数控机床文章

一、数控机床间隙测量及补偿在机床的进给传动中总是存在有间隙，有间隙而未做补偿，会直接影响进给的伺服精度。 在科浦机床的进给传动中，NC指令移动值和运动部件的实际移动值的差值即间隙的存在一般是由下述几种原因造成的： 轴承间隙 .滚动丝杠付间的间隙及丝杠的弯曲振动 在本机床出厂前，我们已仔细的测量了进给系统的间隙值，并进行了补偿，但是，机床在经长期使用后，由于磨损等原因，补偿量就不适当了。当其影响到加工精度时，就需要用户自己重新进行间隙补偿量的设定。 间隙补偿量可以根据记录在数控装置中的参数进行再设定，关于变更参数的详细说明，请参考数控系统的使用说明书。 间隙测定的方法： 1） 使运动部件从停留位置向负方向快速移动50mm。 2） 把百分表触头对准移动部件的正侧一方，并使表针对零。 3） 使运动部件从停留位置再向负方向快速移动50mm。 4） 使运动部件从新的停留位置再向正方向快速移动50mm。 5） 读出此时百分表的值，此值叫做反向偏差，包括了传动链中的总间隙，反映了其传动系统的精度。 注： 1） 上述动作可通过编一简单程序进行。进行第4）条时为了读数方便，程序应在停留点延时35秒。 2） 上述动作应重复进行5次，取其算术平均值作为间隙补偿值。 3） 根据实测出的X、Y、Z的反向偏差值，分别补偿到其对应的参数号中。二、静压进口轴承的维修静压进口轴承以其高的回转精度、钢性好、承载力高、无磨损、耐用度高。下面是静压进口轴承在维修过程中探索和尝试取得的几点经验，仅供大家参考。1.小孔节流器：(1).将内部节流改为外部节流，并加装压力表即时显示上下腔压力。使维修保养方便，特别是可以很容易地定期清洗，这是内部节流器无法比拟的。(2).节流比。节流比的理论值是1.21.5之间，而根据多年的经验以1.25为佳。这样在维修中，需要对主轴的几何精度、前后轴瓦的几何精度、同轴度、圆度及锥度进行严格控制，以便保证值。根据机床的承载能力确定e值(主轴与轴瓦几何中心的偏心量)，使值最佳。(3).各油腔在不装主轴时，各个出油口的油柱必须一致(观察法)，若不一致，应采取改变节流器孔径的方法，改变其流量。以4腔为例，一般下、左、右腔的油柱在2025mm之间，小孔直径为0.250.4mm。2.薄膜反馈节流器： 薄膜反馈节流轴承刚度是很大的，但机床在运行中也常出现抱瓦、拉毛、掉压等现象。薄膜反馈最关键的是薄膜，实践中认为，轴瓦抱死、拉毛的主要原因是：薄膜塑性变形所致；反馈慢。外载突变时，薄膜还没反应时，轴与瓦已经摩擦了；薄膜疲劳。薄膜使用时间长，疲劳变形，相当于改变了反馈参数。增加薄膜的厚度和改用一些耐疲劳的材料，均可收到良好效果。一般是采用刚性膜、预加载荷、预留缝隙的方法。具体作法是：将1.4mm厚的膜改为4mm厚刚性膜，在下腔垫0.05mm厚的锡箔纸，使主轴调整到比理想位置高0.05mm的位置。目的是当主轴受力(砂轮重量、切削力)后，恰好返回到理想中心。3.供油系统的改进： 静压进口轴承供油系统中，除粗滤、精滤外，其余各元件对静压轴承具有保护作用。在原系统基础上对供油系统进行改进。(1).在节流板后的出油口接压力继电器和压力表(原来在蓄能器前面)，这样可使操作人员看见腔压与进口压力的大小。当其压差大于一定值时，以便立即停机，以免轴瓦抱死。如：进口压力2mpa，出口腔压1.21.6mpa，低于1.2mpa就要停机。(2).增加数字检测装置：静压进口轴承的主轴与轴瓦之间有0.040.05mm的间隙，其间的油液有一定的电阻值，检测这一阻值的变化，就可以得知期间隙的大小。以主轴为一极，轴瓦为另一极，测量其阻值变化。将此信号处理后发至光电报警器和控制系统放大器，控制主轴电机的启停，以此来避免轴与瓦的摩擦三、提高数控机床的精度的方法？答：随着我国经济的飞速发展，数控机床作为新一代工作母机，在机械制造中已得到广泛的应用，精密加工技术的迅速发展和零件加工精度的不断提高，对数控机床的精度也提出了更高的要求。尽管用户在选购数控机床时，都十分看重机床的位置精度，特别是各轴的定位精度和重复定位精度。但是这些使用中的数控机床精度到底如何呢?大量统计资料表明：65.7%以上的新机床，安装时都不符合其技术指标；90%使用中的数控机床处于失准工作状态。因此，对机床工作状态进行监控和对机床精度进行经常的测试是非常必要的，以便及时发现和解决问题，提高零件加工精度。目前数控机床位置精度的检验通常采用国际标准ISO230-2或国家标准GB10931-89等。同一台机床，由于采用的标准不同，所得到的位置精度也不相同，因此在选择数控机床的精度指标时，也要注意它所采用的标准。数控机床的位置标准通常指各数控轴的反向偏差和定位精度。对于这二者的测定和补偿是提高加工精度的必要途径。1、反向偏差在数控机床上，由于各坐标轴进给传动链上驱动部件(如伺服电动机、伺服液压马达和步进电动机等)的反向死区、各机械运动传动副的反向间隙等误差的存在，造成各坐标轴在由正向运动转为反向运动时形成反向偏差，通常也称反向间隙或失动量。对于采用半闭环伺服系统的数控机床，反向偏差的存在就会影响到机床的定位精度和重复定位精度，从而影响产品的加工精度。如在G01切削运动时，反向偏差会影响插补运动的精度，若偏差过大就会造成“圆不够圆，方不够方”的情形；而在G00快速定位运动中，反向偏差影响机床的定位精度，使得钻孔、镗孔等孔加工时各孔间的位置精度降低。同时，随着设备投入运行时间的增长，反向偏差还会随因磨损造成运动副间隙的逐渐增大而增加，因此需要定期对机床各坐标轴的反向偏差进行测定和补偿。反向偏差的测定反向偏差的测定方法：在所测量坐标轴的行程内，预先向正向或反向移动一个距离并以此停止位置为基准，再在同一方向给予一定移动指令值，使之移动一段距离，然后再往相反方向移动相同的距离，测量停止位置与基准位置之差。在靠近行程的中点及两端的三个位置分别进行多次测定(一般为七次)，求出各个位置上的平均值，以所得平均值中的最大值为反向偏差测量值。在测量时一定要先移动一段距离，否则不能得到正确的反向偏差值。测量直线运动轴的反向偏差时，测量工具通常采有千分表或百分表，若条件允许，可使用双频激光干涉仪进行测量。当采用千分表或百分表进行测量时，需要注意的是表座和表杆不要伸出过高过长，因为测量时由于悬臂较长，表座易受力移动，造成计数不准，补偿值也就不真实了。若采用编程法实现测量，则能使测量过程变得更便捷更精确。例如，在三坐标立式机床上测量X轴的反向偏差，可先将表压住主轴的圆柱表面，然后运行如下程序进行测量：N10 G91 G01 X50 F1000；工作台右移N20 X-50；工作台左移，消除传动间隙N30 G04 X5；暂停以便观察N40 Z50；Z轴抬高让开N50 X-50：工作台左移N60 X50：工作台右移复位N70 Z-50：Z轴复位N80 G04 X5：暂停以便观察N90 M99；需要注意的是，在工作台不同的运行速度下所测出的结果会有所不同。一般情况下，低速的测出值要比高速的大，特别是在机床轴负荷和运动阻力较大时。低速运动时工作台运动速度较低，不易发生过冲超程(相对“反向间隙”)，因此测出值较大；在高速时，由于工作台速度较高，容易发生过冲超程，测得值偏小。回转运动轴反向偏差量的测量方法与直线轴相同，只是用于检测的仪器不同而已。反向偏差的补偿国产数控机床，定位精度有不少0.02mm，但没有补偿功能。对这类机床，在某些场合下，可用编程法实现单向定位，清除反向间隙，在机械部分不变的情况下，只要低速单向定位到达插补起始点，然后再开始插补加工。插补进给中遇反向时，给反向间隙值再正式插补，即可提高插补加工的精度，基本上可以保证零件的公差要求。对于其他类别的数控机床，通常数控装置内存中设有若干个地址,专供存储各轴的反向间隙值。当机床的某个轴被指令改变运动方向时，数控装置会自动读取该轴的反向间隙值，对坐标位移指令值进行补偿、修正，使机床准确地定位在指令位置上，消除或减小反向偏差对机床精度的不利影响。一般数控系统只有单一的反向间隙补偿值可供使用，为了兼顾高、低速的运动精度，除了要在机械上做得更好以外，只能将在快速运动时测得的反向偏差值作为补偿值输入，因此难以做到平衡、兼顾快速定位精度和切削时的插补精度。对于FANUC0i、FANUC18i等数控系统，有用于快速运动(G00)和低速切削进给运动(G01)的两种反向间隙补偿可供选用。根据进给方式的不同，数控系统自动选择使用不同的补偿值，完成较高精度的加工。将G01切削进给运动测得的反向间隙值A输入参数NO11851(G01的测试速度可根据常用的切削进给速度及机床特性来决定)，将G00测得的反向间隙值B输入参数NO11852。需要注意的是，若要数控系统执行分别指定的反向间隙补偿，应将参数号码1800的第四位(RBK)设定为1；若RBK设定为0，则不执行分别指定的反向间隙补偿。G02、G03、JOG与G01使用相同的补偿值。2、定位精度数控机床的定位精度是指所测量的机床运动部件在数控系统控制下运动所能达到的位置精度，是数控机床有别于普通机床的一项重要精度，它与机床的几何精度共同对机床切削精度产生重要的影响，尤其对孔隙加工中的孔距误差具有决定性的影响。一台数控机床可以从它所能达到的定位精度判出它的加工精度，所以对数控机床的定位精度进行检测和补偿是保证加工质量的必要途径。定位精度的测定目前多采用双频激光干涉仪对机床检测和处理分析，利用激光干涉测量原理，以激光实时波长为测量基准，所以提高了测试精度及增强了适用范围。检测方法如下：安装双频激光干涉仪；在需要测量的机床坐标轴方向上安装光学测量装置；调整激光头，使测量轴线与机床移动轴线共线或平行，即将光路预调准直；待激光预热后输入测量参数；按规定的测量程序运动机床进行测量；数据处理及结果输出。定位精度的补偿若测得数控机床的定位误差超出误差允许范围，则必须对机床进行误差补偿。常用方法是计算出螺距误差补偿表，手动输入机床CNC系统，从而消除定位误差，由于数控机床三轴或四轴补偿点可能有几百上千点，所以手动补偿需要花费较多时间，并且容易出错。现在通过RS232接口将计算机与机床CNC控制器联接起来，用VB编写的自动校准软件控制激光干涉仪与数控机床同步工作，实现对数控机床定位精度的自动检测及自动螺距误差补偿，其补偿方法如下：备份CNC控制系统中的已有补偿参数；由计算机产生进行逐点定位精度测量的机床CNC程序，并传送给CNC系统；自动测量各点的定位误差；根据指定的补偿点产生一组新的补偿参数，并传送给CNC系统，螺距自动补偿完成；重复c.进行精度验证。根据数控机床各轴的精度状况，利用螺距误差自动补偿功能和反向间隙补偿功能，合理地选择分配各轴补偿点，使数控机床达到最佳精度状态，并大大提高了检测机床定位精度的效率。定位精度是数控机床的一个重要指标。尽管在用户购选时可以尽量挑选精度高误差小的机床，但是随着设备投入使用时间越长，设备磨损越厉害，造成机床的定位误差越来越大，这对加工和生产的零件有着致命的影响。采用以上方法对机床各坐标轴的反向偏差、定位精度进行准确测量和补偿，可以很好地减小或消除反向偏差对机床精度的不利影响，提高机床的定位精度，使机床处于最佳精度状态，从而保证零件的加工质量。四、如何防制数控机床的爬行与振动？答：数控机床中有很多明显的不正常现象，但在有一些经济数控系统中，却没有报警，即使有时出现报警，报警的信息表明也不是你所看到不正常现象的报警。机床出现爬行与振动就是一个明显的例子。机床以低速运行时，机床工作台是蠕动着向前运动；机床要以高速运行时，就出现震动。 关于机床爬行有的书上写着：由于润滑不好，而使机床工作台移动时摩擦阻力增大。当电机驱动时，工作台不向前运动，使滚珠丝杠产生弹性变形，把电机的能量贮存在变形上。电动机继续驱动，贮存的能量所产的弹性力大于静摩擦力时，机床工作台向前蠕动，周而复始地这样运动，而产生了爬行的现象。然而事实并非如此，仔细看一下导轨面润滑的情况，就可以断定不是这个问题。机床爬行和振动问题是属于速度的问题。既然是速度的问题就要去找速度环，我们知道机床的速度的整个调节过程是由速度调节器来完成的。特别应该着重指出，速度调节器的时间常数，也就是速度调节器积分时间常数是以毫秒计的，因此，整个机床的伺服运动是一个过渡过程，是一个调节过程。 凡是与速度有关的问题，只能去查找速度调节器。因此，机床振动问题也要去查找速度调节器。可以从以下这些地方去查找速度调节器故障：一个是给定信号，一个是反馈信号，再一个就是速度调节器的本身。 第一个是由位置偏差计数器出来经D/A转换给速度调节器送来的模拟是VCMD，这个信号是否有振动分量，可以通过伺服板上的插脚(FANUC6系统的伺服板是X18脚)来看一看它是否在那里振动。如果它就是有一个周期的振动信号，那毫无疑问机床振动是正确的，速度调节器这一部分没有问题，而是前级有问题，向 DA转换器或偏差计数器去查找问题。如果我们测量结果没有任何振动的周期性的波形。那么问题肯定出在其他两个部分。 我们可以去观察测速发电机的波形，由于机床在振动，说明机床的速度在激烈的振荡中，当然测速发电机反馈回来的波形一定也是动荡不已的。但是我们可以看到，测速发电机反馈的波形中是否出现规律的大起大落，十分混乱现象。这时，我们最好能测一下机床的振动频率与电机旋转的速度是否存在一个准确的比率关系，譬如振动的频率是电机转速的四倍频率。这时我们就要考虑电机或测速发电机有故障的问题。 因为振动频率与电机转速成一定比率，首先就要检查一下电动机是否有故障，检查它的碳刷，整流子表面状况，以及机械振动的情况，并要检查滚珠轴承的润滑的情况，整个这个检查，可不必全部拆卸下来，可通过视察官进行观察就可以了，轴承可以用耳去听声音来检查。如果没有什么问题，就要检查测速发电机。测速发电机一般是直流的。 测速发电机就是一台小型的永磁式直流发电机，它的输出电压应正比于转速，也就是输出电压与转速是线性关系。只要转速一定，它的输出电压波形应当是一条直线，但由于齿槽的影响及整流子换向的影响，在这直线上附着一个微小的交变量。为此，测速反馈电路上都加了滤波电路，这个滤波电路就是削弱这个附在电压上的交流分量。 测速发电机中常常出现的一个毛病就是炭刷磨下来的炭粉积存在换向片之间的槽内，造成测速发电机片间短路，一旦出现这样的问题就避免不了这个振动的问题。 这是因为这个被短路的元件一会在上面支路，一会在下面支路，一会正好处于换向状态，这3种情况就会出现3种不同的测速反馈的电压。在上面支路时，上面支路由于少了一个元件，电压必然要小，而当它这个元件又转到了下面支路时，下面的电压也小，这时不论在上面支路，还是在下面支路中，都必然使这两条支路的端电压下降，且有一个平衡电流流过这两条并联的支路，又造成一定的电压降。当这个元件处于换向，正好它也处于短路，这时上下两个支路没有短路元件，电压得以恢复，且也无环流。这样，与正常测速发电机状态一样。为此，三种不同情况下电压做了一个周期地变化，这个电压反馈到调节器上时，势必引起调节器的输出也做出相应地，周期地变化。这是仅仅说了一个元件被短路。特别严重时有一遍换向片全部被碳粉给填平了，全部短路，这样就会更为严重的电压波动。 反馈信号与给定信号对于调节器来说是完全相同的。所以，出现了反馈信号的波动，必然引起速度调节器的反方向调节，这样就引起机床的振动。 这种情况发生时，非常容易处理，只要把电机后盖拆下，就露出测速发电机的整流子。这时不必做任何拆卸，只要用尖锐的勾子，小心地把每个槽子勾一下，然后用细砂纸光一下勾起的毛刺，把整流片表面再用无水酒精擦一下，再放上炭刷就可以了。这里特别要注意的是用尖锐的勾子去勾换向片间槽口时，别碰到绕组，因为绕组线很细，一旦碰破就无法修复，只有重新更换绕组。再一个千万不要用含水酒精去擦，这样弄完了绝缘电阻下降无法进行烘干，这样就会拖延修理期限。 除了我们上面讨论过这些引起振动的原因外，还可能是系统本身的参数引起的振荡。众所周知；一个闭环系统也可能由于参数设定不好，而引起系统振荡，但最佳的消除这个振荡方法就是减少它的放大倍数，在FANUC的系统中调节RV1，逆时钟方向转动，这时可以看出立即会明显变好，但由于RV1调节电位器的范围比较小，有时调不过来，只能改变短路棒，也就是切除反馈电阻值，降低整个调节器的放大倍数。 采用这些方法后，还做不到完全消除振动，甚至是无效的，就要考虑对速度调节器板更换或换下后彻底检查各处波形。 在这个实例中，出现爬行时，电机是在低速，一旦提高速度就震起来，这时电流就可能出现过流报警。产生这种报警的原因是机床工作台面为了迅速跟限反馈信号的变化而变化，必须有一个很大的加速度才行，这个加速度就是由电机的转矩给出的。电机转矩的变化来响应这个速度给定信号(实际上是反馈信号)的变化。转矩就是电流信号。大的转矩，就是大的电流信号造成的，在电流环中出现了一个电流的激烈变化，从而出现了过电流现象。在振动时不报警，而在振动加大时，出现了过电流报警。 从这个例子中，我们可以这样总结：位置问题去找位置环，而速度问题去找速度环。所谓位置环就是研究零件加工的尺寸问题，零件的尺寸的精度要去研究位置环。当然，零件尺寸的重复精度还和基准点有关，我们在后面还要讨论基准点返回问题。但总的说来，尺寸问题，位置问题，要求考虑的对象是位置环，或者说与位置环有关的部分应是考虑的主要对象。速度的问题就要去研究速度环以及与速度环有关的部分。 加工零件形状有了问题，这显然是由几个轴进行插补造成的。这就是NC对轴进行的脉冲分配，那么如果我们认为NC对轴的脉冲分配是正确的(常常是这样，很少遇到是NC出了毛病，或插补软件出了毛病而出现形状不对的现象)，那么各轴在忠实地执行NC的指令上肯定存在问题。我们可以去查各个轴伺服单元存在的问题。我们如果想加工一条有一定斜率的直线，那么这两个轴的速度要按斜率的比率关系给定。 由于数控机床是机电一体化产品，这里边影响机床正常工作的因素很多，例如上面我们曾讨论过的加工形状误差的原因，除了电气方面的问题之外，我们在数控机床的验收一节中曾经讨论过失动量的测定，这也是影响加工的几何形状一个重要问题，这个机械方面的问题也与电气的问题混在一起，这种情况就十分难以分辨出到底哪个因素在这个问题中的比重占有多少。 这些相关的因素是制约我们迅速查出故障的重要因素。五、数控机床对机械结构有什么要求？答：在数控机床发展的最初阶段，其机械结构与通用机床相比没有多大的变化，只是在自动变速、刀架和工作台自动转位和手柄操作等方面作些改变。随着数控技术的发展，考虑到它的控制方式和使用特点，才对机床的生产率、加工精度和寿命提出了更高的要求。数控机床的主体机构有以下特点：1)由于采用了高性能的无级变速主轴及伺服传动系统，数控机床的极限传动结构大为简化，传动链也大大缩短；2)为适应连续的自动化加工和提高加工生产率，数控机床机械结构具有较高的静、动态刚度和阻尼精度，以及较高的耐磨性，而且热变形小；3)为减小摩擦、消除传动间隙和获得更高的加工精度，更多地采用了高效传动部件，如滚珠丝杠副和滚动导轨、消隙齿轮传动副等；4)为了改善劳动条件、减少辅助时间、改善操作性、提高劳动生产率，采用了刀具自动夹紧装置、刀库与自动换刀装置及自动排屑装置等辅助装置。根据数控机床的适用场合和机构特点，对数控机床结构因提出以下要求： 1、较高的机床静、动刚度 数控机床是按照数控编程或手动输入数据方式提供的指令自动进行加工的。由于机械结构(如机床床身、导轨、工作台、刀架和主轴箱等)的几何精度与变形产生的定位误差在加工过程中不能为地调整与补偿，因此，必须把各处机械结构部件产生的弹性变形控制在最小限度内，以保证所要求的加工精度与表面质量。 为了提高数控机床主轴的刚度，不但经常采用三支撑结构，而且选用钢性很好的双列短圆柱滚子轴承和角接触向心推力轴承铰接出相信忒力轴承 ，以减小主轴的径向和轴向变形。为了提高机床大件的刚度，采用封闭界面的床身，并采用液力平衡减少移动部件因位置变动造成的机床变形。为了提高机床各部件的接触刚度，增加机床的承载能力，采用刮研的方法增加单位面积上的接触点，并在结合面之间施加足够大的预加载荷，以增加接触面积。这些措施都能有效地提高接触刚度。为了充分发挥数控机床的高效加工能力，并能进行稳定切削，在保证静态刚度的前提下，还必须提高动态刚度。常用的措施主要有提高系统的刚度、增加阻尼以及调整构件的自振频率等。试验表明，提高阻尼系数是改善抗振性的有效方法。钢板的焊接结构既可以增加静刚度、减轻结构重量，又可以增加构件本身的阻尼。因此，近年来在数控机床上采用了钢板焊接结构的床身、立柱、横梁和工作台。封砂铸件也有利于振动衰减，对提高抗振性也有较好的效果。 2、减少机床的热变形 在内外热源的影响下，机床各部件将发生不同程度的热变形，使工件与刀具之间的相对运动关系遭到破环，也是机床季度下降。对于数控机床来说，因为全部加工过程是计算的指令控制的，热变形的影响就更为严重。为了减少热变形，在数控机床结构中通常采用以下措施。 减少发热 机床内部发热时产生热变形的主要热源，应当尽可能地将热源从主机中分离出去。 控制温升 在采取了一系列减少热源的措施后，热变形的情况将有所改善。但要完全消除机床的内外热源通常是十分困难的，甚至是不可能的。所以必须通过良好的散热和冷却来控制温升，以减少热源的影响。其中部较有效的方法是在机床的发热部位强制冷却，也可以在机床低温部分通过加热的方法，使机床各点的温度趋于一致，这样可以减少由于温差造成的翘曲变形。 改善机床机构 在同样发热条件下，机床机构对热变形也有很大影响。如数控机床过去采用的单立柱机构有可能被双柱机构所代替。由于左右对称，双立柱机构受热后的主轴线除产生垂直方向的平移外，其它方向的变形很小，而垂直方向的轴线移动可以方便地用一个坐标的修正量进行补偿。 轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上。这就可以使主轴热变形对加工直径的影响降低到最小限度。在结构上还应尽可能减小主轴中心与主轴向地面的距离，以减少热变形的总量，同时应使主轴箱的前后温升一致，避免主轴变形后出现倾斜。 数控机床中的滚珠丝杠常在预计载荷大、转速高以及散热差的条件下工作，因此丝杠容易发热。滚珠丝杠热生产造成的后果是严重的，尤其是在开环系统中，它会使进给系统丧失定位精度。目前某些机床用预拉的方法减少丝杠的热变形。对于采取了上述措施仍不能消除的热变形，可以根据测量结果由数控系统发出补偿脉冲加以修正。 3、减少运动间的摩擦和消除传动间隙 数控机床工作台(或拖板)的位移量十一脉中当量为最小单位的，通常又要求能以基地的速度运动。为了使工作台能对数控装置的指令作出准确响应，就必须采取相应的措施。目前常用的滑动导轨、滚动导轨和静压导轨在摩擦阻尼特性方面存在着明显的差别。在进给系统中用滚珠丝杠代替滑动丝杠也可以收到同样的效果。目前，数控机床几乎无一例外地采用滚珠丝杠传动。 数控机床(尤其是开环系统的数控机床)的加工精度在很大程度上取决于进给传动链的精度。除了减少传动齿轮和滚珠丝杠的加工误差之外，另一个重要措施是采用无间隙传动副。对于滚珠丝杠螺距的累积误差，通常采用脉冲补偿装置进行螺距补偿。 4、提高机床的寿命和精度保持性 为了提高机床的寿命和精度保持性，在设计时应充分考虑数控机场零部件的耐磨性，尤其是机床导轨、进给伺港机主轴部件等影响进度的主要零件的耐磨性。在使用过程中，应保证数控机床各部件润滑良好。 5、减少辅助时间和改善操作性能 数控机床的单件加工中，辅助时间(非切屑时间)占有较大的比重。要进一步提高机床的生产率，就必须采取促使最大限度地压缩辅助时间。目前已经有很多数控机床采用了多主轴、多刀架、以及带刀库的自动换刀装置等，以减少换刀时间。对于切屑用量加大的数控机床，床身机构必须有利于排屑。六、数控机床加工精度异常故障如何维护？答：系统参数发生变化或改动、机械故障、机床电气参数未优化电机运行异常、机床位置环异常或控制逻辑不妥，是生产中数控机床加工精度异常故障的常见原因，找出相关故障点并进行处理，机床均可恢复正常。 生产中经常会遇到数控机床加工精度异常的故障。此类故障隐蔽性强、诊断难度大。导致此类故障的原因主要有五个方面:（1）机床进给单位被改动或变化。（2）机床各轴的零点偏置(NULL OFFSET)异常。（3）轴向的反向间隙(BACKLASH)异常。（4）电机运行状态异常，即电气及控制部分故障。（5）机械故障，如丝杆、轴承、轴联器等部件。此外，加工程序的编制、刀具的选择及人为因素，也可能导致加工精度异常。 1.系统参数发生变化或改动 系统参数主要包括机床进给单位、零点偏置、反向间隙等等。例如SIEMENS、FANUC数控系统，其进给单位有公制和英制两种。机床修理过程中某些处理，常常影响到零点偏置和间隙的变化，故障处理完毕应作适时地调整和修改；另一方面，由于机械磨损严重或连结松动也可能造成参数实测值的变化，需对参数做相应的修改才能满足机床加工精度的要求。 2.机械故障导致的加工精度异常 一台THM6350卧式加工中心，采用FANUC 0i-MA数控系统。一次在铣削汽轮机叶片的过程中，突然发现Z轴进给异常，造成至少1mm的切削误差量(Z向过切)。调查中了解到：故障是突然发生的。机床在点动、MDI操作方式下各轴运行正常，且回参考点正常；无任何报警提示，电气控制部分硬故障的可能性排除。分析认为，主要应对以下几方面逐一进行检查。 （1）检查机床精度异常时正运行的加工程序段，特别是刀具长度补偿、加工坐标系(G54G59)的校对及计算。 （2）在点动方式下，反复运动Z轴，经过视、触、听对其运动状态诊断，发现Z向运动声音异常，特别是快速点动，噪声更加明显。由此判断，机械方面可能存在隐患。 （3）检查机床Z轴精度。用手脉发生器移动Z轴，（将手脉倍率定为1100的挡位，即每变化一步，电机进给0.1mm），配合百分表观察Z轴的运动情况。在单向运动精度保持正常后作为起始点的正向运动，手脉每变化一步，机床Z轴运动的实际距离d=d1=d2=d3=0.1mm，说明电机运行良好，定位精度良好。而返回机床实际运动位移的变化上，可以分为四个阶段：机床运动距离d1d=0.1mm(斜率大于1);表现出为d=0.1mmd2d3(斜率小于1)；机床机构实际未移动，表现出最标准的反向间隙；机床运动距离与手脉给定值相等(斜率等于1)，恢复到机床的正常运动。 无论怎样对反向间隙(参数1851)进行补偿，其表现出的特征是：除第阶段能够补偿外，其他各段变化仍然存在，特别是第阶段严重影响到机床的加工精度。补偿中发现，间隙补偿越大，第段的移动距离也越大。 分析上述检查认为存在几点可能原因：一是电机有异常；二是机械方面有故障；三是存在一定的间隙。为了进一步诊断故障，将电机和丝杠完全脱开，分别对电机和机械部分进行检查。电机运行正常；在对机械部分诊断中发现，用手盘动丝杠时，返回运动初始有非常明显的空缺感。而正常情况下，应能感觉到轴承有序而平滑的移动。经拆检发现其轴承确已受损，且有一颗滚珠脱落。更换后机床恢复正常。 3.机床电气参数未优化电机运行异常 一台数控立式铣床，配置FANUC 0-MJ数控系统。在加工过程中，发现X轴精度异常。检查发现X轴存在一定间隙，且电机启动时存在不稳定现象。用手触摸X轴电机时感觉电机抖动比较严重，启停时不太明显，JOG方式下较明显。 分析认为，故障原因有两点，一是机械反向间隙较大；二是X轴电机工作异常。利用FANUC系统的参数功能，对电机进行调试。首先对存在的间隙进行了补偿；调整伺服增益参数及N脉冲抑制功能参数，X轴电机的抖动消除，机床加工精度恢复正常。 4.机床位置环异常或控制逻辑不妥 一台TH61140镗铣床加工中心，数控系统为FANUC 18i，全闭环控制方式。加工过程中，发现该机床Y轴精度异常，精度误差最小在0.006mm左右，最大误差可达到1.400mm。检查中，机床已经按照要求设置了G54工件坐标系。在MDI方式下，以G54坐标系运行一段程序即“G90 G54 Y80 F100；M30；”，待机床运行结束后显示器上显示的机械坐标值为“-1046.605”，记录下该值。然后在手动方式下，将机床Y轴点动到其他任意位置，再次在MDI方式下执行上面的语句，待机床停止后，发现此时机床机械坐标数显值为“-1046.992”，同第一次执行后的数显示值相比相差了0.387mm。按照同样的方法，将Y轴点动到不同的位置，反复执行该语句，数显的示值不定。用百分表对Y轴进行检测，发现机械位置实际误差同数显显示出的误差基本一致，从而认为故障原因为Y轴重复定位误差过大。对Y轴的反向间隙及定位精度进行仔细检查，重新作补偿，均无效果。七、数控机床的组数控机床一般由输入、输出装置、数控装置、可编程控制器、伺服系统、检测反馈装置和机床主机等组成。1、输入输出装置 输入装置可将不同加工信息传递于计算机。在数控机床产生的初期，输入装置为穿孔纸带，现已趋于淘汰；目前，使用键盘、磁盘等，大大方便了信息输入工作。 输出指输出内部工作参数（含机床正常、理想工作状态下的原始参数，故障诊断参数等），一般在机床刚工作状态需输出这些参数作记录保存，待工作一段时间后，再将输出与原始资料作比较、对照，可帮助判断机床工作是否维持正常。 2、数控装置 数控装置是数控机床的核心与主导，完成所有加工数据的处理、计算工作，最终实现数控机床各功能的指挥工作。它包含微计算机的电路，各种接口电路、CRT显示器等硬件及相应的软件。 3、可编程控制器 即PLC，它对主轴单元实现控制，将程序中的转速指令进行处理而控制主轴转速；管理刀库，进行自动刀具交换、选刀方式、刀具累计使用次数、刀具剩余寿命及刀具刃磨次数等管理；控制主轴正反转和停止、准停、切削液开关、卡盘夹紧松开、机械手取送刀等动作；还对机床外部开关（行程开关、压力开关、温控开关等）进行控制；对输出信号（刀库、机械手、回转工作台等）进行控制。 4、检测反馈装置 由检测元件和相应的电路组成，主要是检测速度和位移，并将信息反馈于数控装置，实现闭环控制以保证数控机床加工精度。 5、机床主机 数控机床的主体，包括床身、主轴、进给传动机构等机械部件。八、国内应用的数控机床工具柄部及配用拉钉标准 国家标准GB1094489自动换刀机床用7:24圆锥工具柄部40、45和50号圆锥柄 这个国家标准规定的柄部，在型式与尺寸上与国际标准ISO73881完全相同。详见图7.3-1和7.3-1。与ISO73881相比，增加了一些必要的技术要求，标注了表面粗糙度及形位公差，以保证刀柄的制造质量，满足自动加工中刀具的重复换刀精度要求。它主要应用于镗铣类加工中心机床的各种刀柄。 国家标准所规定的拉钉，自动换刀机床用7:24圆锥工具柄部40、45和50号圆锥柄用拉钉 这个国家标准所规定的拉钉，在型式与尺寸上与ISO7388相同。可与前述标准GB1094489中所规定的柄部配合使用。 日本标准JIS B6339-1986加工中心机床用工具柄部及拉钉 这个标准只适用于日本进口的加工中心机床及过去几年我国的部分机床厂与日本合作设计和生产的加工中心机床。它是在日本机床工业协会标准MAS4031982的基础上制订出来的，在日本得到广泛的应用。我国1985年以后设计的加工中心机床已改用新的国家标准GB10994和GB10945。 国家标准GB383783机床工具7:24圆锥联结 这种锥柄主要用于手动换刀数控机床及重型镗铣床等。 二整体式工具系统标准JB/GQ5010-1983TSG工具系统 型式与尺寸 TSG工具系统中的刀柄,其代号(按1990年国家标准报批稿)由四部分（JT-45-Q32-120）组成，各部分的含义如下： JT-表示工具柄型代码。 45-对圆锥柄表示锥度规格。 Q32-表示工具的规格。 120-表示刀柄的工作长度。 它所表示的工具为：自动换刀机床用7:24圆锥工具柄(GB10944)，锥柄为45号，前部为弹簧夹，最大夹持直径32mm，刀柄工作长度(锥柄大端直径57.15mm处到弹簧夹头前端面的距离)为120mm。 表1 工具柄部型式代号 代号 工 具 柄 部 型 式 JT自动换刀机床用7:24圆锥工具柄 GB 10944-89 BT自动换刀机床用7:24圆锥BT型工具柄 JIS B6339 ST手动换刀机床用7:24圆锥工具柄 GB 3837.3-83 MT带扁尾莫氏圆锥工具柄 GB 1443-85 MW 无扁尾莫氏圆锥工具柄 GB 1443-85 ZB直柄工具柄 GB 6131-85九、数控机床滚珠丝杠副的装配下载 (20.76 KB)2010-3-27 09:16 随着数控机床和加工中心工作精度要求的日益提高，滚珠丝杠副的高精度化成为发展的趋势，其在主机上的安装精度也逐渐成为装配中的突出问题。 滚珠丝杠副是在丝杠和螺母之间以滚珠为滚动体的螺旋传动元件，它是一种精密、高效率、高刚度、高寿命且节能省电的先进传动元件，可将电动机的旋转运动转化为工作台的直线运动,因此广泛应用在机械制造，特别是数控机床及加工中心上，为主机的高效高速化提供了良好的条件。随着数控机床和加工中心工作精度要求的日益提高，滚珠丝杠副的高精度化成为发展的必然趋势，在主机上的安装精度也逐渐成为装配中的突出问题，为了达到机床坐标位置精度的要求，减少丝杠绕度，防止径向和偏置载荷，减少丝杠轴系各环节的升温与热变形，最大限度的减轻伺服电机的传动扭矩并提高机床连续工作的可靠性，就必须提高滚珠丝杠副在机床上的安装精度。滚珠丝杠副常用的安装方式通常有以下几种：双推-自由方式；双推-支承方式；双推-双推方式。大型卧式加工中心，是具有高性能、高刚性和高精度的机电一体化的高效加工设备，是加工各类高精度传动箱体零件及其他大型模具的理想加工设备。它的三个坐标方向均采用伺服电机带动滚动丝杠传动，三个坐标方向，即X、Y、Z的工作行程较大。由于滚珠丝杠副的结构特点，使主机上三个方向的滚珠丝杠副的安装变得特别关键。按照传统的工艺方法，安装滚珠丝杠副一直沿用芯棒和定位套将两端支承轴承座及中间丝母座连接在一起校正、用百分表将芯棒轴线与机床导轨找正平行并令芯棒传动自如轻快的方法。这种安装方法在三个坐标方向行程较小的小型数控机床和加工中心上应用较方便。由于芯棒与定位套、定位套与两端支承的轴承孔以及中间的丝母座孔存在着配合间隙，往往使安装后的支承轴承孔和丝母座孔的同轴度误差较大，造成丝杠绕度增大、径向偏置载荷增加、引起丝杠轴系各环节的温度升高、热变形变大和传动扭矩增大等一系列严重后果，导致伺服电机超载、过热，伺服系统报警，影响机床的正常运行。另外，两端轴承孔与中间丝母座孔的实际差值无法准确测量，从而影响进一步的精确调整。对于三个坐标方向行程较大的数控机床和加工中心，由于所需芯棒多在1500mm以上，加工困难，不易保证精度，因此无法采用芯棒与定位套配合的找正方法进行滚珠丝杠副的安装。在生产某型卧式加工中心时，由于机床的三个坐标行程较大，采用传统工艺方法安装的过程中，由于两端轴承孔与中间丝母座孔同轴度超差，造成滚珠丝杠径向和偏置载荷增加，经常出现伺服电机超载、过热，伺服系统报警等现象，使机床无法连续运行，同时严重影响滚珠丝杠副的使用寿命和传动精度，缩短了主机的维修周期。下载 (21.71 KB)2010-3-27 09:16利用其他装配方法，如采用移动滑鞍，缩短丝母座与轴承座的距离，将丝母座与两端轴承座分别找正的方法，由于需要两段分别找正，加上检棒和检套的配合间隙，实际应用效果也不理想，同样存在上述问题。通过对该产品的现场技术攻关，经过多次反复的摸索与生产验证，总结出一条比较可靠的装配工艺球面磨床方法。首先，采用整体式专用芯棒将丝母座孔校正，使其与基准导轨的正、侧向平行度在0.01/1000以内；把丝母座固定后，采用专业测量夹具实际测量出丝母座孔距基准导轨的正、侧向距离；然后，同样采用整体式专用检棒将轴承孔与基准导轨的正、侧向平行度找正在0.01/1000以内，采用专用测量夹具实际测量出轴承孔距基准导轨的正、侧向距离，要求丝母孔与基准导轨正、侧向距离一致，允差为0.01；将轴承座固定。这种方法采用整体式专用检棒，不仅长度短小，而且将芯棒和定位套合二为一，消除了芯棒与定位套之间的配合间隙，可靠保证了轴承孔、丝母座孔与导轨的平行度；通过实际距离的测量，使两端轴承支承孔与丝母座孔的同轴度也得到了可靠的保证，这样就降低了滚珠丝杠副的绕度和径向偏置载荷，提高了丝杠副的安装精度。另外，在安装滚珠丝杠的过程中，必须严格控制滚珠丝杠的轴向窜动量，此项技术指标将直接影响滚珠丝杠进给系统的传动位置精度。根据现场实际验证表明：首先，要将安装伺服电机端的轴承座内的轴承装配好，其在滚动丝杠传动过程中起主要作用，将滚珠丝杠的轴向窜动量控制在0.0150.02之间；然后，再将另一端轴承座内的轴承装配好，使轴向窜动量控制在0.01以内。这样就能有效保证滚珠丝杠进给系统的刚度和精度。滚珠丝杠轴的预拉伸也是非常必要的。为了提高滚珠丝杠进给系统的刚度和精度，给丝杠轴实施预拉伸是非常有效的，但由于丝杠轴的各断面不同，而温升值又不易精确设定，所以按有关文献计算得出的预拉力只能作为参考量。在生产中常常是把具有负值方向的目标值的丝杠轴进行预拉伸，使机床工作台的定位精度曲线的走向接近水平。在生产中，通过采用上述新工艺方法装配的某大型加工中心的三个坐标方向的滚珠丝杠的空载扭矩均明显降低，空载电流也显著减小，伺服电机及伺服系统工作正常，未出现三个坐标方向的伺服报警，机床可连续运行72h以上。上述结果充分说明采用新工艺方法，能有效保证滚珠丝杆副的安装精度，另外，该方法还不受机床行程大小的限制。机床行程越大，越能突显其优势，为大型数控机床和加工中心滚珠丝杠副的安装提供了一种有效且可靠的方法。十、金属切削数控机床的结构特点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：采用低摩擦、轻拖动、高效率的滚珠丝杠和直线滚动导轨；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；通过消隙装置消除齿轮、丝杠、联轴器的传动间隙；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：对刀仪，自动编程机，自动排屑器，物料储运及上下料装置，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：先进的数控数显装置；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；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；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。十一、数控机床维修常用的方法有哪些?答：数控机床是由NC系统、伺服系统、位置检测、强电部分及机床本体组成，比一般机床要复杂得多，故障的表现形式也就比较复杂。这就相应地要求维修人员多掌握几种维修方法，遇到不同的故障才能灵活地使用不同的方法，力求在最短的时间内排除故障，保证机床正常运转。 （1）诊断法 利用NC系统自带的诊断功能可以检查输入MT（机床）NC或PC（可编程序控制器）信号、输出（NC或PCMT）信号、PCNC信号、NCPC信号及中间继电器的状态等。利用诊断可迅速确定故障点的产生部位，然后集中力量在该部位范围内找出故障原因。 （2）观察法 观察法在维修数控机床过程中是常用的。有时，有的故障用观察法可很容易解决。观察法一是用眼看，观察电缆外皮有无破损，元器件有无冒烟、烧坏现象，插头、接线有无脱落，按钮、开关有无撞坏，指示灯是否完整，元器件表面有无大量尘埃等；二是用手摸，停电检查时可用手轻轻摇拨变压器的接线是否有松动、烧坏现象，端子和导线之间结合是否紧固，旋转电动机轴是否过紧，电气元器件是否发热及焊接点是否牢固等；三是用耳听，听电动机旋转时有无噪声和异常声响，变压器有无蜂鸣声。加工中机床振动异常及振动声音过大等应引起注意，这些都会成为故障的因素。 （3）测量法 测量法是查找数控机床故障的基本方法。当机床发生故障时，利用手中的仪器、仪表（示波器、万用表等）参照电气原理图和控制系统的逻辑图等资料，沿着发生故障的通道，一步一步地测量，直到找到故障点为止。 用测量法找故障不一定要从起点一直测量到终点，可采用优选法进行，并要求维修人员不但要较好地掌握电路图和逻辑图，而且要较熟悉地了解电气元器件的实际位置，才能迅速地排除故障。 （4）代换法 代换法能够迅速地把故障由大范围缩小到小范围，进而缩小到更小的范围之内。电气系统越是复杂用该方法越好。 用代换法时有个问题必须注意：在调换电路板之前一定要保证该电路板的损坏不是因为电路板外原因(外部高压窜人板内，或是板外负载短路等）造成的。在这种情况下，要首先排除相应故障后再代换，以免烧坏新更换上的好电路板。 （5）经验法 经验法是对数控机床经常重复性发生的故障，凭借长期积累的经验，针对故障的表现形式，便立即想到故障可能发生在哪一部位中。 （6）综合法 综合法就是全面掌握以上各方法的技巧，综合使用、融会贯通、灵活运用。十二、数控机床如何维护保养？答：数控机床种类多，各类数控机床因其功能，结构及系统的不同，各具不同的特性。