第3章 数控机床的选购、安装、调试及验收

第3章数控机床的选购、安装、调试及验收

3.1数控机床的选购3.2数控机床的安装3.3数控机床的调试3.4数控机床的验收3.1数控机床的选购3.1.1数控机床选购的一般原则1.实用性指明确数控机床来解决生产中的哪一个或哪几个问题。2.经济性指所选用的数控机床在满足加工要求的条件下，所支付的代价是最经济的或者是较为合理的。3.可操作性指用户选用的数控机床要与本企业的操作和维修水平相适应。4.稳定可靠性指机床本身的质量，选择名牌产品能保证数控机床工作时稳定可靠。下一页返回3.1数控机床的选购3.1.2数控机床选购时需考虑的因素

1.确定要加工的零件用成组技术（GT）是较科学的方法，其基础是相似性。将结构、几何形状、尺寸、材料、毛坯形状、加工表面加工精度等近似的零件，用分类编码的方法划分零件族，制定成组工艺，使之有可能简化编程，减少机床调整时间，减少工装、刀具、量具数量等，从而取得更大效益。世界上CT的分类编码系统很多。我国原机械工业部组织制定的JLBM-1分类编码系统，如图3-1所示。下一页返回上一页3.1数控机床的选购2.选择数控机床的种类数控机床的类型、规格繁多，不同类型的数控机床都有其不同的使用范围和使用要求，每一种数控机床都有其最佳典型零件的加工。如加工轴类零件，选用数控车床；加工板类，即箱盖、壳体和平面凸轮等零件，则应选用立式加工中心或数控铣床；加工复杂箱体类，即箱体、泵体、壳体等零件，则应选用卧式加工中心。另外，当工件只需要钻削或只需要铣削时，就不要购买加工中心；能用数控车床加工的零件就不要用车削中心；能用三轴联动的机床加工零件就不要选用四轴或五轴联动的机床。下一页返回上一页3.1数控机床的选购3.选择数控系统数控技术经过半个多世纪的发展，世界上数控系统的种类、规格非常之多。为了与机床相匹配，在选择数控系统时应注意以下几方面。（1）根据数控机床类型选择相应的数控系统数控系统有适用于车、铣、镗、磨、冲压、造型等加工类别，所以应有针对性地进行选择。

下一页返回上一页3.1数控机床的选购（2）根据数控机床的设计指标选择数控系统往往是具备基本功能的系统较便宜，而选择功能却较昂贵。（3）数控系统时要考虑周全订购时应把所需的系统功能一次订齐，不能遗漏，对于那些价格增加不多，但对使用会带来方便的功能，应当配置齐全。另外，选用数控系统及机床的种类不宜过多、过杂，否则会给使用、维修带来极大困难。下一页返回上一页3.1数控机床的选购4.选择数控机床的规格数控机床规格的选择，应结合确定的典型零件尺寸，选用相应的规格以满足加工典型零件的需要。数控机床的主要规格包括工作台面的尺寸、坐标轴数及行程范围、主轴电动机功率和切削扭矩等。在选择数控机床的规格时要注意机床的型号。

下一页返回上一页3.1数控机床的选购5.选择数控机床的精度要选择数控机床的精度等级，应根据典型零件关键部位加工精度的要求来决定。影响机械加工精度的因素很多，如机床的制造精度、插补精度、伺服系统的随动精度以及切削温度、切削力、各种磨损等。而用户在选用机床时，主要应考虑综合加工精度是否能满足加工的要求。下一页返回上一页3.1数控机床的选购目前，世界各国都制定了数控机床的精度标准。机床生产厂商在数控机床出厂前大都按照相应标准进行了严格的控制和检验。实际上机床制造精度都是很高的。实际精度均有相当的储备量，即实际允差值比标准的允差值压缩20％左右。在各项精度标准中，最主要的是定位精度、重复定位精度，对于加工中心和数控铣床，还有一项铣圆精度，如表3-1所示。下一页返回上一页3.1数控机床的选购6.刀具系统1）刀柄系统（1）加工中心常用刀柄分类见表3-2。模块式工具系统初始投资大，机床台数较多或零件品种较多时，可能划算。非模块式工具系统单件刀具价格低，若所购品种不多并且可多台机床共用、多种零件共用，可能划算。作决定时必须仔细分析与计算。另外，采用刀柄标准要统一，可节约开支，便于管理。考察刀具生产厂的质量、信誉和经营管理情况也很重要。加工中心上还有一些特殊刀柄，见表3-3。

下一页返回上一页3.1数控机床的选购（2）数控车床用刀柄的特点比较见表3-4。（3）用于车削中心的动力刀具刀柄，刀柄尾部有驱动齿轮，驱动刀具轴旋转。刀具轴上可装各种刀具，特点见表3-5。2）刀库类型和刀库容量的选择（1）车床多用刀库盘，盘上有8~12个刀座位，车削中心可有2~3个刀库盘。（2）加工中心的刀库类型繁多，刀库容量为8~120把，见表3-6。加工中心上的新型刀库见表3-7。下一页返回上一页3.1数控机床的选购（3）在选择刀库容量时，需要对整个零件组的加工内容进行分析，统计需要用的刀具数，刀具过多则用机械手换刀出故障的机率大，工序适当分散和采用复合刀具可减少刀具数，用复合刀具还可提高加工效率，值得考虑。表3-8给出的刀库容量可作参考，刀库容量30把可覆盖85%的工件。下一页返回上一页3.1数控机床的选购7.选择功能及附件的选择选购数控机床时，除了认真考虑它应具备的基本功能及基本件外，还可选择随机程序编制、运动图形显示、人机对话程序编制等功能和自动测量装置、接触式测头、红外线测头、刀具磨损和破损检测等附件。8.选择机床制造厂目前，各品牌机床制造商已普遍重视产品的售前、售后服务，协助用户对典型工件作工艺分析，进行加工、可行性工艺试验及承担成套技术服务，包括工艺装备设计、程序编制、安装调试、试切工件、直至全面投入生产等一条龙服务。

下一页返回上一页3.1数控机床的选购9.经济性分析1）投资计算由会计人员进行，计算方法较多，常用的有：（1）利润率投资获益与占用资金之比。一定时期的利润率=

平均利用率=下一页返回上一页3.1数控机床的选购（2）回收期投资额II=式中：I为投资额；t为处数；At为t年折旧费；Gt为t年的收益；m为回收期（年）。回收期计算方法有多种，这里可以采用平均计算法。回收期=（年）

下一页返回上一页3.1数控机床的选购2）无法量化的费用数控机床具有更大的柔性，适应“适时制造”或“订单制造”。力争更少的废品损失，更少的检查费用，更短的生产周期，需要的操作工数减少（例如实行多机床管理），要支付较大的人员培训费用，维护费用较高。3）投资心理用数控机床建立声誉。乐于试用先进设备。下一页返回上一页3.1数控机床的选购10.机床的噪声和造型对于机床噪声，各国都有明确的标准。对杂音控制也提出了要求。即机床运转时，除噪声等级不允许超标外，还不应该有不悦耳杂音产生。不悦耳杂音一般指虽不超出噪声标准规定的等级，但是却可以听到的怪异音响。机床造型也可以统称为机床的观感质量，机床造型技术是人机工程学在机床行业的实际应用。机床造型对工业安全、人体卫生和生产效率产生着潜在的，但又非常重要的影响。返回上一页3.2数控机床的安装3.2.1对安装地基和安装环境的要求根据该制造厂提供的机床安装地基图进行施工。在安装前要考虑机床重量和重心位置、与机床连接的电线、管道的铺设、预留地脚螺栓和预埋件的位置。地基平面尺寸不应小于机床支承面积的外廓尺寸，并考虑安装、调整和维修所需尺寸。机床的安装位置应远离各种干扰源。应避免阳光照射和热辐射的影响，其环境温度和湿度应符合说明书的规定。机床绝对不能安装在产生粉尘的车间里。另外，机床旁应留有足够的工件运输和存放空间。机床与机床、机床与墙壁之间应留有足够的通道。下一页返回3.2数控机床的安装3.2.2数控机床的安装步骤1.拆箱拆箱前应仔细检查包装箱外观是否完好无损。2.就位机床的起吊应严格按说明书上的吊装方法进行。注意机床的重心和起吊位置。

3.找平按照机床说明书调整机床的水平精度。机床放在基础上，应在自由状态下找平，然后将地脚螺栓均匀地锁紧。上一页下一页返回3.2数控机床的安装4.清洗除各部件因运输需要而安装的紧固工件（如紧固螺钉、连接板、楔铁等）外，应清洗各连接面、各运动面上的防锈涂料，清洗时不能使用金属或其它坚硬刮具。5.连接1）机床解体零件及电缆、油管和气管的连接。2）机床数控系统的连接。（1）数控系统的开箱检查（2）外部电缆的连接（3）电源线的连接。

上一页下一页返回3.2数控机床的安装6.确认1）输入电源电压、频率及相序的确认（1）输入电源电压和频率确认。我国供电制式是交流380V，三相；交流220V，单相，频率为50Hz。（2）电源电压波动范围的确认。检查用户的电源电压波动范围是否在数控系统允许的范围之内。一般数控系统允许电压波动范围为额定值的85~110%，

上一页下一页返回3.2数控机床的安装（3）输入电源电压相序的确认。目前数控机床的进给控制单元和主轴控制单元的供电电源，大都采用晶阐管控制元件，如果相序不对，接通电源，可能使进给控制单元的输入熔丝烧断。检查相序的方法很简单，一种是用相序表测量，如图3-2a所示，当相序接法正确时相序表按顺时针方向旋转，否则就是相序错误，这时可将R、S、T中任意两条连接电线对调一下位置就行了。另一种是用双线示波器来观察二相之间的波形，如图3-2b所示，二相在相位上相差1200。上一页下一页返回3.2数控机床的安装（4）确认直流电源输出端是否对地短路。各种数控系统内部都有直流稳压电源单元，为系统提供所需的+5V，±15V，±24V等直流电压。

（5）接通数控柜电源，检查各输出电压。在接通电源之前，为了确保安全，可先将电动机动力线断开。这样，在系统工作时不会引起机床运动。但是应根据修理说明书的介绍对速度控制单元作一些必要性的设定，不致因断开电动机动力线而造成报警。接通数控柜电源后，首先检查数控柜内各风扇是否旋转，这也是判断电源是否接通的最简便方法。随后检查各印制电路板上的电压是否正常，各种直流电压是否在允许的范围之内。上一页下一页返回3.2数控机床的安装（6）检查各熔断器。熔断器是设备的“卫士”，时时刻刻保护着设备的安全。除供电主线路上熔断器外，几乎每一块电路板或电路单元都装有熔断器，当过负荷、外电压过高或负载端发生意外短路时，熔断器能马上被熔断而切断电源，起到保护设备的作用，所以一定要检查熔断器的质量和规格是否符合要求。上一页下一页返回3.2数控机床的安装2）短路棒的设定和确认。数控系统内的印制电路板上有许多用短路棒短路的设定点，需要对其适当设定以适应各种型号机床的不同要求。一般来说，用户购入的整台数控机床，这项设定已由机床厂完成，用户只需确认一下即可。但对于单体购入的数控装置，用户则必须根据需要自行设定。主要设定内容有以下三个方面。

上一页下一页返回3.2数控机床的安装（1）控制部分印制电路板上的设定。包括主板、ROM板、连接单元、附加轴控制板、旋转变压器或感应同步器的控制板上的设定。（2）速度控制单元电路板上的设定。在直流速度控制单元和交流速度控制单元上都有许多设定点，这些设定用于选择检测元件的种类、回路增益及各种报警。（3）主轴控制单元电路板上的设定。无论是直流或是交流主轴控制单元上，均有一些用于选择主轴电动机电流极性和主轴转速等的设定点。上一页下一页返回3.2数控机床的安装3）数控系统各种参数设定的确认。设定数控系统参数，包括PLC参数等的目的，是当数控装置与机床相连时，能使机床具有最佳的工作性能。4）确认数控系统与机床间的接口。现代的数控系统一般都有自诊断功能，在CRT画面上可以显示数控系统与机床接口以及数控系统内部的状态。在带有可编程控制器PLC时，可以反映出从NC到PLC，从PLC到机床（MT），以及从MT到PLC，从PLC到NC的各种信号状态。

上一页下一页返回3.2数控机床的安装完成上述步骤，可以认为数控系统已经调整完毕，具备了机床联机通电调试的条件。此时，可以切断数控系统的电源，连接电动机的动力线，恢复报警设定，准备通电调试。上一页返回3.3数控机床的调试3.3.1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。

下一页返回3.3数控机床的调试2.CNC电箱检查打开CNC电箱门，检查各类插座，包括各类接口插座、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。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（弹簧垫圈要压平）。各电机插座一定要拧紧。下一页返回上一页3.3数控机床的调试4.电磁阀检查所有电磁阀都要用手推动数次，以防止长时间不通电造成的动作不良。如发现异常，应做好记录，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性及固定是否牢固。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，发现有误应立即处理。检查CRT单元上的插座及接线。下一页返回上一页3.3数控机床的调试7.地线检查要求有良好的地线。外部保护导线端子与电器设备任何裸露导体零件和机床外壳之间的电阻数值不能大于0.1Ω，机床设备接地电阻一般要求小于4Ω。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。下一页返回上一页3.3数控机床的调试3.3.2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是否正确，润滑、液压等处的油标指示以及机床照明灯是否正常。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。下一页返回上一页3.3数控机床的调试2.测量强电各部分的电压特别是供CNC及伺服单元用的电源变压器的初、次级电压，并做好记录。3.观查有无漏油特别是供转塔转位、卡紧、主轴换档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。下一页返回上一页3.3数控机床的调试下一页返回上一页3.3.3CNC系统电箱通电1.按CNC电源通电按钮，接通CNC电源。观查CRT显示，直到出现正常画面为止。如果出现ALARM显示，应该寻找故障并排除。此时应重新送电检查。2.打开CNC电箱，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，并做好记录。3.将状态开关置于适当的位置，如日本FANUC系统应放置在MDI状态，选择到参数页面，逐条逐位地核对参数，这些参数应与随机所带参数表符合。3.3数控机床的调试下一页返回上一页4.将状态选择开关放置在JOG位置，将点动速度放在最低档，分别进行各坐标正、反方向的点动操作，同时用手按与点动方向相应的超程保护开关，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正确性。5.将状态开关置于回零位置，完成回零操作，无特殊说明时，一般数控机床的回零方向是在坐标的正方向，观察回零动作的正确性。3.3数控机床的调试下一页返回上一页6.将状态开关置于JOG位置或MDI位置，进行手动变档（变速）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，观察主轴运转情况和速度显示的正确性，然后再逐渐升速到最高速度，观察主轴运转的稳定性。7.进行手动导轨润滑试验，使导轨有良好的润滑。8.逐步变化快移超调开关和进给倍率开关，随意点动刀架，观察速度变化的正确性。3.3数控机床的调试下一页返回上一页3.3.4手动数据输入试验1.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，并查看主轴速度显示值，调整误差范围在±5%之内。（此时对主轴调速系统应进行相应的调速）2.进行转塔或刀座的选刀试验，以检查刀座正转、反转和定位精度的正确性。3.功能试验用手动数据输入方式指令G01、G02、G03并指定适当的主轴转速、F码、移动尺寸等，同时调整进给倍率开关，观察功能执行情况及进给率变化情况。3.3数控机床的调试下一页返回上一页4.给定螺纹切削指令，而不给主轴转速指令，观察执行情况，如不能执行则为正确，因为螺纹切削要靠主轴脉冲发生器的同步脉冲。然后增加主轴转动指令，观察螺纹切削的执行情况。（除车床外，其它机床不进行此项实验。）5.根据定货的情况不同，循环功能也不同，可根据具休情况对各个循环功能进行试验。为防止意外情况发生，最好先将机床锁住进行试验，然后再放开机床进行试验。3.3数控机床的调试下一页返回上一页3.3.5编辑功能试验

将状态选择开关置于EDIT位置，自行编制一简单程序，尽可能多地包括各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，同时进行程序的增加、删除和修改。3.3数控机床的调试下一页返回上一页3.3.6自动状态试验将机床锁住，用上一步编制的程序进行空运转试验，验证程序的正确性。然后放开机床分别将进给倍率开关、快移修调开关、主轴速度修调开关进行多种变化，使机床在上述各开关的多种变化的情况下进行充分地运行后再将各超调开关置于100%处，使机床充分运行，观察整机的工作情况是否正常。3.3数控机床的调试返回上一页3.3.7外设试验1.连接打印机，将程序和参数打印出来，验证辅助接口的正确性。参数表保存以备用。2.将计算机与CNC相连，将程序输入CNC，确认程序并执行一次，验证输入接口正确性。至此，一台数控机床才算调试完毕。当然，由于数控机床型号不同，开机调试步骤也略有不同，上述步骤仅供参考。3.4数控机床的验收3.4.1验收依据依据是相关标准及合同约定。相关的国内标准：GB/T17421.1-1998机床检验通则第1部分，在无负荷或精加工条件下机床的几何精度。GB/T16462-1996数控卧式车床精度检验。GB/T4020-1997卧式车床精度检验。JB/T8324.2-1996简式数控卧式车床技术条件。JB/T8324.1-1996简式数控卧式车床精度。JB/T8771.1-1998加工中心检验条件第1部分：卧式和带附加主轴头机床的几何精度检验(水平主轴)。下一页返回下一页返回上一页JB/T8771.4-1998加工中心检验条件第4部分：线性和回转轴线的定位精度和重复定位精度检验。JB/T8771.5-1998加工中心检验条件第5部分：工件夹持托板的定位精度和重复定位精度检验。JB/T8771.7-1998加工中心检验条件第7部分：精加工试件精度检验。JB/T6561-1993数控电火花线切割机导轮技术条件。JB/T8832-2001机床数字控制系统通用技术条件。JB/T8329.1-1999数控床身铣床精度检验。3.4数控机床的验收下一页返回上一页3.4数控机床的验收3.4.2开箱检验和外观检查数控机床到厂后，设备管理部门要及时组织有关人员开箱检验。参加检验的人员应包括设备管理人员和设备安装人员、设备采购员等。如果是进口设备，还须有进口商务代理、海关商检人员等。检验的主要内容有：下一页返回上一页3.4数控机床的验收（1）装箱单。（2）核对应有的随机操作、维修说明书、图样资料、合格证等技术文件。（3）按合同规定，对照装箱单清点附件、备件、工具的数量、规格及完好状况。（4）检查主机、数控柜、操作台等有无明显撞碰损伤、变形、受潮、锈蚀等，并逐项如实填写“设备开箱验收登记卡”存档。下一页返回上一页3.4数控机床的验收3.4.3精度检验数控机床精度分为几何精度、定位精度和切削精度三类。1.几何精度检验数控机床的几何精度检验，又称静态精度检验，是综合反映机床的各关键零部件及其组装后的几何形状误差。数控机床的几何精度检验和普通机床的几何精度检验在检测内容、检测工具及检测方法上基本类似，只是检测要求更高。下一页返回上一页3.4数控机床的验收普通立式加工中心几何精度检验的主要内容有以下几项：（1）工作台面的平面度；（2）各坐标方向移动的相互垂直度；（3）X、Y坐标方向移动时工作台面的平行度；（4）X坐标方向移动时工作台面T形槽侧面的平行度；（5）主轴的轴向窜动；（6）主轴孔的径向跳动；（7）主轴箱沿Z坐标方向移动时主轴轴心线的平行度；（8）主轴回转轴心线对工作台面的垂直度；（9）主轴箱在Z坐标方向移动的直线度。下一页返回上一页3.4数控机床的验收卧式机床要比立式机床要求多几项与平面转台有关的几何精度。可以看出，第一类精度要求是机床各运动大部件如床身、立柱、溜板、主轴箱等运动的直线度、平行度、垂直度的要求；第二类是对执行切削运动主要部件主轴的自身回转精度及直线运动精度(切削运动中进刀)的要求。因此，这些几何精度综合反映了该机床的机械坐标系的几何精度和代表切削运动的部件主轴在机械坐标系的几何精度。下一页返回上一页3.4数控机床的验收2.定位精度检验数控机床定位精度，是指机床各坐标轴在数控系统控制下运动所能达到的位置精度。数控机床的精度又可以理解为机床的运动精度。普通机床由手动进给，定位精度主要决定于读数误差，而数控机床的移动是靠数字程序指令实现的，故定位精度决定于数控系统和机械传动误差。机床各运动部件的运动是在数控装置的控制下完成的，各运动部件在程序指令控制下所能达到的精度直接反映加工零件所能达到的精度，所以，定位精度是一项很重要的检测内容。下一页返回上一页3.4数控机床的验收定位精度主要检测的内容为：直线运动定位精度、直线运动重复定位精度、直线运动轴机械原点的复归精度、直线运动失动量的检测、回转运动的定位精度、回转运动的重复运动定位精度、回转运动失动量的检测、回转轴原点的复归精度。测量直线运动的检测工具有：测微仪和成组块规、标准刻度尺、光学读数显微镜和双频激光干涉仪等。标准长度测量以双频激光干涉仪为准。回转运动检测工具有：360齿精确分度的标准转台或角度多面体、高精度圆光栅及平行光管等。下一页返回上一页3.4数控机床的验收1）直线运动定位精度检测直线运动定位精度一般都在机床和工作台空载条件下进行。按国家标准和国际标准化组织的规定（ISO标准），对数控机床的检测，应以激光测量为准，如图3-3a所示。在没有激光干涉仪的情况下，可以用标准刻度尺，配以光学读数显微镜进行比较测量，如图3-3b所示。但是，测量仪器精度必须比被测的精度高1~2个精度等级。为了反映出多次定位中的全部误差，ISO标准规定每一个定位点按五次测量数据算平均值和散差±3σ，这时的定位精度曲线，是一个由各定位平均值连贯起来的一条曲线加上±3σ散差带构成的定位点散差带，如图3-4所示。下一页返回上一页3.4数控机床的验收2）直线运动重复定位精度检测