行程序的编写和程序代码的编写输入等, 从而保证了加工零部件的加工程序的顺利进行, 数控技术在工业领域的应用主要在于以机械化的作业方式代替了人工进行相关程序的操作, 完成难以完成甚至不可能完成的工作任务和程序。
2.3 在机械加工系统当中的应用
随着机械加工技术和加工工艺的持续发展和研究, 机械加工设备及其加工的控制系统也在相关技术的发展之下得到了持续的发展和升级, 数控技术机械设备机壳的毛坯制造。由于相应的机械加工设备控制系统也在不断更新变化, 使得各种机壳的毛坯制造商开始积极引进先进焊件。
3 普通机床数控化技术改造意义
随着社会经济的进一步发展, 社会对各种机械加工零件的精度、质量和效率提出了更高要求, 而数控机床由于本身加工精度高、生产率高的特点在整个世界制造业被广泛的应用, 有效保证了产品质量, 我们可以预计它在未来社会发展中必然会趋于普及。在当今工业生产中, 不管是购置新的数控机械还是对原有机床进行数控技术改造, 说到底都是为了提高机床生产效率、保证产品质量开展的。面对这种情况, 更多的企业未来降低采购成本和提高经济效益, 都采用对传统机床进行数控化技术改造来提高产品质量, 这种方法的应用有效的节约了企业资金, 也为企业更好的发展做出了积极贡献。
3.1 机床数控化改造与更新的性价比分析
旧机床在数控化改造前, 应调查市场上同性能的数控机床的价格。对二者价格进行对比的同时还应考虑供货时间。对于价格不高的小型数控车、铣床, 建议更新购置新机床, 不进行旧机床改造。对于大型、价格较高的机床进行数控改造是较佳地选择, 不仅可以节省较多资金, 还可以缩短购置时间。
3.2 提高数控机床的自动化程度
数控技术的机械化加工过程中, 逐渐提高数控技术的自动化程度, 是数控技术的发展趋势, 减少加工所需要的时间, 通过柔性制造单元, 以及柔性生产线和复合的加工等数控加工技术, 从而有效提高了加工零件在实际的生产过程中的连续性以及自动化, 有效缩短了加工过程中的辅助时间, 提高了加工的效率。
4 结论
机床数控化的改造技术已经在各个行业中得到了极为广泛的利用, 我企业生产带来了更高的效率和更多的产品利润, 但是我们不能止步不前, 我们需要不断研究机床数控化技术, 将其中的缺点全部弥补, 使得这项技术能够不断的完善, 并且为工业生产带来更高的效益, 为我国的工业技术进步做出了巨大的贡献。
摘要：近年来, 数控机床在我国机械加工生产领域已经趋于普及, 究其原因主要因为它本身加工精度高、生产效率高等优势突出, 有效的保证了产品的生产质量和产量, 也为我国机械产业的现代化、智能化发展做出了积极贡献。本文从数控加工技术的概念和原理入手, 简单阐述了其数控化改造技术的应用要点, 以供同行工作参考。
关键词：机床,数控技术,改造,研究,机械加工
参考文献
[1]辛长德.数控技术在机械制造中应用及发展[J].科技创新与应用, 2012 (8) .
[2]刘莉.浅谈机械制造中数控技术的应用及发展[J].科技创新与应用, 2012 (13) .