机床培训

数控机床的简单操作与维护保养

数控机床以其经济性好、加工精度高、加工一致性好并大大降低了劳动强度的特性，已

经广范深入到机械加工行业。经过近四十年的发展，数控机床操作界面不断改进完善，其智

能化、人性化以及运行速度日臻完美、简单，让操作者易学易用。在我厂，数控机床从1979

年开始引进，至今已有数控加工中心近50台套、简易数控机床近50台套、数控电加工机床

10余台套，再加上机器人、电子束焊机、数控冲床、数字测量机10余台套，已经成为我厂

机械加工的重要组成部分。但是，由于近两年操作人员转岗新接触数控设备较多，对数控设

备特性不够深入了解，因此虽然已经能够操作机床进行工件加工，但一些旧有的操作习惯仍

旧带入到现在的操作中，对机床造成了一定的影响。下面，主要以具有西门子840D立式加

工中心为例，针对日常生产中常见的问题，简单讲解一下数控操作以及数控机床的维护保养。

一、数控机床的概念

1、定义：数控机床就是用数字信号控制，按照编程给定的位置进行确定轨迹进行工作

的机械设备。应该说，这是一个广义的概念，不仅仅局限于机械加工设备，也包括

测量、焊接等设备。

关键字：数字信号、控制、编程

2、数控机床的基本结构

（1）机械结构

A、床身、立柱（龙门）

B、导轨与传动部件

C、主轴与主轴箱

D、换刀机构（线切割的穿丝机构、冲床

的换冲头机构）

E、辅助机构（液压站、气压站、润滑站、

冷却系统、排屑器）

（2）电器机构

A、配电柜（电源开关、数控系统、控制

电路等）

B、操作站（急停开关、显示器及周边软键

盘、MPI软键盘、辅助按钮）

C、各部位的行程开关（行程开关、液位开

关）

D、安全开关（门禁）

E、驱动元件（伺服电机）

F、位置检测部件

3、数控系统驱动机床的基本原理

所谓数控系统驱动，就是数控系统按照给定的位移和速度，计算出相应的脉冲幅宽和

脉冲频率（数字量），再驱动执行元件（伺服电机）运行，从而到达指令所要求的结果。

相同的时间内：幅宽越宽，则电流越大；频率越高，则速度越快。

二、基本操作内容

1、开机前检查

开机前，应围着机床转一圈，看看外围辅助系统状态。主要包括：

A、各油箱液位是否正常（液压、润滑、冷却液）；

B、压缩空气是否正常；

C、各处有无泄漏现象；

D、所有物品是否处于安全位置；

E、所有安全开关处于正常位置。

2、开机顺序

A、上电（主开关、系统上电）

B、打开急停按钮、复位

C、将进给倍率拧至零位，加载使能

D、加载液压

E、手动方式先将各轴移动一段距离（注意方向）

F、回零（按提示）

G、启动过程结束

3、数控系统回参考点的工作顺序

（1）按照机床设定的各轴回零顺序，已给定的速度、方向向零点方向运动；

（2）当回零减速接近开关生效后，进给轴按照参数给定的方向和速度继续前进或后

退；

（3）当读到第一个零点标记后，进给轴按照参数给定的速度和位置运动到机械零点

位置；

这其中，半闭环机床读的是电机编码器的回零标记，每圈一个零标记；全闭环

机床读的

是光栅零

标记，每5

厘米一个

标记。

（4）回零完成。

特别注意：

A、（半闭环机床）由于在设定回零挡块与零标记位置较近，当回零减速接近开关

不灵敏时，会出现零点与正常时差一个螺距的现象（普通机床一个螺距一般为6、8、

10、12毫米），这时就有

可能需要维护人员调整

一下挡块位置（经常出现

在刚进行过维修后）或检

查一下接近开关，或降低

进给倍率再回一次零点

（有时机床进给会过

冲）。

B、当回零减速开关

失效或遇到异物

时，减速接近开

关误动作，则系

统也会把第一次

读到的零标记作

为零点处理。机

床零点误差为整

数倍螺距或整数

倍栅距。

C、当减速接

近开关失效时，

该轴可能会继续

运行到极限位

置，直至撞到正

负极限接近开关，系统急停报警，这是需要清除报警手动回到正常位置，让维护检查

回零减速开关好坏或位置是否正常。

4、工件坐标系的设定与确认

（1）工件坐标系界面

A、界面（一）

B、界面（二）

（2）工件坐标系设定的注意事项

A、工件坐标系是确定工件相对于机床的具体位置，直接影响到工件的加工。当工

作台上存在上一班未完成的工件或系统下电后，应重新确认工件坐标系，排除

坐标系不对可能导致的意外。

B、一定要注意清除可能存在的：旋转、缩放、镜像以及基本零偏等与本次加工无

关的坐标偏移指令。

因为存在多重工件坐标系，所以基本零偏会一直生效，所以程序中仅使用的

G54、G55、G505等指令并不能够取消零偏，只会叠加使用。

即使使用了G53、G500指令，坐标系仍旧处于基本零偏条件下。

因此，应切切注意基本零偏的数值情况！！！

例如：

5、刀具参数的设定与确认

刀具参数是某一加工刀具所具有的固定的加工参

数，它包括刀具的形状、长度、直径等基本参数，以及

磨损、刀刃数、刀沿号等相关细节。

排除刀沿号、刀具磨损等补偿细节，一把刀实际上

只有一个刀长——实际刃长，这是一个可以在外部道具

测量仪器上测量的、唯一的、长度为正数的值。这个值

到任何一台机床都是不会改变的（可能存在一定的偏

差，但这个偏差也是固定的）

实际刀长的优点是：可以事先准备好统一集中测量，所有机床拿来就用（只是

需要加减本机床的相对偏差即可），极大地提高效率。

现在有许多操作手在使用刀长时会选用负刀长，这个刀长实际上只是相对于这

一台机床、这一种工件的刀长，并不通用，它是本台机床封闭高度与实际刀长之差，

有时还要减去工件坐标系高度。相对刀长是针对某一机床的、本次使用的，需要随

时变化的刀长参数。相对刀长优点是不需要专门的外围辅助设备，直接测量获得并

使用，缺点是每次更换工件都需要重新设定。

6、文件传输及传输协议的设定

文件的传输是在系统允许的条件下，通过传输线路把程序等从外部计算机传

送到机床系统中，反之亦然。所谓系统允许是指（西门子系统）钥匙开关在二档及以

上，或密码在二级以上；（FANUC系统）参数开关PWE=1。传送时应首先进入传送菜

单，接收方首先做好准备，然后发送方开始发送。这其中，传输协议的设定是完成数

据传输的根本条件，传输协议参数包括：

A、传输接口（interface）com1或com2

B、记录方式（log）RTS/CTS

C、奇偶校验（parity）none或其他

D、停止位数（stopbits）1或（其它如2）

E、数据位数（databits）8（或其它如7）

F、波特率（baudrete）9600（或其它如19200、4800）

G、文档格式（archformat）punchtypewithCR+LF（或其它）

另外，传输的目的有V24（串行接口）、PG（外部带有西门子专用传输卡的接口）、

Disk（内部磁盘）、Archive（内部硬盘上的压缩备份）、NCcard（系统上的NC卡）。

三、设备的日常维护与保养

1、油、液、气的检查与维护

数控设备是一种精密的、自动控制运行的设备，对自身运行条件要求极其苛刻，

并因此具有一套完整的自我检查机制。一般的数控设备能够对各种润滑油、液压油、

冷却液的数量、压力进行监测监控，操作者只需按照提示进行即可。

既便如此，仍旧需要操作者要在班前仔细检查各种油、液、气、温度等的数量及

压力等情况，防止加工中出现报警使程序中断，形成接刀痕或出现其他意外情况。

在操作人员的日常工作中，应定期检查各种油、液的粘度、纯净度、抗老化度、

浓度、酸碱度，防止油、液等老化后在管路、阀体中粘挂、积累，最终导致动作缓慢、

不完整或失灵，防止液体变质发出异味和腐蚀机床。应定期排放气体过滤器中的水。

2、安全开关的检查

不言而喻，这些开关是保护操作者或设备而设置的，一旦这些开关出现故障，将直

接危害到操作者的生命或设备的安全。

（1）急停开关：将切断所用控制电路，切断液压，去除进给使能，各抱闸锁死，

所有运动停止。

（2）门禁开关：各种封闭式机床（JOBS/DMG/UNION/NILES等）不同，有的

通过打开钥匙后允许某些（低速）进给动作，有的则不允许有任何动作。

A、交换工作台、换刀保护：当门禁被打开时，中断工作台交换以及刀具交换，

并报警提示；

B、工作区域保护：挡门禁被打开时，不允许加载液压或中断正在运行的操作；

C、操作区域保护：只允许在手动方式下，打开钥匙开关后，才允许进出操作

区域（JOBS操作区域围挡）；

D、配电柜门保护：门禁被打开时，各种进给停止，使能取消，；

（3）安全警示灯具、报警器工作正常。

3、机械系统的维护与保养

机械系统的日常检查与维护保养，是关系到设备使用寿命、维护设备自身精度的极

其重要一环，维持各运动部件的干净以及良好的润滑，再加上操作者的正确操作，

能够极大的减缓机械磨损，延长使用寿命。主要的检查方面有：

（1）各运动表面检查：

包括各导轨副、丝杠副、活塞副、齿轮副、防护拉板等各种运动表面。各

表面应保持干净，无金属屑及杂物。一般情况下，运动表面都有润滑油润

滑，目视表面有油膜，手摸有油迹，表面应是光滑无损。当出现锈蚀、研

伤、金属堆砌等现象时，应立刻报告维护人员检查确认，防止该部位继续

受损从而加剧破坏过程。

（2）油路、气路、阀体检查：应检查各油管、气管、阀体有无渗漏滴油现象，

压力是否正常。各油箱注油时间正常。稀油润滑注油时间一般应在10天左

右，少于7天或大于15天则都属于非正常范围。时间过短可能是油路有开

放点泄露，时间过长则可能是油路堵塞。

（3）各种动作自然无卡涩现象。如换刀卸不下来，可能是顶刀螺钉过短，机械

手完全靠机械力量拔刀；换挡时间长，可能是长时间使用齿轮切向有磨损

或堆积。

4、机床配重系统检查

机床

配重为平衡主

轴箱系统、加快

响应速度而采

用的一种方式。

主要有两种形

式：平衡液压缸、重锤式平衡。重锤式平衡需要链

条或钢丝绳连接重锤和主轴箱。应定期检查链条及钢丝绳的润滑以及磨损情况，防

止重锤坠落造成机械损伤和机械精度损失。

5、电气系统的维护与保养

（1）各种按钮、开关是否功能正常、灵活，指示灯工作是否正常；

（2）配电柜内是否清洁，各模块上应清洁无油渍；

（3）各排风扇良好，冷却系统过滤网应干净无堵塞，制冷风口应吹出冷风。

四、设备出现故障后的措施

无论是普通机床还是数控设备，在工作中难免会出现这样或那样的故障，系

统会产生不同的报警信息。相对而言，越是先进的、自动化程度高的设备，对外

界环境的要求越高、检测的方面越多、满足自动运行的条件越严，维修起来越困

难。这就要求除了在平时保持设备的运动条件外，更要把握住出现故障的瞬间，

保持好现场，以便于故障的排除。

那么，当设备出现故障时应该做些什么呢？一般应做到如下几点：

1、保持现场

当设备出现非紧急故障时（指碰撞等现象），一般不要按下急停按钮，因为急

停按钮会掩盖住许多状态，再次打开急停按钮故障以及报警则不可复现，不利

于故障排除时对情况的诊断。尤其是FANUC系统，重启后系统自动读取存储

器中的数据，除非硬件故障，否则软故障及报警都被复位了，什么也看不见。

！！！紧急状态除外！！！

2、记录状态

出现故障时，应及时、全面的记录显示器上报警号及报警内容，并简单描述操

作过程，便于以后分析故障。

记录的格式：时间、操作员、报警号及内容、操作过程。

注意：一定要完整，否则某些报警无法查到！

3、及时上报

4、保存本机床的故障记录

保存故障记录、维修记录，以利于下次出现故障时作为参考和佐证，以及在今

后的维护保养时重点防范检查，防止类似事件发生。

五、操作中的常见不良习惯

现在，在许多分厂由于老退休，以及设备增多造成老操作员分散、新操作员

增加，许多操作员接触设备时间短，基础知识相对薄弱，某些意识尚未建立，对机床

仅仅处于能操作会干活的程度，并且不愿意去学习一些原理性的东西，就形成了一种

为甚麽不知道的现象。并且把有些开普通机床的习惯带入到数控设备操作中来了。下

面，举例说明平时操作中一些不正确、不良好的操作方式。

1、手轮操作不正规

手持操作单元，被大部分操作员简称为手轮。其功能是用于近距离手动操

作机床运动的部件。其主要由使能按钮、手摇脉冲发生器轴选旋钮（或按键）、

倍率旋钮（或按键）组成，功能全面一些的还可以控制主轴以及程序运行等基

本操作。

在各分厂中，经常看见某位操作员一

手持手轮，调整好倍率后，用另一只手沿着

脉冲发生器转轮侧面快速的拨动转轮旋转。

这时如果注意的话，会从显示器上发现数值

再不均匀的变化，同时仔细听还能够听到进

给轴丝杠不规律的运动声音。这，就是现在

普遍存在的一种对设备危害极大地操作方

式。

前面讲过，数控

机床为加快响应速

度、提高运动精度，

在直线运动中（非重

型设备）通常采用滚

珠丝杠副，通过直联

的方式与伺服电动

机联结起来，从而使

伺服电动机的旋转

运动转化为直线进

给。为去除中间环

节、减少间隙，滚珠

丝杠副两端还要加

载预紧力。

滚珠丝杠是从梯形截面丝杠发展来的、轻型的、响应快速的、传动平稳的、

运动精确的、把回转运动转化为直线运动的传动方式。它的优点如上述所示很

明显，但缺点也很明显，即抗冲击性负载差、传递扭矩较低、无自锁性，抗冲

击性仅仅相当于矩形截面丝杠的几十甚至百分之一。

当手轮快速转动时，系统为赶上编码的速度，需要克服各轴巨大的惯性矩，

使进给轴快速运动。根据能量守恒定律P=1/

2

mv2，当需要轴快速运动，在质

量一定的时候，惯量与速度的平方成正比，系统需要极大的电流加速度，同时

这种加速度还是忽大忽小、忽正忽反，形成不均匀的循环压力。这种循环压力

对滚珠丝杠的伤害极大，它将使其相关精度很快降低，并且寿命减小到正常的

几十甚至百分之一。

正确的手轮使用方法是：先使用连续进给的方式将进给轴运动到需要到达

的位置附近，然后选择合适的倍率（尽量不要使用高倍率），均匀、缓慢的接

近要到达的位置，完成后续工作。

2、使用水枪冲屑无所顾忌

经常有些操作员为了图省事，在工件加工完后，利用外置的手动冷却液枪

清理工件内、工作台以及护板上的切屑，其现象是冷却液和切屑四处飞溅。这

同样是一种对设备危害极大的坏习惯。

在进口设备上，没有任何一个厂家原带外置清洗水枪，而国产机床厂家为

迎合用户的欢心，不顾及一些会存在隐患的情况，答应了用户的一些不合理要

求。其实用户往往不了解设备的深层次状况，只是从使用方便的角度出发，对

会发生什么情况不会有预见性。

为什么不能够装外置水枪呢？机床的冷却液喷嘴多是从主轴上或靠近机

床的里侧向外喷冷却液，因此其设计的护板等都是里高外低，使切屑能够顺利

的从护板上流下去，并且不会在护板的缝隙中夹住切屑。加上进口机床护板设

计合理、板材厚、变形小、刮板清理干净，因此护板下的空间能够被极好的保

护住；反之，国产机床为降低生产成本，多采用一些小钣金厂伸缩防护板，板

材薄、变形大、刮屑不干净，造成切屑夹在伸缩节之间，并且冷却液也流进了

被防护的空间，造成污染严重，冷却液四溢。

操作员站在机床外部向内部冲洗切屑，冷却液、切屑顺着缝隙流到护板下

面的导轨上、床身里，时间长了造成油路堵塞、导轨被严重研伤的情况；而且，

许多机床身没有设计回流渠道，时间稍长冷却液就会积累，浸泡到滚珠丝杠两

端的轴承，造成轴承生锈失去精度，进给时进给轴窜动，系统报警；更有甚者，

有的操作员把水枪伸到护板下清屑，冷却液进入了光栅内，造成光栅污染，甚

至报废。

正确的清屑方法是：首先使用笤帚或毛刷等清理工具，先将大量的切屑清

除掉，然后使用棉纱等清理干净需要清理的部位；若一定要使用水枪，则需顺

着护板伸缩方向冲洗，切忌把切屑及冷却液冲到护板下面，并且要把护板伸缩

节间的切屑清理干净，否则会加剧护板节间隙，造成大量的切屑等进入护板下

面。

再有，国产机床安装的护板保护性差，应定期拆开护板，检查护板下床身

内是否存在大量积屑，并及时清除，否则时间长了会挤压行程开关，造成回零

时或运动过程中产生报警，对工件加工造成伤害。若回零不准，坐标会产生巨

大偏移。

3、工件粗加工及编程方式的不合理

前面说过，滚珠丝杠最最大的缺点就是抗冲击负载能力差，理论上适于加

工已经进行过粗加工的工件。但实际上，为加快加工进度、减少加工工序并加

强工件一致性，往往许多毛坯料从粗加工到半精加工及精加工都由数控机床完

成。而且，工艺员、操作员不考虑机床的承受能力，在编程时不考虑切削参数，

加工是采用盘铣刀或大直径立铣刀、大切深大切量去除加工余量。这些断续加

工、大吃刀量加工是数控机床的致命杀手。最简单的例子，某分厂XH718立

式加工中心，除去机床自身的原因，由于操作和加工不当，在使用了3年左右

的时间后，造成了数台机床全部更换了Y轴丝杠，并且多次更换了丝杠端的

固定轴承。

因此，除去编程原因，操作员加工时应尽量不使用盘铣刀等断续加工方式，

并且应采用高转速、小切削量、快速进给的方式来进行加工。这种加工方式已

经成为现代数控加工的趋势，这种新的加工理念应尽快进入到现在各单位的实

际工作中，以适应加工业的发展。

4、工量具摆放不规范

工量具的摆放实际上应属于老生长谈了。在“6S”的要求中，“整理”这

一项目前还是有些表面上的意思。许多操作员检查时摆放得很整齐，日常工作

中却还是愿意摆放在顺手的地方，虽然多次出现摆放不平稳东西掉下来的情

况，但改正的时候少。

5、关机顺序不正常

经常有某位操作员为了赶紧换衣服回家，在没有关闭液压、退出数控系统

的时候，直接关闭总电源开关。这是一种极有可能造成隐患的方式。

因为非正常关机，在数控系统中可能产生数据碎片，同时可能会在下电瞬

间形成冲击电流击穿系统芯片。因此应按照正确顺序关机，以免造成难以挽回

的损失。

以上，简单讲述了数控机床使用中的一些容易出现问题的地方，讲述很不全面。

请各位有时间多看一些相关书籍，加强理论知识学习，会避免工作过程中出现问

题的几率。