标题：数控磨床
简介
[1]数控机床是信息技术与机械制造技术相结合的产物，代表了现代基础机械的技术水平与发展趋势。近年来，我国数控机床工业发展较快，目前已有数控机床生产厂近百家。为加快我国数控机床工业的发展，更好地满足国民经济发展的需要，国家在制定颁发的《机械工业振兴纲要》中已将重要基础机械列为振兴的四个重点领域之一，而重要基础机械主要就是发展数控机床。“九五”及2010年前我国数控机床的发展方针是：重点抓好六类主机(数控车床、加工中心、数控磨床、数控锻压机床、数控重型机床和数控精密电加工机床)，集中突破数控系统；发展普及型，提高可靠性；内外结合，以我为主，实现我国数据控机床产业化。“九五”期间，重点提高可靠性，增加品种，普及型数控系统和数控机床实现经济规模生产。到2000年数控机床品种发展到1000种，其中有100种达到90年代初国际水平。数控机床及数控系统的平均无故障时间达到10000小时，年产量达到20000台，普及型产品基本立足国内。
加工范围
磨床能加工硬度较高的材料，如淬硬钢、硬质合金等；也能加工脆性材料，如玻璃、花岗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能进行高效率的磨削，如强力磨削等。
发展历程
十八世纪30年代，为了适应钟表、自行车、缝纫机和枪械等零件淬硬后的加工，英国、德国和美国分别研制出使用天然磨料砂轮的磨床。这些磨床是在当时现成的机床如车床、刨床等上面加装磨头改制而成的，它们结构简单，刚度低，磨削时易产生振动，要求操作工人要有很高的技艺才能磨出精密的工件。
1876年在巴黎博览会展出的美国布朗-夏普公司制造的万能外圆磨床，是首次具有现代磨床基本特征的机械。它的工件头架和尾座安装在往复移动的工作台上，箱形床身提高了机床刚度，并带有内圆磨削附件。1883年，这家公司制成磨头装在立柱上、工作台作往复移动的平面磨床。
1900年前后，人造磨料的发展和液压传动的应用，对磨床的发展有很大的推动作用。随着近代工业特别是汽车工业的发展，各种不同类型的磨床相继问世。例如20世纪初，先后研制出加工气缸体的行星内圆磨床、曲轴磨床、凸轮轴磨床和带电磁吸盘的活塞环磨床等。
自动测量装置于1908年开始应用到磨床上。到了1920年前后，无心磨床、双端面磨床、轧辊磨床、导轨磨床，珩磨机和超精加工机床等相继制成使用；50年代又出现了可作镜面磨削的高精度外圆磨床；60年代末又出现了砂轮线速度达60～80米/秒的高速磨床和大切深、缓进给磨削平面磨床；70年代，采用微处理机的数字控制和适应控制等技术在磨床上得到了广泛的应用。
特点之处
1、适合于复杂异形零件的加工。
2、实现计算机控制，排除人为误差。
3、通过计算机软件可以实现精度补偿和优化控制。
4、加工中心、车削中心、磨削中心、电加工中心等具有刀库和换刀功能，减少了装夹次数，提高了加工精度。
5、数控机床使机械加工设备增加了柔性化的特点。柔性加工不仅适合于多品种、中小批量生产也适合于大批量生产，且能交替完成两种或更多种不同零件的加工，增加了自动变换工件的功能，可实现夜间无人看管的操作。由几台数控机床(加工中心)组成的柔性制造系统(FMS)具有更高柔性的自动化制造系统，包括加工、装配和检验等环节。
结构特点
数控磨床砂轮主轴部件精度高、刚性好
砂轮的线速度一般为30~60m/s，CBN砂轮可高达150~200m/s，最高主轴转速达15000r/min。主轴单元是磨床的枢纽部件，对于高速高精度单元系统应具备刚性好、回转精度高、温升小、不乱性好、功耗低、寿命长、本钱适中的特性。砂轮主轴单元的轴承常采用高精度动弹轴承、液体静压轴承、液体动压轴承、消息压轴承。近年来高速和超高速磨床越来越多采用电主轴单元部件。
采用低速无爬行的高精密进给单元
进给单元包括伺服驱动部件、动弹部件、位置监测单元等。进给单元是保持砂轮正常工作的必要前提，是评价磨床机能的重要指标之一。要求进给单元运转灵活、分辨率高、定位精度高、动态响应快，既要有较大的加速度，又要有足够大的驱动力。进给单元常用的方案为交、直流伺服电念头与动弹丝杠组合的进给方案或直线伺服电念头直接驱动的方案。两种方案的传动链很短，主要是为了减少机械传动误差。两种方案都是依赖电念头来调速、换向。
数控磨床具有高的静刚度、动刚度及热刚度
砂轮架、头架、尾架、工作台、床身、立柱等是数控磨床的基础构件，其设计制造技术是保证磨床质量的根本。
数控磨床需要有完善辅助单元
辅助单元包括工件快速装夹装置、高效磨削液供应系统、安全防护装置、主轴及砂轮动平衡系统、切屑处理系统等。[1]
品种分类
1、高档型数控机床：是指加工复杂形状的多轴控制或工序集中、自动化程度高、高度柔性的数控磨床。
2、普及型数控机床：具有人机对话功能，应用较广，价格适中，通常称之为全功能数控机床。
4、经济型数控机床：结构简单，精度中等，但价格便宜，仅能满足一般精度要求的加工，能加工形状较简单的直线、斜线、圆弧及带螺纹类的零件。
选用原则
1、实用性：是指明确数控机床来解决生产中的哪一个或哪几个问题。
2、经济性：是指所选用的数控机床在满足加工要求的条件下，所支付的代价是最经济的或者是较为合理的。
3、可操作性：用户选用的数控机床要与本企业的操作和维修水平相适应。
4、稳定可靠性：是指机床本身的质量，选择名牌产品能保证数控机床工作时稳定可靠。
常见故障
随着我国机械加工的快速发展，国内的数控机床也越来越多。由于数控机床的先进性和故障的不稳定性，且大部分故障都是以综合故障形式出现，所以使得数控机床的维修难度加大了很多，但故障处理的步骤与方法不外乎以下几点。
1．对故障现场的充分调查
当故障发生时，首先要充分了解机床故障是在什么情况下出现的，出现时有些什么现象，出现后操作者采取了什么样的措施，如故障现场还在，就要对CNC中的内容进行仔细观察了解正在执行的程序段内容以及自诊断显示的报警内容，并观察各电路板上的报警灯情况。然后按系统的复位键，看故障是否消失，如故障报警消失，则此类报警多属软件故障。
2．把可能造成故障的所有因素全部列出
数控机床出现同一种故障的原因可能是多种多样的，有机械的、电气的、控制系统的等诸多因素，因此在故障分析时要把有关的因素全部列出来。例如：机床X轴在移动时会出现抖动，造成此现象的因素可能是：a、X轴编码器的连线有可能接触不良；b、X轴的岛轨镶条过紧，阻尼太大，造成X轴电机负载过大；c、X轴伺服电机与丝杆的联轴器有松动或间隙；d、X轴电机的伺服驱动有问题；e、X轴伺服电机有故障等等。
3．确定鼓掌产生原因的方法
数控机床的数控系统品种繁多但无论是何种数控系统，发生故障时都可用以下几种方法对故障进行综合判断。
（1）　直观法：就是利用人的感官注意发生故障时的现象并判断故障发生的可能部位。如有故障时何处是否有异响、火花发生，何处有焦糊位出现，何处有发热异常现象，然后进一步观察可能发生故障的每块电路板的表面状况，例如电路板上是否有烧焦、熏黑处或电子元器件是否有爆裂处，以进一步缩小检查范围。这是一种最基本、最简单的方法，但却要求机床维修人员具备一定的维修经验。
（2）　利用数控系统的硬件报警功能：报警指示灯可判断故障所在。在数控系统硬件电路板上有很多的报警指示灯，借此可大致判断出故障所在位置。
（3）　充分利用数控系统的软件报警功能：CNC系统都具有自诊断功能。在系统工作期间，能用自诊断程序对系统进行快速诊断。一旦检测到故障，立即将故障以报警方式显示在形式屏上或点亮各报警灯，维修时可根据报警内容提示来查找机床的故障所在。
（4）　利用状态显示的诊断功能：数控系统不但能将故障诊断信息显示出来，而且能以诊断地址和诊断数据的形式提供机床诊断的各种状态，例如，提供了系统与机床之间接口的输入/输出信号状态，或PC与CNC装置之间，PC与机床之间接口的输入/输出的信号状态，即可利用显示屏画面的状态显示，来检查数控系统是否将信号输入到机床，或机床的开关信息是否已输入到数控系统。总之，可将故障区分出是在机床一侧还是在数控系统一侧，从而可缩小数控机床故障的检查范围。
（5）　发生故障时应及时核对数控系统参数：系统参数变化会直接影响到机床的性能，甚至使机床发生故障，整台机床不能工作。而外界的干扰有可能引起存储器内个别参数的变化，听以当机床发生了一些莫名其妙的故障时，可对数控系统的参数进行核对。
（6）　备件更换法：当对机床故障进行分析发现可能是电路板偶故障时，就可用备件板进行更换，则可迅速确定故障电路板。但用此方法时需注意到下述两点：①要注意电路板上各可调开关的位置，在换板时应注意使被交换的两块电路板的设定状态要完全一致，否则将使系统处于不稳定或不是最佳状态，甚至出现报警。②更换某些电路板（如CCU板）之后，需对机床的参数和程序进行重新设定或输入等。
（7）　利用电路板上的检测端子：在电路板上有供测量电路电压和波形的检测端子，以便在调试和维修时确定该部分电路工作是否正常。但在检测该部分电路时应熟悉电路原理及电路的逻辑关系。在逻辑关系不熟的情况下，可用两块一样的电路板对比进行检测，从而发现电路板的故障所在。
总之，当数控机床一旦出现故障时，维修人员遵循上述的检测步骤和方法就能正确判断出故障的起因及故障所在的位置。
相关问题
在进行数控机床操作的过程中,发现现有数控机床相对于教学、学生培训使用中存在着一些安全隐患,须加以注意。后台编辑功能在FANUC series oi Mate TB系统中,生产厂家为了使操作者加工方便,设置了后台编辑功能,即在自动加工过程进行时,可在不终止加工的情况下,在程序编辑方式对当前程序进行修改或对其他程序进行后台编辑;也可将控制方式选择至“手轮方式”,通过摇动手轮使刀具移动,从而改变加工点的位置。后台编辑功能方便操作者在加工过程中对所加工的零件进行修改,简化了操作过程。但这种简化,却给安全操作带来了一个严重隐患,在教学实践中,易出现学生误操作。当控制方式选择至“自动循环”方式时,如果机床卡盘未夹紧或尾架没有顶出(即机床未准备好)的情况,按下“循环启动”键,机床不操作。此时将控制方式选择至“手工操作”,使机床卡盘夹紧、尾架顶出(即机床准备好) ,则刚刚所选的“循环启动”命令有效,程序自动执行。如果此时操作者正在上料,手还未离开工件,程序中又存在主轴启动指令,则操作者极易伤手,甚至可能出现严重安全事故。
解决方法如下：
生产厂家调整系统梯形图,使“循环启动”键的启动条件改变,即需在“卡盘夹紧”、“尾架顶紧”都准备好的情况下,在“自动循环”或“MDI”方式下“循环启动”键才能发生作用,缺少其中任何一个都无效。
“或”的关系转换成卡盘夹紧→尾架顶紧→自动方式→循环启动“并列”关系。不过这种更改将会使“后台编辑功能”失去作用,对于操作者需要边加工边更改程序时会带来困难,但在更加注重安全的机械工程实训教学中,这种改变非常有必要。
2) 取消已有命令。在“自动方式”按下“循环启动”键无效后,随即按下“reset”键取消已有命令,即使“卡盘夹紧”、“尾架顶紧”、“自动方式”程序不会自动执行,需重新操作“循环启动”键。这种方法将危险消除在萌芽状态,值得在应用中推广。机床电源问题数控机床装有NC 系统(数字控制系统) ,NC 数据要求机床关机时能够有效保存,因此NC 系统拥有自己的掉电保护备用电源。当NC 电源电量不够时,需及时更换电池,以保证数据不丢失。
然而正因为NC 系统有记忆功能,如果操作者正在操作机床进行加工,其他人员将机床总电源关闭,则机床托板有可能不受控制继续前进,撞坏机床,发生事故。同时,由于NC 电源瞬间电流过大,易烧坏机床。所以,数控机床开关机应有其先后顺序:开机先开外部总电源,再开机床总电源,最后开NC 电源。关机先关NC 电源,再关机床总电源,在确定无其他机床使用的情况下关闭外部电源,与开机顺序正好相反。西门子系统操作选项的确定西门子系统在进行控制面板操作时需不时进行选项的确定肿瘤。如图1 所示,在进行对刀操作时,当完成X 轴或Z 轴的对刀操作后,显示器上显示的为新数据。但如不按“确认”键,系统仍以未对刀前的数据为所需刀补数值,不承认新对的刀补数值,此时如用此刀补进行加工极易出现打刀事件。
数据显示
再如在“JOG”方式下选择“手轮方式”,系统会要求进行X 轴或Z 轴的确认,如不确认,则刀架仍以先前方向进行移动,容易造成刀架错移动,发生打刀情况。G54～G59 零点偏置及FANUC 系统的工位移在现代数控系统操作中,人们经常会使用G54～G59 胶带机中某一零点偏置指令来设定工件零点在机床坐标系中的位置(工件零点以机床零点为基准偏移) 。使用此种方法应注意是否使用了刀具补偿,刀补值的设定是以哪点为基准点进行设置的。如果以机床原点距工件的位移为刀补值,则再使用零点偏置指令就会出现坐标系定位错误,给操作带来危险。所以一旦使用了G54 等零点偏置指令应注意在操作完毕后应及时使用指令取消可设定零点偏置。
同样道理,在FANUC 系统中存在着“工位移双色球”,所谓“工位移”是指程序、刀具刀补、工件坐标系等数值不变,假想工件进行平移,即相当于工件坐标系往相反方向移动。利用此法可在不移动毛坯、不重建坐标系的情况下进行多件加工。使用“工位移”应注意用后取消其值,否则其他操作者在不知情的情况下,操作该机床易出现工件坐标系错误定位等情况,易发生打刀现象,造成安全事故。刀具的磨耗补正值的设定刀具的磨耗补正是指在对好刀、建立好刀补值后,刀具经过使用出现磨损,将此少量磨损值经过对刀放在刀具磨耗补正处。这里建议刀尖磨损值可放在磨耗补正处,但刀具的长度补偿值应放在刀具长度补偿处。因为在程序中如指定了换刀指令、刀补号,程序先执行换刀指令,再执行刀具的长度补偿。而刀具的磨耗补正恰好相反,程序先执行刀具的磨耗补正,后进行换刀操作。如果磨耗补正值过大,刀具易撞在机床工作台上发生危险。数控铣床、加工中心Z 轴值的检验现在数控机床大多带有图形校验功能,但多为二维图形校验。在数控铣床、加工中心中只能对X 轴、Y轴图形进行校验, Z 轴值则无法图形检查。所以不能认为,图形正确程序就正确,还需对Z 轴值进行试验,对G00 或G01、G02 等指令的使用进行检查,以免发生事故。西门子系统程序的加工在西门子系统进行零件程序加工时,需选择对应的程序名,如果操作人员仅仅在点击了所要的程序后只按‘打开’按纽,则显示区的工作区内显示的为刚打开的程序,但在其右上角显示的仍为上一次自动循环加工所选程序,此时若按“循环启动”命令,则加工程序为右上角所显示的程序,而不是刚刚打开想要加工的程序(这点与常用的Windows 操作系统习惯有所区别) ,而出现误加工,甚至造成安全事故。
正确操作是操作人员点击了所要加工的程序后,须按“选择”键确认选择该程序。
数控磨床安全操作规程
1.操作人员经考试合格取得操作证，方准进行操作，操作者应熟悉本机的性能、结构等，并要遵守安全和交接班制度。
2.操作者必须根据强力磨床说明书的要求，详细了解并熟记各润滑部位，润滑方法及润滑油的种类、牌号，按磨床润滑图表的规定，进行给油保养。
3.开工前，应按规定穿戴好防护用品，对照交接班记录薄，对磨床各部位进行详细检查，发现问题应及时逐级报告，异状未经排除不得开车工作。
4.开工前应对强力磨床下列部位进行检查：
(1)砂轮架油池中的油量是否达到了规定的油面高度。
(2)调整皮带松紧度是否合适。
(3)摇动手轮、工作台、砂轮架的往复运动是否良好。
(4)砂轮防护罩和砂轮要装卡牢固，位置正确、工作台导轨挡尘毡应接触严密。
(5)检查电气系统(电动机、配电箱、安全灯、导线、接地线)是否良好，周围环境是否清洁、无短路。
(6)检查各润滑部位、各滑动面及传动系统，注入润滑油。
(7)接通电源，顺次启动油泵、砂轮架、床头架的电动机，注意运转状态。发现异状、异音，应立即关闭电源，经检查处理后方准开车。
(8)开动磨床，空转2～3min，查看各部动作是否正常。如有机构失灵，轴承过热，油压不够，砂轮摆动，工作台运动不平稳等不正常情况，应停车切断电源，采取措施处理，严禁使用者超越自检自修范围自行拆卸处理。
(9)检查冷却泵的电机运转是否正常，冷却液是否畅通。
(10)装卡砂轮时，砂轮和压板间应垫以0.5～1.Omm的纸垫，必须用专用扳手，均匀用力紧固，不许用加长管子紧固，以免使砂轮胀裂。
(11)砂轮装好后应空载运转5min,操作者应避开正面，确认砂轮运转正常后，方准使用。
5.工件的装卡必须符合规定。对因故中断加工的工件，必须确认状态良好后，方准开车工作。
6.加工工件时，必须事先清除工件上的油垢、黒污及灰尘等；根据加工件的材质合理选用砂轮和磨削量，严禁磨能工件毛坯。\r7.装卡和测量工件时，必须使砂轮退离工件和停车。工件与砂轮未离开时，不得中途停车。砂轮在接近工件时，不准用机动送给。
8.工作时，禁止操作者离开磨床或托人代管。如因停电或其他原因必须离开时，应将砂轮离开工件后停车。重新开动磨床时，应确认各部无异状后方准开车。
9.磨床工作时应注意各传动部分状态，如油温和油压是否正常，冷却液是否畅通准确地浇到工件上，油泵与电机的温度是否正常，有否异状、异音，各操作手柄是否位置正确，各紧固部件有否松动移位等。
10.禁止在工作台面与油漆表面放置金属物品。
11.禁止在工作台面及床体上敲打、拆装、校直工件。
12.磨床发生事故后，应保持现场，切断电源，迅速报告，妥善处理。
13.工作完毕后，应将砂轮退离工件，切断总电源，各手柄放置在空位上，恢复磨床正常状态，做好日常保养。
14.认真填写交接班记录簿等有关记录。