導(dǎo)語：如何才能寫好一篇自動化機床論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

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論文摘要：數(shù)控機床電氣系統(tǒng)故障的調(diào)查、分析與診斷的過程也就是故障的排除過程，一旦查明了原因，故障也就幾乎等于排除了。因此故障分析診斷的方法十分重要。

一、故障的調(diào)查與分析

這是排故的第一階段，是非常關(guān)鍵的階段，主要應(yīng)作好下列工作：

1、詢問調(diào)查在接到機床現(xiàn)場出現(xiàn)故障要求排除的信息時，首先應(yīng)要求操作者盡量保持現(xiàn)場故障狀態(tài)，不做任何處理，這樣有利于迅速精確地分析故障原因。

2、現(xiàn)場檢查到達現(xiàn)場后，首先要驗證操作者提供的各種情況的準(zhǔn)確性、完整性，從而核實初步判斷的準(zhǔn)確度。由于操作者的水平，對故障狀況描述不清甚至完全不準(zhǔn)確的情況不乏其例，因此到現(xiàn)場后仍然不要急于動手處理，重新仔細(xì)調(diào)查各種情況，以免破壞了現(xiàn)場，使排故增加難度。

3、故障分析根據(jù)已知的故障狀況按上節(jié)所述故障分類辦法分析故障類型，從而確定排故原則。由于大多數(shù)故障是有指示的，所以一般情況下，對照機床配套的數(shù)控系統(tǒng)診斷手冊和使用說明書，可以列出產(chǎn)生該故障的多種可能的原因。

4、確定原因?qū)Χ喾N可能的原因進行排查從中找出本次故障的真正原因，這時對維修人員是一種對該機床熟悉程度、知識水平、實踐經(jīng)驗和分析判斷能力的綜合考驗。

5、排故準(zhǔn)備有的故障的排除方法可能很簡單，有些故障則往往較復(fù)雜，需要做一系列的準(zhǔn)備工作，例如工具儀表的準(zhǔn)備、局部的拆卸、零部件的修理，元器件的采購甚至排故計劃步驟的制定等等。

下面把電氣故障的常用診斷方法綜列于下。

(1)直觀檢查法這是故障分析之初必用的方法，就是利用感官的檢查。

①詢問向故障現(xiàn)場人員仔細(xì)詢問故障產(chǎn)生的過程、故障表象及故障后果，并且在整個分析判斷過程中可能要多次詢問。

②目視總體查看機床各部分工作狀態(tài)是否處于正常狀態(tài)(例如各坐標(biāo)軸位置、主軸狀態(tài)、刀庫、機械手位置等)，各電控裝置(如數(shù)控系統(tǒng)、溫控裝置、裝置等)有無報警指示，局部查看有無保險燒煅，元器件燒焦、開裂、電線電纜脫落，各操作元件位置正確與否等等。

(2)儀器檢查法使用常規(guī)電工儀表，對各組交、直流電源電壓，對相關(guān)直流及脈沖信號等進行測量，從中找尋可能的故障。例如用萬用表檢查各電源情況，及對某些電路板上設(shè)置的相關(guān)信號狀態(tài)測量點的測量，用示波器觀察相關(guān)的脈動信號的幅值、相位甚至有無，用PLC編程器查找PLC程序中的故障部位及原因等。

(3)信號與報警指示分析法

①硬件報警指示這是指包括數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)在內(nèi)的各電子、電器裝置上的各種狀態(tài)和故障指示燈，結(jié)合指示燈狀態(tài)和相應(yīng)的功能說明便可獲知指示內(nèi)容及故障原因與排除方法。

②軟件報警指示如前所述的系統(tǒng)軟件、PLC程序與加工程序中的故障通常都設(shè)有報警顯示，依據(jù)顯示的報警號對照相應(yīng)的診斷說明手冊便可獲知可能的故障原因及故障排除方法。

(4)接口狀態(tài)檢查法現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)多將PLC集成于其中，而CNC與PLC之間則以一系列接口信號形式相互通訊聯(lián)接。有些故障是與接口信號錯誤或丟失相關(guān)的，這些接口信號有的可以在相應(yīng)的接口板和輸入/輸出板上有指示燈顯示，有的可以通過簡單操作在CRT屏幕上顯示，而所有的接口信號都可以用PLC編程器調(diào)出。

(5)參數(shù)調(diào)整法數(shù)控系統(tǒng)、PLC及伺服驅(qū)動系統(tǒng)都設(shè)置許多可修改的參數(shù)以適應(yīng)不同機床、不同工作狀態(tài)的要求。這些參數(shù)不僅能使各電氣系統(tǒng)與具體機床相匹配，而且更是使機床各項功能達到最佳化所必需的。因此，任何參數(shù)的變化(尤其是模擬量參數(shù))甚至丟失都是不允許的；而隨機床的長期運行所引起的機械或電氣性能的變化會打破最初的匹配狀態(tài)和最佳化狀態(tài)。此類故障多指故障分類一節(jié)中后一類故障，需要重新調(diào)整相關(guān)的一個或多個參數(shù)方可排除。

(6)備件置換法當(dāng)故障分析結(jié)果集中于某一印制電路板上時，由于電路集成度的不斷擴大而要把故障落實于其上某一區(qū)域乃至某一元件是十分困難的，為了縮短停機時間，在有相同備件的條件下可以先將備件換上，然后再去檢查修復(fù)故障板。

鑒于以上條件，在拔出舊板更換新板之前一定要先仔細(xì)閱讀相關(guān)資料，弄懂要求和操作步驟之后再動手，以免造成更大的故障。

(7)交叉換位法當(dāng)發(fā)現(xiàn)故障板或者不能確定是否故障板而又沒有備件的情況下，可以將系統(tǒng)中相同或相兼容的兩個板互換檢查，例如兩個坐標(biāo)的指令板或伺服板的交換從中判斷故障板或故障部位。這種交叉換位法應(yīng)特別注意，不僅硬件接線的正確交換，還要將一系列相應(yīng)的參數(shù)交換，否則不僅達不到目的，反而會產(chǎn)生新的故障造成思維的混亂，一定要事先考慮周全，設(shè)計好軟、硬件交換方案，準(zhǔn)確無誤再行交換檢查。

(8)特殊處理法當(dāng)今的數(shù)控系統(tǒng)已進入PC基、開放化的發(fā)展階段，其中軟件含量越來越豐富，有系統(tǒng)軟件、機床制造者軟件、甚至還有使用者自己的軟件，由于軟件邏輯的設(shè)計中不可避免的一些問題，會使得有些故障狀態(tài)無從分析，例如死機現(xiàn)象。對于這種故障現(xiàn)象則可以采取特殊手段來處理，比如整機斷電，稍作停頓后再開機，有時則可能將故障消除。維修人員可以在自己的長期實踐中摸索其規(guī)律或者其他有效的方法。

二、電氣維修與故障的排除

電氣故障的分析過程也就是故障的排除過程，因此電氣故障的一些常用排除方法在上一節(jié)的分析方法中已綜合介紹過了，本節(jié)則列舉幾個常見電氣故障做一簡要介紹，供維修者參考。

1、電源電源是維修系統(tǒng)乃至整個機床正常工作的能量來源，它的失效或者故障輕者會丟失數(shù)據(jù)、造成停機。重者會毀壞系統(tǒng)局部甚至全部。西方國家由于電力充足，電網(wǎng)質(zhì)量高，因此其電氣系統(tǒng)的電源設(shè)計考慮較少，這對于我國有較大波動和高次諧波的電力供電網(wǎng)來說就略顯不足，再加上某些人為的因素，難免出現(xiàn)由電源而引起的故障。

2、數(shù)控系統(tǒng)位置環(huán)故障

①位置環(huán)報警?？赡苁俏恢脺y量回路開路；測量元件損壞；位置控制建立的接口信號不存在等。

②坐標(biāo)軸在沒有指令的情況下產(chǎn)生運動?？赡苁瞧七^大；位置環(huán)或速度環(huán)接成正反饋；反饋接線開路；測量元件損壞。

3、機床坐標(biāo)找不到零點?？赡苁橇惴较蛟谶h(yuǎn)離零點；編碼器損壞或接線開路；光柵零點標(biāo)記移位；回零減速開關(guān)失靈。

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論文的參考文獻是有標(biāo)準(zhǔn)的寫作格式的，作者在寫作時應(yīng)該對引用是學(xué)術(shù)研究成果的完整和準(zhǔn)確性負(fù)責(zé)任，那么我們要怎么來寫論文的參考文獻呢？以下是學(xué)術(shù)參考網(wǎng)小編整理的數(shù)控車床畢業(yè)論文參考文獻范例，給大家欣賞。

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論文摘要　隨著液壓伺服控制技術(shù)的飛速發(fā)展，液壓伺服系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，隨之液壓伺服控制也出現(xiàn)了一些新的特點，基于此對于液壓伺服系統(tǒng)的工作原理進行研究，并進一步探討液壓傳動的優(yōu)點和缺點和改造方向，以期能夠?qū)τ谙嚓P(guān)工作人員提供參考。

一、引言

液壓控制技術(shù)是以流體力學(xué)、液壓傳動和液力傳動為基礎(chǔ)，應(yīng)用現(xiàn)代控制理論、模糊控制理論，將計算機技術(shù)、集成傳感器技術(shù)應(yīng)用到液壓技術(shù)和電子技術(shù)中，為實現(xiàn)機械工程自動化或生產(chǎn)現(xiàn)代化而發(fā)展起來的一門技術(shù)，它廣泛的應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各行各業(yè)，在農(nóng)業(yè)、化工、輕紡、交通運輸、機械制造中都有廣泛的應(yīng)用，尤其在高、新、尖裝備中更為突出。隨著機電一體化的進程不斷加快，技術(shù)裝各的工作精度、響應(yīng)速度和自動化程度的要求不斷提高，對液壓控制技術(shù)的要求也越來越高，文章基于此，首先分析了液壓伺服控制系統(tǒng)的工作特點，并進一步探討了液壓傳動的優(yōu)點和缺點和改造方向。

二、液壓伺服控制系統(tǒng)原理

目前以高壓液體作為驅(qū)動源的伺服系統(tǒng)在各行各業(yè)應(yīng)用十分的廣泛，液壓伺服控制具有以下優(yōu)點：易于實現(xiàn)直線運動的速度位移及力控制，驅(qū)動力、力矩和功率大，尺寸小重量輕，加速性能好，響應(yīng)速度快，控制精度高，穩(wěn)定性容易保證等。

液壓伺服控制系統(tǒng)的工作特點：　(1)在系統(tǒng)的輸出和輸入之間存在反饋連接，從而組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。反饋介質(zhì)可以是機械的，電氣的、氣動的、液壓的或它們的組合形式。(2)系統(tǒng)的主反饋是負(fù)反饋，即反饋信號與輸入信號相反，兩者相比較得偏差信號控制液壓能源，輸入到液壓元件的能量，使其向減小偏差的方向移動，既以偏差來減小偏差?！?3)系統(tǒng)的輸入信號的功率很小，而系統(tǒng)的輸出功率可以達到很大。因此它是一個功率放大裝置，功率放大所需的能量由液壓能源供給，供給能量的控制是根據(jù)伺服系統(tǒng)偏差大小自動進行的。

綜上所述，液壓伺服控制系統(tǒng)的工作原理就是流體動力的反饋控制。即利用反饋連接得到偏差信號，再利用偏差信號去控制液壓能源輸入到系統(tǒng)的能量，使系統(tǒng)向著減小偏差的方向變化，從而使系統(tǒng)的實際輸出與希望值相符。

在液壓伺服控制系統(tǒng)中，控制信號的形式有機液伺服系統(tǒng)、電液伺服系統(tǒng)和氣液伺服系統(tǒng)。機液伺服系統(tǒng)中系統(tǒng)的給定、反饋和比較環(huán)節(jié)采用機械構(gòu)件，常用機舵面操縱系統(tǒng)、汽車轉(zhuǎn)向裝置和液壓仿形機床及工程機械。但反饋機構(gòu)中的摩擦、間隙和慣性會對系統(tǒng)精度產(chǎn)生不利影響。電液伺服系統(tǒng)中誤差信號的檢測、校正和初始放大采用電氣和電子元件或計算機，形成模擬伺服系統(tǒng)、數(shù)字伺服系統(tǒng)或數(shù)字模擬混合伺服系統(tǒng)。電液伺服系統(tǒng)具有控制精度高、響應(yīng)速度高、信號處理靈活和應(yīng)用廣泛等優(yōu)點，可以組成位置、速度和力等方面的伺服系統(tǒng)。

三、液壓傳動帕優(yōu)點和缺點

液壓傳動系統(tǒng)的主要優(yōu)點液壓傳動之所以能得到廣泛的應(yīng)用，是因為它與機械傳動、電氣傳動相比，具有以下主要優(yōu)點：

1　液壓傳動是由油路連接，借助油管的連接可以方便靈活的布置傳動機構(gòu)，這是比機械傳動優(yōu)越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液壓傳動來驅(qū)動，以克服長驅(qū)動軸效率低的缺點。由于液壓缸的推力很大，且容易布置。在挖掘機等重型工程機械上已基本取代了老式的機械傳動，不僅操作方便，而且外形美觀大方。

2　液壓傳動裝置的重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小。例如相同功率液壓馬達的體積為電動機的12％～13％。液壓泵和液壓馬達單位功率的體積目前是發(fā)電機和電動機的1／10，可在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速。借助閥或變量泵、變量馬達可實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速范圍可達1：2000，并可在液壓裝置運行的過程中進行調(diào)速。

3　傳遞運動均勻平穩(wěn)，負(fù)載變化時速度較穩(wěn)定。因此，金屬切削機床中磨床的傳動現(xiàn)在幾乎都采用液壓傳動。液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護，使用安全、可靠，不會因過載而造成主件損壞：各液壓元件能同時自行，因此使用壽命長。液壓傳動容易實現(xiàn)自動化。借助于各種控制閥，特別是采用液壓控制和電氣控制結(jié)合使用時，能很容易的實現(xiàn)復(fù)雜的自動工作循環(huán)，而且可以實現(xiàn)遙控。液壓元件己實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、和通用化，便于設(shè)計、制造和推廣使用。

液壓傳動系統(tǒng)的主要缺點：1液壓系統(tǒng)的漏油等因素，影響運動的平穩(wěn)性和正確性，使液壓傳動不能保證嚴(yán)格的傳動比：2液壓傳動對油溫的變化比較敏感，溫度變化時，液體勃性變化引起運動特性變化，使工作穩(wěn)定性受到影響，所以不宜在溫度變化很大的環(huán)境條件下工作：3為了減少泄漏以及滿足某些性能上的要求，液壓元件制造和裝配精度要求比較高，加工工藝比較復(fù)雜。液壓傳動要求有單獨的能源，不像電源那樣使用方便。液壓系統(tǒng)發(fā)生的故障不易檢查和排除。

總之，液壓傳動的優(yōu)點是主要的，隨著設(shè)計制造和使用水平的不斷提高，有些缺點正在逐步加以克服。

四、機床數(shù)控改造方向

(一)加工精度。精度是機床必須保證的一項性能指標(biāo)。位置伺服控制系統(tǒng)的位置精度在很大程度上決定了數(shù)控機床的加工精度。因此位置精度是一個極為重要的指標(biāo)。為了保證有足夠的位置精度，一方面是正確選擇系統(tǒng)中開環(huán)放大倍數(shù)的大小，另一方面是對位置檢測元件提出精度的要求。因為在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，對于檢測元件本身的誤差和被檢測量的偏差是很難區(qū)分出來的，反饋檢測元件的精度對系統(tǒng)的精度常常起著決定性的作用。在設(shè)計數(shù)控機床、尤其是高精度或太中型數(shù)控機床時，必須精心選用檢測元件。所選擇的測量系統(tǒng)的分辨率或脈沖當(dāng)量，一般要求比加工精度高一個數(shù)量級?？傊?，高精度的控制系統(tǒng)必須有高精度的檢測元件作為保證。

(二)先局部后整體。確定改造步驟時，應(yīng)把整個電氣設(shè)備部分改造先分成若干個子系統(tǒng)進行，如數(shù)控系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、主軸、進給系統(tǒng)、面板控制與強電部分等，待各系統(tǒng)基本成型后再互聯(lián)完成全系統(tǒng)工作。這樣可使改造工作減少遺漏和差錯。在每個子系統(tǒng)工作中，應(yīng)先做技術(shù)性較低的、工作量較大的工作，然后做技術(shù)性高的、要求精細(xì)的工作，做到先易后難、先局部后整體，有條不紊、循序漸進。

(三)提高可靠性。數(shù)控機床是一種高精度、高效率的自動化設(shè)備，如果發(fā)生故障其損失就更大，所以提高數(shù)控機床的可靠性就顯得尤為重要?？煽慷仁窃u價可靠性的主要定量指標(biāo)之一，其定義為：產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。對數(shù)控機床來說，它的規(guī)定條件是指其環(huán)境條件、工作條件及工作方式等，例如溫度、濕度、振動、電源、干擾強度和操作規(guī)程等。這里的功能主要指數(shù)控機床的使用功能，例如數(shù)控機床的各種機能，伺服性能等。

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論文摘要:文章對數(shù)控機床的爬行與振動故障原因作了簡單分析，指出一些診斷排故的方法和策略

數(shù)控機床是集機、電、液、氣、光等為一體的自動化機床，經(jīng)各部分的執(zhí)行功能，最后共同完成機械執(zhí)行機構(gòu)的移動、轉(zhuǎn)動、夾緊、松開、變速和換刀等各種動作，實現(xiàn)切削加工任務(wù)。工作時，各項功能相互結(jié)合，發(fā)生故障時也混在一起，故障現(xiàn)象和原因并非簡單一一對應(yīng)。一種故障現(xiàn)象可能有幾種不同的原因，大部分故障以綜合形式出現(xiàn)，數(shù)控機床的爬行與振動就是一個明顯的例子。

數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)所驅(qū)動的移動部件在低速運行時，出現(xiàn)移動部件開始不能啟動，啟動后又突然作加速運動，而后又停頓，繼而又作加速運動，如此周而復(fù)始，這種移動部件忽停忽跳，忽快忽慢的運動現(xiàn)象，稱為爬行；而當(dāng)其高速運行時，移動部件又出現(xiàn)明顯的振動。這一故障現(xiàn)象就是典型的進給系統(tǒng)的爬行與振動故障。

造成這類故障的原因有多種可能，可能是因為機械部分出現(xiàn)了故障所導(dǎo)致，也可能是進給系統(tǒng)電氣部分出現(xiàn)了問題，還可能是機械部分與電氣部分的綜合故障所造成，甚至可能因編程有誤也會產(chǎn)生爬行故障。

一、分析機械部分原因與對策

因為數(shù)控機床低速運行時的爬行現(xiàn)象往往取決于機械傳動部分的特性，高速時的振動又通常與進給傳動鏈中運動副的預(yù)緊力有關(guān)，由此數(shù)控機床的爬行與振動故障可能會在機械部分。

如果在機械部分，首先應(yīng)該檢查導(dǎo)軌副。因為移動部件所受的摩擦阻力主要是來自導(dǎo)軌副，如果導(dǎo)軌副的動、靜摩擦系數(shù)大，且其差值也大，將容易造成爬行。盡管數(shù)控機床的導(dǎo)軌副廣泛采用了滾動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌或塑料導(dǎo)軌，如果導(dǎo)軌間隙調(diào)整不好，仍會造成爬行或振動。對于靜壓導(dǎo)軌副應(yīng)著重檢查靜壓是否到位，對于塑料導(dǎo)軌可檢查有否雜質(zhì)或異物阻礙導(dǎo)軌副運動，對于滾動導(dǎo)軌則應(yīng)檢查預(yù)緊措施是否良好。關(guān)注導(dǎo)軌副的也有助于分析爬行問題，導(dǎo)軌副狀態(tài)不好，導(dǎo)軌的油不足夠，致使溜板爬行。這時，添加油，且采用具有防爬作用的導(dǎo)軌油是一種非常有效的措施。這種導(dǎo)軌油中有極性添加劑，能在導(dǎo)軌表面形成一層不易破裂的油膜，從而改善導(dǎo)軌的摩擦特性防止爬行。

其次，要檢查進給傳動鏈。因為在進給系統(tǒng)中，伺服驅(qū)動裝置到移動部件之間必定要經(jīng)過由齒輪、絲杠螺母副或其他傳動副所組成的傳動鏈。定位精度下降、反向間隙增大也會使工作臺在進給運動中出現(xiàn)爬行。通過調(diào)整軸承、絲杠螺母副和絲杠本身的預(yù)緊力，調(diào)整松動環(huán)節(jié)，調(diào)整補償環(huán)節(jié)，都可有效地提高這一傳動鏈的扭轉(zhuǎn)和拉壓剛度（即提高其傳動剛度），對于提高運動精度，消除爬行非常有益；另外傳動鏈太長，傳動軸直徑偏小，支承座的剛度不夠也是引起爬行的因素。因此，在檢查時也要考慮這些方面是否有缺陷，逐個排查。

二、分析進給伺服系統(tǒng)原因與對策

如果故障原因在進給伺服系統(tǒng)，則需分別檢查伺服系統(tǒng)中各有關(guān)環(huán)節(jié)。數(shù)控機床的爬行與振動問題屬于速度問題，與進給速度密切相關(guān)，所以也就離不開分析進給伺服系統(tǒng)的速度環(huán)，檢查速度調(diào)節(jié)器故障一是給定信號，二是反饋信號，三是速度調(diào)節(jié)器自身故障。根據(jù)故障特點（如振動周期與進給速度是否成比例變化）檢查電動機或測速發(fā)電機表面是否光整；還可檢查系統(tǒng)插補精度是否太差，檢查速度環(huán)增益是否太高；與位置控制有關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定有無錯誤；伺服單元的短路棒或電位器設(shè)定是否正確；增益電位器調(diào)整有無偏差以及速度控制單元的線路是否良好，應(yīng)對這些環(huán)節(jié)逐項檢查、分類排除。

三、其它因素

有時故障既不是機械部分的原因，又不是進給伺服系統(tǒng)的原因，有可能是其它原因如編程誤差。如FANUC 6M系統(tǒng)數(shù)控機床在一次切削加工時出現(xiàn)過載爬行。經(jīng)過仔細(xì)核查，發(fā)現(xiàn)電動機故障引起過載，更換電動機過載消除，可爬行還是存在。先從機床著手尋找故障原因，結(jié)果核實傳動鏈沒問題，又查進給伺服系統(tǒng)確認(rèn)無故障，隨后對加工程序進行檢查，發(fā)現(xiàn)工件曲線的加工，采用細(xì)微分段圓弧逼近來實現(xiàn)，而在編程中用了G61指令，也即每加工一段就要進行一次到位停止檢查，從而使機床出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，將G61改為G64指令連續(xù)切削，爬行消除。

如果故障既有機械部分的原因，又有進給伺服系統(tǒng)的原因，很難分辨出引起這一故障的主要矛盾，這是制約我們迅速查出故障原因的重要因素。面對這種情況，要進行多方面的檢測，運用機械、電氣、液壓等方面的綜合知識，采取綜合分析判斷，排除故障。

數(shù)控機床是技術(shù)密集和知識密集的設(shè)備，故障現(xiàn)象是多樣的，其表現(xiàn)形式也沒有簡單的規(guī)律可遵循，這就要求維修的技術(shù)人員要有電子技術(shù)、計算機技術(shù)、電氣自動化技術(shù)、檢測技術(shù)、機械理論與實踐技術(shù)、液壓與氣動等較全面的綜合技術(shù)知識，還要求具有綜合分析和解決問題的能力。

參考文獻：

篇5

論文關(guān)鍵詞：自動焊接,數(shù)學(xué)模型,控制

為保證焊接產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性、提高生產(chǎn)效率、適應(yīng)先進制造技術(shù)的發(fā)展要求，實現(xiàn)焊接自動化生產(chǎn)已經(jīng)成為必然的趨勢。本研究課題針對目前在實際生產(chǎn)中復(fù)雜空間取消焊縫焊接任務(wù)所占比重較大、而且難以人工焊接實現(xiàn)，以及國內(nèi)相關(guān)技術(shù)研究較少的現(xiàn)狀，對多功能自動焊接伺服控制技術(shù)進行了研究。

1自動焊接開放式數(shù)控系統(tǒng)

基于開放式數(shù)控系統(tǒng)的焊接數(shù)控系統(tǒng)是一個結(jié)構(gòu)開放，功能模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化性能強大的焊接數(shù)字化系統(tǒng)，將改變傳統(tǒng)的焊接數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)封閉的局面，解決變化頻繁的需求與封閉控制系統(tǒng)之間的矛盾，從而建立一個統(tǒng)一的可重構(gòu)的系統(tǒng)平臺，增強系統(tǒng)的柔性。同時，自動焊接開放式數(shù)控系統(tǒng)具備以下有點：成本低，軟件開發(fā)環(huán)境完備，軟件資源豐富，可移植性可擴展性互補性均較好等。

本文所設(shè)計的自動焊接機床，可焊接多種類型的工件，實時控制系統(tǒng)各模塊之間保留了統(tǒng)一的接口，根據(jù)用戶的需要可隨時添加所需的模塊，既滿足了用戶的需要，又提高了該機床的實用性。

2 設(shè)計

2.1機床本體的設(shè)計

自動焊接機床主要包括機床本體和焊接設(shè)備兩部分。機床本體由機械部分和控制柜(硬件及軟件)組成。而焊接裝備，以弧焊及點焊為例，則由焊接電源(包括其控制系統(tǒng))、送絲機(弧焊)、焊槍(鉗)等部分組成。本研究以復(fù)雜空間曲線接縫(如管與管之間以任何角度連接接縫)自動焊接實現(xiàn)為目標(biāo)，研制開發(fā)一臺可實現(xiàn)五軸聯(lián)動的多功能自動焊接床的機械及伺服執(zhí)行機構(gòu)。

2.2構(gòu)建伺服控制硬件系統(tǒng)

該機床利用計算機和普通的I/O卡加步進電機和驅(qū)動器構(gòu)成伺服控制系統(tǒng)。采用“通用I/O卡+專用計算機軟件”來實現(xiàn)對步進電機的控制，不僅經(jīng)濟實惠，而且具有非常好的靈活性和友好的軟件用戶界面，必要的時候可以實現(xiàn)一臺電腦同時對幾十個步進電機的直接控制，或發(fā)揮它的網(wǎng)絡(luò)功能應(yīng)用于復(fù)雜的工程系統(tǒng)控制。采用通用“I/O卡+專用計算機軟件”控制的步進電機的數(shù)量取決于I/O卡的位數(shù)和驅(qū)動器所需的控制信號數(shù)。通常情況下，步進電機驅(qū)動器的細(xì)分設(shè)置由硬件來完成，所以一般的驅(qū)動器只需要兩個信號：脈沖信號和正反轉(zhuǎn)信號，當(dāng)需要實現(xiàn)軟件方式控制驅(qū)動器的細(xì)分?jǐn)?shù)時，還需要細(xì)分控制信號。系統(tǒng)各部件原理如圖1所示。輸入設(shè)備包括鍵盤、控制桿等，通用數(shù)字輸入輸出卡采用AC4161型，有16路的輸入輸出通道，因此最多可以同時控制五個步進電機，其中三個采用75BF001型號，分別控制X、Y、Z三個方向的位移，保持轉(zhuǎn)矩為0.39N*m，最大相電流3A，步距角1.5度，空載啟動頻率為1.75Hz。

3 關(guān)鍵技術(shù)及實現(xiàn)

3.1建立三維空間中的數(shù)學(xué)模型及插補算法

在機床的硬件平臺搭建后之后，如何控制焊槍及工作臺的精確運動從而實現(xiàn)相貫線焊縫的焊接就成為需重點解決的問題。本文采取了首先建立數(shù)學(xué)模型，并在保證插補誤差和焊接精度的基礎(chǔ)上，將工件相交而成的連續(xù)焊縫采用等時間間隔的插補方法離散成一系列的微小直線段，然后將所獲得的位移量通過精插補算法轉(zhuǎn)換成可以通過開關(guān)量卡發(fā)送的脈沖數(shù)據(jù)，最終控制步進電機驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)完成對相貫線焊縫的焊接。

以相交圓柱管相貫線接縫焊接為例，數(shù)學(xué)模型的建立：

設(shè)相交兩圓柱管(主管和支管)的半徑分別為R和r，且R>r，如圖2所示，坐標(biāo)原點O是兩圓柱管軸線的交點，兩圓柱管軸線OV和OW的交角為α。焊接時，工件固定在工作臺上，工作臺沿x、y軸移動，焊槍沿z軸上下移動，同時還可以O(shè)′為定點繞X軸和Y軸轉(zhuǎn)動，通過這五個軸向的運動控制，就可實現(xiàn)相貫線焊縫的自動焊接。由此可得半徑分別為R和r的兩個圓柱管相交所形成的相貫線接縫φ(θ)在O′XYZ坐標(biāo)系中的方程：

其中，θ是支管上的旋轉(zhuǎn)角。

完成實時焊接的伺服控制的首要任務(wù)就是對焊接軌跡進行插補運算。插補就是按給定曲線生成相應(yīng)逼近軌跡的方法，其實質(zhì)是對給定曲線進行數(shù)據(jù)點的密化。本文采用等長直線段逼近相貫線焊縫，即在保證給定逼近誤差的前提下，用等長直線段代替圓弧段，這種插補方法的計算簡單，雖然加工精度不如采用圓弧段逼近的方式，但卻完全能夠滿足焊接加工的精度要求。

3.2 自動焊接軟件系統(tǒng)平臺的開發(fā)

該系統(tǒng)的精插補過程由軟件和硬件共同實現(xiàn)，由軟件計算出控制信號的輸出時間間隔和應(yīng)該向步進電機發(fā)送的高低電平數(shù)據(jù)，由硬件接口板實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸出。編制運動控制軟件實現(xiàn)精插補的過程有兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)：一是如何得到比較精確的延時時間間隔；二是如何將單個電機的控制脈沖序列進行合并，最終實現(xiàn)自動焊接機床五個軸的聯(lián)動。本研究利用Delphi軟件構(gòu)建操作軟件系統(tǒng)平臺，以界面友好為設(shè)計目標(biāo)，按照功能進行模塊化設(shè)計，實現(xiàn)自動焊接數(shù)據(jù)處理、制等需要的各種操作。

4 系統(tǒng)精度的分析與改善

本文所設(shè)計自動焊接數(shù)控機床是采用步進電機作為驅(qū)動源，與相應(yīng)的驅(qū)動電路結(jié)合組成的開環(huán)控制系統(tǒng)。在步進電機驅(qū)動系統(tǒng)中，影響伺服精度的主要因素有以下幾個方面： 步進電機誤差、齒隙誤差、導(dǎo)軌誤差及熱變形影響等。

對于步進電機誤差可采取減小步距角的方法來改善。當(dāng)傳動比一定時，隨著步距角的減小，脈沖當(dāng)量也隨之減小，從而提高機床的精度。當(dāng)電機選定之后，驅(qū)動器細(xì)分電路可進一步降低機床的脈沖當(dāng)量，當(dāng)步進電機運行在細(xì)分模式下時，步距角顯著減小，轉(zhuǎn)子達到新的穩(wěn)定點之后所具有的動量變小，振動變小，提高了步進電機低速段運行的平滑性；在軟件方面，通過對插補周期和插補步長的控制，使步進電機的運行頻率盡量避開其低頻振蕩區(qū)間，保證步進電機的運行平穩(wěn)性。

對于齒隙誤差，主要采取以下兩種改善措施：將中心距設(shè)計為可調(diào)機構(gòu)，調(diào)節(jié)中心距消除齒隙；雙片齒輪加載扭簧消除齒輪本身誤差引起的間隙?？赏ㄟ^提高導(dǎo)軌精度來改善導(dǎo)軌誤差。

參考文獻

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[3] 周驥平，林崗，機械制造自動化技術(shù)[M]，北京：機械工業(yè)出版社，2001。

篇6

【論文摘要】：隨著計算機業(yè)的快速發(fā)展，數(shù)控技術(shù)也發(fā)生了根本性的變革，是近年來應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)展十分迅速的一項綜合性的高新技術(shù)，文章結(jié)合國內(nèi)外情況，分析了數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢。

1.引言

數(shù)控技術(shù)是一門集計算機技術(shù)、自動化控制技術(shù)、測量技術(shù)、現(xiàn)代機械制造技術(shù)、微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)等多學(xué)科交叉的綜合技術(shù)，是近年來應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)展十分迅速的一項綜合性的高新技術(shù)。它是為適應(yīng)高精度、高速度、復(fù)雜零件的加工而出現(xiàn)的，是實現(xiàn)自動化、數(shù)字化、柔性化、信息化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代機床裝備的靈魂和核心，有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和廣闊的應(yīng)用前景。

2.國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展概況

隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達國家投入巨資，對現(xiàn)代制造技術(shù)進行研究開發(fā)，提出了全新的制造模式。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革，由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎(chǔ)上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調(diào)節(jié)與補償各項參數(shù)，實現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理。

長期以來，我國的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結(jié)構(gòu)，CNC只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗以固定參數(shù)形式事先設(shè)定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統(tǒng)進行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環(huán)節(jié)，整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機構(gòu)。在復(fù)雜環(huán)境以及多變條件下，加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉(zhuǎn)速、進給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數(shù)，無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機因素實時動態(tài)調(diào)整，更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機修正CAD/CAM中的設(shè)定量，因而影響CNC的工作效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量。由此可見，傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉式體系結(jié)構(gòu)，限制了CNC向多變量智能化控制發(fā)展，己不適應(yīng)日益復(fù)雜的制造過程，因此，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進制造技術(shù)已成為我們國家加速經(jīng)濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。

3.數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢

數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè)的發(fā)展起著越來越重要的作用。從目前世界上數(shù)控技術(shù)發(fā)展的趨勢來看，主要有如下幾個方面：

3.1高精度、高速度的發(fā)展趨勢

盡管十多年前就出現(xiàn)高精度高速度的趨勢，但是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是沒有止境的，高精度、高速度的內(nèi)涵也在不斷變化，目前正在向著精度和速度的極限發(fā)展。

效率、質(zhì)量是先進制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術(shù)研究會將其列為5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國際生產(chǎn)工程學(xué)會將其確定為21世紀(jì)的中心研究方向之一。在轎車工業(yè)領(lǐng)域，年產(chǎn)30萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是40秒/輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點問題之一；在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料"掏空"的方法來制造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結(jié)方式拼裝，使構(gòu)件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。

3.25軸聯(lián)動加工和復(fù)合加工機床快速發(fā)展

采用5軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認(rèn)為，1臺5軸聯(lián)動機床的效率可以等于2臺3軸聯(lián)動機床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進行高速銑削淬硬鋼零件時，5軸聯(lián)動加工可比3軸聯(lián)動加工發(fā)揮更高的效益。但過去因5軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，其價格要比3軸聯(lián)動數(shù)控機床高出數(shù)倍，加之編程技術(shù)難度較大，制約了5軸聯(lián)動機床的發(fā)展。當(dāng)前由于電主軸的出現(xiàn)，使得實現(xiàn)5軸聯(lián)動加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡化，其制造難度和成本大幅度降低，數(shù)控系統(tǒng)的價格差距縮小。因此促進了復(fù)合主軸頭類型5軸聯(lián)動機床和復(fù)合加工機床（含5面加工機床）的發(fā)展。3.3智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢

21世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動生成；為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應(yīng)運算、自動識別負(fù)自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應(yīng)用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問題。

目前許多國家對開放式數(shù)控系統(tǒng)進行研究，數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運行平臺上，面向機床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象（數(shù)控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明個性的名牌產(chǎn)品。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求，也是實現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。國內(nèi)外一些著名數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機，反映了數(shù)控機床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢。

4.結(jié)束語

隨著人們對數(shù)控技術(shù)重視，它的發(fā)展越發(fā)迅速。文中簡要陳述當(dāng)前的發(fā)展趨勢，另外數(shù)控技術(shù)的正不斷走向集成化，并行化，仍有廣闊的發(fā)展空間。

參考文獻

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篇7

關(guān)鍵詞：組合機床 液壓傳動 工況分析 液壓泵站

引言

組合機床是一種工序集中的高效率專用機床，它具有加工范圍較廣、自動化程度較高，經(jīng)濟性好等優(yōu)點，故在機械制造業(yè)的成批和大量生產(chǎn)中得到普遍應(yīng)用。S195柴油機在生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，鏜孔是其機體加工中最重要的工序，故提供高精度的組合機床對提高S195柴油機生產(chǎn)效率有重要作用。液壓傳動裝置是本組合機床的動力源，液壓傳動技術(shù)是在在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛的一種傳動技術(shù)，液壓技術(shù)發(fā)展到今天已經(jīng)成為一門重要的自動化技術(shù)，是衡量一個國家工業(yè)化水平的重要標(biāo)志。

1液壓技術(shù)的發(fā)展及S195柴油機鏜孔組合機床液壓系統(tǒng)概述

1.1液壓技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展趨勢

近年來，國外、國內(nèi)液壓技術(shù)由于廣泛應(yīng)用了高新技術(shù)成果，如自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、磨擦磨損技術(shù)、可靠性技術(shù)及新工藝和新材料，使傳統(tǒng)技術(shù)有了新的發(fā)展，也使液壓系統(tǒng)和元件的質(zhì)量、水平有一定的提高。主要的發(fā)展趨勢將集中在以下幾個方面：1.減少能耗，充分利用能量 2.主動維護和故障預(yù)測 3.機電一體化。液壓技術(shù)作為便捷和廉價的自動化技術(shù)，有著良好的前景。其產(chǎn)品不僅在機電、輕紡、家電等傳統(tǒng)領(lǐng)域有著很大的市場，且在新興的產(chǎn)業(yè)如信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)、生物制品業(yè)、微納精細(xì)加工等領(lǐng)域都有廣闊的發(fā)展空間。

1.2 S195柴油機組合機床液壓傳動系統(tǒng)

組合機床液壓傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)這樣布置：其動力箱安裝在滑臺上，動力箱上的電動機帶動刀具實現(xiàn)運動?；_采用液壓驅(qū)動，完成刀具的進給運動，根據(jù)不同的加工需要可實現(xiàn)多種進給工作循環(huán)。

一個完整的液壓系統(tǒng)由五個部分組成，即動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件和液壓油。動力元件的作用是將原動機的機械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，指液壓系統(tǒng)中的油泵，它向整個液壓系統(tǒng)提供動力。液壓泵的結(jié)構(gòu)形式一般有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。執(zhí)行元件（如液壓缸和液壓馬達）的作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，驅(qū)動負(fù)載作直線往復(fù)運動或回轉(zhuǎn)運動。 控制元件（即各種液壓閥）在液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)液體的壓力、流量和方向。根據(jù)控制功能的不同，液壓閥可分壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥又分為溢流閥（安全閥）、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等；流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)整閥、分流集流閥等；方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、梭閥、換向閥等。根據(jù)控制方式不同，液壓閥可分為開關(guān)式控制閥、定值控制閥和比例控制閥。輔助元件包括油箱、濾油器、油管及管接頭、密封圈、壓力表、油位油溫計等。液壓油是液壓系統(tǒng)中傳遞能量的工作介質(zhì)。

2液壓系統(tǒng)的設(shè)計過程概述

2.1明確液壓系統(tǒng)設(shè)計要求

明確液壓系統(tǒng)設(shè)計要求，明確主機的工藝、結(jié)構(gòu)、工作情況及技術(shù)特性，從而確定哪些機構(gòu)需要采用液壓傳動，所需執(zhí)行元件的形式和數(shù)量，對執(zhí)行元件的工作范圍、尺寸、重量和安裝等到有何限制。明確各執(zhí)行元件的動作順序或自動工作循環(huán)的周期。明確主機對液壓系統(tǒng)的性能要求及系統(tǒng)的工作環(huán)境。

2.2對所加工零件進行工藝分析

2.3液壓系統(tǒng)設(shè)計步驟

1.工況分析，確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的基本依據(jù)，包括液壓執(zhí)行元件的動力分析（負(fù)載循環(huán)圖）和運動分析（運動循環(huán)圖）。2.確定主要參數(shù)，編制液壓執(zhí)行元件工況圖，其參數(shù)包括壓力、流量和功率。3.擬定液壓系統(tǒng)圖，主要包括兩項內(nèi)容：一是通過分析對比選擇合適的液壓回路；二是把選出的液壓回路拼搭組合成完整的液壓系統(tǒng)。4.選擇和設(shè)計液壓元件，在滿足性能要求的前提下，應(yīng)盡量選用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)液壓元件。5.驗算液壓系統(tǒng)技術(shù)性能，作也評價和判斷。驗算內(nèi)容一般包括：系統(tǒng)壓力損失，系統(tǒng)效率，系統(tǒng)發(fā)熱與溫升，液壓沖擊等。6.設(shè)計電氣控制系統(tǒng)7.確定液壓裝置的結(jié)構(gòu)形式和元件配置方式，包括動力源，控制，調(diào)節(jié)裝置等，分為集中配置和分散配置兩種結(jié)構(gòu)形式。8.繪制正式工作圖，編制技術(shù)文件。正式工件圖包括液壓系統(tǒng)原理圖，各種裝配圖（管路裝配圖、非通用泵站裝配圖、電氣控制系統(tǒng)圖）和各種非標(biāo)準(zhǔn)液壓元、輔件裝配圖和零件圖等。9.液壓系統(tǒng)的安裝調(diào)試。

3液壓泵站的簡介

液壓泵站是液壓系統(tǒng)的動力源，它向系統(tǒng)提供一定壓力、流量和清潔度的工作介質(zhì)，是液壓系統(tǒng)的重要組成部分。液壓泵站適用于主機與液壓裝置可分義的各種液壓機械上。

泵組布置在油箱之上的上置式液壓泵站，當(dāng)電機采用立式安裝，液壓泵置于油箱內(nèi)時，稱炎立式液壓泵站；當(dāng)電機采用臥式安裝，液壓泵置于油箱之上時，稱為臥式液壓泵站。上置式液壓泵站占地小，結(jié)構(gòu)緊湊，液壓泵置于油箱內(nèi)的立式安裝噪聲低。這種結(jié)構(gòu)在中、小功率液壓泵站中被廣泛采用。

將泵組布置在底座或地基上的非上置式液壓泵站，如果泵組座落在與油箱一體的公用底座，上則稱為整體型液壓泵站；將泵組單獨安裝在地基上的則稱為分離型液壓泵站。整體型液壓泵站又可分為旁置之不理式液壓泵站和下置式液壓泵站。非上置式液壓泵由于液壓泵置于油箱液面以下，能有效地改善液壓泵的吸入性能。這種泵站裝置高度低，便于維修，但占地面積大。因此，適用于泵的吸入允許高度受限制，傳動功率大，而使用空間不受限制以及開機率低，使用時又要求很快投入運行的場合。

4 結(jié)論

本文介紹了S195柴油機鏜孔組合機床液壓傳動系統(tǒng)的的結(jié)構(gòu)和設(shè)計過程，論文表明采用液壓傳動方式的組合機床具有諸多顯著優(yōu)點。

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篇8

對于數(shù)控機床來說，合理的日常維護措施，可以有效的預(yù)防和降低數(shù)控機床的故障發(fā)生幾率。

首先，針對每一臺機床的具體性能和加工對象制定操作規(guī)程建立工作、故障、維修檔案是很重要的。包括保養(yǎng)內(nèi)容以及功能器件和元件的保養(yǎng)周期。

其次，在一般的工作車間的空氣中都含有油霧、灰塵甚至金屬粉末之類的污染物，一旦他們落在數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)的印制線路或電子器件上，很容易引起元器件之間絕緣電阻下降，甚至倒是元器件及印制線路受到損壞。所以除非是需要進行必要的調(diào)整及維修，一般情況下不允許隨便開啟柜門，更不允許在使用過程中敞開柜門。

另外，對數(shù)控系統(tǒng)的電網(wǎng)電壓要實行時時監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)超出正常的工作電壓，就會造成系統(tǒng)不能正常工作，甚至?xí)饠?shù)控系統(tǒng)內(nèi)部電子部件的損壞。所以配電系統(tǒng)在設(shè)備不具備自動檢測保護的情況下要有專人負(fù)責(zé)監(jiān)視，以及盡量的改善配電系統(tǒng)的穩(wěn)定作業(yè)。

當(dāng)然很重要的一點是數(shù)控機床采用直流進給伺服驅(qū)動和直流主軸伺服驅(qū)動的，要注意將電刷從直流電動機中取出來，以免由于化學(xué)腐蝕作用，是換向器表面腐蝕，造成換向性能受損，致使整臺電動機損壞。這是非常嚴(yán)重也容易引起的故障。

2.數(shù)控機床一般的故障診斷分析

2.1檢查

在設(shè)備無法正常工作的情況下，首先要判斷故障出現(xiàn)的具置和產(chǎn)生的原因，我們可以目測故障板，仔細(xì)檢查有無由于電流過大造成的保險絲熔斷，元器件的燒焦煙熏，有無雜物斷路現(xiàn)象，造成板子的過流、過壓、短路。觀察阻容、半導(dǎo)體器件的管腳有無斷腳、虛焊等，以此可發(fā)現(xiàn)一些較為明顯的故障，縮小檢修范圍，判斷故障產(chǎn)生的原因。

2.2系統(tǒng)自診斷

數(shù)控系統(tǒng)的自診斷功能隨時監(jiān)視數(shù)控系統(tǒng)的工作狀態(tài)。一旦發(fā)生異常情況，立即在CRT上顯示報警信息或用發(fā)光二級管指示故障的大致起因，這是維修中最有效的一種方法。近年來隨著技術(shù)的發(fā)展，興起了新的接口診斷技術(shù)，JTAG邊界掃描，該規(guī)范提供了有效地檢測引線間隔致密的電路板上零件的能力，進一步完善了系統(tǒng)的自我診斷能力。

2.3功能程序測試法

功能程序測試法就是將數(shù)控系統(tǒng)的常用功能和特殊功能用手工編程或自動變成的方法，編制成一個功能測試程序，送人數(shù)控系統(tǒng)，然后讓數(shù)控系統(tǒng)運行這個測試程序，借以檢查機床執(zhí)行這些功能的準(zhǔn)確定和可靠性，進而判斷出故障發(fā)生的可能原因。

2.4接口信號檢查

通過用可編程序控制器在線檢查機床控制系統(tǒng)的接回信號，并與接口手冊正確信號相對比，也可以查出相應(yīng)的故障點。

2.5診斷備件替換法

隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，電路的集成規(guī)模越來越大技術(shù)也越來越復(fù)雜，按常規(guī)方法，很難把故障定位到一個很小的區(qū)域，而一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，為了縮短停機時間，在沒有診斷備件的情況下可以采用相同或相容的模塊對故障模塊進行替換檢查，對于現(xiàn)代數(shù)控的維修，越來越多的情況采用這種方法進行診斷，然后用備件替換損壞模塊，使系統(tǒng)正常工作，盡最大可能縮短故障停機時間。

上述診斷方法，在實際應(yīng)用時并無嚴(yán)格的界限，可能用一種方法就能排除故障，也可能需要多種方法同時進行。最主要的是根據(jù)診斷的結(jié)果間接或直接的找到問題的關(guān)鍵，或維修或替換盡快的恢復(fù)生產(chǎn)。3數(shù)控機床故障診斷實例

由于數(shù)控機床的驅(qū)動部分是強弱電一體的，是最容易發(fā)生問題的。因此將驅(qū)動部分作簡單介紹：驅(qū)動部分包括主軸驅(qū)動器和伺服驅(qū)動器，有電源模塊和驅(qū)動模塊兩部分組成，電源模塊是將三相交流電有變壓器升壓為高壓直流，而驅(qū)動部分實際上是個逆變換，將高壓支流轉(zhuǎn)換為三相交流，并驅(qū)動伺服電機，完成個伺服軸的運動和主軸的運轉(zhuǎn)。因此這部分最容易出故障。以CJK6136數(shù)控機床和802S數(shù)控系統(tǒng)的故障現(xiàn)象為例，主要分析一下控制電路與機械傳動接口的故障維修。

如在數(shù)控機床在加工過程中，主軸有時能回參考點有時不能。在數(shù)控操作面板上，主軸轉(zhuǎn)速顯示時有時無，主軸運轉(zhuǎn)正常。分析出現(xiàn)的故障原因得該機床采用變頻調(diào)速，其轉(zhuǎn)速信號是有編碼器提供，所以可排除編碼器損壞的可能，否則根本就無法傳遞轉(zhuǎn)速信號了。只能是編碼器與其連接單元出現(xiàn)問題。兩方面考慮，一是可能和數(shù)控系統(tǒng)連接的ECU連接松動，二是可能可和主軸的機械連接出現(xiàn)問題。由此可以著手解決問題了。首先檢查編碼器與ECU的連接。若不存在問題，就卸下編碼器檢查主傳動與編碼器的連接鍵是否脫離鍵槽，結(jié)果發(fā)現(xiàn)就是這個問題。修復(fù)并重新安裝就解決了問題。

數(shù)控機床故障產(chǎn)生的原因是多種多樣的，有機械問題、數(shù)控系統(tǒng)的問題、傳感元件的問題、驅(qū)動元件的問題、強電部分的問題、線路連接的問題等。在檢修過程中，要分析故障產(chǎn)生的可能原因和范圍，然后逐步排除，直到找出故障點，切勿盲目的亂動，否則，不但不能解決問題。還可能使故障范圍進一步擴大?？傊诿鎸?shù)控機床故障和維修問題時，首先要防患于未燃，不能在數(shù)控機床出現(xiàn)問題后才去解決問題，要做好日常的維護工作和了解機床本身的結(jié)構(gòu)和工作原理，這樣才能做到有的放矢。

參考文獻

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篇9

中圖分類號：TP27文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791(2012)04(A)-0000-00

可以說在當(dāng)今全世界的機床制造業(yè)中，數(shù)控系統(tǒng)起著舉足輕重的作用。作為高尖端技術(shù)之一的數(shù)控系統(tǒng)集機械制造、自動控制、計算機、測量以及電氣傳動等技術(shù)于一身，各方面功能均十分強大。通過筆者對當(dāng)前數(shù)控系統(tǒng)市場的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，一些中高檔的數(shù)控系統(tǒng)基本采用的都是以PC機為控制平臺實現(xiàn)對步進電機進行驅(qū)動控制的。雖然這種控制方式具有性能優(yōu)良、功能齊全、響應(yīng)速度快等特點，但其價格卻相對比較昂貴。對于生產(chǎn)企業(yè)來講，需要的是一種既能滿足生產(chǎn)需求，價格又相對低廉的數(shù)控系統(tǒng)。為此，本文將單片機測控技術(shù)應(yīng)用到數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)中，以此來實現(xiàn)這一需求。

1 基于單片機的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計思路

基于單片機的數(shù)控系統(tǒng)，能夠根據(jù)用戶的實際需求以及CPU種類的不同實現(xiàn)產(chǎn)品細(xì)分，并以此使設(shè)計出來數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品具有系列化的特征。通過對市場的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，人們對數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品的需求大致可分為以下兩類：

1.1 單片機加實時操作系統(tǒng)

以這種形式構(gòu)成的數(shù)控系統(tǒng)主要都是一些中高端的系統(tǒng)，它們的功能相對來講比較豐富，可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息共享，而且還可以進行閉環(huán)控制，精確度相當(dāng)高。其中操作系統(tǒng)是確保任務(wù)實時性的關(guān)鍵。在此類數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)中，使用較多的單片機為ARM系列等，實時系統(tǒng)則為Windows、RT-Linux等。這種類型的數(shù)控系統(tǒng)常被用于對精度要求較高或是聯(lián)動數(shù)目在四軸以上的數(shù)控機床當(dāng)中。

1.2 單片機加控制模塊

在此類組成結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)當(dāng)中，由于采用的是控制模塊，而不是實時操作系統(tǒng)，所以各個任務(wù)的實時性均是由系統(tǒng)中的控制軟件以及處理器的中斷等予以保證的。此類系統(tǒng)應(yīng)用的單片機主要以高性能的CPU為主，這樣能夠有效地確保系統(tǒng)的運算速度符合插補和管理等功能的需要。這種系統(tǒng)通常僅能滿足三軸聯(lián)動和四軸聯(lián)動的數(shù)控機床的需求。

通過上述分析不難看出，研發(fā)不同等級的數(shù)控系統(tǒng)，只需要根據(jù)用戶的實際需求，采用的不同平臺，然后在平臺中對系統(tǒng)的主要功能略作改進，便能夠開發(fā)出滿足用戶需要的數(shù)控系統(tǒng)。這在一定程度上避免了基于單片機的數(shù)控系統(tǒng)研發(fā)的缺點，有效地減少了重復(fù)性工作，從而使整個研發(fā)周期相應(yīng)地縮短很多。若是將數(shù)控系統(tǒng)中的主要技術(shù)模塊進行總結(jié)和提煉，便可以組成一個系統(tǒng)平臺，在此基礎(chǔ)上對相應(yīng)的功能進行適當(dāng)?shù)貏h減或增添，便可以完成系統(tǒng)的研發(fā)。這就是基于單片機的數(shù)控系統(tǒng)的基本設(shè)計思路。

2 基于單片機測控的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計原則

任何一種數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵均在于其軟件及硬件的設(shè)計，應(yīng)用單片機測控技術(shù)的數(shù)控系統(tǒng)也不例外，下面簡要介紹一下軟件及硬件在實際設(shè)計過程中需要遵循的主要原則：

2.1 規(guī)范化原則

一個數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計研發(fā)，最忌諱的就是重復(fù)開發(fā)，這樣不僅會浪費大量的時間，而且也會浪費大量的資源，所以在進行軟件及硬件設(shè)計過程中，必須有一個規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，以此來規(guī)范系統(tǒng)的通訊協(xié)議以及軟硬件界面，可以使設(shè)備生產(chǎn)商和控制器制造商均能在相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)下進行研發(fā)和生產(chǎn)，以此來杜絕重復(fù)性開發(fā)的情況發(fā)生，減少資源的浪費。為此，在進行系統(tǒng)軟硬件設(shè)計時，必須遵循規(guī)范化原則。

2.2 系列化、標(biāo)準(zhǔn)化原則

在系統(tǒng)硬件的設(shè)計過程中，應(yīng)以系列化和標(biāo)準(zhǔn)化的原則進行設(shè)計，這樣有利于提高系統(tǒng)整體的實時性和可靠性。通過對系統(tǒng)通訊方式、CPU結(jié)構(gòu)、運動及輔助控制等的模塊化處理，根據(jù)實際功能的不同制成所需的模塊，借此來實現(xiàn)系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，同時模塊與模塊之間還可通過預(yù)先定義好的標(biāo)準(zhǔn)化接口實現(xiàn)通訊。

2.3 開放性原則

在進行系統(tǒng)軟件設(shè)計時，為有效地降低系統(tǒng)軟件對硬件的依賴性，應(yīng)使軟件平立于系統(tǒng)硬件之外，并且也要將軟件設(shè)計成為模塊化，這樣有利于實現(xiàn)系統(tǒng)軟件的開放性。對于整個數(shù)控系統(tǒng)而言，設(shè)計一個獨立的軟件平臺是較為重要的。由于書庫系統(tǒng)本身都具有多任務(wù)性和實時性，所以軟件平臺的構(gòu)建也應(yīng)以此為前提，同時軟件平臺的基本功能還應(yīng)實現(xiàn)典型化和模塊化，從而使每個功能模塊之間均能實現(xiàn)相互獨立和統(tǒng)一調(diào)度。這樣的軟件設(shè)計可以適應(yīng)不同的硬件系統(tǒng)，進而實現(xiàn)了軟件的開放性和獨立性。

3 單片機測控技術(shù)在數(shù)控系統(tǒng)中的具體應(yīng)用及實現(xiàn)

基于以上的設(shè)計思路及設(shè)計原則，下面筆者以一種數(shù)控鉆銑床為例，對單片機測控技術(shù)的應(yīng)用及實現(xiàn)進行分析。

3.1 數(shù)控鉆銑床的基本功能及具體控制方案

由于該數(shù)控機床是鉆、銑相結(jié)合的一類機床，為此先簡要介紹一下該數(shù)控機床的加工順序：首先，工作臺就位，然后鉆頭鉆進，鉆孔后鉆頭快退，移至下一位置繼續(xù)重復(fù)上述動作，直至全部鉆孔完畢為止后，工作臺恢復(fù)原位。銑削的加工順序基本與之相同。因本系統(tǒng)屬于鉆、銑一體的機床，故此在其各方面參數(shù)均滿足實際加工要求的前提下，決定采用連續(xù)控制系統(tǒng)對其加工進行控制，具體控制方案為采用單片機控制的步進電動機對系統(tǒng)工作臺進行開環(huán)控制。當(dāng)進給指令由單片機系統(tǒng)發(fā)出后，經(jīng)過功率放大后對步進電動機的旋轉(zhuǎn)角度進行驅(qū)動，然后經(jīng)由齒輪減速器帶動絲杠進行旋轉(zhuǎn)，直線位移的完成主要依靠絲杠螺母的轉(zhuǎn)換，具體移動速度及位移量的大小由輸入脈沖數(shù)及脈沖頻率決定。

3.2 單片機測控系統(tǒng)的主要功能

該數(shù)控系統(tǒng)中，單片機采用的是集中控制方式，對于系統(tǒng)中的各項任務(wù)采取的是分時處理進行的，如插補運算、CRT顯示、輸入輸出控制以及存儲等等。測控系統(tǒng)的主要功能如下：其一，初始化處理。主要是對I/O接口、步進電動機旋轉(zhuǎn)頻率定時器以及中斷等進行初始化；其二，復(fù)位功能。機床開機工作時工作臺應(yīng)自行恢復(fù)至初始加工位置，如有需要也可盡心手動復(fù)位；其三，監(jiān)視功能。具體是對開關(guān)、鍵盤以及按鍵等進行監(jiān)視，如監(jiān)視行程開關(guān)、急停按鍵等；其四，加工數(shù)據(jù)的輸出和顯示功能；其五，超程控制機報警功能。當(dāng)工作臺在進行實際加工過程中，若超出規(guī)定的位置則立即停止工作，并相應(yīng)的做出報警顯示；其六，控制方式選擇功能。主要包括手動和自動兩種控制方式，有特殊要求時可進行控制方式切換。

3.3 測控功能的實現(xiàn)

（1）硬件設(shè)計。按照該數(shù)控機床工作臺的實際測控要求，決定采用STC12C5A62S2系列單片機作為主控制器，并行設(shè)置44個I/O控制接口和雙UART串口，電路為MAX810專用復(fù)位電路，2路8位PWM/16位PCA模塊，8路10位精度ADC，其轉(zhuǎn)換速度最高可達到250K/S，即每秒25萬次，F(xiàn)lash ROM60K，SRAM 1208字節(jié)。這一系列的單片機具有以下特點：可靠性高、反應(yīng)速度快、功耗低、價格便宜、抗靜電及抗干擾能力超強，無需對片外存儲空間進行擴展，便可用于數(shù)控機床工作臺的電動機控制，本身自帶PWM/PCA和A/D，不需要在配置外部檢測電路。為使加工數(shù)據(jù)能夠順利輸入到系統(tǒng)當(dāng)中，采用矩陣鍵盤，規(guī)格為4×8；加工數(shù)據(jù)顯示器則采用6位LED顯示器，以便于顯示加工數(shù)據(jù)信息；為確保開機指示電源能夠正常工作，電源指示燈決定采用發(fā)光二極管；為有效地控制步進電動機的旋轉(zhuǎn)速度，決定采用I/O口對脈沖分配器的輸出信號進行控制，再經(jīng)由功率放大電路及光電隔離器后傳送至步進電動機線圈當(dāng)中；為對機床工作臺的超程進行監(jiān)視及報警功能的實現(xiàn)，決定采用全行程開關(guān)作為監(jiān)視信號進行輸入，并采用發(fā)光二極管作為超程報警指示燈。

（2）軟件設(shè)計。如果將測控硬件系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)，看作是整個數(shù)控系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)的話，那么系統(tǒng)軟件的設(shè)計實現(xiàn)則是測控系統(tǒng)整體控制思路、控制方式以及控制過程的體現(xiàn)。測控系統(tǒng)各個功能的實現(xiàn)，需要應(yīng)用到單片機的如下技術(shù)，其中主要包括中斷、定時、LED顯示以及鍵盤掃描等技術(shù)。系統(tǒng)軟件設(shè)計主要以模塊化結(jié)構(gòu)為主，下面對各個模塊的具體功能進行介紹：①主模塊。該模塊主要負(fù)責(zé)完成測控系統(tǒng)的各項管理工作，數(shù)控系統(tǒng)開機后會自行進入到管理模塊當(dāng)中，然后接收并執(zhí)行由機床操作者發(fā)出的操作指令。在這一模塊當(dāng)中，需要對鍵盤上各個相關(guān)案件的功能進行自定義，以此來確定接收指令的形式以及實現(xiàn)加工數(shù)據(jù)的輸入和、自動鉆銑加工、急停等操作功能；②自動加工測控模塊。按照該數(shù)控機床工作臺的實際工作需要，自動加工應(yīng)包括鉆削和銑削兩部分。所以在該模塊中設(shè)計兩個子模塊分別用于鉆削和銑削的測控；③步進電動機控制模塊。該模塊主要是對電動機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角以及方向等進行控制。在對這一模塊進行設(shè)計時，應(yīng)重點考慮電動機運轉(zhuǎn)時會出現(xiàn)一個加速或減速的過程，這樣有利于解決突然啟停時，慣性及負(fù)載造成電機損壞的問題?？梢酝ㄟ^對進給脈沖的時間間隔及具體脈沖數(shù)進行確定，來實現(xiàn)對電機速度及轉(zhuǎn)角的控制?？刂茣r間常數(shù)可預(yù)先定義好后存儲到程序當(dāng)中，并以此作為對步進電動機運行控制的基本參數(shù)，然后利用單片機本身自帶的定時器功能，并以中斷的方式來實現(xiàn)對電動機頻率的控制。

由于該單片機中集成有可編程的應(yīng)用程序，故此無需設(shè)計專用的仿真器及編程器。通過將單片機測控技術(shù)應(yīng)用到數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)中，使得系統(tǒng)自動化功能的實現(xiàn)變得更加簡單、各方面性能也更為可靠。

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篇10

關(guān)鍵詞：CNC工具磨床，麻花鉆，容屑槽，聯(lián)動軸數(shù)

 

1 引言

麻花鉆的容屑槽曲面及后刀面即使用數(shù)學(xué)表達式描述都相當(dāng)復(fù)雜,而利用現(xiàn)有的商用設(shè)計軟件(如UG、Pro/ E、CATIA等)對其進行圖形描述則更為困難。因此,目前常用的CAD/ CAM工程軟件并不適合對數(shù)控磨削加工此類刀具的機床作業(yè)進行加工路徑生成和仿真模擬,也難以判定數(shù)控加工麻花鉆時的機床聯(lián)動軸數(shù)。此外,NC工具磨床聯(lián)動軸數(shù)的選取與工件和砂輪的幾何要素、加工工藝要求(如刀刃和刀槽分幾次成形、有無特殊工藝裝備等)以及機床的結(jié)構(gòu)型式有關(guān)。本文研究數(shù)控加工時機床所用聯(lián)動軸數(shù)的意義在于:①運動軸數(shù)越少,相對運動副就越少,機床的運動剛性和運動精度也就越高;②減少運動軸數(shù)可簡化編程,從而可在配置較低檔數(shù)控系統(tǒng)的工具磨床上實現(xiàn)對刀具的加工,以降低加工成本;③可為用戶根據(jù)自身產(chǎn)品進行機床選型和設(shè)備投資提供可行性分析的技術(shù)依據(jù)。

2 CNC工具磨床的基本加工原理

從空間運動學(xué)的觀點來看,機械加工的過程實質(zhì)上就是控制每個瞬時刀具幾何體相對工件幾何體在空間的相對位姿和相對運動趨勢的過程[1]。圖1給出了錐形砂輪與麻花鉆作為工件之間的空間相對位置。

圖1 砂輪與工件的空間位置關(guān)系

選取砂輪大圓的圓心和工件軸線上的一點作為各自實體的參考點,在點建立工件(指被加工刀具體,以下統(tǒng)稱工件)的刀刃曲線方程,為刀刃曲線的參變量;在點建立砂輪的回轉(zhuǎn)面方程,,為砂輪表面的幾何參變量(也包括對砂輪大端面的描述)。當(dāng)用砂輪磨削工件刀刃時,給出一定的約束條件,為約束條件數(shù)。則可建立如下方程組:

式中,約束條件式是根據(jù)砂輪回轉(zhuǎn)面方程與麻花鉆工件刀刃曲線方程的共軛關(guān)系以及它們的幾何參數(shù)建立的,以上關(guān)系確定了與參變量有關(guān)的砂輪與麻花鉆工件的相對位置(位姿)。然后根據(jù)機床的結(jié)構(gòu)運動形式,即可得到反映砂輪與麻花鉆工件相對自由度變化的機床運動參數(shù),多軸聯(lián)動工具磨床就是根據(jù)這個理論依據(jù)設(shè)計的。論文參考。

3 常用CNC工具磨床的類型

盡管多軸聯(lián)動數(shù)控工具磨床的結(jié)構(gòu)型式各不相同,但拋開其復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu),僅考慮砂輪與工件之間的相對位置變化,則多軸工具磨床一般可分為兩種類型:

圖2 平動型CNC工具磨床結(jié)構(gòu)模型

(1)砂輪平動型CNC多聯(lián)動工具磨床，此類工具磨床包括3個平動軸和2個旋轉(zhuǎn)軸(見圖2),除了保證工件繞自身軸線作回轉(zhuǎn)運動外,它們可根據(jù)用戶的需要任意組合成各種聯(lián)動方式。

圖3 擺動型CNC工具磨床結(jié)構(gòu)模型

(2) 砂輪擺動型CNC多聯(lián)動工具磨床此類工具磨床也有3個平動軸和2個旋轉(zhuǎn)軸(見圖3),工件仍然是繞自身軸線作回轉(zhuǎn)運動,但它的砂輪可作擺動。此類工具磨床也可根據(jù)不同的加工要求任意組合聯(lián)動方式。與傳統(tǒng)的搖臂類工具磨床相比,多軸聯(lián)動工具磨床的傳動鏈較短,結(jié)構(gòu)大大簡化,取消了特殊工裝等復(fù)雜的機械裝置;與傳統(tǒng)工具磨床采用懸臂式磨頭箱相比,CNC工具磨床的磨頭采用剛性支撐,其靜、動態(tài)剛度提高,加工能力、加工范圍和靈活性增強,機床調(diào)整更為簡單,可通過數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)“軟調(diào)整”。盡管砂輪平動型和擺動型CNC工具磨床機械結(jié)構(gòu)不同,但利用其柔性控制功能可以模擬傳統(tǒng)工具磨床的一般復(fù)雜運動。從理論上說,只要保證數(shù)控加工中每個瞬時砂輪相對工件的位姿和相對運動趨勢滿足方程式(1),即可加工出相同的刀刃曲線和容屑槽曲面。

4 CNC機床加工麻花鉆所需聯(lián)動軸數(shù)目的確定

在用盤形砂輪(碟形、碗形、平行砂輪或盤狀成形砂輪)磨削加工麻花鉆時,通常采用砂輪的一個端面圓或大圓(碟形、碗形砂輪) 來磨削前刀面槽形,采用砂輪的錐面或外圓柱面來磨削刀具的后刀面,或者采用成形砂輪的表面廓形來包絡(luò)生成整個螺旋槽面[2]。下面根據(jù)幾何學(xué)原理來討論選取最少聯(lián)動軸數(shù)的判定原則。

根據(jù)文獻[3]中的螺旋刀刃曲線方程: ,可作如下分析:

(1)當(dāng)時,工件的刀刃為平面曲線,刀槽為直槽,加工時不需要角運動(圖1所示的運動參數(shù)A,C)參與聯(lián)動即可成形。如果也為常數(shù),采用沿工件軸線(X軸)方向的單軸加工即可;如果是變化的(如錐度直槽、異形直槽等),加工中砂輪相對工件需作沿其軸線和徑向的直線運動,即機床需要有X、Z兩個方向直線運動的聯(lián)動功能。為了減少機床聯(lián)動軸數(shù),可對此類工件的加工配置特殊工裝(工件傾斜、采用輔助靠模等),以實現(xiàn)砂輪相對工件徑向的距離變化,加工中仍然采用沿工件軸線X方向的單軸加工方式。

(2)當(dāng)θ變化時, 工件回轉(zhuǎn)面為直紋面(如柱面、錐面等),其上各點的法線方向與工件軸心線的夾角為定值。通過機床軸的旋轉(zhuǎn)(或利用特殊工裝),總能使工件的槽底母線平行于刀具的單軸進給方向,從而具有如圖1所示的A、X兩軸聯(lián)動,即工件相對于砂輪作繞自身軸線的角運動和沿自身母線方向的直線運動,即可加工出所需的螺旋槽面。對于錐度刀具的加工,這種方法僅適合小錐度(或螺旋槽非一次成形)的情況。然而在實際加工中,由于砂輪不斷被磨損,為了保證工件的磨削精度,砂輪的回轉(zhuǎn)軸心線至工件軸心線(兩異面直線)的距離以及它們之間的夾角需要不斷調(diào)整,砂輪廓形也要發(fā)生相應(yīng)的修整變化,且制造商不會局限于僅生產(chǎn)一種產(chǎn)品,因此機床還應(yīng)具有如圖1所示的d1、d2、d3和工件軸線的手動調(diào)整功能。

(3)當(dāng)θ變化時,對于大錐度螺旋刀具、刀具螺旋槽要求一次成形或要求前角可控(前角的變化與圖1中砂輪相對工件的Y向距離有關(guān))的情況,除了需要角位移A和線位移X 聯(lián)動以外,另一個角位移——砂輪回轉(zhuǎn)軸心線與工件回轉(zhuǎn)軸心線的夾角也要發(fā)生實時變化,才能保證刃帶寬度或控制前角不發(fā)生干涉,因此機床需要有三軸聯(lián)動功能。論文參考。

(4)對于要求一次成形但不要求控制前角的異形回轉(zhuǎn)面螺旋刀刃(如球頭刀刃、弧形刀刃等) 的加工,除滿足上述(3)的要求外,還必須增加圖1所示的Z向線位移,即通過四軸聯(lián)動才能滿足加工要求,此時對容屑槽深度的變化和后角的控制要求并不十分嚴(yán)格。

(5)對于要求一次成形且前角可控的異形回轉(zhuǎn)面螺旋刀刃的加工,需要利用Y向線位移來調(diào)整刀刃前角的大小,因此除滿足上述。(4)的要求外,還有必要增加如圖1 所示的Y 向線位移,即采用五軸聯(lián)動才能滿足加工要求。為了保證砂輪與工件在加工中的相對位姿要求,不同結(jié)構(gòu)型式機床的砂輪和工件會有不同的運動方式,即在將工件坐標(biāo)系中的刀位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為機床坐標(biāo)系下的運動參數(shù)時,機床的結(jié)構(gòu)型式起著非常關(guān)鍵的作用。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換中應(yīng)注意,不同結(jié)構(gòu)型式的機床需要采用的聯(lián)動軸數(shù)也不同,根據(jù)幾何學(xué)原理判定的最少聯(lián)動軸數(shù)不一定就是機床加工時的實際運動軸數(shù)。論文參考。在圖3所示的砂輪擺動型工具磨床上加工螺旋角為β的一般圓柱螺旋線時,僅需將工件軸A繞擺動中心逆時針擺動≥90°-β,并給定兩異面直線(砂輪軸心線和工件軸心線)的距離,即在加工中需要機床的B和Y兩軸聯(lián)動。在圖2所示的砂輪平動型工具磨床上加工螺旋角為β的一般圓柱螺旋槽時,需首先根據(jù)工件旋向?qū)軸調(diào)整到要求的位置,并保證X軸方向的移動量ΔX和Y軸方向的移動量ΔY始終滿足ΔY/ΔX =tanβ的關(guān)系,以保證砂輪相對工件軸心線的空間位置保持不變,再加上工件的自轉(zhuǎn)A ,即加工時需要機床的X 、Y、A三軸聯(lián)動。如果為加工此類刀具而專門改變機床結(jié)構(gòu),將X 軸移動副導(dǎo)軌置于C軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)之上,則在加工一般圓柱螺旋槽時,C軸逆時針轉(zhuǎn)過β后,僅需提供X和A兩軸聯(lián)動即可達到加工要求。因此,在進行機床運動結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時,要充分考慮被加工對象的幾何特征。

5 結(jié)語

本文根據(jù)麻花鉆容屑槽螺旋面的成形原理,闡釋了麻花鉆磨削成形的過程;分析了砂輪平動型CNC工具磨床和砂輪擺動型CNC工具磨床的運動形式,并與傳統(tǒng)的工具磨床進行了比較;給出了確定機床聯(lián)動軸數(shù)目的幾何原則;同時說明,按此原則判定的運動軸數(shù)并非就是機床加工時的運動軸數(shù),實際需要的運動軸數(shù)還應(yīng)取決于機床的結(jié)構(gòu)型式。

參考文獻

1 蔡自興.機器人學(xué).北京:清華大學(xué)出版社, 2000

2 姚　斌,吳序堂.螺旋刀具的仿形制造. 工具技術(shù), 1996(5)

3 姚　斌, 毛世民, 聶　鋼等.數(shù)控加工特種回轉(zhuǎn)面刀具時工藝參數(shù)的自動檢測建模. 工具技術(shù),2002(11)

4 肖金陵, 周云飛, 李作清.數(shù)控萬能工具磨床多軸聯(lián)動加工中的軌跡干涉及其補償問題. 精密制造與自動化,1996 (2)