数控车床

数控车床是使用较为广泛的数控机床之一。它主要用于轴类零件或盘类零件的内外圆柱面、任意锥角的内外圆锥面、复杂回转内外曲面和圆柱、圆锥螺纹等切削加工，并能进行切槽、钻孔、扩孔、铰孔及镗孔等。

数控机床是按照事先编制好的加工程序，自动地对被加工零件进行加工。我们把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数以及辅助功能，按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再把这程序单中的内容记录在控制介质上，然后输入到数控机床的数控装置中，从而指挥机床加工零件。2023年7月，航天科工二院25所成功研制集光学检测、微调与加工一体的高精密光学自动化定心数控车床，并通过工程试点应用验证，技术水平达到国内领先。

一、输入加工程序

数控车床的工作始于加工程序的输入。操作人员通过计算机终端或专门的数控机床操作界面，将编写好的加工程序输入到数控系统中。这些程序通常以G代码(一种数控机床的编程语言)的形式给出，详细描述了机床的运动轨迹、速度、加速度等信息，以及加工过程中所需的各种参数，如进给速度、主轴转速、刀具切入切出位置等。

二、程序处理与运算

数控系统接收到加工程序后，会进行一系列的处理和运算。这一过程中，系统会分析G代码中的指令，确定机床各部件(如主轴、刀具、进给系统等)的运动轨迹和速度，同时考虑机床的工作状态、加工材料的性质和要求等因素，以确保加工过程的顺利进行。

三、发出指令信号

经过处理和运算后，数控系统会发出指令信号。这些信号通过伺服系统(包括伺服电机、液压系统、气动系统等部件)传递给机床各运动部件，驱动它们按照预定的轨迹和速度进行运动。

四、实现精确加工

在伺服系统的驱动下，机床的主轴和刀具会产生相对运动，对工件进行精确加工。数控车床能够实现对工件的轴向和径向控制，确保刀具在正确的位置和速度下对工件进行切削。同时，系统还会对主轴和刀具的运动进行同步控制，以保证加工精度的要求。

五、实时监控与调整

在加工过程中，数控系统会实时监控加工状态，包括工件的位置、速度、质量等信息。一旦发现异常情况，如加工质量不合格、工件位置偏移等，系统会自动停机报警，并提示操作人员进行检查和调整。这样不仅可以保证加工质量，还可以提高加工效率和安全性。

一、数控车床的特点

1、高精度加工：

数控车床采用了先进的数控系统和伺服系统，能够精确控制刀具的运动轨迹和切削参数，从而实现高精度的加工。这种高精度加工能力使得数控车床在制造精密零件时具有显著优势。

2、高自动化程度：

数控车床能够按照存储在数控系统中的程序自动完成加工过程，减少了人工干预，提高了生产效率和加工稳定性。从主轴变速、正反转、启动和停止，到加工进给运动和快速进给，以及刀架的各种运动(松开、转位和夹紧)等，均可自动完成。

3、适应性强：

数控车床具有很强的适应性，通过修改程序即可适应不同的加工要求，包括形状复杂、精度要求高、批量大等不同类型的零件加工。这种灵活性使得数控车床在多种生产场景下都能发挥重要作用。

4、生产效率高：

由于数控车床的自动化程度高，且加工过程中减少了人工干预和不必要的工序(如画线、多次装夹定位、检测等)，因此能够显著提高生产效率。同时，数控车床的连续加工能力也进一步提升了生产速度。

5、安全性好：

数控车床配备了先进的安全系统，如紧急停止按钮、安全门等，能够在发生异常情况时迅速停机，保护操作人员和设备的安全。

6、易于编程和维护：

数控车床采用了易于理解和使用的编程语言(如G代码、CAM等)，使得编程工作变得简单快捷。同时，数控车床的模块化设计也方便了维护和维修工作，降低了维护成本。

二、数控车床的用途

数控车床主要用于加工轴类零件或盘类零件的内外圆柱面、任意锥角的内外圆锥面、复杂回转内外曲面和圆柱、圆锥螺纹等。具体加工对象包括：

精度要求高的回转体零件：如精密轴承、齿轮等。

表面质量要求高的回转体零件：如汽车发动机缸体、曲轴等。

表面形状复杂的回转体零件：如模具、复杂曲面零件等。

带特殊螺纹的回转体零件：如各种螺纹轴、丝杠等。

超精密加工要求的零件：如光学元件、精密仪器零件等。

一、日常保养

1、工作区域清洁：

保持车床工作区域的清洁，定期清理机床表面的切屑、灰尘和油污，防止它们对机床产生磨损或影响加工精度。

清理外部排屑机内的铁屑，保持机床整洁。

2、冷却液管理：

定期检查冷却液的质量和数量，确保冷却液清洁无杂质，并及时更换冷却液，以保持冷却系统的清洁和流畅。

3、润滑系统维护：

定期检查润滑油的质量和数量，确保各润滑点得到有效润滑。

按照润滑图表规定加油，检查油标、油量、油质及油路是否正常，保持润滑系统清洁。

4、电气系统检查：

检查电缆和电气连接是否有磨损、松动或其他损坏，及时维修或更换。

注意冷却风扇运转是否正常，线路保护器以及所有的熔丝是否完好。

5、操作规范：

确保操作员了解和遵循正确的操作规程，避免因操作不当导致的设备损坏。

按动各按键时用力应适度，不得用力拍打键盘、按键和显示屏。

二、定期保养

1、关键部件检查：

每周或更短周期进行更为细致的检查，如控制箱散热风扇、卡盘及刀塔积屑与润滑情况，冷却水箱使用状况等。

检查主轴的径向跳动和轴向窜动，以及主轴箱内齿轮和轴承的情况。

2、精度检测与调整：

定期检查车床的几何精度，包括导轨、主轴等部件的精度，并进行必要的调整，以确保加工精度。

检查X向和Z向的丝杠间隙，超出规定值时应及时调整。

3、机床部件维护：

对丝杠和轴承进行定期的检查和润滑，减少磨损和故障。

检查并调整主轴皮带、同步齿形带的松紧，防止皮带打滑。

4、系统备份与更新：

定期更新数控系统的软件，保持其最新状态，并进行必要的系统备份，以防数据丢失。

三、长期保养与防护

1、防锈处理：

在机床长期不使用时，应做好防锈处理，如涂抹防锈油，保护机床不受腐蚀。

2、防水防潮：

确保机床工作环境干燥，关好电器箱等关键部位，防止水分侵入造成损坏。

3、防鼠处理：

做好机床的防鼠处理，防止老鼠咬断电线等造成意外故障。

4、假期保养：

对于长假期间不使用的机床，应切断电源、气源等，并做好防尘、防潮处理。

定期检查系统风扇、液压系统中的液压油等，确保机床在停机期间保持良好状态。

四、培训与维护记录

1、操作培训：

定期对操作员进行设备操作和维护保养的培训，提高其技能水平和设备使用效率。

2、维护记录：

保持维护保养记录，以便追踪机床的状态和及时发现潜在问题。

一、工艺准备

1、确定加工要求：

分析工件图纸，明确加工部位、尺寸精度、表面粗糙度等要求。

根据加工要求，选择合适的数控车床型号和配置。

2、编制加工程序：

使用CAM(计算机辅助制造)软件或手动编程方式，根据工件图纸编制加工程序。

程序需包含刀具路径、切削参数(如切削速度、进给量、切深等)、主轴转速等关键信息。

3、选择刀具与夹具：

根据加工材料和加工要求，选择合适的刀具材料和几何参数。

设计或选用合适的夹具，确保工件在加工过程中的稳定性和定位精度。

二、机床准备

1、机床调试：

检查数控车床的各项功能是否正常，如主轴运转、进给系统、冷却系统等。

进行机床精度检测，确保机床满足加工要求。

2、对刀与校准：

使用对刀仪或试切法对刀具进行精确对刀，确保刀具在加工过程中的位置准确。

校准机床坐标系，确保加工原点与工件图纸一致。

三、加工过程

1、程序加载与启动：

将编制好的加工程序加载到数控车床的数控系统中。

启动数控系统，开始加工过程。

2、实时监控与调整：

在加工过程中，实时监控机床的运行状态和加工效果。

如发现异常情况(如刀具磨损、加工质量下降等)，及时停机检查并调整切削参数或刀具。

3、自动化加工：

数控车床按照加工程序自动完成切削、进给、换刀等动作。

加工过程中无需人工干预，大大提高了生产效率和加工精度。

四、后续处理

1、工件检测：

加工完成后，使用测量工具对工件进行检测，确保各项尺寸精度和表面粗糙度符合要求。

2、机床清理与维护：

清理机床工作台、导轨、刀库等部位的切屑和油污。

对机床进行定期维护和保养，确保机床的长期稳定运行。

一、操作前准备

1、个人防护：

工作时必须穿好工作服、安全鞋，衬衫要系入裤内，工作服衣、领、袖口要系好。不允许穿凉鞋、拖鞋、高跟鞋、背心、裙子和戴围巾进入车间，长发应戴帽子或发网。

必须佩戴防护镜，以保护眼睛免受飞溅物伤害。

禁止戴手套操作机床，以免手套卷入机器造成危险。

2、机床检查：

开机前应对数控车床进行全面细致的检查，包括操作面板、导轨面、卡爪、尾座、刀架、刀具等，确认无误后方可操作。

检查数控机床各部件机构是否完好、各按钮是否能自动复位。开机前，操作者应按机床使用说明书的规定给相关部位加油，并检查油标、油量。

3、工作空间：

确保工作空间足够大，不要在数控机床周围放置障碍物，以免影响操作和机床散热。

二、操作过程中

1、规范操作：

严格按照机床说明书和加工程序进行操作，避免误操作。

在机床开动期间，严禁离开工作岗位做与操作无关的事情，如嬉戏、打闹等。机床开动时，严禁在机床间穿梭。

2、安全防护：

主轴启动开始切削之前一定要关好防护门，程序正常运行中严禁开启防护门。

加工过程中，严禁接触旋转中的主轴或刀具。测量工件、清理机器或设备时，必须先将机器停止运转。

3、监控与调整：

加工过程中要时刻监控机床的运行状态，如发现异常情况(如工件跳动、打抖、异常声音、夹具松动等)，必须立即停车处理。

紧急情况下可按下“急停”按钮，确保人身和设备的安全。

4、刀具与工件：

使用的刀具应与机床允许的规格相符，有严重破损的刀具要及时更换。

加工前要认真检查刀具是否锁紧及工件固定是否牢靠。刀具安装好后应进行试切削，以验证其稳定性和加工精度。

三、操作后维护

1、清洁保养：

清除切屑、擦拭机床，保持机床与环境清洁状态。使用干净的布和适当的清洁剂清理机床表面和内部部件。

定期检查并更换冷却液和润滑油，保持冷却系统和润滑系统的清洁和流畅。

2、关机顺序：

加工完成后，依次关掉机床操作面板上的电源和总电源，确保机床安全断电。

3、检查与记录：

对机床进行全面检查，包括电气系统、传动系统、冷却系统等，确保其处于良好状态。

记录机床的运行情况和维护保养情况，以便日后查阅和分析。

四、其他注意事项

1、专业培训：

操作人员应接受专业培训，掌握数控车床的操作技能和维护保养知识。

2、安全意识：

始终保持高度的安全意识，严格遵守安全操作规程和机床使用说明书的要求。

3、定期检查：

定期对机床进行精度检测和校准，确保其加工精度和稳定性。

4、避免改动：

未经允许不得打开机床电器防护门或对机内系统文件进行更改或删除。也不得私自更改CNC系统参数或进行任何参数设定。

一、电气控制系统故障

1. 电压问题

故障现象：电压过低导致机床无法正常工作。

排除方法：待电源电压正常后再使用或增加稳压电源提供稳定的电压。

2. 三相电源线相序接反

故障现象：机床因相序错误而无法启动或运行异常。

排除方法：立即切断电源，调整三相电源相序至正确。

3. 弱电与强电故障

弱电故障：包括CNC、PLC等控制部分的硬件故障和软件故障。

硬件故障：如集成电路芯片、分立电子元件损坏，需更换相应元件。

软件故障：如加工程序出错、系统程序和参数丢失等，需重新加载程序或恢复参数。

强电故障：主要指主回路或高压、大功率回路中的电气元器件故障。

常见故障：继电器、接触器、开关、熔断器损坏等。

排除方法：检查并更换损坏的电气元器件，确保电路连接正确。

二、机械系统故障

1. 主轴故障

不带变频的主轴不转

故障现象：主轴无法启动或转动异常。

排除方法：检查皮带传动、电源、电气连接等，确保无误;若系统有信号输出但主轴不转，需检查电源供给线路和控制信号输出线路是否断路或元器件损坏。

主轴转速不受控

故障现象：主轴转速与设定不符或无法调节。

排除方法：检查主板变频功能、模拟电压输出、变频器参数设置等，确保无误;若硬件损坏，需更换相应元件。

2. 刀具与刀架故障

刀具夹紧/松开故障

故障现象：刀具无法夹紧或松开。

排除方法：检查松刀液压缸、行程开关装置等，调整或更换相应部件。

自动换刀故障

故障现象：换刀动作卡住、刀具夹不紧等。

排除方法：检查机械手、卡紧抓弹簧等部件，调整或更换相应部件。

3. 进给转动链故障

故障现象：机床运动质量下降，如运行中断、定位精度下降、轴承噪声变大等。

排除方法：提高传动精度、转动刚度和运动精度;检查并更换磨损严重的轴承和传动部件。

三、其他常见故障

1. 润滑与冷却系统故障

故障现象：润滑不良、冷却液不足或污染严重。

排除方法：定期检查并更换润滑油和冷却液;清洗冷却系统并更换污染严重的冷却液。

2. 配套装置故障

故障现象：液压系统、气压系统或冷却系统出现故障。

排除方法：根据具体故障现象进行检修和维护。如液压系统发热应更换变量泵;气压系统漏气应检查密封性等。

四、故障排查注意事项

安全第一：在排查故障过程中应确保人身和设备安全，避免触电、机械伤害等事故发生。

详细记录：对故障现象、排查过程和解决方法进行详细记录以便日后查阅和分析。

专业维修：对于复杂或难以排除的故障应请专业维修人员进行检修和维护。