浅谈数控机床的特点与维护

石　玉

摘要：数控机床集微电子技术、计算机技术、自动控制技术及伺服驱动技术、精密机械技术于一体，是高度机电一体化的典型产品。由于数控机床是一种价格昂贵的精密设备，因此，其维护更是不容忽视。本文依据数控机床特点，归纳和总结在使用数控机床过程的应注意事项和日常维护。

关键词：数控机床；特点；维护

1数控系统发展简史及趋势

1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。

1.1.数控(NC)阶段(1952～1970年)

早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路“搭”成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控(HARD-WIREDNC)，简称为数控(NC)。随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即1952年的第一代——电子管；1959年的第二代——晶体管；1965年的第三代——小规模集成电路。

1.2.计算机数控(CNC)阶段(1970年～现在)

到1970年，通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控(CNC)阶段(把计算机前面应有的“通用”两个字省略了)。到1971年，美国INTEL公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件——运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器(MICROPROCESSOR)，又可称为中央处理单元(简称CPU)。

到1974年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕(故当时曾用于控制多台机床，称之为群控)，不如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。

到了1990年，PC机的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于PC的阶段。

总之，计算机数控阶段也经历了三代。即1970年的第四代——小型计算机；1974年的第五代——微处理器和1990年的第六代——基于PC(国外称为PC-BASED)。

1.3 数控未来发展的趋势

高性能：随着数控系统集成度的增强，数控机床也实现多台集中控制，甚至远距离遥控。高精度：数控机床本身的精度和加工件的精度越来越高，而精度的保持性要好。高速度：数控机床各轴运行的速度将大大加快。高柔性：数控机床的柔性化将向自动化程度更高的方向发展，将管理、物流及各相应辅机集成柔性制造系统。模块化：数控机床要缩短周期和降低成本，就必然向模块化方向发展，这既有利于制造商又有利于客户。

2数控机床的特点

2.1具有高度柔性。

在数控机床上加工零件，主要取决于加工程序，它与普通机床不同，不必制造、更换许多工具、夹具，不需要经常调整机床。因此，数控机床适用于零件频繁更换的场合。也就是适合单件、小批生产及新产品的开发，缩短了生产准备周期，节省了大量工艺设备的费用。

2.2 加工精度高。

数控机床的加工精度，一般可达到0.005～0.1mm，数控机床是按数字信号形式控制的，数控装置每输出一个脉冲信号，则机床移动部件移动一个脉冲当量（一般为0.001mm），而且机床进给传动链的反向间隙与丝杠螺距平均误差可由数控装置进行补偿，因此，数控机床定位精度比较高。

2.3 加工质量稳定、可靠。

加工同一批零件，在同一机床，在相同加工条件下，使用相同刀具和加工程序，刀具的走刀轨迹完全相同，零件的一致性好，质量稳定。

2.4 生产率高。

数控机床可有效地减少零件的加工时间和辅助时间，数控机床的主轴转速和进给量的范围大，允许机床进行大切削量的强力切削，数控机床目前正进入高速加工时代，数控机床移动部件的快速移动和定位及高速切削加工，减少了半成品的工序间周转时间，提高了生产效率。

2.5 利于生产管理现代化。

数控机床的加工，可预先精确估计加工时间，所使用的刀具、夹具可进行规范化、现代化管理。数控机床使用数字信号与标准代码为控制信息，易于实现加工信息的标准化，目前已与计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）有机地结合起来，是现代集成制造技术的基础。

3数控机床的维护

3.1数控机床的工作场地选择

（1）避免阳光的直接照射和其它热辐射、避免太潮湿或粉尘过多的场所,尽量在空调环境中使用,保持室 温20℃左右。由于我国处于温带气候、受季风影响、温度差异大，对于精度高、价格贵的数控机床,应置于有空调的房间中使用。（2）要避免有腐蚀气体的场所。因腐蚀气体易使电子元件变质,或造成接触不良,或造成元件短路,影响机床的正常运行。（3）要远离振动大的设备(如冲床、锻压设备等)。对于高精度的机床还应采用防振措施(如防振沟等)。（4）要远离强电磁干扰源,使机床工作稳定。

3.2配备高素质的编程、操作和维护人员。

数控机床是综合了计算机技术、自动控制技术、精密测量技术和机床设计等先进技术的典型机电一体化产品，其控制系统复杂、价格昂贵。因此配备的人员必须具备以下基本素质，一是应有高度的责任心和良好的职业道德。二是具有较广的知识面和勤学习、善思考、多动手的良好工作习惯。负责日常维护的人员，不仅要掌握计算机原理、电子电工技术、自动控制与电力拖动、测量技术、机械传动及切削加工工艺知识，而且要具有一定的英语基础和较强的动手实践能力。才能全面掌控数控机床，所以培养学生的综合素质和岗位技能，是学院数控设备良好运行的基本保障。

3.3 建立数控设备的维护保养制度。

数控机床种类多，各类数控机床因其功能，结构及系统不同,各具不同的特性。其维护保养的内容和细则也各有其特色，具体应根据其机床种类、型号及实际使用情况,并参照机床使用说明书要求，针对性地制订并严格制定日常维护保养制度是非常必要的。日常维护工作可以分为每天检查、每周检查、每半年检查和不定期检查等各种检查周期。检查内容为常规检查内容。对一些频繁运动的元、部件（无论是机械传动部分还是驱动控制部分），都应该作为定期的检查对象。如重复定位精度，必须每次技能鉴定前作重点检查，以保证学生在考核中得到较好的尺寸精度。另外对于储存器（CMOS）供电电池，应在数控系统通电状态下更换新电池，以确保存储参数不丢失，数控系统正常运行。

3.4做好数控装置的维护。

3.4.1 做好机床排故工作。

机床一旦出现报警，说明机床已出现故障或处在非正常工作状态。应该首先查明原因，然后才能继续运行。数控机床一旦停机，直接影响实习教学计划，后果非常严重。因此，维护人员必须要有高超技术和严谨的工作作风，认真作好维修记录，对故障发生的原因进行科学地分析，发现故障的根源与规律，从而排除机床故障。

3.4.2注意数控装置的防尘。

首先，除进行必要的检修外，平时应尽量少开柜门，因为柜门常开易使空气中飘浮的灰尘、油雾和金属粉末落在印刷线路板上和电器接插件上，很容易造成元器件之间的绝缘电阻下降，从而引发故障甚至造成元器件损坏，所以加强数控柜和强电柜的密封管理很重要。有些数控机床的主轴速度控制单元安装在强电柜中，强电柜门关的不严是使电器元件损坏、是数控系统控制失灵的一个原因。

其次，对一些已受外部灰尘、油雾污染的电路板和接插件可采用专用电子清洁剂喷洗。

3.4.3 重视数控装置的散热。

应每天检查数控系统柜上各个冷却风扇工作是否正常，应视工作环境状况，每半年或每季度检查一次风道过滤器是否有堵塞现象。如果过滤网上灰尘积聚过多，需及时清理，否则将会引起数控系统柜内温度高（一般不允许超过55℃），造成过热报警或数控系统工作不可靠。

3.5应尽量少开数控柜和强电柜的门。

因为在机加工车间的空气中一般都含有油雾、灰尘甚至金属粉末。一旦它们落在数控系统内的印制线路或电器件上，容易引起元器件间绝缘电阻下降，甚至导致元器件及印制线路的损坏。有的用户在夏天为了使数控系统超负荷长期工作，打开数控柜的门来散热，这是种绝不可取的方法，最终会导致数控系统的加速损坏。正确的方法是降低数控系统的外部环境温度。因此，应该有一种严格的规定，除非进行必要的调整和维修，不允许随便开启柜门，更不允许在使用时敞开柜门。

3.6数控系统长期不用时的维护。

为提高数控系统的利用率和减少数控系统的故障，数控机床应满负荷使用，而不要长期闲置不用，由于某种原因，造成数控系统长期闲置不用时，为了避免数控系统损坏，需注意以下两点：

（1）要经常给数控系统通电，特别是在环境湿度较大的梅雨季节更应如此，在机床锁住不动的情况下（即伺服电动机不转时），让数控系统空运行。利用电器元件本身的发热来驱散数控系统内的潮气，保证电子器件性能稳定可靠，实践证明，在空气湿度较大的地区，经常通电是降低故障率的一个有效措施。

（2） 数控机床采用直流进给伺服驱动和直流主轴伺服驱动的，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，甚至使整台电动机损坏。

参考文献：

[1]王永章等.数控技术.高等教育出版社，2003(4).

[2]李郝林.机床数控技术.机械工业出版社出版，2002(9).