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机电数控论文

毕业综合实践论文

班级：

机电58班

学号：

姓名：

王

指导教师：

杨老师

实习单位：

电子电气工程系

2012年1月5日

目录

摘要4

关键词5

前言5

第一章数控机床简介7

第一节数控机床的发展和特点7

（一）：

制造业是一个国家国民经济的支柱产业7

（二）：

数控机床的特点7

1．高速、高精度化7

2.高可靠性7

3．机床功能复合化7

4．智能化、网络化、柔性化7

第二节数控机床的组成与工作原理7

（一）数控机床组成7

（二）数控机床的原理8

第二章加工中心结构及系统概括8

第一节：

立式加工中心概括8

（一）机床简述9

（二）立式加工中心的组成10

（三）加工中心传动系统的主要结构10

第二节机床常用数控系统12

（一）SIEMENS数控系统12

（二）加工中心的基本功能程序段12

（三）加工中心PLC的I/O点12

第三节机床伺服系统概述13

（一）伺服系统的组成13

（二）数控机床对伺服系统的要求13

（三）伺服系统的分类13

第四节位置检测装置14

（一）数控机床对检测元件的要求与检测元件的分类14

（二）脉冲编码器15

（三）光栅15

第五节加工中心刀库17

第三章加工中心液压传动18

第一节液压传动优点18

第二节气、液压系统在数控机床中的作用19

（一）、液、气压系统在数控机床中常用来完成如下的辅助功能19

（二）、机床冷却和温度控制19

（三）、润滑系统20

第四章调试试车21

第一节数控系统的连接和调整21

第二节通电试车21

第三节机床精度和功能的调试21

第四节机床性能及数控功能的检验22

第五节机床精度的检验22

第五章数控机床使用与维护24

第一节使用中注意的问题24

第二节数控系统的维护24

第三节机械部件的维护24

第四节设备出现故障实例说明及解决方法25

第六章加工中心的改造26

结束语29

【参考文献】29

摘要

2003年开始，中国就成了全球最大的机床消费国，也是世界上最大的数控机床进口国。

目前正在提高机械加工设备的数控化率，1999年，我们国家机械加工设备数控华率是5－8％，目前预计是15－20％之间。

一、什么是数控机床车、铣、刨、磨、镗、钻、电火花、剪板、折弯、激光切割等等都是机械加工方法，所谓机械加工，就是把金属毛坯零件加工成所需要的形状，包含尺寸精度和几何精度两个方面。

能完成以上功能的设备都称为机床，数控机床就是在普通机床上发展过来的，数控的意思就是数字控制。

给机床装上数控系统后，机床就成了数控机床。

当然，普通机床发展到数控机床不只是加装系统这么简单，例如：

从铣床发展到加工中心，机床结构发生变化，最主要的是加了刀库，大幅度提高了精度。

加工中心最主要的功能是铣、镗、钻的功能。

我们一般所说的数控设备，主要是指数控车床和加工中心。

我国目前各种门类的数控机床都能生产，水平参差不齐，有的是世界水平，有的比国外落后10－15年，但如果国家支持，追赶起来也不是什么问题，例如：

去年，沈阳机床集团收购了德国西思机床公司，意义很大，如果大力消化技术，可以缩短不少差距。

大连机床公司也从德国引进了不少先进技术。

上海一家企业购买日本著名的机床制造商池贝。

，近几年随着中国制造的崛起，欧洲不少企业倒闭或者被兼并，如马毫、斯滨纳等。

日本经济不景气，有不少在80年代很出名的机床制造商倒闭，例如：

新泻铁工所。

二、数控设备的发展方向六个方面：

智能化、网络化、高速、高精度、符合、环保。

目前德国和瑞士的机床精度最高，综合起来，德国的水平最高，日本的产值最大。

美国的机床业一般。

中国大陆、韩国。

台湾属于同一水平。

但就门类、种类多少而言，我们应该能进世界前4名。

三、数控系统由显示器、控制器伺服、伺服电机、和各种开关、传感器构成。

目前世界最大的三家厂商是：

日本发那客、德国西门子、日本三菱；其余还有法国扭姆、西班牙凡高等。

国内由华中数控、航天数控等。

国内的数控系统刚刚开始产业化、水平质量一般。

高档次的系统全都是进口。

华中数控这几年发展迅速，软件水平相当不错，但差就差在电器硬件上，故障率比较高。

华中数控也有意向数控机床业进军，但机床的硬件方面不行，质量精度一般。

目前国内一些大厂还没有采用华中数控的。

广州机床厂的简易数控系统也不错。

我们国家机床业最薄弱的环节在数控系统。

四、机床精度1、机械加工机床精度分静精度、加工精度（包括尺寸精度和几何精度）、定位精度、重复定位精度等5种。

2、机床精度体系：

目前我们国家内承认的大致是四种体系：

德国VDI标准、日本JIS标准、国际标准ISO标准、国标GB，国标和国际标准差不多。

3、看一台机床水平的高低，要看它的重复定位精度，一台机床的重复定位精度如果能达到0.005mm（ISO标准.、统计法）,就是一台高精度机床，在0.005mm（ISO标准.、统计法）以下，就是超高精度机床，高精度的机床，要有最好的轴承、丝杠。

4、加工出高精度零件，不只要求机床精度高，还要有好的工艺方法、好的夹具、好的刀具。

五、目前世界著名机床厂商在我国的投资情况1、2000年，世界最大的专业机床制造商马扎克（MAZAK）在宁夏银川投资建了名为“宁夏小巨人机床公司”的机床公司，生产数控车床、立式加工中心和车铣复合中心。

机床质量不错，目前效益良好，年产600台，目前正在建2期工程，建成后可以年产1200台。

2、2003年，德国著名的机床制造商德马吉在上海投资建厂，目前年组装生产数控车床和立式加工中心120台左右。

3、2002年，日本著名的机床生产商大隈公司和北京第一机床厂合资建厂，年生产能力为1000台，生产数控车床、立式加工中心、卧式加工中心。

4、韩国大宇在山东青岛投资建厂，目前生产能力不知。

5、台湾省的著名机床制造商友嘉在浙江萧山投资建厂，年生产能力800台。

5、民营企业进入机床行业情况1、浙江日发公司，2000年投产，生产数控车床、加工中心。

年生产能力300台。

2．2004年，浙江宁波著名的铸塑机厂商海天公司投资生产机床，主要是从日本引进技术，目前刚开始，起点比较高。

3．2002年，西安北村投产，名字象日本的，其实老板是中国人，采用日本技术。

生产小型仪表数控车床，水平相当不错。

六、军工企业技改情况军工企业得到国家拨款开始于当年“大使馆被炸”，后来台湾阿扁上台后，大规模技改开始了，军工企业进入新一轮的技改高峰，我们很多军工企业开始停止购买普通设备。

尤其是近3年来，我们的军工企业从欧洲和日本买了大批量的先进数控机床。

也从国内机床厂哪里采购了大批普通数控机床，国内机床厂商为了迎接这次大技改，也引进了不少先进技术，争取军工企业的高端订单。

听在军工企业的朋友讲，阿扁如果再能“顶”三年，我们的整体水平会上一个台阶。

其实，胡锦涛总书记掌权以来，已经把国防事业提到了和经济发展一样的高度上，他说，我们要建立和经济发展相适应的国防能力，相信再过10年，随着我国国防工业和汽车行业的发展，我们国家会诞生世界水平的机床制造商，也将会超越日本，成为世界第一机床生产大国。

关键词：

数控机床系统维修改造

前言

本文简要阐述西门子840D系统在PAMA140加工中心改造中的应用，很多进口机床的通病就是机械部分磨损不严重，但电气部分已经严重老化，致使加工效率低下，解决这个瓶径的最好办法就是机械大修，电气更新系统，对于数控机床改造项目来说功能强大的西门子840D是个不错的选择，设备现状以及改造的必要性面对“十一五”发展的大好时机，作为装备制造业的工作母机，机床行业近五年得到了极大的发展，特别是对高档数控机床的广泛使用，但随之而来暴露的问题是新设备购买投入大，到货周期长，而如果对一台旧设备加以改造，投资成本只有新设备的一半甚至更少，加工能力却不会受到很大影响，这种投资少、见效快、性价比高的改造方案越来越被大家所接受。

我公司曾改造过一台九十年代初从意大利PAMA引进的SEEDRAM现对加工中心进行改造，由原机床采用SINUMERIK802c系统，共有6个轴，带60位刀库和5位附件库，可以进行工件端面、侧面和工件深孔内加工，但经过长期的使用，刀库和机械手部分常有故障发生，机床加工能力大打折扣。

本人在太重煤机·太矿（冶金设备成套公司）完成实习，通过在该公司的实习，对该公司的产品有了大概的了解；同时也了解了该企业的生产状况、设备管理、日常维护及维修。

本报告在各位老师的悉心指导和严格要求下已完成。

在学习和生活期间，也始终感受着导师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。

在此向各位老师表示深深的感谢和崇高的敬意。

不积跬步何以至千里，本报告能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在报告中得以体现。

同时我在网上也搜集了不少资料，才使我的毕业综合实践报告工作顺利完成。

在此向学院各位老师表示由衷的谢意。

这次实习是理论与实践相结合的最佳机会，能让我们学以致用，发挥我们的潜能，培养我们观察分析和解决实际问题的能力，这都将使我们受益终生。

我们应当增强劳动观念和法制观念，具备“爱岗敬业、诚实守信、办事公道、服务群众、奉献社会”的职业道德规范，这将使我们的综合职业素质得到很大的提高“理论是灰色的，生活之树常青”只有将理论付诸于实践才能实现理论的自身价值，也只有将理论付诸于实践才能使理论得以检验。

同样，一个人的价值也是通过实践活动来实现的，也只有通过实践才能锻炼人的品质，彰现人的意志。

实习这几个月的期间，我拓宽了视野，增长了见识，体验到了社会竞争的残酷。

而更多的是希望自己在工作中积累各方面的经验，为将来自己打好更坚实的基础。

在此根据单位的所见所闻而写出以下见解。

第一章数控机床简介

第一节数控机床的发展和特点

（一）：

制造业是一个国家国民经济的支柱产业。

（二）：

数控机床的特点

1．高速、高精度化

高速指的是高的主轴转速、高的快速移动速度和高的换刀速度。

高精度化是指提高数控机床的精度。

2.高可靠性

数控机床的平均无故障工作时间（小时）。

3．机床功能复合化

复合化是为了提高零件加工效率，减少辅助时间。

能减少装卸时间，提高机床生产效率，减少半成品库存量，又能保证和提高形位精度。

4．智能化、网络化、柔性化

智能化是指数控机床控制加工精度和加工效率的智能化。

网络化可以进行跨地域的协同设计、协同制造、信息共享、远程监控及远程服务。

第二节数控机床的组成与工作原理

（一）数控机床组成

数控机床按照事先编制好的程序，由数控系统控制完成预定的运动轨迹和辅助动作。

它一般由程序载体、输入装置、CNC单元、伺服系统、位置反馈系统和机床本体组成。

如下图1.2

图1.2数控机床的组成

（二）数控机床的原理

在数控机床上加工零件通常需要经过以下几个步骤。

①制订工艺规程。

②将NC程序通过输入装置传输到数控机床的CNC系统。

③CNC系统分析程序段，并按要求将相应的指令、数值传送到各个坐标轴的伺服系统及机床强电控制系统。

④伺服系统驱动机床的运动部件。

⑤位置编码器检测并反馈给数控系统。

⑥机床辅助动作由数控系统的PLC直接控制。

1．程序载体程序载体用于记录数控机床加工零件所需的程序。

2．输入装置输入装置的作用是将程序载体上的程序完整、正确地读入数控机CNC中。

3．CNC单元CNC单元是数控机床的核心。

4．伺服系统伺服系统用于完成坐标轴的驱动。

直接影响数控机床加工的速度、位置精度及加工的形状精度。

5．位置反馈系统

闭环控制系统

半闭环控制系统

6．机床本体是数控机床的机械结构

第二章加工中心结构及系统概括

第一节：

立式加工中心概括

（一）机床简述

该机床型号为：

ИP1400，是我公司从俄罗斯引进的大型数控加工中心，该机床主要技术参数为：

设备主要参数

序号

内容

参数

1

主轴直径：

160

2

主轴锥度：

50#

3

工作台移动（X轴）：

2500

4

主轴箱移动（Y轴）：

1600

5

主轴移动（Z轴）：

1000

6

立柱移动（W轴）：

1600

7

主轴端部至工作台回转中心距离：

200-2800

8

主轴中心至工作台面距离：

0-1600

9

主传动电机功率：

50KW

10

主轴转速：

5-1600rpm

11

同时控制坐标数：

3

12

回转工作台回转分辨率：

0.001

13

工作台进给范围X、Y、Z、W轴：

1-6000mm/min

14

快速移动速度X、Y、W轴：

10m/min

15

快速移动速度Z轴：

8.5m/min

16

机床几何精度，双向定位精度X、Y轴：

按VD1862025um

17

机床几何精度，双向定位精度W轴：

按VD1862035um

18

工作台90度定位精度：

±8秒

19

圆弧插补精度（直径280）：

0.05

20

一二孔同心精度（直径80和直径100）：

0.04

21

一二轴距离精度

L=320：

0.025

22

刀库容量：

100把

23

12彩屏三坐标插补功能：

西门子850OMF

24

刀具锥度：

ISO50

25

工作台尺寸：

2000×2500

26

加工零件重量：

32000㎏

27

加工零件最大尺寸：

2500×2000×2000

28

机床重量：

57000㎏

29

机床外形尺寸：

9215×7195×5930

30

梯形槽宽：

28

（二）立式加工中心的组成

1．床身及底座

2．鞍座

3．主轴箱

4．工作台

5．刀库

（三）加工中心传动系统的主要结构

1．主轴部件

主轴采用双支撑结构。

刀具拉紧机构安装在主轴内部。

压刀缸（15）安装在主轴的顶端

2．进给传动系统

图2.23进给传动结构

加工中心与普通数控机床的区别在于有无刀库和自动换刀装置。

第二节机床常用数控系统

（一）SIEMENS数控系统

SINUMERIK840D共设置有10个数控通道，具有同时处理10组加工数据的能力；最多可控制24个NC轴和6个主轴。

标准配备的以太网接口具有很强的通信功能

（二）加工中心的基本功能程序段

加工中心的基本功能包括轴运动控制、手轮、归零、各种工作方式转换、主轴准停、手动调整操作面板的管理等功能。

1、工作方式转换程序段

2、主轴速度修调

（三）加工中心PLC的I/O点

进入PLC逻辑控制的信号如下。

1．PLC与第二操作面板间的连接信号

2．PLC与手轮之间的连接信号

3．PLC与手动操作面板间的连接信号

4．PLC与机床主体之间的连接信号

5．PLC与各轴驱动单元之间的连接信号

6．其他信号

第三节机床伺服系统概述

伺服系统是以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统，是一种位置随动系统。

数控机床的伺服系统有两种，即进给伺服系统与主轴伺服系统。

（一）伺服系统的组成

双闭环系统，内环是速度环，外环是位置环。

（二）数控机床对伺服系统的要求

1．进给调速范围宽

最高转速与最低转速之比。

2．位置精度高

保证数控机床的定位精度和进给跟踪精度。

闭环伺服系统的分辨率可以达到1m，数控装置的分辨率可以达0.1m

3．速度响应快

4．低速大转矩

伺服驱动系统在低速进给时，要有大的输出转矩。

（三）伺服系统的分类

1．按有无反馈分类

（1）开环伺服系统

开环伺服系统无位置反馈装置，是数控机床中最简单的伺服系统。

开环伺服系统

（2）闭环伺服系统

闭环伺服系统是误差控制随动系统。

闭环伺服系统

（3）半闭环伺服系统

半闭环伺服系统

第四节位置检测装置

（一）数控机床对检测元件的要求与检测元件的分类

主要要求是：

①寿命长，可靠性高，抗干扰能力强；②满足精度和速度要求；③使用维护方便，适合机床运行环境；④成本低；⑤便于与计算机联接。

常用位置检测元件主要有：

脉冲编码器、

旋转变压器、

感应同步器

和光栅。

（二）脉冲编码器

1．脉冲编码器的工作原理

图光电盘工作原理示意图

2．绝对值脉冲编码器

通过读取编码盘上的图案确定轴的位置。

（本加工中心B轴选用绝对编码器

（三）光栅

1、光栅的分类

（1）直线光栅（即长光栅）

①玻璃透射光栅。

②金属反射光栅。

（2）圆光栅

（3）计量光栅的精度

2、工作原理

（a）结构图（b）输出波形

图透射直线式光栅原理图

3、光栅检测装置

（1）光栅读数头

（2）辨向方法

第五节加工中心刀库

加工中心刀库分类与形式

主要有盘式和链式两种。

放置方式又有轴向、径向和斜向安装

图　盘式刀库

常见的有单链结构、多链结构、“S”形折叠回绕结构等

第三章加工中心液压传动

第一节液压传动优点

（一）优点

①易于实现无级调速，且可实现大范围调速，一般可达到100∶1～2000∶1的传动比。

②单位功率的传动装置重量轻、体积小、结构紧凑。

③惯性小、反应快、冲击小、工作平稳。

④易控制、易调节、操纵方便，易于与电气控制相结合。

⑤液压传动具有自润滑、自冷却作用。

⑥液压元器件易于实现“三化”（系列化、标准化、通用化）。

（二）缺点

①液压传动有一定泄漏现象，易造成环境污染、资源浪费。

②对油温和负载的变化比较敏感，不易在高温或低温工作。

③要求元件制造精度高，且易受油液的污染度影响。

第二节气、液压系统在数控机床中的作用

（一）、液、气压系统在数控机床中常用来完成如下的辅助功能：

①自动换刀所需动作；

②数控机床中运动部件的平衡；

③数控机床运动部件的制动、离合器的控制、齿轮拨叉挂挡的实现等；

④数控机床防护罩、板、门的自动打开与关闭；

⑤工作台的松开与夹紧，交换台的自动交换动作；

⑥夹具的自动松开与夹紧；

⑦定6.3.1冷却系统

（二）、机床冷却和温度控制

在一些较高档的数控机床上一般采用专门的电控箱冷气机进行电控系统的温湿度调节。

数控机床的主轴部件及传动装置通常设有工作温度控制装置。

（a）工作原理图（b）操作面板图

图主轴温控机

（a）工作原理图（b）操作面板图

图主轴温控机

（三）、润滑系统

1、润滑的作用及分类

①减小摩擦

②减小磨损

③降低温度

④防止锈蚀

⑤形成密封

一般分为分散润滑和集中润滑两种。

2数控机床的润滑系统

数控机床中润滑系统主要包括主轴传动部分、轴承、丝杠和导轨等部件的润滑。

对负载不大、极限转速或移动速度不高的数控机床一般采用脂润滑。

对一些负载较大、极限转速或移动速度较高的数控机床一般采用油润滑。

加工中心的滚动导轨、滚珠螺母丝杠及丝杠轴承等由于运动速度低，无剧烈温升，故这些部位采用脂润滑。

第四章调试试车

第一节数控系统的连接和调整

（一）．外部电缆的连接

（二）．电源线的连接

（三）．输入电源电压、频率及相序的确认

1、输入电源电压和频率的确认

2、电源电压波动范围的确认

3、输入电源电压相序的确认

4、确认直流电源输出端是否对地短路

5、接通数控柜电源，检查各输出电压

6、检查各熔断器

（四）．参数的设定和确认

1、短路棒的设定

2、参数的设定

（五）．确认数控系统与机床间的接口

第二节通电试车

通电试车前给机床加注规定的润滑油液和润滑脂，清洗液压油箱和过滤器，加注规定标号的液压油，接通气动系统的输入气源。

检查机床通电后有无报警故障。

检查安全装置是否起作用。

1.液压泵工作后管路中能否形成油压。

2.数控系统通电后有无异常报警。

3.系统急停、清除复位按钮能否起作用。

4.检查机床各运转和移动是否正常等等。

第三节机床精度和功能的调试

小型数控机床，整体刚性好，对地基要求也不高。

对大中型设备或加工中心，不仅要调整水平，还需对一些部件进行精确调整

1精调机床床身水平。

2调整机械手与主轴、刀库的相对位置。

3工作台自动交换时平稳、可靠、正确。

4试验各种主要操作功能、安全措施、常用指令执行情况。

5辅助功能及附件的正常工作

第四节机床性能及数控功能的检验

（一）．机床性能的检验

1、主轴系统性能

（1）可做低、中、高速运转。

主轴定心轴承处测量温度和温升。

（2）主轴转速和进给量的实际偏差，不应超过标牌指示值–2％～+6％。

（3）机床主传动系统的空运转功率（不包括主电机的空载功率）不应超过设计文件的规定。

（4）对主轴连续进行不少于5次的锁刀、松刀和吹气动作试验，动作应灵活、可靠、准确。

（5）用中速连续对主轴进行10次的正、反转的起动、停止（包括制动）和定向操作试验，动作应灵活、可靠。

（6）无级变速的主轴至少应在低、中、高的转速范围内，有级变速的主轴应在各级转进行变速操作试验，动作应灵活、可靠。

2、进给系统性能

3、自动换刀（ATC）系统

4、机床噪声

5、数控装置

6、安全装置

7、气、液装置

8、附属装置

（二）．数控功能的检验

1准备性功能指令

2操作功能

3CRT显示功能

（三）考机程序，考机程序应包括：

1主轴转动。

主轴的最低、中间和最高转速以及主轴的正转、反转及停止等动作。

2各坐标轴的运动。

3自动交换刀库中三分之二以上的刀具。

第五节机床精度的检验

几何精度、定位精度和切削精度。

（一）．机床几何精度的检验

数控机床的几何精度是综合反映该机床的各关键零部件及其组装后的几何形状的方差误差。

加工中心主要检验以下几项：

1工作台面的平面度；

2各坐标方向移动的相互垂直度；

3X、Y坐标方向移动时工作台面的平行度；

4X方向移动时工作台面T形槽侧面的平行度；

5主轴的轴向窜动；

6主轴孔的径向跳动；

7主轴箱沿Z坐标方向移动时主轴轴线的平行度；

8主轴回转轴心线对工作台面的垂直度；

9主轴箱在Z坐标方向移动的直线

（二）机床定位精度的检验

机床定位精度是指机床的移动部件，沿某一数控坐标轴方向移动一段距离时，实际值与给定值的接近程度。

1定位精度主要检测以下内容：

1各直线运动轴的定位精度和重复定位精度；

2直线运动各轴机械原点的复归精度；

3直线运动各轴的反向误差；

4回转运动（回转工作台）的定位精度和重复定位精度；

5回转运动的反向误差；

6回转轴原点复归精度。

（1）直线运动定位精度检验

在机床和工作台空载条件下进行。

用激光干涉仪测量定位精度。

（2）直线运动重复定位精度检验

靠近各坐标行程中点及两端的任意三个位置进行测量。

（3）直线运动的原点返回精度检验

与重复定位精度相同。

（4）直线运动的反向误差检验

各机械运动传动副的