学文网数控冲床篇1
【关键词】数控冲床；钣金；应用
中***分类号：TG519文献标识码： A
一、前言
近年来，机械制造行业的不断发展，使得数控冲床在钣金车间的应用问题引起了人们的普遍关注。数控冲床的使用直接影响钣金车间的工作效率。因此，我们要重视数控冲床在钣金车间的应用问题。
二、数控冲床概述
数控冲床是一种可编程序控制的自动化机床，是计算机控制技术与传统冲床的结合。数控冲床有单冲头和转塔两种，用于金属薄板零件加工，可以一次性自动完成多种复杂孔型和浅拉深成型加工。相对于传统冲床而言，降低了劳动强度，拓宽了加工范围，节省了大量的模具费用，降低了产品的生产成本和产品开发成本，大幅度缩短了加工周期。目前，数控冲床广泛应用于高精度、大批量产品加工生产。
三、数控冲床钣金加工的特点
1、使用简单方便，投入成本较低。数控冲床在各类钣金零件的加工上有自身独特的优势，尤其对于形状复杂或者薄板部件的加工可自动完成零件的加工。数控冲床可以根据***纸要求，对不同尺寸要求和形状要求的孔进行自动加工，也可以对较大的，各种形状的孔和轮廓曲线利用小冲模以小步距步冲的方式进行生产加工。加上结构简单的模具对于存在特殊加工工艺的钣金件，如浅拉伸、翻边孔等也能够进行加工。数控冲床与传统的冲压相比较来说，模具更加简单，加工范围广泛，加工能力显著提高，对于批量生产或者形式多样的产品加工来说尤为适合，这对于加工企业跟上市场发展步伐，满足产品需求是十分有利的，而且因为各方面费用的减少，使得企业的经济效益得到有效的提高。
2、产品质量稳定，加工精度高。数控冲床对于钣金件的加工工件具有良好的平整度，冲切精度更高，而且毛刺兄啊，成形质量稳定，产品具有良好的一致性。
3、有效提高生产效率。数控冲床采用自动控制系统，能够实现工件的小批量的加工以及不同零件的同时加工，而且加工速度快。数控冲床因为减少了后面的处理等环节进行钣金件的数控集成式加工，大大提高了生产下来，降低了生产成本投入。
四、数控冲床的钣金加工
冲压是钣金加工中一个重要环节，数控冲床可以代替过去三台冲床的加工能力。大大提高了生产率。数控冲床是一种用途广泛的机床，有单冲头和转塔两种。
数控转塔冲床(NCT)集机、电、液、气于一体化，是在板材上进行冲孔加工、浅拉深成型的压力加工设备。数控转塔冲床(NCT)由电脑控制系统、机械或液压动力系统、伺服送料机构、模具库、模具选择系统、编程系统等组成。数控转塔冲床(NCT)是通过编程软件(或手工)编制的加工程序，由伺服送料机构将板料送至需加工的位置，同时由模具选择系统选择模具库中相应的模具，液压动力系统按程序进行冲压，自动完成工件的加工。
1、数控冲床的加工方式
(1)单冲：单次完成冲孔，包括直线分布、圆弧分布、圆周分布、栅格孔的冲压。
(2)同方向的连续冲裁：使用长方形模具部分重叠加工的方式，可以进行加工长型孔、切边等。
(3)多方向的连续冲裁：使用小模具加工大孔的加工方式。
(4)蚕食：使用小圆模以较小的步距进行连续冲制弧形的加工方式。
(5)单次成形：按模具形状一次浅拉深成型的加工方式。
(6)连续成形：成型比模具尺寸大的成型加工方式，如大尺寸百叶窗，滚筋、滚台阶等加工方式。
(7)阵列成形：在大板上加工多件相同或不同的工件加工方式。
2、数控冲床加工工艺特点
(1)使用方便，节省开模费用，数控转塔冲床(NCT)是集机、电、液、气于一体的压力加工设备，用于各类金属薄板零件加工，可在板材上进行多种复杂孔型加工、浅拉深成型加工，可以一次性自动完成零件的加工。数控转塔冲床是压力加工设备中最具生命力的一种。数控冲床不但可以按要求自动加工不同尺寸和孔距的不同形状的孔，也可用小冲模以步冲方式冲大的圆孔、方形孔、腰形孔及各种形状的曲线轮廓，同时也可进行特殊工艺加工，如百叶窗、浅拉伸、沉孔、翻边孔、加强筋、压印等。通过简单的模具组合，或者进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件。相对于传统冲压而言，节省了大量的模具费用，可以使用低成本和短周期加工小批量、多样化的产品，具有较大的加工范围与加工能力，从而及时适应市场与产品需求的变化。
(2)加工精度高，具有稳定的加工质量
数控冲床冲切精度高，冲切毛刺小，工件平整度好，后续加工量少，废品率低，成形质量高，数冲的加工尺寸精度一般可达0．1mm，产品的尺寸一致性好。
(3)机床可对工件单独加工或用群命令对工件批量加工，提高生产率。数控冲床的加工速度快，一般的液压式设备冲程率可达500～600次/min，有的甚至高达900次/min，最大定位速度可达1OOm/min以上。对于大尺寸板材基本可达一次加工就能完成而不像传统的加工，需多工序，在很多不同的设备上加工。这样由于减少了中间环节，减少了后处理工序，减少了模具设计等，且通过简单的模具，数控集成式的加工，大大节约了劳动力，降低了成本。
(4)加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间。
(5)对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。
五、数控冲床技术的发展趋势
数控技术朝着高速化、高精化、复合化、智能化、高柔性化、信息网络化等方向发展。整体数控加工技术向着CIMS（计算机集成制造系统）方向发展。数控技术的应用给制造业带来了***性的变化，使制造业成为工业化的象征，目前，数控技术及其装备的发展趋势如下：
1、高速切削。高速加工技术是20世纪80年展的高新技术，重要目标是缩短加工时的切削与非切削时间，对于复杂形状和难加工材料及高硬度材料减少加工工序，最大限度地实现产品的高精度和高质量。由于不同加工工艺和工件材料有不同的切削速度范围，因而很难就高速加工给出一个确切的定义。目前，一般的理解为：切削速度达到普通加工切削速度的5～10，倍即可认为是高速加工。
2、高精加工。高精加工是高速加工技术与数控机床的广泛应用结果。以前汽车零件的加工精度要求在0.01mm数量级，现在随着计算机硬盘、高精度液压轴承等精密零件的增多，精整加工所需精度已提高到0.1μm，加工精度进入了亚微米时代。
3、复合化加工。机床的复合化加工是通过增加机床的功能，减少工件加工过程中的多次装夹、重新定位、对刀等辅助工艺时间来提高机床利用率。
4、控制智能化。数控技术智能化程度不断提高，体现在加工过程自适应控制技术、加工参数的智能优化与选择、故障自诊断功能、智能化交流伺服驱动装置四个方面。专家系统：先是采集领域专家的知识，然后将知识分解为事实与规则，存储于知识库中，通过推理作出决策。模糊推理：模糊推理又称模糊逻辑，它是依靠模糊集和模糊逻辑模型，进行多个因素的综合考虑，采用关系矩阵算法模型、隶属度函数、加权、约束等方法，处理模糊的、不完全的、乃至相互矛盾的信息。人工神经网络：神经网络是人脑部分功能的某些抽象、简化与模拟，由数量巨大的以神经元为主的处理单元互连构成，通过神经元的相互作用来实现信息处理。
5、互联网络化。网络功能正逐渐成为现代数控机床、数控系统的特征之一。诸如现代数控机床的远程故障诊断、远程状态监控、远程加工信息共享、远程操作（危险环境的加工）、远程培训等，都是以网络功能为基础的。
六、结束语
综上所述，数控冲床的使用是钣金车间的核心。因此，在钣金车间的后续发展中，要加大数控冲床的应用范围。
参考文献
数控冲床篇2
关键词 计算机辅助；数控冲床；编程系统；功能；重定位；避让；分析
中***分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）032-030-02
数控转塔冲床是数控冲床中应用最为普遍的一类。此种冲床设备的最主要特点在于：在工作台与冲裁滑块部件之间，设置有一套能够储存多套模具的回转转盘。进而，在换模过程当中，上部转盘与下部转盘能够保持完全同步的旋转动作，从而可保障上部模具与下部模具的有效匹配。
1 数控转塔冲床功能扩展分析
在数控转塔冲床处于正常工作状态的情况下，每完成一次的冲压处理，板料就需要在被夹持的状态下，面向冲模中心同时进行X向以及Y向的运动。借助于此种方式，可以准确的将拟冲压的位置传输至冲模下部。其中，板料所作的X方向，即横向运动需要由一套交流伺服电极驱动溜班与夹钳同时沿直线导轨方向运动而实现的；同时，板料所作的Y方向，即竖向运动需要由另一套交流伺服电极驱动滚珠丝杠的运动而实现。在整个冲床运动的过程当中，送进处理的精度需要由数控系统对其实现准确且可靠的控制。
在当前技术条件支持下，数控转塔冲床功能实现过程中的板料夹钳多应用的结构模式为板料夹钳结构，且夹紧方式以气动模式为主，一般来说，多配备有2～3个的板料夹钳部件。各个板料夹钳所处的位置应当在编程作用之下所实现，确保调节的自动性。与此同时，各个板料夹钳均装设有放松报警传感器设备，在传感器设备的运行下保障数控转塔冲床加工的可靠性。
板料夹持与送进的工作示意***如下***所示（见***1）。在运行过程当中，设置有形状为矩形的夹钳安全工作区。一般企业在实际工作过程中，基于对编程操作的简化需求，需要定义Y轴在0 mm～100 mm之内严禁执行冲压操作。受到这一因素的影响，导致高度在100 mm范围之内的长条板料最终成为废料，引发极为突出的材料浪费问题。
因此，在数控转塔冲床功能的扩展过程当中，最需要关注的两方面问题在于：1）重定位；2）夹钳避让。在需要对加工范围予以可扩大的情况下，数控加工程序需要自动面向数控转塔冲床发出夹钳重定位的操作指令，并引导夹钳自动移动至指定位置。同时，在生成刀具路径的基础之上，编程软件一旦判定夹钳能够与该刀具路径产生干涉，则可及时对加工路径进行调整与优化，在保障冲床工作持续进行的同时，实现良好的避让处理。
2 自动重定位与夹钳避让方法分析
大量的实践研究结果证实：板材重定位质量在很大程度上直接决定着加工的质量与精度。然而，仅仅但从人为控制的角度入手，并无法保障所获取重定位方案的合理性，从这一角度上来说，计算机辅助数控冲床编程系统支持下，实现重定位的自动性，能够显著提高后期编程质量。更加关键的一点是：通过实现夹钳避让功能的方式，能够防止数控冲床加工模具与夹钳出现干涉问题，也就能够确保对刀具路径所作修改的合理性。上述两点问题也正是整个数控冲床编程系统高级功能扩展的关键所在。具体而言，需要从以下两个方面加以实现。
2.1 板料自动重定位实现方法分析
以具备两个夹钳的数控转塔冲床为例，两个夹钳部件相互影响，能够将整个工作台区划分为三个区间。各个区间的表达方式如下所示：
1）Ij1={xj，xj+y1-a1}
2）Ij2={xj+y1+b1，xj+y2-a1}
3）Ij3={xj+y2+b2，xj+L}
在上述区间表达式当中，L设定为工作台整体长度，而a、b的具体取值数值则需要参照工位大小予以确定。特别需要注意的一点是：若夹钳两侧最近***元加工所选取的工位完全一致，则a、b的取值一致。在传统的定位方案下，要想保障定位的准确性，需要实现内部的完全覆盖，可能导致大量的时间与空间资源消耗。因此，建议在功能扩展的过程当中，选取广度优先算法作为实现方案。即在数控冲床初次装夹的状态台下，板材左侧边缘需要与工作台左侧边缘保持完全重合。重定位后期板材的移动避免受定位销的影响。同时将加工坐标原点确定为板材左下角位置。同时，自动重定位仅需要按照X轴向实施，确保Y轴向能够处于工作区内。由此，在自动重定位过程当中，安全夹钳的安全区间可实现：
1）C1={xj+y1-a1，xj+y1+b1}
2）C2={xj+y2-a2，xj+y2+b2}
2.2 夹钳避让方法分析
在数控转塔冲床的运行过程当中，刀具路径多表现为直线形式。定义当前加工点的坐标位置为（X1，Y1），且下一冲压坐标位置为（X2，Y2）。则，可以借助于应用直线轮廓与夹钳安全区判交的方式来判定夹钳是否与刀具路径存在干涉。若存在干涉，则需要及时对刀具路径进行合理的调整，通过增设过渡点的方式，保障夹钳避让的有效性。举例来说，若满足以下条件：
1）X1
2）yx=xmax>Ymax
3）yx=xmin
则，在刀具路径的调整过程当中，需要增设中间过渡点，过渡点坐标位置为（X1，Y2），从而以最小的空行程时间来满足夹钳避让的基本需求。
3 结束语
数控冲床作为数控加工过程中应用最为普遍与广泛的设备之一，实现与计算机辅助操作的融合，这一点至关重要的。总而言之，本文针对有关计算机辅助数控冲床编程系统高级功能扩展过程中所涉及到的相关问题做出了简要分析与说明，希望能够引起各方特别关注与重视。
参考文献
[1]于小宁，杨建华，郭浩，等.基于DSP的冲床装模高度监控系统研究[J].陕西科技大学学报（自然科学版），2010，28（4）：88-91.
[2]刘辉，谈沛，贺俊雄，等.基于AutoCAD的数控自动编程系统的研制[J].组合机床与自动化加工技术，2008（10）：68-70.
数控冲床篇3
关键词：数控机床；手轮进给；机床故障；排故思路
中***分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2012）12-0053-03
Handwheel feeding failure troubleshooting ideas of CNC machinery
LI Hong， YUE Qiang， KANG Yong-liang
（Shenyang Aeronautical Vocational Technical College， Shenyang 110043， China）
Abstract： In the course of CNC machinery working， to meet the requirements of adjustment and slow speed on the knife， a handwheel （i.e.， manual pulse generator） is adopted to control the movement of servo axis for CNC machinery. There are more failures occuring in the handwheel of CNC machine tool， and thus it sets higher demands for the repair level of maintenance personnel. Taking CK0625 CNC lathe equipped with FANUC 0i-mate-TD numerical control system as an example， the paper introduces CNC machine tools handwheel fault diagnosis and analysis methods.
Keywords： CNC machine tool； handwheel feeding； machinery fault； troubleshooting ideas
0 引 言
在数控机床的加工过程中，由于调整及慢速对刀的需要，通常需要频繁地使用手轮（即手摇脉冲发生器）来控制数控机床伺服轴的运动，因此，在数控机床的诸多故障中，手轮出现故障的次数较多，同时对该故障维修人员的维修水平要求也相对要高。本文以配备有FANUC 0i-mate-TD数控系统的CK0625数控车床为例，系统地介绍了数控机床手轮故障的诊断与分析方法。
1 数控机床的参数、接口及PLC
1.1 数控机床的参数
数控机床的参数在数控机床工作中占有重要地位，而且起着至关重要的作用。它完成数控系统与机床结构和机床各种功能的匹配，决定着数控机床的各种功能。这些参数在数控系统中按一定的功能组进行分类，例如伺服轴配置参数、速度参数、主轴参数、有关手轮进给的参数、显示设置参数以及数据传输参数等等。
1.2 数控机床的PLC
PLC程序是用来控制数控机床的顺序动作。数控机床的PLC程序主要完成以下功能：
（1） 编译功能：编译接口信号，控制机床的动作；
（2） 机床外部输入输出信号的控制；
（3） 伺服控制；
（4） 其他设备的控制。
需要说明的是，FANUC公司将应用于数控机床上的PLC称为PMC。
1.3 数控机床的接口及接口信号
数控机床的接口是连接CNC、PLC以及机床的节点，节点是信息传递和控制的通道。这里所指的信息就是信号，由于是通过接口传递的信号，因此称之为接口信号（即I/O信号）。***1中带有箭头的线表示的就是接口信号的示意***。
从***1中可以看出，FANUC系统中在CNC、PLC及机床之间传输的接口信号共有四种类型，分别用X、Y、F和G表示。每种类型信号的具体说明详见表1所列。
***1 CNC、PLC以及机床之间的关系示意***
表1 地址号中的字母对应的信号类字母
由于接口信号数量繁多，因此必须用地址加以区分。地址由地址号（即字节号）和位号（0～7）组成，接口信号地址的格式如***2所示。
***2 FANUC 0i-（mate-）D数控系统的接口信号地址格式
2 数控机床的手轮
2.1 数控机床的运动分类
数控机床的运动共分为三大类，分别为伺服运动、主轴运动及辅助运动。其中，只有伺服轴的运动是在数控系统的直接控制下完成的，而其它两类运动则由PLC直接控制。
通过操作数控机床操作面板上的“轴选择及轴方向选择”按钮，可使用CNC来控制伺服轴的运动；除此之外，也可以用机床操作面板上的手轮来使CNC控制伺服轴的运动。
2.2 手轮的作用
使用手轮（即手摇脉冲发生器或手动脉波发生器）可实现数控机床伺服轴的运动。旋转手摇脉冲发生器时，可以使机床的伺服轴进行微量移动，因此，其主要用于数控机床伺服轴的微动调整（如对刀等）。
2.3 手作步骤
当使用手轮对伺服轴进行运动控制时，可以按照如下的步骤进行操作：
（1） 将机床操作面板上的“方式开关”选到“手轮”方式；
（2） 用机床操作面板上的“轴选择开关”选中某个要移动的伺服轴；
（3） 用机床操作面板上的“手轮进给倍率选择开关”选中轴移动的速度；
（4） 旋转手轮，被选中的伺服轴将沿与手轮旋转方向对应的方向及速度移动。
2.4 手轮的工作原理
旋转手轮时，手轮会产生脉冲信号，并将其通过特殊的通道输入到数控系统，数控系统将根据脉冲信号的当量来控制伺服轴移动对应的距离。
所谓的脉冲当量，就是一个脉冲信号能使伺服轴移动的距离。手轮上一周共有100个等分刻度，每旋转一个刻度（一格），手轮就会产生一个脉冲信号，而一个脉冲当量与机床操作面板上的“手轮进给倍率选择开关”选中的倍率相对应。
一般情况下，“手轮进给倍率选择开关”共有四个倍率档位，即有四种脉冲当量可供选择，它们是“最小输入增量×1”、“最小输入增量×10”、“最小输入增量×M”及“最小输入增量×N”。例如，若最小输入增量为0.001 mm，当选择“最小输入增量×1”倍率档位时，手轮的脉冲当量为0.001 mm，即手轮每转动一个刻度，数控系统将控制选定的伺服轴运行0.001 mm的距离；当选择“最小输入增量×10”档位时，手轮的脉冲当量为0.01 mm，即手轮每转动一个刻度，数控系统将控制选定的伺服轴运行0.01 mm的距离，依此类推，若此时旋转手轮一圈，机床伺服轴将移动相当于100个刻度（即1 mm）所对应的距离。
3 影响手轮正常工作的因素
原则上，影响手轮正常工作的因素应分为软件和硬件两个方面。
3.1 硬件方面
影响手轮正常工作的硬件因素主要包括手轮装置的硬件连接以及手轮控制信号的连接是否正确。本文以配备有FANUC 0i-mate-TD数控系统的CK0625数控车床为例进行论述。
3.1.1 手轮装置的硬件连接
在CK0625数控车床上，手轮装置是通过机床PMC的I/O接口与数控系统之间进行连接的，***3所示为手轮的硬件连线***。其中，HA和HB分别是手轮产生的相位差为90°的脉冲信号。信号的数量与数控系统控制伺服运行的距离相对应；HA和HB信号相位的超前或落后，则与数控系统控制伺服轴运行的方向对应。0 V和+5 V是手轮的工作电源，来自于数控系统侧，若该5 V电源丢失，那么，即使手轮旋转，也不会发出HA和HB的脉冲信号。
可以通过接口信号状态显示页面某个接口信号地址的状态组合的变化，以监控手轮是否向数控系统发送HA和HB的脉冲信号。在文中提到的CK0625数控车床中，这个监控手轮信号状态的接口地址为X20。那么，当手轮旋转并正常向数控系统输入HA和HB的脉冲信号时，地址X20的所有八位信号的状态都会发生“0”和“1”的变化。
手轮背面的HA1﹑HB1﹑+5V﹑0V四个信号线与系统I/O 接口侧插头JA3中的1﹑2﹑9﹑12端子相连接。
***3 手轮的硬件连线***
3.1.2 手轮控制信号的功能连接
硬件方面的另一类因素主要指手轮控制信号的功能连接是否正确。本文在 “手作步骤”一节中提到了数控机床的操作面板上与手轮工作有关的几个开关，它们将产生手轮工作时所需要的控制信号，并通过信号线输入PLC的接口中。这些信号的接口地址及功能组合如下：
（1） 轴选择信号。在文中提到的数控车床上，其机床操作面板上的“轴选择开关”（SA4）所产生信号的接口地址为X11.6和X11.7。当X轴被选中时，接口信号的状态分别为：X11.6为“1”﹑X11.7为“0”；而如果Z轴被选中，则接口信号的状态分别为：X11.6为“0”﹑X11.7为“1”。轴选择开关的连接如***4所示。
***4 轴选择开关接线***
（2） 手轮倍率开关信号。本文提到的数控车床上，其手轮倍率旋钮只有“×1”﹑“×10”﹑“×M”三个倍率档。该旋钮（SA3）接口信号的地址为X12.0和X12.1。信号状态与所选档位的关系如表2所列。手轮倍率旋钮接线***如***5所示。
表2 手轮倍率旋钮信号与倍率档位的对应关系
注：M由参数No7113设定。
***5 手轮倍率旋钮接线***
3.2 软件方面
软件方面主要指与手轮工作有关的参数设置是否正确。
在FANUC 0i-（mate）-D系列数控系统中，与手轮工作有关的主要参数有8131#0及7113#两个参数。其中，8131#0用于定义是否使用手轮。当其被设置成0时，表示机床不使用手轮；设置成1时，表示机床使用手轮（需要注意的是：设定此参数后，继续操作前应关断电源，再开机）；而7113#则是用来定义手轮进给倍率旋钮的档位为“最小输入增量×M”时的M值。
4 手轮进给故障分析思路
当使用手轮无法控制数控机床伺服轴的运动时，维修人员可以根据上述对手轮工作条件的描述，来确定该故障的分析思路。
首先可以确认是否在所有倍率下，所有轴都不动。若是，再依次确认：
（1） 确认数控系统的工作方式是否为“手轮工作方式”。若正确，则进行下一步检查。
（2） 检查与手轮进给有关的参数8131#0是否为“1”。若正确，则进行下一步检查。
（3） 在接口信号状态诊断页面检查手轮的“轴选择开关”（SA4）接口信号状态是否正确。若不正确，可按照***4所示的连接***进行硬件连接的检查。若正确，则进行下一步检查。
（4） 在接口信号状态诊断页面观察：当旋转手轮时，表示手轮正常工作的接口信号X20的状态是否都有变化。若地址X20的所有信号的状态都不变化或有个别位的状态没有变化，请按照***3所示的手轮硬件连线***检查手轮的硬件连接情况。
其次，若只是在“×M”倍率档所有轴不动，那么就要检查与手轮进给有关的参数7113#是否为设置。按照倍率的变化规律，该参数建议设置为“100” 。
若只是个别轴无法用手轮移动，则在接口信号状态诊断页面检查手轮的“轴选择开关”（SA4）接口信号状态是否正确。若不正确，请按照***4所示的连接***再进行硬件连接的检查。
5 结 语
本文通过对数控机床的参数、接口及PLC及其关系进行介绍，从硬件和软件方面分析了影响手轮正常工作的主要因素，最后给出了在使用手轮无法控制数控机床伺服轴的运动时，维修人员根据本文对手轮工作条件的描述，来确定手轮无法控制数控机床伺服轴运动故障的分析思路。
参 考 文 献
[1] 王侃夫.数控机床控制技术与系统[M].北京：机械工业出版社，2007.
[2] FANUC公司.FANUC 0i-（mate-）D参数手册[EB/OL]. [2012-07-27]. .
[3] 南京日上自动化设备有限公司.CK0625数控车床电气***纸[R].2010.
数控冲床篇4
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。数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。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。数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点：1.适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件；在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件加工。2.加工精度高；3.生产效率高；4.减轻劳动强度，改善劳动条件；5.良好的经济效益；6.有利于生产管理的现代化。数控机床已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。我国数控机机床近几年在产业化和产品开发上取得了明显的进步，特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。但是，国产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的1/10左右，差距太大，急待改造。旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增***机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。在国内工厂的技术改造中，机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、PC技术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。我国经济资源有限，国家大，机床需要量大，因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床，而我国的旧机床很多，用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的国情。1984年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机床。到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料，今后，机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。所以说，本毕业设计实例具有典型性和实用性。
第二章总体方案的设计
2.1设计任务本设计任务是对CA6140普通车床进行数控改造。利用微机对纵、横向进给系统进行开环控制，纵向（Z向）脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向（X向）脉冲当量为0.005mm/脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副，刀架采用自动转位刀架。2.2总体方案的论证对于普通机床的经济型数控改造，在确定总体设计方案时，应考虑在满足设计要求的前提下，对机床的改动应尽可能少，以降低成本。（1）数控系统运动方式的确定数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位直线控制系统、连续控制系统。由于要求CA6140车床加工复杂轮廓零件，所以本微机数控系统采用两轴联动连续控制系统。（2）伺服进给系统的改造设计数控机床的伺服进给系统有开环、半闭环和闭环之分。因为开环控制具有结构简单、设计制造容易、控制精度较好、容易调试、价格便宜、使用维修方便等优点。所以，本设计决定采用开环控制系统。（3）数控系统的硬件电路设计任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件是数控系统的基础，性能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效地运行。在设计的数控装置中，CPU的选择是关键，选择CPU应考虑以下要素：1.时钟频率和字长与被控对象的运动速度和精度密切相关；2.可扩展存储器的容量与数控功能的强弱相关；3.I/O口扩展的能力与对外设控制的能力相关。除此之外，还应根据数控系统的应用场合、控制对象以及各种性能、参数要求等，综合起来考虑以确定CPU。在我国，普通机床数控改造方面应用较普遍的是Z80CPU和MCS-51系列单片机，主要是因为它们的配套芯片便宜，普及性、通用性强，制造和维修方便，完全能满足经济型数控机床的改造需要。本设计中是以MCS-51系列单片机，51系列相对48系列指令更丰富，相对96系列价格更便宜，51系列中，是无ROM的8051，8751是用EPROM代替ROM的8051。目前，工控机中应用最多的是8031单片机。本设计以8031芯片为核心，增加存储器扩展电路、接口和面板操作开关组成的控制系统。2.3总体方案的确定经总体设计方案的论证后，确定的CA6140车床经济型数控改造示意***如***所示。CA6140车床的主轴转速部分保留原机床的功能，即手动变速。车床的纵向（Z轴）和横向（X轴）进给运动采用步进电机驱动。由8031单片机组成微机作为数控装置的核心，由I/O接口、环形分配器与功率放大器一起控制步进电机转动，经齿轮减速后带动滚珠丝杠转动，从而实现车床的纵向、横向进给运动。刀架改成由微机控制的经电机驱动的自动控制的自动转位刀架。为保持切削螺纹的功能，必须安装主轴脉冲发生器，为此采用主轴靠同步齿形带使脉冲发生器同步旋转，发出两路信号：每转发出的脉冲个数和一个同步信号，经隔离电路以及I/O接口送给微机。如***2－1所示：
第三章微机数控系统硬件电路设计
3.1微机数控系统硬件电路总体方案设计本系统选用8031CPU作为数控系统的中央处理机。外接一片2764EPROM，作为监控程序的程序存储器和存放常用零件的加工程序。再选用一片6264RAM用于存放需要随机修改的零件程序、工作参数。采用译码法对扩展芯片进行寻址，采用74LS138译码器完成此功能。8279作为系统的输入输出口扩展，分别接键盘的输入、输出显示，8255接步进电机的环形分配器，分别并行控制X轴和Z轴的步进电机。另外，还要考虑机床与单片机之间的光电隔离，功率放大电路等。其硬件框***如***3－1所示：***3－28031芯片内部结构***各引脚功能简要介绍如下：⒈源引脚VSS：电源接地端。VCC：＋5V电源端。⒉输入/输出（I/O）口线8031单片机有P0、P1、P2、P34个端口，每个端口8根I/O线。当系统扩展外部存储器时，P0口用来输出低8位并行数据，P2口用来输出高8位地址，P3口除可作为一个8位准双向并行口外，还具有第二功能，各引脚第二功能定义如下：P3.0RXD：串行数据输入端。P3.1TXD：串行数据输出端P3.2INT0：外部中断0请求信号输入端。P3.3INT1：外部中断1请求信号输入端。P3.4T0：定时器/计数器0外部输入端P3.5T1：定时器/计数器1外部输入端P3.6WR：外部数据存储器写选通。P3.7RD：外部数据存储器读选通。在进行第二功能操作前，对第二功能的输出锁存器必须由程序置1。⒊信号控制线RST/VPD：RST为复位信号线输入引脚，在时钟电路工作以后，该引脚上出现两个机器周期以上的高电平，完成一次复位操作。8031单片机采用两种复位方式：一种是加电自动复位，另一种为开关复位。ALE/PROG：ALE是地址锁存允许信号。它的作用是把CPU从P0口分时送出的低8位地址锁存在一个外加的锁存器中。外部程序存储器读选通信号。当其为低电平时有效。
VPP：当EA为高电平且PC值小于0FFFH时CPU执行内部程序存储器中的程序。当EA为低电平时，CPU仅执行外部程序存储器中的程序。XTAL1：震荡器的反相放大器输入，使用外部震荡器时必须接地；XTAL2：震荡器的反相放大器输出，使用外部震荡器时，接收震荡信号；（2）片外三总线结构单片机在实际应用中，常常要扩展外部存储器、I/O口等。单片机的引脚，除了电源、复位、时钟输入以及用户I/O口外，其余的引脚都是为了实现系统扩展而设置的，这些引脚构成了三总线形式：⒈地址总线AB地址总线宽度为16位。因此，外部存储器直接寻址范围为64KB。由P0口经地址锁存器提供16位地址总线的低8位地址（A7～A0），P2口直接提供高8位地址（A15～A8）。⒉数据总线DB数据总线宽度为8位，由P0口提供。⒊控制总线CB控制总线由第二功能状态下的P3口和4根***的控制线RST、EA、ALE和PSEN组成。其引脚***如***3－3所示：3.1.28255A可编程并行I/O口扩展芯片8255A可编程并行I/O口扩展芯片可以直接与MCS系列单片机系统总线连接，它具有三个8位的并行I/O口，具有三种工作方式，通过编程能够方便地采用无条件传送、查询传送或中断传送方式完成CPU与设备之间的信息交换。8255A的结构及引脚功能：1、8255A的结构8255A的内部结构如***3－4所示。其中包括三个8位并行数据I/O端口，二个工作方式控制电路，一个读/写控制逻辑电路和一个8位数据总线缓冲器。各部分功能介绍如下：（1）三个8位并行I/O端口A、B、CA口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入锁存器。可编程为8位输入、或8位输出、或8位双向寄存器。B口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位输入或输出寄存器，但不能双向输入/输出。C口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入缓冲器，C口可分作两个4位口，用于输入或输出，也可作为A口和B口选通方式工作时的状态控制信号。（2）工作方式控制电路A、B两组控制电路把三个端口分成A、B两组，A组控制A口各位和C口高四位，B组控制B口各位和C口低四位。两组控制电路各有一个控制命令寄存器，用来接收由CPU写入的控制字，以决定两组端口的工作方式。也可根据控制字的要求对C口按位清“0”或置“1”。（3）读/写控制逻辑电路它接收来自CPU的地址信号及一些控制信号，控制各个口的工作状态。（4）数据总线缓冲器它是一个三态双向缓冲器，用于和系统的数据总线直接相连，以实现CPU和8255A之间信息的传送。
参考文献：
[1]王润孝，秦现生.机床数控原理与系统.西安:西北工业大学出版社,2000
[2]李华，MCS-51单片机实用接口技术.北京:北京航空航天大学出版社,1993
[3]李圣怡等，Windows环境下软硬件接口设计.长沙:国防科技大学出版社,2001
[4]顾京，数控加工编程及操作.北京:高等教育出版社,2002
[5]周伟平，机械制造技术.武汉:华中科技大学出版社,2002
[6]刘迎春，MCS-51单片机原理及应用教程.北京:清华大学出版社,2005
数控冲床篇5
关键词：经济型；数控机床；加工精度；影响因素
对数控机床进行改造，主要目的是提升其加工精度。根据对当前实际情况的分析，对经济型数据机床的加工精度产生影响的因素比较多，比如原机床精度、静动态特性、刀具形状误差、机床调整、对刀偏差、伺服系统性能等，这些因素与数控机床加工精度相关，也 是研究的重点。
1 步进电机对数控机床加工精度的影响
1.1 步进电机步距角的影响
从经济型数控机床的组成结构来分析，步进电机是影响最为直接的部件，主要是受到其脉冲当量k的影响，该参数通过下式进行计算：k=αit／360式中：α为步进电机步距角，（°）；i为齿轮减速比；t为滚珠丝杠导程，mm。步进电机在生产加工中，其定子齿与极 分度不均、转子齿形加工不准确和负载力矩的波动影响，会导致驱动电源各相电流不平衡，进而导致平衡点不一致，使电机的实际步距角和理论步距角存在较大的差异。结合上式进行计算，步距角差值会给脉冲当量k产生直接的影响，最终导致数控机床加工精度不能达到规定要求。不同等级的电机的步距角精度有着很大的不同。为了能够更好地促进数控机床加工精度的提升，在综合分析电机成本的前提下，应该尽量选择使用等级较高的步进电机，从而可以提升加工的精度和水平。
1.2 步进电机动态特性方面的影响
步进电机的动态特性主要影响步距角的稳定性，如果没有严格控制，会导致出现脉冲当量误差过大的情况进而导致机床加工精度比较低，影响最终加工效果。步进电机在运行中属于二级振荡工作的方式，在脉冲响应阶段的控制中，主要表现的是转子转动衰减振荡的 形式。因为电机结构组成有一定的特殊性，其自身的阻尼非常小，如果脉冲频率与电机的固有频率比较相近，就会在工作中出现共振的情况。电机响应过程中在转子衰减之后再次回到平衡点附近的位置上，然后就是脉冲出现，转子会逐步从新状态直接获得能量并且围绕 新的平衡点开始衰减振荡。在控制振荡频率和电机固有频率比较相近的条件下，振荡幅值就会逐步增大，导致动态误差也会增大，进而导致出现失步情况。动态误差的出现，会直接导致步距角发生变化，进而就会出现传动精度不足的情况。为了能够促进数控机床加工精 度的提升，应该防止出现共振的问题，以消除动态响应误差。如有必要，可以在电机轴外增加阻尼环装置，以适当增大阻尼，从而降低振荡的影响。
2 进给机构对数控机床加工精度的影响
2.1 滚珠丝杠导程误差的影响
滚珠丝杠在加工制造中存在导程误差，很多情况下都是无法避免的。根据目前的计算标准，丝杠导程误差导致的脉冲当量误差可以按照下式进行计算：Δkd=αiΔt／360因此，在数控机床的加工制造环节，应该选择精度比较高的滚珠丝杠部件，减小丝杠导程误差， 从而可以促进机床加工精度的提升。
2.2 进给机构间隙的影响
在进给机构各个元件的组成中，会因为多个间隙共同存在而导致工作台的精度无法达到要求，尤其是在运动换向的过程中，会因为间隙的存在而直接影响数控机床的加工精度。
3 编程误差对数控机床加工精度的影响
数控机床和传统形式的机床存在明显的区别，最终的零部件加工精度和加工过程有着直接的联系，同时也会受到编程的影响；因此，如果零部件加工程序编写存在很多的问题，或者偏差过大，将会直接导致编程误差的存在，进而降低加工精度。
3.1 编程中逼近误差的影响
逼近误差主要是通过近似算法逼近零部件轮廓所产生的误差形式。在进行非圆曲线部分的加工环节，如果采用直线轮廓取代曲线轮廓的方式，刀具加工之后所形成的轮廓就不能准确地和加工轮廓重复而导致误差的存在。如果被加工的零部件轮廓成形方程已经知道， 则应该在编程中采用列表曲线逼近的方式，此时就无法真正地确定逼近误差，加工精度的控制难度也会加大。
3.2 插补误差的影响
经济型数控机床在进行工件加工过程中，倾斜直线通常是通过刀具根据平面中的坐标轴的方向沿着折线加工形成，从而会导致工件表面存在锯齿形，此时就会产生插补误差。对于插补误差来说，主要是受到如下几方面因素的影响：机床自身的分辨率、机床的脉冲均 匀性、机床控制系统在工作中的动态特性、插补选择方式、插补计算方法等。如果没有综合考虑这些因素，就会导致插补误差的存在，进而对最终的零部件加工精度造成比较大的负面影响。
3.3 编程中圆整误差的影响
使用步进电机的经济型数控机床在机械加工时，脉冲当量的数据会对直线位移最小数值产生直接的影响。在编程过程中，主要是根据零部件的尺寸，将其直接转化成为控制脉冲的数据。尺寸最小单位就是脉冲当量值，该数值与机床加工精度的极限值有着关联。零部 件的结构尺寸在数据处理时，只能将其圆整到一个脉冲当量值，但是会直接导致编程过程中就存在圆整误差，这一误差将会给最终的加工精度造成不利的影响。从实际加工情况分析，编程误差对机床加工精度所造成的影响是最为直接的，通常来说并不需要专用的软件来 进行补偿，但是可以通过插补间隙或者增加机床分辨率等方式来进行处理，以更好地促进最终加工精度的提升。
4 结语
经济型数控机床加工精度的影响因素比较多，本文重点分析比较常见的几种，除此之外，还有加工环境、对刀、换刀等，不同的因素对精度的影响也是不同的，需要采取相应的措施和积极研发新技术，以促进数控加工技术的提升。
参考文献
[1]伍月桂，陈柏良.影响数控机床加工精度因素及改进关键问题分析[J].内燃机与配件，2019(23):78-79.
数控冲床篇6
设计
摘 要
【摘要】本文介绍了经济型数控铣床的功能特性及技术指标，阐述了经济型数控铣床改造的工艺要点， 并对X62W铣宋改造进行了简要的电气系统设计， 提出了经济型数控系统是目前我国机械工业发展的方向。数控铣床是一种自动化铣床，数控技术是数控铣床研究的核心，是制造业
实现自动化、网络化、柔性化、集成化的基础。随着制造技术的发展，现代数控铣床借助现代设计技术、工序集约化和新的功能部件使铣床的加工范围、动态性能、加工精度和可靠性有了极大的提高。
关键词：数控技术；X62W万能铣床；SINUMERIC802D数控系统
目 录
摘 要………………………………………………………….( )
第一章 绪 论
1.1 数控机床的概述………………………………………………………( ) 第二章 铣床情况分析及总体方案的选择 2.2 存在的问题……………………………………………………………( )
2.3 电气控制元件的选用…………………………………………………( )
2.4 铣床的主要改造部位说明……………………………………..( )
第三章 步进电动机及其控制系统
3.1 概述……………………………………………………………………( )
3.2 步进电动机的种类及特性……………………………………………( )
3.3 步进电动机的选用……………………………………………………( )
3.4 步进电动机的控制系统……………………………………….( )
第四章 铣床的电气控制设计
4.1 数控装置的选择……………………………………………( )
4.2 伺服系统的选择……………………………………………( )
4.3电气系统设计……………………………………………….( )
第五章 改进意见及总结
5.1改进意见……………………………………………………( )
5.2本文总结……………………………………………………( )
第六章
第一章 绪 论
1.1 数控机床的概述
数控机床和数控技术是微电子技术同传统机械技术相结合的产物，是一种技术密集型的产品和技术。它是根据机械加工工艺的要求，使电子计算机对整个加工过程进行信息处理与控制，实现生产过程自动化。较好地解决了复杂、精密、多品种、中小批量机械零件加工问题，是一种通用、灵活、高效能的自动化机床。同时，数控技术又是柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统（CIMS）的技术基础之一，是机电一体化高新科技的重要组成部分。
1.1.1数控系统发展简史及趋势
1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。 1．数控（NC）阶段（1952～1970年） 2．计算机数控（CNC）阶段（1970年～现在）
到1970年，通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段（把计算机前面应有的"通用"两个字省略了）。到1971年，美国INTEL公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件--运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（MICROPROCESSOR），又可称为中央处理单元（简称CPU）。
到1974年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控），不如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。
到了1990年，PC机（个人计算机，国内习惯称微机）的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于PC的阶段。
总之，计算机数控阶段也经历了三代。即1970年的第四代--小型计算机；1974年的第五代--微处理器和1990年的第六代--基于PC（国外称为PC-BASED）。
还要指出的是，虽然国外早已改称为计算机数控（即CNC）了，而我国仍习惯称数控（NC）。所以我们日常讲的"数控"，实质上已是指"计算机数控"了。 1继续向开放式、基于PC的第六代方向发展
基于PC所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用PC机作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。PC机所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍。
2向高速化和高精度化发展
这是适应机床向高速和高精度方向发展的需要。
3向智能化方向发展
随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不断提高。
（1）应用自适应控制技术
数控系统能检测过程中一些重要信息，并自动调整系统的有关参数，达到改进系统运行状态的目的。
（2）引入专家系统指导加工
将熟练工人和专家的经验，加工的一般规律和特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。
（3）引入故障诊断专家系统
（4）智能化数字伺服驱动装置
可以通过自动识别负载，而自动调整参数，使驱动系统获得最佳的运行。
1.1.3机床数控化改造的必要性
1．微观看改造的必要性
从微观上看，数控机床比传统机床有以下突出
的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。
1.1可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。
由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。 由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了"柔性自动化"。
1.3加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要"修配"。
1.4可实现多工序的集中，减少零件 在机床间的频繁搬运。
1.5拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。
1.6由以上五条派生的好处。：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。
以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。此外，机床数控化还是推行FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）以及CIMS（计算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。
2．宏观看改造的必要性 1.2 课题的目的、设计要求 1掌握数控机床的电气控制功能
2掌握数控机床电气控制原理。
3掌握机床电气设计方法
毕业设计是培养我们理论联系实际，解决生产实际问题能力的重要步骤，它起到了很大的作用。 它通过对机床数控系统设计总体方案的拟定，机床电气控制框***设计、电气元件的选择及电气控制原理***设计，使我们综合运用所学的机械.电子和微机的知识,进行一次机电结合的全面训练。从而培养了我们具有加工编程能力，初步设计计算的能力以及分析和处理生产中所遇到的机电方面技术问题的能力。 一台普通铣床，利用数控装置进行数控化改造。要求机床采用经济型开环数控装置;
1机床电气控制框***设计。
2选择电气控制元器件。
3电气控制原理***设计
4安装调试说明。
第二章 铣床情况分析 X62W万能铣床是一种通用的多用途机床，它可以进行平面、斜面、螺旋面及成型表面的加工，是一种较为精密的加工设备，它采用继电接触器电路实现电气控制。PLC专为工业环境应用而设计，其显著的特点之一就是可靠性高，抗干扰能力强。将X62W万能铣床电气控制线路改造为可编程控制器控制，可以提高整个电气控制系统的工作性能，减少维护、维修的工作量。
一、X62W万能铣床的主要结构及运动形式
X62W型万能铣床的外形结构如***1所示，它主要由床身、主轴、刀杆、悬梁、工作台、回转盘、横溜板、升降台、底座等几部分组成。在床身的前面有垂直导轨，升降台可沿着它上下移动。在升降台上面的水平导轨上，装有可在平行主轴轴线方向移动（前后移动）的溜板。溜板上部有可转动的回转盘，工作台就在溜板上部回转盘上的导轨上作垂直于主轴轴线方向移动（左右移动）。工作台上有T形槽用来固定工件。这样，安装在工作台上的工件就可以在三个坐标上的六个方向调整位置或进给。
铣床主轴带动铣刀的旋转运动是主运动；铣床工作台的前后（横向）、左右（纵向）和上下（垂直）6个方向的运动是进给运动；铣床其他的运动，如工作台的旋转运动则属于辅助运动。 电气控制线路的工作原理如下：
1.工作分析 控制电路的电源由控制变压器TC输出110V电压供电。
⑴主轴电动机M1的控制 1）主轴电动机M1启动前，应首先选择好主轴的转速，然后合上电源开关QS1，再把主轴换向开关SA3扳到所需要的转向。按下启动按钮SB1（或SB2），接触器KM1线圈得电，KM1主触头和自锁触头闭合，主轴电动机M1启动运转，KM1常开辅助触头（9-10）闭合，为工作台进给电路提供了电源。按下停止按钮SB5（或SB6），SB5-1（或SB6-1）常闭触头分断，接触器KM1线圈失电，KM1触头复位，电动机M1断电惯性运转，SB5-2（或SB6-2）常开触头闭合，接通电磁离合器YC1，主轴电动机M1制动停转。 3)主轴变速时，利用变速手柄与冲动位置开关SQ1，通过M1点动，使齿轮系统产生一次抖动，以便于齿轮顺利啮合，且变速前应先停车。
⑵进给电动机M2的控制
工作台的进给运动 在主轴启动后方可进行。工作台的进给可在3个坐标的6个方向运动，进给运动是通过两个操作手柄和机械联动机构控制相应的位置开关使进给电动机M2正转或反转来实现的，并且6个方向的运动是联锁的，不能同时接通。 2）工作台的左右进给运动由左右进给操作手柄控制。操作手柄与位置开关SQ5和SQ6联动，有左、中、右三个位置，其控制关系见表1。当手柄扳向中间位置时，位置开关SQ5和SQ6均未被压合，进给控制电路处于断开状态；当手柄扳向左或右位置时，手柄压下位置开关SQ5或SQ6，使常闭触头SQ5-2或SQ6-2分断，常开触头SQ5-1或SQ6-1闭合，接触器KM3或KM4得电动作，电动机M2正转或反转。由于在SQ5或SQ6被压合的同时，通过机械机构已将电动机M2的传动链与工作台下面的左右进给丝杠相搭合，所以电动机M2的正转或反转就拖动工作台向左或向右运动。
表1 工作台左右进给手柄位置及其控制关系
手柄位置 位置开关动作 接触器动作 电动机M2转向 传动链搭合丝杠 工作台运动方向
左 SQ5 KM3 正转 左右进给丝杠 向左
中 — — 停止 — 停止
右 SQ6 KM4 反转 左右进给丝杠 向右 当两个操作手柄被置定于某一进给方向后，只能压下四个位置开关SQ3、SQ4、SQ5、SQ6中的一个开关，接通电动机M2正转或反转电路，同时通过机械机构将电动机的传动链与三根丝杠（左右丝杠、上下丝杠、前后丝杠）中的一根（只能是一根）丝杠相搭合，拖动工作台沿选定的进给方向运动，而不会沿其他方向运动。
表2 工作台上、下、中、前、后进给手柄位置及其控制关系
手柄位置 位置开关动作 接触器动作 电动机M2转向 传动链搭合丝杠 工作台运动方向
上
下
中
前
后 SQ4
SQ3
—
SQ3
SQ4 KM4
KM3
—
KM3
KM4 反转
正转
停止
正转
反转 上下进给丝杠
上下进给丝杠
—
前后进给丝杠
前后进给丝杠 向上
向下
停止
向前
向后
左右进给手柄与上下前后手柄实行了联锁控制，如当把左右进给手柄扳向左时，若又将另一个进给手柄扳到向下进给方向，则位置开关SQ5和SQ3均被压下，触头SQ5-2和SQ3-2均分断，断开了接触器KM3和KM4的通路，电动机M2只能停转，保证了操作安全。
3）6个进给方向的快速移动是通过两个进给操作手柄和快速移动按钮配合实现的。安装好工件后，扳动进给操作手柄选定进给方向，按下快速移动按钮SB3或SB4（两地控制），接触器KM2得电，KM2常闭触头分断，电磁离合器YC2失电，将齿轮传动链与进给丝杠分离；KM2两对常开触头闭合，一对使电磁离合器YC3得电，将电动机M2与进给丝杠直接搭合；另一对使接触器KM3或KM4得电动作，电动机M2得电正转或反转，带动工作台沿选定的方向快速移动。由于工作台的快速移动采用的是点动控制，故松开SB3或SB4，快速移动停止。
4）进给变速时与主轴变速时相同，利用变速盘与冲动位置开关SQ2使M1产生瞬时点动，齿轮系统顺利啮合。
2.2．存在的问题
X62W型卧式万能铣床的电气控制系统,存***路复杂、故障率高、维护工作量大、可靠性差、灵活性差等缺点,
这种老式铣床加工效率低、加工精度差已经快被市面淘汰了现在都已经 是自动化时代了这样的铣床影响切割工件的质量，制约着生产。
2.3电气控制元件的选用
利用微机对X62W型卧式铣床的纵、横向进给进行开环控制，纵向脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向脉冲当量为0.005mm/脉冲，驱动元件采步进电动机。改造后的机床能完成一般铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴等加工工艺，并能控制主轴开停变速、刀架转位及一些辅助功能，使加工实现自动化。在设计的过程中要求掌握数控机床的开环步进系统选用原则，数控改造的方法等。数控系统为经济型数控系统。
***2-1为经济型数控系统的结构
*** 2-1 经济型数控系统结构
按数控系统的功能水平,可以把数控系统分为高、中、低三档，低档数控系统即可认为是经济型数控系统。
经济型数控系统一般分辩力和进给速度较低、联动轴数少、人机接口较简单。
一、开环数控系统的总体结构
CNC数控系统由以下几个部分构成：
微机，通常包括中央微处理器、存储器、I/O接口等。
进给伺服系统，在开环数控系统中为步进电机伺服系统。
开关量控制及主轴控制，这部分涉及到M、T、S代码的执行。
人机接口和通信接口。
控制软件。
二、数控系统的功能 三、元件的选用
如果机床使用变频器作为主轴驱动单元，在设计电柜时应考虑采取必要的抗干扰的措施。变频器是很强的干扰源（主要是电源干扰和无线干扰）。如果可能，变频器可安装在***的电柜内。当变频器和CNC必须安装在同一电柜内时，应按下列要求进行电柜布局：
变频器的电源进线和动力出线在电柜内的长度应尽可能短；
变频器的电源线和动力线应单独布线；
CNC的模拟量控制信号应屏蔽，屏蔽应在变频器端接地；
2.4 铣床的主要改造部位说明 强度计算 又F负=Fs+µ(W+F1)，数控装置发出一个脉冲后，工作台的位移量L为一个脉冲当量0.001cm，这时电动机转过的角度f=2pqb/360°，代入式(4)得 M=F负L/hf=360°dp[Fs+µ(G+F1)]/2pqbh=167N·cm式中：µ——机床导轨摩擦系数，取µ=0.18 F1——与重力方向一致，作用在移动部件上的负载力，F1=F垂=1.165kN 如果不考虑启动时的运动部件惯性的影响，则启动力矩Mq=M/0.3～0.5，取安全系数为0.3，Mq=556N·cm。对于工作方式为四相八拍的步进电动机，Mmax=Mq/0.707=786N·cm。 步进电动机的最高频率 取横向进给速度最大为Vmax=1m/min，则步进电动机的最高频率为fmax=1000Vmax/(60×dp)=1667Hz。根据以上数据和经验，选用110BFG型步进电动机较合适，该电动机步距角为0.75°/1.5°，最大静转距为800N·cm，最高空载启动频率为1800Hz。齿轮设计(横向) 据步距角qb、滚珠丝杠螺距p、脉冲当量dp，则在步进电动机与滚珠丝杠之间所加的一对齿轮的传动比为：I=Z1/Z2=dp×360°/(qb·p)=0.8，选Z1=48，Z2=60，根据经验，齿轮模数取1.5mm。3 数控系统硬件设计 所用数控系统是SINUMERIC802D数控系统是西门子公司推出的一款经济型数控系，主要由主控制系统和显示系统两部分组成。主控制系统用于控制键盘的输入和输出，工作台在X、Y方向上的超程，侧门关闭，查询，X和Y向步进电动机的相位及主轴正反转等。显示系统用于控制H716501液晶显示器。这两部分都采用了新型的单片机 GMS90C32作中央处理器，它可以与MCS-51系列单片机兼容，具有快速脉冲编程算法，采用了CMOS技术，最高工作频率可达40MHz(本设计采用18MHz)，有良好的性能价格比。
第三章 步进电动机及其控制系统
3.1、概述
开环位置伺服系统亦叫步进式伺服系统，其驱动元件为步进电动机。功率步进电动机盛行于20世纪70年代，且控制系统的结构最简单，控制最容易，维修最方便，控制为全数字化（即数字化的输入指令脉冲对应着数字化的位置输出），这完全符合数字化控制技术的要求，数控系统与步进电动机的驱动控制电路结为一体。 此系统与闭环系统相比，他没位置反馈回路和速度反馈回路，因而不需使用位置、速度测量装置以及复杂的控制调节回路，不仅降低了成本，而且与机床配接容易、控制使用方便。***为采用功率步进电动机的开环系统示意***
& nbsp; 开环步进伺服系统结构示意***
3.2、步进电动机的种类及特性
1 、步进电动机的种类
步进电动机是一种用电脉冲信号转换成相应的角位移的执行器。其角位移量与电脉冲数成正比，其转速与电脉冲频率成反比，通过改变脉冲频率就可以调节电动机的转速。如果停机后某些相的饶组仍保持通电状态，则还具有自锁能力。步进电动机每转一周都有固定的步数，从理论上说其步距误差不会积累。
步进电动机的最大缺点在与其容易失步。特别是在大负载和速度叫高的情况下，失步就更容易发生。
但是，最近几年来发展起来的恒流斩波驱动、PWM驱动、微步驱动、超微步驱动及其它们的综合运用，使得步进见动机的高频出力得到很大的提到，低频震荡得到显著改善，特别是在随着智能微步驱动技术的发展，必将步进电动机的性能提高到一个新的水平。它将以极佳的性能价格比，获得更为广泛的应用，字许多领域将取代直流伺服电动机及相应的伺服系统。
目前，步进电动机主要用于经济型数控机床的进给驱动。一般采用开环的控制结构。也有的采用的是步进电动机驱动的数控机床同时采用了位置检测元件，构成了反馈补偿型的驱动控制结构。
步进电动机按其输出扭距的大小，可分为快速步进电动机和功率步进电动机；按其励磁相数可分为三相、四相、五相、六相；按其工作原理可分为磁电式和反应式两大类。
2、步进电动机的主要特性
1）步距角 a 每输入一电脉冲信号，步进电动机的转子所转过的角度成为步距角。步进电动机步距角可按下式来 计算
a = 360/mkz
式中 m -----步进电动机的相数
z------步进电动机转子的齿数 2)静态步距角误差Δa 空载时，以单脉冲输入，步进电动机实际步距角与理论步距角之差称为静态步距角误差。它随步进电动机的制造精度而变化。
3）最大静转距Tmax 当步进电动机不改变通电状态转子不动时，在轴上加一负载转距，定子与转子就有一个角位移，使转子刚刚离开平衡位置的极限转距称为最大静转距，用T max表示。静转距越大，电动机所能承受的外加转距也越大，一般产品技术规格中给出的最大静转距是指在额定电流及规定的通电方式下的静转距。
设有三相步进电动机，其一转距特性如下***。则A相和B相的矩─-角特***点的纵坐标Tq称为起动转矩。它表示步进电动机单相励磁时所能带动的极限负载转矩。
当电动机所带负载Tl<Tq时，A相通电，工作点在m点。在次点Ta =Tl, 励磁电流从A相切换到B相，而转子在m点位置时，B相励磁绕组产生的电磁转矩是TB>TA,转子旋转。前进到n 点时，TB =TL，转子到达新的平衡位置。显然，负载转矩TL不可大于A 、B两相交点的转矩Tq,否则转子无法转动，产生“失步”现象。不同相数的步进电动机的起动转矩不同，通过计算可得下表的结果
A B C
步进电动机的最大负载能力
4．3 工作原理
由于步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件，它不能直接接到交直流电源上，而必须使用专用设备-步进电机控制驱动器，控制器可以发出脉冲频率从几赫兹到几十千赫兹可以连续变化的脉冲信号，它为环形分配器提供脉冲序列。环形分配器的主要功能是把来自控制环节的脉冲序列按一定的规律分配后，经过功率放大器的放大加到步进电机驱动电源的各项输人端，以驱动步进电机的转动。环形分配器主要有两大类：一类是用计算机软件设计的方法实现环分器要求的功能，通常称软环形分配器。另一类是用硬件构成的环形分配器，通常称为硬环形分配器。功率放大器主要对环形分配器的较小输出信号进行放大.以达到驱动步进电机目的。
3.3 步进电动机的选用
合理的选用步进电动机是相当重要的，通常是希望步进电动机的输出 转距大，起动频率和运行频率高，步距误差小，性能价格比高。但增大转距与快速运行存在一定的矛盾，高兴能与低成本存在矛盾，因此在实际 选用时，必须全面考虑。
首先，应考虑系统的精度和速度的要求。为了提高精度，希望脉冲当量小。但是脉冲当量越小，系统的运行速度就越低。故应兼顾精度与速度的要求来选择系统的脉冲当量。在脉冲当量确定以后，又可以以次为依据来选择步进电动机的步距和传动机构的传动比。
步进电动机的步距角从理论上讲是固定的，但实际上是有误差的。另外，负载转距也将引起步进电动机的定位误差。我们应将步进电动机的步距误差、负载引起的定位误差和传动机构的误差全部考虑在内，使总的误差小于数控机床允许的误差。 3.4步进电动机的控制系统
步进电动机由于采用脉冲方式工作，并且各项需按一定的规律分配脉冲，因此，在步进电动机控制系统中，需要脉冲分配逻辑和脉冲产生逻辑。而脉冲的多少需要根据控制对象的运行轨迹计算得到，因此还需要插补运算器。数控机床所用的功率步进电动机要求控制驱动系统必须有足够的驱动功率，所以还要求有功率驱动部分。为了保证步进电动机不失步地起停，要求控制系统具有升降控制环节。除了上述各环节之外，还有和键盘、纸带阅读机、显示器等输入、输出设备的接口电路及其他附属环节。在闭环控制系统中，还有检测元件的接口电路。在早期的数控系统中，上述各环节都是由硬件系统完成的。但目前的机床数控系统，由于都采用了小型和微型计算机控制，上述很多的控制环节，如升降速控制、脉冲的分配、脉冲的产生、插补运算等都可以有计算机完成，使步进电动机控制系统的硬件电路大为简化。***3-1为计算机控制步进电动机的控制系统框***
系统中的键盘用于向计算机输入和编辑控制代码程序，输入的代码由计算机解释。显示器用于显示控制对象的运动坐标值、故障报警、工作状态及编程代码等各种信息。存储器用来存放监控程序、解释程序、插补运算程序、故障诊断程序，脉冲分配程序、键盘扫描程序、显示驱动程序及用户控制代码程序等。功率放大器用以对计算机送来的脉冲进行功率放大，以驱动步进电动机带动负载运行。
计算机控制系统中，除了上述环节以外，还有各种控制按键及其接口电路（如急停控制、手动输入控制、行程开关接口等）和继电器、电磁阀控制接口等。在复杂的CNC系统中，还可能有纸带阅读机接口、纸带穿孔机接口、位置检测元件输入接口、位置编码器及接口等。 选用高速16位（intei8086/8088z8000及MCS-8098系列单片机）和32位微处理器。
适当配置一些如脉冲分配器和细插补运算器等硬件电路，以减轻MPU的负担。
采用多处理器结构。各种任务可分别由不同的微处理器来完成。
***表3-1步进电动机的CNC系统框***
第四章 铣床的电气控制设计
电气改造设计前，要进行充分的技术准备，因为新系统有许多新功能、新要求、新技术，因此设计前应熟悉技术数据，包括数控系统、伺服系统等操作手册、安装调试手册、编程手册等。要对上述数据进行消化、整理、核对，做到思路清晰，层次分明。选择较为先进的专用火焰切割数控装置，稳定可靠的伺服系统，开发编写PLC软件控制程序等。
4.1数控装置的选择
1 数控系统的选择 其中具有免维护性能的面板控制单元（PCU）是整个系统的核心，具有CNC，PLC，人机界面、通讯等功能。802D最多可控制4个数字进给轴和一个主轴，其中主轴既有数字接口，也可通过模拟接口控制。
控制器： CNC功能： 1.控制车床、钻铣床 2.可控制4个进给轴和一个数字或模拟主轴 3.三轴联动，具有直线插补、平面圆弧插补、螺旋线插补、空间圆弧（CIP）插补等控制方式 4.螺纹加工、变距螺纹加工 5.旋转轴控制 6.端面和柱面坐标转换（C轴功能） 7.前馈控制、加速度突变限制 8.程序预读可达35段 9.刀具寿命监控 10.主轴准停，刚性攻丝、恒线速切削 11.FRAME功能（坐标的平移、旋转、镜象、缩放） 操作与显示： 1.带有8个水平软键和8个垂直软键的直观操作 2.对刀及刀具测量，工件坐标系测量，基本坐标偏移 3.MDA方式端面加工 4.程序段搜索运行 5.坐标轴锁定、快速空运行 6.后台编程 7.加工外部程序（通过串行接口） 8.示波器、袖珍计算器、和工件计数器 9.两种语言***切换 10.16种语言可选择安装 11.***公英制切换 12.机床坐标系、工件坐标系、和相对坐标系显示 13.加工轨迹实时显示（可辨认快速和加工轨迹） 14.***帮助 15.有效G功能和M功能显示 16.坐标位置、余程以及各轴速度显示 PLC： 1.采用标准的S7-200编程语言 Micro/WIN 2.梯***编程 3.梯******显示
4.PLC远程诊断 5.完全汉化的PLC编程工具随机提供 6.随机提供PLC子程序和用于车床铣床的PLC应用程序实例 7.PLC的处理速度是6000步/24毫秒 8.40个定时器，32个计数器 9.数字输入输出为144 / 96
4.2伺服系统的选择
伺服驱动系统是西门子802D数控系统和铣床之间的中间环节。如果说CNC装置是数控系统的“大脑”，是“命令”的“指挥所”，那么进给伺服系统则是数控系统的“四肢”，是一种“执行机构”。它忠实地执行由CNC装置发来的运动命令，精确控制执行部件的运动方向，进给速度与位移量。
铣床机通过数控系统发出的控制信息，经过伺服驱动系统的放大，驱动伺服电动机，控制割炬运动并完成切割任务。
1. SIEMENS伺服电动机 4.3．电气系统设计
1. IY0接口电路的设计
IYO口的X2003、>[2004、X2005接口电路 MD1451216]＆[7]=0000。
2.主控电路的设计
主控电路完成主轴电动机正、反转，制动；冷动泵、润滑泵和液压泵的电动机启停控制。润滑的问隔时问可由MD14510 E3]&[4]设定。***3中，
第五章 改进意见及总结
5．1、改进意见
在本次的毕业设计中，通过对普通铣床的数控化改造,我认为普通铣床的数控 化改造应遵循以下步骤：
1．改造方案的确定
改造的可行性分析通过以后，就可以针对某台或某几台机床的现况确定改造方案，一般包括：
1.1机械修理与电气改造相结合，
一般来说，需进行电气改造的机床，都需进行机械修理。要确定修理的要求、范围、内容；也要确定因电气改造而需进行机械结构改造的要求、内容；还要确定电气改造与机械修理、改造之间的交错时间要求。机械性能的完好是电气改造成功的基础。 确定改造步骤时，应把整个电气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 p;最后，我还要深深地感谢默默支持本人完成学业的父母及亲友，感谢他们为我所做出的无私奉献和巨大支持！
谨向所有在本文的完成中给予过我关怀和帮助而在此无法一一提及的老师、同学和朋友致以诚挚的谢意！
第六章 （1）机床数控技术基础 机械工业出版社 主编 王侃夫
（2）数控技术 机械工业出版社 主编 彭晓楠
（3）数控机床及其应用 机械工业出版社 主编 李善术
（4）现代数控机床伺服系统及检测技术 国防工业出版社 主编 白恩远
（5）数控机床应用与维修 电子工业出版社 主编 曹琰．
数控冲床篇7
关键词：机床 机床数控化 数控改造
中***分类号：TG502 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）04（a）-0069-02
实现机床数控化，不仅可以提高机械加工自动化水平，也可以提高普通机床的工作性能，同时，数控化机床也能够为企业机械加工节省资金，有效提高机床精度与效率，本文主要以某型号普通机床的数控化改造为例对基于普通机床的数控改造关键技术进行研究分析。
1 普通机床数控化优势
普通机床数控化，可以应用软件系统程序，使计算机进行自动编制，自动编程取代了传统手工编程的方式，极大提高了当前机床工作效率。同时也具有一定的灵活性，提高机床在执行动作，提升普通机床控制智能化。而且数控机床中，很大程度上提高普通机床产品精度、效率，简化数控操作。
2 普通机床数控改造关键技术
2.1 开环控制技术
数控机床有开环控制和闭环控制两种，其中开环控制结构简单、方便改装，成本相对更低，本次普通机床数控化改造中，根据改造后机床的要求，选择步进电机开环控制系统，以简化结构、降低成本。机床改造后，由数控系统发出指令脉冲，对系统执行部件进行控制，位移量、速度和运动方向的控制，通过对指令脉冲数量、频率和通电顺序的控制实现。8255PA口输出控制字，通过光电耦合导通，TIP142导通电源驱动电机，电流检测电路接上的采样信号经过放大、比较最后将信息送到TIP147基极驱动电路控制TIP147的饱和与截至从而控制27V电源电路的通断。若绕阻电流不够3A，则27V电源工作，使电流增加，电流达到电机允许的限度时反馈信号经检测电路控制TIP147截至，27V电源停止工作，电流由5V电源供给，TLP421-4用于将电路中+5V电压与+27V电压隔开，以防+27V高压破坏器件。
2.2 机床机械部分数控改造
机床数控改造机械部分设计中，对于零件结构、尺寸等方面，应满足传动稳定，不影响精度或者精度必须满足在要求的范围内，结构尽量简单、传动合理以及经济性好的优点。对于丝杠传动副改造中，确保被加工零件坐标精度，降低电机启动力矩，拆除原进给传动链，换上伺服电机直接驱动的滚珠丝杠传动；在齿轮副改造中，确保有良好的耐摩擦与磨损特性，这样可以减少摩擦阻力，在改造中，可以将螺钉以及粘剂固定在铸铁床身上；使用步进电机经齿轮减速后再传动丝杆，以达到机床改造中分辨率的要求；采用滚珠丝杆螺母副，以减少摩擦力，保证精度和平稳性。预紧结构采用双螺母纹式，这种预紧方法结构较紧凑，可随时调整滚道磨损，通过对端部圆螺母的调整，实现螺母的轴向位移。为提高工作效率，提高改造后机床自动化水平，将原车床手动刀架改造为电动刀架。车床电动刀架可完成零件加工中不同工序的换刀工作，采用三相微型异步电动机驱动刀架，结构采用预加负荷，以消除间隙，提高传动刚度。在机床的自动换刀装置改造中，需加入自动回转刀架；对于机床安全防护改造中，应该采取特殊保护，严防灰尘特、切屑、硬砂粒进入切削滚道。
2.3 步进电机改造技术
机床数控化改造中开环伺服系统执行元件一般为反应式功率步进电机，合理选择步进电机对于防止机床数控化改造后发生反应缓慢、失步或系统精度不够等问题有着重要意义。步进电机的选择需考虑机床精度、脉冲当量、负载惯量、快速空载起动转矩、工作状态负载转矩及负载起动频率、运行最高频率，首先对等效转动惯量、电机力矩、空载起动频率和切削时工作频率等进行计算，根据计算结果，进行匹配，确定数控化改造中合适的电机型号，本次改造中根据计算结果，最终选择90BF002型步进电机。由于普通机床刀架滑移由两个驱动装置的滑移组成，与导轨平行方向和导轨垂直的水平方向，由于在这两个方向可任意滑移，所以，刀架（包括刀具）可停留在加工有效区的任意位置；伺服系统进给量、速度的控制，主要是利用PLC编程通过控制脉冲信号实现。采用软件来产生控制步进电机的环型脉冲信号，采用软件自动升降速控制，实现这样的分配方案，只需PA口顺序输出二进制控制字001H、011H、010H、110H、100H、101H即可；电机反方向旋转时，输出顺序相反。采用通用接口芯片8255的PA口作为步进电机的控制口，不需要用专门电路把单序列脉冲转换为多序列脉冲，增加主回路电阻和放电回路电阻改善电波形，使上升沿与下降沿陡峭。驱动电路电源部分，由于驱动电路需要直恒流27V、15V、6V、5V稳定电源，根据驱动电路中步进电机满足电流在3A以上。
2.4 数控机床系统设计
数控冲床篇8
关键词：经济型数控机床；螺纹切削；实现与精度
随着社会经济的发展和科学技术的进步，为我国加工制作业的发展带来了极大的推动作用。有效的实现经济型数控车床螺纹切削，已经是当前一个重要的发展趋势。因此，文章通过下文对相关方面的内容进行了阐述，进而为有关单位及工作人员提供一定的借鉴作用。
1.实现方法分析
1.1一般三角螺纹的实现方式
螺纹切削在数控编程中通常有三个实现的方式：G92直进切削方式、G76斜进切削方式和G32直进式切削方式，G92和G32指令在FANUC中就是对直接法车削螺纹进行了使用。在高速钢螺纹车刀低速车削塑性材料和搭螺距的普通材料时，比较适合应用斜进方法，G76在数控车床中，就对斜进车削螺栓方式进行了使用。
1.2整除的方式
多道脉冲能够在脉冲编码器中被发射出来，这样向着数控机床中转送所有的这些脉冲，按照所加工螺纹的螺距不同，有数控系统自动对其中的一道脉冲信号进行选择，将其当作主轴，并且，以此联系其他轴向的信号。假设某一码道脉冲信号在脉冲编码器具中用A进行表示，导程S为能本锁加工的螺纹，N为其对应的Z轴进给步数。也就是：A/N=M。
在这个式子当中：
应为整数用M表示；S/P=N
脉冲量即为P，针对经济型数控机床而言，通常对P=0.01毫米每脉冲进行选择。
当对这种方法进行选择的时候，好处是，在对Z轴进给脉冲进行处理的过程中，没有理论误差存在于其中，能够将较高精度的螺纹加工出来，此外，有较高的脉冲频率会存在于脉冲编码器当中，容易干扰到信号，因此，可以将较小的脉冲编码器进行使用，然后应用到各码道脉冲中。
1.3插补的方式
和以上的工作原理相似，只是对不同的脉冲编码器进行了使用，它在对脉冲编码器进行选择的过程中，只需要对一个序列脉冲和一个头脉冲进行选择，就能够对多种导程的螺纹进行加工处理，一旦有A个脉冲能够在主轴脉冲编码器中被产生出来，S为要加工的螺纹导航，P为数控系统脉冲的当量，当有M个脉冲被主脉冲编码器发出来的时候，就会存在进给一步的Z向，PA/S=M为M的计算公式。然而，通常的时候，并非用整数的形式将M的值表示出来。
当对这种方式进行使用的过程中，有较少的信号线数存在于主轴脉冲编码器具中，并且有着相对简易的数控系统连接口，可以按照同一规则对程序进行处理。不足之处为：有理论误差的存在，为对多种螺纹加工予以适应，将加工度提升上来，要对较大A值的脉冲编码器进行使用，最高脉冲传送频率会限制到其结果，一旦不能够提升主转速度，就会对生产效率带来相应的影响。
2.提高精密的方式
2.1对刀具的参数进行合理选择，对刀具进行正确的安装
有很高的要求存在于经济型数控车床车削加工刀具中，在选择刀具的过程中，对于工序内容、工件材料和精度上都比较高，安装调整方便，耐用度高，因此，在对数控加工刀具进行控制的时候需要对优质的材料进行选择。例如在对普通螺纹进行加工中，因为对螺纹进行高速切削的时候，会扩大具体的牙型角，所以应该将刀尖角度降低30`。螺纹的车刀面和车刀前的外表粗糙度一定要在最低处进行控制。在磨刀的过程中，对于油石精研刀具或者砂轮一定要正确的进行修正。在对螺纹车刀进行安装的过程中，要将伸出的长度予以降低，防止有不充足的刚性存在于刀杆中，将振动情况予以降低。
2.2对螺纹切削的工艺参数进行优化
首先，将刀具偏置补偿量合理设置出来。在伺服系统类型的基础上，通常利用步进电机控制的开环进给传动结构，对经济型数控车床的进给结构予以提供，有传动间隙存在于伺服驱动机构中。通过对预紧和调证的措施进行使用，将定位精度提升上来，对于刀具偏置补偿量还应该正确的进行设置。在对车削进行数控前，要有准备性的去调整工艺系统，对刀具的不同的尺寸进行考虑，零件加工中的关键即为能否正确的将刀具偏置补偿量获取出来，通过对刀的操作来获取一定的参数。
其次，对切削用量进行合理选择。一旦没有恰当的去选择切削量，会导致一些问题出现，例如刀具过早的磨损、扎刀等。在切削用量中，表面的粗糙度在一定程度上会受到进给量的影响，将进给量提升上来，也能够将表面的粗糙度提升上来。在提升了车削速度时，因为车削力的减小和切屑的变形，这样也能够降低表面的粗糙度。在公制螺纹时，一旦是对硬质合金刀具高速车削进行了使用，进给量即为螺纹的距。切削的大小会受到吃刀量的影响，这样对于切削的试验应该予以遵循，在单面切削的深度低于0.09毫米时，就会有不光滑的螺纹面。
3.结语
综上所述，随着科技的发展与进步，为我国工业加工业的发展带来了极大的推动作用。经济型数控车床螺纹切削是当前一种非常重要的发展趋势，在提升加工效率和加工质量的过程中发挥了巨大的作用。但是，这是一项较为复杂的工作内容，需要工作人员对其精度上进行严格的控制，才能够有效的实现。因此，有关单位及技术工作人员对于相应的知识和技术上进行扎实的了解和掌握。
参考文献：
[1]张飞霞.提高经济型数控车削螺纹精度的工艺研究[J].中国制造业信息化，2011（08）.
数控冲床篇9
【关键词】数控机床 参考点 故障 维修方法
一、参考点的作用
数控机床零件加工是建立在机床零点之上的。数控机床零点是机床坐标系的零点，它由机床厂家事先确定的。但这仅仅是机械意义上的，计算机数控系统还是不能识别，即数控系统并不知道以哪一点作为基准对机床工作台的位置进行跟踪、显示等。为了让系统识别机床原点，以建立机床坐标系，需要附设一个参考点。机床参考点是数控机床上一个特殊位置的点，该点通常位于机床正向极限点附近，它与机床零点的转换关系可以在数控系统参数中设定。因此机床找到参考点位置，也就确定了该坐标轴的零点位置，数控系统就建立起了机床坐标系，可以进行正常的加工工作。数控机床在接通电源后要做回零的操作，就是因为在机床断电后，失去了对各坐标位置的记忆，所以在接通电源后，必须让各坐标轴回到机床一固定点上，这一固定点就是机床坐标系的原点或零点，也称机床参考点。使机床回到这一固定点的操作称为回参考点或回零操作。
数控机床回参考点的好处如下：
（1）系统通过返回参考点来确定机床的原点位置，以正确建立机床坐标系。
（2）螺距误差补偿及反向间隙补偿有效，软极限行程保护有效。
回参考点是数控机床的重要功能之一，能否正确地返回参考点，将会影响到零件的加工质量。同时，由于数控机床是多刀作业，每一把刀具的刀位点安装位置不可能调整到同一坐标点上，因此就需要用刀具补偿来校正，如加工中心刀具的长度补偿和数控车床车刀刀尖的位置补偿，这种刀具偏置的补偿量也是通过刀位点的实际位置与由参考点确立的基本坐标系比较后补偿得到的。
二、数控机床返回参考点的方式
不同的CNC系统，其返回参考点的动作细节会有所不同，但一般来说，都是先通过减速行程开关粗定位，然后再由精定位开关或编码器零位脉冲精定位两个步骤。根据回参考点的动作步骤不同，有以下三种回参考点方式：
（1）轴向预定点方向快速运动，挡块压下零点开关后减速向前继续运动，直到挡块脱离零点开关后，数控系统开始寻找零点，当接收到第一个零点脉冲时，便以确定参考点位置。
（2）轴快速按预定方向运动，挡块压向零点开关后，反向减速运动，当又脱离零点开关时，轴再改变方向，向参考点方向移动，当挡块再次压下零点开关时，数控系统开始寻找零点，当接收到第一个零点脉冲，便以确定参考点位置。
（3）轴快速按预定方向运动，挡块压向零点开关后，不需等待挡块脱离零点开关，立即减速，当速度降为设定低速后，即开始寻找零点，当接收到第一个零点脉冲时，立即停止。
采用何种方式或如何运动，系统都是通过PLC的程序编制和数控系统的机床参数设定决定的，轴的运动速度也是在机床参数中设定的，数控机床回参考点的过程是PLC系统与数控系统配合完成的。
三、回参考点过程中常见故障诊断及修理方法
数控机床回不了参考点的故障常见一般有以下几种情况：一是零点开关出现问题；二是编码器出现问题；三是系统测量板出现问题；四是零点开关与硬（软）限位置太近；五是系统参数丢失等等。
（一）找不到参考点（通常会导致机床超程报警）的故障诊断及修理方法
表现形式一：是机床回零过程无减速动作。原因分析：通过数控机床返回参考点的原理分析，粗定位的减速行程开关没有动作，多数原因为减速开关及接线故障。这时需根据先机械后电气的维修原则，首先检查减速撞块是否松动，然后检查减速开关至系统的连接电路是否断路等。？表现形式二：工作台回参考点过程中观察到有减速，但以关断速度移动直到触及限位开关而停机，没有找到参考点，归参考点操作失败。原因分析：减速行程开关有动作，但测量系统在减速开关恢复接通到机床碰到限位开关期间，没有捕捉到一转信号或基准信号。具体讲，有两种可能：一种是检测元件在回参考点操作中没有发出一转信号，或该脉冲在传输或处理中丢失，或测量系统发生了硬件故障，对该脉冲信号无识别或处理能力，对第种情况可用跟踪法对该信号的传输通道进行分段检查，看检测元件是否有一转信号发出，或信号在哪个环节丢失，从而采取相应对策；另一N可能由于传动误差等原因，使得一转信号刚错过，在等待下一个一转信号的过程中，坐标轴触及到限位开关，所以只好停机。对第种情况，可能是零点开关与硬（软）限位置太近，可试着适当调整限位开关或减速开关与参考点位置标记间的距离，即可消除故障。
（二）找不准参考点（即返回参考点有偏差）的？故障诊断及修理方法
表现形式是机床在返回参考点过程中有减速，也有制动到零的过程，但停止位置不准确且无规律，或与参考点正确位置前移或后移一个丝杠螺距（即相当编码器一转的机床位移量的偏差）。
原因分析：对于前种情况，常常是由于减速开关（参考点开关）或压块松动、低速设置太低、信号干扰等因素造成的？，出现后一种情况的原因是零点开关与硬（软）限位置太近，对于这种故障可适当调整减速开关的位置或修改偏移量参数，使一转信号产生的时刻离减速信号从断到通时相距约半个一转信号产生的周期，即可消除故障。
四、结束语
数控机床不能正确返回参考点是数控机床常见的故障之一，回参考点故障的诊断，应事先搞清机床的回归方式和特点，再根据故障现象，判断哪个环节出了问题，根据相应的问题，通过正确的调整和参数设置一般可使故障消除。
参考文献：
[1]孙汉卿.数控机床维修技术[M].北京：机械工业出版社，2000.
数控冲床篇10
关键词：数控车床 故障 诊断方法
数控车床应用的越来越广泛，效利用率的要求也越来越高，要求其可靠性高的同时当数控车床出现故障要尽快维修，所以要求其维修人员要有扎实的理论基础和丰富的实践经验。以下有关数控机床的维护和常见故障的常用排除方法。
1. 数控车床的组成
数控车床由：程序编制及程序载体、输入装置 、 数控装置、伺服驱动、位置检测装置、辅助控制装置、车床本体等几部分组成。
在传统的金属切削机床上，加工零件时操作者根据***样的要求，通过不断改变刀具的运动轨迹，运动速度等参数，使刀具对工件进行切削加工，最终加工出合格零件。
2.工作原理
数控车床的加工其实质是应用了“微分”原理。其工作原理与过程可简述如下：
2.1. 只要数控车床的最小移动量（脉冲当量）足够小，所用的拟合折线就完全可以等效代替理论曲线；
2.2.只要改变坐标轴的脉冲分配方式，即可以改变拟合折线的形状，从而达到改变加工轨迹的目的；
2.3. 只要改变分配脉冲的频率，即可改变坐标轴（刀具）的运动速度。这样就实现了数控车床控制刀具移动轨迹的根本目的。
2.4.只要改变坐标轴的脉冲分配方式，即可以改变拟合折线的形状，从而达到改变加工轨迹的目的；
2.5. 只要改变分配脉冲的频率，即可改变坐标轴（刀具）的运动速度。这样就实现了数控车床控制刀具移动轨迹的根本目的。
3.数控车床故障诊断的方法
3.1.直观检查法
维修人员在故障诊断时首先使用的方法是直观检查法。首先要咨询，向出现故障的现场人员详细咨询故障产生的经过、故障现象和故障后果，而且要在整个的分析、判断过程中多次询问；第二是认真检查，依据故障诊断原则从外向内逐步进行排查。整体检查机床各电控装置（如装置、数控系统、温控装置等）有无报警指示，各部分工作状态是否处于正常状态（比如机械手位置、主轴状态、各坐标轴位置、刀库等），机床局部要观察电路板上是否有短路、断路，电路板元器件及线路是否有裂痕、烧伤等现象，芯片是否接触不良等现象，对维修过的电路板，更要检查有无缺件、错件及断线等情况；第三是触摸，在整机断电条件下可以通过触摸各主要电路板的安装状况、各插头座的插接状况、 各功率及信号导线（如伺服与电机接触器接线）的联接状况等来发现可能出现故障的原因。
3.2. 仪器检查法
仪器检查法是使用常规的电工仪表，对相关直流及脉冲信号及各组交、直流电源电压等进行测量，从而找出可能的故障问题。例如：拿万用表来检查各电源情况，和对其中一些电路板上布置的相关信号状态监测点进行测量，拿示波器观察其脉动信号的幅值、相位或者有、无，拿PLC 编程器检测PLC程序中的故障点及原因。
3.3. 功能程序测试法
功能程序测试法是把数控系统的G、M、S、T、F功能用编程法编成一个功能试验程序，并存储在相应的介质上。运行这个程序来完成故障诊断，可快速判定故障发生的起因。功能程序测试法可以适用于以下场合：
3.3.1.当机床加工造成废品时，难以确定是数控系统、还是由于编程操作不当故障引起的。
3.3.2.当数控系统出现随机性故障时，无法判断是系统稳定性差，还是外来干扰的。
3.3.3.当对数控机床进行定期检修或闲置很长时间的数控机床在投入使用前时。
还有接口状态检查法、信号与报警指示分析法、试探交换法、参数检查法、 诊断备件替换法、特殊处理法、测量比较法等。
4.数控机床故障诊断实例
数控机床最容易发生问题的部分是驱动部分，因为它是强弱电一体的。驱动部分有伺服驱动器和主轴驱动器，驱动模块和电源模块两部分构成，电源模块是把三相交流电通过变压器升压为高压直流，而事实驱动部分是个逆变换，把高压支流转换为三相交流，而且驱动伺服电机是完成主轴的运转和伺服轴的运动。所以这部分最容易出现故障。以802S数控系统和CJK6136数控机床的故障现象为例，分析一下控制电路与机械传动接口的故障诊断与维修。
数控机床在加工过程中，主轴经常不能回参考点。则在数控操作面板上，主轴转速显示也不确定主轴运转是否正常。经分析，由于该机床采用的是变频调速，其转速信号由编码器提供，可以排除编码器损坏的可能，因为这样根本就无法传递转速信号，只有是编码器与其连接单元出现问题。从两个方面考虑，一是数控系统连接的ECU连接有可能松动，二是和主轴的机械连接有可能出现问题。然后着手解决故障。第一检查编码器与ECU的连接。如果不存在问题，就拆卸编码器检查是否是主传动与编码器之间的连接键脱离键槽，结果发现就是这个故障。维修恢复并重新安装问题就解决了。
产生数控机床故障的原因有很多，有数控系统本身的问题、驱动元件的问题、机械问题、传感元件的问题、线路连接的问题、强电部分的问题等。检修过程中，重要的是分析故障产生原因的可能性和范围，然后逐一排除，直到找出故障点，千万不可盲目的下手，否则，不但问题解决不了，还可能造成故障范围的扩大。总之，在解决数控机床故障和维修问题时，第一要防患于未燃，在数控机床出现问题之提早去发现解决问题，要了解机床本身的结构和工作原理，做好日常的维护保养工作，这样就能做到有的放矢，更好的解决问题。
参考文献：
[1] 全国数控培训网络天津分中心.数控机床[M].机械工业出版社，2002.
[2] 林宋. 现代数控机床[M]. 北京：化学工业出版社出版，2002.
[3] 张俊生.金属切削机床与数控机床[M].北京：机械工业出版社，2005.
[4] 彭晓南.数控技术[M].北京：机械工业出版社，2003.