數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床（Computer numerical control machine tools）的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號(hào)指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，用代碼化的數(shù)字表示，通過(guò)信息載體輸入數(shù)控裝置。經(jīng)運(yùn)算處理由數(shù)控裝置發(fā)出各種控制信號(hào)，控制機(jī)床的動(dòng)作。按圖紙要求的形狀和尺寸，自動(dòng)地將零件加工出來(lái)。
1 數(shù)控機(jī)床的組成及原理
數(shù)控機(jī)床是機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，是集機(jī)床、計(jì)算機(jī)、電動(dòng)機(jī)及拖動(dòng)、動(dòng)控制、檢測(cè)等技術(shù)為一體的自動(dòng)化設(shè)備。數(shù)控機(jī)床的基本組成包括控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、反饋裝置及機(jī)床本體，見(jiàn)下圖。
1.1 控制介質(zhì)
數(shù)控機(jī)床工作時(shí)，不用人去直接操作機(jī)床，但又要執(zhí)行人的意圖，這就必須在任何數(shù)控機(jī)床之間建立某種聯(lián)系，這種聯(lián)系的中間媒介物稱(chēng)之為控制介質(zhì)。在普通機(jī)床上加工零件時(shí)，由工人按圖樣和工藝要求進(jìn)行加工。在數(shù)控機(jī)床加工時(shí)，控制介質(zhì)是存儲(chǔ)數(shù)控加工所需要的全部動(dòng)作和刀具相對(duì)于工件位置等信息的信息載體，它記載著零件的加工工序。數(shù)控機(jī)床中，常用的控制介質(zhì)有穿孔紙帶、穿孔卡片、磁帶和磁盤(pán)或其他可存儲(chǔ)代碼的載體，至于采用哪一種，則取決于數(shù)控裝置的類(lèi)型。早期時(shí)，使用的是8單位（8孔）穿孔紙帶，并規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)信息代碼ISO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定）和EIA（美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)制定）兩種代碼。
1.2 數(shù)控裝置
數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心。其功能是接受輸入裝置輸入的數(shù)控程序中的加工信息，經(jīng)過(guò)數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件或邏輯電路進(jìn)行譯碼、運(yùn)算和邏輯處理后，發(fā)出相應(yīng)的脈沖送給伺服系統(tǒng)，使伺服系統(tǒng)帶動(dòng)機(jī)床的各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件按數(shù)控程序預(yù)定要求動(dòng)作。一般由輸入輸出裝置、控制器、運(yùn)算器、各種接口電路、CRT顯示器等硬件以及相應(yīng)的軟件組成。數(shù)控裝置作為數(shù)控機(jī)床“指揮系統(tǒng)”，能完成信息的輸入、存儲(chǔ)、變換、插補(bǔ)運(yùn)算以及實(shí)現(xiàn)各種控制功能。
1.3 伺服系統(tǒng)
機(jī)床上的執(zhí)行部件和機(jī)械傳動(dòng)部件組成數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)，它根據(jù)數(shù)控裝置發(fā)來(lái)的速度和位移指令控制執(zhí)行部件的進(jìn)給速度、方向和位移量。每個(gè)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行部件都配有一套伺服系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)的作用是把來(lái)自數(shù)控裝置的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)，它相當(dāng)于手工操作人員的手，使工作臺(tái)（或溜板）精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴(yán)格的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，最后加工出符合圖樣要求的零件。
1.4 反饋裝置
反饋裝置是閉環(huán)（半閉環(huán)）數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)環(huán)節(jié)，該裝置可以包括在伺服系統(tǒng)中，它由檢測(cè)元件和相應(yīng)的電路組成，其作用是檢測(cè)數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸的實(shí)際移動(dòng)速度和位移，并將信息反饋到數(shù)控裝置或伺服驅(qū)動(dòng)中，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。檢測(cè)裝置的安裝、檢測(cè)信號(hào)反饋的位置，決定于數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。無(wú)測(cè)量反饋裝置的系統(tǒng)稱(chēng)為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)。由于先進(jìn)的伺服系統(tǒng)都采用了數(shù)字式伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)（稱(chēng)為數(shù)字伺服），伺服驅(qū)動(dòng)和數(shù)控裝置間一般都采用總線進(jìn)行連接。反饋信號(hào)在大多數(shù)場(chǎng)合都是與伺服驅(qū)動(dòng)進(jìn)行連接，并通過(guò)總線傳送到數(shù)控裝置，只有在少數(shù)場(chǎng)合或采用模擬量控制的伺服驅(qū)動(dòng)（稱(chēng)為模擬伺服）時(shí)，反饋裝置才需要直接和數(shù)控裝置進(jìn)行連接。伺服電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝式脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、測(cè)速機(jī)、光柵和磁尺等都是NC機(jī)床常用的檢測(cè)器件。
2 數(shù)控機(jī)床主要故障分析及數(shù)控機(jī)床維修
2.1 數(shù)控機(jī)床主軸伺服系統(tǒng)故障檢查及維修
在維修主回路采用錯(cuò)位選觸無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)控車(chē)床中所遇到的部分故障及處理方法。
（1）故障現(xiàn)象：1.8m臥車(chē)在點(diǎn)動(dòng)時(shí)，花盤(pán)來(lái)回?cái)[動(dòng)。
檢查：測(cè)量驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)中的±20V直流穩(wěn)壓電源的紋波為4V峰峰值，大大超過(guò)了規(guī)定的范圍。
處理：將電壓板中的100MF和1000MF濾波電容換下焊上新電容，并測(cè)量紋波只有幾個(gè)毫伏后將電源板安裝好，開(kāi)機(jī)試運(yùn)行，故障消除。
（2）故障現(xiàn)象：配套某系統(tǒng)的數(shù)控車(chē)床，當(dāng)主軸在高速（3000r/min以上），機(jī)床出現(xiàn)異常振動(dòng)。
處理：檢查機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)是否連接，發(fā)現(xiàn)機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)器的接地線連接不良后，將接地線重新連接，機(jī)床可恢復(fù)正常。
2.2 機(jī)床PLC初始故障的診斷
機(jī)床PLC初始故障的診斷為了保護(hù)機(jī)床和維修方便，PLC有顯示和檢測(cè)機(jī)床故障的能力。一旦發(fā)生故障，維修人員就能根據(jù)機(jī)床的故障顯示號(hào)去確定故障類(lèi)別，予以排除。但在實(shí)際加工過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)有時(shí)PLC同時(shí)顯示幾個(gè)故障，它們是由某一個(gè)故障引起的連鎖故障，排除了初始的引發(fā)故障，其他故障報(bào)警就消失了。可是從機(jī)床PLC顯示的所有報(bào)警故障中，維修人員并不知道哪個(gè)故障是初始引發(fā)故障，維修人員只能逐個(gè)故障去查，這就增加了維修難度。機(jī)床PLC初始故障診斷功能，通過(guò)PLC程序，準(zhǔn)確判斷出初始故障的報(bào)警號(hào)。維修中，首先 排除初始故障，其他引發(fā)故障自行消失，這樣就極大地方便了機(jī)床的維修，提高了機(jī)床維修的快速性和準(zhǔn)確性。初始故障診斷原理設(shè)計(jì)的PLC程序不單單是把各個(gè)故障都能檢測(cè)和顯示出來(lái)，還能把最關(guān)鍵的初始故障自動(dòng)判斷出來(lái)。
2.3 數(shù)控設(shè)備檢測(cè)元件故障及維修
檢測(cè)元件是數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的重要組成部分，它起著檢測(cè)各控制軸的位移和速度的作用，它把檢測(cè)到的信號(hào)反饋回去，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)。測(cè)量方式可分為直接測(cè)量和間接測(cè)量：直接測(cè)量就是對(duì)機(jī)床的直線位移采用直線型檢測(cè)元件測(cè)量，直接測(cè)量常用的檢測(cè)元件一般包括：直線感應(yīng)同步器、計(jì)量光柵、磁尺激光干涉儀。間接測(cè)量就是對(duì)機(jī)床的直線位移采用回轉(zhuǎn)型檢測(cè)元件測(cè)量，間接測(cè)量常用的檢測(cè)元件一般包括：脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、圓感應(yīng)同步器、圓光柵和圓磁柵。 在數(shù)控設(shè)備的故障中，檢測(cè)元件的故障比例是比較高的，只要正確的使用并加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行深入分析。就一定能降低故障率，并能迅速解決故障，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。
2.4 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)故障診斷與維修
在數(shù)控機(jī)床在加工時(shí)，可能由于斷續(xù)切削、加工余量不均勻、運(yùn)動(dòng)部件不平衡以切削過(guò)程中的自振動(dòng)等原因引起沖擊力和交變力，使主軸產(chǎn)生振動(dòng)，影響加工精度和表面粗糙度，嚴(yán)重時(shí)甚至可能破壞刀具主軸系統(tǒng)中的零件，使其無(wú)法工作。主軸系統(tǒng)的發(fā)熱使其中所有零件產(chǎn)生熱變形，降低傳動(dòng)效率，破壞零部件之間的相對(duì)位置精度和運(yùn)動(dòng)精度，從而造成加工誤差。因此，主軸部件組要具有較高的固有頻率，較好的動(dòng)平衡，且要保持合適的配合精度，并要進(jìn)行循環(huán)潤(rùn)滑。
主軸發(fā)熱主軸軸承預(yù)緊力過(guò)大，造成主軸回轉(zhuǎn)時(shí)摩擦過(guò)大，引起主軸溫度急劇升高。可以通過(guò)重新調(diào)整主軸軸承預(yù)緊力加以排除；主軸軸承磨損或損壞，也會(huì)造成主軸回轉(zhuǎn)時(shí)摩擦過(guò)大，引起主軸溫度急劇升高。可以通過(guò)更換新軸承加以排除；主軸潤(rùn)滑油臟或有雜質(zhì)，也會(huì)造成主軸回轉(zhuǎn)時(shí)阻力過(guò)大，引起主軸溫度升高。通過(guò)清洗主軸箱，重新?lián)Q油加以排除；主軸軸承潤(rùn)滑油脂耗盡或潤(rùn)滑油脂過(guò)多，也會(huì)造成主軸回轉(zhuǎn)時(shí)阻力、摩擦過(guò)大，引起主軸溫度升高。通過(guò)重新涂抹潤(rùn)滑脂加以排除。主軸強(qiáng)力切削時(shí)停轉(zhuǎn)主軸電動(dòng)機(jī)與主軸連接的傳動(dòng)帶過(guò)松，造成主軸傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩過(guò)小，強(qiáng)力切削時(shí)主軸轉(zhuǎn)矩不足，產(chǎn)生報(bào)警，數(shù)控機(jī)床自動(dòng)停機(jī)。通過(guò)重新調(diào)整主軸傳動(dòng)帶的張緊力，加以排除；主軸電動(dòng)機(jī)與主軸連接的傳動(dòng)帶表面有油，造成主軸傳動(dòng)時(shí)傳動(dòng)帶打滑，強(qiáng)力切削時(shí)主軸轉(zhuǎn)矩不足，產(chǎn)生報(bào)警，數(shù)控機(jī)床自動(dòng)停機(jī)。通過(guò)用汽油或酒精清洗后擦干凈加以排除。
主軸工作時(shí)噪聲過(guò)大是主軸部件動(dòng)平衡不良，使主軸回轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)過(guò)大，引起工作噪聲。需要機(jī)床生產(chǎn)廠家的專(zhuān)業(yè)人員對(duì)所有主軸部件重新進(jìn)行動(dòng)平衡檢查與調(diào)試；主軸傳動(dòng)齒輪磨損，使齒輪嚙合間隙過(guò)大，主軸回轉(zhuǎn)時(shí)沖擊振動(dòng)過(guò)大，引起工作噪聲。需要機(jī)床生產(chǎn)廠家的專(zhuān)業(yè)人員對(duì)主軸傳動(dòng)齒輪進(jìn)行檢查、維修或更換；主軸支承軸承拉毛或損壞，使主軸回轉(zhuǎn)間隙過(guò)大，回轉(zhuǎn)時(shí)沖擊、振動(dòng)過(guò)大，引起工作噪聲。需要機(jī)床生產(chǎn)廠家的專(zhuān)業(yè)人員對(duì)軸承進(jìn)行檢查、維修或更換；主軸傳動(dòng)帶松弛或磨損，使主軸回轉(zhuǎn)時(shí)摩擦過(guò)大，引起工作噪聲。通過(guò)調(diào)整或更換傳動(dòng)帶加以排除。
數(shù)控機(jī)床故障產(chǎn)生的原因是多種多樣的，有機(jī)械問(wèn)題、數(shù)控系統(tǒng)的問(wèn)題、傳感元件的問(wèn)題、驅(qū)動(dòng)元件的問(wèn)題、強(qiáng)電部分的問(wèn)題、線路連接的問(wèn)題等。在檢修過(guò)程中，要分析故障產(chǎn)生的可能原因和范圍，然后逐步排除，直到找出故障點(diǎn)，切勿盲目的亂動(dòng)，否則，不但不能解決問(wèn)題。還可能使故障范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。總之，在面對(duì)數(shù)控機(jī)床故障和維修問(wèn)題時(shí)，首先要防患于未然，不能在數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)問(wèn)題后才去解決問(wèn)題，要做好日常的維護(hù)工作和了解機(jī)床本身的結(jié)構(gòu)和工作原理，這樣才能做到有的放矢。
3 結(jié)論
在數(shù)控機(jī)床維修中推廣應(yīng)用新技術(shù)、新工藝、新材料，做好數(shù)控的技術(shù)改造和局部改裝設(shè)計(jì)管理工作，搞好數(shù)控機(jī)床維修用工、檢、量具的管理，搞好數(shù)控設(shè)備維修的質(zhì)量管理等工作。只有這樣，才能做好數(shù)控機(jī)床的維修工作，保障數(shù)控機(jī)床的正常運(yùn)行，從而保障企業(yè)生產(chǎn)的順利運(yùn)行。所以，無(wú)論是CNC系統(tǒng)，機(jī)床強(qiáng)電，還是機(jī)械、液壓、氣路等，只要有可能引起該故障的原因，都要盡可能全面地列出來(lái)，進(jìn)行綜合判斷和篩選，然后通過(guò)必要的實(shí)驗(yàn)達(dá)到確診和最終排除故障的目的。
（來(lái)源：數(shù)控編程教學(xué)）
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