数控机床及其维护(第2版)第4章
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数控机床及其维护第2版精品PPT课件
二. 数控机床的工作原理
第二节 数控机床的分类
一.按工艺用途分类 1.金属切削类数控机床 ：数控机床的主流
板材成形类数控机床
3. 特种加工数控机床：线切割机床、火花成形机床等
二. 按控制运动轨迹的能力分类 1.点位控制数控机床：
数控系统控制机床的运动部件从一个点到另一个点的准确 定位，在移动过程中不进行任何加工 。 2.直线控制数控机床：
三、柔性制造系统（FMS）：柔性制造系统是由多个柔性制造 单元（FMC）、物料运储装置、计算机控制系统等组成的自动 化制造系统。
四. 计算机集成制造系统（CIMS）:计算机集成制造系统是 以信息集成为其主要标志，它把企业内相互分离的技术 （CAD、CAM、FMC、ERP等）和人员，通过计算机有机的 结合起来，使企业内部的各种过程高效、灵活、协调进行。
复合型数控机床常见的以车、铣复合加工中心最多。
➢智能化、网络化、柔性化 ：适应信息时代发展的潮流，
充分利用计算机技术的成果。
智能化是指数控机床控制过程调整、加工过程调节、故 障诊断的指示等具有智能化的功能，智能化的功能有助于提 高生产效率、保证加工精度、便于数控机床的维护。
网络化是FMS、CIMS等现代制造技术的基础，是企业 内部、企业间实现协同设计、协同制造、信息共享、远程监 控及服务 的关键技术，目前高档数控机床通常集成有网络 功能。
二、数控机床的加工特点： 1. 对加工对象的适应性强 2. 加工精度高 3. 生产效率高 4. 自动化程度高，劳动强度低 5. 良好的经济效益 6. 便于生产管理的现代化
三、数控机床的使用特点 1. 数控机床对操作应用、维修人员的要求 要求数控机床的操作应用、维修人员具有丰富的计算
机技术、自动控制技术方面的知识，并能够应用所学知识 解决数控机床可能出现的所有故障。
完整版机床数控技术第二2版课后答案
第一章绪论简答题答案，没有工艺题的1 什么是数控机床答：简单地说，就是采用了数控技术（指用数字信号形成的控制程序对一台或多台机床机械设备进行控制的一门技术）的机床；即将机床的各种动作、工件的形状、尺寸以及机床的其他功能用一些数字代码表示，把这些数字代码通过信息载体输入给数控系统，数控系统经过译码、运算以及处理，发出相应的动作指令，自动地控制机床的道具与工件的相对运动，从而加工出所需要的工件。
2 数控机床由哪几部分组成？各组成部分的主要作用是什么？答：（1）程序介质：用于记载机床加工零件的全部信息。
（2）数控装置：控制机床运动的中枢系统，它的基本任务是接受程序介质带来的信息，按照规定的控制算法进行插补运算，把它们转换为伺服系统能够接受的指令信号，然后将结果由输出装置送到各坐标的伺服系统。
（3）伺服系统：是数控系统的执行元件，它的基本功能是接受数控装置发来的指令脉冲信号，控制机床执行元件的进给速度、方向和位移量，以完成零件的自动加工。
（4）机床主体（主机）：包括机床的主运动、进给运动部件。
执行部件和基础部件。
3 数控机床按运动轨迹的特点可分为几类？它们特点是什么？答：（1）点位控制数控机床：要求保证点与点之间的准确定位（它只能控制行程的终点坐标，对于两点之间的运动轨迹不作严格要求；对于此类控制的钻孔加工机床，在刀具运动过程中，不进行切削加工）。
（2）直线控制数控机床：不仅要求控制行程的终点坐标，还要保证在两点之间机床的刀具走的是一条直线，而且在走直线的过程中往往要进行切削。
（3）轮廓控制数控机床：不仅要求控制行程的终点坐标值，还要保证两点之间的轨迹要按一定的曲线进行；即这种系统必须能够对两个或两个以上坐标方向的同时运动进行严格的连续控制。
4 什么是开环、闭环、半闭环伺服系统数控机床？它们之间有什么区别？答：（1）开环：这类机床没有来自位置传感器的反馈信号。
数控系统将零件程序处理后，输出数字指令后给伺服系统，驱动机床运动；其结构简单、较为经济、维护方便，但是速度及精度低，适于精度要求不高的中小型机床，多用于对旧机床的数控化改造。
数控机床故障诊断与维修第4章
交流接触器
直流接触器
桂林电子科技大学
GUILIN UNIVERSITY OF ELECTRONIC TECHNOLOGY
交流接触器用于接通或断开交流负载的主电路， 例如数控机床的交流主轴电动机、交流伺服电动机。 直流接触器用于接通或断开 直流负载的主电路，例如直流主 轴电动机、直流伺服电动机，其 动作原理与交流接触器相似，但 直流分断时感性负载存储的磁场 能量瞬时释放，断点处产生的高 能电弧，因此要求直流接触器具 有一定的灭弧功能。中/大容量直 流接触器主触点电流大，分断时 电弧距离长，灭弧罩内含灭弧栅。 中/大容量直流接触器 小容量直流接触器主触点电流较 小，灭弧机构相对简单。
③ 切换伺服系统进给模块，并切换用于坐标轴控制的各种开 关、按键等。
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数控系统中的PLC可分为“内装型”PLC和“独立 型”PLC两种类型。 (1)内装型PLC。内装型PLC是指PLC内置于CNC装置内， 从属于CNC装置，与CNC装置集于一体，如图所示。
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（6）软盘驱动装置控制 有些数控机床用计算机软盘取代了传统的光电阅读机。 通过控制软盘驱动装置，实现与数控系统进行零件程序、机 床参数、零点偏置和刀具补偿等数据的传输。 （7）转换控制 有些加工中心的主轴可以立／卧转换，当进行立／卧转 换时，PLC完成下述工作： ① 切换主轴控制接触器。 ② 通过PLC的内部功能，在线自动修改有关机床数据位。
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《数控机床维修与维护》 (4)
按软键[PMCPRM]，再按软键[KEEPRL]。
FANUC数控系统维修
— 24 —
模块二 FANUC数控机床的参数配置
光标设定在屏幕界面的『K17』上，依次按键× × × × × × 1 × [INPUT]，标记“×”表示输入 前的设定值，即第1位设定为“1”，其余“位”保持输入前的设定值，这样可选择数据输入输出界面。
3）按MDI面板上的功能键“SYSTEM”一次或多次后，再按软键[PARAM]，显示参数画面。
FANUC数控系统维修
— 20 —
模块二 FANUC数控机床的参数配置
4）显示包含所要设定的参数画面，将光标放在需要设定的参数位置上。
5）输入数据，然后按软键[INPUT]，输入的数据将被设定到光标指定的参数中。 6）若有需要，则重复步骤4）和5）。
按[(OPRT)]键，再按连 续菜单键。依次按键 [FSRH] O [EXEC]，找 到文件的开头。
按软键[(OPRT)]，再按 连续菜单键。
1
按功能键“PROG”， 再按软键[PROG]， 选择程序内容显示界 面。
按功能键“SYSTEM”， 再按软键[PARAM]， 选择参数界面。
按软键[PUNCH]， 再按软键[EXEC]， 开始输出参数。
I/O板
·电源印刷电路板 ·I/O ·阅读穿孔机接口I/F ·MDI控制 ·显示控制 ·手摇脉冲发生器控制
图2-1 FANUC 0i系统数控装置的组成
FANUC数控系统维修
— 5—
模块一 FANUC数控系统维修技术基础
模块化结构，体积较小，便于安装排布 全字符键盘，可用B类宏程序编程 使用编辑卡编写或修改梯形图 使用存储卡存储或输入 反向间隙自动补偿 用户程序区容量较大
FANUC数控系统维修
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模块二 FANUC数控机床的参数配置
光标设定在屏幕界面的『K17』上，依次按键× × × × × × 1 × [INPUT]，标记“×”表示输入 前的设定值，即第1位设定为“1”，其余“位”保持输入前的设定值，这样可选择数据输入输出界面。
3）按MDI面板上的功能键“SYSTEM”一次或多次后，再按软键[PARAM]，显示参数画面。
FANUC数控系统维修
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模块二 FANUC数控机床的参数配置
4）显示包含所要设定的参数画面，将光标放在需要设定的参数位置上。
5）输入数据，然后按软键[INPUT]，输入的数据将被设定到光标指定的参数中。 6）若有需要，则重复步骤4）和5）。
按[(OPRT)]键，再按连 续菜单键。依次按键 [FSRH] O [EXEC]，找 到文件的开头。
按软键[(OPRT)]，再按 连续菜单键。
1
按功能键“PROG”， 再按软键[PROG]， 选择程序内容显示界 面。
按功能键“SYSTEM”， 再按软键[PARAM]， 选择参数界面。
按软键[PUNCH]， 再按软键[EXEC]， 开始输出参数。
I/O板
·电源印刷电路板 ·I/O ·阅读穿孔机接口I/F ·MDI控制 ·显示控制 ·手摇脉冲发生器控制
图2-1 FANUC 0i系统数控装置的组成
FANUC数控系统维修
— 5—
模块一 FANUC数控系统维修技术基础
模块化结构，体积较小，便于安装排布 全字符键盘，可用B类宏程序编程 使用编辑卡编写或修改梯形图 使用存储卡存储或输入 反向间隙自动补偿 用户程序区容量较大
《数控车床编程与技能训练(第2版)》课程标准模块四
模块四综合零件加工
一、教学要求
1.知识要求
（1）会识读零件图，装配图，会制定零件图加工工艺。
（2）掌握切槽循环指令的应用。
（3）掌握子程序的应用。
（4）掌握端面切槽（钻深孔）循环指令的应用。
（5）掌握非圆曲线编程方法。
2.技能要求
（1）掌握中等复杂工件的加工方法。
（2）掌握尺寸精度及螺纹精度的控制方法。
（3）掌握配合件的加工方法。
(4)独立完成工件加工。
二、教学重点
1.外圆切槽循环指令的应用。
2.端面切槽（钻深孔）循环指令的应用。
3.非圆曲线编程方法。
三、教学难点
1.端面切槽（钻深孔）循环指令的应用。
2.非圆曲线编程方法。
四、课时安排
本章安排112课时。
五、教学大纲
课题一外槽类综合工件加工
一、切槽循环指令
指令格式及其应用、刀具路径图。
二、子程序
子程序格式及其应用。
课题二端面槽类综合工件加工
端面切槽（钻深孔）循环指令G74指令格式、参数说明、应用举例。
课题三中等复杂综合工件加工
进一步巩固掌握综合件加工。
课题四装配件加工
1.零件结构及技术要求分析
2.工艺安排。
3.技能训练。
课题五宏程序加工非圆曲线
一、宏程序相关知识
宏程序定义、变量、运算符、控制指令。
二、椭圆宏程序编程的具体应用实例解析
程序用IF语句编制、利用WHILE语句编程编制、利用极角编程编制、嵌套语句编制。
数控机床及其维护第4章
（2）参数的设定 数控系统的许多参数（包括PLC参数）要根 据实际需要设定，以使机床获得最佳的工作性能。
4.2.2
数控机床的调试
1. 通电试车 通电试车要先做好通电前的准备工作，按照 先局部分别供电实验，然后再做全面供电实验的 顺序进行。先用手动方式分别操纵各轴及部件连 续运行，使机床移动部件达到行程限位极限，验 证超程限位装置是否灵敏有效，数控系统在超行 程时是否发出报警。机床基准点是运行数控加工 程序的基本参照，要注意检查重复回基准点的位 置是否完全一致。
5. 数控机床应配套，控制系统应统一 如果同时购置多台数控机床应注意数控机床 类型和规格要配套。应根据产品的类型合理地选 择数控机床的类型、规格，使之配套。 6. 配置必要的附件和刀具 为了充分发挥数控机床的作用，增加其加工 能力，必须配备必要的附件和刀具，数控机床的 附件较多，不同类型的数控机床其附件各不相同。 选择数控机床的附件要坚持高可靠性的原则，避 免因某个附件缺少或出现问题而影响整机的运行。 选择数控机床的刀具时要了解主轴系统的规格、 机械手夹持部位尺寸以及刀柄尾部拉杆尺寸等情 况。
4.1.1 数控机床的选用原则
1. 选用的方法
（1）选用前的准备工作 确定加工对象的类型、加工范围、内容和 要求、生产批量和毛坯情况等；挑选出典型零件， 进行数控加工的工艺分析，明确机床精度和功能 方面的要求及购买数控机床的投资费用。
（2）初选 收集国内外有关数控机床的信息资料，在其
中选出多种满足要求的产品。
7. 优先选择国内生产的数控机床 购买国内生产的数控机床，一方面是对国内 机床制造业的支持，另一方面在技术培训、售后 服务、附件配套和备件补充等方面能方便一些， 而且价格便宜。
4.2 数控机床的调试和验收
数控机床故障诊断与维修(第2版)-数控机床参数设定
表4-1 系统参数的形式
数据范围
备注
0或1
由8位组成，每位意义不同，只能 是“0”或“1”
−128～127 0～255
有些参数中不使用符号，字轴型为 每一控制轴设定独立的数据
−32 768～32 767 有些参数中不使用符号，字轴型为
0～65 535
每一控制轴设定独立的数据
−99 999 999～ 99 999 999
（四）常见数控系统参数设定
1．与阅读机/穿孔机接口相关的参数 2．与轴控制/设定单位相关的参数 3．与坐标系相关的参数 4．与存储行程检测相关的参数 5．与进给速度相关的参数 6．与显示和编辑相关的参数 7．与程序相关的参数 8．与误差补偿相关的参数
三、任务实施
（一）伺服参数初始化与设置 伺服参数初始化之前，先确保已备份参数，否则会造成机床 不能工作，甚至有被损坏的危险。 1．伺服驱动单元的正常调试过程 2．其他有关伺服参数的设置
一、任务导入
在确保数控系统参数正确备份的前提下，将数控机床参数上电 全清（上电时，同时按MDI面板上RESET + DEL键），全清后 排除出现的报警，正确初始化和设定伺服参数、主轴参数，它 包括运行速度、到位宽度、加减速时间常数、软限位、运行/停 止时的位置偏差、显示等有关参数。 判断和排除由于参数设置造成的数控机床硬件和系统故障。
1．基本功能参数的设置为 每一控制轴设定独立的数据
图4-4 参数设定界面
（二）数控系统参数显示与修改 1．数控系统参数的显示与搜索 2．数控系统参数的设定
图4-4 参数设定界面
（三）伺服参数的初始化与故障诊断 1．伺服参数初始化准备 伺服参数初始化之前，先确保已备份参数，有些参 数初始化后还需要人为进行输入，为避免遗忘要先 行备份。 根据伺服电动机标记参数，如图4-5所示，记录和 确认表4-2所示的参数内容。
《机床数控技术(第2版)》第4章 数控机床伺服系统
2．步进电动机特点
（1）步进电动机受脉冲的控制，其转子的角位移量或线 位移量和转速严格地与输入脉冲的数量和脉冲频率成正比， 没有累积误差。控制输入步进电动机的脉冲数就能控制位 移量；改变通电频率可改变电动机的转速。 （2）当停止送入脉冲，只要维持控制绕组的电流不变， 电动机便停在某一位置上不动，不需机械制动。 （3）改变通电顺序可改变步进电动机的旋转方向。 （4）步进电动机的缺点是效率低，拖动负载的能力不大， 脉冲当量（步距角）不能太大，调速范围不大，最高输入 脉冲频率一般不超过18kHz。
要降低位置增益，这又会对跟随误差与轮廓加工误差产生不利影响。 所以采用闭环方式时必须增大机床的刚性，改善滑动面的摩擦特性， 减少传动间隙，这样才有可能提高位置增益。
4.2 驱动电动机
驱动电动机是数控机床伺服系统的执行元件。 用于驱动数控机床各坐标轴进给运动的称为进给 电动机。用于驱动机床主运动的称为主轴电动机。
个负载转矩，步进电动机转子会按一定方
向转过一个角度，并重新稳定，此时转子
所受的电磁转矩T称为静态转矩，角度称
为失调角。描述步进电动机稳定时，电磁
转矩T与失调角之间关系的曲线称为静态
矩角特性或静转矩特性。
图4.5 步进电动机的静态矩角特性
（3）启动频率：空载时，步进电动机由静止突然启动不丢步地 进入正常运行状态所允许的最高启动频率称为启动频率或突跳 频率。启动频率与机械系统的转动惯量有关，随着负载转动惯 量的增加，启动频率下降。若同时存在负载转矩则启动频率会 进一步降低。
式中 Ua —电动机端电压；
Ia —电枢电流；
Ra —电枢回路总电阻；
图4-8 电动机惯例
n —电动机转速；
T2 —电动机输出转矩；
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滑动导轨（塑料导轨）
静压导轨：
静压导轨的特点：
承载效果好，改变供油压力，提高承载能力。
表面不需要高精度加工。
几乎没有摩擦（液体摩擦）。
工作面没有磨损（理论上）。
可以自己冷却。
需要专门的供油系统、需要严格的设计。 成本高
2.滚动导轨
在动导轨和定导轨之间加入滚动体， 使导轨副之间的摩擦状态变为滚动摩擦。
伺服传动系统的典型构成
联轴节的结构
一、减速机构对传动精度的影响－－间隙
消除间隙的方法：
二、运动传动的核心部件
丝杠螺母副：大量使用滚珠丝杠
外循环 滚珠丝 杠的结 构
内循环滚珠丝杠的结构：
滚珠丝杠属于螺纹类零件，有侧隙，使用 时需对其间隙进行调整。 滚珠丝杠也是标准件，可以定制。
1、垫片调整法
常用稀油在导轨面间润滑。
在数控车床上广泛使用。
贴塑导轨可用环氧树脂粘合。
可对塑料导轨进行各种方法加工。
承载能力14MPa
塑料 导轨 的组 合形 式
结束
爬行现象：机床低速运行时，由于动静摩 擦系数的差别，使执行件产生“蠕动性”运动。
爬行现象可以使加工时的进给量不均匀执 行，会引起切削载荷不均变化、结构产生不同 变形，影响加工精度和表面质量。 爬行现象是高精度机床影响加工精度的主 要因素之一。
三、主轴部件
任何机床上最重要的部件之一：
自动变速
自动换刀
准停
提供冷却液、压缩空气
动力、运动、精度
1.数控镗铣 床的主轴部 件： 传动部件
压刀缸 拉刀机构 主轴机构
主传动系统结构图：
压刀缸结构图：
主轴部件结构 图：
2.数控镗铣床主轴部件结构图：
问题：具有速度变换功能的主轴部件如何实
解决方法：均热、隔热，改变机床结构
4、具有实现自动化的辅助部件
对加工过程尽可能少的人工干涉。
刀具自动更换 工作台自动交换 故障的自动检出 对工作元件温升的自动消除 切屑的自动运出……
4．2 数控机床的主传动系统（主轴+驱动电机）
一、主传动系统的特点
1、运动精度高
2、转速高、功率大 3、调速范围宽 4、主轴能迅速可靠变换速度
2、螺母调整法
3、齿差调整法
1）垫片调整结构 ：结构简单、可靠 ，调整 不方便
2) 螺母调隙：可随时进行调整，调整量不易 准确控制
3） 齿差式调整结构 ：结构复杂，但调整准确可靠，精 度较高。
滚珠轴承
三、导轨
保证运动（直线、旋转）实现的精度。 静压导轨 滚动导轨
2、较少运动件摩擦和较小的传动间隙
精密加工要求进给准确 低速进给加工时不能有爬行现象 高速运行时不能有共振现象
运行过程中发热量应该小
静压导轨、静压丝杠技术使用
滚动导轨、滚动丝杠的应用
3 、具有良好的热稳定性
热胀冷缩是自然规律，无法消除，但可 减少其影响。 热源：伺服电机、驱动器、变压器、液 压系统， 切削热、运动摩擦发热 均匀变形和不均匀变形
某数控机床转速功率关系图：
二、主轴的传动方式
1、使用齿轮变速箱变速
一般有2∼3档速度，根据工作需要实现速度变换。
2、皮带传动直接变速 多用于数控车床上，用V形带或同步带传动 可减少振动对加工质量的影响
常用同步带传动的方式
3、电主轴驱动 电动机轴制造成主轴，结构简化刚性好，热 变形大
电主轴外观图
滚动体可以是滚珠、滚柱。
滚柱 导轨
滚珠导轨：
直 线 形 滚 柱 导 轨 滑 块 的 结 构
滚动导轨的问题：
• 高硬度材料制造。 • 通常运动件之间是点或线接触。
• 如果有灰尘、杂质进入运动空间？
• 如果表面加工质量不好？
3.贴塑导轨：
在导轨的表面上粘贴上0.8～3.2mm一层特殊的 高分子塑料。 具有工艺简单、成本低，可承受较大的载荷， 能有效防止低速爬行现象。
第四章 数控机床的运动传动部件 4．1 数控机床的结构特点
4．2 数控机床的主传动系统
4．3 数控机床的进给传动系统
作业
4．1 数控机床的结构特点
一、数控机床机械系统应该满足的要求 1、具有高的动、静刚度可承受大的切削功率 高效加工设备 自动化加工 高成本投入 常作为精密机床使用
多 轴 复 合 加 工
机械准停振动 较大，对主轴寿 命及精度有影响。 机械准停对主 轴电机性能要求 不高。 机械准停机构 成本低。
2. 电气准停
由主轴驱动系统实现，主轴驱动系统必须是伺服电 机。 停止位置由驱动系统确定，停止后伺服电机锁定。
4．3 进给传动系统
旋转伺服电机＋（减速机构）＋丝杠螺母机构 直线伺服电机 作为成形运动的执行件，要求进给传动系统： 1、运动传动的刚性好 2、位置控制精度高 3、快速响应性能好：摩擦小、 摩擦小：有丝杠、导轨二因素 转动惯量小：有丝杠、电机、减速机构
现主轴旋转中的速度变换？ 结论：由数控系统及其PLC控制
3.小型 加工中 心主轴 皮带传 动
加工中 心压刀 缸结构
气液 联动 压刀 装置
拉 紧 刀 柄 的 机 构
拉刀爪结构
4.直连式驱动主轴部件：
5.数控车床的主轴部件：
数控车床上可以配备液压自动卡盘：
三、 主轴的准停装置 准停分类： 1. 机械准停：早期老式加工中心使用