数控机床的日常维护与维修文档格式.docx
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除数控铣削加工之外的数控线切割、数控电火花成型、数控车削、数控磨削等的数控编程各有其特点，伺服系统的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动。
具体有以下部分构成：
（1）主机
他是数控机床的主体，包括机床身、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。
（2）数控装置
是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）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。
（3）驱动装置
他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。
他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。
当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。
辅助装置：
（4）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，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。
它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。
1.2数控机床的产生和发展
（1）数控机床产生的背景
数控机床使传统的机械加工工艺发生了质的飞跃。
这个飞跃的本质就在于用数控系统实现了加工过程的自动化操作。
随着科学技术和社会生产力的迅速发展，对机械产品的质量、性能、生产力和成本提出了越来越高的要求，机械加工工艺过程的自动化成为满足上述要求的最重要的途径之一。
为此，人们采用自动机床、组合机床、专用机床组成的自动或半自动生产线，用多刀、多工位和多面同时加工，形成了大批量生产方式，实现了单一产品零件的高效率和高度自动化的生产。
然而，采用这种自动和高效率的设备，需要很大的初期投资及较长的生产准备周期，只有在大批大量的生产条件下（如汽车、拖拉机、家用电器等零件的生产），才会有显著的经济效益。
在机械制造业中，并不是所有的产品都具有很大的批量，单件、小批量生产的零件约占机械加工总量的80％左右。
尤其是航空、航天、机床、重型机械和军工产品，不仅加工批量小，而且加工的零件形状复杂、精度要求也很高。
如果仍采用专用化程度很高的自动化机床就显得不合理了，而且调整或改装专用的“刚性”自动化生产线投资很大、周期长，有时从技术上讲甚至是不可能实现的。
因此，为了保持企业产品长期的市场份额，即便是大量生产的企业，也必须改变。
产品长期一成不变的传统做法。
这样，“刚性”的自动化生产方式在批量生产中日益暴露其不适应性。
（2）数控机床的发展
随着微电子技术、信息处理技术、数据处理技术及电子计算机的发展，给自动化技术带来了新的理念，推动了机械制造自动化的发展。
20世纪50年代随着机械制造业和控制技术的发展，诞生了数控技术，它使传统的机械制造业重放光辉。
1952年，以MIT研制的三坐标数控系统为标志，诞生了第一代数控系统，系统全部采用电子管元件，逻辑运算与控制采用硬件电路完成。
第二代数控系统，以晶体管元件和印刷电路板广泛应用于数控系统为标志。
1965年由于小规模集成电路的出现，使其体积变小，功耗降低，数控系统的可靠性得以进一步提高，发展到了第三代。
以上三代都属于硬件逻辑数控系统，称为NC（NumericalControl）。
20世纪70年代初，随着计算机技术的发展，小型计算机逐渐取代专用数控计算机，数控的许多功能由软件程序实现。
1970年，在美国芝加哥国际机床展览会上首次展出了采用小型计算机的计算机数控CNC（ComputerNumericalControl）装置，数控系统发展到了第四代。
1974年，美、日等国研制出以微处理器为核心的第五代数控系统。
其后10多年中，大规模集成电路的进一步发展，使微处理器的性能不断提高，软件功能日益增强，CNC系统随着外围电路和接口配置的不断完善，以及软件技术在交互式人机对话中和图形处理显示技术方面取得的成就而得到发展。
数控车床发展方向随着柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，对数控加工技术提出了更高要求。
当今数控机床信息化正朝着以下几个方面发展：
①高速度、高精度化；
②智能化；
③基于CAD和CAM的数控编程自动化；
③发展可靠性最大化。
（3）数控机床的发展趋势
数控机床不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，对关系国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，这些行业的数字化已是现代发展的大趋势。
1）高速高精高效化。
速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。
2）柔性化。
包含两方面：
数控系统本身的柔性，采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；
群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整从而最大限度地发挥群控的效能。
3）工艺复合性和多轴化。
以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。
4）智能化。
智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：
为追求加工效率和加工质量方面的智能化，为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；
还有智能诊断、智能监控、系统的诊断及维修等。
5）开放化。
所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化并方便地将用户的特殊应用和技术诀窍（Knowhow）集成到控制系统中，实现不同品种、不同档次的开放式数控系12-6-242/2统。
6）网络化。
数控机床的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。
数控机床加工正向网络化方向发展的趋势。
当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。
世界上各发达国家还将数控机床列为国家的战略物资，采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。
总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。
第二章数控机床常见事故分析
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、调整处理不当引起的，这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，另一个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。
特别是对那些带计算机硬盘保存数据的系统。
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，必须要返回到参考点。
即当用手动方式将各轴移到非干涉区外后，再使各轴返回参考点。
否则，可能发生撞车事故。
所以，每天加工完后，最好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。
这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都有故障诊断功能或信息报警。
维修人员可利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，但并不能反映故障的真实原因。
这时需根据报警信息和故障现象来分析解决。
例2：
我厂一车削单元采用的是SINUMERIK840C系统。
机床在工作时突然停机。
显示主轴温度报警。
经过对比检查，故障出现在温度仪表上，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“9160NOPARTWITHGRIPPER1CLOSEDVERIFYV14-5”。
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。
随后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轴快速移动时就出现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轴快速移动时就报警。
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：
操作者操作不当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如何也开不了机，工作方式一转到自动方式下就报警“EMPTYINGSELECTEDMOOESELECTOR”。
加工完工件后，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个模式开关位置错了。
所以，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。
还有些故障不产生故障报警信息，只是动作不能完成，这时就要根据维修经验、机床的工作原理和PLC运行状况来分析判断了。
对于数控机床的修理，重要的是发现问题。
特别是数控机床的外部故障。
有时诊断过程比较复杂，但一旦发现问题所在，解决起来比较简单。
对外部故障诊断应遵从以下两条原则。
首先要熟练掌握机床的工作原理和动作顺序。
其次，要会利用PLC梯形图。
NC系统的状态显示功能或机外编程器监测PLC的运行状态，一般只要遵从以上原则，小心谨慎，一般的数控故障都会及时排除。
第三章其他数控机床的维修和注意事项
数控机床种类多，各类数控机床因其功能，结构及系统的不同，各具不同的特性。
其维护保养的内容和规则也各有其特色，具体应根据其机床种类、型号及实际使用情况，并参照机床使用说明书要求，制订和建立必要的定期、定级保养制度。
下面是一些常见、通用的日常维护保养要点。
（1）严格遵守操作规程和日常维护制度
数控设备操作人员要严格遵守操作规程和日常维护制度，操作人员的技术业务素质的优劣是影响故障发生频率的重要因素。
当机床发生故障时，操作者要注意保留现场，并向维修人员如实说明出现故障前后的情况，以利于分析、诊断出故障的原因，及时排除。
（2）防止灰尘污物进入数控装置内部
在机加工车间的空气中一般都会有油雾、灰尘甚至金属粉末，一旦它们落在数控系统内的电路板或电子器件上，容易引起元器件间绝缘电阻下降，甚至导致元器件及电路板损坏。
有的用户在夏天为了使数控系统能超负荷长期工作，采取打开数控柜的门来散热.
应该检查数控柜上的各个冷却风扇工作是否正常。
每半年或每季度检查一次风道过滤器是否有堵塞现象，若过滤网上灰尘积聚过多，不及时清理，会引起数控柜内温度过高。
80年代以前生产的数控机床，大多带有光电式纸带阅读机，如果读带部分被污染，将导致读入信息出错。
为此，必须按规定对光电阅读机进行维护。
直流电动机电刷的过度磨损，会影响电动机的性能，甚至造成电动机损坏。
为此，应对电动机电刷进行定期检查和更换。
数控车床、数控铣床、加工中心等，应每年检查一次。
一般数控系统内对CMOSRAM存储器件设有可充电电池维护电路，以保证系统不通电期间能保持其存储器的内容。
在一般情况下，即使尚未失效，也应每年更换一次，以确保系统正常工作。
电池的更换应在数控系统供电状态下进行，以防更换时RAM内信息丢失。
备用的印制电路板长期不用时，应定期装到数控系统中通电运行一段时间，以防损坏。
定期调整主轴驱动带的松紧程度，防止因带打滑造成的丢转现象；
检查主轴润滑的恒温油箱、调节温度范围，及时补充油量，并清洗过滤器；
主轴中刀具夹紧装置长时间使用后，会产生间隙，影响刀具的夹紧，需及时调整液压缸活塞的位移量。
定期检查、调整丝杠螺纹副的轴向间隙，保证反向传动精度和轴向刚度；
定期检查丝杠与床身的连接是否有松动；
丝杠防护装置有损坏要及时更换，以防灰尘或切屑进入。
严禁把超重、超长的刀具装入刀库，以避免机械手换刀时掉刀或刀具与工件、夹具发生碰撞；
经常检查刀库的回零位置是否正确，检查机床主轴回换刀点位置是否到位，并及时调整；
开机时，应使刀库和机械手空运行，检查各部分工作是否正常，特别是各行程开关和电磁阀能否正常动作.
定期对各润滑、液压、气压系统的过滤器或分滤网进行清洗或更换；
定期对液压系统进行油质化验检查、添加和更换液压油；
定期对气压系统分水滤气器放水。
定期进行机床水平和机械精度检查并校正。
机械精度的校正方法有软硬两种。
其软方法主要是通过系统参数补偿，如丝杠反向间隙补偿、各坐标定位精度定点补偿、机床回参考点位置校正等；
硬方法一般要在机床大修时进行，如进行导轨修刮、滚珠丝杠螺母副预紧调整反向间隙等。
数控设备是一种自动化程度高、结构较复杂的先进加工设备，要充分发挥数控设备的高效性，就必须正确的操作和精心的维护保养，以保证设备的正常运行和高的利用率。
其集机、电、液于一身，因此数控设备对维修维护人员要求较高，除本文所提到常规维护保养外，还应根据具体数控设备的详细操作说明手册作具体的专门维护和保养.多功能化数控机床正向一机多能的方向发展，这样可以最大限度地提高设备的利用率。
如数控加工中心（Machiningcenter，MC）配有机械手和刀具库，工件一经装夹，数控系统就能控制机床自动地更换刀具，连续对工件的各个加工面自动地完成铣削、镗削、铰孔、扩孔及攻螺纹等多工序加工，从而避免多次装夹所造成的定位误差。
这样减少了设备台数、工夹具和操作人员，节省了占地面积和辅助时问。
为了提高效率，新型数控机床在控制系统和机床结构上也有所改革。
例如，采取多系统混合控制方式，用不同的切削方式（车、钻、铣、攻螺纹等）同时加工零件的不同部位等。
现代数控系统控制轴数多达15轴，同时联动的轴数已达到6轴。
（3）智能化数控机床应用高技术的重要目标是智能化
①引进自适应控制技术。
自适应控制技术（AdaptiveControl，AC）的目的是要求在随机的加工过程中，通过自动调节加工过程中所测得的工作状态、特性，按照给定的评价指标自动校正自身的工作参数，以达到或接近最佳工作状态。
通常数控机床是按照预先编好的程序进行控制，但随机因素，如毛坯余量和硬度的不均匀、刀具的磨损等难以预测。
为了确保质量，势必在编程时采用较保守的切削用量，从而降低了加工效率。
AC系统可对机床主轴扭矩、切削力、切削温度、刀具磨损等参数值进行自动测量，并由CPU进行比较运算后发出修改主轴转速和进给量大小的信号，确保AC处于最佳的切削用量状态，从而在保证质量条件下使加工成本最低或生产率最高。
Ac系统主要在宇航等工业部门用于特种材料的加工。
②附加人机会话自动编程功能。
建立切削用量专家系统和示教系统，从而达到提高编程效率和降低对编程人员技术水平的要求。
③具有设备故障自诊断功能。
数控系统出了故障，控制系统能够进行自诊断，并自动采取排除故障的措施，以适应长时间无人操作环境的要求。
④小型化蓬勃发展的机电一体化设备，对数控系统提出了小型化的要求，体积小型化便于将机、电装置合为一体。
日本新开发的Fsl6和Fsl8都采用了三维安装方法，使电子元器件得以高密度地安装，大大缩小了系统的占有空间。
此外，它们还采用了新型TFT彩色液晶薄型显示器，使数控系统进一步小型化，这样可以更方便地将它们装到机械设备上。
⑤高可靠性数控系统比较贵重，用户期望发挥投资效益，因此要求设备具有高可靠性。
提高可靠性，通常可采取如下一些措施。
⑥提高线路集成度。
采用大规模或超大规模的集成电路、专用芯片及混合式集成电路，以减少元器件的数量，精简外部连线和减低功耗。
⑦建立由设计、试制到生产的一整套质量保证体系。
例如，采取防电源干扰，输入／输出光电隔离；
使数控系统模块化、通用化及标准化，以便于组织批量生产及维修；
在安装制造时注意严格筛选元器件；
对系统可靠性进行全面的检查考核等。
第四章在实际维修中注意的要点
（1）要多看
①要多看数控资料。
要多看，要了解各种数控系统和PLC可编程序控制器的特点和功能；
要了解数控系统的报警及排除方法；
要了解NC、PLC机床参数设定的含义；
要了解PLC的编程语言；
要了解数控编程的方法；
要了解控制面板的操作和各菜单的内容；
要了解主轴和走刀电机的性能和驱动器的特征等等，往往数控资料一大堆，怎么看？
我认为主要要突出重点，搞清来龙去脉，重点是吃透数控系统的基本组成和结构，掌握方框图。
其余的可以“游览”和通读，但每部分内容要有重点的了解、掌握。
由于数控系统内部线路图相当复杂，而制造商均不提供。
因此也不必详细地搞清楚。
比如NX一154四轴五连动叶片加工机床上采用A一B10系统，要重点了解每部分的作用，各板子的功能，接口的去向，LED灯的含义等。
现在数控系统型号多、更新快，不同的制造厂、不同型号往往差别很大。
要了解其共性与个性（特殊性）。
一般熟悉维修SIEMENS数控系统的人不见得会熟练排除A-B系统的故障，因此，要多看，不断学习、更新知识。
②要多看电气图、消化电气图。
对于每一个电气元件，比如：
接触器、继电器、时间继电器等以及PLC的输入、输出，要在电气图上一一注明。
举一个简单例子来说，比如1A1为液压泵电机1M启动的接触器，一般在图下注出其常开、常闭触点的去向。
因此，可对其对应的某页上的常开或常闭触点1A1，注明内容为液压泵电机开，对于大型的数控机床的电气图有几十页，甚至上百页。
要看懂表明每个元件的功能要化很长时间。
有时，一、二次看可能还搞不清楚该元件的作用，要多看等以后消化后再写上。
因此，刚才讲到的启动液压泵电机1M，也应清楚标明是PLC的哪一外输出带动接触器1A1动作的，要做到来龙去脉，一清二楚。
而对电气线路图中的某些方框图，比如每个轴的驱动器，只是一个方框图，只要了解某控制条件（通断情况），对于详细的东西等可等有空再研究、考虑。
各个国家的电气符号是不一样的，就首先要清楚了解。
对于制造厂所编写的厚厚的几本PLC语句表，也要多看，掌握其编程语言，在看懂的基础上进行中文注译。
这样可以大大节省以后排除故障的时间，如果等发生故障再去熟悉了解电气图，PLC语句表，势必要化费大量时间，还往往会造成错误的判断。
③要多看液压、气动图，并深入消化之 对于数控机床的机械、液压、气动图，要搞清楚其作用和来龙去脉。
并在图纸上一一注明，比如德国COBURG数控龙门铣附件、刀具安装动作比较复杂，要分解其图，如锁紧刀具是由哪个电磁阀动作的？
对应的PLC输出、输入是哪几个？
在图上写明，这样从电气到机械动作一竿到底，同时特别对机、电关系比较密切的部分要重点了解，比如意大利INNSE数控搪铣床采用电液比例阀技术，要重点了解其作用和功能，特别要了解其调整方法及调整数据，静态和动态时比例阀电流及对应的平衡泵的压力，既懂电又懂机，机电一体化，掌握多种本领，这样解决问题的本领就大了。
④要多看外文，要提高自己专业外文的阅读能力。
不懂得外文，特别是英语。
就无法看懂大量的外文技术资料，单依靠翻译，往往是不太理想。
看外文版的技术资料，开始时比较吃力，生字多，多看多记后，常用的专业单词也只有这样多，以后看起来就流畅了，一个称职的维修人员要基本掌握语言工具。
（2）要多问
①要多问外国专家。
如果你能有出国培训的机会或者外国专家来你厂安装调试机床，你最好有机会参
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