数控机床进给驱动装置基本要求分析
数控机床进给驱动装置基本要求分析
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数控机床进给驱动装置基本要求分析
数控机床从构造上可以分为数控系统(CNC)和机床两大块。数控系统主要根据输入程序完成对工作台的位置、主轴启停、换向、变速、刀具的选择、更换、液压系统、冷却系统、润滑系统等的控制工作。而机床为了完成零件的加工须进行两大运动：主运动和进给运动。数控机床的主运动和进给运动在动作上除了接受CNC 的控制外，在机械结构上应具有响应快、高精度、高稳定性的特点。
1、高传动刚度
进给传动系统的高传动刚度主要取决于丝杆螺母副(直线运动)或蜗轮蜗杆副(回转运动)及其支承部件的刚度。刚度不足与摩擦阻力一起会导致工作台产生爬行现象以及造成反向死区，影响传动准确性。缩短传动链，合理选择丝杆尺寸以及对丝杆螺母副及支承部件等预紧是提高传动刚度的有效途径。
2.高谐振
为提高进给系统的抗振性，应使机械构件具有高的固有频率和合适的阻尼，一般要求机械传动系统的固有频率应高于伺服驱动系统固有频率的2～3倍。
3.低摩擦
进给传动系统要求运动平稳，定位准确，快速响应特性好，必须减小运动件的摩擦阻力和动、静摩擦系数之差，在进给传动系统中现普遍采用滚珠丝杆螺母副。
4.低惯量
进给系统由于经常需进行起动、停止、变速或反向，若机械传动装置惯量大，会增大负载并使系统动态性能变差。因此在满足强度与刚度的前提下，应尽可能减小运动部件的重量以及各传动元件的尺寸，以提高传动部件对指令的快速响应能力。
5.无间隙
机械间隙是造成进给系统反向死区的另一主要原因，因此对传动链的各个环节，包括：齿轮副、丝杆螺母副、联轴器及其支承部件等等均应采用消除间隙的结构措施。
数控机床故障诊断和维修的方法
对于数控机床发生的大多数故障，总体上说可采用下述几种方法来进行故障诊断。
⑴ 直观法 这是一种最基本、最简单的方法。维修人员通过对故障发生时产生的各种光、声、味等异常现象的观察、检查，可将故障缩小到某个模块，甚至一块印制电路板但是.它要求维修人员具有丰富的实践经验.以及综合判断能力。
⑵ 系统自诊断法 充分利用数控系统的自诊断功能，根据 CRT 上显示的报警信息及各模块上的发光二极管等器件的指示，可判断出故障的大致起因。进一步利用系统的自诊断功能.还能显示系统与各部分之间的接口信号状态，找出故障的大致部位.它是故障诊断过程中最常用、有效的方法之一。
⑶ 参数检查法 数控系统的机床参数是保证机床正常运行的前提条件，它们直接影响着数控机未的性能。
参数通常存放在系统存储器中，一旦电池不足或受到外界的干扰，可能导致部分参数的丢夫或变化，使机床无法正常工作。通过核对、调整参数，有时可以迅速排除故障：特别是对于机床长期不用的清况，参数丢失的现象经常发生，因此，检查和恢复机床参数是维修中行之有效的方法之一。另外，数控机床经过长期运行之后，由于机械运动部件磨损，电气元器件性能变化等原因，也需对有关参数进行重新调整。
⑷ 功能测试法 所谓功能测试法是通过功能测试程序，检查机床的实际动作，判别故障的一种方法功能测试可以将系统的功能(如：直线定位，圆弧插补、螺纹切削、固定循环、用户宏程序等)，用手工编程方法，编制一个功能铡试程序，并通过运行测试程序，来检查机床执行这些功能的准确性和可靠性，进而判断出故障发生的原因
对于长期不用的数控机床或是机床第一次开机不论动作是否正常，都应使用木方法进行一次检查以判断机床的上作状况。
⑸ 部件交换法 所谓部件交换法，就是在故障范围大致确认，并在确认外部条件完全正确的情况下.利用同样的印制电路板、模块、集成电路芯片或元器件替换有疑点的部分的方法。部件交换法是一种简单，易行、可靠的方法，也是维修过程中最常用的故障判别方法之一。
交换的部件可以是系统的备件，也可以用机床上现有的同类型部件替换通过部件交换就可以逐一排除故障可能的原因把故障范围缩小到相应的部件上。
必须注意的是：在备件交换之前应仔细检查、确认部件的外部工作刹长在线路中存在短路、过电压等情况时，切不可以轻易更换备件此外.备件(或交换板)应完好，且与原板的各种设定状态一致。
在交换CNC装置的存储器板或CPU板时，通常还要对系统进行某些特定的操作，如存储器的初始化操作等并重新设定各种参数，否则系统不能正常工作。这些操作步骤应严格按照系统的操作说明书、维修说明书进行。
⑹ 测量比较法 数控系统的印制电路板制造时，为了调整_维修的便利通常都设置有检测用的测量端子。维修人员利用这些检测端子，可以测量、比较正常的印制电路板和有故障的`印制电路板之间的电压或波形的差异，进而分析、判断故障原因及故障所在位置。
通过测量比较法，有时还可以纠正他人在印制电路板上的调整、设定不当而造成的“故障”。
测量比较法使用的前提是：维修人员应了解或实际测量正确的印制电路板关键部位、易出故障部位的正常电压值，正确的波形，才能进行比较分析，而且这些数据应随时做好记录并作为资料积累。
⑺ 原理分析法 这是根据数控系统的组成及工作原理，从原理上分析各点的电平和参数，并利用万用表、示波器或逻辑分析仪等仪器对其进行侧量，分析和比较，进而对故障进行系统检查的一种方法。运用这种方法要求维修人员有较高的水平，对整个系统或各部分电路有清楚，深入的了解才能进行。对于其体的故障，也可以通过测绘部分控制线路的方法.通过绘制原理图进行维修。在本书中，提供了部分测绘的原理图，可以供维修参考
除了以上介绍的故障检测方法外.还有插拔法、电压拉偏法、敲击法、局部升温法等等这些检查方法各有特点，维修人员可以根据不同的故障现象加以灵活应用，以便对故障进行综合分析，逐步缩小故障范围，排除故障。
数控机床加工专业用语
1)计算机数值控制 (Computerized Numerical Control, CNC) 用计算机控制加工功能，实现数值控制。
2)轴(Axis)机床的部件可以沿着其作直线移动或回转运动的基准方向。
3)机床坐标系( Machine Coordinate Systern )固定于机床上，以机床零点为基准的笛卡尔坐标系。
4)机床坐标原点( Machine Coordinate Origin )机床坐标系的原点。
5)工件坐标系( Workpiece Coordinate System )固定于工件上的笛卡尔坐标系。
6)工件坐标原点( Wrok-piexe Coordinate Origin)工件坐标系原点。
7)机床零点( Machine zero )由机床制造商规定的机床原点。
8)参考位置( Reference Position )机床启动用的沿着坐标轴上的一个固定点，它可以用机床坐标原点为参考基准。
9)绝对尺寸(Absolute Dimension)/绝对坐标值(Absolute Coordinates)距一坐标系原点的直线距离或角度。
10)增量尺寸( Incremental Dimension ) /增量坐标值(Incremental Coordinates)在一序列点的增量中，各点距前一点的距离或角度值。
11)最小输人增量(Least Input Increment) 在加工程序中可以输人的最小增量单位。
12)命令增量(Least command Increment)从数值控制装置发出的命令坐标轴移动的最小增量单位。
13)插补 (InterPolation)在所需的路径或轮廓线上的两个已知点间根据某一数学函数(例如：直线，圆弧或高阶函数)确定其多个中间点的位置坐标值的运算过程。
14)直线插补(Llne Interpolation)这是一种插补方式，在此方式中，两点间的插补沿着直线的点群来逼近，沿此直线控制刀具的运动。
15)圆弧插补(Circula : Interpolation)这是一种插补方式，在此方式中，根据两端点间的插补数字信息，计算出逼近实际圆弧的点群，控制刀具沿这些点运动，加工出圆弧曲线。
16)顺时针圆弧(Clockwise Arc)刀具参考点围绕轨迹中心，按负角度方向旋转所形成的轨迹.方向旋转所形成的轨迹.
17)逆时针圆弧(Counterclockwise Arc)刀具参考点围绕轨迹中心，按正角度方向旋转所形成的轨迹。
18)手工零件编程(Manual Part Prograrnmiog)手工进行零件加工程序的编制。
19)计算机零件编程(Cornputer Part prograrnrnlng)用计算机和适当的通用处理程序以及后置处理程序准备零件程序得到加工程序。
20)绝对编程(Absolute Prograrnming)用表示绝对尺寸的控制字进行编程。
21)增量编程(Increment programming)用表示增量尺寸的控制字进行编程。
22)宇符(Character)用于表示一组织或控制数据的一组元素符号。
23)控制字符(Control Character)出现于特定的信息文本中，表示某一控制功能的字符。
24)地址(Address)一个控制字开始的字符或一组字符，用以辨认其后的数据。
25)程序段格式(Block Format)字、字符和数据在一个程序段中的安排。
26)指令码(Instruction Code) /机器码(Machine Code)计算机指令代码，机器语言，用来表示指令集中的指令的代码。
27)程序号(Program Number)以号码识别加工程序时，在每一程序的前端指定的编号 .
28)程序名(Prograo Name)以名称识别加工程序时，为每一程序指定的名称。
29)指令方式(Command Mode)指令的工作方式。
30)程序段(Block)程序中为了实现某种操作的一组指令的集合.
31)零件程序(P art Program)在自动加工中，为了使自动操作有效按某种语言或某种格式书写的顺序指令集。零件程序是写在输人介质上的加工程序，也可以是为计算机准备的输人，经处理后得到加工程序。
32)加工程序(Machine Program)在自动加工控制系统中，按自动控制语言和格式书写的顺序指令集。这些指令记录在适当的输人介质上，完全能实现直接的操作。
33)程序结束(End of Program)指出工件加工结束的辅助功能
34)数据结束(End of Data)程序段的所有命令执行完后，使主轴功能和其他功能(例如冷却功能)均被删除的辅助功能。
35)程序暂停(Progrom Stop)程序段的所有命令执行完后，删除主轴功能和其他功能，并终止其后的数据处理的辅助功能.
36)准备功能(Preparatory Functton)使机床或控制系统建立加工功能方式的命令.
37)辅助功能(MiscellaneouS Function)控制机床或系统的开关功能的一种命令。
38)刀具功能(Tool Funetion)依据相应的格式规范，识别或调人刀具。
39)进给功能(Feed Function)定义进给速度技术规范的命令。
40)主轴速度功能(Spindle Speed Function)定义主轴速度技术规范的命令。
41)进给保持(Feed Hold)在加工程序执行期问，暂时中断进给的功能。
42)刀具轨迹(Tool Path)切削刀具上规定点所走过的轨迹。
43)零点偏置(Zero Offset)数控系统的一种特征.它容许数控测量系统的原点在指定范围内相对于机床零点移动，但其永久零点则存在数控系统中。
44)刀具偏置(Tool Offset)在一个加工程序的全部或指定部分，施加于机床坐标轴上的相对位移.该轴的位移方向由偏置值的正负来确定.
45)刀具长度偏置(Tool Length Offset)在刀具长度方向卜的偏晋
46)刀具半径偏置(Tool Radlus OffseO)刀具在两个坐标方向的刀具偏置。
47)刀具半径补偿(Cutter Compensation)垂直于刀具轨迹的位移，用来修正实际的刀具半径与编程的刀具半径的差异
48)刀具轨迹进给速度(Tool Path Feedrate)刀具上的基准点沿着刀具轨迹相对于工件移动时的速度，其单位通常用每分钟或每转的移动量来表示。
49)固定循环(Fixed Cycle , Canned Cycle)预先设定的一些操作命令，根据这些操作命令使机床坐标袖运动，主袖工作，从而完成固定的加工动作。例如，钻孔、铿削、攻丝以及这些加工的复合动作。
50)子程序(Subprogram)加工程序的一部分，子程序可由适当的加工控制命令调用而生效
51)工序单(Planning sheet)在编制零件的加工工序前为其准备的零件加工过程表。
52)执行程序(Executlve Program)在 CNC 系统中，建立运行能力的指令集合
53)倍率(Override)使操作者在加工期间能够修改速度的编程值(例如，进给率、主轴转速等)的手工控制功能。
54)伺服机构(Servo-Mwchanisnt)这是一种伺服系统，其中被控量为机械位置或机械位置对时间的导数.
55)误差(Error)计算值、观察值或实际值与真值、给定值或理论值之差
56)分辨率(Resolution)两个相邻的离散量之间可以分辨的最小间隔。
数控机床常见故障
按故障的性质分类
⑴ 确定性故障 确定性故障是指控制系统主机中的硬件损坏或只要满足一定的条件，数控机床必然会发生的故障。这一类故障现象在数控机床上最为常见，但由于它具有一定的规律，因此也给维修带来了方便
确定性故障具有不可恢复性，故障一旦发生，如不对其进行维修处理，机床不会自动恢复正常.但只要找出发生故障的根本原因，维修完成后机床立即可以恢复正常。正确的使用与精心维护是杜绝或避免故障发生的重要措施。
⑵ 随机性故障 随机性故障是指数控机床在工作过程中偶然发生的故障此类故障的发生原因较隐蔽，很难找出其规律性，故常称之为“软故障”，随机性故障的原因分析与故障诊断比较困难，一般而言，故障的发生往往与部件的安装质量、参数的设定、元器件的品质、软件设计不完善、工作环境的影响等诸多因素有关。
随机性故障有可恢复性，故障发生后，通过重新开机等措施，机床通常可恢复正常，但在运行过程中，又可能发生同样的故障。
加强数控系统的维护检查，确保电气箱的密封，可靠的安装、连接，正确的接地和屏蔽是减少、避免此类故障发生的重要措施。
按故障产生的原因分类
⑴ 数控机床自身故障 这类故障的发生是由于数控机床自身的原因所引起的，与外部使用环境条件无关.数控机床所发生的极大多数故障均属此类故障。
⑵ 数控机床外部故障 这类故障是由于外部原因所造成的。供电电压过低、过高，波动过大：电源相序不正确或三相输入电压的不平衡;环境温度过高：有害气体、潮气、粉尘授入：外来振动和干扰等都是引起故障的原因数控机床常见故障有哪些分类_数控机床常见故障的四大分类数控机床常见故障有哪些分类_数控机床常见故障的四大分类。
此外，人为因素也是造成数控机床故障的外部原因之一，据有关资料统计，首次使用数控机床或由不熟练工人来操作数控机床，在使用的第一年，操作不当所造成的外部故障要占机床总故障的三分之一以上。
按故障发生的部位分类
⑴ 主机故障 数控机床的主机通常指组成数控机床的机械、润滑、冷却、排屑、液压、气动与防护等部分。主机常见的故障主要有：
1) 因机械部件安装、调试、操作使用不当等原因引起的机械传动故障;
2) 因导轨、主轴等运动部件的干涉、摩擦过大等原因引起的故障;
3) 因机械零件的损坏、联结不良等原因引起的故障，等等。
主机故障主要表现为传动噪声大、加工精度差、运行阻力大、机械部件动作不进行、机械部件损坏等等。润滑不良、液压、气动系统的管路堵塞和密封不良，是主机发生故障的常见原因。数控机床的定期维护、保养.控制和根除“三漏”现象发生是减少主机部分故障的重要措施。
⑵ 电气控制系统故障 从所使用的元器件类型上.根据通常习惯，电气控制系统故障通常分为“弱电”故障和“强电”故障两大类，
“弱电”部分是指控制系统中以电子元器件、集成电路为主的控制部分数控机床的弱电部分包括CNC、PLC、MDI/C RT以及伺服驱动单元、输为输出单元等。
“弱电”故障又有硬件故障与软件故障之分.硬件故障是指上述各部分的集成电路芯片、分立电子元件、接插件以及外部连接组件等发生的故障。软件故障是指在硬件正常情况下所出现的动作出锗、数据丢失等故障，常见的有.加工程序出错，系统程序和参数的改变或丢失，计算机运算出错等。
“强电”部分是指控制系统中的主回路或高压、大功率回路中的继电器、接触器、开关、熔断器、电源变压器、电动机、电磁铁、行程开关等电气元器件及其所组成的控制电路。这部分的故障虽然维修、诊断较为方便，但由于它处于高压、大电流工作状态，发生故障的几率要高于“弱电”部分.必须引起维修人员的足够的重视。
按故障的指示形式分类
⑴ 有报带显示的故障 数控机床的故障显示可分为指示灯显示与显示器显示两种情况：
1)指示灯显示报警 指示灯显示报警是指通过控制系统各单元上的状态指示灯(一般由 LED发光管或小型指示灯组成)显示的报警.根据数控系统的状态指示灯，即使在显示器故障时，仍可大致分析判断出故障发生的部位与性质，因此.在维修、排除故障过程中应认真检杳这些状态指示灯的状态。
2)显示器显示报警.显示器显示报警是指可以通过CNC显示器显示出报警号和报警信息的报警。由于数控系统一般都具有较强的自诊断功能，如果系统的诊断软件以及显示电路工作正常，一旦系统出现故障，可以在显示器上以报警号及文本的形式显示故障信息。数控系统能进行显示的报警少则几十种，多则上千种，它是故障诊断的重要信息。
在显示器显示报警中，又可分为 NC 的报警和 PLC 的报等两类。前者为数控生产厂家设置的故降显示.它可对照系统的“维修手册”，来确定可能产生该故障的原因数控机床常见故障有哪些分类_数控机床常见故障的四大分类数控机床
后者是由数控机床生产厂家设置的 PLC 报警信息文本，属于机床侧的故降显示。它可对照机床生产厂家所提供的“机床维修手册”中的有关内容.确定故障所产生的原因。
⑵ 无报警显示的故障 这类故障发生时.机床与系统均无报警显示，其分析诊断难度通常较大.需要通过仔细、认真的分析判断才能予以确认。特别是对于一些早期的数控系统，由于系统本身的诊断功能不强，或无 PLC报警信息文本，出现无报警显示的故障情祝则更多.
对于无报警显示故障，通常要具体情况具体分析，根据故障发生前后的变化.进行分析判断，原理分析法与PLC 程序分析法是解决无报警显示故障的主要方法.
除上述常见故障分类方法外，还有其他多种不同的分类方法。如：按故障发生时有无破坏性.可分为破坏性故障和非破坏性故障两种.按故障发生与需要维修的具体功能部位.可分为数控装置故障，进给伺服系统故障，主轴驱动系统故障，白动换刀系统故障等等，这一分类方法在维修时常用。
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