新数控设备的应用和维护.docx
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新数控设备的应用和维护
数控设备的应用和维护
一、数控设备的选用
在当前机械制造业中，随着数控设备和各相关配套技术的发展，企业越来越多地选用数控机床，以提高企业机床设备数控化率及企业的生产能力和产品竞争力。
但是如何从品种繁多、价格昂贵的设备中选择适用的设备，为企业十分关心的问题。
以下介绍选择数控机床时应考虑的一些问题：
1、控机床投资考虑
从提高机床设备数控化率的途径来说，它可分为购置新的整台数控机床和进行机床数控改造两大方案。
它与企业现有设备状况、技术力量、经济实力等有关。
比如对于一些老企业，由于设备役龄年限较长，如果采用全部报废更新，需要大量的投资。
这时可以通过对部分机床进行大修，恢复其机械精度，再配上合适的数控系统及其他有关附件，使其成为能满足产品加工要求的数控机床。
这样做只需花较少的钱，达到数控自动加工的要求，同时通过机床数控改造，也可较好地培养和增强企业自身对数控机床维修和设备管理的技术力量。
对于购置新的整台数控机床，目前按价格和功能比又可分为经济型和全功能型两大类。
一般经济型数控机床价格为普通机床的2-6倍，而高档的全功能型数控机床要高达十几倍。
因此，要考虑合理化投资背景。
在购置新机床前应拟出在计划购置的机床上要加工零件的种类表，同时回答：
①机床的工作空间应当多大？
②机床必须配备那些装置和具备的性能（驱动功率、刀具数目、控制方式、精度、专用附件）？
③每年有多少时间利用这台机床？
此外，还应制订“期望性工件种类表”，这是按计划需要在购买的机床上加工的全部工件清单。
根据这些工件预期的年产量和每件的加工时间，算出机床每年使用的台时数。
这些数据是这台机床能否充分利用的指标之一，同时也是以后经济计算的依据。
2、床类型的选择
根据所加工零件的几何形状选用相应的数控机床加工，以发挥数控机床的效率和特点。
如加工形状比较复杂的轴类零件和由复杂回转曲线形成的模具内型腔时，应选择数车床；加工箱体、箱盖、平面凸轮、样板、形状复杂的平面或立体零件，以及模具的内外型腔等，应选择立式镗铣床或立式加工中心；加工复杂的箱体类零件、泵体、阀体、壳体等，可选择卧式加工中心或卧式镗铣床。
各种复杂的曲线、曲面、叶轮、模具等，可选用多坐标联动的卧式加工中心。
3、机床精度的选择
所选择的数控机床应能满足零件的加工精度要求。
在满足精度要求的前提下，应尽量选用一般的数控机床，以降低成本。
i.数控系统的选择
所选择的数控机床的数控系统应能满足加工的需要。
一般数控系统生产厂家对系统的评价往往是具备基本功能的系统很便宜，而用户所特定选择的功能却较贵，所以要根据加工要求和机床性能的需要来选择。
另外，在选择数控系统时，应尽量选用企业内已有的数控机床中相同类型的数控系统，这将对今后的操作、编程、维修等都带来较大的方便。
数控系统不同档次的功能及指标见表8－1。
表8－1数控系统不同档次的功能及指标表
功能档次
档次
中档
高档
系统分辨率
10um
10um
0.1um
G00速度
3～8m/min
10～24m/min
24～100m/min
伺服类型
开环及步进电动机
半闭环及直、交流伺服
闭环及直、交流伺服
联动轴数
2～3轴
2～4轴
5轴或5轴以上
通信功能
无
RS-232C或DNC
RS-232C、DNC、MAP
显示功能
数码管显示
CRT：
图形、人机对话
CRT：
三维图形、自诊断
内装PLC
无
有
强功能内装PLC
主CPU
8位、16位CPU
16位、32位CPU
32位、64位CPU
结构
单片机或单板机
单微处理机或多微处理机
分布式多微处理机
ii.机床大小的选择
所选用数控机床的加工范围应能满足零件的需要。
数控机床的主参数及尺寸参数应满足加工需要。
如最大圆弧直径，各坐标方面的行程距离，工作台面的尺寸等是否满足安放工件和夹具的需要及加工要求。
iii.自动换刀装置（ATC）的选择
自动换刀装置（ATC）是加工中心、车削中心和带交换冲头数控冲床的基本特征。
尤其是加工中心，ATC装置的投资往往占整机的30%-50%。
因此，用户应十分重视ATC的工作质量和刀库储存量，ATC的工作质量主要表现为换刀时间和故障率。
经验表明，加工中心故障中有50%以上与ATC有关。
因此用户应在满足使用要求的前提下尽量选用结构简单和可靠性高的ATC，以降低整机的价格。
二、数控设备的安装调试
数控设备的安装、调试和验收是设备前期管理的重要环节。
当机床运到后，首先要进行安装、调试、并进行试运行，精度验收合格后才能交付使用。
多数数控机床都是分解为部件装箱运输，到位后再进行组装和重新调试。
1、数控设备的安装
一般数控设备的安装可按以下步骤进行。
1.开箱核查
数控设备到位后，设备管理部门要及时组织设备管理人员、设备安装人员、以及各采购员等开箱检查，如果是进口设备，还须有进口商务代理海关商检人员等。
检验的主要内容是：
1）装箱单；
2）校对应有的随机操作、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、操作台等有无明显碰撞损伤、变形、受潮、锈蚀等，并填写“设备开箱验收登记卡”存档。
开箱验收如果发现货物损坏或遗漏，应及时与有关部门或外商联系解决。
尤其是进口设备，应注意索赔期限。
2.安装前的准备工作
认真阅读理解设备安装方面资料，了解生产厂家对机床基础的具体要求和组装要求，做好安装前的准备工作。
3.部件组装
机床组装前要把导轨和各滑动面、接触面的防绣涂料清洗干净，把机床各部件，如数控柜、电气柜、立柱、刀库、机械手等组装成整机。
组装时必须使用原来的定位销、定位块等定位元件，以便保证调整精度。
4.油管、气管的连接
根据机床说明书中的电气接线图和气、液压管路图，将有关电缆和管道按标记一一对号接好。
连接时特别要注意可靠的接触及密封，否则试机时，漏油、漏水，给试机带来麻烦。
油管、气管连接中要特别防止异物从接口中进入管路，造成整个液压、气压系统故障。
电缆和管路连接完毕后，做好各管线的固定，安装防护罩壳，保证整齐的外观。
5.数控系统的连接
1）外部电缆的连接主要指数控装置与MDI/CRT单元、强电控制柜、机床操作面板、进给伺服电动机和主轴电动机动力线、反馈信号线的连接等，这些连接必须符合随机提供的连接手册的规定。
地线连接一般采用辐射式接地法，即数控柜中的信号地与强电地、机床地等连接到公共接地点上，公共接地点再与大地相连。
数控柜与强电柜之间的接地电缆的截面积要在5.5mm2以上。
公共接地点与大地接触要好，接地电阻一般要求小于4~7Ω。
2）电源线的连接指数控柜电源变压器输入电缆的连接和伺服变压器绕组抽头的连接。
要注意国外机床生产厂家变压器有多个抽头，连接时必须根据我国供电的具体情况，正确地连接。
6.通电试车前的检查和调整
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的确认我国供电制式是交流380V，三相；交流220V，单相；频率为50HZ。
而有些国家的供电制式与我国不同。
例如日本，交流三相的线电压是220V，单相是100V，频率是60HZ。
他们出口的设备为了满足各国不同的供电情况，一般都配有电源变压器。
变压器上有多个抽头供用户选择使用。
电路板上设有50/60HZ频率转换开关。
所以，对于进口的数控设备或数控系统调整前一定要先读懂随机说明书，通电前要仔细检查输入电源电压是否正确，频率开关是否己置于“50HZ”位置。
（2）电源电压波动范围的确认一般数控系统允许的电压波动范围为额定值的85%-110%，而欧美的一些系统要求更高一些。
如果电源电压波动范围超过数控系统的要求，就必须配备交流稳压电源，否则影响数控机床的精度和稳定性。
（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，大都采用晶闸管控制元件，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。
相序的检查可采用两种方法：
一种是用相序表测量，如图8-1a所示，当相序接法正确时，相序表按顺时针方向旋转，否则错误，这时可将R、S、T中任意两条线对调一下即可。
第二种是用双线示波器来观察二相之间的波形。
如图8-1b所示。
二相在相位上相差120°。
2）确认直流电源输出端是否对地短路，如有短路必须排除，否则会烧坏直流稳压电源单元。
3）接通数控柜电源，检查各输出电压，波动太大会影响系统工作稳定性。
4）检查各熔断器的质量和规格是否符合要求，以保护设备安全。
5）确认数控系统与机床的接口
现代的数控系统一般都具有自诊断功能，在CRT画面上可以显示出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，一般可根据厂家提供的梯形图说明书（内含诊断地址表），通过自诊断画面确认数控系统与机床之间的接口信号状态是否正确。
6）参数的设定
整机购进的数控机床，出厂时，都随机附有一份参数表（有的还附有一份参数纸带或磁带）。
调整时，必须对照参数表进行一次核对，使机床具有最佳工作性能。
一般可通过按压MDI/CRT单元上的“PARAM”（参数）键来进行。
如果参数有不符，可按照机床维修说明书提供的方法进行设定和修改。
通过以上步骤，数控系统调整完毕。
此时，可切断数控系统电源，连接电动机的动力线，恢复报警设定，准备通电试车。
5.通电试车
1）接通电源供电
对于大型设备，为了更加安全，应采取分别供电。
通电后观察无异常现象后，用手动方式陆续起动各部件，检查安全装置是否起作用，能否正常工作，能否达到额定的工作指标。
起动液压系统时，先判断液压泵电动机的转动方向是否正确，液压泵工作后液压管路中是否形成油压，各液压元件是否正常工作，有无异常噪声，各接头有无渗漏，液压系统冷却装置能否正常工作等。
总之，根据机床说明书资料粗略检查机床主要部件，功能是否正常、齐全。
2）在接通电源时，应同时作好按压急停按扭的准备，以便随时准备切断电源。
如伺服电动机的反馈信号接反了或断线，均会出现机床“撞车”现象，这时就需要立即切断电源，检查接线是否正确。
2、机床精度和功能的调试
1）用地脚螺栓和垫铁精调机床床身的水平，找正水平后，移动机床上的立柱、溜板和工作台等，观察各坐标全行程内机床的水平变化情况，并相应调整机床几何精度使之在公差范围之内。
在调整时，主要以调整垫铁为主，必要时可稍微改变导轨上的镶条和预紧滚轮等。
2）调整机械手和主轴、刀库的相对位置。
用手动方式分步进行刀具交换动作，检查抓刀、装刀、拔刀等动作是否准确恰当。
调整中，采用校对检验进行检测，有误差时可调整机械手的行程或移动机械手支座或刀库位置等。
3）带APC交换工作台的机床要把工作台运动到交换位置，调整托盘沿与交换台面的相对位置，达到工作台自动交换时动作平稳、可靠、正确。
然后在工作台面上装上70%~80%的允许负载，进行多次自动交换动作，达到正确无误后紧固各有关螺钉。
4）仔细检查数控系统和PLC装置中参数设定值是否符合随机资料中规定数据，然后试验各主要操作功能、安全措施、常用指令执行情况等。
例如，各种运动方式（手动、点动、自动方式等），主轴换档指令，各级转速指令等是否正确无误。
3、机床试运行
数控机床在安装调试后，应在一定负载或空载下进行较长一段时间的自动运行考验。
国家标准GB9061-88中规定：
自动运行考验的时间，数控车床为连续运转16h，加工中心为连续运转32h。
在自动运行期间，不应发生除操作失误引起以外的任何故障。
如故障排除时间超过了规定时间，则应调整后再次重新进行运转考验。
三、控机床的验收
对于新购置的数控设备，都要对数控装置以及与其配套的进给、主轴伺服驱动单元进行安装、调试及验收。
一般可按以下步骤进行。
1、机床性能及数控功能的检验
1）机床性能的检验
机床性能主要包括主轴系统性能，进给系统性能，自动换刀系统、电气装置、安全装置、润滑装置、气液装置及各附属装置等性能。
不同类型的机床的检验项目有所不同。
数控机床性能的检验与普通机床基本一样，主要是通过“耳闻目睹”和试运转，检查各运动部件及辅助装置在启动、停止和运行中有无异常现象及噪声，润滑系统、冷却系统以及各风扇等工作是否正常。
2）数控功能的检验
数控系统的功能随所配机床类型有所不同，数控功能的检测验收要按照机床配备的数控系统的说明书和订货合同的规定，用手动方式或用程序的方式检测该机床应该具备的主要功能。
数控功能检验主要内容有：
（1）运动指令功能检验快速移动指令和直线插补、圆弧插补指令的正确性。
（2）准备指令功能检验坐标系选择、平面选择、暂停、刀具长度补偿、刀具半径补偿、螺距误差补偿、反向间隙补偿、镜像功能、自动加减速、固定循环及用户宏程序等指令的准确性。
（3）操作功能检验回原点、单程序段、程序段跳读、主轴和进给倍率调整、进给保持、紧急停止、主轴和冷却液的起动和停止等功能的准确性。
（4）CRT显示功能检验位置显示、程序显示、各菜单显示以及编辑修改等功能的准确性。
数控功能检验的最好办法是自己编一个考机程序，让机床在空载下连续自动运行16h或32h。
考机程序可包括以下内容：
考机程序包括以下内容：
（1）主轴转动要包括标称的最低、中间和最高转速在内的五种以上速度的正转、反转及停止运行。
（2）各坐标运动要包括标称的最低、中间和最高进给速度及快速移动，进给移动范围应接近全行程，快速移动距离应在各坐标轴的全行程的1/2以内。
（3）一般自动加工所用的一些功能和代码要尽量用到
（4）自动换刀有应至少交换刀库中三分之一以上的刀号，而且都要装上重量在中等以上的刀柄进行实际交换
（5）必须使用的特殊功能，如测量功能、、APC交换和用户宏程序等
用考机程序连续运行，检查机床各项运动、动作的平稳性和可靠性，并且要强调在规定时间内不允许出故障，否则应在修理后重新开始规定时间考核，不允许分段进行累计到规定运行时间。
2、机床精度的验收
机床精度验收工作是在机床安装调试好后进行。
检测内容主要包括几何精度、定位精度和切削精度。
1.机床几何精度的检验数控机床的几何精度是综合反映该机床的各关键零部件及其组装后的几何形状误差。
目前国内检测机床几何精度的常用检测工具有精密水平仪、精密方箱、直角尺、平尺、平行光管、千分表、测微仪、高精度检验棒等。
检测工具的精度必须比所测的几何精度高一个等级。
每项几何精度的具体测量方法可按JB2674-82《金属切削机床精度检测通则》、JB4369-86《数控卧式车床精度》、JB/T8771.1-7-1998《加工中心检验条件》等有关标准的要求进行，亦可按机床出产时的几何精度检测项目要求进行。
机床几何精度的检测必须在机床精调后一次性完成，不允许调整一次检测一次。
因为几何精度有些项目是相互联系相互影响的。
同时，还要注意检测工具和测量方法造成的误差。
2.机床定位精度的检验
数控机床定位精度，是指机床各坐标轴在数控装置控制下运动所达到的位置精度。
数控机床的定位精度主要检测以下内容：
1）直线运动定位精度
直线运动定位精度一般在空载条件下测量，按照国际标准应以激光测量为准，如图8-2所示。
如果没有激光干涉仪，对于一般的用户来说，也可以用标准刻度尺，配以光学读数显微镜进行比较测量，如图8-2所示。
但测量仪的精度必须比被测的精度要高1-2个等级。
2）直线运动重复定位精度
是反映轴运动稳定性的一个基本指标。
对于一般用户只需选择行程的中间和两端任意三个点作为目标位置，分别对各目标位置从正、负两个方向进行五次定位。
3.数控机床切削精度检验
常用的数控机床切削精度检测验收内容如表8-2
表8-2数控机床切削精度检测验收内容
序号
检测内容
检测方法
允许误差/mm
实测误差
1
镗孔精度
圆度
0.01
圆柱度
0.01/100
2
端铣刀平面精度
平面度
0.01
阶梯度
0.01
3
端铣刀侧面精度
垂直度
0.02/300
平行度
0.02/300
4
镗孔孔距精度
X轴方向
0.02
0.03
Y轴方向
对角线方向
孔径偏差
0.01
5
立铣刀铣削四周面精度
直线度
0.01/300
平行度
0.02/300
垂直度
0.02/300
6
两轴联动铣削直线精度
直线度
0.015/300
平行度
0.03/300
垂直度
0.03/300
7
立铣刀铣削圆弧精度
圆度
0.02
四、数控设备的维护保养知识
数控设备是一种自动化程度较高，结构较复杂的先进加工设备，是企业的重点、关键设备。
要发挥数控设备的高效益，就必须正确的操作和精心的维护，才能保证设备的利用率。
正确的操作使用能够防止机床非正常磨损，避免突发故障；做好日常维护保养，可使设备保持良好的技术状态，延缓劣化进程，及时发现和消灭故障隐患，从而保证安全运行。
1、数控设备使用中应注意的问题
1.数控设备的使用环境
为提高数控设备的使用寿命，一般要求要避免阳光的直接照射和其他热辐射，要避免太潮湿、粉尘过多或有腐蚀气体的场所。
腐蚀气体易使电子元件受到腐蚀变质，造成接触不良或元件间短路，影响设备的正常运行。
精密数控设备要远离振动大的设备，如冲床、锻压设备等。
2.电源要求
为了避免电源波动幅度大（大于±10%）和可能的瞬间干扰信号等影响，数控设备一般采用专线供电（如从低压配电室分一路单独供数控机床使用）或增设稳压装置等，都可减少供电质量的影响和电气干扰。
3.操作规程
操作规程是保证数控机床安全运行的重要措施之一，操作者一定要按操作规程操作。
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。
另外，数控机床不宜长期封存不用，购买数控机床以后要充分利用，尤其是投入使用的第一年，使其容易出故障的薄弱环节尽早暴露，得以在保修期内得以排除。
在没有加工任务时，数控机床也要定期通电，最好是每周通电1-2次，每次空运行1小时左右，以利用机床本身的发热量来降低机内的湿度，使电子元件不致受潮，同时也能及时发现有无电池报警发生，以防止系统软件、参数的丢失。
2、数控机床的维护保养
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.数控系统的维护
1）严格遵守操作规程和日常维护制度
2）应尽量少开数控柜和强电柜的门
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，这是一种极不可取的方法，其最终将导致数控系统的加速损坏。
3）定时清扫数控柜的散热通风系统
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。
4）数控系统的输入/输出装置的定期维护
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。
5）直流电动机电刷的定期检查和更换
直流电动机电刷的过渡磨损，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。
6）定期更换存储用电池
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。
7）备用电路板的维护
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。
2.机械部件的维护
1）主传动链的维护
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。
2）滚珠丝杠螺纹副的维护
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。
3）刀库及换刀机械手的维护
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；检查刀具在机械手上锁紧是否可靠，发现不正常应及时处理。
3.液压、气压系统维护
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和更换液压油；定期对气压系统分*滤气器放水；
4.机床精度的维护
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。
以下附上某加工中心日常保养维护（表8-3），以供制订有关保养制度时参考。
表8-3加工中心日常保养一览表
序号
检查周期
检查部位
检查要求（内容）
1
每天
导轨润滑油箱
检查油量，及时添加润滑油，润滑油泵是否定时启动打油及停止
2
每天
主轴润滑恒温油箱
工作是否正常、油量充足，温度范围是否合适
3
每天
机床液压系统
油箱液压泵有无异常噪声，工作油面高度是否合适，压力表指示是否正常，管路及各接头有无泄漏
4
每天
压缩空气气源压力
气动控制系统压力是否在正常范围之内
5
每天
气源自动分水滤气器，自动空气干燥器
及时清理分水器中滤出的水分，保证自动空气干燥器工作正常
6
每天
气液转换器和增压油面
油量不够时要及时补充足
7
每天
X、Y、Z轴导轨面
清除切屑和脏物，检查导轨面有无划伤损坏，润滑油是否充足
8
每天
CNC输入/输出单元
如光电阅读机的清洁，机械润滑是否良好
9
每天
各防护装置
导轨、机床防护罩等是否安全有效
10
每天
电气柜各散热通风装置
各电气柜中冷却风扇是否工作正常，风道过虑网有无堵塞；及时清除过滤器
11
每周
各电气柜过虑网
清除粘附的尘土
12
不定期
冷却油箱、水箱
随时检查液面高度，即时添加油（或水），太脏时要更换。
清洗油箱（水箱）和过滤器
13
不定期
废油池
及时取走积存在废油池中的废油，以免溢出
14
不定期
排屑器
经常清理切屑，检查有无卡住等现象
15
半年
检查主轴驱动皮带
按机床说明书要求调整皮带的松紧程度
16
半年
各轴导轨上镶条、压紧滚轮
按机床说明书要求调整松紧程度
17
一年
检查或更换电动机碳
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