数控机床

数控机床是数字控制机床(Computer numerical control machine tools)的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。

数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。

一、输入指令

指令来源：操作人员通过计算机终端或专门的数控机床操作界面，输入加工图形的相关指令。这些指令通常以G代码(一种数控机床的编程语言)的形式给出，它详细描述了机床的运动轨迹、速度、加速度等信息。

二、指令处理

解释指令：计算机系统接收输入的G代码指令后，会进行解释处理，将每个指令转化为机床能够理解的参数，如运动轨迹、速度、加速度等。在解释过程中，计算机会考虑机床的工作状态、加工材料的性质和要求等因素，以确保加工过程的准确性和安全性。

三、控制执行

控制信号生成：计算机系统将解释后的指令转化为数字信号，这些信号通过数控系统的伺服电机、液压系统、气动系统等部件进行传输。

执行机构动作：伺服系统接收数字信号后，将其转换为执行机构的运动或动作。执行机构包括主轴、进给、刀库、换刀等部分，它们根据指令实现刀具与工件之间的相对运动或位置变化。

四、加工过程

协调控制：在加工过程中，数控装置会实时监控机床的运动状态，如位置、速度、加速度等参数，并根据需要进行调整。同时，机床主体在检测反馈装置的配合下，对工件加工所需的各种动作进行精确控制，如刀具相对于工件的运动轨迹、位移量和进给速度等。

自动加工：机床按照预定的程序自动完成工件的加工过程，无需人工干预。这种自动化加工方式大大提高了生产效率和加工精度。

五、监控与反馈

实时监控：数控机床在加工过程中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，计算机系统会自动停机报警，以保证加工质量和安全性。

反馈调整：根据监控结果，数控系统会对加工过程进行必要的调整和优化，以确保加工过程的稳定性和可靠性。

一、数控机床的特点

1、高度自动化与高效率：数控机床采用计算机数值控制技术，能够自动完成复杂的加工任务，显著提高了生产效率。

2、高精度与高质量：数控机床加工零件的一致性好，加工精度高，能够确保零件的尺寸和形状精度达到设计要求，加工质量稳定可靠。

3、加工范围广：数控机床能够加工很多普通机床难以完成或者根本无法实现的复杂曲面零件，扩大了加工范围。

4、一机多用与工序集中：数控机床通常具备多种加工功能，可以实现一机多用，同时工序高度集中，减少了工件在不同机床间的转运和等待时间。

5、高新技术集成：数控机床是高新技术设备的代表，集成了计算机技术、控制技术、传感技术等多种先进技术，要求操作人员具备较高的技术水平。

6、灵活性强：通过编程控制，数控机床可以灵活调整加工参数和加工路径，适应不同种类和规格工件的加工需求。

7、发展趋势：当前数控机床的发展方向为“五化”，即高速化、柔性化、超精密化、自动化、复合化，不断满足制造业对高精度、高效率、高灵活性的需求。(注：此信息来源于行业内专家的学术报告)

二、数控机床的用途

1、金属加工：数控机床在金属加工领域广泛应用，包括铣削、车削、钻孔、切割等工艺，用于加工各种金属材料，如钢、铝、铜等。其高精度和稳定性使得金属零件加工更加精确和高效。

2、模具制造：数控机床在模具制造领域发挥重要作用，能够制造各种复杂形状的模具，如塑料模具、压铸模具、注塑模具等。其高精度加工能力和灵活的加工方式，为模具制造提供了更高的效率和质量。

3、零部件加工：数控机床可用于加工各种机械零部件，如轴承座、齿轮、螺纹等。它可以根据设计图纸进行精确加工，确保零部件的尺寸和质量符合要求。数控机床的自动化程度和高速加工能力，大大提高了零部件加工的效率。

4、车间自动化生产：数控机床可以与其他设备、系统进行集成，实现车间自动化生产。通过编程控制，数控机床可以自动完成一系列加工任务，减少人工干预，提高生产效率和一致性。

5、创意设计与艺术制作：数控机床不仅应用于工业生产，还可以在创意设计和艺术制作领域发挥重要作用。它可以将设计师的创意通过编程转化为实际的艺术品或装饰品，为创意产业提供技术支持。

一、日常维护保养

日常维护保养是确保数控机床正常运行和延长使用寿命的关键。主要内容包括：

1、清洁工作：

定期清洁机床的外表面和内部零部件，特别是运动部件、润滑油道等，以防止灰尘和切屑堆积影响机床运行。

保持电气柜散热通风装置清洁，防止风道过滤网堵塞。

2、润滑系统检查：

每天检查导轨润滑油箱的油标和油量，及时添加润滑油，确保润滑泵能正常启动和停止。

定期检查主轴润滑恒温油箱，清洗过滤器，更换润滑油，保证主轴有良好的润滑。

3、气压与液压系统检查：

每天检查压缩空气源的气动控制系统压力，确保在正常范围。

定期检查液压系统的油质和油位，清洗或更换过滤器，保持油路畅通。

4、电气系统检查：

检查电气柜各散热通风装置是否工作正常，防止过热。

检查CNC输入/输出装置，确保I/O设备清洁，机械结构润滑良好。

5、机械部件检查：

每天检查X、Z轴向导轨面，清除切屑及脏物，检查润滑油是否充实，导轨面有无划伤损坏。

定期检查主轴支撑轴承、齿轮轮对、滚珠丝杠螺母副等部件的磨损情况，及时更换损坏部件。

二、预防性维护

预防性维护是为了降低数控机床的故障率，延长其使用寿命而采取的措施。主要包括：

1、定期校准：

定期对数控机床进行精度校准，确保机床的加工精度和稳定性。

2、部件调整与更换：

定期检查并调整主轴驱动带的松紧程度，防止因打滑造成的丢转现象。

定期检查并更换直流伺服电机电刷，吹净炭粉，去除毛刺，确保电机性能。

3、油液更换与清洗：

定期更换润滑油和液压油，清洗相关油路和油箱，防止油液污染和变质。

4、电气元件检查：

定期检查电气元件的接线和插头是否松动，防止接触不良或短路。

三、维修与故障排除

当数控机床出现故障时，需要及时进行维修和故障排除。主要步骤包括：

1、故障诊断：

利用数控机床的故障诊断系统(如PMC)进行故障检测和诊断，确定故障类型和位置。

检查数控系统的报警信息，分析故障原因。

2、故障排除：

根据故障诊断结果，采取相应的维修措施排除故障。

对于软件故障，可以通过修改程序或调整机床参数来解决。

对于硬件故障，需要更换损坏的部件或进行修复。

3、维修记录：

记录每次维修的过程和结果，建立维修档案，以便后续参考和追溯。

四、操作与培训

为了确保数控机床的正常运行和维修保养的有效性，还需要加强操作人员的培训和指导：

1、操作规程：

制定并严格执行数控机床的操作规程和日常维护保养制度。

2、技能培训：

对操作人员进行数控机床的操作技能培训，使其熟悉机床的结构、性能和使用方法。

定期进行技能考核和复训，提高操作人员的技能水平。

3、安全意识：

加强操作人员的安全意识教育，确保其在操作过程中遵守安全规定，防止发生意外事故。

一、机床设计

数控机床的设计是制造工艺的首要环节，它涉及到机床的整体结构、功能布局、传动系统、控制系统等多个方面。设计师需要根据机床的使用要求、加工精度、生产效率等因素，进行精确的计算和合理的布局。设计过程中，还需要进行多次的优化和改进，以确保机床的性能达到最佳状态。这一阶段的工作对于后续的生产制造和机床的最终性能具有决定性的影响。

二、材料选择

数控机床的材料选择对于机床的性能和使用寿命有着至关重要的影响。一般来说，机床的主要结构件需要采用高强度、高刚度的材料，如铸铁、铸钢等。这些材料具有良好的抗变形能力和稳定性，能够保证机床在长时间使用过程中保持稳定的精度和性能。同时，对于一些需要承受较大载荷和振动的零部件，还需要采用特殊的合金钢或高强度铝合金等材料。

三、零部件加工

数控机床的零部件加工是制造工艺中的关键环节。由于机床的精度要求非常高，因此零部件的加工精度和质量直接影响到机床的整体性能。在加工过程中，需要采用先进的数控加工设备和技术，如数控机床、加工中心等，以保证零部件的精度和质量。同时，还需要对加工过程进行严格的控制和检测，确保每个零部件都符合设计要求。

四、装配调试

在零部件加工完成后，需要进行装配和调试。装配过程中需要严格按照设计要求进行，确保每个零部件都能够正确地安装到指定的位置上。调试过程中则需要对机床的各项功能进行测试和验证，如主轴的旋转精度、进给系统的稳定性、控制系统的可靠性等。通过调试和优化，可以确保机床的性能达到最佳状态。

五、质量检验

质量检验是制造工艺的最后一道关卡。在机床完成装配和调试后，需要进行全面的质量检验和测试。检验内容包括机床的几何精度、运动精度、切削性能等多个方面。通过质量检验，可以确保机床的性能和质量符合设计要求和使用要求。

六、其他辅助环节

除了以上几个主要环节外，数控机床的制造工艺还包括其他一些辅助环节，如热处理、表面处理、润滑系统等。这些环节虽然不像主要环节那样直接影响机床的性能和质量，但对于提高机床的耐用性和使用寿命等方面也起着重要的作用。

一、操作前准备

1、个人防护：

操作人员应穿戴好工作服、安全鞋，戴好工作帽及防护镜，注意不允许戴手套操作机床，以防卷入机器。

确保个人防护装备(如安全眼镜、防护手套等)完好无损，并在操作过程中正确佩戴。

2、环境检查：

注意不要在机床周围放置障碍物，保持工作空间足够大，以便安全操作和紧急疏散。

检查机床周围环境，确保没有杂物堆放和阻塞紧急出口。

3、机床检查：

机床开始工作前要有足够的预热时间，一般为20分钟，以检查润滑系统工作是否正常。

检查机床的各个部件是否完好无损，是否有松动现象。

确认机床的电源是否接地良好，以避免触电事故的发生。

二、操作过程

1、操作规程：

严格遵守数控机床的操作手册和操作规程，确保每个步骤正确无误。

在不知道规程或机床出现异常的情况下，禁止进行尝试性操作，应立即向指导教师或专业人员报告。

2、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。

调整刀具时，所用工具不要遗忘在机床内。

刀具安装好后应进行试切削，确保安装正确。

3、操作安全：

机床开机顺序要正确，一般为接通气源、机床电气柜电源、操作面板电源。

禁止用手接触刀尖和铁屑，铁屑应用铁钩子或毛刷来清理。

禁止用手或其它任何方式接触正在旋转的主轴、工件或其它运动部位。

加工过程中禁止测量工件、变速，更不能用棉丝擦拭工件或清扫机床。

机床运转中，操作者不得离开岗位，发现异常现象应立即停车。

三、维护与保养

1、定期检查：

定期检查润滑系统，确保机床的润滑系统正常运行，及时添加或更换润滑油。

定期检查电气系统的连接、绝缘和接地情况，防止电气故障引发事故。

定期校准机床的运动精度、刀具补偿等参数，以确保加工质量和精度。

2、清洁保养：

定期清洁机床表面和内部，特别是运动部件、润滑油道等，以防止灰尘和切屑堆积影响机床运行。

保持电气柜散热通风装置清洁，防止风道过滤网堵塞。

3、长期存放：

对于长时间不使用的机床，应进行防护措施，如关闭电源、气源，并做好防尘、防潮处理。

定期检查系统电池、干燥剂等，确保机床在长时间停机后仍能正常工作。

四、培训与意识

1、专业培训：

操作人员必须在上岗前经过系统的专业培训，熟悉机床的操作规程和性能特点。

定期组织安全知识培训和演习，提高操作人员的安全意识和应急反应能力。

2、安全意识：

强调安全第一的原则，确保操作人员时刻保持高度的安全警觉性。

遵守岗位责任制，机床由专人负责，他人使用须经本人同意。

一、主轴部件故障

1、主轴发热

原因：主轴轴承预紧力过大、主轴轴承损伤或损坏、主轴润滑油脏或有杂质、主轴轴承润滑油脂耗尽或过多。

排除方法：重新调整主轴轴承预紧力、更换新轴承、清洗主轴箱并重新换油、重新涂抹适量的润滑脂。

2、主轴传动问题

原因：主轴电动机与主轴连接的传动带过松、传动带表面有油、传动带使用过久而失效、传动机构中的离合器或联轴器连接过松或磨损。

排除方法：重新调整传动带的张紧力、用汽油或酒精清洗传动带并擦干、更换新的传动带、调整或更换离合器、联轴器。

3、刀具夹紧问题

原因：碟形弹簧位移量太小、弹簧夹头损坏、碟形弹簧失效、刀柄上拉钉过长。

排除方法：调整碟形弹簧行程长度、更换新弹簧夹头、更换新碟形弹簧、调整或更换拉钉。

二、进给传动链故障

1、运动质量下降

表现：机械部件未运动到规定位置、运行中断、定位精度下降、反向间隙增大、爬行、轴承噪声变大。

排除方法：提高传动精度(调节各运动副预紧力、消除传动间隙、缩短传动链、设置减速齿轮)、提高传动刚度(调节丝杠螺母副、支承部件的预紧力及合理选择丝杠尺寸)、定期检查和维护传动系统。

三、电气控制系统故障

1、弱电故障

原因：CNC、PLC、MDI/CRT以及伺服驱动单元、输入输出单元等硬件故障或软件故障(如加工程序出错、系统程序和参数的改变或丢失、计算机运算出错)。

排除方法：检查并更换故障硬件、重新编程或恢复系统参数。

2、强电故障

原因：继电器、接触器、开关、熔断器、电源变压器、电动机、电磁铁、行程开关等电气元器件故障。

排除方法：检查并更换故障电气元器件、检查电气线路连接是否良好。

四、数控机床常见故障分类及排除方法

1、确定性故障

特点：具有不可恢复性，但找到根本原因后维修方便。

排除方法：根据故障现象和机床设计原理，定位故障部位并进行维修。

2、随机性故障

特点：难以找出规律性，常称为“软故障”。

排除方法：加强数控系统的维护检查，确保电气箱的密封、可靠的安装连接、正确的接地和屏蔽。

五、故障排除方法

直观法：通过观察故障发生时的光、声、味等现象，缩小故障范围。

自诊断功能法：利用数控系统的自诊断功能，通过报警信息或指示灯定位故障。

功能程序测试法：编制功能测试程序，检查机床执行功能的精确性和可靠性。

交换法：用备用部件替换可疑部件，缩小故障范围。

原理分析法：根据CNC组成原理，分析各部件的工作原理，确定故障部位。

参数检查法：检查并核对系统参数，排除因参数错误引起的故障。