數控磨床

　　簡介

　　數控機床是信息技術與機械制造技術相結合的產物，代表了現代基礎機械的技術水平與發展趨勢。我國數控機床工業發展較快，已有數控機床生產廠近百家。為加快我國數控機床工業的發展，更好地滿足國民經濟發展的需要，國家在制定頒發的《機械工業振興綱要》中已將重要基礎機械列為振興的四個重點領域之一，而重要基礎機械主要就是發展數控機床。“九五”及2010年前我國數控機床的發展方針是：重點抓好六類主機(數控車床、加工中心、數控磨床、數控鍛壓機床、數控重型機床和數控精密電加工機床)，集中突破數控系統;發展普及型，提高可靠性;內外結合，以我為主，實現我國數據控機床產業化。“九五”期間，重點提高可靠性，增加品種，普及型數控系統和數控機床實現經濟規模生產。到2000年數控機床品種發展到1000種，其中有100種達到90年代初國際水平。數控機床及數控系統的平均無故障時間達到10000小時，年產量達到20000臺，普及型產品基本立足國內。

　　加工范圍

　　磨床能加工硬度較高的材料，如淬硬鋼、硬質合金等;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，也能進行高效率的磨削，如強力磨削等。

　　發展歷程

　　十八世紀30年代，為了適應鐘表、自行車、縫紉機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。這些磨床是在當時現成的機床如車床、刨床等上面加裝磨頭改制而成的，它們結構簡單，剛度低，磨削時易產生振動，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，是首次具有現代磨床基本特征的機械。它的工件頭架和尾座安裝在往復移動的工作臺上，箱形床身提高了機床剛度，并帶有內圓磨削附件。1883年，這家公司制成磨頭裝在立柱上、工作臺作往復移動的平面磨床。

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

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

　　特點之處

　　1、適合于復雜異形零件的加工。

　　2、實現計算機控制，排除人為誤差。

　　3、通過計算機軟件可以實現精度補償和優化控制。

　　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，提高了加工精度。

　　5、數控機床使機械加工設備增加了柔性化的特點。柔性加工不僅適合于多品種、中小批量生產也適合于大批量生產，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，可實現夜間無人看管的操作。由幾臺數控機床(加工中心)組成的柔性制造系統(FMS)具有更高柔性的自動化制造系統，包括加工、裝配和檢驗等環節。

　　結構特點

　　數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150~200m/s，最高主軸轉速達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應具備剛性好、回轉精度高、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給單元

　　進給單元包括伺服驅動部件、動彈部件、位置監測單元等。進給單元是保持砂輪正常工作的必要前提，是評價磨床機能的重要指標之一。要求進給單元運轉靈活、分辨率高、定位精度高、動態響應快，既要有較大的加速度，又要有足夠大的驅動力。進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給方案或直線伺服電念頭直接驅動的方案。兩種方案的傳動鏈很短，主要是為了減少機械傳動誤差。兩種方案都是依賴電念頭來調速、換向。

　　數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、立柱等是數控磨床的基礎構件，其設計制造技術是保證磨床質量的根本。

　　數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、高效磨削液供應系統、安全防護裝置、主軸及砂輪動平衡系統、切屑處理系統等。

　　品種分類

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

　　2、普及型數控機床：具有人機對話功能，應用較廣，價格適中，通常稱之為全功能數控機床。

　　4、經濟型數控機床：結構簡單，精度中等，但價格便宜，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、實用性：是指明確數控機床來解決生產中的哪一個或哪幾個問題。

　　2、經濟性：是指所選用的數控機床在滿足加工要求的條件下，所支付的代價是最經濟的或者是較為合理的。

　　3、可操作性：用戶選用的數控機床要與本企業的操作和維修水平相適應。

　　4、穩定可靠性：是指機床本身的質量，選擇名牌產品能保證數控機床工作時穩定可靠。

　　常見故障

　　隨著我國機械加工的快速發展，國內的數控機床也越來越多。由于數控機床的先進性和故障的不穩定性，且大部分故障都是以綜合故障形式出現，所以使得數控機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。

　　1.對故障現場的充分調查

　　當故障發生時，首先要充分了解機床故障是在什么情況下出現的，出現時有些什么現象，出現后操作者采取了什么樣的措施，如故障現場還在，就要對CNC中的內容進行仔細觀察了解正在執行的程序段內容以及自診斷顯示的報警內容，并觀察各電路板上的報警燈情況。然后按系統的復位鍵，看故障是否消失，如故障報警消失，則此類報警多屬軟件故障。

　　2.把可能造成故障的所有因素全部列出

　　數控機床出現同一種故障的原因可能是多種多樣的，有機械的、電氣的、控制系統的等諸多因素，因此在故障分析時要把有關的因素全部列出來。例如：機床X軸在移動時會出現抖動，造成此現象的因素可能是：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軸電機負載過大;c、X軸伺服電機與絲桿的聯軸器有松動或間隙;d、X軸電機的伺服驅動有問題;e、X軸伺服電機有故障等等。

　　3.確定鼓掌產生原因的方法

　　數控機床的數控系統品種繁多但無論是何種數控系統，發生故障時都可用以下幾種方法對故障進行綜合判斷。

　　(1)　直觀法：就是利用人的感官注意發生故障時的現象并判斷故障發生的可能部位。如有故障時何處是否有異響、火花發生，何處有焦糊位出現，何處有發熱異常現象，然后進一步觀察可能發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，但卻要求機床維修人員具備一定的維修經驗。

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

　　(3)　充分利用數控系統的軟件報警功能：CNC系統都具有自診斷功能。在系統工作期間，能用自診斷程序對系統進行快速診斷。一旦檢測到故障，立即將故障以報警方式顯示在形式屏上或點亮各報警燈，維修時可根據報警內容提示來查找機床的故障所在。

　　(4)　利用狀態顯示的診斷功能：數控系統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據的形式提供機床診斷的各種狀態，例如，提供了系統與機床之間接口的輸入/輸出信號狀態，或PC與CNC裝置之間，PC與機床之間接口的輸入/輸出的信號狀態，即可利用顯示屏畫面的狀態顯示，來檢查數控系統是否將信號輸入到機床，或機床的開關信息是否已輸入到數控系統。總之，可將故障區分出是在機床一側還是在數控系統一側，從而可縮小數控機床故障的檢查范圍。

　　(5)　發生故障時應及時核對數控系統參數：系統參數變化會直接影響到機床的性能，甚至使機床發生故障，整臺機床不能工作。而外界的干擾有可能引起存儲器內個別參數的變化，聽以當機床發生了一些莫名其妙的故障時，可對數控系統的參數進行核對。

　　(6)　備件更換法：當對機床故障進行分析發現可能是電路板偶故障時，就可用備件板進行更換，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：①要注意電路板上各可調開關的位置，在換板時應注意使被交換的兩塊電路板的設定狀態要完全一致，否則將使系統處于不穩定或不是最佳狀態，甚至出現報警。②更換某些電路板(如CCU板)之后，需對機床的參數和程序進行重新設定或輸入等。

　　(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熟悉電路原理及電路的邏輯關系。在邏輯關系不熟的情況下，可用兩塊一樣的電路板對比進行檢測，從而發現電路板的故障所在。

　　總之，當數控機床一旦出現故障時，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。