8数控机床原理、结构与维修和数控机床编程及加工

第8章数控机床的维修管理与维护学习目的与要求了解数控机床的维修管理任务及内容；理解数控机床使用要点和安全生产要求；了解数控机床修理计划的内容和计划预防修理制度；掌握数控机床的日常维护与保养；了解数控机床常见故障分类、诊断与维修。8．1数控机床的维修管理

8.1.1数控机床的管理不断改善数控机床管理工作，合理配置、正确使用、精心保养和及时修理，才能延长有效使用时间，减少停机，以获得良好的经济效益。

1.数控机床管理的任务及内容数控机床管理工作的任务概括为“三好”，即“管好、用好、修好”。

数控机床管理的主要内容就是正确使用，计划预修、搞好日常理等。

2.数控机床使用的初期管理1)初期使用中的调试，达到原设计预期功能。2)对操作工进行使用维修技术的培训。3)观察机床使用初期运行状态变化，作好记录与分析。4)查看机床结构、传动装置、操纵控制系统的稳定性和可靠性。5)跟踪加工质量、性能是否能达到设计规范和工艺要求。6)考核机床对生产的适用性和生产效率情况。7)考核机床的安全防护装置及能耗情况。8)对初期发生故障部位、次数、原因及故障间隔期进行记录分析。9）要求使用部门对典型故障和零部件的失效进行分析，提出对策。10）发现机床原设计或制造的缺陷，采取改善维修和措施。11）对使用初期的费用、效果进行技术经济分析和评价。数控机床所需压缩空气的压力应符合标准，并保持清洁。润滑装置要清洁，油路要畅通，各部位润滑应良好，所加油液必须符合规定的质量标准，并经过滤。电气系统的控制柜和强电柜的门应尽量少开。经常清理数控装置的散热通风系统，使数控系统能可靠地工作。8．1．2数控机床使用要点1．数控机床电源要求数控机床用的电源电压应保持稳定，其波动范围应在10％一15％以内，否则应增设交流稳压器。2．数控温度条件要求数控机床的环境温度应低于30℃，相对湿度应不超过80％。3．数控机床位置的环境要求机床的位置应远离振源，避免阳光直接照射和热辐射的影响，避免潮湿和气流的影响，避免有焊机、高频设备等工作的干扰。4．数控机床的设备要求

5．建立使用数控机床的岗位责任制①操作工必须严格按“数控机床操作维护规程”的规定正确使用与精心维护设备。②实行日常点检，认真记录。③搞好日常维护和定期维护工作；配合维修工人检查修理自己操作的设备。④认真执行交接班制度和填写好交接班及运行记录。⑤发生设备事故时立即切断电源，保持现场，及时报告，听候处理。6．建立交接班制度连续生产和多班制生产的设备必须实行交接班制度。在交接班簿上写下发现的问题和签字。7．操作工使用数控机床的“四会”和“五纪律”“四会”

①会使用②会维护③会检查④会排除故障。“五纪律”①凭操作证用设备，遵守安全操作维护规程。②经常保持机床整洁，按规定加油，合理润滑。③遵守交接班制度。④管好工具、附件，不得遗失。⑤发现异常立即通知有关人员检查处理。8．技术培训

运作①严禁取掉或挪动数控机床上的维护标记及警告标记。②不得随意拆卸回转工作台，严禁用手动换刀方式互换刀库中刀具的位置。③加工前应仔细核对工件坐标系原点以及加工轨迹是否与夹具、工件、机床干涉，新程序经校核后方能执行。④刀库门、防护挡板和防护罩应齐全，且灵活、可靠。机床运行时严禁开电气柜环境温度较高时不得采取破坏电气柜门连锁开关的方式强行散热。⑤切屑排除机构应运转正常，严禁用手和压缩空气清理切屑。⑥床身上不能摆放杂物，设备周围应保持整洁。⑦安装加工中心刀具时，使主轴锥孔保持干净。关机后主轴处于无刀状态。⑧维修、维护数控机床时，严禁开动机床。发生故障后，必须查明并排除机床故障，然后再重新启动机床。⑨加工过程中应注意机床显示状态，对异常情况应及时处理，尤其应注意报警、急停超程等安全操作。⑩先将各坐标轴停在中间位置，按要求依序关闭电源，再清扫机床。8.1.3数控机床安全生产要求1．数控机床修理计划的内容1)确定计划期内的数控机床修理的类别、日期与停机时间，计划修理工作量及材料、配件消耗的品名及数量，编制费用预算等。2)根据数控机床修理的类别，周期结构与下一次修理的种类，确定本次应为何种修理。3)由上一次修理时间确定本次修理的日期，根据数控机床修理复杂系数的劳动量定额、材料消耗定额及费用定额，计算出各项计划指标。4)将计划年度需要的各种数控机床的劳动量总加，即为全年修理总工作量。5)将总工作量除以全年工作日数与每人每天工作小时数，考虑出勤率的影响以后，即可求得完成计划任务所需工人数。

8.1.4数控机床维修管理三种不同生产类型的生产管理特点

2.计划预防修理制度

计划预防修理制度，简称计划预修制。实行计划预修制的主要特点是修理工作的计划性与预防性。

（1）修理周期与周期结构

修理周期是指相邻两次大修之间的时间间隔。一般规定，数控机床的修理周期为3～8年，个别为9～12年。修理周期结构就是在一个修理周期内，所包括的各种修理的次数及排列的次序，是编制数控机床修理计划的主要依据。两次修理之间的间隔时间称为修理间隔期，这是修理计划中确定修理日期的根据。（2）修理复杂系数数控机床的修理复杂系数，是用来表示不同数控机床的修理复杂程度的换算系数，作为计算修理工作量、消耗定额、费用以及各项技术经济指标的基本单位，用R表示。如规定数控机床以XK8140(FUNNC0MA)数控铣床为代表产品，将它的复杂系数定为33，记为33R。（3）修理劳动量定额修理劳动量定额是指修理1个复杂系数的设备所消耗的各个工种的工时标准。企业制订的标准见表8-2机械设备标准。

。表8-2机械设备标准

种类机械设备／h钳工电工其他合计小修102113中修4810260大修5530590

（4）修理停留标准设备修理停留时间是指从设备停止使用起到修理结束、经验收后转入使用止的全部时间，以小时或天数为计算单位。主修工种工时停修时间的计算公式如下：8．2．1数控机床的维护保养8．2数控机床的维护

(1)保持良好的润滑。(2)定期检查液压、气压系统。(3)定期检查电动机系统。(4)适时对各坐标轴进行超限位试验。(5)定期检查电气部件。(6)机床长期不用时的维护。(7)更换存储器电池。(8)印制线路板的维护。(9)监视数控装置用的电网电压。(10)定期进行机床水平和机械精度检查。(11)经常打扫卫生。适用范围：对已投产的企业确定生产类型时使用

（1）主轴系统性能的检查(2)进给系统性能的检查(3)自动换刀系统的检查(4)机床噪声的检查(5)电气装置的绝缘检查(6)数字控制装置的检查(7)安全装置的检查(8)润滑装置的检查(9)气、液装置的检查(10)附属装置的检查(11)数控系统使用功能的检查(12)连续无载荷运转4.机床性能及数控系统性能检查

【实例8-1】数控机床的日常维护与保养表8-3数控机床日常维护与保养的主要内容（部分）序号检查部位检查内容每天每月六个月一年1切削液箱观察箱内液面高度，及时添加清理箱内积存切屑，更换切削液清洗切削液箱、清洗过滤器全面清洗、更换过滤器2润滑油箱观察油标上油面高度，及时添加检查润滑泵工作情况，油管接头是否松动、漏油清洁润滑箱、清洗过滤器全面清洗、更换过3各移动导轨副清除切屑及脏物、用软布擦净、检查润滑情况及划伤与否、清理导轨滑动面上刮屑板导轨副上的镶条、压板是否松动检验导轨运行精度，进行校准4压缩空气气泵检查气泵控制的压力是否正常检查气泵工作状态是否正常、滤水管道是否畅通空气管道是否渗漏

清洗气泵润滑油箱、更换润滑油5气源自动分水器、自动空气干燥器工作是否正常、观察分油器中滤出的水分，及时清理擦净灰尘、清洁空气过滤网空气管道是否渗漏、清洗空气过滤器全面清洗、更换过滤器8．2．2数控机床常见故障分类、诊断与维修1．数控机床故障的分类(1)按数控机床发生故障的部件分类。①主机故障。包括机械、润滑、冷却、排屑、液压、气动与防护等装置故障。②电气故障。电气故障分弱电故障与强电故障。弱电部分主要指CNC装置、PLC控制器、CRT显示器以及伺服单元、输入／输出装置等电子电路。强电部分是指断路器、接触器、继电器、开关、熔断器、电源变压器、电机、电磁铁、行程开关等电气元件及其所组成的电路故障。(2)按数控机床发生的故障性质分类。①系统性故障，通常是指只要满足一定的条件或超过某一设定的限度，工作中的数控机床必然会发生的故障。②随机性故障，通常是指数控机床在同样的条件下工作时只偶然发生一次或两次的故障，有时称此为“软故障”。其原因分析与故障诊断较其他故障困难得多。(3)按故障发生后有、无报警显示分类。

①有报警显示的故障，这类故障又分为硬件报警显示与软件报警显示两种。②无报警显示的故障，这类故障发生时无任何硬件或软件的报警显示。(4)按故障发生的原因分类。

①数控机床自身故障，这类故障的发生是由于数控机床自身的原因引起的，与外部使用环境条件无关。数控机床所发生的极大多数故障均属此类故障。②数控机床外部故障，这类故障是由于外部原因造成的。2．故障诊断与维修的步骤和原则●通常按以下步骤进行：(1)调查故障现场，充分掌握故障信息。(2)分析故障原因，确定检查的方法和步骤。●在诊断排除故障中还应掌握以下若干原则：

(1)先外部后内部(2)先机械后电气(3)先静后动(4)先公用后专用(5)先简单后复杂(6)先一般后特殊●数控机床诊断技术的基本原理及工作程序如图8-1所示。它包括信息库和知识库的建立及信号检测、特征提取、状态识别和预报决策等4个工作程序。图8-1设备诊断技术的基本原理及工作程序图【实例8-2】数控机床故障诊断及维修实例以刀架转位不正常的故障为例进行分析和处理。故障设备：华中数控产HED一21S数控系统综合实验台，采用世纪星HNC一21TF㈣。故障现象：实验台调试过程中，手动、MDI或自动循环，刀架转位正常，但就是不能到位，刀架无锁紧动作且没有任何报警。故障检查与分析：给出换刀指令，刀架有动作但就是不能到位，而没有反向锁紧动作且反向接触器无动作。根据故障现象来看，主要是刀架电机反向工作不正常。故障处理：检查电路接线没有任何问题，检查接触器元件，发现反向接触器工作电压不正常，断电后拆下反向接触器检查其主触点有一边烧结在一起，无法分开，换了一个好的接触器后，故障排除，刀架转位正常。4．数控系统的日常维护(1)制订CNC系统的日常维护的规章制度。(2)应尽量少开数控拒的门。(3)定期清理数控装置的散热通风系统。(4)CNC系统的输入／输出装置的定期维护。(5)定期检查和更换直流电动机电刷。(6)经常监视CNC装嚣用的电网电压。(7)存储器用电池的定期更换。(8)数控机床长期不用时的维护。

5．CNC系统故障检查的一般方法

(1)赢观法维修人员通过对故障发生时的各种光、声、味等异常现象的观察以及认真查看系统的每一处，往往可将故障范围缩小到一个模块或一块印制线路板。(2)自诊断功能法利用自诊断功能，能显示出系统与主机之间接口信号状态，判断出故障发生在机械部分还是数控系统部分，并指示出故障大致部位。(3)功能程序测试法就是将数控系统的常用功能和特殊功能，编制成一个功能测试程序，输人数控系统使之运行(4)交换法就是在分析出故障大致起因的情况下，维修人员可以利用备用的印制线路板、模板、集成电路芯片或元器件替换有疑点鹤部分，从而把故障范嗣缩小到印制线路板或芯片一级。(5)转移法就是将CNC系统中具有相同功能的两块印制线路板、模板、集成电路芯片或元器件相互交换，观察故障现象是否随之转移，从而迅速确定系统的故障部位。(6)参数检查法能直接影响数控机床的性能。参数通常是存放在磁泡存储器或需由电池保持的CMOSRAM中，一且电池不足或由于外界的某种干扰等因素，会使个别参数丢失或变化，发生混乱，使机床不能正常工作。(7)测量比较法用户可以利用这些端子比较测量正常的印制线路板和有故障的印制线路板之间差异。可以检测这些测量端子电压或波形，分析故障位置。(8)原理分析法可从逻辑上分析各点的逻辑电平和特征参数(如电压值或波形)，然后用万用表、逻辑笔、示波器或逻辑分析仪进行测量、分析和比较，从而对故障定位。8．3数控机床的生产管理

(1)初次应用数控机床的准备工作

执行复杂的计划时，可采用简便而有效的网络计划技术。这种方法只需画出简单的网络计划图，就可得出全部措施的概貌。表8-4是其明细计划。采用第一台数控机床的网络计划，是总结了全过程棚勺各项具体任务，见图8-3。表8-3采用第一台数控机床明细计划表8-5采用第一台数控机床明细计划生产计划部门生产部门组织：信息流；订货处理；程序修改服务；表格；文件；纸带管理；数据文件工件选择：典型工件；验收机床用工件；试运转用工件；生产加工的工件编制作业计划：机床和附件；夹具和刀具；操作顺序；切削参数编程：编程方法；编程装置；工作程序(软件)；编程员；培训；编程装置使用；制备程序带；优化零件程序⑤检查：作业计划；数控零件程序；第一条程序带；程序纸带复本；机床上第一次程序执行；零件程序交付生产使用组织：数控机床配置；信息流；材料流；检查安装：地基图，线路敷设图；打地基；安装数控机床；验收机床；试运转辅助装置的安排：刀具调整；准备测量工具；冷却润滑循环；切屑输送；上料装置操作：操作人员培训；明确工资种类⑤维修：维修人员培训；维修文件；维修计划

图8-6初次采用数控机床生产准备的网络计划

①生产准备部门。包括组织、选择工件、编制作业计划和程序编制等。②生产部门。组织、地基和安装、辅助装置的安排、操作、维修。

①编程、操作、刀具、维修人员的管理、②数控机床加工零件的计划安排③刀具管理④强化日常维护管理(3)使用过程中的经济分析

（2）数控机床日常管理

表8-7加工中心和铣床上加工费用对比加工中心普通机床时间／时费用／元时间／时费用／元编程数据准备工夹具设计制造检验加工准备合计划线机床外调整(1个)机床上调整(1个)加工(1个)运输(1个)机外检验(1个)加工合计11216.25—26.5154.750.50..606—4.770.50.156.52661.612659697.25881.850.20.266—11.8770.20.0612.603520——1766961—0.833383.58.8352.163286—628534569260.4—0.47121.5081.43.5327.309再见机械工程实验教学中心数控机床编程及加工机械工程实验教学中心实验目的通过数控机床的加工程序编制，掌握编程的方法及技巧；将在计算机上用OpenSoftCNC软件模拟显示加工过程校验程序，然后在数控机床上对工件进行加工；结合机械加工工艺，实现最优化编程，提高加工质量和生产效率。机械工程实验教学中心数控编程的基本原理数控编程的目的；数控编程的内容；编程步骤。机械工程实验教学中心数控编程的基本原理所谓编程，就是把零件的图形尺寸、工艺过程、工艺参数、机床的运动以及刀具位移等内容，按照数控机床的编程格式和能识别的语言记录在程序单上的全过程。这样编制的程序还必须按规定把程序单制备成控制介质如程序纸带、磁带等，变成数控系统能读懂的信息，再送入数控机床，数控机床的CNC装置对程序经过处理之后，向机床各坐标的伺服系统发出指令信息，驱动机床完成相应的运动。数控编程的目的机械工程实验教学中心数控编程的基本原理①分析零件图纸，确定加工工艺过程；②计算走刀轨迹，得出刀位数据；③编写零件加工程序；④制作控制介质；⑤校对程序及首件试加工。数控编程的内容机械工程实验教学中心数控编程的基本原理数控编程的步骤零件图纸分析零件图纸制定工艺规程数学处理编写程序文件制作控制介质程序校验及试切数控机床机械工程实验教学中心OpenSoftCNC软件介绍OpenSoftCNC软件包括数控车床模拟仿真和数控铣床模拟仿真系统，由软件+标准硬件系统构成，不要求专用硬件或运动控制卡，所有数控功能和逻辑控制功能均由软件完成，操作界面由系统操作和机床控制两大部分组成。机械工程实验教学中心OpenSoftCNC软件介绍为例，软件提供下列指令：以数控车床模拟仿真系统（OpenSoftCNC01T）组别指令功能编程格式模态

1G00快速线性移动G00X(U)_Z(W)_√G01直线插补G01X(U)_Z(W)_√G02顺时针圆弧插补G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆时针圆弧插补G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺纹插补G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺纹插补G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X轴返回程序零点G27

G28Z轴返回程序零点G28

G92定义绝对坐标系G92X_Z_√2G04延时G04E_

3M00暂停M00

M02程序结束M02

4M03主轴正转M03√M04主轴反转M04√M05主轴停M05√5M08开冷却液M08√M09关冷却液M09√

6M97程序跳转M97P_

M98子程序调用M98P_L_

M99子程序返回M99

7M20自定义开关1有效M20√M21自定义开关1无效M21√8M22自定义开关2有效M22√M23自定义开关2无效M23√9