數(shù)控機床知識培訓(xùn)和數(shù)控機床編程及加工

數(shù)控機床機械系統(tǒng)及其故障診斷與維修?導(dǎo)讀：數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展一、數(shù)控機床的產(chǎn)生

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越來越合理，其性能、精度和效率日趨提高更新?lián)Q代頻繁，生產(chǎn)類型由大批大量生產(chǎn)向多品種小批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)化。因此，對機械產(chǎn)品的加工相應(yīng)得提出了高精度、高柔性與高度自動化的要求。數(shù)字控制機床就是為了解決單件、小批量、特別是復(fù)雜型面零件加工的自動化并保證質(zhì)量要求而產(chǎn)生的。?第一臺數(shù)控機床是1952年美國PARSONS公司與麻省理工學(xué)院（MIT）合作研制的三坐標(biāo)數(shù)控銑床，它綜合應(yīng)用了電子計算機、自動控制、伺服驅(qū)動、精密檢測與新型機械結(jié)構(gòu)等多方面的技術(shù)成果，可用于加工復(fù)雜曲面零件。數(shù)控機床的發(fā)展先后經(jīng)歷了電子管（1952年）、晶體管（1959年）、小規(guī)摸集成電路（1965年）、大規(guī)模集成電路及小型計算機（1970年）和微處理機或微型機算機（1974年）等五代數(shù)控系統(tǒng)。?二、數(shù)控機床的發(fā)展趨勢1高速化采用高速的32位以上的微處理器，可提高數(shù)控系統(tǒng)的分辨率及實現(xiàn)連續(xù)小程序段的高速、高精加工。日本產(chǎn)的FANUC15系統(tǒng)開發(fā)出64位CPU系統(tǒng)，能達到最小移動單位0.1um時，最大進給速度為100m/min。2多功能化?3智能化：引進了自適應(yīng)控制技術(shù).自適應(yīng)控制（AdaptiveControl，簡稱AC）技術(shù)是能調(diào)節(jié)在加工過程中所測得的工作狀態(tài)特性，且能使切削過程達到并維持最佳狀態(tài)的技術(shù)。4高精度化：通過減少數(shù)控系統(tǒng)誤差和采用補償技術(shù)可提高數(shù)控機床的加工精度。5高可靠性：通過提高數(shù)控系統(tǒng)的硬件質(zhì)量，采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化來提高其可靠性。?緒論一、數(shù)控機床的分類?⑴金屬切削類指采用車、銑、撞、鉸、鉆、磨、刨等各種切削工藝的數(shù)控機床。它又可被分為以下兩類。①普通型數(shù)控機床如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床等。②加工中心其主要特點是具有自動換刀機構(gòu)的刀具庫，工件經(jīng)一次。裝夾后，通過自動更換各種刀具，在同一臺機床上對工件各加工面連續(xù)進行銑（車）鍵、鉸、鉆、攻螺紋等多種工序的加工，如（幢／銑類）加工中心、車削中心、鉆削中心等?⑵金屬成型類指采用擠、沖、壓、拉等成型工藝的數(shù)控機床，常用的有數(shù)控壓力機、數(shù)控折彎機、數(shù)控彎管機、數(shù)控旋壓機等。⑶特種加工類主要有數(shù)控電火花線切割機、數(shù)控電火花成型機、數(shù)控火焰切割機、數(shù)控激光加工機等。⑷測量、繪圖類主要有三坐標(biāo)測量儀、數(shù)控對刀儀、數(shù)控繪圖儀等。?

2按運動方式分類（1）點位控制系統(tǒng)（PositioningControl）只控制刀具從一點到另一點的位置，而不控制移動軌跡，在移動過程中刀具不進行切削加工。

刀具的三種路徑（1）（2）（3）XYZ?（2）直線控制系統(tǒng)（Straight-lineControl）是控制刀具或機床工作臺以給定的速度，沿平行于某一坐標(biāo)軸方向，由一個位置到另一個位置的精確移動，并且在移動過程中進行直線切削加工。?（3）輪廓控制系統(tǒng)（ContourControl）是對兩個或兩個以上的坐標(biāo)軸同時進行連續(xù)控制，并能對機床移動部件的位移和速度進行嚴格的控制，即要控制加工的軌跡，加工出要求的輪廓。其運動軌跡是任意斜率的直線、圓弧、螺旋線等。?3、按控制方式分類（1）開環(huán)控制（OpenLoopControl）即不帶位置測量元件，數(shù)控裝置根據(jù)控制介質(zhì)上的指令信號，經(jīng)控制運算發(fā)出指令脈沖，使伺服驅(qū)動元件轉(zhuǎn)過一定的角度，并通過傳動齒輪、滾珠絲杠螺母副，使執(zhí)行機構(gòu)（如工作臺）移動或轉(zhuǎn)動。特點是沒有來自位置測量元件的反饋信號，對執(zhí)行機構(gòu)的動作情況不進行檢查，指令流向為單向，控制精度較低。?

開環(huán)控制驅(qū)動裝置工作臺數(shù)控裝置控制介質(zhì)指令脈沖伺服電機齒輪箱?（2）閉環(huán)控制（ClosedLoopControl）是將位置檢測裝置安裝于機床運動部件上，加工中將測量到的實際位置值反饋。另外通過與伺服電機剛性連接的測速元件，隨時實測驅(qū)動電動機的轉(zhuǎn)速，得到速度反饋信號，并與速度指令信號相比較，其比較的差值對伺服電動機的轉(zhuǎn)速隨時進行校正，直至實現(xiàn)移動部件工作臺的最終精確定位。?

閉環(huán)控制測速元器件位移指令位移反饋速度反饋位置檢測裝置工作臺?（3）半閉環(huán)控制（Semi-ClosedLoopControl）是將位置檢測裝置安裝于驅(qū)動電動機軸端或安裝于傳動絲杠端部，間接地測量移動部件（工作臺）的實際位置或位移。?半閉環(huán)控制測速元器件位移指令位移反饋速度反饋位置檢測裝置工作臺?4、按控制聯(lián)動的坐標(biāo)軸數(shù)分類二軸聯(lián)動：主要用于數(shù)控車床加工旋轉(zhuǎn)曲面或數(shù)控銑床加工曲線柱面。如圖1-4所示。?②二軸半聯(lián)動主要用于三軸以上機床的控制，其中兩根軸可以聯(lián)動，而另外一根軸可以作周期勝進給。圖1-5所示為采用這種方式用行切法加工三維空間曲面。?③三軸聯(lián)動：一般分為兩類，一類就是X、y、Z三個直線坐標(biāo)軸聯(lián)動，比較多的用于數(shù)控銑床、加工中心等，如圖16所示用球頭銑刀銑切三維空間曲面．另一類是除了同時控制X、Y、Z中兩個直線坐標(biāo)外，還同時控制圍繞其中某一直線坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸。如車削加工中心，它除了縱向（Z軸）、橫向（X軸）兩個直線坐標(biāo)軸聯(lián)動外，還需同時控制圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)的主軸（C軸）聯(lián)動。?④四軸聯(lián)動：同時控制X、Y、Z三個直線坐標(biāo)軸與某一旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸聯(lián)動，圖17所示為同時控制x、Y、Z三個直線坐標(biāo)軸與一個工作臺回轉(zhuǎn)軸聯(lián)動的數(shù)控機床。?⑤五軸聯(lián)動：除同時控制X、Y、Z三個育線坐標(biāo)軸聯(lián)動外．還同時控制圍繞這這些直線坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的A、B、C坐標(biāo)軸中的兩個坐標(biāo)軸，形成同時控制五個軸聯(lián)動這時刀具可以被定在空間的任意方向．如圖18所示．比如控制刀具同時繞x軸和Y軸兩個方向擺動，使得刀具在其切削點上始終保持與被加工的輪廓曲面成法線方向，以保證被加工曲面的光滑性，提高其加工精度和加工效率，減小被加工表面的粗糙度?二、數(shù)控機床的組成數(shù)控機床由數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動裝置、檢測反饋裝置和機床本體四大部分組成，再加上程序的輸入/輸出設(shè)備、可編程控制器、電源等輔助部分。1.數(shù)控裝置(數(shù)控系統(tǒng)的核心)由硬件和軟件部分組成，接受輸入代碼經(jīng)緩存、譯碼、運算插補）等轉(zhuǎn)變成控制指令，實現(xiàn)直接或通過PLC對伺服驅(qū)動裝置的控制。

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2.伺服驅(qū)動裝置是數(shù)控裝置和機床主機之間的聯(lián)接環(huán)節(jié)，接受數(shù)控裝置的生成的進給信號，經(jīng)放大驅(qū)動主機的執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)機床運動。

3.檢測反饋裝置是通過檢測元件將執(zhí)行元件（電機、刀架）或工作臺的速度和位移檢測出來，反饋給數(shù)控裝置構(gòu)成閉環(huán)或半閉環(huán)系統(tǒng)。

4.機床本體是數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)件（床身箱體、立柱、導(dǎo)軌、工作臺、主軸和進給機構(gòu)等。?三、數(shù)控機床機械機構(gòu)維護及維修的基本知識1、數(shù)控機床機械機構(gòu)的維護（1）數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)的維護和保養(yǎng)對數(shù)控機床進行日常維護與保養(yǎng)，可以延長電氣元件的使用壽命，防止機械部件的非正常磨損，避免發(fā)生意外的惡性事故，使機床始終保持良好的狀態(tài)，盡可能地保持長時間的穩(wěn)定工作，延長無故障時間。做好數(shù)控機床日常維護保養(yǎng)如：數(shù)控機床長期不用時最重要的日常維護工作是通電?（2）機械部件檢查調(diào)試1）機床各運動軸傳動鏈的檢查調(diào)整。2）各運動軸精度的檢查調(diào)整。3）減速莊塊的檢查調(diào)整4）液壓系統(tǒng)的檢查調(diào)整。5）氣動系統(tǒng)的檢查調(diào)整。6）潤滑部分的檢查調(diào)整。

?四、數(shù)控機床故障維修基本知識

1.故障的基本概念故障—數(shù)控機床全部或部分喪失原有的功能。故障診斷—在數(shù)控機床運行中，根據(jù)設(shè)備的故障現(xiàn)象，在掌握數(shù)控系統(tǒng)各部分工作原理的前提下，對現(xiàn)行的狀態(tài)進行分析，并輔以必要檢測手段，查明故障的部位和原因。提出有效的維修對策。?

2.故障的分類

1）從故障的起因分類關(guān)聯(lián)性故障—和系統(tǒng)的設(shè)計、結(jié)構(gòu)或性能等缺陷有關(guān)而造成（分固有性和隨機性）。非關(guān)聯(lián)性故障—和系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)與制造無關(guān)的故障。

2）從故障發(fā)生的狀態(tài)分類突然故障—發(fā)生前無故障征兆，使用不當(dāng)。漸變故障—發(fā)生前有故障征兆，逐漸嚴重。?

3）按故障發(fā)生的性質(zhì)分類軟件故障—程序編制錯誤、參數(shù)設(shè)置不正確、機床操作失誤等引起。硬件故障—電子元器件、潤滑系統(tǒng)、限位機構(gòu)、換刀系統(tǒng)、機床本體等硬件損壞造成。干擾故障—由于系統(tǒng)工藝、線路設(shè)計、電源地線配置不當(dāng)?shù)纫约肮ぷ鳝h(huán)境的惡劣變化而產(chǎn)生。?

4）按故障的嚴重程度分類危險性故障—數(shù)控系統(tǒng)發(fā)生故障時，機床安全保護系統(tǒng)在需要動作時，因故障失去保護動作，造成人身或設(shè)備事故。安全性故障—機床安全保護系統(tǒng)在不需要動作時發(fā)生動作，引起機床不能起動。

?3.數(shù)控系統(tǒng)的可靠性數(shù)控機床除了具有高精度、高效率和高技術(shù)的要求外，還應(yīng)該具有高可靠性。衡量的指標(biāo)有：MTBF—平均無故障時間MTTR—排除故障的修復(fù)時間平均有效度A：A=MTBF/（MTBF+MTTR）?數(shù)控設(shè)備使用壽命—故障頻率曲線?

4.數(shù)控機床維修的特點

1）數(shù)控機床是高投入、高精度、高效率的自動化設(shè)備；

2）一些重要設(shè)備處于關(guān)鍵的崗位和工序，因故障停機時，影響產(chǎn)量和質(zhì)量；

3）數(shù)控機床在電氣控制系統(tǒng)和機械結(jié)構(gòu)比普通機床復(fù)雜，故障檢測和診斷有一定的難度。?五、數(shù)控診斷技術(shù)的發(fā)展

1.通訊診斷(遠程、海外診斷）用戶機床的通訊口通過線和維修中心的專用通訊診斷計算機相連。計算機發(fā)診斷程序用戶測試數(shù)據(jù)計算機診斷結(jié)果和處理方法用戶特點：實用簡便；有一定的局限性?2.自修復(fù)系統(tǒng)當(dāng)診斷軟件發(fā)現(xiàn)數(shù)控機床在運行中某一模塊有故障時，系統(tǒng)在CRT上顯示的同時，自動尋找備用模塊并接上。特點：實用但成本比較高，而且只適合總線結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)。?

3.人工智能專家故障診斷系統(tǒng)?4.人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)(ANN)診斷ANN具有聯(lián)想、容錯、記憶、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)和處理復(fù)雜多模式故障等特點。這種方法將被診斷的系統(tǒng)的癥狀作為網(wǎng)絡(luò)的輸入，將按一定數(shù)學(xué)模型所求得的故障原因作為網(wǎng)絡(luò)的輸出，并且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將經(jīng)過學(xué)習(xí)所得到的知識以分布的方式隱存在網(wǎng)絡(luò)上，每個輸出神經(jīng)元對應(yīng)著一個故障原因。?五、課程的基本要求與特點熟悉數(shù)控機床各組成部分的工作原理與結(jié)構(gòu)確立數(shù)控機床故障診斷的基本思路與實施診斷的步驟及注意事項掌握常用測試儀器的使用方法通過理論和實訓(xùn)環(huán)節(jié)的教學(xué)，能實施對數(shù)控機床的故障分析和診斷。課程涉及內(nèi)容廣，故障檢測、分析難度高?數(shù)控機床編程及加工機械工程實驗教學(xué)中心實驗?zāi)康耐ㄟ^數(shù)控機床的加工程序編制，掌握編程的方法及技巧；將在計算機上用OpenSoftCNC軟件模擬顯示加工過程校驗程序，然后在數(shù)控機床上對工件進行加工；結(jié)合機械加工工藝，實現(xiàn)最優(yōu)化編程，提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。機械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理數(shù)控編程的目的；數(shù)控編程的內(nèi)容；編程步驟。機械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理所謂編程，就是把零件的圖形尺寸、工藝過程、工藝參數(shù)、機床的運動以及刀具位移等內(nèi)容，按照數(shù)控機床的編程格式和能識別的語言記錄在程序單上的全過程。這樣編制的程序還必須按規(guī)定把程序單制備成控制介質(zhì)如程序紙帶、磁帶等，變成數(shù)控系統(tǒng)能讀懂的信息，再送入數(shù)控機床，數(shù)控機床的CNC裝置對程序經(jīng)過處理之后，向機床各坐標(biāo)的伺服系統(tǒng)發(fā)出指令信息，驅(qū)動機床完成相應(yīng)的運動。機械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控編程的目的數(shù)控編程的基本原理①分析零件圖紙，確定加工工藝過程；②計算走刀軌跡，得出刀位數(shù)據(jù)；③編寫零件加工程序；④制作控制介質(zhì)；⑤校對程序及首件試加工。機械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控編程的內(nèi)容數(shù)控編程的基本原理機械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控編程的步驟零件圖紙分析零件圖紙制定工藝規(guī)程數(shù)學(xué)處理編寫程序文件制作控制介質(zhì)程序校驗及試切數(shù)控機床OpenSoftCNC軟件介紹OpenSoftCNC軟件包括數(shù)控車床模擬仿真和數(shù)控銑床模擬仿真系統(tǒng)，由軟件+標(biāo)準(zhǔn)硬件系統(tǒng)構(gòu)成，不要求專用硬件或運動控制卡，所有數(shù)控功能和邏輯控制功能均由軟件完成，操作界面由系統(tǒng)操作和機床控制兩大部分組成。機械工程實驗教學(xué)中心OpenSoftCNC軟件介紹機械工程實驗教學(xué)中心為例，軟件提供下列指令：以數(shù)控車床模擬仿真系統(tǒng)（OpenSoftCNC01T）組別指令功能編程格式模態(tài)

1G00快速線性移動G00X(U)_Z(W)_√G01直線插補G01X(U)_Z(W)_√G02順時針圓弧插補G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆時針圓弧插補G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺紋插補G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺紋插補G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X軸返回程序零點G27

G28Z軸返回程序零點G28

G92定義絕對坐標(biāo)系G92X_Z_√2G04延時G04E_

3M00暫停M00

M02程序結(jié)束M02

4M03主軸正轉(zhuǎn)M03√M04主軸反轉(zhuǎn)M04√M05主軸停M05√5M08開冷卻液M08√M09關(guān)冷卻液M09√

6M97程序跳轉(zhuǎn)M97P_

M98子程序調(diào)用M98P_L_

M99子程序返回M99

7M20自定義開關(guān)1有效M20√M21自定義開關(guān)1無效M21√8M22自定義開關(guān)2有效M22√M23自定義開關(guān)2無效M23√9S主軸轉(zhuǎn)速控制S00～S07；S0000～S9999√10T指定刀具T00～T05√11F指定速度F12～F4000√OpenSoftCNC軟件介紹在程序管理界面下，可進行有關(guān)數(shù)控加工程序文件的各種操作，如讀