數控機床的應用與維護

數控機床的應用越來越廣泛，相關數控機床技術方面文章本也很多，但對如何正確使用數控機床、如何對其進行有效的維護等方面的論述不是很多。本文就是為回答這些問題所寫，雖然文章中的一些觀點有些泛，但很全面、很實用。


    科學技術的發展，對機械產品提出了高精度、高復雜性的要求，而且產品的更新換代也在加快，這對機床設備不僅提出了精度和效率的要求，而且也對其提出了通用性和靈活性的要求。數控機床就是針對這種要求而產生的一種新型自動化機床。數控機床集微電子技術、計算機技術、自動控制技術及伺服驅動技術、精密機械技術于一體，是高度機電一體化的典型產品。它本身又是機電一體化的重要組成部分，是現代機床技術水平的重要標志。數控機床體現了當前世界機床技術進步的主流，是衡量機械制造工藝水平的重要指標，在柔性生產和計算機集成制造等先進制造技術中起著重要的基礎核心作用。因此，如何更好的使用數控機床是一個很重要的問題。由于數控機床是一種價格昂貴的精密設備，因此，其維護更是不容忽視。

一、數控機床

    1. 數控加工的概念

    數控機床的工作原理就是將加工過程所需的各種操作（如主軸變速、工件的松開與夾緊、進刀與退刀、開車與停車、自動關停冷卻液）和步驟以及工件的形狀尺寸用數字化的代碼表示，通過控制介質（如穿孔紙帶或磁盤等）將數字信息送入數控裝置，數控裝置對輸入的信息進行處理與運算，發出各種控制信號，控制機床的伺服系統或其他驅動元件，使機床自動加工出所需要的工件。所以，數控加工的關鍵是加工數據和工藝參數的獲取，即數控編程。數控加工一般包括以下幾個內容：

    (1)對圖紙進行分析，確定需要數控加工的部分；

    (2)利用圖形軟件（如CAXA制造工程師）對需要數控加工的部分造型；

    (3)根據加工條件，選擇合適的加工參數，生成加工軌跡（包括粗加工、半精加工、精加工軌跡）；

    (4)軌跡的仿真檢驗；

    (5)生成G代碼；

    (6)傳給機床加工。

    2. 數控機床的特點

    (1)具有高度柔性

    在數控機床上加工零件，主要取決于加工程序，它與普通機床不同，不必制造、更換許多工具、夾具，不需要經常調整機床。因此，數控機床適用于零件頻繁更換的場合。也就是適合單件、小批生產及新產品的開發，縮短了生產準備周期，節省了大量工藝設備的費用。

    (2)加工精度高

    數控機床的加工精度，一般可達到0.005～0.1mm，數控機床是按數字信號形式控制的，數控裝置每輸出一個脈沖信號，則機床移動部件移動一個脈沖當量（一般為0.001mm），而且機床進給傳動鏈的反向間隙與絲杠螺距平均誤差可由數控裝置進行補償，因此，數控機床定位精度比較高。

    (3)加工質量穩定、可靠

    加工同一批零件，在同一機床，在相同加工條件下，使用相同刀具和加工程序，刀具的走刀軌跡完全相同，零件的一致性好，質量穩定。

    (4)生產率高

    數控機床可有效地減少零件的加工時間和輔助時間，數控機床的主軸轉速和進給量的范圍大，允許機床進行大切削量的強力切削，數控機床目前正進入高速加工時代，數控機床移動部件的快速移動和定位及高速切削加工，減少了半成品的工序間周轉時間，提高了生產效率。

    (5)改善勞動條件

    數控機床加工前經調整好后，輸入程序并啟動，機床就能自動連續的進行加工，直至加工結束。操作者主要是程序的輸入、編輯、裝卸零件、刀具準備、加工狀態的觀測，零件的檢驗等工作，勞動強度極大降低，機床操作者的勞動趨于智力型工作。另外，機床一般是封閉式加工，即清潔，又安全。

    (6)利于生產管理現代化

    數控機床的加工，可預先精確估計加工時間，所使用的刀具、夾具可進行規范化、現代化管理。數控機床使用數字信號與標準代碼為控制信息，易于實現加工信息的標準化，目前已與計算機輔助設計與制造（CAD/CAM）有機地結合起來，是現代集成制造技術的基礎。

    3. 數控機床使用中應注意的事項

    使用數控機床之前，應仔細閱讀機床使用說明書以及其他有關資料，以便正確操作使用機床，并注意以下幾點：

    (1)機床操作、維修人員必須是掌握相應機床專業知識的專業人員或經過技術培訓的人員，且必須按安全操作規程及安全操作規定操作機床；

    (2)非專業人員不得打開電柜門，打開電柜門前必須確認已經關掉了機床總電源開關。只有專業維修人員才允許打開電柜門，進行通電檢修；

    (3)除一些供用戶使用并可以改動的參數外，其它系統參數、主軸參數、伺服參數等，用戶不能私自修改，否則將給操作者帶來設備、工件、人身等傷害；

    (4)修改參數后，進行第一次加工時，機床在不裝刀具和工件的情況下用機床鎖住、單程序段等方式進行試運行，確認機床正常后再使用機床；

    (5)機床的PLC程序是機床制造商按機床需要設計的，不需要修改。不正確的修改，操作機床可能造成機床的損壞，甚至傷害操作者；

    (6)建議機床連續運行最多24小時，如果連續運行時間太長會影響電氣系統和部分機械器件的壽命，從而會影響機床的精度；

    (7)機床全部連接器、接頭等，不允許帶電拔、插操作，否則將引起嚴重的后果。

二、數控機床的維護

    數控系統是數控機床的核心部件，因此，數控機床的維護主要是數控系統的維護。數控系統經過一段較長時間的使用，電子元器件性能要老化甚至損壞，有些機械部件更是如此，為了盡量地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生，就必須對數控系統進行日常的維護。概括起來，要注意以下幾個方面。

    1. 制訂數控系統日常維護的規章制度

    根據各種部件特點，確定各自保養條例。如明文規定哪些地方需要天天清理（如CNC系統的輸入／輸出單元——光電閱讀機的清潔，檢查機械結構部分是否潤滑良好等），哪些部件要定期檢查或更換（如直流伺服電動機電刷和換向器應每月檢查一次）。

    2. 應盡量少開數控柜和強電柜的門

    因為在機加工車間的空氣中一般都含有油霧、灰塵甚至金屬粉末。一旦它們落在數控系統內的印制線路或電器件上，容易引起元器件間絕緣電阻下降，甚至導致元器件及印制線路的損壞。有的用戶在夏天為了使數控系統超負荷長期工作，打開數控柜的門來散熱，這是種絕不可取的方法，最終會導致數控系統的加速損壞。正確的方法是降低數控系統的外部環境溫度。因此，應該有一種嚴格的規定，除非進行必要的調整和維修，不允許隨便開啟柜門，更不允許在使用時敞開柜門。

    3. 定時清掃數控柜的散熱通風系統

    應每天檢查數控系統柜上各個冷卻風扇工作是否正常，應視工作環境狀況，每半年或每季度檢查一次風道過濾器是否有堵塞現象。如果過濾網上灰塵積聚過多，需及時清理，否則將會引起數控系統柜內溫度高（一般不允許超過55℃），造成過熱報警或數控系統工作不可靠。

    4. 經常監視數控系統用的電網電壓

    FANUC公司生產的數控系統，允許電網電壓在額定值的85%～110%的范圍內波動。如果超出此范圍，就會造成系統不能正常工作，甚至會引起數控系統內部電子部件損壞。

    5. 定期更換存儲器用電池

    FANUC公司所生產的數控系統內的存儲器有兩種：

    (1)不需電池保持的磁泡存儲器。

    (2)需要用電池保持的CMOS  RAM器件，為了在數控系統不通電期間能保持存儲的內容，內部設有可充電電池維持電路，在數控系統通電時，由+5V電源經一個二極管向CMOS RAM供電，并對可充電電池進行充電；當數控系統切斷電源時，則改為由電池供電來維持CMOS  RAM內的信息，在一般情況下，即使電池尚未失效，也應每年更換一次電池，以便確保系統能正常工作。另外，一定要注意，電池的更換應在數控系統供電狀態下進行。

    6. 數控系統長期不用時的維護

    為提高數控系統的利用率和減少數控系統的故障，數控機床應滿負荷使用，而不要長期閑置不用，由于某種原因，造成數控系統長期閑置不用時，為了避免數控系統損壞，需注意以下兩點：

    (1)要經常給數控系統通電，特別是在環境濕度較大的梅雨季節更應如此，在機床鎖住不動的情況下（即伺服電動機不轉時），讓數控系統空運行。利用電器元件本身的發熱來驅散數控系統內的潮氣，保證電子器件性能穩定可靠，實踐證明，在空氣濕度較大的地區，經常通電是降低故障率的一個有效措施。

    (2)數控機床采用直流進給伺服驅動和直流主軸伺服驅動的，應將電刷從直流電動機中取出，以免由于化學腐蝕作用，使換向器表面腐蝕，造成換向性能變壞，甚至使整臺電動機損壞。