自动化机床论文范文
时间：2023-03-23 04:39:44
导语：如何才能写好一篇自动化机床论文，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
论文摘要：数控机床电气系统故障的调查、分析与诊断的过程也就是故障的排除过程，一旦查明了原因，故障也就几乎等于排除了。因此故障分析诊断的方法十分重要。
一、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。
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。
下面把电气故障的常用诊断方法综列于下。
(1)直观检查法这是故障分析之初必用的方法，就是利用感官的检查。
①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。
②目视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，局部查看有无保险烧煅，元器件烧焦、开裂、电线电缆脱落，各操作元件位置正确与否等等。
(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，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。
(3)信号与报警指示分析法
①硬件报警指示这是指包括数控系统、伺服系统在内的各电子、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。
(4)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。
(5)参数调整法数控系统、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。此类故障多指故障分类一节中后一类故障，需要重新调整相关的一个或多个参数方可排除。
(6)备件置换法当故障分析结果集中于某一印制电路板上时，由于电路集成度的不断扩大而要把故障落实于其上某一区域乃至某一元件是十分困难的，为了缩短停机时间，在有相同备件的条件下可以先将备件换上，然后再去检查修复故障板。
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。
(7)交叉换位法当发现故障板或者不能确定是否故障板而又没有备件的情况下，可以将系统中相同或相兼容的两个板互换检查，例如两个坐标的指令板或伺服板的交换从中判断故障板或故障部位。这种交叉换位法应特别注意，不仅硬件接线的正确交换，还要将一系列相应的参数交换，否则不仅达不到目的，反而会产生新的故障造成思维的混乱，一定要事先考虑周全，设计好软、硬件交换方案，准确无误再行交换检查。
(8)特殊处理法当今的数控系统已进入PC基、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、甚至还有使用者自己的软件，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或者其他有效的方法。
二、电气维修与故障的排除
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。
2、数控系统位置环故障
①位置环报警。可能是位置测量回路开路；测量元件损坏；位置控制建立的接口信号不存在等。
②坐标轴在没有指令的情况下产生运动。可能是漂移过大；位置环或速度环接成正反馈；反馈接线开路；测量元件损坏。
3、机床坐标找不到零点。可能是零方向在远离零点；编码器损坏或接线开路；光栅零点标记移位；回零减速开关失灵。
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论文的参考文献是有标准的写作格式的，作者在写作时应该对引用是学术研究成果的完整和准确性负责任，那么我们要怎么来写论文的参考文献呢？以下是学术参考网小编整理的数控车床毕业论文参考文献范例，给大家欣赏。
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论文摘要 随着液压伺服控制技术的飞速发展，液压伺服系统的应用越来越广泛，随之液压伺服控制也出现了一些新的特点，基于此对于液压伺服系统的工作原理进行研究，并进一步探讨液压传动的优点和缺点和改造方向，以期能够对于相关工作人员提供参考。
一、引言
液压控制技术是以流体力学、液压传动和液力传动为基础，应用现代控制理论、模糊控制理论，将计算机技术、集成传感器技术应用到液压技术和电子技术中，为实现机械工程自动化或生产现代化而发展起来的一门技术，它广泛的应用于国民经济的各行各业，在农业、化工、轻纺、交通运输、机械制造中都有广泛的应用，尤其在高、新、尖装备中更为突出。随着机电一体化的进程不断加快，技术装各的工作精度、响应速度和自动化程度的要求不断提高，对液压控制技术的要求也越来越高，文章基于此，首先分析了液压伺服控制系统的工作特点，并进一步探讨了液压传动的优点和缺点和改造方向。
二、液压伺服控制系统原理
目前以高压液体作为驱动源的伺服系统在各行各业应用十分的广泛，液压伺服控制具有以下优点：易于实现直线运动的速度位移及力控制，驱动力、力矩和功率大，尺寸小重量轻，加速性能好，响应速度快，控制精度高，稳定性容易保证等。
液压伺服控制系统的工作特点： (1)在系统的输出和输入之间存在反馈连接，从而组成闭环控制系统。反馈介质可以是机械的，电气的、气动的、液压的或它们的组合形式。(2)系统的主反馈是负反馈，即反馈信号与输入信号相反，两者相比较得偏差信号控制液压能源，输入到液压元件的能量，使其向减小偏差的方向移动，既以偏差来减小偏差。 (3)系统的输入信号的功率很小，而系统的输出功率可以达到很大。因此它是一个功率放大装置，功率放大所需的能量由液压能源供给，供给能量的控制是根据伺服系统偏差大小自动进行的。
综上所述，液压伺服控制系统的工作原理就是流体动力的反馈控制。即利用反馈连接得到偏差信号，再利用偏差信号去控制液压能源输入到系统的能量，使系统向着减小偏差的方向变化，从而使系统的实际输出与希望值相符。
在液压伺服控制系统中，控制信号的形式有机液伺服系统、电液伺服系统和气液伺服系统。机液伺服系统中系统的给定、反馈和比较环节采用机械构件，常用机舵面操纵系统、汽车转向装置和液压仿形机床及工程机械。但反馈机构中的摩擦、间隙和惯性会对系统精度产生不利影响。电液伺服系统中误差信号的检测、校正和初始放大采用电气和电子元件或计算机，形成模拟伺服系统、数字伺服系统或数字模拟混合伺服系统。电液伺服系统具有控制精度高、响应速度高、信号处理灵活和应用广泛等优点，可以组成位置、速度和力等方面的伺服系统。
三、液压传动帕优点和缺点
液压传动系统的主要优点液压传动之所以能得到广泛的应用，是因为它与机械传动、电气传动相比，具有以下主要优点：
1 液压传动是由油路连接，借助油管的连接可以方便灵活的布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克服长驱动轴效率低的缺点。由于液压缸的推力很大，且容易布置。在挖掘机等重型工程机械上已基本取代了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观大方。
2 液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如相同功率液压马达的体积为电动机的12％～13％。液压泵和液压马达单位功率的体积目前是发电机和电动机的1／10，可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达可实现无级调速，调速范围可达1：2000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。
3 传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。因此，金属切削机床中磨床的传动现在几乎都采用液压传动。液压装置易于实现过载保护，使用安全、可靠，不会因过载而造成主件损坏：各液压元件能同时自行，因此使用寿命长。液压传动容易实现自动化。借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易的实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。液压元件己实现了标准化、系列化、和通用化，便于设计、制造和推广使用。
液压传动系统的主要缺点：1液压系统的漏油等因素，影响运动的平稳性和正确性，使液压传动不能保证严格的传动比：2液压传动对油温的变化比较敏感，温度变化时，液体勃性变化引起运动特性变化，使工作稳定性受到影响，所以不宜在温度变化很大的环境条件下工作：3为了减少泄漏以及满足某些性能上的要求，液压元件制造和装配精度要求比较高，加工工艺比较复杂。液压传动要求有单独的能源，不像电源那样使用方便。液压系统发生的故障不易检查和排除。
总之，液压传动的优点是主要的，随着设计制造和使用水平的不断提高，有些缺点正在逐步加以克服。
四、机床数控改造方向
(一)加工精度。精度是机床必须保证的一项性能指标。位置伺服控制系统的位置精度在很大程度上决定了数控机床的加工精度。因此位置精度是一个极为重要的指标。为了保证有足够的位置精度，一方面是正确选择系统中开环放大倍数的大小，另一方面是对位置检测元件提出精度的要求。因为在闭环控制系统中，对于检测元件本身的误差和被检测量的偏差是很难区分出来的，反馈检测元件的精度对系统的精度常常起着决定性的作用。在设计数控机床、尤其是高精度或太中型数控机床时，必须精心选用检测元件。所选择的测量系统的分辨率或脉冲当量，一般要求比加工精度高一个数量级。总之，高精度的控制系统必须有高精度的检测元件作为保证。
(二)先局部后整体。确定改造步骤时，应把整个电气设备部分改造先分成若干个子系统进行，如数控系统、测量系统、主轴、进给系统、面板控制与强电部分等，待各系统基本成型后再互联完成全系统工作。这样可使改造工作减少遗漏和差错。在每个子系统工作中，应先做技术性较低的、工作量较大的工作，然后做技术性高的、要求精细的工作，做到先易后难、先局部后整体，有条不紊、循序渐进。
(三)提高可靠性。数控机床是一种高精度、高效率的自动化设备，如果发生故障其损失就更大，所以提高数控机床的可靠性就显得尤为重要。可靠度是评价可靠性的主要定量指标之一，其定义为：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。对数控机床来说，它的规定条件是指其环境条件、工作条件及工作方式等，例如温度、湿度、振动、电源、干扰强度和操作规程等。这里的功能主要指数控机床的使用功能，例如数控机床的各种机能，伺服性能等。
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论文摘要:文章对数控机床的爬行与振动故障原因作了简单分析，指出一些诊断排故的方法和策略
数控机床是集机、电、液、气、光等为一体的自动化机床，经各部分的执行功能，最后共同完成机械执行机构的移动、转动、夹紧、松开、变速和换刀等各种动作，实现切削加工任务。工作时，各项功能相互结合，发生故障时也混在一起，故障现象和原因并非简单一一对应。一种故障现象可能有几种不同的原因，大部分故障以综合形式出现，数控机床的爬行与振动就是一个明显的例子。
数控机床进给伺服系统所驱动的移动部件在低速运行时，出现移动部件开始不能启动，启动后又突然作加速运动，而后又停顿，继而又作加速运动，如此周而复始，这种移动部件忽停忽跳，忽快忽慢的运动现象，称为爬行；而当其高速运行时，移动部件又出现明显的振动。这一故障现象就是典型的进给系统的爬行与振动故障。
造成这类故障的原因有多种可能，可能是因为机械部分出现了故障所导致，也可能是进给系统电气部分出现了问题，还可能是机械部分与电气部分的综合故障所造成，甚至可能因编程有误也会产生爬行故障。
一、分析机械部分原因与对策
因为数控机床低速运行时的爬行现象往往取决于机械传动部分的特性，高速时的振动又通常与进给传动链中运动副的预紧力有关，由此数控机床的爬行与振动故障可能会在机械部分。
如果在机械部分，首先应该检查导轨副。因为移动部件所受的摩擦阻力主要是来自导轨副，如果导轨副的动、静摩擦系数大，且其差值也大，将容易造成爬行。尽管数控机床的导轨副广泛采用了滚动导轨、静压导轨或塑料导轨，如果导轨间隙调整不好，仍会造成爬行或振动。对于静压导轨副应着重检查静压是否到位，对于塑料导轨可检查有否杂质或异物阻碍导轨副运动，对于滚动导轨则应检查预紧措施是否良好。关注导轨副的也有助于分析爬行问题，导轨副状态不好，导轨的油不足够，致使溜板爬行。这时，添加油，且采用具有防爬作用的导轨油是一种非常有效的措施。这种导轨油中有极性添加剂，能在导轨表面形成一层不易破裂的油膜，从而改善导轨的摩擦特性防止爬行。
其次，要检查进给传动链。因为在进给系统中，伺服驱动装置到移动部件之间必定要经过由齿轮、丝杠螺母副或其他传动副所组成的传动链。定位精度下降、反向间隙增大也会使工作台在进给运动中出现爬行。通过调整轴承、丝杠螺母副和丝杠本身的预紧力，调整松动环节，调整补偿环节，都可有效地提高这一传动链的扭转和拉压刚度（即提高其传动刚度），对于提高运动精度，消除爬行非常有益；另外传动链太长，传动轴直径偏小，支承座的刚度不够也是引起爬行的因素。因此，在检查时也要考虑这些方面是否有缺陷，逐个排查。
二、分析进给伺服系统原因与对策
如果故障原因在进给伺服系统，则需分别检查伺服系统中各有关环节。数控机床的爬行与振动问题属于速度问题，与进给速度密切相关，所以也就离不开分析进给伺服系统的速度环，检查速度调节器故障一是给定信号，二是反馈信号，三是速度调节器自身故障。根据故障特点（如振动周期与进给速度是否成比例变化）检查电动机或测速发电机表面是否光整；还可检查系统插补精度是否太差，检查速度环增益是否太高；与位置控制有关的系统参数设定有无错误；伺服单元的短路棒或电位器设定是否正确；增益电位器调整有无偏差以及速度控制单元的线路是否良好，应对这些环节逐项检查、分类排除。
三、其它因素
有时故障既不是机械部分的原因，又不是进给伺服系统的原因，有可能是其它原因如编程误差。如FANUC 6M系统数控机床在一次切削加工时出现过载爬行。经过仔细核查，发现电动机故障引起过载，更换电动机过载消除，可爬行还是存在。先从机床着手寻找故障原因，结果核实传动链没问题，又查进给伺服系统确认无故障，随后对加工程序进行检查，发现工件曲线的加工，采用细微分段圆弧逼近来实现，而在编程中用了G61指令，也即每加工一段就要进行一次到位停止检查，从而使机床出现爬行现象，将G61改为G64指令连续切削，爬行消除。
如果故障既有机械部分的原因，又有进给伺服系统的原因，很难分辨出引起这一故障的主要矛盾，这是制约我们迅速查出故障原因的重要因素。面对这种情况，要进行多方面的检测，运用机械、电气、液压等方面的综合知识，采取综合分析判断，排除故障。
数控机床是技术密集和知识密集的设备，故障现象是多样的，其表现形式也没有简单的规律可遵循，这就要求维修的技术人员要有电子技术、计算机技术、电气自动化技术、检测技术、机械理论与实践技术、液压与气动等较全面的综合技术知识，还要求具有综合分析和解决问题的能力。
参考文献：
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论文关键词：自动焊接,数学模型,控制
为保证焊接产品质量的稳定性、提高生产效率、适应先进制造技术的发展要求，实现焊接自动化生产已经成为必然的趋势。本研究课题针对目前在实际生产中复杂空间取消焊缝焊接任务所占比重较大、而且难以人工焊接实现，以及国内相关技术研究较少的现状，对多功能自动焊接伺服控制技术进行了研究。
1自动焊接开放式数控系统
基于开放式数控系统的焊接数控系统是一个结构开放，功能模块化、标准化性能强大的焊接数字化系统，将改变传统的焊接数控系统结构封闭的局面，解决变化频繁的需求与封闭控制系统之间的矛盾，从而建立一个统一的可重构的系统平台，增强系统的柔性。同时，自动焊接开放式数控系统具备以下有点：成本低，软件开发环境完备，软件资源丰富，可移植性可扩展性互补性均较好等。
本文所设计的自动焊接机床，可焊接多种类型的工件，实时控制系统各模块之间保留了统一的接口，根据用户的需要可随时添加所需的模块，既满足了用户的需要，又提高了该机床的实用性。
2 设计
2.1机床本体的设计
自动焊接机床主要包括机床本体和焊接设备两部分。机床本体由机械部分和控制柜(硬件及软件)组成。而焊接装备，以弧焊及点焊为例，则由焊接电源(包括其控制系统)、送丝机(弧焊)、焊枪(钳)等部分组成。本研究以复杂空间曲线接缝(如管与管之间以任何角度连接接缝)自动焊接实现为目标，研制开发一台可实现五轴联动的多功能自动焊接床的机械及伺服执行机构。
2.2构建伺服控制硬件系统
该机床利用计算机和普通的I/O卡加步进电机和驱动器构成伺服控制系统。采用“通用I/O卡+专用计算机软件”来实现对步进电机的控制，不仅经济实惠，而且具有非常好的灵活性和友好的软件用户界面，必要的时候可以实现一台电脑同时对几十个步进电机的直接控制，或发挥它的网络功能应用于复杂的工程系统控制。采用通用“I/O卡+专用计算机软件”控制的步进电机的数量取决于I/O卡的位数和驱动器所需的控制信号数。通常情况下，步进电机驱动器的细分设置由硬件来完成，所以一般的驱动器只需要两个信号：脉冲信号和正反转信号，当需要实现软件方式控制驱动器的细分数时，还需要细分控制信号。系统各部件原理如图1所示。输入设备包括键盘、控制杆等，通用数字输入输出卡采用AC4161型，有16路的输入输出通道，因此最多可以同时控制五个步进电机，其中三个采用75BF001型号，分别控制X、Y、Z三个方向的位移，保持转矩为0.39N*m，最大相电流3A，步距角1.5度，空载启动频率为1.75Hz。
3 关键技术及实现
3.1建立三维空间中的数学模型及插补算法
在机床的硬件平台搭建后之后，如何控制焊枪及工作台的精确运动从而实现相贯线焊缝的焊接就成为需重点解决的问题。本文采取了首先建立数学模型，并在保证插补误差和焊接精度的基础上，将工件相交而成的连续焊缝采用等时间间隔的插补方法离散成一系列的微小直线段，然后将所获得的位移量通过精插补算法转换成可以通过开关量卡发送的脉冲数据，最终控制步进电机驱动执行机构完成对相贯线焊缝的焊接。
以相交圆柱管相贯线接缝焊接为例，数学模型的建立：
设相交两圆柱管(主管和支管)的半径分别为R和r，且R>r，如图2所示，坐标原点O是两圆柱管轴线的交点，两圆柱管轴线OV和OW的交角为α。焊接时，工件固定在工作台上，工作台沿x、y轴移动，焊枪沿z轴上下移动，同时还可以O′为定点绕X轴和Y轴转动，通过这五个轴向的运动控制，就可实现相贯线焊缝的自动焊接。由此可得半径分别为R和r的两个圆柱管相交所形成的相贯线接缝φ(θ)在O′XYZ坐标系中的方程：
其中，θ是支管上的旋转角。
完成实时焊接的伺服控制的首要任务就是对焊接轨迹进行插补运算。插补就是按给定曲线生成相应逼近轨迹的方法，其实质是对给定曲线进行数据点的密化。本文采用等长直线段逼近相贯线焊缝，即在保证给定逼近误差的前提下，用等长直线段代替圆弧段，这种插补方法的计算简单，虽然加工精度不如采用圆弧段逼近的方式，但却完全能够满足焊接加工的精度要求。
3.2 自动焊接软件系统平台的开发
该系统的精插补过程由软件和硬件共同实现，由软件计算出控制信号的输出时间间隔和应该向步进电机发送的高低电平数据，由硬件接口板实现数据的输出。编制运动控制软件实现精插补的过程有两个关键环节：一是如何得到比较精确的延时时间间隔；二是如何将单个电机的控制脉冲序列进行合并，最终实现自动焊接机床五个轴的联动。本研究利用Delphi软件构建操作软件系统平台，以界面友好为设计目标，按照功能进行模块化设计，实现自动焊接数据处理、制等需要的各种操作。
4 系统精度的分析与改善
本文所设计自动焊接数控机床是采用步进电机作为驱动源，与相应的驱动电路结合组成的开环控制系统。在步进电机驱动系统中，影响伺服精度的主要因素有以下几个方面： 步进电机误差、齿隙误差、导轨误差及热变形影响等。
对于步进电机误差可采取减小步距角的方法来改善。当传动比一定时，随着步距角的减小，脉冲当量也随之减小，从而提高机床的精度。当电机选定之后，驱动器细分电路可进一步降低机床的脉冲当量，当步进电机运行在细分模式下时，步距角显著减小，转子达到新的稳定点之后所具有的动量变小，振动变小，提高了步进电机低速段运行的平滑性；在软件方面，通过对插补周期和插补步长的控制，使步进电机的运行频率尽量避开其低频振荡区间，保证步进电机的运行平稳性。
对于齿隙误差，主要采取以下两种改善措施：将中心距设计为可调机构，调节中心距消除齿隙；双片齿轮加载扭簧消除齿轮本身误差引起的间隙。可通过提高导轨精度来改善导轨误差。
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【论文摘要】：随着计算机业的快速发展，数控技术也发生了根本性的变革，是近年来应用领域中发展十分迅速的一项综合性的高新技术，文章结合国内外情况，分析了数控技术的发展趋势。
1.引言
数控技术是一门集计算机技术、自动化控制技术、测量技术、现代机械制造技术、微电子技术、信息处理技术等多学科交叉的综合技术，是近年来应用领域中发展十分迅速的一项综合性的高新技术。它是为适应高精度、高速度、复杂零件的加工而出现的，是实现自动化、数字化、柔性化、信息化、集成化、网络化的基础，是现代机床装备的灵魂和核心，有着广泛的应用领域和广阔的应用前景。
2.国内外数控系统的发展概况
随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理。
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，己不适应日益复杂的制造过程，因此，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为我们国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。
3.数控技术的发展趋势
数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。从目前世界上数控技术发展的趋势来看，主要有如下几个方面：
3.1高精度、高速度的发展趋势
尽管十多年前就出现高精度高速度的趋势，但是科学技术的发展是没有止境的，高精度、高速度的内涵也在不断变化，目前正在向着精度和速度的极限发展。
效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会将其确定为21世纪的中心研究方向之一。在轿车工业领域，年产30万辆的生产节拍是40秒/辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料"掏空"的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。
3.25轴联动加工和复合加工机床快速发展
采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比3轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了5轴联动机床的发展。当前由于电主轴的出现，使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床（含5面加工机床）的发展。3.3智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势
21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。
目前许多国家对开放式数控系统进行研究，数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。
4.结束语
随着人们对数控技术重视，它的发展越发迅速。文中简要陈述当前的发展趋势，另外数控技术的正不断走向集成化，并行化，仍有广阔的发展空间。
参考文献
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[2]董淳.数控系统技术发展的新趋势[J].可编程控制器与工厂自动化.2006.
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关键词：组合机床 液压传动 工况分析 液压泵站
引言
组合机床是一种工序集中的高效率专用机床，它具有加工范围较广、自动化程度较高，经济性好等优点，故在机械制造业的成批和大量生产中得到普遍应用。S195柴油机在生产中应用广泛，镗孔是其机体加工中最重要的工序，故提供高精度的组合机床对提高S195柴油机生产效率有重要作用。液压传动装置是本组合机床的动力源，液压传动技术是在在工业生产中应用相当广泛的一种传动技术，液压技术发展到今天已经成为一门重要的自动化技术，是衡量一个国家工业化水平的重要标志。
1液压技术的发展及S195柴油机镗孔组合机床液压系统概述
1.1液压技术在国内外的发展趋势
近年来，国外、国内液压技术由于广泛应用了高新技术成果，如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨擦磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料，使传统技术有了新的发展，也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高。主要的发展趋势将集中在以下几个方面：1.减少能耗，充分利用能量 2.主动维护和故障预测 3.机电一体化。液压技术作为便捷和廉价的自动化技术，有着良好的前景。其产品不仅在机电、轻纺、家电等传统领域有着很大的市场，且在新兴的产业如信息技术产业、生物制品业、微纳精细加工等领域都有广阔的发展空间。
1.2 S195柴油机组合机床液压传动系统
组合机床液压传动系统的结构这样布置：其动力箱安装在滑台上，动力箱上的电动机带动刀具实现运动。滑台采用液压驱动，完成刀具的进给运动，根据不同的加工需要可实现多种进给工作循环。
一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。执行元件（如液压缸和液压马达）的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。 控制元件（即各种液压阀）在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为溢流阀（安全阀）、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位油温计等。液压油是液压系统中传递能量的工作介质。
2液压系统的设计过程概述
2.1明确液压系统设计要求
明确液压系统设计要求，明确主机的工艺、结构、工作情况及技术特性，从而确定哪些机构需要采用液压传动，所需执行元件的形式和数量，对执行元件的工作范围、尺寸、重量和安装等到有何限制。明确各执行元件的动作顺序或自动工作循环的周期。明确主机对液压系统的性能要求及系统的工作环境。
2.2对所加工零件进行工艺分析
2.3液压系统设计步骤
1.工况分析，确定液压系统主要参数的基本依据，包括液压执行元件的动力分析（负载循环图）和运动分析（运动循环图）。2.确定主要参数，编制液压执行元件工况图，其参数包括压力、流量和功率。3.拟定液压系统图，主要包括两项内容：一是通过分析对比选择合适的液压回路；二是把选出的液压回路拼搭组合成完整的液压系统。4.选择和设计液压元件，在满足性能要求的前提下，应尽量选用现有的标准液压元件。5.验算液压系统技术性能，作也评价和判断。验算内容一般包括：系统压力损失，系统效率，系统发热与温升，液压冲击等。6.设计电气控制系统7.确定液压装置的结构形式和元件配置方式，包括动力源，控制，调节装置等，分为集中配置和分散配置两种结构形式。8.绘制正式工作图，编制技术文件。正式工件图包括液压系统原理图，各种装配图（管路装配图、非通用泵站装配图、电气控制系统图）和各种非标准液压元、辅件装配图和零件图等。9.液压系统的安装调试。
3液压泵站的简介
液压泵站是液压系统的动力源，它向系统提供一定压力、流量和清洁度的工作介质，是液压系统的重要组成部分。液压泵站适用于主机与液压装置可分义的各种液压机械上。
泵组布置在油箱之上的上置式液压泵站，当电机采用立式安装，液压泵置于油箱内时，称炎立式液压泵站；当电机采用卧式安装，液压泵置于油箱之上时，称为卧式液压泵站。上置式液压泵站占地小，结构紧凑，液压泵置于油箱内的立式安装噪声低。这种结构在中、小功率液压泵站中被广泛采用。
将泵组布置在底座或地基上的非上置式液压泵站，如果泵组座落在与油箱一体的公用底座，上则称为整体型液压泵站；将泵组单独安装在地基上的则称为分离型液压泵站。整体型液压泵站又可分为旁置之不理式液压泵站和下置式液压泵站。非上置式液压泵由于液压泵置于油箱液面以下，能有效地改善液压泵的吸入性能。这种泵站装置高度低，便于维修，但占地面积大。因此，适用于泵的吸入允许高度受限制，传动功率大，而使用空间不受限制以及开机率低，使用时又要求很快投入运行的场合。
4 结论
本文介绍了S195柴油机镗孔组合机床液压传动系统的的结构和设计过程，论文表明采用液压传动方式的组合机床具有诸多显著优点。
参考文献：
[1]朱梅、朱光力.主编.液压与气动技术.西安：电子科技大学出版社.2004
[2]张利平.主编.液压气动系统设计手册.北京：机械工业出版社.1997
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对于数控机床来说，合理的日常维护措施，可以有效的预防和降低数控机床的故障发生几率。
首先，针对每一台机床的具体性能和加工对象制定操作规程建立工作、故障、维修档案是很重要的。包括保养内容以及功能器件和元件的保养周期。
其次，在一般的工作车间的空气中都含有油雾、灰尘甚至金属粉末之类的污染物，一旦他们落在数控系统内的印制线路或电子器件上，很容易引起元器件之间绝缘电阻下降，甚至倒是元器件及印制线路受到损坏。所以除非是需要进行必要的调整及维修，一般情况下不允许随便开启柜门，更不允许在使用过程中敞开柜门。
另外，对数控系统的电网电压要实行时时监控，一旦发现超出正常的工作电压，就会造成系统不能正常工作，甚至会引起数控系统内部电子部件的损坏。所以配电系统在设备不具备自动检测保护的情况下要有专人负责监视，以及尽量的改善配电系统的稳定作业。
当然很重要的一点是数控机床采用直流进给伺服驱动和直流主轴伺服驱动的，要注意将电刷从直流电动机中取出来，以免由于化学腐蚀作用，是换向器表面腐蚀，造成换向性能受损，致使整台电动机损坏。这是非常严重也容易引起的故障。
2.数控机床一般的故障诊断分析
2.1检查
在设备无法正常工作的情况下，首先要判断故障出现的具置和产生的原因，我们可以目测故障板，仔细检查有无由于电流过大造成的保险丝熔断，元器件的烧焦烟熏，有无杂物断路现象，造成板子的过流、过压、短路。观察阻容、半导体器件的管脚有无断脚、虚焊等，以此可发现一些较为明显的故障，缩小检修范围，判断故障产生的原因。
2.2系统自诊断
数控系统的自诊断功能随时监视数控系统的工作状态。一旦发生异常情况，立即在CRT上显示报警信息或用发光二级管指示故障的大致起因，这是维修中最有效的一种方法。近年来随着技术的发展，兴起了新的接口诊断技术，JTAG边界扫描，该规范提供了有效地检测引线间隔致密的电路板上零件的能力，进一步完善了系统的自我诊断能力。
2.3功能程序测试法
功能程序测试法就是将数控系统的常用功能和特殊功能用手工编程或自动变成的方法，编制成一个功能测试程序，送人数控系统，然后让数控系统运行这个测试程序，借以检查机床执行这些功能的准确定和可靠性，进而判断出故障发生的可能原因。
2.4接口信号检查
通过用可编程序控制器在线检查机床控制系统的接回信号，并与接口手册正确信号相对比，也可以查出相应的故障点。
2.5诊断备件替换法
随着现代技术的发展，电路的集成规模越来越大技术也越来越复杂，按常规方法，很难把故障定位到一个很小的区域，而一旦系统发生故障，为了缩短停机时间，在没有诊断备件的情况下可以采用相同或相容的模块对故障模块进行替换检查，对于现代数控的维修，越来越多的情况采用这种方法进行诊断，然后用备件替换损坏模块，使系统正常工作，尽最大可能缩短故障停机时间。
上述诊断方法，在实际应用时并无严格的界限，可能用一种方法就能排除故障，也可能需要多种方法同时进行。最主要的是根据诊断的结果间接或直接的找到问题的关键，或维修或替换尽快的恢复生产。3数控机床故障诊断实例
由于数控机床的驱动部分是强弱电一体的，是最容易发生问题的。因此将驱动部分作简单介绍：驱动部分包括主轴驱动器和伺服驱动器，有电源模块和驱动模块两部分组成，电源模块是将三相交流电有变压器升压为高压直流，而驱动部分实际上是个逆变换，将高压支流转换为三相交流，并驱动伺服电机，完成个伺服轴的运动和主轴的运转。因此这部分最容易出故障。以CJK6136数控机床和802S数控系统的故障现象为例，主要分析一下控制电路与机械传动接口的故障维修。
如在数控机床在加工过程中，主轴有时能回参考点有时不能。在数控操作面板上，主轴转速显示时有时无，主轴运转正常。分析出现的故障原因得该机床采用变频调速，其转速信号是有编码器提供，所以可排除编码器损坏的可能，否则根本就无法传递转速信号了。只能是编码器与其连接单元出现问题。两方面考虑，一是可能和数控系统连接的ECU连接松动，二是可能可和主轴的机械连接出现问题。由此可以着手解决问题了。首先检查编码器与ECU的连接。若不存在问题，就卸下编码器检查主传动与编码器的连接键是否脱离键槽，结果发现就是这个问题。修复并重新安装就解决了问题。
数控机床故障产生的原因是多种多样的，有机械问题、数控系统的问题、传感元件的问题、驱动元件的问题、强电部分的问题、线路连接的问题等。在检修过程中，要分析故障产生的可能原因和范围，然后逐步排除，直到找出故障点，切勿盲目的乱动，否则，不但不能解决问题。还可能使故障范围进一步扩大。总之，在面对数控机床故障和维修问题时，首先要防患于未燃，不能在数控机床出现问题后才去解决问题，要做好日常的维护工作和了解机床本身的结构和工作原理，这样才能做到有的放矢。
参考文献
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中图分类号：TP27文献标识码：A文章编号：1672-3791(2012)04(A)-0000-00
可以说在当今全世界的机床制造业中，数控系统起着举足轻重的作用。作为高尖端技术之一的数控系统集机械制造、自动控制、计算机、测量以及电气传动等技术于一身，各方面功能均十分强大。通过笔者对当前数控系统市场的调查发现，一些中高档的数控系统基本采用的都是以PC机为控制平台实现对步进电机进行驱动控制的。虽然这种控制方式具有性能优良、功能齐全、响应速度快等特点，但其价格却相对比较昂贵。对于生产企业来讲，需要的是一种既能满足生产需求，价格又相对低廉的数控系统。为此，本文将单片机测控技术应用到数控系统当中，以此来实现这一需求。
1 基于单片机的数控系统设计思路
基于单片机的数控系统，能够根据用户的实际需求以及CPU种类的不同实现产品细分，并以此使设计出来数控系统产品具有系列化的特征。通过对市场的调查研究发现，人们对数控系统产品的需求大致可分为以下两类：
1.1 单片机加实时操作系统
以这种形式构成的数控系统主要都是一些中高端的系统，它们的功能相对来讲比较丰富，可实现网络信息共享，而且还可以进行闭环控制，精确度相当高。其中操作系统是确保任务实时性的关键。在此类数控系统当中，使用较多的单片机为ARM系列等，实时系统则为Windows、RT-Linux等。这种类型的数控系统常被用于对精度要求较高或是联动数目在四轴以上的数控机床当中。
1.2 单片机加控制模块
在此类组成结构的系统当中，由于采用的是控制模块，而不是实时操作系统，所以各个任务的实时性均是由系统中的控制软件以及处理器的中断等予以保证的。此类系统应用的单片机主要以高性能的CPU为主，这样能够有效地确保系统的运算速度符合插补和管理等功能的需要。这种系统通常仅能满足三轴联动和四轴联动的数控机床的需求。
通过上述分析不难看出，研发不同等级的数控系统，只需要根据用户的实际需求，采用的不同平台，然后在平台中对系统的主要功能略作改进，便能够开发出满足用户需要的数控系统。这在一定程度上避免了基于单片机的数控系统研发的缺点，有效地减少了重复性工作，从而使整个研发周期相应地缩短很多。若是将数控系统中的主要技术模块进行总结和提炼，便可以组成一个系统平台，在此基础上对相应的功能进行适当地删减或增添，便可以完成系统的研发。这就是基于单片机的数控系统的基本设计思路。
2 基于单片机测控的数控系统设计原则
任何一种数控系统实现的关键均在于其软件及硬件的设计，应用单片机测控技术的数控系统也不例外，下面简要介绍一下软件及硬件在实际设计过程中需要遵循的主要原则：
2.1 规范化原则
一个数控系统的设计研发，最忌讳的就是重复开发，这样不仅会浪费大量的时间，而且也会浪费大量的资源，所以在进行软件及硬件设计过程中，必须有一个规范的标准，以此来规范系统的通讯协议以及软硬件界面，可以使设备生产商和控制器制造商均能在相应的标准下进行研发和生产，以此来杜绝重复性开发的情况发生，减少资源的浪费。为此，在进行系统软硬件设计时，必须遵循规范化原则。
2.2 系列化、标准化原则
在系统硬件的设计过程中，应以系列化和标准化的原则进行设计，这样有利于提高系统整体的实时性和可靠性。通过对系统通讯方式、CPU结构、运动及辅助控制等的模块化处理，根据实际功能的不同制成所需的模块，借此来实现系列化和标准化，同时模块与模块之间还可通过预先定义好的标准化接口实现通讯。
2.3 开放性原则
在进行系统软件设计时，为有效地降低系统软件对硬件的依赖性，应使软件平立于系统硬件之外，并且也要将软件设计成为模块化，这样有利于实现系统软件的开放性。对于整个数控系统而言，设计一个独立的软件平台是较为重要的。由于书库系统本身都具有多任务性和实时性，所以软件平台的构建也应以此为前提，同时软件平台的基本功能还应实现典型化和模块化，从而使每个功能模块之间均能实现相互独立和统一调度。这样的软件设计可以适应不同的硬件系统，进而实现了软件的开放性和独立性。
3 单片机测控技术在数控系统中的具体应用及实现
基于以上的设计思路及设计原则，下面笔者以一种数控钻铣床为例，对单片机测控技术的应用及实现进行分析。
3.1 数控钻铣床的基本功能及具体控制方案
由于该数控机床是钻、铣相结合的一类机床，为此先简要介绍一下该数控机床的加工顺序：首先，工作台就位，然后钻头钻进，钻孔后钻头快退，移至下一位置继续重复上述动作，直至全部钻孔完毕为止后，工作台恢复原位。铣削的加工顺序基本与之相同。因本系统属于钻、铣一体的机床，故此在其各方面参数均满足实际加工要求的前提下，决定采用连续控制系统对其加工进行控制，具体控制方案为采用单片机控制的步进电动机对系统工作台进行开环控制。当进给指令由单片机系统发出后，经过功率放大后对步进电动机的旋转角度进行驱动，然后经由齿轮减速器带动丝杠进行旋转，直线位移的完成主要依靠丝杠螺母的转换，具体移动速度及位移量的大小由输入脉冲数及脉冲频率决定。
3.2 单片机测控系统的主要功能
该数控系统中，单片机采用的是集中控制方式，对于系统中的各项任务采取的是分时处理进行的，如插补运算、CRT显示、输入输出控制以及存储等等。测控系统的主要功能如下：其一，初始化处理。主要是对I/O接口、步进电动机旋转频率定时器以及中断等进行初始化；其二，复位功能。机床开机工作时工作台应自行恢复至初始加工位置，如有需要也可尽心手动复位；其三，监视功能。具体是对开关、键盘以及按键等进行监视，如监视行程开关、急停按键等；其四，加工数据的输出和显示功能；其五，超程控制机报警功能。当工作台在进行实际加工过程中，若超出规定的位置则立即停止工作，并相应的做出报警显示；其六，控制方式选择功能。主要包括手动和自动两种控制方式，有特殊要求时可进行控制方式切换。
3.3 测控功能的实现
（1）硬件设计。按照该数控机床工作台的实际测控要求，决定采用STC12C5A62S2系列单片机作为主控制器，并行设置44个I/O控制接口和双UART串口，电路为MAX810专用复位电路，2路8位PWM/16位PCA模块，8路10位精度ADC，其转换速度最高可达到250K/S，即每秒25万次，Flash ROM60K，SRAM 1208字节。这一系列的单片机具有以下特点：可靠性高、反应速度快、功耗低、价格便宜、抗静电及抗干扰能力超强，无需对片外存储空间进行扩展，便可用于数控机床工作台的电动机控制，本身自带PWM/PCA和A/D，不需要在配置外部检测电路。为使加工数据能够顺利输入到系统当中，采用矩阵键盘，规格为4×8；加工数据显示器则采用6位LED显示器，以便于显示加工数据信息；为确保开机指示电源能够正常工作，电源指示灯决定采用发光二极管；为有效地控制步进电动机的旋转速度，决定采用I/O口对脉冲分配器的输出信号进行控制，再经由功率放大电路及光电隔离器后传送至步进电动机线圈当中；为对机床工作台的超程进行监视及报警功能的实现，决定采用全行程开关作为监视信号进行输入，并采用发光二极管作为超程报警指示灯。
（2）软件设计。如果将测控硬件系统的设计实现，看作是整个数控系统的物质基础的话，那么系统软件的设计实现则是测控系统整体控制思路、控制方式以及控制过程的体现。测控系统各个功能的实现，需要应用到单片机的如下技术，其中主要包括中断、定时、LED显示以及键盘扫描等技术。系统软件设计主要以模块化结构为主，下面对各个模块的具体功能进行介绍：①主模块。该模块主要负责完成测控系统的各项管理工作，数控系统开机后会自行进入到管理模块当中，然后接收并执行由机床操作者发出的操作指令。在这一模块当中，需要对键盘上各个相关案件的功能进行自定义，以此来确定接收指令的形式以及实现加工数据的输入和、自动钻铣加工、急停等操作功能；②自动加工测控模块。按照该数控机床工作台的实际工作需要，自动加工应包括钻削和铣削两部分。所以在该模块中设计两个子模块分别用于钻削和铣削的测控；③步进电动机控制模块。该模块主要是对电动机的转速、转角以及方向等进行控制。在对这一模块进行设计时，应重点考虑电动机运转时会出现一个加速或减速的过程，这样有利于解决突然启停时，惯性及负载造成电机损坏的问题。可以通过对进给脉冲的时间间隔及具体脉冲数进行确定，来实现对电机速度及转角的控制。控制时间常数可预先定义好后存储到程序当中，并以此作为对步进电动机运行控制的基本参数，然后利用单片机本身自带的定时器功能，并以中断的方式来实现对电动机频率的控制。
由于该单片机中集成有可编程的应用程序，故此无需设计专用的仿真器及编程器。通过将单片机测控技术应用到数控系统当中，使得系统自动化功能的实现变得更加简单、各方面性能也更为可靠。
参考文献
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篇10
关键词：CNC工具磨床，麻花钻，容屑槽，联动轴数
1 引言
麻花钻的容屑槽曲面及后刀面即使用数学表达式描述都相当复杂,而利用现有的商用设计软件(如UG、Pro/ E、CATIA等)对其进行图形描述则更为困难。因此,目前常用的CAD/ CAM工程软件并不适合对数控磨削加工此类刀具的机床作业进行加工路径生成和仿真模拟,也难以判定数控加工麻花钻时的机床联动轴数。此外,NC工具磨床联动轴数的选取与工件和砂轮的几何要素、加工工艺要求(如刀刃和刀槽分几次成形、有无特殊工艺装备等)以及机床的结构型式有关。本文研究数控加工时机床所用联动轴数的意义在于:①运动轴数越少,相对运动副就越少,机床的运动刚性和运动精度也就越高;②减少运动轴数可简化编程,从而可在配置较低档数控系统的工具磨床上实现对刀具的加工,以降低加工成本;③可为用户根据自身产品进行机床选型和设备投资提供可行性分析的技术依据。
2 CNC工具磨床的基本加工原理
从空间运动学的观点来看,机械加工的过程实质上就是控制每个瞬时刀具几何体相对工件几何体在空间的相对位姿和相对运动趋势的过程[1]。图1给出了锥形砂轮与麻花钻作为工件之间的空间相对位置。
图1 砂轮与工件的空间位置关系
选取砂轮大圆的圆心和工件轴线上的一点作为各自实体的参考点,在点建立工件(指被加工刀具体,以下统称工件)的刀刃曲线方程,为刀刃曲线的参变量;在点建立砂轮的回转面方程,,为砂轮表面的几何参变量(也包括对砂轮大端面的描述)。当用砂轮磨削工件刀刃时,给出一定的约束条件,为约束条件数。则可建立如下方程组:
式中,约束条件式是根据砂轮回转面方程与麻花钻工件刀刃曲线方程的共轭关系以及它们的几何参数建立的,以上关系确定了与参变量有关的砂轮与麻花钻工件的相对位置(位姿)。然后根据机床的结构运动形式,即可得到反映砂轮与麻花钻工件相对自由度变化的机床运动参数,多轴联动工具磨床就是根据这个理论依据设计的。论文参考。
3 常用CNC工具磨床的类型
尽管多轴联动数控工具磨床的结构型式各不相同,但抛开其复杂的机械结构,仅考虑砂轮与工件之间的相对位置变化,则多轴工具磨床一般可分为两种类型:
图2 平动型CNC工具磨床结构模型
(1)砂轮平动型CNC多联动工具磨床，此类工具磨床包括3个平动轴和2个旋转轴(见图2),除了保证工件绕自身轴线作回转运动外,它们可根据用户的需要任意组合成各种联动方式。
图3 摆动型CNC工具磨床结构模型
(2) 砂轮摆动型CNC多联动工具磨床此类工具磨床也有3个平动轴和2个旋转轴(见图3),工件仍然是绕自身轴线作回转运动,但它的砂轮可作摆动。此类工具磨床也可根据不同的加工要求任意组合联动方式。与传统的摇臂类工具磨床相比,多轴联动工具磨床的传动链较短,结构大大简化,取消了特殊工装等复杂的机械装置;与传统工具磨床采用悬臂式磨头箱相比,CNC工具磨床的磨头采用刚性支撑,其静、动态刚度提高,加工能力、加工范围和灵活性增强,机床调整更为简单,可通过数控系统实现“软调整”。尽管砂轮平动型和摆动型CNC工具磨床机械结构不同,但利用其柔性控制功能可以模拟传统工具磨床的一般复杂运动。从理论上说,只要保证数控加工中每个瞬时砂轮相对工件的位姿和相对运动趋势满足方程式(1),即可加工出相同的刀刃曲线和容屑槽曲面。
4 CNC机床加工麻花钻所需联动轴数目的确定
在用盘形砂轮(碟形、碗形、平行砂轮或盘状成形砂轮)磨削加工麻花钻时,通常采用砂轮的一个端面圆或大圆(碟形、碗形砂轮) 来磨削前刀面槽形,采用砂轮的锥面或外圆柱面来磨削刀具的后刀面,或者采用成形砂轮的表面廓形来包络生成整个螺旋槽面[2]。下面根据几何学原理来讨论选取最少联动轴数的判定原则。
根据文献[3]中的螺旋刀刃曲线方程: ,可作如下分析:
(1)当时,工件的刀刃为平面曲线,刀槽为直槽,加工时不需要角运动(图1所示的运动参数A,C)参与联动即可成形。如果也为常数,采用沿工件轴线(X轴)方向的单轴加工即可;如果是变化的(如锥度直槽、异形直槽等),加工中砂轮相对工件需作沿其轴线和径向的直线运动,即机床需要有X、Z两个方向直线运动的联动功能。为了减少机床联动轴数,可对此类工件的加工配置特殊工装(工件倾斜、采用辅助靠模等),以实现砂轮相对工件径向的距离变化,加工中仍然采用沿工件轴线X方向的单轴加工方式。
(2)当θ变化时, 工件回转面为直纹面(如柱面、锥面等),其上各点的法线方向与工件轴心线的夹角为定值。通过机床轴的旋转(或利用特殊工装),总能使工件的槽底母线平行于刀具的单轴进给方向,从而具有如图1所示的A、X两轴联动,即工件相对于砂轮作绕自身轴线的角运动和沿自身母线方向的直线运动,即可加工出所需的螺旋槽面。对于锥度刀具的加工,这种方法仅适合小锥度(或螺旋槽非一次成形)的情况。然而在实际加工中,由于砂轮不断被磨损,为了保证工件的磨削精度,砂轮的回转轴心线至工件轴心线(两异面直线)的距离以及它们之间的夹角需要不断调整,砂轮廓形也要发生相应的修整变化,且制造商不会局限于仅生产一种产品,因此机床还应具有如图1所示的d1、d2、d3和工件轴线的手动调整功能。
(3)当θ变化时,对于大锥度螺旋刀具、刀具螺旋槽要求一次成形或要求前角可控(前角的变化与图1中砂轮相对工件的Y向距离有关)的情况,除了需要角位移A和线位移X 联动以外,另一个角位移——砂轮回转轴心线与工件回转轴心线的夹角也要发生实时变化,才能保证刃带宽度或控制前角不发生干涉,因此机床需要有三轴联动功能。论文参考。
(4)对于要求一次成形但不要求控制前角的异形回转面螺旋刀刃(如球头刀刃、弧形刀刃等) 的加工,除满足上述(3)的要求外,还必须增加图1所示的Z向线位移,即通过四轴联动才能满足加工要求,此时对容屑槽深度的变化和后角的控制要求并不十分严格。
(5)对于要求一次成形且前角可控的异形回转面螺旋刀刃的加工,需要利用Y向线位移来调整刀刃前角的大小,因此除满足上述。(4)的要求外,还有必要增加如图1 所示的Y 向线位移,即采用五轴联动才能满足加工要求。为了保证砂轮与工件在加工中的相对位姿要求,不同结构型式机床的砂轮和工件会有不同的运动方式,即在将工件坐标系中的刀位数据转换为机床坐标系下的运动参数时,机床的结构型式起着非常关键的作用。在数据转换中应注意,不同结构型式的机床需要采用的联动轴数也不同,根据几何学原理判定的最少联动轴数不一定就是机床加工时的实际运动轴数。论文参考。在图3所示的砂轮摆动型工具磨床上加工螺旋角为β的一般圆柱螺旋线时,仅需将工件轴A绕摆动中心逆时针摆动≥90°-β,并给定两异面直线(砂轮轴心线和工件轴心线)的距离,即在加工中需要机床的B和Y两轴联动。在图2所示的砂轮平动型工具磨床上加工螺旋角为β的一般圆柱螺旋槽时,需首先根据工件旋向将C轴调整到要求的位置,并保证X轴方向的移动量ΔX和Y轴方向的移动量ΔY始终满足ΔY/ΔX =tanβ的关系,以保证砂轮相对工件轴心线的空间位置保持不变,再加上工件的自转A ,即加工时需要机床的X 、Y、A三轴联动。如果为加工此类刀具而专门改变机床结构,将X 轴移动副导轨置于C轴旋转机构之上,则在加工一般圆柱螺旋槽时,C轴逆时针转过β后,仅需提供X和A两轴联动即可达到加工要求。因此,在进行机床运动结构优化设计时,要充分考虑被加工对象的几何特征。
5 结语
本文根据麻花钻容屑槽螺旋面的成形原理,阐释了麻花钻磨削成形的过程;分析了砂轮平动型CNC工具磨床和砂轮摆动型CNC工具磨床的运动形式,并与传统的工具磨床进行了比较;给出了确定机床联动轴数目的几何原则;同时说明,按此原则判定的运动轴数并非就是机床加工时的运动轴数,实际需要的运动轴数还应取决于机床的结构型式。
参考文献
1 蔡自兴.机器人学.北京:清华大学出版社, 2000
2 姚 斌,吴序堂.螺旋刀具的仿形制造. 工具技术, 1996(5)
3 姚 斌, 毛世民, 聂 钢等.数控加工特种回转面刀具时工艺参数的自动检测建模. 工具技术,2002(11)
4 肖金陵, 周云飞, 李作清.数控万能工具磨床多轴联动加工中的轨迹干涉及其补偿问题. 精密制造与自动化,1996 (2)
