数控机床论文范文

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关键词：数控机床；普通机床

我国数控机床在近十余年来已经取得了较大的发展和普及，尤其是经济型数控机床发展更快，在一些地区和行业初步形成了规模。然而，其服务与发展相比还不相称，明显滞后于发展。必须建立系统的综合服务体系，数控机床才能健康持续地发展。

数控机床是在普通机床的基础上发展起来的，不妨先看看普通机床的服务。由于普通机床的发展和使用历史已经悠久，很自然地形成了它的服务体系，而且已经是一个成熟的、有效的体系。正因为如此，人们习以为常，反而不觉得它的存在。如果归纳一下，这个体系至少有3个要素：

培训上岗普通机床的操作者和调试维修人员通常都拜过师傅，由师傅带教的。“师傅带徒弟”就是培训；“满师”就是考核合格，才有资格上岗。

人员专业化“机修工”是一个常见的职业工种，已经普及和渗透到企业、社会。对于普通机床的调试、维修、保养等均有这些专职人员司职。用户一般可以做到小修大修不出厂，有问题自我消化，很少再找生产厂的。

服务社会化其一是服务机构社会化，“机修厂”是遍布各地的常见单位，它提供各类机床的专业维修服务，且不受机床的生产厂家、型号规格的限制；其二是技术教育社会化，各级各类工科技术学校都设置机修专业，输送合格的通用人才。另外，“师傅带徒弟”的方式依然存在。

数控机床是典型的机电一体化产品，除普通机床作基础外，一般配备有数控系统、自动刀架、编码器，有的还有变频器、自动送料装置等，集中了机械、电子技术于一体。因而数控机床更加需要完善的、有效的、及时的服务。

然而，我国的数控机床从机床厂刚出来就有先天不足。这是因为我国的机床厂自身机械技术力量虽然较强，但是电子技术方面较弱，电子类技术人员普遍匮乏，而配套部分又恰恰最需要运用电子技术。机床厂对数控机床的服务从主观上和客观上都没有做好准备，更加谈不上服务体系。数控机床生产厂无法独立承担全面的技术服务，因而配套部分的服务依赖于配套厂就不足为奇了。这样，一方面把服务体系割裂开来，另一方面只要用户方面反映一点问题，机床厂就要拉上配套厂一帮人去，结果往往又是一点小问题，劳民伤财，配套厂是“有苦难言”。

数控机床的用户，绝大部分属于机械加工业，客观上也有电子技术力量薄弱的问题，往往只会简单操作而缺乏配套部分的维修知识，出现一些故障就束手无策，甚至停机待修，影响生产。中、高挡数控机床的人员配备相对还好一点，普及的经济型数控机床的人员配备则不够理想，不少就是普通机床的操作人员，未经过严格培训考核就上机操作。大家都知道没有经过培训取得“汽车驾驶证”的人是严禁开汽车的。对于技术含量很高的数控机床（即便是经济型）怎么能允许未经培训考核就上岗操作呢？汽车有了故障，驾驶员大多能作前期诊断和处理，汽车修理厂也随处可见，修理十分方便。而数控机床有了故障，自己不能处理，还只能找生产厂或配套厂。说到底，还是人们对数控机床服务的认识没有到位，观念没有更新，服务体系没有构建起来。

尽管随着数控机床的发展，机床厂也在不断提高和完善自己的服务，提高自身素质，强调用户培训，服务状况有所改善。但是由于起点不高，认识不深，自身条件不足，还不能从根本上解决服务问题。

因此必须尽快构建与数控机床发展相适应的综合服务体系，才能加快数控机床的发展和普及。

根据我国数控机床发展的现状，参考其他比较成熟的服务体系，我国的数控机床的综合服务体系在下列要点上必须达成共识：

1必须由数控机床厂主动承担全面服务，即由机床厂承担包括机床、配套部分在内的全部服务，改变目前机床厂和各个配套厂分散服务的状况。因为

机床厂是产品的最终完成者，直接面对用户，承担全面服务是理所当然。

机床厂既然生产数控机床，对数控系统是属于必须掌握的核心技术，没有这个基础是很难参与竞争的；而其他配套件如刀架、传感器等技术对于熟悉数控技术的人来说是不难掌握的。机床厂不能长期依赖配套厂服务，否则无从提高自身素质和能力，增强竞争力。

控机床及其配套部分的技术已经比较成熟，质量稳定提高，用户反映的问题集中在调试和维修上，由机床厂指导用户使用和维修是最合适的。

数控机床使用中反映的问题是相互关联和影响的，初期很难判断问题在那个部分。如回转刀架动作失灵，就要检查刀架、数控系统、机床电器。如果分别由配套厂来检查和证明自己配套部分没有问题，或是发现问题解决了，各自的时间和费用已经浪费了。这种看似滑稽的情况，其实是经常发生的。

机床厂实行综合的全面服务，提高服务人员技术素质后，可以精简人员，提高效率。同时，减少配套单位的服务，也会得到相应的经济补偿，有利于降低成本。机床厂承担全面服务后，同样可以协调与配套单位的相互配合。

2要强调培训考核后上岗，建立针对不同层面的培训体系

机床厂自身要培养出一支掌握机电一体化技术的队伍，以适应生产、检验、服务工作。尤其要使服务人员能独立承担数控机床的调试及维修工作。

机床厂要强调对用户进行培训，要形成制度。培训考核合格后方可允许操作数控机床。培训要求是使用户能正确使用、规范操作、能处理常见故障。拥有数控机床较多的用户，应尽量培训出专职维修人员，能独立排除故障，做到修理基本不出厂门。

由机床行业与教育部门协调，继续并加强在各类大、中专学校、技工职业学校办好机电一体化专业，为社会输送和储备合格人才。不断补充和完善针对数控机床服务的内容。已经从事此项工作的，要给以再学习的机会和条件。

实践已经证明，谁抓住了培训谁就主动，谁就发展得快一点。数控系统生产厂家对培训的认识和行动要早些。而只有机床厂抓住了培训，才算是数控机床发展的关键！

3逐步在数控机床的用户集中地建立数控机床维修点

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我国数控机床在近十余年来已经取得了较大的发展和普及，尤其是经济型数控机床发展更快，在一些地区和行业初步形成了规模。然而，其服务与发展相比还不相称，明显滞后于发展。必须建立系统的综合服务体系，数控机床才能健康持续地发展。

数控机床是在普通机床的基础上发展起来的，不妨先看看普通机床的服务。由于普通机床的发展和使用历史已经悠久，很自然地形成了它的服务体系，而且已经是一个成熟的、有效的体系。正因为如此，人们习以为常，反而不觉得它的存在。如果归纳一下，这个体系至少有3个要素：

培训上岗普通机床的操作者和调试维修人员通常都拜过师傅，由师傅带教的。“师傅带徒弟”就是培训；“满师”就是考核合格，才有资格上岗。

人员专业化“机修工”是一个常见的职业工种，已经普及和渗透到企业、社会。对于普通机床的调试、维修、保养等均有这些专职人员司职。用户一般可以做到小修大修不出厂，有问题自我消化，很少再找生产厂的。

服务社会化其一是服务机构社会化，“机修厂”是遍布各地的常见单位，它提供各类机床的专业维修服务，且不受机床的生产厂家、型号规格的限制；其二是技术教育社会化，各级各类工科技术学校都设置机修专业，输送合格的通用人才。另外，“师傅带徒弟”的方式依然存在。

数控机床是典型的机电一体化产品，除普通机床作基础外，一般配备有数控系统、自动刀架、编码器，有的还有变频器、自动送料装置等，集中了机械、电子技术于一体。因而数控机床更加需要完善的、有效的、及时的服务。

然而，我国的数控机床从机床厂刚出来就有先天不足。这是因为我国的机床厂自身机械技术力量虽然较强，但是电子技术方面较弱，电子类技术人员普遍匮乏，而配套部分又恰恰最需要运用电子技术。机床厂对数控机床的服务从主观上和客观上都没有做好准备，更加谈不上服务体系。数控机床生产厂无法独立承担全面的技术服务，因而配套部分的服务依赖于配套厂就不足为奇了。这样，一方面把服务体系割裂开来，另一方面只要用户方面反映一点问题，机床厂就要拉上配套厂一帮人去，结果往往又是一点小问题，劳民伤财，配套厂是“有苦难言”。

数控机床的用户，绝大部分属于机械加工业，客观上也有电子技术力量薄弱的问题，往往只会简单操作而缺乏配套部分的维修知识，出现一些故障就束手无策，甚至停机待修，影响生产。中、高挡数控机床的人员配备相对还好一点，普及的经济型数控机床的人员配备则不够理想，不少就是普通机床的操作人员，未经过严格培训考核就上机操作。大家都知道没有经过培训取得“汽车驾驶证”的人是严禁开汽车的。对于技术含量很高的数控机床（即便是经济型）怎么能允许未经培训考核就上岗操作呢？汽车有了故障，驾驶员大多能作前期诊断和处理，汽车修理厂也随处可见，修理十分方便。而数控机床有了故障，自己不能处理，还只能找生产厂或配套厂。说到底，还是人们对数控机床服务的认识没有到位，观念没有更新，服务体系没有构建起来。

尽管随着数控机床的发展，机床厂也在不断提高和完善自己的服务，提高自身素质，强调用户培训，服务状况有所改善。但是由于起点不高，认识不深，自身条件不足，还不能从根本上解决服务问题。

因此必须尽快构建与数控机床发展相适应的综合服务体系，才能加快数控机床的发展和普及。

根据我国数控机床发展的现状，参考其他比较成熟的服务体系，我国的数控机床的综合服务体系在下列要点上必须达成共识：

1必须由数控机床厂主动承担全面服务，即由机床厂承担包括机床、配套部分在内的全部服务，改变目前机床厂和各个配套厂分散服务的状况。因为

机床厂是产品的最终完成者，直接面对用户，承担全面服务是理所当然。

机床厂既然生产数控机床，对数控系统是属于必须掌握的核心技术，没有这个基础是很难参与竞争的；而其他配套件如刀架、传感器等技术对于熟悉数控技术的人来说是不难掌握的。机床厂不能长期依赖配套厂服务，否则无从提高自身素质和能力，增强竞争力。

控机床及其配套部分的技术已经比较成熟，质量稳定提高，用户反映的问题集中在调试和维修上，由机床厂指导用户使用和维修是最合适的。

数控机床使用中反映的问题是相互关联和影响的，初期很难判断问题在那个部分。如回转刀架动作失灵，就要检查刀架、数控系统、机床电器。如果分别由配套厂来检查和证明自己配套部分没有问题，或是发现问题解决了，各自的时间和费用已经浪费了。这种看似滑稽的情况，其实是经常发生的。

机床厂实行综合的全面服务，提高服务人员技术素质后，可以精简人员，提高效率。同时，减少配套单位的服务，也会得到相应的经济补偿，有利于降低成本。机床厂承担全面服务后，同样可以协调与配套单位的相互配合。

2要强调培训考核后上岗，建立针对不同层面的培训体系

机床厂自身要培养出一支掌握机电一体化技术的队伍，以适应生产、检验、服务工作。尤其要使服务人员能独立承担数控机床的调试及维修工作。

机床厂要强调对用户进行培训，要形成制度。培训考核合格后方可允许操作数控机床。培训要求是使用户能正确使用、规范操作、能处理常见故障。拥有数控机床较多的用户，应尽量培训出专职维修人员，能独立排除故障，做到修理基本不出厂门。

由机床行业与教育部门协调，继续并加强在各类大、中专学校、技工职业学校办好机电一体化专业，为社会输送和储备合格人才。不断补充和完善针对数控机床服务的内容。已经从事此项工作的，要给以再学习的机会和条件。

实践已经证明，谁抓住了培训谁就主动，谁就发展得快一点。数控系统生产厂家对培训的认识和行动要早些。而只有机床厂抓住了培训，才算是数控机床发展的关键！

3逐步在数控机床的用户集中地建立数控机床维修点

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一、数控机床故障诊断的基本方法

数控设备是一种自动化程度较高，结构较复杂的先进加工设备，是企业的重点、关键设备。要发挥数控设备的高效益，就必须正确的操作和精心的维护，才能保证设备的利用率。正确的操作使用能够防止机床非正常磨损，避免突发故障;做好日常维护保养，可使设备保持良好的技术状态，延缓劣化进程，及时发现和消灭故障隐患，从而保证安全运行，故障诊断是进行数控机床维修的第一步，它不仅可以迅速查明故障原因，排除故障，也可以起到预防故障的发生与扩大的作用。

二、故障的调查与分析

这是排故的第一阶段，是非常关键的阶段，主要应作好下列工作：

①询问调查？在接到机床现场出现故障要求排除的信息时，首先应要求操作者尽量保持现场故障状态，不做任何处理，这样有利于迅速精确地分析故障原因。同时仔细询问故障指示情况、故障表象及故障产生的背景情况，依此做出初步判断，以便确定现场排故所应携带的工具、仪表、图纸资料、备件等，减少往返时间。

②现场检查？到达现场后，首先要验证操作者提供的各种情况的准确性、完整性，从而核实初步判断的准确度。由于操作者的水平，对故障状况描述不清甚至完全 不准确的情况不乏其例，因此到现场后仍然不要急于动手处理，重新仔细调查各种情况，以免破坏了现场，使排故增加难度。

③故障分析？根据已知的故障状况按上节所述故障分类办法分析故障类型，从而确定排故原则。由于大多数故障是有指示的，所以一般情况下，对照机床配套的数控系统诊断手册和使用说明书，可以列出产生该故障的多种可能的原因。

④确定原因？对多种可能的原因进行排查从中找出本次故障的真正原因，这时对维修人员是一种对该机床熟悉程度、知识水平、实践经验和分析判断能力的综合考验。

⑤排故准备？有的故障的排除方法可能很简单，有些故障则往往较复杂，需要做一系列的准备工作，例如工具仪表的准备、局部的拆卸、零部件的修理，元器件的采购甚至排故计划步骤的制定等等。

三、电气维修与故障的排除

这是排故的第二阶段，是实施阶段。？？如前所述，电气故障的分析过程也就是故障的排除过程，因此电气故障的一些常用排除方法在上一节的分析方法中已综合介绍过了，本节则列举几个常见电气故障做一简要介绍，供维修者参考。

（1）电源？电源是维修系统乃至整个机床正常工作的能量来源，它的失效或者故障轻者会丢失数据、造成停机。重者会毁坏系统局部甚至全部。西方国家由于电力充足，电网质量高，因此其电气系统的电源设计考虑较少，这对于我国有较大波动和高次谐波的电力供电网来说就略显不足，再加上某些人为的因素，难免出现由电源而引起的故障。

四、维修排故后的总结提高工作

对数控机床电气故障进行维修和分析排除后的总结与提高工作是排故的第三阶段，也是十分重要的阶段，应引起足够重视。？？ 总结提高工作的主要内容包括：

①详细记录从故障的发生、分析判断到排除全过程中出现的各种问题，采取的各种措施，涉及到的相关电路图、相关参数和相关软件，其间错误分析和排故方法也应记录并记录其无效的原因。除填入维修档案外，内容较多者还要另文详细书写。

②有条件的维修人员应该从较典型的故障排除实践中找出常有普遍意义的内容作为研究课题进行理论性探讨，写出论文，从而达到提高的目的。特别是在有些故障的排除中并未经由认真系统地分析判断而是带有一定地偶然性排除了故障，这种情况下的事后总结研究就更加必要。

③总结故障排除过程中所需要的各类图样、文字资料，若有不足应事后想办法补济，而且在随后的日子里研读，以备将来之需。

④从排故过程中发现自己欠缺的知识，制定学习计划，力争尽快补课。

⑤找出工具、仪表、备件之不足，条件允许时补齐。

总结提高工作的好处是：

①迅速提高维修者的理论水平和维修能力。

②提高重复性故障的维修速度。

③利于分析设备的故障率及可维修性，改进操作规程，提高机床寿命和利用率。

④可改进机床电气原设计之不足。

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系统可靠性是指数控系统在规定的条件和规定的时间内完成规定功能的能力。故障是指系统在规定的条件和规定的时间内失去了规定的功能。数控机床是个很复杂的大系统，它涉及光、机、电、液、气等很多技术，发生故障是难免的。机械磨损、机械锈蚀、机械失效、插件接触不良、电子元器件老化、电流电压波动、温度变化、干扰、噪声、软件丢失或本身有隐患、灰尘、操作失误等都可导致数控机床出故障。

一、数控机床故障诊断内容

故障诊断的内容：

1）动作诊断：监视机床各动作部分，判定动作不良的部位。诊断部位是ATC、APC和机床主轴。2）状态诊断：当机床电机带动负载时，观察运行状态。3）点检诊断：定期点检液压元件、气动元件和强电柜。4）操作诊断：监视操作错误和程序错误。5）数控系统故障自诊断：不同的数控系统虽然在结构和性能上有所区别，但随着微电子技术的发展，在故障诊断上有它的共性。

二、数控机床故障诊断原则

在故障诊断时应掌握以下原则：

（1）先外部后内部数控机床是集机械、液压、电气为一体的机床，故其故障的发生也会由这三者综合反映出来。维修人员应先由外向内逐一进行排查，尽量避免随意地启封、拆卸，否则会扩大故障，使机床大伤元气，丧失精度，降低性能。

（2）先机械后电气一般来说，机械故障较易发觉，而数控系统故障的诊断则难度较大些。在故障检修之前，首先注意排除机械性的故障，往往可达到事半功倍的效果。

（3）先静后动先在机床断电的静止状态，通过了解、观察测试、分析确认为非破坏性故障后，方可给机床通电。在运行工况下，进行动态的观察、检验和测试，查找故障。而对破坏性故障，必须先排除危险后，方可通电。

（4）先简单后复杂当出现多种故障互相交织掩盖，一时无从下手时，应先解决容易的问题，后解决难度较大的问题。往往简单问题解决后，难度大的问题也可能变得容易。

三、数控机床故障诊断的方法

1.直观检查法它是维修人员最先使用的方法。在故障诊断时，首先要询问，向故障现场人员仔细询问故障产生的过程、故障表象及故障后果，并且在整个分析、判断过程中可能要多次询问；其次是仔细检查，根据故障诊断原则由外向内逐一进行观察检查。总体查看机床各部分工作状态是否处于正常状态(例如各坐标轴位置、主轴状态、刀库、机械手位置等)，各电控装置(如数控系统、温控装置、装置等)有无报警指示，局部特别要注意观察电路板的元器件及线路是否有烧伤、裂痕等现象、电路板上是否有短路、断路，芯片接触不良等现象，对于已维修过的电路板，更要注意有无缺件、错件及断线等情况；再次是触摸，在整机断电条件下可以通过触摸各主要电路板的安装状况、各插头座的插接状况、各功率及信号导线(如伺服与电机接触器接线)的联接状况等来发现可能出现故障的原因。

2.仪器检查法使用常规电工仪表，对各组交、直流电源电压，对相关直流及脉冲信号等进行测量，从中找寻可能的故障。例如：用万用表检查各电源情况，以及对某些电路板上设置的相关信号状态测量点的测量，用示波器观察相关的脉动信号的幅值、相位甚至有、无，用PLC编程器查找PLC程序中的故障部位及原因等等。

3.功能程序测试法功能程序测试法是将数控系统的G、M、S、T、F功能用编程法编成一个功能试验程序，并存储在相应的介质上。在故障诊断时运行这个程序，可快速判定故障发生的可能起因。功能程序测试法常应用于以下场合：

1）机床加工造成废品而一时无法确定是编程操作不当、还是由于数控系统故障引起的。

2）数控系统出现随机性故障。一时难以区别是外来干扰，还是系统稳定性差时。

3）闲置时间较长的数控机床在投入使用前或对数控机床进行定期检修时。

4.信号与报警指示分析法

1）硬件报警指示这是指包括伺服系统、数控系统在内的各电子、电器装置上的各种状态和故障指示灯，结合指示灯状态和相应的功能说明便可获知指示内容及故障原因与排除方法。

2）软件报警指示如前所述的系统软件、PLC程序与加工程序中的故障通常都设有报警显示，依据显示的报警号对照相应的诊断说明手册便可获知可能的故障原因及故障排除方法。

5.接口状态检查法现代数控系统多将PLC集成于其中，而CNC与PLC之间则以一系列接口信号形式相互通讯联接。有些故障是与接口信号错误或丢失相关的，这些接口信号有的可以在相应的接口板和输入/输出板上有指示灯显示，有的可以通过简单操作在CRT屏幕上显示，而所有的接口信号都可以用PLC编程器调出。这种检查方法要求维修人员既要熟悉本机床的接口信号，又要熟悉PLC编程器的应用。

6.参数检查法数控系统、PLC及伺服驱动系统都设置许多可修改的参数以适应不同机床、不同工作状态的要求。这些参数不仅能使各电气系统与具体机床相匹配，而且更是使机床各项功能达到最佳化所必需的。因此，任何参数的变化(尤其是模拟量参数)甚至丢失都是不允许的；而随机床的长期运行所引起的机械或电气性能的变化会打破最初的匹配状态和最佳化状态。此类故障需要重新调整相关的一个或多个参数方可排除。这种方法对维修人员的要求是很高的，不仅要对具体系统主要参数十分了解，既知晓其地址熟悉其作用，而且要有较丰富的电气调试经验。

7.试探交换法即在分析出故障大致起因的情况下，维修人员可以利用备用的印刷电路板、集成电路芯片或元器件替换有疑点的部分，从而把故障范围缩小到印刷线路板或芯片一级。采用此法之前应注意以下几点：

1）更换任何备件都必须在断电情况下进行。

2）许多印制电路板上都有一些开关或短路棒的设定以匹配实际需要，因此在更换备件板上一定要记录下原有的开关位置和设定状态，并将新板作好同样的设定，否则会产生报警而不能工作。

3）某些印制电路板的更换还需在更换后进行某些特定操作以完成其中软件与参数的建立。这一点需要仔细阅读相应电路板的使用说明。

4）有些印制电路板是不能轻易拔出的，例如含有工作存储器的板，或者备用电池板，它会丢失有用的参数或者程序。必须更换时也必须遵照有关说明操作。

鉴于以上条件，在拔出旧板更换新板之前一定要先仔细阅读相关资料，弄懂要求和操作步骤之后再动手，以免造成更大的故障。

8.测量比较法CNC系统生产厂在设计印刷线路板时，为了调整和维修方便，在印刷线路板上设计了一些检测量端子。维修人员通过检测这些测量端子的电压或波形，可检查有关电路的工作状态是否正常。但利用检测端子进行测量之前，应先熟悉这些检测端子的作用及有关部分的电路或逻辑关系。

9.特殊处理法当今的数控系统已进入PC级、开放化的发展阶段，其中软件含量越来越丰富，有系统软件、机床制造者软件、甚至还有使用自己的软件，由于软件逻辑的设计中不可避免的一些问题，会使得有些故障状态无从分析，例如死机现象。对于这种故障现象则可以采取特殊手段来处理，比如整机断电，稍作停顿后再开机，有时则可能将故障消除。维修人员可以在自己的长期实践中摸索其规律。

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2、数控技术特点和发现现状

数控技术能很方便的改变加工工艺中的工艺参数，有利于新产品的研发和换批加工。能确保加工的精度减少辅助时间，从而实现一次工作完成多道复杂的加工工序。对于普通机床难以完成的零价加工，如对复杂零件和零件曲面状的加工能高质量的完成。采用的是模块化的工具，一方面减少了安装和换刀的时间，另一方面又提高了工具的管理水平和提高了工具的标准化。随着现在的微处理器的产生以及现代的SOPC技术的发展，在机械加工和和机械设备的维修检测以及集成的程度上都有很大的提高。我国的自主创新能力不足，目前我国的数控技术只是处于对进口产品的模仿阶段，在技术创新方面缺乏。归其原因就是我们对引进的先进技术的研究不深入，最重要的是我国缺乏完善的鼓励创新机制。还有就是我国的产品网络程度不高，可靠性和稳定新不高。现阶段我国主要的串口通讯技术和NC程序传送技术的集成化和网络水平有限。所以在煤矿数控技术的研究和应用的领域还有很长的路要走。

3、煤矿数控机床的结构

构成数控机床的主体结构，有控制面板、CNC装置、伺服单元、驱动装置和测量装置等构成。计算机系统在煤矿机床的数控系统中占据着一个核心地位，系统通过输入以及输出命令的各种转换来对数据进行处理，从而完成来对工程执行的各方面操作。在操作工程中，控制面板充当了一个人机交换的媒介，传输各种各样的程序。PLC在煤矿数控机床设备中发挥着信息的交换作用，它是一个双方面信息交换空间，不仅要实现与控制中心的信号进行交换，还要与数控机床的开关信号进行交换，所以它的信息存量特别大。信息交换的地址不能随意的删除或者更换，都是已经事先设计好的地址。对煤矿数控机床的设计有三个重要的模块，分别是主传动数控化、传动的数控化以及对伺服进给系统三方面的设计改造。

4、煤矿机械数控机床的设计

应综合考虑系统应用的场合，所需控制的对象以及对系统提出的基本要求这些因素之后，再选择使用合适的CPU。8088，8086，80386，8098，80286，8096等16位机的CPU是目前我国常用的CPU芯片。有时候也选用8位机的CPU，例如8080，8031，Z80等。应用于普通数控机床改造的一般是Z80CPU以及MCS一51单片机。选择它们主要是看重了配套芯片比较廉价，而且实用性和普及都是很强的，此外，对于它们的制造和维修也都是很方便的。这些特点使得它们完全符合改造需求。电气控制系统的目的就是为了满足被控对象工艺，有效的促进产品的质量和生产效率的进一步提升。在设计PLC控制系统的过程中，要按照下列原则进行。

一、坚持完整性原则，也就是说，要确保可以满足工业生产过程和机械设备的需要。

二、经济性原则，就是产品一经设计出可以做到简单实用。

三、可靠性原则，就是PLC控制系统在设计完成后可以稳定可靠的运行。

四、发展性原则，就是对现在已有的生产工艺进行全面的检查后给未来的发展留出一定的空间。

通过机床的传动实现不同的工件在不同的速度下运行时的协调。传动的性能会对零件的质量和生产效率产生很大的影响，在设计中还要考虑其经济性，利用原来的电动机拖动机床的传动，达到机床的正常高效率运行。在加工的设计中，考虑到变换了切削转矩以及机床电压，会使得电机转速也发生变化，使得生产精度提高，其影响会直接反应在零件的表面生产。在主轴的设计中应加入变频调速系统，用来完成机械换挡。传动系统主要是将接受系统的指令传输给传送系统需要进行工作的部分。驱动系统会根据指令进行相应设定的工作，之后会进行机械的加工处理，从而生产出符合规定要求的零件。对于精度要求很高的参数设置需要依据传动要求进行相应的设定，同时，开环控制是对驱动系统进行改造的过程中不可缺少的环节。当现代机床与传统的进行比较时可以发现，现代机床具有更高的稳定性，而且自身发生故障的可能性越来越低，工作中出现的故障也大多是由于人为操作失误所引起。数控机床都是由机械和电气等多方面的程序构成，维修人员要从内到外仔细的检查，最大限度的排除因为随意的卸载造成的机床性能降低。此外，对于参数的设置也要能够起到将滚珠丝杠螺母副之间的轴向间隙减小甚至消除的作用，这样的操作可以更加有效地提高传动的刚度。在设计中，对数据库的整理也是很有必要的，它是远程数据库的基础，网络数据库是将数据和资源实现共享的核心技术，然后经过本地计算机的处理完成数据的存贮和查询。

5、煤矿数控机床伺服系统设计

数控机床的伺服系统有三种，即开环，半闭环和闭环三种。其中闭环的控制方案的优点很多也很突出，闭环的系统的机床精度很高，在补偿机械运动中的误差小，能减小甚至消除干扰与间隙等因素对精度的影响。但是闭环系统的机构较其他系统复杂，使用技术难度较大，对该系统的调试和维修困难，再有就是生产的造价高，在实际的生产过程中使用闭环的控制系统没有太大的必要性。ActiveX的其实就是一个开放的平台。其工作内容就是给程序的开发人员和用户，还有Web生产厂商提供在互联网创建程序集成过程中的方向。ActiveX服务器控件能把所有的能执行的代码还有程序融入到该服务器系统之中，并嵌入到Web中，让用户能通过网络就能得到想要的程序，不需要远程的客户端就能进行远程的执行。

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关键词：数控机床开放式数控系统电动机

Abstract：Thenumericalcontrollathecalledthenumericalcontrol(Numericalcontrol,iscalledNC)theenginebed.Itisbasedonthenumericalcontrol,hasusedthenumericalcontroltechnology,isloadedwiththeprocedurecontrolsystemtheenginebed.Itisbythemainengine,CNC,thedrive,thenumericalcontrolenginebedauxiliaryunit,theprogrammingmachineandothersomeappurtenancesiscomposed.

Thisdesignincludingthemainmovementofenginebeddesign,longitudinalentersforthedesign,alsoincludesthegearmoduluscomputationandtheexamination,themainaxlerigidityexaminationandsoon.

Keyword：numericalcontroltoolOpen-architecturemotor

当前的世界已进入信息时代，科技进步日新月异。生产领域和高科技领域中的竞争日益加剧，产品技术进步、更新换代的步伐不断加快。现在单件小批量生产的零件已占到机械加工总量的80%以上，而且要求零件的质量更高、精度更高，形状也日趋复杂化，这是摆在机床工业面前的一个突出问题。为了解决复杂、精密、单件小批量以及形状多变的零件加工问题，一种新型的机床——数字控制(Numericalcontrol)机床的产生也就是必然的了。

此次设计是数控机床主传动系统的设计，其中包括机床的主运动设计，纵向进给运动设计，还包括齿轮模数计算及校核，主轴刚度的校核等。

数控车床是基于数字控制的，它与普通车床不同，因此数控车床机械结构上应具有以下特点：

1．由于大多数数控车床采用了高性能的主轴，因此，数控机床的机械传动结构得到了简化。

2．为了适应数控车床连续地自动化加工，数控车床机械结构，具有较高的动态刚度，阻尼精度及耐磨性，热变形较小。

3．更多地采用高效传动部件，如滚动丝杆副等。CNC装置是数控车床的核心，用于实现输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储，数据的变换，插补运算以及实现各种控制功能。

2.2总体方案的拟定

1．根据设计所给出的条件，主运动部分z=18级，即传动方案的选择采用有级变速最高转速是2000r/min，最低转速是40r/min，。

2．纵向进给是一套独立的传动链，它们由步进电机，齿轮副，丝杆螺母副组成，它的传动比应满足机床所要求的。

3．为了保证进给传动精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杆螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙。齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构。

4．采用滚珠丝杆螺母副可以减少导轨间的摩擦阻力，便于工作台实现精确和微量移动，且方法简单。

主运动设计

参数的确定

一.了解车床的基本情况和特点---车床的规格系列和类型

1.通用机床的规格和类型有系列型谱作为设计时应该遵照的基础。因此，对这些基本知识和资料作些简要介绍。本次设计中的车床是普通型车床，其品种，用途，性能和结构都是普通型车床所共有的，在此就不作出详细的解释和说明了。

2.车床的主参数（规格尺寸）和基本参数（GB1582-79，JB/Z143-79）：

最大的工件回转直径D（mm）是400；刀架上最大工件回转直径D1大于或等于200；主轴通孔直径d要大于或等于36；主轴头号（JB2521-79）是6；最大工件长度L是750～2000；主轴转速范围是：32～1600；级数范围是：18；纵向进给量mm/r0.03～2.5；主电机功率（kw）是5.5～10。

传动件的设计

传动方案确定后，要进行方案的结构化，确定个零件的实际尺寸和有关布置。为此，常对传动件的尺寸先进行估算，如传动轴的直径、齿轮模数、离合器、制动器、带轮的根数和型号等。在这些尺寸的基础上，画出草图，得出初步结构化的有关布置与尺寸；然后按结构尺寸进行主要零件的验算，如轴的刚度、齿轮的疲劳强度等，必要时作结构和方案上的修改，重新验算，直到满足要求。

对于本次设计，由于是毕业设计，所以先用手工画出草图，经自己和指导老师的多次修改后，再用计算机绘出。

一.三角带传动的计算

三角带传动中，轴间距A可以较大。由于是摩擦传递，带与轮槽间会有打滑，亦可因而缓和冲击及隔离震动，使传动平稳。带传动结构简单，但尺寸，机床中多用于电机输出轴的定比传动。

目录

第一章引言1

第二章设计方案论证与拟定2

2.1总体方案的论证2

2.2总体方案的拟定2

2.3主传动系统总体方案图及传动原理2

第三章设计计算说明5

3.1主运动设计5

3.1.1参数的确定5

3.1.2传动设计6

3.1.3转速图的拟定8

3.1.4带轮直径和齿轮齿数的确定12

3.1.5传动件的设计19

3.2纵向进给运动设计38

3.2.1滚珠丝杆副的选择38

3.2.2驱动电机的选用42

结论47

篇7

(1)避免阳光的直接照射和其它热辐射、避免太潮

湿或粉尘过多的场所,尽量在空调环境中使用,保持室温20℃左右。由于我国处于温带气候、受季风影响、温

度差异大,对于精度高、价格贵的数控机床,应置于有空调的房间中使用。(2)要避免有腐蚀气体的场所。因

腐蚀气体易使电子元件变质,或造成接触不良,或造成

元件短路,影响机床的正常运行。(3)要远离振动大的设备(如冲床、锻压设备等)。对于高精度的机床还应采用防振措施(如防振沟等)。(4)要远离强电磁干扰源,使

机床工作稳定。

1.2数控机床的电源

数控系统对电源要求较严,一般要求工作电压为220V±10%。针对我国供电工况,对于有条件的企业,可

为数控机床采取专线供电或增设稳压装置,以减少供电品质差的影响,为数控系统的正常运行提供有力保证。

1.3数控机床配置合适的自动编程系统

手工编程对于外形不太复杂或编程量不大的零件

程序,简单易行。当工件比较复杂时(如凸轮或多维空

间曲面等),手工编程周期长(数天或数周)、精度差、易

出错。因此,快速、准确地编制程序就成为提高数控机床使用率的重要环节;为此,有条件的用户最好配置必

要的自动编程系统,提高编程效率。

1.4数控机床配置必要的附件和刀具

为了充分发挥数控机床的加工能力,必须配备必要

的附件和刀具。切忌花了几十万元钱买来一台数控机床,因缺少一个几十元或几百元的附件或刀具而影响整

机的正常运行。由于单独签订合同购买附件的单价大大高于随同主机一起供货的附件单价,因此,有条件的企业尽量在购买主机时一并购置易损部件及其它附件。

1.5加工前的准备

加工前要审查工件的数控加工工艺性,应重视生

产技术准备工作(包括工件数控加工工艺分析、加工程

序编制、工装与刀具配置、原材料准备及试切加工等)

以缩短生产准备时间,充分提高数控机床的使用效率。

合理安排适合在数控机床加工的各种工件,安排好数控机床加工运转所需的节拍。

1.6为维修保养做好准备

建立一支高水平的维修队伍,保存好设备的完整

2.数控机床的常见故障

2.1故障发生的阶段

故障是指设备或系统因自身原因而丧失规定功能的现象。发生故障具有相同的规律,一般分为三个区域:

(1)初期运行区,故障率较高,故障曲线呈上升趋势,此区故障多数属于设计制造和装配缺陷造成的。(2)正常

运行区,此时故障曲线趋近水平,故障率低,此区故障一

般是由操作和维护不良造成的偶发事故。(3)衰老区,此区故障率大,故障曲线上升快,主要原因是运行过久、机

件老化和磨损过度造成的。

2.2故障的分类

按结构分为机械和电气两类;按故障源分为机械故障和控制故障两类;就其数控系统而言分为硬件故障、软件故障、干扰故障三类。要判断是机械方面故障

还是控制系统故障,其分析方法是:先检查控制系统,

看程序能否正常运行,显示和其它功能键是否正常,有无报警现象等;再检查电机和检测元件,是否能正常运转,有无间歇或抖动现象,有无定位不准等问题。如果没有上述问题,则可初步判断故障原因在机械方面,着重检查传动环节。检查传动环节时应使电机断电,用手动并配合打表检查机器。

3.数控系统的常见故障分析

(1)位置环。这使数控系统发出控制指令,并与位

置检测系统的反馈值相比较,进一步完成控制任务的

关键环节;它有很高的工作频度,并与外设相联接,容易发生故障。常见的故障有:1)位控环报警:可能是测量回路开路,测量系统损坏,位控单元内部损坏。2)不

发指令就运动,可能是漂移过高,正反馈,位控单元故

障,测量元件损坏。3)测量元件故障,一般表现为无反馈值;机床回不了基准点;高速时漏脉冲产生报警,可

能的原因是光栅或读头脏了;光栅坏了。

(2)伺服驱动系统。它与电源电网、机械系统等相关联,工作中一直处于频繁的启动和运行状态,也是故

障多发部位。其主要故障有:1)系统损坏。一般由网络电压波动太大或电压冲击造成。地区电网质量不好,会给

机床带来电压超限,尤其是瞬间超限,若无专门的电压监控仪,则很难测到。在查找故障原因时,要加以注意,

还有一些是由于特殊原因造成的损坏。2)加工时工件表面达不到要求,走圆弧插补轴换向时出现凸台,电机低

速爬行或振动,这类故障一般是由于伺服系统调整不当,各轴增益系统不相等或与电机匹配不合适引起,解

决办法是进行最佳化调节。3)保险烧断,或电机过热,以至烧坏,这类故障一般是机械负载过大或卡死。

(3)电源部分。电源失效或故障的直接结果是造成系统的停机或毁坏整个系统。一般在欧美国家,这类问

题较少,在设计方面的因素考虑的不多;但在中国由于电源波动较大、质量差,还隐藏有高频脉冲类的干扰,加上人为的因素(如突然拉闸断电等),这些原因可造成电源故障失控或损坏。再者,数控系统部分运行数

据、设定数据以及加工程序等一般存贮在RAM存贮器内,系统断电后依靠电源的后备蓄电池或锂电池保持。

因而,停机时间比较长,拔插电源或存贮器都可能造成数据丢失,使系统不能运行。

(4)可编程序控制器逻辑接口。数控系统的逻辑控制(如刀库管理,液压启动等),主要由PLC实现,必须采

集各控制点的状态信息(如断电器,伺服阀,指示灯等),它与外界繁多的各种信号源和执行元件相连接,

变化频繁,发生故障的可能性较多,故障类型较多。

(5)其它。由于环境条件,例如干扰,温度,湿度超过允许范围,操作不当,参数设定不当,都可能造成停

机或故障。不按操作规程拔插线路板,或无静电防护措施等,也可能造成停机故障甚至毁坏系统。

4常见故障的排除方法

(1)初始化复位法。一般情况下,由于瞬时故障引起的系统报警,可用硬件复位或开关系统电源依次清

除故障;若系统工作存贮区由于掉电、拔插线路板或电池欠压造成混乱,则必须对系统进行初始化清除,清除前应注意作好数据拷贝记录;若初始化后故障仍无排除,则需进行硬件诊断。

(2)参数更改、程序更正法。系统参数是系统功能的依据,参数设定有误可能造成系统的故障或某功能

无效。有时由于用户程序错误亦可造成故障停机,对此可以采用系统的块搜索功能进行检查,改正所有错误,确保正常运行。

(3)调节、最佳化调整法。调节简单易行的办法,可通过对电位计的调节,修正系统故障。通过调节速度调

节器的比例系数和积分时间,可使伺服系统达到既有较高的动态响应特性,又不发生振荡的最佳工作状态。在现场没有示波器或记录仪的情况下,根据经验,先正向调节使电机起振,然后向反向慢慢调节,直到消除震荡即可。

(4)备件替换法。采用好的备件替换诊断出的坏线路板,并做相应的初始化启动,使机床迅速投入正常运转,

然后将坏板修理或返修,这是目前最常用的排故办法。

(5)改善电源质量法。目前一般采用稳压电源,以改善电源波动。对于高频干扰可用电容滤波法,通过这

些预防性措施可减少电源板的故障。

(6)维修信息跟踪法。一些大的制造公司根据实际工作中属于设计缺陷造成的偶然故障,可以不断修改和完善系统软件或硬件。这些修改以维修信息的形式不断提供给维修人员,以此做为故障排除的依据,有利于正确彻底地排除故障。

础上已设计了一套新型应力应变测试系统,该系统集

数据采集和处理功能于一体,减少了中间环节,操作更便捷、更简单且测试结果更精确[22]。

结束语

SHPB装置是研究材料动载特性的理想工具,SHPB

测试装置的发展是力学、材料学、计算机等技术在应用

领域的综合集成。各学科的协同发展将有力地推动

SHPB技术应用范围的扩大以及SHPB测试技术的提高。

参考文献

[1]马哓青.冲击动力学[M].北京:北京理工大学出版社,1992.

[2]KolskyH.Aninvestigationofthemechanicalpropertiesofmaterials

篇8

长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，CNC只能作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节，整个制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境(environment)以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境(environment)下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM中的设定量，因而影响CNC的工作效率和产品加工质量。由此可见，传统CNC系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了CNC向多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的制造过程，因此，对数控技术实行变革势在必行。

2.数控机床发展趋势

2.1性能发展方向

2.1.1高速高精高效化速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。

2.1.2柔性化包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。

2.1.3工艺复合性和多轴化以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。数控技术轴，西门子880系统控制轴数可达24轴。

2.1.4实时智能化早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境(environment)，其运用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域，实时智能控制的探讨和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理(manage)及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。

2.2功能发展方向

2.2.1用户界面图形化用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机(computer)软件研制中最困难的部分之一。当前INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。

2.2.2科学计算可视化科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术与虚拟环境(environment)技术相结合，进一步拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。在数控技术领域，可视化技术可用于CAD/CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理(manage)数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。

2.2.3插补和补偿方式多样化多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补(非均匀有理B样条插补)、样条插补(A、B、C样条)、多项式插补等。多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。

2.2.4内装高性能PLC数控系统内装高性能PLC控制模块，可直接用梯形图或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能。编程工具中包含用于车床铣床的标准PLC用户程序实例，用户可在标准PLC用户程序基础上进行编辑修改，从而方便地建立自己的应用程序。

2.2.5多媒体技术应用多媒体技术集计算机(computer)、声像和通信（communicate）技术于一体，使计算机(computer)具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。在数控技术领域，应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。

2.3体系结构的发展

2.3.1集成化采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。应用FPD平板显示技术，可提高显示器性能。平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大尺寸显示，成为和CRT抗衡的新兴显示技术，是21世纪显示技术的主流。应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融为一体。通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格，改进性能，减小组件尺寸，提高系统的可*性。

2.3.2模块化硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。根据不同的功能需求，将基本模块，如CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统。

2.3.3网络化机床联网可进行远程控制和无人化操作。通过机床联网，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行，不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。

3.存在的问题及相关解决方法深度思考

3.1不断加强技术创新是提高国产数控机床水平的关键国产数控机床缺乏核心技术，从高性能数控系统到关键功能部件基本都依赖进口，即使近几年有些国内制造商艰难地创出了自己的品牌，但其产品的功能、性能的可*性仍然与国外产品有一定差距。近几年国产数控机床制造商通过技术引进、海内外并购重组以及国外采购等获得了一些先进数控技术，但缺乏对机床结构与精度、可*性、人性化设计等基础性技术的研究，忽视了自主开发能力的培育，国产数控机床的技术水平、性能和质量与国外还有较大差距，同样难以得到大多数用户的认可。

3.2制造水平与管理手段依然落后一些国产数控机床制造商不够重视整体工艺与制造水平的提高，加工手段基本以普通机床与低效刀具为主，装配调试完全*手工，加工质量在生产进度的紧逼下不能得到稳定与提高。另外很多国产数控机床制造商的生产管理依然沿用原始的手工台账管理方式，工艺水平和管理效率低下使得企业无法形成足够生产规模。如国外机床制造商能做到每周装调出产品，而国内的生产周期过长且很难控制。因此我们在引进技术的同时应注意加强自身工艺技术改造和管理水平的提升。

3.3服务水平与能力欠缺也是影响国产数控机床占有率的一个重要因素由于数控机床产业发展迅速，一部分企业不顾长远利益，对提高自身的综合服务水平不够重视，甚至对服务缺乏真正的理解，只注重推销而不注重售前与售后服务。有些企业派出的人员对生产的数控机床缺乏足够了解，不会使用或使用不好数控机床，更不能指导用户使用好机床;有的对先进高效刀具缺乏基本了解，不能提供较好的工艺解决方案，用户自然对制造商缺乏信心。制造商的服务应从研究用户的加工产品、工艺、生产类型、质量要求入手，帮助用户进行设备选型，推荐先进工艺与工辅具，配备专业的培训人员和良好的培训环境，帮助用户发挥机床的最大效益、加工出高质量的最终产品，这样才能逐步得到用户的认同，提高国产数控机床的市场占有率。

3.4加大数控专业人才的培养力度从我国数控机床的发展形式来看需要三种层次的数控技术人才：第一种是熟悉数控机床的操作及加工工艺、懂得简单的机床维护、能够进行手工或自动编程的车间技术操作人员;第二种是熟悉数控机床机械结构及数控系统软硬件知识的中级人才，要掌握复杂模具的设计和制造知识，能够熟练应用UG、PRO/E等CAD/CAM软件，同时有扎实的专业理论知识、较高的英语水平并积累了大量的实践经验;第三种是精通数控机床结构设计以及数控系统电气设计、能够进行数控机床产品开发及技术创新的数控技术高级人才。我国应根据需要有目标的加大人才培养力度，为我国的数控机床产业提供强大的技术人才支撑

参考文献

（1）王爱玲教授主编的系列教材《现代数控技术系列》（六本）(①《现代数控原理及系统》②《现代数控机床伺服及检测技术》③《现代数控编程技术及应用》④《现代数控机床故障诊断及维修》、⑤《现代数控机床操作技术教程》⑥《现代数控机床》)，2002年1月国防工业出版社出版以来，2004年已3次印刷，2005年1月再版。

（2）李郝林主编：《机床数控技术》，机械工业出版社出版，2002年9月第1版；

（3）宋本基主编：《数控机床》，哈尔滨工程大学出版，1999年3月第1版；

（4）王永章等主编：《数控技术》，高等教育出版社，2003年4月第2次印刷；

（5）朱晓春主编.数控技术[M].机械工业出版社，2006年9月；

（6）冯志刚主编.数控宏程序编程方法、技巧与实例[M].机械工业出版社，2007年7月。

篇9

二、数控机床外观造型设计

在数控机床外观造型设计过程中，坚持下列基本原则：

（1）数控机床的色彩设计要满足以下特点：第一，色彩的表达要与机床的相应功能相统一，在不同功能部位设计不同的色彩进行区分。第二，根据人机协调的原则，采用偏中性的色彩设计，降低工人的疲劳感。第三，色彩的设计要与相应的工作环境协调，不同的环境采用不同的色彩，比如在寒冷的环境用暖色调，高温环境用冷色调。第四，美学原则，在外观色彩设计时要搭配适当色彩带给人美得心里感受。第五，符合企业的品牌形象，对同一品牌机床的色彩设计要大体上同一并具有一定的延续性，有利于建立长久的品牌形象认知。

（2）形态设计的原则，数控机床的设计要符合单纯化原则，坚持简洁、大方的形态设计。首先，在加工制造中均衡与稳定的形态更容易让人产生安全感。其次，机床形态设计要在单纯、稳定和均衡的基础上，做到变化与统一相互结合，减少单调、刻板的感觉。

（3）人机工程设计原则。数控机床的人机工程设计就要符合安全性，又要满足易用性。在外观设计时必须重点考虑操作人员的安全，在任何工作环境下都能保证操作人员的安全，要让数控机床在外观上能够直观区分功能区域，观察窗口、操作面板、拉门把手、按键大小等的位置设置要合理科学，符合一般人的操作习惯。

（4）绿色机床原则。在数控机床设计时，既要采用合理科学的结构，以降低加工过程中的能量消耗，又要尽量使用可再生材料，有效使机床轻量化。

三、数控机床外观造型设计的发展趋势

对数控机床行业来说，重视产品的外观造型，不仅仅出于对美的追求，更多的是为了适应市场的变化和需求，维护企业形象，提高品牌价值，更好地提高企业产品的竞争力。

1.符合“以人为本”的设计理念

“以人为本”的设计理念是当今数控机床设计理念的发展趋势，因为机器始终为人辅助，由人来操作，只有在设计中关注“人”的因素，才能符合人类的可持续发展这一需求。

篇10

第二章总体方案的设计

2.1设计任务本设计任务是对CA6140普通车床进行数控改造。利用微机对纵、横向进给系统进行开环控制，纵向（Z向）脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向（X向）脉冲当量为0.005mm/脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副，刀架采用自动转位刀架。2.2总体方案的论证对于普通机床的经济型数控改造，在确定总体设计方案时，应考虑在满足设计要求的前提下，对机床的改动应尽可能少，以降低成本。（1）数控系统运动方式的确定数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位直线控制系统、连续控制系统。由于要求CA6140车床加工复杂轮廓零件，所以本微机数控系统采用两轴联动连续控制系统。（2）伺服进给系统的改造设计数控机床的伺服进给系统有开环、半闭环和闭环之分。因为开环控制具有结构简单、设计制造容易、控制精度较好、容易调试、价格便宜、使用维修方便等优点。所以，本设计决定采用开环控制系统。（3）数控系统的硬件电路设计任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件是数控系统的基础，性能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效地运行。在设计的数控装置中，CPU的选择是关键，选择CPU应考虑以下要素：1.时钟频率和字长与被控对象的运动速度和精度密切相关；2.可扩展存储器的容量与数控功能的强弱相关；3.I/O口扩展的能力与对外设控制的能力相关。除此之外，还应根据数控系统的应用场合、控制对象以及各种性能、参数要求等，综合起来考虑以确定CPU。在我国，普通机床数控改造方面应用较普遍的是Z80CPU和MCS-51系列单片机，主要是因为它们的配套芯片便宜，普及性、通用性强，制造和维修方便，完全能满足经济型数控机床的改造需要。本设计中是以MCS-51系列单片机，51系列相对48系列指令更丰富，相对96系列价格更便宜，51系列中，是无ROM的8051，8751是用EPROM代替ROM的8051。目前，工控机中应用最多的是8031单片机。本设计以8031芯片为核心，增加存储器扩展电路、接口和面板操作开关组成的控制系统。2.3总体方案的确定经总体设计方案的论证后，确定的CA6140车床经济型数控改造示意图如图所示。CA6140车床的主轴转速部分保留原机床的功能，即手动变速。车床的纵向（Z轴）和横向（X轴）进给运动采用步进电机驱动。由8031单片机组成微机作为数控装置的核心，由I/O接口、环形分配器与功率放大器一起控制步进电机转动，经齿轮减速后带动滚珠丝杠转动，从而实现车床的纵向、横向进给运动。刀架改成由微机控制的经电机驱动的自动控制的自动转位刀架。为保持切削螺纹的功能，必须安装主轴脉冲发生器，为此采用主轴靠同步齿形带使脉冲发生器同步旋转，发出两路信号：每转发出的脉冲个数和一个同步信号，经隔离电路以及I/O接口送给微机。如图2－1所示：

第三章微机数控系统硬件电路设计

3.1微机数控系统硬件电路总体方案设计本系统选用8031CPU作为数控系统的中央处理机。外接一片2764EPROM，作为监控程序的程序存储器和存放常用零件的加工程序。再选用一片6264RAM用于存放需要随机修改的零件程序、工作参数。采用译码法对扩展芯片进行寻址，采用74LS138译码器完成此功能。8279作为系统的输入输出口扩展，分别接键盘的输入、输出显示，8255接步进电机的环形分配器，分别并行控制X轴和Z轴的步进电机。另外，还要考虑机床与单片机之间的光电隔离，功率放大电路等。其硬件框图如图3－1所示：图3－28031芯片内部结构图各引脚功能简要介绍如下：⒈源引脚VSS：电源接地端。VCC：＋5V电源端。⒉输入/输出（I/O）口线8031单片机有P0、P1、P2、P34个端口，每个端口8根I/O线。当系统扩展外部存储器时，P0口用来输出低8位并行数据，P2口用来输出高8位地址，P3口除可作为一个8位准双向并行口外，还具有第二功能，各引脚第二功能定义如下：P3.0RXD：串行数据输入端。P3.1TXD：串行数据输出端P3.2INT0：外部中断0请求信号输入端。P3.3INT1：外部中断1请求信号输入端。P3.4T0：定时器/计数器0外部输入端P3.5T1：定时器/计数器1外部输入端P3.6WR：外部数据存储器写选通。P3.7RD：外部数据存储器读选通。在进行第二功能操作前，对第二功能的输出锁存器必须由程序置1。⒊信号控制线RST/VPD：RST为复位信号线输入引脚，在时钟电路工作以后，该引脚上出现两个机器周期以上的高电平，完成一次复位操作。8031单片机采用两种复位方式：一种是加电自动复位，另一种为开关复位。ALE/PROG：ALE是地址锁存允许信号。它的作用是把CPU从P0口分时送出的低8位地址锁存在一个外加的锁存器中。外部程序存储器读选通信号。当其为低电平时有效。

VPP：当EA为高电平且PC值小于0FFFH时CPU执行内部程序存储器中的程序。当EA为低电平时，CPU仅执行外部程序存储器中的程序。XTAL1：震荡器的反相放大器输入，使用外部震荡器时必须接地；XTAL2：震荡器的反相放大器输出，使用外部震荡器时，接收震荡信号；（2）片外三总线结构单片机在实际应用中，常常要扩展外部存储器、I/O口等。单片机的引脚，除了电源、复位、时钟输入以及用户I/O口外，其余的引脚都是为了实现系统扩展而设置的，这些引脚构成了三总线形式：⒈地址总线AB地址总线宽度为16位。因此，外部存储器直接寻址范围为64KB。由P0口经地址锁存器提供16位地址总线的低8位地址（A7～A0），P2口直接提供高8位地址（A15～A8）。⒉数据总线DB数据总线宽度为8位，由P0口提供。⒊控制总线CB控制总线由第二功能状态下的P3口和4根独立的控制线RST、EA、ALE和PSEN组成。其引脚图如图3－3所示：3.1.28255A可编程并行I/O口扩展芯片8255A可编程并行I/O口扩展芯片可以直接与MCS系列单片机系统总线连接，它具有三个8位的并行I/O口，具有三种工作方式，通过编程能够方便地采用无条件传送、查询传送或中断传送方式完成CPU与设备之间的信息交换。8255A的结构及引脚功能：1、8255A的结构8255A的内部结构如图3－4所示。其中包括三个8位并行数据I/O端口，二个工作方式控制电路，一个读/写控制逻辑电路和一个8位数据总线缓冲器。各部分功能介绍如下：（1）三个8位并行I/O端口A、B、CA口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入锁存器。可编程为8位输入、或8位输出、或8位双向寄存器。B口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位输入或输出寄存器，但不能双向输入/输出。C口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入缓冲器，C口可分作两个4位口，用于输入或输出，也可作为A口和B口选通方式工作时的状态控制信号。（2）工作方式控制电路A、B两组控制电路把三个端口分成A、B两组，A组控制A口各位和C口高四位，B组控制B口各位和C口低四位。两组控制电路各有一个控制命令寄存器，用来接收由CPU写入的控制字，以决定两组端口的工作方式。也可根据控制字的要求对C口按位清“0”或置“1”。（3）读/写控制逻辑电路它接收来自CPU的地址信号及一些控制信号，控制各个口的工作状态。（4）数据总线缓冲器它是一个三态双向缓冲器，用于和系统的数据总线直接相连，以实现CPU和8255A之间信息的传送。

参考文献：

[1]王润孝，秦现生.机床数控原理与系统.西安:西北工业大学出版社,2000

[2]李华，MCS-51单片机实用接口技术.北京:北京航空航天大学出版社,1993

[3]李圣怡等，Windows环境下软硬件接口设计.长沙:国防科技大学出版社,2001

[4]顾京，数控加工编程及操作.北京:高等教育出版社,2002

[5]周伟平，机械制造技术.武汉:华中科技大学出版社,2002

篇11

当进给运动超过由软件设定的软限位或由限位开关决定的硬限位时，就会发生超程报警，一般会在CRT上显示报警内容，根据数控系统说明书，即可排除故障，解除超程。

1.2爬行

一般是由于进给传动链的状态不良、伺服系统增益过低及外加负载过大等因素所致。尤其要注意的是，伺服和滚珠丝杠连接用的联轴器，由于连接松动或联轴器本身的缺陷，如裂纹等，造成滚珠丝杠转动或伺服的转动不同步，从而使进给忽快忽慢，产生爬行现象。

1.3窜动

在进给时出现窜动现象，其可能原因有：1、接线端子接触不良，如紧固的螺钉松动；2、位置控制信号受到干扰；3、测速信号不稳定，如测速装置故障、测速反馈信号干扰等。如果窜动发生在正、反向运动的瞬间，则一般是由于进给传动链的反向间隙或者伺服系统增益过大引起。

1.4过载

当进给运动的负载过大、参数设定错误、频繁正、反向运动以及进给传动链状态不良时，均会引起过载的故障。此故障一般机床可以自行诊断出来，并在CRT显示屏上显示过载、过热或过电流报警。同时，在进给伺服模块上用指示灯或者数码管显示驱动单元过载、过电流等报警信息。

1.5伺服电动机不转

当速度、位置控制信号未输出、或者使能信号（即伺服允许信号，一般为DC+24V继电器线圈电压）未接通以及进给驱动单元故障都会造成此故障。此时应测量数控装置的指令输出端子的信号是否正常，通过CRT观察I/O状态，分析机床PLC梯形图（或流程图），以确定进给轴的启动条件，观察如、冷却等是否满足。如是进给驱动单元故障则用交换法，可判断出相应单元是否有故障。

2伺服进给系统常见故障典型案例分析

（1）一台配套FANUC7M系统的加工中心，进给加工过程中，发现Y轴有振动现象。

为了判定故障原因，将机床操作方式置于手动方式，用手摇脉冲发生器控制Y轴进给，发现Y轴仍有振动现象。在此方式下，通过较长时间的移动后，Y轴速度单元上OVC报警灯亮。证明Y轴伺服驱动器发生了过电流报警，根据以上现象，分析可能的原因如下：

①电动机负载过重；②机械传动系统不良；③位置环增益过高；④伺服电动机不良，等等。

维修时通过互换法，确认故障原因出在直流伺服电动机上。卸下Y轴电动机，经检查发现2个电刷中有1个的弹簧己经烧断，造成了电枢电流不平衡，使电动机输出转矩不平衡。另外，发现电动机的轴承亦有损坏，故而引起-轴的振动与过电流。更换电动机轴承与电刷后，机床恢复正常。

（2）一台配套FANUC6ME系统的加工中心。轴在运动时速度不稳.由运动到停止的过程中，在停止位置出现较大幅度的振荡，有时不能完成定位，必须关机后，才能重新工作。

分析与处理过程：仔细观察机床的振动情况，发现，X轴振荡频率较低，且无异常声。从振荡现象上看，故障现象与闭环系统参数设定有关，如：系统增益设定过高、积分时间常数设定过大等。

检查系统的参数设定、伺服驱动器的增益、积分时间电位器调节等均在合适的范围，且与故障前的调整完全一致，因此可以初步判断，轴的振荡与参数的设定与调节无关。为了进一步验证，维修时在记录了原调整值的前提下，将以上参数进行了重新调节与试验，发现故障依然存在，证明了判断的正确性。

在以上基础上，将参数与调整值重新回到原设定后，对伺服电动机与测量系统进行了检查。首先清理了测速发电机和伺服电动机的换向器表面，并用数字表检查测速发电机绕组情况。检查发现，该伺服电动机的测速发电机转子与电动机轴之间的连接存在松动，粘接部分已经脱开；经重新连接后，开机试验，故障现象消失，机床恢复正常工作。

（3）一台数控铣床，采用FUNAC6M系列三轴一体型伺服驱动器，开机后，X轴工作正常，但是手动移动Z轴，发现在较小范围内，Z轴可以运动，但继续移动Z轴，系统出现伺服报警。

分析和处理过程：根据故障现象，检查机床实际工作情况，发现开机后Z轴可以少量运动，不久温度迅速上升，表面发烫。

分析引起以上故障的原因，可能是机床电气控制系统故障或机械传动系统不良。为确定故障部位，考虑到本机床采用半闭环结构，维修时首先松开伺服与丝杠的连接，并再次开机实验，发现故障现象不变，故确认报警是由于电气控制系统不良引起。

由于机床Z轴伺服带有制动器，开机测量制动器的输入电压正常，在系统、驱动器关机的情况下，对制动器单独加入电源进行试验，手动转动Z轴，发现制动器松开，手动转动轴平稳、轻松，证明制动器工作良好。

为了进一步缩小故障部位，确认Z轴伺服的工作情况，维修时利用不同规格的X轴在机床侧进行互换实验，发现换上的同样出现发热现象，且工作时故障现象不变，从而排除了伺服本身原因。

为了确认驱动器的工作情况，维修时在驱动器侧，对Z轴的驱动器进行互换实验，即将X轴驱动器与Z轴伺服链接，Z轴驱动器与X轴连接。经实验发现故障转移到X轴，Z轴工作恢复正常

根据以上实验，乐意确认以下几点：

①机床机械传动系统正常，制动器工作良好；

②数控系统工作正常，因为当Z轴驱动器带动X轴时，机床无报警；

③Z轴伺服工作正常，因为将它在机床侧与X轴互换后，工作正常；

④Z轴驱动器工作正常，因为通过X轴驱动器在电柜侧互换，控制Z轴后，同样发生故障。

综合以上判断，可以确认故障是由于Z轴伺服的电缆连接引起的。

仔细检查伺服的电缆连接，发现该机床在出厂时电枢线连接错误，即驱动器的L/M/N端子未与插头的A/B/C连接端一一对应，相序存在错误，重新连接后，故障消失，Z轴可以正常工作。

（4）一台配套FUNAC6ME系统的加工中心，X轴在静止时机床工作正常，无报警；但在X轴运动过程中，出现振动，伴有噪声。

分析与处理过程：由于机床在X轴静止时机床工作正常，无报警，初步判定数控系统与驱动器无故障。考虑到X轴运动时定位正确，因此，进一步判定系统X位置环工作正常。检查X轴的振动情况，经观察发现，振动的频率与运动速度有关，运动速度快振动频率较高，运动速度慢则振动频率低，初步认为故障与速度反馈环节有关。分析引起以上故障可能的原因有：

①测速发电机不良；②测速发电机连接不良；③直流伺服电动机不良。

篇12

②在线诊断和离线诊断。在线诊断是指通过数控系统的控制程序，在系统处于正常运行状态下，实时自动地对数控装置、PLC控制器、伺服系统、PLC的输入输出和其他外部装置进行自检，并显示状态信息、故障信息。脱机诊断当数控系统出现故障时，需要停机进行检查，这就是脱机诊断。脱机诊断的目的是修复系统的错误和定位故障，将故障定位在最小的范围。

远程诊断实现远程诊断的数控系统，必须具备计算机网络功能。因此，远程诊断是近几年发展起来的一种新型的诊断技术。数控机床利用数控系统的网络功能通过互联网连接到机床制造厂家，数控机床出现故障后，通过机床厂家的专业人员远程诊断，快速确诊故障。

2数控机床故障的实用诊断方法

①诊断常用的仪器、仪表及工具万用表－可测电阻、交、直流电压、电流。

相序表－可检测直流驱动装置输入电流的相序。转速表－可测量伺服电动机的转速，是检查伺服调速系统的重要依据。钳形电流表－可不断线检测电流。测振仪－是振动检测中最常用、最基本的仪器。短路追踪仪－可检测电气维修中经常碰到的短路故障现象。逻辑测试笔－可测量数字电路的脉冲、电平。IC测试仪－用于数控系统集成电路元件的检测和筛选。工具－弹头钩形扳手、拉锥度平键工具、弹性手锤、拉卸工具等。

②诊断用技术资料主要有：数控机床电气说明书，电气控制原理图，电气连接图，参数表，PLC程序，编程手册，数控系统安装与维修手册，伺服驱动系统使用说明书等。数控机床的技术资料非常重要，必须参照机床实物认真仔细地阅读。一旦机床发生故障，在进行分析的同时查阅相关资料。

③故障处理。故障软故障－由调整、参数设置或操作不当引起硬故障－由数控机床（控制、检测、驱动、液气、机械装置）的硬件失效引起。

故障处理对策除非出现影响设备或人身安全的紧急情况，不要立即切断机床的电源，应保持故障现场。从机床外观、CRT显示的内容、主板或驱动装置报警灯等方面进行检查。可按系统复位键，观察系统的变化，报警是否消失。如消失，说明是随机性故障或是由操作错误引起的。如不能消失，把可能引起该故障的原因罗列出来，进行综合分析、判断，必要时进行一些检测或试验，达到确诊故障的目的。

④数控系统故障诊断方法。直观法（望闻问切）：问－机床的故障现象、加工状况等看－CRT报警信息、报警指示灯、电容器等元件变形烟熏烧焦、保护器脱扣等听－异常声响闻－电气元件焦糊味及其它异味摸－发热、振动、接触不良等。参数检查法：参数通常是存放在RAM中，有时电池电压不足、系统长期不通电或外部干扰都会使参数丢失或混乱，应根据故障特征，检查和校对有关参数。隔离法：一些故障，难以区分是数控部分，还是伺服系统或机械部分造成的，常采用隔离法。同类对调法用同功能的备用板替换被怀疑有故障的模板，或将功能相同的模板或单元相互交换。功能程序测试法：将G、M、S、T、功能的全部指令编写一些小程序，在诊断故障时运行这些程序，即可判断功能的缺失。

⑤故障诊断应遵循的原则。第一，先外部后内部数控机床的检修要求维修人员掌握先外部后内部的原则，由外向内逐一进行检查排除。第二，先机械后电气首先检查机械是否正常，行程开关是否灵活，气动液压部分是否正常等，在故障检修之前，首先注意排除机械的故障。第三，先静后动维修人员本身要做到先静后动。首先询问机床操作人员故障发生的过程及状态，查阅机床说明书、图纸资料，进行分析后，才可动手查找和处理故障。

数控机床是现代化企业进行生产的一种重要物质基础，是完成生产过程的重要技术手段，强化管理是关键，“防”与“治”的结合是解决数控机床“使用难、维修难”的唯一途径。