第12章 数控机床的维护 与常见故障分析 12.1数控机床的使用维护与保养 第12章 数控机床的维护 与常见故障分析 12.1数控机床的使用维护与保养 数控机床是一种技术先进、结构复杂、自动化程度较高的加工设备，是衡量一个企业生产能力水平和产品质量保证的硬指标，是企业的重点和关键设备。

数控机床的工作性能状态和可靠性，直接影响着它的生产效率和经济效益。为了充分发挥其性能，提高可靠性和利用率，保证机床长期高效、正常运转，就必须严格遵守安全操作规程，精心做好日常维护，防止突发事故，及时发现和消除故障隐患，保持设备处于良好状态，并延长其使用寿命。

12.1.1数控机床的可靠性 数控机床的可靠性，是指在规定条件下（如环境温度、使用条件及使用方法等）， 数控机床无故障工作的能力。衡量可靠性的指标常有以下几种: 1.平均无故障时间MTBF 它是指一台数控机床在使用中两次故障间隔的平均时间，即数控机床在寿命范围内 总工作时间与总故障次数之比: MTBF= 总工作时间 / 总故障次数

2.平均修复时间MTTR 它是指数控机床从出现故障开始直到恢复正常工作平均所用的时间，显然这个时间越短越好。 3.有效度A 它是从可靠度和可维修度两方面对数控机床的正常工作概率进行综合评价的尺度。 指一台可维修的机床在某一段时间内维持其性能的概率。

有效度A ： A= MTBF /（ MTBF+MTTR） 由此可见A<1，它越接近1越好。

12.1.2数控机床操作、编程及维修人员必备的基本知识 数控机床是集机、电、液、气、自动控制等各门学科、多种技术于一身的高科技产品，因此对使用、维修人员的知识结构、应用能力要求较高。由于不同种类、不同型号的数控机 床在结构、性能、功能等方面都不尽相同，甚至差异很大，因此在使用之前，必须对操作、编程及维修人员进行岗前培训。

认真学习随机资料，如产品使用说明书、维修保养手册等。 了解并掌握所用机床的结构、原理、性能、功能、操作使用方法及注意事项。 贯彻岗位职责、安全操作规程等内容。并在以后的工作过程中，不断学习相关知识和操作技能，提高应用能力。

12.1.3数控机床的使用要求及注意事项 （1）使用环境 避免阳光直接照射和其他热辐射，机床附近不应有电焊机、高频设备以及冲床、锻压 设备等干扰源和振动源。避免潮湿、多尘或有腐蚀性气体的场所。周围工具、夹具及附属 设备、工件等要整齐排放。

（2）电源要求 数控机床的电源要保持稳定，波动范围应控制在±10%之间，一般采用专线供电或增 设稳压装置，防止电源波动而影响、损坏系统。 （3）安全操作规程 安全操作规程是保证数控机床安全运行的重要措施之一，操作者必须严格遵守。

（4）供气系统 机床所需压缩空气的压力、流量应符合要求，并保持清洁。通风管路严禁使用镀锌钢管，防止铁锈堵塞过滤器，定期检查、清理气液分离器，防止水分进入气路。 （5）液压、润滑及冷却系统 工作液要符合要求，保持清洁和回路畅通，压力、流量符合要求，各部位润滑良好，冷 却充分。定期清洗并更换滤芯，检验油液质量并及时更换。

（6）应尽量少开电气系统的控制柜和强电柜门，防止灰尘、油雾对电气电子元件的侵蚀。 （7）经常检查数控机床的散热通风情况，检查风扇是否正常工作，保证工作温度在55 ～60℃以下。定期清理风道过滤器，保持通风良好。

（8）及时更换数控机床的存储器（RAM）电池 一般数控机床对CMOS RAM的电池设有充电电路和自动测定报警功能，及时或定期（每年）更换才能保证系统在不通电期间继续保持RAM中的参数和程序等数据。 更换电池时，必须在系统通电情况下进行，以防拔掉电池时丢失数据。

（9）插板、印刷电路板、集成块不能在通电情况下插拔，断电插拔也不要经常进行。 （10）直流电动机的电刷要定期检查和更换，电刷的过度磨损会影响电动机的性能，每年应检查一次，及时更换。 （11）正确选用优质刀具，使刀具的锥度、刀柄尺寸及定位槽等均符合要求，以免掉刀造成事故。

（12）加工工件前必须检测各坐标值，首件加工应在模拟试验后进行。 （13）机床启动后，必须先进行“归零”操作，以建立机床坐标系。 （14）机床上精密测量装置不能随意拆动。

（15）机床参数不能随意修改，以免影响机床性能发挥。 （16）长期停机不用时，应每周通电运行一次，每次1小时，防止数据丢失和受潮。备用电路板长期不用时，应定期装到数控系统中通电运行一段时间，以防受潮、 老化。

12.1.4 数控机床的维护与保养 精心维护和保养是保证数控机床保持良好性能状态、延长使用寿命的重要手段，因此 机床操作人员必须认真执行维护保养制度。 维护保养包括：日常维护保养和定期维护保养，具体内容见表12 -1。

表12－1　数控机床维护保养一览表

12.2数控机床故障诊断方法 12.2.1 数控机床故障诊断原则 先外部后内部、先机械后电气、先静后动、先简单后复杂。 12.2.2 数控机床的故障诊断方法 1.直观法 这是最先使用的方法，即利用五字诀：问、看、听、触、嗅来判断故障的原因。

（1）问 问机床操作者故障发生时所处的操作状态、故障发生的经过和现象，弄清是突发的还是渐发的，以及该机床以前发生过的同类故障情况等。 通常询问以下情况: ①机床开动时有哪些异常现象; ②对比故障前后工件的精度和表面粗糙度，分析故障原因;

③传动系统是否正常，出力是否均匀，背吃刀量和进给量是否减小等; ④润滑油牌号是否符合规定，油量是否适当; ⑤机床何时进行过保养检修等。 （2）看 观察故障现象、机床状态、工件等，判断故障产生的区域、位置。

①看转速 观察主传动速度的变化，如传动带的线速度降低，可能是传动带过松或负载过大； 对齿轮则看它是否跳动、摆动； 对传动轴主要看它是否弯曲或晃动。

②看颜色 如果传动部件特别是主轴和轴承运转不正常，就会发热。长时间升温会使机床外表颜色发生变化，大多呈黄色。 油液或冷却液在高温下则会变稀，油液太脏或变质时则变成深墨色。 电气元件长时间过流发热会变黄或烧糊。

③看伤痕 机床零部件碰伤损坏部位很容易被发现，若发现裂纹时，应做上记号，隔 一段时间后再比较它的变化情况，以便进行综合分析。 ④看工件工件表面 粗糙度 Ra 数值大，主要是主轴与轴承间隙大，或进给机构间隙大，传动部件松动，机床出现共振或爬行现象;

工件表面有波纹，若波纹数与主轴传动齿轮数相等，则表明主轴齿轮啮合不良。 ⑤看变形 主要观察机床的传动轴、滚珠丝杠是否变形，大直径带轮和齿轮端面是否跳动。

（3）听 听机床运行时异响产生的部位，判断是否属于齿轮联轴器、齿轮传动副、滚珠 丝杠螺母副等处发生的故障。 （4）触 用手触摸机床是否有发热、振动现象，电子元件是否有虚连松动现象。触摸 发热件时，先用手指背后用手指肚，以防烫伤。

（5）嗅 根据有无焦煳味来判断是否产生剧烈摩擦或电气元件是否烧毁。 2.自诊断功能法 利用数控机床的自诊断功能和报警功能来进行判别。

3.功能程序测试法 将数控系统的G、M、S、T功能编成一个功能测试程序来进行功能测试，以确定运动 与精度的正确性。 常用于以下场合: （1）加工时造成废品，而一时无法确定是由编程不当还是由机床故障引起;

（2）出现随机性故障，而一时又难以区别是由外来干扰还是由系统出现不稳定性而造成; （3）长期闲置不用的机床、定期检修后的机床重新使用时; （4）在使用机床的特殊功能时。

4.备件置换法 对怀疑有故障的部件或元、器件用相同的备件或同型号机床上或本机床上其他部分的相同部件或元、器件来替换，以确定是否发生故障。注意替换时，参数要一致。 5.参数检查法 系统参数的丢失、不正确设置会引起机床性能的改变或故障。因此，发生故障时，要及时核对、修正系统参数。

6.测量比较法 对经常产生同类故障的部位、区域进行数据测量，在发生故障时，首先考虑这些区域， 将其参数与正常运行时的参数进行比较。 7.局部升温法 若机床运行时产生的振动时有时无，或运行一段时间后出现自动停机，而过一段时间又能正常启动，

这可能是由电气元、器件使用时间过长、老化或线路板积尘造成的，会导致 参数变化、性能下降。可根据其是否发生颜色变化、触摸是否发热来进行判断。 8. 原理分析法 根据机床结构组成及其工作原理来测试分析故障现象，查找故障原因。

12.3数控机床常见故障及排除方法 由于数控机床的种类很多，结构不同，性能、功能差别较大，因此故障现象也种类繁多。根据故障发生的部位与性质可分为机械故障、电气故障及操作故障三大类。 12.3.1 数控机床常见机械故障 数控机床的机械部件主要是主轴、导轨、丝杠螺母副、刀库及换刀装置等，常见机械故障及排除方法见表12 -2。

表12 -2 数控机床常见机械故障及排除方法

12.3.2数控机床常见电气故障 1. 机床本体上电气故障 这类故障可利用自诊断功能报警号提示，检查 I／O接口信号状态等，并结合经验进行故障判断和处理。 (1) 硬件超程 由硬件限位开关接通或回零过冲而造成，应在手动状态下让溜板向超程反方向运动而退出。

(2) 换刀时找不到刀具 这与刀位编码用的组合行程开关或干簧管及接通开关等元件损坏、接触不良、灵敏度降低等因素有关。如果根本不动作，那么是换刀应答信号或换刀完成动作开关信号没有发出。 (3) 主轴的准停或工作台分度动作不准确 检测定位准停参考点的接通开关是否损坏及工作台间隙的大小。

(4) 电液卡盘的夹紧力不够 首先检查工作压力是否合适，工件安放是否正确、然后调整夹紧力。 (5) 传送带电动机、液压泵电动机、进给电动机、主轴电动机等不工作 应先检查断电器、热保护器等是否动作；然后检查主回路是否短路、断路、过载。

(6) 润滑装置的故障 检查浮子开关、压力继电器及油箱等。 (7) 立式机床或斜导轨机床在断电时托板出现下滑现象 检查制动电磁铁的工作间隙。

2. 伺服系统常见故障 伺服系统作为执行部件, 将数控装置输入的控制信号放大后驱动机床运动， 这部分故障约占 1／3以上,主要表现为： (1) 输入电压波动大 输入电压波动范围应限制在±10% 以内，超压或欠压都报警。 (2) 大电流报警 体现为模块烧毁或电动机绕组短路。

(3) 过载报警 可由电动机电流限定值设定错误或伺服电动机的永久磁铁脱落等造成。 (4) 保险丝熔断 可由外部冲击、机械负载过大、切削量过大、触点接触不良等引起。 这类报警都可以通过硬件或软件方式在CRT上显示出来。

3. CNC常见故障 (1) CRT故障 ① 通电后CRT无辉度无任何显示 应考虑检查连接电缆、输入电压是否正常。 彩色CRT输入电压为220V； 单色CRT输入电压为24V。

② 通电后CRT有辉度，无显示 应检查连接电缆及视频信号线。若CRT有辉度，无显示，机床不能动作，在排除可能的误操作后，主要原因可能在主控制板上或ROM板上；若有辉度，无显示，机床能正常动作，则表明CRT显示部分有故障。

③ CRT画面有斑纹、不规则图形、不正确的符号 (2) 出现“NOT READY” 显示（没有准备好），可能原因如下： ① 速度控制单元的电磁铁未吸合，伺服系统电源未接通，出现“NOT READY”显示，如果伴随有报警号，则应先根据报警号的提示处理。

② 快速回退时出现“NOT READY”显示，则应检查减速开关的触点接触是否良好。 ③ 运行中突然出现“NOT READY”显示，甚至有时造成CNC断电，则多数是PLC（可编程控制器)的参数出了问题。 ④ 其他误操作都可以造成机床出现“NOT READY”显示，排除误操作后即可恢复正常运行。

12.3.3 常见的操作故障 1．防护门未关，机床不能运转。 2．急停按钮被按下, 使伺服系统电源没有接通 3．S超过限定值，产生最高转速保护。 4．F％或S％开关设为空档。 5．程序内没有设置F或S值。 6．回零时离零点太近，引起超程。 7．程序中，G00位置超过限定值。

8．回零先后方式有误 车床回零时，—般先X向后Z向；铣床及加工中心回零时，—般先Z向后X、Y向。 9．机床未回零，机床起动后，首先要进行“归零”操作，以建立机床坐标系。 10．刀具换刀太快，或未夹紧，引起振动而掉刀。 11．刀具换刀位置不正确(换刀点离工件太近)。 12．G40撤消不当，引起刀具切入已加工表面。

13．刀具长度补偿方向搞错。 14．切入、切出方式不当。 15．切削量太大。 16．刀具安装不正。 17．刀具钝化。 18．工件材质不均匀，引起振动。 19．机床被锁定(工作台不动)。

20．工件未夹紧。 21．对刀位置不正确，“十”、“—”刀具半径搞错，对刀位置计算时未减去或加上刀具半径值。 22．使用了不合理的G功能指令。 23．机床处于报警状态。

24．数控面板的RESET按钮接通，数控装制退出当前运行状态，等待新的命令。 25．断过电或报过警的机床，应重新回零，再进行加工。 26．电池报警，引起数据混乱，应更换电池，重新检查和修改数据。注意更换电池时，必须在系统通电情况下进行，以免数据丢失。

12.4 数控机床的安装与调试 数控机床的安装调试指用户接收到机床后，从开始安装、调试，直到正常工作这个阶段的工作。 12.4 数控机床的安装与调试 数控机床的安装调试指用户接收到机床后，从开始安装、调试，直到正常工作这个阶段的工作。 对于机电一体化设计的小型机床，它的整体刚性很好，对地基要求不高，一般只要调整好床身的水平，接通电源，进行试车、验收后就可以投入使用了。 对于大中型数控机床，由于机床厂发货时已将机床解体成几个部分，到用户后要进行重新组装和重新调试，工作则较为复杂。

12.4.1 机床初就位 用户在机床到达之前应按机床厂提供的机床基础图做好机床的基础，在安装地脚螺栓的部位，做好预留孔。 1. 开箱检查 机床拆箱后，先在随机的文件资料中，找出机床的装箱单，按照装箱单清点各包装箱内零部件，电缆，资料等是否齐全。

2．机床初就位 按照机床说明书的要求，将组成机床的各大部件分别在地基上就位。就位时，垫铁、调整垫板和地脚螺栓等也要相应地对号入座。 12.4.2 机床联接 1．零件清洗 机床各部件组装前，首先去除安装联接面、导轨和各运动面的防锈涂料，做好各部件的外表清洁工作。

2．部件组装 将清洗好的机床各部件组装成整机，如将立柱，数控柜，电气箱装在床身上，刀库，机械手等装在立柱上(按装配图安装)，在床身上安装上接长床身等。组装时要使用原来的定位销，定位块，定位元件，使安装位置恢复到机床拆卸前的状态，以利于下一步的调整。

3．线路联接 部件组装完成后，按照机床说明书中电气联接图，液压及气动管路联接图，将器件打上标记，一一对号入座，进行电缆，油管和气管的联接。 电缆联接时应特别注意联接的紧固性，要保证接触可靠，并要随时检查有无松动与损坏现象。 油管与气管的联接应特别注意清洁工作和可靠的密封，要特别防止异物从接口进入管路，拧紧每个接头，以免造成整个液（气）压系统故障和泄漏。 电缆和油、气管联接完毕后，要做好各管线的就位固定，以及防护罩壳的安装，保证外观整齐。

12.4.3 数控系统的联接与调整 1．数控系统的开箱检查 无论是单独购入的数控系统，还是与机床配套整机购入的数控系统，到货开箱后都要进行仔细检查。 检查包括系统本体和与之配套的进给速度控制单元和伺服电机，主轴控制单元和主轴电机。检查它们的包装是否完整无损，实物与订单是否相符。 此外，还应检查数控柜内各接、插件有无松动，接触是否良好等。

2．外部电缆的联接 外部电缆联接是数控装置与外部MDI／CRT单元，强电柜，机床操作面板，进给伺服电机动力线与反馈线，主轴电动机动力线与反馈信号线的联接以及手摇脉冲发生器等的联接。 应使这些联接符合随机提供的连接手册的规定。

最后还应进行地线的联接，地线要采用一点接地型，即辐射式接地法，以防止窜扰。 这种接地要求将数控柜中的信号接地，强电接地，机床接地等联接到公共的接地点上，而且数控柜与强电柜之间应有足够粗的保护接地电缆，如截面积为5.5～14mm2接地电缆，而总的公共接地电阻要小于4～7Ω，并且总接地点要十分可靠，应与车间接地网相接，或者做出单独接地装置。

3．数控系统电源线的联接 应在切断数控柜电源开关的情况下联接数控柜电源变压器原边的输入电缆。 检查电源变压器与伺服变压器的绕组抽头联接是否正确。尤其是进口的数控设备与数控机床更要注意这一点，因为他们的电源电压等级与我们不一样，在厂家调整时，可能没有恢复成我们所需要的电压。

4．设定确认 数控系统内的印刷电路板上有许多用短路棒来短路的设定点，这项设定已由机床制造厂完成，用户只需确认与记录一下。 但对于单个购入的数控装置，用户则必须根据需要，自行设定。因为数控装置出厂时，是按标准方式设定的，不一定适合于具体用户要求。 设定确认的内容随数控系统而变，一般有以下三方面:

(1) 确认控制部分印刷线路板上的设定 主要确认主板，ROM板，联接单元，附加轴控制板以及旋转变压器或感应同步器控制板上的设定。这些设定与机床返回基准点的方法，速度反馈的检测元件，检测增益调节及分度精度调节等有关。 (2) 确认速度控制单元印刷电路板上的设定 在直流速度控制单元和交流速度控制单元上都有许多的设定点，用于选择检测元件的种类，回路增益以及各种报警等。

(3) 确认主轴控制单元印刷电路板上的设定 无论是直流还是交流主轴控制单元上，均有一些用以选择主轴电动机电流极限和主轴转数的设定点，但数字式交流主轴控制单元上已用数字设定代替短路棒的设定上，故只能在通电时才能进行设定与确认。

5．输入电源电压，频率及相序的确认 (1) 检查确认变压器的容量是否满足控制单元和伺服系统的电能消耗。 (2) 检查电源电压波动范围是否在数控系统允许的范围内 数控系统一般允许电压的波动范围为±10％，否则要外加交流稳压器。 (3) 对于采用晶闸管控制元件的速度控制单元和主轴控制单元的供电电源，一定要检查相序。

在相序不正确情况下，接通电源，可能使速度控制单元的输入熔丝烧断，这是由于误导通，造成的大电流引起的。 相序检查方法有两种： 一种用相序表测量，当相序接法正确时(即与表上的端子标记的相序相同时)，相序表按顺时针方向旋转。 另一种方法可用示波器测量二相之间的波形来确定各相序。

6．确认直流电源单元电压输出端对地是否短路 各种数控系统内部都有直流稳压电源单元，为系统提供＋5V，＋15V，＋24V等直流电压。 因此，在系统通电前，应检查这些电源的负载，是否对地有短路现象。

7．接通数控柜电源检查各输出电压 在接通电源之前，为了确保安全，可先将电动机动力线断开。这样，在系统工作时不会引起机床运动。但是，应根据维修说明书的介绍，对速度控制单元做一些必要的设定，不致因断开电机动力线而造成报警。 接通电源之后，首先应该检查数控柜内各风扇是否旋转，藉此也确认电源是否接通。检查各印刷电路板上的电压是否正常，各种直流电压是否在允许的范围内波动，一般来说，对＋5V电源的电压要求较高，波动范围在±5％范围内，因为它是供给逻辑电路的。

8．确认数控系统中各种参数的设定 设定系统参数(包括PLC参数)的目的，就是当数控装置与机床相连接时，能使机床具有最佳的工作性能。 注意：即使是同一种数控系统，其参数设定也随机而异。随机附带的参数表是机床的重要技术资料，应妥善保管，不得遗失，否则将给机床的维修和恢复性能带来困难。

显示参数的方法，随各类数控机床而异，大多数厂家产品可通过按压MDI／CRT单元上的“PARAM”(参数)键来显示已存人系统存储器的参数。显示的参数内容应与机床安装调试完成后的参数表一致。 如果所用的进给和主轴控制是数字式的，那么它的参数设定也是用数字设定参数，而不用短路棒。此时，须根据随机所带的说明书，一一予以确认。

9．确认数控系统与机床侧的接口 现代的数控系统一般都具有自诊断功能，CRT画面上可以显示出数控系统与机床接口以及数控系统内部的状态。在带有可编程控制器(PLC)时，可以反映出从CNC到PLC，从PLC到MT(机床)以及MT到PLC，从PLC到CNC的各种信号状态。至于各个信号的含义及相互逻辑关系，随每个PLC的梯形图(即顺序程序)而异。

用户可以根据机床厂家提供的梯形图说明书(内含诊断地址表)，通过自诊断画面确认数控系统与机床之间的接口信号状态是否正确。 完成上述步骤，可以认为数控系统已经调整完毕，具备了与机床联机通电试车的条件。此时，可以切断数控系统电源，联接电动机的动力线，恢复报警的设定。

12.4.4 通电试车 按机床说明书要求，给机床润滑油油箱加满润滑油，在润滑点灌注规定的油液和油脂。清洗液压油箱及过滤器，灌入规定标号且经过事先过滤的液压油，接通外界输入的气源。 机床通电操作可以是一次各部件全面供电，或各部件分别供电，然后再做总供电试验。分别供电比较安全，但时间长。

通电后，首先观察有无报警故障，然后用手动方式陆续起动各部件，根据机床说明书资料粗略检查机床主要部件的功能是否正常，齐全，使机床各环节都能操作起来。 然后，调整机床的床身水平，粗调机床的主要几何精度，再调整重新组装的主要运动部件与主机的相对位置，如机械手，刀库与主机换刀位置的调整与校正。APC托盘站与机床工作台交换位置的找正等。 这些工作完成后，就可以用快干水泥灌注主机和各附件的地脚螺栓，把各预留孔灌平，等水泥完全干涸以后，就可以进行下一步工作。

注意： 在数控系统与机床联机通电试车时，虽然数控系统已经确认，工作正常无任何报警，但为了预防万一，应在接通电源的同时，做好按压急停按钮的准备，以备随时切断电源以防发生事故。

在检查机床各轴的运动情况时，应用手动连续进给移动各轴，通过CRT的显示值检查机床部件移动方向是否正确。 如果方向相反，则应将电动机动力线及检测信号线反接。然后检查各轴移动距离是否与移动指令相符。 如不符，应检查有关指令，反馈参数以及位置环增益等参数设定是否正确。

随后，再用手轮进给，以低速移动各轴，并使他们碰到超程限位开关，用以检查超程限位是否有效，数控系统是否在超程时发出报警。 最后，还应进行一次返回基准点动作。 机床基准点是以后机床进行加工的程序基准位置。因此，必须检查有无返回基准点功能，以及每次返回基准点的位置是否完全一致。

12.4.5 机床精度和功能的测试 1. 机床定位 在已经固化的地基上用地脚螺栓和垫铁精调机床主床身的水平，找正水平后，移动床身上的各运动部件(立柱，溜板和工作台等)，观察各坐标在全行程内机床水平的变化情况，并相应的调整机床几何精度，使之在允许范围之内。

定位检测工具 机床定位使用的检测工具有精密水平仪，标准方尺，平尺，平行光管等。 调整方法： 主要以调整垫铁为主，必要时，可稍微改变导轨上的镶条和预紧滚轮等。 一般说来，只要机床质量稳定，通过上述调整可将机床调整到出厂的精度。

2. 功能的测试 让机床自动运动到刀具交换位置(可用G28，Y0，Z0或G30，Y0，Z0等程序)。 用手动方式调整装刀机械手和卸刀机械手相对主轴的位置。在调整中采用一个校对心棒进行检测，有误差时可调整机械手的行程，移动机械手支座和刀库位置等，必要时还可以修改换刀位置点的设定(改变数控系统内的参数设定)。

调整完毕后，紧固各调整螺钉及刀库地脚螺钉，然后装上几把接近规定允许重量的刀柄，进行多次从刀库到主轴的往复自动交换，要求动作准确无误，不撞击，不掉刀。 带APC交换工作台的机床要把工作台运动到交换位置，调整托盘站与交换台面的相对位置，达到工作台自动变换时动作平稳，可靠、正确。然后在工作台面上装上70%～80%的允许负载，进行多次自动交换动作，达到正确无误后，紧固各有关螺钉。

仔细检查数控系统和PLC装置中参数设定值是否符合随机资料中规定数据，然后试验各主要操作动作，安全措施，常用指令执行情况等。 例如，各种运行方式(手动，点动，MDI，自动方式等)，主轴换档指令，各级转速指令等是否正确无误。

检查辅助功能及附件能否正常工作，例如机床的照明灯，冷却防护罩和各种护板是否完整；在冷却液箱中加满冷却液，试验喷管是否能正常喷出冷却液；在用冷却防护罩的情况下冷却液是否外漏；排屑器能否正常工作；机床主轴的恒温油箱能否起作用等。

12.4.5 试运行 数控机床安装完毕后，要求整机在一定负载条件下，经过一段较长时间的自动运行，较全面检查机床功能及工作可靠性。 运行时间尚无统一规定，一般采用每天运行8h连续运行2～3天，24h连续运行1～2天。这个过程称作安装后的试运行。

试运行中采用的程序叫做考机程序，可以直接采用机床厂调试时用的考机程序或自行编制一个程序。 考机程序应包括：主要数控系统的功能使用，自动更换取用刀库中2／3的刀具，主轴的最高，最低及常用的转速，快速和常用的进给速度，工作台面的自动交换，主机M指令的使用等。

试运行时，机床刀库上应插满刀柄，取用刀柄重量应接近规定重量，交换工作台面上也应加上负载。在试运行时间内，除操作失误引起的故障以外，不允许机床有故障出现，否则表明机床安装调试存在问题。

12.5 数控机床的验收 12.5.1 简 述 数控机床的验收是指使用各种高精度仪器，对机床的机、电、液、气等各部分及整机进 行综合性能、单项性能和静、动态精度的检测，最后得到对该机床的综合评价。 数控机床的验收主要包括机床几何精度、定位精度和切削精度的检测，以及机床综合性能的检验等。

用户在机床验收工作中的一些主要工作如下： 验收工作目前在国内还必须由国家指定的几个机床检测中心进行，才能得出权威性 的结论意见。因此，这一类验收工作只适用于各种机床的样机和行业产品评比检验。 对于一般的数控机床用户，其验收工作要根据机床厂出厂检验合格证书上规定的验收条件及实际能提供的检验手段来部分地或全部地测定机床合格证上的各项技术指标。如果各项数据都符合要求，用户应将此数据列入该设备的进厂原始技术档案中，以作为日后维修时的技术指标依据。 用户在机床验收工作中的一些主要工作如下：

12.5.2 机床几何精度检查 数控机床的几何精度是综合反映该设备的关键机械零部件和组装后的几何形状误差。 数控机床的几何精度检查和普通机床的几何精度检查基本相同，使用的检测工具和方法也 很相似，但是检测要求更高。 例一台普通立式加工中心的几何精度检测内容如下: （1）工作台面的平面度; （2）各坐标方向移动的相互垂直度;

（3） X坐标方向移动时工作台面的平行度; （4） Y坐标方向移动时工作台面的平行度; （5） X坐标方向移动时工作台面T形槽侧面的平行度; （6）主轴轴向窜动; （7）主轴孔的径向圆跳动; （8）主轴箱沿 Z坐标方向移动时主轴轴线的平行度; （9）主轴回转轴线对工作台面的垂直度;

（10）主轴在 Z坐标方向移动的直线度。 从上述10项精度要求中可以看出： 第一类精度要求是对机床各运动的大部件 如床身、立柱、溜板、主轴箱等运动的直线度、平行度、垂直度的要求； 第二类精度是对执行切削运动主要部件主轴的自身回转精度及直线运动精度（切削运动中的进刀）的要求。因此，这些几何精度综合反映了该机床的几何精度和代表切削运动的部件主轴的几何精度。

对工作台面及台面上T形槽的几何精度要求是因为工作台面及定位基准T形槽都反映了工件定位或工件夹具的定位基准。 目前，国内检测机床几何精度的常用检测工具有:精密水平仪，直角尺，精密方箱，平尺，平行光管，千分表或测微仪，高精度主轴芯棒及一些刚性较好的千分表杆等。

每项几何精度的具体检测方法要符合机床的检测条件规定。 检测工具的精度等级必须比所测的几何精度高出一个等级，例如用平尺来检验 X轴方向移动对工作台的平行度，要求误差为0.025/750mm，则平尺的直线度及上下基面平行度应在0.01/750mm以内。

各种数控机床检测必须对机床地基有严格的要求。必须在地基及地脚螺栓的固定混凝土完全固化后才能进行。 精调时，要把机床的主床身调到较精密的水平面，然后再精调其他几何精度。 考虑到水泥基础不够稳定，一般要求在使用数个月到半年后，再精调一次机床水平。

一些中小型数控机床的床身大件具有很高的刚度，可以在对地基没有特殊要求的情况下保持其几何精度，但为了长期工作的精度稳定性，还是应该调整到一个较好的机床水平，并且要求有关的垫铁都处于垫紧的状态。

有一些几何精度项目是互相联系的，例如在立式加工中心的检测中，如发现 Y轴和Z 轴方向移动的相互垂直度误差较大，则可以适当地调整立柱底部床身的地脚垫铁，使立柱适当地前倾或后仰，来减少这项误差。但这样也会改变主轴回转轴心线对工作台面的垂直度误差。因此，对数控机床的各项几何精度检测工作应在精调后一气呵成，不允许检测一项调整一项分别进行，否则会造成由于调整后一项几何精度而把已检测合格的前一项精度调成不合格。

在检测工作中要注意尽可能消除检验工具和检测方法的误差，例如，在检测主轴回转精度时，检验心棒自身的振摆和弯曲等误差，在表架上安装千分表和测微仪时由于表架刚度带来的误差，在卧式机床上使用回转测微仪对重力的影响，在测头的抬头位置和低头位置的测量数据误差等等。

机床的几何精度在机床处于冷态和热态时是不同的，检测时应按国家标准的规定，即在机床稍有预热的状态下进行，所以通电以后机床各移动坐标往复运动几次，主轴按中等的转速回转几分钟之后才能进行检测。

12.5.3 数控柜外观检查 在对数控机床详细检查验收之前，还应对数控柜的外观进行检查验收，包括下述几个方面。 1.外表检查 用肉眼检查数控柜中MDI/CRT单元、位置显示单元、纸带阅读机、直流稳压单元和各印刷电路板（包括伺服单元）等是否有破损、污染，连接电缆捆绑处是否有破损，如果是屏蔽线还应检查屏蔽层是否有剥落现象。

2.数控柜内部紧固情况检查 （1）螺钉紧固检查 检查输入变压器、伺服用电源变压器、输入单元、电源单元和纸带阅读机等有接线端子处的螺钉是否已全部拧紧，凡是需要盖罩的接线端子座（该处电压较高）是否都有盖罩。 （2）连接器紧固检查 数控柜内所有连接器、扁平电缆插座等都有紧固螺钉紧固，保证它们连接牢固，接触良好。 （3）印刷电路板的紧固检查 检查固定各电路板的紧固螺钉是否拧紧，电路板上各插 件是否插入到位。

3.伺服电动机外表检查 特别是对带有脉冲编码器的伺服电动机的外壳应作认真检查，尤其是后端盖处。 如发现有磕碰现象，应将伺服电动机后盖打开，取下脉冲编码器外壳，检查光码盘是否碎裂。

12.5.4 机床定位精度检查 数控机床的定位精度有其特殊的意义，它是表明所测量的机床各运动部件在数控装置控制下运动所能达到的精度。因此，根据实测的定位精度的数值，可以判断出该机床以后自动加工中所能达到的最好的工件加工精度。 定位精度主要检查内容有: （1）直线运动定位精度（包括 X、Y、Z、U、V、W轴）;

（2）直线运动重复定位精度; （3）直线运动轴机械原点的返回精度; （4）直线运动矢动量的测定; （5）回转运动的定位精度（转台 A、B、C轴）; （6）回转运动的重复定位精度; （7）回转原点的返回精度; （8）回转轴运动的矢动量的测定。

测量直线运动的检测工具有: 测微仪和成组块规，标准长度刻线尺和光学读数显微镜及双频激光干涉仪等。标准长度测量以双频激光干涉仪为准。 回转运动检测工具有: 精确分度的标准转台或角度多面体，高精度圆光栅及平行光管等。

1.直线运动定位精度检测 直线运动定位精度的检测一般在机床和工作台空载条件下进行，常用的检测方法如图12 -1所示。 图12 -1 直线运动定位精度检测

为了反映出多次定位中的全部误差，每一个定位点一般进行5～7次测量，算出平均值和标准差±3σ，如图12 -2所示。 图12 -2 定位精度曲线

机床运行时正、反向定位精度曲线由于综合原因，不可能完全重合，甚至出现如图12 -3所示的几种情况。 图12 -3 几种不正常的定位曲线

平行形曲线 即正向曲线和反向曲线在垂直坐标上很均匀地拉开一段距离，这段距离即反映了该坐标轴的反向间隙。 可以用数控系统间隙补偿功能修改间隙补偿值来使 正、反向曲线接近。

交叉形与喇叭形曲线 都是由被测坐标轴上各段反向间隙不均匀造成的。 滚珠丝杠在行程内各段间隙过盈不一致和导轨副在行程上的负载不一致等是造成反向间隙不均匀的主要原因。 反向间隙不均匀现象较多表现在全行程内一头松一头紧，结果得到喇叭形的正、反向定位曲线。 如果此时又不恰当地使用数控系统间隙补偿功能，就造成交叉形曲线。

2.直线运动重复定位精度的检测 检测用的仪器与检测定位精度所用的相同。 一般检测方法是在靠近各坐标行程的中点及两端的任意三个位置进行测量，每个位置用快速移动定位，在相同的条件下重复做七次定位，测出停止位置的数值并求出读数的最大差值。 它是反映轴运动精度稳定性的最基本指标。

4. 直线运动矢动量的测定 矢动量的测定方法是在所测量坐标轴的行程内，预先向正向或反向移动一个距离并以此停止位置为基准，再在同一方向上给予一个移动指令值，使之移动一段距离，然后再向相反方向移动相同的距离，测量停止位置与基准位置之差，如图12 -4所示。 图12 -4 矢动量的测定

在靠近行程中点及两端的三个位置上分别进行多次（一般为七次）测定，求出各位置上的图12 -4 矢动量的测定平均值，以所得到平均值中的最大值为矢动量测量值。 坐标轴的矢动量是该坐标轴进给传动链上驱动部件 （如伺服电动机、伺服液压马达和步进电动机等）的反向死区及各机械运动传动副的反向间隙和弹性变形等误差的综合反映。此误差越大，则定位精度和重复定位精度就越差。

5. 回转轴运动精度的测定 回转运动各项精度的测定方法与上述各项直线运动精度的测定方法相同，但用于回转精度的测定仪器是标准转台、平行光管（准直仪）等。 考虑到实际使用要求，一般对0°、 90°、180°、270°等几个直角等分点做重点测量，要求这些点的精度较其他角度位置精度提高一个等级。数控机床精度项目见表12 -3。

表12 -3 数控机床精度项目 精度项目 普通型 精密型 单轴定位精度（mm） 0.05/全长 0.02/全长 单轴重复定位精度（mm） 0.008 <0.003 铣圆精度 （圆度） 0.03～0.04/ 200圆 0.015/ 200圆

12.5.5 机床切削精度检查 机床切削精度检查实质是对机床的几何精度与定位精度在切削条件下的一项综合考核。 一般说来，进行切削精度检查的加工可以是单项加工或加工一个标准的综合性试件。国内多以单项加工为主。 对于加工中心，主要单项精度如下:

（1）镗孔精度 镗孔精度试验如图12 -5（a）所示。这项精度与切削时使用的切削用量、刀具材料、切削刀具的几何角度等都有一定的关系，主要是考核机床主轴的运动精度及低速走刀时的平稳性。

图12 -5 各项单项精度的检查

（2）直线铣削精度 如图12 -5（b）所示，直线铣削精度的检查由 X坐标及 Y坐标分别进给，用立铣刀侧刃精铣工件周边。测量各边的垂直度、对边平行度、邻边垂直度和对边距离尺寸差。这项精度主要考核机床各向导轨运动的几何精度。

（3）端面铣刀铣削平面的精度（ X - Y平面） 如图12 -5（c）所示，端面铣刀铣削平面精度主要反映 X轴和 Y轴两轴运动的平面度及主轴中心线对 X-Y运动平面的垂直度（直接在阶梯上表现）。 一般精度的数控机床的平面度和阶梯差在0.01mm左右。

（4）斜线铣削精度 斜线铣削精度检查如图12 -5（d）所示，用立铣刀侧刃精铣工件周边。它是用同时控制 X和 Y两个坐标来实现的。所以该精度可以反映两轴直线插补运动的品质特性。

进行这项精度检查时，有时会发现在加工面上（两直角边上）出现一边密一边稀的很有规律的条纹，这是由于两轴联动时，其中一轴进给速度不均匀造成的。可以通过修调该轴速度控制和位置控制回路来解决。 少数情况下，也可能是由负载变化不均匀造成的，如导轨低速爬行、机床导轨防护板不均匀摩擦及位置检测反馈元件传动不均匀等也会造成上述条纹，因此应注意保持良好的润滑以减小磨擦。

（5）镗孔的孔距精度和孔径分散度 镗孔的孔距精度和孔径分散度检查如图12 -5（e）所示，以快速移动进给定位精镗四个孔，测量各孔位置的X坐标和Y坐标的坐标值，以实测值和指令值之差的最大值作为孔距精度测量值。

对角线方向的孔距可由各坐标方向的坐标值经计算求得，或在各孔插入配合紧密的检验心轴后，用千分尺测量对角线距离。 孔径分散度由在同一深度上测量各孔 X坐标方向和 Y坐标方向的直径最大差值求得。 一般数控机床 X、 Y坐标方向的孔距精度为0.02mm，对角线方向孔距精度为 0.03mm，孔径分散度为0.015mm。

（6）圆弧铣削精度 圆弧铣削精度检测如图12 -5（f）所示，用立铣刀侧刃精铣外圆表面，然后在圆度仪上测出圆度曲线。 一般加工中心类机床铣削 200～ 300mm工件时，圆度可达到0.03mm 左右，表面粗糙度 Ra 在3.2μm左右。 在圆试件测量中常会遇到如图12 -6所示的图形。

图12 -6 几种不正常的圆形图形

①两半圆错位 X轴或 Y轴在换向点处产生停刀痕迹，一般都是由一个坐标或两个坐标的反向矢动量造成的，反映了该轴正、反向间隙没有调整好。 可以通过适当地改变数控系统矢动量的补偿值或修调该坐标的传动链来解决。

②斜椭圆 斜椭圆是由两坐标实际系统误差不一致造成的，反映了插补运动的两个可控轴系统增益不匹配。 可适当地调整速度反馈增益或位置环增益来解决。 ③铣刀振纹 铣刀振纹圆柱表面上有明显的铣刀振纹，反映了该机床插补速度不稳定。 可以通过修调速度控制单元来解决。

对于卧式机床，还要检查箱体掉头镗孔同心度及水平转台回转90°铣四方加工精度。 对于特殊的高效机床，还要做单位时间内金属切削量的试验等。一般对铸铁，使用硬质合金刀具，按标准的切削用量切削。

12.5.6 机床性能及CNC功能试验 数控机床性能试验一般有十几项内容。现以一台立式加工中心为例，说明一些主要的项目。 1.主轴系统的性能 （1）用手动方式选择主轴高、中、低挡三个速度，连续进行五次正转和反转的启动和停止动作，试验主轴动作的灵活性及可靠性。

（2）用数据输入方式，使主轴从最低一级转速开始运转，逐级提到最高允许速度，实测各级转速，允差为设定值的±10%，同时观察机床的振动。 （3）主轴准停装置连续操作五次，试验动作的可靠性和灵活性。

2.进给系统性能 （1）分别对各坐标进行手动操作，试验正、反方向的低、中、高速进给和快速移动的启动、停止、点动等动作的平稳性和可靠性。 （2）用数据输入方式或MDI方式测定G00和G01下各种进给速度，允差为±5%。

3.自动换刀系统 （1）检查自动换刀系统的可靠性和灵活性，包括手动操作和自动运行时刀库满负载条件下（装满各种刀柄）运动平稳性，机械手抓取最大允许重量刀柄时的可靠性，刀库内刀号选择的准确性等。 （2）测定自动交换刀具时间。

4.机床噪声 机床试运转的总噪声不得超过标准规定：（80dB）。 数控机床由于大量采用电调速装置，主轴箱中的齿轮往往不是最大噪声源，而主轴电动机的冷却风扇和液压系统液压泵的噪声可能是最大的噪声源。

5.电气装置 在试运转前后分别进行一次绝缘检查，检查接地线质量，确认绝缘的可靠性等。 6.数字控制装置 检查数控柜的各种指示灯，检查纸带阅读机、操作面板、电柜冷却风扇和密封性等动作及功能是否正常可靠。

7.安全装置 检查对操作者安全性和机床保护功能的可靠性。如各种安全防护罩，机床各运动坐标行程极限保护自动停止功能，各种电流、电压、过载保护和主轴电动机过热、过负荷时紧急停止功能等。 8. 气、液装置 检查压缩空气和液压管路的密封、调压性能、液压油箱的正常工作情况。

9.润滑装置 检查定时定量润滑装置的可靠性，润滑油路有无渗漏，各润滑点的油是否充分。 10.附属装置 检查机床各附属装置的机能的工作可靠性。如冷却液装置能否正常工作，排屑器的工作质量，冷却防护罩有无泄漏，APC交换工作台工作是否正常，试验带重载的工作台面自动交换，配置接触式测头的测量装置能否正常工作及有无相应测量程序等。

按照该机床配备的数控系统说明书，用手动或编程序自动的检查方法，检查数控系统主要使用的功能。 11.数控机能 按照该机床配备的数控系统说明书，用手动或编程序自动的检查方法，检查数控系统主要使用的功能。 如：定位、直线插补、圆弧插补、暂停、自动加减速、坐标选择、平面选择、刀具位置补偿、刀具直线补偿、拐角功能选择、固定循环、行程停止、选择停机、程序结束、冷 却液启动和停止、单程序段、原点偏置、跳读程序段、程序暂停、进给速度超调、进给保持、 紧急停止、程序号显示及检索、位置显示、镜像功能、螺距误差补偿、间隙补偿及用户宏程 序等机能的准确及可靠性。

12.连续无载荷运转 综合检查整台机床自动实现各种功能可靠性的最好办法，是让机床长时间连续运行 8h、16h或24h等。 一般数控机床在出厂前都经过80h自动连续运行，到用户验收时，不一定再要求经过那么长时间的检验，但进行一次8～16h的自动连续运行还是必要的，这样可以考核该机床是否已比较稳定。

在连续运行中必须事先编好一个动作功能比较齐全的程序，它应包括: （1）主轴转动要包括标称的最低、中间及最高转速在内的五种以上速度的正转、反转 及停止等运行。 （2）各坐标运动要包括标称的最低、中间和最高进给速度及快速移动，进给移动范围应接近全行程，快速移动距离应在各坐标轴全行程的1/2以上。

（3）一般自动加工所用的一些功能与代码要尽量用到。 （4）自动换刀应至少交换刀库中2 / 3以上的刀号，而且都要装上中等以上重量的刀柄进行实际交换。

（5）必须使用的特殊功能，如测量功能、APC交换和用户宏程序等。 用以上这些程序连续运行，检查机床各项运动、动作的平稳性及可靠性，并且要求在规定时间内不允许出故障，否则要在修理后重新开始规定时间考核。不允许分段进行累积到规定运行时间。

12.5.7 机床外观检查 机床外观的检查，较一般可按照通用机床有关标准来进行。 数控机床是价格昂贵的高技术设备，对外观的要求较高，对各级防护罩、油漆质量、机床照明、切屑处理、电线和气、油管走线的固定及防护等都应有更高的要求。

举例：一立式加工中心的调试与验收

思 考 题 1. 何谓数控机床的可靠性? 其常用指标有哪些? 2. “维修”的含义是什么？ 3. 数控机床常用的故障诊断方法有哪些？ 思 考 题 1. 何谓数控机床的可靠性? 其常用指标有哪些? 2. “维修”的含义是什么？ 3. 数控机床常用的故障诊断方法有哪些？ 4. 数控机床常见的操作故障有哪些?