数控技术及应用课件.ppt

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1、数控技术及应用数控技术及应用(初定稿）初定稿）初定稿）初定稿）主讲主讲 李跃军李跃军集集美美轻轻工工业业学学校校前言前言南昌大学数控技术及应用课程数控加工技术基础 数控机床各组成部分数控车削加工技术数控铣削加工技术加工中心加工技术数控特种加工技术数控自动编程技术数控加工应用技术前前 言言我国制造业企业已开始广泛使用先进的数控技我国制造业企业已开始广泛使用先进的数控技术，但掌握数控技术的机电复合型人才奇缺，其中术，但掌握数控技术的机电复合型人才奇缺，其中仅数控机床的高级操作工就短缺仅数控机床的高级操作工就短缺60多万人。懂数控多万人。懂数控技术的模具技工的月薪由原来的技术的模具技工的月薪由原来的

2、500600元升至元升至50006000元，有的高级模具技工的年薪甚至高达元，有的高级模具技工的年薪甚至高达30万，超过了部分研究生的身价。万，超过了部分研究生的身价。但但近年来由于数控人才的需求拉动，我国各高近年来由于数控人才的需求拉动，我国各高校、高职和中职都开设了数控类专业，我们只有扎校、高职和中职都开设了数控类专业，我们只有扎实机械工艺、刀具量具等基础，突出实机械工艺、刀具量具等基础，突出加工工艺基础加工工艺基础够用与够用与CNC操作操作、程编程编与与维护维护复合的专业特色，才复合的专业特色，才能使我们轻校毕业生真正成为社会急需的数控能使我们轻校毕业生真正成为社会急需的数控“蓝领蓝领”

3、高级技工。高级技工。第一章数控加工技术基础数控设备按伺服系统的分类FANUC 系列 150i B型数控装置数控铣床及其坐标系统数控车床及其坐标系统1 开环控制数控机床开环数控系统的结构图按伺服系统的类型按伺服系统的类型分类分类2、闭环控制数控机床闭环数控系统的结构图3 半闭环控制数控机床半闭环数控系统结构图第二章 数控机床各组成部分的结构及其控制原理计算机数控系统数控机床的进给伺服系统数控机床的进给伺服系统数控机床的主轴驱动及其机械结构数控机床的主轴驱动及其机械结构可编程控制器（可编程控制器（PLC)PLC)数控机床在数控系统的控制下，自动地按给定的程序进行机械零件的加工。数控系统是由用户程序

4、、输入输出设备、计算机数字控制装置（CNC装置）、可编程控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。计算机数控系统计算机数控系统程序输入设备计算机数字控制装置（CNC装置）可编程控制器（PLC）主轴控制单元速度控制单元输出设备主轴电机进给电机位置检测器机床1.用户程序 它是零件加工程序。根据零件图纸，用手工编程或自动编程的方法编制出数控加工程序并存储在一种信息载体上。2.输入输出设备 CNC系统对数控设备进行自动控制所需的各种外部控制信息及加工数据,都是通过输入设备存入CNC装置的存储器中。输入CNC装置的有零件加工程序、控制参数、补偿数据等。输出设备主要的功能为显示、打印、输出加工程

5、序、控制参数、补偿参数等。3.CNC装置 CNC装置由硬件和软件组成。硬件主要由微处理器、存储器、位置控制、输入/输出接口、可编程控制器、图形控制、电源等模块组成。软件由管理软件和控制软件组成。管理软件系指零件加工程序的输入输出、系统的显示功能和诊断功能。控制软件则包括译码处理、刀具补偿、插补运算、位置控制和速度控制。4.可编程控制器(PLC)数控设备用可编程控制器主要完成数控设备的各种执行机构的逻辑顺序控制，即用PLC程序代替用继电器控制线路，实现数控设备的辅助功能、主轴转速功能、刀具功能的译码和控制。数控设备用PLC有内装型和独立型两种。内装型PLC从属于CNC装置，PLC硬件电路可与CN

6、C装置其它电路制作在同一块印刷板上，也可以作成独立的电路板。独立型PLC独立CNC装置，本身具有完备的硬、软件功能，可以独立完成所规定的控制任务。5.伺服系统 伺服系统包括驱动部分和执行机构两大部分。伺服系统主要指数控设备的主轴驱动和进给驱动，是CNC系统的执行部分。伺服系统的作用是把来自CNC装置的各种指令（脉冲信号），转换成数控设备移动部件的运动。在数控机床的伺服驱动机构中，常用的驱动元件有功率步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机，后二者都带有感应同步器、编码器等位置检测元件。1.正常工作前的准备工作 在接通电源后，CNC装置将对数控系统及数控机床的各组成部分的工作状态进行检查和诊断，并设

7、置初始状态。2.零件加工控制信息的输入 CNC系统具备了正常工作条件后，开始输入零件加工程序、刀具长度补偿数值、刀具半径补偿数值以及工件坐标系原点相对机床原点的坐标值。3.数控加工程序的译码和预处理 加工控制信息输入后，启动加工运行，此时CNC装置在系统控制程序的作用下，对数控程序进行预处理，即进行译码和预计算（刀补计算、坐标变换等）。CNCCNC系统的主要工作过程系统的主要工作过程4.插补计算 一个程序段的加工控制信息预处理完毕后进行插补处理。所谓“插补”就是指在一条已知起点和终点的曲线上进行数据点的密化。插补的任务就是根据进给速度的要求，在一段零件轮廓的起点和终点之间，计算出若干个中间点，

8、分别向各个坐标轴发出方向、大小和速度都确定的运动序列指令。5.位置控制 各个坐标轴的伺服系统将插补结果作为各个坐标轴位置调节器的指令值，机床上位置检测元件测得的位移作为实际位置值。位置调节器将两者进行比较，经过调节，输出相应的位置和速度控制信号，控制各轴伺服系统驱动机床坐标轴运动。通过各个坐标轴运动的合成，产生数控加工程序所要求的工件轮廓尺寸。第一节第一节插补原理插补原理一、概述一、概述在数控加工中，一般已知运动轨迹的起点坐标、终点坐标和曲线方程，如何使切削加工运动沿着预定轨迹移动呢？数控系统根据这些信息实时地计算出各个中间点的坐标，通常把这个过程称为“插补”。插补实质上是根据有限的信息完成“

9、数据点的密化”工作。加工各种形状的零件轮廓时，必须控制刀具相对工件以给定的速度沿指定的路径运动，即控制各坐标轴依某一规律协调运动，这一功能为插补功能。平面曲线的运动轨迹需要两个运动来协调；空间曲线或立体曲面则要求三个以上的坐标产生协调运动。插补工作可由硬件逻辑电路或执行软件程序来完成，在CNC系统中，插补工作一般由软件完成，软件插补结构简单、灵活易变、可靠性好。目前普遍应用的两类插补方法为基准脉冲插补和数据采样插补。（一）基准脉冲插补 基准脉冲插补又称脉冲增量插补，这类插补算法是以脉冲形式输出，每插补运算一次，最多给每一轴一个进给脉冲。把每次插补运算产生的指令脉冲输出到伺服系统，以驱动工作台运

10、动，每发出一个脉冲，工作台移动一个基本长度单位，也叫脉冲当量，脉冲当量是脉冲分配的基本单位。（二）数据采样插补 数据采样插补又称时间增量插补，这类算法插补结果输出的不是脉冲，而是标准二进制数。根据程编进给速度，把轮廓曲线按插补周期将其分割为一系列微小直线段，然后将这些微小直线段对应的位置增量数据进行输出，以控制伺服系统实现坐标轴的进给。插补计算是计算机数控系统中实时性很强的一项工作，为了提高计算速度，缩短计算时间，按以下三种结构方式进行改进。1.采用软/硬件结合的两级插补方案。2.采用多CPU的分布式处理方案。3.采用单台高性能微型计算机方案。二、基准脉冲插补二、基准脉冲插补 (一)逐点比较法

11、 加工图3-1所示圆弧AB，如果刀具在起始点A，假设让刀具先从A点沿Y方向走一步，刀具处在圆内1点。为使刀具逼近圆弧，同时又向终点移动，需沿X方向走一步，刀具到达2点，仍位于圆弧内，需再沿X方向走一步，到达圆弧外3点，然后再沿Y方向走一步，如此继续移动，走到终点。YYA31223BOXO1X图3-1圆弧插补轨迹图3-2直线插补轨迹加工图3-2所示直线OE也一样，先从O点沿X向进给一步，刀具到达直线下方的1点，为逼近直线，第二步应沿Y方向移动，到达直线上方的2点，再沿X向进给，直到终点。所谓逐点比较法，就是每走一步都要和给定轨迹比较一次，根据比较结果来决定下一步的进给方向，使刀具向减小偏差的方向

12、并趋向终点移动，刀具所走的轨迹应该和给定轨迹非常相“象”。1.插补原理一般来说，逐点比较法插补过程可按以下四个步骤进行：偏差判别：根据刀具当前位置，确定进给方向。坐标进给：使加工点向给定轨迹趋进，即向减少误 差方向移动。偏差计算：计算新加工点与给定轨迹之间的偏差，作为下一步判别依据。终点判别：判断是否到达终点，若到达，结束插补；否则，继续以上四个步骤（如图3-3所示）。圆弧插补在圆弧加工过程中，可用动点到圆心的距离来描述刀具位置与被加工圆弧之间关系。设圆弧圆心在坐标原点，已知圆弧起点A（Xa，Ya），终点B（Xb，Yb），圆弧半径为R。加工点可能在三种情况出现，即圆弧上、圆弧外、圆弧内。当动点

13、P（X，Y）位于圆弧上时有 X2Y2R2=0 P点在圆弧外侧时，则OP大于圆弧半径R，即 X2Y2R20P点在圆弧内侧时，则OP小于圆弧半径R，即 X2Y2R20一并考虑。YYAF0DSR1NR1F0F0F0BOXCOXa)顺圆弧b)逆圆弧图3-9第一象限顺、逆圆弧图3-9a中AB为第一象限顺圆弧SR1，若F0时，动点在圆弧上或圆弧外，向Y向进给，计算出新点的偏差；若F0，表明动点在圆内，向X向进给，计算出新一点的偏差，如此走一步，算一步，直至终点。由于偏差计算公式中有平方值计算，下面采用递推公式给予简化，对第一象限顺圆，Fi0，动点Pi(Xi，Yi)应向Y向进给，新的动点坐标为(Xi1,Yi

14、1)，且Xi1Xi，Yi1Yi1，则新点的偏差值为即(3-6)若Fi0时，沿X向前进一步，到达（Xi1，Yi）点，新点的偏差值为(3-7)即进给后新点的偏差计算公式除与前一点偏差值有关外，还与动点坐标有关，动点坐标值随着插补的进行是变化的，所以在圆弧插补的同时，还必须修正新的动点坐标。圆弧插补终点判别：将X、Y轴走的步数总和存入一个计数器，XbXaYbYa，每走一步减一，当0发出停止信号。例3-2现欲加工第一象限顺圆弧AB，如图3-11所示，起点A（0，4），终点B（4，0），试用逐点比较法进行插补。图3-11圆弧插补实例四个象限中圆弧插补参照图3-9b，第一象限逆圆弧CD的运动趋势是X轴绝对

15、值减少，Y轴绝对值增大，当动点在圆弧上或圆弧外，即Fi0时，X轴沿负向进给，新动点的偏差函数为(3-8)Fi0时，Y轴沿正向进给，新动点的偏差函数为(3-9)圆弧过象限，即圆弧的起点和终点不在同一象限内。若坐标采用绝对值进行插补运算，应先进行过象限判断，当X0或Y0时过象限。如图3-13所示，需将圆弧AC分成两段圆弧AB和BC，到X0时，进行处理，对应调用顺圆2和顺圆1的插补程序。若用带符号的坐标值进行插补计算，在插补的同时，比较动点坐标和终点坐标的代数值，若两者相等，插补结束，其计算过程见表3-3。表3-3圆弧插补计算过程 对位置检测装置的要求常用的位置检测装置数控机床的位置检测装置数控机床

16、的位置检测装置位置检测装置是数控机床的重要组成部分。在闭环、半闭环控制系统中，它的主要作用是检测位移和速度，并发出反馈信号，构成闭环或半闭环控制。数控机床对位置检测装置的要求如下：（1）工作可靠，抗干扰能力强；工作可靠，抗干扰能力强；（2）满足精度和速度的要求；满足精度和速度的要求；（3）易于安装，维护方便，适应机床工作环境；易于安装，维护方便，适应机床工作环境；（4）成本低。成本低。2.5.12.5.1对位置检测装置的要求对位置检测装置的要求2.5.22.5.2常用的检测装置常用的检测装置位置检测装置按工作条件和测量要求不同，有下面几种分类方法：（一）直接测量和间接测量1.直接测量直接测量是

17、将直线型检测装置安装在移动部件上，用来直接测量工作台的直线位移，作为全闭环伺服系统的位置反馈信号，而构成位置闭环控制。其优点是准确性高、可靠性好，缺点是测量装置要和工作台行程等长，所以在大型数控机床上受到一定限制。2.间接测量它是将旋转型检测装置安装在驱动电机轴或滚珠丝杠上，通过检测转动件的角位移来间接测量机床工作台的直线位移，作为半闭环伺服系统的位置反馈用。优点是测量方便、无长度限制。缺点是测量信号中增加了由回转运动转变为直线运动的传动链误差，从而影响了测量精度。（二）数字式测量和模拟式测量1.数字式测量它是将被测的量以数字形式来表示，测量信号一般为脉冲，可以直接把它送到数控装置进行比较、处

18、理。信号抗干扰能力强、处理简单2.模拟量测量它是将被测的量用连续变量来表示，如电压变化、相位变化等。它对信号处理的方法相对来说比较复杂。（三）增量式测量和绝对式测量1.增量式测量在轮廓控制数控机床上多采用这种测量方式，增量式测量只测相对位移量，如测量单位为0.001mm，则每移动0.001mm就发出一个脉冲信号，其优点是测量装置较简单，任何一个对中点都可以作为测量的起点，而移距是由测量信号计数累加所得，但一旦计数有误，以后测量所得结果完全错误。2.绝对式测量绝对式测量装置对于被测量的任意一点位置均由固定的零点标起，每一个被测点都有一个相应的测量值。测量装置的结构较增量式复杂，如编码盘中，对应于

19、码盘的每一个角度位置便有一组二进制位数。显然，分辨精度要求愈高，量程愈大，则所要求的二进制位数也愈多，结构就愈复杂。旋转变压器旋转变压器一、结构与工作原理一、结构与工作原理旋转变压器是一种角位移测量装置，由定子和转子组成。旋转变压器的工作原理与普通变压器基本相似，其中定子绕组作为变压器的一次侧，接受励磁电压。转子绕组作为变压器的二次侧，通过电磁耦合得到感应电压，只是其输出电压大小与转子位置有关。旋转变压器通过测量电动机或被测轴的转角来间接测量工作台的位移。旋转变压器分为单极和多极形式，先分析一下单极工作情况。如图所示，单极型旋转变压器的定子和转子各有一对磁极，假设加到定子绕组励磁电压，当转子绕

20、组的磁轴自垂直位置转过一定角度时，转子绕组中产生的感应电压为式中K变压比（即绕组匝数比）；Vm励磁信号的幅值；励磁信号角频率；旋转变压器转角。当转子转过900，两磁轴平行，此时转子绕组中感应电压最大，即qwqcossinsin12tKVKVVm=图旋转变压器工作原理cosq实际使用时通常采用多极形式，如正余弦旋转变压器，其定子和转子均由两个匝数相等，轴线相互垂直的绕组构成，如图所示。一个转子绕组接高阻抗作为补偿，另一个转子绕组作为输出，应用叠加原理，其磁通为转子输出电压则为Vs定子cVcscccosssin转子s图正余弦旋转变压器工作原理二、应用旋转变压器作为位置检测装置，有两种典型工作方式，

21、鉴相式和鉴幅式。鉴相式是根据感应输出电压的相位来检测位移量；鉴幅式是根据感应输出电压的幅值来检测位移量。1.鉴相工作方式 给定子两绕组分别通以幅值相同、频率相同、相位差900的交流励磁电压，即 这两个励磁电压在转子绕组中都产生了感应电压，如图5-2所示，根据线性叠加原理，转子中的感应电压应为这两个电压的代数和：由式可见，转子输出电压的相位角和转子的偏转角之间有严格的对应关系，这样，只要检测出转子输出电压的相位角，就可知道转子的转角。由于旋转变压器的转子和被测轴连接在一起，所以，被测轴的角位移就知道了。2.鉴幅工作方式给定子的两个绕组分别通以频率相同、相位相同、幅值分别按正弦和余弦变化的交流激磁

22、电压，即则转子上的叠加电压为由式可见，转子感应电压的幅值随转子的偏转角而变化，测量出幅值即可求得转角。如果将旋转变压器装在数控机床的滚珠丝杠上，当角从00到3600时，丝杠上的螺母带动工作台移动了一个导程，间接测量了执行部件的直线位移。测量所走过的行程时，可加一个计数器，累计所转的转数，折算成位移总长度。感应同步器感应同步器一、结构与工作原理一、结构与工作原理感应同步器和旋转变压器均为电磁式检测装置，属模拟式测量，二者工作原理相同，其输出电压随被测直线位移或角位移而改变。感应同步器按其结构特点一般分为直线式和旋转式两种：直线式感应同步器由定尺和滑尺组成，用于直线位移测量。旋转式感应同步器由转子

23、和定子组成，用于角位移测量。以直线式感应同步器为例，介绍其结构和工作原理。直线感应同步器相当于一个展开的多极旋转变压器，其结构如图所示，定尺和滑尺的基板采用与机床热膨胀系数相近的钢板制成，钢板上用绝缘粘结剂贴有铜箔，并利用腐蚀的办法做成图示的印刷绕组。长尺叫定尺，安装在机床床身上，短尺为滑尺，安装于移动部件上，两者平行放置，保持0.250.05mm间隙。感应同步器两个单元绕组之间的距离为节距，滑尺和定尺的节距均为，这是衡量感应同步器精度的主要参数。标准感应同步器定尺长250mm，滑尺长100mm，节距为2mm。定尺上是单向、均匀、连续的感应绕组，滑尺有两组绕组，一组为正弦绕组，另一为余弦绕组。

24、当正弦绕组与定尺绕组对齐时，余弦绕组与定尺绕组相差1/4节距。直线感应同步器结构直线感应同步器结构V2定尺滑尺正弦绕组VsVc余弦绕组当滑尺任意一绕组加交流激磁电压时，由于电磁感应作用，在定尺绕组中必然产生感应电压，该感应电压取决于滑尺和定尺的相对位置。当只给滑尺上正弦绕组加励磁电压时，定尺感应电压与定、滑尺的相对位置关系如图所示。如果滑尺处于A位置，即滑尺绕组与定尺绕组完全对应重合，定尺绕组线圈中穿入的磁通最多，则定尺上的感应电压最大。随着滑尺相对定尺做平行移动，穿入定尺的磁通逐渐减少，感应电压逐渐减小。当滑尺移到图中B点位置，与定尺绕组刚好错开1/4节距时，感应电压为零。再移动至1/2节距

25、处，即图中C点位置时，定尺线圈中穿出的磁通最多，感应电压最大，但极性相反。再移至3/4节距，即图中D点位置时，感应电压又变为零，当移动一个节距位置如图中E点，又恢复到初始状态，与A点相同。显然，在定尺移动一个节距的过程中，感应电压近似于余弦函数变化了一个周期，如图中ABCDE。感应电压的幅值变化规律就是一个周期性的余弦曲线。在一个周期内，感应电压的某一幅值对应两个位移点，如图中M、N两点。为确定唯一位移，在滑尺上与正弦绕组错开1/4节距处，配置了余弦绕组。同样，若在滑尺的余弦绕组中通以交流励磁电压，也能得出定尺绕组感应电压与两尺相对位移的关系曲线，它们之间为正弦函数关系(图中OP)。若滑尺上的

26、正、余弦绕组同时励磁，就可以分辨出感应电压值所对应的唯一确定的位移。二、应用二、应用 感应同步器作为位置测量装置安装在数控机床上，它也有两种工作方式，鉴相式和鉴幅式。滑尺定尺机床VsVc+x-x图感应同步器鉴相测量系统框图放大滤波基准信号发生器脉 冲 调 相器鉴相器放大器激磁供电线路伺服电机速度控制单元比较器数模转换放大环节速度单元工作台测量及信号处理电路伺服电机图鉴幅式伺服系统原理框图光栅光栅一、结构一、结构光栅种类较多。根据光线在光栅中是透射还是反射分为透射光栅和反射光栅，透射光栅分辨率较反射光栅高，其检测精度可达1m以上。从形状上看，又可分为圆光栅和直线光栅。圆光栅用于测量转角位移，直线

27、光栅用于检测直线位移。两者工作原理基本相似，本节着重介绍一种应用比较广泛的透射式直线光栅。直线光栅通常包括一长和一短两块配套使用，其中长的称为标尺光栅或长光栅，一般固定在机床移动部件上，要求与行程等长。短的为指示光栅或短光栅，装在机床固定部件上。两光栅尺是刻有均匀密集线纹的透明玻璃片，线纹密度为25、50、100、250条/mm等。线纹之间距离相等，该间距称为栅距，测量时它们相互平行放置，并保持0.050.1mm的间隙。二、工作原理二、工作原理当指示光栅上的线纹与标尺光栅上的线纹成一小角度放置时，两光栅尺上线纹互相交叉。在光源的照射下，交叉点附近的小区域内黑线重叠，形成黑色条纹，其它部分为明亮

28、条纹，这种明暗相间的条纹称为莫尔条纹。莫尔条纹与光栅线纹几乎成垂直方向排列。严格地说，是与两片光栅线纹夹角的平分线相垂直。莫尔条纹具有如下特点：1.放大作用用W（mm）表示莫尔条纹的宽度，P(mm)表示栅距，(rad)为光栅线纹之间的夹角，如图5-18所示则有莫尔条纹宽度W与角成反比，越小，放大倍数越大。2.均化误差作用莫尔条纹是由光栅的大量刻线共同组成，例如，200条/mm的光栅，10mm宽的光栅就由2000条线纹组成，这样栅距之间的固有相邻误差就被平均化了，消除了栅距之间不均匀造成的误差。3.莫尔条纹的移动与栅距的移动成比例当光栅尺移动一个栅距P时，莫尔条纹也刚好移动了一个条纹宽度W。只要

29、通过光电元件测出莫尔条纹的数目，就可知道光栅移动了多少个栅距，工作台移动的距离可以计算出来。若光栅移动方向相反，则莫尔条纹移动方向也相反（见图5-18）。标尺光栅图5-18莫尔条纹光栅测量系统如图所示，由光源、聚光镜、光栅尺、光电元件和驱动线路组成。读数头光源采用普通的灯泡，发出辐射光线，经过聚光镜后变为平行光束，照射光栅尺。光电元件（常使用硅光电池）接受透过光栅尺光强信号，并将其转换成相应的电压信号。由于此信号比较微弱，在长距离传递时，很容易被各种干扰信号淹没，造成传递失真，驱动线路的作用就是将电压信号进行电压和功率放大。除标尺光栅与工作台一起移动外，光源、聚光镜、指示光栅、光电元件和驱动线

30、路均装在一个壳体内，作成一个单独部件固定在机床上，这个部件称为光栅读数头，又叫光电转换器，其作用把光栅莫尔条纹的光信号变成电信号第二节数控车削的加工工艺与工装第二节数控车削的加工工艺与工装二、数控车辆车削加工及工装由于数控车床的加工对象多为回转体，一般使用通用三爪卡盘夹具，因而在工艺装备中，我们将以WALTER系列车削刀具为例，重点讨论车削刀具的选用及使用问题。1、数控车床可转位刀具特点数控车床所采用的可转位车刀，与通用车床相比一般无本质的区别，其基本结构、功能特点是相同的。但数控车床的加工工序是自动完成的，因此对可转位车刀的要求又有别于通用车床所使用的刀具，具体要求和特点如表3.1所示。表3

31、.1可转位车刀特点要求 特点 目的 精度高 采 用 M级 或 更 高 精 度 等 级 的 刀 片；多采用精密级的刀杆；用带微调装置的刀杆在机外预调好。保证刀片重复定位精度，方便坐标设定，保证刀尖位置精度。可靠性高 采用断屑可靠性高的断屑槽型或有断屑台和断屑器的车刀；采用结构可靠的车刀，采用复合式夹紧结构和夹紧可靠的其他结构。断屑稳定，不能有紊乱和带状切屑；适应刀架快速移动和换位以及整个自动切削过程中夹紧不得有松动的要求。换刀迅速 采用车削工具系统；采用快换小刀夹。迅速更换不同形式的切削部件，完成多种切削加工，提高生产效率。刀片材料 刀片较多采用涂层刀片。满足生产节拍要求，提高加工效率。刀杆截形

32、 刀杆较多采用正方形刀杆，但因刀架系统结构差异大，有的需采用专用刀杆。刀杆与刀架系统匹配。数控车削加工中，应首先确定零件的加工原点，以建立准确的加工坐标系，同时考虑刀具的不同尺寸对加工的影响。这些都需要通过对刀来解决。1、一般对刀一般对刀是指在机床上使用相对位置检测手动对刀。下面以Z向对刀为例说明对刀方法，见图3.11。刀具安装后，先移动刀具手动切削工件右端面，再沿X向退刀，将右端面与加工原点距离N输入数控系统，即完成这把刀具Z向对刀过程。手动对刀是基本对刀方法，但它还是没跳出传统车床的“试切-测量-调整”的对刀模式，占用较多的在机床上时间。此方法较为落后。对刀2、机外对刀仪对刀机外对刀的本质

33、是测量出刀具假想刀尖点到刀具台基准之间X及Z方向的距离。利用机外对刀仪可将刀具预先在机床外校对好，以便装上机床后将对刀长度输入相应刀具补偿号即可以使用，如图3.12所示。3、自动对刀自动对刀是通过刀尖检测系统实现的，刀尖以设定的速度向接触式传感器接近，当刀尖与传感器接触并发出信号，数控系统立即记下该瞬间的坐标值，并自动修正刀具补偿值。自动对刀过程如图3.13所示.图3.11 相对位置检测对刀图3.12 机外对刀仪对刀图3.13 自动对刀数控机床故障诊断数控机床故障诊断1.故障的基本概念故障数控机床全部或部分丧失原有的功能。故障诊断在数控机床运行中，根据设备的故障现象，在掌握数控系统各部分工作原

34、理的前提下，对现行的状态进行分析，并辅以必要检测手段，查明故障的部位和原因。提出有效的维修对策。2.故障的分类1）从故障的起因分类关联性故障和系统的设计、结构或性能等缺陷有关而造成（分固有性和随机性）。非关联性故障和系统本身结构与制造无关的故障。2）从故障发生的状态分类突然故障发生前无故障征兆，使用不当。渐变故障发生前有故障征兆，逐渐严重。3）按故障发生的性质分类软件故障程序编制错误、参数设置不正确、机床操作失误等引起。硬件故障电子元器件、润滑系统、限位机构、换刀系统、机床本体等硬件损坏造成。干扰故障由于系统工艺、线路设计、电源地线配置不当等以及工作环境的恶劣变化而产生。4）按故障的严重程度分

35、类危险性故障数控系统发生故障时，机床安全保护系统在需要动作时，因故障失去保护动作，造成人身或设备事故。安全性故障机床安全保护系统在不需要动作时发生动作，引起机床不能起动。3.数控系统的可靠性数控机床除了具有高精度、高效率和高技术的要求外，还应该具有高可靠性。衡量的指标有：MTBF平均无故障时间MTTR排除故障的修理时间平均有效度A：A=MTBF/（MTBF+MTTR）数控设备使用寿命故障频率曲线4.数控机床维修的特点1）数控机床是高投入、高精度、高效率的自动化设备；2）一些重要设备处于关键的岗位和工序，因故障停机时，影响产量和质量；3）数控机床在电气控制系统和机械结构比普通机床复杂，故障检测和

36、诊断有一定的难度。数控诊断技术的发展1.通讯诊断(远程、海外诊断）用户机床的通讯口通过电话线和维修中心的专用通讯诊断计算机相连。计算机发诊断程序用户测试数据计算机诊断结果和处理方法用户特点：实用简便；有一定的局限性2.自修复系统当诊断软件发现数控机床在运行中某一模块有故障时，系统在CRT上显示的同时，自动寻找备用模块并接上。特点：实用但成本比较高，而且只适合总线结构的CNC系统。3.人工智能专家故障诊断系统4.人工神经元网络(ANN)诊断ANN具有联想、容错、记忆、自适应、自学习和处理复杂多模式故障等特点。这种方法将被诊断的系统的症状作为网络的输入，将按一定数学模型所求得的故障原因作为网络的输

37、出，并且神经网络将经过学习所得到的知识以分布的方式隐存在网络上，每个输出神经元对应着一个故障原因。数控机床的验收与精度检测数控机床的验收与精度检测一、数控机床的验收一、数控机床的验收1.机床性能机床性能主轴性能主轴性能手动操作手动操作高、中、低三挡转速连续进高、中、低三挡转速连续进行五次正、反转的起动、停止，检验其行五次正、反转的起动、停止，检验其动作的灵活性和可靠性。观察功率、转动作的灵活性和可靠性。观察功率、转速、主轴的准停及机床的振动情况。速、主轴的准停及机床的振动情况。一）、机床性能一）、机床性能进给性能进给性能通过回原点、手动操作和手动数据输入通过回原点、手动操作和手动数据输入方式操

38、作，检验正、反向的低、中、高方式操作，检验正、反向的低、中、高速的进给运动的起动、停止、点动等动速的进给运动的起动、停止、点动等动作的平稳性和可靠性。并检查回原点的作的平稳性和可靠性。并检查回原点的准确性和可靠性，软、硬限位是否确实准确性和可靠性，软、硬限位是否确实可靠。可靠。一）、机床性能一）、机床性能自动换刀性能自动换刀性能通过手动和通过手动和M06指令自动运行，检验换指令自动运行，检验换刀的可靠性、灵活性和平稳性并测定换刀的可靠性、灵活性和平稳性并测定换刀时间是否符合要求。刀时间是否符合要求。机床噪声机床噪声主轴箱、冷却风扇、液压油泵等噪声小主轴箱、冷却风扇、液压油泵等噪声小于于85分贝

39、。分贝。二）、数控功能二）、数控功能指令功能指令功能指令的功能实现及准确性指令的功能实现及准确性操作功能操作功能检验回原点、执行程序、进检验回原点、执行程序、进给倍率、急停等功能的准确性给倍率、急停等功能的准确性CRT显示功能显示功能检验位置、程序、各种检验位置、程序、各种菜单显示功能菜单显示功能三）、连续空载运行三）、连续空载运行进行进行816小时的空载自动连续运行小时的空载自动连续运行四）、验收检查项目四）、验收检查项目数控系统外观检查（各部分破损、碰伤）数控系统外观检查（各部分破损、碰伤）控制柜元器件的紧固检查（接插件、接控制柜元器件的紧固检查（接插件、接线端子、元器件的固定）线端子、元

40、器件的固定）输入电源电压、相序的确认输入电源电压、相序的确认检查直流输出电压（检查直流输出电压（24V、5V）确认数控系统与机床侧的接口确认数控系统与机床侧的接口确认数控系统各参数的设定（最佳性能）确认数控系统各参数的设定（最佳性能）1.1.几何精度检验（静态精度检验）几何精度检验（静态精度检验）是综合反映机床关键零部件经组装后的综是综合反映机床关键零部件经组装后的综合几何形状误差。有各坐标轴的相互垂直合几何形状误差。有各坐标轴的相互垂直度、台面的平行度、主轴的轴向和径向跳度、台面的平行度、主轴的轴向和径向跳动等检验项目。动等检验项目。2.2.定位精度检验定位精度检验是测量机床各坐标轴在数控系

41、统控制下所是测量机床各坐标轴在数控系统控制下所能达到的位置精度。能达到的位置精度。有有直线运动定位精度、直线运动重复定位直线运动定位精度、直线运动重复定位精度、直线运动的原点复归精度、直线运精度、直线运动的原点复归精度、直线运动失动量、回转工作台的定位精度、回转动失动量、回转工作台的定位精度、回转工作台的重复分度精度、数控回转工作台工作台的重复分度精度、数控回转工作台的失动量、回转工作台的原点复归精度等。的失动量、回转工作台的原点复归精度等。3.3.切削精度检验（对数控车床）切削精度检验（对数控车床）外圆车削（直径、圆度）外圆车削（直径、圆度）端面车削（平面度）端面车削（平面度）螺纹车削（螺距

42、积累误差）等螺纹车削（螺距积累误差）等数控机床的维护数控机床的维护一、点检一、点检点检点检按有关维护文件的规定，对数控按有关维护文件的规定，对数控机床进行定点、定时的检查和维护机床进行定点、定时的检查和维护点检要求和内容点检要求和内容专职点检专职点检重点设备、部位（设备部门）重点设备、部位（设备部门）日常点检日常点检一般设备的检查及维护（车间）一般设备的检查及维护（车间）生产点检生产点检开机前检查、润滑、日常清洁、开机前检查、润滑、日常清洁、紧固等工作（操作者）紧固等工作（操作者）数控系统的日常维护数控系统的日常维护机床电气柜的散热通风机床电气柜的散热通风门上热交换器或轴流风扇对控制柜的内外门

43、上热交换器或轴流风扇对控制柜的内外进行空气循环。（少开柜门）进行空气循环。（少开柜门）纸带阅读机的定期维护纸带阅读机的定期维护对光电头、纸带压板定期进行防污处理对光电头、纸带压板定期进行防污处理支持电池的定期更换支持电池的定期更换在机床断电期间，有电池供电保持存储在在机床断电期间，有电池供电保持存储在COMS器件内的机床数据器件内的机床数据检测反馈元件的维护检测反馈元件的维护光电编码器、接近开关、行程开关与撞块、光电编码器、接近开关、行程开关与撞块、光栅等元件的检查和维护光栅等元件的检查和维护备用电路板的定期通电备用电路板的定期通电备用电路板应定期装到备用电路板应定期装到CNC系统上通电运系统

44、上通电运行，长期停用的数控机床也要经常通电，行，长期停用的数控机床也要经常通电，利用电器元件本身的发热来驱散电气柜内利用电器元件本身的发热来驱散电气柜内的潮气。保证电器元件性能的稳定可靠。的潮气。保证电器元件性能的稳定可靠。1.1.仪器仪表仪器仪表万用表万用表可测电阻、交、直流电压、电流可测电阻、交、直流电压、电流指针式：有测量过程指针式：有测量过程数字式：直接读数数字式：直接读数相序表相序表可检查直流驱动装置输入电流的可检查直流驱动装置输入电流的相序相序双踪示波器双踪示波器检查信号波形检查信号波形钳形电流表钳形电流表不断线检测电流不断线检测电流诊断常用的仪器仪表及工具诊断常用的仪器仪表及工具

45、脉冲发生笔与逻辑测试笔脉冲发生笔与逻辑测试笔对芯片或功能电路板的输入注入逻辑电对芯片或功能电路板的输入注入逻辑电平脉冲，用逻辑测试笔检测输出电平，平脉冲，用逻辑测试笔检测输出电平，以判别其功能正常与否。以判别其功能正常与否。机械故障诊断仪机械故障诊断仪对机械故障进行检测、分析与诊断。对机械故障进行检测、分析与诊断。2.工具工具“+”、“一一”螺丝刀、钳子、镊子、烙螺丝刀、钳子、镊子、烙铁等铁等数控机床生产厂家必须向用户提供安装、数控机床生产厂家必须向用户提供安装、使用与维修有关的技术资料，主要有：使用与维修有关的技术资料，主要有：数控机床电气使用说明书数控机床电气使用说明书数控机床电气原理图数

46、控机床电气原理图数控机床电气连接图数控机床电气连接图数控机床结构简图数控机床结构简图数控机床参数表数控机床参数表数控机床数控机床PLC控制程序控制程序诊断用技术资料诊断用技术资料数控系统操作手册数控系统操作手册数控系统编程手册数控系统编程手册数控系统安装与维修手册数控系统安装与维修手册伺服驱动系统使用说明书伺服驱动系统使用说明书数控机车的技术资料对故障分析与诊断数控机车的技术资料对故障分析与诊断非常重要，必须认真仔细地阅读，并对非常重要，必须认真仔细地阅读，并对照机床实物，做到心中有数。一旦机床照机床实物，做到心中有数。一旦机床发生故障，再进行分析的同时查阅资料。发生故障，再进行分析的同时查阅

47、资料。故障处理故障处理一、故障故障软故障软故障由调整、参数设置或操作不当引由调整、参数设置或操作不当引起（在使用初期发生较多，不熟悉）起（在使用初期发生较多，不熟悉）硬故障硬故障由数控机床（控制、检测、驱动、由数控机床（控制、检测、驱动、液气、机械装置）的硬件失效引起液气、机械装置）的硬件失效引起二、故障处理对策二、故障处理对策除非出现影响设备或人身安全的紧急情况，除非出现影响设备或人身安全的紧急情况，不要立即切断机床的电源。应保持故障现不要立即切断机床的电源。应保持故障现场。场。从机床外观、从机床外观、CRT显示的内容、主板显示的内容、主板或驱动装置报警灯等方面进行检查。可按或驱动装置报警灯

48、等方面进行检查。可按系统复位键，观察系统的变化，报警是否系统复位键，观察系统的变化，报警是否消失。如消失，说明是随机性故障或是由消失。如消失，说明是随机性故障或是由操作错误引起的。操作错误引起的。如不能消失，把可能引起该故障的原如不能消失，把可能引起该故障的原因罗列出来，进行综合分析、判断，必要因罗列出来，进行综合分析、判断，必要时进行一些检测或试验，达到确诊故障的时进行一些检测或试验，达到确诊故障的目的。目的。复位后，故障不能消失，可从以下几方面复位后，故障不能消失，可从以下几方面进行调查：进行调查：1.检查机床的运行状态检查机床的运行状态机床故障时的运行方式机床故障时的运行方式CRT显示的

49、内容（报警信号和报警号）显示的内容（报警信号和报警号）驱动装置、变频器等显示的报警指示驱动装置、变频器等显示的报警指示故障时轴的定位误差故障时轴的定位误差刀具轨迹是否正常刀具轨迹是否正常辅助机能的运行状态辅助机能的运行状态2.检查加工程序及操作情况检查加工程序及操作情况是否为新编制的加工程序是否为新编制的加工程序刀具补偿指令及补偿量是否正确刀具补偿指令及补偿量是否正确故障是否与换刀有关故障是否与换刀有关故障是否与进给速度有关故障是否与进给速度有关操作者的情况（新手）操作者的情况（新手）3.检查系统的输入电压检查系统的输入电压输入电压的波动，电压值是否在正常范围输入电压的波动，电压值是否在正常范

50、围附近有否使用大电流的装置附近有否使用大电流的装置4.检查环境状态检查环境状态CNC周围的温度状况周围的温度状况控制柜热交换器、轴流风扇工作情况控制柜热交换器、轴流风扇工作情况系统周围的振动情况系统周围的振动情况附近有否高频干扰源附近有否高频干扰源5.检查机床状况检查机床状况熔丝是否已熔断熔丝是否已熔断故障前是否修理过机床或设置过参数故障前是否修理过机床或设置过参数机床是否已调整好机床是否已调整好在在运行过程中是否改变过工作方式运行过程中是否改变过工作方式机床是否正处于急停、锁住状态机床是否正处于急停、锁住状态速度倍率开关是否设为零速度倍率开关是否设为零进给保持按钮是否被按下进给保持按钮是否被