数控系统论文范文

数控系统论文范文第1篇

为了提高齿轮加工精度和加工效率，到了20世纪80年代以后，国内外开始对齿轮加工机床进行数控化改造和生产数控齿轮加工机床。特别是近年来，由于微电子技术的迅速发展和以现代控制理论为基础的高精度、高速响应交流伺服系统的出现，为齿轮加工数控系统的发展提供了良好的条件和机遇。我们将齿轮加工系统分为全功能和非全功能两大类。

差动挂轮箱

非全功能齿轮加工数控系统的结构

配这类数控系统的机床进给轴为数控轴，多采用伺服系统。由于80年代齿轮加工数控化刚开始起步，当时数控技术无法满足齿轮加机床展成分度链的高同步性的要求,因此展成分度链和差动链仍为传统的机械传动。这种数控加工方式，调整比机械式齿轮加工机床要方便的多。它们可以通过几个坐标轴的联动来实现齿向修形齿轮的加工，省去了传统加工修形齿轮所需要的靠模等装置，提高了生产率和加工精度。但是这类齿轮加工数控系统属经济型数控系统，由于其展成分度链和差动链仍为传统的机械式，齿轮加工精度取决于机械传动链的精度。目前这种齿轮加工数控系统多用于对现有机械式齿轮加工机床的数控改造。

全功能齿轮加工数控系统的结构

近年来，由于计算机技术的迅猛发展和高精度、高速响应的伺服系统的出现，全功能数控齿轮加工机床已成为国际市场上的主流产品。全功能数控指不仅齿轮机床的各轴进给运动是数控的，而且机床的展成运动和差动运动也是数控的。目前展成分度链和差动链的数控处理方法不尽相同，有基于软件插补以及基于硬件控制的两种类型。

分度挂轮箱

基于软件差补的齿轮加工数控系统

这类数控系统的刀具主轴一般采用变频装置控制，工件主轴通过数控指令经伺服电动机直接驱动。目前国产数控齿轮加工机床所配置的数控系统大多为国外知名品牌的通用数控系统，因而都是采用这种基于软件插补的数控加工方式。

基于软件插补方法的优点是工件主轴的转速完全由数控系统的软件控制，因此，可以通过编制适当的软件，用通用的刀具来高精度快速地加工非圆齿轮、修形齿轮，且加工精度远远高于传统的机械靠模加工方法。

目前，由于控制精度、动态响应等方面的原因，基于软件插补的齿轮加工数控系统还不能胜任高速高精度磨齿机的要求。随着计算机速度的不断提高、新控制方法的出现和控制精度的提高，这种方法的应用面越来越广。基于硬件控制的齿轮加工数控系统在传统齿轮机床的展成分度链中，刀具和工件是由同一个电动机来拖动的，传动链很长，并常需要采用精度不易提高的传动元件(如锥齿轮、万向联轴节等)，所以提高机床精度受到限制。

目前多采用光电盘脉冲分频分度传动链。砂轮主轴以固定转速旋转，并带动发信元件(如光电盘)，光电盘信号经数字分频后，控制工件轴伺服电机以一定的转速旋转以实现精确分度传动关系。同时把机床的差动链也纳入控制系统。

基于硬件控制的齿轮加工数控系统的优点：采用硬件控制，特别是采用高同步精度的锁相伺服控制时，精度高，响应速度快。缺点：机构上比较复杂，比软件插补的方式多一个硬件控制电路部分。硬件控制的电子齿轮比(差动系数、主传动比)，目前还不能做到实时修改，即不能实时改变工件主轴的转速，因而不能用于加工非圆齿轮等。

非全功能数控系统由于加工精度取决于机械传动链，仍存在交换挂轮，操作较繁，已较少使用。目前多用于现有机械式齿轮加工机床的数控化改造；基于软件插补的齿轮加工数控系统具有柔性大的优点，可以很方便地通过程序控制，能加工非圆齿轮和各种修形齿轮，因而在加工精度不高的滚齿机和插齿机中有广泛的应用；基于硬件控制的齿轮加工数控系统，由于展成运动是直接采用硬件控制，特别是采用跟踪精度极高的锁相伺服技术时，能很好地保证齿轮机床差动和展成运动精度，响应速度快，但柔性差，适于加工精度要求高的磨齿机。

全功能的齿轮加工数控系统在国际上已是主流产品，也必将在国内成为主流产品。

磨削技术除向超精密、高效率和超硬磨料方向发展外，自动化也是磨削技术发展的重要方向之一。

目前磨削自动化在CNC技术日趋成熟和普及基础上，正在进一步向数控化和智能化方向发展，许多专用磨削软件和系统已经商品化。磨削是一个复杂的多变量影响过程，对其信息化的智能化处理和决策，是实现柔性自动化和最优化的重要基础。目前磨削中人工智能的主要应用包括磨削过程建模、磨具和磨削参数合理选择、磨削过程监测预报和控制、自适应控制优化、智能化工艺设计和智能工艺库等方面。近几年来，磨削过程建模、模拟和仿真技术有很大发展，并已达到适用水平。

我国在磨削过程建模与模拟，声发射过程监测与识别，工件表面烧伤及残余应力预报，磨削加工误差在线检测、评价与补偿等方面都有许多成果，并已开发出了新型磨削机器人。

我国人造磨料生产虽然起步较晚，但发展很快，在世界上已有相当份额。

数控系统论文范文第2篇

关键词:分析服务;Web Services;XML;SOAP;故障诊断

中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)24-6842-02

Web Services and its Application on Fault Diagnosis

WU rui

(Information Center Pipeline Storage and Transportation Company Sinopec, Xuzhou 221008, China)

Abstract: In this paper, a analysis system based on the technology of Web Services and XML is proposed and applied to fault diagnosis. It is very useful to solve the problem that the difficulty of recomposing and reusing as well as the nonsupport for isomerous and distributed of data and system, which is brought by the traditional analysis system.It is useful to increase the product quantity in a collaborative enterprise.

Key words: analysis system; web services; XML; SOAP; fault diagnosis

1 概述

随着信息技术和网络技术的发展,制造业正面临一场生产模式的变革,要求生产企业对瞬息出现的市场机遇作出敏捷反应,而资源重组、资源共享、优势企业动态组合和异地协同合作将成为一种正常的生产组织形式,一个按照市场要求驱动的具有快速响应机制的网络化制造模式正在逐步形成。在这种模式下,已有的制造技术和软件资源得到充分的重复利用,而适应制造技术的数字化、智能化和协同化发展趋势的新的故障诊断技术与方法正不断被研究[1-3]。

一些企业将信息服务扩展成为业务服务,促进和完善了企业间的相互合作和应用集成。高效、快速地利用这些服务资源已经成为企业在日益激烈的市场竞争中致胜的法宝。由于数据挖掘、人工智能、知识库技术的成熟和广泛应用,将分析作为一种可以随时提供的服务已经成为可能,并日渐被人们所重视。但在现有的网络环境下,传统的分析服务存在着很多的局限性。本文提出了一种分布式分析服务系统解决方案,并且运用于企业设备故障诊断决策中。

2 设备监测及故障诊断原理

设备故障诊断技术是近20年发展起来的新学科。从本质上讲,设备诊断技术是一个模式分类及模式识别问题,即把机器的运行状态分为正常和异常两类,诊断过程就是研究信号的样本究竟属于哪种运行状态(或故障状态)。

设备诊断流程分为信号采集、信号处理和故障诊断三个阶段,相关的信号采集、信号处理及故障诊断等基础理论以及系统论、信息论、控制论、非线性科学、小波分析及神经网络等最新的技术在其中都有广泛的应用。

机器在运行过程中,内部零件受到力,热以及摩擦、磨损等多种因素的作用,其运行状态不断变化,一旦发生故障,往往会导致严重的后果。因此在故障诊断系统中,能否正确地处理故障信息,获取有效的故障特征量是对可能发生的故障进行分析、识别和预防的前提。只有有效地分析及确定故障发生的原因,才能采取相应的措施,尽可能减少经济损失和提高生产率。机械设备故障监测与诊断系统如图1所示。

3 分布式分析服务关键技术

为了实现分析服务系统在Internet/Intranet上的扩展,增强其对分布性及异构性的支持,改善其重组性和重用性,必须依靠多种技术手段。其中关键技术有Web Services和XML。

Web Services是一种在Internet上共享数据和功能的手段,其查找、描述和调用遵循特定的技术标准,如XML协议、简单对象访问协议SOAP、服务描述协议WSDL、服务注册、查找、集成协议UDDI。Web Services架起了不同分析服务之间交互的桥梁。

另外,XML这种标记语言是使用文本形式描述数据的,并可以在异构系统间进行数据交流。它的一个突出的优点就是XML与具体的软硬件平台是无关的,所以用XML表达知识可以达到最大的通用性[4]。知识包含概念、事实、规则三个层次。常用的知识处理语言PROLOG是建立在一阶谓词逻辑(Horn子句)的基础上。下面举例说明如何利用XML来表示PROLOG中Horn子句以达到表达知识的目的。例如有一个Horn子句like(Emily,Music),它表示“Emily喜欢听音乐”这个事实。其中关系名为like,对象为Emily和Music这两个常量。于是上述这个例子用XML就可写成:

like

Emily

Music

4 分布式分析服务系统设计

将Web Services和XML技术与传统的分析服务相结合产生了一种全新的分布式分析服务系统解决方案:基于WebServices的分布式分析服务系统,较好地解决了系统的分布性、异构性、重组性以及重用性等问题。

4.1 体系结构

整个分析服务系统是建立在分布计算环境之上的,主要由系统数据平台、分析服务器、Web服务调用框架、Web服务器、Web浏览器等部分组成。其系统体系结构如图2所示。

其主要模块功能如下:

1) 系统数据平台。系统的数据来源于分布在整个网络空间中的所有相关的异构数据库、知识库甚至是数据仓库。它们组成了整个系统的低层数据平台。

2) 分析服务对象。本身带有一定的分析推理机制,可以直接从系统的数据平台上提取分析所需的数据,独立完成具体的分析处理工作;也可以请求相关的分析服务器进行分析处理;甚至可以请求本地或远程的其他分析服务进行分析。其建立可以基于不同的技术机制,比如EJB,CORBA或Java。

3) 分析服务器。具备强大的数据分析功能,但是必须提供可编程的接口。

4) 客户端。使用浏览器从Web服务器下载HTML页,根据用户需求调用相应的Web服务,并将返回的数据直观地提供给用户。

5) 分析服务注册中心。它是一个全局的、共享的分析服务点。分析服务提供者将分析服务的描述信息,包括服务详细分类、服务接口、知识表示说明以及服务提供者的信息等通过UDDI管理工具进行注册。分析服务使用者使用UDDI查询工具可以检索这些信息,按照分析服务分类标准可以快速定位到自己需要的分析服务,然后获得并解析服务的WSDL文件,从而发起对服务的调用请求。

4.2 工作原理

1) 数据采集,在Matlab 应用程序支持下,系统接受设备加工状态、运动状态中的数据,并对其进行实时处理、神经网络训练,同时保存设备状态参数、运动参数、系统调整信息等,供使用设备的用户查询、浏览。

2) 处于客户端的用户使用浏览器向Web服务器发出调用请求,其中包含了进行分析所需要的各种参数。

3) Web服务器分析请求。如果是SOAP请求,直接将其交给XML转换引擎;如果为HTTP请求,则将其交由分析请求处理器进行预处理,再将其封装成SOAP请求,交给XML转换引擎[5]。

4) XML转换引擎主要做如下的工作:①解析SOAP报文,从中得到调用服务的名字以及所要传递的参数值,为下一步对服务的调用做准备。②映射服务调用到对应的格式,并具体实施对服务的调用。因为不同的服务对象可能会由不同的技术实现,比如CORBA,EJB或Java,所以对它们的调用方法就会有所不同。

5) 分析服务对象得到调用,提供相应的分析服务。可以有以下几种工作模式:① 不使用分析服务器,而是由分析服务对象直接实现在底层数据平台上的分析推理,分析服务对象直接执行分析任务,获得分析结果。② 使用分析服务器,利用它提供的编程接口发出分析请求,分析服务器分析处理后直接返回分析结果。③ 如果能找到直接满足需求的分析服务,则分析服务对象就向它发起调用;否则,如果复杂分析过程可以分解成几个子过程,则分析服务对象寻找相应的分析服务并调用之,最后获得综合的分析结果。

6) 分析服务对象将经过分析与综合的基于XML的知识返回给XML转换引擎。

7) XML转换引擎将分析结果封装成SOAP响应直接返回web服务器或分析请求处理器,再经它们返回给用户。

4.3 优点

与传统的分析服务相比较,分布式分析服务在服务范围、服务的重用、重组以及异构和分布性方面有明显的优势:首先,虽然每个具体服务还是针对某个特定的需求,但由于使用者可以在整个网络中搜索自己所需的服务,所以从整体上看,服务的应用范围很广。其次,对于服务提供商来说,只要适当调整服务粒度,就可以使得不同的服务可以灵活地集成、重组,以满足不同用户的需要。最后,由于采用了Web Service和XML技术,使得在不同格式、不同位置的数据和分析服务可以很好地集成和共享,最大限度地满足了用户多变的分析需求。

5 应用实例

5.1 实现方案

我们以一个设备诊断决策分析系统来说明分布式分析服务的特点。设备故障诊断决策系统类似于一个专家系统,其主要的任务是根据检测到的实时设备状态信息分析,确定故障性质、类别、程度、原因、部位,提出控制故障继续发展和消除故障的对策,最后将诊断结果返回给分析服务的调用者。设备诊断决策子系统的实现方案如图3所示。

5.2 系统特点

首先,分析服务调用灵活,服务的重组性和重用性好。如图3所示,由于诊断设备具有层次性,对每个大设备的诊断,调用其不同部件的诊断服务并将之集成,避免了使用者自己重新开发设备诊断分析机制的困难,降低了设备维护的难度和风险,同时提高了诊断服务的重用性和重组性。其次,就是服务的动态调用机制 故障诊断系统需要动态集成诊断分析服务,Web服务器接收用户的诊断请求,根据诊断设备的厂商、设备所属设备系统编码以及具体诊断设备,并采用规范化编码.实现动态调用诊断分析服务。

6 总结

本文提出了基于web Services的分布式分析服务的慨念、体系结构、工作原理,并将其运用于设备故障诊断分析系统的设计和实现中,提高了分析资源的利用率,改善了分析服务的重组性和重用性,简化了分析处理过程的复杂度。为提高协同企业制造产品的质量提供了有力支持。

参考文献:

[1] 杨叔子,吴波,,等.网络化制造与企业集成[J].中国机械工程,2002(2):45-48.

[2] 王隆太,李吉中,李雪峰.基于网络化制造模式的数控系统的研究[J].中国制造业信化,2003(2):98-100.

[3] Somnath D,Sudipto G,Venkata N M,et al.Tele2diagnosis:remote monitoring of large-scale systems[J].IEEE:0278032584625/00,2000.

[4] 陈丽.基于XML的知识集成中间件系统的研究与应用[D].南京:南京航空航天大学硕士论文,2003:21-23.