機床數(shù)控技術及應用-數(shù)控機床的選用與維護

數(shù)控機床的選用與維護7.1數(shù)控機床的選型7.2數(shù)控機床的安裝與調試7.3數(shù)控機床的驗收7.4數(shù)控機床的維護7.5數(shù)控機床的故障診斷與維修習題與思考題

7.1數(shù)控機床的選型

如何從品種繁多、價格昂貴的數(shù)控機床中選擇適用的設備，如何使這些設備在機械制造中充分發(fā)揮作用，如何正確、合理地選購與主機相配套的附件及軟件技術，已成為廣大用戶十分關心的問題。選用數(shù)控機床時應考慮的主要因素有以下幾個方面。

7.1.1被加工工件的確定

每一種型號的數(shù)控機床都有其各自的加工特點。例如，臥式數(shù)控車床適于軸向尺寸較長的軸類零件和小型盤類零件的車削加工;立式數(shù)控車床適于回轉直徑較大的盤類零件的加工;立式加工中心適于盤類零件和模具的加工;臥式加工中心適于箱體類零件的加工;龍門式加工中心適于大型工件的加工。如果在臥式加工中心上加工適于立式加工中心的典型零件，需要使用彎板或可調整夾具等，這樣會降低加工工藝系統(tǒng)的剛性，增加加工成本，降低經(jīng)濟效益。在立式加工中心上加工適于臥式加工中心的典型零件，需要制作多個夾具，進行多次裝夾、多次倒換定位基準，這樣會降低加工精度和加工效率，增加加工成本。

7.1.2機床規(guī)格的選擇

數(shù)控機床的主要規(guī)格包括工作臺尺寸、各坐標軸的有效行程范圍和主軸電動機功率。工作臺的尺寸規(guī)格應該保證工件在工作臺上能夠順利裝夾；各坐標軸的有效行程范圍應該

保證被加工工件的每個被加工面都能順利完成加工;主軸電動機的切削功率能應該保證切削順利進行。加工中心的工作臺尺寸和每個坐標軸的行程范圍都有一定的比例關系，如果

機床工作臺尺寸為500mm×500mm，那么X軸的行程一般為700~800mm，

Y軸的行程一般為550~700mm，

Z軸的行程一般為500~600mm，因此工作臺的尺寸大小基本確定

了加工空間的大小。

選擇數(shù)控機床時，還應考慮工件與換刀空間的干涉、工作臺回轉時與防護罩等附件間的干涉以及機床工作臺的承載能力等。此外，在選擇主軸電動機時，以適用、合理為原則，不要將主軸電動機功率選擇得過小或過大，功率太小不能滿足加工要求，功率太大會造成資源浪費。

7.1.3機床精度的選擇

數(shù)控機床按精度分為普通型和精密型，其主要參數(shù)見表7.1。普通型數(shù)控機床可批量加工IT8級精度的工件;精密型數(shù)控機床的加工精度可以達到IT7~IT6級，但是精密型數(shù)控機床對使用環(huán)境要求較為嚴格。普通型數(shù)控機床進給伺服驅動機構一般采用半閉環(huán)方式，滾動絲杠受溫度變化引起的伸長無法檢測，因此會影響加工精度;精密型數(shù)控機床一般對絲杠采取預拉深措施，這樣不僅減小了絲杠的熱變形，同時也提高了機床的傳動精度。

數(shù)控機床的各軸直線定位精度和重復定位精度綜合反映了該軸各運動部件的綜合精度，尤其是重復定位精度，它反映了該軸在全部行程內任意一點的定位穩(wěn)定性，這是衡量該軸能否穩(wěn)定、可靠工作的基本指標。

在銑削加工過程中，銑圓精度是綜合評價數(shù)控銑削類機床各軸的伺服跟隨運動特性和數(shù)控系統(tǒng)插補功能的重要指標。由于數(shù)控機床具有一些特殊性，因此在加工中等精度的典

型工件時，一些大孔徑圓柱面和大圓弧面可以采用高切削特性的立銑刀銑削。測定一臺機床的銑圓精度的方法是用一把精加工立銑刀銑削一個標準圓柱試件，中小型數(shù)控機床選擇

圓柱試件的直徑一般為?200~?300mm。將銑削加工后得到的標準圓柱試件放在圓度儀上，測出加工圓柱的輪廓線，取其最大包絡圓和最小包絡圓，兩者間的半徑差即為數(shù)控機

床的銑圓精度。

7.1.4自動換刀裝置和刀庫容量的選擇

ATC(自動換刀裝置)的工作質量主要表現(xiàn)在換刀時間和故障率上。ATC一般故障率比較高，而且價格是一臺數(shù)控機床價格的30%~50%，因此用戶在選擇ATC時最好在滿

足使用要求的條件下，盡量選擇結構簡單和可靠性高的ATC。隨著數(shù)控機床零部件生產(chǎn)的專業(yè)化，

ATC的換刀時間大大縮短，故障率也明顯減少，其質量有明顯改善。

加工中心的刀庫容量不宜選得太大，因為刀庫容量越大，刀庫結構就越復雜，成本越高，故障率也會相應增加，刀具的管理也會越復雜。加工中心的制造廠家對同一規(guī)格的機床，通常設有不同換刀形式的刀庫和2~3種不同容量的刀庫供購買者選擇。例如，臥式加工中心的換刀形式分無機械臂換刀和有機械臂換刀兩種，刀庫容量有30、40、60、80把等;立式加工中心的換刀形式也分無機械臂換刀和有機械臂換刀兩種，刀庫容量有16、20、24、32把等。

用戶在選定刀庫容量時，可以根據(jù)被加工工件的工藝分析結果來確定所需刀具數(shù)量，通常以滿足一個零件在一次裝夾中所需要的刀具數(shù)量來確定刀庫容量。當更換一種新的工件時，操作者要根據(jù)新的工藝資料對刀具重新進行安排。刀庫中無關的刀具越多，整理的工作量越大，也就越容易出現(xiàn)人為差錯。

立式加工中心的刀庫容量一般以20把左右為宜;臥式加工中心的刀庫容量一般以40把左右為宜。對于一些復雜工件，如果一次完成全部加工所需的刀具數(shù)量超出了現(xiàn)有刀庫

容量，可綜合考慮工藝因素，如將粗、精加工分工序進行，插入熱處理工序消除內應力和變形量，將工件裝夾倒換工藝基準等，把一個復雜工件分為幾個加工程序來進行加工，使

每個加工程序所需的刀具數(shù)量不超過刀庫容量。但是，如果選用的加工中心準備用于柔性加工單元(FMC)或柔性制造系統(tǒng)(FMS)，加工中心的刀庫容量可以選得大一些，甚至可以選擇可交換刀庫。

7.1.5數(shù)控系統(tǒng)的選擇

國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)有華中數(shù)控系統(tǒng)，國外數(shù)控系統(tǒng)有FANUC、SIEMENS等數(shù)控系統(tǒng)。為了使數(shù)控系統(tǒng)與數(shù)控機床相匹配，在選擇數(shù)控系統(tǒng)時，應遵循以下幾條基本原則:

(1)根據(jù)數(shù)控機床的類型選擇相應的數(shù)控系統(tǒng)。一般來說，不同類型的數(shù)控系統(tǒng)適用于車、銑、鏜、磨、沖壓等不同的加工類型，選擇時要有針對性。

(2)根據(jù)數(shù)控機床的設計指標選擇數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)的性能差別很大，價格上可相差數(shù)倍，選用時應該對系統(tǒng)的性能和價格等因素進行綜合分析，選用合適的系統(tǒng)，不能片面地追求高水平、新系統(tǒng)。

(3)根據(jù)數(shù)控機床的性能選擇數(shù)控系統(tǒng)。一個數(shù)控系統(tǒng)具有很多功能，有的屬于基本功能，系統(tǒng)中本來已經(jīng)具備;有的屬于選擇性功能，在用戶特定選擇后由供方提供。數(shù)控

系統(tǒng)生產(chǎn)廠對具有基本功能的系統(tǒng)定價較低，而對有選擇功能要求的系統(tǒng)定價較高。所以，選擇功能一定要根據(jù)機床性能需要加以選擇，不可盲目求多，否則許多功能用不上卻

會使產(chǎn)品成本大幅度增加。

(4)訂購系統(tǒng)時要考慮全面。訂購時把需要的系統(tǒng)功能考慮全面，一次訂全。對于那些價格增加不多，但對使用會帶來許多方便的功能，應該適當配置齊全，附件也應成套配

置，以保證機床到廠后可立即投入生產(chǎn)，切忌因某些功能漏訂功能而使機床功能降低或不能使用。用戶選用數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)種類不宜過多、過雜，否則會給使用和維護帶來極

大困難。

7.1.6加工節(jié)拍與機床臺數(shù)估算

根據(jù)已經(jīng)確定的工件，分析其加工路線，在工藝路線中選擇出準備在加工中心上加工的工序，并對這些工序進行工序節(jié)拍計算。

根據(jù)現(xiàn)用工藝參數(shù)，估算每道工序的切削時間(t切)，而輔助時間通常取切削時間的10%~20%。另外，中小型加工中心每次換刀時間為10~20s，若換刀次數(shù)為n，則單工序的時間:

有了單工序時間就不難算出年產(chǎn)量。按一年250個工作日、兩班制，一天有效時間14小時計算，就可以算出機床的年生產(chǎn)能力。算出工時和節(jié)拍后，考慮設計要求和工序平衡要求，可以重新調整加工中心的加工工序數(shù)量，修訂工藝參數(shù)，以達到整個加工過程的平衡。

7.2數(shù)控機床的安裝與調試

數(shù)控機床的安裝與調試工作是指用戶將機床安裝到工作場地直至能正常工作期間所做的工作。對于小型數(shù)控機床，這項工作比較簡單，機床到位固定好地腳螺栓后，應可以連接機床總電源線，調整機床水平;而對于大中型加工中心，由于機床發(fā)貨時機床被解體成幾部分，到貨后要進行組裝，再重新調試，工作就較復雜。現(xiàn)以需要組裝的加工中心為例介紹安裝和調試過程。

7.2.1加工中心的安裝

1.機床安裝前的準備工作

在與機床制造廠簽訂購置數(shù)控機床的合同之后，用戶即可向機床生產(chǎn)廠索取機床安裝地基圖、安裝技術要求及整機用電量等有關接機準備工作的資料，并結合有關國標要求做

好機床安裝基礎。一般小型機床，只對地是否平有一定的要求，不用地腳螺栓緊固，只用支承來調整機床的水平;而大中型機床一般都需要打地基，并用地腳螺栓緊固，精密機床

還需要在地基周圍做防振溝。

電網(wǎng)電壓的波動應控制在±(10%~15%)之間，否則應調整電網(wǎng)電壓或配置交流穩(wěn)壓器。數(shù)控機床應遠離各種干擾源，如電焊機、中高頻熱處理設備和一些高壓或大電流易產(chǎn)

生火花的設備，與其距離應大于500m。數(shù)控機床不能安裝在陽光直射到的地方，其環(huán)境溫度應符合說明書規(guī)定，嚴禁安裝在有粉塵的車間里。

2.機床的初就位

機床運輸?shù)劫徺I單位后，購買者在拆箱前要仔細觀察包裝箱是否完好無損，若包裝箱有明顯的損壞，應通知發(fā)貨單位，會同運輸部門查明原因，分清責任，必要時還需通過商

檢部門協(xié)調解決。

拆箱后，購買者首先找出隨機文件資料，按其裝箱單一一清點，看實物與裝箱單是否相符，同時進行外觀檢查。若合同規(guī)定由制造廠安裝與調試，則應及時通知制造廠派人員

來負責此項工作。

加工中心一般都屬于大中型數(shù)控機床，在出廠時一般都經(jīng)過解體后分別裝箱運輸，到廠后需按說明書要求再重新拼裝成整機。拼裝時，先將機床各基礎件在地基上分別就位，

使墊鐵、調整墊鐵、地腳螺栓對號入座，并找正安裝水平的基準面，然后再進行組裝。組裝前要把導軌和滑動面、接觸面上的防銹涂料清洗干凈，并涂上較薄的一層潤滑油。接著把機床各零部件按圖樣分別安裝到主機上，如立柱、刀庫安裝到床身上，數(shù)控電氣柜、交換臺等按要求就位。安裝中應特別注意對各結合面要仔細清理，去除由于磕碰而形成的毛

刺，有精度要求的部件在組裝過程中隨時按要求找正，并注意組裝時使用原來的定位銷、定位塊等定位元件，以保證下一步精度調整的順利進行。

部件組裝完成后就要進行電纜、油管和氣管的連接。機床說明書中有電氣接線圖和氣、液管路圖，應據(jù)此把有關電纜和管道按標記一一對號接好。連接時要特別注意清潔工作和可靠接觸及密封，并檢查有無松動和損壞。電纜插上后一定要擰緊緊固螺釘，保證接觸可靠。油管、氣管連接中要特別注意防止異物從接口進入管路，避免造成整個液壓系統(tǒng)和氣壓系統(tǒng)故障。管路連接時每個接頭都要擰緊，否則在試車時，尤其在一些大的分油器上有一根管子漏油時，往往需要拆下一批管子，返修工作量很大。電纜和油管、氣管連接完畢后，要做好各管線的就位固定。此外，防護罩殼的安裝要保證穩(wěn)固齊整的外觀。

3.數(shù)控系統(tǒng)的連接與調整

1)數(shù)控系統(tǒng)的開箱檢查

無論是單個購入的數(shù)控系統(tǒng)還是與機床配套整機購入的數(shù)控系統(tǒng)，到貨開箱后都應進行仔細檢查。檢查包括系統(tǒng)本體和與之配套的進給速度控制單元、伺服電動機、主軸控制

單元和主軸電動機。檢查它們的包裝是否完整無損，實物和訂單是否相符。此外，還應檢查數(shù)控柜內各插接件有無松動，接觸是否良好。

2)數(shù)控系統(tǒng)的連接范圍

機床間接線、各裝置間接線采用電纜及連接器連接。電纜及連接器的用途、名稱、規(guī)格、代號及電纜長度在數(shù)控系統(tǒng)制造廠的連接手冊中有詳細說明。各裝置間的連接有：

CNC和電源的連接、CNC和CRT/MDI面板的連接、NC和位置編碼器的連接、CNC和手搖脈沖發(fā)生器的連接、CNC和I/O驅動的連接、CNC和盒式軟磁帶的連接、CNC和伺服驅動裝置的連接、CNC和主軸驅動裝置的連接等。以上連接應嚴格按照數(shù)控系統(tǒng)制造廠的連接手冊規(guī)定進行。

3)數(shù)控系統(tǒng)的調整

數(shù)控系統(tǒng)在安裝時的調整可按下列步驟進行：

(1)檢查控制單元與伺服系統(tǒng)的外觀。檢查MDI/CRT單元、手動操作面板、PCB板和速度控制單元有無松動和破損；檢查電纜線及連接器是否緊固，有無破損。

(2)檢查螺釘緊固端子的連接。檢查電源輸入單元及電源單元端子、輸入變壓器及伺服變壓器的端子等連接是否正確和緊固。

(3)外部電纜的連接。外部電纜連接是指數(shù)控裝置與外部LCD/CRT單元、強電柜、機床操作面板、進給伺服電動機動力線與反饋線、主軸動力線和反饋線的連接以及與手搖脈沖發(fā)生器等的連接，應使這些連接符合隨機提供的連接手冊的規(guī)定。最后檢查數(shù)控柜和強電柜是否等電位接地。地線要采用一點接地法，即輻射式接地法，如圖7.1所示。這種接地法要求將數(shù)控柜中的信號地、強電地、機床地等連接到公共接地點上，而且數(shù)控柜與強電柜之間應有足夠粗的保護接地電纜，如截面積為5.5~14mm的接地電纜。而總的公共接地點必須與大地接觸良好，一般要求地電阻為4~70Ω。圖7.1一點接地法

(4)數(shù)控系統(tǒng)電源線的連接。應在切斷數(shù)控柜電源開關的情況下，連接數(shù)控柜電源變壓器輸入電纜，檢查電源變壓器和伺服變壓器的繞組抽頭連接是否正確。尤其是進口的數(shù)

控系統(tǒng)或數(shù)控機床，因為有些國家的電源電壓等級與我國不一致。

(5)檢查連接器和印刷線路板。檢查插頭緊固螺釘是否緊固，插座和插頭是否吻合，印刷線路板安裝是否牢固。

(6)設定的確認。數(shù)控系統(tǒng)內的印刷線路板上有許多短路棒短路的設定點，需要對其適當設定以適應各種不同型號機床的控制要求。一般來說，用戶購入的整臺數(shù)控機床的這

項設定已由機床制造廠完成，用戶只需確認一下即可。但對于單體購入的數(shù)控裝置，用戶則必須根據(jù)需要自行設定。因為數(shù)控裝置出廠時是按照標準方式設定的，不一定符合具體

用戶的要求。設定確認工作應按隨機維修說明書的要求進行。設定確認的內容隨數(shù)控系統(tǒng)而異，一般有以下三個方面:

①確認控制部分印刷線路板上的設定。主要確認主板、ROM板、連接單元、附件軸控制板以及旋轉變壓器或感應同步器控制板上的設定。這些設定與機床返回基準點的方

法、速度反饋用檢測元件、檢測增益調節(jié)及分度精度調節(jié)等有關。

②確認速度控制單元印刷線路板上的設定。在直流速度控制單元和交流速度控制單元上都有許多設定點，用于選擇檢測元件種類、回路增益以及各種報警等。

③確定主軸控制單元印刷線路板上的設定。無論是直流主軸控制單元還是交流主軸控制單元，均有一些用于選擇主軸電動機電流極限和主軸轉速等的設定點。但數(shù)字式交流

主軸控制單元上已用數(shù)字式代替短路棒設定，故只有在通電時才能進行設定和確認。

(7)輸入電源電壓、頻率及相序的確認，一有以下四個方面：

①檢查確認變壓器的容量是否滿足控制單元和伺服系統(tǒng)的電能消耗。

②檢查電源電壓波動范圍是否在數(shù)控系統(tǒng)的允許范圍之內。

③對于采用晶閘管控制元件的速度控制單元和主軸控制單元的供電單元，一定要檢查相序。在相序不對的情況下接通電源，可能會使速度控制單元的輸入保護器件被燒毀。

④相序檢查方法有兩種：一種是用相序表測量，當相序接法正確時，相序表按順時針方向旋轉，如圖7.2(a)所示；另一種是用雙線示波器來觀察兩相之間的波形，如圖7.2(b)所示，兩相波形在相位上相差120°。

(8)確認直流電源單元的電壓輸出端是否對地短路。各種數(shù)控系統(tǒng)內部都有直流穩(wěn)壓電源單元，為系統(tǒng)提供所需的±5V、±12V、±24V等直流電壓。因此，在系統(tǒng)通電之

前，應檢查這些電源的負載是否有對地短路現(xiàn)象，這可用萬用表來確認。

(9)接通數(shù)控柜電源，檢查各輸出電壓。在接通電源之前，為了確保安全，可先將電動機動力線斷開。這樣，在系統(tǒng)工作時不會引起機床的運動。但是，應根據(jù)維修說明書的介紹對速度控制單元進行必要的設定，不致因斷開電動機動力線而造成報警。

接通電源之后，應首先檢查數(shù)控柜中各個風扇是否旋轉，借此也可確認電源是否接通。然后檢查各印刷線路板上的電壓是否正常，各直流電壓是否在允許的波動范圍之內。一般來說，對±5V電源要求較高，波動范圍為±5%，因為它是供給邏輯電路的。如果不在此范圍內，應通過電源單元的變阻器調整。

(10)速度控制單元的調整。確認伺服漂移、調整到位極限和位置偏移極限，一般脈沖編碼器的偏置電位計設置在50%。過流報警調整、電流極限設定、增益均按規(guī)定調整電位計。

(11)光電放大器波形調整。將40cm長的測試紙帶兩端連接成環(huán)形紙帶并安裝在閱讀機上，用示波器測量光電放大器的波形，并調整電位計使波形占空比為6∶40，同步孔信號和信息孔信號分別由調整電位計來調整。圖7.2相序檢查方法

(12)確認CNC、機床側接口?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)一般都具有自診斷功能，在MDI/CRT單元上可以顯示出CNC到機床接口及CNC內部的狀態(tài)。在帶有可編程控制器(PLC)時，可以反映出從NC到PLC、從NC到MT(機床)以及從MT到PLC、從PLC到NC的各種信號狀態(tài)。各個信號的含義及相互邏輯關系隨每個PLC的梯形圖(即順序程序)而異。用戶可根據(jù)機床廠提供的梯形圖說明書(內含診斷地址表)，通過自診斷畫面確認數(shù)控系統(tǒng)與機床之間的接口信號狀態(tài)是否正確。如FANUC數(shù)控系統(tǒng)通過DGN和診斷號可顯示狀態(tài)信息，見表7.2。

表7.2中，

CFIN為“1”表示正在執(zhí)行M、S、T功能；

CMTN為“1”表示正在執(zhí)行自動運行指令；

CDWL為“1”表示暫停；

CINP為“1”表示正在進行到位檢測；

COVZ為“1”表示倍率為0%;CITL為“1”表示互鎖信號接通；CSCT為“1”表示等待主軸速度到達信號接通。

(13)確認參數(shù)和設定數(shù)據(jù)。設定系統(tǒng)參數(shù)(包括PLC參數(shù)等)的目的，是當數(shù)控系統(tǒng)與機床相連接時，使機床具有最佳的工作性能。即使是同一種數(shù)控系統(tǒng)，其參數(shù)設定也因機床而異。隨機附帶的參數(shù)表是機床的重要技術資料，應妥善保管，不得遺失，否則將給機床的維修和恢復性能帶來困難。

4.通電試車

按機床說明書要求給機床潤滑油箱、潤滑點灌注規(guī)定的油液和油脂;清洗液壓油箱及過濾器，灌入規(guī)定標號的液壓油。液壓油事先要經(jīng)過過濾，接通外界輸入的氣源。

機床通電操作可以是一次性全面供電或各部件分別供電然后再做總供電試驗兩種類型。分別供電比較安全，但時間較長。通電后首先觀察有無報警故障，然后用手動方式陸

續(xù)啟動各部件，檢查安全裝置是否起作用，能否達到額定的工作指標。

例如，啟動液壓系統(tǒng)時判斷液壓泵電動機轉動方向是否正確，液壓泵工作后液壓管道中是否形成油壓，各液壓元件是否正常工作，有無異常噪聲，各接頭有無滲漏，液壓系統(tǒng)冷卻裝置能否正常工作等?？傊?，根據(jù)機床說明書粗略檢查機床各主要部件的功能是否正常、齊全，使機床各環(huán)節(jié)都能操作運動起來。然后調整機床床身的水平，粗調機床的主要幾何精度，再調整重新組裝的主要運動部件與主機的相對位置，如機械手、刀庫與主機換刀位置的校正，

APC托盤站與機床工作臺交換位置的找正等。這些工作完成后，就可以用快干水泥灌注主機和各附件的地腳螺栓，把各個預留孔灌平，等水泥完全干固后，就可以進行下一步工作。

在數(shù)控系統(tǒng)與機床聯(lián)機通電試車時，雖然數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)確認工作正常無任何報警，但為了以防萬一，應在通電的同時做好按急停按鈕的準備，以便故障時可隨時切斷電源。例如，伺服電動機的反饋信號線接反或斷線，均會出現(xiàn)“飛車”現(xiàn)象，這時就需要立刻切斷電源，檢查接線是否正確。在正常情況下，電動機首次通電的瞬間可能會有微小的轉動，但系統(tǒng)的自動漂移補償功能會使電動機軸立即返回。此后，即使電源再次斷開、接通，電動軸也不會轉動?？梢酝ㄟ^多次通、斷電源或按急停按鈕的操作，觀察電動機是否轉動，從而確認系統(tǒng)是否有自動漂移補償功能。

在檢查機床各軸的運轉情況時，應用手動連續(xù)進給方式移動各軸，通過CRT或DPL(數(shù)字顯示器)的顯示值檢查機床各部件的移動方向是否正確，如方向相反，則將電動機動

力線及檢測信號線反接即可。然后檢查各軸移動距離是否與移動指令相符，如不符合，應檢查有關指令、反饋參數(shù)以及位置控制環(huán)增益等參數(shù)設定是否正確。隨后，再用手動進給

以低速移動各軸，并使它們碰到行程開關，用以檢查超程限位是否有效，數(shù)控系統(tǒng)是否在超程時發(fā)出報警。

最后還應進行一次返回機械原點動作。機床的機械原點是以后機床進行加工程序編制的基準位置，因此，必須檢查有無機械原點功能以及每次返回機械原點的位置是否完全

一致。

7.2.2加工中心的調試

加工中心的調試主要包括精度和功能的調試。

1.機床主體幾何精度的調試

在機床安裝到位并粗調的基礎上，還要對機床進行進一步的微調。在已經(jīng)固化的地基上用地腳螺栓和墊鐵精調機床床身的水平，找正水平后移動床身上的各運動部件(立柱、

主軸箱和工作臺等)，觀察各坐標全行程內機床水平的變化情況，并相應調整機床，保證機床的幾何精度在允許范圍之內。

使用的檢測工具有精密水平儀、標準方尺、平尺及光學準直儀等。在調整時，主要以調整墊鐵為主，必要時可稍微改變導軌上的鑲條和預緊滾輪等。一般來說，只要機床質量穩(wěn)定，通過上述調試就可將機床調整到出廠精度。

2.換刀動作的調試

一般加工中心實現(xiàn)換刀的方法有兩種，即使用機械手換刀和由伺服軸控制主軸頭換刀。

(1)使用機械手換刀。使用機械手換刀時，讓機床自動運行到刀具交換的位置，用手動方式調整裝刀機械手和卸刀機械手與主軸之間的相對位置。調整中，在刀庫中的一個刀

位上安裝一個校驗芯棒，根據(jù)校驗芯棒的位置精度檢測抓取準確性，確定機械手與主軸的相對位置，有誤差時可調整機械手的行程、移動機械手支座和刀庫位置等，必要時還可以

修改換刀位置點的設定(改變數(shù)控系統(tǒng)內與換刀位置有關的PLC整定參數(shù))。

調整完畢后緊固各調整螺釘及刀庫地腳螺釘，然后裝上幾把接近規(guī)定允許質量的刀柄，以規(guī)定的運動速度進行多次從刀庫至主軸的往復自動交換，要求動作準確無誤，不撞刀、不掉刀。

在調整中，首先分別調整機械手的動作、刀庫的動作和主軸頭的動作。機械手的動作包括換刀過程和裝刀過程;刀庫的動作是根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的控制指令實現(xiàn)刀號刀具的選定及

輸送;主軸頭的動作是按預定的坐標位移將主軸頭移動到換刀點。在換刀時，數(shù)控系統(tǒng)的PLC程序按照最短路徑選取空刀位，用來存放主軸頭上的刀具，同時改寫PLC數(shù)據(jù)序列中相應刀庫刀位中的刀具刀號，在這一類型的刀庫中，刀位號和刀具號不是一一對應和固定不變的。

換刀動作的調試主要是協(xié)調機械手、刀庫和主軸頭三者之間的動作關系。為使動作能夠順利進行，在每一個動作的分解步驟執(zhí)行完畢時應進行位置或行程的檢測，并在分解步

驟完成后，加上可調整的延時環(huán)節(jié)，以調整機械動作遲滯電氣控制信號和動作穩(wěn)定性對換刀過程帶來的影響。

(2)由伺服軸控制主軸頭換刀。在中小型加工中心上，用伺服軸控制主軸頭直接換刀的方案較多見，常用在刀庫刀具數(shù)量較少的加工中心上。

由主軸頭代替機械手的動作實現(xiàn)換刀，由于減少了機械手，使得加工中心換刀動作控制簡單，制造成本降低，安裝調試過程相對容易。這一類型的刀庫，刀具在刀庫中的位置是固定不變的，即刀具的編號和刀庫的刀位號是一致的。

這種刀庫的換刀動作可以分為兩部分:刀庫的選刀動作、主軸頭的換刀和抓刀動作。

刀庫的選刀動作在主軸換刀以后進行，由PLC程序控制刀庫將數(shù)控系統(tǒng)傳送的指令刀號(刀位)移動至換刀位;主軸頭實現(xiàn)的動作是“換刀—離開—抓刀”。

安裝時，通常以主軸部件為基準，調整刀庫刀盤相對于主軸端面的位置。調整中，在主軸上安裝標準刀柄(如BT40等)的校驗芯棒，以手動方式將主軸向刀庫移動，同時調整刀盤相對于主軸的軸向位置，直至刀爪能完全抓住刀柄并處于合適的位置，記錄下此時的相應坐標值，作為自動換刀時的位置數(shù)據(jù)使用。調整完畢，應緊固刀庫螺栓，并用錐銷定位。

當用主軸頭實現(xiàn)換刀動作時，除刀庫選刀動作外，其他位移動作均由伺服軸驅動主軸頭完成。因伺服驅動靈敏度高且換刀動作的載荷很小，故動作速度一般較快。為避免發(fā)生

動作之間的干涉，通常在每一個分解動作結束后，增加一個動作時間延遲(0.5~1s)。

3.交換工作臺調試

帶APC(交換工作臺)的加工中心通常有兩個工作臺，在工作中可以實現(xiàn)雙工作臺的自動交換，使工件安裝輔助時間和工件加工時間重合，提高機床的生產(chǎn)效率。

加工中心的雙工作臺進行交換時，數(shù)控系統(tǒng)控制伺服軸把安裝工作臺的鞍座移動到交換位置(工作臺的交換位置數(shù)據(jù)由數(shù)控系統(tǒng)在可以重復設定的PLC數(shù)據(jù)串中讀取，其設定最小單位為0.001mm)，由交換機構的托盤將兩個工作臺同時托起，旋轉180°后落下，即完成雙工作臺的交換。

交換機構在安裝時，要調整托盤的定位裝置，使其能準確地將定位銷釘插入交換位置的工作臺底面的銷釘孔。

交換機構的抬起使用氣動或液壓驅動，調試中應根據(jù)工作情況調整流體傳動系統(tǒng)的流量和壓力，使交換機構能平穩(wěn)上升、平穩(wěn)下降，在終點不會出現(xiàn)較大的沖擊現(xiàn)象。交換機

構的終點位置可以使用壓力元件檢測，也可以使用行程元件檢測。

交換機構的旋轉動作可以使用多種傳動方案:液壓、電動、伺服驅動。交換機構安裝完畢，先進行空載情況下的自動交換調整，當動作完成準確無誤后，在工作臺面上裝入

70%~80%的額定載荷，進行多次自動交換動作，達到正確無誤后，緊固各有關螺釘。

4.伺服系統(tǒng)的調試

伺服系統(tǒng)在工作時由數(shù)控系統(tǒng)控制，是數(shù)控機床進給運動的執(zhí)行機構。伺服系統(tǒng)運轉時，接受數(shù)控系統(tǒng)的控制指令，并根據(jù)用戶設定的速度控制要求，自動控制伺服電動機按

照預先設定的加減速時間常數(shù)完成進給運動的控制。伺服電動機的運轉位置反饋可以采用光柵尺閉環(huán)控制，也可以使用伺服電動機內置的高精度編碼器實現(xiàn)半閉環(huán)控制。伺服系統(tǒng)

的工作模式設定為速度控制模式。

為使數(shù)控機床有穩(wěn)定、高效的工作性能，必須調整伺服系統(tǒng)的性能參數(shù)使其與數(shù)控機床的機械特性匹配，同時在數(shù)控系統(tǒng)中設定伺服系統(tǒng)的位置控制性能要求，使處于速度控

制模式的伺服系統(tǒng)可靠工作。

5.主軸準停定位的調試

主軸準停是數(shù)控機床進行自動換刀的重要動作。在換刀時，準停動作使刀柄上的鍵槽能準確對正刀盤上的定位鍵，讓刀柄以規(guī)定的狀態(tài)順利進入刀盤刀爪中;在抓刀時，實現(xiàn)準停后的主軸可以使刀柄上的兩個鍵槽正好卡入主軸上用來傳遞轉矩的端面鍵。

主軸的準停動作一般由主軸驅動器和安裝在主軸電動機中用來檢測位置信號的內置式編碼器完成;對于沒有主軸準停功能的主軸驅動器，可以使用機械機構或通過數(shù)控系統(tǒng)的

PLC功能實現(xiàn)主軸的準停。下面簡要介紹由PLC實現(xiàn)準停和由主軸驅動器實現(xiàn)準停的方法。

1)數(shù)控系統(tǒng)PLC實現(xiàn)主軸準停

依靠數(shù)控系統(tǒng)的PLC實現(xiàn)主軸準停是在主軸驅動器無準停功能的情況下，對主軸控制功能的一種完善。其實現(xiàn)準停的過程依靠數(shù)控系統(tǒng)的PLC和主軸驅動器。在機械機構

上，應使用響應頻率較高的非接觸傳感器對主軸的周向位置進行檢測，并將此信號傳送至數(shù)控系統(tǒng)的PLC，通過控制主軸驅動器實現(xiàn)準停。

其控制過程如下:

(1)PLC模塊接到數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的準停指令時，向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出以PLC數(shù)據(jù)串中最低速度值控制的主軸驅動器旋轉指令。

(2)當旋轉到位時，安裝在主軸上的周向傳感器向PLC模塊發(fā)出到位指令。

(3)PLC模塊向主軸驅動系統(tǒng)發(fā)出零速度及正轉和反轉指令，控制主軸實現(xiàn)準停。使用該方法實現(xiàn)主軸準停需注意以下問題:

①調整主軸的最低速度，不同的主軸傳動系統(tǒng)，其轉動慣量有較大的差別，實現(xiàn)準停的最低轉速亦有所不同。在調整時，主軸最低轉速應使主軸停于正確的位置，最低速度需多次試驗方可確定。

②安裝在主軸部件上的周向傳感器，應能相對于主軸檢測點進行周向和軸向位置的調整，以便調整主軸準停動作的可靠性和準停位置。

③主軸驅動器控制主軸電動機實現(xiàn)零速度運轉時，因零速度偏移，大多數(shù)情況不能完全停止，故必須同時向主軸驅動器發(fā)出正轉及反轉信號，以抵消零速度偏移的影響。

④換刀動作結束后應及時解除主軸準停動作，準停時雖然主軸處于停止狀態(tài)，但主軸驅動器一直在工作，主軸電動機一直處于工作電壓的作用下，解除準停即可使主軸驅動器處于非運轉狀態(tài)。

⑤修改PLC模塊，主軸處于準停狀態(tài)時，控制面板上正轉和反轉指示燈應熄滅，數(shù)控系統(tǒng)中正轉和反轉標志應確立，但不應發(fā)出報警信息。

2)主軸驅動器實現(xiàn)主軸準停

主軸驅動器實現(xiàn)準停是新型正轉驅動裝置的標準功能，數(shù)控系統(tǒng)的PLC只需向主軸驅動器發(fā)出準停指令，驅動器本身即可完成定向準停。具有準停功能的驅動器，通過調整

其內部參數(shù)設定，可以實現(xiàn)主軸在小于0.10°范圍內按給定位置實現(xiàn)準停。

主軸驅動器在調試時需要將與準停有關的參數(shù)按照設備的要求進行調節(jié)，在參數(shù)中存儲有以十進制記錄的電動機在準停時應轉過的角度值(相對于編碼器的零位線)，單位為脈

沖個數(shù);角度的計數(shù)起點以編碼器的零位線為基準，每轉清零一次，最大計數(shù)值為4096。在準停狀態(tài)工作模式下，驅動器開始檢測接收編碼器電纜傳送的脈沖信號，當零位線到達時開始計數(shù)，當脈沖計數(shù)器數(shù)值等于參數(shù)數(shù)值時，控制電動機停機。

參數(shù)數(shù)值計算方法如下:設準停角度為90°，參數(shù)數(shù)值

脈沖；設準停角度為15°，參數(shù)數(shù)值

6.其他項目檢測

仔細檢查數(shù)控系統(tǒng)和PLC裝置中的參數(shù)設定值是否符合隨機資料中的規(guī)定數(shù)據(jù)，然后試驗各主要操作功能、安全措施、常用指令執(zhí)行情況等。例如，各種運行方式(手動、電動、MDI、自動方式等)的各級轉速指令等是否正確無誤。

檢查輔助功能及附件的正常工作，例如機床的照明燈、冷卻防護罩和各種護板是否完整，試驗噴管是否能正常噴出切削液，在用防護罩條件下切削液是否外漏，排屑器能否正

常工作，機床主軸箱的恒溫油箱能否起作用等。

7.2.3機床的試運行

加工中心安裝調試完畢后，要求整機在一定負載條件下經(jīng)過一段較長時間的自動運行，較全面地檢查機床的功能及工作可靠性。運行時間尚無統(tǒng)一的規(guī)定，一般采用每天運

行8小時連續(xù)運行2~3天或每天運行24小時連續(xù)運行1~2天。這個過程稱做安裝后的試運行。試運行中采用的程序稱為考機程序，可以直接采用機床生產(chǎn)廠調試時用的考機程

序或自行編制一個。下面為一個FANUC系統(tǒng)的考機程序:

考機程序中各參數(shù)的要求如下:

(1)主軸轉動要包括標稱的最低、中間及最高轉速在內五種以上速度的正轉、反轉及停止等指令;

(2)各坐標軸運動包括標稱的最低、中間及最高進給速度及快速移動，進給移動范圍應接近全行程，快速移動距離應在各坐標軸全行程的二分之一以上;

(3)一般自動加工所用的一些功能和代碼要盡量用到;

(4)自動換刀應至少交換刀庫中三分之二以上的刀號，而且取用刀柄質量應接近規(guī)定質量;

(5)必須使用的特殊功能，如測量功能、APC交換功能和用戶宏程序等。在試運行時間內，除操作失誤引起的故障外，不允許機床有故障出現(xiàn)，否則表明機床的安裝與調試存

在問題。

7.2.4機床性能檢測

1.主軸性能

主軸性能的檢測包括:

(1)手動操作。選擇高、中、低三擋轉速，主軸連續(xù)進行五次正轉和反轉的啟動、停止，檢測其動作的靈活性和可靠性，同時觀察負載表上的功率顯示是否符合要求。

(2)手動數(shù)據(jù)輸入方式。使主軸由最低一級開始運轉，逐級提高到允許的最高速度，測量各級轉速值，轉速允差為設定值的±10%。進行此項檢查的同時，觀察機床的振動情況。主軸在2小時高速運轉后允許溫升15℃。

(3)主軸準停。連續(xù)操作五次以上，檢測其動作的靈活性和可靠性。有齒輪掛擋的主軸箱，應多次試驗自動掛擋，其動作應準確可靠。

2.進給性能

進給性能的檢測包括:

(1)手動操作。分別對X、Y、Z直線坐標軸(回轉坐標軸A、B、C)進行手動操作，檢測正、反向的低、中、高速進給和快速移動的啟動、停止、點動等動作的平穩(wěn)性和可靠性。在增量方式下，單次進給誤差不得大于最小設定當量的100%，累計進給誤差不得大于最小設定當量的200%。在手輪方式下，手輪每格進給的累計進給誤差與增量方式下的相同。

(2)手動數(shù)據(jù)輸入方式。通過G00和G01指令功能，測定快速移動及各進給速度，其允差為±5%。

(3)軟硬限位。通過上述兩種方法，還可檢測各伺服軸在進給時軟硬限位的可靠性。數(shù)控機床的硬限位是通過行程開關來確定的，一般在各伺服軸的極限位置，因此，行程開

關的可靠性就決定了硬限位的可靠性。軟限位是通過設置機床參數(shù)來確定的，限位范圍是可變的。軟限位是否有效可通過觀察伺服軸在到達設定位置時是否停止來確定。

(4)回原點。用回原點方式檢測各伺服軸回原點的可靠性。

3.自動換刀性能

自動換刀性能的檢測包括:

(1)手動操作和自動操作。刀庫在裝滿刀柄的滿負載條件下，通過手動操作運行和M06T××指令自動操作運行，檢測刀具自動交換的可靠性和靈活性、機械手抓取最大長

度直徑刀柄的可靠性、刀庫內刀號選擇的準確性以及換刀過程的平穩(wěn)性。

(2)刀具交換時間。根據(jù)技術指標測定交換刀具的時間。

4.自動交換工作臺(APC)性能

在工作臺裝載設計處于額定載荷的條件下，通過手動操作和M50指令自動操作運行，檢測工作臺自動交換的準確性、可靠性、靈活性和平穩(wěn)性。

5.機床噪聲

數(shù)控機床噪聲包括主軸箱的齒輪噪聲、主軸電動機的冷卻風扇噪聲、液壓系統(tǒng)的液壓泵噪聲、氣壓系統(tǒng)的排氣噪聲等。機床空運轉時，機床噪聲不得超過國家標準規(guī)定的85dB。

6.潤滑裝置

檢測定時、定量潤滑裝置的可靠性，包括潤滑油路有無泄漏、油溫是否過高以及潤滑油路到潤滑點的油量分配狀況等。

7.氣液裝置

檢查壓縮空氣和液壓油路的密封、氣液系統(tǒng)的調壓功能及液壓油箱的工作情況等。

8.附屬裝置

檢查冷卻裝置能否正常工作、排屑器的工作狀況、冷卻防護罩有無泄漏及接觸式測量頭能否正常工作等。

9.安全裝置

檢查對操作者的安全性和機床保護功能的可靠性，如各種安全防護罩、機床各運動坐標行程極限保護自動停止功能、各種電源電壓過載保護和主軸電動機過熱過載時的緊急停

止功能等。

7.2.5數(shù)控功能檢測

1.運動指令功能檢測

運動指令功能用于檢測快速移動指令和直線及圓弧插補指令的正確性。

2.準備指令功能

準備指令功能用于檢測坐標系選擇、平面選擇、暫停、刀具長度、半徑補償、鏡像功能、極坐標功能、自動加減速、固定循環(huán)及用戶宏程序等指令的準確性。

3.操作功能

操作功能用于檢測回原點、單段程序、程序段跳讀、主軸和進給倍率調整、進給保持、緊急停止、主軸和切削液的啟動和停止等功能的準確性。

4.CRT顯示功能

CRT顯示功能用于檢測位置顯示、程序顯示、各種菜單顯示以及編輯修改等功能的準確性。

7.3數(shù)控機床的驗收

7.3.1機床幾何精度檢測數(shù)控機床的幾何精度綜合反映了該設備的關鍵機械零部件和組裝后的幾何形狀誤差。數(shù)控機床的幾何精度檢查和普通機床的幾何精度檢查基本相似，使用的檢測工具和方法也很相似，但是檢測要求更高。

幾何精度檢測必須在地基完全穩(wěn)定、地腳螺栓處于壓緊狀態(tài)下進行。考慮到地基可能隨時間而變化，一般要求機床使用半年后再復校一次幾何精度。在進行幾何精度檢測時，

應注意測量方法及測量工具應用不當所引起的誤差。在檢測時，應按國家標準規(guī)定(即機床接通電源后)在預熱狀態(tài)下，機床各坐標軸往復運動幾次，主軸按中等的轉速運轉十多

分鐘后進行。．

常用的檢測工具有精密水平儀、精密方箱、直角尺、光學準直儀、千分表、測微儀及高精度主軸芯棒等。檢測工具的精度必須比所測的幾何精度高一個等級。

現(xiàn)以臥式加工中心的幾何精度檢測為例說明機床幾何精度檢測的內容和方法。一臺臥式加工中心幾何精度檢測的項目有:

(1)X、Y、Z坐標軸的相互垂直度;

(2)工作臺面的平面度;

(3)X、Z軸移動時工作臺面的平行度;

(4)主軸回轉軸線對工作臺面的平行度;

(5)主軸在Z軸方向移動的直線度;

(6)X軸移動時工作臺邊界與定位基準面的平行度;

(7)主軸軸向及徑向跳動;

(8)回轉工作臺精度。

7.3.2機床定位精度檢測

數(shù)控機床的定位精度是測量機床各坐標軸在數(shù)控系統(tǒng)控制下所能達到的位置精度。根據(jù)實測的定位精度數(shù)值，可判斷這臺機床以后自動加工能達到的最好的加工精度。定位精

度主要檢查的內容有:

(1)直線定位精度(包括X、Y、Z軸);

(2)直線運動的重復定位精度;

(3)直線運動軸機械零點的返回精度;

(4)直線運動矢動量的測定;

(5)回轉運動的定位精度(轉臺A、B、C軸);

(6)回轉運動的重復定位精度;

(7)回轉軸原點的返回精度;

(8)回轉軸運動矢動量的測定。

測量直線運動的檢測工具有:測微儀、成組塊規(guī)、標準刻度尺、光學讀數(shù)顯微鏡及雙頻激光干涉儀等。標準長度測量以雙頻激光干涉儀為準?；剞D運動的檢測工具有360齒精

確分度的標準轉臺、角度多面體、高精度圓光柵及平行光管等。

1.直線運動定位精度檢測

直線運動定位精度檢測一般都在機床和工作臺空載條件下進行，常用的檢測方法如圖7.3所示。對機床所測的每個坐標軸在全行程內，視機床規(guī)格分為20mm、50mm或

100mm間距正向和反向快速移動定位，在每個位置上測出實際移動距離和理論移動距離之差。如圖7.3(a)所示，支架上的雙頻激光干涉儀安裝在機床的靜止部件上，其管線平行于被檢測工作臺的移動方向，在工作臺上固定有反光鏡，被檢測的工作臺移動一個規(guī)定的距離，雙頻激光干涉儀的指示儀表顯示工作臺移動的實際距離。

在沒有雙頻激光干涉儀的情況下，一般用戶也可以利用標準刻度尺與光學讀數(shù)顯微鏡進行比較測量，如圖7.3(b)所

示，將標準刻度尺安裝在被檢測工作臺上，并與其位移方向平行，光學讀數(shù)顯微鏡安裝在機床的靜止部件上，以便用來觀察標準刻度尺的刻度。為了準確測定機床的定位精度，要

求在加工空間范圍內幾個平面上進行測定。圖7.3直線運動定位精度檢測方法

按國家標準和國際標準化組織的規(guī)定(ISO標準)，對數(shù)控機床的檢測應以激光測量為準。但目前，許多數(shù)控機床生產(chǎn)廠的出廠檢測及用戶驗收檢測還是采用標準刻度尺進行比

較測量。這種方法的檢測精度與檢測技巧有關，較好的情況下檢測誤差可控制到0.004~0.005/1000mm;而激光測量的測量精度可較標準刻度尺檢測方法提高一倍。

為了反映出多次定位中的全部誤差，

ISO標準規(guī)定每個定位點按五次測量數(shù)據(jù)算出平均值和散差±3σ，所以這時的定位精度曲線已不是一條曲線，而是一個由各定位點平均值連貫起來的一條曲線加上±3σ散差帶構成的定位點散差帶，如圖7.4所示。在該曲線上得出正、反向定位時的平均位置偏差圖7.4定位精度曲線

此外，數(shù)控機床現(xiàn)有的定位精度都是以快速定位測定的，這是不全面的。在一些進給傳動鏈剛性不太好的數(shù)控機床上，采用各種進給速度定位會得到不同的定位精度曲線和不

同的反向死區(qū)(間隙)。因此，對一些質量不高的數(shù)控機床，即使有很好的出廠定位精度檢測數(shù)據(jù)，也不一定能成批加工出高精度的零件。

另外，機床運行時正、反向定位精度曲線由于綜合原因而不可能完全重合，甚至出現(xiàn)如圖7.5所示的幾種情況。圖7.5幾種不正常的定位精度曲線

(1)平行型曲線(見圖7.5(a))即正向曲線和反向曲線在垂直坐標系上很均勻地拉開一段距離，這段距離反映了該坐標軸的反向間隙。這時可以用數(shù)控系統(tǒng)的間隙補償功能修改

間隙補償值來使正、反向定位精度曲線接近。

(2)交叉型曲線(見圖7.5(b))和喇叭型曲線(見圖7.5(c))都是由于被測坐標軸上各段反向間隙不均勻造成的。滾珠絲杠在行程內各段間隙或過盈不一致和導軌副在行程各段的載荷不一致等是造成反向間隙不均勻的主要原因。反向間隙不均勻現(xiàn)象較多表現(xiàn)在全行程內一頭松一頭緊，結果得到喇叭型的正、反向定位精度曲線。

如果此時又不恰當?shù)厥褂脭?shù)控系統(tǒng)的間隙補償功能，就造成了交叉型曲線。

測定的定位精度曲線還與環(huán)境溫度和軸的工作狀態(tài)有關。目前大部分數(shù)控機床都是半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，它不能補償滾珠絲杠的熱伸長。熱伸長能使定位精度在1m行程上相差

0.01~0.02mm。為此，有些機床采用預拉伸絲杠的方法來減少熱伸長的影響。

2.直線運動重復定位精度的檢測

重復定位精度是反映軸運動穩(wěn)定性的一個基本指標。機床運動精度的穩(wěn)定性決定著加工零件質量的穩(wěn)定性和一致性。直線運動重復定位精度的測量可選擇行程的中間和兩端的

任意三個位置作為目標位置，每個位置用快速移動定位，在相同條件下，從正向和反向進行五次定位，測量出實際位置與目標位置之差。如各測量點標準偏差最大值為Sjmax，則重復定位精度為R=6Sjmax。

3.直線運動原點復歸精度的檢測

數(shù)控機床每個坐標軸都要有精確的定位起點，此點即為坐標軸的原點或參考點。為提高原點返回精度，各種數(shù)控機床對坐標軸原點的復歸采取了一系列措施，如降速回原點、

參考點偏移量補償?shù)?。同時，每次機床關機之后，重新開機都要進行原點復歸，以保證機床的原點位置的精度一致。因此，坐標原點的位置精度必然比其他定位點精度要高。對每

個直線軸，從七個位置進行原點復歸，測量出其停止位置的數(shù)值，以測定值與理論值的最大差值為原點的復歸精度。

4.直線運動矢動量的檢測

坐標軸直線運動的矢動量，又稱為直線運動反向差，是該軸進給傳動鏈上的驅動元件反向死區(qū)以及各機械傳動副的反向間隙和彈性變形等誤差的綜合反映。其測量方法與直線

運動重復定位精度的測量方法相似。在所測量坐標軸的行程內，預先向正向或反向移動一圖7.6矢動量測定個距離并以此停止位置為基準，再在同一方向給予一定的移動指令值，使之移動一段距離，然后再往相反方向移動相同的距離，測量停止位置與基準位置之差，如圖7.6所示。

在靠近行程的中點及兩端的三個位置分別進行多次測定(一般為7次)，求出各個位置上的平均值。如正向位置平均偏差為反向位置平均偏差為則反向偏差B=

這個偏差越大，即矢動量越大，定位精度和重復定位精度就越低。一般情況下，矢動量是由于進給傳動鏈剛性不足、滾珠絲杠預緊力不夠、導軌副過緊或松動等原因造成的。要從根本上解決這個問題，只有修理和調整有關元件。數(shù)控系統(tǒng)都有矢動量補償功能(一般稱為反向間隙補償)，最大能補償0.20~0.30mm的矢動量，但這種補償要在全行程區(qū)域內矢動量均勻的情況下，才能取得較好的效果。

就一臺數(shù)控機床的各個坐標軸而言，軟件補償值越大，表明該坐標軸上影響定位誤差的隨機因素越多，則該機床的綜

合定位精度就不會太高。圖7.6矢動量測定

7.4數(shù)控機床的維護

每臺數(shù)控機床在運行一段時間后，某些元器件或機械部件難免出現(xiàn)一些損壞或故障現(xiàn)象。對于這種高精度、高效益且又昂貴的設備，要想延長元器件的壽命和零部件的磨損周期，預防各種故障，特別是將惡性事故消滅在萌芽狀態(tài)，從而提高數(shù)控機床的平均無故障工作時間和使用壽命，一個重要的方面是要做好維護。做好預防性維護工作是使用數(shù)控機床的一個重要環(huán)節(jié)。

7.4.1數(shù)控機床使用中應注意的問題

數(shù)控機床使用數(shù)控程序控制機床各個軸的運動，一旦執(zhí)行數(shù)控程序，就不需要操作人員再對其進行干涉。在數(shù)控機床加工零件的過程中，由于數(shù)控系統(tǒng)或執(zhí)行部件的故障造成

的工件報廢和安全事故，一般情況下操作者是無能為力的。所以數(shù)控機床工作的穩(wěn)定性、可靠性尤為重要，在使用數(shù)控機床時應注意以下問題:

(1)數(shù)控機床的使用環(huán)境。數(shù)控系統(tǒng)結構復雜，其工作環(huán)境的溫、濕度變化較大，油污或粉塵對元器件及線路板的污染、機械振動、電磁干擾，都會對信號傳送通道的接插件和電子元器件產(chǎn)生影響，從而影響機床的正常運行。例如，在一臺加工中心旁邊操作大功率磨床，由于電磁干擾會使數(shù)控系統(tǒng)發(fā)生故障而造成零件加工報廢，所以對于數(shù)控機床最好使其置于有空調的環(huán)境，遠離振動較大的設備(如沖床)及有電磁干擾的設備。

(2)電源要求。數(shù)控機床對電源沒有很高的要求，一般都允許波動±10%。但是，由于我國供電的具體情況，不僅電源波動幅度大(有時電壓波動超過±10%)，而且質量差，交流電源上往往疊加有一些高頻雜波信號，用示波器可以清楚地觀察到;有時還會出現(xiàn)很大的瞬間干擾信號，破壞數(shù)控系統(tǒng)的程序或參數(shù)，從而影響數(shù)控系統(tǒng)的正常運行。數(shù)控機床采用專線供電或增設穩(wěn)壓裝置(從低壓配電室分一路單獨供數(shù)控機床使用)，這樣可以減少供電質量的影響。

(3)數(shù)控機床的操作規(guī)程。操作規(guī)程是保證數(shù)控機床安全可靠運行的重要措施之一，數(shù)控機床操作者一定要按操作規(guī)程操作，例如對數(shù)控機床定期進行維護、保養(yǎng)，出現(xiàn)故障

注意記錄、保護現(xiàn)場等。

(4)數(shù)控機床不宜長期封存。購買數(shù)控機床后要盡量提高機床的利用率，尤其是投入使用的第一年，更要充分利用，使其容易出故障的薄弱環(huán)節(jié)盡量早地暴露出來，使故障的隱患盡可能在保修期內得以排除。另外，數(shù)控機床長期不用會使數(shù)控系統(tǒng)的電子元器件由于受潮等原因而老化或損壞。所以即使數(shù)控機床上無生產(chǎn)任務，也要定期開機，利用機床本身的散熱來降低機床內的濕度，以防止系統(tǒng)軟件、參數(shù)丟失。

(5)注意培訓和配備操作人員、維修人員及編程人員。數(shù)控機床是機、電、計算機等各種技術復合于一體的高技術設備，任何不當?shù)氖褂煤筒僮鞫紩C床造成損壞，因此對相關人員素質要求較高。操作人員應選擇相近的工種且具有一定專業(yè)知識的人員;維修人員應選擇具有自動控制、計算機或機電一體化專業(yè)知識的人員擔任;而編程人員需具有機械加工和數(shù)學方面有關知識，應選擇熟悉機械加工工藝并具有一定數(shù)學和計算機軟件知識的人員加以培訓后擔任。

7.4.2數(shù)控系統(tǒng)的維護

數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過一段時間的使用，某些元器件可能會老化甚至損壞。為了盡量延長元器件的壽命和零部件的磨損周期，防止各種故障，特別是惡性事故的發(fā)生，必須對數(shù)控系統(tǒng)進行日常的維護。具體的日常維護保養(yǎng)要求在數(shù)控系統(tǒng)的使用、維修說明書中有明確的規(guī)定。概括起來，要注意以下幾個方面:

(1)嚴格遵守操作規(guī)程和日常維護制度。數(shù)控系統(tǒng)的編程、操作和維修人員必須經(jīng)過專門的技術培訓，熟悉所用數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)的使用環(huán)境、條件等，能按機床和系統(tǒng)的

使用說明書的要求正確、合理地使用，應盡量避免因操作不當引起的故障。通常，由首次使用數(shù)控機床或由不熟練工人來操作，在使用第一年內，有三分之一的系統(tǒng)故障是由于操

作不當引起的。應根據(jù)操作規(guī)程要求，針對數(shù)控系統(tǒng)各個部件的特點，確定各自的保養(yǎng)條例，對機床進行日常維護。例如有些地方需天天清理，有些部件需定時加油和定期更換。

(2)防止灰塵進入數(shù)控裝置內。機加工車間內空氣中漂浮的灰塵和金屬粉末落在印刷線路板和電器插件上，容易引起元器件間絕緣電阻下降，從而出現(xiàn)故障甚至元器件的損

壞。有些數(shù)控機床的主軸控制系統(tǒng)裝在強電柜中，強電柜門關得不嚴，是使電器元件損壞、主軸控制失靈的一個原因。在夏天氣溫比較高時，有些操作者通過打開數(shù)控柜門散熱或用風扇向數(shù)控柜內吹風，以降低數(shù)控柜內溫度的方法是不可取的，該方法只會加速數(shù)控系統(tǒng)的損壞。正確的方法是降低系統(tǒng)的外部溫度。因此，應該嚴格規(guī)定，除非進行調整和維修，否則不允許隨意開啟數(shù)控柜門，更不允許在數(shù)控機床使用時敞開數(shù)控柜門。

(3)定時清掃數(shù)控柜的散熱通風系統(tǒng)。為防止數(shù)控裝置過熱，應經(jīng)常檢查數(shù)控裝置上各冷卻風扇工作是否正常。應視車間環(huán)境狀況，按照數(shù)控機床使用說明書中的規(guī)定，對數(shù)

控柜的散熱通風系統(tǒng)每半年或一個季度清掃檢查一次。具體方法如下:

①擰下螺釘，拆下空氣過濾器;

②在輕輕振動空氣過濾器時，用壓縮空氣由里向外吹去空氣過濾器內的灰塵;

③空氣過濾器太臟時，可用中性清潔劑(清潔劑和水的配比為5∶95)沖洗(但不可揉擦)，然后置于陰涼處晾干即可。

如果環(huán)境溫度過高，造成數(shù)控柜內的溫度超過55℃，應及時加裝空調。安裝空調后，數(shù)控系統(tǒng)的可靠性將有比較明顯的提高。

(4)經(jīng)常監(jiān)視數(shù)控系統(tǒng)的電網(wǎng)電壓。數(shù)控系統(tǒng)允許的電網(wǎng)電壓范圍在額定值的85%~110%，如果超出此范圍，輕則使數(shù)控系統(tǒng)不能穩(wěn)定工作，重則會造成重要的電子部件損壞。因此要經(jīng)常注意電網(wǎng)電壓的波動。對于電網(wǎng)質量比較惡劣的地區(qū)，應及時配置數(shù)控系統(tǒng)用的交流穩(wěn)壓裝置，這將使故障率有比較明顯的降低。

(5)定期更換存儲器用電池。數(shù)控系統(tǒng)中部分CMOS存儲器中的存儲內容在關機時靠電池供電保持。一般采用鋰電池或可充電的鎳鎘電池。當電池電壓降到一定值時就會造成

參數(shù)丟失。因此，要定期檢查電池電壓，當電池電壓降到限定值時，機床就會報警提示操作人員更換電池，這時要及時更換電池。更換電池時一定要在數(shù)控系統(tǒng)通電狀態(tài)下進行，

這樣才不會造成存儲參數(shù)丟失。另外，為了防止參數(shù)丟失，可將數(shù)控系統(tǒng)中的參數(shù)事先備份，一旦參數(shù)丟失，在更換新電池后，可將參數(shù)重新傳入。

(6)數(shù)控系統(tǒng)長期不用時的維護。數(shù)控機床應盡量避免長期不用。若數(shù)控機床長期不用，為了避免數(shù)控系統(tǒng)的損壞，也應對數(shù)控系統(tǒng)進行定期維護保養(yǎng)。應經(jīng)常給數(shù)控系統(tǒng)通

電或使數(shù)控機床運行溫機程序。在空氣濕度大的雨季應該天天通電，利用電子元器件本身發(fā)熱驅走數(shù)控柜內的潮氣，以保證電子元器件的性能穩(wěn)定可靠，而溫機程序可使油膜均勻

地覆蓋在絲杠、導軌等部件上以達到保護目的。

(7)備用線路板的維護。印刷線路板長期不用容易出現(xiàn)故障，因此對所購數(shù)控機床中的備用線路板，應定期裝到數(shù)控系統(tǒng)中通電運行一段時間，以防止損壞。

7.4.3機械部件的維護

數(shù)控機床的機械結構較傳統(tǒng)機床的機械結構簡單，但機械零部件的精度卻有所提高，這對維護提出了更高的要求。同時，由于數(shù)控機床還有刀庫、換刀裝置、液壓和氣動系統(tǒng)

等，使得機械部件維護的面更廣，工作量更大。

1.刀庫及換刀機械手的維護

(1)用手動方式往刀庫上裝刀時，要保證裝到位，檢查刀座上的鎖緊是否可靠;

(2)嚴禁把超重、超長的刀具裝入刀庫，以防止機械手換刀時掉刀或刀具與工件、夾具等發(fā)生碰撞;

(3)采用順序選刀方式應注意刀具放置在刀庫上的順序是否正確，其他選刀方式也要注意所換刀具號是否與所需刀具一致，以防止換錯刀具導致事故發(fā)生;

(4)注意保持刀具、刀柄和刀套的清潔;

(5)經(jīng)常檢查刀庫的回零位置是否正確、機床主軸回換刀點位置是否到位，如果位置不對應及時調整，否則不能完成換刀動作;

(6)開機時，應先使刀庫和機械手空運行，檢查各部分工作是否正常，特別是各行程開關和電磁閥能否正常動作，并檢查機械手液壓系統(tǒng)的壓力是否正常，刀具在機械手上鎖

緊是否可靠，發(fā)現(xiàn)不正常應及時處理。

2.滾珠絲杠副的維護

(1)定期檢查、調整絲杠螺母副的軸向間隙，以保證反向傳動精度和軸向剛度。

(2)定期檢查絲杠支承與床身的連接是否松動以及支承軸承是否損壞，如有以上問題

要及時緊固松動部位，更換支承軸承。

(3)采用潤滑脂的滾珠絲杠，應每半年清洗一次絲杠上的舊油脂，更換新油脂;用潤滑油潤滑的滾珠絲杠，應在每天機床工作前加油一次。

(4)注意避免硬質灰塵或切屑進入絲杠防護罩和工作過程中碰擊防護罩，防護裝置一旦有損壞要及時更換。

3.主傳動鏈的維護

應熟悉數(shù)控機床主傳動鏈的結構、性能和主軸調整方法，嚴禁超性能使用。對主傳動鏈的維護包括:

(1)使用帶傳動的主軸系統(tǒng)，需定期調整主軸驅動帶的松緊程度，防止因打滑造成的丟轉現(xiàn)象。

(2)注意觀察主軸箱溫度，檢查主軸潤滑恒溫油箱，調節(jié)溫度范圍，防止各種雜質進入油箱，及時補充油量，每年更換一次潤滑油，并清洗過濾器。

(3)經(jīng)常檢查壓縮空氣氣壓，調整到標準要求值，足夠的氣壓才能使主軸錐孔中的切屑和灰塵清理干凈，保持主軸與刀柄連接部位的清潔。主軸刀具夾緊裝置長時間使用后會

產(chǎn)生間隙，影響刀具的夾緊，需及時調整液壓缸和活塞的位移量。

(4)對采用液壓系統(tǒng)平衡主軸箱質量的結構，需定期觀察液壓系統(tǒng)的壓力，油壓低于要求值時，要及時調整。

4.液壓系統(tǒng)的維護

(1)定期對油箱的油液進行取樣化驗，檢查油液質量，定期過濾或更換油液;

(2)定期檢查冷卻器和加熱器的工作性能，控制液壓系統(tǒng)中油液的溫度在標準要求內;

(3)定期檢查和更換密封件，防止液壓系統(tǒng)泄漏;

(4)定期檢查、清洗或更換液壓件、濾芯，定期檢查、清洗油箱和管路;

(5)嚴格執(zhí)行日常檢查制度，檢查系統(tǒng)的泄漏、噪聲、振動、壓力、溫度等是否正常，將故障排除在萌芽狀態(tài)。

5.氣動系統(tǒng)的維護

(1)選用合適的過濾器，清除壓縮空氣中的雜質和水分;

(2)注意檢查系統(tǒng)中油霧器的供油量，應保證空氣中含有適量的潤滑油來潤滑氣動元件，防止生銹、磨損造成空氣泄漏和元件動作失靈;

(3)定期檢查并更換密封件，保持系統(tǒng)的密封性;

(4)注意調節(jié)工作壓力，保證氣動裝置具有合適的工作壓力和運動速度;

(5)定期檢查、清洗或更換氣動元件、濾芯。

7.4.4數(shù)控機床的日常維護保養(yǎng)

數(shù)控機床的日常維護保養(yǎng)應嚴格按機床使用說明書進行，若說明書中未寫入此內容，應立即向制造廠索取，并簽訂補充協(xié)議，在保修期內，用戶不按制造廠的保養(yǎng)規(guī)定使用機床，要求免費維修時會造成糾紛。下面推薦一些做法供參考。

1.日常點檢

1)數(shù)控車床的日常點檢要點

(1)接通電前:

①檢查切削液、液壓油、潤滑油的油量是否充足。

②檢查工具、檢測儀器等是否已準備好。

③切屑槽內的切屑是否已處理干凈。

(2)接通電源后:

①檢查操作盤上的各指示燈是否正常，各按鈕、開關是否處于正確位置。

②CRT顯示屏上是否有任何報警顯示，若有問題應及時予以處理。

③液壓裝置的壓力表是否指示在所要求的范圍內。

④各控制箱的冷卻風扇是否正常運轉。

⑤刀具是否正確夾緊在刀夾上，刀夾與回轉刀臺是否可靠夾緊，刀具是否有磨損。

⑥若機床帶有導套、夾簧，應確認其調整是否合適。

(3)機床運轉中:

①主軸、滑板處是否有異常噪聲。

②有無與平常不同的異?，F(xiàn)象，如聲音、溫度、裂紋、氣味等。

2)加工中心的日常點檢要點

(1)從工作臺、基座等處清除污物和灰塵，擦去機床表面上的潤滑油、切削液和切屑，清除沒有罩蓋的滑動表面上的一切東西，擦凈絲杠的暴露部位。

(2)清理、檢查所有限位開關、接近開關及其周圍表面。

(3)檢查各潤滑油箱及主軸潤滑油箱的油面，使其保持在合理的油面上。

(4)確認各刀具在其應有的位置上更換。

(5)確?？諝鉃V杯內的水完全排出。

(6)檢查液壓泵的壓力是否符合要求。

(7)檢查機床主液壓系統(tǒng)是否漏油。

(8)檢查切削液軟管及液面，清理管內及切削液槽內的切屑等雜物。

(9)確保操作面板上所有指示燈為正常顯示。

(10)檢查各坐標軸是否處在原點上。

(11)檢查主軸端面、刀夾及其他配件是否有毛刺、破裂或損壞現(xiàn)象。

2.月檢查要點

1)數(shù)控車床的月檢查要點

(1)檢查主軸的運轉情況。使主軸以最高轉速一半左右的轉速旋轉30min，用手觸摸殼體部分，若感覺溫度不高即為正常。可以此了解主軸軸承的工作情況。

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