机床数控系统范文
时间：2023-03-06 16:30:43
机床数控系统范文第1篇
关键词：机床数控系统 插补 算法
一、插补算法决定数控系统加工效率和
精度
在机床运动控制系统中，运动控制分为点位控制、直线控制和轮廓控制三类。点位控制又称为点到点控制，能实现由一个位置到另一个位置的精确移动，即准确控制移动部件的终点位置，但并不考虑其运动轨迹。直线控制除了控制终点坐标值之外，同时还要保证运动轨迹是一条直线，这类运动不仅控制终点位置的准确定位，还要控制运动速度。轮廓控制既要保证终点坐标值，还要保证运动轨迹在两点间沿一定的曲线运动，即这类运动必须保证至少两个坐标轴进行连续运动控制。
数控系统基本都有两轴及多轴联动的功能。数控系统是根据用户的要求进行设计，按照编制好的控制算法来控制运动的。其数控系统不同，功能和控制方案也不同，所以数控系统的控制算法是设计的关键，对系统的精度和速度影响很大。
插补是数控系统中实现运动轨迹控制的核心。数控装置根据输入的零件程序的信息，将程序段所描述的曲线的起点、终点之间的空间进行数据密化，从而形成要求的轮廓轨迹，对于简单的曲线，数控系统比较容易实现，但对于较复杂的形状，若直接生成算法会变得很复杂，计算机的工作量也会很大。因此可以采用小段直线或者圆弧去拟合，这种“数据密化”机能就是插补。插补的任务就是根据轮廓形状和进给速度的要求，在一段轮廓的起点和终点之间，计算出若干个中间点的坐标值。插补的实质就是“数据点的密化”。
因此，在轮廓控制系统中，加工效率和精度取决于插补算法的优劣。
二、插补算法体现数控系统的核心技术
1.插补算法的研究途径
目前对插补方算法的研究有：一是基于圆弧参数方程的、以步进角为中间变量的新型圆弧插补算法；结合计算机数值运算的特点，改进了距离终点判别方法，利用下一插补点与插补终点的距离作为终点判别依据。二是割线进给代替圆弧进给的插补方法和递推公式，这种方法计算简便、快速，容易达到精度要求，避免了原来算法的近似取值的缺点，能够提高数控机床的插补精度和加工效率。三是距离判断、角度判断以及符号判断的圆弧插补终点判断方法。实验验证结果表明，在一般加减速速度条件下，这种方法可以实现圆弧插补、整圆插补的终点判断。
2.插补算法决定了路径误差
插补算法一般由插入器和升降速算法组成。插补算法的最终结果是以良好的内插值替换的，然后通过译成指令对位置进行循环控制，即控制机床主轴的运动，对未加工材料进行加工。在常规的插补算法中，每个单位时间内的移动距离是沿着X、Y、Z轴计算，并通过升降速实现进给运动。在这种情况下，路径误差是由插补生成的理想曲线轮廓和实际沿X、Y、Z轴升降速的步进间距组成的。最终这种路径误差体现在实际的数控加工过程中。另外，路径误差呈现出的不同误差情况还取决于不同的升降速方法。
3.插补信息提供了满足各种特征的功能
如果数控程序被计算机数控的主CPU解读，有关插补点与进给速度的信息都将传送到包括运动控制器在内的插补程序中。这种插补程序不仅提供直线、圆弧插补功能，还可以提供螺旋、渐开线、样条等插补功能，以便更好地满足未加工材料的二维、三维各种特征的需要。
插补程序包括生成理想曲线的插入器和用于输出的升降速算法。在沿轴心运动的控制中，升降速算法能使机械系统在开始或减慢轴向运动时不受振动或冲击。
4.常规插补算法体现其优越性
常规插补算法广泛应用于工业生产，插入器首先要计算出沿理想曲线的运动距离以及在笛卡尔坐标下偏离X、Y、Z轴的偏置值。在每个采样周期内，它要计算出单位时间内零件沿理想轮廓曲线移动的距离，以及在同一插补程序采样周期和给定的进给速度下，在单位时间内零件沿X、Y、Z轴移动的距离。然后，将计算出的这些微小距离增量传送到升降速算法器中，使其在运动控制中的输出量能很好地由输入指令传送到插入器中。常规插补算法的优越性体现在其简单易行的插入器和升降速算法。这是因为它（常规插补算法）实现了彻底的独立插补。在常规的插补算法中，升降速算法相当于一个低通滤波，使各轴之间产生一个延时，最终协调出各自的一个沿X、Y、Z轴的步长距离，产生误差。这个路径误差最终表现为与理想曲线和实际加工曲线都不同的一条曲线。此外，这种算法能根据不同的升降速算法呈现出不同的路径误差类型。
机床数控系统范文第2篇
年过六旬的于德海留着简单的平头，脸庞瘦削，表情严肃，总一副心事重重的样子，从事装备工业30多年的他，心中一直隐藏一个痛苦的疑问：当中国成为世界机床制造第一大国时，为什么没有变成荣耀？
从大连市中心出发，沿着一道海湾往东30公里到达金州，这里是装备制造业的“天堂”，为中国机床研发数控系统的大连光洋科技有限公司（下称大连光洋）就在此处。
董事长于德海身穿灰白色运动服，有点发旧，快步走在嘈杂的地下机床生产车间里。如果不外出，他通常每天要在这里呆上10多个小时，一线工作的员工已对这位公司高层的随时出现习以为常。
“当数控机床的水平和拥有量成为衡量国家制造业水平、工业现代化程度和国家综合竞争力的重要标志的时候，一个国家，尤其是中国这么大的制造业国家，不能没有自己的数控系统。”于德海在吵杂的车间扯着嗓门对记者说。
被称为机床“大脑”的数控系统过去一直被德国西门子、日本发那科等少数公司牢牢抓在手中，中国高端机床的制造成本中有40%是购买国外系统。为了给中国的高端数控机床装上自主“大脑”，中国企业走过模仿路线，也曾试图巨资引进技术，但成效甚微。
如今，于德海正在把梦想照进现实。
机床魔咒
“纯进口的机床很贵，像我们这种中小企业，虽然购买国内设备，但数控系统还是选用进口的。”王富强是北京通州区南部工业园区内一家柴油机零部件生产企业的负责人，常年给其他设备厂家提供配套零部件。为什么不用国产数控系统？他的答案简单直接，用国外数控系统故障率低。
“中国高端数控机床高速发展，但改变不了一个事实，即对国外技术的依赖。这一窘境，正是我国高端数控机床的现实，发展速度的确很快，但关键技术、核心技术高度依赖国外，95%以上的高档数控系统采用了进口系统。”中国机械工业信息研究院战略与规划研究所所长石勇说。
20多年前一次购买机床的经历，让于德海至今难忘。他当时需要购买一台高端机床，而国内企业没法提供，不得不去日本一家知名机床企业采购。让于德海颇为意外的是，对方开出的苛刻条件让他几乎感觉不到销售的诚意。
经历多次谈判后，机床购买协议最终签订，但协议文本中的一行字却触动了于德海的心。“本产品将自动检测设备的移动，移机后，未经本公司或其商的确认，将无法运行，对于设备不能运行造成的任何损失，本公司及其商概不负责”。
这意味着于德海虽然出钱购买了这台机床，却不能完全对机床做主。生产厂要对机床的安装地点、使用人员、用途进行严格的限制。更让于德海不满的是，厂方为了防止挪动和变更用途，还加密上锁，一旦设备挪动将自动锁死，数百万元的设备立刻变为一堆废铁，且对方不负任何责任。
于德海明白，卖方的目的就是限制中国将机床用以航天、航空、军事、精密制造、科研等关键领域，让中国无法掌握核心技术，中国企业永久进口机床。
最终，于德海还是购进了那台让他感觉痛苦和羞辱的机床，这次经历也深深唤醒了他对中国高端数控机床产业的忧虑。
受到制约的远不止大连光洋等终端用户。
济南第二机床厂是业内认可的、具有世界领先水平的机床生产企业。2011年，其生产的锻压机床被福特汽车美国本部采购使用，这一消息让整个中国机床行业为之振奋。
而济南第二机床厂生产的另一种高端数控机床产品龙门镗铣机床虽然制造技术达到了先进水平，但需要搭配西门子等企业生产的数控系统使用。生产装备采购并搭配系统，这本是合理化分工的体现，采购系统这桩本来寻常、合理的生意却因对方的垄断地位而陷入被动。
“并不是有钱就能买到系统，购买系统需要出具报告，声明系统使用在哪，最终用以生产什么，经过一系列繁琐的审批后才能得到。”济南第二机床厂副总经理任立伟说。申报审批还不算最糟糕的事，对于济南第二机床厂来说，动辄几个月甚至半年的审批周期，让企业无法面对焦急等待的客户。作为大客户的济南第二机床厂如此待遇，也就不难理解当年于德海为何那般遭遇了。
打破垄断
1993年，不惑之年的于德海离开工作多年的国有企业，开始创业，依靠过去的技术积累很快得到市场的认可，当年就从一个人的“小作坊”发展为雇佣3个人，并创立大连光洋科技有限公司。
经历在控制系统上被“卡脖”后，于德海萌生了研制中国自主高档数控系统的想法。
与其他行业不同，数控作为一个超级交叉学科，涉及控制、驱动、电机执行、检测、软件、通信、电子、机械、工艺等众多学科，交叉面多，且有很深的纵深。
当时，国内进行数控系统开发的企业不在少数，但是大多停留在中低端。国内的高档数控系统一直在走重复开发的老路和众所周知的三步走，引进、消化、吸收。通过进口国外高端机床来分析研究。大连光洋刚入行，也无可选择地走上了这条路。
很快，于德海发现这条路走不通，仿造的数控系统精度和反应速度和原系统差距很大，远远不能满足要求。模仿受阻的于德海在冷静思考后意识到，这不过是在模仿进口系统的功能，而并没有真正掌握这些功能的本质。
2004年于德海意识到了这一点时，大连光洋正面临成立以来最惨痛的一次衰败，因决策方向失误，承载厚望的几个科研项目接连败北，巨额投入血本无归，大连光洋几近崩溃。
“你们现在看到的是我们成功的一面，这背后是比成功多得多的失败，再认真周全的考虑也难保万无一失，前几年赚1000万、2000万、3000万元，而一个跟头栽下去就可能损失上亿元。”于德海说。
从研发数控系统开始，于德海几乎把全部的精力都投入到技术攻关上。时至今日，他的办公桌上依然堆满了各种大大小小的部件。
于德海对技术的执着吸引了一批技术人才来到大连光洋。公司总工程师陈虎是我国光纤总线式数控系统知名规划师，清华大学机械制造自动化专业博士毕业，一直在数控系统领域从事研发工作。2007年的寒冬，他和于德海一见如故，当即谢绝美国加州大学的邀请，从北京孤身一人来到大连光洋。
为了让整机验证数控系统的五轴联动功能和性能，于德海需要两种关键功能部件，国内的部件精度不够，无法满足需求，只能向国外购买。没想到这一买却买出了问题。于德海原计划向美国一家企业购买部件，这家企业以不向中国企业销售为借口，拒绝了购买意向。但是对方随后又改口称，可以销售，但是需要提品用途并提供工艺图纸。
于德海被深深刺激了，他放弃了几经努力才基本谈妥的采购意向返回大连，在自己的厂区展开研究。几年后，大连光洋成功开发出直驱式单轴转台等几大关键零部件。这一转折使得大连光洋由数控系统延伸到了机床关键零部件的研制和生产。
在立足自我的发展过程中，于德海带领团队从研发数控系统，到制造双轴转台，后来又为了实现与数控系统的高性能匹配自主研发伺服驱动、伺服电机等关键功能部件。同时，大连光洋也加紧研发专有核心技术，其多轴联动和高速、高精度的运动控制功能，让该数控系统替代了很多“洋货”。
“数控系统的目标是满足客户的制造需求，而需求从哪里来，从工艺中来。”这是于德海不同于他人的思维路径。此后的几年里，于德海从用户的角度倒推数控系统的功能需求，经过反复的分析、优化，2006年，大连光洋五轴数控系统诞生了。
往事并不如烟，于德海内心沉积了太多的梦想、痛苦和羞辱。
“光洋模式”
高端数控系统研发成功了，这个本该庆贺的时刻，却变成新挑战的开始。
高档数控系统需要应用到高档机床中，而大连光洋本身并不生产机床。虽然大连光洋在工控领域已经颇具影响力，但是在高端数控系统领域还是个生面孔。
在系统成功研发当年，于德海找到了同在一个城市的大连机床厂。他满怀信心地希望这位行业的“老大哥”能够使用其数控系统。对方对大连光洋在数控系统领域取得的成绩颇为肯定和赞赏，但是拒绝了立即配套的可能，只是表示，如果有客户需要的话会进行合作。
于德海理解机床企业的为难之处。机床企业要销售给终端用户，如果用户不认可，机床企业也没有办法，而对于高端机床动辄几百万元上千万元的投资，很少会有终端用户敢于冒风险尝试安装国产新系统。
如何有效推广系统，成为摆在于德海面前的难题，而系统的进一步完善和提高，也有赖于客户实际应用的验证和数据积累。
于德海孤身投入研发成功高端数控系统得到了业界专家学者的尊敬和支持。当得知系统应用受阻后，原机械工业部副部长陆燕荪努力劝说国内一家企业在向济南第二机床厂采购的一台龙门加工中心上使用大连光洋的系统。这台原本已经决定配套西门子数控系统的机床，最终安装了大连光洋的数控系统。此后几个月的运行中，系统的表现让于德海松了一口气，装载大连光洋数控系统的机床生产的产品与进口系统没有区别。
成功的实际应用让于德海对自己研发的数控系统充满信心，但他不得不面对残酷的现实――配套应用依然没有太大进展。眼看系统不能得到应用，于德海十分焦急。最终他做了一个惊人的决定――生产机床。既然数控系统推广不出去，配套自有数控系统的整机，加工出符合要求的零件总能让客户满意吧？
于德海一方面积极向机床主机厂推广控制系统，另一方面自己购入光机、配置自主数控系统，组成数控机床，以实际加工能力向客户演示和推介数控系统产品。
在机床的生产车间，于德海指着整齐码放的零部件对来访者说，这都是我们自主研发生产的。系统和关键零部件研发取得成功后，生产机床整机只是进一步的延伸。
基础薄弱、配套落后、技术封锁，在这一行业现状下，纵使研发高端数控机床多年，我国的机床制造企业仍处于被动状态，难以冲击峰顶。但是于德海不再惊慌，他正在等待由大连光洋创造的在世界机床领域的突围机会。
2007年，于德海提出数控产业系统工程论，这种理论主张建设完整的数控技术链和产业链，让整机与系统相结合，并把加工工艺技术与控制技术结合在一起。通过一系列的扩张运作，大连光洋打造了一个从数控系统技术研发、关键零部件制造到机床整机产业化发展的全产业链和全技术链模式，被业界称为“光洋模式”。
次年，大连光洋创建了大连科德数控有限公司（下称科德），专门从事高档数控机床的生产。其中，占据数控机床大部分成本的数控系统、关键功能部件，完全使用光洋自主研发的产品。至此，大连光洋打造出一条完整的数控产业链。
时任国家发展和改革委员会副主任的张国宝告诉于德海，他对大连光洋寄予了厚望。“数控领域没有几个大企业，光洋是其中之一，也几乎是数控产业中技术最强的。”他希望国产品牌得到发展，增强机床行业的自主竞争力。
挑战“老师”
于德海的数控机床也取得了成功。
当一家从事航天研发的单位得知大连光洋可以生产装备自主研发数控系统的五轴数控机床时，相关负责人和技术人员很快就带着需要加工的叶轮坯料赶到大连。这位负责人要亲自看看大连光洋机床的加工效果。在双方技术人员密切合作下，仅用2天就完成了以往使用进口机床需要经过一个月的调试工作。生产出的零件在专家评估后十分满意，随后该单位决定采购使用。
2013年7月底的一条消息再次让整个机床行业沸腾。由科德制造的高精度五轴立式机床正式启运出口德国。
在去年4月的中国国际机床展上，大连光洋的五轴立式加工中心、五轴卧式加工中心一经展出，吸引了一家嗅觉敏锐的德国机床经销商的注意。大连光洋这套五轴立式加工中心现场加工产品表现出的高精度不逊于国际大牌的高端数控机床，而售价仅为这些大牌的一半――这样的价格通常只够买一套西门子、发那科的数控系统。该公司的负责人当场和于德海签订了一台五轴立式加工中心的购买合同，要大连光洋在最短的时间内把产品送抵德国。
这家有百余年历史的全球性机床经销商当年9月在德国汉诺威EMO 2013机床展览会中，把这台中国产的机床带到了德国市场。
从被禁运、限制进口到把机床卖到对方家门口，大连光洋这个“学生”向曾经的“老师”发起了挑战。
当于德海的机床逐渐名声在外时，慕名而来的客户开始多起来。
“不，绝对不行，不卖。”所有来访的客人，甚至媒体记者在试探着问于德海一句，可否用科德生产的机床配进口系统时，他的回答总是坚定而有力。
“如果科德的高档数控机床用的是发那科、西门子的数控系统，那我们的高档数控系统就会永远被国外知名品牌埋没，就永远没有民族品牌走向世界历史舞台的一天了。”于德海宁可损失短期利益，也要把企业的长远发展目标放在首位。虽然这样可能给企业带来一些困难，但这条路必须也只能如此走下去，唯此才能把中国的数控品牌树立起来。
“大连光洋当前最大的挑战，是产能不能满足市场的需求。”于德海对自己的机床信心满满。
来自中国机床工具行业协会的数据显示，2013年机床出口95.3亿美元，进口160.9亿美元，进出口逆差65.6亿美元。大连市经济和信息化委员会机械装备处辛立伟处长直言不讳地说：“长久稳定可靠的运行是数控机床和数控系统的主要考核指标，国内数控系统需要走的路还很长。”
机床数控系统范文第3篇
关键词：国产数控系统；普通机床；数控化改造
1 问题提出
我国自改革开放三十多年以来，从一个制造小国、弱国发展成举世注目的制造大国，而奠定制造大国基础的生产母机—机床也从改革开放时的几十万台增长到现在的700万台左右，但这700万台机床其数控化率还不到40%，与欧美、日本主要发达国家机床数控化率70~80%有较大差距。因此，我国要从制造大国跃进到制造强国，机床数控化率还需要加快提升。
2 普通机床数控化改造方向
2.1机床数控化的途径。对于机床数控化率的大力提升，仅靠国内机床企业生产和从国外进口是短时期无法达到，也不现实。一是国内数控机床年生产量仅为20万台左右，仅从数量就无法满足国内需求；二是进口数控机床也有限，各企业也只进口少数高端的、国内还无法生产的数控机床；三是国内各制造企业，尤其是中小企业还无法通过购买数控机床来淘汰普通机床。因此，普通机床数控化改造就是提升机床数控化率的重要途径，同时，从经济上看，普通机床数控化改造费用为购买新的数控机床投资的1/3~1/4。
2.2机床数控化改造方向。一是用国外数控系统，如SINUMERIK、FANUC系统改造普通机床；二是用国内数控系统，如广州数控、华中数控等改造普通机床。从经济性上看，国内数控系统价格是国外数控系统价格的1/2~1/3左右；从性能上分析，目前中低档数控系统国内与国外已无明显差距，中高档数控系统国内与国外有一定差距，不过差距正不断缩小；从使用性上看，国内外数控系统操作各有其特点，甚至国内数控系统更简单，更适合中国人使用习惯；从机床改造的技术复杂性分析，用国内数控系统比用国外数控系统改造普通机床其技术更简便，调试更容易。因此，从性价比分析，用国内数控系统比用国外数控系统改造普通机床性价比高，同时，为支持国产数控系统发展，也应选择用国内数控系统改造普通机床的方向。
3 国产数控系统发展与优势
3.1国产数控系统发展。我国数控技术的发展起步于上世纪五十年代，发展于改革开放年代。通过“六五”期间引进数控技术，“七五”期间组织消化吸收“科技攻关”，我国数控技术和数控产业取得了相当大的成绩，特别是最近十来年，我国数控产业得到了迅速发展。以广州数控为例，广州数控设备有限公司从1991年成立以来，坚持走自主研发、自主创新的道路，通过二十年的发展，现建成全国规模最大的数控系统研发中心，先后研发的生产数字式交流伺服驱动装置和普及型数控系统填补了国内空白，已发展成为中低档为主的年产数控系统近十万套的国内最大的机床数控系统生产企业，开辟了一条振兴民族数控产业的道路。又如华中数控，武汉华中数控股份有限公司创立于1994年，通过的发展，华中数控通过近二十年的自主创新，开发出了具有自主知识产权的开放式的数控系统，而且伺服驱动和主轴驱动装置性能指标达到国际先进水平，其产品覆盖高、中、低档。现在国内能自主研发数控系统的企业已有十多家，能满足国内机床企业对生产各档次、多品种数控机床产品的要求。
3.2国产数控系统优势。改革开放三十多年来，在国家有关部委的统一布署、政策支持下，各科研院所、大学、企业通过引进、吸收、自主开发、自主创新，使我国数控系统和数控机床的水平与德、日的差距缩小到5—10年，个别产品达到世界先进水平，国产数控系统与国外相比，有自己的独特优势，其优势特点如下：
1、我国数控机床市场容量大，需求旺盛，为数控系统和数控机床开发创新与生产注入了强劲动力。从2002年起，中国连续多年成为世界机床消费第一大国，在此背景下，国内数控系统的研制与开发在关键技术上取得了较明显的突破，我国成功研制出为具有国际技术水平的五轴联动加工机床配套的数控系统，打破了国外对我国技术上的封锁；滚珠丝杠及直线导轨、数控回转工作台、双摆角数控万能铣头等功能部件也实现了关键技术突破，并在一些重点企业得到应用，部分替代了进口。
2、跨代追赶，掌握最新技术。数控系统在体系结构上已进入最新一代，即第六代—基于PC的，其特点：一是元器件集成度高，可靠性好，性能指标高；二是技术进步快，升级换代容易；三是提供了开放式的基础，可供利用的软、硬件资源极为丰富。在数控技术发展上，我们是后来者，在接受最新技术上，我们几乎没有任何历史包袱，通过“八五”、“九五”攻关，已掌握了第六代关键技术，并在近十年得到大力发展。在这方面，我们与国外竞争对手处于同一条起跑线，这就给我们带来了极为难得的发展机遇，同时为机床改造提供了更多方便。
3、拥有一批高水平的、有中国特色的、自主的知识产权。高性能的数控系统技术，在“八五”、“九五”攻关中已被我们掌握，不再受到外国的限制。各研发企业和单位通过多年的研究、创新，开发出了有自己特色的高水平的拥有知识产权的数控系统和数控机床。如占国产数控系统总量的50%，进入世界同行产量前三位的广州数控公司，在中高档数控系统有突出贡献的华中数控公司，在高档数控系统独领的珠峰公司和沈阳高档数控国家工程研究中心等，都有一批受市场欢迎的有自主知识产权的高水平的数控系统产品，为机床改造提供了更多更好的选择。
4、在可靠性方面不低于国外产品水平。国产数控系统已进入了第六代，PC机的主机板均为世界名牌工控机企业制造，其可靠性指标MTBF(平均无故障时间)可达30余年。由于国内元器件技术飞速发展，自制电路板的可靠性也大为提高；经过近十年的发展，伺服驱动单元和主轴驱动单元用的电力电子器件已向前发展了三代。不仅性能得到不断提高，保护功能也更加完善，使国产伺服和主轴驱动单元可靠性大为提高，这为机床的改造提供了技术支持。同时不少企业强化了元器件筛选和质量保证体系，还通过了ISO9000质量认证，其质量与可靠性得到充分的保证。
4 国产数控系统改造普通机床的实践
近几年我们曾用国产数控系统对多台普通机床（普车、普铣）进行了数控化改造，其中用广州数控改造车床，华中数控改造铣床,通过改造后的机床其主要技术（精度）指标达到改造设计要求，改造费用仅为购买新的数控机床的1/4~1/3，性价比高。通过用国产数控系统对普通机床改造，我们得到以下有益启示：
1、用国产数控系统改造普通机床，性能指标和可靠性满足要求。现在国产数控系统和与之相配套的伺服装置、伺服电机、滚珠丝杠螺母付、电动刀架等部件的性能指标和可靠性已与国外同类产品不相上下，完全满足改造设计要求。如改造后的数控车床，经检测和零件加工，X向的精度为0.005~0.01mm，Z向精度为0.01~0.02mm，故障率低、可靠性高。
2、用国产数控系统改造普通机床，有可靠的技术支持。现在国产数控企业如广州数控、华中数控在全国各省市都设有技术服务机构，有关数控技术方面的问题能得到及时支持和解决，使普通机床数控化改造有技术支撑。
3、用国产数控系统改造普通机床，适应性和针对性强。现在国产数控系统和与之相配套的部件，品种多、规格齐，水平覆盖高、中、低档，并且在网上或用电话就可选购。在进行机床改造时，可针对机床的类别、机床主要部件的磨损状况，拟定具体的改造方案，有更多的选择；同时，用国产数控系统比用国外数控改造普通机床更方便，技术难度较低，如电气系统设计、装配及机床调试等。
参考文献：
[1]张柱良．数控原理与数控技术[M]．北京：化学工业出版社，2003．
[2]王渝平．浅议普通车床数控化改选与实践[J] ．上海：机电一体化，2007（5）：77~79
机床数控系统范文第4篇
关键词：应用优势；数控系统；参考的；返回故障；报警
中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 10-0195-01
FANUC公司自成立以来，不断推出高水平的数控技术，近年来，这种数控系统在数控机床加工中的应用比例也在不断增加。然而，没有任何一种技术是毫无缺陷的，它们在使用的过程中难免会发生这样那样的故障，由此可见，事先了解FANUC数控系统在机床加工过程中可能会发生的典型故障不仅可以在故障发生时及时解决，还能帮助企业结合自身的发展状况合理的引进使用这种数控系统。
一、FANUC数控系统在机床加工中的应用优势
能够成为多数制造业企业的新型宠儿，FANUC数控系统必然有它别具一格的特点。在以往的FANUC数控系统结构上采用大板结构，不过，新的产品中已采用模块化结构。FANUC专用的LSI，不仅可以提高集成度和可靠性，还有利于降低成本。每一CNC装置上可配上多种控制软件，适用于多种机床，而这种CNC装置体积通过采用面板装配式、内装式PMC（可编程机床控制器）不断减小。此外，在插补、加减速成和诊断等方面FANUC数控系统都在不断增加新的功能。
二、FANUC数控系统在机床加工中的典型故障和排故过程
FANUC数控系统在数控机床加工中会发生一些典型的故障，因此在排故之前一定要根据综合因素来诊断故障发生的原因，只有进行全面的分析，根据现有故障进行排查诊断才能采取行之有效的排故措施，真正的解决故障而不会引起其他部件再发故障。
（一）进给伺服系统故障
1.TG报警：TG红灯点亮
故障现象：电机的速度异常，不按指令进行出现失速或者暴走的现象，由此判断，从指令至速度的反馈一路，均存在致使故障发生的原因。
排故过程：（1）如果是单轴结构，则可通过互换单元来进行判断故障存在于控制单元还是电机自身，若为双轴，则将各轴指令线和动力线对调，通常来说，单元出现故障的比率较大。（2）假如通电之后就出现报警，那故障有可能存在于主回路晶体管。然后使用万用表进行相关测量，并更换晶体管模块；但若是报警情况出现在高速，而低速运转正常，那极有可能是电机或者控制板发生故障，这些可以利用交换伺服单元的方法来判别。（3）更换隔离放大器A76L-0300-0077。（4）观察报警情况的频率高低，如果频率较高，即报警不断则是单元或是控制板故障，否则故障可能存在于电机自身。
2.放电回路过热：显示5
故障现象：内部放电电阻、外部放电电阻或变压器的热保护开关跳开
排故过程：（1）查内部放电电阻上的热保护开关是否断开。（2）查外部放电单元的热开关是否断开。（3）查变压器的热保护开关是否断开。（4）如果无外接放电电阻或变压器热开关，检查RC-R1和TH1-TH2是否短接（应短接）。
3.断路器跳开：BRK灯亮
故障现象：主回路的两个无保险断路器检测到电流异常并跳开，或检测回路有故障。
排故过程：（1）正常情况下，ON灯亮绿色，因此应检查回路电源输入端的无保险断路器是否跳开。（2）若跳开且无法闭合，判断主回路存在短路，应细致查看主回路的整流桥、大电容、晶体管模块等。（3）控制板报警回路出现故障
4.风扇报警：LED显示PMM（425报警）
故障现象：伺服放大器检测到内部冷却风扇故障。
排故过程：（1）观察内部风扇的运转情况，如停止转动，则将风扇拆下观察其清洁程度，若存在污垢可用汽油或酒精洗干净后再安装。（2）检查风扇电源线的连接状况，是否正确。（3）更换风扇，如果进行更换后依旧存在报警情况，则更换伺服放大器。
（二）主轴驱动系统故障
缺相：LED显示AL-04
故障现象：主轴3相交流200V如果有一路没有，控制板就可检测到并发出04号报警。
排故过程：（1）用万用表检查三相交流200V是否正常。（2）首先，使用万能表来检查三相交流200V和三个输入保险是否存在异常，如果保险烧断，则及时更换。同时，检查主回路是否存在短路位置，通常是晶体管模块的后面部分有短路位置，同时检查控制板的驱动回路波形。（3）如果三相保险及电压都正常，检查控制板与单元的连接插座是否接触好。（4）测量控制板上的双二极管DBG1-DBG6，如果有短路或断路的情况需及时更换，若一切正常，更换光偶PC6-PC11。
（三）更换主控制板或送修
1.过载报警（AL-09）
故障现象：控制板检测到晶体管散热器的温度过高，或检测回路故障。
排故过程：（1）观察检测故障现象与时间长短是否有关，若故障出现与长时间开机后，在停机之后并没有报警信号发出，则判断是电机的负载过大，因此应检查机械负载或电机或切削量是否太大。（2）用万用表测量控制板的插座CN5的6、7脚应该是短路的，若开路，检查单元上热控开关是否损坏，如果存在短路现象，则更换控制板上的HY4（RV05）。（3）控制板上可能有断线，可检查与CN5的6、7脚连线。
2.风扇报警（LED显示，PMM显示425报警）
伺服放大器检测到内部冷却风扇故障。（1）观察内部风扇是否没有转，如果不转，拆下观察是否很脏，用汽油或酒精清洗干净后再装上。（2）检查风扇电源线是否正确连接。（3）更换风扇，如果更换风扇后还有报警，更换伺服放大器。
机床数控系统范文第5篇
【关键词】C8051F020单片机；普通机床；数控系统
The Development of the Machine Tool NC System Based on C8051F020 MCU
Han guiming
（Institute of Information Technology，Guilin University of electronic technology）
Abstract：A plan to design the machine tool NC system with C8051F020 MCU being the control center is introduced.The plan to rebuild the machine tool，the constitution principle of the system and the layout for the hardware and the software of the system are also given in this paper.After the rebuilding of the general-purpose machine tool by using the NC system，its working accuracy and productivity will be greatly enhanced and its cost will be lowered.It is a feasible way for machine tool enterprise to enhance the production of the numerical control machine tool.
Key words：C8051F020 MCU；general-purpose machine tool；NC system
引言
数控机床作为一种高精度的自动化机床，综合应用了电子、计算机、自动控制和机床制造等领域的先进技术，在我国工业生产中起着极其重要的作用，它很好地解决了现代机械制造中加工对象精密、结构复杂、品种多、批量小等问题。且产品加工质量稳定，生产效率大幅度提高。考虑到我国国情，价格昂贵的中、高精度的全功能数控机床难以被广大生产企业所接受，价格相对低廉的经济型数控系统得到了迅速地发展。经济型数控系统采用了适合于现场实时控制和数据采集的单片机作为控制器，以控制灵活、可靠性高的步进电机进行驱动。与传统的中、高精度全功能数控系统相比，经济型数控系统具有结构简单、工作性能稳定、性能价格比较高等特点。对于高端的数控机床所要控制的设备和精度要求非常高，它就要用到DSP芯片完成所需要的控制，这样的数控系统是非常昂贵的，这种对于中底端产品来说是完全不能承受的；因此研制适合对于中底端数控系统是非常有市场前景的。本文给出了基于C8051F020单片机的机床数控系统的具体软、硬件方案。
1.机床数控系统简介
中底档数控系统应能控制主轴转速、实现其正反转；控制工作台实现纵向、横向和垂直方向的进给运动（车床刀架能实现纵向和横向的进给运动并自动转位换刀；加工螺纹时应保证主轴转1转，刀架移动1个被加工螺纹的导程）；控制冷却和；通过键盘输入加工程序，由显示器显示加工状态等。因此中底档数控系统主要的组成部分为以下两个部分：
（1）机械部分 主传动系统不变；进给传动系统采用滚珠丝杠螺母副代替原有普通丝杠螺母副（车床应拆掉进给箱、溜板箱、小拖板和刀架，加装电动刀架；主轴加装光电编码器供加工螺纹用）。
（2）数控部分 采用C8051F020单片机组成控制系统，由变频器来调节主机的转动速度，由功率步进电机经一级齿轮减速后驱动X、Y、Z三轴（亦可用联轴器将步进电机与丝杠直接联结起来，以减小径向尺寸）。
2.数控系统硬件设计
2.1 C8051F020简介
C8051F020器件是完全集成的混合信号系统级MCU芯片，具有64个数字I/O引脚。它的主要特性有以下几点（由于篇幅原因只列出部分）：
（1）高速、流水线结构的8051，兼容的CIP-51，内核（可达25MIPS）。
（2）真正12位100 ksps的8通道ADC，带PGA和模拟多路开关。
（3）真正8位500 ksps的ADC，带PGA和8通道模拟多路开关。
（4）两个12位DAC，具有可编程数据更新方式。
（5）64K字节可在系统编程的FLASH存储器。
（6）5个通用的16位定时器。
（7）具有5个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列。
（8）片内看门狗定时器、VDD监视器和温度传感器。
（9）具有片内VDD监视器、看门狗定时器和时钟振荡器的C8051F020/1/2/3是真正能独立工作的片上系统。
C8051F020/1/2/3单片机所有模拟和数字外设均可由用户固件使能/禁止和配置。FLASH存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新c8051f020MCU固件。片内JTAG调试电路允许使用安装在最终应用系统上的产品MCU进行非侵入式（不占用片内资源）、全速、在系统调试。该调试系统支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、观察点、单步及运行和停机命令。在使用JTAG调试时，所有的模拟和数字外设都可全功能运行。
统合以上陈述选用C8051F020单片机作为本系统的主控芯片。
2.2 机床数控系统硬件结构与组成
本机床数控系统的硬件结构框图如较图1所示。在硬件系统中为了节省C8051F020单片机为数不多的IO口，键盘与键盘指示灯采用周立功公司的zlg8279芯片，它与C8051F020单片机只需要4个引脚就可以完成64个按键与64颗指示灯的控制。本系统中用zlg8279芯片来管理64个按键与按键相对于的指示灯。在控制经x，y，z方向上的步进电机使用的是高速光耦，对于主轴，刀位与x，y，z轴的状态反馈用的是低速光耦，这样做的目的是既能满足高速脉冲传输要求也在很大程序上节省系统制作成本。在这里变频器控制的电压为线性的，所以要用到线性光耦。为了方面工友们的使用我们经过多次考虑还是决定使用320*240这类比较大的LCM来完成所有界面的显示。
3.机床数控软件设计
本机床数控系统主要是通过C8051F020单片机对步进电机进行控制和变频控制器，使机床移动部件（工作台、床鞍、升降台、刀架等）沿X、Y、Z三个坐标方向移动，实现刀具与工件的相对运动，完成零件的加工。本系统软件框图如图2所示。系统软件由初始化模块、键盘处理模块、LED显示模块、输入数据处理模块、输出控制模块等组成其中步进电机控制程序由软件实现脉冲分配，现以三相六拍步进电机为例说明步进电机的控制方法：当电机三相绕组按A-AB-B-BC-C-CA-A的顺序通电时，步进电机正转；若按A-AC-C-BC-B-AB
-A的顺序通电，则步进电机反转。脉冲分配采用查表法，表格固化于flash中。系统程序编制通过定时器定时中断产生周期性脉冲序列，不使用软件定时，不占用CPU。
结论
在我国，大批机床的数控改造与升级势在必行，同时这也是许多企事业不容忽略的课题。本方案是在比较了众多采用89C51单片机的方案后得出最佳的方案，特点是控制精度高比老式的数控机床精度提高了10%，生产效率提高了45%。同时，在满足要求的情况下成本控制已经最低。本方案已被国内某机床股份有限公司所采纳，产品经过一年多的市场试验，客户反应非常良好，这说明这是一个可行的方案。希望本文能起到抛砖引玉的作用。
参考文献
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[6]鹿伟,高嵩.基于C8051F020单片机的步进电机驱动器[J].电子工程师,2007,33(7):60-61,80.
机床数控系统范文第6篇
一、数控机床结构及工作过程
数控机床由输入、输出装置，数控装置，可编程控制器，伺服系统，检测反馈装置和机床主机等组成，输入装置将不同加工信息传递给计算机。输出指输出内部工作参数(含机床正常、理想工作状态下的原始参数，故障诊断参数等)，一般在机床刚工作需输出这些参数作记录保存；待工作一段时间后，再将输出与原始资料作比较、对照，可帮助判断机床工作是否正常。数控装置是数控机床的核心与主导，完成所有加工数据的处理、计算工作，最终实现数控机床各功能的指挥工作。可编程控制器对主轴单元实现控制，对程序中的转速指令进行处理而控制主轴转速；管理刀库，进行自动刀具交换、选刀方式、刀具累计使用次数、刀具剩余寿命及刀具刃磨次数等管理；控制主轴正反转和停止、准停、切削液开关、卡盘夹紧松开、机械手取送刀等动作；还对机床外部开关进行控制；对输出信号(刀库、机械手、回转工作台等)进行控制。检测反馈装置由检测元件和相应的电路组成，主要是检测速度和位移，并将信息反馈给数控装置，实现闭环控制以保证数控机床的加工精度。
二、机床数控系统需要解决的几个问题
机床由机械和电气两部分组成，在设计总体方案时应从机电两方面来考虑机床各种功能的实施方案。数控机床的机械要求和数控系统的功能都很复杂，所以更应让机、电沟通，扬长避短。机床控制系统选件、装配、程序编制及操作都比较合理，精度和稳定性都必须满足使用要求。同时为便于调试和检修，各项操作均应设手动功能，如手动各轴快慢移动、主轴高低速旋转、切削液及开关等。PLC按照逻辑条件进行顺序动作或按照时序动作，另外还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行联锁保护动作的控制，PLC发展成了取代继电器线路和进行顺序控制的主要产品，在机床的电气控制中应用也比较普遍。
在实际控制中要求对控制系统可变参数在线进行修改，使用编程器可以方便、快速地改变原设定参数。但编程器一般不能交现场操作人员使用，所以，应考虑开发其他简便有效的方法，实现PLC的可变控制参数的在线修改。另外，为了防止电压过高损坏PLC，电源输入端应加上压敏电阻。为了防止过热，PLC不许安装在变压器等发热元件的正上方，变频器须与PLC、伺服驱动器等保持一定距离。在元件间留有适当空隙，利于散热，并且在配电箱上安装风扇降温。
三、PLC的数控机床定位伺服控制系统分析
数控机床是一种高精度、高效率的自动化设备，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，其定义是产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。必须选择稳定可靠的控制单元才能保证数控机床的正常、高效运行。
可编程逻辑控制器是该机床各项功能的逻辑控制中心，集成于数控系统中，主要是指控制软件的集成化，而PLC硬件则在规模较大的系统中采取分布式结构。伺服系统最高速度的选择要考虑到机床的机械允许界限和实际加工要求，高速度固然能提高生产率，但对驱动要求也更高。全闭环伺服系统是将位置检测元件置于被测坐标轴的终端移动部件上，以检测机械传动链中的螺距误差、间隙及各种干扰所造成的传动误差，并进行反馈补偿控制，从而提高机床的位置控制精度。在全闭环伺服控制系统中，对位置检测元件和反馈元件的选择很关键。感应同步器具有精度高、重复性好、抗干扰能力强、耐油耐污及维护简单等优点，特别适合于高精度全闭环数控机床的工作场合。数控机床要求具备稳定性、快速性和准确性，而大型数控机床的机械传动装置转动惯量较大，固有频率低，要使其大大高于系统截止频率很困难，全闭环包括该进给系统轴几乎所有不稳定的非线性因素，调整不当很容易使机床产生抖动现象。
因此，数控机床全闭环伺服系统在保证快速性的基础上应主要解决机床进给运动的稳定性而获得比半闭环伺服系统高的位置精度。伺服电机的编码器将位移检测信号反馈给伺服驱动器，驱动器将输入信号的脉冲频率和脉冲数与回馈信号的频率和脉冲数，经内部的偏差计数器与频率转电压电路处理后，得到脉冲偏差值与转速误差值。伺服电机的转速与输入信号的脉冲频率成正比，而电机的移动量则由脉冲数决定。
机床数控系统范文第7篇
关键词：数控机床接地保护屏蔽保护
随着简易型数控车床的普及，由于数控系统及伺服单元接地与屏蔽工作处理不好造成的外部故障较多，因此通过在研制过程中对系统接地与屏蔽进行合理化设计，对于降低外部故障率，提高机床整体可靠性存在积极意义。在机床产品电气设计过程中，对接地与屏蔽保护进行妥善处理，才能有效地对该类故障发生率降低，切实提高产品的抗干扰能力。
1 故障分类：
由于数控单元的接地与屏蔽处理不好导致的机床产品故障根据其成因可分为以下两类：
接地不良导致的电气故障；一台数控车床频繁出现屏幕重启但机床仍能运行的问题，经排查故障发现系统操作板处接地虚连导致，将操作面板接地线重新连接后故障排除。
信号传输过程中因屏蔽不好受到干扰导致的电气故障。如一台立式加工中心主轴不能正常运转，屏幕显示档位错误，经排查故障发现，由于主轴档位信号电缆缺少屏蔽措施，造成信号传输过程中受到干扰，更换屏蔽电缆问题得到解决。
普及型数控机床产品涉及的地线可大致分为以下几种：
（1）数字地：也叫逻辑地，是各种开关量（数字量）信号的零电位。
（2）模拟地：是各种模拟量信号的零电位。
（3）信号地：通常为传感器的地。
（4）交流地：交流供电电源的地线，这种地通常是产生噪声的地。
（5）直流地：直流供电电源的地。
（6）屏蔽地：也叫机壳地，为防止静电感应和磁场感应而设。
2 设计改进：
根据GB5226.1-2008《机械电气安全 机械电气设备 第1部分：通用技术条件》的要求，在产品设计过程中一般采用黄绿双色导线做为保护导线，端子处安装要求标识。对于数控机床产品多发的接地不良导致的电气故障，在机床电气设计过程中通过以下环节进行优化改进：
（1）对机床数控系统各部件地线的处理。对数控单位各部件不同类接地不能简单地、任意地连接在一起，否则容易对数控系统信号传输产生干扰，根据系统各部件功能及接地要求进行分类，将整台数控机床电气系统要分成若干独立的模块，每个模块设计共同的接地点或接地干线，最后将不同的模块接地干线汇集一起，形成整台数控机床的总接地。设备地线不能布置封闭的环状,一定要留有开口,因为封闭环在外界电磁场影响下会产生感应电动势,从而产生电流,电流在地线阻抗上有电压降,容易导致共阻抗干扰。采用光电耦合、隔离变压器、继电器、共模扼流圈等隔离措施,切断设备或电路间的地环路,抑制地环路引起的共阻抗耦合干扰。
（2）对机床数控单元信号传输的屏蔽保护。在电气系统中为了减少电箱中伺服驱动器、变频器、直流分线器、变压器等主要元器件产生的噪声，对信号电缆、变频器、变压器的屏蔽层均需要接地。在低阻抗网络中,利用低电阻导体可以降低干扰作用,故低阻抗网络常用作电气设备内部高频信号的基准电平(如机壳或接地板) ,这种端接点应标明接地符号。公共基准电位的连接应使用单独点,尽可能靠近PE端子,直接接地或连接它自己的外部(无噪声)大地导体端子。对于低频电路( f < 1MHz) ,电路通常是单端接地,信号电缆的屏蔽层也应单端接地,单端接地对电场起到主动屏蔽的作用,也能起到被动屏蔽作用,但对磁场没有屏蔽作用。当电缆的长度l < 0. 15λ(λ = c / f)时,则要求单点接地。无论是单芯或是多芯屏蔽电缆,在电源和负载电路中,一端为接地点,另一端与地绝缘,其中接地点就是屏蔽层的接地。一般均在输出端接地,不存在接地环路,屏蔽效果好,这是电缆层屏蔽最佳接地形式;也可在输人端接地。对于高频电路( f > 1MHz) ,电路通常是双端接地,屏蔽电缆的屏蔽层也应双端接地,双端接地能对电场和高频磁场产生屏蔽作用。机床供电电源用电缆的屏蔽层应在两端接地。当电缆的长度l > 0. 15λ(λ= c / f)时,则采用多点接地。一般屏蔽层按0. 05λ或0. 1λ的间隔接地,至少应该在屏蔽层两端接地,以降低地线阻抗,减少低电位引起的干扰电压。数控系统中数控装置与伺服驱动器、变频器间的信号传输线一般推荐采用屏蔽双绞线,且屏蔽层采用双端接地方式
3 实施举例：
电柜的接地实例 伺服信号线的屏蔽处理
结束语
机床数控系统范文第8篇
关键词：数控；控制器；系统；效率；质量
我国是一个机床生产和应用大国，但数控技术的应用水平还不高，严重制约着我国制造业水平的提高。国际上的相关开发计划对我国的数控技术的发展提出了严峻的挑战，同时也带来了机遇。只有选择合适的PLC才能使定位达到预期的效果。采用了PLC控制，使电气部分的抗干扰能力增加，提高了机床的运行可靠性，因而增加了设备的柔性，提高了设备的使用效率。
1 数控机床组成结构及工作过程
1.1 数控机床的组成
数控机床由输入、输出装置、数控装置、可编程控制器、伺服系统、检测反馈装置和机床本体等组成。如图1。
1.2 装置过程
输入设备是将不同的加工信息传输给计算机处理。由于数控机床发展早期阶段，输入设备是一个简单的穿孔纸带，目的是记录信息数据，现已淘汰。目前，使用键盘，硬盘等的使用，大大方便了信息的输入工作，也解决了存储带来的麻烦。输出指的是输出参数值的内部运作，一般在机器时，我们作为一个纪录的工作，将这些参数保存，等过了一段时间，然后只需输入参数并比较原始数据，可以确定是否正常运行。数控机床设备是机床本体的核心，核心时的数据处理全部完工后，可以运行命令指挥数据的工作。其功能是接收送来的脉冲信号的，通过系统软件或逻辑的过程中，执行各个部分进行规定的、有序的动作。主轴控制可编程控制器是通过命令处理控制转速，控制主轴正反转和停止，进给保持，切削液开关，卡盘夹紧松开等动作；还涉及了关于机床开关外部控制。测试反馈装置，主要是检测速度和位移，并将信息传递给数控设备，实现闭环控制的反馈，以确保数控加工精度。
1.3 合理的安排
数控加工的准备过程较复杂，内容多，含对零件的结构认识、工艺分析、工艺方案的制订、加工程序编制及使用方法等。首先要由编程人员或操作人员通过对零件图作深入分析，特别是工艺分析，确定合适的加工工艺，其中也包含了装夹方法的确定、工序划分、走刀路线及其切削用量的选择等。为了提高工作效率，进给保持不应该持续性的利用，应该合理性的利用机床。这项指标直接导致对机床利用率的评价。
2 机床数控系统需要解决的几个问题
机床是由机械和电气两部分组成，在设计总体方案时应从机电两方面来考虑机床各种功能的实施方案，数控机床的机械要求和数控系统的功能都很复杂，所以更应机电沟通，扬长避短。机床控制系统选件、装配、程序编制及操作都应该比较合理，精度和稳定性都必须满足使用要求。同时为便于调试和检修，各项操作均设手动功能，如手动各轴快慢移动、主轴高低速旋转、切削液及开关等。PLC按照逻辑条件进行顺序动作或按照时序动作，另外还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行联锁保护动作的控制，PLC发展成了取代继电器线路和进行顺序控制的主要产品，在机床的电气控制中应用也比较普遍。
在实际控制中如何既能提高定位速度，同时又能保证定位精度是一项需要认真考虑并切实加以解决的问题。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。高精度的控制系统必须有高精度的检测元件作为保证。当现场条件发生变化时，系统的某些控制参数必须能作相应的修改，为满足生产的连续性，要求对控制系统可变参数的修改应在线进行。尽管使用编程器可以方便快速地改变原设定参数，但编程器一般不能交现场操作人员使用；所以，应考虑开发其他简便有效的方法实现PLC的可变控制参数的在线修改。另外为了防止电压过高损坏PLC，电源输入端加上压敏电阻。为了防止过热。
PLC不许安装在变压器等发热元件的正上方，变频器与PLC、伺服驱动器等保持一定距离。在元件间留有适当的空隙，以便散热，并且在配电箱上安装风扇降温。此外，为保证控制系统的安全与稳定运行，还应解决控制系统的安全保护问题，如系统的行程保护、故障元件的自动检测等。
3 机床定位伺服控制系统分析
3.1 浅谈数控机床
数控机床是一种高效率，高精度的自动化现代化设备，提高数控机床的可靠性，安全性已变得非常重要。可靠性评估主要指标之一是可靠性。机床功能部件对数控机床的性能和功能有拥有开拓的非常重要的作用。所以它与不同的零部件和配件，不仅要有结构的协调合作，一般使用，而且它具有最优越的性能，而且还可以证明机床的个性化功能。用于高速数控系统不能仅可以提高数据处理能力，而且应该有加速和减速控制功能，平稳控制等先进技术。因此，我们必须选择一个稳定，可靠的控制单元，以确保正常和有效的机床运行。
3.2 单步功能
单步动作为一种辅助工作方式常常在工作台的调整中使用。机床的机械允许界限和实际加工要求的选择决定于伺服系统最高速度，速度提高生产率也提高，但对驱动设施要求也就提高了。此外，从系统控制的角度来看，也有测试和反馈的问题，特别是在计算机控制系统里，我们必须考虑有足够的时间进行软件处理。在全闭环伺服控制系统，部件和位置检测元件选择的反馈是必不可少的。数控机床应具有稳定性，快速性和高精度。在大型数控机床中，机械传动的时刻拥有较大的惯性，固有低频率。全闭环包括了进给系统轴的不稳定因素，当不正确的调整，会使机器很容易出现抖动现象。因此，全闭环数控机床伺服系统的速度比在稳定的情况下半闭环伺服系统，定位精度高。伺服电机编码器将检测信号反馈到伺服驱动器，伺服电机的速度和输入脉冲频率信号成正比，但是电机编码器则是由脉冲数决定
4 相关程序设计与操作
PLC通过编程器输入程序，达到控制目的。由于PLC的工作过程是循环性的，因此会快速的执行程序。另外针对软件故障，必须在设计上采用直接导入程序，执行自动停止运行，这时机器会停止运作程序，有效地减少事故的发生。
5 小结
我国目前对数控技床的需求日益增加，国内市场的需求量很大，所以我国机床企业必须奋发图强，不断扩大技术队伍和提高人员的技术素质，学习和引进国外技术的先进科学技术，以便早日赶上世界先进水平。
参考文献
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[2] 薛劲松 宋 宏等.CIMS的总体设计.机械工业出版社.1997.4
机床数控系统范文第9篇
【关键词】高精密数控机床；840D；双向螺距误差补偿
一、西门子840D数控系统的补偿功能
西门子840D做为目前主流使用的高端数控系统，其提供了多种补偿功能，供机床精度调整时选用。但在其功能说明样本和资料中所列的众多补偿功能中，都没有指出该系统具有双向螺距误差补偿功能。我们通过研究下垂补偿功能发现，下垂补偿功能具有方向性。换种思路，如果在下垂误差补偿功能中将基准轴和补偿轴定义为同一根轴时，就可能对该轴进行双向丝杠螺距误差补偿，由此提供了一个双向螺距误差补偿的依据。
二、840D下垂补偿功能的原理
1、下垂误差产生的原因：
由于镗铣头的重量或镗杆自身的重量，造成相关轴的位置相对于移动部件产生倾斜，也就是说，一个轴（基准轴）由于自身的重量造成下垂，相对于另一个轴（补偿轴）的绝对位置产生了变化。
2、840D下垂补偿功能参数的分析：
西门子840D数控系统的补偿功能，其补偿数据不是用机床数据描述，而是以参数变量，通过零件程序形式或通用启动文件（_INI文件）形式来表达。描述如下：
（1）$AN_CEC[t，N]：插补点N的补偿值，即基准轴的每个插补点对应于补偿轴的补偿值变量参数。
（2）$AN_CEC_INPUT_AXIS[t]：定义基准轴的名称。
（3）$AN_CEC_OUTPUT_AXIS[t]：定义对应补偿值的轴名称。
（4）$AN_CEC_STEP[t]：基准轴两插补点之间的距离。
（5）$AN_CEC_MIN[t]：基准轴补偿起始位置。
（6）$AN_CEC_MAX[t]：基准轴补偿终止位置。
（7）$AN_CEC_DIRECTION[t]：定义基准轴补偿方向。其中：
$AN_CEC_DIRECTION[t]=0：补偿值在基准轴的两个方向有效。
$AN_CEC_DIRECTION[t]=1：补偿值只在基准轴的正方向有效，基准轴的负方向无补偿值。
$AN_CEC_DIRECTION[t]=-1：补偿值只在基准轴的负方向有效，基准轴的正方向无补偿值。
（8）$AN_CEC_IS_MODULO[t]：基准轴的补偿带模功能。
（9）$AN_CEC_MULT_BY_TABLE[t]：基准轴的补偿表的相乘表。这个功能允许任一补偿表可与另一补偿表或该表自身相乘。
3、下垂补偿功能用于螺距误差或测量系统误差补偿时的定义方法：
根据840D资料的描述，机床的一个轴，在同一补偿表中，既可以定义为基准轴，又可以定义为补偿轴。当基准轴和补偿轴同为一个轴时，可以利用下垂补偿功能对该轴进行螺距误差或测量系统误差补偿。从补偿变量参数$AN_CEC_DIRECTION[t]的描述中可以看出，由于下垂补偿功能补偿值具有方向性，所以，下垂补偿功能在用于螺距误差或测量系统误差时，可以理解为在坐标轴两个方向上可以分别给予补偿。一个表应用于补偿轴的运行正方向，另一个表应用于补偿同一轴的运行负方向。
三、840D下垂误差补偿功能几个关键机床数据的说明
1、NC机床数据
MD18342：补偿表的最大补偿点数，每个补偿表最大为2000插补补偿点数。
MD32710：激活补偿表。
MD32720：下垂补偿表在某点的补偿值总和的极限值，840DE（出口型）为1mm；840D（非出口型）为10mm。
2、设定机床数据
SD41300：下垂补偿赋值表有效。
SD41310：下垂补偿赋值表的加权因子。
由于这两个数据可以通过零件程序或PLC程序修改，所以一个轴由于各种因素造成的不同条件下的不同补偿值可通过修改这两个数据来调整补偿值。
四、应用
下垂补偿功能应用于双向螺距误差补偿，其装载步骤与840D螺距误差补偿方法一样。
例一：正向补偿文件
％_N_NC_CEC_INI
CHANDATA(1)
$AN_CEC[0,0]=0.000
$AN_CEC[0,1]=0.000
$AN_CEC[0,2]=0.000
$AN_CEC[0,3]=0.000
……
$AN_CEC[0,49]=0.000
$AN_CEC[0,50]=0.000以上定义补偿插补点的补偿值
$AN_CEC_INPUT_AXIS[0]=(AX1） 定义基准轴
$AN_CEC_OUTPUT_AXIS[0]=(AX1）定义补偿轴
$AN_CEC_STEP[0]=10定义补偿步距
$AN_CEC_MIN[0]=0定义补偿起点
$AN_CEC_MAX[0]=500定义补偿终点
$AN_CEC_DIRECTION[0]=1定义补偿方向
$AN_CEC_MULT_BY_TABLE[0]=0 定义补偿相乘表
$AN_CEC_IS_MODULO[0]=0 定义补偿表模功能
例二：负向补偿文件
％_N_NC_CEC_INI
CHANDATA(1)
$AN_CEC[1,0]=0.000
$AN_CEC[1,1]=0.000
$AN_CEC[1,2]=0.000
$AN_CEC[1,3]=0.000
……
$AN_CEC[1,49]=0.000
$AN_CEC[1,50]=0.000以上定义补偿插补点的补偿值
$AN_CEC_INPUT_AXIS[1]=(AX1）定义基准轴
$AN_CEC_OUTPUT_AXIS[1]=(AX1）定义补偿轴
$AN_CEC_STEP[1]=10 定义补偿步距
$AN_CEC_MIN[1]=0 定义补偿起点
$AN_CEC_MAX[1]=500 定义补偿终点
$AN_CEC_DIRECTION[1]=-1定义补偿方向
$AN_CEC_MULT_BY_TABLE[1]=0 定义补偿相乘表
$AN_CEC_IS_MODULO[1]=0 定义补偿表模功能
机床数控系统范文第10篇
关键词:数控化改造；数控系统；伺服系统
中图分类号：TG502文献标识码： A 文章编号：
1 前言
制造业是国民经济的基础产业和支柱产业,是推动国家技术进步的主要力量。我国制造业水平与发达国家相比,总体水平偏低,为改变这种落后状况,必须提高制造业的装备水平,特别是机床的数控化率。购置数控机床是提高数控化率的途径,对旧机床进行数控化改造,也是提高机床数控化率的重要途径之一。机床数控化改造,是在机床上增加数控装置,使其具有一定的自动化能力,以实现预定的加工工艺目标。它是根据生产实际需要提出,并随着机床行业以及技术的不断进步而发展起来的,它的内容是应用成熟的数控技术和经验,以适应生产的具体要求为目的,对现有机床的局部结构进行改造,并安装新部件、新装置、新附件,用计算机控制机床的工作,提高机床的技术性能指标,使之全部或局部达到新数控机床的水平。
2 数控化改造的内容
机床数控化改造是指以可使用的普通旧机床作为毛坯,通过改造手段将其改造为具有数控机床功能的、且与同类新数控机床性能相近的数控机床,其改造的主要内容如下:
2 . 1 精度的恢复和机械传动部分的改进
随着机床使用年数的增加,机床的机械传动部件,如导轨、丝杠、轴承等都有不同程度的磨损。因此,机床改造过程中首要任务是对旧机床进行类似于通常的机床大修,以恢复机床精度,达到新机床的制造标准。但是机床数控化后对机床精度的要求与普通机床的大修是有区别的,即整个机床精度的恢复与机械传动部分的改进,都要为满足数控机床的结构特点和数控自动化加工的要求来进行。数控机床的主轴驱动系统和进给驱动系统分别采用交、直流主轴电动机和伺服电动机驱动。这两类电动机调速范围大,并可无极变速,因此使主轴箱、进给变速箱及其传动系统大为简化。由电动机直接连接主轴或滚珠丝杠。目前数控机床进给系统中常用的机械传动装置主要有滚珠丝杠副、静压蜗杆蜗母条和预加载荷双齿轮齿条三种。机床采用的导轨是新材料低摩擦因数的导轨,如滑动导轨、滚动导轨和静压导轨。另外,在机床上还要加一些辅助装置,如冷却系统、空气过滤器、自动换刀装置、排屑装置等。
2. 2 选定数控系统
根据要进行数控化改造机床的控制要求,选择合适的数控系统是至关重要的。选择时,除了考虑各项功能满足要求外,还一定要确保系统工作可靠性。一般以性能价格比来选取,并适当考虑售后服务和故障维修等有关情况。如选用企业内已有数控机床中相同型号的数控系统,对今后操作、编程、维修等都带来较大的方便。伺服驱动系统的选取,也按改造数控机床的性能要求决定。若采用同一家公司配套供应的数控系统和伺服驱动系统,改造产品的质量和维修更容易得到保证。
当前生产数控系统的公司比较多,国外的公司如SIEMENS公司、FANUC公司、国内的公司如广州数控GSK公司、华中数控系统有限公司等。一般,进口系统较国产系统性能稳定,但价格昂贵,将其用于机床改造,有些得不偿失。国产系统在目前市场上有各种经济型和标准型数控系统供应。其中,经济型数控系统具有结构简单,操作方便,技术易于掌握及制造成本低等优点,系统性能相对较差,可靠性不高;另外,随着生产技术的不断发展,标准型数控系统制造成本越来越低,售价也在不断降低,所以在系统选择上一般可以考虑国产标准型数控系统,例如广州数控系统或华中数控系统。
在选择数控系统时,应了解系统的控制轴数,特别是联动轴数。因为这与数控系统的价格有直接关系。对只需点位控制的机床,就不要求控制联动轴,有需要进行轮廓控制的场合,才需要选用有联动功能的系统。例如,改造钻床时,可选两个控制轴的点位控制系统,不要求两轴联动;改装车床时,则需要两轴联动;改装要加工空间曲面的铣床时,则需要三轴联动。
2. 3 伺服系统设计
伺服系统分为开环、半闭环和闭环系统三种。开环控制系统主要由驱动控制单元、执行元件和机床组成。闭环伺服驱动由执行元件、驱动控制单元、机床以及反馈检测单元、比较控制环节组成。在普通机床的数控化改造中一般采用步进电动机和交流伺服电动机。交流伺服电动机调速方便,体积小,目前广泛用于数控机床的传动系统。与步进电动机相比, 其精度高、价格昂贵,考虑到改造本身是经济型改造,因此一般选用步进电动机作为驱动装置。检测反馈单元一般用光栅、脉冲编码器等。在选择驱动装置时,一定要考虑其运转性能与电动机的匹配,同时也要考虑其接口数据与数控装置接口数据的匹配。目前国内外的数控系统厂家,都开发了与自己系统配套的驱动器,如广州数控适配DA98系列驱动器,华中适配HSV系列驱动器,FANUC(发那科)本身开发了集成程度很高的多轴驱动器,所以一般优先考虑配套的驱动器。
2 . 4 电气系统的改造设计
在进行机床数控化改造时,原机床的电气控制部分一般只能报废,重新按数控化改造要求进行设计制作。数控机床的强电控制部分设计中要特别注意的是,数控系统各接口信号的特点和形式要相配,并且在设计过程中应尽量简化强电控制线路。
在电气控制系统的改造设计中,应该遵循:机床在满足控制要求的前提下,设计方案力求简单、经济,不宜盲目追求自动化和高指标,力求控制系统操作简单、车床使用与维修方便。机床中的主轴电动机、冷却泵电动机、刀架电动机等均需系统自动控制。数控机床中电气控制系统除了对机床辅助运动和辅助动作控制外,还包括对保护开关、各种行程、极限开关的控制, 以及在操作盘上所有按键、操作指示灯等的控制。改造后的电气控制系统,不仅保留了机床传统控制系统的优点,同时具有体积小、功能强、通用性和灵活性强、使用维护方便等特点。
2. 5 整机联接调试
旧机床上述各个部件的改造过程完成后,就可对组装后改造机床各个部件进行调试。一般先对电气控制部分进行调试,看单个动作是否正常,然后再进机调试阶段。
3 结语
由于机床数控化改造有多种方案,机床类型不同,改造的内容也不同,所以上述机床改造内容并非一成不变,而要根据实际情况选取合适的方式,以使普通机床数控化改造后的性能与新的同类数控机床相近或相同。另外,在机床数控化改造完成后,还应注意培训数控机床的操作人员和编程人员,以使改造后的数控机床能够尽快发挥作用。
参考文献
[1] 罗永顺.机床数控化改造技术[M].北京:机械工业出版社.
[2] 方旺.普通车床的数控化改造[J].机电工程技术,2010(39):8.