簡(jiǎn)介

　　數(shù)控機(jī)床是信息技術(shù)與機(jī)械制造技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，代表了現(xiàn)代基礎(chǔ)機(jī)械的技術(shù)水平與發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)數(shù)控機(jī)床工業(yè)發(fā)展較快，已有數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠近百家。為加快我國(guó)數(shù)控機(jī)床工業(yè)的發(fā)展，更好地滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，國(guó)家在制定頒發(fā)的《機(jī)械工業(yè)振興綱要》中已將重要基礎(chǔ)機(jī)械列為振興的四個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域之一，而重要基礎(chǔ)機(jī)械主要就是發(fā)展數(shù)控機(jī)床。“九五”及2010年前我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方針是：重點(diǎn)抓好六類主機(jī)(數(shù)控車床、加工中心、數(shù)控磨床、數(shù)控鍛壓機(jī)床、數(shù)控重型機(jī)床和數(shù)控精密電加工機(jī)床)，集中突破數(shù)控系統(tǒng);發(fā)展普及型，提高可靠性;內(nèi)外結(jié)合，以我為主，實(shí)現(xiàn)我國(guó)數(shù)據(jù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化。“九五”期間，重點(diǎn)提高可靠性，增加品種，普及型數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)規(guī)模生產(chǎn)。到2000年數(shù)控機(jī)床品種發(fā)展到1000種，其中有100種達(dá)到90年代初國(guó)際水平。數(shù)控機(jī)床及數(shù)控系統(tǒng)的平均無(wú)故障時(shí)間達(dá)到10000小時(shí)，年產(chǎn)量達(dá)到20000臺(tái)，普及型產(chǎn)品基本立足國(guó)內(nèi)。

　　加工范圍

　　磨床能加工硬度較高的材料，如淬硬鋼、硬質(zhì)合金等;也能加工脆性材料，如玻璃、花崗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能進(jìn)行高效率的磨削，如強(qiáng)力磨削等。

　　發(fā)展歷程

　　十八世紀(jì)30年代，為了適應(yīng)鐘表、自行車、縫紉機(jī)和槍械等零件淬硬后的加工，英國(guó)、德國(guó)和美國(guó)分別研制出使用天然磨料砂輪的磨床。這些磨床是在當(dāng)時(shí)現(xiàn)成的機(jī)床如車床、刨床等上面加裝磨頭改制而成的，它們結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛度低，磨削時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng)，要求操作工人要有很高的技藝才能磨出精密的工件。

　　1876年在巴黎博覽會(huì)展出的美國(guó)布朗-夏普公司制造的萬(wàn)能外圓磨床，是首次具有現(xiàn)代磨床基本特征的機(jī)械。它的工件頭架和尾座安裝在往復(fù)移動(dòng)的工作臺(tái)上，箱形床身提高了機(jī)床剛度，并帶有內(nèi)圓磨削附件。1883年，這家公司制成磨頭裝在立柱上、工作臺(tái)作往復(fù)移動(dòng)的平面磨床。

　　1900年前后，人造磨料的發(fā)展和液壓傳動(dòng)的應(yīng)用，對(duì)磨床的發(fā)展有很大的推動(dòng)作用。隨著近代工業(yè)特別是汽車工業(yè)的發(fā)展，各種不同類型的磨床相繼問(wèn)世。例如20世紀(jì)初，先后研制出加工氣缸體的行星內(nèi)圓磨床、曲軸磨床、凸輪軸磨床和帶電磁吸盤的活塞環(huán)磨床等。

　　自動(dòng)測(cè)量裝置于1908年開(kāi)始應(yīng)用到磨床上。到了1920年前后，無(wú)心磨床、雙端面磨床、軋輥磨床、導(dǎo)軌磨床，珩磨機(jī)和超精加工機(jī)床等相繼制成使用;50年代又出現(xiàn)了可作鏡面磨削的高精度外圓磨床;60年代末又出現(xiàn)了砂輪線速度達(dá)60～80米/秒的高速磨床和大切深、緩進(jìn)給磨削平面磨床;70年代，采用微處理機(jī)的數(shù)字控制和適應(yīng)控制等技術(shù)在磨床上得到了廣泛的應(yīng)用。

　　特點(diǎn)之處

　　1、適合于復(fù)雜異形零件的加工。

　　2、實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，排除人為誤差。

　　3、通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件可以實(shí)現(xiàn)精度補(bǔ)償和優(yōu)化控制。

　　4、加工中心、車削中心、磨削中心、電加工中心等具有刀庫(kù)和換刀功能，減少了裝夾次數(shù)，提高了加工精度。

　　5、數(shù)控機(jī)床使機(jī)械加工設(shè)備增加了柔性化的特點(diǎn)。柔性加工不僅適合于多品種、中小批量生產(chǎn)也適合于大批量生產(chǎn)，且能交替完成兩種或更多種不同零件的加工，增加了自動(dòng)變換工件的功能，可實(shí)現(xiàn)夜間無(wú)人看管的操作。由幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床(加工中心)組成的柔性制造系統(tǒng)(FMS)具有更高柔性的自動(dòng)化制造系統(tǒng)，包括加工、裝配和檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)。

　　結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　數(shù)控磨床砂輪主軸部件精度高、剛性好

　　砂輪的線速度一般為30~60m/s，CBN砂輪可高達(dá)150~200m/s，最高主軸轉(zhuǎn)速達(dá)15000r/min。主軸單元是磨床的樞紐部件，對(duì)于高速高精度單元系統(tǒng)應(yīng)具備剛性好、回轉(zhuǎn)精度高、溫升小、不亂性好、功耗低、壽命長(zhǎng)、本錢適中的特性。砂輪主軸單元的軸承常采用高精度動(dòng)彈軸承、液體靜壓軸承、液體動(dòng)壓軸承、消息壓軸承。高速和超高速磨床越來(lái)越多采用電主軸單元部件。

　　采用低速無(wú)爬行的高精密進(jìn)給單元

　　進(jìn)給單元包括伺服驅(qū)動(dòng)部件、動(dòng)彈部件、位置監(jiān)測(cè)單元等。進(jìn)給單元是保持砂輪正常工作的必要前提，是評(píng)價(jià)磨床機(jī)能的重要指標(biāo)之一。要求進(jìn)給單元運(yùn)轉(zhuǎn)靈活、分辨率高、定位精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，既要有較大的加速度，又要有足夠大的驅(qū)動(dòng)力。進(jìn)給單元常用的方案為交、直流伺服電念頭與動(dòng)彈絲杠組合的進(jìn)給方案或直線伺服電念頭直接驅(qū)動(dòng)的方案。兩種方案的傳動(dòng)鏈很短，主要是為了減少機(jī)械傳動(dòng)誤差。兩種方案都是依賴電念頭來(lái)調(diào)速、換向。

　　數(shù)控磨床具有高的靜剛度、動(dòng)剛度及熱剛度

　　砂輪架、頭架、尾架、工作臺(tái)、床身、立柱等是數(shù)控磨床的基礎(chǔ)構(gòu)件，其設(shè)計(jì)制造技術(shù)是保證磨床質(zhì)量的根本。

　　數(shù)控磨床需要有完善輔助單元

　　輔助單元包括工件快速裝夾裝置、高效磨削液供應(yīng)系統(tǒng)、安全防護(hù)裝置、主軸及砂輪動(dòng)平衡系統(tǒng)、切屑處理系統(tǒng)等。

　　品種分類

　　1、高檔型數(shù)控機(jī)床：是指加工復(fù)雜形狀的多軸控制或工序集中、自動(dòng)化程度高、高度柔性的數(shù)控磨床。

　　2、普及型數(shù)控機(jī)床：具有人機(jī)對(duì)話功能，應(yīng)用較廣，價(jià)格適中，通常稱之為全功能數(shù)控機(jī)床。

　　4、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度中等，但價(jià)格便宜，僅能滿足一般精度要求的加工，能加工形狀較簡(jiǎn)單的直線、斜線、圓弧及帶螺紋類的零件。

　　選用原則

　　1、實(shí)用性：是指明確數(shù)控機(jī)床來(lái)解決生產(chǎn)中的哪一個(gè)或哪幾個(gè)問(wèn)題。

　　2、經(jīng)濟(jì)性：是指所選用的數(shù)控機(jī)床在滿足加工要求的條件下，所支付的代價(jià)是最經(jīng)濟(jì)的或者是較為合理的。

　　3、可操作性：用戶選用的數(shù)控機(jī)床要與本企業(yè)的操作和維修水平相適應(yīng)。

　　4、穩(wěn)定可靠性：是指機(jī)床本身的質(zhì)量，選擇名牌產(chǎn)品能保證數(shù)控機(jī)床工作時(shí)穩(wěn)定可靠。

　　常見(jiàn)故障

　　隨著我國(guó)機(jī)械加工的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)的數(shù)控機(jī)床也越來(lái)越多。由于數(shù)控機(jī)床的先進(jìn)性和故障的不穩(wěn)定性，且大部分故障都是以綜合故障形式出現(xiàn)，所以使得數(shù)控機(jī)床的維修難度加大了很多，但故障處理的步驟與方法不外乎以下幾點(diǎn)。

　　1.對(duì)故障現(xiàn)場(chǎng)的充分調(diào)查

　　當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，首先要充分了解機(jī)床故障是在什么情況下出現(xiàn)的，出現(xiàn)時(shí)有些什么現(xiàn)象，出現(xiàn)后操作者采取了什么樣的措施，如故障現(xiàn)場(chǎng)還在，就要對(duì)CNC中的內(nèi)容進(jìn)行仔細(xì)觀察了解正在執(zhí)行的程序段內(nèi)容以及自診斷顯示的報(bào)警內(nèi)容，并觀察各電路板上的報(bào)警燈情況。然后按系統(tǒng)的復(fù)位鍵，看故障是否消失，如故障報(bào)警消失，則此類報(bào)警多屬軟件故障。

　　2.把可能造成故障的所有因素全部列出

　　數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)同一種故障的原因可能是多種多樣的，有機(jī)械的、電氣的、控制系統(tǒng)的等諸多因素，因此在故障分析時(shí)要把有關(guān)的因素全部列出來(lái)。例如：機(jī)床X軸在移動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)，造成此現(xiàn)象的因素可能是：a、X軸編碼器的連線有可能接觸不良;b、X軸的島軌鑲條過(guò)緊，阻尼太大，造成X軸電機(jī)負(fù)載過(guò)大;c、X軸伺服電機(jī)與絲桿的聯(lián)軸器有松動(dòng)或間隙;d、X軸電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)有問(wèn)題;e、X軸伺服電機(jī)有故障等等。

　　3.確定鼓掌產(chǎn)生原因的方法

　　數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)品種繁多但無(wú)論是何種數(shù)控系統(tǒng)，發(fā)生故障時(shí)都可用以下幾種方法對(duì)故障進(jìn)行綜合判斷。

　　(1)　直觀法：就是利用人的感官注意發(fā)生故障時(shí)的現(xiàn)象并判斷故障發(fā)生的可能部位。如有故障時(shí)何處是否有異響、火花發(fā)生，何處有焦糊位出現(xiàn)，何處有發(fā)熱異常現(xiàn)象，然后進(jìn)一步觀察可能發(fā)生故障的每塊電路板的表面狀況，例如電路板上是否有燒焦、熏黑處或電子元器件是否有爆裂處，以進(jìn)一步縮小檢查范圍。這是一種最基本、最簡(jiǎn)單的方法，但卻要求機(jī)床維修人員具備一定的維修經(jīng)驗(yàn)。

　　(2)　利用數(shù)控系統(tǒng)的硬件報(bào)警功能：報(bào)警指示燈可判斷故障所在。在數(shù)控系統(tǒng)硬件電路板上有很多的報(bào)警指示燈，借此可大致判斷出故障所在位置。

　　(3)　充分利用數(shù)控系統(tǒng)的軟件報(bào)警功能：CNC系統(tǒng)都具有自診斷功能。在系統(tǒng)工作期間，能用自診斷程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行快速診斷。一旦檢測(cè)到故障，立即將故障以報(bào)警方式顯示在形式屏上或點(diǎn)亮各報(bào)警燈，維修時(shí)可根據(jù)報(bào)警內(nèi)容提示來(lái)查找機(jī)床的故障所在。

　　(4)　利用狀態(tài)顯示的診斷功能：數(shù)控系統(tǒng)不但能將故障診斷信息顯示出來(lái)，而且能以診斷地址和診斷數(shù)據(jù)的形式提供機(jī)床診斷的各種狀態(tài)，例如，提供了系統(tǒng)與機(jī)床之間接口的輸入/輸出信號(hào)狀態(tài)，或PC與CNC裝置之間，PC與機(jī)床之間接口的輸入/輸出的信號(hào)狀態(tài)，即可利用顯示屏畫面的狀態(tài)顯示，來(lái)檢查數(shù)控系統(tǒng)是否將信號(hào)輸入到機(jī)床，或機(jī)床的開(kāi)關(guān)信息是否已輸入到數(shù)控系統(tǒng)。總之，可將故障區(qū)分出是在機(jī)床一側(cè)還是在數(shù)控系統(tǒng)一側(cè)，從而可縮小數(shù)控機(jī)床故障的檢查范圍。

　　(5)　發(fā)生故障時(shí)應(yīng)及時(shí)核對(duì)數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)：系統(tǒng)參數(shù)變化會(huì)直接影響到機(jī)床的性能，甚至使機(jī)床發(fā)生故障，整臺(tái)機(jī)床不能工作。而外界的干擾有可能引起存儲(chǔ)器內(nèi)個(gè)別參數(shù)的變化，聽(tīng)以當(dāng)機(jī)床發(fā)生了一些莫名其妙的故障時(shí)，可對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行核對(duì)。

　　(6)　備件更換法：當(dāng)對(duì)機(jī)床故障進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)可能是電路板偶故障時(shí)，就可用備件板進(jìn)行更換，則可迅速確定故障電路板。但用此方法時(shí)需注意到下述兩點(diǎn)：①要注意電路板上各可調(diào)開(kāi)關(guān)的位置，在換板時(shí)應(yīng)注意使被交換的兩塊電路板的設(shè)定狀態(tài)要完全一致，否則將使系統(tǒng)處于不穩(wěn)定或不是最佳狀態(tài)，甚至出現(xiàn)報(bào)警。②更換某些電路板(如CCU板)之后，需對(duì)機(jī)床的參數(shù)和程序進(jìn)行重新設(shè)定或輸入等。

　　(7)　利用電路板上的檢測(cè)端子：在電路板上有供測(cè)量電路電壓和波形的檢測(cè)端子，以便在調(diào)試和維修時(shí)確定該部分電路工作是否正常。但在檢測(cè)該部分電路時(shí)應(yīng)熟悉電路原理及電路的邏輯關(guān)系。在邏輯關(guān)系不熟的情況下，可用兩塊一樣的電路板對(duì)比進(jìn)行檢測(cè)，從而發(fā)現(xiàn)電路板的故障所在。

　　總之，當(dāng)數(shù)控機(jī)床一旦出現(xiàn)故障時(shí)，維修人員遵循上述的檢測(cè)步驟和方法就能正確判斷出故障的起因及故障所在的位置。