數(shù)控磨床

　　簡介

　　數(shù)控機(jī)床是信息技術(shù)與機(jī)械制造技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，代表了現(xiàn)代基礎(chǔ)機(jī)械的技術(shù)水平與發(fā)展趨勢。我國數(shù)控機(jī)床工業(yè)發(fā)展較快，已有數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠近百家。為加快我國數(shù)控機(jī)床工業(yè)的發(fā)展，更好地滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，國家在制定頒發(fā)的《機(jī)械工業(yè)振興綱要》中已將重要基礎(chǔ)機(jī)械列為振興的四個重點(diǎn)領(lǐng)域之一，而重要基礎(chǔ)機(jī)械主要就是發(fā)展數(shù)控機(jī)床。“九五”及2010年前我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方針是：重點(diǎn)抓好六類主機(jī)(數(shù)控車床、加工中心、數(shù)控磨床、數(shù)控鍛壓機(jī)床、數(shù)控重型機(jī)床和數(shù)控精密電加工機(jī)床)，集中突破數(shù)控系統(tǒng);發(fā)展普及型，提高可靠性;內(nèi)外結(jié)合，以我為主，實(shí)現(xiàn)我國數(shù)據(jù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化。“九五”期間，重點(diǎn)提高可靠性，增加品種，普及型數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)規(guī)模生產(chǎn)。到2000年數(shù)控機(jī)床品種發(fā)展到1000種，其中有100種達(dá)到90年代初國際水平。數(shù)控機(jī)床及數(shù)控系統(tǒng)的平均無故障時間達(dá)到10000小時，年產(chǎn)量達(dá)到20000臺，普及型產(chǎn)品基本立足國內(nèi)。

　　加工范圍

　　磨床能加工硬度較高的材料，如淬硬鋼、硬質(zhì)合金等;也能加工脆性材料，如玻璃、花崗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能進(jìn)行高效率的磨削，如強(qiáng)力磨削等。

　　發(fā)展歷程

　　十八世紀(jì)30年代，為了適應(yīng)鐘表、自行車、縫紉機(jī)和槍械等零件淬硬后的加工，英國、德國和美國分別研制出使用天然磨料砂輪的磨床。這些磨床是在當(dāng)時現(xiàn)成的機(jī)床如車床、刨床等上面加裝磨頭改制而成的，它們結(jié)構(gòu)簡單，剛度低，磨削時易產(chǎn)生振動，要求操作工人要有很高的技藝才能磨出精密的工件。

　　1876年在巴黎博覽會展出的美國布朗-夏普公司制造的萬能外圓磨床，是首次具有現(xiàn)代磨床基本特征的機(jī)械。它的工件頭架和尾座安裝在往復(fù)移動的工作臺上，箱形床身提高了機(jī)床剛度，并帶有內(nèi)圓磨削附件。1883年，這家公司制成磨頭裝在立柱上、工作臺作往復(fù)移動的平面磨床。

　　1900年前后，人造磨料的發(fā)展和液壓傳動的應(yīng)用，對磨床的發(fā)展有很大的推動作用。隨著近代工業(yè)特別是汽車工業(yè)的發(fā)展，各種不同類型的磨床相繼問世。例如20世紀(jì)初，先后研制出加工氣缸體的行星內(nèi)圓磨床、曲軸磨床、凸輪軸磨床和帶電磁吸盤的活塞環(huán)磨床等。

　　自動測量裝置于1908年開始應(yīng)用到磨床上。到了1920年前后，無心磨床、雙端面磨床、軋輥磨床、導(dǎo)軌磨床，珩磨機(jī)和超精加工機(jī)床等相繼制成使用;50年代又出現(xiàn)了可作鏡面磨削的高精度外圓磨床;60年代末又出現(xiàn)了砂輪線速度達(dá)60～80米/秒的高速磨床和大切深、緩進(jìn)給磨削平面磨床;70年代，采用微處理機(jī)的數(shù)字控制和適應(yīng)控制等技術(shù)在磨床上得到了廣泛的應(yīng)用。

　　特點(diǎn)之處

　　1、適合于復(fù)雜異形零件的加工。

　　2、實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，排除人為誤差。

　　3、通過計(jì)算機(jī)軟件可以實(shí)現(xiàn)精度補(bǔ)償和優(yōu)化控制。

　　4、加工中心、車削中心、磨削中心、電加工中心等具有刀庫和換刀功能，減少了裝夾次數(shù)，提高了加工精度。

　　5、數(shù)控機(jī)床使機(jī)械加工設(shè)備增加了柔性化的特點(diǎn)。柔性加工不僅適合于多品種、中小批量生產(chǎn)也適合于大批量生產(chǎn)，且能交替完成兩種或更多種不同零件的加工，增加了自動變換工件的功能，可實(shí)現(xiàn)夜間無人看管的操作。由幾臺數(shù)控機(jī)床(加工中心)組成的柔性制造系統(tǒng)(FMS)具有更高柔性的自動化制造系統(tǒng)，包括加工、裝配和檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)。

　　結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　數(shù)控磨床砂輪主軸部件精度高、剛性好

　　砂輪的線速度一般為30~60m/s，CBN砂輪可高達(dá)150~200m/s，最高主軸轉(zhuǎn)速達(dá)15000r/min。主軸單元是磨床的樞紐部件，對于高速高精度單元系統(tǒng)應(yīng)具備剛性好、回轉(zhuǎn)精度高、溫升小、不亂性好、功耗低、壽命長、本錢適中的特性。砂輪主軸單元的軸承常采用高精度動彈軸承、液體靜壓軸承、液體動壓軸承、消息壓軸承。高速和超高速磨床越來越多采用電主軸單元部件。

　　采用低速無爬行的高精密進(jìn)給單元

　　進(jìn)給單元包括伺服驅(qū)動部件、動彈部件、位置監(jiān)測單元等。進(jìn)給單元是保持砂輪正常工作的必要前提，是評價(jià)磨床機(jī)能的重要指標(biāo)之一。要求進(jìn)給單元運(yùn)轉(zhuǎn)靈活、分辨率高、定位精度高、動態(tài)響應(yīng)快，既要有較大的加速度，又要有足夠大的驅(qū)動力。進(jìn)給單元常用的方案為交、直流伺服電念頭與動彈絲杠組合的進(jìn)給方案或直線伺服電念頭直接驅(qū)動的方案。兩種方案的傳動鏈很短，主要是為了減少機(jī)械傳動誤差。兩種方案都是依賴電念頭來調(diào)速、換向。

　　數(shù)控磨床具有高的靜剛度、動剛度及熱剛度

　　砂輪架、頭架、尾架、工作臺、床身、立柱等是數(shù)控磨床的基礎(chǔ)構(gòu)件，其設(shè)計(jì)制造技術(shù)是保證磨床質(zhì)量的根本。

　　數(shù)控磨床需要有完善輔助單元

　　輔助單元包括工件快速裝夾裝置、高效磨削液供應(yīng)系統(tǒng)、安全防護(hù)裝置、主軸及砂輪動平衡系統(tǒng)、切屑處理系統(tǒng)等。

　　品種分類

　　1、高檔型數(shù)控機(jī)床：是指加工復(fù)雜形狀的多軸控制或工序集中、自動化程度高、高度柔性的數(shù)控磨床。

　　2、普及型數(shù)控機(jī)床：具有人機(jī)對話功能，應(yīng)用較廣，價(jià)格適中，通常稱之為全功能數(shù)控機(jī)床。

　　4、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床：結(jié)構(gòu)簡單，精度中等，但價(jià)格便宜，僅能滿足一般精度要求的加工，能加工形狀較簡單的直線、斜線、圓弧及帶螺紋類的零件。

　　選用原則

　　1、實(shí)用性：是指明確數(shù)控機(jī)床來解決生產(chǎn)中的哪一個或哪幾個問題。

　　2、經(jīng)濟(jì)性：是指所選用的數(shù)控機(jī)床在滿足加工要求的條件下，所支付的代價(jià)是最經(jīng)濟(jì)的或者是較為合理的。

　　3、可操作性：用戶選用的數(shù)控機(jī)床要與本企業(yè)的操作和維修水平相適應(yīng)。

　　4、穩(wěn)定可靠性：是指機(jī)床本身的質(zhì)量，選擇名牌產(chǎn)品能保證數(shù)控機(jī)床工作時穩(wěn)定可靠。

　　常見故障

　　隨著我國機(jī)械加工的快速發(fā)展，國內(nèi)的數(shù)控機(jī)床也越來越多。由于數(shù)控機(jī)床的先進(jìn)性和故障的不穩(wěn)定性，且大部分故障都是以綜合故障形式出現(xiàn)，所以使得數(shù)控機(jī)床的維修難度加大了很多，但故障處理的步驟與方法不外乎以下幾點(diǎn)。

　　1.對故障現(xiàn)場的充分調(diào)查

　　當(dāng)故障發(fā)生時，首先要充分了解機(jī)床故障是在什么情況下出現(xiàn)的，出現(xiàn)時有些什么現(xiàn)象，出現(xiàn)后操作者采取了什么樣的措施，如故障現(xiàn)場還在，就要對CNC中的內(nèi)容進(jìn)行仔細(xì)觀察了解正在執(zhí)行的程序段內(nèi)容以及自診斷顯示的報(bào)警內(nèi)容，并觀察各電路板上的報(bào)警燈情況。然后按系統(tǒng)的復(fù)位鍵，看故障是否消失，如故障報(bào)警消失，則此類報(bào)警多屬軟件故障。

　　2.把可能造成故障的所有因素全部列出

　　數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)同一種故障的原因可能是多種多樣的，有機(jī)械的、電氣的、控制系統(tǒng)的等諸多因素，因此在故障分析時要把有關(guān)的因素全部列出來。例如：機(jī)床X軸在移動時會出現(xiàn)抖動，造成此現(xiàn)象的因素可能是：a、X軸編碼器的連線有可能接觸不良;b、X軸的島軌鑲條過緊，阻尼太大，造成X軸電機(jī)負(fù)載過大;c、X軸伺服電機(jī)與絲桿的聯(lián)軸器有松動或間隙;d、X軸電機(jī)的伺服驅(qū)動有問題;e、X軸伺服電機(jī)有故障等等。

　　3.確定鼓掌產(chǎn)生原因的方法

　　數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)品種繁多但無論是何種數(shù)控系統(tǒng)，發(fā)生故障時都可用以下幾種方法對故障進(jìn)行綜合判斷。

　　(1)　直觀法：就是利用人的感官注意發(fā)生故障時的現(xiàn)象并判斷故障發(fā)生的可能部位。如有故障時何處是否有異響、火花發(fā)生，何處有焦糊位出現(xiàn)，何處有發(fā)熱異常現(xiàn)象，然后進(jìn)一步觀察可能發(fā)生故障的每塊電路板的表面狀況，例如電路板上是否有燒焦、熏黑處或電子元器件是否有爆裂處，以進(jìn)一步縮小檢查范圍。這是一種最基本、最簡單的方法，但卻要求機(jī)床維修人員具備一定的維修經(jīng)驗(yàn)。

　　(2)　利用數(shù)控系統(tǒng)的硬件報(bào)警功能：報(bào)警指示燈可判斷故障所在。在數(shù)控系統(tǒng)硬件電路板上有很多的報(bào)警指示燈，借此可大致判斷出故障所在位置。

　　(3)　充分利用數(shù)控系統(tǒng)的軟件報(bào)警功能：CNC系統(tǒng)都具有自診斷功能。在系統(tǒng)工作期間，能用自診斷程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行快速診斷。一旦檢測到故障，立即將故障以報(bào)警方式顯示在形式屏上或點(diǎn)亮各報(bào)警燈，維修時可根據(jù)報(bào)警內(nèi)容提示來查找機(jī)床的故障所在。

　　(4)　利用狀態(tài)顯示的診斷功能：數(shù)控系統(tǒng)不但能將故障診斷信息顯示出來，而且能以診斷地址和診斷數(shù)據(jù)的形式提供機(jī)床診斷的各種狀態(tài)，例如，提供了系統(tǒng)與機(jī)床之間接口的輸入/輸出信號狀態(tài)，或PC與CNC裝置之間，PC與機(jī)床之間接口的輸入/輸出的信號狀態(tài)，即可利用顯示屏畫面的狀態(tài)顯示，來檢查數(shù)控系統(tǒng)是否將信號輸入到機(jī)床，或機(jī)床的開關(guān)信息是否已輸入到數(shù)控系統(tǒng)。總之，可將故障區(qū)分出是在機(jī)床一側(cè)還是在數(shù)控系統(tǒng)一側(cè)，從而可縮小數(shù)控機(jī)床故障的檢查范圍。

　　(5)　發(fā)生故障時應(yīng)及時核對數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)：系統(tǒng)參數(shù)變化會直接影響到機(jī)床的性能，甚至使機(jī)床發(fā)生故障，整臺機(jī)床不能工作。而外界的干擾有可能引起存儲器內(nèi)個別參數(shù)的變化，聽以當(dāng)機(jī)床發(fā)生了一些莫名其妙的故障時，可對數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行核對。

　　(6)　備件更換法：當(dāng)對機(jī)床故障進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)可能是電路板偶故障時，就可用備件板進(jìn)行更換，則可迅速確定故障電路板。但用此方法時需注意到下述兩點(diǎn)：①要注意電路板上各可調(diào)開關(guān)的位置，在換板時應(yīng)注意使被交換的兩塊電路板的設(shè)定狀態(tài)要完全一致，否則將使系統(tǒng)處于不穩(wěn)定或不是最佳狀態(tài)，甚至出現(xiàn)報(bào)警。②更換某些電路板(如CCU板)之后，需對機(jī)床的參數(shù)和程序進(jìn)行重新設(shè)定或輸入等。

　　(7)　利用電路板上的檢測端子：在電路板上有供測量電路電壓和波形的檢測端子，以便在調(diào)試和維修時確定該部分電路工作是否正常。但在檢測該部分電路時應(yīng)熟悉電路原理及電路的邏輯關(guān)系。在邏輯關(guān)系不熟的情況下，可用兩塊一樣的電路板對比進(jìn)行檢測，從而發(fā)現(xiàn)電路板的故障所在。

　　總之，當(dāng)數(shù)控機(jī)床一旦出現(xiàn)故障時，維修人員遵循上述的檢測步驟和方法就能正確判斷出故障的起因及故障所在的位置。