数控磨床

　　简介

　　数控机床是信息技术与机械制造技术相结合的产物，代表了现代基础机械的技术水平与发展趋势。我国数控机床工业发展较快，已有数控机床生产厂近百家。为加快我国数控机床工业的发展，更好地满足国民经济发展的需要，国家在制定颁发的《机械工业振兴纲要》中已将重要基础机械列为振兴的四个重点领域之一，而重要基础机械主要就是发展数控机床。“九五”及2010年前我国数控机床的发展方针是：重点抓好六类主机(数控车床、加工中心、数控磨床、数控锻压机床、数控重型机床和数控精密电加工机床)，集中突破数控系统;发展普及型，提高可靠性;内外结合，以我为主，实现我国数据控机床产业化。“九五”期间，重点提高可靠性，增加品种，普及型数控系统和数控机床实现经济规模生产。到2000年数控机床品种发展到1000种，其中有100种达到90年代初国际水平。数控机床及数控系统的平均无故障时间达到10000小时，年产量达到20000台，普及型产品基本立足国内。

　　加工范围

　　磨床能加工硬度较高的材料，如淬硬钢、硬质合金等;也能加工脆性材料，如玻璃、花岗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能进行高效率的磨削，如强力磨削等。

　　发展历程

　　十八世纪30年代，为了适应钟表、自行车、缝纫机和枪械等零件淬硬后的加工，英国、德国和美国分别研制出使用天然磨料砂轮的磨床。这些磨床是在当时现成的机床如车床、刨床等上面加装磨头改制而成的，它们结构简单，刚度低，磨削时易产生振动，要求操作工人要有很高的技艺才能磨出精密的工件。

　　1876年在巴黎博览会展出的美国布朗-夏普公司制造的万能外圆磨床，是首次具有现代磨床基本特征的机械。它的工件头架和尾座安装在往复移动的工作台上，箱形床身提高了机床刚度，并带有内圆磨削附件。1883年，这家公司制成磨头装在立柱上、工作台作往复移动的平面磨床。

　　1900年前后，人造磨料的发展和液压传动的应用，对磨床的发展有很大的推动作用。随着近代工业特别是汽车工业的发展，各种不同类型的磨床相继问世。例如20世纪初，先后研制出加工气缸体的行星内圆磨床、曲轴磨床、凸轮轴磨床和带电磁吸盘的活塞环磨床等。

　　自动测量装置于1908年开始应用到磨床上。到了1920年前后，无心磨床、双端面磨床、轧辊磨床、导轨磨床，珩磨机和超精加工机床等相继制成使用;50年代又出现了可作镜面磨削的高精度外圆磨床;60年代末又出现了砂轮线速度达60～80米/秒的高速磨床和大切深、缓进给磨削平面磨床;70年代，采用微处理机的数字控制和适应控制等技术在磨床上得到了广泛的应用。

　　特点之处

　　1、适合于复杂异形零件的加工。

　　2、实现计算机控制，排除人为误差。

　　3、通过计算机软件可以实现精度补偿和优化控制。

　　4、加工中心、车削中心、磨削中心、电加工中心等具有刀库和换刀功能，减少了装夹次数，提高了加工精度。

　　5、数控机床使机械加工设备增加了柔性化的特点。柔性加工不仅适合于多品种、中小批量生产也适合于大批量生产，且能交替完成两种或更多种不同零件的加工，增加了自动变换工件的功能，可实现夜间无人看管的操作。由几台数控机床(加工中心)组成的柔性制造系统(FMS)具有更高柔性的自动化制造系统，包括加工、装配和检验等环节。

　　结构特点

　　数控磨床砂轮主轴部件精度高、刚性好

　　砂轮的线速度一般为30~60m/s，CBN砂轮可高达150~200m/s，最高主轴转速达15000r/min。主轴单元是磨床的枢纽部件，对于高速高精度单元系统应具备刚性好、回转精度高、温升小、不乱性好、功耗低、寿命长、本钱适中的特性。砂轮主轴单元的轴承常采用高精度动弹轴承、液体静压轴承、液体动压轴承、消息压轴承。高速和超高速磨床越来越多采用电主轴单元部件。

　　采用低速无爬行的高精密进给单元

　　进给单元包括伺服驱动部件、动弹部件、位置监测单元等。进给单元是保持砂轮正常工作的必要前提，是评价磨床机能的重要指标之一。要求进给单元运转灵活、分辨率高、定位精度高、动态响应快，既要有较大的加速度，又要有足够大的驱动力。进给单元常用的方案为交、直流伺服电念头与动弹丝杠组合的进给方案或直线伺服电念头直接驱动的方案。两种方案的传动链很短，主要是为了减少机械传动误差。两种方案都是依赖电念头来调速、换向。

　　数控磨床具有高的静刚度、动刚度及热刚度

　　砂轮架、头架、尾架、工作台、床身、立柱等是数控磨床的基础构件，其设计制造技术是保证磨床质量的根本。

　　数控磨床需要有完善辅助单元

　　辅助单元包括工件快速装夹装置、高效磨削液供应系统、安全防护装置、主轴及砂轮动平衡系统、切屑处理系统等。

　　品种分类

　　1、高档型数控机床：是指加工复杂形状的多轴控制或工序集中、自动化程度高、高度柔性的数控磨床。

　　2、普及型数控机床：具有人机对话功能，应用较广，价格适中，通常称之为全功能数控机床。

　　4、经济型数控机床：结构简单，精度中等，但价格便宜，仅能满足一般精度要求的加工，能加工形状较简单的直线、斜线、圆弧及带螺纹类的零件。

　　选用原则

　　1、实用性：是指明确数控机床来解决生产中的哪一个或哪几个问题。

　　2、经济性：是指所选用的数控机床在满足加工要求的条件下，所支付的代价是最经济的或者是较为合理的。

　　3、可操作性：用户选用的数控机床要与本企业的操作和维修水平相适应。

　　4、稳定可靠性：是指机床本身的质量，选择名牌产品能保证数控机床工作时稳定可靠。

　　常见故障

　　随着我国机械加工的快速发展，国内的数控机床也越来越多。由于数控机床的先进性和故障的不稳定性，且大部分故障都是以综合故障形式出现，所以使得数控机床的维修难度加大了很多，但故障处理的步骤与方法不外乎以下几点。

　　1.对故障现场的充分调查

　　当故障发生时，首先要充分了解机床故障是在什么情况下出现的，出现时有些什么现象，出现后操作者采取了什么样的措施，如故障现场还在，就要对CNC中的内容进行仔细观察了解正在执行的程序段内容以及自诊断显示的报警内容，并观察各电路板上的报警灯情况。然后按系统的复位键，看故障是否消失，如故障报警消失，则此类报警多属软件故障。

　　2.把可能造成故障的所有因素全部列出

　　数控机床出现同一种故障的原因可能是多种多样的，有机械的、电气的、控制系统的等诸多因素，因此在故障分析时要把有关的因素全部列出来。例如：机床X轴在移动时会出现抖动，造成此现象的因素可能是：a、X轴编码器的连线有可能接触不良;b、X轴的岛轨镶条过紧，阻尼太大，造成X轴电机负载过大;c、X轴伺服电机与丝杆的联轴器有松动或间隙;d、X轴电机的伺服驱动有问题;e、X轴伺服电机有故障等等。

　　3.确定鼓掌产生原因的方法

　　数控机床的数控系统品种繁多但无论是何种数控系统，发生故障时都可用以下几种方法对故障进行综合判断。

　　(1)　直观法：就是利用人的感官注意发生故障时的现象并判断故障发生的可能部位。如有故障时何处是否有异响、火花发生，何处有焦糊位出现，何处有发热异常现象，然后进一步观察可能发生故障的每块电路板的表面状况，例如电路板上是否有烧焦、熏黑处或电子元器件是否有爆裂处，以进一步缩小检查范围。这是一种最基本、最简单的方法，但却要求机床维修人员具备一定的维修经验。

　　(2)　利用数控系统的硬件报警功能：报警指示灯可判断故障所在。在数控系统硬件电路板上有很多的报警指示灯，借此可大致判断出故障所在位置。

　　(3)　充分利用数控系统的软件报警功能：CNC系统都具有自诊断功能。在系统工作期间，能用自诊断程序对系统进行快速诊断。一旦检测到故障，立即将故障以报警方式显示在形式屏上或点亮各报警灯，维修时可根据报警内容提示来查找机床的故障所在。

　　(4)　利用状态显示的诊断功能：数控系统不但能将故障诊断信息显示出来，而且能以诊断地址和诊断数据的形式提供机床诊断的各种状态，例如，提供了系统与机床之间接口的输入/输出信号状态，或PC与CNC装置之间，PC与机床之间接口的输入/输出的信号状态，即可利用显示屏画面的状态显示，来检查数控系统是否将信号输入到机床，或机床的开关信息是否已输入到数控系统。总之，可将故障区分出是在机床一侧还是在数控系统一侧，从而可缩小数控机床故障的检查范围。

　　(5)　发生故障时应及时核对数控系统参数：系统参数变化会直接影响到机床的性能，甚至使机床发生故障，整台机床不能工作。而外界的干扰有可能引起存储器内个别参数的变化，听以当机床发生了一些莫名其妙的故障时，可对数控系统的参数进行核对。

　　(6)　备件更换法：当对机床故障进行分析发现可能是电路板偶故障时，就可用备件板进行更换，则可迅速确定故障电路板。但用此方法时需注意到下述两点：①要注意电路板上各可调开关的位置，在换板时应注意使被交换的两块电路板的设定状态要完全一致，否则将使系统处于不稳定或不是最佳状态，甚至出现报警。②更换某些电路板(如CCU板)之后，需对机床的参数和程序进行重新设定或输入等。

　　(7)　利用电路板上的检测端子：在电路板上有供测量电路电压和波形的检测端子，以便在调试和维修时确定该部分电路工作是否正常。但在检测该部分电路时应熟悉电路原理及电路的逻辑关系。在逻辑关系不熟的情况下，可用两块一样的电路板对比进行检测，从而发现电路板的故障所在。

　　总之，当数控机床一旦出现故障时，维修人员遵循上述的检测步骤和方法就能正确判断出故障的起因及故障所在的位置。