上节课内容回顾
1．数控机床故障诊断与维护的目的是什么? 数控机床故障诊断与维护的目的是什么 ２．故障以及故障诊断技术的概念? 故障以及故障诊断技术的概念 ３．故障的分类 按起因分: 按起因分 按状态分: 按状态分 按发生的性质分: 按发生的性质分 按故障的严重程度分: 按故障的严重程度分 4．数控系统的可靠性的衡量指标? ．数控系统的可靠性的衡量指标 5．数控机床维修的特点? ．数控机床维修的特点
1.早期故障期
早期故障期的特点是故障发生的频率高，随着时间的增 加迅速下降，使用初期之所以故障频繁，原因大致有以下几 个方面： （1）机械部分。机床虽然在出厂以前进行过运行磨合， 但时间比较短，而且主要是针对主轴和导轨进行磨合。由于 组成机床的零件表面存在着微观的和宏观的几何形状偏差， 在完全磨合以前，零件的加工表面还是比较粗糙，装配也有 可能存在误差，因而，在机床使用初期会产生较大的磨合磨 损，使设备之间产生较大的间隙，导致故障的发生。 （2）电气部分。数控机床的控制系统使用了大量的电子 元件，这些元件虽然在制造厂仅过了很长时间的老化试验和 其他方式的筛选，但在实际运行时，由于电路的发热、交变 负荷、浪涌电流以及反电势的冲击，性能较差的某些元件经 不起考验，因电力冲击或电压击穿而失效，从而导致整个系 统不能正常工作。 （3）液压气动部分。由于出厂以后的运输及安装阶段时 间较长，使得液压系统某些部位长时间无油，气缸中润滑油 干涸，而油雾润滑
又不能立即发挥作用，造成油缸或者气缸可能产生 锈蚀。此外，安装的空气管道若清洗不干净，一些 杂物和水分也可能进入系统，造成液压气动部分的 初期故障。 2.偶发期 数控机床经历了初期的各种老化，磨合和调整， 开始进入稳定的正常运行期。在这个阶段，故障率 低而且相对稳定，近似常数。偶发期的故障顾名思 义是由于偶然因素引起的。 3.耗损故障期 耗损故障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 象的根本原因是由于数控机床的零部件及电子元件 经过长时间的运行，由于疲劳、磨损、老化等原因， 寿命已接近衰竭，从而处于频发故障状态。
第二节 数控机床的组成、工作原理及作用
数控机床是最典型的数控设备,为了解数控机床的组成,首 先必须了解数控机床加工零件的工作过程,在数控机床上为了 进行加工零件,可以通过如下步骤进行
零零 图图
工工工工 制制制制制制
数数数数
编程序编编 编程编工
程
序 校 核
数制输输
输输输输
输输输输
伺伺伺伺 伺机制制编工
工 作 台
毛毛 工零
可以看出，数控加工过程总体上可分为数控程序编 制和机床加工控制两大部分。数控机床的控制系统一般 都能按照数字程序指令控制机床实现主轴自动启停、换 向和变速，能自动控制进给速度、方向和加工路线，进 行加工，能选择刀具并根据刀具尺寸调整吃刀量及行走 轨迹，能完成加工中所需要的各种辅助动作。
一．数控机床的组成 数控机床的组成
控 制 介 装 质 置 置 辅助控制 入 装 体 输 控 数 动 床 本 机
数控机床的
二.各组成部分的功用 各组成部分的功用 控制介质
数控机床工作时必须编制加工程序，而加工程序需存 数控机床工作时必须编制加工程序， 储在控制介质上， 储在控制介质上， 常用的控制介质有穿孔带、磁带和磁盘等。 常用的控制介质有穿孔带、磁带和磁盘等。
输入装置
输入装置的作用是将控制介质上的数控代码传递并 存入数控系统内。 存入数控系统内。 输入装置根据控制介质的不同分为光电阅读机、 输入装置根据控制介质的不同分为光电阅读机、磁 带机和软盘驱动器. 带机和软盘驱动器
数控装置
数控装置是数控机床的中枢。 数控装置是数控机床的中枢。数控装置从内部存储 器中取出或接收输入装置送来的一段或几段数控加工 程序，经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、 程序，经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、 运算和逻辑处理后，输出各种控制信息和指令， 运算和逻辑处理后，输出各种控制信息和指令，控制 机床各部分的工作，使其进行规定的有序运动和动作。 机床各部分的工作，使其进行规定的有序运动和动作。
驱动装置
驱动装置接受来自数控装置的指令信息，经功率放 大后，严格按照指令信息的要求驱动机床的移动部件， 以加工出符合图样要求的零什。因此，它的伺服梢度 和动态响应性能是机床加工精度、表面质量和生产率 的重要因素之一。驱动装置包括控制器(含功率放大 器)和执行机构两大部分。目前大都采用自流或交流 伺服电动机作为执行机构
辅助控制装置
辅助控制装置包括主轴运动部件的变速、 辅助控制装置包括主轴运动部件的变速、换向和启 停指令，刀具的选择和交换指令，冷却、 停指令，刀具的选择和交换指令，冷却、润滑装置的 启停，工件和机床部件的松开、夹紧， 启停，工件和机床部件的松开、夹紧，分度工作台转 位分度等开关辅助动作。 位分度等开关辅助动作。 辅助控制装置的主
要作用是接收数控装置输出的开 关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运算，再经功 关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运算， 率放大后驱动相应的电器，带动机床的机械、液压、 率放大后驱动相应的电器，带动机床的机械、液压、 气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。 气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。 辅助控制装置普遍使用PLC。 辅助控制装置普遍使用 。
检测装置
检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移检测出来，经 反馈系统输入到机床的数控装置中。数控装置将反馈回来的 实际位移量值与设定值进行比较，控制驱动装置按指令设定 值运动。
机床本体
数控机床的机床本体与传统机床相似，只是在整体布局、 数控机床的机床本体与传统机床相似，只是在整体布局、 外观造型、传动系统、 外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面 发生了很大的变化。 发生了很大的变化。
三．数控机床的工作原理 数控机床的工作原理
零件程序 输 入 译 码
12
S 、M、T 指令处理
G指令 处 理
坐标及刀补 处 理
13
可编程控制器 PLC 主轴控制与 辅助操作处理 插补预处理
F指令 速度处理
14
S 、M、T 执行完信号
插补运算
15
坐标轴运动 与位置检测
主轴电动机 和电气控制
位置控制 输 出
16
17
伺服驱动 进给电动机
1. 输入 输入CNC控制器的通常有零件加工程 序、机床参数和刀具补偿参数。机床参数一 般在机床出厂时或在用户安装调试时已经设 定好，所以输入CNC系统的主要是零件加工 程序和刀具补偿数据。输入方式有纸带输入、 键盘输入、磁盘输入，上级计算机DNC通讯 输入等。CNC输入工作方式有存储方式和NC 方式。存储方式是将整个零件程序一次全部 输入到CNC内部存储器中，加工时再从存储 器中把一个一个程序调出。该方式应用较多。 NC方式是CNC一边输入一边加工的方式，即 在前一程序段加工时，输入后一个程序段的 内容。
2. 译码 译码是以零件程序的一个程序段 为单位进行处理，把其中零件的轮廓信息 （起点、终点、直线或圆弧等），F、S、T、 M等信息按一定的语法规则解释（编译）成 计算机能够识别的数据形式，并以一定的数 据格式存放在指定的内存专用区域。编译过 程中还要进行语法检查，发现错误立即报警。
3. 刀具补偿 刀具补偿包括刀具半径补偿 和刀具长度补偿。为了方便编程人员编制零 件加工程序，编程时零件程序是以零件轮廓 轨迹来编程的，与刀具尺寸无关。程序输入 和刀具参数输入分别
进行。刀具补偿的作用 是把零件轮廓轨迹按系统存储的刀具尺寸数 据自动转换成刀具中心（刀位点）相对于工 件的移动轨迹。
4. 进给速度处理 数控加工程序给定的 刀具相对于工件的移动速度是在各个坐标合 成运动方向上的速度，即F代码的指令值。速 度处理首先要进行的工作是将各坐标合成运 动方向上的速度分解成各进给运动坐标方向 的分速度，为插补时计算各进给坐标的行程 量做准备；另外对于机床允许的最低和最高 速度限制也在这里处理。有的数控机床的 CNC软件的自动加速和减速也放在这里。
5. 插补 零件加工程序程序段中的指令行 程信息是有限的。如对于加工直线的程序段 仅给定起、终点坐标；对于加工圆弧的程序 段除了给定其起、终点坐标外，还给定其圆 心坐标或圆弧半径。要进行轨迹加工，CNC 必须从一条已知起点和终点的曲线上自动进 行“数据点密化”的工作，这就是插补。插 补在每个规定的周期（插补周期）内进行一 次，即在每个周期内，按指令进给速度计算 出一个微小的直线数据段，通常经过若干个 插补周期后，插补完一个程序段的加工，也 就完成了从程序段起点到终点的“数据密化” 工作。
6. 位置控制 位置控制装置位于伺服系统的位置 环上，如图下所示。它的主要工作是在每个采样周 期内，将插补计算出的理论位置与实际反馈位置进 行比较，用其差值控制进给电动机。位置控制可由 软件完成，也可由硬件完成。在位置控制中通常还 要完成位置回路的增益调整、，各坐标方向的螺距 误差补偿和反向间隙补偿等，以提高机床的定位精 度
插补输出指令 位置控制 速度控制 进给电动机
测量反馈
7. I/O处理 CNC的I/O处理是CNC与机床之间的 信息传递和变换的通道。其作用一方面是将机床运 动过程中的有关参数输入到CNC中；另一方面是将 CNC的输出命令（如换刀、主轴变速换档、加冷却 液等）变为执行机构的控制信号，实现对机床的控 制。 8. 显示 CNC系统的显示主要是为操作者提供 方便，显示装置有CRT显示器或LCD数码显示器， 一般位于机床的控制面板上。通常有零件程序的显 示、参数的显示、刀具位置显示、机床状态显示、 报警信息显示等。有的CNC装置中还有刀具加工轨 迹的静态和动态模拟加工图形显示。
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1．数控机床故障诊断与维护的目的是什么? 数控机床故障诊断与维护的目的是什么 ２．故障以及故障诊断技术的概念? 故障以及故障诊断技术的概念 ３．故障的分类 按起因分: 按起因分 按状态分: 按状态分 按发生的性质分: 按发生的性质分 按故障的严重程度分: 按故障的严重程度分 4．数控系统的可靠性的衡量指标? ．数控系统的可靠性的衡量指标 5．数控机床维修的特点? ．数控机床维修的特点
1.早期故障期
早期故障期的特点是故障发生的频率高，随着时间的增 加迅速下降，使用初期之所以故障频繁，原因大致有以下几 个方面： （1）机械部分。机床虽然在出厂以前进行过运行磨合， 但时间比较短，而且主要是针对主轴和导轨进行磨合。由于 组成机床的零件表面存在着微观的和宏观的几何形状偏差， 在完全磨合以前，零件的加工表面还是比较粗糙，装配也有 可能存在误差，因而，在机床使用初期会产生较大的磨合磨 损，使设备之间产生较大的间隙，导致故障的发生。 （2）电气部分。数控机床的控制系统使用了大量的电子 元件，这些元件虽然在制造厂仅过了很长时间的老化试验和 其他方式的筛选，但在实际运行时，由于电路的发热、交变 负荷、浪涌电流以及反电势的冲击，性能较差的某些元件经 不起考验，因电力冲击或电压击穿而失效，从而导致整个系 统不能正常工作。 （3）液压气动部分。由于出厂以后的运输及安装阶段时 间较长，使得液压系统某些部位长时间无油，气缸中润滑油 干涸，而油雾润滑
又不能立即发挥作用，造成油缸或者气缸可能产生 锈蚀。此外，安装的空气管道若清洗不干净，一些 杂物和水分也可能进入系统，造成液压气动部分的 初期故障。 2.偶发期 数控机床经历了初期的各种老化，磨合和调整， 开始进入稳定的正常运行期。在这个阶段，故障率 低而且相对稳定，近似常数。偶发期的故障顾名思 义是由于偶然因素引起的。 3.耗损故障期 耗损故障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 象的根本原因是由于数控机床的零部件及电子元件 经过长时间的运行，由于疲劳、磨损、老化等原因， 寿命已接近衰竭，从而处于频发故障状态。
第二节 数控机床的组成、工作原理及作用
数控机床是最典型的数控设备,为了解数控机床的组成,首 先必须了解数控机床加工零件的工作过程,在数控机床上为了 进行加工零件,可以通过如下步骤进行
零零 图图
工工工工 制制制制制制
数数数数
编程序编编 编程编工
程
序 校 核
数制输输
输输输输
输输输输
伺伺伺伺 伺机制制编工
工 作 台
毛毛 工零
可以看出，数控加工过程总体上可分为数控程序编 制和机床加工控制两大部分。数控机床的控制系统一般 都能按照数字程序指令控制机床实现主轴自动启停、换 向和变速，能自动控制进给速度、方向和加工路线，进 行加工，能选择刀具并根据刀具尺寸调整吃刀量及行走 轨迹，能完成加工中所需要的各种辅助动作。
一．数控机床的组成 数控机床的组成
控 制 介 装 质 置 置 辅助控制 入 装 体 输 控 数 动 床 本 机
数控机床的
二.各组成部分的功用 各组成部分的功用 控制介质
数控机床工作时必须编制加工程序，而加工程序需存 数控机床工作时必须编制加工程序， 储在控制介质上， 储在控制介质上， 常用的控制介质有穿孔带、磁带和磁盘等。 常用的控制介质有穿孔带、磁带和磁盘等。
输入装置
输入装置的作用是将控制介质上的数控代码传递并 存入数控系统内。 存入数控系统内。 输入装置根据控制介质的不同分为光电阅读机、 输入装置根据控制介质的不同分为光电阅读机、磁 带机和软盘驱动器. 带机和软盘驱动器
数控装置
数控装置是数控机床的中枢。 数控装置是数控机床的中枢。数控装置从内部存储 器中取出或接收输入装置送来的一段或几段数控加工 程序，经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、 程序，经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、 运算和逻辑处理后，输出各种控制信息和指令， 运算和逻辑处理后，输出各种控制信息和指令，控制 机床各部分的工作，使其进行规定的有序运动和动作。 机床各部分的工作，使其进行规定的有序运动和动作。
驱动装置
驱动装置接受来自数控装置的指令信息，经功率放 大后，严格按照指令信息的要求驱动机床的移动部件， 以加工出符合图样要求的零什。因此，它的伺服梢度 和动态响应性能是机床加工精度、表面质量和生产率 的重要因素之一。驱动装置包括控制器(含功率放大 器)和执行机构两大部分。目前大都采用自流或交流 伺服电动机作为执行机构
辅助控制装置
辅助控制装置包括主轴运动部件的变速、 辅助控制装置包括主轴运动部件的变速、换向和启 停指令，刀具的选择和交换指令，冷却、 停指令，刀具的选择和交换指令，冷却、润滑装置的 启停，工件和机床部件的松开、夹紧， 启停，工件和机床部件的松开、夹紧，分度工作台转 位分度等开关辅助动作。 位分度等开关辅助动作。 辅助控制装置的主
要作用是接收数控装置输出的开 关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运算，再经功 关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运算， 率放大后驱动相应的电器，带动机床的机械、液压、 率放大后驱动相应的电器，带动机床的机械、液压、 气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。 气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。 辅助控制装置普遍使用PLC。 辅助控制装置普遍使用 。
检测装置
检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移检测出来，经 反馈系统输入到机床的数控装置中。数控装置将反馈回来的 实际位移量值与设定值进行比较，控制驱动装置按指令设定 值运动。
机床本体
数控机床的机床本体与传统机床相似，只是在整体布局、 数控机床的机床本体与传统机床相似，只是在整体布局、 外观造型、传动系统、 外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面 发生了很大的变化。 发生了很大的变化。
三．数控机床的工作原理 数控机床的工作原理
零件程序 输 入 译 码
12
S 、M、T 指令处理
G指令 处 理
坐标及刀补 处 理
13
可编程控制器 PLC 主轴控制与 辅助操作处理 插补预处理
F指令 速度处理
14
S 、M、T 执行完信号
插补运算
15
坐标轴运动 与位置检测
主轴电动机 和电气控制
位置控制 输 出
16
17
伺服驱动 进给电动机
1. 输入 输入CNC控制器的通常有零件加工程 序、机床参数和刀具补偿参数。机床参数一 般在机床出厂时或在用户安装调试时已经设 定好，所以输入CNC系统的主要是零件加工 程序和刀具补偿数据。输入方式有纸带输入、 键盘输入、磁盘输入，上级计算机DNC通讯 输入等。CNC输入工作方式有存储方式和NC 方式。存储方式是将整个零件程序一次全部 输入到CNC内部存储器中，加工时再从存储 器中把一个一个程序调出。该方式应用较多。 NC方式是CNC一边输入一边加工的方式，即 在前一程序段加工时，输入后一个程序段的 内容。
2. 译码 译码是以零件程序的一个程序段 为单位进行处理，把其中零件的轮廓信息 （起点、终点、直线或圆弧等），F、S、T、 M等信息按一定的语法规则解释（编译）成 计算机能够识别的数据形式，并以一定的数 据格式存放在指定的内存专用区域。编译过 程中还要进行语法检查，发现错误立即报警。
3. 刀具补偿 刀具补偿包括刀具半径补偿 和刀具长度补偿。为了方便编程人员编制零 件加工程序，编程时零件程序是以零件轮廓 轨迹来编程的，与刀具尺寸无关。程序输入 和刀具参数输入分别
进行。刀具补偿的作用 是把零件轮廓轨迹按系统存储的刀具尺寸数 据自动转换成刀具中心（刀位点）相对于工 件的移动轨迹。
4. 进给速度处理 数控加工程序给定的 刀具相对于工件的移动速度是在各个坐标合 成运动方向上的速度，即F代码的指令值。速 度处理首先要进行的工作是将各坐标合成运 动方向上的速度分解成各进给运动坐标方向 的分速度，为插补时计算各进给坐标的行程 量做准备；另外对于机床允许的最低和最高 速度限制也在这里处理。有的数控机床的 CNC软件的自动加速和减速也放在这里。
5. 插补 零件加工程序程序段中的指令行 程信息是有限的。如对于加工直线的程序段 仅给定起、终点坐标；对于加工圆弧的程序 段除了给定其起、终点坐标外，还给定其圆 心坐标或圆弧半径。要进行轨迹加工，CNC 必须从一条已知起点和终点的曲线上自动进 行“数据点密化”的工作，这就是插补。插 补在每个规定的周期（插补周期）内进行一 次，即在每个周期内，按指令进给速度计算 出一个微小的直线数据段，通常经过若干个 插补周期后，插补完一个程序段的加工，也 就完成了从程序段起点到终点的“数据密化” 工作。
6. 位置控制 位置控制装置位于伺服系统的位置 环上，如图下所示。它的主要工作是在每个采样周 期内，将插补计算出的理论位置与实际反馈位置进 行比较，用其差值控制进给电动机。位置控制可由 软件完成，也可由硬件完成。在位置控制中通常还 要完成位置回路的增益调整、，各坐标方向的螺距 误差补偿和反向间隙补偿等，以提高机床的定位精 度
插补输出指令 位置控制 速度控制 进给电动机
测量反馈
7. I/O处理 CNC的I/O处理是CNC与机床之间的 信息传递和变换的通道。其作用一方面是将机床运 动过程中的有关参数输入到CNC中；另一方面是将 CNC的输出命令（如换刀、主轴变速换档、加冷却 液等）变为执行机构的控制信号，实现对机床的控 制。 8. 显示 CNC系统的显示主要是为操作者提供 方便，显示装置有CRT显示器或LCD数码显示器， 一般位于机床的控制面板上。通常有零件程序的显 示、参数的显示、刀具位置显示、机床状态显示、 报警信息显示等。有的CNC装置中还有刀具加工轨 迹的静态和动态模拟加工图形显示。
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