数控车床的组成及工作原理

数控车床的构成及工作原理1.数控车床的构成虽然数控车床种类较多，但一般均由车床主体、数控装置和伺服系统三大部分构成。图12-3是数控车床的基本构成方框图。图12-3数控车床的基本构成方框图（1）车床主体除了基本保持一般车床老式布局形式的部分经济型数控车床外，目前大部分数控车床均已通过专门设计并定型生产。1）主轴与主轴箱a）主轴数控车床主轴的回转精度，直接影响到零件的加工精度；其功率大小、回转速度影响到加工的效率；其同步运行、自动变速及定向准停等规定，影响到车床的自动化程度。b）主轴箱具有有级自动调速功能的数控车床，其主轴箱内的传动机构已经大大简化；具有无级自动调速(包括定向准停)的数控车床，起机械传动变速和变向作用的机构已经不复存在了，其主轴箱也成了"轴承座"及"润滑箱"的代名词；对于改造式(具有手动操作和自动控制加工双重功能)数控车床，则基本上保留其原有的主轴箱。2）导轨数控车床的导轨是保证进给运动精确性的重要部件。它在很大程度上影响车床的刚度、精度及低速进给时的平稳性，是影响零件加工质量的重要原因之一。除部分数控车床仍沿用老式的滑动导轨(金属型)外，定型生产的数控车床已较多地采用贴塑导轨。这种新型滑动导轨的摩擦系数小，其耐磨性、耐腐蚀性及吸震性好，润滑条件也比较优越。3）机械传动机构除了部分主轴箱内的齿轮传动等机构外，数控车床已在原一般车床传动链的基础上，作了大幅度的简化。如取消了挂轮箱、进给箱、溜板箱及其绝大部分传动机构，而仅保留了纵、横进给的螺旋传动机构，并在驱动电动机至丝杠间增设了(少数车床未增设)可消除其侧隙的齿轮副。a）螺旋传动机构数控车床中的螺旋副，是将驱动电动机所输出的旋转运动转换成刀架在纵、横方向上直线运动的运动副。构成螺旋传动机构的部件，一般为滚珠丝杠副，如图12-4所示。如图12-4滚珠丝杠副1一螺母2一丝杠3一滚珠4一滚珠循环装置滚珠丝杠副的摩擦阻力小，可消除轴向间隙及预紧，故传动效率及精度高，运动稳定，动作敏捷。但构造较复杂，制造技术规定较高，因此成本也较高。此外，自行调整其间隙大小时，难度亦较大。b）齿轮副。在较多数控车床的驱动机构中，其驱动电动机与进给丝杠间设置有一种简朴的齿轮箱（架）。齿轮副的重要作用是，保证车床进给运动的脉冲当量符合规定，防止丝杠也许产生的轴向窜动对驱动电动机的不利影响。4）自动转动刀架除了车削中心采用随机换刀(带刀库)的自动换刀装置外，数控车床一般带有固定刀位的自动转位刀架，有的车床还带有多种形式的双刀架。5）检测反馈装置检测反馈装置是数控车床的重要构成部分，对加工精度、生产效率和自动化程度有很大影响。检测装置包括位移检测装置和工件尺寸检测装置两大类，其中工件尺寸检测装置又分为机内尺寸检测装置和机外尺寸检测装置两种。工件尺寸检测装置仅在少许的高档数控车床上配用。6）对刀装置除了很少数专用性质的数控车床外，一般数控车床几乎都采用了多种形式的自动转位刀架，以进行多刀车削。这样，每把刀的刀位点在刀架上安装的位置，或相对于车床固定原点的位置，都需要对刀、调整和测量，并以确认，以保证零件的加工质量。（2）数控装置和伺服系统数控车床与一般车床的重要区别就在于与否具有数控装置和伺服系统这两大部分。假如说，数控车床的检测装置相称于人的眼睛，那么，数控装置相称于人的大脑，伺服系统则相称于人的双手。这样，就不难看出这两大部分在数控车床中所处的重要位置了。a）数控装置数控装置的关键是计算机及其软件，它在数控车床中起“指挥”作用：数控装置接受由加工程序送来的多种信息，并经处理和调配后，向驱动机构发出执行命令；在执行过程中，其驱动、检测等机构同步将有关信息反馈给数控装置，以便经处理后发出新的执行命令。b）伺服系统伺服系统精确地执行数控装置发出的命令，通过驱动电路和执行元件（如步进电机等），完毕数控装置所规定的多种位移。2.数控车床的工作过程数控车床的工作过程如图12-5所示。图12-5数控车床的工作过程（1）首先根据零件加工图样进行工艺分析，确定加工方案、工艺参数和位移数据。（2）用规定的程序代码和格式规则编写零件加工程序单；或用自动编程软件进行CAD/CAM工作，直接生成零件的加工程序文献。（3）将加工程序的内容以代码形式完整记录在信息介质（如穿孔带或磁带）上。（4）通过阅读机把信息介质上的代码转变为电信号，并输送给数控装置。由手工编写的程序，可以通过数控机床的操作面板输入程序；由编程软件生成的程序，通过计算机的串行通信接口直接传播到数控机床的数控单元（MCU）。（5）数控装置将所接受的信号进行一系列处理后，再将处理成果以脉冲信号形式向伺服系统统发出执行的命令。（6）伺服系统接到执行的信息指令后，立即驱动车床进给机构严格按照指令的规定进行位移，使车床自动完毕对应零件的加工。数控机床一般由数控系统、伺服系统(包括伺服电机和检测反馈装置)、强电控制柜、机床本体和各类辅助装置构成。(1)控制介质控制介质叉称信息载体，是联络人与数控机床之间的中间媒介物质。反应了数控加工中的所有信息。数控机床的加工程序可以存储在控制质上。常用的控制介质有穿孔纸带、磁带和磁盘等。(2)输入装置输^装置的作用是将程序载体(信息载体)上的数控代码传递并存人数控系统内。(3)数控装置数控装置是数控机床的关键，其作用是：从内部存储器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序，通过数控装置的逻辑电路或统软件进行编译，运算处理后，输出几种控制信息和指令，控制机床各部分的工作，使其进行规定的有序运动和动作。(4)伺服单元和驱动装置伺服单元是cNc和机床本体的联络环节，它把来自cNc装置的微弱指令信号放大成控制驱动装置的大功率信号。根据接受指令的不一样，伺服单元有脉冲式和模拟式之分，而模拟式伺服单元按电源种类叉可分为直流伺服单元和交流伺服单元。伺服单元还包括位置检测装置。位置检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移检测出来，经反馈系统反馈到机床的数控系统中。驱动装置把经放大的指令信号变为机械运动，通过简朴的机械连接部件驱动机床，使工作台精确定位或接规定的轨迹作严格的相对运动，最终加工出图纸所规定的零件。和伺服单元相对应，驱动装置有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机等。伺服单元和驱动装置可台称为伺服驱动系统，它是机床工作的动力装置。cNc装置的指令要靠伺服驱动系统付诸实行，因此，伺服驱动系统是数控机床的重要构成部分。从某种意义上说，数控机床功能的强弱重要取决于cNc装置，而数控机床性能的好坏重要取决于伺服驱动系统。(5)辅助控制装置辅助控制装置的重要作用是接受数控装置输出的开关量指令信号，通过翻译、逻辑判断和运算，再经功率放大后驱动对应的电器，带动机床的机械、液压、气动等辅助装置完毕指令规定的开关量动作。这些控制包括主轴运动部件的变速、换向和启停指令．刀具的选择和互换指令．冷却、润}骨装置的启停，工件和机床部件的松开和夹紧，分度工作台的转位分度等开关辅助动作。当今数控机床已广泛采用可编程控制器作为辅助控制装置。(6)机廉本体数控机床的本体指其机械构造宴体。它与老式的一般机床相似，但数控机床在整体布局、外观造型、传动机构、工具系统及操作机构等方面都发生了很大的变化。归纳起来重要有如下几种方面：①采用高性能主轴及主传动部件。②进给传动采用高效传动件。一般采用滚珠丝杠副、直线滚动导轨副等。◎具有完善的刀具自动互换和管理系统。④机床自身具有很高的动、静刚度。⑤采用全封闭罩壳。由于数控机床是自动完毕加工的，为了操作安全等原因，一般采用移动门构造的全封闭罩壳．对机床的加工部件进行全数控机床工作原理和构造简介伴随科学技术的发展，机电产品日趋精密复杂。产品的精度规定越来越高、更新换代的周期也越来越短，从而增进了现代制造业的发展。尤其是宇航、军工、造船、汽车和模具加工等行业，用一般机床进行加工（精度低、效率低、劳动度大）已无法满足生产规定，从而一种新型的用数字程序控制的机床应运而生。这种机床是一种综合运用了计算机技术、自动控制、精密测量和机械设计等新技术的机电一体化经典产品。数控机床是一种装有程序控制系统（数控系统）的自动化机床。该系统可以逻辑地处理具有使用号码，或其他符号编码指令（刀具移动轨迹信息）规定的程序。详细地讲，把数字化了的刀具移动轨迹的信息输入到数控装置，通过译码、运算，从而实现控制刀具与工件相对运动，加工出所需要的零件的机床，即为数控机床。1.

数控机床工作原理按照零件加工的技术规定和工艺规定，编写零件的加工程序，然后将加工程序输入到数控装置，通过数控装置控制机床的主轴运动、进给运动、更换刀具，以及工件的夹紧与松开，冷却、润滑泵的开与关，使刀具、工件和其他辅助装置严格按照加工程序规定的次序、轨迹和参数进行工作，从而加工出符合图纸规定的零件。2.

数控机床构造数控机床重要由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体四个部分构成，如图所示。数控机床的加工过程1）控制介质

控制介质以指令的形式记载多种加工信息，如零件加工的工艺过程、工艺参数和刀具运动等，将这些信息输入到数控装置，控制数控机床对零件切削加工。2）数控装置

数控装置是数控机床的关键，其功能是接受输入的加工信息，通过数控装置的系统软件和逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理，向伺服系统发出对应的脉冲，并通过伺服系统控制机床运动部件按加工程序指令运动。3）伺服系统

伺服系统由伺服电机和伺服驱动装置构成，一般所说数控系统是指数控装置与伺服系统的集成，因此说伺服系统是数控系统的执行系统。数控装置发出的速度和位移指令控制执行部件按进给速度和进给方向位移。每个进给运动的执行部件都配置一套伺服系统，有的伺服系统尚有位置测量装置，直接或间接测量执行部件的实际位移量，并反馈给数控装置，对加工的误差进行赔偿。4）机床本体

数控机床的本体与一般机床基本类似，不一样之处是数控机床构造简朴、刚性好，传动系统采用滚珠丝杠替代一般机床的丝杠和齿条传动，主轴变速系统简化了齿轮箱，普遍采用变频调速和伺服控制。数控车床的刀具（1）对刀具的规定数控车床能兼作粗、精加工。为使粗加工能以较大切削深度、较大进给速度地加工，规定粗车刀具强度高、耐用度好。精车首先是保证加工精度，因此规定刀具的精度高、耐用度好。为减少换刀时间和以便对刀，应也许多地采用机夹刀。数控车床还规定刀片耐用度的一致性好，以便于使用刀具寿命管理功能。在使用刀具寿命管理时，刀片耐用度的设定原则是以该批刀片中耐用度最低的刀片作为根据的。在这种状况下，刀片耐用度的一致性甚至比其平均寿命更重要。（2）数控车床的刀具数控车削用的车刀一般分为三类，即尖形车刀、圆弧形车刀和成型车刀。以直线形切削刃为特性的车刀一般称为尖形车刀。此类车刀的刀尖(同步也为其刀位点)由直线形的主、副切削刃构成，如90º内、外圆车刀，左、右端面车刀，切槽(断)车刀及刀尖倒棱很小的多种外圆和内孔车刀。用此类车刀加工零件时，其零件的轮廓形状重要由一种独立的刀尖或一条直线型主切削刃位移后得到，它与另两类车刀加工时所得到零件轮廓形状的原理是截然不一样的。

圆弧形车刀是较为特殊的数控加工用车刀。其特性是，构成主切削刃的刀刃形状为一圆度误差或线轮廓度误差很小的圆弧；该圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖，因此，刀位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上；车刀圆弧半径理论上与被加工零件的形状无关，并可按需要灵活确定或测定后确认。当某些尖形车刀或成型车刀(如螺纹车刀)的刀尖具有一定的圆弧形状时，也可作为此类车刀使用。圆弧形车刀可以用于车削内、外表面，尤其合适于车削多种光滑连接(凹形)的成型面。成型车刀俗称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定。数控车削加工中，常见的成型车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹车刀等。在数控加工中，应尽量少用或不用成型车刀，当确有必要选用时则应在工艺准备文献或加工程序单上进行详细阐明。

为了适应数控机床自动化加工的需要(如刀具的对刀或预调、自动换刀或转刀、自动检测及管理工作等)，并不停提高产品的加工质量和生产效率，节省刀具费用，应多使用模块化和原则化刀具。2.

数控车床的卡盘液压卡盘是数控车削加工时夹紧工件的重要附件，对一般回转类零件可采用一般液压卡盘；对零件被夹持部位不是圆柱形的零件，则需要采用专用卡盘；用棒料直接加工零件时需要采用弹簧卡盘。3.

数控车床的尾座对轴向尺寸和径向尺寸的比值较大的零件，需要采用安装在液压尾架上的活顶尖对零件尾端进行支撑，才能保证对零件进行对的的加工。尾架有一般液压尾架和可编程液压尾座。4.

数控车床的刀架刀架是数控车床非常重要的部件。数控车床根据其功能，刀架上可安装的刀具数量—般为8把、10把、12把或16把，有些数控车床可以安装更多的刀具。刀架的构造形式一般为回转式，刀具沿圆周方向安装在刀架上，可以安装径向车刀、轴向车刀、钻头、镗刀。车削加工中心还可安装轴向铣刀、径向铣刀。少数数控车床的刀架为直排式，刀具沿一条直线安装。数控车床可以配置两种刀架：（1）专用刀架

由车床生产厂商自己开发，所使用的刀柄也是专用的。这种刀架的长处是制导致本低，但缺乏通用性。（2）通用刀架

根据一定的通用原则而生产的刀架，数控车床生产厂商可以根据数控车床的功能规定进行选择配置。5.

数控车床的铣削动力头数控车床刀架上安装铣削动力头可以大大扩展数控车床的加工能力。

数控机床保养维修技术伴随电子技术和自动化技术的发展，数控技术的应用越来越广泛。以微处理器为基础，以大规模集成电路为标志的数控设备，已在我国批量生产、大量引进和推广应用，它们给机械制造业的发展发明了条件，并带来很大的效益。但同步，由于它们的先进性、复杂性和智能化高的特点，在维修理论、技术和手段上都发生了飞跃的变化。

数控维修技术不仅是保障正常运行的前提，对数控技术的发展和完善也起到了巨大的推进作用，因此，目前它已经成为一门专门的学科。

此外任何一台数控设备都是一种过程控制设备，这就规定它在实时控制的每一时刻都精确无误地工作。任何部分的故障与失效，都会使机床停机，从而导致生产停止。因而对数控系统这样原理复杂、构造精密的装置进行维修就显得十分必要了。尤其对引进的CNC机床，大多花费了几十万到上千万美元。在许多行业中，这些设备均处在关键的工作岗位，若在出现故障后不及时维修排除故障，就会导致较大的经济损失。

我们既有的维修状况和水平，与国外进口设备的设计与制造技术水平还存在很大的差距。导致差距的原因在于：人员素质较差，缺乏数字测试分析手段，数域和数域与频域综合方面的测试分析技术等有待提高等等。

下面我们从现代数控系统的基本构成入手，探讨数控系统的诊断与维修。

1数控系统的构成与特点

目前世界上的数控系统种类繁多，形式各异，构成构造上均有各自的特点。这些构造特点来源于系统初始设计的基本规定和工程设计的思绪。例如对点位控制系统和持续轨迹控制系统就有截然不一样的规定。对于T系统和M系统，同样也有很大的区别，前者合用于回转体零件加工，后者适合于异形非回转体的零件加工。对于不一样的生产厂家来说，基于历史发展原因以及各自因地而异的复杂原因的影响，在设计思想上也也许各有千秋。例如，美国Dynapath系统采用小板构造，便于板子更换和灵活结合，而日本FANUC系统则趋向大板构造，使之有助于系统工作的可靠性，促使系统的平均无端障率不停提高。然而无论哪种系统，它们的基本原理和构成是十分相似的。一般整个数控系统由三大部分构成，即控制系统，伺服系统和位置测量系统。控制系统按加工工件程序进行插补运算，发出控制指令到伺服驱动系统；伺服驱动系统将控制指令放大，由伺服电机驱动机械按规定运动；测量系统检测机械的运动位置或速度，并反馈到控制系统，来修正控制指令。这三部分有机结合，构成完整的闭环控制的数控系统。

控制系统重要由总线、CPU、电源、存贮器、操作面板和显示屏、位控单元、可编程序控制器逻辑控制单元以及数据输入/输出接口等构成。最新一代的数控系统还包括一种通讯单元，它可完毕CNC、PLC的内部数据通讯和外部高次网络的连接。伺服驱动系统重要包括伺服驱动装置和电机。位置测量系统重要是采用长光栅或圆光栅的增量式位移编码器。

数控系统的重要特点是：可靠性规定高：由于一旦数控系统发生故障，即导致巨大经济损失；有较高的环境适应能力，由于数控系统一般为工业控制机，其工作环境为车间环境，规定它具有在震动，高温，潮湿以及多种工业干扰源的环境条件下工作的能力；接口电路复杂，数控系统要与多种数控设备及外部设备相配套，要随时处理生产过程中的多种状况，适应设备的多种工艺规定，因而接口电路复杂，并且工作频繁。

2现代数控系统维修工作的基本条件

2.1维修工作人员的基本条件

维修工作开展得好坏首先取决于人员条件。维修工作人员必须具有如下规定：

（1）高度的责任心与良好的职业道德；

（2）知识面广，掌握计算机技术、模拟与数字电路基础、自动控制与电机拖动、检测技术及机械加工工艺方面的基础知识与一定的外语水平；

（3）通过良好的技术培训，掌握有关数控、驱动及PLC的工作原理，懂得CNC编程和编程语言；

（4）熟悉构造，具有试验技能和较强的动手操作能力；

（5）掌握多种常用（尤其是现场）的测试仪器、仪表和多种工具。

2.2在维修手段方面应具有的条件

（1）准备好常用备品、配件；

（2）随时可以得到微电子元器件的实际支援或供应；

（3）必要的维修工具、仪器、仪表、接线、微机。最佳有小型编程系统或编程器，用以支援设备调试；

（4）完整资料、手册、线路图、维修阐明书（包括CNC操作阐明书）以及接口、调整与诊断、驱动阐明书，PLC阐明书（包括PLC顾客程序单），元器件表格等。

2.3维修前的准备

接到顾客的直接规定后，应尽量直接与顾客联络，以便尽快地获取现场信息、现场状况及故障信息。如数控机床的进给与主轴驱动型号、报警指示或故障现象、顾客现场有无备件等。据此预先分析也许出现的故障原因与部位，而后在出发到现场之前，准备好有关的技术资料与维修服务工具、仪器备件等，做到有备而去。

3现场维修

现场维修是对数控机床出现的故障（重要是数控部分）进行诊断，找出故障部位，以对应的正常备件更换，使机床恢复正常运行。这过程的关键是诊断，即对系统或外围线路进行检测，确定有无端障，并对故障定位指出故障确实切位置。从整机定位到插线板，在某些场所下甚至定位到元器件。这是整个维修工作的重要部分。

3.1数控系统的故障诊断

（1）初步鉴别一般在资料较全时，可通过资料分析判断故障所在，或采用接口信号法根据故障现象鉴别也许发生故障的部位，而后再按照故障与这一部位的详细特点，逐一部位检查，初步鉴别。在实际应用中，也许用一种措施即可查到故障并排除，有时需要多种措施并用。对多种鉴别故障点的措施的掌握程度重要取决于对故障设备原理与构造掌握的深度。

（2）报警处理①系统报警的处理：数控系统发生故障时，一般在显示屏或操作面板上给出故障信号和对应的信息。一般系统的操作手册或调整手册中均有详细的报警号，报警内容和处理措施。由于系统的报警设置单一、齐全、严密、明确、维修人员可根据每一警报背面给出的信息与处理措施自行处理。②机床报警和操作信息的处理：机床制造厂根据机床的电气特点，应用PLC程序，将某些能反应机床接口电气控制方面的故障或操作信息以特定的标志，通过显示屏给出，并可通过特定键，看到更详尽的报警阐明。此类报警可以根据机床厂提供的排除故障手册进行处理，也可以运用操作面板或编程器根据电路图和PLC程序，查出对应的信号状态，按逻辑关系找出故障点进行处理。

（3）无报警或无法报警的故障处理当系统的PLC无法运行，系统已停机或系统没有报警但工作不正常时，需要根据故障发生前后的系统状态信息，运用已掌握的理论基础，进行分析，做出对的的判断。下面论述这种故障诊断和排除措施。

故障诊断措施

常规检查法

目测目测故障板，仔细检查有无保险丝烧断，元器件烧焦，烟熏，开裂现象，有无异物断路现象。以此可判断板内有无过流，过压，短路等问题。

手摸用手摸并轻摇元器件，尤其是阻容，半导体器件有无松动之感，以此可检查出某些断脚，虚焊等问题。

通电首先用万用表检查多种电源之间有无断路，如无即可接入对应的电源，目测有无冒烟，打火等现象，手摸元器件有无异常发热，以此可发现某些较为明显的故障，而缩小检修范围。

例如：在哈尔滨某工厂排除故障时，机床的数控系统和PLC运行正常，但机床的液压系统无法启动，用编程器检查PLC程序运行正常，各所需信号状态均满足开机条件。深入检查中发现，PLC信号状态与图纸和设备上的标识不一致，停机拔出电路板检查，发现PLC两块输出板编址不对，与另两块位置搞错，经互换后，机床正常运转。对于发生这个故障的机床所采用的SIMATIC

S5—150K可编程控制器，只要编址对的，无论将线路板的位置怎样排列，系统均能正常运转，但对应地执行元件和信号源必须对的地对应，一旦对应错误就会发生故障，甚至毁坏机床。此外，根据顾客提供的故障现象，结合自己的现场观测，运用系统工作原理亦可迅速做出对的判断。

仪器测量法当系统发生故障后，采用常规电工检测仪器，工具，按系统电路图及机床电路图对故障部分的电压，电源，脉冲信号等进行实测判断故障所在。如电源的输入电压超限，引起电源监控可用电压表测网络电压，或用电压测试仪实时监控以排除其他原因。如发生位置控制环故障可用示波器检查测量回路的信号状态，或用示波器观测其信号输出与否缺相，有无干扰。例如，上海某厂在排除故障中，系统报警，位置环硬件故障，用示波器检查发既有干扰信号，我们在电路中用接电容的措施将其滤掉使系统工作正常。如出现系统无法回基准点的状况，可用示波器检查与否有零标识脉冲，若没有可考虑是测量系统损坏。

用可编程控制器进行PLC中断状态分析：可编程序控制器发生故障时，其中断原因以中断堆栈的方式记忆。使用编程器可以在系统停止状态下，调出中断堆栈和块堆栈，按其所指示的原因，查明故障所在。在可编程序控制器的维修中这是最常用有效和迅速的措施。

接口信号检查：通过用可编程序控制器检查机床控制系统的接口信号，并与接口手册的对的信号相对比，亦可查出对应的故障点。

诊断备件替代法：现代数控系统大都采用模块化设计，按功能不一样划分不一样模块，伴随现代技术的发展，电路的集成规模越来越大技术也越来越复杂，按常规措施，很难把故障定位到一种很小的区域，而一旦系统发生故障，为了缩短停机时间，我们可以根据模块的功能与故障现象，初步判断出也许的故障模块，用诊断备件将其替代，这样可迅速判断出有故障的模块。在没有诊断备件的状况下可以采用现场相似或相容的模块进行替代检查，对于现代数控的维修，越来越多的状况采用这种措施进行诊断，然后用备件替代损坏模块，使系统正常工作。尽最大也许缩短故障停机时间，使用这种措施在操作时注意一定要在停电状态下进行，还要仔细检查线路板的版本，型号，多种标识，跨接与否相似，对于有关的机床数据和电位计的位置应做好记录，拆线时应做好标志。

运用系统的自诊断功能判断：现代数控系统尤其是全功能数控具有很强的自诊断能力，通过实行时监控系统各部分的工作，及时判断故障，给出报警信息，并做出对应的动作，防止事故发生。然而有时当硬件发生故障时，就无法报警，有的数控系统可通过发光管不一样的闪烁频率或不一样的组合做出对应的指示，这些指示配合使用就可协助我们精确地诊断出故障模板的位置。如SINUMERIK

8系统根据MS100

CPU板上四个指示灯和操作面板上的FAULT灯的亮灭组合就可判断出故障位置。

上述诊断措施，在实际应用时并无严格的界线，也许用一种措施就能排除故障，亦也许需要多种措施同步进行。其效果重要取决于对系统原理与构造的理解与掌握的深度，以及维修经验的多少。

3.2数控系统的常见故障分析

根据数控系统的构成，工作原理和特点，结合我们在维修中的经验，将常见的故障部位及故障现象分析如下。

（1）位置环这是数控系统发出控制指令，并与位置检测系统的反馈值相比较，深入完毕控制任务的关键环节。它具有很高的工作频度，并与外设相联接，因此轻易发生故障。

常见的故障有：①位控环报警：也许是测量回路开路；测量系统损坏，位控单元内部损坏。②不发指令就运动，也许是漂移过高，正反馈，位控单元故障；测量元件损坏。③测量元件故障，一般体现为无反馈值；机床回不了基准点；高速时漏脉冲产生报警也许的原因是光栅或读头脏了；光栅坏了。

（2）伺服驱动系统伺服驱动系统与电源电网，机械系统等有关联，并且在工作中一直处在频繁的启动和运行状态，因而这也是故障较多的部分。

其重要故障有：①系统损坏。一般由于网络电压波动太大，或电压冲击导致。我国大部分地区电网质量不好，会给机床带来电压超限，尤其是瞬间超限，如无专门的电压监控仪，则很难测到，在查找故障原因时，要加以注意，尚有某些是由于特殊原因导致的损坏。如华北某厂由于雷击中工厂变电站并窜入电网而导致多台机床伺服系统损坏。②无控制指令，而电机高速运转。这种故障的原因是速度环开环或正反馈。如在东北某厂，引进的西德WOTAN企业转子铣床在调试中，机床X轴在无指令的状况下，高速运转，经分析我们认为是正反馈导致的。由于系统零点漂移，在正反馈状况下，就会迅速累加使电机在高速下运转，而我们按标签检查线路后完全对的，机床厂技术人员认为不也许接错，在充足分析与检测后我们将反馈线反接，成果机床运转正常。机床厂技术人员不得不承认德方工作失误。尚有一例子，我们在天津某厂培训讲课时，应厂方规定对他们厂一台自进厂后一直无法正常工作的精密磨床进行维修，其故障是：机床一启动电机就运转，并且越来越快，直至最高转速。我们分析认为是由于速度环开路，系统漂移无法克制导致。经检查其原因是速度反馈线接到了地线上导致。③加工时工件表面达不到规定，走圆弧插补轴换向时出现凸台，或电机低速爬行或振动，此类故障一般是由于伺服系统调整不妥，各轴增益系统不相等或与电机匹配不合适引起，处理措施是进行最佳化调整。④保险烧断，或电机过热，以至烧坏，此类故障一般是机械负载过大或卡死。

（3）电源部分电源是维持系统正常工作的能源支持部分，它失效或故障的直接成果是导致系统的停机或毁坏整个系统。一般在欧美国家，此类问题比较少，在设计上这方面的原因考虑的不多，但在中国由于电源波动较大，质量差，还隐藏有如高频脉冲这一类的干扰，加上人为的原因（如忽然拉闸断电等）。这些原因可导致电源故障监控或损坏。此外，数控系统部分运行数据，设定数据以及加工程序等一般存贮在RAM存贮器内，系统断电后，靠电源的后备蓄电池或锂电池来保持。因而，停机时间比较长，拔插电源或存贮器都也许导致数据丢失，使系统不能运行。

（4）可编程序控制器逻辑接口数控系统的逻辑控制，如刀库管理，液压启动等，重要由PLC来实现，要完毕这些控制就必须采集各控制点的状态信息，如断电器，伺服阀，指示灯等。因而它与外界种类繁多的多种信号源和执行元件相连接，变化频繁，因此发生故障的也许性就比较多，并且故障类型亦千变万化。

（5）其他由于环境条件，如干扰，温度，湿度超过容许范围，操作不妥，参数设定不妥，亦也许导致停机或故障。有一工厂的数控设备，开机后很快便失去数控准备好信号，系统无法工作，经检查发现机体温度很高，原因是通气过滤网已堵死，引起温度传感器动作，更换滤网后，系统正常工作。不按操作规程拔插线路板，或无静电防护措施等，都也许导致停机故障甚至毁坏系统。

一般在数控系统的设计、使用和维修中，必须考虑对常常出现故障的部位予以报警，报警电路工作后，首先在屏幕或操作面板上给出报警信息，另首先发出保护性中断指令，使系统停止工作，以便查清故障和进行维修。

3.3故障排除措施

（1）初始化复位法一般状况下，由于瞬时故障引起的系统报警，可用硬件复位或开关系统电源依次来清除故障，若系统工作存贮区由于掉电，拔插线路板或电池欠压导致混乱，则必须对系统进行初始化清除，清除前应注意作好数据拷贝记录，若初始化后故障仍无法排除，则进行硬件诊断。

（2）参数更改，程序改正法系统参数是确定系统功能的根据，参数设定错误就也许导致系统的故障或某功能无效。例如，在哈尔滨某厂转子铣床上采用了测量循环系统，这一功能规定有一种背景存贮器，调试时发现这一功能无法实现。检查发现确定背景存贮器存在的数据位没有设定，经设定后该功能正常。有时由于顾客程序错误亦可导致故障停机，对此可以采用系统的块搜索功能进行检查，改正所有错误，以保证其正常运行。

（3）调整，最佳化调整法调整是一种最简朴易行的措施。通过对电位计的调整，修正系统故障。如某军工厂维修中，其系统显示屏画面混乱，经调整后正常。在山东某厂，其主轴在启动和制动时发生皮带打滑，原因是其主轴负载转矩大，而驱动装置的斜升时间设定过小，经调整后正常。

最佳化调整是系统地对伺服驱动系统与被拖动的机械系统实现最佳匹配的综合调整措施，其措施很简朴，用一台多线记录仪或具有存贮功能的双踪示波器，分别观测指令和速度反馈或电流反馈的响应关系。通过调整速度调整器的比例系数和积分时间，来使伺服系统到达即有较高的动态响应特性，而又不振荡的最佳工作状态。在现场没有示波器或记录仪的状况下，根据经验，即调整使电机起振，然后向反向慢慢调整，直到消除震荡即可。

（4）备件替代法用好的备件替代诊断出坏的线路板，并做对应的初始化启动，使机床迅速投入正常运转，然后将坏板修理或返修，这是目前最常用的排故措施。

（5）改善电源质量法目前一般采用稳压电源，来改善电源波动。对于高频干扰可以采用电容滤波法，通过这些防止性措施来减少电源板的故障。

（6）维修信息跟踪法某些大的制造企业根据实际工作中由于设计缺陷导致的偶尔故障，不停修改和完善系统软件或硬件。这些修改以维修信息的形式不停提供应维修人员。以此做为故障排除的根据，可对的彻底地排除故障。

3.4维修中应注意的事项

（1）从整机上取出某块线路板时，应注意记录其相对应的位置，连接的电缆号，对于固定安装的线路板，还应按前后取下对应的压接部件及螺钉作记录。拆卸下的压件及螺钉应放在专门的盒内，以免丢失，装配后，盒内的东西应所有用上，否则装配不完整。

（2）电烙铁应放在顺手的前方，远离维修线路板。烙铁头应作合适的修整，以适应集成电路的焊接，并防止焊接时碰伤别的元器件。

（3）测量线路间的阻值时，应断电源，测阻值时应红黑表笔互换测量两次，以阻值大的为参照值。

（4）线路板上大多刷有阻焊膜，因此测量时应找到对应的焊点作为测试点，不要铲除焊膜，有的板子所有刷有绝缘层，则只有在焊点处用刀片刮开绝缘层。

（5）不应随意切断印刷线路。有的维修人员具有一定的家电维修经验，习惯断线检查，但数控设备上的线路板大多是双面金属孔板或多层孔化板，印刷线路细而密，一旦切断不易焊接，且切线时易切断相邻的线，再则有的点，在切断某一根线时，并不能使其和线路脱离，需要同步切断几根线才行。

（6）不应随意拆换元器件。有的维修人员在没有确定故障元件的状况下只是凭感觉那一种元件坏了，就立即拆换，这样误判率较高，拆下的元件人为损坏率也较高。

（7）拆卸元件时应使用吸锡器及吸锡绳，切忌硬取。同一焊盘不应长时间加热及反复拆卸，以免损坏焊盘。

（8）更换新的器件，其引脚应作合适的处理，焊接中不应使用酸性焊油。

（9）记录线路上的开关，跳线位置，不应随意变化。进行两极以上的对照检查时，或互换元器件时注意标识各板上的元件，以免错乱，致使好板亦不能工作。

（10）查清线路板的电源配置及种类，根据检查的需要，可分别供电或所有供电。应注意高压，有的线路板直接接入高压，或板内有高压发生器，需合适绝缘，操作时应尤其注意。

4数控机床开机调试

数控机床是一种技术含量很高的机电仪一体化的机床，顾客买到一台数控机床后，与否对的的安全地开机，调试是很关键的一步。这一步的对的与否在很大程序上决定了这台数控机床能否发挥正常的经济效率以及它自身的使用寿命，这对数控机床的生产厂和顾客厂都是事关重大的课题。数控机床开机，调试应按下列的环节进行。

4.1通电前的外观检查

（1）机床电器检查打开机床电控箱，检查继电器，接触器，熔断器，伺服电机速度，控制单元插座，主轴电机速度控制单元插座等有无松动，如有松动应恢复正常状态，有锁紧机构的接插件一定要锁紧，有转接盒的机床一定要检查转接盒上的插座，接线有无松动，有锁紧机构的一定要锁紧。

（2）CNC电箱检查打开CNC电箱门，检查各类接口插座，伺服电机反馈线插座，主轴脉冲发生器插座，手摇脉冲发生器插座，CRT插座等，如有松动要重新插好，有锁紧机构的一定要锁紧。按照阐明书检查各个印刷线路板上的短路端子的设置状况，一定要符合机床生产厂设定的状态，确实有误的应重新设置，一般状况下无需重新设置，但顾客一定要对短路端子的设置状态做好原始记录。

（3）接线质量检查检查所有的接线端子。包括强弱电部分在装配时机床生产厂自行接线的端子及各电机电源线的接线端子，每个端子都要用旋具紧固一次，直到用旋具拧不动为止，各电机插座一定要拧紧。

（4）电磁阀检查所有电磁阀都要用手推进多次，以防止长时间不通电导致的动作不良，如发现异常，应作好记录，以备通电后确认修理或更换。

（5）限位开关检查检查所有限位开关动作的灵活及固定性与否牢固，发现动作不良或固定不牢的应立即处理。

（6）操作面板上按钮及开关检查，检查操作面板上所有按钮，开关，指示灯的接线，发既有误应立即处理，检查CRT单元上的插座及接线。

（7）地线检查规定有良好的地线，测量机床地线，接地电阻不能不小于1Ω。

（8）电源相序检查用相序表检查输入电源的相序，确认输入电源的相序与机床上各处标定的电源相序应绝对一致。

有二次接线的设备，如电源变压器等，必须确认二次接线的相序的一致性。要保证各处相序的绝对对的。此时应测量电源电压，做好记录。

4.2机床总电压的接通

（1）接通机床总电源，检查CNC电箱，主轴电机冷却风扇，机床电器箱冷却风扇的转向与否对的，润滑，液压等处的油标志指示以及机床照明灯与否正常，各熔断器有无损坏，如有异常应立即停电检修，无异常可以继续进行。

（2）测量强电各部分的电压尤其是供CNC及伺服单元用的电源变压器的初次级电压，并作好记录。

（3）观测有无漏油，尤其是供转塔转位、卡紧，主轴换档的以及卡盘卡紧等处的液压缸和电磁阀。如有漏油应立即停电修理或更换。

4.3CNC电箱通电

（1）按CNC电源通电按扭，接通CNC电源，观测CRT显示，直到出现正常画面为止。假如出现ALARM显示，应当寻找故障并排除，此时应重新送电检查。

（2）打开CNC电源，根据有关资料上给出的测试端子的位置测量各级电压，有偏差的应调整到给定值，并作好记录。

（3）将状态开关置于合适的位置，如日本FANUC系统应放置在MDI状态，选择到参数页面。逐条逐位地查对参数，这些参数应与随机所带参数表符合。如发既有不一致的参数，应弄清各个参数的意义后再决定与否修改，如齿隙赔偿的数值也许与参数表不一致，这在进行实际加工后可随时进行修改。

（4）将状态选择开关放置在JOG位置，将点动速度放在最低级，分别进行各坐标正反方向的点动操作，同步用手按与点动方向相对应的超程保护开关，验证其保护作用的可靠性，然后，再进行慢速的超程试验，验证超程撞块安装的对的性。

（5）将状态开关置于回零位置，完毕回零操作，参照点返回的动作不完毕就不能进行其他操作。因此遇此状况应首先进行本项操作，然后再进行第（4）项操作。

（6）将状态开关置于JOG位置或MDI位置，进行手动变档试验，验证后将主轴调速开关放在最低位置，进行各档的主轴正反转试验，观测主轴运转的状况和速度显示的对的性，然后再逐渐升速到最高转速，观测主轴运转的稳定性。

（7）进行手动导轨润滑试验，使导轨有良好的润滑。

（8）逐渐变化快移超调开关和进给倍率开关，随意点动刀架，观测速度变化的对的性。

4.4MDI试验

（1）测量主轴实际转速将机床锁住开关放在接通位置，用手动数据输入指令，进行主轴任意变档，变速试验，测量主轴实际转速，并观测主轴速度显示值，调整其误差应限定在5％之内。

（2）进行转塔或刀座的选刀试验其目的是检查刀座或正、反转和定位精度的对的性。

（3）功能试验根据定货的状况不一样，功能也不一样，可根据详细状况对各个功能进行试验。为防止意外状况发生，最佳先将机床锁住进行试验，然后再放开机床进行试验。

（4）EDIT功能试验将状态选择开关置于EDIT位置，自行编制一简朴程序，尽量多地包括多种功能指令和辅助功能指令，移动尺寸以机床最大行程为限，同步进行程序的增长，删除和修改。

（5）自动状态试验将机床锁住，用编制的程序进行空运转试验，验证程序的对的性，然后放开机床，分别将进给倍率开关，迅速超调开关，主轴速度超调开关进行多种变化，使机床在上述各开关的多种变化的状况下进行充足地运行，后将各超调开关置于100％处，使机床充足运行，观测整机的工作状况与否正常。

至此，一台数控机床才算开机调试完毕。

5维修调试后的技术处理

在现场维修结束后，应认真填写维修记录，列出有关必备的备件的清单，建立顾客档案，对于故障时间，现象，分析诊断措施，采用排故措施，假如有遗留问题应详尽记录，这样不仅使每次故障均有据可查，并且也可以积累维修经验。

以上对于数控系统维修技术的论述，是我们几年中近百次数控系统的调试和维修的经验的总结。虽然，数控系统种类繁多，故障千变万化，维修措施也不尽相似，一篇短文很难尽述，不过我们仍但愿把某些基本措施与思绪写出来，与大家交流以期能引起人们对数控系统维修技术的重视，维修技术的直接目的和成果是使数控系统恢复正常运行，从而保证生产的顺利进行。目前在我们国家数控技术正迅速向各工业部门渗透，伴随电子技术的发展，数控技术在国民经济中的地位也就随之提高，那么对于数控技术重要构成部分—数控系统维修技术也应迅速适应数控技术飞速发展的规定，作为一名数控系统维修技术人员，就应当不停地学习和掌握新的知识与技术，寻找新的维修诊断的措施和手段，为推进数控系统维修技术的发展做出应有的奉献。数控机床维修保养技术详解数控技术及数控机床的应用，成功地处理了某些形状复杂，一致性规定高的中、小批零件的自动化问题，这不仅大大提高了生产效率和加工精度，还减轻了工人的劳动强度，缩短了生产准备周期。不过，在数控车床使用过程中，数控车床难免会出现多种故障，因此故障的维修就成了数控车床使用者最关键的问题。首先销售企业售后服务不能得到及时保证，另首先掌握某些维修技术可以迅速判断故障所在，缩短维修时间，让设备尽快运转起来。在平常故障中，我们常常遇见的是刀架类、主轴类、螺纹加工类、系统显示类、驱动类、通信类等故障。而刀架故障在其中占有很大比例。在这里，分类简介一下平常工作中遇见的四工位电动刀架各类故障及对应地处理措施，但愿能给大家提供某些有益的借鉴。所用数控系统是广州数控设备有限企业所生产的GSK系列车床数控系统。

故障现象一：电动刀架锁不紧

故障原因

处理措施

①发信盘位置没对正

:拆开刀架的顶盖，旋动并调整发信盘位置，使刀架的霍尔元件对准磁钢，使刀位停在精确位置。

②系统反锁时间不够长:调整系统反锁时间参数即可（新刀架反锁时间ｔ＝１.2ｓ即可）。

③机械锁紧机构故障

:拆开刀架，调整机械，并检查定位销与否折断.

故障现象二：电动刀架某一位刀号转不停，其他刀位可以转动

故障原因

处理措施

①此位刀的霍尔元件损坏:确认是哪个刀位使刀架转不停，在系统上输入指令转动该刀位，用万用表量该刀位信号触点对+24V触点与否有电压变化，若无变化，可鉴定为该位刀霍尔元件损坏，更换发信盘或霍尔元件。②此刀位信号线断路，导致系统无法检测到位信号:检查该刀位信号与系统的连线与否存在断路，对的连接即可。

③系统的刀位信号接受电路有问题:当确定该刀位霍尔元件没问题，以及该刀位信号与系统的连线也没问题的状况下更换主板。节省机床校准时间的测量措施常规测量数控机床位移误差的措施是静态的——在每次测量间隔机器要停几秒钟稳定下来，然后采集定位数据。对于小间距或长行程机床的测量，这意味着需要相称可观的停机时间。而同样的测量，采用不间断的同步数据采集，仅需几分钟。实际上，不间断的同步数据采集还可以测量更多的点，提供更多的细节且省时间。譬如，假如每25毫米间隔要停5秒钟的话，1,250毫米的轴长以及5个来回的操作需要50分钟以上的时间。

此外，静态定位误差一般是由于几何尺寸、导轨以及构造刚性引起的。而一般不测量的动态定位误差则是由伺服参数、谐振频率以及加速度或减速度引起的。换句话说，由于机床在采集数据前停下来了，这就遗漏了伺服或动态误差。理论上轨迹精度应当可以用动态位移误差表来改善，而不是静态位移误差表。对于模具制造商来说，这一点尤其重要，由于必须要保证模具腔与多种表面构成的复杂几何形状完全一致。

位移测量手段

1881年Michelson发明了干涉仪。他后来在19为此获得了诺贝尔物理奖。Michelson干涉仪用白光作光源，并用了固定和可移动的反射镜。Michelson干涉仪通过计算干涉条纹一直被用来测量距离或比较距离。伴随激光的发明，单频的氦氖激光取代了白光作为光源，并用二个角锥棱镜替代了平面镜。

单频的氦氖激光束被一分束器提成二束光，二分之一光束通过一可移动的角锥棱镜，另二分之一则反射到一固定的角锥棱镜。二反射光束回来时在分束器相遇。将所有光路精密地调准后，这二相遇的光束就互相干涉，并产生干涉条纹。用一小面积的光电探测器计数条纹。每一周期的强度变化表达可移动角锥棱镜行程的半波长。假如已知激光的波长，那么可移动角锥棱镜行程也可精确地得到。单频干涉仪的问题是对于噪声太敏感。因此，从移动中无法辨别电噪声还是增益漂移。

双频的干涉仪使用一双频的氦氖激光器，将二个不一样频率光束混合后产生一载波频率。因此，携带的距离信息是以交流波形式而不是直流波形式。双频干涉仪的问题是需要粗笨的永磁铁以及精密的光学元件以稳定激光频率，保持偏振，并使回到激光谐振腔的散射光减到最小。由于该系统体积粗笨，并有大量的光学元件，因此测量时大部分机床需要打开机床罩。

激光多普勒校准系统

激光多普勒校准系统使用一激光多普勒位移测量仪（LDDM），该系统结合了微波雷达技术、多普勒效应以及光学外差技术。LDDM采用了电光、光学外差工艺及相位解调器来得到移动角锥的位置信息。

LDDM是用一氦氖激光束照射一反射镜来测量位移的。当反射镜移动时被反射的激光束发生频率变化。由于被反射激光束的相位正比于反射镜的位置，因此可以测量得到位置的变化。

对于LDDM来说，偏振及弥散光不是一种问题，也不需要精密的光学系统。镜子可以随意插入光路，简朴的反射镜就可以用来反射激光束到任意的角度。

怎样使用激光多普勒校准系统

要校准一般或者滚珠丝杆，在轴上放一刀片，马达驱动丝杆触发了位置传感器。例如可以用四个位置传感器来采集四套每转的数据。位置传感器送出一TTL脉冲到PCMCIA卡以触发数据采集。不间断地采集数据的关键是外部触发器和数据采集与TTL触发脉冲同步，也即同步采集数据。用四个位置传感器测得的经典的滚珠丝杆的螺距误差是每转0.2英寸。因此在超过20英寸的丝杆上每英寸可以测20个数据。在这个例子中，热膨胀误差比螺距误差小得多。

要校准数控机床的一种轴，将激光头放置在床身上，反射镜或者靶标被安顿在主轴上。将激光束与常规静态的激光校准同样调整到平行与主轴。不过与一般每走一步要停5秒钟一直走到终点不一样，目前将主轴调整到可以从开始一直持续移动到终点而不需要任何停止。

位置传感器可放置在滚珠丝杆上或者滚珠丝杆的转轮上。非接触的触发器固定在磁座上。触发器的刀片放置在丝杆的转轮上。转轮每转动一次，触发信号被送到PCMCIA卡以采集数据。有某些机床触发信号是来自机床的控制器或者编码器的输出。每转4个触发脉冲校准滚珠丝杆的示意图试验过程

用一带高数据速率PCMCIA界面卡以及外触发器的多普勒系列的激光校准系统，以每秒10,000数据速率不停地同步采集数据。

大气压力传感器、空气温度传感器及材料温度传感器可以自动赔偿波长变化带来的测量误差，材料的热膨胀在激光系统的原则以内。LDDM的激光头放在工作平台上，而反射镜安顿在垂直加工中心的主轴上。一种非接触的触发器被固定在一磁座的杆上，而一触发刀片则固定在转轮上。

用一带有高速PCMCIA卡的笔记本电脑采集数据。用一特制的电缆将LDDM处理器的输出与PCMCIA卡连接，触发器的信号连接到LDDM处理器。在LDDM软件的主菜单中，2-D时间基数按钮是用来为数据采集设置的。可选择数据速率、时间间隔以及外触发器。最大的速度是每秒5米，最高的数据速率是每秒10,000个数据。从触发脉冲到位移读出之间的数据寿命不不小于100纳秒。

在试验中，二个激光头放置在Y轴方向分开4.25英寸（10.8厘米）距离。位移数据先用常规的静态数据采集措施采集，每2英寸停一下，整个行程18英寸。最大误差为0.02英寸，反向间隙0.005英寸。

然后同样设置，而用不停止同步外触发器采集位移数据。用0.2英寸的间隔，整个行程19英寸，走了至少5个来回采集了数据。

不停止同步采集了二套LDDM位移数据。通过二个位移误差的差值除以分开距离，可以计算出角度误差。最大的角度误差为8.5弧秒。最大的直线读误差为0.00012英寸。

与静态采集的数据相比，同步采集的数据的成果是相似的，但具有更详细的信息。用此位移数据去赔偿机床的误差，要比常规静态采集的数据赔偿的成果更好。此外，使用同步数据采集可以节省时间，尤其是对于小间隔或大型机床的测量更是如此。数控机床多种故障维修的措施列举由于现代数控系统的可靠性越来越高，数控系统自身的故障越来越低，而大部分故障的发生则是非系统自身原因引起的。系统外部的故障重要指由于检测开关、液压元件、气动元件、电气执行元件、机械装置等出现问题而引起的。

数控设备的外部故障可以分为软故障和外部硬件损坏引起的硬故障。软故障是指由于操作、调整处理不妥引起的，此类故障多发生在设备使用前期或设备使用人员调整时期。对于数控系统来说，另一种易出故障的地方为伺服单元。由于各轴的运动是靠伺服单元控制伺服电机带动滚珠丝杠来实现的。用旋转编码器作速度反馈，用光栅尺作位置反馈。一般易出故障的地方为旋转编码器与伺服单元的驱动模块。也有个别的是由于电源原因而引起的系统混乱。尤其是对那些带计算机硬盘保留数据的系统。例如，德国西门子系统840C。

例1：一数控车床刚投入使用的时候，在系统断电后重新启动时，必须要返回到参照点。即当用手动方式将各轴移到非干涉区外后，再使各轴返回参照点。否则，也许发生撞车事故。因此，每天加工完后，最佳把机床的轴移到安全位置。此时再操作或断电后就不会出现问题。

外部硬件操作引起的故障是数控修理中的常见故障。一般都是由于检测开关、液压系统、气动系统、电气执行元件、机械装置出现问题引起的。此类故障有些可以通过报警信息查找故障原因。对一般的数控系统来讲均有故障诊断功能或信息报警。维修人员可运用这些信息手段缩小诊断范围。而有些故障虽有报警信息显示，但并不能反应故障的真实原因。这时需根据报警信息和故障现象来分析处理。

例2：我厂一车削单元采用的是SINUMERIK840C系统。机床在工作时忽然停机。显示主轴温度报警。通过对比检查，故障出目前温度仪表上，调整外围线路后报警消失。随即更换新仪表后恢复正常。

例3：同样是这台车削中心，工作时CRT显示9160报警“9160

NO

PART

WITH

GRIPPER

1

CLOSED

VERIFY

V14-5”。这是指未抓起工件报警。但实际上抓工件的机械手已将工件抓起，却显示机械手未抓起工件报警。查阅PLC图，此故障是测量感应开关发出的。经查机械手部位，机械手工作行程不到位，未完全压下感应开关引起的。随即调整机械手的夹紧力，此故障排除。

例4：一台立式加工中心采用FANUC-OM控制系统。机床在自动方式下执行到X轴迅速移动时就出现414＃和410＃报警。此报警是速度控制OFF和X轴伺服驱动异常。由于此故障出现后能通过重新启动消除，但每执行到X轴迅速移动时就报警。经查该伺服电机电源线插头因电弧爬行而引起相间短路，经修整后此故障排除。

例5：操作者操作不妥也是引起故障的重要原因。如我厂另一台采用840C系统的数控车床，第一天工作时完全正常，而第二天上班时却无论怎样也开不了机，工作方式一转到自动方式下就报警“EMPTYING

SELECTED

MOOE

SELECTOR”。加工竣工件后，主轴不停，机械手就去抓取工件，后来仔细检查各部位都无毛病，而是自动工作条件下的一种模式开关位置错了。因此，当有些故障原因不明的报警出现的话，一定要检查各工作方式下的开关位置。数控车床的对刀原理及对刀措施对刀是数控加工中的重要操作和重要技能。在一定条件下，对刀的精度可以决定零件的加工精度，同步，对刀效率还直接影响数控车床的加工效率。

仅仅懂得对刀措施是不够的，还要懂得数控系统的多种对刀设置方式，以及这些方式在加工程序中的调用措施，同步要懂得多种对刀方式的优缺陷、使用条件（下面的论述是以FANUC

OiMate数控系统为例）等。1

为何要对刀一般来说，零件的数控加工编程和上机床加工是分开进行的。数控编程员根据零件的设计图纸，选定一种以便编程的坐标系及其原点，我们称之为程序坐标系和程序原点。程序原点一般与零件的工艺基准或设计基准重叠，因此又称作工件原点。数控车床通电后，须进行回零（参照点）操作，其目的是建立数控车床进行位置测量、控制、显示的统一基准，该点就是所谓的机床原点，它的位置由机床位置传感器决定。由于机床回零后，刀具（刀尖）的位置距离机床原点是固定不变的，因此，为便于对刀和加工，可将机床回零后刀尖的位置看作机床原点。编程员按程序坐标系中的坐标数据编制刀具（刀尖）的运行轨迹。由于刀尖的初始位置（机床原点）与程序原点存在X向偏移距离和Z向偏移距离，使得实际的刀尖位置与程序指令的位置有同样的偏移距离，因此，须将该距离测量出来并设置进数控系统，使系统据此调整刀尖的运动轨迹。所谓对刀，其实质就是侧量程序原点与机床原点之间的偏移距离并设置程序原点在以刀尖为参照的机床坐标系里的坐标。

2

试切对刀原理对刀的措施有诸多种，按对刀的精度可分为粗略对刀和精确对刀；按与否采用对刀仪可分为手动对刀和自动对刀；按与否采用基准刀，又可分为绝对对刀和相对对刀等。但无论采用哪种对刀方式，都离不开试切对刀，试切对刀是最主线的对刀措施。试切对刀环节如下：①在手动操作方式下，用所选刀具在加工余量范围内试切工件外圆，记下此时显示屏中的X坐标值，记为Xa。（注意：数控车床显示和编程的X坐标一般为直径值）。②将刀具沿＋Z方向退回到工件端面余量处一点（假定为α点）切削端面，记录此时显示屏中的Z坐标值，记为Za。③测量试切后的工件外圆直径，记为φ。假如程序原点O设在工件端面（一般必须是已经精加工完毕的端面）与回转中心的交点，则程序原点O在机床坐标系中的坐标为Xo＝Xa-φ(1）Zo＝Za注意：公式中的坐标值均为负值。将Xo、Zo设置

进数控系统即完毕对刀设置。3

程序原点（工件原点）的设置方式在FANUC数控系统中，有如下几种设置程序原点的方式：①设置刀具偏移量赔偿；②用G50设置刀具起点；③用G54~G59设置程序原点；④用“工件移”设置程序原点。程序原点设置是对刀不可缺乏的构成部分。每种设置措施有不一样的编程使用方式、不一样的应用条件和不一样的工作效率。多种设置方式可以组合使用。（1)设置刀具偏移量赔偿车床的刀具赔偿包括刀具的“磨损量”赔偿参数和“形状”赔偿参数，两者之和构成车刀偏移量赔偿参数。试切对刀获得的偏移一般设置在“形状”赔偿参数中。试切对刀并设置刀偏环节如下：

①用外圆车刀试车-外圆，沿＋Z轴退出并保持X坐标不变。②测量外圆直径，记为φ。③按“OFSET

SET”（偏移设置）键→进入“形状”赔偿参数设定界面→将光标移到与刀位号相对应的位置后，输人Xφ（注意：此处的φ代表直径值，而不是一符号，如下同），按“测量”键，系统自动按公式（1)计算出X方向刀具偏移量。注意：也可在对应位置处直接输人经计算或从显示屏得到的数值，按“输人”键设置。④用外圆车刀试车工件端面，沿＋X轴退出并保持Z坐标不变。⑤按“OFSET

SET”键→进人“形状”赔偿参数设定界面→将光标移到与刀位号相对应的位置后，输人Zo，按“测量”键，系统自动按公式（1)计算出Z方向刀具偏移量。同样也可以自行“输入”偏移量。⑥设置的刀具偏移量在数控程序中用T代码调用。这种方式具有易懂、操作简朴、编程与对刀可以完全分开进行等长处。同