第十一章 数控机床的应用与维修

近年来，我国的数控机床发展很快，数控机床的产量越来越大。数控机床的发展一方面要努力提高其质量和数量，另一方面要充分认识到数控机床应用和维护的重要性，认识到正确的使用和良好的维护、维修措施、是机床长期可靠地运行地重要保障。必须努力提高数控机床使用维修人员的素质。

数控机床是一种高精度，高效率的自动化设备，是一种典型的机电一体化产品。它包括机床、数控装置、伺服驱动及检测装置等部分，每部分都有各自的特性，因此，涉及的知识面广，技术难度大，对使用和维修人员提出了更高的要求。数控机床的应用和维修包括数控机床的选用、安装和调试、使用、日常维护及故障分析，判断和处理等方面内容。本章对这方面的基本知识和一搬性原则进行论述。

第一节 数控机床的选用

一、 选用的方法 选用步骤 数控机床的选用可分为如下几步： 选用前的准备工作 选用前的准备工作只要是明确和确定选型

要求，包括包括确定加工对象的类型、加工范围、内容和要求、生产批量及坯料情况等；挑选出典型零件，进行数控加工的工艺分析；明确机床精度和功能方面的要求及购买数控机床的投资费用。

初选 在明确和确定了选用要求之后，应用广

泛地收集国内外有关数控机床的信息资料，在其中选出多种满足要求的产品。

精选和终选 初选产品之后，应向该产品的生产厂家

索取更详细的资料，进一步了解该产品的情况，并广泛征求各个方面专家的意见，必要时可作加工试验，促进选择。也可将初拟的机床类型、规格和性能与生产厂家共同商讨，以求更加合理。同时应考虑产品供货情况，通过多方面比较分析后，选择理想的机型和厂家。

对于技术力量较弱或初次选用数控机床的用户，在有困难的情况，可带图样请生产厂协助选型，也可委托有关专业部门（如研究所）或生产厂提供成套工艺服务（包括加工工艺、夹具和刀具的设计制造、编制加工程序以及试切等）。这样做，虽然初次投资费用会增加，机床到厂后即可投入使用，很快发挥效益。

选用中应注意的事项 注意培训和配备操作员，维修员和编程员 数控机床是技术比较密集的机床，要求从事

该项工作的人员有较强的事业心和责任心，具较好的业务能力，能刻苦钻研。操作员应选择相近工种，具有一定的专业知识的人加以培训。维修人员应选择具有自动控制、计算机或机电一体化专业知识的人员担任。而编程人员因与工艺和数学有关，则宜选择熟悉工艺并且具有一定数学和软件知识基础的人员加以培训后担任。

引进国外数控机床时还要注意以下问题 1.合理确定机床和数控系统的选择功能。该

功能一般有几十项之多供用户选定后，才能提供，各个功能分别急件。

2. 尽可能引进相同厂家的设备，以利于维修，编程和刀具的通用。

3. 签定合同前，用户要充分进行洽谈，对产品的技术性能、验收条件、价格和售后服务等作深入了解并及时与进出口部门沟通。

二、选用的一般原则 实用性 选用数控机床时总是有一定的出发点，目的是解决生产中的某一个问题或几个问题。因此选是为了用，这是最首要的。实用性就是要使选中的数控机床最终能最佳程度地实现预定的目标。例如选数控机床是为了加工复杂的零件？是为了提高工作效率？是为了提高精度？还是为了

集中工序，缩短周期？或是实现柔性加工要求？有了明确的目标，有针对性地选用机床，才能合理的投入，获得最佳效果。

经济性 经济性是指所选用的数控机床在满足加

工要求的条件下，所支付的代价是经济的或是合理的。经济性往往是和实用性相联系的，机床选得实用，那么经济上也会合理。在这方面要注意的是不要以高代价换来功能过多而又不实用的较复杂的数控机床，即注意性能 / 价格比。否则，不仅是造成了不必要的浪费，而且也会给实用、维修保养及修理等方面带来困难，况且数控系统的更新期越来越缩短，两年不

用，就有新的系统和新的机床出现，而且到那时候所需花费的代价会比现在更低。因此在选用数控机床时一定要量“力”而行。

可操作性 用户所选用的数控机床要与本企业的操

作和维修水平相适应。选用了一台较复杂、功能齐全、较为先进的数控机床，如果没有适当的人去操作、没有熟悉的技工去维护修理，那么再好的机床也不可能用好，也发挥不了应有的作用。因此，在选用数控机床时要注意工件的工艺分析、工序的制订、数控编程、工装准备、机床安

装与调试，以及在加工过程中进行的故障排除与及时调整的可能性，这样才能保证机床长时期正常运转。愈是高档的、复杂的数控机床，在操作时可能非常简单，而加工前的准备和使用中的调试与维修却比较复杂，因此，在选用数控机床时，要注意力所能及。

稳定可靠性 这虽是指机床本身的质量，但却与选用有关。稳定可靠性高，既有数控系统的问题，又有机械部分的问题，尤其是数控系统（包括伺服系统）部分。数控机床如果不能稳定可靠地工作，那就完全失去了意义。要保证数控机床工作时稳定可靠，在选用时一定要选择名牌产品（包括主机、系统和配套件），因为这些产品在技术上成熟、有一定的生产批量且已有相当用户。

三、选用要素 数控机床的种类和品种很多，可从下述几方面来

合理选用。 数控机床的类型、规格及精度应与产品相适应 选择数控机床首先要根据产品的零件类型、尺寸、批量、加工复杂程度等因素进行综合分析，确定与其相适应的数控机床类型、规格。在选择数控机床时一方面要考虑到数控机床的先进性和适应能力，使其在产品改进时仍能适应产品的要求。另一方面要尽量避免选择数控机床规格太高、精度太高的浪费显现。数控机床的规格偏大，则价格昂贵，用大机床加工小零件是不经济的，而且战地面积大，能耗高，辅助工作时间增加。选用时应分别从类型、规格、精度几方面进行分析比较。

（ 1）从类型方面考虑 选择何种类型的机床，要根据工件的结构而定。每类机床都有其适应的加工对象。数控立铣特别适应与加工板类零件以及其它厚度不大且外形复杂的零件如凸轮、模具、型腔、电梯齿条、样板等。立式铣床加工时便于观察和测量，加工小箱体与箱体盖类零件的轴承孔也很方便。卧铣和立铣相比，前者加工时出屑方便，切削热易于散发，因此易得到较理想的表面粗糙度，如对电视机机壳、洗衣机塑料胆模具等一类零件的加工，则选用数控卧铣较适宜。

（ 2）从规格方面考虑 数控机床价格较高，希望它能起到关键加工设备的作用。数控机床的规格主要指各数控坐标轴的行程范围和电动机功率。选择数控机床的规格时，要综合考虑加工件的尺寸大小，一般要比所选定的典型加工对象的规格大一些，因为加工件的轮廓尺寸应在机床的加工范围之内，并要考虑到安装夹具所需的空间。

（ 3）从精度方面考虑 选择加工设备，精度是一项指标。数控机床除属于机床本身的各项几何精度外，还有位置精度，其中主要的检验项目有：定位精度，重复定位精度和反向偏差。由于精度标准和评定方法不同，制造厂提供的精度数字可能有差别，选购时应注意了解制造厂所用的是何种精度标准和测量方法，以便确保满足必要的加工精度。一般来说，凡是采用直接位置测量（闭环系统）的数控机床比间接位置测量（半闭环）的精度高。此外，加工过程中机床精度的稳定性也是需要重视的，应选择那些在设计上对热变形采取了一定措施的机床，在实际加工时才可以确保获得较稳定的加工精度。

合理选定数控机床中的选择功能 数控机床的功能与价格有密切的联系，因此

在实际选用时有一个功能与价格的权衡问题。数控功能主要包括坐标轴数和联动轴数、人机对话编程及图形显示功能、故障自诊断功能等。这些功能直接影响设备的加工控制性能、操作使用性能和故障维修性能。一般数控厂家都将数控功能分为基本功能和供用户选择的选择功能两类。基本功能是系统必须提供的功能；而选择功能只有当用户特定选择了之后，才能提供。这部分是为特殊的加工而设定的，功能越多，性能越好，但价格也就越贵。选择功能应从实际使用的要求来确定。例如立式车床上，一般不进行螺纹加工，因此购买立

式数控车床可以不要求具备螺纹切削功能。如果不加分析的都要，许多功能用不上，而会大幅增加产品成本。因此选购时不能盲目追求先进，要统筹兼顾，考虑经济性和投资效益。

数控机床应配套，控制系统应统一 如果同时购置多台数控机床应注意数控机床类

型和规格要配套。应根据产品的类型合理地选择数控机床的类型、规格，使之配套。例如某产品零件的加工是以车削加工为主，则可以考虑多购数控车床，适当地配置数控铣床等其它类型数控机床。同时应尽量选购同一厂家的产品，至少应购同一厂家的控制系统，这样将给以后维修带来极大的便利。如果某些工厂订购机床，不仅要求控制系统采用同一厂家的产品，而且希望机床

的其它配套件也采用同一厂家的产品。这对机床维修和配件供应都是很有利的。

配置必要的附件和刀具 为了充分发挥数控机床的作用，增加其加工能

力，必须配备必要的附件和刀具，如刀具预调仪、纸带穿孔机、纸带阅读机、自动编程器、测量头、中心找正器和刀具系统等。这些福建和刀具一般在数控机床说明书中都有介绍，在选购是应该考虑本单位加工产品的特点，以满足加工要求。数控机床的附件较多，不同类型的数控机床，其附件各不相同。

选择数控机床的附件要坚持高可靠性的原则，避免因某个附件缺少或出现问题而影响整机的运行。选择数控机床的刀具时要了解主轴系统的规格、机械手夹持部位尺寸以及刀柄尾部拉杆尺寸等情况。

优先选择国内生产的数控机床 购买国内生产的数控机床，一方面是对

国内机床制造业的支持；另一方面在技术培训、售后服务、附件配套和备件补充等方面能方便一些，而且价格便宜。

第二节 数控机床的安装与调试

数控机床的安装与调试是使机床恢复和达到出厂时的各项性能指标的重要环节。数控机床的安装与调试的优劣直接影响到机床的性能。

一、数控机床的安装 数控机床的安装一般包括基础施工、机

床柴箱、吊装就位、连接组装以及试车调试等工作。数控机床安装时应严格按产品说明书的要求进行。小型机床的安装可以整体进行，所以比较简单。大、中型机床由于运输时分解为几个部分，安装时需要重新组装和调整，因而工作复杂得多。现将机床的安装过程分别予以介绍。

1．基础施工及机床就位 机床安装之前就应先按机床厂提供的机床基础

图打好机床地基。机床的位置和地基对于机床精度的保持和安全稳定地运行具有重要意义。机床的位置应远离振源，避免阳光照射，放置在干燥的地方。若机床 附近有振源，在地基四周必须设置防振沟。安装地脚螺栓的位置做出预留孔。机床拆箱后先取出随机技术文件和装箱单，按装箱单清点各包装箱内的零部件、附件等资料是否齐全，然后仔细阅读机床说明书，并按说明书的要求进行安装，在地基上放多块用于调整机床水平的垫铁，再把机床的基础件（或小型整机）吊装就位在地基上。同时把地脚螺栓按要求安放在预留孔内。

2．机床连接组装 机床连接组装是指将各分散的机床部件

重新组装成整机的过程。如主床身与加长床身的连接，立柱、数控柜和电气柜安装在床身上，刀库机械手安装在立柱上等等。机床连接组装前，先清除连接面和导轨运动面上的防锈涂料，清洗各部件的外表面，再把清洗后的部件连接组装成整机。部件连接定位要使用随机所带的定位销、定位块，使各部件恢复到拆卸前的位置状态，以利于进一步的精度调整。

部件安装之后，按机床说明书中的电气接线图和液压气动布管图及连接标记，把电缆、油管、气管对号连接好，并检查连接部位有无损坏和松动。特别要注意接触密封的可靠。数控柜和电气柜要检查其内部接插件有无因运输造成的损坏，检查各接线端子、连接器和 印制电路板是否插入到位、连接到位及接触良好。仔细检查完成这些工作后，才能顺利试车。

3．试车调整 机床试车调整包括机床通电试运转的粗调机床的主要几何精度。机床安装就位后可通电试车运转，目的是考核机床安装是否稳固，各传动、操纵、控制、润滑、液压、气动等系统是否正常灵敏可靠。

通电试车前，应按机床说明书要求给机床加注规定的润滑油液和油脂，清洗液压油箱和过滤器，加注规定标号的液压油，接通气动系统的输入气源。

通电试车通常是在各部件分别通电试验后再进行全面通电试验的。先应检查机床通电后有无报警故障，然后用手动方式陆续起动各部件。检查安全装置是否起作用，各部件能否正常工作，能否达到工作指标。例如，起动液压系统时要检查液压泵电动机转动方向是否正确，液压泵工作后管路中能否形成油压，各液压元件是否正常工作，有无异常噪声，有无油路渗漏以及液压系统冷却装置是否正常工作；数控系统通电后有无异常报警；系统急停、清除复位按扭能否起作用；检查机床各转动和移动是否正常等等。

机床经通电初步运转后，调整床身水平，粗调机床主要几何精度，调整一些重新组装的主要运动部件与主机之间的相对位置，如机械手刀库与主机换刀位置的校正，自动交换托盘与机床工作台交换位置的找正等。粗略调整完成后，即可用快干水泥灌注主机和附件的地脚螺栓，灌平预留孔。等水泥干固后，就可以进行下一步工作。

二．数控机床的调试 1．机床精度调整 机床精度调整主要包括精调机床床身的水平和机床几何精度。机床地基固化后，利用地脚螺栓和调整垫铁精调机床床身的水平，对普通机床，水平仪读数不超过 0.04 ｍｍ /1000mm，对于高精度机床，水平仪读数不超过 0.02mm/1000mm。然后移动床身上各移动部件（如立柱、床鞍和工作台等），在各坐标全行程内观察记录机床水平的变化情况，并调整相应的机床几何精

度，使之达到允差范围。小型机床床身为一体，刚性好，调整比较容易。大、中型机床床身大多是多点垫铁支承，为了不使床身产生额外的扭曲变形，要求在床身自由状态下调整水平，各支承垫铁全部起作用后，再压紧地脚螺栓。这样可保持床身精调后长期工作的稳定性，提高几何精度的保持性。一般机床出厂前都经过精度检验，只要质量稳定，用户按上述要求调整后，机床就能达到出厂前的精度。

2．机床功能调试 机床功能调试是指机床试车调整后，检查和调

试机床各项功能的过程。调试前，首先应检查机床的数控系统及可编程控制器的设定参数是否与随机表中的数据一致。然后试验各主要操作功能、安全措施、运行行程及常用指令执行情况等，如手动操作方式、点动方式、编辑方式（ EDIT）、数据输入方式（MDI）、自动运行方式（MEMOTY）、行程的极限保护（软件和硬件保护）以及主轴挂档指令和各级转速指令等是否正确无误。最后检查机床辅助功能及附件的工作是否正常，如机床照明灯、冷却防护罩和各种护板是否齐全；切削液箱加满切削液后，试验喷管能否喷切削液，在使用冷却防护罩时是否外漏；排屑器能否正常工作；主轴箱恒温箱是否起作用及选择刀具管理功能和接触式测头能否正常工作等。

对于带刀库的数控加工中心，还应调整机械手的位置。调整时，让机床自动运行到刀具交换位置，以手动操作方式调整装刀机械和卸刀机械手对主轴的相对位置，调整后紧因故中调整螺钉和刀库地脚螺钉，然后装上几把接近允许质量的刀柄，进行多次从刀库到主轴位置的自动交换，以动作正确、不撞击和不掉刀为合格。

3．机床试运行 数控机床安装调试完毕后，要求整机在带一定负载条件下经过一段时间的自动运行，较全面地检查机床功能及工件可靠性。运行时间一般采用每天运行 8h，连续运行 2~3天，或者 24h连续运

行 1~2天。这个过程称为安装后的试运行。试运行中采用的程序叫考机程序，可以直接采用机床厂调试时间用的考机程序，也可自编考机程序。考机程序中应包括：数控系统主要功能的使用（如各坐标方向的运动、直线插补和圆弧插补等），自动更换取用刀库中 2/3的刀具，主轴的最高、最 及常用的转速，快速和常用的进给速度，工作台面的自动交换，主要M指令的使用及宏程序、测量程序等。试运行时，机床刀库上应插满刀柄，刀柄质量应接近规定质量；交换工作台面上应加上负载。在试运行中，除操作失误引起的故障外，不允许机床有故障出现，否则表示机床的安装调试存在问题。

对于一些小型数控机床，如小型经济数控机床，直接整体安装，只要调试好床身水平，检查几何精度合格后，经通电试车后就可投入运行。

第三节 数控机床的验收

一、机床外观的检查 机床外观的检查一般可按通用机床的有关标准

进行，但数控机床是高技术设备，其外观质量的要求更高。外观检查内容有：机床有无破损；外部部件是否坚固；机床各部分联结是否可靠；数控柜中的MDI ／ CRT单元、位置显示单元、各印制电路板及伺服系统各部件是否有破损，伺服电动机（尤其是带脉冲编码器的伺服电机）外壳有无磕碰痕迹。

数控机床的几何精度综合反映机床的关键零部件组装后的几何形状误差。数控机床的几何精度检查和普通机床的几何精度检查基本类似，使用的检查工具和方法也很相似只是检查要求更高。每项几何精度的具体检测办法和精度标准按有关检测条件和检测标准的规定进行。

二、机床几何精度的检查

同时要注意检测工具的精度等级必须比所测的几何精度要高一级。现以一台普通立式加工中心为例，列出其几何精度检测的内容：

１）工作台面的平面度。 ２）各坐标方向移动的相互垂直度。 ３）Ｘ坐标方向移动时工作台面的平行度。 ４）Ｙ坐标方向移动时工作服台面的平行度。

５）Ｘ坐标方向移动时工作台Ｔ形槽侧面的平行度。

６）主轴的轴向窜动。 ７）主轴孔的径向圆跳动。 ８）主轴沿Ｚ坐标方向移动时主轴轴心线

的平行度。 ９）主轴回转轴心线对工作台面的垂直度。 １０）主轴箱在Ｚ坐标方向移动的直线度。

对于主轴相互联系的几何精度项目，必须综合调整，使之都符合允许的误差。如立式加工中心的轴和轴方向移动的垂直误差较大，则可以调整立柱底部床身的支承垫铁，使立柱适当前倾或后仰，以减少这项误差。但是这也会改变主轴回转轴心线对工作台面的垂直度误差，因此必须同时检测和调整，否则就会由于这一项几何精度的调整造成另一项几何精度不合格。

机床几何精度检测必须在地基及地脚螺栓的混凝土完全固化以后进行。考虑到地基的稳定时间过程，一般要求在机床使用数月到半年以后再精调一次水平。

检测机床几何精度常用的检测工具有：精密水平仪、９０ 0角尺、精密方箱、平尺、平行光管、千分表或测微仪以及高精度主轴心棒等。各项几何精度的检测方法按各机床的检测条件规定。各种数控机床的检测项目也略有区别，如卧式机床比立式机床多几项与平‑面转台有关的几何精度。

在检测中要注意消除检测工具和检测方法的误差，同时应在通电后各移动坐标往复运动几次，主轴在中等转速回转几分钟后，机床稍有预热的状态下进行检测。

根据《金属切削机床试验规范总则》的规

定，试验项目包括可靠性、静刚度、空运转振动、热变形、抗振性切削、噪声、激振、定位精度、主轴回转精度、直线运动不均匀性及加工精度等。在进行机床验收时，各验收内容需按照机床出厂标准进行。

三、机床性能及数控功能的试验

1.机床定位精度的检查 数控机床的定位精度是表明机床各运动

部件在数控装置控制下所能达到的运动精度。因此，更具实测的定位精度数值，可以判断出该机床以后在自动加工中所能达到的最好的加工精度。

定位精度的主要检测内容如下： １）直线运动定位精度。 ２）直线运动重复定位精度。

３）直线运动的原点返回精度。 ４）直线运动失动量。 ５）回转轴运动的定位精度。 ６）回转轴运动重复定位精度。 ７）回转轴原点返回精度。 ８）回转轴运动失动量。

2 .机床加工精度的检查 　　机床加工精度的检查是在切削加工条件下对机床几何精度和定位精度的综合考核。一般分为单项加工精度检查或加工一个综合性试件精度检查两种。加工中心的主要单项加工精度有：镗孔精度，端面铣刀切削平面的精度，镗孔的孔距精度和孔径分散度，直线铣削精度，斜线铣削精度以及圆弧铣削精度等。

镗孔精度主要反映机床主轴的运动精度及低速进给时的平稳性。端面铣刀铣削平面的精度主要反映Ｘ和Ｙ轴运动的平面度及主轴中心线对Ｘ－Ｙ运动平面的垂直度。孔距精度主要反映定位精度和失动量的影响。直线铣削精度主要反映机床Ｘ向、Ｙ向导轨的运动几何精度。斜线铣削精度主要反映Ｘ、Ｙ两轴的直线插补精度。

3.其它性能的实验 数控机床性能实验除上述定位精度、加

工精度外，一般还有十几项内容。现以一台立式加工中心为例说明一些主要项目。

（ 1）主轴系统性能　　用手动方式试验主轴动作的灵活性。用数据输入方式，使主轴从低速到高速旋转，实现各级转速。同时观察机床的振动和主轴的升温。试验主轴准停装置的可靠性。

（２）进给系统性能　　分别对各坐标进行手动操作，试验正反方向不同进给速度和快速移动的开、停、点动的平稳性和可靠性。用数据输入方式测定点定位和直线插补下的各种进给速度。

（３）自动换刀系统性能　　检查自动换刀系统性能的可靠性、灵活性，测定自动交换刀具的时间。

（４）数控装置及数控功能　　检查数控柜的各种指示灯，检查纸带阅读机、操作面板，电控柜冷却风扇及数控柜的密封性，各种动作和功能是否正常可靠。按机床说明书，用手动或编程的方法，检查数控系统主要的使用功能，如定位、直线插补、圆弧插补、暂停、自动加减速、坐标选择、刀具补偿、固定循环、行程停止、程序结束、单段程序、程序暂停、进给保持、紧急停止、螺距误差补偿以及间隙补偿等功能的准确及可靠性。

（５）安全装置　检查对操作者的安全性和机床保护功能的可靠性，如安全防护罩，机床各运动坐标行程极限保护自动停止功能，各种电流电压过载保护和主轴电动机过热、过负荷时的紧急停止功能等。

（６）机床噪声　机床运转时的总噪声不得超过标准规定（ 80dB）。数控机床大量采用电气调速，主轴箱的齿轮往往不是噪声源，而主轴电动机的冷却风扇和液压系统液压泵的噪声等，可能成为噪声源。

（７）电气装置　在运转前后分别作一次绝缘检查，检查地线质量，确认绝缘的可靠性。

（８）润滑装置　检查定时定量润滑装置的可靠性，检查润滑油路有无渗漏以及各润滑点的油量分配功能的可靠性。

（９）气、液装置　检查压缩空气和液压油路的密封、调压功能，油箱正常工作的情况。

（１０）附属装置　检查机床各附属的工作可靠性。

（１１）连续无载荷运转　用事先编制的功能比较齐全的程序使机床连续运行 8～ 16h，检查机床各项运动、动作的平稳性和可靠性，在运行中不允许出故障，对整个机床进行综合检查考核。达不到要求时，应重新开始运行考核，不允许累积运行时间。

第四节 数控机床的使用和维修

数控机床是机﹑电、液一体化的技术密集设备，要使机床长期可靠地运行，很大程度上取决于它们的使用与维修。正确的使用可避免突发故障，延长无故障时间。精心维修可使其处于良好的技术状态，延缓劣化的过程。因此，数控机床不仅要严格地执行操作规程，而且必须重视数控机床的维修工作，提高数控机床操作人员的素质。

1.正确操作和使用数控机床 当初次使用数控机床时，多数是由于操作

技术不熟练或使用不当而引起数控系统故障造成数控机床的停机。因此，正确使用和操作数控机床，可有效地减少故障，提高机床的效率。

一﹑数控机床的使用

正确操作和使用数控机床的要求是：操作人员在操作、使用数控机床之前，应该详细阅读有关操作说明书，了解所用数控机床的性能。熟练掌握数控机床和机床面板上的各个开关的作用，并严格按照数控机床的使用说明书要求进行操作。数控机床在初次使用时，应按下述要求对数控系统进行检查。

﹙1﹚数控系统通电前的检查 为了能使数控系统正常工作，当数控机床第一次安装调试或在搬迁后第一次运行之前，建议按下述顺序对数控系统进行检查。

1﹚检查CNC装置内的各个印制线路板是否紧固，各个插头有无松动。

2﹚认真检查CNC装置与外界之间的全部连接电缆是否按随机提供的连接手册的规定，正确而可靠地连接。

3﹚交流输入电源的连接是否符合 CNC装置规定的要求。这包括电源电压、频率及容量的要求。

4﹚确认 CNC装置内的各种硬件定是否符合 CNC装置的要求。这些硬件设定，多是由短路棒和可调电位器构成，这在 70年代或多或 80 年代生产的数控装置中是常见的，一般来说，机床生产厂在整台数控机床出厂前，都已完成短路棒的设定和电位器的调整，但为了安全起见，用户还是需要确认一次。尤其是在搬迁之后的第一次通电，则更是需要根据机床生产厂提供的资料一一给予确认。

只有经过上述检查， CNC装置才能投入通电运行。 （ 2）数控机床通电后的检查人员 当数控系统通

电后，需要进一步检查以下几点： 1）首先要检查数控装置中各个风扇是否正常运转。

2）检查各个印刷线路板或模块上的直流电源是否正常，是否在允许的波动范围之内。

3）进一步检查CNC装置的各种参数是否与随机所带的说明书中要求的相同。

4）当数控装置与机床连机通电时，应在接通电源的同时，作紧急停止的准备，以备出现紧急情况时随时切断电源。

5）用手动或低速运转各坐标轴，观察机床移动方向的显示是否正确。然后让各轴撞到各个方向的超程开关，用以检查超程限位是否有效，数控装置是否在超程时发出报警。

6）进行几次返回机床基准点的动作，用来检查数控机床是否有返回基准点功能以及每次返回基准点的位置是否完全一致 。

7） CNC装置的功能测试。按照数控机床所用的数控装置使用说明书，用手动或编程序的方法来检查数控系统所具备的主要功能。

2.重视数控机床使用初期的运转率 由于数控机床的投资较大，只有早日投入使用才能获得更高的经济效益。按国际惯例规定从到货之日起 18个月内或安装调试完毕日起的 12个月內为保修期。经验表明，数控机床经过一段时间（约一年时间）的使用，性能才能稳定。使用初期故障相对来说往往较高，这期间也叫故障多发期，在这之后进入稳定工作期。据统计，数控机床由于外部因素引起的故障约占 90%以上，其中由于操作、保养和调整不当而引起的故障高达 60%左右，这是造成使用初期故障率特别高的原因之一。

二、数控机床的维修 （一）、数控机床维修的基本知识 1、有关可靠性的概念 数控机床的可靠性、稳定性是人们十分关心的问题，下面介绍有关可靠性的基本参数、基本术语、可靠性的尺度等

(1)平均无故障工作时间MTBF（Mean Time Between Failures） 平均无故障工作时间定义为可修复产品的相邻两次故障间的系统能正确工作时间的平均值。它是衡量系统可靠性的主要指标。

（ 2）平均修复时间MTTR（ Mean Time To Repair） 平均修复时间定义可修复设备在规定的条件下和规定时间之内能够完成修复的概率。它反映系统的可修复性，其实质是指排除故障的平均时间。

（ 3）有效度（或可利用率） A 如果把MTBF看作系统的不能工作时间，那么有效度（可利用率）就是能工作时间与总时间之比，即有效度 A为

A =有用时间 /有用时间 +平均修复时间 =平均无故障时间 /平均无故障时间 +故障平均修复时间

=MTBF/MTBF+MTTR

(4)失效率曲线（或浴盆曲线） 失效率曲线是一条瞬时故障率变化曲线。它描述了数控设备瞬时故障随时间变化的关系。

从失效的类型来分，该曲线可分为早期、稳定期、耗散期。早期失效与设计、制造和装配及元器件的质量有关，一般采取措施可消除。稳定期的故障较少，并主要因为操作或维修不当造成的偶发故障。耗散期又称为磨损期，故障较多，是由于年久失修和磨损而产生的故障，说明系统的寿命将尽。数控设备在早期和耗散期，其可靠性较低。

数控设备的可靠性指标主要包括两方面，一是平均无故障工作时间MTBF值；一是有效度 A值，A与MTBF和MTTR有关。目前，根据机械加工的特点及具体要求，对于一般用途的数控系统，其可靠性的指标至少应达到的要求为：

平均无故障工作时间 MTBF>=300 h 有效度 A>=0.95 对于特殊要求或用于 FMS和 CIMS的 CNC系统，

其可靠性的要求高得多。 此外，有些国家常采用单位时间內发生故障次数

的平均故障率，作为可靠性的主要指标。

2.维修的概念 维修的概念包含两个方面：一是日常维护（预防

性维护），这可以有效地延长MTBF的时间；二是故障维修，在出现故障后尽快修复，尽量缩短MTTR的时间，提高机床的有效度指标。3.对维修工作的基本要求

数控机床属于技术密集和知识密集的设备，要求维修人员具有电子技术、计算机技术、电机技术、自动化技术、检测技术、机械理论和机械加工工艺、液压传动等技术知识，还要求具有综合分析和解决问题的能力，能尽快查明故障原因，及时排除故障，提高数控机床的开动率。

4. 故障维修前期的准备工作 主要有技术准备、工具准备和备件准备三个方

面。 （ 1）技术准备 维修人员应熟读有关数控机床

的操作说明书和维修说明书，掌握 CNC系统的框图、结构布置、常见故障及处理方法、需要经常维修部分在印刷线路板上可供维修的检测点及其正常状态时的电平或波形。应妥善保存好 CNC系统现场调试完成之后的系统参数文件和 PLC（可编程控制器）的参数文件，随机提供的 PLC用户程序、报警文本、用户宏参数和刀具文件参数以及典型的零件程序、 CNC系统功能测试纸带。还应备有系统所用的各种元器件手册，以备随时查阅 。

（ 2）工具准备 需准备一些常规的仪器设备、维修工具，如电压表（测量误差在±2%范围内）、万用表、各种规格的旋具、清洗纸带阅读机用的清洁液和润滑油等。如有条件，可准备一台带存储功能的双线示波器和逻辑分析仪。

（ 3）备件准备 一般来说，应准备一定数量的保险、晶体管模块以及直流电动机用的电刷。

（ 4）建立维护记录档案 数控机床的维护记录档案应包括故障发生的时间、现象、原因及维护措施等。

5. 故障的概念和分类 数控机床的故障是指数控机床丧失了规定

的功能，包括机械系统和数控系统等各方面的故障。一般所说的数控系统故障是统指数控装置、进给伺服系统及主轴伺服系统这三部分的故障。

数控机床的故障按表现形式、故障性质、起因等有多种分类 。

（ 1）按起因的相关性分为关联性和非关联性故障 所谓非关联性故障，即与系统本身无关，如由于运输、安装等外因造成的。而关联性又可分为系统性故障和随机性故障。系统性故障是指机床或数控系统部分在一定的条件下必然出现的故障，是一种可重演的故障。随机性故障是指偶然出现的故障。这类故障在同样条件下只偶然出现一两次。

（ 2）按有无诊断显示分为有诊断显示故障和无诊断显示故障 有诊断显示的故障一般都与控制部分有关，较易排除故障。无诊断显示的故障，维修人员只能根据出现故障前后的情况来分析判断，所以排除故障的难度较大。

（ 3）按性质分为破坏性和非破坏性故障 对于由于伺服系统失控造成飞车、短路烧保险等破坏性故障，只能根据操作者提供的情况进行维修，所以难度较大且有一定风险。对于非破坏性故障，可以经过反复试验，重演故障，因此排除较易。

除以上分类外，还有多种分法，如从时间上可分为早期故障、偶然故障和耗损故障。从使用角度可分为使用故障和本质故障。从严重性而言，可分为灾难性、致命性、严重和轻度四类故障。按过程可分为突发故障和渐变故障等等。

6. 故障的处理 在数控机床出现故障时，操作人员应采取急停措施，停止系统运行，保护好现场。如果操作人员不能排除故障，应及时通知维修人员，还应对故障作详细的记录。记录内容如下：

（ 1）故障的种类 系统处于何种工作方式；系统处于何种状态；报警号；刀具轨迹及速度是否正常等。

（ 2）故障的频率程度 故障发生的时间及次数；加工同类工作时，发生故障的情况；故障发生的特定状况；出现故障的程序段。

（ 3）故障的重复性 在不危害人身安全的前提下，将引起故障的程序段重复执行多次进行观察。

（ 4）外界状况 环境温度及变化情况；周围是否有强烈振源；输入电压是否有波动，电压值是多少；是否受到切削液、润滑油的浸渍等等。

（ 5）有关操作情况 经过什么操作后才发生故障；操纵方式是否有错等。

（ 6）机床情况 机床调整状态；切削是否正常；间隙补偿量是否恰当等。

（ 7）运转情况 在运转过程中是否改变或调整过运动方式；机床是否处于锁住状态；系统是否处于急停状态；系统保险是否烧坏；操作面板上方式开关设定是否正确等。

（ 8）机床和系统间接线情况 电缆是否完整无损；电源线和信号线是否分开走线；継电器、电磁体等是否有噪声抑制器等。

（ 9） CNC装置的外观检查 机框门是否打开，有无切屑；机框内风扇电动机是否正常；电缆连接插头是否完全插入、拧紧；印制线路板有无缺损等等。

总之，需要记录的原始数据材料很多，应将现场原始资料记录在预先准备的记录表上，供维修人员维修时使用。

（二）、数控机床预防性维护 CNC系统的时常保护

CNC系统进行日常维护保养的要求，在CNC系统的使用、维修说明书中一般都有明确的规定。总的来说，要注意以下几个方面：

（ 1） 制作 CNC系统的日常维护的规章制度 根据各种部件的特点 ，确定各自保养条理，如规定哪些地方需要天天清理，哪些部件需要定时加油或定期更改等等。

（ 2）应尽量少开数控柜和强电柜的门 因为机加工车间空气中一般都含有油雾、漂浮的灰尘甚至金属粉末。一旦它们落在数控装置内的印制线路板或电子器件上，容易引起元器件间绝缘电阻下降，并导致元器件及印制线路板的损坏。因此，应该严格地规定，除非进行必要的调整和维修，否则不允许随意开启柜门，更不允许加工时敞开柜门。

（ 3）定时清理数控装置的散热通风系统 应每天检查数控装置上各个冷却风扇工作是否正常。视工作环境的状况，每半年或没季度检查一次风道过滤通道是否有堵塞现象。

（ 4） CNC系统的输入 /输出装置的 定期维护 现有的数控装置绝大部分都带有光电式纸带阅读机。为此，需要做到以下几点：

①一旦纸带阅读机使用完毕应将装有纸带阅读机的小门关上，防止灰尘落入；

②每天必须对光电阅读机的表面、纸带压板、纸带通道，用蘸有酒精的纱布进行擦拭；

③每周定时擦拭纸带阅读机的主动轮滚轴、压紧滚轴以及导向滚轴等运动部件；④对导向滚轴、张紧臂滚轴等应每半年加注一次润滑油。

（ 5）定期检查和更换直流电动机电刷 检查周期随机床使用频率而异，一般为每半年或一年检查一次。

（ 6）经常监视 CNC装置用的电网电压 CNC装置通常允许电网电压在额定值的 +10%至 ‑15%的范围内波动。

（ 7）存储器用电池的定期更换 在一般情况下即使电池尚未失效，也应每年更换一次，以便确保系统能正常工作。电池的更换应在 CNC装置通电状态下进行。

（ 8） CNC系统长期不用时的维护 若CNC系统长期不用闲置的情况下，一是要经常给系统通电，防止潮气，保证电子元件性能的稳定；二是如果数控机床采用直流电动机来驱动时，应将电刷从直流电动机中取出，以免由于化学腐蚀作用，使换向器表面腐蚀，造成换向性能变坏。

（ 9）备用印刷线路板的维护 印刷线路板长期不用是很容易出故障的，应定期装到CNC装置上通电一段时间，以防损坏。

（三）、机械系统的日常维护 数控机床的故障维修

在查找故障时，一般要遵循下述两条原则：（ 1）充分调查故障现场 一方面要向操作者调查，

详细询问出现故障的全过程，查看故障记录，了解发生过什么现象，采取过什么措施等；另一方面要对现场作细致的勘查。

（ 2）认真分析产生故障的起因 分析时一定要思路开阔，只要有可能引起该故障的原因，要尽可能全面地列出来，进行综合判断和筛选，然后通过必要的试验，达到确诊和最终排除故障的目的。

在此介绍故障检查的一般方法。1.CNC系统故障检查的一般方法

我国现有的数控机床上所用的 CNC系统，品种极其繁多。下面介绍常用故障检查方法。

（ 1）直观法 这是一种最基本的方法。充分利用人的看、听、闻等感官来缩小故障检查范围，往往可将故障范围缩小到一个模块或一块印制线路板。这要求维修人员具有丰富的实际经验，要有多学科的较宽的知识和综合判断的能力。

（ 2）自诊断功能法 现代的数控系统已经具备了较强的自诊断功能，能随时监视数控系统的硬件和软件的工作状况。一旦发现异常，立即在 CRT上显示报警信息或用发光二极管指示出故障的大致原因。利用自诊断功能，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部分，并指示故障的大致部位。这个方法是当前维修时最有效的方法。

（ 3）功能程序测试法 所谓功能程序测试法，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、用户宏程序等用手工操作编程或自动编程，编制成一个功能程序测试纸带，通过纸带阅读机送入数控系统中，然后启动数控系统使之运行，借以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。本方法对于长期闲置的数控机床地一次开机时的检查以及机床加工造成废品但又无报警的情况下，当难以确定是编程错误或是操作错误，还是机床故障时，是一种较好的方法。

（ 4）换板法 这是一种简单易行的方法。也是现场判断时最常用的方法之一。所谓换板法，就是在分析出故障大致起因的情况下，维修人员可以利用备用的印制线路板、模板、集成电路芯片或元器件替换有疑点的部分，从而把故障范围缩小到印制线路板或芯片一级。它实际上也是在验证分析的正确性。

但在备板交换之前，应仔细检查备板是否完好，并且备板的状态应与原板状态完全一致。这包括检查板上的选择开关，短路棒的设定位置以及电位器的位置，在置换 CNC装置的存储器板时，往年还需要对系统作存储器的初始化操作（如日本 FANUC公司的 FS‑6系统用的磁泡存储器就需要进行这项工作），重新设定各种数控数据，否则系统仍将不能正常地工作。

（ 5）转移法 所谓转移法 就是将 CNC系统中具有相同功能的两块印制线路板、模板、集成电路或元器件互相交换，观察故障现象是否随之转移，从而迅速确定系统的故障部位。

（ 6）参数检查法 数控系统参数能直接影响数控机床的性能。参数通常是存放在磁泡存储器或需由电池保存的 CMOS RAM中，电池不足或外界干扰会使个别参数丢失或改变，发生混乱，使机床不能正常工作。此时，通过核对、修正参数，就能将故障排除。

（ 7）测量比较法 CNC系统生产厂在设计印制线路板时，为了调整、维修方便，在印制线路板上设计了多个检测用端子。用户可利用这些端子比较测量正常的线路板和有故障的线路板的差异。可检测这些端子的电压或波形，分析故障的所在位置。

（ 8）原理分析法 根据 CNC系统的组成原理，可从逻辑上分析各点的逻辑电平和特征参数，然后用万用表、逻辑笔、示波器或逻辑分析仪进行测量、分析和比较，从而对故障定位。

除以上方法外，还有拔板法、电压拉偏法、开环检测法、敲击法、局部升温法、离线诊断法等多种方法。按照不同的故障现象，同时采用几种方法灵活应用，对故障进行综合分析，较快地排除故障。

2.机械故障上维修

数控机床是机、电、液、气一体化的机床，由各部分的共同作用来完成机械移动、转动、夹紧放松、变速和刀具转位等各种动作。当机床工作时，它们各项功能相结合，发生故障时也混在一起。有些故障形式相同，引起的故障原因却不同。这给故障诊断和排除带来很大困难。

一般来说，机械故障类型可分为以下几种：

（ 1）功能性故障 主要指工件加工精度方面的故障，表现为加工精度不稳定，加工误差大、运动返向误差大、工件表面粗糙度大。

（ 2）动作型故障 主要机床各种动作故障。表现为主轴不转动、液压变速不灵活、工件夹不紧、转塔刀架定位精度低等。

（ 3）结构型故障 主要指主轴发热、主轴箱噪音大、产生切削振动等。

（ 4）使用型故障 主要指使用及操作不当引起的故障，如过载引起的机件损坏、撞车等。

各种机械故障通常可通过细心维护保养、精心调整来解决。对于已磨损、损坏或者已失去功能的零部件，可通过修复或更换部件来排除故障。由于床身结构刚性差、切削振动大、制造质量差等原因产生的故障很难排除。

数控机床机械结构部分的维修与普通机床有很多共同之处，可以参照机修手册进行。由于数控机床电气控制功能的增强，使得机械结构大大减少。