【正文】 圖 12 數(shù)控加工原理 示意圖 由上可見：第一，只要數(shù)控機(jī)床的最小移動(dòng)量（脈沖當(dāng)量）足夠小，所用的擬合折線就可以等效代替理論曲線。 數(shù)控機(jī)床的加工，其實(shí)質(zhì)是應(yīng)用了“微分”原理。 機(jī)床本體 就是數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)件，也是由主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、床身、工作臺(tái)以及輔助運(yùn)動(dòng)裝置、液 壓氣動(dòng)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻裝置、排屑、防護(hù)系統(tǒng)等部分組成。只有在少數(shù)場(chǎng)合或采用模擬量控制的伺服驅(qū)動(dòng)（俗稱模擬伺服）時(shí)，反饋裝置才需要直接和數(shù)控裝置進(jìn)行連接。下面再簡(jiǎn)要介紹其他組成部分。 ⑤ 操作者可以隨時(shí)對(duì)機(jī)床的加工情況、工作狀態(tài)進(jìn)行觀察、檢查，必要時(shí)還需要對(duì) 中國(guó)最大的管理資源中心 第 4 頁 共 32 頁 機(jī)床動(dòng)作和加工程序進(jìn)行調(diào)整，以保證機(jī)床安全、可靠的運(yùn)行。在數(shù)控機(jī)床上，為了進(jìn)行零件的加工，可以通過如下步驟進(jìn)行： ① 據(jù)被加工零件的圖樣與工藝方案，用規(guī)定的代碼和程序格式，將刀具的移動(dòng)軌跡、加工工藝過程、工藝參數(shù)、切削用量等編寫成數(shù)控系統(tǒng)能夠識(shí)別的指令形式，即編寫加工程序。目前，大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)都帶有內(nèi)部 PLC，用于處理數(shù)控機(jī)床的輔助指令，從而大大簡(jiǎn)化了機(jī)床的輔助控制裝置。 （ 3） PLC PC 是可編程序控制器（ Programmable Controller）的英文縮寫。 在數(shù)控機(jī)床上，伺服驅(qū)動(dòng)的作用主要有兩個(gè)方面：一是使坐標(biāo)軸按照數(shù)控裝置給定的速度運(yùn)行；二是使坐標(biāo)軸按照數(shù)控裝置給定的位置定位。在工程應(yīng)用上，根據(jù)使用場(chǎng)合的不同， NC（ CNC）通常有三種不同的含義：在廣義上代表一種控制技術(shù) —— 數(shù)控技術(shù)；在狹義上代表一種控制系統(tǒng)的實(shí)體 —— 數(shù)控系統(tǒng)；此外，還可以代表一種具體的控制裝置 —— 數(shù)控裝置。圖 11 的虛線框部分表示計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和機(jī)床性能水平的提高，對(duì)系統(tǒng)的功能要求也日益增強(qiáng)，為了滿足不同機(jī)床的控制要求，保證數(shù)控系統(tǒng)的完整性和統(tǒng)一性，并方便用戶使用，常用較為先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)，一般都帶有內(nèi)部可編程控制器作為機(jī)床的輔助控制裝置。在數(shù)控機(jī)床上，目前一般都采用交流伺服電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)；在先進(jìn)的高速加工機(jī)床上，已經(jīng)開始使用直線電動(dòng)機(jī)。它直接決定了刀具或坐標(biāo)軸的移動(dòng)軌跡。它由輸入 /輸出接口線路、控制器、運(yùn)算器和存儲(chǔ)器等部分組成。鍵盤和顯示器是任何數(shù)控設(shè)備都必備的最基本的輸入 /輸出裝置。 數(shù)控系統(tǒng)及其組成 1. 數(shù)控系統(tǒng)的基本組成 數(shù)控系統(tǒng)是所有數(shù)控設(shè)備的核 心。將這些要求綜合、構(gòu)成的完整的生產(chǎn)制造系統(tǒng)，稱為計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（ Computer Integrated Manufacturing System— CIMS）。 FMC 既是柔性制造系統(tǒng) FMS（ Flexible Manufacturing System）的基礎(chǔ)，又可以作為獨(dú)立的自動(dòng)化加工設(shè)備使用，因此其發(fā)展速度較快。它通過刀具的自動(dòng)交換，工件可以一次裝、夾完成多工序的加工，實(shí)現(xiàn)了工序集中和工藝的復(fù)合，從而縮短了輔助加工時(shí)間，提高了機(jī)床的效率；減少了工件安裝、定位次數(shù)，提高了加工精度。它是一種綜合應(yīng)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、精密測(cè)量技術(shù)和機(jī)床設(shè)計(jì)等先進(jìn)技術(shù)的典型機(jī)電一體化產(chǎn)品，是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)。由于現(xiàn)代數(shù)控都采用了計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，因此，也可以稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控（ Computerized Numerical Control— CNC）。 為了對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)及加工過程進(jìn)行數(shù)字化信息控制，必須具備相應(yīng)的硬件和軟件?？刂茩C(jī)床也是數(shù)控技術(shù)應(yīng)用最早、最廣泛的領(lǐng)域，因此，數(shù)控機(jī)床的水平代表了當(dāng)前數(shù)控技術(shù)的性能、水平和發(fā)展方向。加工中心是目前數(shù)控機(jī)床中產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的數(shù)控機(jī)床。 在 FMC 和加工中心的基礎(chǔ)上，通過增加物流系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人以及相關(guān)設(shè)備，并由中央控制系 統(tǒng)進(jìn)行集中、統(tǒng)一控制和管理，這樣的制造系統(tǒng)稱為柔性制造系統(tǒng) FMS（ Flexible Manufacturing System）。 CIMS將一個(gè)更長(zhǎng)的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)活動(dòng)進(jìn)行了有機(jī)的集成，實(shí)現(xiàn)了更高效益、更高柔性的智能化生產(chǎn)，是當(dāng)今自動(dòng)化制造技術(shù)發(fā)展的最高階段。數(shù)控系統(tǒng)的主要控制對(duì)象是坐標(biāo)軸的位移（包括移動(dòng)速度、方向、位置等），其控制信息主要來源于數(shù)控加工或運(yùn)動(dòng)控制程序。此外，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的不同，還可以配光電閱讀機(jī)、磁帶機(jī)或軟盤驅(qū)動(dòng)器等。數(shù)控裝置的作用是將輸入裝置輸入的數(shù)據(jù)，通過內(nèi)部的邏輯電路或控制軟件進(jìn)行編譯、運(yùn)算和處理，并輸出各種信息和指令，以控制機(jī)床的各部分進(jìn)行規(guī)定的動(dòng)作。 此外，根據(jù)系統(tǒng)和設(shè)備的不同，如：在數(shù)控機(jī)床上，還可能有主軸的轉(zhuǎn) 速、轉(zhuǎn)向和起、停指令；刀具的選擇和交換指令；冷卻、潤(rùn)滑裝置的起、停指令；工件的松開、夾緊指令；工作臺(tái)的分度等輔助指令。另外，在 20 世紀(jì) 80 年代以前生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床上，也有采用直流伺服電動(dòng)機(jī)；對(duì)于簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床，也有用作為執(zhí)行器件。此外，在金屬切削機(jī)床上，主軸驅(qū)動(dòng)裝置也可以成為數(shù)控系統(tǒng)的一個(gè)部分；在閉環(huán)數(shù)控機(jī)床上，測(cè)量、檢測(cè)裝置也是 數(shù)控系統(tǒng)必不可少的。 2. NC、 CNC、 SV 與 PLC 的概念 NC（ CNC）、 SV 與 PLC（ PC、 PMC）是數(shù)控設(shè)備中最為常用的英文縮寫，在實(shí)際使用中，在不同 的場(chǎng)合具有不同的含義。 （ 2） SV SV 是伺服驅(qū)動(dòng)（ Servo Drive，簡(jiǎn)稱伺服）的常用英文縮寫。 伺服驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象通常是機(jī)床坐標(biāo)軸的位移和速度；執(zhí)行機(jī)構(gòu)是伺服或；對(duì)輸入指令信號(hào)進(jìn)行控制和功率放大的部分常稱為伺服放大器（亦稱為驅(qū)動(dòng)器、放大器、伺服單元等），它是伺服驅(qū)動(dòng)的核心。隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)的日益普及，為了避免和個(gè)人計(jì)算機(jī)（亦稱 PC）混淆，現(xiàn)在一般都將可編程序控制器稱為可編程序邏輯控制器（ Programmalbe Logic Controller—— PLC）或可編程序機(jī)床控制器（ Programmable Machine Controller—— PMC）。此外，在很多場(chǎng)合，通過PLC 的軸控制模塊、定位模塊等特殊功能模塊，還可以直接利用 PLC，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制、直線控制以及簡(jiǎn)單的輪廓控制，組成數(shù)控 專用機(jī)床或數(shù)控生產(chǎn)線。 ② 將所編寫的加工程序輸入數(shù)控裝置。 由此可知，作為數(shù)控機(jī)床的基本組成，它應(yīng)包括：輸入 /輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)和反饋裝置、輔助控制裝置以及機(jī)床本體等部分（如圖 11 所示）。 中國(guó)最大的管理資源中心 第 5 頁 共 32 頁 圖 1— 1 數(shù)控機(jī)床的組成 測(cè)量反饋裝置 它是閉環(huán)（半閉環(huán)）數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)環(huán)節(jié)，其作用是通過現(xiàn)代化的測(cè)量元件：脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、光柵、磁尺和 激光測(cè)量?jī)x 等，將執(zhí)行元件（如、刀架等）或工作臺(tái)等的實(shí)際位移的速度和位移量檢測(cè)出來，反饋回伺服驅(qū)動(dòng)裝置或數(shù)控裝置，并補(bǔ)償進(jìn)給的速度或執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)誤差，以達(dá)到 提高運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)精度的目的。 輔助控制機(jī)構(gòu)、進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 它是介于數(shù)控裝置和機(jī)床機(jī)械、液壓部件之間的控制部件。但為了滿足數(shù)控的要求，充分發(fā)揮機(jī)床性能，它在總體布局、外觀造型、傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、刀具系統(tǒng)以及操作性能方面都已發(fā)生了很大的變化。其工作原理與過程可以簡(jiǎn)述如下（圖12）： ① 數(shù)控裝置根據(jù)加工程序要求 △ X O Y △ Y X 機(jī)床 I/O 電路和裝置 主軸驅(qū)動(dòng)裝置 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置 主軸伺服單元 進(jìn)給伺服單元 計(jì)算機(jī)數(shù) 控 裝 置 操作面板 P L C 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) 機(jī) 床 輔助控制機(jī)構(gòu) 進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 鍵盤 輸入輸出 裝置 測(cè)量反饋裝置 中國(guó)最大的管理資源中心 第 6 頁 共 32 頁 的刀具軌跡，將軌跡按機(jī)床對(duì)應(yīng)的坐 標(biāo)軸，以最小移動(dòng)量（脈沖當(dāng)量）進(jìn) 行微分（圖 12 中的 △ X、 △ Y），并 計(jì)算出各坐標(biāo)軸需要移動(dòng)的脈沖數(shù)。第二，只要改變坐標(biāo)軸的脈沖分配方式，即可以改變擬合折線的形狀，從而達(dá)到改變加工軌跡的目的。能同時(shí)參與插補(bǔ)的坐標(biāo)軸數(shù)，稱為聯(lián)動(dòng)軸數(shù)。 . 維修人員的素質(zhì)要求 維修工作開展的好壞 （高的效率和好的效果） 首先取決于維修人員的素質(zhì)。 由于數(shù)控機(jī)床是集機(jī)械、電氣、液壓、氣動(dòng)等為一體的加工設(shè)備，組成機(jī)床的各部分之間具有密切的聯(lián)系，其中任何一部分發(fā)生故障都有可能影響其它部分的正常工作。維修人員還必須經(jīng)過數(shù)控技術(shù)方面的專門學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，掌握數(shù)字控制、伺服驅(qū)動(dòng)及 PLC 的工作原理，懂得 NC和 PLC 編程 。但國(guó)外數(shù)控系統(tǒng)的配套說明書、資料往往使用原文資料，數(shù)控系統(tǒng)的報(bào)警文本顯示亦以外文居多。國(guó)外、國(guó)內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)種類繁多，而且每種數(shù)控系統(tǒng)的說明書內(nèi)容通常也很多，包括操作、編程、連接、安裝調(diào)試、維護(hù)維修、 PLC 編程等多種書明書。 (5) 有較強(qiáng)的動(dòng)手能力和實(shí)驗(yàn)技能。 (6) 應(yīng)養(yǎng)成良 好的工作習(xí)慣。 . 必要的技術(shù)資料 維修 的效果、尋找 故障 的準(zhǔn)確性 ， 也 決定于維修人員對(duì)系統(tǒng)的熟悉程度和運(yùn)用技術(shù)資料的熟練程度。 (2) 數(shù)控系統(tǒng)方面的資料 應(yīng)有數(shù)控裝置安裝、使用（包括編程）、操作和維修方面的技術(shù)說明書，其中包括： ① 數(shù)控裝置操作面板布置及其操作； ② 數(shù)控裝置內(nèi)部各電路板的技術(shù)要點(diǎn)及其外部連接圖； ③ 系統(tǒng)參數(shù)的意義及其設(shè)定方法； ④ 數(shù)控裝置的自診斷功能和報(bào)警清單； ⑤ 數(shù)控裝置接口的分配及其含義等。 PLC 程序中包含了機(jī)床動(dòng)作的執(zhí)行過程，以及執(zhí)行動(dòng)作所需的條件，它表明了指令信號(hào)、檢測(cè)元件與執(zhí)行元件之間的全部邏輯關(guān)系。 維修人員應(yīng)掌握伺服單元的原理，熟悉其連接。最理想的情況是：維修人員應(yīng)對(duì)自己所進(jìn)行的每一步維修情況進(jìn)行詳細(xì)的記錄，不管當(dāng) 中國(guó)最大的管理資源中心 第 9 頁 共 32 頁 時(shí)的判斷是否正確 ，這樣不僅有助于今后進(jìn)一步維修，而且有助于維修人員的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與提高。因此，在必要時(shí)，維修人員應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪、平時(shí)積累等方法完善、整理有關(guān)技術(shù)資料。 （ 2） 示波器 用于檢測(cè)信號(hào)的動(dòng)態(tài)波形，如：脈沖編碼器、光柵的輸出波形，伺服驅(qū)動(dòng)、主軸驅(qū)動(dòng)單元的各級(jí)輸入、輸出波形等；其次還需要用于檢測(cè)開關(guān)電源、顯示器的垂直、水平震蕩與掃描電路的波形等。 （ 5） 常用的長(zhǎng)度測(cè)量工具 長(zhǎng)度測(cè)量工具（如：千分表、百分表等）用于測(cè)量機(jī)床移動(dòng)距離、反向間隙值等。 以下為芯片級(jí)維修的常用儀器、儀表。在運(yùn)行狀態(tài)下修改定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的設(shè)定值。 （ 8） 邏輯 分析儀 和脈沖信號(hào)筆 它是專門用于測(cè)量和顯示多路數(shù)字信號(hào)的測(cè)試儀器，通常分為 16 和 64 個(gè)通道，即可同時(shí)顯示 8 個(gè)、 16 個(gè)或 64 個(gè)邏輯方波信號(hào)。 （ 3） 扁平集成電路拔放臺(tái)：防靜電 SMD 片狀元件、扁平集成電路熱風(fēng)拆焊臺(tái)、可換多種噴嘴。 （ 5） 鉗類工具 常用的是平頭鉗、 尖嘴鉗、 斜口鉗、 剝線鉗 、壓線鉗、鑷子。如無備件可調(diào)換，“ 巧媳婦難為無米之炊 ” 。 為了便于故障分析和處理，本節(jié)按故障發(fā)生的部位、故障性質(zhì)及故障原因等對(duì)常見故障作如下分類。例如：傳動(dòng)鏈的撓性連軸器松動(dòng)，齒輪、絲杠與軸承缺油，導(dǎo)軌塞鐵調(diào)整不當(dāng)，導(dǎo)軌潤(rùn)滑不良以及系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)?shù)仍蚓稍斐梢陨瞎收稀Ｈ蹼姴糠种饕?CNC 裝置、 PLC 控制器、 CRT 顯示器以及伺服單元、輸入 /輸出裝置等電子電路，這部分又有硬件故障與軟件故障之分。這部分的故障十分常見，必須引起足夠的重視。因此，正確的使用與精心維護(hù)是杜絕或避免這類系統(tǒng)性故障發(fā)生的切實(shí)保障。一般而言，這類故障的發(fā)生往往與安裝質(zhì)量、組件排列、參數(shù)設(shè)定、元器件品質(zhì)、操作失誤與維護(hù)不當(dāng)，以及工作環(huán)境影響等諸因素有關(guān)。 按數(shù)控機(jī)床發(fā)生故障的有無報(bào)警顯示分類 1. 有報(bào)警顯示的故障 這類故障又可分為硬件報(bào)警顯示與軟件報(bào)警顯示兩種。因此，維修人員日常維護(hù)和排除故障時(shí)應(yīng)認(rèn)真檢查這些警示燈的狀態(tài)是否正常。 上述軟件報(bào)警有