第9章数控机床的安装、验收、维护与故障排除

第9章数控机床的安装、验收、维护与故障排除第一节数控机床的选型第二节数控机床的安装与调试第三节数控机床的验收第四节数控机床的维护与故障排除第一节数控机床的选型一、确定被加工工件数控机床种类繁多，同类型的数控机床具有不同的使用特点。数控机床只有在一定的工作条件下加工一定的工件，才能达到最佳的加工效果。因此，在确定购买对象之前，应该首先确定被加工对象。二、机床规格的选择根据被加工工件的尺寸规格选用相应规格的数控机床。数控机床的主要规格包括工作台尺寸、各坐标轴的行程范围和主轴电动机功率。三、机床精度的选择表6-1加工中心精度四、自动换刀装置和刀库容量的选择自动换刀装置(ATC)的工作质量直接影响到整个数控机床尤其是加工中心的工作质量。ATC的工作质量主要表现在换刀时间和故障率两方面。ATC装置一般故障率比较高，而且价格大约是一台数控机床价格的30%～50%，因此用户在选择ATC装置时最好在满足使用要求的条件下，尽量选择结构简单和可靠性高的ATC。现在，随着数控机床零部件生产的专业化，ATC的换刀时间大大缩短，故障率也明显较少，其质量有明显改善。五、数控系统的选择(一)根据数控机床类型选择相应的数控系统一般来说，不同类型的数控系统适用于车、铣、镗、磨、冲压等不同的加工类型，选择时要有针对性。(二)根据数控机床的设计指标选择数控系统数控系统的性能差别很大，价格上可相差数倍。选用时应该对系统的性能和价格等因素作一个综合分析，选用合适的系统，不能片面地追求高水平、新系统。(三)根据数控机床的性能选择数控系统功能一个数控系统具有很多功能，有的属于基本功能，系统中本来已经具备；有的属于选择性功能，由用户特定选择后由供方提供。数控系统生产厂对具有基本功能的系统定价便宜，而对有选择功能要求的系统却较贵。所以，对选择功能一定要根据机床性能需要加以选择，不可求全，否则许多功能用不上而使产品成本大幅度增加。(四)订购系统时要考虑周全订购时把需要的系统功能考虑全面，一次订全。对于那些价格增加不多，但对使用会带来许多方便的功能，应该适当配置齐全，附件也应成套配置，保证机床到厂后可立即投入生产。切忌因漏订功能而使机床功能降低或不能使用。用户选用数控机床数控系统种类不宜过多、过杂，否则会给使用和维护带来极大困难。六、加工节拍与机床台数估算根据已经确定的工件，分析其加工路线，在这个工艺路线中选择出准备在机床上加工的工序，对这些工序作工序节拍计算。一、加工中心的安装(一)机床安装前的准备工作第二节数控机床的安装与调试在与机床制造厂签订购置数控机床的合同之后，即可向机床生产厂索取机床安装地基图、安装技术要求及整机用电量等有关接机准备工作的资料，并结合有关国标要求做好机床安装基础。一般小型数控机床，只对地平有一定的要求，不用地脚螺钉紧固，只用支承来调整机床的水平。而大中型机床一般都需要做地基，并用地脚螺钉紧固，精密机床还需要在地基周围做防振沟。(二)机床的初就位由于加工中心一般都属于大中型数控机床，在出厂时一般都经过解体后分别装箱运输，到厂后须按说明书要求再重新拼装成整机。拼装时，先将机床各个部件在地基上分别就位，使垫铁、调整垫铁、地脚螺栓相应对号入座，并找正安装水平的基准面然后再进行组装。组装前要把导轨和滑动面、接触面上的防锈涂料清洗干净，并涂上一层薄润滑油。接着把机床各零部件按图样分别安装到主机上，如立柱、刀库安装到床身上，数控电气柜、交换台等按要求就位。安装中应特别注意对各结合面要仔细清理，去除由于磕碰而形成的毛刺，有精度要求的部件在组装过程中随时按要求找正。并注意组装时使用原来的定位销、定位块等定位元件，以保证下一步精度调整的顺利进行。部件组装完成后就要进行电缆、油管和气管的连接。机床说明书中有电气接线图和气、液管路图，应据此把有关电缆和管道按标记一一对号接好。(三)数控系统的连接与调整1.数控系统的开箱检查无论是单个购入的数控系统还是与机床配套整机购入的数控系统，到货开箱后都应进行仔细检查。检查包括系统本体和与之配套的进给速度控制单元和伺服电动机、主轴控制单元和主轴电动机。检查它们的包装是否完整无损，实物和订单是否相符。此外还应检查数控柜内各插接件有无松动，接触是否良好。2.数控系统的连接范围机间接线、各装置间接线采用电缆及连接器连接。电缆及连接器的用途、名称、规格、代号及电缆长度在数控系统制造厂的连接手册中有详细说明。各装置间的连接有：CNC和电源连接，CNC和CRT/MDI面板连接，CNC与位置编码器的连接，CNC与手摇脉冲发生器的连接，CNC和I/O驱动的连接，CNC和盒式软磁带的连接，CNC与伺服驱动装置的连接，CNC和主轴驱动装置的连接等。以上连接应严格按照数控系统制造厂连接手册规定进行。3.信号规定、信号地址表及信号明细(1)输入信号规定本规定针对数控系统与机床之间的往来信号。在设计强电线路及操作面板时应予考虑。(2)输出信号规定(3)信号地址表及明细信号明细将数控系统使用的信号按项目代号、信号名称、符号及信号种类列成一览表，供用户查阅。4.数控系统的调整图6-1一点接地法图6-2项序测量a)项序表法b)示波器法(四)通电试车按机床说明书要求给机床润滑油箱、润滑点灌注规定的油液和油脂，清洗液压油箱及过滤器，灌入规定标号的液压油。液压油事先要经过过滤，接通外界输入的气源。机床通电操作可以是一次性全面供电，或各部件分别供电，然后再作总供电试验两种类型。分别供电比较安全，但时间较长。通电后首先观察有无报警故障，然后用手动方式陆续起动各部件。。通电起的准备：清洗、润滑、粗调几何精度。第一次通电的过程：一次全部接通或部分接通注意事项：安全问题机床运行状态。通电正常后，检查内容：手动进给、主轴、手轮。限位开关回零动作数控系统的连接和调整。外部电缆的连接：系统及各单元、接地、三相电源的连接。确认电压、频率，检查相序。。检查连接、排除短路隐患。。接通数控柜。。参数的设定和确认。硬件短路棒及开关的设定。参数的设定。主要是核查。参数的备份。系统与机床的接口：熟悉系统调试的技术知识、通过接口检测机床的状态。二、加工中心的调试机床精度和功能调试。精调机床水平。调试换刀动作（ATC）。调试交换工作台动作（APC）。试验各主要操作功能：常用指令、辅助动作等。检查附件是否完整及工作是否正常三、机床的试运行1)主轴转动要包括标称的最低、中间及最高转速在内五种以上速度的正转、反转及停止等指令。2)各坐标轴运动包括标称的最低、中间及最高进给速度及快速移动，进给移动范围应接近全行程，快速移动距离应在各坐标轴全行程的二分之一以上。3)一般自动加工所用的一些功能和代码要尽量用到。4)自动换刀应至少交换刀库中三分之二以上的刀号，而且取用刀柄重量应接近规定重量。5)必须使用的特殊功能，如测量功能、APC交换功能和用户宏程序等。四、机床性能检验1.主轴性能(1)手动操作选择高、中、低三挡转速，主轴连续进行五次正转和反转的起动、停止，检验其动作的灵活性和可靠性。(2)手动数据输入方式使主轴由最低一级开始运转，逐级提高到允许的最高速，测量各级转速值，转速允差为设定值的±10%。(3)主轴准停连续操作五次以上，检验其动作的灵活性和可靠性。2.进给性能(1)手动操作分别对X、Y、Z直线坐标轴(回转坐标A、B、C)进行手动操作，检验正、反向的低、中、高速进给和快速移动的起动、停止、点动等动作的平稳性和性。(2)手动数据输入方式通过G00和G01指令功能，测定快速移动及各进给速度，其允差为±5%。(3)软硬限位通过上述两种方法，还可检验各伺服轴在进给时软硬限位的可靠性。(4)回原点用回原点方式，检验各伺服轴回原点的可靠性。3.自动换刀(ATC)性能(1)手动和自动操作刀库在装满刀柄的满负载条件下，通过手动操作运行和M06T××指令自动运行，检验刀具自动交换的可靠性和灵活性，机械手抓取最大长度和直径刀柄的可靠性、刀库内刀号选择的准确性以及换刀过程的平稳性。(2)刀具交换时间根据技术指标，测定交换刀具的时间。4.自动交换工作台(APC)性能在工作台装载设计额定负荷的条件下，通过手动操作和M50指令自动运行，检验工作台自动交换的准确性、可靠性、灵活性和平稳性。5.机床噪声数控机床噪声包括主轴箱的齿轮噪声、主轴电动机的冷却风扇噪声、液压系统液压泵噪声、气压系统排气噪声等。机床空运转时，机床噪声不得超过国家标准规定的85dB。6.润滑装置检验定时定量润滑装置的可靠性，润滑油路有无泄漏，油温是否过高，以及润滑油路到润滑点的油量分配状况等。7.气、液装置检查压缩空气和液压油路的密封，气液系统的调压功能及液压油箱的工作情况等。8.附属装置检查冷却装置能否正常工作，排屑器的工作状况，冷却防护罩有无泄漏，接触式测量头能否正常工作。9.安全装置检查对操作者的安全性和机床保护功能的可靠性。如各种安全防护罩、机床各运动坐标行程极限保护自动停止功能，各种电源电压过载保护和主轴电动机过热过负荷时紧急停止功能等。1.运动指令功能检验快速移动指令和直线及圆弧插补指令的正确性。2.准备指令功能检验坐标系选择、平面选择、暂停、刀具长度和半径补偿、镜像功能、极坐标功能、自动加减速、固定循环及用户宏程序等指令的准确性。3.操作功能检验回原点、单段程序、程序段跳读、主轴和进给倍率调整、进给保持、紧急停止、主轴和切削液的起动和停止等功能的准确性。4.CRT显示功能检验位置显示、程序显示、各种菜单显示以及编辑修改等功能的准确性。五、数控功能检验数控机床的精度•主要精度指标：几何精度、定位精度、切削精度。一、几何精度：•概念：机床各关键零部件组装后的几何形状误差的综合反映•立式加工中心的几何精度指标：1)工作台的平面度；2)各坐标方向移动的相互垂直度（图9-1（a））；3)X轴方向移动对工作台面的平行度（图9-1（b））；4)Y轴方向移动对工作台面的平行度（图9-1（c））；5)X轴方向移动对工作台上T形槽侧面的平行度（图9-1（d））；6)主轴的轴向串动（图9-1（e））；7)主轴孔的径向跳动（图9-1（f））；8)主轴箱沿坐标方向移动时对主轴轴心线的平行度（图9-1（g））；9)主轴回转轴心线对工作台面的垂直度（图9-1（h））；10)主轴箱在Z坐标方向移动的直线度（图9-1（i））；第三节数控机床的验收•上述10项精度可分为两类：•第一类：针对机床大件的直线度、平行度、垂直度要求。•第二类：针对主轴自身回转精度的要求。•几何精度对加工零件形位误差的影响如图如图所示的立式加工中心，工作台面在X坐标方向移动的平行度充差为0.025mm/750mm，在加工孔距为200mm的两孔时，误差达0.006mm。而工件的安装位置越高，误差将越大。•二、定位精度•概念：机床运动部件到达指令位置的准确度。•主要检测内容:1)直线运动定位精度（包括X、Y、Z、U、V、W轴）；2)直线运动重复定位精度；3)直线运动轴机械原点的返回精度；4)直线运动的矢动量；5)回转运动定位精度（转台A、B、C轴）；6)回转运动重复定位精度；7)回转轴原点的返回精度；8)回转运动的矢动量；1.定位精度的检测方法•检测要求：采用激光测量仪并在机床空载条件下进行。但因激光仪造价昂贵，目前也有采用标准尺进行比较测量的。检测方法：1)运动件高速朝目标位置趋近定位，测量其实际到达位置。2)运动件反向朝目标位置趋近定位，测量其实际到达位置。3)每个方向上测量次数不小于5（一般为7次）4)对测量值进行数学计算，结算结果即为定位精度指标。算法见P2272.直线运动重复定位精度•概念：机床运动件到达指令位置的一致性程度。•检测方法：1)在靠近各坐标行程中点及两端任选三个测量位置；2)快速向每个位置进行定位，在相同条件下重复7次。3)以三个位置测得数值的最大差值的1/2，附上正负号即为重复定位精度。3.直线运动的轴机械原点返回精度•概念：返回坐标轴机械原点的重复定位精度。•检测方法：与直线运动重复定位精度检测方法相同。4.直线运动矢动量的测定•概念：坐标轴进给传动链上驱动部件（伺服电机）的反