数控机床常见问题的解答

数控机床常见问题的解答

1.什么叫数控机床？

答：国际信息处联盟第五技术委员会对数控机床的定义是这样的：数控机床是一种安装了程序控制系统的机床。该系统能逻辑地处理具有使用号码或其他符号编码指令规定的程序。

2.经常提到的“CNC”是什么意思？

“CNC”中第一个“C是”英文“计算机”的第一个字母，“N”是英文“数字”的字头；最后一个字母“C”是英文“控制”的第一个字母。所以“CNC”系统用汉语说就是“计算机数字控制系统”。“CNC”系统是数控机床的核心部分。数控机床功能的强弱主要是由数控功能确定的。

2. 数控机床特点有哪些？

答：1) 加工精度高:3 v- e+ ^

数控机床是精密机械和自动化技术的综合体。机床的数控装置可以对机床运动中产生的位移、热变形等导致的误差，通过测量系统进行补偿而获得很高且稳定的加工精度。由于数控机床实现自动加工，所以减少了操作人员素质带来的人为误差，提高了同批零件的一致性。

2)生产较高：

就生产效率而言，相对普通机床，数控机床的效率一般能提高2～3倍、甚至十几倍。主要体现在以下几个方面:

a.一次装夹完成多工序加工，省去了普通机床加工的多次变换工种、工序间的转件以及划线等工序。4 {7 q5 y* ~- l7 @

b.简化了夹具及专用工装等，由于是一次装夹完成加工。所以普通机床多工序的夹具省去了，即使偶尔必须用到专用夹具。由于数控机床的超强功能夹具的结构也可简化。

3)减轻劳动强度，数控机床的操作由体力型转为智力型。

4)改善劳动条件，如深扬公司的产品采用全封闭护罩,机床不会有水、油、铁屑溅出，可有效保持工作环境的清洁。

5)有利于生产管理：3 \5 R+ R' _; y

a. 程序化控制加工、更换品种方便；

b. 一机多工序加工，减化生产过程的管理，减少管理人员；

c. 可实现无人化生产。

3. 数控机床是由哪几部分组成的？

答：数控装置是数控机床的核心(相当于人的大脑),它所想要完成的工作通过伺服系统(相当于人的神经系统)带动机床运动，测量及反馈系统（相当于人的眼睛等感觉器官），把机床的工作状态急时告诉数控装置。数据传输系统的作用是：由于数控装置的容量有限，各种控制信息要靠数控装置以外的其它计算机等携带和传输，就像人的记忆有限，工作时常常要做些记录，翻翻笔记本似的。

4. 数控机床到底控制的是什么？

答：从数控机床最终要完成的任务看,主要以下三个方面:

1)主轴运动控制。

2)进给运动控制(也就是对工作台运动的控制)。

3) 输入/输出(I/O) 控制,也就是对机床的各种状态的控制.如:冷却、润滑、起停刀具自动交换等。

5. 按工艺内容分类（特别是在模具制造中）数控机床有哪几类？

答：1)数控铣床随着模具制造工艺要求的提高，立式数控铣床已成为主流，既工作台不能上下移动，Z轴是通过主轴箱的上下运动实现的，根据我国目前的国情看该类机床将是传统机床)的主要更新换代产品。

2)加工中心：加工中心与数控铣床的区别在于，加工中心配有可自动换刀的装置和刀库系统，在华南一带也有将全封闭立式数控铣床和加工中心都统称为加工中心，只是把前者叫做不带刀库的加工中心。

) l, I3)线切割机床：这类机床在模具加工中是最为广泛，也是最为独特的一种数控机床，它是很难被其它加工工艺所取代的。

2 u; 4)电火花成型机床：它是模具型腔加工必不可少的设备，由于是高速铣削技术的发展，成型机的市场面临新的挑战，所以我公司的电火花成型机产品的发展是把性能价格比放在首位，不盲目扩张，而是发展中等规格的单轴数控电火花成型机床，广泛应用于广东及东南亚市场.6．数控机床的机械部分是由哪几部分组成的？

答：典型的数控机床的机械结构主要由基础件、主轴传动系统、进给传动系统、回转工作台、自动换刀装置以及其它机械功能部件组成。

基础件主要是指床身、立柱、工作台、主轴箱体等大件。除特殊情况有采用板焊材料、人造花岗岩材料外绝大部分都是用铸铁材料。由于台湾机床的涌入，现在常听到一种叫“米汉纳”的铸铁。让广大用户摸不着头实际就是个英文的译音，是个外来语。不外乎是一种机械强度比较好的铸铁，也就是相当于我们常说的HT250、HT300铸铁而已。我公司的铸铁

均为HT300树脂沙造型，各导轨采用中音频淬火硬度度深度达5mm，其铸件质量完全可以同那个叫“米汉纳”的叫板。

其它机械功能部件，主要指润滑、冷却、排屑和监控机构。

7．主轴作为数控机床的关键组件在性能上有哪些要求？

答：主轴直接承受切削力，转速范围变化又较大。所以对主轴组件的主要性能提出如下要求：

1)回转精度：是指主轴在无负荷的转动条件下，主轴前端工作部位的径向和轴向跳动值，回转精度的测量一般分为静态测量、动态测量、间接测量。目前我国在生产中大都还是运用传统的静态测量。* Q2 p/ M* e, S. f: o7 @, j5

2)运动精度：是指工作状态下的旋转精度。这个精度通常与低速回转精度有较大差别，运动状态下的旋转精度取决于主轴的工作速度、轴承性能以及主轴本身的平衡性能。# E9 r! w3

3)刚度：是指在受外力时，主轴抵抗变形的能力。刚性不足在切削力的作用下，主轴将产生较大的弹性变形。不仅影响加工质量，还会破坏轴承的正常工作条件、加快磨损。

4)抗振性：是指切削加工时，主轴保持平稳运转而又不发生振动的能力。;

5)主轴温升：主轴运转时，温升过高会引起两方面的不良结果。一是主轴及箱体受热变形直接影响加工精度；二是轴承的正常润滑条件遭到破坏，影响轴承的正常工作，甚至出现“抱轴”。

6) 耐磨性：只有具备足够的耐磨性，才能长期保持精度。因此主轴的关键部位（如主轴锥孔）要经良好的表面热处理。& e8 U/ B0 k3 o& ~+ k0 Y) ？

综上所述您可以看出主轴组件的生产过程也一定是非常严格的，它不单是要有良好的设备，更需要的是要有严格的生产管理。后者恰是中国企业的弱项。

8．数控机床上用于驱动的电动机有哪几件？如何分类？

答：以上的写法是教学性的，实际上我们真正遇到的数控机床的电机也就是主轴驱动电机和进给驱动电机。概括地讲主轴电机更强调力量，进给电机更强调的效率。目前数控机床常见的主轴电机有交流伺服电机、交流变频电机。数控机床的进给电机常见的一种是档次较低的步进电机、一种是交流伺服电机。其它的像直流伺服电机、直线电机等要不就是已遂步淘汰，要不就是价格高、技术复杂，中国还没普及。

9．步进电机与交流伺服电机的特点、区别是什么？

答：1)步进电机

一般用于开环伺服系统，由于没有位置反馈环节，固位置控制的精度由步进电机和进给丝杠等等来决定。虽档次低了点，但是结构简单价格较低。在要求不高的场合仍有广泛应用。在数控机床领域中大功率的步进电机一般用在进给运动（工作台）控制上，但是就控制性能来说其特性远不如交流伺服电机。振动、噪音也比较大。尤其是在过载情况下，步进电机会产生失步，严重影响加工精度。所以步进电机最常用的还是在对普通机床的数控化改造上。由于要改造的机床一般都是旧机床，所加工的对象一般是形状虽然较复杂，但是精度要求并不很高。所以用步进电机是再合适不过了。我公司研发的并且得到广泛应用的经济型铣床数控系统和经济型车床数控系统，就是配用的步进电机，在枪炮等兵器加工制造领域得到非常满意的评价。还有就是用在线切割机上。由于线切割加工是靠放电加工，没有切削力。所以永远不存在过载现象，再加上线切割加工时进给速度很慢（步进电机还有一个缺点就是它的转距会随着转速的增加而降低）。所以在快走丝线切割机上步进电机真正找到了自已的位置，几乎是一统天下。

2)流伺服电机

数控机床用于进给驱动的交流伺服电机大多采用三相交流永磁同步电机，关于这种电机您有必要耐心的多了解一点。这种电机的定子装有三相对称的绕组，而转子是永久磁极。当定子的绕组中通过三相电源后，定子与转子之间必然产生一个旋转场。这个旋转磁场的转速称为同步转速。电机的转速也就是磁场的转速。由于转子有磁极，所以在极低频率下也能旋转运行。所以它比异步电机的调速范围更宽。而与直流伺服电机相比，它没有机械换向器，特别是它没有了碳刷，完全排除了换向时产生火花对机械造成的磨损，另外交流伺服电机自带一个编码器。可以随时将电机运行的情况“报告”给驱动器，驱动器又根据得到的“报告”更精确的控制电机的运行。由此可见交流伺服电机优点确实很多。可是技术含量也高了，价格也高了。最重要是对交流伺服电机的调试技术提高了。

10．进给驱动与丝杠的联接结构有哪些？

答：电机与滚珠丝杠联接的最最重要的一点就是确保传动无间隙。主要有三种联接方式：直接联接式、齿轮减速式、齿形带式。目前使得最普遍的是直接联接式，就是用一个可以微量扰动的联轴器，将电机与丝杠直联。可见这个联轴器是个非常关键的东西。

11．在数控机床中您常听说的刀库，它的完整涵义是什么？

答：说到数控机床中的加工中心，必然要提到刀库，实际它是对整个自动换刀系统的总称。而刀库只是这个系统中最形象也是最重要的一个部分。这个系统应包括刀库、刀具交换机构，以及相关的控制元件。

12．刀库有哪几种结构形式，它们的特点是什么？

答：刀库的容量、布局，针对不同的加工中心，其形式也是五花八门。但是根据刀库所需的容量和取刀方式主要分以下几种：

1)单盘式刀库及无机械手换刀机构

单盘式刀库俗称斗笠式刀库（像个大斗笠），一般只能存16～24把刀具。不能太多，太

多的话这个“斗笠”就太大了，放不下了。这种斗笠式刀库在换刀时整个刀库向主轴移动。当主轴上的刀具进入刀库的卡槽时，主轴向上移动脱离刀具，这时刀库转动。当要换的刀具对正主轴正下方时主轴下移，使刀具进入主轴锥孔内，夹紧刀具后，刀库退回原来的位置。

2)链式刀库及换刀机械手

链式刀库的特点是存刀多。一般都在20把以上，多的可以存100把。它是通过链条将要换的刀具传到指定位置。由机械手把刀装到主轴上，全部换刀动作均采用电动机加机械凸轮的结构。结构简化、工作可靠，但是价格很高。4 O2 X* M7

斗笠式刀库的换刀时间为5～7秒，而机械手的换刀时间是2～3秒。斗笠式的刀库的换刀时间虽说比机械手慢，可它不过也只有5～7秒的时间。作为中国的企业这种效率完全可以接受了。所以要选哪种刀库关键还是看您的加工对象一般需要多少把刀。

对于刀库本身的品质，由于现在的刀库已经是专业化社会化生产。所以无论生产数控机床的厂家是多么大，其刀库都是买来的。所以不管数控机床生产厂家的规模大还是小，就刀库及换刀装置而言都是在同一起跑线上的。2 {/ v. K5

到此为止，前面所讲的主要都是机械以及强电方面的内容，下面就要进入数字控制领域了。也就是说我们要从前面的形象领域走进机抽象领域。所以您的思维方式也要调整一下了。因为“电”本身就是看不见、摸不着（也不敢摸）而又神通广大的东西。可是要买数控机床的企业往往又是搞机械加工的。所以对“电子”就更感到陌生，其实这也没关系。因为您的企业必竟是应用它，而又不是研究它。而您本人只是了解它而不是操作它。所以您可以把抽象的东西，形象化的理解，充分打开您的想象力。

13．数控系统是由哪几个模块组成的，应如何较形象地理解它？

答：模块是在自动化控制技术中常用的一种形象化的说法。它是把某一种功能相对独立的一组元器件成品也可能还包括软件，形象地理解为了一个“块”，由此说来数控机床的数控系统也是由若干个“模块”组成的。

1)微机控制系统：; D/ T% a* M" u$ [: _$ R9 i

数控机床的核心是数控系统，数控系统的核心是微机数控系统（就是几张电路板放在一个盒子里）。微机控制的核心是中央处理器（通称CPU）一个长满脚的深色的薄的小方块，就像一个人一样。人的核心是脑袋，脑袋的核心是大脑，大脑的核心是中枢神经。# |* V" \0 S3 p&k 2)可编程控制器（简称PLC）:

PLC是用来实现辅助化控制的。如换刀、润滑、冷却等。它是微机系统的补充，目的是让微机系统把全部精力用于对零件加工的高精度控制上。不要为其它的辅助的“后勤”琐事分散精力。PLC按配置方式分内装型和外装型。但现在较高档次的PLC都采用内装型。3 j+ Q4 X/ V+

3)进给伺服控制模块

数控机床对进给轴的控制要求很高，它直接关系到机床位置、控制精度。进给伺服系统一般由速度控制与位置控制两个环节组成。

4)主轴控制模块

主要任务是控制主轴转速和主轴定位。主轴电机有交流伺服电机和交流变频电机。所以相应的驱动装置也会为数字式交流伺服控制以及变频调速控制。*

5)测量模块完成主轴和进给的位置测量。检测装置有光电编码器、光栅尺等

6)输入、输出及通信模块完成程序的输入、输出，传递人、机界面所需的各种信息。14．金属切削数控机床的结构特点有哪些？

答：1 数控机床的特点

数控在GB中的定义是“用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法”。现代数控机床是集高新技术于一体的典型机电一体化加工设备。数控加工设备主要分切削加工、压力加工和特种加工(如数控电火花加工机床等)3类。切削加工类数控机床的加工过程能按预定的程序自动进行，消除了人为的操作误差和实现了手工操作难以达到的控制精度，加工精度还可以用软件来校正和补偿。因此，可以获得比机床精度还要高的加工精度及重复定位精度；工件在一次装夹后，能先后进行粗、精加工，配置自动换刀装置后，还能缩短辅助加工时间、提高生产率；由于机床的运动轨迹受可编程的数字信号控制，因而可以加工单件和小批量且形式复杂的零件，生产准备周期大为缩短。综上所述，数控机床具有精度高、效率高、自动化程度高和柔性好的特点。

从数控机床的生产现状和发展趋势看，由于微电子技术、信息处理技术等新技术、新工艺在机床行业的渗透和应用，它与普通机床相比不仅在机械结构性能方面发生了“质”和“形”的变化，且其外观造型也形成了自身独特的风格和特点。

2 数控机床机械结构设计的特点

数控机床虽然也有普通机床所具有的床身和立柱、导轨、工作台、刀架等部件。但为了与控制系统的高精度、高速度控制相匹配，对机床主机部分的结构设计还提出了高精度、高刚度、低惯量、低摩擦、无间隙、高谐振频率、适当的阻尼比等要求。由于机械结构形式是体现其性能的具体手段，是实现性能的核心因素(当然结构也受材料和工艺的影响)，因此，数控机床的关键部件在结构设计中也有了重大变化。

2.1 基础部件的结构特点

数控机床的基础件主要包括床身、立柱、工作台等支承件，它们的基本功能是支承承载和保持各执行器官的相对位置。数控机床集粗精加工于一体，既要能够承受粗加工时大吃刀、大走刀的最大切削力、又要能够保证精加工时的高精度。因此，对基础件的结构设计在强度、刚度、抗振性、热变形和内应力等都提出了很高的要求。现行生产的数控机床采用的主要措

施有：铸件采用全封闭截面，合理布置内部隔板和肋条，含砂造型或填充混凝土等材料，导轨面加宽，车床采用倾斜的床身和导轨还利于排屑，床身、立柱采用钢质焊接结构，可以明显提高其刚度，根据热对称原则布局还能增加散热隔热效果。

2.2 主传动系统的结构特点

主传动系统实现各种刀具和工件所需的切削功率，且在尽可能大的转速范围内保证恒功率输出，同时为使数控机床能获得最佳的切削速度，主传动须在较宽的范围内实现无级变速。现行数控机床采用高性能的直流或交流无级调速主轴电机，较普通机床的机械分级变速传动链大为简化。对加工精度有直接影响的主轴组件的精度、刚度、抗振性和热变形性能要求，可以通过主轴组件的结构设计和合理的轴承组合及选用高精度专用轴承加以保证。为提高生产率和自动化程度，主轴应有刀具或工件的自动夹紧、放松、切屑清理及主轴准停机构。最近日本又开发研制了新型的陶瓷主轴，重量轻，热膨胀率低，用在加工中心上，具有高的刚性和精度。

2.3 进给系统结构特点

数控机床的进给系统是由伺服电机驱动，通过滚珠丝杠带动刀具或工件完成各坐标方向的进给运动。为确定进给系统的传动精度和工作稳定性，在设计机械装置时，以“无间隙、低摩擦、低惯量、高刚度”为原则，具体措施有：①采用低摩擦、轻拖动、高效率的滚珠丝杠和直线滚动导轨；②采用大扭矩、宽调速的伺服电机直接与丝杠相联接，缩短和简化进给传动链；③通过消隙装置消除齿轮、丝杠、联轴器的传动间隙；④对滚动导轨和丝杠预加载荷，预拉伸。

2.4 数控回转工作台和自动交换工作台

数控镗、数控铣和加工中心，采用内部结构具有数控进给驱动机构特点的回转工作台，实现圆周任意角度的分度和进给运动。对多工序数控机床，配置自动交换工作台，进一步缩短辅助加工时间。

2.5 刀架系统

回转刀架，更换主轴换刀和带刀库的自动换刀系统及多刀架、多主轴布局对提高生产效率和自动化水平发挥了重要作用。为使刀具在机床上迅速定位、夹紧，普遍采用标准刀具系统和机夹刀。

2.6 数控附件

机床附件的作用是配合机床实现自动化加工。数控机床专用的附件有：①对刀仪，②自动编程机，③自动排屑器，④物料储运及上下料装置，⑤自动冷却、润滑及各种新型配套件如导轨防护罩等。

3 数控机床的外观造型特点

数控机床的外观大都采用线型简洁的板块组合式全封闭安全防护罩，配备有现代特征的

集操作、显示、控制于一体的操作面板，淘汰了普通机床各种操作手柄、手轮和线型复杂零散的多面型表面形态。安全防护罩可防止高压、大流量冷却液及铁屑飞溅，减少粉尘入侵，隔声降噪，有利于机床的精度保持和环境保护，真正体现了机、电、液一体化的特点。

依人机工程学宜人性原则设计的桌面式或悬挂式数控操作面版，是机床与操作者联系和信息交流的唯一界面，指示灯、按钮、按键的数量与排列及CRT的设计，既适合人的操作特性，又利于人机间的协调与交流，通过视觉良好的键面色彩，标准化的象形符号意象抽取，能准确反映和传递两者间的信息。

4 结论

数控机床结构设计反映产品内在功能的深层特性，外观表达的是产品表层特性，对用户而言，深层次的与产品使用密切相关的结构性能要通过表层的外观形态来传递和表达。全封闭防护罩虽然掩盖了机床的主体结构，却至少传达了数控机床这样几个方面的深层内含：①先进的数控数显装置；②对机床的精度和刚度使用的可靠性、安全防护性及环保等有严格要求；③采用先进标准的刀具系统及安装位置合理的自动换刀装置；④采用整套商品化、标准化的新型配套件、自动排屑、润滑和冷却装置等。概括为高精度、高效率、高自动化和机电液一体化。15．常用的数控设备故障检测方法有哪些？

答：现在数控设备使用越来越广泛，随之而来的是如何保证设备的有效利用率，设备出现故障时，要尽快将设备恢复正常使用。为了解决这个问题，首先要求维修人员应该有很高的素质，不但要求具有丰富的专业知识，如机电一体化技术、计算机原理、数控技术、PLC 技术、自控技术、拖动原理、液压技术等，还要掌握机械加工常识和数控装置的简单编程，另外还要具有一定的英语水平，能够阅读英文技术资料。要有足够的资料，包括机、电、液图纸，机床参数备份，系统使用维修手册，PLC梯形图等。还要有一定量的备件。另外需要维修人员具有一定的经验，掌握一定的维修方法。笔者从事数控设备维修多年，积累了一定的经验，总结一套维修数控设备的方法，现介绍如下以供参考。

要搞清故障现象

当数控设备出现故障时，首先要搞清故障现象，向操作人员了解第一次出现故障时的情况，在可能的情况下观察故障发生的过程，观察故障是在什么情况下发生的，怎么发生的，引起怎样的后果。只有了解到第一手情况，才有利于故障的排除，把故障过程搞清了，问题就解决一半了。搞清了故障现象，然后根据机床和数控系统的工作原理，就可以很快地确诊问题所在并将故障排除，使设备恢复正常使用。

如，一台采用美国BRYANT公司TEACHABLE Ⅲ系统的数控外圆磨床在自动加工时，砂轮将修整器磨掉一块。为了观察故障现象并防止意外再次发生，将砂轮拆下运行机床，这时再观察故

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障现象，发现在自动磨削加工时，磨削正常没有问题，工件磨削完之后，修整砂轮时，砂轮正常进给，而砂轮修整器旋转非常快，很快就压上限位开关，如果这时砂轮没拆，肯定砂轮

又要撞到修整器上。根据机床的工作原理，砂轮修整器由E轴伺服电机带动，用旋转编码器作为位置反馈元件。正常情况下修整器修整砂轮时，Z轴滑台带动E轴修整器移动到修整位置，修整器做30°~120°的摆动来修整砂轮。我们多次观察故障现象发现，E轴在压上限位开关时，在屏幕上E轴的坐标值只有60°左右，而实际位置大概在180°左右，显然是位置反馈出现问题，但更换了位控板和编码器都没有解决问题。我们又经过反复的观察和试验，发现：E轴修整器在Z轴的边缘时，回参考点和旋转摆动都没有问题，要利用系统的报警信息。

现在数控系统的自诊断能力越来越强，设备的大部分故障数控系统都能够诊断出来，并采取相应的措施，如停机等，一般都能产生报警显示。当数控设备出现故障时，有时在显示器上显示报警信息，有时在数控装置上、PLC装置上和驱动装置上还会有报警指示。这时要根据手册对这些报警信息进行分析，有些根据报警信息就可直接确认故障原因，只要搞清报警信息的内容，就可排除数控设备出现的故障。

如，一台采用德国SIEMENS 810系统的数控沟道磨床，开机后就产生1号报警显示“BATTERYALARM POWER SUPPL Y”，很明显指示数控系统断电保护电池没电，更换新的电池后(注意：一定要在系统带电的情况下更换电池)，将故障复位，机床恢复使用。另一台采用SIEMENS 3系统的数控磨床，开机后屏幕没有显示，检查数控装置，发现CPU板上一个发光二极管闪烁，根据说明书，分析其闪烁频率，确认为断电保护电池电压低，更换电池后，重新启动系统故障消失。

如，一台采用日本FANUC 0TC系统的数控车床，出现2043号报警，显示“HYD. PRESSUREDOWN"，指示液压系统压力低。根据报警信息，对液压系统进行检查，发现液压压力确实很低，对液压压力进行调整使机床恢复了正常使用。

另一些故障的报警信息并不能反映故障的根本原因，而是反映故障的结果或者由此引起的其它问题，这时要经过仔细的分析和检查才能确定故障原因，下面的方法对这类故障及没有报警的一些故障的检测是行之有效的。

16．目前国产数控机床现状怎么样？

答：2003年开始，中国就成了全球最大的机床消费国，也是世界上最大的数控机床进口国。目前正在提高机械加工设备的数控化率，1999年，我们国家机械加工设备数控华率是5－8％，目前预计是15－20％之间。

三晶变频器在数控机床应用的主要特点：

1、低频力矩大、输出平稳

2、高性能矢量控制

3、转矩动态响应快、稳速精度高

4、减速停车速度快

5、抗干扰能力强