机床维修驱动系统与结构设计特点

(一)、机床维修驱动系统
数控机床维修与保养技术教程随着电子技术和自动化技术的发展，数控机床维修技术的应用越来越广泛。以微处理器为基础，以大规模集成电路为标志的数控设备，已在我国批量生产、大量引进和推广应用，它们给机械制造业的发展创造了条件，并带来很大的效益。但同时，由于它们的性、复杂性和智能化高的特点，在维修理论、技术和手段上都发生了飞跃的变化。
从现代数控系统的基本构成入手，探讨数控系统的诊断与维修。
1、数控系统的构成与特点目前世界上的数控系统种类繁多，形式各异，组成结构上都有各自的特点。这些结构特点来源于系统初始设计的基本要求和工程设计的思路。例如对点位控制系统和连续轨迹控制系统就有截然不同的要求。对于T系统和M系统，同样也有很大的区别，前者适用于回转体零件加工，后者适合于异形非回转体的零件加工。对于不同的生产厂家来说，基于历史发展因素以及各自因地而异的复杂因素的影响，在设计思想上也可能各有千秋。例如，美国Dynapath系统采用小板结构，便于板子换和灵活结合，而日本FANUC系统则趋向大板结构，使之有利于系统工作的性，促使系统的平均无故障率不断提高。然而无论哪种系统，它们的基本原理和构成是相似的。
数控机床维修控制系统主要由总线、CPU、电源、存贮器、操作面板和屏、位控单元、可编程序控制器逻辑控制单元以及数据输入/输出接口等组成。较新一代的数控系统还包括一个通讯单元，它可完成CNC、PLC的内部数据通讯和外部高次网络的连接。
驱动系统主要包括驱动装置和电机。位置测量系统主要是采用长光栅或圆光栅的增量式位移编码器。数控系统的主要特点是：性要求高：因为一旦数控系统发生故障，即造成巨大经济损失；有较高的环境适应能力，因为数控系统一般为工业控制机，其工作环境为车间环境，要求它具有在震动，高温，潮湿以及各种工业干扰源的环境条件下工作的能力；接口电路复杂，数控系统要与各种数控设备及外部设备相配套，要随时处理生产过程中的各种情况，适应设备的各种工艺要求，因而接口电路复杂，而且工作频繁。
2、现代数控系统维修工作的基本条件
2.1维修工作人员的基本条件
数控机床维修工作开展的好坏先取决于人员条件。维修工作人员具备以下要求：
（1）高度的责任心与良好的职业道德；
（2）知识面广，掌握计算机技术、模拟与数字电路基础、自动控制与电机拖动、检测技术及机械加工工艺方面的基础知识与的外语水平；
（3）经过良好的技术培训，掌握有关数控、驱动及PLC的工作原理，懂得CNC编程和编程语言；
2.2在维修手段方面应具备的条件。
（1）准备好常用备品、配件；
（2）随时可以微电子元器件的实际支援或供应；
（3）的维修工具、仪器、仪表、接线、微机。较好有小型编程系统或编程器，用以支援设备调试；
2.3数控机床维修前的准备
接到用户的直接要求后，应尽可能直接与用户联系，以便尽快地获取现场信息、现场情况及故障信息。如数控机床的进给与主轴驱动型号、警报指示或故障现象、用户现场有无备件等。据此预先分析可能出现的故障原因与部位，而后在出发到现场之前，准备好有关的技术资料与维修服务工具、仪器备件等，做到有备而去。
3、现场维修
现场维修是对数控机床出现的故障（主要是数控部分）进行诊断，找出故障部位，以相应的正常备件换，使机床恢复正常运行。这过程的关键是诊断，即对系统或线路进行检测，确定有无故障，并对故障定位指出故障的确切位置。从整机到插线板，在某些场合下甚至定位到元器件。这是整个维修工作的主要部分。
(二)、数控机床机械结构设计的特点
数控机床虽然也有普通机床所具有的床身、立柱、导轨、工作台、刀架等部件，但为了与数控机床的高加工精度、高速切削相匹配，对机床主机部分的结构设计还提出了高刚度、低惯量、低摩擦、高谐振频率、适当的阻尼比等要求，因此数控机床大修的关键部件在结构设计中与普通机床相比有重大变化。主传动系统实现各种刀具和工件所需的切削功率，且在尽可能大的转速范围内恒功率输出，同时为使数控机床能获得佳的切削速度，主传动须在较宽的范围内实现无级变速。现行数控机床采用的直流或交流无级调速主轴电机，较普通机床的机械分级变速传动链大为简化。对加工精度有直接影响的主轴组件的精度、刚度、抗振性和热变形性能要求，可以通过主轴组件的结构设计和合理的轴承组合及选用轴承加以。为提高生产率和自动化程度，主轴上的卡盘有刀具或工件的自动夹紧、放松、切屑清理及卡盘准松机构。近日本又研制了新型的陶瓷主轴，重量轻，热膨胀率低，用在加工中心上，具有高的刚性和精度。数控机床的进给系统是由伺服电机驱动，通过滚珠丝杠带动刀具或工件完成各坐标方向的进给运动。为确定进给系统的传动精度和工作稳定性，在设计机械装置时，以低摩擦、低惯量、高刚度为原则，具体措施有：
①采用低摩擦、轻拖动、率的滚珠丝杠和直线滚动导轨；②采用大扭矩、宽调速的伺服电机直接与丝杠相联接，缩短和简化进给传动链；③通过消隙装置齿轮、丝杠、联轴器的传动间隙；
④对滚动导轨和丝杠预加载荷，预拉伸。数控机床的外观大都采用线型简洁的板块组合式全封闭防护罩，配备有现代特征的集操作、、控制于一体的操作面板，淘汰了普通机床各种操作手柄、手轮和线型复杂零散的多面型表面形态。防护罩可防止高压、大流量冷却液及铁屑飞溅、减少粉尘入侵，隔音降噪，有利于机床的精度保持和环境保护，体现了机、电、液一体化的特点；的数控数显装置；对机床的精度和刚度使用、防护性及环保等有严格要求；
采用标准的刀具系统及安装位置合理的自动换刀装置；采用整套商品化、标准化的新型配套件、自动排屑、润滑和冷却装置等。依人机工程学宜人性原则设计的桌面式或悬挂式数控操作面板，是机床与操作者联系和信息交流的界面，指示灯、按钮、按键排列的设计，既适合人的操作特性，又利于人机间的协调与交流，通过视觉良好的键面色彩，标准化的象形符号，能准确反映和传递两者间的信息。另外，采用触摸屏操作使得人机界面友好，加工过程的动态实时，使加工过程直观，操作容易。数控机床是综合应用计算机自动控制、自动检测及机械等的产物，是技术密集度及自动化程度很高的典型机电一体化加工设备。它与普通机床相比，不仅零件加工，产品质量稳定，且自动化程度高，可减轻工人的体力劳动强度，提高了生产效率，特别值得一提的是数控机床可完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂曲面的零件加工，因而数控机床在机械制造业中的地位愈来愈显得重要。数控机床体现了当前世界机床技术进步的主流，是衡量机械制造工艺水平的重要指标，在柔性生产和计算机集成制造等制造技术中起着重要的基础核心作用。