数控机床原点的设定范文

数控机床原点的设定篇1

关键词：数控车床；机床原点；参考点；程序原点；快速定位点；刀位点；换刀点

数控车床又称为cnc车床，即计算机数字控制车床，它用数字化的信息来实现自动化控制，是目前国内使用量最大、覆盖面最广的一种数控机床，约占数控机床总数的25%。社会上学习数控车床的人越来越多，绝大多数中等职业学校相继开设了数控专业。许多中职学生理解能力较差，刚开始学时往往感到无从下手，尤其在编制加工程序时，更是糊里糊涂。对此，笔者认为关键是学生在学习时对六个很重要的车床点分不清楚。这六个点是机床原点、参考点、程序原点、快速定位点、刀位点、换刀点。

机床原点

机床原点是生产厂家在制造机床时设置的固定的点，也称机床零点。它是在装配、调试机床时就确定下来的。数控车床的原点一般位于车床卡盘端面与主轴中心线的交点处。通常不允许用户改变。以机床的原点为坐标系称机床坐标系，如图1所示。

参考点

参考点是机床厂家在机床上设置的一个物理位置。与机床原点的相对位置是固定的。如图1中的o点。车床出厂前由机床制造商精密测量确定。也有些机床的参考点在x轴、z轴的正向极限位置附近，与零点重合（如图2所示），所以回参考点也称回零。

回参考点的必要性是：数控机床位置检测装置如果采用绝对编码器，由于系统断电后位置检测装置靠电池来维持坐标值实际位置的记忆，所以机床开机时，不需要返回参考点。目前，大多数数控车床采用增量编码器作为位置检测装置，系统断电后，工件坐标系的坐标值就失去记忆，车床尽管靠电池维持机械坐标值的记忆，但只是记忆机床断电前的坐标值而不是机床的实际位置，所以车床首次开机后要进行返回参考点操作。

返回参考点还有以下好处：（1）系统通过参考点来确定机床的原点位置，以正确建立机床坐标系。（2）可以消除丝杠间隙的累计误差及丝杠螺距误差补偿对加工的影响。

程序原点

也叫编程原点，是编程人员在编程中定义在工件上的几何基准点，也称编程零点、工件原点。编程原点是在数控加工时刀具相对于工件运动的起点，所以也称对刀点。

编程原点视工件的具体情况而设定，一旦确定，在编程时，就要以此点来计算坐标值。从理论上讲，编程原点可以选择工件上的任何一点，但实际上为了换算尺寸简便，减少计算误差，应选择一个合理的编程原点。数控车床的编程原点一般选在工件右端面与主轴轴线的交点上，通过对刀确定。

编程人员在确定编程原点时，一般要遵循如下原则：（1）所选的原点应便于计算，以利于编程。（2）应选在工件的对称中心上，以简化编程。（3）应选在容易找正、在加工过程中便于检查的位置上。（4）应尽可能选在零件的设计基准或工艺基准上，以使加工引起的误差最小。

快速定位点

快速定位点是编程人员在编制程序时，设定在工件端面附近的一个点。当刀具快速定位到此点后，从这一点开始插补进给，当直线插补时，一般设定x值比工件外圆大2~3毫米，z值离开工件端面2毫米左右。此点设定太近，有可能与工件毛坯相撞，太远则空走刀时间太长，会降低加工效率。因此，有些学生在编程时把快速定位点设在z0的位置，表示刀尖已经接触工件，是不合理的。

刀位点

车刀上可以作为编程和加工基准的点称为刀位点，也是指能表示刀具特征的点。常用数控车削的车刀主要是尖形车刀，在不考虑刀尖微小圆弧的情况下，可认为刀尖即为刀位点。数控编程的实质就是描述刀具的刀位点在编程坐标系中运动的轨迹。常用车刀的刀位点如图3所示。切槽刀有左右两个刀位点，在编程时要根据图纸上的尺寸来选择，目的是有利于编程。

换刀点

较复杂的工件，就要用多把刀加工。换刀点就是指在编制数控车床加工程序时，相对于编程原点而设定的一个换刀位置。在此点旋转刀架，安装在刀架上的任何一把刀具都不能与工件、尾座、夹具等发生碰撞，否则将发生安全事故。一般换刀点都设置在工件的外面，并留有一定的安全区，其设定值可用实际测量法或计算确定。

以上对这六个点做了详尽的描述，学生在学习中，必须明白这几个点的相互关系。机床原点和参考点存在着确定的位置关系，不能轻易改变。换刀点、快速定位点和编程原点之间存在一定关系，编程人员可以改变。在这几个点中，机床原点、刀位点、参考点可以作为了解的内容，不必花太多的精力。编程原点一定要选好，否则就会给编程或计算带来麻烦。

通过对数控车床涉及的六个点的分析，明白了这些点各自的作用和相互关系，学生在学习时就不会再将这些点混淆在一起，就能更快地学好数控车床操作技术。

参考文献：

[1]谢晓红.数控车削编程与加工技术[m].北京：电子工业出版社，2005.

[2]刘永久.数控机床故障诊断与维修技术[m].北京：机械工业出版社，2006.

[3]顾力平.数控机床编程与操作[m].北京：中国劳动社会保障出版社，2005.

[4]韩鸿鸾.数控加工工艺学[m].北京：中国劳动社会保障出版社，2005.

数控机床原点的设定篇2

关键词：数控机床；管理；维护

0引言 数控机床是利用数字化信号对机床的运动及其加 工进行控制的机床，是数控技术与机床技术相结合的 产物 [1,2] ，它有加工精度高、质量稳定可靠、生产效率 高、对零件加工的适应性强等优点，使其应用日益扩 大，已经成为机械制造业的标志性装备.

我国目前的现状是 [3] ：国内数控技能人才严重缺 乏，阻碍了我国制造实力的提高，教育部等六部委启动 了“制造业和现代服务业技能型紧缺人才培训工程”, 对高技能型人才的培养提出了具体的方案。许多高职 院校根据自身特点、结合市场需要，开设了数控技术专 业，为满足实践教学，除设置实训基地外，还相继配备 现代化的数控机床等设备。数控机床是精密的机电一 体化产品、价格昂贵，其管理和维修要求严格，如何管 理和维护好这些数控机床，使之更好地满足教学需求， 最大限度地发挥其优势，已经成为各个学校普遍关注 的问题。本文经对各校教学实训基地的调研，根据数 控机床的结构原理及使用特点，结合设备管理方面的 实践经验，分析了教学用数控机床使用中出现的问题， 并提出了改进措施，以供同行参考.

1教学用数控机床的特点 教学用数控机床与生产用数控机床相比主要有下 列特点：1）使用目的不同。生产用数控机床的主要 目的是提高生产效率，创造更多的经济效益，以生产为 主。教学用数控机床主要是用于满足教学工作，将学 生的理论知识通过实际操作转变为直观认识的机床， 是一种以试验为主的机床。2）操作人员不同。生产 用数控机床的操作人员，一般是具有丰富实践经验的 工人。教学用数控机床的操作人员，大部分是新手 ——学生，第一次将理论知识转化为实践的操作，经验 很少，所以故障率较高。3）维修和管理方式不同.

生产用数控机床往往配有专业的维修人员，一般都是 有计划、系统性的管理和维修。教学因数控机床缺少 专业人员进行管理和预防性维护，往往是故障发生后 再去弥补，很少将故障消除在萌芽状态。4）使用效率 不同。与生产用数控机床相比，教学用数控机床作为 一种演示型机床，大部分时间处于停工状态，机床的利 用率不高，可能造成资源浪费.

2存在问题 通过兄弟院校相关人员间的教学交流，结合我们 的教学实践经验，教学用数控机床在管理和使用的问 题概括为：1）机床运行中事故较多，例如撞车、撞刀、超 程等现象频繁发生，导致机床精度下降。2）机床发 生故障后，不能及时得到有效处理，机床带病、带伤工 作情况较多，最终导致机床发生破坏性的故障，造成巨 大损失。3）管理方面存在漏洞，对机床的维护缺少系统 性、计划性，不能起到预防故障的作用。4）机床操 作人员和维护人员责任性不强，当出现问题时，不是积 极地去处理，而是相互推卸责任，直接影响正常的教学 工作。5）维修不及时，学生上课时间不合理、甚至出 现冲突时，有些教师责任心不强，为了图省事赶课时， 将多个小组合并上课时，出现多名学生围着一台机床 的现象，教学效果很差。6）通过调查，学生反映实训 效果不太好，与预期目标相差很大，从而得不到应有的 教学效果。

以上诸多原因导致机床“停工”现象严重， 学生学不到实质性的东西，使数控机床不能发挥应有 作用，造成了资源的浪费； 3原因分析 教学用数控机床的管理和维修方面存在的问题， 其原因虽多种多样，但可归纳为：1）管理人员没有经 过专门培训，缺少设备管理方面的专业知识，对数控机 床没有制定严格的点检、维修计划，又碍于面子不去向 别人请教，导致维修人员不能及时排除故障，延误了故 障的排除，直接影响正常的教学。2）管理人员缺乏责 任心，对机床了解不够，工作没有计划性，是造成机床 维护缺少系统性、预期性的主要原因。3）维修人员自 身责任性不强，技术水平低，不能及时处理工作中出现 的故障，是机床带病工作的主要原因。4）学生在实训 前准备不充分，操作时粗心大意，不按规定的步骤操作 等，是导致机床运行过程中发生撞刀、撞车、超程现象的主要原因。5）教师自己缺乏实践经验，对机床的结 构、原理理解不够深入，讲课缺少灵活性，对一些结构、 原理性的问题解释不清楚。学生实践经验本来就较 少，学习主动性又较差；是学生感到难以接受的主要原 因。6）教师和学生对实训工作不够重视，只求单纯完 成任务，很少考虑教学效果，是影响教学效果的主要 原因.

4改进措施 根据以上分析，结合实际情况，提出如下改进措 施：1）聘请专业人员对设备进行管理，制定科学的管 理方法。根据各类数控机床的不同特点，结合自己的 实际使用情况，参照机床说明书，制订出合理、规范的 数控机床管理和维护制度，对设备的保养维护做到三 定，即定期、定级、定人。2）要重视“双师型”教师队伍 的建设 [4] 。数控机床是集机、电、液、气于一体的机电 产品，具有技术与知识密集的特点；要求数控机床的操 作与维修人员，不仅要具备各方面的知识，也要具有丰 富的经验和较强的动手能力；建设技术全面的教师队 伍是科学管理，合理维护数控机床的前提。3）提高操 作人员的责任心，出现问题时要积极的去处理，实在解 决不了的要及时找别人帮忙解决，防止机床带伤、带病 工作，以免影响正常教学工作。4）选拔责任心强的教 师进行定期专业培训。实践证明经过培训学习，是能 在相对较短时间内达到数控机床操作和维护要求的.

5）在教学和维修之间灵活安排工作，做到教学、维修 两不误，例如可利用教学期间机床利用率不高的时间， 对机床进行一些常规维护和检修。6）实训之前，要对 学生进行安全教育，学习操作规程，强调严格按照规程 操作的重要性；如果有条件的话，可先让学生在计算机 上进行仿真模拟练习，用以防止撞刀、撞车等事故的 发生 [5] .

5结束语 1）数控机床的管理和维护是一项很重要的工作.

数控机床管理及维护人员，不仅要掌握机械、电气、气 动、液压、控制、检测等方面的知识，还要熟悉伺服驱 动、计算机、plc的工作原理及plc编程，还应具有相应 的专业英语水平。2）只有对数控机床做到科学的 管理，合理、及时的维护，才能保证机床的正常运行，使 之更好地为教学服务。3）不管是教师还是管理、维修 人员，都应有高度的责任心，才能充分发挥数控机床的 作用，培养出更多的高素质高技能型人才，为我国的装 备制造业作出更大贡献.

参考文献 [1]郑小年，杨克冲编著.数控机床故障诊断与维修[m].武汉：华 中科技大学出版社，20

07.[ 2]吕勇主编.数控车削编程与加工技术[m].北京：国防科技 大学出版社，2009.[ 3]安胜.谈我国数控机床的发展趋势[j].农机使用与维修，2 007(6)：9-10.[ 4]邵静.浅谈实习教学中数控机床的正确使用与维护[j].兵 团教育学院学报，2007(2)：80-81.[ 5]宋海潮.高职院数控机床维护存在的盲点分析及对策[j].机 械管理开，2007(6)：143-144.

数控机床原点的设定篇3

关键词：数控机床；故障诊断；维修

随着科技的发展，很多高科技设备在生产和生活中应用，并且应用范围越来越广泛，这给生产和生活带来了很多便利。尤其是在数控技术高速发展的今天，有很多数控设备出现，数控机床就是其中的一种，并且被广泛的应用在生产之中。而任何设备在使用的过程中都会出现故障，一旦有故障出现就会给生产带来影响。因此对数控机床设备使用过程中的故障进行诊断与维修就是一项十分重要的工作，本文笔者就对这方面的内容进行简单研究。

1.数控机床设备故障类型

数控机床设备一旦出现故障，就无法正常、顺利的将原来的预定工作完成，导致停运或者是不能按照预定的来达到工作效果。根据数控机床设备出现故障的危害程度，将其分为两种，一种是致命性故障，一种是非致命性故障。致命性故障是指不但无法顺利完成预定的工作目标，还会带来人或者物的重大损失，最终导致工作任务失败。而非致命性故障，并不会带来人员以及物的损失，不过会给机床设备带来危害，而非致命性故障如果不能得到及时维修处理，就会发展成为致命性故障。

根据数控机床设备的出现故障是自身的原因，还是与其他有关系的设备的原因导致的，分为独立故障和从属故障。根据数控机床设备发生故障的次数和频率可以分成早期、偶然和耗损故障几种。数控机床的故障分类还有很多种，本文先介绍到这里。

2.数控机床设备故障的诊断方法

当数控机床出现故障的时候，想要进行好的维修，首先要找到故障的根源，也就是对机床设备进行故障诊断，在诊断的过程之中，方法很重要，下面是数控机床设备故障诊断的方法介绍。

2.1交换法

对于在应用过程中出现故障的数控机床，其故障很难进行确认，而且在诊断故障的过程中还要保证不会给设备带来更严重的损害，这时候可以用备用的控制板代替认为有故障的控制板。通过备用控制板的应用，保证设备的正常运行，保证工作进步。同时在对同类型的基础控制板交换的过程中，还可以对控制板系统检测的效率进一步提高。

2.2自我诊断功能分析法

很多进口的数控机床设备都有自我诊断功能，并且这样的功能指标已经是一种对数控机床性能进行确定的重要标准。对于这样的数控机床，在出现故障的时候会比较容易进行诊断。因为这样的机床设备一旦出现故障，数控机床设备的一些故障指示等或者是显示器等就会提示故障所在位置，或者是出现故障的原因。通过这种方式就可以及时的发现机床的问题所在，并且快速将问题解决。不过这种自我诊断功能只是在一些高端的数控机床中才有，普通的数控机床并没有此功能。

2.3PLC程序分析法

导致数控机床出现故障的原因是由于机械设备上的一些逻辑功能在运行的过程中无法保证预定的功能，出现不正常运行，因此在进行故障诊断的过程之中，可以通过利用机械的固有原理图等来进行故障诊断，如应用电气原理图、PLC程序以及液压的原理图等资料来进行故障诊断，通过这种方式来快速的找到故障原因，并且对出现故障的零件进行维修和更换，使数控机床能够在最短的时间内恢复到正常的工作状态，尽量不给生产带来影响。

比如在实际操作中某型机床遇到x轴回油槽向外溢油，而且在维修的过程中对回油线路检查以后没有发现有堵塞的现象，而在对电气原理图查看的时候发现供油的仅仅有两项，通过编程对数控机床设备进行现场监控，PLC程序运行也没有出现异常，继电器是按照PLC程序规定运行，而在对液压电磁阀检测的时候发现其在PIE中电池阀的有无都是处于工作状态，在对继电器测量以后发现是继电器的问题，在更换继电器以后，问题解决。

2.4基于广域网的诊断法

随着技术的不断提高，在有些数控机床设备上还有广域监测点的安装，利用局域网检测对机床设备的运行状态信息进行全面、真实的采集。这样可以通过仿真实验对数控机床设备中普遍出现的一些问题进行分析，还可以为企业对数控机床的故障诊断提供更多帮助。

3.数控机床设备的故障维修

数控机床设备出现故障以后要对其进行快速维修，这样才能够快速恢复机床工作能力，防止给企业带来过多损失。想要进行维修，对故障进行查找是最关键的一点，在找到故障点以后，对故障进行维修排出，在找到故障点以后，要根据不同的故障进行相应的维修。

如果发现数控机床出现的是电气故障，就要先对其故障进行确定，在明确了是电气故障以后，进行进一步维修。如果是电器线路短路，要进行故障排除，防止由于故障带来的设备零件损坏。系统是在能够供电的情况下启动NC，在这个过程中要细心观察，如果发现有异常要停止机械工作。对于有故障诊断的设备而言，就可以根据报警来对故障进行查找以及维修了。在NC启动以后没有故障的警告，而设备在运行的过程中却存在很多问题，就要检查NC的参与以及数控机床设备的数据表，要是都没有问题就要通过编程来对程序进行分析，看是否是输入和输出方面的故障。如果NC与PC都没有故障，也排除是故障，就要对设备的定值和反馈值进行查找，如果定值与指令值不成比例，就是给定值出现故障。

要是给定值出现故障，通常是由于接头、插头、继电器或者是接线等方面的问题。而要是反馈值出现问题，通常是由于接触不良、检测元件失效或者是传感器的问题。如果两个值都出现问题，原因就是电子元件受到损坏，这个问题解决的时候会相对容易。

4.总结

数控机床设备的应用给人们提供了很多的方便，不过由于其属于高科技产品，所以在应用的过程中，必须要按照规定进行操作，一旦操作不当就会出现设备故障，影响设备正常运行。本文笔者对数控机床设备的故障诊断与维修进行了研究，针对其可能出现的问题的维修方法进行总结，希望能够为数控机床设备的故障诊断与维修提供更多帮助。

参考文献：

[1]高白川.浅谈数控机床诊断与维修的方法[J].科技信息，2010（23）

数控机床原点的设定篇4

关键词：数控机床； 加工工艺； 加工精度

1.数控机床加工工艺简介

数控机床是指装有自动化控制系统的机床，通过改变控制系统中的控制编码或其他的符号指令，令数控机床进行不同类型的加工。一般来说，数控机床的加工工艺以加工自动化、高速以及加工精度高为主要特色。在未来，高速、加工精度高、绿色生产以及加工智能化、自动化将会成为数控机床加工技术的的主要发展方向。而数控机床的加工工艺将会以改善机床的加工性能和提高数控机床的工作效率和精度为主要完善目标。

2.数控机床加工工艺的设计原则及其相关步骤

2.1.数控机床加工工艺的设计原则

为了能够不断完善数控机床加工工艺，提高加工精度，减少在加工过程中出现的误差，在设计机床加工技术的时候必须要遵循以下几项原则：

2.1.1.加工步骤必须进行细化，能够根据零件的加工要求进行准确的编程计算；

2.1.2.设计合理化，最终目标是确保在加工过程中出现最小的误差；

2.1.3.加工工作高效化，如加工过程较为复杂可以采用数控仿真技术提供加工支持。

2.2.设计数控机床加工工艺的主要步骤

由于数控机床具有高度的智能化、自动化生产特点，加工工作的进行需要依靠控制系统编程程序进行实施，所以在加工时，要求加工精度较高，同时能够把握好控制系统的编程工作，才能够在提高工作效率的同时确保零件的加工质量。以下是设计数控机床加工工艺的主要步骤：

2.2.1.分析加工工艺路线。

在设计数控机床的加工工艺路线前，要对零件的加工环节进行分析和研究，充分考虑到具体的加工环节，根据零件的实际加工情况做出明确的设计和计算，这对于数控镗铣床的加工工作尤其重要。对于不同的数控车、加工中心或工作台上都有着不同的要求，因此转轴的内、外圆的直接、垂直度等都有着不同的要求，若要在一次装夹中完成，那么既要经过详细的计算才可完成。

2.2.2.编程原点的选择。

当设计完成后，要根据设计图纸严格进行编程。进行编程时，其原点的设计基础应该和工艺的基准尽可能重合，这样才能够避免出现尺寸错误或尺寸换算等问题。设计编程原点的基准是容易令加工零件找正，能够准确地确定原点所在，对刀方便，便于编程，其数值更需要便于计算。一般来说，对称零件的编程原点大多会选择零件的对称中心，这样可以大大减轻计算工作的繁杂，还可以令零件加工变得均匀。举个例子，一个圆形的零件，应该以内圆的圆心作为编程的原点，而对于外形不规则的零件，则可以在基准线上寻找编程原点。

3.影响数控机床加工精度因素及其解决方法

我国数控机床的加工精度正高速发展，加工精度已经有过去的丝级，即0.01毫米，大大提升到如今的微米级，即0.001毫米。其中，更有部分超精密数控机床加工技术的精度可以稳定在0.05微米左右，零件形状精度则有0.01微米，如微细切削和磨削加工技术等。而利用光电以及化学能等能源的特种加工精度更是高达纳米级，即0.001微米。足以可见，目前我国已经开始步入精加工时代。但在数控机床工作的时候，由于机床本身，容易出现影响加工精度的因素，可分为系统误差和随机误差。

由于大多是人为造成的，设计图纸的尺寸表示不明确、不合理等原因，都会造成随机误差，只需认真核对相关的工作步骤即可消除

其余的方法还有很多，作者就不一一举例了。作者将会在下文分析关于影响数控机床加工精度的系统误差。

在进行加工工作的时候，一旦出现机械转动机构连接不稳定的情况，就会出现间隙，增加整体的加工工作误差，这就是出现间隙误差的主要原因，其中，机械转动机构是指减速齿轮、连轴节、滚珠丝杠副和支承轴承，滚珠丝杠副与螺母之间的间隙更是直接影响着数控机床加工精度。假设，滚珠丝杠和螺母间的间隙距离是SF，那么，机械转动机构反转时，数控机床的加工精度将会产生的误差为 。

解决办法：为解决间隙误差的出现，必须把数控机床加工方式转变成自动智能化的操作控制加工方式。当机械转动机构反转时，其转向时间和方式都会进行更改。而针对滚珠丝杠和螺母之间的间隙，可以加强并多次对间隙的偏差测定，最终确定出准确的偏差基数，再对数控机床测出各轴的原始误差。进行测定的仪器大多使用测量精确度较高的激光干涉仪。也可利用双频激光干涉仪进行测量，但双频激光干涉仪对于操作人员的要求较高、测量环境要求较高，以及所需时间较长，因此多用于检测三坐标测量。另外，还可以对滚珠丝杠副施加预紧力。当预紧力约等于最大轴向力的三分之一的时候，其间隙则可基本消除。除此之外，还有很多减少误差的方法，可以根据数控机床的不同种类而采取不同的解决办法。

4.结语

对于数控机床的加工工艺和精度来说，要严格把握加工技术的尺度，合理、科学地把机床运作原理运用到实际工作中去。一旦发现问题，要认真、及时进行分析，并尽快实施解决措施，进行总结，才能达到加工达到标准产品这一目的。同时，也要合理地处理出现的误差、进行机床加工操作以及控制高效的加工工艺，这样才能延长数控机床的工作寿命。

参考文献：

[1]华茂发.数控机床加工工艺[M].机械工业出版社.2011

[2]唐文献.数控机厂加工工艺入门与提高[M].机械工业出版社.2013

数控机床原点的设定篇5

关键词：数控机床；故障诊断；维修

Abstract: along with the rapid economic development of our country, to modern electronic technology and automation technology as the foundation of the numerical control technology, in every field of social production has applied more and more. For the current social production activities if, for CNC machine is out of order, will directly affect the efficiency of the production activities, so it is necessary to numerical control machine tool equipment necessary fault diagnosis and maintenance, make numerical control machine tool better play its role. This paper from the numerical control machine tool the structure of the system and characteristics, this paper expounds the numerical control machine tool equipment fault diagnosis and the general procedure of the commonly used method.

Key words: the numerical control machine tools; Fault diagnosis; maintenance

中图分类号：U226.8+1文献标识码：A 文章编号：

一、数控机床系统的组成和特点

当前世界上的数控机床系统种类多样，并且各自具备自己的特点，不同数控机床生产厂家的产品，设计理念和设计思想也存在很大的不同。但是不管是哪一种系统，它的基本构造都是大致相同的。一般来说，数控机床系统主要由控制系统、伺服系统以及位置检测系统组成。一般的运转过程是由控制系统来对工件的相应程序进行运算，并向伺服系统发出相应的控制指令，然后伺服系统会对控制指令进行分析，并由相应的电机来控制机械的运转，最后由位置监测系统对机械的运动位置和速度进行监测，并将相关信息传递给控制系统，并由控制系统进行进一步的指令修正。这就完成了整个数控机床系统的正常运转。

由于数控机床的特殊性以及使用重要性，相应的系统应该具备以下的特点：整个系统的运转应该可靠性较强；对环境的适应能力一定要强，因为数控机床常常处在高温、潮湿、振动等环境下工作；系统适应频繁启动关闭的运行状态。

三、数控机床故障诊断的基本步骤

当使用的数控机床出现故障时，相关人员应该保持冷静，然后对故障的产生原因进行细致的分析，进而找到相应的、适当的故障诊断方法，最后再进行仔细认真的故障诊断。一般可以采用下面的步骤来进行故障的诊断。

1、了解

在数控机床出现故障时，首先要做的就是对故障发生的情况进行全面的了解，然后对数控机床进行初步的故障诊断，仔细观察指示屏上显示的内容、各种故障指示灯等，然后利用观察、触摸、气味等方法对数控机床的常见故障进行判断，如热继电器、空气断路器有没有脱扣现象，熔丝有没有出现损坏、断裂现象，有关插接件有没有出现松动现象。虽然这些故障类型比较简单易见，但是对数控机床故障诊断有着重要的作用。

2、分析

当数控机床出现故障时，首先对机床进行断电，然后进行故障分析，在确认通电后不会产生更大故障时，进行运转状态下的故障诊断和观察，从而获得可能导致故障产生的各种因素，为接下来的故障排除确定大的方向和手段。

3、查找

在进行故障原因查找时，应该遵循由表及里、由易到难的原则，也就是说，首先对容易拆卸和触及的位置进行检查，然后再进行那些拆除量较大和不易触及的部位检查。

三、数控机床故障诊断的常用方法

1、直接观察法

通过直接的感官来进行数控机床的故障查找，是一种最为简便的故障诊断方法，而且在实际操作中也有着非常实用的效果。

（1）利用视觉来对数控机床的故障原因进行查找，最为常见的观察就是：检查数控机床中是否出现机械性的损伤；线路是否出现烧焦变形现象；各类电阻有没有发现变色或烧毁现象；机床内部运转部件是否出现掉落物或流出物；一些保护性的部件是否出现跳闸；熔断器是否出现熔断现象；机床内部部件有没有出现松动或脱落的现象；操作者编写的控制程序是否正确等等。

（2）对数控机床的内外部进行气味检查，当数控机床运转时发生摩擦现象时，会出现相应的烧焦气味；线路灼烧或漏电时也会出现一定的焦糊气味，同时还可能伴随着放电的声音。

（3）利用手来进行数控机床相关部位的振动检查，可以判断出设备是否出现故障。此外，还可以通过接触来感知设备的运转温度是否处于正常的状态下。

2、报警信息诊断法

随着自动化技术的不断发展，现代数控机床设备的自诊断功能不断强大，很多的简单故障，数控机床都可以自动诊断出来，并能根据故障原因进行简单的处理。当故障发生时，相应的故障警报会自动进行报警，并指出故障原因。

3、机床参数检测法

对于数控机床而言，系统内部的参数丢失或设置不恰当都可能引起相应的故障发生。因此当数控机床出现故障时，应该对系统的参数设置进行核对。比方说在测量机床的往返精度时发现，X轴在从正向向反向转换时，让其走0.01mm，而从千分表上没有变化，X轴在从反向到正向转换时，也是如此。因此怀疑滚珠丝杆的反向间隙有问题，从系统说明书上可以得知，数控系统本身对滚珠丝杆的反向间隙具有补偿功能．根据说明书调整机床数据反向间隙的补偿数值，使机床恢复了正常工作。

4、测量法

测量法在诊断数控机床故障时是一种较为常见的方法，它主要是利用相序表、示波器等仪器对机床的各种线路进行检测。比方说，在对数控机床的三相电进行检查时，可以利用相序表，如果三相电的相序正确的话，那么相序表会按照顺时针的方向进行旋转。另外，还可以使用双通道示波器进行检查，当三相电相序正确时，不同两厢电之间的波形相位的差值为120°。

5、备件置换法

对于一些涉及控制系统的故障．有时不容易确认是哪一部分有问题，在确保没有进一步损坏的情况下。对怀疑有故障的部件或元、器件用相同的备件或同型号机床j：或本机床上其他部分的相同部件或元、器件来替换，以确定是否发生故障。一台采用FANUC OTC系统的数控车床启动后，数控系统屏幕没有显示，检查数控装置，发现所有的指示灯都不亮，检查其卜所有的熔断器，都没有损坏。检查其输入电源也正常没问题，可以肯定是电源模块出现了问题，更换系统电源后机床恢复了正常使用。

6、原理分析法

原理分析法是根据数控机床的组成原理，从逻辑上分析各点的逻辑电平和特征参数，从各部件的工作原理着手进行分析和判断，以确定故障部位的诊断方法。这种方法的运用，要求检修人员对整个数控系统和每个部件的工作原理都有清楚的、较深的了解，才能对故障部位进行定位。

总之，现实的数控机床设备越来越复杂，功能越来越多样，同时出现的故障类型也是越来越多样。但是只要相关的人员不断进行学习，从实际中吸收相关的经验，结合多样化的诊断方法，相信数控机床的故障维修问题也会得到一个合理的解决。

参考文献

1、郑伟，浅谈数控机床常见故障诊断与维修，科技信息(学术版)，2008(2)

2、杨金荣，浅谈数控机床的故障诊断与维修，中国科技博览，2010(21)

3、高白川，浅谈数控机床诊断与维修的方法，科技信息，2010,02(23)

数控机床原点的设定篇6

关键词：数控机床；关键设计技术；改造方法；工业技术设备；现代制造业 文献标识码：A

中图分类号：TG519 文章编号：1009-2374（2016）10-0036-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.10.017

随着现代制造业的加工技术设备的不断发展进步，数控机床向着高精度、高稳定性、高效率、高自动化的方向不断前进。目前，高性能的数控机床在我国仍占少数，广大的数控机床仍存在很大的升级空间。因此，对数控机床的关键设计技术的研究分析，并结合这些关键设计技术总结数控机床的改造方法，意义重大。

1 数控机床的结构与原理

数控技术是指利用电脑程序控制机器的一种技术方法，即按技术员事先编好的程序对机械零件进行加工的过程。所谓数控机床，就是指利用数控技术的一类机床的统称。按其控制方式的不同进行分类，可以分为三类，包括开环控制数控机床、闭环控制数控机床和半闭环控制数控机床。目前数控机床使用的控制系统主要有法拉克、华中、广数、西门子、三菱等。可以说，数控机床是集机床、计算机、电机及运动控制、检测等技术为一体的自动化设备。其基本结构组成包括输入输出装置、数控装置、动力系统、测量装置及机床等，如图1所示：

图1 数控机床的组成结构图

其中输入输出装置指程序编制及程序载体。数控装置（或称CNC装置）被称为数控机床的“主脑”，它包括硬件和软件两大部分，主要负责处理数据和指挥工作。测量装置是检测各坐标轴的实际位移量并将信息反馈给数控机床“主脑”的装置。机床即机床本体，包括主轴、进给、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、系统、冷却装置等。

综上所述，数控机床的工作原理是将所有加工相关的数据信息以数字和字符的编码方式进行记录，然后利用数控装置内的计算机对其进行一系列处理后，发出指令，命令执行机构自动控制并完成加工所需的各项动作，如刀具相对于工件的运动轨迹、位移量和速度等，从而完成工件的加工。

2 数控机床的几种关键设计技术

在数控机床改造方法的探究路上，有几种关键设计技术十分重要，具体总结如下：

2.1 质心驱动设计技术

质心驱动设计技术（俗称“推中心”技术）是一项由机械系统动力学理论发展而来的技术。其原理是：当驱动力作用的位置不在物体的质心位置时，就会出现一个扭转力矩，使物体发生转动或振动等不稳定的现象，若作用力一定时，力的作用位置与物体质心位置的距离越远，这个扭转力矩就会越大，物体发生转动或振动的现象就会越明显；当力作用的位置刚好在质心位置时，就不会出现扭转力矩，此时物体只会沿着导轨稳定地做直线运动。

2.2 直接驱动技术

直接驱动技术是指将伺服电机直接联接或牢固在从动部件上的一种技术。根据电机的运动类型一般可以分为直线电机驱动和力矩电机驱动两大类，其中直线电机驱动的为直线运动，力矩电机驱动的为旋转运动。使用直接驱动技术的数控机床不需要一系列的机械传动系统如齿轮传动系统、皮带传动系统等，真正做到了“零传动”，真正避免了传动过程中的各种误差的产生和累加，减少了传动过程能量的损耗，提高了传动的精度和传动的效率。

2.3 热平衡设计技术

热平衡设计技术是指利用热平衡定律（或称热交换定律）进行设备设计的一种技术。其基本原理是在热量交换的过程中，假设热量不会损失，在没有热和功转变的情况下，初始状态和最终状态时热量均达到平衡状态，此时高温物体的内能减少量就等于低温物体的内能增加量，用方程表示为Q放=Q吸（其中Q表示热量）。在数控机床工作时，热量的误差是其最重要的误差源，约占机床总误差的70%。因此，利用热平衡设计技术来改善数控机床的热性能，能有效提高机床的加工精度，这是数控机床的一种重要改造方法。

2.4 虚拟设计技术

虚拟设计技术是一种崭新的设计技术，它是利用计算机仿真技术来虚拟真实加工制造的情况，并对此制造过程及其对产品质量的影响进行分析评估，然后对虚拟设计的机床进行调整，反复推敲并完善设计。采用这种新技术进行数控机床的设计和改造，能有效提高机床的设计和改造质量，缩短研发周期，降低研发成本，使新产品的诞生更经济、更快速。目前，这种技术在数控机床上的应用虽然在机床的结构、几何尺寸等方面的数字化建模取得了成功，但在数控机床的切削加工过程的仿真模拟效果仍未达到预期。相信随着科技的发展进步，虚拟设计技术在数控机床上的应用会更加成熟和可靠。

2.5 有限元分析技术

有限元分析技术是用数学模型近似真实的物理系统而进行的模拟分析技术。具体地说，就是用若干个简单而有关联的小单元代替整体，然后对各小单元进行分析求解，最后再归纳总结，从而实现了将复杂的问题转为较简单的问题，为看似不可能解决的真实问题提供了一种有效的解决方法，其未来的发展空间很大。

3 数控机床的改造方法与实例分析

结合数控机床的结构与原理，总结关键设计技术的特点，数控机床的技术改造可以从机床工作台、动力系统、机床主轴等结构上进行技术改造。具体改造方法与应用实例结果总结如下：

3.1 质心驱动设计技术应用在机床工作台结构的改造分析

质心驱动设计技术的概念最早是由日本森精机提出并应用在数控机床上的，主要应用在机床的工作台结构。机床的工作台结构通常由工作台和滑台两部分组成，其中工作台的质量一般较轻且在滑台上，由滑台承受其全部重量。一般情况下，数控机床工作时，工作台在质心位置受到驱动力的作用而做横向直线运动，工作稳定；而滑台因承载工作台的重量而质心随着工作台的移动而不断变化，且滑台受单个驱动力的作用，容易出现转动或振动等使其工作不稳定。由此可见，运用质心驱动设计技术对机床工作台结构进行改造的方法是将其单个驱动方式改为两边驱动方式，即在以滑台质心为对称点的两侧，分别同时施加两个相同的驱动力，使滑台受到对称的两个驱动力同时作用，从而减少因力臂而产生的扭转力矩对机床工作台的影响，使其工作更加稳定。为了验证这个观点，日本森精机进行了大量试验，研究结果表明，这种方法不仅可以减少设备在高速运动过程中所产生的振动，还可以提高工件加工表面的质量精度等。

3.2 直接驱动技术应用于机床动力系统的改造分析

随着科学技术的不断发展，直接驱动技术的发展取得明显的进步，从而大大地简化了电机与从动部件之间的传动环节，并最终实现了“零传动”。在数控机床的改造和开发设计过程中，应用直接驱动技术改造机床的动力系统，取代传统的非直接驱动系统，不仅能大大提高机床的响应速度和定位精度，还能使数控机床向高性能化发展迈进了一大步。

3.3 热平衡设计结合有限元分析技术应用于主轴结构的改造分析

数控机床的主轴结构主要包括主轴、电机和轴承等，在数控机床高速运转时，其电机和轴承将产生大量热量，使整个主轴结构组件出现局部高温的现象，即出现了较大的温差，于是在热胀冷缩的影响下，机床主轴会产生局部的热变形，其轴线随变形方向而上升或下降，最终导致机床的加工精度出现不稳定的波动变化。为解决这一问题，结合上文中关于数控机床的几种关键设计技术的介绍内容，最有效的解决方法是采用热平衡设计原理结合有限元分析技术，并将其应用于数控机床的主轴结构的改造中。具体方法是利用计算机建立机床主轴的有限元分析模型，并对其进行热特性分析，同时结合热平衡原理，制定可行的解决方案，并从中选择较合理的方案措施来控制且减少主轴结构的局部升温，缩少主轴结构各部分的温差变化，使其尽量达到热平衡状态，从而减少其热变形量，提高机床加工精度的稳

定性。

3.4 虚拟设计技术应用于切削机构的改造分析

目前，虚拟设计技术在数控机床的应用上，其重点和难点在于针对数控机床的切削加工过程的仿真模拟，包括切削过程中刀具和工件的几何、运动、动力（包括热）等特征的仿真。因此，需要不断提高切削加工过程的仿真度，并在不断的虚拟分析过程中，预测切削机构的加工性能，从而提高切削机构的改造质量和改造速度，最终实现机床的优化和改造。

4 结语

随着高性能数控机床的不断发展壮大，现有的数控机床需要结合自身的结构和原理特点进行改造，以便其满足新时代的市场要求。因此，将关键设计技术应用于数控机床的技术改造和实践过程中，如机床工作台的质心驱动设计技术改造、机床动力系统的直接驱动技术改造、主轴结构的热平衡设计结合有限元分析技术改造和切削机构的虚拟设计技术改造等，相信持续不断的研发和实践，数控机床将向着高速、高精、高稳定性的方向发展。

参考文献

[1] 杨有君.数控技术[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2] 刘强.高性能数控机床几项关键设计技术的研究应用进展[J].航空制造技术，2009，（5）.

[3] 肖曙红，张伯霖.超高速数控机床的设计研究[D].广东工业大学，1998.

数控机床原点的设定篇7

一、充分认识加快数控机床工业发展的重要性

党的*明确提出，“发展现代产业体系，大力推进信息化与工业化融合，促进工业由大变强，振兴装备制造业”。数控机床是装备制造业发展的关键和重要的基础，国家把发展大型、精密、高速数控设备、数控系统和功能部件列为振兴装备制造业的重要目标之一。近年来，我省机床工业得到较快发展，但数控机床发展较为缓慢。20*年，数控机床产量和产值分别占全省机床工业产量、产值的7%和15%左右。目前，我省数控机床工业存在技术创新能力低，关键技术未能掌握，产品的可靠性、稳定性、耐用性等方面与国外先进产品差距较大，相关企业之间缺乏协作等问题。当前，数控机床工业面临着巨大的发展机遇。我们必须抓住机遇，加快我省数控机床工业发展。

二、指导思想、原则和目标

(一)指导思想。认真贯彻党的*精神，牢固树立和落实科学发展观，提高自主创新能力，加快高新技术改造提升数控机床工业步伐，着力提高新产品开发、工艺装备水平和核心竞争能力，振兴装备制造业。加快资产重组和企业改制，做强一批大型骨干企业，培育一批知名品牌。走专业化协作道路，壮大一批专业化程度较高的零部件“小巨人”企业，推动数控机床工业持续健康快速发展。

(二)原则。

1.市场导向原则。充分发挥市场在资源配置中的基础性作用，突出企业在市场竞争中的主体地位，规范市场竞争秩序，加强政策引导和政府组织协调。

2.技术进步原则。进一步建立和完善技术创新体系，提高技术创新能力，强化核心技术培育，以创新占领市场，实现从引进技术、模仿加工向自主创新的转变，推进以信息技术为代表的高新技术与数控机床产品的深度融合。

3.国际化原则。注重国内外两种资源和两个市场的开发利用，积极承接国内外产业和资本转移，加强与大型跨国企业的战略合作，引进资本、技术、品牌和管理理念，提高数控机床行业的国际竞争力。

4.可持续发展原则。坚持数控机床行业发展与环境保护、企业经济效益与社会效益相统一，推动节能、降耗、减排、清洁生产、合理利用资源，努力发展循环经济，实现数控机床行业可持续发展。

(三)目标。

1.生产规模。到2010年，全省机床行业规模以上企业销售收入达到860亿元，利税90亿元，出口创汇17亿美元，年均增长30%；金属切削机床产量23万台，其中数控机床3万台以上；金属成型机床30万吨，其中数控机床15万吨；数控机床的产值、利税、创汇均达到整个机床行业的40%以上。

2.技术水平。到2010年，重点主机产品研发和制造能力接近或达到国际先进水平，形成一批具有自主知识产权、技术含量较高、竞争力较强的骨干企业；形成特色产品优势突出、配套较为完善的行业体系；争取再创2个部级企业技术中心、5个省级企业技术中心，骨干企业的技术装备达到同期国际先进水平。

3.产业聚集。培育一批实力雄厚、核心竞争能力强的机床龙头企业，中小企业实现较高程度的专业化协作。到2010年，培育年销售收入30亿元以上的企业集团5个，年销售收入10亿元以上的重点企业10个，年销售收入5亿元以上的重点企业20个，年销售收入2亿元以上的企业100个。

三、发展重点

(一)重点发展6大类产品。

1.数控车床，包括全功能数控卧式车床、大型数控立式车床等。

2.车削复合加工中心，包括车铣、钻铣、铣磨等复合加工中心。

3.卧式、立式加工中心。

4.柔性制造生产线，包括大型、重型压力机生产线、数控专机生产线等。

5.重型数控机床，包括镗铣加工中心等。

6.数控机床功能部件，包括数控转台、智能伺服刀架、滚珠丝杠、高速精密电主轴、磨具磨料、超高速中空动力卡盘、超高速中空回转油缸等。

(二)做强8家大企业集团。

1.济南二机床集团有限公司。重点发展大型、重型数控锻压设备和大型、重型数控龙门镗铣床等；加快改制重组步伐，转变生产经营方式，提高现有设备利用率，扩大规模。

2.济南一机床集团有限公司。重点发展全功能数控车床及加工中心；加快改制及重组步伐，转变生产经营方式，提高服务质量，发挥技术和装备优势，加速做强做大。

3.*普利森机械制造有限公司。重点发展深孔钻镗床、大中型数控车床和加工中心；加快新产品开发，引进高级人才，提高产品开发和管理水平，扩大经济规模。

4.*鲁南机床有限公司。重点发展中小数控车床和加工中心；加大新产品开发力度，提高产品技术含量；加快新厂区建设步伐，扩大出口。

5.威海华东数控股份有限公司。重点发展加工中心和数控系统；利用地处沿海的优势，深化与国外合资合作，重点开发高精度、全功能的大型数控机床。

6.*法因数控机械股份有限公司。重点发展钢结构系列数控成套加工机床，有效解决型钢、中厚板材及线材的高效加工，加快实现数控机床的成套化、复合化、大型化、柔性化，发挥企业的技术优势，加快新厂区建设，尽快形成规模效益。

7.济南铸锻所捷迈机械有限公司。重点发展薄板冲剪数控机床，发挥济南铸造锻压所的技术优势，加快新产品的开发，扩大生产规模，提高经济效益。

8.烟台环球机床附件集团。重点发展数控转台、砖塔刀架等功能部件；发挥技术优势，加大技术改造投入，增加产能，扩大规模，替代进口。

(三)培育4个特色产业集群。鼓励各地和企业根据市场发展需要，与国外大企业合资合作，形成具有地方特色的产业聚集带。重点培育4个产业集群：1.济南数控机床及数控锻压设备产业集群；2.枣庄中小数控机床及加工中心产业集群；3.威海加工中心和数控木工机床产业集群；4.烟台数控机床功能部件产业集群等。

四、政策措施

(一)加快自主创新体系建设，提高自主创新能力。鼓励支持企业自主研发，通过参股国外先进的研发、制造企业等方式掌握核心技术。加快重大技术装备的消化吸收再创新，省里每年组织一批重大技术装备消化吸收再创新项目，在关键、核心技术上尽快取得突破。推进政、产、学、研、金相结合的技术创新体系建设，通过龙头企业参与、产学研结合的方式，在重点发展的济南、枣庄、威海、烟台4个特色产业集群中，探索符合市场体制的良好运行模式，加强共性关键技术攻关开发，促进产业联盟快速发展，加快重大技术装备国产化步伐，提高数控机床的设计、制造和系统成套水平。

(二)以重大基础设施工程建设为依托，促进大型数控成套设备的研发和制造。以市场带动产业，把重大项目的业主负责制与政府审核协调结合起来，规范招投标行为，加强对设备采购的引导和监督，对生产和使用首台(套)省产大型数控设备的政府投资项目和重大基础设施建设项目，按照“同等优先”的原则，给予适当的风险补偿。大力扶持企业开展重大技术装备的总承包和分包。项目执行单位要通过谈判或国际招标，尽量提高国内采购以及与外商合作设计、制造的比例。

(三)实施国际化战略，进一步拓宽发展空间。充分利用我省建设半岛制造业基地的有利时机和优惠政策，进一步加大合资、合作和吸引外资力度。抓住国际产业转移的机会，有选择地利用好外资，通过与国外大公司的合资合作，提高技术和管理水平，建立新的运行机制；努力扩大出口，优化出口产品结构，扩大技术含量高、附加值高的产品和成套设备出口，提高市场占有率。

(四)以重点企业为龙头，加快数控机床产业集群发展。坚持以重点企业为龙头，通过产业链条上下游配套关系，积极发展产业配套，促进数控机床产业聚集。鼓励机床行业进入工业园区，提高投资密度和产出水平，发挥整体功效。高起点、高标准统筹规划，打破区域、行业界限，抓好济南的数控机床及数控锻压设备、枣庄的中小数控机床及加工中心、威海的加工中心和数控木工机床、烟台的数控机床功能部件四大产业集群，使之成为承接国内外大企业投资的平台，带动全省数控机床产业发展。

(五)加大政策支持力度，扶持企业加快发展。

1.落实国家支持装备制造业发展的税收优惠政策。承担国家重大科技专项、国家科技计划重点项目、国家重大技术装备研究开发项目和重大引进技术消化吸收再创新项目所需进口国内不能生产的关键设备，出具相关证明后，免征进口关税和进口环节增值税；落实财政部、国家税务总局关于数控机床产品增值税先征后退的税收优惠政策；对数控机床企业实际发生的符合条件的研发费用，在按规定实行100%扣除基础上，允许再按当年实际发生额的50%在企业所得税税前加计扣除；企业年度实际发生的研发费用当年不足抵扣的部分，可在以后5年内结转抵扣；企业当年提取并实际使用的职工教育经费在工资总额2.5%以内的，可在企业所得税前扣除。对国家需要重点扶持的高新技术企业，按照15%的税率征收企业所得税。

2.制定落实扶持数控机床业发展的财政财务政策。鼓励省内数控机床企业加大科技投入。企业用于研究开发的仪器和设备(20*年1月1日以后新购进的)，单位价值在30万元以下的，可一次或分次摊入管理费，其中达到固定资产标准的应单独管理，但不提取折旧；单位价值在30万元以上的，可以缩短折旧年限或者采取双倍余额递减法或年数总和法实行加速折旧。企业可以建立研发准备金制度，根据研发计划及资金需求，提前安排资金，确保研发资金的需要。研发费用按实际发生额列入成本(费用)；对技术要求高、投资数额大、单个企业难以独立承担的研发项目，或者研发力量集中在集团公司，由其统筹管理集团研发活动的，集团公司可以在所属全资及控股企业范围内集中使用研发费用。集中使用的研发费用总额，原则上不超过集团合并会计报表年营业收入的2%。科技、发改、经贸、财政、国土资源等部门要对数控机床行业的技术开发、科技成果的转化、科技三项费用的使用、技术改造、基本建设、土地利用、工业试验项目等方面给予重点支持。

(六)加强专业人才队伍建设，为数控机床工业发展提供人才支撑。制定培养、吸引和留住人才的相关政策，努力营造人才成长的良好环境，加强人力资源管理，建立有效的激励机制，积极落实国家有关技术入股、持股、提高薪酬等政策措施，吸引国内外高水平专业人才。对重大技术装备研制、开发、使用和推广作出突出贡献的人员，按照规定给予表彰和奖励。

数控机床原点的设定篇8

关键词：普通机床；数控机床；改造设计

Abstract: NC machine tools are in now science and technology development situation, to promote productivity, has great role in promoting the development of machinery. This paper mainly analyses the common machine tool (C618) to the design steps of CNC machine tools, and the design of special knuckle CNC vertical lathe parts is introduced, with important implications for machinery industry!

Key words: general machine tools; NC machine tool; design

中图分类号：TU2 文献标识码：文章编号

一、数控机床与应用

机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床－数控机床的诞生和发展。计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变。数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。

二、普通车床的数控化改造设计

机床的数控改造，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较理想的状态。数控车床是机电一体化的典型代表，其机械结构同普通的机床有诸多相似之处。然而，现代的数控机床不是简单地将传统机床配备上数控系统即可，也不是在传统机床的基础上，仅对局部加以改进而成(那些受资金等条件限制，而将传统机床改装成建议数控机床的另当别论）。传统机床存在着一些弱点，如刚性不足、抗振性差、热变形大、滑动面的摩擦阻力大及传动元件之间存在间隙等，难以胜任数控机床对加工精度、表面质量、生产率以及使用寿命等要求。现代的数控技术，特别是加工中心，无论是其支承部件、主传动系统、进给传动系统、刀具系统、辅助功能等部件结构，还是整体布局、外部造型等都已经发生了很大变化，已经形成了数控机床的独特机械结构。因此，我们在对普通机床进行数控改造的过程中，应在考虑各种情况下，使普通机床的各项性能指标尽可能地与数控机床相接近。

2.1设计内容及任务。普通车床（C618）的数控改造设计内容包括：总体方案的确定和验证、机械改造部分的设计计算（包括纵向、横向进给系统的设计与计算）、主运动自动变速原理及改造后的机床传动系统图的设计、机床调速电动机控制电路的设计、电磁离合器的设计计算。本设计任务是对C618卧式车床进行数控化改造，实现微机对车床的数控化控制。利用微机对车床的纵向、横向进给系统进行数字控制，并要达到纵向最小运动单位为0.01 /脉冲，横向最小运动单位0.005 /脉冲，主运动要实现自动变速，刀架要改造成自动控制的自动转位刀架，要能自动的切削螺纹。

2.2数控部分的设计改造。（1）数控系统运动方式的确定。数控系统按其运动轨迹可分为：点位控制系统、连续控制系统。点位控制系统只要求控制刀具从一点移到另外一点的位置，而对于运动轨迹原则上不加控制。连续控制系统能对两个或两个以上坐标方向的位移进行严格的不间断的控制。由于C618车床要加工复杂轮廓零件，所以本微机数控系统采用连续控制系统。（2）伺服进给系统的设计改造。数控机床的伺服进给系统按有无位置检测和反馈可分为开环伺服系统、半闭环伺服系统、闭环伺服系统。闭环控制方案的优点是可以达到和好的机床精度，能补偿机械传动系统中的各种误差，消除间隙、干扰等对加工精度的影响。但他结构复杂、技术难度大、调式和维修困难、造价高。半闭环控制系统由于调速范围宽，过载能力强，又采用反馈控制，因此性能远优于以步进电动机驱动的开环控制系统。但是，采用半闭环控制其调式比开环要复杂，设计上也要有其自身的特点，技术难度较大。开环控制系统中没有位置控制器及反馈线路，因此开环系统的精度较差，但其结构简单，易于调整，所以常用于精度要求不高的场合。经过上述比较，由于所改造的C618车床的目标加工精度要求不高，所以决定采用开环控制系统。

2.3数控系统的硬件电路设计。数控系统都是由硬件和软件两部分组成，硬件是控制系统的基础，性能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能。

数控装置的设计方案通常有：

(1) 可以全部自己设计制作

(2)可以采用单板机或STD模块或工控机改制

(3)可以选用现成的数控装置作少量的适应化改动

在普通机床的经济型数控改造中，由于第一种设计周期较长且不经济，同时质量也难于保证。第二种则更加不经济。所以设计将采取第三种方案。

2.4机械改造部分的设计。(1)主传动部分的改造设计。将原机床的主轴电动机换成变频调速电动机，无级调速部分由变频器控制。将原机床的主轴手动变速换成有电磁离合器控制的主轴变速机构。改造后使其主运动和进给运动分离，主轴电动机的作用只是带动主轴旋转。（2）进给机构的改造。将原机床的挂轮机构、进给箱、溜板箱、滑动丝杠、光杠等全部拆除。纵向、横向进给以步进电动机作为驱动元件经一级齿轮减速后，由滚珠丝杠传动。（3）其它部件的改造。刀架部分：拆除原手动刀架和小拖板，安装由微机控制的四工位电动机刀架，该刀架具有重复定位精度高、刚性好、使用寿命长、工艺性好等优点。

三、转向节专用立式数控车床部件设计

3.1 主轴箱设计。（1）主轴箱结构设计。本机床为立式结构，主轴箱就是传统意义上的床身 ，其作用一是安装主轴及其传动系统，二是支撑立柱即在其上安装的纵横滑板和电动刀架。因此要求主轴箱具有据够的刚性，结构必须合理，长期使用不变形。（2）主轴箱传动系统。传动比确定：机床主要加工转向节，兼顾通用数控立车功能，传动比为1:10，最低转速为63转每分钟，最高转速为1000转每分钟；转动路线确定：传动路线采用伺服电机通过行星减速箱、皮带轮驱动主轴单元使主轴旋转；主轴单元结构：采用主轴单元结构目的是方便制造、安装、维修。选用主轴单元结构要适合加工转向节特殊件的需要。选用主轴单元结构要适应加工转向节特殊件的需要，第一满足刚性要求，旋转精度的长久稳定性；第二要有夹紧油缸及分油装置；第三动力卡盘和专用车具可快速切换，实现通用立式数控车床功能和专用转向节数控加工的切换。据此，选用的主轴单元为标准50规格的车主轴支撑形式，具有高刚性、高精度的特点。

3.2 进给系统设计。（1）纵向进给传动系统设计。纵向进给传动系统主要有纵向滑板和纵向滚珠丝杠传动副组成。其纵向滑板安装在立柱的纵向滚动导轨上，它可以沿立柱导轨做纵向运动。导轨采用重载型滚珠滚动导轨，导轨承载能力大，刚性强。纵向伺服电机经联轴直接驱动滚珠丝杠螺母副，带动纵向滑板沿立柱导轨运动。（2）横向进给系统设计。横向进给传动系统主要由横向滑板和横向滚珠丝杠传动副组成。其横向滑板安装在纵向护板的横向滚动导轨上，它可沿着纵向滑板向滑板横向导轨做横向运动。导轨采用重载型滚珠滚动导轨，导轨承载能力大，刚性强。横向伺服电机经联轴器直接驱动滚珠丝杠螺母副，带动横向滑板沿纵向滑板横向导轨运动。

3.3 转向节工装夹具设计。（1）顶尖部件设计。顶尖是机床的重要定位机构，其功用：定位功能、回转功能、夹紧功能，其动作：安装工件时，顶尖部件处于上部，当工件在专用车具的正确位置上时，顶尖在油缸的作用下向下移动，使上顶尖顶紧工件杆部上顶尖孔，完成工件的定位夹紧。主轴旋转时顶尖也随着旋转，实现机床的主运动。设计此部件首先确定夹紧力，设计驱动油缸的规格，确保夹紧可靠；转向节是不平衡件，顶尖主轴及顶尖要有足够的刚性，以保证回转精度的长久稳定性。（2）转向节车具设计。转向节是异形件，非常的不平衡，其车具设计有一定难度，第一是定位采用顶尖孔，其刚性不好，需要上下顶尖定位夹紧，下顶尖固定在主轴上，上顶尖单独设计移动部件；第二是夹紧，没有规则的夹紧面，同时不同的顶尖形状各异，要使车具具有通用性，车具必须具有适应不同工件的柔性；第三是工件的不平衡性，在设计车具时必须有可调整的配置设置；第四是在旋转的主轴上采用液压自动夹紧，主轴设置旋转编码器，以适应车螺纹功能，车具设置夹紧油缸。

四、结束语