摘要数控系统是数控机床的核心部件.docx

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摘要数控系统是数控机床的核心部件

摘要数控系统是数控机床的核心部件，因此，数控机床的维护主要是数控系统的维护。

数控系统经过一段较长时间的使用，电子元器件性能要老化甚至损坏，只有坚持做好对机床的日常维护保养工作，才可以尽量地延长元器件的寿命和零部件的磨损周期，防止各种故障，特别是恶性事故的发生，争取机床长时间稳定工作；也才能充分发挥数控机床的加工优势，达到数控机床的技术性能，确保数控机床能够正常工作就必须对数控系统进行日常的维护关键词:

数控机床、维护与调整、数控系统

第一章数控机床的现状1.1数控机床的发展在传统机械制造业中，批量产品的生产采用了自动机床、组合机床和专用生产线，这种高效设备在汽车发动机等行业得到了广泛的应用。

但是机械制造业中单件、小批量生产约占机械加工总量的80%以上，尤其是制船、航天、机床、重型机械以及军工行业，其特点是加工批量小、改型频繁、零件的形状复杂而且加工精度高。

如果使用一次性投资高，并且在生产中需要经常更换工装的专用生产线这类零件显然很不适合。

数控机床就是为了了解决多品种、小批量零件的自动化生产而诞生出来的一种灵活、通用、自动化的机床。

它最早应用于军工行业，用于加工直升飞机叶片检查样板，经过几年的研究和推广应用后，在机械制造业中加工复杂零件曲面方面发挥了重要作用。

目前，在机械制造业中，数控机床有取代常规机床的趋势。

数控机床的产生给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为现代工业化的象征，而且随着数控机床的应用技术不断发展和应用领域的扩大，它对国民经济的一些重要行业（汽车、轻工业等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需要装备的数字化已是现代发展的大趋势。

机械制造业对数控机床的要求越来越高，数控机床的变化和发展也越来越快，当前世界上数控机床的发展呈现如下趋势。

1.高速、高精度化高速指的是高的主轴转速、高的快速移动速度和高的换刀速度（即短的换刀时间或刀架转位时间）。

高的主轴转速能提高切削效率和改善加工表面的质量，高的换刀速度能有效地缩短辅助时间，而高的快速移动速度不仅能减少非切削工时，而且能相应地提高切削进给速度，从而有利于提高切削效能，所以全面高速化能大大强化机床的工作效能。

随着今近年来市场竞争的加剧，促使发展全面高速化机床的趋势更为明显。

高精度化是指高数控机床的精度。

在控制系统方面采用高性能的计算机提高位置控制时插补计算的速度，使用新的曲线拟合算法减少插补误差的产生，提高数控系统的控制精度（目前已经达到0.1um~0.01um）。

在伺服系统方面使用全数字化的位置和速度控制，利用先进的控制理论提高伺服系统的跟随精度，最大限度地消除数控机床系统和伺服系统执行件之间的位置滞后误差，并且位置环应采用监测分辨率更高的位置编码器。

采取以上措施并配合机械结构的动态、静态刚度的提高，在中、小型数控机床上其定位精度已经可以达到3~4um。

重复定位精度可以达到1~3um。

高速切削的好处如：

效率高，工件、刀具发热小从而变形小等等

2.高可靠性数控机床的价格较高，企业为缩短投资的回收周期，通常采用每天2班16小时工作制。

数控机床能否发挥其高性能、高精度、高效率的特点，使企业获得良好的经济效益，关键取决于其可能性。

衡量数控机床的可靠性的重要指标是数控机床的平均无故障工作时间（小时）。

数控机床由数控系统、强电控制系统和液压传动系统等组合而成，其可靠性指标要低于其中任何一个单个系统的可靠性指标，统计结果显示数控机床的平均无故障工作时间通常比数控系统要低一个数量级。

因此，提高数控机床的可靠性，关键在于提高组成数控机床的各个系统的可靠性，特别是数控系统的可靠性。

数控系统的可靠性近年有了长足的发展，在20世纪70年代平均无故障工作时间大于3000小时，80年代大于10000小时，90年代已经提高到30000小时以上，并且由继续提高的趋势，有资料显示FANUC数控系统的可靠性指标已经达到125个月。

3.机床功能复合化数控机床功能的复合化是为了提高零件加工效率，减少辅助时间。

在复合化数控机床上可以完成车、铣、镗和钻等多种工序加工，它消除了单一功能数控机床在使用上的局限性，可代替多台机床实现多工序一次装夹加工，这种方式既能减少装卸时间，提高机床生产效率，减少半成品库存量，又能保证和提高形位精度。

目前，世界各国的数控制造厂商均竞相研究开发具有复合功能的数控机床。

4.智能化、网络化、柔性化智能化是指数控机床控制加工精度和加工效率的智能化。

比如在加工过程中使用自适应控制、工艺参数的自动生成等技术，在应用层面上改善数控机床的使用，在数控系统方面使用智能化的负载自动识别、电机参数自适应运算调整和自动选定工作状态等技术，使数控机床的安装调试更高效。

5.网络化是21世纪数控机床的必备功能之一，这种功能将极大的满足生产线，制造系统和制造企业对信息集成的需求，使得企业和企业之间也可以进行

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170.失。

应该在机床通电时更换电池，以保证系统数据不会丢失。

 2.键盘故障 

171.在用键盘输入程序时，若发现关字符不能输入、不能消除、程序不能复位或显示屏不能更换页面等故障，应首先考虑有关按键是否接触不好，予以修复或更换。

若不见成效或者所有按键都不起作用，可进一步检查该部分的接口电路、连接电缆状况。

 3.熔丝故障 

172.控制系统内部熔丝烧断故障，多出现于对控制系统进行测量时的误操作，或由于机床发生了撞车等意外事故。

因此，维修人员要熟悉各熔丝的保护范围，以便发生问题时能及时查出并予以更换。

 4刀位参数的更换 

173.加工中心在加工过程中，由于机床的突然断电或意外操作了急停按钮，使机床刀具的实际位置与计算机内存的刀位号不符，如果操作者不注意，往往会发生撞车或打刀废活等事故。

因此，一旦发现刀位不对时，应及时核对控制系统内存刀位号与实际刀位号是否相符，如不符，应参阅说明书介绍的方法，及时将控制系统内存的刀位号改为实际刀位号。

5.控制系统的“NOT READY”（没准备好）故障 

①应先检查CRT显示面板上是否有其他故障指示灯亮及故障信息提示，若有问题应按故障信息目录的提示去解决。

②检查伺服系统电源装置是否有熔丝断、断路器跳闸等问题，若合闸或更换了熔丝后短路器再跳闸，应检查电源部分是否有问题；检查电动机是否过热、大功率晶体管组件过电流等故障而使监控电路起作用；检查控制系统各板是不中有故障灯显示。

③检查控制系统所需各交流电源、直流电源的电压值是否正常。

若电压不正常也可造成逻辑混乱而产生“NOT READY”故障。

 6.机床参数的修改 

对每台数控机床都要充分了解并掌握机床参数的含义，它除能帮助操作者很好地了解该机床的性能外，有的还有利于提高机床的工作效率或用于排除故障。

近年来数控系统的软件功能比较丰富，通过对有关参数的更改可扩展机床的功能，提高各轴的进给率及主轴转速的上下限值，在循环加工中缩短退刀的空行程距离等，从而达到提高工作效率的目的。

当然，控制系统的故障现象远不止这些。

如CRT显示故障，光电阅读机的故障，打印机故障，机床参数的全消除方法，数控装置的初始化方法，备板的更换方法及注意事项等因系统的不同，其方法也有所不同。

这就需要根据具体情况，参考有关维修资料及个人经验予以解决。

3.5常见伺服系统故障及诊断 

伺服系统故障可利用CNC控制系统自诊断的报警信号，CNC控制系统及伺服系统放大驱动板上的各种信息状态指示灯、故障报警指示参阅有关维修说明书上介绍的关键测试点的波形、电压值，CNC控制系统、伺服放大板上的有关参数的设定，短路销的设置及相关电位器的调整，功能兼容板或替换等方式来解决。

下面是一些比较常见的故障。

 1.伺服超差所谓伺服超差，即机床的实际进给值与指令值之差超过限定的允许值。

对此类问题做如下准备：

①检查数控系统设置的允许伺服偏差是否太小； 

②检查CNC控制系统与驱动放大模块之间，CNC控制系统与位置检测之间，驱动放大器与伺服电机的连线是否正确、可靠； 

③检查位置检测器的信号及相关的D/A转换电路是否有问题。

④检查驱动放大器输出电压是否有问题，若有问题，应予以以修理或更换； 

⑤检查电动机轴与传动机械间是否配合良好，是否有松动或间隙存在； 

⑥检查位置增益是否符合要求。

若不符合要求，对有关的电位器应予以调整。

2.机床停止时，有关进给轴振动 

①检查高频脉冲信号，观察其波形及波幅，若不符合要求应调节有关电位器； 

②检查伺服放大器速度环的补偿功能。

若不合适，应调节补偿用电位器； 

③检查位置检测用编码盘的轴、联轴节、齿轮系是否啮合良好了，有无松动现象，若有问题应予以修复； 

3.机床运行时声音不好，有摆动现象 

①先检查测速电机换向器表面是否光滑、清洁，电刷与换向器是否接触良好，因为问题往往多出现在这里，若有问题应及时进行清理或修整； 

②检查伺服放大部分速度五一节的功能，若不合适应予以调整；③检查伺服放大器位置增益，若有问题应调节有关电位器；

④检查位置检测器与联轴节间的装配是否松动； 

⑤检查由位置检测器来的反馈信号的波形D/A转换后波形幅度。

若有问题，应进行修理或更换。

4.飞车现象（即通常所说的失控） 

①位置传感器或速度传感器的信号反相，或者电枢线接反了，即整个系统不是负反馈而变成了正反馈了； 

②速度指令给的不正确； 

③位置传感器或速度传感器的反馈信号没有接或者是有接线断开情况； 

④CNC控制系统或伺服控制板有逻辑故障； ⑤电源板有故障而引起的逻辑混乱。

 5.所有的轴均不运动 

①用户保护性操作，如急停按钮、制动装置等没有释放，或有关运动的相应开头不正确； 

②主电源熔丝熔断； 

③由于过载保护用断路器动作或监控用继电器的触点未接触好，呈常开状态而使伺服放大部分信号没有发出。

6.电动机过热 

①滑板运行时其摩擦力或阻力太大；

②热保护继电器脱扣，电流设定错误； 

③励磁电流太低或永磁式电机失磁时，为获得所需力矩也可引起电枢电流增高而使电动机发热； 

④切削条件恶劣，刀具反做用力太大引起电动机电流增高； ⑤运动夹紧、制动装置没有充分释放，使电动机过载； 

⑥由于齿轮传动系统的损坏或传感器有问题，所产生的噪声进入伺服系统而引发的周期性噪声，可使电机过热； 

⑦电动机本身内部匝间短路而引起的过热； 

⑧有风扇冷却的电动机，若风扇损坏，也可使电动机过热。

7.机床定位精度不准 

①首先检查测速发电机换向器的表面光滑以及电刷的磨合状况，若有问题，应修整事更换； 

②检测高频脉冲波形的波幅、频率及波形是否符合要求，若不合适应予以调整； 

③检查切削条件是否合理，刀刃是否损坏，若有问题需改变状态或更换刀具； 

④检查机械传动部分反向间隙，若不合适应调整或进行软件上的反向间隙补偿； 

⑤检查位置检测信号的振幅是否合适，并进行必要调整； 

⑥检查机床的振动状况，如机床水平状态是否符合要求，机床地基是否有振动，主轴旋转时机床是否振动。

 3.6数控机床故障排除方法 

（1）初始化复位法：

一般情况下，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造成混乱，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，程序更正法：

系统参数是确定系统功能的依据，参数设定错误就可能造成系统的故障或某功能无效。

有时由于用户程序错误亦可造成故障停机，对此可以采用系统的块搜索功能进行检查，改正所有错误，以确保其正常运行。

（3）调节，最佳化调整法：

调节是一种最简单易行的办法。

通过对电位计的调节，修正系统故障。

如某厂维修中，其系统显示器画面混乱，经调节后正常。

如在某厂，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，经调节后正常。

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节方法，其办法很简单，用一台多线记录仪或具有存贮功能的双踪示波器，分别观察指令和速度反馈或电流反馈的响应关系。

通过调节速度调节器的比例系数和积分时间，来使伺服系统达到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情况下，根据经验，即调节使电机起振，然后向反向慢慢调节，直到消除震荡即可。

（4）备件替换法：

用好的备件替换诊断出坏的线路板，并做相应的初始化启动，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办法。

（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，通过这些预防性措施来减少电源板的故障。

（6）维修信息跟踪法：

一些大的制造公司根据实际工作中由于设计缺陷造成的偶然故障，不断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断提供给维修人员。

以此做为故障排除的依据，可正确彻底地排除故障。