数控机床应用技术论文

数控机床应用技术论文（精选8篇）

1.数控机床应用技术论文 篇一

目前3D打印技术已经成为了一个非常热门的搜索词汇，虽然在目前它仍然处于起步阶段，但3D打印技术市场已经出现了势如破竹的前景，据《国际增材制造行业发展报告》统计，2011年，3D打印技术在全球的直接产值已经达到17.14亿美元，比前一年增长了29.1%。据预测，到2015年，其市场规模将达37亿美元。

3D打印技术作为制造业中的新秀力量，是一项革命性新型制造技术，它改变了通过对原材料进行切削、组装进行生产的加工模式，实现了随时、随地、按不同需要进行生产制造。

自从3D打印技术面世至今一直“绯闻”不断，业内很多人认为它会颠覆传统的制造业的生产模式，甚至有人预测在不久的将来3D打印技术将会取代目前的数控机床而一方独大。

确实，3D打印技术作为一种新兴的力量，具有目前的数控机床无法匹敌的长处，它的优点主要表现在以下几个方面：

1.理论上只要是电脑可以设计出来的造型，3D打印机都可以打印出来，消费者只要简单下载设计图，就可以在数小时内随心所欲地打印出自己所想要的任何东西，满足了人们的个性化需求;

2.由于3D打印技术采用的是增料的加工方式，相对于数控机床的减料加工就避免了对原材了的浪费，加工同样的一个东西，它的用料只有原来的1/3到1/2，这就降低了加工材料成本;

3.3D打印机的制造速度非常快，相对于数控机床速度上快了近3~4倍，尤其是在打印复杂造型的时候，这种优势更加明显。

但3D打印技术也不是万能魔盒，也有不尽如人意的地方，它的缺点只要表现在以下几个方面：

1.目前由于增材制造的材料的研发难度大的原因，导致3D打印的制造成本较高，一般达到每克10-100元;

2.制造效率不高，尤其在金属材料成形方面，大约每小时100-3000克。

3.在目前的情况下，3D打印技术还不是很成熟，所以它的制造精度尚不能与传统的超精度加工技术相提并论。

总之，就目前的情况看，3D打印技术是对切削、铸造、锻造、与焊接等传统制造技术的补充和完善，不可能完全替代传统的制造技术，在大批量制造等方面，高效低成本的传统减材料制造法更胜一筹!

但从另一个方面讲，3D打印技术和数控机床并不一定要拼个你死我活，若3D打印技术能融入机床领域，对数控机床来说，无疑是如虎添翼。不仅可以使生产制造效率提高，而且还可以完成许多制造难题，这也将会给数控机床带来一个跳跃式的发展!

一个真正理想的机床应该是客户想造什么就造什么，数控化程度极高，效率极高，而且价格适中，生产成本低，便于运输，集各种优点于一身，数控机床技术和3D打印技术互利双赢，相得益彰，也许这才是它们共同的春天!

中国机械工业联合会近日发布报告称，今年以来，机械工业运行延续了去年以来微弱回升的态势，但受成本上涨和产能过剩等因素的影响，整个行业仍难言大幅好转。预计全年仍将呈现温和回升之势。

在国内外经济下行压力依旧，行业运行形势较为严峻的大背景下，机械工业生产与产品进出口情况较好，呈现出平稳发展态势。

前4个月我国机械工业规模以上企业增加值同比增长9.1%，略高于去年同期水平；出货值增速持续回落，呈近两年较低水平；机械工业累计出口保持增长，进口降幅收窄；其中4月当月机械工业进口、出口增速均由负转正。

1~4月，机械工业累计实现进出口总额2031.12亿美元，同比下降0.31%，较1~3月降幅收窄2.07个百分点，其中出口1133.15亿美元，同比增长4.19%，增速较1~3月提高0.24个百分点；进口897.98亿美元，同比下降5.47%，降幅较1~3月收窄3.96个百分点，累计进出口贸易顺差235.17亿美元。

1~4月，在汇总的92种机械工业进出口产品中，累计进口同比增长的产品有35种，累计出口同比增长的产品有51种。其中累计进口最多的3种产品为汽车、汽车零件和四轮驱动轻型越野车。累计出口最多的3种产品为汽车零件、电线电缆和汽车。进口增速较上月回升较快的行业是农业机械、食品包装机械和其他民用机械行业，分别为51.45、39.65和23.47个百分点，增速均由负增长转为正增长。

固定资产投资实现两位数增长

报告显示，1~3月机械工业完成固定资产投资5853.9亿元，同比增长17.15%，比1~2月提高3.84个百分点，尽管如此，仍低于制造业与全社会投资增速。

该报告的统计结果进一步显示，在产品价格方面，被统计的142种机械产品中，有82种产品累计出厂价格同比下降，占比达到57.75%.2013年3月累计价格指数与2012年3月累计价格指数比较，有101种产品的价格指数水平降低。其中，回落幅度较大的产品有：农林牧渔专用仪器仪表，其他金属丝绳及其制品，电站锅炉、工业用汽轮机、组合机床、镗床、工业用衡器、塔类设备等回落超过8个百分点。产品回落品种之多、幅度之大，以前比较少见。但业内人士认为，通常第一季度价格波动都较大，未来价格走势如何，有待进一步观察。

除此之外，在中机联统计的119种主要产品中，1~4个月累计同比增长有65种，占全部上报产品品种的54.62%；有54种产品产量比去年减少。应收账款递增亏损面增大

报告披露，前4个月全国机械工业各项主要经济效益指标完成情况较为平稳，其中总资产贡献率为12.73%，较全国工业低0.22个百分点；流动资产周转率为1.95次，较全国工业慢0.46次；成本费用利润率为6.61%，较全国工业高0.87个百分点，主营业务收入利润率为6.12%，较全国工业高出0.82个百分点。

4月末，资本保值增值率114.41%，资产负债率为56.89%.1~4月全国机械工业企业主营业务收入58961.71亿元，同比增长12.75%，较上月提高0.87个百分点，较全国工业增速高0.9个百分点。截至4月末，全国机械工业企业流动资产合计90748.89亿元，同比增长10.7%，较上月提高0.59个百分点，其中应收账款27472.81亿元，同比增长13.95%.在中机联统计的13个行业中，除文化办公设备行业同比下降6.12%以外，其余12个行业应收账款同比均为增长，其中重型矿山机械行业增长最快，其次为农业机械行业，第三位是汽车行业。

1~4月，全国机械工业共汇总77612家企业，其中亏损企业14087家，亏损面18.15%.亏损企业亏损额累计达409.97亿元，较上月扩大64.94亿元，同比增加47.72亿元。从企业规模来看，在1744家大型企业中，亏损企业有327家，亏损面为18.75%，亏损额为119.26亿元，较上月增加22.36亿元；在9736家中型企业中，亏损企业有2246家，亏损面为23.07%，亏损额119.44亿元，较上月增加17.64亿元；在66132家小型企业中，亏损企业有11514家，亏损面为16.2%，亏损额171.28亿元，较上月增加24.95亿元。

机械工业固定资产投资增速的回落，以及库存、库存中的产成品持续低位增长，均反映出未来行业运行走势将比较平缓。金模机械网首席分析师罗百辉认为，总体来看，今年宏观经济环境比去年有所回暖，需求形势也略好于去年，预计今后几个月，机械行业将继续在目前较低水平上相对平稳运行，全年速度有望略高于去年。

数控切割机设备是我国国民经济的重要组成部分，也是我国外贸设备中的“明星设备”。就目前来看，不少企业虽然实力有所提升，却仍处于粗放式的经营模式中，导致利润空间狭小，不少企业发展受到束缚。

受下游机械加工等相关行业需求支撑，行业整体发展较快，规模也在不时壮大。但就目前来看，不少企业虽然实力有所提升，却仍处于粗放式的经营模式中。由于过度竞争，产品同质化严重，导致利润空间狭小，也让不少企业的发展受到束缚。

受全球金融环境影响，国内机械加工及上下游行业普遍表现不佳，有业内人士分析，持续性影响或将持续23年时间才可能有待好转，具体就数控切割机生产企业来看，又该如何应对此种局面？

从适用行业及企业来看，数控切割机重点发展范围在以下几个方面：

1、高速、精密数控车床，车削中心类及四轴以上联动的复合加工机床。主要满足航天、航空、仪器、仪表、电子信息和生物工程等产业的需要。

2、高速、高精度数控铣镗床及高速、高精度立卧式加工中心。主要满足汽车发动机缸体缸盖及航天航空、高新技术等行业大型复杂结构支架、壳体、箱体、轻金属材料零件和精密零件加工需求。

3、重型、超重型数控机床类：数控落地铣镗床、重型数控龙门镗铣床和龙门加工中心、重型数控卧式车床及立式车床，数控重型滚齿机等，该类产品满足能源、航天航空、军工、舰船主机制造、重型机械制造、大型模具加工、汽轮机缸体等行业零件加工需求。

4、数控磨床类：数控超精密磨床、高速高精度曲轴磨床和凸轮轴磨床、各类高精高速专用磨床等，满足精密超精密加工需求。

5、数控电加工机床类：大型精密数控电火花成形机床、数控低速走丝电火花切割机床、精密小孔电加工机床等，主要满足大型和精密模具加工、精密零件加工、锥孔或异型孔加工及航天、航空等行业的特殊需求。

6、数控金属成形机床类：数控高速精密板材冲压设备、激光切割复合机、数控强力旋压机等，主要满足汽车、摩托车、电子信息产业、家电等行业板金批量高效生产需求及汽车轮毂及军工行业各种薄壁、高强度、高精度回转型零件加工需求。

7、数控专用机床及生产线：柔性加工自动生产线FMS/FMC）及各种专用数控机床，该类生产线是针对汽车、家电等行业加工缸体、缸盖、变速箱箱体等及多品种变批量壳体、箱体类零件加工需求。

由粗放经营向集约经营转轨，即改变低技术含量、低管理水平、低经济效益的方式，走向高技术含量、高资金含量、高管理水平、高经济素质、高经济效益的经营方式。

一、数控切割机床行业需“修炼内功”走集约型发展路线，首先需要做到要转变观念，树立久远发展的观念并制定可行的目标和计划。同时，数控切割机床企业需要从价格竞争中走出来，转向修炼内功“着重产品结构的优化、产品品质的提升、核心技术的掌握和创新以及企业品牌影响力的扩大。当然，这一系列转变需要企业进行较多的资金投入，对此，数控切割机床企业也需要根据自身情况，对未来的投入产出比作出科学的预估，从而有选择地投资，进行逐步过渡。

二、多元渠道提高经营效率集约化经营以提高效益为最终目标，走集约型发展路线，务必要向”低投入、高产出"经营目标而努力，这需要数控切割机床企业从多个方面来着手进行革新。一方面，企业需要不时提升企业管理水平，提高管理整体效能，合理优化部门结构，防止人力资源以及时间的浪费，同时优化企业内部竞争机制，提高员工的职业素质。

另一方面，数控切割机床企业无妨尝试高科技经营，大力发展计算机网络工程，通过办公工具的改良而提升经营效率。

三、数控切割机床企业集中化发展加强与供应链上下游企业的紧密联系，形成具有强大竞争力的集中性的数控切割机商圈，对于一些数控切割机床商户和企业来说，对其提升竞争力，扩大市场份额，具有重要意义。

2.数控机床应用技术论文 篇二

随着电子行业的日益更新, 当今数控理论的调整发展, 使得数控技术也在不断地跟着进步, 数控系统的结构因此变得更加地复杂, 智能化程度也是越来越高, 数控技术在生产中的实践运用, 维护等技术, 也在不断地变化着。因此, 对于数控机床的控制和维修, 形成一套完整的理论系统体系, 是大多数控技术人员的期望。希望借助这个理论体系, 让控制和维修人员, 能够更加快速地掌握数控的操作和维护技术。

1 数控机床控制技术

1.1 概念

数据机床控制是指通过数控程序, 对数控机床下达工作指令, 让数控机床按照预定的工作程序, 对需要加工的零件进行自动化操作的过程。其操作前, 需要先确定零件在机床的安装位置, 刀具与零件之间在进行工作时的尺寸参数。机器操作的路线, 切削规格等参数等。掌握这些参数之后, 才由程序员编制加工的数控操作程序单。然后让电脑按照制定的程序, 进行规范的操作的一种深加工过程。

1.2 数控机床的电气控制

数控机床的电气控制主要由电流、位置、速度三个控制环利用串联的原理组成的。

1) 电流环的功能是为伺服电机, 提供其所需要的转矩电路。通常情况下, 其与电动机之间的匹配调节, 是事先就由制造者配备了相应的匹配参数。其反馈信号也在制造时, 已经在伺服系统内联接好了。因此不需要事后进行接线与调整;

2) 速度环的功能是控制电机的转速, 也就是坐标轴在工作时的运行速度的电路。速度调节器其P、I调整值, 都是根据骚动坐标轴负载量, 或者是机械转动的刚度与间隙等特性来决定的。一旦这些特性发生了变化, 就需要对机械的传动系统进行检查和修复, 然后再正确调整数控设备速度环的PI调节器;

3) 位置环是对各坐标轴按照程序设备的指令进行工作, 用于精确定位它位置的控制环节。位置环的正确运行与否, 直接影响到坐标轴的工作精度。位置环的工作包括两部分。

其一, 位置环是测量元件的精度是否与CNC系统脉冲当量匹配。测量元件每次移动的距离, 外部倍频电路是否与系统庙宇的分辨率相符。测量元件与分辨率肪冲比必须达到100倍频方, 才算合格。比如, 位置测量时, 元件脉冲次数10/mm, 那么系统的分辨率应为0.001mm才算匹配。

其二, 对位置环KV值的设定和调节。KV值一般是被当作机床数据进行设置的, 数控系统中, 对KV值的数值单位和设置地位都进行指定。速度环在进行最佳化调节后。KV值则是鉴定机床性能好坏, 工作精度是否准确的重要因素。KV值体现了机床运动坐标, 运动时性能的优势程度。关于KV值的设置, 需要参考和符合以下公式:

KV=V/△其中KV即位置环增益系数V即坐标运行速度, m/min△即跟踪误差, mm注意不同的单位, 数据参数代表的涵义也不一样。

2 数控机床维修方法

2.1 故障检查

首先要对进行进行检查, 查找机床究竟问题出在哪里, 先可对机器的使用人员进行询问, 再进行目测, 触摸机器的各个线路是否完好, 检查是否短路。再通电进行检测, 如果不行, 再利用进行检查, 对机器的信号与报警装置, 接口状态, 参数调整等各种方法, 直到查出机床的问题为止。故障检查这一步就算结束了。它是机床维修前的基础工作。只有正确地发现其问题, 才能有针对性地对其进行修理。

2.2 维修方法

故障排查出来之后, 再进行机床的维修, 这里给大家介绍几种常见的机床障维修方法。

1) 电源:电源是整个机床是否能够顺利工作的能量来源, 它的损坏轻则会导致程序数据丢失, 产生停机现象。重者可能毁坏整个系统。在我国, 由于电力系统不是很充沛, 所以经常导致电源的损坏, 电源损坏应及时维修。然而做好提前的准备, 才是预防电源损坏的根源。因此我们在设计机床的供电系统时, 就尽量为它提供单独的配电箱, 在电网供电质量不良的地方, 三相交流稳压装置, 也是必须事先配备的。接入数控机订的电源中线与接地线一定要分开, 并且使用三相五线制等;

2) 位置环故障:首先, 位置环报警可能产生的原因是位置测量回路开路、测量元件已经损坏、接口信号损坏等。其次, 坐标轴在脱离指令下运动, 可是造成的原因是漂移可能过大;位置环或速度环接成正反馈;元件损坏等;

3) 机床坐标查找不到零点。可能造成的原因是零方向与零点远离;编码器损坏光栅零点标、回零差事开关失灵等;

4) 机床动态性差:其中原因可能是机械传动系统磨损严重, 或者间隙过大造成的。或者是导轨润滑工作做得不充分。对于电气控制系统, 造成这样的问题可能原因是速度、位置环和相关参数, 已经不处于最佳匹配状态。应在故障排除后, 及时进行调整, 使得达到最佳效果。

诸如此类等等问题, 故障在查出之后, 立即根据相关的维修方案进行正确地修理, 对各种电路, 参数, 控制系统, 电源等问题, 进行仔细确认, 然后针对性地调整维护方案, 并且把每次维修的记录地都记载下来, 以便下一次遇到同样的情况, 好迅速地作出处理。

3 结论

根据以上依据, 我们可以得知, 数控机床的控制与维修技术, 在我国虽然还没有形成非常完善的理论体系。但是只要我们仔细地摸索排查, 利用自己和别人总结出来的经验, 记载下来, 对我国未来制定完整的数控机床控制技术和机床维修技术, 无疑有着重大的借鉴意义。

摘要：数控机床的控制技术与机床维修, 在我国从事的人员不计其数。可是, 由于数控技术在我国发展时间较短, 还没形成一套系统的理论。数控机床的复杂和多样性等等原因的存在, 再加上微电子技术的日益更新, 使得数控机床的操作, 多了更多的不可预测性。本文主要介绍一些数控机床的控制技术及机床维修的经验, 以便对数控机床形成系统的理论, 有一定的帮助。

关键词：数控机床,控制技术,机床维修,数控电子

参考文献

[1]赵俊生.数控机床电气控制技术基础.[M].2版, 科学养鱼, 2009, 1.

[2]潘耀佳.数控机床维修技术浅谈[J].城市建设理论研究.2012 (1) .

[3]范宋兵, 罗四红.伺服控制示意图在数控机床维修中的应用[J].制造技术与机床.2009 (12) .

[4]何荣誉.以“说课”形式谈高职《数控机床控制技术》课程教学[J].职业时空, 2012 (8) .

[5]李周平.基于直线电机的数控机床驱动控制技术[J].现代电子技术, 2012 (3) .

[6]王侃夫主编.数控机床控制技术与系统[M].机械工业出版社, 2002.

[7]刘荫庭.数控机床维修改造系列讲座.第2讲, 数控机床电气维修技术 (上) [J].机械工人.冷加工, 2002 (2) .

3.数控机床的应用与发展 篇三

【关键词】数控机床；应用；发展

随着社会生产和电子、计算机、自动化及精密测试等科学技术的迅速发展，小批量、多品种的机械加工不断增多，机械产品的性能和质量不断提高，更新换代的速度也在不断加快，具有高复杂性、高精度的产品日益被市场经济的发展所需要，这就给机床设备提出了高效率、高精度、稳定性、适应性、通用性、灵活性的要求，数控机床就是针对这些要求而产生的一种新型高度自动化机床。

数控机床是机电一体化重要组成部分，是集精密机械技术、计算机技术、自动控制技术、微电子技术和伺服驱动技术于一体的高度机电一体化典型产品，它体现了当前世界机床技术进步主流，是现代机床技术水平的重要标志。

1.数控机床的工作原理及基本特点

1.1工作原理

数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。其工作原理就是将加工过程中所需要的各种操作(如主轴变速、进刀与退刀、开车与停车、工件松开与夹紧、自动关停冷却液等)和步骤，以及工件形状尺寸用数字化代码予以表示，通过控制介质(如磁盘或穿孔纸带等)将数字信息送入数控装置，数控装置则将对所输入的信息进行处理与运算，发出各种控制信号，以控制机床伺服系统和其他驱动原件，从而使机床自动加工出生产中所需要的工件。简单地说，数控机床就是能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，将其译码，从而使机床动作并加工零件。

1.2加工内容

数控机床由主机、数控装置、驱动装置、辅助装置、编程及其他附属设备几个部分组成。数控机床的数控系统由显示器、伺服控制器、伺服电机、开关和传感器构成。数控机床的加工一般包括对图纸进行分析，确定需要数控加工部分；利用图形软件对需要数控加工部分造型；加工条件，选择合适加工参数，生成包括粗加工、半精加工、精加工的加工轨迹；轨迹仿真检验；生成代码；传给机床加工几项内容。使用数控机床进行生产加工的关键是加工数据和工艺参数的获取，即数控编程。

1.3基本特点

数控机床自动化程度高，机床操作者的劳动趋于智力型工作，极大地降低了劳动强度；加工过程属于封闭式加工，既清洁又安全，有利于改善劳动条件；机床本身的精度高、刚性大，具有稳定的加工质量，可进行多坐标的联动，不但能加工形状复杂的零件，在加工用量上可选择有利的，大大提高了生产效率；适合单件、小批生产及新产品开发，具有高度柔性，当加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，这不仅缩短了生产准备周期，而且节省了大量工艺设备费用；加工中所使用的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，在有效减少零件的加工时间和辅助时间的同时，更有利于生产管理的规范化、现代化。另外，数控机床是一种价格昂贵的精密设备，对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。

2.数控机床的分类与应用

2.1分类

按性能，可分为高档数控机床，中档数控机床，经济型数控机床：按工藝用途，可分为金属切削类数控机床，金属成型类数控机床，数控特种加工机床和其他类型的数控设备；按所用数控装置的构成方式，可分为软线数控系统，硬线数控系统；按控制方式，可分为开环控制，半闭环控制和闭环控制；按运动方式，可分为点位控制、直线控制、以及轮廓控制。

2.2应用

数控机床发展至今已经有四十多年的历史了，它与电子技术，特别是计算机技术的发展密切相关。自世界上第一台数控机床于1952年在美国麻省理工学院研制出以来，数控机床在制造工业，特别是汽车、航空航天，以及军事工业中被广泛地应用，数控技术无论在硬件还是在软件方面，都有飞速的发展。随着现代经济和科学技术的飞跃发展，尤其是计算机数控系统的出现及微型计算机的迅速发展，再加上数控技术的普及和电子器件成本的降低，这些有利的条件都使得数控机床的适用、应用范围越来越广泛，其加工成本不断降低，加工精度不断提高。

数控系统除了用来控制金属切削机床外，还普遍用于控制诸如：中床、线切割机、气割机之类的简单机器直至机器人之类的复杂设备，在要求可靠性高、柔性强和实现机电一体化等方面的生产加工中对数控机床都有广泛的需要。由于数控机床属于精密设备，致使成本较高，因此，目前多用于形状复杂、精度要求高的中小批量零件加工。

3.数控机床的发展

在数控机床的早期产品中，数控装置是专用的。近年来，数控系统技术的突飞猛进，柔性制造系统的迅速发展和超高速切削、超精密加工等技术的广泛应用，以及电子、计算机信息技术的不断成熟，为数控机床的技术进步提供有利条件的同时，也提出了更高的要求。数控装置中的逻辑电路已被计算机所取代，从而实现了控制多样化和多功能化。为更好地满足市场的需要，达到现代制造技术对数控机床所提出的更高要求，使数控机床控制功能实现最佳控制和自适应控制，在数控机床中增加其系统诊断功能并通过传感器反馈，实现加工智能化，更好地保证系统的可靠性是十分必要的。总之，数控机床应不断吸收最新、最先进技术成就，朝着高可靠性、高速度化、高效率化、高精度化、高柔性化、高智能化、数控编程自动化、制造控制系统小型化、多功能复合化、设计宜人化等方向发展。

然而，由于我国工业基础相对薄弱，以企业为主体的创新体系尚未建立，数控机床产业化时间短；企业自身装备的数控化效率低，信息化管理水平不高，对国外尖端技术的依存度很高；数控机床行业发展技术能力低下，研发能力有限，基础技术和关键技术研究还很薄弱，基础开发理论研究、基础工艺研究和应用软件开发还不能适应数控技术快速发展的要求；科技人才不足，缺乏高级技术人员科技投入和科研设施尚不适应等，这些问题的存在，使得我国数控机床行业发展缓慢。2006年国务院8号文件<国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见)中，首次将数控机床列入重大技术装备，并提出明确要求：发展大型、精密、高速数控装备和数控系统及功能部件，改变大型、高精度数控机床大部分依赖进口的现状，满足机械、航空航天等工业发展的需要。可见，以国家意志启动的振兴装备制造业的举措，为我国机床工具行业的发展创造了极好的外部环境，提供了前所未有的发展机遇。因此，在国家加大支持力度的前提下，企业要加强数控技术研发领域的投入，不断提高数控机床的技术水平，增强自身实力，以突破国际巨头的技术封锁。■

【参考文献】

［１］李善术主编．数控机床及其应用，机械工业出版社．2005，01．

［２］刘战术编著．数控机床及其维护—21世纪高等职业教育数控技术规划教材，人民邮电出版社．2005．1．

4.数控机床维修改造技术 篇四

凯普机电一体化工程有限公司（北京100011）刘荫庭

没有理论指导的实践是盲目的实践，没有实践的理论是空洞的理论。

我国从事数控机床电气设计、应用与维修技术工作的工程技术人员数以万计，然而由于此项技术的复杂性、多样性和多变性以及一些客观环境因素的制约，在数控机床电气维修技术方面还没有形成一套成熟的、完整的理论体系。当今控制理论与自动化技术的高速发展，尤其是微电子技术和计算机技术的日新月异，使得数控技术也在同步飞速发展，数控系统结构形式上的PC基、开放化和性能上的多样化、复杂化、高智能化不仅给其应用从观念到实践

带来了巨大变化，也在其维修理论、技术和手段上带来了很大的变化。因此，一篇讲座形式的文章不可能把已经形成了一门专门学科的数控机床电气维修技术理论完整地表述出来，本文仅是将多年的实践探索及业内众同仁的经验总结加以适当的归纳整理，以求对该学科理论的发展及工程技术人员的实践有所裨益。

一、数控技术

谈到维修，首先必须从总体上了解我们的维修对象。

1.数控机床电气控制系统综述

一台典型的数控机床其全部的电气控制系统如图1所示。

（1）数据输入装置将指令信息和各种应用数据输入数控系统的必要装置。它可以是穿孔带阅读机（已很少使用），3.5in软盘驱动器，CNC键盘（一般输入操作），数控系统配备的硬盘及驱动装置（用于大量数据的存储保护）、磁带机（较少使用）、PC计算机等等。

（2）数控系统数控机床的中枢，它将接到的全部功能指令进行解码、运算，然后有序地发出各种需要的运动指令和各种机床功能的控制指令，直至运动和功能结束。

数控系统都有很完善的自诊断能力，日常使用中更多地是要注意严格按规定操作，而日常的维护则主要是对硬件使用环境的保护和防止系统软件的破坏。

（3）可编程逻辑控制器是机床各项功能的逻辑控制中心。它将来自CNC的各种运动及功能指令进行逻辑排序，使它们能够准确地、协调有序地安全运行；同时将来自机床的各种信息及工作状态传送给CNC,使CNC能及时准确地发出进一步的控制指令，如此实现对整个机床的控制。

当代PLC多集成于数控系统中，这主要是指控制软件的集成化，而PLC硬件则在规模较大的系统中往往采取分布式结构。PLC与CNC的集成是采取软件接口实现的，一般系统都是将二者间各种通信信息分别指定其固定的存放地址，由系统对所有地址的信息状态进行实时监控，根据各接口信号的现时状态加以分析判断，据此作出进一步的控制命令，完成对运动或功能的控制。

不同厂商的PLC有不同的PLC语言和不同的语言表达形式，因此，力求熟悉某一机床PLC程序的前提是先熟悉该机床的PLC语言。

（4）主轴驱动系统接受来自CNC的驱动指令，经速度与转矩（功率）调节输出驱动信号驱动主电动机转动，同时接受速度反馈实施速度闭环控制。它还通过PLC将主轴的各种现实工作状态通告CNC用以完成对主轴的各项功能控制。

主轴驱动系统自身有许多参数设定，这些参数直接影响主轴的转动特性，其中有些不可丢失或改变的，例如指示电动机规格的参数等，有些是可根据运行状态加以调改的，例

如零漂等。通常CNC中也设有主轴相关的机床数据，并且与主轴驱动系统的参数作用相同，因此要注意二者取一，切勿冲突。

（5）进给伺服系统接受来自CNC对每个运动坐标轴分别提供的速度指令，经速度与电流（转矩）调节输出驱动信号驱动伺服电机转动，实现机床坐标轴运动，同时接受速度反馈信号实施速度闭环控制。它也通过PLC与CNC通信，通报现时工作状态并接受CNC的控制。

进给伺服系统速度调节器的正确调节是最重要的，应该在位置开环的条件下作最佳化调节，既不过冲又要保持一定的硬特性。它受机床坐标轴机械特性的制约，一旦导轨和机械传动链

的状态发生变化，就需重调速度环调节器。

（6）电器硬件电路随着PLC功能的不断强大，电器硬件电路主要任务是电源的生成与控制电路、隔离继电器部分及各类执行电器（继电器、接触器），很少还有继电器逻辑电路的存在。但是一些进口机床柜中还有使用自含一定逻辑控制的专用组合型继电器的情况，一旦这类元件出现故障，除了更换之外，还可以将其去除而由PLC逻辑取而代之，但是这不仅需要对该专用电器的工作原理有清楚的了解，还要对机床的PLC语言与程序深入掌握才行。

（7）机床（电器部分）包括所有的电动机、电磁阀、制动器、各种开关等。它们是实现机床

各种动作的执行者和机床各种现实状态的报告员。

这里可能的主要故障多数属于电器件自身的损坏和连接电线、电缆的脱开或断裂。

（8）速度测量通常由集装于主轴和进给电动机中的测速机来完成。它将电动机实际转速匹配成电压值送回伺服驱动系统作为速度反馈信号，与指令速度电压值相比较，从而实现速度的精确控制。

这里应注意测速反馈电压的匹配联接，并且不要拆卸测速机。由此引起的速度失控多是由于测速反馈线接反或者断线所致。

（9）位置测量较早期的机床使用直线或圆形同步感应器或者旋转变压器，而现代机床多采

用光栅尺和数字脉冲编码器作为位置测量元件。它们对机床坐标轴在运行中的实际位置进行直接或间接的测量，将测量值反馈到CNC并与指令位移相比较直至坐标轴到达指令位置，从而实现对位置的精确控制。

位置环可能出现的故障多为硬件故障，例如位置测量元件受到污染，导线连接故障等。

（10）外部设备一般指PC计算机、打印机等输出设备，多数不属于机床的基本配置。使用中的主要问题与输入装置一样，是匹配问题。

2.数控机床运动坐标的电气控制

数控机床一个运动坐标的电气控制由电流（转矩）控制环、速度控制环和位置控制环串联组成

.其控制框图如图2.

（1）电流环是为伺服电机提供转矩的电路。一般情况下它与电动机的匹配调节已由制造者作好了或者指定了相应的匹配参数，其反馈信号也在伺服系统内联接完成，因此不需接线与调整。

（2）速度环是控制电动机转速亦即坐标轴运行速度的电路。速度调节器是比例积分（PI）调节器，其P、I调整值完全取决于所驱动坐标轴的负载大小和机械传动系统（导轨、传动机构）的传动刚度与传动间隙等机械特性，一旦这些特性发生明显变化时，首先需要对机械传动系统进行修复工作，然后重新调整速度环PI调节器。

速度环的最佳调节是在位置环开环的条件下才能完成的，这对于水平运动的坐标轴和转动坐标轴较容易进行，而对于垂向运动坐标轴则

位置开环时会自动下落而发生危险，可以采取先摘下电动机空载调整，然后再装好电动机与位置环一起调整或者直接带位置环一起调整，这时需要有一定的经验和细心。

速度环的反馈环节见前面“速度测量”一节。

（3）位置环是控制各坐标轴按指令位置精确定位的控制环节。位置环将最终影响坐标轴的位置精度及工作精度。这其中有两方面的工作：

一是位置测量元件的精度与CNC系统脉冲当量的匹配问题。测量元件单位移动距离发出的脉

冲数目经过外部倍频电路和/或CNC内部倍频系数的倍频后要与数控系统规定的分辨率相符。例如位置测量元件10脉冲/mm,数控系统分辨率即脉冲当量为0.001mm,则测量元件送出的脉冲必须经过100倍频方可匹配。

二是位置环增益系数Kv值的正确设定与调节。通常Kv值是作为机床数据设置的，数控系统中对各个坐标轴分别指定了Kv值的设置地址和数值单位。在速度环最佳化调节后Kv值的设定则成为反映机床性能好坏、影响最终精度的重要因素。Kv值是机床运动坐标自身性能优劣的直接表现而并非可以任意放大。关于Kv值的设置要注意两个问题，首先要满足下列公式：

Kv=v/Δ

式中v――坐标运行速度，m/min

Δ――跟踪误差，mm

注意，不同的数控系统采用的单位可能不同，设置时要注意数控系统规定的单位。例如，坐标运行速度的单位是m/min,则Kv值单位为m/（mm・min），若v的单位为mm/s,则Kv的单位应为mm/（mm・s）。

其次要满足各联动坐标轴的Kv值必须相同，以保证合成运动时的精度。通常是以Kv值最低的坐标轴为准。

位置反馈（参见上节“位置测量”）有三种情况：一种是没有位置测量元件，为位置开环控制即无位置反馈，步进电机驱动一般即为开环；一种是半闭环控制，即位置测量元件不在坐标轴最终运动部件上，也就是说还有部分传动环节在位置闭环控制之外，这种情况要求环外传动部分应有相当的传动刚度和传动精度，加入反向间隙补偿和螺距误差补偿之后，可以得到很高的位置控制精度；第三种是全闭环控制，即位置测量元件安装在坐标轴的最终运动部件上，理论上这种控制的位置精度情况最好，但是它对整个机械传动系统的要求更高而不是低，如若不然，则会严重影响两坐标的动态精度，而使得机床只能在降低速度环和位置精度的情况下工作。影响全闭环控制精度的另一个重要问题是测量元件的精确安装问题，千万不可轻视。

（4）前馈控制与反馈相反，它是将指令值取出部分预加到后面的调节电路，其主要作用是减小跟踪误差以提高动态响应特性从而提高位置控制精度。因为多数机床没有设此功能，故本文不详述，只是要注意，前馈的加入必须是在上述三个控制环均最佳调试完毕后方可进行。

二、维修工作的基本条件

数控机床的身价从几十万元到上千万元，一般都是企业中关键产品关键工序的关键设备，一 旦故障停机，其影响和损失往往很大。但是，人们对这样的设备往往更多地是看重其效能，而不仅对合理地使用不够重视，更对其保养及维修工作关注太少，日常不注意对保养与维修工作条件的创造和投入，故障出现临时抱佛脚的现象很是普遍。因此，为了充分发挥数控机床的效益，我们一定要重视维修工作，创造出良好的维修条件。由于数控机床日常出现的多为电气故障，所以电气维修更为重要。

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1.人员条件

数控机床电气维修工作的快速性、优质性关键取决于电气维修人员的素质条件。

（1）首先是有高度的责任心和良好的职业道德。

（2）知识面要广。要学习并基本掌握有关数控机床电气控制的各学科知识，如计算机技术、模拟与数字电路技术、自动控制与拖动理论、控制技术、加工工艺以及机械传动技术，当然还包括上节所讲的基本数控知识。

（3）应经过良好的技术培训。数控技术基础理论的学习，尤其是针对具体数控机床的技术培训，首先是参加相关的培训班和机床安装现场的实际培训，然后向有经验的维修人员学习，而更重要且更长时间的是自学。

（4）勇于实践。要积极投入数控机床的维修与操作的工作中去，在不断的实践中提高分析能力和动手能力。

（5）掌握科学的方法。要做好维修工作光有热情是不够的，还必须在长期的学习和实践中总结提高，从中提炼出分析问题、解决问题的科学的方法。

（6）学习并掌握各种电气维修中常用的仪器、仪表和工具。

（7）掌握一门外语，特别是英语。起码应做到能看懂技术资料。

2.物质条件

（1）准备好通用的和某台数控机床专用的电气备件。

（2）非必要的常备电器元件应做到采购渠道快速畅通。

（3）必要的维修工具、仪器仪表等，最好配有笔记本电脑并装有必要的维修软件。

（4）每台数控机床所配有的完整的技术图样和资料。

（5）数控机床使用、维修技术档案材料。

3.关于预防性维护

预防性维护的目的是为了降低故障率，其工作内容主要包括下列几方面的工作。

（1）人员安排 为每台数控机床分配专门的操作人员、工艺人员和维修人员，所有人员都要不断地努力提高自己的业务技术水平。

（2）建规建档 针对每台机床的具体性能和加工对象制定操作规章，建立工作与维修档案，管理者要经常检查、总结、改进。

（3）日常保养 对每台数控机床都应建立日常维护保养计划，包括保养内容（如坐标轴传动系统的润滑、磨损情况，主轴润滑等，油、水气路，各项温度控制，平衡系统，冷却系统，传动带的松紧，继电器、接触器触头清洁，各插头、接线端是否松动，电气柜通风状况等等）及各功能部件和元气件的保养周期（每日、每月、半年或不定期）。

（4）提高利用率 数控机床如果较长时间闲置不用，当需要使用时，首先机床的各运动环节会由于油脂凝固、灰尘甚至生锈而影响其静、动态传动性能，降低机床精度，油路系统的 堵塞更是一大烦事；从电气方面来看，由于一台数控机床的整个电气控制系统硬件是由数以 万计的电子元器件组成的，他们的性能和寿命具有很大离散性，从宏观来看分三个阶段：在一年之内基本上处于所谓“磨合”阶段。在该阶段故障率呈下降趋势，如果在这期间不断开动机床则会较快完成“磨合”任务，而且也可充分利用一年的维修期；第二阶段为有效寿命 阶段，也就是充分发挥效能的阶段。在合理使用和良好的日常维护保养的条件下，机床正常运转至少可在五年以上；第三阶段为系统寿命衰老阶段，电器硬件故障会逐渐增多，数控系统的使用寿命平均在8――左右。

因此，在没有加工任务的一段时间内，最好较低速度下空运行机床，至少也要经常给数控系统通电，甚至每天都应通电。

三、维修与排故技术

1.常见电气故障分类

数控机床的电气故障可按故障的性质、表象、原因或后果等分类。

（1）以故障发生的部位，分为硬件故障和软件故障。硬件故障是指电子、电器件、印制电路板、电线电缆、接插件等的不正常状态甚至损坏，这是需要修理甚至更换才可排除的故障。而软

件故障一般是指PLC逻辑控制程序中产生的故障，需要输入或修改某些数据甚至修改PLC程序方可排除的故障。零件加工程序故障也属于软件故障。最严重的软件故障则是数控系统软件的缺损甚至丢失，这就只有与生产厂商或其服务机构联系解决了。

（2）以故障出现时有无指示，分为有诊断指示故障和无诊断指示故障。当今的数控系统都设计有完美的自诊断程序，时实监控整个系统的软、硬件性能，一旦发现故障则会立即报警或者还有简要文字说明在屏幕上显示出来，结合系统配备的诊断手册不仅可以找到故障发生的原因、部位，而且还有排除的方法提示。机床制造者也会针对具体机床设计有相关的故障指示及诊断说明书。上述这两部分有诊断指示的故障加上各电气装置上的各类指示灯使得绝大多数电气故障的排除较为容易。无诊断指示的故障一部分是上述两种诊断程序的不完整性所致（如开关不闭合、接插松动等）。这类故障则要依靠对产生故障前的工作过程和故障现象及后果，并依靠维修人员对机床的熟悉程度和技术水平加以分析、排除。

（3）以故障出现时有无破坏性，分为破坏性故障和非破坏性故障。对于破坏性故障，损坏工 件甚至机床的故障，维修时不允许重演，这时只能根据产生故障时的现象进行相应的检查、分析来排除之，技术难度较高且有一定风险。如果可能会损坏工件，则可卸下工件，试着重现故障过程，但应十分小心。

（4）以故障出现的或然性，分为系统性故障和随机性故障。系统性故障是指只要满足一定的 条件则一定会产生的确定的故障；而随机性故障是指在相同的条件下偶尔发生的故障，这类故障的分析较为困难，通常多与机床机械结构的局部松动错位、部分电气工件特性漂移或可靠性降低、电气装置内部温度过高有关。此类故障的分析需经反复试验、综合判断才可能排除。

（5）以机床的运动品质特性来衡量，则是机床运动特性下降的故障。在这种情况下，机床虽 能正常运转却加工不出合格的工件。例如机床定位精度超差、反向死区过大、坐标运行不平稳等。这类故障必须使用检测仪器确诊产生误差的机、电环节，然后通过对机械传动系统、数控系统和伺服系统的最佳化调整来排除。

此处故障的分类是为了便于故障的分析排除，而一种故障的产生往往是多种类型的混合，这 就要求维修人员具体分析，参照上述分类采取相应的分析、排除法。

2.故障的调查与分析

这是排故的第一阶段，是非常关键的阶段，主要应作好下列工作：

①询问调查 在接到机床现场出现故障要求排除的信息时，首先应要求操作者尽量保持现场 故障状态，不做任何处理，这样有利于迅速精确地分析故障原因。同时仔细询问故障指示情况、故障表象及故障产生的背景情况，依此做出初步判断，以便确定现场排故所应携带的工具、仪表、图纸资料、备件等，减少往返时间。

②现场检查 到达现场后，首先要验证操作者提供的各种情况的准确性、完整性，从而核实 初步判断的准确度。由于操作者的水平，对故障状况描述不清甚至完全不准确的情况不乏其例，因此到现场后仍然不要急于动手处理，重新仔细调查各种情况，以免破坏了现场，使排故增加难度。

③故障分析 根据已知的故障状况按上节所述故障分类办法分析故障类型，从而确定排故原 则。由于大多数故障是有指示的，所以一般情况下，对照机床配套的数控系统诊断手册和使 用说明书，可以列出产生该故障的多种可能的原因。

④确定原因 对多种可能的原因进行排查从中找出本次故障的真正原因，这时对维修人员是 一种对该机床熟悉程度、知识水平、实践经验和分析判断能力的综合考验。

⑤排故准备 有的故障的排除方法可能很简单，有些故障则往往较复杂，需要做一系列的准 备工作，例如工具仪表的准备、局部的拆卸、零部件的修理，元器件的采购甚至排故计划步骤的制定等等。

数控机床电气系统故障的调查、分析与诊断的过程也就是故障的排除过程，一旦查明了原因 ,故障也就几乎等于排除了。因此故障分析诊断的方法也就变得十分重要了。下面把电气故障的常用诊断方法综列于下。

（1）直观检查法 这是故障分析之初必用的方法，就是利用感官的检查。

①询问 向故障现场人员仔细询问故障产生的过程、故障表象及故障后果，并且在整个分析 判断过程中可能要多次询问。

②目视 总体查看机床各部分工作状态是否处于正常状态（例如各坐标轴位置、主轴状态、 刀库、机械手位置等），各电控装置（如数控系统、温控装置、润滑装置等）有无报警指示，局部查看有无保险烧煅，元器件烧焦、开裂、电线电缆脱落，各操作元件位置正确与否等等 .

③触摸 在整机断电条件下可以通过触摸各主要电路板的安装状况、各插头座的插接状况、 各功率及信号导线（如伺服与电机接触器接线）的联接状况等来发现可能出现故障的原因。

④通电 这是指为了检查有无冒烟、打火、有无异常声音、气味以及触摸有无过热电动机和元件存在而通电，一旦发现立即断电分析。

（2）仪器检查法 使用常规电工仪表，对各组交、直流电源电压，对相关直流及脉冲信号等 进行测量，从中找寻可能的故障。例如用万用表检查各电源情况，及对某些电路板上设置的 相关信号状态测量点的测量，用示波器观察相关的脉动信号的幅值、相位甚至有无，用PLC 编程器查找PLC程序中的故障部位及原因等。

（3）信号与报警指示分析法

①硬件报警指示 这是指包括数控系统、伺服系统在内的各电子、电器装置上的各种状态和故障指示灯，结合指示灯状态和相应的功能说明便可获知指示内容及故障原因与排除方法。

②软件报警指示 如前所述的系统软件、PLC程序与加工程序中的故障通常都设有报警显示，依据显示的`报警号对照相应的诊断说明手册便可获知可能的故障原因及故障排除方法。

（4）接口状态检查法 现代数控系统多将PLC集成于其中，而CNC与PLC之间则以一系列接口信号形式相互通讯联接。有些故障是与接口信号错误或丢失相关的，这些接口信号有的可以在相应的接口板和输入/输出板上有指示灯显示，有的可以通过简单操作在CRT屏幕上显示，而所有的接口信号都可以用PLC编程器调出。这种检查方法要求维修人员既要熟悉本机床的接口信号，又要熟悉PLC编程器的应用。

（5）参数调整法 数控系统、PLC及伺服驱动系统都设置许多可修改的参数以适应不同机床、 不同工作状态的要求。这些参数不仅能使各电气系统与具体机床相匹配，而且更是使机床各项功能达到最佳化所必需的。因此，任何参数的变化（尤其是模拟量参数）甚至丢失都是不允许的；而随机床的长期运行所引起的机械或电气性能的变化会打破最初的匹配状态和最佳化状态。此类故障多指故障分类一节中后一类故障，需要重新调整相关的一个或多个参数方可排除。这种方法对维修人员的要求是很高的，不仅要对具体系统主要参数十分了解，既知晓其地址熟悉其作用，而且要有较丰富的电气调试经验。

（6）备件置换法 当故障分析结果集中于某一印制电路板上时，由于电路集成度的不断扩大而要把故障落实于其上某一区域乃至某一元件是十分困难的，为了缩短停机时间，在有相同备件的条件下可以先将备件换上，然后再去检查修复故障板。备件板的更换要注意以下问题。

①更换任何备件都必须在断电情况下进行。

②许多印制电路板上都有一些开关或短路棒的设定以匹配实际需要，因此在更换备件板上一 定要记录下原有的开关位置和设定状态，并将新板作好同样的设定，否则会产生报警而不能工作。

③某些印制电路板的更换还需在更换后进行某些特定操作以完成其中软件与参数的建立。这 一点需要仔细阅读相应电路板的使用说明。

④有些印制电路板是不能轻易拔出的，例如含有工作存储器的板，或者备用电池板，它会丢 失有用的参数或者程序。必须更换时也必须遵照有关说明操作。

鉴于以上条件，在拔出旧板更换新板之前一定要先仔细阅读相关资料，弄懂要求和操作步骤 之后再动手，以免造成更大的故障。

（7）交叉换位法 当发现故障板或者不能确定是否故障板而又没有备件的情况下，可以将系统中相同或相兼容的两个板互换检查，例如两个坐标的指令板或伺服板的交换从中判断故障板或故障部位。这种交叉换位法应特别注意，不仅硬件接线的正确交换，还要将一系列相应的参数交换，否则不仅达不到目的，反而会产生新的故障造成思维的混乱，一定要事先考虑周全，设计好软、硬件交换方案，准确无误再行交换检查。

（8）特殊处理法 当今的数控系统已进入PC基、开放化的发展阶段，其中软件含量越来越丰富，有系统软件、机床制造者软件、甚至还有使用者自己的软件，由于软件逻辑的设计中不可避免的一些问题，会使得有些故障状态无从分析，例如死机现象。对于这种故障现象则可以采取特殊手段来处理，比如整机断电，稍作停顿后再开机，有时则可能将故障消除。维修人员可以在自己的长期实践中摸索其规律或者其他有效的方法。

3.电气维修与故障的排除

这是排故的第二阶段，是实施阶段。

如前所述，电气故障的分析过程也就是故障的排除过程，因此电气故障的一些常用排除方法 在上一节的分析方法中已综合介绍过了，本节则列举几个常见电气故障做一简要介绍，供维修者参考。

（1）电源 电源是维修系统乃至整个机床正常工作的能量来源，它的失效或者故障轻者会丢 失数据、造成停机。重者会毁坏系统局部甚至全部。西方国家由于电力充足，电网质量高，因此其电气系统的电源设计考虑较少，这对于我国有较大波动和高次谐波的电力供电网来说就略显不足，再加上某些人为的因素，难免出现由电源而引起的故障。我们在设计数控机床的供电系统时应尽量做到：

①提供独立的配电箱而不与其他设备串用。

②电网供电质量较差的地区应配备三相交流稳压装置。

③电源始端有良好的接地。

④进入数控机床的三相电源应采用三相五线制，中线（N）与接地（PE）严格分开。

⑤电柜内电器件的布局和交、直流电线的敷设要相互隔离。

（2）数控系统位置环故障

①位置环报警。可能是位置测量回路开路；测量元件损坏；位置控制建立的接口信号不存在等。

②坐标轴在没有指令的情况下产生运动。可能是漂移过大；位置环或速度环接成正反馈；反馈接线开路；测量元件损坏。

（3）机床坐标找不到零点。可能是零方向在远离零点；编码器损坏或接线开路；光栅零点标 记移位；回零减速开关失灵。

（4）机床动态特性变差，工件加工质量下降，甚至在一定速度下机床发生振动。这其中有很 大一种可能是机械传动系统间隙过大甚至磨损严重或者导轨润滑不充分甚至磨损造成的；对于电气控制系统来说则可能是速度环、位置环和相关参数已不在最佳匹配状态，应在机械故障基本排除后重新进行最佳化调整。

（5）偶发性停机故障。这里有两种可能的情况：一种情况是如前所述的相关软件设计中的问 题造成在某些特定的操作与功能运行组合下的停机故障，一般情况下机床断电后重新通电便会消失；另一种情况是由环境条件引起的，如强力干扰（电网或周边设备）、温度过高、湿度过大等。这种环境因素往往被人们所忽视，例如南方地区将机床置于普通厂房甚至靠近敞开 的大门附近，电柜长时间开门运行，附近有大量产生粉尘、金属屑或水雾的设备等等。这些因素不仅会造成故障，严重的还会损坏系统与机床，务必注意改善。

本文由于篇幅所限不做更多的介绍，读者可参阅数控机床的随机资料及其他专门介绍各种故 障的文章。

4.维修排故后的总结提高工作

对数控机床电气故障进行维修和分析排除后的总结与提高工作是排故的第三阶段，也是十分重要的阶段，应引起足够重视。

总结提高工作的主要内容包括：

①详细记录从故障的发生、分析判断到排除全过程中出现的各种问题，采取的各种措施，涉 及到的相关电路图、相关参数和相关软件，其间错误分析和排故方法也应记录并记录其无效的原因。除填入维修档案外，内容较多者还要另文详细书写。

②有条件的维修人员应该从较典型的故障排除实践中找出常有普遍意义的内容作为研究课题 进行理论性探讨，写出论文，从而达到提高的目的。特别是在有些故障的排除中并未经由认真系统地分析判断而是带有一定地偶然性排除了故障，这种情况下的事后总结研究就更加必要。

③总结故障排除过程中所需要的各类图样、文字资料，若有不足应事后想办法补济，而且在 随后的日子里研读，以备将来之需。

④从排故过程中发现自己欠缺的知识，制定学习计划，力争尽快补课。

⑤找出工具、仪表、备件之不足，条件允许时补齐。

总结提高工作的好处是：

①迅速提高维修者的理论水平和维修能力。

②提高重复性故障的维修速度。

③利于分析设备的故障率及可维修性，改进操作规程，提高机床寿命和利用率。

④可改进机床电气原设计之不足。

⑤资源共享。总结资料可作为其他维修人员的参数资料、学习培训教材。

5.计算机数控机床改造应用 篇五

就如何实现改造进行分析并提供方法和思路，本文主要阐述数控化改造的研究内容和关键技术和方法。

关键词：计算机 机床 数控化 改造 方案

数控技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。

数控一般是采用通用或专用计算机实现数字程序控制，因此数控也称为计算机数控(Computer Numerical Control)，简称CNC。

计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的运动轨迹和外设的操作时序逻辑控制功能。

由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入操作指令的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成，处理生成的微观指令传送给伺服驱动装置驱动电机或液压执行元件带动设备运行。

1.数控机床概述

数控机床就是将加工过程中的各种操作(如主轴变速、进刀与退刀、开车与停车、选择刀具等)和步骤，以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码或程序来表示，通过控制介质(如穿孔纸带或磁带、磁盘等)将数字信息送入专用的或通用的计算机，计算机对输入的信息进行处理与运算，来控制机床的伺服系统或其它执行元件，使机床自动加工出所需要的工件。

2.机床的数控化改造方案

2.1进行改造项目的可行性评估

2.1.1 对其价值做出评估。

例如一台加工中心，主要构成的机电部件有：①系统及操作子系统;②伺服系统包括电动机;③机床电气;④机械本体床身、立柱、导轨和丝杠等;⑤刀库机械手系统;⑥自动工作台交换系统等。

每一个子系统根据实际情况，都可以做出相应的价值评估。

2.1.2 评估改造后能达到的目标，即有什么样的机床准确度和使用性能。

2.1.3 进行成本的估算，即投入资金的评估。

投入资金多少与制订改造目标高低密切相关。

投人的改造费用主要由下列项目构成：①数控系统及相关伺服系统;②机床电气及附件更换;③机床机械元部件准确度修复和维修保养;④机床辅助系统如液压系统、冷却系统等维修保养;⑤机床外观质量的修复;⑥机床改造后的调试检测;⑦机床改造所需的技术劳务费。

在受改造费用限制时，可以修改改造目标，降低一些要求以减少投入费用。

2.1.4 对改造方案进行风险评估。

在做改造方案时，不可能对设备进行现状大解剖，不可能拿到机床现状准确测试数据，因此在以后实施改造工作中还会碰到意料之外的问题。

因此必须做出风险评估和制订相应对策。

一般做法是在工程项目费中，设置不可预见费用。

2.1.5 性能价格比评估。

为了在经济上有定量分析的依据，常选一台现在市场上性能相似的商品价格作为标准进行比较。

2.2 数控系统的选择

数控系统是机床的核心，在选择时要对其性能、经济性及维修服务等进行综合考虑。

数控系统主要有3种类型：步进电机拖动的开环系统;异步电动机或直流电机拖动，光栅测量反馈的闭环数控系统;交/直流伺服电机拖动，编码器反馈的半闭环数控系统。

其中步进电机拖动的开环系统的伺服驱动装置主要是步进电机、功率步进电机等。

该系统的位移准确度主要决定于步进电机的角位移准确度，齿轮丝杠等传动元件的节距准确度，所以系统的位移准确度较低。

但该系统结构简单，调试维修方便，工作可靠，成本低，易改装成功。

2.3 伺服系统的选择

伺服系统是数控机床的重要组成部分，它既是数控系统CNC系统与刀具、主轴间的信息传递环节，又是能量放大与传递的环节。

它的性能在很大程度上决定了数控机床的性能。

例如，数控机床的最高移动速度、跟踪度、定位度等重要指标均取决于伺服系统的动态。

伺服系统按控制方式分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统三类。

在普通机床的数控化改造中，一般选用价格较低的开环控制系统。

2.4 机床机械部件的改造

一台新的数控机床，在设计上要达到很高的动态刚度;运动副之间的摩擦系数小，传动无间隙;功率大;便于操作和维修。

机床数控改造时应尽量达到此要求，并注意下述几方面。

2.4.1 导轨副。

对数控车床来说，导轨除应具有普通车床导向度和工艺外，还要有良好的耐摩擦、磨损特性，并减少因摩擦阻力而致死区。

2.4.2 齿轮副。

一般机床的齿轮主要集中在主轴箱和变速箱中。

为了保证传动精度，数控机床上使用的齿轮准确度等级都比普通机床高。

2.4.3 滑动丝杠与滚珠丝杠。

丝杠传动直接关系到传动链准确度。

丝杠的选用主要取决于加工件的准确度要求和拖动扭矩要求。

2.4.4 联轴器。

为了消除传动系统中的反向间隙,提高重复定位度，伺服驱动元件所用的联轴器多数采用无键连接，如锥销刚性联轴器,锥环联轴器等。

2.4.5 回转刀架。

一般改装的车床多数采用四工位自动回转刀架。

2.4.6 安全防护。

改造效果必须以安全为前提。

在机床改造中要根据实际情况采取相应的措施，切不可忽视。

3.数控系统开发方法

3.1 基于单片机的数控系统

基于单片机的经济型数控系统一般采用步进电机作为驱动元件，步进电机采用脉冲方式工作，基本原理是：系统中的键盘用于向计算机输入和编辑零件加工程序;采用数码管显示加工数据及机床状态等信息;存储器用来存放监控程序、键盘扫描程序、显示驱动程序及用户控制代码程序等;功率放大器用来对计算机送来的脉冲进行功率放大，以驱动步进电机带动负载运行。

需要完成的具体任务有：

3.1.1 硬件系统的结构设计。

一般采用51系统单片机作为主控制器，在此基础上扩展一些必要的器件如ROM、键盘等。

3.1.2 软件设计。

包括：监控与操作软件,用来实现人机对话、系统监控、指挥整个系统软件协调工作等，包括系统的初始化、命令处理循环、零件加工程序的`编辑修改等;步进电机控制软件，包括：通电状态代码和电动机正、反转的实现;步进电机转速的控制。

3.2 基于ARM与运动控制器的数控系统

3.2.1 系统硬件结构。

系统硬件采用主从式双CPU结构模式。

主CPU为ARM处理器，用于键盘、显示，网络通讯等管理工作,而从CPU即为运动控制芯片，专门负责运动控制的处理工作。

ARM处理器通过总线操作，把命令写入运动控制芯片，使运动控制芯片来完成运动控制。

3.2.2 操作系统及编程语言。

为了最大地利用系统硬件资源，并且还要保证实时性，所以使用了μC/OS多任务实时操作系统。

使用到μC/OS操作系统,通过它实现多任务实时控制。

程序的编程语言为C语言以及ARM汇编语言。

3.3 基于PC机的数控系统

近年来，以工业PC机为核心的控制系统已广泛地被工业控制领域所接受。

采用工业PC机在WIN-DOWS操作系统下通用的数控系统，已成为数控系统发展的潮流。

基于工业PC机的数控系统采用的是标准的PC硬件和操作系统，因此易于进行模块化和开放式的设计。

4.结论

进行机床数控化改造要将改造的重点放在电气、控制系统的改造上，机械部分只对影响准确度的重点部件进行改造。

这样可缩短改造周期，降低改造成本，并利于对系统进行再次升级。

随着社会的不断发展以及技术的不断进步，数控技术的发展，必将带动数控机床改造技术的进步与发展。

参考文献：

[1]赵中敏.机床数控化改造的研究[J].煤矿机电，.

[2]杨有君.数控技术[M].北京：机械工业出版社，2005.

数控技能型人才的就业前景【2】

摘要:科学技术突飞猛进,国际竞争日益激烈,世界制造业将逐步向我国转移。

数控技术在机械制造业中起着非常重要的作用。

高素质新型数控技能型人才最终成为了竞争中的最关键的因素。

因此,数控技能性各种人才就业前景非常广泛。

关键词:数控技术 高精度 高柔性 就业前景

1、引言

随着科学技术的发展,机械产品结构越来越合理,其性能,精度和效率日益提高,更新换代频繁,生产类型由大批量生产向小批量生产转化。

因此,机械产品的加工相应地提出了高精度,高柔性与高度自动化的要求。

2、数控技术在机械制造业中的地位

在机械制造业中,单件中小批量生产的零件约占机械加工总量的百分之八十以上,尤其是造船,航天,航空,机床,重型机械及国防部门,其生产特点是加工批量小,改型频繁,零件形状复杂和精度要求高,加工这类零件产品需要经常改装或调整设备,对于专用化程度高的自动化机床来说,这种改装和调整甚至是不可能实现的。

由于数控机床综合应用了电子计算机,自动控制,伺服驱动,精密检测与新型机械结构等方面的技术成果,具有高柔性,高精度与高度自动化的特点,因此采用数控加工手段,解决了机械加工制造业中常规加工技术难以解决,甚至无法解决的单件,小批量,特别是复杂型面的零件加工。

应用数控技术是机械加工业的一次技术革命,使机械制造业的发展进入了一个新的阶段,提高了机械制造业的制造水平,为社会提供高质量,多品种及高可靠性的机械产品。

因此,数控技术各层次人才就业岗位非常多,人才需求非常广泛。

3、数控各个层次人才紧缺

目前,我国数控技术工程人员缺口达80多万人,一些企业开出月薪8000元都找不到高级数控机床技术人员.具有全面数控知识的技工年薪更是高达20余万元,数控技术人才就业前景良好。

数控人才市场需求在发达国家中非常紧缺,数控机床已经大量普遍使用.且我国制造业与国际先进工业国家相比存在着很大的差距,机床数控化率还不到2%,对于我国现有的有限数量的数控机床(大部分为进口产品)也未能充分利用.原因是多方面的,数控人才的缺乏无疑是主要原因之一,由于数控技术是最典型的、应用最广泛的机电光一体化综合技术,因此我国迫切需要大量的从研究开发到使用维修的各个层次的技术人才。

数控机床摒弃了原来手工生产方式,提高了生产效率与精度,降低了工作强度.在发达国家数控机床已经普遍大量使用,而我国数控技术应用推广同发达国家相比差距很大。

目前我国机床的数控化率仅为1.9%,而日本高达30%,美国超过了40%.国家规划在前,使数控化率达10%以上,我国数年内将增加40-50万台数控机床,相应需要60-80万数控专业技术人才。

我国目前不仅仅是数控化比率低,就是现有的数控机床由于缺乏专门人才而未被充分利用,据教育部和劳动部对专业人才的评估,我国数控专业人才的缺口在六十万左右,人才需求每年以30%增长,数控专业是真正的“技能紧缺型”专业,就业前景十分广阔,待遇极其可观。

近年来,我国模具企业大量采购数控设备,在有些地区有数控知识的高级技工年薪高达30万元。

4、数控技术人才层次的划分

(1)蓝领层:即数控操作技工,精通机械加工和数控加工工艺知识,熟练掌握数控机床的操作和手工编程,了解自动编程和数控机床的简单维护维修,此类人员市场需求量大,适合作为车间的数控机床操作工人,但由于其知识较单一,其工资待遇不会大高。

(2)灰领层:数控机床维护、维修人员:掌握数控机床的机械结构和机电联调,掌握数控机床的操作与编程,熟悉各种数控系统的特点、软硬件结构、PLC和参数设置.精通数控机床的机械和电气的调试和维修.此类人员需求量相对少一些,但培养此类人员非常不易,需要大量实际经验的积累,目前非常缺乏,其待遇也较高。

数控编程员:掌握数控加工工艺知识和数控机床的操作,熟悉复杂模具的设计和制造专业知识,熟练掌握三维CAD/CAM软件,如UG、PRO/E等;熟练掌握数控自动编程、手工编程技术.此类人员需求量大,尤其在模具行业非常受欢迎,待遇也很高。

(3)金领层:属于数控通才,具备并精通数控操作技工、数控编程员和数控维护、维修人员所需掌握的综合知识,并在实际工作中积累了大量实际经验,知识面很广.精通数控机床的机械结构设计和数控系统的电气设计,掌握数控机床的机电联调.能自行完成数控系统的选型、数控机床电气系统的设计、安装、调试和维修.能独立完成机床的数控化改造.是企业(特别是民营企业)的抢手人才,其待遇非常之高。

5、数控技能型人才的就业前景

数控加工具有高柔性、高精度、高效率特点,同时可以大大减轻操作者的劳动强度.发展数控加工是当前我国机械制造技术改造的必由之路.由于我国处于数控加工技术的大力发展阶段,大量的数控机床和先进的加工手段的快速引进,却没有大量熟练数控技术操作的人员参与,因此造成该行业严重缺乏人才.数字控制技术已经广泛应用于工业控制的各个领域。

尤其是机械制造业中,普通机械正逐渐被高效率、高精度、高自动化的数控机械所代替.企业对较高层次的第一线应用型人才的需求将明显增加.而对于数控加工专业,不仅要求从业人员有过硬的实践能力,更要掌握系统而扎实的机加理论知识.因此,既有学历又有很强操作能力的数控加工人才更是成为社会较紧缺、企业最急需的高技术人才。

6、结语

我国目前不仅仅是数控化比率低,就是现有的数控机床由于缺乏专门人才而未被充分利用, 数控技术是目前最典型的、应用最广泛的机电光一体化综合技术,因此我国迫切需要大量的从研究开发到使用维修的各个层次的技术人才。

参考文献

[1]李春雄.数控加工工艺与编程[M].化学工业出版社,12月.

6.五轴联动数控机床发展与应用 篇六

五轴联动数控机床是一种科技含量高、精密度高专门用于加工复杂曲面的机床，这种机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业有着举足轻重的影响力。

发展现状国外五轴联动数控机床是为适应多面体和曲面零件加工而出现的。随着机床复合化技术的新发展，在数控车床的基础上,又很快生产出了能进行铣削加工的车铣中心。五轴联动数控机床的加工效率相当于两台三轴机床，有时甚至可以完全省去某些大型自动化生产线的投资,大大节约了占地空间和工作在不同制造单元之间的周转运输时间及费用。市场的需求推动了我国五轴联动数控机床的发展，CIMT99 展览会上国产五轴联动数控机床第一次登上机床市场的舞台。自江苏多棱数控机床股份有限公司展出第一台五轴联动龙门加工中心以来，北京机电研究院、北京第一机床厂、桂林机床股份有限公司、济南二机床集团有限公司等企业也相继开发出五轴联动数控机床。

当前，国产五轴联动数控机床在品种上已经拥有立式、卧式、龙门式和落地式的加工中心，适应不同大小尺寸的杂零件加工，加上五轴联动铣床和大型镗铣床以及车铣中心等的开发，基本涵盖了国内市场的需求。精度上，北京机床研究所的高精度加工中心、宁江机械集团股份有限公司的NJ25HMC40 卧式加工中心和交大昆机科技股份有限公司的TH61160 卧式镗铣加工中心都具有较高的精度，可与发达国家的产品相媲美。在产品市场销售上，江苏多棱、济南二机床、北京机电研究院、宁江机床、桂林机床、北京一机床等企业的产品已获得国内市场的认同。

2013年7月31日上午由大连科德制造的高精度五轴立式机床，启运出口德国。工信部装备司副司长王卫明表示：“这一高档数控机床销往西方发达国家，是中国机床制造行业的重要里程碑。”

研究背景及应用

最近10多年来，数控技术快速发展，特别是数控系统大容量存贮技术的解决，开放体系结构控制器（OAC）的应用，快速处理器和运动控制，日益完善的人机接口软件（Human Machine Interface,HMI）以及工厂自动化设备支持通过网络的互联性，使5轴数控机床潜在生产能力能够被充分发挥；高速加工ＨＳＭ技术，高速电主轴或复合主轴头技术的发展，有力推动了机床设计／制造技术的发展与创新，使5轴数控机床制造技术难度大大降低，造价也大幅度减少，许多中小型5轴联动立／卧式加工中心（VMC,HMC）一般制造企业已能接受；计算机软硬件技术快速发展和费用持续降低，使5轴联动和3轴联动控制系统价格已相差无几了；5轴联动CAM编程软件价格（包括5轴程序检验软件）也已大幅度下降，使得许多制造企业可接受使用它，尽管其价格还是偏高；软件技术的进步，特别是仿真技术和虚拟NC加工等可视化技术的应用，用户掌握和应用5轴加工编程软件较以前也容易得多了。加上用户对5轴数控机床的需求日益迫切，因此，包括从适应轻载切削、中载切削到重载切削的各种（高速）5轴数控机床在宇航、汽车、装备、运输、模具以及医疗器械等制造行业中得到了越来越广泛

应用。

①加工复杂空间曲面的产品零件

②大型复杂结构件的高效率加工

③复杂多面体带孔系结构件的高生产率加工

④取代EMD加工

⑤取代快速原型制造（RP）

⑥个性化产品零件加工

⑦组成柔性生产系统用于中/小批量产品的加工

展望

代表机床制造业最高境界的是五轴联动数控机床系统，从某种意义上说，反映了一个国家的工业发展水平状况。五轴联动数控车床在工业生产中占有非常重要的作用，而且现在出现了新的特征，五轴联动数控技术正在向高速、高效率、高可靠性、高精度、复合化、智能化、网络化、柔性化、绿色化等方向发展，我国由于工业底子薄，装备制造业水平比较低，生产出来的五轴联动数控车床质量跟欧美和日本产品还存在一定的差距，落后就要挨打，面

对历史因素和现实的紧迫性，我国要想在接下了发展空间中占有一席之地，就需要做到以下几点：

1、加大研发资金投入力度，加大加强基础理论研究，为设备研究做好理论准备。

2、研究外国先进设备技术，深研其中的核心知识。在仿照的基础上进行创新。

3、研究国内外五轴联动技术的发展方向，做到先人一步开展研发。

4、了解国内外各个用户群体的需要，开发出适合不同用户需要的设备。

5、创新是保持领先的内在要求，没有创新就没有进步。国家应该鼓励企业进行五轴联动技术的研发。

6、在保护好自己核心技术的前提下与其他先进企业进行技术交流。

7、大力发展高端五轴联动车床，实施精品工程。

参考文献

德国兹默曼公司开发出FZ25龙门铣床[J]．制造技术与机床

7.探析数控机床电气维修技术 篇七

数控机床属于信息化、智能化、自动化于一体的机械设备之一,大量应用于装备制造产业。由于该设备的组成结构和操作技术相当复杂,工作原理和控制技术多样善变,使其在施工作业期间故障不断,问题多多。该设备在生产中不能顺利运行的原因是多方面的,但主要原因是机械师的专业知识不够,对系列产品的操作、保养和维修技能生疏造成的。因此,数控机床不能实现满负荷生产,使用性能老化较快的现象较为突出,浪费资源,影响生产,增加生产成本。有时还引发安全生产事故,造成重大的人员伤亡和财产损失。新形势下,互联网信息技术的普及应用,给数控机床机械设备在装备制造业和机械维修行业的应用,提供了技术支持。所以,进一步加强数控机床设备的电气维修技术的研究,十分必要。

1 数控机床的几类常见的电气故障

数控机床较为常见的电气故障分为5类。

(1)硬件类故障。这类故障主要是数控机床设备的工作系统、控制系统和配套设备元件发生的故障。比如:电路接触不良,电脑死机,开关磨损老化,电路板击穿等,都可能引发机床停工停产。

(2)诊断类故障。按照数控机床的智能化设计要求,设备的数控装置都有完善的故障自动化监控和诊断、提示程序,随时监测机械设备工作装置和控制元件的各类性能,如有故障隐患,则以不同的方式给予提醒,或声音提示,或字幕提示,或现象提示。这类故障都是易发故障,一般在产品的说明书上都有详细的介绍和处理方法。

(3)损害类故障。数控机床在生产过程中,有时发生的故障对设备有所损害,造成机械设备的工件损伤或软件系统失灵;属于工件的损伤,要分析原因或根据设备保修责任,确定维修方案;对于软件失灵,则可以重装系统或者更换软件。处理这类故障,需要较高的专业知识和娴熟的技能,维修风险较高。

(4)概率类故障。这类故障主要是来自对数控设备性能和作业条件的不了解造成的。比如,机床连续生产超过多长时间,就会出现自动停机;生产车间的温度超过零下多少度,机床的控制系统机自动关闭等。也就是故障的产生有明显的条件原因,只要对数控设备的使用说明书研究透,规范操作和保养,就会规避类似风险。还有不确定因素引发的类似故障,有可能跟机械设备的工作状态有关。这类隐患排查较难,需要经验丰富的机械师才能有效判断。

(5)功能类故障。这类故障主要是数控机床的控制技术形成的。比如,机械正常运转就是不生产,或者生产的产品品质较差,不合格率较高。这主要是因为在设定机床运行程序的过程中,误差太多,或者控制程序不规范,不系统。

2 数控机床故障原因的排查技术措施

数控机床出现故障的原因非常复杂,因此在原因排查过程中,一定要严格按照科学程序进行,切不可囫囵吞枣,草率行事。(1)详细询问。数控机床突发故障,参与维修的技术人员应着手从操作、电压、生产材料等方面,详细了解发生故障前后的有关信息,掌握第一手资料,充分了解机床的工作状态和仪表的信息提示内容,做好维修准备。(2)认真勘验。要做到高效维修,必须弄清发生故障的零部件的准确信息。先对数控机床设备的电源来源及相关控制设备进行测试,确定不是电力原因后,再对数控设备的整体状态进行勘验,从设备的固定措施、配装元件、操作顺序的各个环节,精心查看摸排。(3)科学分析。对于可能构成故障的各种信息提示和表象进行归纳整理,结合以往的故障排除经验和设备说明书,概括故障的参考数据和信息,对现有的故障进行科学分析,把握故障产生现象的本质特征,力求分析依据充分。(4)核准故障原因。通过科学分析归纳各种现象造成故障的可能性,结合对数控机床性能的掌握程度和实践操作经验,得出切合实际的结论,为维修施工提供准确信息。(5)编制维修方案。针对故障维修规模的大小,科学编制数控机床电气维修方案,具体确定使用的工具、检测仪器或装置和需要更换的零部件。同时,制定切实可行的拆装顺序和试车步骤,对成功的维修案例资料,要完成相关的数据入录,作为史料永久保存。

3 机床电气维修的具体技术措施

数控机床电气维修的主要技术措施是优化电源连接技术和机床设备的规范工作状态。具体操作如下。从大多数数控机床电气维修的情况来看,设备供电不正常引发的故障占总数的85%以上,主要原因是电压的波动和高次谐波的危害;对智能化水平较高的机床来说,供电不稳尤其影响其正常的性能发挥。因此,要采取相关的措施,改善数控机床的供电质量,这是确保机床安全运行的基础保障。(1)实行高压前移,尽量缩短供电线路的低压线距离,做到一台机床一套电路,专线专用。(2)结合供电企业,进行配电线网技术改造,在线路上安装增大功率因数的无功补偿电容,稳定电压。(3)处理好电源始端的接地装置。(4)数控机床设备的三相电源必须实施有效隔离。(5)配电室和配电柜的控制设备和导线,尽量减少交叉和接头。(6)导线与设备原件要科学配置。

数控系统的故障主要是位置环元件的故障。第一,若位置环发出故障报警,有三种原因,即位置测量回路出现开路、测量功能元件受损以及位置控制信号消失等。第二,坐标轴的无指令移动,造成的信息传输交接失效,损害相关元件。

机床坐标的零点消失。产生这种故障的原因主要有五方面:即零方向距离零点较远,无法完成信息捕捉;编码器失灵或损坏;有的接线开路;光栅零点发生标记移位;回零减速开关失去作用。

有时机床设备运行正常而产品不合格,动态特性发生变差,机身振动性增大。主要是动力传动系统的间隙不正常,使零部件在机床运行中增加磨损,破坏了速度环和位置环,使设备的功能参数匹配欠佳,因而生产性能失去规范。

不确定性的偶发停机。数控机床的工作程序都是按照一定的工作环境和操作步骤要求设定的,一旦设定的程序条件发生变化,机床就实施自动保护功能,偶发停机。出现这种现象,需要对程序的规范性和生产环境与设备说明和操作指南的参数进行对照,找出原因进行修正。

4 结语

数控机床在装备制造产业的大量应用,使得生产企业和从业员工越来越重视对其性能的研究,尤其是常见故障维修和排除的技术措施,更要求设备操作人员熟悉掌握和运用。因此,改善操作员工的队伍结构,加大岗位培训力度,实施优胜劣汰和持证上岗制度,充分利用互联网的信息技术支持,加强新常态下数控机床设备的电气维修技术的学习、研究和运用很有必要。

参考文献

[1]何贤义.数控机床的电气维修技术及发展趋势探讨[J].中国高新技术企业,2011,(5):44-46.

[2]刘荫庭.数控机床维修改造系列讲座(第2讲)数控机床电气维修技术(上)[J].机械工人,冷加工,2002,(2):56-58.

[3]叶小荣.数控机床电气设备故障的维修与保养分析[J].科技与企业,2013,(11):317.

[4]孙敏敏.关于数控机床电气维修技术及发展趋势的探讨[J].科技创新与应用,2013,(29):104.

[5]何云.数控机床的电气维修技术及发展趋势探讨[J].电子制作,2013,(10):232.

8.数控机床应用技术论文 篇八

【摘 要】数控机床广泛应用于机械加工领域，通过对数控机床电气控制系统工作原理以及数控机床常见干扰的分析，探讨了相关的电气隔离技术，提出了数控机床抑制干扰而采取的电气隔离的技术措施。

【关键词】数控机床；电气控制；电气隔离；抗干扰

数控机床是集计算机控制系统、电气控制和数控控制系统于一身的机电一体化设备，广泛应用于机械加工领域。电气控制部分多数处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。很容易被周围干扰源干扰而引起控制系统产生误动作。为了让控制系统稳定工作，在系统设计与安装时应采取一定的抗干扰措施电气隔离技术就是较好的抗干扰技术之一，能从电路上把干扰信号和被干扰的部分隔离开来，达到隔离现场干扰的目的。通过电路把传递干扰的路径切断，以抑制干扰信号。通过采用电气隔离技术，大多数电路都能够很好地抑制噪声干扰，使设备符合电磁兼容性的要求。

通过对数控机床电气控制系统工作原理以及对数控机床常见干扰的分析，为了降低数控机床电气控制系统被干扰程度，提高数控机床控制系统的可靠性，必须优先考虑硬件电气隔离措施，例如各种控制信号的隔离，电源系统的隔离等。电气隔离就是切断干扰通道，使测控装置与现场仅保持信号联系，不直接发生电的联系。脉冲变压器隔离、光电隔离、继电器隔离和布线隔离等是工控装置与现场信号之间常用的隔离技术。

1.光电耦合隔离技术

光电隔离电路是以光为媒体传送信号，对输入和输出电路进行隔离。因而能有效地抑制干扰信号，消除接地回路的干扰，并且响应速度快、寿命长、体积小、耐冲击等特点，常用在强-弱电接口电路中，计算机控制系统的前向和后向通道中也经常采用。

光电隔离是由光电耦合器件来完成的。其输入端配置发光源，输出端配置受光器，输入和输出在电气是完全隔离的。由于光电耦合器的输入阻抗（100Ω～1kΩ）与一般干扰源的阻抗（105～106Ω）相比较小，因此分压在光电耦合器的输入端的干扰电压较小，它所能提供的电流并不大，不易使半导体二极管发光。另外光电耦合器的隔离电阻很大（约1012Ω）、隔离电容很小（约几个pF），所以能阻止电路耦合产生的电磁干扰，被控设备的各种干扰很难反馈到输入系统。

光电耦合器把输入信号与内部电路隔离开来，或者是把内部输出信号与外部电路隔离开来。开关量输入电路接入光电耦合器后，由于光电耦合器的隔离作用，使夹杂在输入开关量中的各种干扰脉冲都被挡在输入回路的一侧。由于光电耦合器不是将输入侧和输出侧的电信号进行直接耦合，而是以光为媒介进行耦合，具有较高的电气隔离和抗干扰能力。

在数控机床PLC控制系统中，由于测控系统与被测和被控设备之间不可避免地受到干扰，导致传输信号发生畸变或失真；另外，在通过较远的设备之间传输信号的电缆，常因设备间的地线电位差，导致地环路电流，形成差模干扰电压。为增强传输的可靠性，可采用光电耦合技术进行隔离，将两个电路的电气连接隔开，使他们相互独立，切断可能形成的环路，提高电路的抗干扰性能。若传输线较长，现场干扰严重，可通过两级光电耦合器将长线完全“浮置”起来。

2.脉冲变压器隔离技术

脉冲变压器的匝数较少，而且一次绕组和二次绕组分别绕于铁氧体磁心的两侧，这种工艺使得它的分布电容很小，仅为几个pF，所以可作为脉冲信号的隔离元件。脉冲变压器传递输入、输出脉冲信号时，不传递直流分量，PLC使用的数字量信号输入/输出的控制设备不要求传递直流分量，因而在数控系统中得到了广泛的应用。

3.继电器隔离技术

继电器的线圈和触点没有电气上的联系，因此，可利用继电器的线圈接收信号，利用触点发送和输出控制信号，从而避免强电和弱电信号之间的直接接触，实现了抗干扰隔离。在该电路中，通过继电器把低压直流与高压交流隔离开来，使高压交流侧的干扰无法进入低压直流侧。

4.配线系统隔离

将微弱信号电路与易产生噪声污染的电路分开布线，最基本的要求是信号线路必须和强电控制线路、电源线路分开走线，而且相互间要保持一定的距离。配线时应区别分开交流线、直流稳压电源线、数字信号线、模拟信号线、感性负载驱动线等。配线间隔越大，配线越短，则噪声影响越小。但是，实际设备的内外空间是有限的，配线间隔不可能太大，只要能维持最低限度的间隔距离便可。如果受环境条件的限制，信号线不能与高压线和动力线等离得足够远时，就得采用诸如信号线路接电容器等各种抑制电磁感应噪声的措施。

5.供电系统的电气隔离

大多数强干扰是通过供电系统进入数控机床电气控制系统的，为此要对电源进行滤波、隔离和稳压处理。在使用380V电网电压的条件下，可在输入端加电源滤波器；若采用线性稳压器，除了通过电源变压器的隔离外，通常还要在三端稳压器的基础上增加由磁环和高频电容组成的π型滤波；必要时也可在控制系统的电源引脚加瞬态电压抑制器，以减小电源噪声的干扰。

电源变压器是数控机床供电系统的主要元件，为了抑制电网中的干扰，一般选用隔离变压器，且变压器容量应比实际需要要大1.2～1.5 倍左右。在使用中应要求变压器的屏蔽层良好接地，次级线圈连接线要使用双绞线，以减少电源线间干扰。对于数控机床的PLC的控制器电源，如果条件许可，还可在隔离变压器前加入滤波器，此时变压器的初级和次级连接线均需使用双绞线。

6.交流电源隔离技术应用

由于交流电网中存在着大量的谐波、高频干扰等，所以对由交流电源供电的控制装置和电子电气设备，都应采取抑制措施。采用电源隔离变压器，可以有效地抑制窜入交流电源中的噪声干扰。但是，普通变压器却不能完全起到抗干扰的作用，这是因为，即使一次绕组和二次绕组之间是绝缘的，能够阻止一次侧的噪声电压、电流直接传输到二次侧，有隔离作用。然而，由于分布电容（绕组与铁心之间、绕组之间、层匝之间和引线之间）的存在，交流电网中的噪声会通过分布电容耦合到二次侧。为了抑制噪声，必须在绕组间加屏蔽层，这样就能有效地抑制噪声，消除干扰，提高设备的抗干扰性。

7.结束语

在开发数控模切烫金机、数控车（铣）床以及其它数控产品时，在电气控制方面均根据不同电气控制部分采用了相应的电气隔离措施。通过验证，绝大多数电路都能够取得良好的抑制干扰的效果，使设备符合电磁兼容性的要求。同时在产品的研制实践中，还要对电子电气设备的内部干扰及外部干扰进行全面的分析，结合“接地问题”，“屏蔽问题”，选择合理的隔离方式及其恰当的隔离部位，进行统一配置，才能设计出满足电磁兼容性要求的合格产品。当然，除了采用硬件抗干扰措施外，还可结合软件抗干扰技术，如指令冗余法、软件陷阱法等，进一步提高数控系统电气控制的抗干扰性能。

【参考文献】

[1]熊轶娜，吴跃明，陈洁.数控机床控制系统的抗干扰分析[J].组合机床与自动化加工技术，2009，（8）：65-67.

[2]刘国通，李传伟.屏蔽和接地在数控系统抗干扰中的应用[J].机床电器，2008，（3）：20-23.