资源简介

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项目一 数控机床装调与维修基础
一.教学目标
1．理解数控机床的工作过程。
2．熟悉数控机床的组成及各部分的作用。
3．熟悉数控机床型号，读懂其含义。
4．熟悉数控车床、数控铣床、加工中心常见的布局形式及影响因素。
5．了解装配、维修工作内容。
6．了解装调维修工具的使用。
二.课时分配
本项目共两个任务，共安排8个课时
三.教学重点
通过本项目的学习，让学生了解数控机床的工作过程，了解数控机床的分类，了解数控机床的布局，了解机床的刚度结构。了解数控机床装调高级维修工国家职业标准，了解本职业不同岗位工作过程及内容。数控机床机械装调、维修是一项综合性工作，拆卸、装配工具的使用是基础，精度检测与调整贯穿始终，是机床性能能否保证的关键；调试和维修是难点，维修中涵盖了拆卸、装配、安装工作。了解常用装调与维修的工具，选用合适的装配工具和设备是本职业工作的基础，对通用工具的选用，一般要求工具的类型和规格要符合被装配机件的要求，不得错用和乱用。
四.教学难点
掌握数控机床机械的主要特点及要求，掌握数控机床维修与故障诊断，数控机床维修的关键是故障的诊断，即故障源的查找和故障定位。一般来说，随着故障类型的不同，采用的故障诊断的方法也就不同。
五.教学内容
任务一 数控机床的工作过程与机床结构描述
一.数控机床的工作过程
图1-1 数控机床的工作过程
（1）数控系统通过输入/输出装置来预读取数控程序，并将数控程序中的指令代码进行二进制代码转换，并存入数控装置。
（2）数控机床中除有轨迹及定位控制功能外，还要有机床的逻辑动作控制功能，NC控制进给运动和主轴转动，PLC用于数控机床的外围辅助电气的控制，二者之间通过不同的数据区进行信号和数据的交换。
（3）对应数控机床主轴电机的控制装置称为主轴驱动单元，其接收来自数控装置发出的速度指令来控制主轴电机的转速、启停和转向。
（4）进给伺服单元就是指进给伺服驱动器，其接受数控装置的速度或位置指令，控制流过进给伺服电机绕组电流的频率和大小，使伺服电机转子的转速或转角接近速度或位置指令值，并通过检测伺服电机的编码器获得伺服电机转子或转角实际值与指令值的偏差，进给驱动单元不断调整流过伺服电机绕组电流的频率和大小，使得伺服电机转子转速或转角实际值与指令值的偏差控制在要求的范围内。
（5）PLC的控制信号通过电气电路驱动辅助装置的执行元件工作。电气电路包括强电电路和弱电电路，PLC的控制信号经过由弱电电路中的继电器或转换电路变成能连接到强电电路的信号，再由强电回路驱动辅助装置执行元件工作，从而控制刀库、换刀机构、冷却液等运行。
（6）闭环系统有速度环闭环和位置环闭环两种形式。速度环闭环由测速发电机和速度控制单元等组成。位置环闭环由速度控制单元、测量反馈装置和CNC装置中的位置控制模块等组成
二、数控机床的分类
数控机床种类繁多，根据其进给伺服系统有无反馈及反馈的位置不同可分为开环伺服、闭环伺服、半闭环伺服三种。系统无反馈则把数控机床称为开环数控机床，如图1-2所示；若有反馈，而且反馈环提供的信号来自机床的最后一个移动部件则系统为闭环数控机床，如图1-3（a）所示；数控机床有反馈，但信号来自中间环节则为半闭环数控机床，如图1-3（b）所示。
图1-2 开环控制系统框图
图1-3
三、数控机床机械结构的主要特点及要求
1．数控机床机械结构的主要特点
（1）结构简单、操作方便、自动化程度高。
（2）广泛采用高效、无间隙传动装置和新技术、新产品。
（3）具有适应无人化、柔性化加工的特殊部件。
（4）对机械结构、零部件的要求高。
2．数控机床对机械结构的基本要求
（1）具有较高的静、动刚度和良好的抗振性。
（2）具有良好的热稳定性。
（3）具有较高的运动精度与良好的低速稳定性。
（4）具有良好的操作、安全防护性能。
3．为了提高数控机床性能，可采取的措施
（1）合理选择数控机床的总体布局。
（2）提高结构件的刚度。
（3）提高机床抗振性。
（4）改善机床的热变形。
（5）保证运动的精度和稳定性。
四、数控机床的布局
从数控机床的各部件的相对运动关系，结合考虑工件的形状、尺寸和重量等因素，来确定各主要部件之间的相对位置关系和配置，其中运动的分配与部件的布局是数控机床总布局的中心问题，数控机床的运动数目，尤其是进给运动数目的多少，直接与表面成形运动和机床的加工功能有关。
全面考虑外观形状、操作维修、生产管理和人机关系等使用要求对数控机床总体布局的要求。
（一）数控车床的布局形式
1．数控车床的布局形式主要受工件尺寸的影响
2．床身、导轨的布局
3．刀架的布局
（二）数控铣床的布局形式
1．数控铣床的部件
2．总布局与铣床的结构性能
3．铣床的使用要求与总布局
4．总布局与工件形状、尺寸和重量的关系
5．数控机床运动分配与部件的布局的关系
五、机床的结构刚度
机床的结构刚度是指机床在切削力和其他力的作用下抵抗变形的能力。数控机床比普通机床要求具有更高的静刚度和动刚度，有关标准规定数控机床的刚度系数应比类似的普通机床高50%。
车床肋板的机构形式
1.合理选择构件的结构形式
2.对支承件的基本要求
3.支承件的自身刚度
4.支承件的热变形
任务实施
一、 准备工作
1. 技能准备
具有一定的数控操作及编程基础，具有工量具使用的一般钳工基础。
2. 设备与材料准备
数控机床的工作录像或者各种数控机床。
3. 场地准备
场地：大型数控机床总装车间、数控精加工车间工作现场。
二、　参观机械加工企业精加工车间
认识数控机床，指出机床的各个部件任务二 数控机床机械装调与维修工作任务的认知
三、　参观大型机械加工企业精加工车间或数控机床制造企业总装车间
1．认识立式与卧式、平床身与斜床身数控车床
认识立式与卧式、平床身与斜床身数控车床，指出其使用场合及优缺点。
（1） 立式数控车床的主轴垂直于水平面，并有一个直径很大的圆形工作台，供装夹工件用。这类数控机床主要用于加工径向尺寸较大、轴向尺寸较小的大型复杂零件。
（2） 卧式数控车床的主轴轴线处于水平位置，它的床身和导轨有多种布局形式，是应用最广泛的数控车床。
2. 认识数控铣床的布局形式
认识数控铣床的布局形式，了解数控立式铣床、升降台铣床、卧式镗铣中心、卧式主轴加分度工作台、卧式主轴加数控转台、双主轴铣床、龙门式镗铣中心、立式主轴的布局及使用场合，分析各种铣床的结构性能、工件形状、尺寸和重量、运动分配、使用要求与总布局的关系，完成见习报告，做好总结。
任务2 数控机床机械装调与维修工作任务的认知
一．数控机床装调维修高级工国家职业标准
（一）　机械功能部件装配和机床总装
（二）　机械功能部件与整机调整
（三）　整机维修
（四）　整机调整
二、本职业不同岗位工作过程及内容
数控机床机械装调、维修是一项综合性工作，拆卸、装配工具的使用是基础，精度检测与调整贯穿始终，是机床性能能否保证的关键；调试和维修是难点，维修中涵盖了拆卸、装配、安装工作。
（一）机械功能部件装配和机床总装
1．机床制造企业机械装调人员在本单位完成的数控机械装调工作过程
部装→检测→调整→总装→检测→调整→试车→验收（大型、精密机床，双方完成，小型机床客户不一定到现场）。
2．机床使用客户单位完成的安装与验收的过程
开箱检查→安装（机床厂或客户）→试车→客户验收。
3．数控机床使用企业机床操作工负责日常保养、维护与管理工作
4．维修人员完成的工作过程
故障诊断→拆卸→更换→安装→检测→调整→试车→调整→检验合格。
（二）本职业相关概念的界定
1.装配
按照规定的技术要求，将零件、组件和部件进行配合和连接，使之成为半成品或成品的工艺过程称为装配。
2.部装
3.总装
4.安装
5.调整
6.调试
调试是指机床安装到车间工作场地后，经过检查、调试直到机床能正常运转，投入使用前的一系列工作
7.检测
检测又称检验，用指定的方法和工具检验数控机床的技术性能指标
8.验收
用户根据机床出厂的检验合格证上的验收条件，利用实际能提供的检测手段部分或全部地检测机床合格证上的各项指标。
9.试车
用户通过对整机在一定条件下，较长时间地自动运行来检验数控车床的工作可靠性，分为空运行试验和负载试验。
10.拆卸
使用各种工具按一定的方法、顺序把机器等拆开并卸下部件、零件。
（三）　数控机床机械装配的具体工作内容
1．清洗
应用清洗液和清洗设备对装配前的零件或部件进行清洗,去除表面残存油污及机械杂质,使零件达到规定的清洁度。
2．刮削
在装配前对配合零件的主要配合面常须进行刮削加工，以保证较高的配合精度。部分刮削工艺已逐渐被精磨和精刨等代替。
3．连接
装配中的连接方式往往有两类：可拆连接和不可拆连接。可拆连接指在装配后可方便拆卸而不会导致任何零件的损坏，拆卸后还可方便地重装，不可拆连接指装配后一般不再拆卸。
4．调整（包含平衡、校正、配作等）
（1）平衡指对产品中旋转零部件应用平衡试验机或试验装置进行静平衡或动平衡
（2）校正指产品中各相关零部件间找正相互位置，并通过适当的调整方法，达到装配精度要求。
5．配合
根据产品装配要求和生产批量,零件的装配有修配、调整、互换和选配4种配合方法。
6．配作
配作是指两个零件装配后固定其相互位置的加工，配作一般与校正调整工作结合进行。
7.检验和实验
产品装配完毕，应根据有关技术标准和规定，对产品进行较全面的检验和实验工作，合格后方准出厂。
（四）装配工艺规程
1．制定装配工艺规程应遵循的原则：质量、效率、成本
2．制定装配工艺规程所需要的原始资料
3．装配工艺规程的内容
4．制定装配工艺规程的步骤
5．装配单元的划分
三、常用装调与维修的工具
用于安装、装配和拆卸的常用工具包括活动扳手、起子、液压螺母、梅花扳手、开口扳手、套筒扳手、内六角扳手、老虎钳、钢丝钳等，工具的使用在钳工技能训练中进行
1.拆卸及装配工具
限力扳手 平板
2.常用检验和测量工具
桥型平尺 平行平尺
刀口尺 90度尺
3.指示器
指示器用来测试移动部件间的相对线性位移。
百分表 杠杆百分表
4.常用仪表
（1） 比较仪
弹簧比较仪 杠杆齿轮比较仪
（2） 水平仪
电子水平仪 条式水平仪
框式水平仪 合像水平仪
（3） 光学平直仪
光学直平仪
（4） 经纬仪
（5） 转速表
经纬仪 转速表
5.常用仪器
测振仪 红外测温仪 三坐标测量仪
①测振仪：是振动检测中最常用、最基本的仪器，它将测振传感器输出的微弱信号放大、变换、积分、检波后，在仪器仪表或显示屏上直接显示被测设备的振动值大小。
②红外测温仪：是利用红外辐射原理，将对物体表面温度的测量转换成对其辐射功率的测量，采用红外探测器和相应的光学系统接收被测物不可见的红外辐射能量，并将其变成便于检测的其他能量形式予以显示和记录。
③三坐标测量仪：是通过X、Y、Z三个轴测量各种零部件及总成的各个点和元素的空间坐标，用以评价长度、直径、形状误差、位置误差的一种测量设备。
④激光干涉仪：激光干涉仪以稳态的氦-氖激光为光源，通过光路干涉原理进行测试，测量长度可达十几米甚至几十米，精度达微米级。激光干涉仪其精度高、效率高、使用方便，从而得到广泛的应用。
四、数控机床维修与故障诊断
1.基本概念
（1）系统可靠性和故障的概念。
系统可靠性是指系统在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力，而故障则意味着系统在规定条件下和规定时间内丧失了规定的功能。
（2）平均故障间隔时间MTBF。
平均故障间隔时间MTBF是指数控机床在使用中两次故障间隔的平均时间，即数控机床在寿命范围内总工作时间和总故障次数之比，即
MTBF=总工作时间总故障次数
日常维护（或称预防性维修）的目的是为了延长平均故障间隔时间MTBF。
（3）平均修复时间MTTR。
平均修复时间MTTR是指数控机床从出现故障开始直至能正常使用所用的平均修复时间。显然，要求这段时间越短越好，故障维护的目的是要尽量缩短MTTR。
（4）有效度A。
有效度A是从可靠度和可维修度方面对数控机床的正常工作概率进行综合评价的尺度，是一台可维修的机床，在某一段时间内，维持其性能的概率。
A=MTBFMTBF+MTTR
由此可见，有效度A是一个小于1的数，但越接近1越好。
数控机床故障曲线
2.数控机床的故障规律
整个使用寿命期大致可以分为3个阶段，即初始运行期、有效寿命期和衰老期。
（1）初始运行期的特点是故障发生的频率高，系统的故障率为负指数曲线函数，原因涉及机械、电气、液压几个部分。
（2）有效寿命期
数控机床在经历了初期的各种老化、磨合和调整后，开始进入相对稳定的正常运行期。在这个阶段，故障率低而且相对稳定，近似常数，偶发故障于偶然因素引起的，一般说来，数控系统要经过9~14个月的运行才能进入有效寿命期。因此，用户在安装数控机床后最好能使其长期连续运行，以便让初始运行期在一年的保修期内结束。
（3）衰老期。
衰老期出现在数控机床使用的后期，其特点是故障率随着运行时间的增加而升高。出现这种现象的基本原因是由于数控机床的零部件及电子元器件经过长时间的运行，出现疲劳、磨损、老化等问题，已接近衰竭，从而处于频发故障状态。
3.数控机床常见故障分类
所谓故障，是指设备或系统由于自身的原因丧失了规定的功能，不能再进行正常工作的现象。数控机床的故障包括机械部分的故障、数控系统的故障、伺服与主轴驱动系统的故障以及辅助装置的故障等。故障按其表现形式、性质、起因等可作多种分类。常见的故障类型有以下几种：
（1）按与故障的相互关系可分为关联性故障和非关联性故障两类。
非关联性故障是由与系统本身无关的因素（如安装、运输等）引起的，而关联性故障又可分系统性故障和随机性故障。
（2）按故障破坏性可分为破坏性故障和非破坏性故障两类。
破坏性故障一般来说应避免再发生，维修时不允许使故障重现来进行分析、判断。
4.机械故障诊断的一般方法
要排除故障，首先必须找到故障所在。下面介绍几种常用的机械故障检查方法。
（1）直观检查法。
直观检查法即维修人员充分利用自身的眼、耳、鼻、手等感觉器官查找故障的方法。通过目测故障电路板，仔细检查有无熔丝熔断、元器件烧坏、烟熏、开裂现象，从而可判断板内有无过流、过压、短路发生。
（2）自诊断功能法。
自诊断是指依靠数控系统内部计算机的快速处理数据的能力，对出错系统进行多路、快速的信号采集和处理，然后由诊断程序进行逻辑分析、判断，以是由
确定系统是否存在故障，并对故障进行定位。自诊断功能能随时监视数控系统硬件和软件的工作状态。一旦发现异常，立即在CRT显示器上显示报警信息或用发光二极管指示出故障的大致起因。利用自诊断功能，显示设备也能显示出系统与主机之间接口信号的状态，从而判断出故障发生在机械部分还是数控系统部分，并指示出故障的大致部位。
（3）功能程序测试法。
功能程序测试法就是将数控系统的常用功能和特殊功能如直线定位、圆弧插补、螺纹切削、固定循环、用户宏程序等用编程法，编制成一个功能测试程序，并存储于相应的介质上，如纸带和磁带等，需要时通过纸带阅读机等送入数控系统内，然后启动数控系统使之运行，借以检查数控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可能起因。本方法适用于长期闲置的数控机床第一次开机时的检查；对于数控机床加工中造成废品，但又无报警的情况下，一时难以确定是编程错误或是操作错误，还是数控机床本身故障时，是一有效的故障分析判断法。
（4）故障现象分析法。
对于非破坏性故障，必要时维修人员可让操作人员再现故障现象，最好会同机械、电气、液压等技术人员一起会诊，共同分析出现故障时的异常现象，有助于尽快而准确地找到故障规律和线索。
（5）报警显示分析法。
数控机床上多配有面板显示器和指示灯。面板显示器可把大部分被监控的故障识别结果以报警的方式给出。对于各个具体的故障，系统有固定的报警号和文字显示给予提示。出现故障后，系统会根据故障情况、类型给以故障提示或者同时中断运行而停机等待处理。指示灯可粗略地提示故障部位及类型等。程序运行中出现故障时，程序显示能指出故障出现时程序的中断部位；坐标值显示能提示故障出现时运动部件的坐标位置；状态显示能提示功能执行结果。维修人员应利用故障信号及有关信息分析故障原因。
（6）换件诊断法。
当系统出现故障后，维修人员把怀疑部分从大缩至小，逐步缩小故障范围，直至把故障定位于电路板级或部分电路、甚至元器件级。这是一种简便易行的方法，但换件时应该注意备件的型号、规格、各种标记、电位器调整位置、开关状态、电路更改是否与怀疑部分的相同，此外，还要考虑到可能要重调新替换件的某些电位器，以保证新、旧两部分性能相近。任何细微的差异都可能导致失败或造成损失。
（7）参数检查法。
参数通常存放在磁泡存储器或存放在需由电池保持的CMOS RAM中，一旦电池不足或由于外界的某种干扰等因素，会使个别参数丢失或变化，发生混乱，使数控机床无法正常工作。当数控机床长期闲置后，工作时会无缘无故地出现不正常现象，此时应根据现象特征，检查和校对有关参数。另外，经过长期运行的数控机床，由于其机械传动部件磨损、电气元件性能变化等原因，也需对其有关参数进行调整。有些数控机床的故障往往就是由于未及时修改某些不适应的参数所致，当然这些故障都属于软故障的范畴。
（8）原理分析法。
根据数控系统的工作原理，维修人员可从逻辑上分析可疑元器件各点的电平和波形，然后用万用表、逻辑笔、示波器或逻辑分析仪进行测量、分析和对比，从而找出故障。这种方法对维修人员的要求最高，维修人员必须对整个系统乃至每个电路的原理有清楚的了解。但这也是检查疑难故障的最终方法。
任务实施
一、 准备工作
1. 技能准备
具有一定的工具、量具使用技能。
2. 设备与材料准备
（1） 设备：数控机床。
（2） 材料：机床维修记录单。
3. 工、量具与场地准备
（1） 场地：数控车间。
（2）工具：各种工具、量具。
二、跟踪数控维修工一次典型的故障诊断维修过程
1.仔细调查故障现场，掌握第一手材料，详细记录
2.根据故障情况进行分析，缩小范围，确定故障源查找的方向和手段
3.由表及里进行故障源查找
4.综合分析，查清故障
三、 数控车床尾座的拆装与调整
通过数控车床机械尾座的拆装与调整，熟悉各类工具的使用方法，了解尾座装配、拆卸的流程和方法，知道尾座检测、保养、调整的要求。
（一）尾座拆装顺序
1. 拆卸步骤
（1）将尾座锁紧块、锁紧螺钉拆下。
（2）拆下手轮，卸下后端盖
（3）将套筒轻轻抽出，旋出丝杠，拆下螺母，注意轴承内圈。
2. 安装步骤
（1）装配时所有零件清洗干净，传动部件上润滑脂。
（2）按拆卸反顺序装配。
（3）安装好之后操作一下看看是否可以使用。
（4）装配时楔铁、丝杠、螺母间隙一定要适当。
（5）细长轴零件悬挂放好或垂直放置，以防止变形。
（二）检测及保养
（1）查看轴承、导轨有无裂痕、磨损等损坏的地方，检测出来后根据相应的处理方法进行修理。
（2）把各零件分别放进油池刷洗清理。
（3）洗涤时一定要用毛刷清洗。
（4）防止用面纱清洗，因面纱会黏在表面而影响传动精度；不可用碱水洗重要部件。
（5）用碱水清洗箱盖。
（三）尾座可能出现的故障及其维修方法
1. 尾座与主轴不同心
原因：尾座磨损严重或机床导轨磨损得厉害。
方法：把导轨刮研，按主轴的中心将尾座垫起来使尾座的中心高和主轴一致，这样就不用每次都调，否则只能动一次尾座调整一次了。
2. 尾座不能沿床身移动
原因：手柄锁上了或尾座与导轨摩擦力过大。
方法：打开手柄，给尾座与导轨接触的地方上油。
3. 尾座没有纵向进给
原因：① 可能螺杆没安好；② 螺杆坏了。
方法：拆开安装或换新的。
（四）调整主轴箱主轴与尾座套筒中心等高
主轴箱主轴与尾座套筒中心登高调整
六．课后作业
1．机械故障诊断的主要方法有哪些？
2．数控机床机械装调维修主要工作内容有哪些？
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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