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1、河南科技大学毕业设计（论文）说明书题目： 数控步冲机的结构设计 类 别 ： 专 升 本 年 级 专 业 ：09级机械设计制造及其自动化 函授教学站点： 平高函授教学站 姓 名： 胡 允 河南科技大学毕业设计（论文）说明书用纸目 录目 录1第1章 数控车床的结构21.1数控车床简介21.2 液压卡盘和液压尾架31.3 数控车床的刀架31.4 铣削动力头41.5数控车床的刀具4第2章 数控车削中的粗加工编程方法52.1前言52.2 调子程序法52.3使用粗车循环指令6第3章 浮动镗刀镗削质量分析及提高镗削质量的措施83.1镗刀杆上刀孔加工误差对镗孔质量的影响83.2半精镗孔质量对浮销的影响83.3
2、镗削用量对浮镗质量的影响83.4如何提高镗削质量9第4章 数控车削精度的刀具影响与补偿两例104.1工件加工表面由外圆柱面向圆锥面过渡104.2 工件加工表面由外圆柱面向球体面过渡11第5章 数控车床FANUC编程技巧125.1灵活设置参考点125.2化零为整法125.3减少刀具空行程135.4优化参数，平衡刀具负荷，减少刀具磨损13第6章 削减冷却液156.1减少润滑油156.2干切削166.3湿法切削的优点和缺点176.4特殊涂料17第7章 数控机床常见故障及排除方法177.1数控机床故障诊断在故障诊断时应掌握以下原则：187.2数控机床的故障诊断技术187.3数控机床的常见故障排除方法2
3、07.4数控机床维修后的开机调试237.5维修调试后的技术处理24第8章 数控技术及装备的发展趋势浅析258.1数控技术的发展趋势25参考文献27第1章 数控车床的结构数控车床主要用来对旋转体零件进行车削、镗削、钻削、铰削、攻丝等工序的加工。一般能自动完成内外圆柱面、圆锥面、球面、圆柱螺纹、槽及端面等工序的切削加工。现代数控车床都具有X、Z两轴的联动功能、刀具位置和刀尖圆弧半径的补偿功能、以及加工固定循环功能。1.1数控车床简介数控车床的组成：数控系统、床身、主轴、进给系统、回转刀架、操作面板和辅助系统等。数控车床分为立式数控车床和卧式数控车床两种类型。立式数控车床用于回转直径较大的盘类零件车
4、削加工。卧式数控车床用于轴向尺寸较长或小型盘类零件的车削加工。卧式数控车床按功能可进一步分为经济型数控车床、普通数控车床和车削加工中心(1)经济型数控车床：采用步进电动机和单片机对普通车床的车削进给系统进行改造后形成的简易型数控车床。成本较低，自动化程度和功能都比较差，车削加工精度也不高，适用于要求不高的回转类零件的车削加工。 (如下图所示)经济型数控车床(2)普通数控车床：根据车削加工要求在结构上进行专门设计，配备通用数控系统而形成的数控车床。数控系统功能强，自动化程度和加工精度也比较高，适用于一般回转类零件的车削加工。这种数控车床可同时控制两个坐标轴，即x轴和z轴。 (3)车削加工中心：在
5、普通数控车床的基础上，增加了C轴和动力头，更高级的机床还带有刀库，可控制X、Z和C三个坐标轴，联动控制轴可以是(X、Z)、(X、C)或(Z、C)。由于增加了C轴和铣削动力头，这种数控车床的加工功能大大增强，除可以进行一般车削外，还可以进行径向和轴向铣削、曲面铣削、中心线不在零件回转中心的孔和径向孔的钻削等加工。（如下所示）车削中心1.2 液压卡盘和液压尾架液压卡盘是数控车削加工时夹紧工件的重要附件，对一般回转类零件可采用普通液压卡盘；对零件被夹持部位不是圆柱形的零件，则需要采用专用卡盘；用棒料直接加工零件时需要采用弹簧卡盘。对轴向尺寸和径向尺寸的比值较大的零件，需要采用安装在液压尾架上的活顶尖
6、对零件尾端进行支撑，才能保证对零件进行正确的加工。尾架有普通液压尾架和可编程液压尾架。1.3 数控车床的刀架数控车床可以配备两种刀架：(1)专用刀架 由车床生产厂商自己开发，所使用的刀柄也是专用的。这种刀架的优点是制造成本低，但缺乏通用性。(2)通用刀架 根据一定的通用标准(如VDI，德国工程师协会)而生产的刀架，数控车床生产厂商可以根据数控车床的功能要求进行选择配置。（见下图）通用刀架1.4 铣削动力头数控车床刀架上安装铣削动力头后可以大大扩展数控车床的加工能力。如：利用铣削动力头进行轴向钻孔和铣削轴向槽。1.5数控车床的刀具在数控车床或车削加工中心上车削零件时，应根据车床的刀架结构和可以安
7、装刀具的数量，合理、科学地安排刀具在刀架上的位置，并注意避免刀具在静止和工作时，刀具与机床、刀具与工件以及刀具相互之间的干涉现象。数控车床上常用的刀具如图所示。数控车床刀具第2章 数控车削中的粗加工编程方法2.1前言车削零件毛坯多为棒料或锻坯，加工余量较大且不均匀，因此粗加工中往往要经过多次走刀。在数控车床上加工时，每次走刀必须经过编程，这就使编程的工作量大大增加，而且，手工编程时需计算每次的走刀轨迹坐标，这对于形状复杂的零件更是麻烦。例如图1所示的手柄零件，轮廓由几段圆弧构成，即便是先用直线、斜线程序分几次走刀车掉粗加工余量，粗加工程序的轨迹计算也够繁琐，更不必说用圆弧程序了。下面介绍的两种
8、编程方法就可较好地解决这类粗加工问题。2.2 调子程序法利用子程序功能可大大简化粗加工程序，而且一个子程序可以被重复调用多次，其格式为: 子程序主程序中调子程序:O#M99M98 P# L*其中，P后面的#是子程序号L后面的*是重复调用次图1重复多次调用子程序时，子程序中注意使用G91(相对坐标)指令编程，以使切削轨迹每次有相对变化。对图1所示的零件用子程序法编加工程序如下： 0#主程序号N01 G92 X16 Z90建立工件坐标系N02 GOO Z73.436 S300 M03N03 M98 P0006 L11调子程序11次N04 M02O0006子程序号NO1 G91 GO1 X-6.0
9、F200G91编程N02 G03 X7.385 Z-4.923 R8N03 G03 X2.215 Z-39.877 R60N04 G02 X2.4 Z-28.636 R40N05 G00 X2.0N06 G00 Z73.436N07 G00 X-9.0M99子程序返回由程序可见，虽然有11次走刀，但程序并不复杂。图22.3使用粗车循环指令数控车削加工中的粗车循环指令可以将多次走刀的重复动作用一个程序段来表示，因此，也可大大简化编程工作。以纵向粗车循环指令G71为例，可用于粗加工棒料毛坯的阶梯轴(或孔)，刀具的运动轨迹如图2所示，即先分层切削，然后平行于轨迹切一刀，并留下给定的精车余量，其中实线
10、表示切削进给，虚线表示快进或快退。指令格式为: G71 U(d) R(e) G71 P(ns) Q(nf) U(U) W(W) F_S_T 其中: ns-nf加工轨迹描述的程序段号; UX轴上的精车余量; WZ轴上的精车余量; d每次的切削深度; e每 次 的退刀距离 以图2所示的零件为例，设毛坯为120的棒料， 采用纵向粗车循环指令G71加工A-G段，程序如下: N01 T0100N02 G00 X120 Z10 5200 M03快进至循环起点N03 G71 U1.0 R0.5N04 G71 P05 Q11 U0.2 W0.1 F80 粗加工循环指令N05 G00 X40 Z10快进至轨迹起
11、点N06 G01 Z-30N07 X60 Z-60N08 Z-80N09 X100 Z-90N10 Z-110N11 X120 Z-130轨迹终点N12 G00 X200 Z140 M02其中N05N11为轨迹描述 除了G71之外，还有横向粗车循环指令、仿形粗车循环指令等，其用法类似于G71，这里不再介绍。 第3章 浮动镗刀镗削质量分析及提高镗削质量的措施一般使用的硬质合金可调节浮动镗刀，其主要特点是切削兼宽刃口挤压成形，镗后的孔表面紧密光滑。由于镗刀在孔中呈浮动状态，对底孔的圆柱度和同轴度要求较高。使用浮动镗刀技术要求较高，经常产生孔尺寸不稳定和振纹等问题。现就影响加工质量的几个方面及改进方
12、法介绍如下。图1 镗刀杆一般形式图2 刀孔加工与刀杆中心偏差3.1镗刀杆上刀孔加工误差对镗孔质量的影响镗刀杆一般形式如图1(以宽12mm，长25mm镗刀片为例)。刀孔尺寸12F7中心平面与机床回转中心有偏差，原因为刀孔加工与刀杆中心有偏差(图2)；刀杆安装与主轴回转中心有偏差(车床上使用时较易产生)，由于12F7的中心平面与回转中心存在偏差，当主轴旋转时，产生一个随旋转角度变化而方向也改变的径向分力，这样镗出的孔径将会大于浮刀尺寸。刀孔尺寸25F7两侧面与旋转中心不垂直。如果刀孔尺寸25F7两侧面与刀杆中心不垂直，则浮动镗刀将在孔中倾斜，这样镗出的孔径将变小，而且还会产生明显的刀痕。刀孔尺寸的
13、制造误差。镗刀与刀孔为间隙配合，如果间隙太大，镗孔时就会产生抖动，这样将使加工出的孔径尺寸不稳定，并产生振纹。3.2半精镗孔质量对浮销的影响半精镗孔质量的好坏，直接影响浮动镗削的质量。在浮动镗孔之前，半精镗孔必须达到圆柱度、同轴度要求，表面粗糙度要低于Ra3.2。此外，半精镗后余量不能太大，一般比镗刀尺寸小0.06-0.12。3.3镗削用量对浮镗质量的影响合理选用适当的镗削用量也很重要，镗削速度和进刀量过大或过小，都会影响孔径尺寸和光洁度，合理的切削用量为：铸件Vc=12m/min，f=1-2mm/r；钢件Vc=10m/min，f=0.5-1mm/r。图3 传统刀孔改装形式图4 镗削结构改装形
14、式3.4如何提高镗削质量从以上分析来看，影响浮动镗削质量的关键是刀孔的加工精度，而传统的刀孔只能通过插削加工，不能保证较高的形位公差、尺寸公差和光洁度。为此，我将传统的刀孔形式改成图3形式，这样就可通过磨削加工而达到较高的加工精度和表面光洁度，我厂使用这种刀排后，镗削质量明显得到提高。在镗削较深内孔时，由于镗杆的刚性受到限制，镗削时易产生振动，使浮镗尺寸精度和光洁度下降。通过改成图4形式后，由于“O”型圈的支承作用，将大大增强镗削的稳定性。不同尺寸的内孔，只要更换相应尺寸的活塞，较方便。从使用效果来看，基本解决了加工深孔所产生的质量问题。另外，浮动镗削时应加柴油冷却与润滑，浮刀导向角要全部移入
15、孔内后方可镗削。第4章 数控车削精度的刀具影响与补偿两例数控车床加工零件是按照编制的程序指令控制刀具运动来完成的，而编制加工程序一般是以刀具的刀尖作为编程点，但是实际刀具的刀尖呈圆形，这就导致刀具的行走轨迹发生转变时，对加工精度影响更突出，特别是在没有刀尖圆弧补偿的控制系统中。因此，在编程时必须根据具体情况考虑这个因素。下面介绍几种工件当形状发生变化时，刀尖圆弧半径对加工精度的影响以及采取相应的措施。图1图2图34.1工件加工表面由外圆柱面向圆锥面过渡图1所示为刀具与被加工零件的位置关系。当刀具加工完圆柱体向锥体转换时，编程控制的刀具理论上应处于O1的位置上，但由于刀尖圆弧r的影响，实际上切削
16、锥体的点由原来的E点转换为A点。可以看出按此加工的锥体与设计图纸的锥体不相符，比设计的锥体尺寸略大一些，也就是在轴向和径向产生了误差，即A点与C点的坐标差值。由图1可得: 轴向误差 X=r-rcosa 径向误差 Z=r-rsina其中：r刀尖圆弧半径 a加工锥体母线与零件回转中心的夹角 要想加工出与设计图纸相符合的锥体，由图1可知，刀具必须处在O2点的位置，相当于刀尖沿Z轴方向，向前移动Z值，因此由图1可得: 根据几何关系：BO2D=aCO2D=a/2 因此CD=rtana/2Z=r-rtana/2 在编程时，往往忽略了这个误差，若考虑了这个误差，就能保证锥体的加工精度。 根据以上计算，同理，
17、当圆柱体与锥体如图2所示形式联接时，刀具应由编程点O1向下移动到O2位置，移动值x为: =r-rtan(90-a)/2 综上分析，当加工表面由圆柱体向锥体转变时或锥体向锥体转变时必须考虑这些误差。不然加工时因轴向和径向误差而使联接处产生一小平台，严重时造成零件加工精度超差。 4.2 工件加工表面由外圆柱面向球体面过渡图3所示为刀具与加工零件之间的位置关系。当刀具开始切削球体时，刀具处于O1点位置，切削点将是B点。由图看出，加工出的球体与设计图纸的球体在半径上有一差值AB。 由图3可知，当刀尖半径增加时，AB值增加；反之，AB值减小。当加工球体半径增大时，AB值减小。 在加工中要消除这个误差，就
18、要改变刀具的切削点，即将O1点位置移动到O2点位置，即向左移动一Z值。 根据几何关系得: OE=(R+r)cosa Z=EH=OH-OE=(R+r)-(R+r)cosa=(R+r)(1-cosa)式中：R为加工零件的半径 r为刀尖圆弧半径 a为加工零件中心与刀尖中心连线与Z轴坐标的夹角 即在编程时，将加工圆柱面向球面转换时在Z轴坐标值加上Z值作为切削球体的起始点，就可保证球体的加工质量。第5章 数控车床FANUC编程技巧科学技术的发展，导致产品更新换代的加快和人们需求的多样化，产品的生产也趋向种类多样化、批量中小型化。为适应这一变化，数控（NC）设备在企业中的作用愈来愈大。我校作为国家级重点职
19、校，为顺应时代潮流，重点建设数控专业，选购了BIEJING-FANUCPowerMateO数控车床。它与普通车床相比，一个显著的优点是：对零件变化的适应性强，更换零件只需改变相应的程序，对刀具进行简单的调整即可做出合格的零件，为节约成本赢得先机。但是，要充分发挥数控机床的作用，不仅要有良好的硬件，（如：优质的刀具、机床的精度等），更重要的是软件：编程，即根据不同的零件的特点，编制合理、高效的加工程序。通过多年的编程实践和教学，我摸索出一些编程技巧。 数控车床虽然加工柔性比普通车床优越，但单就某一种零件的生产效率而言，与普通车床还存在一定的差距。因此，提高数控车床的效率便成为关键，而合理运用编程
20、技巧，编制高效率的加工程序，对提高机床效率往往具有意想不到的效果。 5.1灵活设置参考点 BIEJING-FANUCPowerMateO数控车床共有二根轴，即主轴Z和刀具轴X。棒料中心为坐标系原点，各刀接近棒料时，坐标值减小，称之为进刀；反之，坐标值增大，称为退刀。当退到刀具开始时位置时，刀具停止，此位置称为参考点。参考点是编程中一个非常重要的概念，每执行完一次自动循环，刀具都必须返回到这个位置，准备下一次循环。因此，在执行程序前，必须调整刀具及主轴的实际位置与坐标数值保持一致。然而，参考点的实际位置并不是固定不变的，编程人员可以根据零件的直径、所用的刀具的种类、数量调整参考点的位置，缩短刀具
21、的空行程。从而提高效率。5.2化零为整法 在低压电器中，存在大量的短销轴类零件，其长径比大约为23，直径多在3mm以下。由于零件几何尺寸较小，普通仪表车床难以装夹，无法保证质量。如果按照常规方法编程，在每一次循环中只加工一个零件，由于轴向尺寸较短，造成机床主轴滑块在床身导轨局部频繁往复，弹簧夹头夹紧机构动作频繁。长时间工作之后，便会造成机床导轨局部过度磨损，影响机床的加工精度，严重的甚至会造成机床报废。而弹簧夹头夹紧机构的频繁动作，则会导致控制电器的损坏。要解决以上问题，必须加大主轴送进长度和弹簧夹头夹紧机构的动作间隔，同时不能降低生产率。由此设想是否可以在一次加工循环中加工数个零件，则主轴送
22、进长度为单件零件长度的数倍，甚至可达主轴最大运行距离，而弹簧夹头夹紧机构的动作时间间隔相应延长为原来的数倍。更重要的是，原来单件零件的辅助时间分摊在数个零件上，每个零件的辅助时间大为缩短，从而提高了生产效率。为了实现这一设想，我联想到电脑程序设计中主程序和子程序的概念，如果将涉及零件几何尺寸的命令字段放在一个子程序中，而将有关机床控制的命令字段及切断零件的命令字段放在主程序中，每加工一个零件时，由主程序通过调用子程序命令调用一次子程序，加工完成后，跳转回主程序。需要加工几个零件便调用几次子程序，十分有利于增减每次循环加工零件的数目。通过这种方式编制的加工程序也比较简洁明了，便于修改、维护。值得
23、注意的是，由于子程序的各项参数在每次调用中都保持不变，而主轴的坐标时刻在变化，为与主程序相适应，在子程序中必须采用相对编程语句。 5.3减少刀具空行程在BIEJING-FANUCPowerMateO数控车床中，刀具的运动是依靠步进电动机来带动的，尽管在程序命令中有快速点定位命令G00，但与普通车床的进给方式相比，依然显得效率不高。因此，要想提高机床效率，必须提高刀具的运行效率。刀具的空行程是指刀具接近工件和切削完毕后退回参考点所运行的距离。只要减少刀具空行程，就可以提高刀具的运行效率。（对于点位控制的数控车床，只要求定位精度较高，定位过程可尽可能快，而刀具相对工件的运动路线是无关紧要的。）在机
24、床调整方面，要将刀具的初始位置安排在尽可能靠近棒料的地方。在程序方面，要根据零件的结构，使用尽可能少的刀具加工零件使刀具在安装时彼此尽可能分散，在很接近棒料时彼此就不会发生干涉；另一方面，由于刀具实际的初始位置已经与原来发生了变化，必须在程序中对刀具的参考点位置进行修改，使之与实际情况相符，与此同时再配合快速点定位命令，就可以将刀具的空行程控制在最小范围内从而提高机床加工效率。5.4优化参数，平衡刀具负荷，减少刀具磨损 由于零件结构的千变万化，有可能导致刀具切削负荷的不平衡。而由于自身几何形状的差异导致不同刀具在刚度、强度方面存在较大差异，例如：正外圆刀与切断刀之间，正外圆刀与反外圆刀之间。如
25、果在编程时不考虑这些差异。用强度、刚度弱的刀具承受较大的切削载荷，就会导致刀具的非正常磨损甚至损坏，而零件的加工质量达不到要求。因此编程时必须分析零件结构，用强度、刚度较高的刀具承受较大的切削载荷，用强度、刚度小的刀具承受较小的切削载荷，使不同的刀具都可以采用合理的切削用量，具有大体相近的寿命，减少磨刀及更换刀具的次数。 本文总结的一些具体结论仅适用于BIEJING-FANUCPowerMateO数控车床，但是它表现的编程思想具有普遍意义。要编制合理高效的加工程序，必须要熟悉所使用机床的程序语言并能加以灵活运用，了解机床的主参数，深入分析零件的结构特点、材料特性及加工工艺等。BIEJING-F
26、ANUCPowerMateO数控车床指令包括G、M、S、T。其中指令为准备功能指令，M指令为辅助功能指令，S为主轴转速控制指令，T为刀具选择指令。下表列出了部分常用的指令代码及含义。代码符号代码含义代码符号代码含义 G90绝对值输入G31等导程螺纹切削 G91相对值输入G32跳步功能 G00快速点定位M02、M03程序结束 G01直线插补M00程序停机 G02、G03顺圆和逆圆插补M01选择停机 G28自动返回参考点M98调用子程序 G04暂停M99子程序结束第6章 削减冷却液越来越多的加工车间正在寻找在加工时降低冷却液用量的方法，采用空气/油雾-最小量润滑(MQL)-或不用润滑剂的干式加工。
27、可提供非常惊人的经济与生态益处。但是，这些技术的优点与局限性必须与合适应用及切削要求符合时才能得以成功应用。 6.1减少润滑油最少量润滑，或称准干式润滑，是将最少量切削液与空气混合成为气雾，以提供控制润滑，减少切削边缘区的摩擦。 MQL概念是大约15年前为了解决下述几方面问题而提出的即与各加工车间空气中浮游的切削液颗粒有关的环境侵害及职业危害问题。切削液的管理，此技术减少了购买切削液的需求及废切削液的处理成本。涡流管将热空气与加工车间气流隔开，输送冷空气，用于切削区的干式冷却。此外，减少了工件、刀具及机床的清洗次数。气雾差不多在加工过程中全部用完，因此，工件、刀具及机床仍然保持干燥。加工车间采
28、用MQL技术加工部件，切屑干净、干燥，可以立即回收利用。MQL混合系统输送准确数量的气雾，将气雾的液滴直径控制到特定的公差，保持最佳湿润与润滑。MQL流体的流速为 30ml/hr500ml/hr比泛流冷却的用量低许多数量级。在泛流冷却中，消耗的冷却液用量多达10升/分钟。例如，如果MQL气雾内的润滑油液滴设定为0.1m1m，则冷却液用量不到50ml/hr。 虽然某些MQL技术供应商宣称，此技术可采用任何切削液，但是，大多数加工车间都采用高度精制的植物油或酣类润滑油。这些高性能的油脂具有非材出色的润滑性与自然溶解特性，而且，它们还是环保型的产品。 此外，植物仙类切削液不会挥发，在气雾中采用它们来
29、冷却切削，能够稳定受控地移除热量。这有助于将刀具的温度保持稳定，消除刀具热震的可能性。在要求使用硬质合金刀具的应用中，这一点非常重要，因为水基冷却液通过水的蒸发移除大量热，迅速移除切削时产生的大量热将会使硬质合金刀具发生热震，并引起硬质合金刀具内钴粘合剂的分解。 将MQL气雾输送到冷却区有两种方法。第一种是依靠外部MQL供应系统，其中空气与油通过喷嘴混合与输送至切削处。此系统成本低廉，可将现有机床改造成MQL。它不需要对机床或控制进行大量改造。然而，在某些应用中，使用这种MQL输送系统存在一些缺点，例如，在深钻孔中，很难将润滑空气/油雾输送至刀具/工件界面。另一个实例是带自动换刀装置的机床MQ
30、L输送系统所用的外部设备及其喷嘴，会干扰换刀装置。 设计采用MQL的机床具有内部供应系统，通过主轴将空气与油输送至刀具。其中一种类型是配备一个空气/油混合室，通过内主轴管直接将气雾输送至刀具。刀具内的管道将气雾输送至切削区。在主轴速度高时，离心力会将气雾中的油滴甩到主轴管的外壁上，这样、无法将最佳量的空气/油气雾输送至刀具。 为了克服这一点，另一种设计是通过周围空气管道内的中心管、使油通过主轴。空气与油在刀具附近的室内混合，因为空气/油气雾只在小段距离受主轴旋转的影响，刀具尖端的排出反应据说得到了改善。通过机床刀具直接进行润滑油预先设置，这两种设计都精确控制每个刀具的润滑油排出量。而且，内部M
31、QL系统没有外部装置，不会对其它设备造成干扰。 内部输送MQL系统的刀具需要特别考虑。通过刀具输送气雾的通道必须设计为方向突然改变尽可能少。这对大直径刀具来说颇具挑战性，囚为大直径刀具中的气雾流动必须改变方向，以到达其外径与切削区。 6.2干切削完全干式切削，或即采用压缩空气用于冷却，是硬化不锈钢部件加工的普通工业方法。 在这些应用中，产生大量的热，冷压缩空气的冷却效应减少了热震发生的机会。虽然干切削产生的温度一般比采用湿切削的要高，但是，在干式加工周期中，温度的变化较低，刀具切削边缘的热应力亦较低。在铣周期中，湿切削的温度变化比干切削大，导致刀具边缘产生热应力。想消除使用、回收及再利用切削液
32、的成本及棘手问题的加工车间，并非是干加工的唯一对象。刀具材料暴露于不稳定热负载下的操作也应该考虑采用此工艺。带涂层的硬质合金、陶瓷、金属陶瓷、立方氮化硼(CBN)及多晶金刚石(PCD)非常脆，受到热应力易碎裂或断裂。表面产生的热应力这一点在硬质合金刀具的车、铣操作中尤其严重。例如，在铣操作中，刀具进入与离开工件时，刀具切边受热与冷却。两者之间的温差导致快速而重复地发生热膨胀与收缩，这些波动会产生疲劳。最终会在垂直于刀具边缘的地方形成象梳子一样的热开裂，从而开始损坏刀具。 6.3湿法切削的优点和缺点切削液冷却液与润滑油配方在加工中起到以下几方面的作用：从切削点移除切屑；清洁刀具与工件：为工件与机
33、床提供防腐保护；粘住灰尘与切削中产生的微屑；冷却刀具与工件；减少刀具磨损；改善切削精度。此外，切削液的润滑能力可减少摩擦，延长刀具寿命，减少碎屑在切刀边缘积聚，改善工件表面加工质量切削液也有一些缺点。对某些个人来说，它们可能引发过敏反应、呼吸系统刺激，甚至中毒与感染。此外，它们的价格昂贵，废液处理成本高。美国职业安全与健康研究所规定金属加工液气雾浓度的允许接触水平是0.5mg/cu-m。而采用传统的泛流冷却与润滑方法，汽车部件制造厂的油雾水平估计是2090mg/cu -m。这两年来，切削液的购买、管理与废液处理的成本已大幅上升。例如，汽车工业最近的一项调查显示，冷却液的成本占总生产成本的20%
34、，相比之下，刀具的成本占7.5%。目前，废冷却液的处理成本己超过了冷却液本身的成本，而且正在增加。因此，各加工车间都被某些应用中减少切削液用量的技术所吸引，即使采用这些技术会稍微缩短刀具的使用寿命。 6.4特殊涂料刀具涂料在保护切边不受热量与应力作用方面亦起着十分重要的作用。在干加工中，将特殊工程涂料系统与富钴区基材结合，开发了一种坚韧的表面与坚硬的内层。此种涂料特别厚 20m通过结合传统与介质温度化学气相沉积工艺，可产生多层。在生产这些涂料的过程中，第一层碳氮化钛提供所需的对基材的粘附。然后，增加第二层耐磨碳氮化钛，帮助控制侧面与刀口磨损。最后，顶层氮化钛提供防积聚边缘，使其更易于确定刀片上
35、的磨损。第7章 数控机床常见故障及排除方法数控机床是一种技术含量很高的机、电、仪一体化的高效的自动化机床，综合了计算机技术、自动化技术、伺服驱动、精密测量和精密机械等各个领域的新的技术成果，是一门新兴的工业控制技术。不同的数控系统虽然在结构和性能上有所区别，但在故障诊断上有它的共性，现结合工作实际谈一下数控系统故障分析和维修的一般方法。数控系统故障维修通常按照：现场故障的诊断与分析、故障的测量维修排除、系统的试车这三大步进行。7.1数控机床故障诊断在故障诊断时应掌握以下原则：7.1.1 先外部后内部数控系统的可靠性越来越高，数控系统本身的故障率越来越低，而大部分故障的发生则是非系统本身原因引起
36、的。由于数控机床是集机械、液压、电气为一体的机床，其故障的发生也会由这三者综合反映出来。维修人员应先由外向内逐一进行排查。尽量避免随意地启封、拆卸，否则会扩大故障，使机床丧失精度、降低性能。系统外部的故障主要是由于检测开关、液压元件、气动元件、电气执行元件、机械装置等出现问题而引起的。7.1.2 先机械后电气般来说，机械故障较易发觉，而数控系统及电气故障的诊断难度较大。在故障检修之前，首先注意排除机械性的故障。7.1.3 先静态后动态在机床断电的静止状态，通过了解、观察、测试、分析，确认通电后不会造成故障扩大、发生事故后，方可给机床通电。在运行状态下，进行动态的观察、检验和测试，查找故障。而对
37、通电后会发生破坏性故障的，必须先排除危险后，方可通电。7.1.4 先简单后复杂出现多种故障互相交织，一时无从下手时，应先解决容易的问题，后解决难度较大的问题。往往简单问题解决后，难度大的问题也可能变得容易。7.2数控机床的故障诊断技术数控系统是高技术密集型产品，要想迅速而正确的查明原因并确定其故障的部位，要借助于诊断技术。随着微处理器的不断发展，诊断技术也由简单的诊断朝着多功能的高级诊断或智能化方向发展。诊断能力的强弱也是评价CNC数控系统性能的一项重要指标。目前所使用的各种CNC系统的诊断技术大致可分为以下几类：7.2.1 起动诊断动诊断是指CNC系统每次从通电开始，系统内部诊断程序就自动执
38、行诊断。诊断的内容为系统中最关键的硬件和系统控制软件，如 CPU、存储器、I/O 等单元模块，以及MDI/CRT单元、纸带阅读机、软盘单元等装置或外部设备。只有当全部项目都确认正确无误之后，整个系统才能进入正常运行的准备状态。否则，将在CRT画面或发光二极管用报警方式指示故障信息。此时起动诊断过程不能结束，系统无法投入运行。7.2.2 在线诊断线诊断是指通过CNC系统的内装程序，在系统处于正常运行状态时对CNC系统本身及CNC装置相连的各个伺服单元、伺服电机、主轴伺服单元和主轴电动机以及外部设备等进行自动诊断、检查。只要系统不停电，在线诊断就不会停止。线诊断一般包括自诊断功能的状态显示有上千条
39、，常以二进制的0、1来显示其状态。对正逻辑来说，0表示断开状态，1表示接通状态，借助状态显示可以判断出故障发生的部位。常用的有接口状态和内部状态显示，如利用I/O接口状态显示，再结合PLC梯形图和强电控制线路图，用推理法和排除法即可判断出故障点所在的真正位置。故障信息大都以报警号形式出现。一般可分为以下几大类：过热报警类；系统报警类；存储报警类；编程/设定类；伺服类；行程开关报警类；印刷线路板间的连接故障类。7.2.3 离线诊断线诊断是指数控系统出现故障后，数控系统制造厂家或专业维修中心利用专用的诊断软件和测试装置进行停机（或脱机）检查。力求把故障定位到尽可能小的范围内，如缩小到某个功能模块、
40、某部分电路，甚至某个芯片或元件，这种故障定位更为精确。2.4 现代诊断技术着电信技术的发展，IC和微机性价比的提高，近年来国外已将一些新的概念和方法成功地引用到诊断领域。(1) 通信诊断称远程诊断，即利用电话通讯线把带故障的CNC系统和专业维修中心的专用通讯诊断计算机通过连接进行测试诊断。如西门子公司在CNC系统诊断中采用了这种诊断功能，用户把CNC系统中专用的“通信接口”连接在普通电话线上，而两门子公司维修中心的专用通迅诊断计算机的“数据电话”也连接到电话线路上，然后由计算机向 CNC系统发送诊断程序，并将测试数据输回到计算机进行分析并得出结论，随后将诊断结论和处理办法通知用户。讯诊断系统还
41、可为用户作定期的预防性诊断，维修人员不必亲临现场，只需按预定的时间对机床作一系列运行检查，在维修中心分析诊断数据，可发现存在的故障隐患，以便及早采取措施。当然，这类CNC系统必须具备远程诊断接口及联网功能。 (2) 自修复系统是在系统内设置有备用模块，在CNC系统的软件中装有自修复程序，当该软件在运行时一旦发现某个模块有故障时，系统一方面将故障信息显示在CRT上，同时自动寻找是否有备用模块，如有备用模块，则系统能自动使故障脱机，而接通备用模块使系统能较快地进入正常工作状态。这种方案适用于无人管理的自动化工作场合。要注意的是：机床在实际使用中也有些故障既无报警，现象也不是很明显，对这种情况，处理
42、起来就不那样简单了。另外有此设备出现故障后，不但无报警信息，而且缺乏有关维修所需的资料。对这类故障的诊断处理，必须根据具体情况仔细检查，从现象的微小之处进行分析，找出它的真正原因。要查清这类故障的原因，首先必须从各种表面现象中找山它的真实故障现象，再从确认的故障现象中找出发生的原因。全面地分析一个故障现象是决定判断是否正确的重要因素。在查找故障原因前，首先必须了解以下情况：故障是在正常工作中出现还是刚开机就出现的；山现的次数是第一次还是已多次发生；确认机床加工程序的正确性。7.3数控机床的常见故障排除方法于数控机床故障比较复杂，同时数控系统自诊断能力还不能对系统的所有部件进行测试，往往是一个报
43、警号指示出众多的故障原因，使人难以入手。下面介绍维修人员任生产实践中常用的排除故障方法。7.3.1直观检查法观检查法是维修人员根据对故障发生时的各种光、声、味等异常现象的观察，确定故障范围，可将故障范围缩小到一个模块或一块电路板上，然后再进行排除。一般包括：a.询问:向故障现场人员仔细询问故障产生的过程、故障表象及故障后果等；b.目视：总体查看机床各部分工作状态是否处于正常状态，各电控装置有无报警指示，局部查看有无保险烧断，元器件烧焦、开裂、电线电缆脱落，各操作元件位置正确与否等等；c.触摸：在整机断电条件下可以通过触摸各主要电路板的安装状况、各插头座的插接状况、各功率及信号导线的联接状况以及
44、用手摸并轻摇元器件，尤其是大体积的阻容、半导体器件有无松动之感，以此可检查出一些断脚、虚焊、接触不良等故障；d.通电：是指为了检查有无冒烟、打火，有无异常声音、气味以及触摸有无过热电动机和元件存在而通电，一旦发现立即断电分析。如果存在破坏性故障，必须排除后方可通电。例：一台数控加工中心在运行一段时间后，CRT显示器突然出现无显示故障，而机床还可继续运转。停机后再开又一切正常。观察发现，设备运转过程中，每当发生振动时故障就可能发生。初步判断是元件接触不良。当检查显示板时，CRT显示突然消失。检查发现有一晶振的两个引脚均虚焊松动。重新焊接后，故障消除。7.3.2 初始化复位法一般情况下，由于瞬时故
45、障引起的系统报警，可用硬件复位或开关系统电源依次来清除故障。若系统工作存贮区由于掉电、拨插线路板或电池欠压造成混乱，则必须对系统进行初始化清除，清除前应注意作好数据拷贝记录，若初始化后故障仍无法排除，则进行硬件诊断。一台数控车床当按下自动运行键，微机拒不执行加工程序，也不显示故障自检提示，显示屏幕处于复位状态（只显示菜单）。有时手动、编辑功能正常，检查用户程序、各种参数完全正确；有时因记忆电池失效，更换记忆电池等，系统显示某一方向尺寸超量或各方向的尺寸都超最（显示尺寸超过机床实斤能加工的最大尺寸或超过系统能够认可的最大尺寸）。排除方法：采用初始化复位法使系统清零复位（一般要用特殊组合健或密码）
46、。3.3 自诊断法控系统已具备了较强的自诊断功能，并能随时监视数控系统的硬件和软件的工作状态。利用自诊断功能，能显示出系统与主机之间的接口信息的状态，从而判断出故障发生在机械部分还是数控部分，并显示出故障的大体部位（故障代码）。a.硬件报警指示：是指包括数控系统、伺服系统在内的各电气装置上的各种状态和故障指示灯，结合指示灯状态和相应的功能说明便可获知指示内容及故障原因与排除方法；b.软件报警指示：系统软件、PLC程序与加工程序中的故障通常都设有报警显示，依据显示的报警号对照相应的诊断说明手册便可获知可能的故障原因及排除方法。3.4 功能程序测试法能程序测试法是将数控系统的G、M、S、T、F功能用编程法编成一个功能试验程序，并存储在相应的介质上，如纸带和磁带等。在故障诊断时运行这个程序，可快速判定故障发生的可能起因。能程序测试法常应用于以下场合：a. 机床加工造成废品