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數控機床使用問答及應用分析

作者OOOO

數控機床100個問與答

1.什么叫數控機床？經常提到的“CNC”是什么意思？..............................1

2.數控機床特點有哪些？.....................................................1

3.數控機床是由哪幾部分組成的？.............................................1

4.數控機床到底控制的是什么？...............................................2

5.按工藝內容分類（特別是在模具制造中）數控機床有哪幾類？..................2

6.數控機床的機械部分是由哪幾部分組成的？..................................2

7.主軸作為數控機床的關鍵組件在性能上有哪些要求？..........................2

8.數控機床上用于驅動的電動機有哪幾件？如何分類？..........................3

9.步進電機與交流伺服電機的特點、區別是什么？..............................3

10.進給驅動與絲杠的聯接結構有哪些？.......................................4

11.在數控機床中您常聽說的刀庫，它的完整涵義是什么？.......................4

12.刀庫有哪幾種結構形式，它們的特點是什么？...............................4

13.數控系統是由哪幾個模塊組成的，應如何較形象地理解它？..................5

14.金屬切削數控機床的結構特點有哪些？.....................................5

15.常用的數控設備故障檢測方法有哪些？.....................................7

16.目前國產數控機床現狀怎么樣？...........................................8

17.如何防制數控機床的爬行與振動？........................................10

18.機床數控化改造機電如何設計和聯調？...................................12

19.數控裝置具有哪些運算功能？............................................13

20.數控裝置的工作過程包括哪些步驟？......................................13

21.數控機床程序編制的一般步驟和方法是什么？..............................14

22.經濟型數控系統具有哪些特點？在整機中的位置和作用是什么？.............15

23.數控機床常用的維修器具有哪些？.........................................15

24.數控機床的控制原理是什么？數控機床加工工件的具體步驟有哪些？........15

25.數控機床維修常用的方法有哪些？........................................16

26.數控機床為什么要經常檢查保存RAM內容的保持電池是否完好？...........17

27.數控機床的維護為什么要定期進行？......................................17

28.CK6163D數控機床的基本結構由哪幾部分組成？...........................17

29.數控機床焊接故障有哪些？應如何排除？.................................18

30.數控機床機械方面故障有哪些？應如何排除？.............................18

31.數控機床拔插印制電路板時應注意什么問題？..............................19

32.數控機床在使用時如何防止誤操作？.....................................19

33.數控機床存儲器電路故障可采取哪些方法維修？...........................19

34.數控機床電動機過熱報警故障原因及排除方法有哪些？......................19

35.CK6163D數控機床主軸不能正確定向的原因及處理方法有哪些？..............20

36.數控機床暴走（飛車）故障產生的原因及排除方法有哪些？.................20

37.數控機床反饋通路上的故障如何檢測？....................................20

38.數控機床顯示板上常見故障及排除方法有哪些？............................21

39.數控機床鍵盤板上常見故障及維修方法有哪些？............................21

40.數控車床如何對刀？.....................................................21

41.加工中心的刀具如何選用？...............................................25

42.金屬切削數控機床有什么結構特點？......................................27

43.進給伺服系統的常見故障有有哪幾種？....................................29

44.經濟型數控車床自動回轉刀架的故障如何分析及排除？.....................30

45.如何調試數控機床？.....................................................32

46.如何正確為數控機床選用刀具及編程？....................................33

47.數控車床的刀具安裝要注意哪些事項？....................................35

48.數控車床如何分類？.....................................................35

49.數控車床有什么結構特點？...............................................37

50.數控車床的選用要點有哪些？............................................37

51.數控車削的主要加工哪些對象？...........................................39

52.數控程序編制有哪些內容及步驟？........................................40

53.數控機床如何編程？.....................................................41

54.數控機床是如何產生的？.................................................41

55.數控機床的發展動向是什么？............................................42

56.數控機床的故障如何分類？...............................................42

57.數控機床對機械結構有什么要求？........................................46

58.數控機床如何維護保養？.................................................48

59.數控機床如何校準？.....................................................49

60.數控機床的選用原則是什么？............................................49

61.數控機床的運動方向如何確定？...........................................52

62.數控機床結構要求與總體布局有哪些？....................................53

63.數控機床主運動機械部件有什么要求？....................................55

64.數控機床故障排除有哪些方法？..........................................56

65.數控機床機械部分故障如何處理？........................................57

66.數控機床加工精度異常故障如何維護？....................................58

67.數控機床精度檢測項目常用工具有哪些？..................................60

68.數控機床潤滑系統控制的如何改進？......................................62

69.如何對數控加工工序進行劃分？..........................................64

70.數控加工順序的安排應遵循什么原則？....................................64

71.數控加工工件裝夾方式的確定應注意那幾方面？............................65

72.如何確定對刀點比較合理？工件坐標系與編程坐標系有什么關系？...........65

73.如何選擇走刀路線？.....................................................65

74.如何在數控加工過程中監控與調整？......................................66

75.數控設備空運行與功能檢驗有哪些要求？..................................66

76.數控設備驗收流程應注意哪些事項？......................................68

77.數控維修的常用方法有哪些？.............................................71

78.數控臥式車床的空運行及功能檢驗方法有哪些？............................75

79.數控銃床的選用原則有哪些？.............................................77

80.數控銃床的進給傳動裝置有哪些要求？....................................78

81.數控銃床加工有哪些特點？...............................................79

82.數控裝置日常如何維護與保養？..........................................80

83.如何選用數控鉆床與銃床？...............................................81

84.如何提高數控機床可靠性水平？..........................................82

85.現代數控技術在鍍金加工中如何應用？....................................84

86.如何正確為數控機床選用刀具及編程？....................................86

87.中國數控機床現狀及發展中的主要問題有哪些？............................88

88.立式加工中心刀具伸出長度的測量如何？..................................91

89.全功能數控機床數控系統中的刀具如何補償？..............................92

90.自動換刀裝置的結構原理與維修有哪些？..................................94

91.數控系統的配置及功能如何選擇？........................................97

92.數控系統在平面磨床中如何應用？........................................102

93.常用的數控設備故障檢測方法有哪些？...................................105

94.經濟型數控車床自動回轉刀架的故障如何排除？...........................106

95.數控程序編制的內容及步驟有哪些？.....................................108

96.數控機床的正確操作步驟有哪些？.......................................109

97.直線電機在數控機床中如何應用？........................................109

98.數控加工切削用量如何選擇？............................................112

99.如何提高數控機床的精度的方法？.......................................114

100.如何合理使用數控機床？...............................................117

I

1.什么叫數控機床？經常提到的“CNC”是什么意思？

答：國際信息處聯盟第五技術委員會對數控機床的定義是這樣的：數控機床是一種安裝了程

序

控制系統的機床。該系統能邏輯地處理具有使用號碼或其他符號編碼指令規定的程序。

“CNC”中第一個“C是”英文“計算機”的第一個字母，“N”是英文“數字”的字頭；最

后一個字母“C”是英文“控制”的第一個字母。所以“CNC”系統用漢語說就是“計算機數字

控制系統”?！癈NC”系統是數控機床的核心部分。數控機床功能的強弱主要是由數控功能確

定

的。

2.數控機床特點有哪些？

答：1）加工精度高:3v-e+A

數控機床是精密機械和自動化技術的綜合體。機床的數控裝置可以對機床運動中產生的位

移、熱變形等導致的誤差，通過測量系統進行補償而獲得很高且穩定的加工精度。由于數

控機床實現自動加工，所以減少了操作人員素質帶來的人為誤差，提高了同批零件的一致

性。8Z）x#

2）生產較高：

就生產效率而言，相對普通機床，數控機床的效率一般能提高2?3倍、甚至十幾倍。主要

體現在以下幾個方面：

a.一次裝夾完成多工序加工，省去了普通機床加工的多次變換工種、工序間的轉件以及

劃線等工序。4{7q5y*—17@

b.簡化了夾具及專用工裝等，由于是一次裝夾完成加工。所以普通機床多工序的夾具省

去了，即使偶爾必須用到專用夾具。由于數控機床的超強功能夾具的結構也可簡化。

3）減輕勞動強度，數控機床的操作由體力型轉為智力型。

4）改善勞動條件，如深揚公司的產品采用全封閉護罩，機床不會有水、油、鐵屑濺出，可有

效保持工作環境的清潔。

5）有利于生產管理：3\5R+R'y

a.程序化控制加工、更換品種方便；

b.一機多工序加工，減化生產過程的管理，減少管理人員；

c.可實現無人化生產。

3.數控機床是由哪幾部分組成的？

答：數控裝置是數控機床的核心（相當于人的大腦），它所想要完成的工作通過伺服系統（相當

于

人的神經系統）帶動機床運動，測量及反饋系統（相當于人的眼睛等感覺器官），把機床的

工

作狀態急時告訴數控裝置。數據傳輸系統的作用是：由于數控裝置的容量有限，各種控制信

息

要靠數控裝置以外的其它計算機等攜帶和傳輸，就像人的記憶有限，工作時常常要做些記錄,

翻翻筆記本似的，作為數控機床的核心深揚公司選用的是世界三大系統制造商之一的日本原

裝

2

三菱數控系統。

4.數控機床到底控制的是什么？

答：從數控機床最終要完成的任務看,主要以下三個方面：

1）主軸運動控制。

2）進給運動控制（也就是對工作臺運動的控制）。

3）輸入/輸出（I/O）控制，也就是對機床的各種狀態的控制.如:冷卻、潤滑、起停刀具自

動交換等。

5.按工藝內容分類（特別是在模具制造中）數控機床有哪幾類？

答：1）數控銃床隨著模具制造工藝要求的提高，立式數控銃床已成為主流，既工作臺不能上

下

移動，Z軸是通過主軸箱的上下運動實現的，根據我國目前的國情看該類機床將是傳統機

床）的

主要更新換代產品。

2）加工中心：加工中心與數控銃床的區別在于，加工中心配有可自動換刀的裝置和刀庫系

統，在華南一帶也有將全封閉立式數控銃床和加工中心都統稱為加工中心，只是把前者叫做

不

帶刀庫的加工中心。

）1,13）線切割機床：這類機床在模具加工中是最為廣泛，也是最為獨特的一種數控機床，它

是很難被其它加工工藝所取代的。

2u:4）電火花成型機床：它是模具型腔加工必不可少的設備，由于是高速銃削技術的發展，

成型機的市場面臨新的挑戰，所以我公司的電火花成型機產品的發展是把性能價格比放在首

位，

不盲目擴張，而是發展中等規格的單軸數控電火花成型機床，廣泛應用于廣東及東南亞市場.

6.數控機床的機械部分是由哪幾部分組成的？

答：典型的數控機床的機械結構主要由基礎件、主軸傳動系統、進給傳動系統、回轉工作臺、

自動換刀裝置以及其它機械功能部件組成。

基礎件主要是指床身、立柱、工作臺、主軸箱體等大件。除特殊情況有采用板焊材料、

人造花崗巖材料外絕大部分都是用鑄鐵材料。由于臺灣機床的涌入，現在常聽到一種叫“米

漢

納”的鑄鐵。讓廣大用戶摸不著頭實際就是個英文的譯音，是個外來語。不外乎是一種機械

強

度比較好的鑄鐵，也就是相當于我們常說的HT250、HT300鑄鐵而已。我公司的鑄鐵均為

HT300

樹脂沙造型，各導軌采用中音頻淬火硬度度深度達5mm,其鑄件質量完全可以同那個叫“米

漢

納”的叫板。

其它機械功能部件，主要指潤滑、冷卻、排屑和監控機構。

7.主軸作為數控機床的關鍵組件在性能上有哪些要求？

答：主軸直接承受切削力，轉速范圍變化又較大。所以對主軸組件的主要性能提出如下要求:

D回轉精度：是指主軸在無負荷的轉動條件下，主軸前端工作部位的徑向和軸向跳動值，

回轉精度的測量一般分為靜態測量、動態測量、間接測量。目前我國在生產中大都還是運用

傳

統的靜態測量。*Q2p/M*e,S.f:o7@,j5

3

2）運動精度：是指工作狀態下的旋轉精度。這個精度通常與低速回轉精度有較大差別，運

動狀態下的旋轉精度取決于主軸的工作速度、軸承性能以及主軸本身的平衡性能。#E9r!w3

3）剛度：是指在受外力時;主軸抵抗變形的能力。剛性不足在切削力的作用下，主軸將產

生較大的彈性變形。不僅影響加工質量，還會破壞軸承的正常工作條件、加快磨損。

4）抗振性：是指切削加工時，主軸保持平穩運轉而又不發生振動的能力。；

5）主軸溫升：主軸運轉時，溫升過高會引起兩方面的不良結果。一是主軸及箱體受熱變形

直接影響加工精度；二是軸承的正常潤滑條件遭到破壞，影響軸承的正常工作，甚至出現“抱

軸”。

6）耐磨性：只有具備足夠的耐磨性，才能長期保持精度。因此主軸的關鍵部位（如主軸錐

孔）要經良好的表面熱處理。&e8U/BOk3o&~+kOY）?

綜上所述您可以看出主軸組件的生產過程也一定是非常嚴格的，它不單是要有良好的設備，

更需要的是要有嚴格的生產管理。后者恰是中國企業的弱項。

8.數控機床上用于驅動的電動機有哪幾件？如何分類？

答：以上的寫法是教學性的，實際上我們真正遇到的數控機床的電機也就是主軸驅動電機和

進

給驅動電機。概括地講主軸電機更強調力量，進給電機更強調的效率。目前數控機床常見的

主

軸電機有交流伺服電機、交流變頻電機。數控機床的進給電機常見的一種是檔次較低的步進

電

機、一種是交流伺服電機。其它的像直流伺服電機、直線電機等要不就是已遂步淘汰，要不

就

是價格高、技術復雜，中國還沒普及。淘汰的東西您不能要，沒普及的東西您同樣不能要（價

格太高服務也跟不上）

9.步進電機與交流伺服電機的特點、區別是什么？

答：1）步進電機

一般用于開環伺服系統，由于沒有位置反饋環節，固位置控制的精度由步進電機和進給絲

杠等等來決定。雖檔次低了點，但是結構簡單價格較低。在要求不高的場合仍有廣泛應用。

在

數控機床領域中大功率的步進電機一般用在進給運動（工作臺）控制上，但是就控制性能來

說

其特性遠不如交流伺服電機。振動、噪音也比較大。尤其是在過載情況下，步進電機會產生

失

步，嚴重影響加工精度。所以步進電機最常用的還是在對普通機床的數控化改造上。由于要

改

造的機床一般都是舊機床，所加工的對象一般是形狀雖然較復雜，但是精度要求并不很高。

所

以用步進電機是再合適不過了。我公司研發的并且得到廣泛應用的經濟型銃床數控系統和經

濟

型車床數控系統，就是配用的步進電機，在槍炮等兵器加工制造領域得到非常滿意的評價。

還

有就是用在線切割機上。由于線切割加工是靠放電加工，沒有切削力。所以永遠不存在過載

現

象，再加上線切割加工時進給速度很慢（步進電機還有一個缺點就是它的轉距會隨著轉速的

增

加而降低）。所以在快走絲線切割機上步進電機真正找到了自己的位置，幾乎是一統天下。

2）流伺服電機

數控機床用于進給驅動的交流伺服電機大多采用三相交流永磁同步電機，關于這種電機您

有必要耐心的多了解一點。這種電機的定子裝有三相對稱的繞組，而轉子是永久磁極。當定

子

的繞組中通過三相電源后，定子與轉子之間必然產生一個旋轉場。這個旋轉磁場的轉速稱為

同

步轉速。電機的轉速也就是磁場的轉速。由于轉子有磁極，所以在極低頻率下也能旋轉運行。

所以它比異步電機的調速范圍更寬。而與直流伺服電機相比，它沒有機械換向器，特別是它

沒

4

有了碳刷，完全排除了換向時產生火花對機械造成的磨損，另外交流伺服電機自帶一個編碼

器。

可以隨時將電機運行的情況“報告”給驅動器，驅動器又根據得到的“報告”更精確的控制電

機的運行。由此可見交流伺服電機優點確實很多。可是技術含量也高了，價格也高了。最重

要

是對交流伺服電機的調試技術提高了。也就是電機雖好，如果調試不好一樣是問題多多。所

以

您也不要聽有些廠家的宣傳——“我公司選用的電機如何好。”沒用！還是了解一下他們的調

試水平再說。

10.進給驅動與絲杠的聯接結構有哪些？

答：電機與滾珠絲杠聯接的最最重要的一點就是確保傳動無間隙。主要有三種聯接方式：直

接

聯接式、齒輪減速式、齒形帶式。目前使得最普遍的是直接聯接式，就是用一個可以微量擾

動

的聯軸器，將電機與絲杠直聯。可見這個聯軸器是個非常關鍵的東西。我公司數控機床產品

上

的聯軸器是選用德國進口的聯軸器，確保萬無一失。

II.在數控機床中您常聽說的刀庫，它的完整涵義是什么？

答：說到數控機床中的加工中心，必然要提到刀庫，實際它是對整個自動換刀系統的總稱。

而

刀庫只是這個系統中最形象也是最重要的一個部分。這個系統應包括刀庫、刀具交換機構，

以

及相關的控制元件。

12.刀庫有哪幾種結構形式，它們的特點是什么？

答：刀庫的容量、布局，針對不同的加工中心，其形式也是五花八門。但是根據刀庫所需的

容

量和取刀方式主要分以下幾種：

1）單盤式刀庫及無機械手換刀機構

單盤式刀庫俗稱斗笠式刀庫（像個大斗笠），一般只能存16?24把刀具。不能太多，太

多的話這個“斗笠”就太大了，放不下了。這種斗笠式刀庫在換刀時整個刀庫向主軸移動。

當

主軸上的刀具進入刀庫的卡槽時，主軸向上移動脫離刀具，這時刀庫轉動。當要換的刀具對

正

主軸正下方時主軸下移，使刀具進入主軸錐孔內，夾緊刀具后，刀庫退回原來的位置。

2）鏈式刀庫及換刀機械手

鏈式刀庫的特點是存刀多。一般都在20把以上，多的可以存100把。它是通過鏈條將要換

的刀具傳到指定位置。由機械手把刀裝到主軸上，全部換刀動作均采用電動機加機械凸輪的

結

構。結構簡化、工作可靠，但是價格很高。4O2X*M7

斗笠式刀庫的換刀時間為5?7秒，而機械手的換刀時間是2?3秒。斗笠式的刀庫的換刀

時間雖說比機械手慢，可它不過也只有5?7秒的時間。作為中國的企業這種效率完全可以

接受

了。所以要選哪種刀庫關鍵還是看您的加工對象一般需要多少把刀。

對于刀庫本身的品質，由于現在的刀庫已經是專業化社會化生產。所以無論生產數控機床

的廠家是多么大，其刀庫都是買來的。所以不管數控機床生產廠家的規模大還是小，就刀

庫及

換刀裝置而言都是在同一起跑線上的。2{/v.K5

到此為止，前面所講的主要都是機械以及強電方面的內容，下面就要進入數字控制領域了。

也就是說我們要從前面的形象領域走進機抽象領域。所以您的思維方式也要調整一下了。因

為

“電”本身就是看不見、摸不著（也不敢摸）而又神通廣大的東西?？墒且I數控機床的企業

往往又是搞機械加工的。所以對“電子”就更感到陌生，其實這也沒關系。因為您的企業必竟

5

是應用它，而又不是研究它。而您本人只是了解它而不是操作它。所以您可以把抽象的東西，

形象化的理解，充分打開您的想象力。

13.數控系統是由哪幾個模塊組成的，應如何較形象地理解它？

答：模塊是在自動化控制技術中常用的一種形象化的說法。它是把某一種功能相對獨立的一

組

元器件成品也可能還包括軟件，形象地理解為了一個“塊”，由此說來數控機床的數控系統也

是由若干個“模塊”組成的。

1）微機控制系統：；D/T%a*M"u$I：_$R9i

數控機床的核心是數控系統，數控系統的核心是微機數控系統（就是幾張電路板放在一

個盒子里）。微機控制的核心是中央處理器（通稱CPU）一個長滿腳的深色的薄的小方塊，

就像

一個人一樣。人的核心是腦袋，腦袋的核心是大腦，大腦的核心是中樞神經。#l*V”\0S3p&

k2）可編程控制器（簡稱PLC）:

PLC是用來實現輔助化控制的。如換刀、潤滑、冷卻等。它是微機系統的補充，目的是讓

微機系統把全部精力用于對零件加工的高精度控制上。不要為其它的輔助的“后勤”瑣事分散

精力。PLC按配置方式分內裝型和外裝型。但現在較高檔次的PLC都采用內裝型。3j+Q4

X/V+

3）進給伺服控制模塊

數控機床對進給軸的控制要求很高，它直接關系到機床位置、控制精度。進給伺服系統

一般由速度控制與位置控制兩個環節組成。

4）主軸控制模塊

主要任務是控制主軸轉速和主軸定位。主軸電機有交流伺服電機和交流變頻電機。所以

相應的驅動裝置也會為數字式交流伺服控制以及變頻調速控制。*

5）測量模塊完成主軸和進給的位置測量。檢測裝置有光電編碼器、光柵尺等

6）輸入、輸出及通信模塊完成程序的輸入、輸出，傳遞人、機界面所需的各種信息。

14.金屬切削數控機床的結構特點有哪些？

答：1數控機床的特點

數控在GB中的定義是“用數字化信號對機床運動及其加工過程進行控制的一種方法”?，F

代數控機床是集高新技術于一體的典型機電一體化加工設備。數控加工設備主要分切削加

工、

壓力加工和特種加工（如數控電火花加工機床等）3類。切削加工類數控機床的加工過程能按

預定

的程序自動進行，消除了人為的操作誤差和實現了手工操作難以達到的控制精度，加工精度

還

可以用軟件來校正和補償。因此，可以獲得比機床精度還要高的加工精度及重復定位精度：

工

件在一次裝夾后，能先后進行粗、精加工，配置自動換刀裝置后，還能縮短輔助加工時間、

提

高生產率；由于機床的運動軌跡受可編程的數字信號控制，因而可以加工單件和小批量且形

式

復雜的零件，生產準備周期大為縮短。綜上所述，數控機床具有精度高、效率高、自動化程

度

高和柔性好的特點。

從數控機床的生產現狀和發展趨勢看，由于微電子技術、信息處理技術等新技術、新工藝

6

在機床行業的滲透和應用，它與普通機床相比不僅在機械結構性能方面發生了“質”和“形”

的變化，且其外觀造型也形成了自身獨特的風格和特點。

2數控機床機械結構設計的特點

數控機床雖然也有普通機床所具有的床身和立柱、導軌、工作臺、刀架等部件。但為了與

控制系統的高精度、高速度控制相匹配，對機床主機部分的結構設計還提出了高精度、高剛

度、

低慣量、低摩擦、無間隙、高諧振頻率、適當的阻尼比等要求。由于機械結構形式是體現其

性

能的具體手段，是實現性能的核心因素（當然結構也受材料和工藝的影響），因此，數控機床

的

關鍵部件在結構設計中也有了重大變化。

2.1基礎部件的結構特點

數控機床的基礎件主要包括床身、立柱、工作臺等支承件，它們的基本功能是支承承載和

保持各執行器官的相對位置。數控機床集粗精加工于一體，既要能夠承受粗加工時大吃刀、

大

走刀的最大切削力、又要能夠保證精加工時的高精度。因此，對基礎件的結構設計在強度、

剛

度、抗振性、熱變形和內應力等都提出了很高的要求。現行生產的數控機床采用的主要措施

有：

鑄件采用全封閉截面，合理布置內部隔板和肋條，含砂造型或填充混凝土等材料，導軌面加

寬，

車床采用傾斜的床身和導軌還利于排屑，床身、立柱采用鋼質焊接結構，可以明顯提高其剛

度，

根據熱對稱原則布局還能增加散熱隔熱效果。

2.2主傳動系統的結構特點

主傳動系統實現各種刀具和工件所需的切削功率，且在盡可能大的轉速范圍內保證恒功率

輸出，同時為使數控機床能獲得最佳的切削速度，主傳動須在較寬的范圍內實現無級變速。

現

行數控機床采用高性能的直流或交流無級調速主軸電機，較普通機床的機械分級變速傳動鏈

大

為簡化。對加工精度有直接影響的主軸組件的精度、剛度、抗振性和熱變形性能要求，可以

通

過主軸組件的結構設計和合理的軸承組合及選用高精度專用軸承加以保證。為提高生產率和

自

動化程度，主軸應有刀具或工件的自動夾緊、放松、切屑清理及主軸準停機構。最近日本又

開

發研制了新型的陶瓷主軸，重量輕，熱膨脹率低，用在加工中心上，具有高的剛性和精度。

2.3進給系統結構特點

數控機床的進給系統是由伺服電機驅動，通過滾珠絲杠帶動刀具或工件完成各坐標方向的

進給運動。為確定進給系統的傳動精度和工作穩定性，在設計機械裝置時，以“無間隙、低

摩

擦、低慣量、高剛度”為原則，具體措施有：①采用低摩擦、輕拖動、高效率的滾珠絲杠和

直

線滾動導軌：②采用大扭矩、寬調速的伺服電機直接與絲杠相聯接，縮短和簡化進給傳動

鏈；

③通過消隙裝置消除齒輪、絲杠、聯軸器的傳動間隙；④對滾動導軌和絲杠預加載荷，預

拉伸。

2.4數控回轉工作臺和自動交換工作臺

數控鐐、數控銃和加工中心，采用內部結構具有數控進給驅動機構特點的回轉工作臺，實

現圓周任意角度的分度和進給運動。對多工序數控機床，配置自動交換工作臺，進一步縮短

輔

助加工時間。

2.5刀架系統

回轉刀架，更換主軸換刀和帶刀庫的自動換刀系統及多刀架、多主軸布局對提高生產效率

和自動化水平發揮了重要作用。為使刀具在機床上迅速定位、夾緊，普遍采用標準刀具系統

和

機夾刀.

7

2.6數控附件

機床附件的作用是配合機床實現自動化加工。數控機床專用的附件有：①對刀儀，②自動

編程機，③自動排屑器，④物料儲運及上下料裝置，⑤自動冷卻、潤滑及各種新型配套件如

導

軌防護罩等。

3數控機床的外觀造型特點

數控機床的外觀大都采用線型簡潔的板塊組合式全封閉安全防護罩，配備有現代特征的集

操作、顯示、控制于一體的操作面板，淘汰了普通機床各種操作手柄、手輪和線型復雜零散

的

多面型表面形態。安全防護罩可防止高壓、大流量冷卻液及鐵屑飛濺，減少粉塵入侵，隔聲

降

噪，有利于機床的精度保持和環境保護，真正體現了機、電、液一體化的特點。

依人機工程學宜人性原則設計的桌面式或懸掛式數控操作面版，是機床與操作者聯系和信

息交流的唯一界面，指示燈、按鈕、按鍵的數量與排列及CRT的設計，既適合人的操作特

性，又

利于人機間的協調與交流，通過視覺良好的鍵面色彩，標準化的象形符號意象抽取，能準確

反

映和傳遞兩者間的信息、。

4結論

數控機床結構設計反映產品內在功能的深層特性，外觀表達的是產品表層特性，對用戶而

言，深層次的與產品使用密切相關的結構性能要通過表層的外觀形態來傳遞和表達。全封閉

防

護罩雖然掩蓋了機床的主體結構，卻至少傳達了數控機床這樣幾個方面的深層內含：①先進

的

數控數顯裝置；②對機床的精度和剛度使用的可靠性、安全防護性及環保等有嚴格要求；③

采

用先進標準的刀具系統及安裝位置合理的自動換刀裝置；④采用整套商品化、標準化的新型

配

套件、自動排屑、潤滑和冷卻裝置等。概括為高精度、高效率、高自動化和機電液一體化。

15.常用的數控設備故障檢測方法有哪些？

答：現在數控設備使用越來越廣泛，隨之而來的是如何保證設備的有效利用率，設備出現

故障時，要盡快將設備恢復正常使用。為了解決這個問題，首先要求維修人員應該有很高的

素

質，不但要求具有豐富的專業知識，如機電一體化技術、計算機原理、數控技術、PLC技

術、自

控技術、拖動原理、液壓技術等，還要掌握機械加工常識和數控裝置的簡單編程，另外還要

具

有一定的英語水平，能夠閱讀英文技術資料?要有足夠的資料，包括機、電、液圖紙，機床

參

數備份，系統使用維修手冊，PLC梯形圖等。還要有一定量的備件。另外需要維修人員具

有一定

的經驗，掌握一定的維修方法。筆者從事數控設備維修多年，積累了一定的經驗，總結一套

維

修數控設備的方法，現介紹如下以供參考。

要搞清故障現象

當數控設備出現故障時，首先要搞清故障現象，向操作人員了解第一次出現故障時的情況，

在可能的情況下觀察故障發生的過程，觀察故障是在什么情況下發生的，怎么發生的，引起

怎

樣的后果。只有了解到第一手情況，才有利于故障的排除，把故障過程搞清了，問題就解決

半了。搞清了故障現象，然后根據機床和數控系統的工作原理，就可以很快地確診問題所在

并

將故障排除，使設備恢復正常使用。

如，一臺采用美國BRYANT公司TEACHABLEm系統的數控外圓磨床在自動加工時，砂

輪將修

整器磨掉一塊。為了觀察故障現象并防止意外再次發生，將砂輪拆下運行機床，這時再觀察

故

8

障現象，發現在自動磨削加工時，磨削正常沒有問題，工件磨削完之后，修整砂輪時，砂輪

正

常進給，而砂輪修整器旋轉非?？欤芸炀蛪荷舷尬婚_關，如果這時砂輪沒拆，肯定砂輪又

要

撞到修整器上。根據機床的工作原理，砂輪修整器由E軸伺服電機帶動，用旋轉編碼器作

為位

置反饋元件。正常情況下修整器修整砂輪時，Z軸滑臺帶動E軸修整器移動到修整位置，

修整器

做30。~120。的擺動來修整砂輪。我們多次觀察故障現象發現，E軸在壓上限位開關時，在

屏

幕上E軸的坐標值只有60。左右，而實際位置大概在180。左右，顯然是位置反饋出現問題，

但更換了位控板和編碼器都沒有解決問題。我們又經過反復的觀察和試驗，發現：E軸修

整器在

Z軸的邊緣時，回參考點和旋轉擺動都沒有問題，要利用系統的報警信息。

現在數控系統的自診斷能力越來越強，設備的大部分故障數控系統都能夠診斷出來，并采

取相應的措施，如停機等，一般都能產生報警顯示。當數控設備出現故障時，有時在顯示器

上

顯示報警信息，有時在數控裝置上、PLC裝置上和驅動裝置上還會有報警指示。這時要根

據手冊

對這些報警信息進行分析，有些根據報警信息就可直接確認故障原因，只要搞清報警信息的

內

容，就可排除數控設備出現的故障。

如，一臺采用德國SIEMENS810系統的數控溝道磨床，開機后就產生1號報警顯示

“BATTERY

ALARMPOWERSUPPLY”,很明顯指示數控系統斷電保護電池沒電,更換新的電池后（注意：

一定

要在系統帶電的情況下更換電池），將故障復位，機床恢復使用。另一臺采用S正MENS3系

統的

數控磨床，開機后屏幕沒有顯示，檢查數控裝置，發現CPU板上一個發光二極管閃爍，根

據說

明書，分析其閃爍頻率，確認為斷電保護電池電壓低，更換電池后，重新啟動系統故障消失。

如，一臺采用日本FANUC0TC系統的數控車床，出現2043號報警，顯示“HYD.PRESSURE

DOWN"，指示液壓系統壓力低。根據報警信息，對液壓系統進行檢查，發現液壓壓力確實

很低，

對液壓壓力進行調整使機床恢復了正常使用。

另一些故障的報警信息并不能反映故障的根本原因，而是反映故障的結果或者由此引起的

其它問題，這時要經過仔細的分析和檢查才能確定故障原因，下面的方法對這類故障及沒有

報

警的一些故障的檢測是行之有效的。

16.目前國產數控機床現狀怎么樣？

答：2003年開始，中國就成了全球最大的機床消費國，也是世界上最大的數控機床進口國。

目前正在提高機械加工設備的數控化率，1999年，我們國家機械加工設備數控華率是5-

8%,

目前預計是15—20%之間。

一、什么是數控機床

車、銃、包!1、磨、鋒、鉆、電火花、剪板、折彎、激光切割等等都是機械加工方法，所謂機

械加工，就是把金屬毛坯零件加工成所需要的形狀，包含尺寸精度和幾何精度兩個方面。能

一

兀

成以上功能的設備都稱為機床，數控機床就是在普通機床上發展過來的，數控的意思就是數

字

控制。給機床裝上數控系統后，機床就成了數控機床。當然，普通機床發展到數控機床不只

B

加裝系統這么簡單，例如：從銃床發展到加工中心，機床結構發生變化，最主要的是加了刀

庫，

大幅度提高了精度。加工中心最主要的功能是銃、饃、鉆的功能。

我們一般所說的數控設備，主要是指數控車床和加工中心。

我國目前各種門類的數控機床都能生產，水平參差不齊，有的是世界水平，有的比國外落

后10—15年，但如果國家支持，追趕起來也不是什么問題，例如：去年，沈陽機床集團收

購了

9

德國西思機床公司，意義很大，如果大力消化技術，可以縮短不少差距。大連機床公司也從

德

國引進了不少先進技術。上海一家企業購買日本著名的機床制造商池貝。

近幾年隨著中國制造的崛起，歐洲不少企業倒閉或者被兼并，如馬毫、斯濱納等。日本經濟

不景氣，有不少在80年代很出名的機床制造商倒閉，例如：新瀉鐵工所。

二、數控設備的發展方向

六個方面：智能化、網絡化、高速、高精度、符合、環保。目前德國和瑞士的機床精度最

高，綜合起來，德國的水平最高，日本的產值最大。美國的機床業一般。中國大陸、韓國。

A

灣屬于同一水平。但就門類、種類多少而言，我們應該能進世界前4名。

三、數控系統

由顯示器、控制器伺服、伺服電機、和各種開關、傳感器構成。目前世界最大的三家廠商

是：日本發那客、德國西門子、日本三菱；其余還有法國扭姆、西班牙凡高等。國內由華中

數

控、航天數控等。國內的數控系統剛剛開始產業化、水平質量一般。高檔次的系統全都是進

口。

華中數控這幾年發展迅速，軟件水平相當不錯，但差就差在電器硬件上，故障率比較高。

華中數控也有意向數控機床業進軍，但機床的硬件方面不行，質量精度一般。目前國內一些

大

廠還沒有采用華中數控的。廣州機床廠的簡易數控系統也不錯。

我們國家機床業最薄弱的環節在數控系統。

四、機床精度

1、機械加工機床精度分靜精度、加工精度（包括尺寸精度和幾何精度）、定位精度、重

復定位精度等5種。

2、機床精度體系：目前我們國家內承認的大致是四種體系：德國VDI標準、日本J1S標

準、國際標準ISO標準、國標GB,國標和國際標準差不多。

3、看一臺機床水平的高低，要看它的重復定位精度，一臺機床的重復定位精度如果能達

到（）.005mm（ISO標準.、統計法），就是一臺高精度機床，在0.005mm（ISO標準.、統計法）以

下，

就是超高精度機床，高精度的機床，要有最好的軸承、絲杠。

4、加工出高精度零件，不只要求機床精度高，還要有好的工藝方法、好的夾具、好的刀

具。

五、目前世界著名機床廠商在我國的投資情況

1、2000年，世界最大的專業機床制造商馬扎克（MAZAK）在寧夏銀川投資建了名為“寧

夏

小巨人機床公司”的機床公司，生產數控車床、立式加工中心和車銃復合中心。機床質量不

錯，

目前效益良好，年產600臺，目前正在建2期工程，建成后可以年產1200臺。

2、2003年，德國著名的機床制造商德馬吉在上海投資建廠，目前年組裝生產數控車床和立

式加工中心120臺左右。

3、2002年，日本著名的機床生產商大隈公司和北京第一機床廠合資建廠，年生產能力為

1000臺，生產數控車床、立式加工中心、臥式加工中心。

4、韓國大宇在山東青島投資建廠，目前生產能力不知。

10

5、臺灣省的著名機床制造商友嘉在浙江蕭山投資建廠，年生產能力800臺。

六、民營企業進入機床行業情況

1、浙江日發公司，2000年投產，生產數控車床、加工中心。年生產能力300臺。

2.2004年，浙江寧波著名的鑄塑機廠商海天公司投資生產機床，主要是從日本引進技術，

目前剛開始，起點比較高。

3.2002年，西安北村投產，名字象日本的，其實老板是中國人，采用日本技術。生產小型

儀表數控車床，水平相當不錯。

七、軍工企業技改情況

軍工企業得到國家撥款開始于當年“大使館被炸”，后來臺灣陳水扁上臺后，大規模技改

開始了，軍工企業進入新一輪的技改高峰，我們很多軍工企業開始停止購買普通設備。尤其

是

近3年來，我們的軍工企業從歐洲和日本買了大批量的先進數控機床。也從國內機床廠哪

里采

購了大批普通數控機床，國內機床廠商為了迎接這次大技改，也引進了不少先進技術，爭取

軍

工企業的高端訂單。聽在軍工企業的朋友講，陳水扁如果再能"頂”三年，我們的整體水平

A

上一個臺階。

17.如何防制數控機床的爬行與振動？

答：數控機床中有很多明顯的不正?，F象，但在有一些經濟數控系統中，卻沒有報警，即使

有

時出現報警，報警的信息表明也不是你所看到不正?，F象的報警。機床出現爬行與振動就是

個明顯的例子。機床以低速運行時，機床工作臺是蠕動著向前運動：機床要以高速運行時，

就

出現震動。

關于機床爬行有的書上寫著：由于潤滑不好，而使機床工作臺移動時摩擦阻力增大。當電

機驅動時，工作臺不向前運動，使滾珠絲杠產生彈性變形，把電機的能量貯存在變形上。電

動

機繼續驅動，貯存的能量所產的彈性力大于靜摩擦力時，機床工作臺向前蠕動，周而復始地

這

樣運動，而產生了爬行的現象。然而事實并非如此，仔細看一下導軌面潤滑的情況，就可以

斷

定不是這個問題。機床爬行和振動問題是屬于速度的問題。既然是速度的問題就要去找速度

環，

我們知道機床的速度的整個調節過程是由速度調節器來完成的。特別應該著重指出，速度調

節

器的時間常數，也就是速度調節器積分時間常數是以毫秒計的，因此，整個機床的伺服運動

是

一個過渡過程，是一個調節過程。

凡是與速度有關的問題，只能去查找速度調節器。因此，機床振動問題也要去查找速度調

節器?？梢詮囊韵逻@些地方去查找速度調節器故障：一個是給定信號，一個是反饋信號，再

個就是速度調節器的本身。

第一個是由位置偏差計數器出來經D/A轉換給速度調節器送來的模擬是VCMD,這個信號

是

否有振動分量，可以通過伺服板上的插腳（FANUC6系統的伺服板是X18腳）來看一看它是

否在那

里振動。如果它就是有一個周期的振動信號，那毫無疑問機床振動是正確的，速度調節器這

部分沒有問題，而是前級有問題，向D/A轉換器或偏差計數器去查找問題。如果我們測

量結果

沒有任何振動的周期性的波形。那么問題肯定出在其他兩個部分。

我們可以去觀察測速發電機的波形，由于機床在振動，說明機床的速度在激烈的振蕩中，

當然測速發電機反饋回來的波形一定也是動蕩不已的。但是我們可以看到，測速發電機反饋

的

11

波形中是否出現規律的大起大落，十分混亂現象。這時，我們最好能測一下機床的振動頻率

與

電機旋轉的速度是否存在一個準確的比率關系，譬如振動的頻率是電機轉速的四倍頻率。這

時

我們就要考慮電機或測速發電機有故障的問題。

因為振動頻率與電機轉速成一定比率，首先就要檢查一下電動機是否有故障，檢查它的碳

刷，整流子表面狀況，以及機械振動的情況，并要檢查滾珠軸承的潤滑的情況，整個這個檢

查，

可不必全部拆卸下來，可通過視察官進行觀察就可以了，軸承可以用耳去聽聲音來檢查。如

果

沒有什么問題，就要檢查測速發電機。測速發電機一般是直流的。

測速發電機就是一臺小型的永磁式直流發電機，它的輸出電壓應正比于轉速，也就是輸出

電壓與轉速是線性關系。只要轉速一定，它的輸出電壓波形應當是一條直線，但由于齒槽的

影

響及整流子換向的影響，在這直線上附著一個微小的交變量。為此，測速反饋電路上都加了

濾

波電路，這個濾波電路就是削弱這個附在電壓上的交流分量。

測速發電機中常常出現的一個毛病就是炭刷磨下來的炭粉積存在換向片之間的槽內，造成

測速發電機片間短路，一旦出現這樣的問題就避免不了這個振動的問題。

這是因為這個被短路的元件一會在上面支路，一會在下面支路，一會正好處于換向狀態，

這3種情況就會出現3種不同的測速反饋的電壓。在上面支路時，上面支路由于少了一個

元件，

電壓必然要小，而當它這個元件又轉到了下面支路時，下面的電壓也小，這時不論在上面支

路，

還是在下面支路中，都必然使這兩條支路的端電壓下降，且有一個平衡電流流過這兩條并聯

的

支路，又造成一定的電壓降。當這個元件處于換向，正好它也處于短路，這時上下兩個支路

沒

有短路元件，電壓得以恢復，且也無環流。這樣，與正常測速發電機狀態一樣。為此，三種

不

同情況下電壓做了一個周期地變化，這個電壓反饋到調節器上時，勢必引起調節器的輸出也

做

出相應地，周期地變化。這是僅僅說了一個元件被短路。特別嚴重時有一遍換向片全部被碳

粉

給填平了，全部短路，這樣就會更為嚴重的電壓波動。

反饋信號與給定信號對于調節器來說是完全相同的。所以，出現了反饋信號的波動，必然

引起速度調節器的反方向調節，這樣就引起機床的振動。

這種情況發生時，非常容易處理，只要把電機后蓋拆下，就露出測速發電機的整流子。這

時不必做任何拆卸，只要用尖銳的勾子，小心地把每個槽子勾一下，然后用細砂紙光一下勾

起

的毛刺，把整流片表面再用無水酒精擦一下，再放上炭刷就可以了。這里特別要注意的是用

尖

銳的勾子去勾換向片間槽口時，別碰到繞組，因為繞組線很細，一旦碰破就無法修復，只有

重

新更換繞組。再一個千萬不要用含水酒精去擦，這樣弄完了絕緣電阻下降無法進行烘干，這

樣

就會拖延修理期限。

除了我們上面討論過這些引起振動的原因外，還可能是系統本身的參數引起的振蕩。眾所

周知；一個閉環系統也可能由于參數設定不好，而引起系統振蕩，但最佳的消除這個振蕩方

法

就是減少它的放大倍數，在FANUC的系統中調節RV1,逆時鐘方向轉動，這時可以看出

立即會明

顯變好，但由于RV1調節電位器的范圍比較小，有時調不過來，只能改變短路棒，也就是

切除

反饋電阻值，降低整個調節器的放大倍數。

采用這些方法后，還做不到完全消除振動，甚至是無效的，就要考慮對速度調節器板更換

或換下后徹底檢查各處波形。

在這個實例中，出現爬行時，電機是在低速，一旦提高速度就震起來，這時電流就可能出

現過流報警。產生這種報警的原因是機床工作臺面為了迅速跟限反饋信號的變化而變化，必

須

有一個很大的加速度才行，這個加速度就是由電機的轉矩給出的。電機轉矩的變化來響應這

個

12

速度給定信號（實際上是反饋信號）的變化。轉矩就是電流信號。大的轉矩，就是大的電流信

號

造成的，在電流環中出現了一個電流的激烈變化，從而出現了過電流現象。在振動時不報警,

而在振動加大時，出現了過電流報警。

從這個例子中，我們可以這樣總結：位置問題去找位置環，而速度問題去找速度環。所謂

位置環就是研究零件加工的尺寸問題，零件的尺寸的精度要去研究位置環。當然，零件尺寸

的

重復精度還和基準點有關，我們在后面還要討論基準點返回問題。但總的說來，尺寸問題，

位

置問題，要求考慮的對象是位置環，或者說與位置環有關的部分應是考慮的主要對象。速度

的

問題就要去研究速度環以及與速度環有關的部分。

加工零件形狀有了問題，這顯然是由幾個軸進行插補造成的。這就是NC對軸進行的脈沖

分

配，那么如果我們認為NC對軸的脈沖分配是正確的（常常是這樣，很少遇到是NC出了毛

病，或

插補軟件出了毛病而出現形狀不對的現象），那么各軸在忠實地執行NC的指令上肯定存在

問題。

我們可以去查各個軸伺服單元存在的問題。我們如果想加工一條有一定斜率的直線，那么這

兩

個軸的速度要按斜率的比率關系給定。

由于數控機床是機電一體化產品，這里邊影響機床正常工作的因素很多，例如上面我們曾

討論過的加工形狀誤差的原因，除了電氣方面的問題之外，我們在數控機床的驗收一節中曾

經

討論過失動量的測定，這也是影響加工的幾何形狀一個重要問題，這個機械方面的問題也與

電

氣的問題混在一起，這種情況就十分難以分辨出到底哪個因素在這個問題中的比重占有多

少。

這些相關的因素是制約我們迅速查出故障的重要因素。

18.機床數控化改造機電如何設計和聯調？

答：一、機床數控化改造的必要性

數控技術是先進制造技術的核心技術，它的整體水平標志著一個國家工業現代化的水平和

綜合國力的強弱，具有超越其經濟價值的戰略物資地位。目前我國企業機械制造整體水平與

發

達國家相比還有很大的差距。由于我國企業大部分數控機床和數控系統依賴進口，企業承受

不

了巨額購置費，且易受國外的控制，另外數控機械設備維修力量薄弱，進口的備件維修成本

高，

設備完好率低，大部分進口機床數控系統已經崩潰，有的甚至在進口后還沒使用就已因為各

方

面原因不能使用等等。因此目前我國企業機床數控化比例極低，不到5%,各企業使用的絕

大部

分為傳統老式機床，很難滿足企業高技術產品的生產需求和生產效率。為節約成本，進一步

發

揮老式傳統機床的功效和潛在價值，將大批傳統老式機床改造為數控機床是一種必然性和趨

勢。

二、機床數控化改造的分類

機床的數控化改造可以分為以下幾種：

1、其一是恢復原功能，對機床存在的故障部分進行診斷并恢復；

2、其二是NC化，在普通機床上加數顯裝置，或加數控系統，改造成NC機床、CNC機

床；

3、其三是翻新，為提高精度、效率和自動化程度，對機械、電氣部分進行翻新，對機械部

分重新裝配加工，恢復原精度：對其不滿足生產要求的CNC系統以最新CNC進行更新；

4、其四是技術更新或技術創新，為提高性能或檔次，或為了使用新工藝、新技術，在原有

基礎上進行較大規模的技術更新或技術創新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。

13

三、機床數控化改造的內容

下面按第三種改造方式以車床數控化改造為例，結合我公司在機床改造中的實際操作情況

介紹一下其改造的主要內容和主要結構形式。

1、進給軸的改造

普通車床的X軸和Z軸均由同一電機驅動，走刀運動經走刀箱傳動絲杠及溜板箱，獲得不

同的工件螺距即Z軸運動；走刀運動經走刀箱傳動光桿及溜板箱，獲得不同的進刀量即X

軸運

動。普通車床數控化改造時一般都去掉走刀箱及溜板箱，改用進給伺服（或步進）傳動鏈分

別

代替，具體體現為：

Z軸：縱向電機T減速箱（或聯軸器）一縱向滾珠絲杠T大拖板，縱向按數控指令獲得不

同

的走刀量和螺距。

X軸：橫向電機一減速箱（或聯軸器）T橫向滾珠絲杠一橫滑板，橫向按數控指令獲得不

同

的走刀量。

改造后整個傳動鏈的傳動精度在保證機床剛性的前提下，與滾珠絲杠副的選擇和布置結構

形式、機床導軌的精度情況等有很大的關系。

19.數控裝置具有哪些運算功能？

答：數控裝置要接受處理指令信息。指令信息的內容有邏輯動作控制以及形成幾何軌跡運動

的

進給坐標數值計算控制。其