數控磨床相關問題

在進行數控機床操作的過程中,發(fā)現現有數控機床相對于教學、學生培訓使用中存在著一些安全隱患,須加以注意。

在FANUC series oi Mate TB系統(tǒng)中,生產廠家為了使操作者加工方便,設置了后臺編輯功能,即在自動加工過程進行時,可在不終止加工的情況下,在程序編輯方式對當前程序進行修改或對其他程序進行后臺編輯;也可將控制方式選擇至"手輪方式",通過搖動手輪使刀具移動,從而改變加工點的位置。后臺編輯功能方便操作者在加工過程中對所加工的零件進行修改,簡化了操作過程。但這種簡化,卻給安全操作帶來了一個嚴重隱患,在教學實踐中,易出現學生誤操作。當控制方式選擇至"自動循環(huán)"方式時,如果機床卡盤未夾緊或尾架沒有頂出(即機床未準備好)的情況,按下"循環(huán)啟動"鍵,機床不操作。此時將控制方式選擇至"手工操作",使機床卡盤夾緊、尾架頂出(即機床準備好) ,則剛剛所選的"循環(huán)啟動"命令有效,程序自動執(zhí)行。如果此時操作者正在上料,手還未離開工件,程序中又存在主軸啟動指令,則操作者極易傷手,甚至可能出現嚴重安全事故。

解決方法如下:

生產廠家調整系統(tǒng)梯形圖,使"循環(huán)啟動"鍵的啟動條件改變,即需在"卡盤夾緊"、"尾架頂緊"都準備好的情況下,在"自動循環(huán)"或"MDI"方式下"循環(huán)啟動"鍵才能發(fā)生作用,缺少其中任何一個都無效。

"或"的關系轉換成卡盤夾緊→尾架頂緊→自動方式→循環(huán)啟動"并列"關系。不過這種更改將會使"后臺編輯功能"失去作用,對于操作者需要邊加工邊更改程序時會帶來困難,但在更加注重安全的機械工程實訓教學中,這種改變非常有必要。

2) 取消已有命令。在"自動方式"按下"循環(huán)啟動"鍵無效后,隨即按下"reset"鍵取消已有命令,即使"卡盤夾緊"、"尾架頂緊"、"自動方式"程序不會自動執(zhí)行,需重新操作"循環(huán)啟動"鍵。這種方法將危險消除在萌芽狀態(tài),值得在應用中推廣。

數控機床裝有NC 系統(tǒng)(數字控制系統(tǒng)) ,NC 數據要求機床關機時能夠有效保存,因此NC 系統(tǒng)擁有自己的掉電保護備用電源。當NC 電源電量不夠時,需及時更換電池,以保證數據不丟失。

然而正因為NC 系統(tǒng)有記憶功能,如果操作者正在操作機床進行加工,其他人員將機床總電源關閉,則機床托板有可能不受控制繼續(xù)前進,撞壞機床,發(fā)生事故。同時,由于NC 電源瞬間電流過大,易燒壞機床。所以,數控機床開關機應有其先后順序:開機先開外部總電源,再開機床總電源,最后開NC 電源。關機先關NC 電源,再關機床總電源,在確定無其他機床使用的情況下關閉外部電源,與開機順序正好相反。

西門子系統(tǒng)在進行控制面板操作時需不時進行選項的確定腫瘤。如圖1 所示,在進行對刀操作時,當完成X 軸或Z 軸的對刀操作后,顯示器上顯示的為新數據。但如不按"確認"鍵,系統(tǒng)仍以未對刀前的數據為所需刀補數值,不承認新對的刀補數值,此時如用此刀補進行加工極易出現打刀事件。

再如在"JOG"方式下選擇"手輪方式",系統(tǒng)會要求進行X 軸或Z 軸的確認,如不確認,則刀架仍以先前方向進行移動,容易造成刀架錯移動,發(fā)生打刀情況。

在現代數控系統(tǒng)操作中,人們經常會使用G54~G59 膠帶機中某一零點偏置指令來設定工件零點在機床坐標系中的位置(工件零點以機床零點為基準偏移) 。使用此種方法應注意是否使用了刀具補償,刀補值的設定是以哪點為基準點進行設置的。如果以機床原點距工件的位移為刀補值,則再使用零點偏置指令就會出現坐標系定位錯誤,給操作帶來危險。所以一旦使用了G54 等零點偏置指令應注意在操作完畢后應及時使用指令取消可設定零點偏置。

同樣道理,在FANUC 系統(tǒng)中存在著"工位移雙色球",所謂"工位移"是指程序、刀具刀補、工件坐標系等數值不變,假想工件進行平移,即相當于工件坐標系往相反方向移動。利用此法可在不移動毛坯、不重建坐標系的情況下進行多件加工。使用"工位移"應注意用后取消其值,否則其他操作者在不知情的情況下,操作該機床易出現工件坐標系錯誤定位等情況,易發(fā)生打刀現象,造成安全事故。

刀具的磨耗補正是指在對好刀、建立好刀補值后,刀具經過使用出現磨損,將此少量磨損值經過對刀放在刀具磨耗補正處。這里建議刀尖磨損值可放在磨耗補正處,但刀具的長度補償值應放在刀具長度補償處。因為在程序中如指定了換刀指令、刀補號,程序先執(zhí)行換刀指令,再執(zhí)行刀具的長度補償。而刀具的磨耗補正恰好相反,程序先執(zhí)行刀具的磨耗補正,后進行換刀操作。如果磨耗補正值過大,刀具易撞在機床工作臺上發(fā)生危險。

數控機床大多帶有圖形校驗功能,但多為二維圖形校驗。在數控銑床、加工中心中只能對X 軸、Y軸圖形進行校驗, Z 軸值則無法圖形檢查。所以不能認為,圖形正確程序就正確,還需對Z 軸值進行試驗,對G00 或G01、G02 等指令的使用進行檢查,以免發(fā)生事故。

在西門子系統(tǒng)進行零件程序加工時,需選擇對應的程序名,如果操作人員僅僅在點擊了所要的程序后只按'打開'按紐,則顯示區(qū)的工作區(qū)內顯示的為剛打開的程序,但在其右上角顯示的仍為上一次自動循環(huán)加工所選程序,此時若按"循環(huán)啟動"命令,則加工程序為右上角所顯示的程序,而不是剛剛打開想要加工的程序(這點與常用的Windows操作系統(tǒng)習慣有所區(qū)別) ,而出現誤加工,甚至造成安全事故。

正確操作是操作人員點擊了所要加工的程序后,須按"選擇"鍵確認選擇該程序。

隨著我國機械加工的快速發(fā)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(wěn)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。

當故障發(fā)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(zhí)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(tǒng)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。

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(tǒng)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(lián)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。

數控機床的數控系統(tǒng)品種繁多但無論是何種數控系統(tǒng)，發(fā)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(fā)生故障時的現象并判斷故障發(fā)生的可能部位。如有故障時何處是否有異響、火花發(fā)生，何處有焦糊位出現，何處有發(fā)熱異?，F象，然后進一步觀察可能發(fā)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(tǒng)的硬件報警功能:報警指示燈可判斷故障所在。在數控系統(tǒng)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(tǒng)的軟件報警功能:CNC系統(tǒng)都具有自診斷功能。在系統(tǒng)工作期間，能用自診斷程序對系統(tǒng)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(tài)顯示的診斷功能:數控系統(tǒng)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(tài)，例如，提供了系統(tǒng)與機床之間接口的輸入/輸出信號狀態(tài)，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(tài)，即可利用顯示屏畫面的狀態(tài)顯示，來檢查數控系統(tǒng)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(tǒng)。總之，可將故障區(qū)分出是在機床一側還是在數控系統(tǒng)一側，從而可縮小數控機床故障的檢查范圍。

(5) 發(fā)生故障時應及時核對數控系統(tǒng)參數:系統(tǒng)參數變化會直接影響到機床的性能，甚至使機床發(fā)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(fā)生了一些莫名其妙的故障時，可對數控系統(tǒng)的參數進行核對。

(6) 備件更換法:當對機床故障進行分析發(fā)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(tài)要完全一致，否則將使系統(tǒng)處于不穩(wěn)定或不是最佳狀態(tài)，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(fā)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。

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(yè)的操作和維修水平相適應。

4、穩(wěn)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(wěn)定可靠。

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。

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。

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。

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(tǒng)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。

進給單元包括伺服驅動部件、動彈部件、位置監(jiān)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(tài)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。

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。

輔助單元包括工件快速裝夾裝置、高效磨削液供應系統(tǒng)、安全防護裝置、主軸及砂輪動平衡系統(tǒng)、切屑處理系統(tǒng)等。

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(yōu)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(tǒng)(FMS)具有更高柔性的自動化制造系統(tǒng)，包括加工、裝配和檢驗等環(huán)節(jié)。

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(fā)展和液壓傳動的應用，對磨床的發(fā)展有很大的推動作用。隨著近代工業(yè)特別是汽車工業(yè)的發(fā)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(huán)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。

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。

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(fā)展趨勢。我國數控機床工業(yè)發(fā)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(yè)的發(fā)展，更好地滿足國民經濟發(fā)展的需要，國家在制定頒發(fā)的《機械工業(yè)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(fā)展數控機床。"九五"及2010年前我國數控機床的發(fā)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(tǒng);發(fā)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(yè)化。"九五"期間，重點提高可靠性，增加品種，普及型數控系統(tǒng)和數控機床實現經濟規(guī)模生產。到2000年數控機床品種發(fā)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(tǒng)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。

1.操作人員經考試合格取得操作證，方準進行操作，操作者應熟悉本機的性能、結構等，并要遵守安全和交接班制度。

2.操作者必須根據強力磨床說明書的要求，詳細了解并熟記各潤滑部位，潤滑方法及潤滑油的種類、牌號，按磨床潤滑圖表的規(guī)定，進行給油保養(yǎng)。

3.開工前，應按規(guī)定穿戴好防護用品，對照交接班記錄薄，對磨床各部位進行詳細檢查，發(fā)現問題應及時逐級報告，異狀未經排除不得開車工作。

4.開工前應對強力磨床下列部位進行檢查:

(1)砂輪架油池中的油量是否達到了規(guī)定的油面高度。

(2)調整皮帶松緊度是否合適。

(3)搖動手輪、工作臺、砂輪架的往復運動是否良好。

(4)砂輪防護罩和砂輪要裝卡牢固，位置正確、工作臺導軌擋塵氈應接觸嚴密。

(5)檢查電氣系統(tǒng)(電動機、配電箱、安全燈、導線、接地線)是否良好，周圍環(huán)境是否清潔、無短路。

(6)檢查各潤滑部位、各滑動面及傳動系統(tǒng)，注入潤滑油。

(7)接通電源，順次啟動油泵、砂輪架、床頭架的電動機，注意運轉狀態(tài)。發(fā)現異狀、異音，應立即關閉電源，經檢查處理后方準開車。

(8)開動磨床，空轉2~3min，查看各部動作是否正常。如有機構失靈，軸承過熱，油壓不夠，砂輪擺動，工作臺運動不平穩(wěn)等不正常情況，應停車切斷電源，采取措施處理，嚴禁使用者超越自檢自修范圍自行拆卸處理。

(9)檢查冷卻泵的電機運轉是否正常，冷卻液是否暢通。

(10)裝卡砂輪時，砂輪和壓板間應墊以0.5~1.Omm的紙墊，必須用專用扳手，均勻用力緊固，不許用加長管子緊固，以免使砂輪脹裂。

(11)砂輪裝好后應空載運轉5min,操作者應避開正面，確認砂輪運轉正常后，方準使用。

5.工件的裝卡必須符合規(guī)定。對因故中斷加工的工件，必須確認狀態(tài)良好后，方準開車工作。

6.加工工件時，必須事先清除工件上的油垢、黑污及灰塵等;根據加工件的材質合理選用砂輪和磨削量，嚴禁磨能工件毛坯。\r7.裝卡和測量工件時，必須使砂輪退離工件和停車。工件與砂輪未離開時，不得中途停車。砂輪在接近工件時，不準用機動送給。

8.工作時，禁止操作者離開磨床或托人代管。如因停電或其他原因必須離開時，應將砂輪離開工件后停車。重新開動磨床時，應確認各部無異狀后方準開車。

9.磨床工作時應注意各傳動部分狀態(tài)，如油溫和油壓是否正常，冷卻液是否暢通準確地澆到工件上，油泵與電機的溫度是否正常，有否異狀、異音，各操作手柄是否位置正確，各緊固部件有否松動移位等。

10.禁止在工作臺面與油漆表面放置金屬物品。

11.禁止在工作臺面及床體上敲打、拆裝、校直工件。

12.磨床發(fā)生事故后，應保持現場，切斷電源，迅速報告，妥善處理。

13.工作完畢后，應將砂輪退離工件，切斷總電源，各手柄放置在空位上，恢復磨床正常狀態(tài)，做好日常保養(yǎng)。

14.認真填寫交接班記錄簿等有關記錄。