国内数控机床维修现状分析

安徽机电职业技术学院数控机床故障诊断与检修国内数控机床维修现状分析论文系（部）数控工程系专业数控技术班级数控3104姓名汪辉学号1401103175指导教师张超2012～2013学年第二学期国内数控机床维修现状分析摘要：随着微电子计算机技术的发展，数控系统的性能日臻完善，数控技术的应用领域日益扩大，世界先进制造技术日益成熟，数控加工技术在为国已进入晋级阶段。而数控加工使用的设备——数控机床在数量上遍及制造业的绝大多数企业，在品种上除了所有的通用机床都实现了数控化之外，还有数控成型类机床，数控特种加工类机床及快速成型机床等。数控机床就是针对这种要求而产生的一种新型自动化机床。数控机床集微电子技术、计算机技术、自动控制技术及伺服驱动技术、精密机械技术于一体，是高度机电一体化的典型产品。它本身又是机电一体化的重要组成部分，是现代机床技术水平的重要标志。数控机床体现了当前世界机床技术进步的主流，是衡量机械制造工艺水平的重要指标，在柔性生产和计算机集成制造等先进制造技术中起着重要的基础核心作用。从数控机床的国内外现状出发，我国数控机床应用与世界先进国家的差距，数控机床应用效率不足的原因，并从管理途径和技术途径提出改善的措施。关键词：数控机床、现状分析、诊断、维修引言：从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。进入21世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控机床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要。一：数控机床的简介1.1数控机床的概念数控机床是数字控制机床（Computernumericalcontrol）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统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，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。1.2数控机床的特点和组成数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控机床的大脑。与普通机床相比，数控机床有如下特点：加工精度高，具有稳定的加工质量；可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的3~5倍）；机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。它由以下几个部分组成：1）主机：他是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。他是用于完成各种切削加工的机械部件。2)数控装置：是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。3)驱动装置：他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。4）辅助装置：指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。5）编程及其他附属设备：可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。6）自从1952年美国麻省理工学院研制出世界上第一台数控机床以来，数控机床在制造工业，特别是在汽车、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和软件方面，都有飞速发展。二：数控机床在国内外的应用现状在汽车等大批量生产行业，生产准备和生产组织管理等工作的效率相对较高，其数控设备的应用效率也相对比较高。但是由于汽车工业本身多产的特征，必然导致机床应用的资源浪费，因为其效率也会大打折扣。飞机制造业，因其产品的批量远远达不到大批量生产的规模，频繁的技术和生产准备等因素造成数控设备的停机和辅助时间延长，在一定程度上导致了设备利用率相对较低，同时，对于国内的飞机制造企业，还存在着多品种、小批量和离散程度高等问题，数控设备维护、数控工艺技术、数控程编技术和刀具技术等方面与国外存在着较大的差距，数控设备的应用效率明显低于世界先进的飞机零部件制造企业。同样，其他制造业中由于本身投入的便不如汽车和飞机制造业的资金充裕，高素质的人才不能与之配套，机床的养护以及使用不够规范，使其效率远远不能发挥。据有关方面统计，目前，国外数控机床在使用两班制工作情况下开机率达60％～70％，而国内用户的开机率仅有20％～30％，数控机床的开机率在很大程度上代表了数控机床的加工效率，出现过把德国生产的DMU125P型（马豪，五轴四联动）机床当普通镗床使用的情况，另外，也出现了许多企业十分严重的数控机床常年闲置不用的现象。一句话，国内数控机床普遍存在加工效率不高的现状。三：数控机床的现状分析3.1数控机床本身的局限性计算机数字控制系统(CNC)赋于现代加工设备智能化，能加工出许多以前传统加工手段无法精确加工的零件，如曲面、曲线等，又大大地提高了整个加工过程的生产效率，其优越性十分明显。但数控机床也不是万能的，有应用方面的原因，但更主要是由其本身固有的特性所决定的。1.数控机床本身精度的限制数控机床单轴定位精度一般在±0.01mm左右，重复定位精度在±0.03mm左右，联动回转轴的定位精度与重复定位精度在±5″左右。由此可见，数控机床的单轴定位精度并不比一些高精度的常规加工机床高，特别是在加工某些单件高精度零件时并无优势可言。2.数控机床控制方式的限制数控机床的数控系统是用直线插补与圆弧插补的控制方式实现的，因此在曲线加工中就会出现曲线加工的逼近误差，在曲面加工中还会出现加工的残留面积，将直接影响到零件加工的精度。3.数控机床应用特点的限制由应用情况表明，数控机床最适用于小批量、多品种、高精度的零件加工。这一点在实际应用中最易被忽视，而这恰恰是有效地提高数控机床的应用效率的关键所在。4.数控机床应用的局限性由于数控机床的工作范围和所加工零件本身的限制，在加工某些零件时会出现不够完善的地方，这些地方就必须用传统的加工方法予以弥补。例如，在某些空间曲面的加工中，由于采用点切削方式加工的零件，表面必然会留有残留面积，则需由一些传统的加工手段来完成。3.2在使用数控机床过程中的问题以及影响因素在对数控设备的使用过程中，对数控机床的应用应该有一定的认识，如何能最大限度地发挥数控机床的加工效率，有一些问题必须要解决。目前企业中，基层技术干部、管理干部对数控机床加工的原理、数控系统的特性不了解，对零件加工工艺和程序的编制生疏，无法对数控设备进行科学的管理。因此即使有先进的加工方法但没有相应的管理手段仍然无法使数控机床的效率得到更大的发挥。另外由于数控加工操作人员大部分来自普通机加工工人，文化素质参差不齐，在对数控设备的应用中套用普通设备加工的思路，对数控机床高速切削的特性、数控刀具的选择、切削参数的选择缺乏科学性，也无法最大限度地发挥数控设备的加工效率。由于特定的原因，数控设备的系统繁杂，设备档次不齐，给技术人员、操作人员的应用和编程带来很大困难，大大限制了零件的转移加工。一般的系统内存容量都不是很大，在加工零件种类繁多时，大量的加工程序因为无法存储而不得不进行反复的删除和键入，有限的系统资源有时甚至无法存储一个完整复杂零件的加工程序。频繁重复的零件准备工作浪费了大量的工作时间，直接影响了数控机床的效率。由于大量的加工程序是使用手工编制的，对复杂面的计算难于保证它的准确性，也难于保证零件的加工要求，甚至出现废品。现在虽然企业大部分建立了自己的局域网，在计算机中大量使用了CAD/CAM软件，但基层缺乏与上层技术部门衔接的环节，因而无法获得技术部门的有力支持。对数控设备应用效率的评价可以分解为评价其在制度工时内设备主轴有多少时间被用于切削加工，在主轴加工的时间段内有多少材料被去除，在度量时间段内加工的产品中合格品的数量是多少。主轴用于切削的时间越长、材料的去除率和产品的合格率越高，则设备的应用效率越高。由此分析，影响数控设备应用效率提高的因素可归结为设备故障因素、生产管理因素、工艺技术因素、数控刀具因素和人员技能因素等5个方面。对于国内，虽然近年来数控设备的应用水平得到了快速的发展，尤其在数控工艺技术研究应用方面取得了较大的进步，国产数控刀具的品质也有了大幅度提高，但从整体来说，仍与世界先进企业存在较大差距，具体表现如下：1）.用户盲目选型，致使货不对路选型存在盲目性，不考虑投资效益和经济性，不考虑性价比，盲目追求先进；选型存在片面性，片面讲究功能齐全；数控机床选型混乱，数控机床类型、规格不配套，致使技术后援难度增大；购置后发现货不对路，数控机床类型、规格、精度与企业产品不适应，购买后使用成本太高或加工范围小；购置数控机床只重视主机性能，而忽略附件和刀具配套。盲目购置的数控机床，往往无加工对象，致使设备常年闲置，或用来加工一些得不偿失的零件，根本谈不上有什么加工效率与效益2）.零件生产高度离散国内各厂的生产线建设水平参差不齐，投入资金也各不相同，数控车间承担的产品几乎涵盖了所有制件，基本不存在结构件数控加工单元，结果造成了厂际甚至厂内能力的重复投资，更严重的是，受到各型号制件批量的限制，同一台数控设备承担了大量结构类型存在较大差异的零件，生产组织过程中大量的时间浪费在了零件和夹具的换装等重复性工作中，所以并未从根本上解决离散的生产模式问题。3.3数控加工集成应用处于起步阶段国内目前在CAD、CAM、DNC、MES等数字化工具和平台的应用和建设方面投入较大，也取得了初步的成效，但在应用过程中仍然不同程度上存在着信息孤岛现象，并未实现真正意义上的数字化工厂，在生产计划安排、生产组织和过程监控等各个环节仍然以现场式的调度管理为主，不可避免地存在着计划脱节、生产准备滞后等问题，增加了数控设备的停机等待时间。3.4.数控刀具系列化应用层次相对较低数控设备属于制造企业的优质资源，为了充分发挥其资源优势，配套使用的刀具等工具的品质应得到严格保证，国外企业普遍使用了专业刀具制造商的系列化高品质刀具，而目前国内各厂均有着一定规模的专用刀具设计制造能力，为了“有效”发挥自有刀具的设计制造能力，使得理应实现通用化的数控刀具一直在专用化的道路上徘徊，部分数控车间仅能在一些关键产品上采用通用刀具，造成企业的数控切削参数库建设难以实际开展，仅有的数据也难以推广，材料切除率长期维持在较低的水平，同时，低品质刀具的长期使用也会在一定程度上影响设备主轴的寿命，对设备的完好率造成负面影响。3.5数控工艺技术和产品检验技术积累有限改革开放以来，国内制造企业普遍对发展先进的加工技西飞公司零件数控加工技术不遗余力，在数控加工技术方面有了相当的工艺技术积累，但在加工变形预测和控制等方面仍以经验为主，在数控产品的过程控制和检验等环节的发展上也滞后于工艺技术的进步，目前，在部分机械厂仍然存在着数字化加工的产品以模拟量进行检测的现象，也存在着对数控产品不加区分地完全使用三坐标数控测量机进行检测的现象，工艺技术的有限积累和落后的检验技术直接造成了加工流程的复杂化，既增加了零件装卸等的辅助时间，也增加了停机测量等的辅助时间，降低