数控机床设备对加工条件的几个重要要求

    数控机床是现代工业发展生产加工中*的设备，设备的精度决定着制造的质量，如何合理利用好数控机床的各项性能和维护好机床的精度，就显得至关重要。同时，由于数控设备使用的是三相交流380V电源，所以安全性也是数控设备安装前期工作中重要的一环。下面我们来简单的说说为保证数控机床设备的正常运行，我们需要做哪些基础准备。

　　1、电网电压波动应该控制在＋10％～－15％之间。电高峰期间，例如白天上班或下班前的一个小时左右以及晚上，往往超差较多，甚至达到±20％。使机床报警而无法进行正常工作建议在数控设备较集中的车间配置具有自动补偿调节功能的交流稳压供电系统。单台数控设备可单独配置交流稳压器来解决。

　　2、建议把机械电气设备连接到单一电源上。如果需要用其他电源供电给电气设备的某些部分，这些电源宜尽可能取自组成为机械电气设备一部分的器件。对大型复杂机械包括许多以协同方式一起工作的且占用较大空间的机械，可能需要一个以上的引人电源，这要由场地电源的配置来定。

　　3、数控设备对于压缩空气供给系统的要求数控机床一般都使用了不少气动元件，所以厂房内应接人清洁的、干燥的压缩空气供给系统网络。其流量和压力应符合要求。压缩空气机要安装在远离数控机床的地方。根据厂房内的布置情况、用气量大小，应考虑给压缩空气供给系统网络安装冷冻空气于煤机、空气过滤器、储气罐、安全阀等设备。

　　4、数控设备对于工作环境的要求精密数控设备一般有恒温环境的要求，只有在恒温条件下，才能确保机床精度和加工度。一般普通型数控机床对室温没有具体要求，但大量实践表明，当室温过高时数控系统的故障率大大增加。所以在生产加工中要注意机床设备的散热。

数控机床几个容易忽视的安全隐患

　　1后台编辑功能

　　在FANUCseriesoiMateTB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。

数字伺服系统的作用如下：

　　1）将提高电流环路的采样速度，再加上电流环控制的改善，从而降低电机温升。这样，不仅可以延长电机的寿命，还可以减少传递到滚珠丝杠的热量，从而提高丝杠的精度。除此之外，采样速度的加快还可以提高速度回路的增益，这些都有助于提高机床的整体性能。

　　2）由于许多新的CNC使用高速序列与伺服回路相连，因此通过通讯链路，CNC可获得更多的电机和驱动装置的工作信息。这可提高机床的维护性能。

　　3）连续的位置反馈允许在高速进给的情况下进行高精度的加工。CNC运算速度的加快使得位置反馈的速率成为制约机床运行速度的瓶颈。在传统的反馈方式中，随着CNC和电子设备的外部编码器的采样速度的变化，反馈速度受到信号类型的制约。采用串行反馈，这一问题将得到很好的解决。即使机床以很高的速度运行，也可达到精密的反馈精度。

　　4)直线电机近几年来，直线电机的工作性能和欢迎度有了显着的提高，所以很多加工中心采用了这一装置。至今，Fanuc公司至少已经安装了1000台直线电机。GEFanuc的一些先进技术使得机床上的直线电机的zui大输出力为15,500N，zui大加速度为30g。另一些先进技术的应用使机床的尺寸得以减小，重量得以减轻，冷却效率大为提高。所有这些技术上的进步使直线电机在与旋转电机相比时，优势更强：更高的加/减速率；更准确的定位控制，更高的刚度；更高的可靠性；内部的动态制动。>CNC控制器的特点

　　1、多坐标、多系统控制

　　比如FANUC的控制器11S30i—MODELA系统，zui大控制系统数为10个系统（通道），zui多轴数和zui大主轴配置数为40轴，其中进给轴32轴，主轴为8轴，zui大同时控制轴数为24轴／系统。zui大PMC系统为3个系统。zui大I／O点数为4096点／4096点，PMC基本命令速度为25ns。zui大可预读程序段：1000段。这是当前世界配置zui高的数控系统。由于具有多轴多系统配置，因此特别适合大型自动机床，复合机床，多头机床等的需要。

　　2、高精、高速加工功能

　　这是CNC系统zui重要的功能，由于有了这个功能，使制造技术（MT）大大地向前发展了。数控机床采用计算机控制，可以保证加工的零件具有很高的精度重复性。但为了得到一定的功能，输入控制器的信号要经过一系列处理，不可避免地要失真、延时。因此在高速加工时，要保持高的加工精度就要采取一定的措施减少失真、延时。高精、高速的加工，除了机械设计和制造要保证能实现目标外，对CNC系统的要求主要是处理速度快、控制精度高。采用前馈控制，以补偿由于伺服滞后所产生的误差，提高加工精度。适当控制进给率和采用恰当的加减速曲线可以减少加减速滞后所产生的误差。“前瞻"控制在程序执行前对运动数据进行计算、处理和多段缓冲，从而控制刀具按高速运动，而且误差很小。对于机床平滑运行的高精度轮廓控制，采用对指令形式的实时识别，可以*地控制速度、加速度和加加速度，因而使加工总是保持在*状态。为了防止扰动，开发数字滤波器的技术，以消除机械的谐振，提高伺服系统的位置增益。高精进给和主轴的伺服系统对高速、高精和十分重要。目前主要从以下几方面提高其性能。减少电机和驱动器以及控制单元的大小，提高编码器的分辨率；直线移动轴可以来用直线伺服电机驱动；减少机械传动链，提高刚度，提高精度。当主轴电机采用同步电机时，它非常适用于齿轮机床的系统，齿轮机床有时需要很低的主轴速度，但精度很高。比如，FANUC伺服电机的设计体积小，采用高增益控制，伺服电机是无齿槽效应的电机，带有1.6xlo’脉冲／转分辨率的编码器。伺服控制采用交流数字伺服控制，具有很高电流检测精度，采用相应的硬件，可以产生所谓“纳米控制"，也就是在系统检测分辨率为1岭m时，插补分辨率可以达到1nm；它使在CNC内部的计算误差zui小化，每次内部计算以纳米或更小的单位，大大提高了加工的质量。对于控制直线电机，设计数字滤波器以避免直接驱动机械带来的多点谐振特性，联合这些功能，机床刀具的运动就可以准确地按照着指令执行。对于加工具有自由曲面的模具，会在程序段之间出现条纹，为了解决这个问题，FANUC开发了“纳米平滑"功能，圆整CNC指令的公差，以“纳米"为单位评估原始曲线，并对其进行NURBS插补。这些性能满足了机床“高速高精"以及“低速高精"的要求。

　　3、轴加工和复杂加工功能

　　由于5轴加工工艺合理，相对于3维曲面加工，它可以充分利用刀具的*几何形状进行切削，在复杂形状的高速高精加工中可以提率，提高光洁度。因此得到越来越广泛的应用。5轴加工的机械其配置主要有刀具旋转方式、工作台旋转方式和这两种的混合方式。因此5轴加工功能要能满足各种配置的要求。根据5轴加工的特点，把它们，比如TCP（刀具中心控制），刀具半径补偿等功能，应用到不同机械配置的5轴加工机床。

　　4、数控复台功能

　　为了提高生产率，数控复合加工机床的开发和制造已变成数控机床的一种发展趋势。复合加工机床是指在同一机械上可以进行多种工艺的加工，如在一台机床上可以进行车加工、铣加工、锤加工等，比如，一个圆柱体要进行圆柱表面的车削、锤子L、还要求在圆柱面上铣沟槽，这些加工都要求在同一台数控机床上完成。这样就能大大提高生产率。因此，对于数控复合机床，百先需要增加可以用于进行复合加工功能的控制系统，比如铣床需要增加螺锥线功能、螺旋线功能、3维圆弧功能、刀具中心点控制等，另外，刀具补偿功能也需要既有车加工又有铣加工的功能。除此以外，这种机床还经常需要高速加工。为了通过PC或数控系统本身对多台机床进行集中监控和管理，系统需要通过网络进行通信。以便传递程序，监控加工状态。除此以外，网络功能还可以传送维修数据，对系统进行远程控制、操作和诊断；传送CAD／CAM数据。CNC具有现场通信网络功能，就可以在CNC与伺服装置之间，CNC与I／o控制之间传递控制、监控和诊断数据。目前主要采用以太网以及现场总线。随着技术的发展，应用无线技术也已经出现。无线技术可以使信息到达几乎是任何地方。

　　5、高可靠性和安全性功能

　　CNC系统与数控机床一起，工作在底层车间，经受恶劣的环境，如：温度，湿度，振动，油雾，粉尘的影响，同时又要求连续工作；因此对可靠性要求特别高，除了可靠性设计、制造工艺等措施外，现代数控系统的可靠性主要采取以下措施：①采用光纤，减少电缆连接，比如FANUC的数控系统通过光纤连接CNC和伺服放大器，以串行高速的方式从CNC到多个伺服放大器传递大量的数据。②采用纠错码（ECC：EnorCorrectingCODe）传送数据，随着软件高速处理大量数据，也要求对微处理器、存储器和LSI的处理速度大大提高。由于这些安装在CNC的印刷板上的高速电子元器件进行高速读、写和传递数据时，由IC驱动的信号波形变为滞后，在这样的状况下，不采用模拟电路处理的方法时，导致不能正确地传递数字信号。另外，在电子元件低压供电时，降低了电路低抗噪音的运行范围。为此，CNC电路将采取更先进的纠错码传递数据。ECC是一种领前的高可靠性技术，通过把ECC加到数据上以传送各种不同型式的数据，使系统更可靠。②采用双检安全（DualCheckSa缸y）措施。“双检安全"与欧洲安全标准（EN954—1）一致。它的原理是在CNC内嵌人多个处理器冗余地监控伺服电机和主轴电机以及与安全相关的I／0信号并使用急停与相关的I／0电路使系统安全地运行和停止。

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。

　　这里将原来-卡盘夹紧-

　　-尾架顶紧-

　　-自动方式(或MDI)-循环启动

　　“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。

　　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。

　　2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,zui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。

　　3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。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。

　　图1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。

　　4、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",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。

　　5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。

　　6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。

　　图2程序选择

　　7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,如图2所示,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。

数控机床设备对加工条件的几个重要要求

    数控机床是现代工业发展生产加工中*的设备，设备的精度决定着制造的质量，如何合理利用好数控机床的各项性能和维护好机床的精度，就显得至关重要。同时，由于数控设备使用的是三相交流380V电源，所以安全性也是数控设备安装前期工作中重要的一环。下面我们来简单的说说为保证数控机床设备的正常运行，我们需要做哪些基础准备。

　　1、电网电压波动应该控制在＋10％～－15％之间。电高峰期间，例如白天上班或下班前的一个小时左右以及晚上，往往超差较多，甚至达到±20％。使机床报警而无法进行正常工作建议在数控设备较集中的车间配置具有自动补偿调节功能的交流稳压供电系统。单台数控设备可单独配置交流稳压器来解决。

　　2、建议把机械电气设备连接到单一电源上。如果需要用其他电源供电给电气设备的某些部分，这些电源宜尽可能取自组成为机械电气设备一部分的器件。对大型复杂机械包括许多以协同方式一起工作的且占用较大空间的机械，可能需要一个以上的引人电源，这要由场地电源的配置来定。

　　3、数控设备对于压缩空气供给系统的要求数控机床一般都使用了不少气动元件，所以厂房内应接人清洁的、干燥的压缩空气供给系统网络。其流量和压力应符合要求。压缩空气机要安装在远离数控机床的地方。根据厂房内的布置情况、用气量大小，应考虑给压缩空气供给系统网络安装冷冻空气于煤机、空气过滤器、储气罐、安全阀等设备。

　　4、数控设备对于工作环境的要求精密数控设备一般有恒温环境的要求，只有在恒温条件下，才能确保机床精度和加工度。一般普通型数控机床对室温没有具体要求，但大量实践表明，当室温过高时数控系统的故障率大大增加。所以在生产加工中要注意机床设备的散热。

数控机床几个容易忽视的安全隐患

　　1后台编辑功能

　　在FANUCseriesoiMateTB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。

　　这里将原来-卡盘夹紧-

　　-尾架顶紧-

　　-自动方式(或MDI)-循环启动

　　“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。

　　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。

　　2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,zui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。

　　3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。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。

　　图1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。

　　4、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",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。

　　5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。

　　6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。

　　图2程序选择

　　7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,如图2所示,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。