数控机床应用与维护2008-10-05 08:52
科学技术的发展，对机械产品提出了高精度、高复杂性的要求，而且产品的更新换代也在加快，这对机床设备不仅提出了精度和效率的要求，而且也对其提出了通用性和灵活性的要求。数控机床就是针对这种要求而产生的一种新型自动化机床。数控机床集微电子技术、计算机技术、自动控制技术及伺服驱动技术、精密机械技术于一体，是高度机电一体化的典型产品。它本身又是机电一体化的重要组成部分，是现代机床技术水平的重要标志。数控机床体现了当前世界机床技术进步的主流，是衡量机械制造工艺水平的重要指标，在柔性生产和计算机集成制造等先进制造技术中起着重要的基础核心作用。因此，如何更好的使用数控机床是一个很重要的问题。由于数控机床是一种价格昂贵的精密设备，因此，其维护更是不容忽视。
一、数控机床
1. 数控加工的概念
数控机床的工作原理就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、工件的松开与夹紧、进刀与退刀、开车与停车、自动关停冷却液）和步骤以及工件的形状尺寸用数字化的代码表示，通过控制介质（如穿孔纸带或磁盘等）将数字信息送入数控装置，数控装置对输入的信息进行处理与运算，发出各种控制信号，控制机床的伺服系统或其他驱动元件，使机床自动加工出所需要的工件。所以，数控加工的关键是加工数据和工艺参数的获取，即数控编程。数控加工一般包括以下几个内容：
(1)对图纸进行分析，确定需要数控加工的部分；
(2)利用图形软件（如CAXA制造工程师）对需要数控加工的部分造型；
(3)根据加工条件，选择合适的加工参数，生成加工轨迹（包括粗加工、半精加工、精加工轨迹）；
(4)轨迹的仿真检验；
(5)生成G代码；
(6)传给机床加工。
2. 数控机床的特点
(1)具有高度柔性
在数控机床上加工零件，主要取决于加工程序，它与普通机床不同，不必制造、更换许多工具、夹具，不需要经常调整机床。因此，数控机床适用于零件频繁更换的场合。也就是适合单件、小批生产及新产品的开发，缩短了生产准备周期，节省了大量工艺设备的费用。
(2)加工精度高
数控机床的加工精度，一般可达到0.005～0.1mm，数控机床是按数字信号形式控制的，数控装置每输出一个脉冲信号，则机床移动部件移动一个脉冲当量（一般为0.001mm），而且机床进给传动链的反向间隙与丝杠螺距平均误差可由数控装置进行补偿，因此，数控机床定位精度比较高。
(3)加工质量稳定、可靠
加工同一批零件，在同一机床，在相同加工条件下，使用相同刀具和加工程序，刀具的走刀轨迹完全相同，零件的一致性好，质量稳定。
(4)生产率高
数控机床可有效地减少零件的加工时间和辅助时间，数控机床的主轴转速和进给量的范围大，允许机床进行大切削量的强力切削，数控机床目前正进入高速加工时代，数控机床移动部件的快速移动和定位及高速切削加工，减少了半成品的工序间周转时间，提高了生产效率。
(5)改善劳动条件
数控机床加工前经调整好后，输入程序并启动，机床就能自动连续的进行加工，直至加工结束。操作者主要是程序的输入、编辑、装卸零件、刀具准备、加工状态的观测，零件的检验等工作，劳动强度极大降低，机床操作者的劳动趋于智力型工作。另外，机床一般是封闭式加工，即清洁，又安全。
(6)利于生产管理现代化
数控机床的加工，可预先精确估计加工时间，所使用的刀具、夹具可进行规范化、现代化管理。数控机床使用数字信号与标准代码为控制信息，易于实现加工信息的标准化，目前已与计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）有机地结合起来，是现代集成制造技术的基础。
3. 数控机床使用中应注意的事项
使用数控机床之前，应仔细阅读机床使用说明书以及其他有关资料，以便正确操作使用机床，并注意以下几点：
(1)机床操作、维修人员必须是掌握相应机床专业知识的专业人员或经过技术培训的人员，且必须按安全操作规程及安全操作规定操作机床；
(2)非专业人员不得打开电柜门，打开电柜门前必须确认已经关掉了机床总电源开关。只有专业维修人员才允许打开电柜门，进行通电检修；
(3)除一些供用户使用并可以改动的参数外，其它系统参数、主轴参数、伺服参数等，用户不能私自修改，否则将给操作者带来设备、工件、人身等伤害；
(4)修改参数后，进行第一次加工时，机床在不装刀具和工件的情况下用机床锁住、单程序段等方式进行试运行，确认机床正常后再使用机床；
(5)机床的PLC程序是机床制造商按机床需要设计的，不需要修改。不正确的修改，操作机床可能造成机床的损坏，甚至伤害操作者；
(6)机床全部连接器、接头等，不允许带电拔、插操作，否则将引起严重的后果。
二、数控机床的维护
数控系统是数控机床的核心部件，因此，数控机床的维护主要是数控系统的维护。数控系统经过一段较长时间的使用，电子元器件性能要老化甚至损坏，有些机械部件更是如此，为了尽量地延长元器件的寿命和零部件的磨损周期，防止各种故障，特别是恶性事故的发生，就必须对数控系统进行日常的维护。概括起来，要注意以下几个方面。
1. 制订数控系统日常维护的规章制度
根据各种部件特点，确定各自保养条例。如明文规定哪些地方需要天天清理（如CNC系统的输入／输出单元——光电阅读机的清洁，检查机械结构部分是否润滑良好等），哪些部件要定期检查或更换（如直流伺服电动机电刷和换向器应每月检查一次）。
2. 应尽量少开数控柜和强电柜的门
因为在机加工车间的空气中一般都含有油雾、灰尘甚至金属粉末。一旦它们落在数控系统内的印制线路或电器件上，容易引起元器件间绝缘电阻下降，甚至导致元器件及印制线路的损坏。有的用户在夏天为了使数控系统超负荷长期工作，打开数控柜的门来散热，这是种绝不可取的方法，最终会导致数控系统的加速损坏。正确的方法是降低数控系统的外部环境温度。因此，应该有一种严格的规定，除非进行必要的调整和维修，不允许随便开启柜门，更不允许在使用时敞开柜门。
3. 定时清扫数控柜的散热通风系统
应每天检查数控系统柜上各个冷却风扇工作是否正常，应视工作环境状况，每半年或每季度检查一次风道过滤器是否有堵塞现象。如果过滤网上灰尘积聚过多，需及时清理，否则将会引起数控系统柜内温度高（一般不允许超过55℃），造成过热报警或数控系统工作不可靠。
4. 经常监视数控系统用的电网电压
一般的数控系统，允许电网电压在额定值的85%～110%的范围内波动。如果超出此范围，就会造成系统不能正常工作，甚至会引起数控系统内部电子部件损坏。
5. 数控系统长期不用时的维护
为提高数控系统的利用率和减少数控系统的故障，数控机床应满负荷使用，而不要长期闲置不用，由于某种原因，造成数控系统长期闲置不用时，为了避免数控系统损坏，需注意以下一点：
要经常给数控系统通电，特别是在环境湿度较大的梅雨季节更应如此，在机床锁住不动的情况下（即伺服电动机不转时），让数控系统空运行。利用电器元件本身的发热来驱散数控系统内的潮气，保证电子器件性能稳定可靠，实践证明，在空气湿度较大的地区，经常通电是降低故障率的一个有效措施。
我国数控机床的现状及发展趋势
摘要:论述我国数控机床发展的过程与现状，对数控机床的发展趋势进行了探讨，提出了
我国数拉机床发展的对策。
关键词:数控机床;发展加工
数控机床是数字控制的工作母机的总称，由主机、数控
系统和相关配套件组成。其最大优点是提高了机床的自动
化。从而减少甚至消除了操作人员对正在加工中的零件的
干扰。许多数控机床可以在没人照顾的情况下完成整个加
工过程，这样既节省了人力资源又同时带来了诸如减轻操
作人员的疲劳度，减少人为错误以及准确的对每个加工件
的加工时间进行预侧等优点。因为数控机床在运行的过程
中是由程序控制的，所以数控机床对其操作人员的技术水
平的要求也相对要低得多。第二大优点是其加工的一致性
和精确性。因为一且控制机床的程序得到验证以后，成千
上万个-模一样的加工件就可以被准确无误地加工出来。
所以由数控机床生产出来的加工件规格都特别精确。第三
大优点是其灵活性。要加工不同的加工件，只要通过简单
的加载不同的控制程序就可以实现，只要某个加工件的控
制程序被脸证过，而且被用来加工过该加工件，那么下次要
再加工此加工件时，只要再把该控制程序加载就行了，这样
带来的另一个好处是数控机床可以很快的从加工一个加工
件转到加工另外一个加工件。
我国数据机床历史回顾
我国数控机床产业的发展一直受到国家经济状况、数
控技术发展水平与国家扶持政策的制定等三大因素的影
响，自1958年以来，中国数控机床的发展划分为三个阶段:
l、初始阶段。中国的数控机床发展起步于1958年，经历了
20余年的初始阶段。到1979年，中国的数控机床发展仍
十分缓慢，特别是受到电子技术发展的限制，国产数控系统
的可靠性差，使中国的数控机床在20年内难于打开局面，
未能形成产业。2、稳步发展阶段一引进、消化吸收、国产化
与自行开发阶段。自从1980年以来，中国执行了‘六五”、
‘
七五”、‘，/又丑，三个五年计划。在这个期间，在改革开发的
政策指导下，国家大力支持机床行业，通过引进技术发展数
控机床产业。自‘六五”以来，中国有80余家企业通过许可
证贸易、合作生产、购进样机、来料加工或合资生产等方式，
先后从日本、西德、美国等10多个国家引进与数控机床生
产及应用有关的技术，其中引进数控系统和伺服系统20项、
数控机床109项、机床电器18项、机床附件U项、数控刀具
系统巧项、测量技术10项，总用汇额已超过亿美元。3.
曲折发展阶段。1994年至1998年由于东南亚金融危机，
我国经济软着陆及国内消费市场疲软等综合因素的影
响，事实上，国内机床市场容量呈下降趋势，而且国产机
床的市场占有早有所下降，机床工具行业连续五年负增
长。1999年3月份，全行业开始恢复性增长，1999年至
6月份开始出现两位数增长，其中数控产品增长占主导地
位.到2000年一年全行业总产值将已经到320亿元，其
中金属切削机床产值达到120亿元，数控金属切削机床
产值达到20亿元，出口刨汇达7亿美元。2001年比2000
年销舍产值增长2o%，全行业的金属切削机床和锻压设
备重点联系企业的产值数控化率从2000年的21.1%提
高到2001年的26.2%。
2.数据机床发展方向
由于计算机技术的飞速发展，推动数控机床技术更快
的更新换代‘世界上许多数控系统生产厂家利用PC机丰富
的软硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统，开
放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、
扩展性，并向智能化、网络化方向大大发。近几年许多国家
纷纷研究开发这种系统，如美国科学制造中心(NeMs)与空
军共同领导的‘下一代工作站/机床控制器体系结构”
ONGC。欧共体的/自动化系统中开放式体系结构00SAC-
A，日本的OSEC计划等。开发研究成果已得到应用。如
Cincinnati一Mn二ron公司从1995年开始在其生产的加工中
心、数控铣床、数控车床等产品中采用了开放式体系结构的
A2100系统。新一代数控系统技术水平大大提高，促进了
数控机床性能向高精度、高速度、高柔性化方向发展，具体
说来表现为以下几个方面:
2.1离速、离效、高精度、商可靠性
机床向高速化方向发展，可充分发挥现代刀具材料的
性能。不但可大幅度提高加工效率!降低加工成本，而且还
可提高零件的表面加工质量和精度;要提高加工效率。首
先必须提高切削和进给速度，同时，还要缩短加工时间;要
确保加工质量，必须提高机床部件运动轨迹的精度.对数控
系统的可靠性而言，一般要高于被控设备的可靠性在一个
数量级以上，它是高速、高效、高精度的基本保证。但也不
是可靠性.越高越好，仍然是适度可靠，因为是商品，受性能
价格比的约束。
2‘2模块化、钾能化、柔性化和集成化
为了适应数控机床多品种、小批量的特点。机床结构
模块化，数控功能专门化，机床性价比显著提高并加快优
化，个性化是近几年来特别明显的发展趋势;智能化体现在
加工效率、加工质量、驱动性能、编程与操作、监控、诊断与
维修等。
2.3开放性
为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、小批
量、柔性化及数控迅速发展的要求，最重要的发展趋势是体
系结构的开放性，设计生产开放式的数控系统，例如美国!
欧共体及日本发展开放式数控的计划等。
当前。国产数控4机床与工业国家的机床产品相比，
有一定差距。但差距所在，便是其努力方向及发展动力所
在。这也将促使我们在学习掌握和运用高速、高精数控机
床的核心技术的同时。积极开发新的现代制造技术。使国
产数控机床得到更大发展。从而相应进一步加大对出口市
场的开拓力度。
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