smtcl nc100 数控机床电气控制系统故障诊断、排除及预防性维护方法

smtcl nc100 数控机床电气控制系统故障诊断、排除及预防性维护方法

摘要

数控机床的电气控制系统，属于数控机床机电一体化当中主要的构成部分，这篇文章 。

着重讲述，针对于数控机床，电气控制系统出现故障时的诊断检测，以及电气系统故障的排除办法 。

涉及数控机床电气控制系统预防性维护之类的问题，知晓并把控数控机床故障诊断以及养护办法，有益于延长设备使用期限，降低维修成本，防止机械事故出现。

关键词：车床，机械制造，维修，保养

第一章数控车床

1.数控机床（自动化机床）

数控机床，是数字控制机床的简称，它是一种装有程序控制系统的自动化机床，该控制系统能逻辑地处理带有控制编码或其他符号指令规定的程序，还能将其译码，用代码化数字表示，通过信息载体输入数控装置，经运算处理后由数控装置发出各种控制信号，控制机床动作，依照图纸要求的形状和尺寸将零件自动加工出来。

数控机床能较好地把复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题给解决掉，它是一种自动化机床，具备柔性，效能高，它代表着现代机床控制技术的发展趋向，它是一种典型的机电一体化的产品。

1.1数控机床的特点：

其一，对加工对象具备很强的适应性，能够适应模具等产品单件生产的特性，进而为模具的制造供给了颇为合适的加工方法 。

（2、加工精度高，具有稳定的加工质量；

（3、可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；

加工零件出现改变之际，通常在数控程序方面只需进行更改就行，如此能够节省生产准备所需的时间，。

机床本身精度超级高，刚性特别大，就能选择极为有利的加工用量，生产率超高，一般是普通机床的3至5倍，。

（6、机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；

7、对生产管理的现代化是有益的，数控机床运用数字信息以及标准代码来处理、传递信息，采用了计算机控制办法，为计算机辅助设计、制造以及管理一体化搭建了基础，。

（8、对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高；

（9、可靠性高。

数控机床与传统机床相比，具有以下一些特点。

（1、具有高度柔性

在数控机床上对零件进行加工，这主要是由加工程序来决定的，它跟普通机床不一样，不用去制造，也不用更换好多模具、夹具，并且不需要常常重新对机床进行调整。所以，数控机床适用于那种所加工的零件会频繁更换的情形，也就是适合单件生产，适合小批量产品的生产以及新产品的开发，进而缩短了生产准备的周期，节省了大量工艺装备方面的费用。

（2、加工精度高

数控机床按数字信号形式控制，数控装置每输出一脉冲信号，机床移动部件就移动一个脉冲当量，一般为0.001MM，其加工精度通常能达到0.05—0.1MM，机床进给传动链的反向间隙与丝杆螺距平均误差可被数控装置进行曲补偿，相应地，数控机床定位精度比较高。

（3、加工质量稳定、可靠

对于同一批零件进行加工，是在同一台机床上，处于相同的加工条件之下，运用相同的刀具以及加工程序，刀具所呈现的走刀轨迹全然相同，零件具备良好的一致性，质量保持稳定状态。

（4、生产率高

五轴联动加工中心

数控机床能够有效地削减零件的加工时间以及辅助时间，其主轴声速与进给量的范围宽广，准许机床开展大切削量的强力切削，此时数控机床正步入高速加工时代，其具移动部件的迅疾移动、定位以及高速切削加工，显著地提升了生产率，此外，同加工中心的刀库共同运用，能够达成在一台机床上施行多道工序的连贯加工，缩减了半成品的工序间周转时间，进而提高了生产率 。

（5、改善劳动条件

数控机床在加工之前，要先经过调整，之后输入程序并启动，如此机床便会实现自动连续地开展加工，一直到加工完毕。而操作者所要进行的劳作仅仅是程序的输入、编辑，零件的装卸，刀具的准备，加工状态的观测以及零件的检验等岗位任务，劳动强度大幅降低，机床操作者的劳动不断趋向于智力型工作。此外，机床通常是组合在一起的，既具备清洁的特性，进而保障安全 。

（6、利用生产管理现代化

数控机床进行加工时，能够预先对加工时间作出精确估计，对于所使用的刀具以及夹具，可以开展规范化、现代化管理，容易实现加工信息的标准化，并且已经与计算机辅助设计和制造，也就是CAD/CAM，有机地结合到了一起，它属于现代化集成制造技术的基础。

1.2基本组成

一种名为数控机床的设备中，其基本组成涵盖了加工程序载体成分，还有数控装置成分，亦包含伺服驱动装置成分，以及机床主体成分，另外还有其他辅助装置成分。接下来的情况是，分别针对各组成部分的基本作原理，展开概要说明这一行为 。

数控机床开展工作之际，并非需要工人径直去操控机床，若要对数控机床予以控制，那就必定得编制加工程序才行，在零件加工程序当中，涵盖着机床上刀具与工件的相对运动轨迹，还有工艺参数（诸如进给量、主轴转速等等）以及辅助运动诸如此类的内容，把零件加工程序按照一定的格式以及代码，存储于一种程序载体之上，像穿孔纸带、盒式磁带、软磁盘之类的，借助数控机床的输入装置，把程序信息输入至CNC单元。

数控装置

数控机床的核心是数控装置，现代数控装置都采用CNC（trol）形式，这种形式的CNC装置通常运用多个微处理器，借助程序化的软件形式达成数控功能，故而又被称作软件数控（），CNC系统属于一种位置控制系统，它依据输入数据插补出理想的运动轨迹，接着输出到执行部件加工出所需的零件，所以数控装置主要由输入、处理以及输出三个基本部分组成，并且所有这些工作借助计算机的系统程序进行合理组织，以便整个系统协调地开展工作。

输入装置，其作用是把数控指令给予数控装置，因程序载体各异，所以也就存在不同的输入装置，主要包含键盘输入、磁盘输入、以 CAD/CAM 系统直接通信方式进行输入以及连接上级计算机的 DNC（直接数控）输入，并且当前仍有不少系统保留着光电阅读机的纸带输入形式。

（1）存在一种纸带输入方式，通过使用纸带光电阅读机能够读入零件程序，进而直接对机床运动实施控制，或者也能够把纸带内容读入到存储器之中，按照存储器里储存的零件程序来控制机床运动。

存在一种MDI手动数据输入方式，在此方式下，操作者能够借助操作面板上所设置的键盘，来实现加工程序指令的输入，而这种方式适用于那些相对比较短的程序，。

处于控制装置编辑状态即EDIT状态时，借助软件来输入加工程序，接着将其存入控制装置的存储器里，此输入方法能够重复运用程序。通常情况下，手工编程都是采用这种方法。

数控装置具备会话编程功能，凭借此在该装置之上，依据显示器那里提示的那些问题，去挑选不一样的菜单选项，采用人机对话的这种方式，录入相关的尺寸数字之后，便能够自动生成加工程序。

采用DNC直接数控输入方式，将零件程序保存于上级计算机里，CNC系统在进行加工之际，一边接收来自计算机的后续程序段，这种DNC方式多用于采用CAD/CAM软件设计而成的复杂工件且直接生成零件程序的情形后。

2）信息处理情况如下：输入装置会把加工信息传递给CNC单元，这一信息继而会被编译成计算机能够识别的信息，接着，由信息处理部分依据控制程序的规定，逐步先进行存储，之后再开展处理，待处理完成后，通过输出单元发出位置以及速度指令给伺服系统和主运动控制部分。CNC系统的输入数据构成包含：零件的轮廓信息，像起点、终点、直线、圆弧等等，还有加工速度以及其他辅助加工信息，诸如换刀、变速、冷却液开关等等，数据处理的目的在于要达成插补运算之前的准备工作 。数据处理程序之中，还涵盖着刀具半径补偿，以及速度计算呢，并且有着辅助功能的处理等等 。

输出装置，它与伺服机构相联，根据控制器的命令，接受运算器的输出脉冲，将其送到各坐标的伺服控制系统，经过功率放大后，驱动伺服系统，进而控制机床按规定要求运动。

伺服与测量反馈系统

数控机床的重要构成部分包含伺服系统，其用于达成数控机床的进给伺服控制以及主轴伺服控制，伺服系统的功能是接收源自数控装置的指令信息，经过功率放大后，接下来进行整形处理，随后变换成机床执行部件的直线位移或者角位移运动 。因为伺服系统处于数控机床的最后环节，其性能会直接对数控机床的精度、速度等技术指标产生影响，所以，针对数控机床的伺服驱动装置，需要具备良好的快速反应性能，能够准确且灵敏地去跟踪数控装置发出的数字指令信号，并且还能忠诚地执行来自数控装置的指令，以此提高系统的动态跟随特性以及静态跟踪精度。

伺服系统涵盖两大部分，一部分是驱动装置，另一部分是执行机构。主轴驱动单元、进给驱动单元以及主轴伺服电动机、进给伺服电动机共同构成驱动装置。常用的驱动装置包含步进电动机，还包含直流伺服电动机，也包含交流伺服电动机。

把数控机床各坐标轴的实际位移值检测出来的量度元件，经反馈系统输入到机床的数控装置里，数控装置针对反馈回来的实际位移值跟指令值来对比，再向伺服系统输出达到设定值必须的位移量指令 。

机床主体

数控机床的主体是机床主机，它涵盖床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台、主轴箱、进给机构、刀架以及自动换刀装置等一系列机械部件。它是在数控机床上能够完成各种切削加工的机械部分，并且相较于传统机床，数控机床主体具备如下结构特点， ？（原句最后标点使用不当，这里做了适当调整并保留疑问，因为原文最后表述不完整）。

1）采用一种机床的新结构，这种结构兼具着高刚度、高抗震性以及较小热变形的特性。常常通过提升结构系统的静刚度，再者增加阻尼，然后调整结构件质量以及固有频率等方式方法，以此来抬升机床主机的刚度与抗震性，从而让机床主体能够契合数控机床连续自动开展切削加工的需求。采取改进机床结构布局，接着减少发热，随后控制温升并且采用热位移补偿等举措，能够削减热变形对于机床主机所产生的影响。

二）高性能的主轴伺服驱动装置被广泛采用，高性能的进给伺服驱动装置也被广泛采用，这使得数控机床的传动链缩短，进而使机床机械传动系统的结构得到简化。

3）采用传动效率高的传动装置，采用精度高的传动装置，采用无间隙的传动装置，采用运动部件，像滚珠丝杠螺母副，像塑料滑动导轨，像直线滚动导轨，像静压导轨等 。

数控机床辅助装置

辅助装置属于保证充分发挥数控机床功能所必需的配套装置类别，常用的辅助装置含有：气动装置以及液压装置，还有排屑装置，另外有冷却装置与润滑装置，同时包括回转工作台和数控分度头，最后涵盖防护装置以及照明一系列辅助装置。

1.3原理

计算机是在数控装置内的，它会对那些被通过输入装置，采取数字和字符编码方式记录下来的信息，做一系列的处理。之后呢，会借助伺服系统以及可编程序控制器，向机床主轴以及进给等执行机构，发送相关指令。机床主体依照这些指令，进而完成工件的加工。

下图1-1数控车床工作原理图。

1.4技术应用

数控机床是具程序控制系统的自动化机床，能依编好程序让机床动作并加工零件，它综合机械、自动化、计算机、测量、微电子等最新技术，还使用多种传感器，数控机床上应用的传感器有光电编码器、直线光栅，接近开关、温度传感器，霍尔传感器、电流传感器，电压传感器、压力传感器，液位传感器、旋转变压器，感应同步器、速度传感器等，这些传感器主要用于检测位置、直线位移和角位移、速度、压力、温度等。

1、数控机床对传感器的要求

1）可靠性高和抗干扰性强；

2）满足精度和速度的要求；

3）使用维护方便，适合机床运行环境；

4）成本低。

对于不同种类的数控机床而言，它们对传感器的要求并非完全一样，通常情况下，大型机床所要求的是速度响应具备较高水平，而中型以及高精度数控机床，则是以要求精度作为主要方面。

2、感应同步器的应用

感应同步器是借助两个平面形绕组，互感会因位置各异而产生变化的原理制造而成的器件。它具备这般功能，能把角度或者直线位移，转变成感应电动势的相位或者幅值，进而可用于测量直线位移或者转角位移。按照其结构来划分，能够分成直线式与旋转式这两种类型。直线式感应同步器由两个部分聚合而成，一部分是定尺，另一部分是滑尺。定尺被安装在机床的床身上头，滑尺则安装在移动部件之上，会跟着工作台一起进行移动。旋转式感应同步器，定子是那种固定不动的圆盘，转子是处于转动状态的圆盘 。具有较高精度与分辨力，抗干扰能力强，使用寿命长，维护简单，能进行长距离位移测量，工艺性好，成本较低等优点的感应同步器。被广泛用于机床和仪器转台以及各种回转伺服控制系统中的旋转式感应同步器。

第二章数控车床

图3-数控车床

2.1性能参数

2.2结构特点

这一系列的车床，采用的是卧式的平床身，其上的导轨经过了淬火处理，床鞍上面贴有TSF导轨板，其运动起来十分灵活，精度保持稳定。

机床机械部分重要零件均经过强化处理，刚性好。

主电机采用变频电机配合液压自动换挡实现自动换挡无级调速。

刀架采用端齿盘精定位，重复定位精度高，刚性好。

进给系统由伺服电机带动滚珠丝杆，传动精度高。

刀床采用机、电、液一体化的整体布局，线条流畅。

机床采用模块化设计，用户可根据需要选择不同的配置。

用户可选择的控制系统产品，有来自日本FANUC的，有来自SMTCL-NC100的，还有来自德国等世界著名公司的 。

刀架有立式四工位、立式六工位、卧式六工位等多种形式。

机床防护有半封闭防护、封闭防护两种形式。

2.3注意事项

1、数控机床的使用环境，是这样的情况：对于数控机床而言，最好把它放置在具备恒温条件的环境当中，并且要让它远离那种震动幅度比较大的设备，比如说冲床，同时还要远离存在电磁干扰的设备 。

2、电源要求；

3、数控机床应当具备操作规程，要进行定期的维护，要进行定期的保养，出现故障时要注意记录，出现故障时要注意保护现场等；。

4、数控机床不适合长时间进行封存，长时间封存的话，会致使储存系统出现故障，进而造成数据丢失 。

5、注意培训和配备操作人员、维修人员及编程人员

2.4维护章程

数控系统的维护

1、严格遵守操作规程和日常维护制度

2、要防止灰尘进入数控装置内，因为漂浮着的灰尘以及金属粉末，很容易致使元器件间绝 缘电阻下降，进而出现故障，甚至会损坏元器件。

3、定时清扫数控柜的散热通风系统

4、要常常对数控系统的电网电压予以监视，电网电压的范围处于额定值的85%至110%这个区间内。

5、定期更换存储器用电池

6、数控系统在长期处于不用状态时的维护要点：要做到经常让数控系统进行通电操作，或者促使数控机床去运行温机程序 。

7、备用电路板的维护机械部件的维护

机械部件的维护

1、刀库及换刀机械手的维护

1）以手动的形式往刀库之上装刀之际，得要确保装能达到位置，查看刀座上面的锁紧是不是可靠 。

2）绝对禁止将超重的刀具装入刀库，同时也严禁把超长的刀具放入刀库，以此来防止在进行机械手换刀操作时出现掉刀的情况，以及避免刀具与工件、夹具等之间发生碰撞，。

3）若采用顺序选刀方式，那么就得注意刀具放置在刀库上的顺序是不是正确的。对于其他选刀方式而言，同样也要注意所换刀具号跟所需刀具是不是一致的，以此来防止因为换错刀具而致使事故发生 。

4）注意保持刀具刀柄和刀套的清洁；

要经常去检查刀库的回零位置是不是正确的，要查看机床主轴回换刀点位置有没有到位，并且要及时进行调整，不然没法完成换刀动作；。

6）在开机这个时候，要一开始使得刀库是处于空运行的状态，再者要让机械手也是空运行。接着要去检查各个部分它的工作是不是还算正常，尤其是各个行程开关以及电磁阀是不是能够正常地做出动作 ？

2、滚珠丝杠副的维护

每隔一定时间进行检查，对丝杠螺母副的轴向间隙加以调整，以此确保反向传动精度以及轴向刚度。，。

2）要定期去进行检查，查看丝杠支撑跟床身的连接，是不是存在松动的情况，并且还要检查支撑轴承有没有损坏。要是出现了上面所说的这些问题，那就需要及时去紧固有所松动的部位，还要更换支撑轴承；。

对于采用润滑脂的滚珠丝杠，每半年要对丝杠的旧油脂进行清洗一次，之后更换新油脂，用润滑油润滑的滚珠丝杠，每天在机床工作之前都需要加价一次。

4）留意防止硬质的灰尘,或者切屑进入丝杠防护罩,并且在工作进程中避免碰击防护罩,一旦防护装置出现损坏,就要及时进行更换。

2.5故障检修

于是，在数控机床里头，大部分故障呢，是有资料可供查询的，然而，也存在一些故障，其提供的报警资讯比较含混不清，甚至压根就没有任何报警，又或者这些故障出现的周期比较长，毫无章法可循，时不时冒出来还不固定，这就给查找以及分析造成不少阻碍。针对这类机床故障，就得依据实际情形展开剖析，还得秉持耐心 。