机床数控系统范文

机床数控系统篇1

关键词：数控机床；电气控制系统；重要性

随着科技的不断发展，电气的发展在部分企业占着重要的地位。数控系统是数控机床的核心，数控机床控制系统则直接影响着整个系统的操作性能。对于数控机床的操控是否恰当合理，影响到产品的生产质量。因此，我们对于数控机床的电气控制系统的要求是，应按照电气控制的原理来进行规范的设计，使得设计出的数控机床的电气控制系统能够保证数控机床安全可靠的运行。随着社会经济的不断发展，数控机床得到越来越多的企业应用，企业也开始探索和研发创新，以提高机床的生产效率的同时增加公司的经济效益。

1数控机床的电气控制系统简介

就数控机床而言，属于一类配置软件程序调控模块的职能机床设备。当然详细系统构造能够解决一些包含调控编码或类似符号指令的程序内容，同时完成编译过程，以编译成为代码的数字进行表达，以对应载体完成对数控设备的注入。然后根据处理流从数控设备产生不同的调控信息，从而达到管控机床操作流程的目标，即根据设计图例的形态与规格标准完成零件的自动加工。此外，相对传统机床，其主要的优势在于有效处理了繁琐、精细、大量、多样的零部件加工流程，体现出更强的灵活性与高效性，标志着了当代机床调控技术研究重点，也是机电一体化研究的重要产物。电气调控规划图包含多个方面构成，即如线路装配调整、运用及维持的参考资源，主要涵盖了原理图、装配线路图、元件分布图等多种图纸的规划。而且整个体系内一切电气设施的调控原则就是依照对应的原理进行，除了电气设施的装配以外，还包含整个系统的调控等等。

2数控机床的电气控制系统的重要性

对于我国的工业生产行业，数控机床的生产效率要远远超于人工的机床控制，所以数控机床得到广泛的推广和使用，这样一来就使得我国的工业生产效率不断增大。传统的手工机械加工行业，不能够准确的控制产品的各项参数，保证生产质量。而数控机床则可以设置好各项需要的参数，减小产品的参数误差，提升产品的生产速率和效率，这样就增加了企业的经济效益。数控机床对于产品的高质量加工促进了了我国工业的发展，数控机床已经逐渐代替了传统的控制机床，为我国的经济发展做出了相应的贡献。因此，不管是学校还是企业，都得重视技术性人才的培养。

3数控机床的电气控制系统设计研究

对于数控机床的电气控制系统，在设计的时候，会涉及到很多的相关专业化的内容。而我们在设计时，需要合理的对数控机床的电气控制系统的优势进行发挥，以达到我们想要的效果，然后才能真正的保证数控机床的正常使用。而我在本文的叙述中，主要是针对数控机床的电气控制系统在模块化的设计理念上进行的同时，通过对电气控制系统的功能研究，数控机床的电气控制系统包括的三个部分，分别为硬件电路、参数设置和PLC程序。对于每个部分都有相应的小分支，来支持该部分的运行。（1）硬件电路。对于一般数控机床而言，其中的硬件电路类型涵盖电源类、交流输入类、交流传递类、刀具更替类等多累电路组间，以电源类电路为例，主要是按照电气调控的具体方向进行规划的，其电压的输出设置，在具体的设置过程中使用200V伺服变压器，然后通过对风机和伺服驱动模块进行科学的设置以保证正常的供应所需的电能给数控机床，保证数控机床的正常运行。另外，对于电源电路的规划，电源电路本体运作采用的额定电压指标则需要通过科学的规划流程，而且对于接触设备供电一般是选择110V的管控变压设备，而在电磁阀及Z轴制动器的供电标准将选择27V电压，再以整流设备完成替换。而且对于电气调控体系，电压值在220V的线路包含两类，而且不同的线路体现的功用及价值存在差异性，如果全用于对机床电动机、冷却设备以及继电器的供电，则可以保证正常的运作。而且交流输送电路规划意义在于为保证机数控机床运行的稳定性和高效性。对于交流进给传动电路，其在进行对其设计时需要采取精确的指标控制，以保证数控机床的正常运行。（2）参数设置。参数，简单可以解释为规划数据可以充分达到数控机床电气管控体系及功用的目标。一般在规划流程中，会细致分析客户对于机床的功用要求，从而最大程度体系其性能，设定满足具体需求，同时能够规划科学的数据指标，以满足机床的正常运作。（3）PLC程序。PLC系统也是机床主要构造部件之一，而且其从收到命令到调控命令的反应周期仅仅为10~100ms，当然这种高效的反应速度完全可以满足大部分数控机床运作环境。但是因为工业生产改革，导致产品的生产速度及品质需求都在不断提升，那么其对数控机床电气控制系统的相应的对接收指令进行处理的效率要求也应当同步增加，这让更多PLC程序按照级别分为两类，低级与高级程序系统，然后我们再根据控制类型完成详细的划分，选择各个级别的程序去对应完成不同的操作流程。即如低级的程序在规划过程较为简便，所以可以用于一些低需求的系统设计流程，而且根据一系列低高级程序的统一结合可以达到整个程序系统对数控机床电气体系的完整管控。总而言之，数控机床的电气控制系统的设计时对于工业生产的重要步骤，需要有相应的参数设计，以保证机床的正常生产效率。数控机床的不断更新给我国工业化建设提供了更要有效的设施，提升了我国的经济效益。

参考文献：

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[4]向长林.谈数控机床的电气控制系统设计[J].科学大众(科学教育),2015(04):173.

[5]张昊.试论数控机床的电气控制系统设计[J].中国新技术新产品,2014(18):83.

机床数控系统篇2

关键词：数控机床；PLC；应用

1 概述

数控机床在机械制造产业中起到了关键作用，通过数控机床的合理化应用，使机械零件的生产效率和质量得以保障，从而使整个生产的流程能顺畅的进行，提高生产企业的经济效益。在传统的控制系统应用中，在某些方面还存在着不足，现将PLC技术应用于数控机床控制系统中，提高了机床的整体生产效率。

2 PLC特征体现及应用流程分析

2.1 PLC特征体现分析

PLC是可编程控制器的简称，它采用可以编制程序的存储器，可用来在执行逻辑运算和顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的设备，通过输入输出接口电路，控制各种类型的机械设备或生产过程。其特点是体积小、重量轻[1]、抗干扰能力强。这些特征使得PLC在机械设备中易于装配，能有效地实现机电一体化。

随着PLC控制技术的不断普及，能够将其在多样化电气控制场合当中加以应用，在当前的可编辑控制器的应用上，其自身的数据运算能力愈来愈强，并在整个数字控制的领域当中都能得以有效应用，发展至今已经在位置和温度控制等多个领域得到广泛应用。

另外，PLC技术在实际的应用中，有着比较强的抗干扰能力。这一技术的应用主要是通过大规模集成电路技术，通过抗干扰处理技术的应用使得其工作可靠性较强。同时这一技术在硬件故障的自动检测功能上也比较突出，PLC检测到故障之后就能够发出警报，这样就使得控制系统的效率水平得到了有效提升。

除此之外，PLC技术在实际的应用中，其维护以及改造都相对比较方便，只需要简单地调整程序设计，就能实现生产工艺的改变。在这些优势的作用下就使得这一技术的应用愈来愈普遍化。

2.2 PLC的应用流程分析

在PLC技术的实际应用过程中，按照相应的工艺流程编写控制程序，使控制系统发挥积极的作用。对控制系统的分析，既要对被控对象的相关要求得以有效满足，还要加强对工作现场的理论研究等，才能制定有效的控制方案。在PLC技术的具体应用中，首先进行现场信息的输入，这就要求能在系统软件的控制作用基础上，依照着相应的顺序对输入点实施扫描，对其输入点状态进行读取[2]。然后就是执行程序，对输入点的状态进行逻辑运算。最后将逻辑运算结果送到输出端进行输出控制。通过PLC循环扫描的工作特性，能确保设备高效运行。

3 PLC在数控机床控制系统的应用及发展趋势

3.1 PLC在数控机床控制系统的应用

将PLC在数控机床控制系统当中加以应用，就要注重几个方面的问题。首先要对数控机床控制系统有充分的了解。数控机床主要是通过机械和电气部分所构成，所以在进行PLC技术应用的时候，要对这些层面加以详细考虑，使得PLC控制能按照逻辑条件实施顺序动作[3]。由于数控机床是高效率、高精度的机械控制设备，故此，在对PLC技术的应用最为重要的目标就是其稳定性要能得以保障。

在具体的应用过程中PLC是控制系统的核心，在其硬件方面主要是通过分布式结构所构成。在系统控制中通过人机界面对程序参数加以修改或设定等。将PLC和数控机床进行连接过程中，可通过外电路连接的方法，在数控机床控制系统I/O口发出控制指令，这样就使得PLC输入端无触点开关通断，从而就能实现强电控制逻辑。在对相关的程序进行设计操作过程中，PLC通过编程器来输入相应的程序，这样就能有效实现控制目的，这一控制系统的工作由于是循环性的，在对程序的执行效率上也比较强。还有是在软件故障检测的设计过程中，主要是在硬件设计的基础上采取软件检测外部形成的开关状态，在行程开关失效之后也能在相应的程序下执行对机床的运行起到控制作用。

PLC的梯形图编程法在数控系统中的应用比较突出，主要体现在检测功能以及显示功能上。梯形图编程法能够对数控机床的工作情况、坐标位置和机床的参数等信息加以传递[4]。也能把数控机床的接口电路状态以及内部继电器的工作状态等直观地显示出来，并能根据梯形图对控制逻辑设施故障进行分析，极大地提高了控制系统的运行及维护效率。

PLC技术能够和数控系统和数控机床间进行信息的交换。数控机床可编程控制器在数控机床间的信息交换主要是在编程控制器PLC以及CNC之间实现的信息交换，在这一过程中就分成几个方面：从机床到PLC的信息交换，主要是将机床侧的I/O接口单元的信号传递给PLC，通过PLC的逻辑运算功能实现机床的运动控制；从机床到机床间的信息交换，通过现场总线的数据传输方式，实现机床间的数据共享并形成多机床联合加工。

3.2 PLC在数控机床控制系统的应用发展趋势

我国是机械制造大国，在对数控机床的应用规模上也比较大，只有充分的注重数控机床的控制系统优化，对新技术的应用进行加强，就能保障整体的生产效率水平的提升。从目前我国对数控技术的应用情况来看，在诸多方面还需要进一步加强，在对PLC的技术应用方面，要注重对其选择的科学性，这样才能起到积极的作用，才能在高精度的控制上得以保障，对自动化生产水平才能有效的提升。

进入到新的发展时代，PLC技术在数控机床控制系统的应用将会得到进一步的提升。随着PLC技术的不断发展，对多任务功能、互联网+、小型化、模块化、功能化提出了更新的要求。PLC技术在高速处理能力会进一步的加强，对集成化的软件应用将得到大力的发展，信息技术在可编程序控制器中的应用会愈来愈强，一些微型的可编程序控制器将会在未来的发展中占据主导地位。

4 结束语

总而言之，对于当前我国的数控机床控制系统的现状，要能从多方面加以重视，将PLC技术应用在数控机床控制系统中，能将整体的控制效率和控制质量有效提高。数字技术在机械制造领域的应用比较广泛，而PLC技术的应用使得其应用空间有了进一步的提升，只有充分注重对新技术的科学应用，才能对社会发展起到积极促进作用，才能将其生产效率以及竞争力得到有效提升。

参考文献

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[4]连明洁.PLC技术在带式输送机中的应用[J].江西煤炭科技，2016（2）.

机床数控系统篇3

随着数控技术的快速发展，它已经被广泛应用到医疗设备、军事装备、制造行业等诸多领域，并发挥着越来越重要的作用[1]。数控技术在使用过程中，由于自身技术水平、质量、精度、性能等方面的影响，及时补充技术水平，才能保证数控技术的发展速度[2]。由于数控机床控制对接的过程是一个十分复杂的过程，因此，数控机床控制对接软件设计方法，成为工业领域需要研究的核心问题，受到很多专家的重点关注[3]。当前阶段，主要的数控机床控制对接软件设计方法主要包括基于运动轨迹跟踪算法的数控机床控制对接软件设计方法[4]、基于特征点重叠算法的数控机床控制对接软件设计方法和基于三维立体技术的数控机床控制对接软件设计方法[5,6]。由于数控机床控制对接软件设计方法在工业领域应用范围十分广泛，因此，拥有广阔的发展前景，成为很多科研单位研究的重点课题。

1系统总体架构

数控机床控制对接系统的总体结构如图1所示。硬件部分主要有CCD视频采集器、SEED-VPM64图像处理DSP、MC9S12DG128微处理器、蓄电池、LED显示器、SATA硬盘等够成。图像采集系统基于TMS320DM642内核的SEED-VPM64图像处理DSP构成，为了提高图像的处理性能，采用MC9S12DG128微处理器实现对数控机床控制对接状态参数的采集和警示。LED液晶显示器的分辨率是1920×1280，存储介质采用250G的硬盘。CCD图像采集器的作用是采集数控机床控制对接过程的图像信息，是系统的核心部分。它包括PAL和NTSC两种图像格式，NTSC格式的图像色彩稳定性较差，容易阐述相位失真，而PAL格式的图像则能避免上述缺陷，因此采用PAL格式的CCD图像采集器。由于数控机床控制对接的过程是个十分精密的过程，因此，CCD图像采集器采用高保真TFT彩色CCD图像采集器，其型号为OTAM。

2系统关键模块的硬件设计

2.1SEED-VPM642图像处理模块的硬件设计

SEED-VPM642图像处理DSP的核心是SEED-VPM642，其核心频率为800MHz，处理性能为6000MIPS，能够同时进行4路CIF格式的H384图像压缩算法。SDRAM为2G×64位，Flash为1G×32位，在上面有8个PAL/NTFS格式的图像输入接口。2个PAL/NTFS格式的图像输出接口。2个RS232/RS485串行通信接口。RTC实时时钟可以为图像的采集和处理提供系统时间。8个信号输入/输出接口，能够实现数控机床系统的监测和控制。SATA硬盘接口能够储存大量的数控机床控制对接图像。图像处理模块各连接与引脚设计图如图2所示。上图中，SEED-VPM642微处理芯片上有4个VIDEOPORT口，所有的VIDEOPORT口都有一个24位的数据线和一个时钟信号VP×CLK0，同时包括图像输出和输入时钟信号VP×CLK1、3个VP×CLK0、VP×CLK1以及VP×CLK2图像源信号。其中每个图像接口都被分成上下两个信号通道。系统将SEED-VPM642中的VP1当作图像的输入、输出接口。图像解码芯片采用TVP5150PBS，图像编码芯片采用SAA712H。

2.2图像解码模块的硬件设计

图像解码模块采用的芯片为TVP5150，其可以接收2路CVBS图像输入信号和1路Y/C图像输入信号，其连接与引脚设计如下图3所示。TVP5150根据标准的IIC总线进行配置，其GPCL引脚能够作为VP0口的CAPEN，用来控制图像的采集。当GPCL引脚设置为“1”时，VP0口能够实现图像数据的采集，数据传输的速率最高为500KbITS，图像信号输入范围是0.75V。CCD图像采集器采集到的PAL图像信号经过TVP5150转换为YUV4:2:2数字色差信号，输出图像的格式为ITU-RBT656，通过IIC总线输出图像信号。图像数据被暂时储存在SDRAM中，利用DSP对SDRAM中的图像数据进行读取，并进行图像处理。

2.3电源模块及串口转换模块的硬件设计

电源模块是保证终端系统运行性能稳定的重要手段，电源管理设计引角连接如图4所示。上图的电源设计中加入了LMN117对直流的电流进行转换，消除外部的干扰。在电源与地间接入了一个二极管D5保证电源的供电稳定。计算机串口处理的电平是RS-232本文设计的电平串口转换电路如图5所示。

3软件设计

3.1对接控制模块的功能设计

数控机床控制对接采用伸缩管方式，其对接示意图如图6所示。上图中，T、U分别为数控机床、UAV的质心；Pj表示特征点；B为对接点，它在数控机床坐标系下位置是固定的；R为UAV的口位置；C为系统摄像机的位置。所有坐标系都采用了ISO体系。基于上述数控机床控制对接过程的特殊性，系统设计控制软件的主要功能包括：与测量设备和对接装置的接口控制、对接装置与机床初始位置定位、采集定位基准点坐标、机床与对接装置的姿态计算、产生并传输对接装置控制信号、对接过程控制、对接状态监控、对接过程视觉校验、对接图像显示等。根据上述功能的需要，系统控制软件主要分为对接接口管理、对接基准点计算、对接之前的机床调整、对接运动控制、视觉校验和参数处理等模块。

3.2软件的整体设计

以VisualC++6.0为基础，结合OpenCASCADE的几何形状数据库和视觉校验交互数据库进行数控机床控制对接的软件的设计。图7能够描述软件控制数控机床控制对接过程中的控制软件设计流程。系统控制软件需要利用TCP/IP通信协议才能实现与控制器进行连接通信，是间接与脉冲跟踪仪进行连接，同时利用脉冲跟踪仪自带的编程接口，进行对脉冲跟踪仪的控制。如图8所示。对接基准点的测量过程为：1）连接控制器；2）对脉冲跟踪仪进行处理化操作；3）下达测量指令，获取油管锥套的控制位置信息并发送到控制系统；4）结束测量过程，并断开连接。

3.3机床控制对接过程的计算

设置机床与锥套都是刚体，器空间机床姿态能够用欧拉角和坐标值进行描述。设置对接基准点的实际坐标是(,,)ssssTxyzp=ppp，则测量点在机床坐标系中的坐标是(,,)ccccTxyzp=ppp，则sp与cp的关系能够用下述公式进行描述：将上述机床姿态算法集成到系统控制软件中，根据机床上的4个基准点即可计算出当前的对接姿态。将当前姿态与设定的姿态进行对比能够获取姿态的差值，将姿态差值转化为运动控制器在x,y,z方向上的位移量，然后调整控制器的运动，从而消除姿态差值，实现了对接过程中的机床姿态调整。3.4对接过程的视觉校验的实现数控机床控制对接过程的视觉校验过程需要利用OPENCASCDE的几何形状数据库和可视化交互数据库。在软件编写的过程中需要将对应的动态连接引入到系统。视觉校验的基本步骤是：1）采集对接图像，创建一个3DVIEWER视窗，用于对接过程的显示；2）在视窗中构建一个AISContext交互系统，用于视窗中对接状态的操作和管理。3）将建立的对接过程的CAD模型转换为交互对象，利用AISContext进行控制。需要在视窗中显示IGES格式存储的对接三维模型，其关键代码如下所述：

4实验与分析

为了验证本文设计软件的有效性，需要进行一次实验。在实验的过程中，利用仿真软件MATLAB7.1构建数控机床控制对接实验环境。分别利用传统软件和本文软件对数控机床控制对接过程进行设计。试验环境如图9所示。根据上图实验结果能够得知，在数控机床控制对接实验的过程中，利用传统的软件进行对接控制的过程，由于没有考虑外界环境的复杂情况，造成需要的时间远远高于本文软件进行对接控制的过程。而利用本文软件则能够避免传统系统的弊端。从而缩短了数控机床控制对接过程需要的时间。将上述实验过程中的数据进行整理和分析，能够得到表1中的实验结果。在上述实验的过程中，在不同软件控制下的机床的受力情况如图11所示。根据图11实验结果能够得知，利用传统软件进行数控机床控制对接控制，软管锥套受到的拉力远远大于本文软件控制下的机床，增加机床损坏的风险。而利用本文软件控制下的机床受力情况十分均匀，合理，从而保证了对接过程中的安全。针对上述数据进行整理和分析，能够得到表2中的实验数据。根据上表实验结果能够得知，利用本文系统进行数控机床控制对接，能够有效保证对接过程中的安全，充分体现出本文软件的优越性。

5结束语

针对传统的控制软件进行数控机床控制对接的过程中，没有考虑外界复杂条件对对接过程的影响，从而降低了对接的效率。为此，提出一种基于视觉校验的数控机床控制对接软件设计方法。首先对数控机床控制对接系统的构成及工作原理进行了阐述。在此基础上利用VisualC++6.0结合OpenCASADE对控制软件进行了设计。仿真实验结果表明，利用PAL-CCD的对接软件进行数控机床控制对接，能够有效提高对接过程的效率，效果令人满意。

机床数控系统篇4

随着国民经济快速的发展，汽车、船舶、工程机械、航空航天等行业将为我国机床行业提供巨大的需求。预计到2015年，我国数控机床所需的数控系统需求将达到40万台套以上（不包含进口机床所配套数控系统），其中中高档占比预计在60％左右，数控系统市场需求将超过92亿元。

《高档数控机床与基础制造装备》国家科技重大专项要求，到2020年，我国将实现高档数控机床主要品种立足于国内：航空航天、船舶、汽车、发电设备制造所需要的高档数控机床与基础制造装备80％实现国产化；国产中、高档数控机床用的国产数控系统市场占有率达到60％以上：高档数控系统市场占有率将从现在的1％提高到20％。

正是基于这些需求，中国机床工具工业协会副理事长、数控系统分会理事长陈吉红表示，数控系统行业“十二五”努力的方向是：抓住行业发展的重要战略机遇，以发展数控机床为主导、主机为龙头、完善配套为基础，重点突破数控系统和功能部件薄弱环节，加快高档数控机床产业化。依托科技重大专项，坚持科技进步和自主创新。加强创新人才队伍建设，提升企业核心竞争力，推动我国由机床工具生产大国向强国转变。

数控系统的三种发展模式

长期以来，我国数控系统与数控机床的发展呈现“两张皮”的现象比较突出。两者没有形成互相支持、互相促进和共同进步的局面，也没有形成开发与应用产业联盟和利益共同体的战略合作关系，这不仅制约我国数控机床产业的发展和市场竞争力，更制约了我国数控系统行业的发展。

陈吉红介绍说，目前，国际上发展数控系统产业有三种模式，每种模式各有优劣。

西门子模式：系统厂专业生产各种规格的数控系统，提供各种标准型的功能模块，为全世界的主机厂提供批量配套。这种模式的优点是：主机厂和系统厂发挥各自的优势，有利于形成专业化、规模化生产。缺点是：系统厂和主机厂主要是买卖关系，双方结合不够紧密主机厂为了保护自己的知识产权，不太愿意将这些特色技术提供给系统厂。

哈斯模式：主机厂独立开发数控系统，并与其自产的数控机床配套销售。这种模式的优点是：主机销售带动系统推广；其缺点是：主机厂独有品牌的数控系统很难被其他主机厂选用。

马扎克模式：主机厂在系统厂提供开发平台上，研发自主品牌的数控系统，并与所自产的数控机床配套销售。这一模式既避免了“西门子模式”和“哈斯模式”可能出现的缺点，又发扬了其自身的优点。这使得主机厂所需要的特殊控制要求、加工工艺和使用特色要求可方便地融入到数控系统中：主机厂用较少的投入，形成了自己的特色技术、知识产权和数控系统产品；主机厂自主品牌的数控系统的推广，还可以进一步强化主机厂的机床品牌，增加用户对主机厂的忠诚度；降低主机厂采购数控系统的成本同时带动数控系统产业的发展。

“根据多年经验分析，马扎克模式是主机厂发展数控系统产业最适合的模式，数控系统厂和机床厂以资产为纽带，建立战略合作关系，实现主机厂、系统厂、用户多方共赢。”陈吉红举例说，“十一五”期间，华中数控积极与大连机床、北一机床、武重集团、南通机床等重点机床企业建立战略合作关系，大大促进了中高档国产数控机床和数控系统发展。如华中数控与大连机床以资产为纽带，建立战略合作伙伴关系，在华中数控系统开放式平台的基础上，大连机床集成了用户工艺，开发特色功能和界面，研制了“大连数控”品牌的数控系统。这使得大连机床的整机性价比得到提高，用户得到了实惠，也改变了大连机床以往中、高档机床全部配置国外系统的状况。

为与主机全面配套奠定基础

“十一五”期间，国家启动实施《高档数控及基础制造装备》国家科技重大专项，国产数控系统技术水平和可靠性都取得了显著提升。陈吉红说，数控系统的研制与开发在关键技术方面取得了明显突破，已在国产机床上得到应用，为与主机全面配套奠定了基础。

例如，“十一五”期间，华中数控研制的五轴联动高档数控系统填补国内空白，打破国外封锁，300台五轴系统在军工等重点行业使用。基于“高档数控装置”、“国产CPU”、“全数字驱动及电机”三个重大专项课题研制而成的华中HNC-8型总线式高档数控系统，采用开放式软硬件体系结构及总线技术。目前，华中8型数控系统已与10类44台重大专项高档数控机床配套应用，主要技术指标已与国外高档数控系统相当。

广州数控研制的全数字高档数控系统具有高速程序预处理、多通道多轴联动控制、多通道及复合加工控制、等功能，系统基于工业以太网，具有自主知识产权的高速实时串行总线协议GSK—Link，支持EtherCAT，NCUC-Bus、GSK—Link三种协议的高速实时串行总线。

沈阳高精数控研制的高档数控系统系统，为基于多处理器，支持8通道、8轴联动、64轴控制，最小控制分辨率1纳米，具有7200段／秒、2000段前瞻的高速处理功能，可与5轴联动高速加工中心等数控机床配套应用。

大连光洋数控研制的总线数控系统，强大的多通道控制能力；优秀的五轴加工能力，支持多种五轴机床结构，支持斜面加工、定向退刀，支持3维刀具半径补偿；高速高精度控制。配合伺服驱动，可适配0.75～110KW交流同步伺服电机、交流异步主轴电机、力矩电机、直线电机；基于新一代光纤现场总线。

技术与市场差距

“十一五”期间，国产高档数控系统技术有了突破，但和国外高档数控系统相比，差距依然较大，陈吉红认为一方面是技术方面的差距。首先，产品在功能上存在差距：功能还不够完善，在实际应用中验证还不全面，在高速、高精、多通道控制、双轴同步控制等技术上不足；第二，产品的系列化不足：产品品种不齐、规格不足、成套性差、机电接口不一，影响配套。第三，产品的应用验证不够：产品生产完成后验证考核数量、时间不够，可靠性测试结果不能令人信服；第四，产业尚未起步：由以上等原因，导致产品的市场占有率偏低，用户认可度不高。

另一方面，是市场方面的差距。据工信部的《机床工具行业“十二五”发展规划》显示，“十一五”期间，数控系统发展滞后已成为制约行业发展的瓶颈。国产中档数控系统国内市场占有率只有35％，而高档数控系统95％以上依靠进口。

因此，为解决与国外高档数控系统的差距，需要通过在数控系统的关键共性技术、应用技术上取得突破，以此带动国产中高档数控系统的生产。陈吉红建议说，首先，以利益为纽带，整合国内的技术和人力资源，集中国家的财力支持建立国产数控系统软件、硬件和共性技术研发平台。建立技术研发管理机制，建立软件开发的质量管理体系（CMM）。

其次，加大在高档数控系统、数字交流伺服驱动自主技术研发的支持力度。组织国内数控系统企业制订下一代高档数控系统标准体系结构的规范和协议，形成中国数控系统的国家标准，从战略高度解决我国数控系统产业的发展瓶颈问题。

机床数控系统篇5

关键词：数控机床；电气系统；可靠性

1 简介

数控机床一般是由系统，电气系统，刀库，CNC系统，防护装置，液压系统，主传动系统，冷却系统，主轴组件，进给系统等组成。数控机床的电气系统是指控制着机床各部件进行工作并协调完成机床加工任务的核心系统。它是由大量的继电器来组成非常复杂的逻辑控制电路，通过接受来自操作面板及机床其他各部分位置开关所传来的信号并经过逻辑运算的信号，从而控制机床的运行状态。电气系统通常指的是数控机床除了CNC系统和电源外的所有电气元件和线路连接的部分传感器件，例如电磁阀，变频器，继电器，开关等。

数控系统是整个数控机床的控制中枢，在实际的使用和运行过程中表现优劣，直接关系到数控机床整体设备是否能够正常运行，完成加工任务。因此，数控系统的可靠性是广大数控机床用户在选购产品时最为关注的质量属性之一，在越来越激烈的市场竞争中，国外发达国家的数控巨头凭借他们所拥有的先进技术和生产工艺尤其是在电气系统方面对我国的数控行业形成合围之势。数控机床可靠性的好坏已经成为我国民族数控产业能否继续发展的关键所在。

2 数控系统可靠性低的原因

近几年来数控机床企业界有了一些新的认识，数控机床毛病最多的是电气控制部分，其次才是机械部分。电气部分故障率高的是数控系统部分，其他部分出现故障的概率很少。通过对数控机床的故障统计分析得知，电气系统故障绝大多数是国产机电元件质量差所引起的。其中国产元件存在质量问题最多的包含机械触点继电器、开关、按键、键盘、接插器、屏蔽电缆、电容、连接器、交流插座等。

根据一项国外的统计，计算机的故障中90%是电源本身的故障和来自电源对干扰的传导，往往强电设备对电源系统是存在一定的影响的，强电在使用中会产生很强的脉冲噪声，通过各种途径传导影响电子设备的正常运行。根据电磁兼容性（EMC）原理，首先把电源搞好，从电源系统抑制干扰更有效。因为电源系统往往是噪声的“媒体”通过馈线传播干扰。近年来，虽然电网供电质量有较大提高，但是各地工厂的具体情况差别很大，部分工厂电压波动超过士15%，这时往往伴随着种种噪声干扰，系统会时好时坏，故障率明显增加。

3 提高可靠性的措施

数控机床电气系统的可靠性水平从根本上说是在设计阶段决定的，是通过实际的制造和生产管理实现的。凡是为提高产品可靠性水平而采取的设计技术都称为可靠性设计。目前由于数控机床电气系统产品缺乏真实可用的可靠性数据，无法实现在真正意义上进行可靠性的预计和分配。但我们可以采取多种实用的可靠性设计措施，如制订可靠性设计准则、可靠性设计检查表，实行可靠性设计评审，在故障分析基础上进行可靠性改进设计等。可靠性设计准则，被日本的企业界认为是产品可靠性设计的三大法宝之一。它是在对产品进行故障模式、危害度和影响分析的基础上，选用更加可靠的零件、元器件，采用简化设计、优化设计、降额设计、热设计、冗余设计、环境设计、人机工程设计等技术，从而保证产品的可靠性。

经过大量的研究实验和实践，我们必须认识到要想把CNC做好，首要问题是解决电源的问题，确定提高数控机床电气系统可靠性要以供电电源为突破口，切实提高电源的电网适应能力和电磁兼容性能力。首先大胆采用降额设计技术，重点是选择功率器件（大功率三极管、快恢复二极管等）以及低通电源滤波器，电解电容等。降额设计的使用应包括电流、电压和功率等电学应力降额，也应包括像振动、温度、冲击等环境应力方面的降额。在进行设计时不仅要充分考虑稳态性能，还要兼顾脉冲状态以及环境变化时所引起的供电波动、浪涌和干扰等情况。因此，在进行数控机床电气系统的设计阶段要留有足够的余量。当进行环境设计时也应考虑抗振设计和热设计的加固技术。数控机床电气系统的安装好坏对数控机床的可靠性和稳定运行是至关重要的。

数控系统的可靠性设计值，要通过制造和装配过程予以保证和实现。低劣的制造和装配工艺，可靠性设计值就成为根本不能兑现的空话，因此对关键的制造工序和装配工序要建立可靠性保证体系。制造和装配工艺水平落后，过多的手工操作和人为参与是国产数控系统可靠性的软肋。对于国产数控系统这种小批量生产的产品，现有的工艺水准，很难从硬件制造的角度保证系统的可靠性。国际名牌数控系统的大批生产，采用机器人焊接，实现全自动制造，减少人为参与，避免了由于人为不慎所造成的失误。数控机床电气系统一般没有齐全的技术资料，系统一旦出现故障，别人很难从源代码解读，只有原编者才能修改。因此要加紧建立软件可靠性保证体系，对软件的研制、测试、运行和维护各阶段进行计划、组织、监督控制和指导。对开发的数控机床电气系统软件要进行可靠性论证，制定软件的可靠性考核办法，以便有效提高软件可靠性。

[参考文献]

[1]贾亚洲.数控系统可靠性国内外现状及对策.中国制造业信息化，2006.

机床数控系统篇6

关键词:数控机床 故障诊断

中图分类号:TG519 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)07(b)-0119-01

1 数控机床的概念

数控机床是一种利用信息处理技术进行自动加工控制的金属切削机床,为了延长元器件的寿命和零部件的磨损周期,预防各种故障,同时掌握数控基础在其它行业的运用。

2 数控机床的特点

(1)具有高度柔性。

在数控机床上加工零件,主要取决于加工程序。直接影响到零件的加工精度；而且功率大小、回转速度影响到加工的效率；其同步运行、自动变速及定向准停等要求,影响到机床的自动化程度。

(2)加工精度高。

数控机床的加工精度一般可达到0.005mm～0.1mm,是按数字信号形式控制的,数控装置每输出一个脉冲信号,则机床移动部件移动一个脉冲当量,而且机床进给传动链的反向间隙与丝杠螺距平均误差可由数控装置进行补偿,因此,数控机床定位精度比较高。

(3)可靠加工同一批零件,齿轮传动等机构外,数控机床已在原普通机床传动链的基础上,作了大幅度的简化。

(4)在执行过程中,其驱动、检测等机构同时将有关信息反馈给数控装置,以便经处理后发出新的执行命令,而且减少了半成品的工序间周转时间,提高了生产效率。

(5)改善劳动条件。

数控机床操作者主要是程序的输入、编辑、装卸零件、刀具准备、加工状态的观测,数控机床一般带有固定刀位的自动转位刀架,零件的检验等工作,劳动趋于智力型工作,另外,工作环境清洁,安全。

(6)利于生产管理现代化。

3 数控机床故障维修的意义及特点

数控机床及时地诊断和维修可以确保系统安全运行,保证企业的经济效益。作为一种机、电、液、气、光高度一体化的产物,其维修侧重于电子、机械、液、气及光学的交叉点上,因而对维修的人才提出了更高的要求。

4 数控系统故障诊断方法

4.1 诊断步骤和要求

(1)故障诊断及判断、故障定位；(2)故障诊断要求:①故障检测方法简便有效。②使用的诊断仪器少而实用。③故障诊断的所需的时间尽可能短。

4.2 常用故障诊断方法

(1)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、元器件烟熏烧焦、电容器变形、开裂、保护器脱扣、触点火花等；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。

(2)CNC系统的自诊断功能:开机自诊断程序通电后执行对CPU、存储器、总线和模块及功能板、CRT、软盘等设备进行功能测试,确定主要硬件能正常工作。运行中的故障在CRT上报警信息,确定故障原因及排除方法。

(3)数据和状态检查:CNC系统的自诊断不但能在CRT上显示故障报警信息,而且还能以多页“诊断地址”和“诊断数据”的形式提供机床参数和状态信息；接口诊断功能可将所有开关量信号的状态显示在CRT上,“1”表示通,“0”表示断。利用状态显示可以检查数控系统是否将信号输出到机床侧,机床侧的开关信号是否已输入到系统,从而确定故障是在机床侧还是在系统侧；数控机床的参数是经一系列的试验和调整而获得的重要参数,是机床正常运行的保证,包括有增益、加速度、轮廓监控及各种补偿值等。

(4)报警指示灯显示故障除CRT软报警外,还有许多“硬件”报警指示灯,分布在电源、主轴驱动、伺服驱动I/O装置上,由此可判断故障的原因。

(5)备板置换法(替换法):用同功能的备用板替换被怀疑有故障的模版,或者将功能相同的模版或单元相互交换,观察故障的转移情况,就能快速判断故障的部位。敲击法:数控系统是由各种电路板组成,电路板上、接插件等处有虚焊或接口槽接触不良都会引起故障。可用绝缘物轻轻敲打疑点处,敲击处很可能就是故障部位。

(6)升温法:设备运行较长时间或环境温度较高时,机床就会出现故障,可用电吹风、红外灯照射可疑的元件或组件,确定故障点。

(7)功能程序测试法:当数控机床加工造成废品而无法确定是编程、操作不当还是数控系统故障时,或是闲置时间较长的数控机床重新投入使用时。将G、M、S、T、F功能的全部指令编写一个试验程序并运行在这台机床,可快速判断哪个功能不良或丧失。

(8)隔离法:隔离法是将某些控制回路断开,从而达到缩小查找故障区域的目的。

(9)测量比较法:为了检测方便,在模板或单元上设有检测端子,用万用表、示波器等仪器对这些端子的电平或波形进行测试,将测试值与正常值进行比较,可以分析和判断故障的原因及故障的部位。工件尺寸检测装置又分为机内尺寸检测装置和机外尺寸检测装置两种。工件尺寸检测装置仅在少量的高档数控机床上配用。

5 结语

随着数控技术的飞速发展,数控设备已大量使用。在数控机床维修中推广应用新技术、新工艺、新材料,做好数控的技术改造和局部改装设计管理工作,搞好数控机床维修用工、检、量具的管理,搞好数控设备维修的质量管理等工作。数控柜、操作面板及显示监控器是数控机床特有的部件。即使对于机械部件,数控机床和普通机床也是具有很大的区别的。从而保障企业生产的顺利运行。

参考文献

[1] 郑小年,杨克冲.数控机床故障诊断与维修[M].武汉:华中科技大学出版社.

[2] 刘光源.机床数控系统故障检测及维修[M].化学工业出版社.

机床数控系统篇7

关键词：数控技术 故障分析与维修

中图分类号：TG695 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）09-0197-01

1、数控机床电气系统具备的基本特性

1.1 比较高的可靠性

数控机床的运行时间都比较长，生产任务大，这就要求数控机床要有稳定的可靠性。所以，现在很多高可靠性，容错，冗余技术都被嵌入了数控电气系统的设计之中。机床上面的电气零部件都是选用符合国家标准的技术过硬的零件。

1.2 系统的维护要具有系统性

系统电气元件中有部分元件是容易损坏的元件，这些元件在设计时要利于更换，并且这些元件的工作环境要相对简单，动作可靠，稳定，不会出现错误的动作等。

1.3 要与时俱进

在电气系统稳定，可靠的基础上，技术还要有先进性性，在元器件发展过程中，要采用比较新型的电子元器件，比较选用技术先进的，稳定使用的电子元器件。

1.4 要有较舒适的人家交换操作模式

数控机床的电气系统在设计的时候要符合人体力学的原理，比如说，控制面板的高度要符合人的平均高度，并且在操作的时候要能够使操作者操作方便，舒服，并且操作平台要放在显眼的位置。比如说急停开关，这个元件必须放在比较明显的位置，让操作者方便使用。

1.5 要具有比较好的稳定性

数控机床工作环境在不同的企业都不尽相同，这就需要数控机床能够工作在比较宽的环境下。首先最重要的就是电压的波动问题，第二是目前电网中的噪声干扰的问题，这就需要电气系统要有一定的抗干扰能力，但是还不能影响外部系统的稳定，不能相互干扰。

1.6 要有比较好的控制特性

机床中所有的伺服电机必须要具有较高的平稳，快速，无电压波动，温度异常升高等现象发生。

1.7 电气系统的安全性要有保证

电器装置的绝缘装置要保证完整性，电气系统在发生问题时要有一个互锁功能，要有比较可靠的接地，防护装置要完善，同时操作人员的安全性要得到保证，这些电气部件的防护罩要具有防尘，防油污，防水的功能，移动比较频繁的的电缆线要有拖链防护或者是安装保护套，防止缆线折断或短路而造成漏电故障，特别是在温度和湿度较高的季节，要有防触电，强迫风冷，防碰伤的保护设施。

1.8 状态显示要及时显示

对于电气系统的故障，要有及时的屏幕显示，同时指示灯指示要能准确反映各项安全操作指示。

2、数控机床电气系统的基本故障特点

（1）电缆线的长期磨损造成断线或者短路，有的时候橡胶电线粘化，膨胀，直接导致绝缘系统故障导致短路。（2）电气系统在受到外界影响造成故障，如电柜温度升高过快，环境温度比较高致使有些电器元件发生损坏。（3）故障原因明了，诊断方便是电气系统故障的维修特点，但是出问题的概率比较高。（4）异步电动机进水导致冷却泵、排屑器、电动刀架等的损坏，轴承超负荷运行造成电机故障。（5）数控机床电气系统的故障可分为以下几类：1）从发生的部位分为硬件故障和软件故障；2）从故障出现的偶尔性可以分为系统性故障和随机性故障；3）从故障有无指示可以分为有诊断指示故障和无诊断指示故障；4）从故障出现时有无破坏可以分为破坏性故障和非破坏性故障。

3、掌握和分析数控系统电气故障

数控机床电气系统故障出现后，我们可以从调查、分析与诊断这三个步骤出发，对故障展开排查，找出故障的原因，具体表现为：（1）询问检测，当故障发生后，现场要先保持，同时查看故障出现时的指示情况，观察故障现象及故障产生的外部因素有哪些。（2）当检查者到达现场之后，首先需要要求当事人叙述当时的情况，通过当事人的描述，可以提高判断故障的准确性。（3）故障分析，从现场已知的故障展开分析，根据个人的经验分析故障肯可能产生的原因，最终获得故障相关信息。（4）故障分析完后需确定原因，必须通过诊断维护书籍和个人经验来判断故障发生的点和如何排除故障的方法。（5）排除故障，有些故障可能是一个很小原因导致的，有些故障则往往较复杂，需要在排除故障之前做一系列的准备工作。

4、典型机床电气系统故障分析。

4.1 数控机床电动四方刀架换刀故障分析

典型的CK6140数控车床，出现以下故障现象：当使用手动和自动换刀功能时刀架出现不换刀现象，数控系统显示报警信息“换刀时间过长”。此时应该先检查时间参数没有被修改，此时的控制状态是否正确，检查电气柜中的继电器是否处于正常工作状态，发现继电器的触点没有工作，由此可以判断是继电器元件损坏，经过检查发现是继电器保险丝烧坏，经过仪器检测，发现电动机的两相续间电阻很小，最后发现接线盒上有很多铁屑，故障问题就出现在这里，而避免此问题的主要方法就是操作工清扫机床时要将机床的各个角落打扫干净。

4.2 无法回参考点故障的原因和分析

数控机床名称XK8140数控铣床，故障现象：X轴回参考点失败。通过系统进入I/O诊断页面，按动X轴轴向开关，轴没有任何动作，初步判断有可能是X轴限位开关发生了故障，此时可以选择将行程限位开关打开，通过目测可以发现里面有少量液体，造成开关短路，此时可以通过更换行程限位开关来解决这个故障，但是同时还要解决好液体停留在里面的原因，此时发现传输切削液的塑料管发生了破裂，那么只有将这个破裂的塑料管修复好就可以解决故障了。

数控机床的电气系统故障，主要是由于这些硬件触点和开关发生了故障而导致的报警等问题的出现，其实我们在平时的养护过程中只要多注意对这些触点的保养和定期的检测更换，就可以避免这些问题的出现。

参考文献

[1]郭士义.数控机床故障诊断与维修[M].机械工业出版社，2005.

机床数控系统篇8

关键词：数控机床 PLC系统 设计及调试

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）04-0039-01

随着经济的发展，工业的创新与进步也在大力的开展，同时数控机床的相关技术也得到了前所未有的发展和革新。以下针对数控机床的PLC系统在设计和调试等方面进行简要的介绍。

1 有关PLC系统设计的具体步骤

1.1 对工艺进行分析

首先应当围绕数控机床设备具体的工艺过程、控制过程、工作的特点、特征以及功能做出分析，进而对PLC系统提出一个整体的要求。

1.2 进行系统的调研

对依照设备具体要求而初步确定的数控系统做系统的调研，掌握PLC系统的实际功能以及特点，包括有PLC具体的类型、接口的性能、接口的种类以及数量、扩展性等等，有必要的话应当和供应商进行直接的沟通。

1.3 确定设计的方案

通过之前的工作，全面的考虑数控系统以及PLC系统具备的功能、特点、性能、使用的习惯以及本单位的实际需求还有整机的性价比等来最后确定PLC系统设计的方案。

1.4 有关电气的设计

PLC系统在电气上的设计主要有：原理图、电柜布置图、元器件的清单、互联图以及接线图，如果是一个定性的设备还需要有工艺图。

2 PLC程序的具体设计

2.1 PLC程序设计的有关方法

（1）功能表法：这种方法首先控制的要求表达成功能图的形式，利用功能图对控制器要完成的相关控制功能进行说明，进而通过功能图写下逻辑的方程，然后画出具体的梯形图或者是写出指令。

（2）状态表法：这种方法实际上是有传统的继电器逻辑的设计方法传承下来的，进行细小的改进，是能够满足可编程序对梯形图设计控制的方法。不过这种方法只适合单一顺序的问题具体的程序设计，对并顺序以及选择顺序的相关问题毫无办法。

（3）流程图法：对通过计算机的高级语言所设计出的PLC程序，可运用数据处理的指令进行逻辑问题的解决，相比于单纯的使用逻辑指令会简单许多。能够便捷的处理随即、顺序、协调以及竞争等相关的控制功能。

（4）把继电器的控制电路，改成梯形图。对运用梯形图进行编程的PLC，因为继电器的控制电路和梯形图有许多相似的地方，所以，可以把相对成熟的继电器的控制系统改成PLC的梯形图。

（5）经验设计法：针对相对复杂的控制过程，可依据被控制的对象具体的控制要求，进行继电器的控制电路的初步设计，亦或是直接进行梯形图的设计，然后做出一定的校验和简化，某些时候还需要做出一些必要的修改。

2.2 PLC程序在设计时的大致步骤

（1）如果选择的PLC自身具有程序，需要细致的掌握程序所具有的功能，还有对于现有具体的满足程度以及可修改性，最好选用PLC自身具有的程序。

（2）把全部和PLC有关的出入信号以及输出信号分别进行列表，并且根据PLC内部接口的具体范围，提供给每个信号一个相对确定的标号。

（3）对生产的工艺以及设备对于控制系统具体的要求进行细致的了解，画出系统中每个功能过程具体的流程图或者是工作的循环图以及功能图等等。

（4）依据PLC程序语言的具体要求对梯形图或者编写的程序清单进行设计。梯形图的上文符号需要按照现场的信号和PLC内部的接口对照表相关规定进行标注。

2.3 PLC程序在设计上的基本原则

（1）设计必须确保人身以及设备的安全。

（2）设计应当在确保操作人员以及设备的安全的基础上完成的。

（3）PLC程序进行安全的设计，这并不能够代表其在硬件的相关安全保护能够省略。

（4）PLC程序进行安全的设计，知识在软件上给予了保护的功能，为防止软件的工程异常以及在调试过程中因编写错误而导致的事故，还应当在硬件内设计一个保护的功能。

（5）掌握PLC本身的特点。厂家不同，所设计的PLC的特点也有着差异，在具体的使用当中也会存在不同之处，所以要充分的掌握PLC本身具有的特点方能正确的使用并且发挥出PLC应该具备的能力。

（6）设计好调试点以便调试。对于PLC程序进行的设计通常不是一次就能够完成的，往往要通过分步进行反复的调试以及实验。所以，在PLC程序的设计过程中，和普通的软件设计一样，要通过中间的寄存器设计相关的跟踪标记以及断点，这样便于调试。

3 数控机床PLC系统的调试

3.1 输入的程序

依据不同的型号，PLC拥有很多种程序的输入方法，比如，通过数控系统进行输入，在PLC进行本地的输入，通过外部的专用编程器进行输入。

3.2 对电器的线路进行检查

一旦电气在线路上的安装出现错误，不但会对PLC程序调试的进度产生巨大的影响，并且很有可能会对元器件造成损害。所以，进行调试之前要细心的检查系统中的电气线路，尤其是电源。

3.3 进行模拟调试

PLC处于数控系统和机床电器两者之间，起到了承上启下的过渡作用，一旦PLC的指令出现错误，就算电器的线路没有出现错误，也很有可能导致事故，造成设备的损坏。

3.4 进行运行的调试

接通相关功率器件的动力，比如电动机以及它的驱动器强电以及气压和液压等等，根据具体运行的要求进行调试，进行运行调试的过程中，要注意机械和电气之间的有效配合。

3.5 非常规的调试，对安全保护以及报警功能进行验证

在主轴的运行过程中，按下刀具松按钮，注意PLC设计的相关保护的功能是不是有效。另外，在运行当中接入各个单元的报警信号，主要PLC程序是不是可以比较正确的报警并且保护好相对应的单元。

4 结语

数控机床PLC系统的设计以及调试工作，对于数控机床相关技术的完善和发展有着十分重要的意义，因此，我们要重视对数控技术创新和发展，为实际的生产活动带来更大的方便和效益。

参考文献

[1]于雷.机床数控技术课程建设与改革[J].中国电力教育，2009（1）.

[2]吴玉香，周东霞，林锦赟.嵌入式软PLC系统的研究和实现[J].计算机工程，2009，35（10）.