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論文摘要：數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)故障的調(diào)查、分析與診斷的過(guò)程也就是故障的排除過(guò)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(xún)問(wèn)調(diào)查在接到機(jī)床現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)故障要求排除的信息時(shí)，首先應(yīng)要求操作者盡量保持現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)檢查到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，首先要驗(yàn)證操作者提供的各種情況的準(zhǔn)確性、完整性，從而核實(shí)初步判斷的準(zhǔn)確度。由于操作者的水平，對(duì)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(chǎng)后仍然不要急于動(dòng)手處理，重新仔細(xì)調(diào)查各種情況，以免破壞了現(xiàn)場(chǎng)，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(lèi)辦法分析故障類(lèi)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(duì)照機(jī)床配套的數(shù)控系統(tǒng)診斷手冊(cè)和使用說(shuō)明書(shū)，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(jìn)行排查從中找出本次故障的真正原因，這時(shí)對(duì)維修人員是一種對(duì)該機(jī)床熟悉程度、知識(shí)水平、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和分析判斷能力的綜合考驗(yàn)。

5、排故準(zhǔn)備有的故障的排除方法可能很簡(jiǎn)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(gòu)甚至排故計(jì)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(xún)問(wèn)向故障現(xiàn)場(chǎng)人員仔細(xì)詢(xún)問(wèn)故障產(chǎn)生的過(guò)程、故障表象及故障后果，并且在整個(gè)分析判斷過(guò)程中可能要多次詢(xún)問(wèn)。

②目視總體查看機(jī)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(kù)、機(jī)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(wú)報(bào)警指示，局部查看有無(wú)保險(xiǎn)燒煅，元器件燒焦、開(kāi)裂、電線(xiàn)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(duì)各組交、直流電源電壓，對(duì)相關(guān)直流及脈沖信號(hào)等進(jìn)行測(cè)量，從中找尋可能的故障。例如用萬(wàn)用表檢查各電源情況，及對(duì)某些電路板上設(shè)置的相關(guān)信號(hào)狀態(tài)測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量，用示波器觀察相關(guān)的脈動(dòng)信號(hào)的幅值、相位甚至有無(wú)，用PLC編程器查找PLC程序中的故障部位及原因等。

(3)信號(hào)與報(bào)警指示分析法

①硬件報(bào)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(shuō)明便可獲知指示內(nèi)容及故障原因與排除方法。

②軟件報(bào)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(bào)警顯示，依據(jù)顯示的報(bào)警號(hào)對(duì)照相應(yīng)的診斷說(shuō)明手冊(cè)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(hào)形式相互通訊聯(lián)接。有些故障是與接口信號(hào)錯(cuò)誤或丟失相關(guān)的，這些接口信號(hào)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(guò)簡(jiǎn)單操作在CRT屏幕上顯示，而所有的接口信號(hào)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(dòng)系統(tǒng)都設(shè)置許多可修改的參數(shù)以適應(yīng)不同機(jī)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(jī)床相匹配，而且更是使機(jī)床各項(xiàng)功能達(dá)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(jī)床的長(zhǎng)期運(yùn)行所引起的機(jī)械或電氣性能的變化會(huì)打破最初的匹配狀態(tài)和最佳化狀態(tài)。此類(lèi)故障多指故障分類(lèi)一節(jié)中后一類(lèi)故障，需要重新調(diào)整相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)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(shí)，由于電路集成度的不斷擴(kuò)大而要把故障落實(shí)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(jī)時(shí)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(dòng)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(méi)有備件的情況下，可以將系統(tǒng)中相同或相兼容的兩個(gè)板互換檢查，例如兩個(gè)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(xiàn)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(dá)不到目的，反而會(huì)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(jì)好軟、硬件交換方案，準(zhǔn)確無(wú)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(jìn)入PC基、開(kāi)放化的發(fā)展階段，其中軟件含量越來(lái)越豐富，有系統(tǒng)軟件、機(jī)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(jì)中不可避免的一些問(wèn)題，會(huì)使得有些故障狀態(tài)無(wú)從分析，例如死機(jī)現(xiàn)象。對(duì)于這種故障現(xiàn)象則可以采取特殊手段來(lái)處理，比如整機(jī)斷電，稍作停頓后再開(kāi)機(jī)，有時(shí)則可能將故障消除。維修人員可以在自己的長(zhǎng)期實(shí)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(guò)程也就是故障的排除過(guò)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(guò)了，本節(jié)則列舉幾個(gè)常見(jiàn)電氣故障做一簡(jiǎn)要介紹，供維修者參考。

1、電源電源是維修系統(tǒng)乃至整個(gè)機(jī)床正常工作的能量來(lái)源，它的失效或者故障輕者會(huì)丟失數(shù)據(jù)、造成停機(jī)。重者會(huì)毀壞系統(tǒng)局部甚至全部。西方國(guó)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(jì)考慮較少，這對(duì)于我國(guó)有較大波動(dòng)和高次諧波的電力供電網(wǎng)來(lái)說(shuō)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(bào)警?？赡苁俏恢脺y(cè)量回路開(kāi)路；測(cè)量元件損壞；位置控制建立的接口信號(hào)不存在等。

②坐標(biāo)軸在沒(méi)有指令的情況下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)?？赡苁瞧七^(guò)大；位置環(huán)或速度環(huán)接成正反饋；反饋接線(xiàn)開(kāi)路；測(cè)量元件損壞。

3、機(jī)床坐標(biāo)找不到零點(diǎn)?？赡苁橇惴较蛟谶h(yuǎn)離零點(diǎn)；編碼器損壞或接線(xiàn)開(kāi)路；光柵零點(diǎn)標(biāo)記移位；回零減速開(kāi)關(guān)失靈。

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論文的參考文獻(xiàn)是有標(biāo)準(zhǔn)的寫(xiě)作格式的，作者在寫(xiě)作時(shí)應(yīng)該對(duì)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(lái)寫(xiě)論文的參考文獻(xiàn)呢？以下是學(xué)術(shù)參考網(wǎng)小編整理的數(shù)控車(chē)床畢業(yè)論文參考文獻(xiàn)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(lái)越廣泛，隨之液壓伺服控制也出現(xiàn)了一些新的特點(diǎn)，基于此對(duì)于液壓伺服系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行研究，并進(jìn)一步探討液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)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(dòng)和液力傳動(dòng)為基礎(chǔ)，應(yīng)用現(xiàn)代控制理論、模糊控制理論，將計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)機(jī)械工程自動(dòng)化或生產(chǎn)現(xiàn)代化而發(fā)展起來(lái)的一門(mén)技術(shù)，它廣泛的應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)，在農(nóng)業(yè)、化工、輕紡、交通運(yùn)輸、機(jī)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(jī)電一體化的進(jìn)程不斷加快，技術(shù)裝各的工作精度、響應(yīng)速度和自動(dòng)化程度的要求不斷提高，對(duì)液壓控制技術(shù)的要求也越來(lái)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(diǎn)，并進(jìn)一步探討了液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)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(dòng)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(diǎn)：易于實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的速度位移及力控制，驅(qū)動(dòng)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(diǎn)：　(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(jī)械的，電氣的、氣動(dòng)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(hào)與輸入信號(hào)相反，兩者相比較得偏差信號(hào)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(dòng)，既以偏差來(lái)減小偏差?！?3)系統(tǒng)的輸入信號(hào)的功率很小，而系統(tǒng)的輸出功率可以達(dá)到很大。因此它是一個(gè)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(dòng)進(jìn)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(dòng)力的反饋控制。即利用反饋連接得到偏差信號(hào)，再利用偏差信號(hào)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(shí)際輸出與希望值相符。

在液壓伺服控制系統(tǒng)中，控制信號(hào)的形式有機(jī)液伺服系統(tǒng)、電液伺服系統(tǒng)和氣液伺服系統(tǒng)。機(jī)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(jī)械構(gòu)件，常用機(jī)舵面操縱系統(tǒng)、汽車(chē)轉(zhuǎn)向裝置和液壓仿形機(jī)床及工程機(jī)械。但反饋機(jī)構(gòu)中的摩擦、間隙和慣性會(huì)對(duì)系統(tǒng)精度產(chǎn)生不利影響。電液伺服系統(tǒng)中誤差信號(hào)的檢測(cè)、校正和初始放大采用電氣和電子元件或計(jì)算機(jī)，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(hào)處理靈活和應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)，可以組成位置、速度和力等方面的伺服系統(tǒng)。

三、液壓傳動(dòng)帕優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)液壓傳動(dòng)之所以能得到廣泛的應(yīng)用，是因?yàn)樗c機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)相比，具有以下主要優(yōu)點(diǎn)：

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

2　液壓傳動(dòng)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(dá)的體積為電動(dòng)機(jī)的12％～13％。液壓泵和液壓馬達(dá)單位功率的體積目前是發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的1／10，可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。借助閥或變量泵、變量馬達(dá)可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍可達(dá)1：2000，并可在液壓裝置運(yùn)行的過(guò)程中進(jìn)行調(diào)速。

3　傳遞運(yùn)動(dòng)均勻平穩(wěn)，負(fù)載變化時(shí)速度較穩(wěn)定。因此，金屬切削機(jī)床中磨床的傳動(dòng)現(xiàn)在幾乎都采用液壓傳動(dòng)。液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，使用安全、可靠，不會(huì)因過(guò)載而造成主件損壞：各液壓元件能同時(shí)自行，因此使用壽命長(zhǎng)。液壓傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(shí)，能很容易的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)工作循環(huán)，而且可以實(shí)現(xiàn)遙控。液壓元件己實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、和通用化，便于設(shè)計(jì)、制造和推廣使用。

液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)：1液壓系統(tǒng)的漏油等因素，影響運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和正確性，使液壓傳動(dòng)不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比：2液壓傳動(dòng)對(duì)油溫的變化比較敏感，溫度變化時(shí)，液體勃性變化引起運(yùn)動(dòng)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(mǎn)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(dòng)要求有單獨(dú)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(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是主要的，隨著設(shè)計(jì)制造和使用水平的不斷提高，有些缺點(diǎn)正在逐步加以克服。

四、機(jī)床數(shù)控改造方向

(一)加工精度。精度是機(jī)床必須保證的一項(xiàng)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(jī)床的加工精度。因此位置精度是一個(gè)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(kāi)環(huán)放大倍數(shù)的大小，另一方面是對(duì)位置檢測(cè)元件提出精度的要求。因?yàn)樵陂]環(huán)控制系統(tǒng)中，對(duì)于檢測(cè)元件本身的誤差和被檢測(cè)量的偏差是很難區(qū)分出來(lái)的，反饋檢測(cè)元件的精度對(duì)系統(tǒng)的精度常常起著決定性的作用。在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床、尤其是高精度或太中型數(shù)控機(jī)床時(shí)，必須精心選用檢測(cè)元件。所選擇的測(cè)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(gè)數(shù)量級(jí)?？傊?，高精度的控制系統(tǒng)必須有高精度的檢測(cè)元件作為保證。

(二)先局部后整體。確定改造步驟時(shí)，應(yīng)把整個(gè)電氣設(shè)備部分改造先分成若干個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行，如數(shù)控系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、主軸、進(jìn)給系統(tǒng)、面板控制與強(qiáng)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(cuò)。在每個(gè)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(jìn)。

(三)提高可靠性。數(shù)控機(jī)床是一種高精度、高效率的自動(dòng)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(jī)床的可靠性就顯得尤為重要?？煽慷仁窃u(píng)價(jià)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(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。對(duì)數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，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(dòng)、電源、干擾強(qiáng)度和操作規(guī)程等。這里的功能主要指數(shù)控機(jī)床的使用功能，例如數(shù)控機(jī)床的各種機(jī)能，伺服性能等。

篇4

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

數(shù)控機(jī)床是集機(jī)、電、液、氣、光等為一體的自動(dòng)化機(jī)床，經(jīng)各部分的執(zhí)行功能，最后共同完成機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、夾緊、松開(kāi)、變速和換刀等各種動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)切削加工任務(wù)。工作時(shí)，各項(xiàng)功能相互結(jié)合，發(fā)生故障時(shí)也混在一起，故障現(xiàn)象和原因并非簡(jiǎn)單一一對(duì)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(jī)床的爬行與振動(dòng)就是一個(gè)明顯的例子。

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

造成這類(lèi)故障的原因有多種可能，可能是因?yàn)闄C(jī)械部分出現(xiàn)了故障所導(dǎo)致，也可能是進(jìn)給系統(tǒng)電氣部分出現(xiàn)了問(wèn)題，還可能是機(jī)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(huì)產(chǎn)生爬行故障。

一、分析機(jī)械部分原因與對(duì)策

因?yàn)閿?shù)控機(jī)床低速運(yùn)行時(shí)的爬行現(xiàn)象往往取決于機(jī)械傳動(dòng)部分的特性，高速時(shí)的振動(dòng)又通常與進(jìn)給傳動(dòng)鏈中運(yùn)動(dòng)副的預(yù)緊力有關(guān)，由此數(shù)控機(jī)床的爬行與振動(dòng)故障可能會(huì)在機(jī)械部分。

如果在機(jī)械部分，首先應(yīng)該檢查導(dǎo)軌副。因?yàn)橐苿?dòng)部件所受的摩擦阻力主要是來(lái)自導(dǎo)軌副，如果導(dǎo)軌副的動(dòng)、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(jī)床的導(dǎo)軌副廣泛采用了滾動(dòng)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(huì)造成爬行或振動(dòng)。對(duì)于靜壓導(dǎo)軌副應(yīng)著重檢查靜壓是否到位，對(duì)于塑料導(dǎo)軌可檢查有否雜質(zhì)或異物阻礙導(dǎo)軌副運(yùn)動(dòng)，對(duì)于滾動(dòng)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(wèn)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(shí)，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(jìn)給傳動(dòng)鏈。因?yàn)樵谶M(jìn)給系統(tǒng)中，伺服驅(qū)動(dòng)裝置到移動(dòng)部件之間必定要經(jīng)過(guò)由齒輪、絲杠螺母副或其他傳動(dòng)副所組成的傳動(dòng)鏈。定位精度下降、反向間隙增大也會(huì)使工作臺(tái)在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中出現(xiàn)爬行。通過(guò)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(dòng)環(huán)節(jié)，調(diào)整補(bǔ)償環(huán)節(jié)，都可有效地提高這一傳動(dòng)鏈的扭轉(zhuǎn)和拉壓剛度（即提高其傳動(dòng)剛度），對(duì)于提高運(yùn)動(dòng)精度，消除爬行非常有益；另外傳動(dòng)鏈太長(zhǎng)，傳動(dòng)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(shí)也要考慮這些方面是否有缺陷，逐個(gè)排查。

二、分析進(jìn)給伺服系統(tǒng)原因與對(duì)策

如果故障原因在進(jìn)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(jī)床的爬行與振動(dòng)問(wèn)題屬于速度問(wèn)題，與進(jìn)給速度密切相關(guān)，所以也就離不開(kāi)分析進(jìn)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(hào)，二是反饋信號(hào)，三是速度調(diào)節(jié)器自身故障。根據(jù)故障特點(diǎn)（如振動(dòng)周期與進(jìn)給速度是否成比例變化）檢查電動(dòng)機(jī)或測(cè)速發(fā)電機(jī)表面是否光整；還可檢查系統(tǒng)插補(bǔ)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(wú)錯(cuò)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(wú)偏差以及速度控制單元的線(xiàn)路是否良好，應(yīng)對(duì)這些環(huán)節(jié)逐項(xiàng)檢查、分類(lèi)排除。

三、其它因素

有時(shí)故障既不是機(jī)械部分的原因，又不是進(jìn)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(jī)床在一次切削加工時(shí)出現(xiàn)過(guò)載爬行。經(jīng)過(guò)仔細(xì)核查，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)故障引起過(guò)載，更換電動(dòng)機(jī)過(guò)載消除，可爬行還是存在。先從機(jī)床著手尋找故障原因，結(jié)果核實(shí)傳動(dòng)鏈沒(méi)問(wèn)題，又查進(jìn)給伺服系統(tǒng)確認(rèn)無(wú)故障，隨后對(duì)加工程序進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)工件曲線(xiàn)的加工，采用細(xì)微分段圓弧逼近來(lái)實(shí)現(xiàn)，而在編程中用了G61指令，也即每加工一段就要進(jìn)行一次到位停止檢查，從而使機(jī)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(jī)械部分的原因，又有進(jìn)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(duì)這種情況，要進(jìn)行多方面的檢測(cè)，運(yùn)用機(jī)械、電氣、液壓等方面的綜合知識(shí)，采取綜合分析判斷，排除故障。

數(shù)控機(jī)床是技術(shù)密集和知識(shí)密集的設(shè)備，故障現(xiàn)象是多樣的，其表現(xiàn)形式也沒(méi)有簡(jiǎn)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(jì)算機(jī)技術(shù)、電氣自動(dòng)化技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、機(jī)械理論與實(shí)踐技術(shù)、液壓與氣動(dòng)等較全面的綜合技術(shù)知識(shí)，還要求具有綜合分析和解決問(wèn)題的能力。

參考文獻(xiàn)：

篇5

論文關(guān)鍵詞：自動(dòng)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(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展要求，實(shí)現(xiàn)焊接自動(dòng)化生產(chǎn)已經(jīng)成為必然的趨勢(shì)。本研究課題針對(duì)目前在實(shí)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(shí)現(xiàn)，以及國(guó)內(nèi)相關(guān)技術(shù)研究較少的現(xiàn)狀，對(duì)多功能自動(dòng)焊接伺服控制技術(shù)進(jìn)行了研究。

1自動(dòng)焊接開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)

基于開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的焊接數(shù)控系統(tǒng)是一個(gè)結(jié)構(gòu)開(kāi)放，功能模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化性能強(qiáng)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(gè)統(tǒng)一的可重構(gòu)的系統(tǒng)平臺(tái)，增強(qiáng)系統(tǒng)的柔性。同時(shí)，自動(dòng)焊接開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)具備以下有點(diǎn)：成本低，軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境完備，軟件資源豐富，可移植性可擴(kuò)展性互補(bǔ)性均較好等。

本文所設(shè)計(jì)的自動(dòng)焊接機(jī)床，可焊接多種類(lèi)型的工件，實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)各模塊之間保留了統(tǒng)一的接口，根據(jù)用戶(hù)的需要可隨時(shí)添加所需的模塊，既滿(mǎn)足了用戶(hù)的需要，又提高了該機(jī)床的實(shí)用性。

2 設(shè)計(jì)

2.1機(jī)床本體的設(shè)計(jì)

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

2.2構(gòu)建伺服控制硬件系統(tǒng)

該機(jī)床利用計(jì)算機(jī)和普通的I/O卡加步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成伺服控制系統(tǒng)。采用“通用I/O卡+專(zhuān)用計(jì)算機(jī)軟件”來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制，不僅經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，而且具有非常好的靈活性和友好的軟件用戶(hù)界面，必要的時(shí)候可以實(shí)現(xiàn)一臺(tái)電腦同時(shí)對(duì)幾十個(gè)步進(jìn)電機(jī)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(zhuān)用計(jì)算機(jī)軟件”控制的步進(jìn)電機(jī)的數(shù)量取決于I/O卡的位數(shù)和驅(qū)動(dòng)器所需的控制信號(hào)數(shù)。通常情況下，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分設(shè)置由硬件來(lái)完成，所以一般的驅(qū)動(dòng)器只需要兩個(gè)信號(hào)：脈沖信號(hào)和正反轉(zhuǎn)信號(hào)，當(dāng)需要實(shí)現(xiàn)軟件方式控制驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分?jǐn)?shù)時(shí)，還需要細(xì)分控制信號(hào)。系統(tǒng)各部件原理如圖1所示。輸入設(shè)備包括鍵盤(pán)、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(shí)控制五個(gè)步進(jìn)電機(jī)，其中三個(gè)采用75BF001型號(hào)，分別控制X、Y、Z三個(gè)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(dòng)頻率為1.75Hz。

3 關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)

3.1建立三維空間中的數(shù)學(xué)模型及插補(bǔ)算法

在機(jī)床的硬件平臺(tái)搭建后之后，如何控制焊槍及工作臺(tái)的精確運(yùn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)相貫線(xiàn)焊縫的焊接就成為需重點(diǎn)解決的問(wèn)題。本文采取了首先建立數(shù)學(xué)模型，并在保證插補(bǔ)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(shí)間間隔的插補(bǔ)方法離散成一系列的微小直線(xiàn)段，然后將所獲得的位移量通過(guò)精插補(bǔ)算法轉(zhuǎn)換成可以通過(guò)開(kāi)關(guān)量卡發(fā)送的脈沖數(shù)據(jù)，最終控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成對(duì)相貫線(xiàn)焊縫的焊接。

以相交圓柱管相貫線(xiàn)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(diǎn)O是兩圓柱管軸線(xiàn)的交點(diǎn)，兩圓柱管軸線(xiàn)OV和OW的交角為α。焊接時(shí)，工件固定在工作臺(tái)上，工作臺(tái)沿x、y軸移動(dòng)，焊槍沿z軸上下移動(dòng)，同時(shí)還可以O(shè)′為定點(diǎn)繞X軸和Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)這五個(gè)軸向的運(yùn)動(dòng)控制，就可實(shí)現(xiàn)相貫線(xiàn)焊縫的自動(dòng)焊接。由此可得半徑分別為R和r的兩個(gè)圓柱管相交所形成的相貫線(xiàn)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(shí)時(shí)焊接的伺服控制的首要任務(wù)就是對(duì)焊接軌跡進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算。插補(bǔ)就是按給定曲線(xiàn)生成相應(yīng)逼近軌跡的方法，其實(shí)質(zhì)是對(duì)給定曲線(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化。本文采用等長(zhǎng)直線(xiàn)段逼近相貫線(xiàn)焊縫，即在保證給定逼近誤差的前提下，用等長(zhǎng)直線(xiàn)段代替圓弧段，這種插補(bǔ)方法的計(jì)算簡(jiǎn)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(mǎn)足焊接加工的精度要求。

3.2 自動(dòng)焊接軟件系統(tǒng)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)

該系統(tǒng)的精插補(bǔ)過(guò)程由軟件和硬件共同實(shí)現(xiàn)，由軟件計(jì)算出控制信號(hào)的輸出時(shí)間間隔和應(yīng)該向步進(jìn)電機(jī)發(fā)送的高低電平數(shù)據(jù)，由硬件接口板實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸出。編制運(yùn)動(dòng)控制軟件實(shí)現(xiàn)精插補(bǔ)的過(guò)程有兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：一是如何得到比較精確的延時(shí)時(shí)間間隔；二是如何將單個(gè)電機(jī)的控制脈沖序列進(jìn)行合并，最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接機(jī)床五個(gè)軸的聯(lián)動(dòng)。本研究利用Delphi軟件構(gòu)建操作軟件系統(tǒng)平臺(tái)，以界面友好為設(shè)計(jì)目標(biāo)，按照功能進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(jì)自動(dòng)焊接數(shù)控機(jī)床是采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源，與相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路結(jié)合組成的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，影響伺服精度的主要因素有以下幾個(gè)方面： 步進(jìn)電機(jī)誤差、齒隙誤差、導(dǎo)軌誤差及熱變形影響等。

對(duì)于步進(jìn)電機(jī)誤差可采取減小步距角的方法來(lái)改善。當(dāng)傳動(dòng)比一定時(shí)，隨著步距角的減小，脈沖當(dāng)量也隨之減小，從而提高機(jī)床的精度。當(dāng)電機(jī)選定之后，驅(qū)動(dòng)器細(xì)分電路可進(jìn)一步降低機(jī)床的脈沖當(dāng)量，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行在細(xì)分模式下時(shí)，步距角顯著減小，轉(zhuǎn)子達(dá)到新的穩(wěn)定點(diǎn)之后所具有的動(dòng)量變小，振動(dòng)變小，提高了步進(jìn)電機(jī)低速段運(yùn)行的平滑性；在軟件方面，通過(guò)對(duì)插補(bǔ)周期和插補(bǔ)步長(zhǎng)的控制，使步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行頻率盡量避開(kāi)其低頻振蕩區(qū)間，保證步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行平穩(wěn)性。

對(duì)于齒隙誤差，主要采取以下兩種改善措施：將中心距設(shè)計(jì)為可調(diào)機(jī)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^(guò)提高導(dǎo)軌精度來(lái)改善導(dǎo)軌誤差。

參考文獻(xiàn)

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

篇6

【論文摘要】：隨著計(jì)算機(jī)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(lái)應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)展十分迅速的一項(xiàng)綜合性的高新技術(shù)，文章結(jié)合國(guó)內(nèi)外情況，分析了數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

1.引言

數(shù)控技術(shù)是一門(mén)集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、測(cè)量技術(shù)、現(xiàn)代機(jī)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(lái)應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)展十分迅速的一項(xiàng)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(jī)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(guó)內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展概況

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開(kāi)始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家投入巨資，對(duì)現(xiàn)代制造技術(shù)進(jìn)行研究開(kāi)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(jì)算機(jī)、信息處理、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動(dòng)化等特點(diǎn)，對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)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(zhuān)用型封閉式開(kāi)環(huán)控制模式向通用型開(kāi)放式實(shí)時(shí)動(dòng)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(shí)現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎(chǔ)上，綜合了計(jì)算機(jī)、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(shí)現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過(guò)程中可以自動(dòng)修正、調(diào)節(jié)與補(bǔ)償各項(xiàng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了在線(xiàn)診斷和智能化故障處理。

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)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(jī)床運(yùn)動(dòng)控制器。加工過(guò)程變量根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以固定參數(shù)形式事先設(shè)定，加工程序在實(shí)際加工前用手工方式或通過(guò)CAD/CAM及自動(dòng)編程系統(tǒng)進(jìn)行編制。CAD/CAM和CNC之間沒(méi)有反饋控制環(huán)節(jié)，整個(gè)制造過(guò)程中CNC只是一個(gè)封閉式的開(kāi)環(huán)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在復(fù)雜環(huán)境以及多變條件下，加工過(guò)程中的刀具組合、工件材料、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速率、刀具軌跡、切削深度、步長(zhǎng)、加工余量等加工參數(shù)，無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機(jī)因素實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整，更無(wú)法通過(guò)反饋控制環(huán)節(jié)隨機(jī)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(jiàn)，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(guò)程，因此，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為我們國(guó)家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國(guó)力和國(guó)家地位的重要途徑。

3.數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)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(kuò)大，他對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè)的發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用。從目前世界上數(shù)控技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，主要有如下幾個(gè)方面：

3.1高精度、高速度的發(fā)展趨勢(shì)

盡管十多年前就出現(xiàn)高精度高速度的趨勢(shì)，但是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是沒(méi)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(jìn)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。為此日本先端技術(shù)研究會(huì)將其列為5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)將其確定為21世紀(jì)的中心研究方向之一。在轎車(chē)工業(yè)領(lǐng)域，年產(chǎn)30萬(wàn)輛的生產(chǎn)節(jié)拍是40秒/輛，而且多品種加工是轎車(chē)裝備必須解決的重點(diǎn)問(wèn)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(duì)這些筋、壁進(jìn)行加工。近來(lái)采用大型整體鋁合金坯料"掏空"的方法來(lái)制造機(jī)翼、機(jī)身等大型零件來(lái)替代多個(gè)零件通過(guò)眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結(jié)方式拼裝，使構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和可靠性得到提高。這些都對(duì)加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。

3.25軸聯(lián)動(dòng)加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展

采用5軸聯(lián)動(dòng)對(duì)三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)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(tái)5軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的效率可以等于2臺(tái)3軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進(jìn)行高速銑削淬硬鋼零件時(shí)，5軸聯(lián)動(dòng)加工可比3軸聯(lián)動(dòng)加工發(fā)揮更高的效益。但過(guò)去因5軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)、主機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，其價(jià)格要比3軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)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(dòng)機(jī)床的發(fā)展。當(dāng)前由于電主軸的出現(xiàn)，使得實(shí)現(xiàn)5軸聯(lián)動(dòng)加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，其制造難度和成本大幅度降低，數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格差距縮小。因此促進(jìn)了復(fù)合主軸頭類(lèi)型5軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床和復(fù)合加工機(jī)床（含5面加工機(jī)床）的發(fā)展。3.3智能化、開(kāi)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(shì)

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(gè)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(guò)程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動(dòng)生成；為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)自動(dòng)選定模型、自整定等；簡(jiǎn)化編程、簡(jiǎn)化操作方面的智能化，如智能化的自動(dòng)編程、智能化的人機(jī)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(wèn)題。

目前許多國(guó)家對(duì)開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行研究，數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來(lái)之路。所謂開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)可以在統(tǒng)一的運(yùn)行平臺(tái)上，面向機(jī)床廠(chǎng)家和最終用戶(hù)，通過(guò)改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對(duì)象（數(shù)控功能），形成系列化，并可方便地將用戶(hù)的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實(shí)現(xiàn)不同品種、不同檔次的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明個(gè)性的名牌產(chǎn)品。目前開(kāi)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(yùn)行平臺(tái)、數(shù)控系統(tǒng)功能庫(kù)以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開(kāi)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(guó)際著名機(jī)床博覽會(huì)的一個(gè)新亮點(diǎn)。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿(mǎn)足生產(chǎn)線(xiàn)、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對(duì)信息集成的需求，也是實(shí)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(guó)內(nèi)外一些著名數(shù)控機(jī)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(jī)，反映了數(shù)控機(jī)床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢(shì)。

4.結(jié)束語(yǔ)

隨著人們對(duì)數(shù)控技術(shù)重視，它的發(fā)展越發(fā)迅速。文中簡(jiǎn)要陳述當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)，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(xiàn)

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[2]董淳.數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)[J].可編程控制器與工廠(chǎng)自動(dòng)化.2006.

篇7

關(guān)鍵詞：組合機(jī)床 液壓傳動(dòng) 工況分析 液壓泵站

引言

組合機(jī)床是一種工序集中的高效率專(zhuān)用機(jī)床，它具有加工范圍較廣、自動(dòng)化程度較高，經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，故在機(jī)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(jī)在生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，鏜孔是其機(jī)體加工中最重要的工序，故提供高精度的組合機(jī)床對(duì)提高S195柴油機(jī)生產(chǎn)效率有重要作用。液壓傳動(dòng)裝置是本組合機(jī)床的動(dòng)力源，液壓傳動(dòng)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(dòng)技術(shù)，液壓技術(shù)發(fā)展到今天已經(jīng)成為一門(mén)重要的自動(dòng)化技術(shù)，是衡量一個(gè)國(guó)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(jī)鏜孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)概述

1.1液壓技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)

近年來(lái)，國(guó)外、國(guó)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(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(shì)將集中在以下幾個(gè)方面：1.減少能耗，充分利用能量 2.主動(dòng)維護(hù)和故障預(yù)測(cè) 3.機(jī)電一體化。液壓技術(shù)作為便捷和廉價(jià)的自動(dòng)化技術(shù)，有著良好的前景。其產(chǎn)品不僅在機(jī)電、輕紡、家電等傳統(tǒng)領(lǐng)域有著很大的市場(chǎng)，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(jī)組合機(jī)床液壓傳動(dòng)系統(tǒng)

組合機(jī)床液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)這樣布置：其動(dòng)力箱安裝在滑臺(tái)上，動(dòng)力箱上的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)刀具實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)?；_(tái)采用液壓驅(qū)動(dòng)，完成刀具的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，根據(jù)不同的加工需要可實(shí)現(xiàn)多種進(jìn)給工作循環(huán)。

一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)由五個(gè)部分組成，即動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件和液壓油。動(dòng)力元件的作用是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)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(gè)液壓系統(tǒng)提供動(dòng)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(dá)）的作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)負(fù)載作直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 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(kāi)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(jì)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(jì)過(guò)程概述

2.1明確液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

明確液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，明確主機(jī)的工藝、結(jié)構(gòu)、工作情況及技術(shù)特性，從而確定哪些機(jī)構(gòu)需要采用液壓傳動(dòng)，所需執(zhí)行元件的形式和數(shù)量，對(duì)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(dòng)作順序或自動(dòng)工作循環(huán)的周期。明確主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的性能要求及系統(tǒng)的工作環(huán)境。

2.2對(duì)所加工零件進(jìn)行工藝分析

2.3液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dòng)力分析（負(fù)載循環(huán)圖）和運(yùn)動(dòng)分析（運(yùn)動(dòng)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(xiàng)內(nèi)容：一是通過(guò)分析對(duì)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(jì)液壓元件，在滿(mǎn)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(yàn)算液壓系統(tǒng)技術(shù)性能，作也評(píng)價(jià)和判斷。驗(yàn)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(jì)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(dòng)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(jiǎn)介

液壓泵站是液壓系統(tǒng)的動(dòng)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(jī)與液壓裝置可分義的各種液壓機(jī)械上。

泵組布置在油箱之上的上置式液壓泵站，當(dāng)電機(jī)采用立式安裝，液壓泵置于油箱內(nèi)時(shí)，稱(chēng)炎立式液壓泵站；當(dāng)電機(jī)采用臥式安裝，液壓泵置于油箱之上時(shí)，稱(chēng)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(chēng)為整體型液壓泵站；將泵組單獨(dú)安裝在地基上的則稱(chēng)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(dòng)功率大，而使用空間不受限制以及開(kāi)機(jī)率低，使用時(shí)又要求很快投入運(yùn)行的場(chǎng)合。

4 結(jié)論

本文介紹了S195柴油機(jī)鏜孔組合機(jī)床液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)過(guò)程，論文表明采用液壓傳動(dòng)方式的組合機(jī)床具有諸多顯著優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱梅、朱光力.主編.液壓與氣動(dòng)技術(shù).西安：電子科技大學(xué)出版社.2004

[2]張利平.主編.液壓氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1997

篇8

對(duì)于數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，合理的日常維護(hù)措施，可以有效的預(yù)防和降低數(shù)控機(jī)床的故障發(fā)生幾率。

首先，針對(duì)每一臺(tái)機(jī)床的具體性能和加工對(duì)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(chē)間的空氣中都含有油霧、灰塵甚至金屬粉末之類(lèi)的污染物，一旦他們落在數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)的印制線(xiàn)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(xiàn)路受到損壞。所以除非是需要進(jìn)行必要的調(diào)整及維修，一般情況下不允許隨便開(kāi)啟柜門(mén)，更不允許在使用過(guò)程中敞開(kāi)柜門(mén)。

另外，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的電網(wǎng)電壓要實(shí)行時(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)超出正常的工作電壓，就會(huì)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(dòng)檢測(cè)保護(hù)的情況下要有專(zhuān)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(diǎn)是數(shù)控機(jī)床采用直流進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)和直流主軸伺服驅(qū)動(dòng)的，要注意將電刷從直流電動(dòng)機(jī)中取出來(lái)，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(tái)電動(dòng)機(jī)損壞。這是非常嚴(yán)重也容易引起的故障。

2.數(shù)控機(jī)床一般的故障診斷分析

2.1檢查

在設(shè)備無(wú)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(cè)故障板，仔細(xì)檢查有無(wú)由于電流過(guò)大造成的保險(xiǎn)絲熔斷，元器件的燒焦煙熏，有無(wú)雜物斷路現(xiàn)象，造成板子的過(guò)流、過(guò)壓、短路。觀察阻容、半導(dǎo)體器件的管腳有無(wú)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(shí)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(bào)警信息或用發(fā)光二級(jí)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(lái)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(cè)引線(xiàn)間隔致密的電路板上零件的能力，進(jìn)一步完善了系統(tǒng)的自我診斷能力。

2.3功能程序測(cè)試法

功能程序測(cè)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(dòng)變成的方法，編制成一個(gè)功能測(cè)試程序，送人數(shù)控系統(tǒng)，然后讓數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行這個(gè)測(cè)試程序，借以檢查機(jī)床執(zhí)行這些功能的準(zhǔn)確定和可靠性，進(jìn)而判斷出故障發(fā)生的可能原因。

2.4接口信號(hào)檢查

通過(guò)用可編程序控制器在線(xiàn)檢查機(jī)床控制系統(tǒng)的接回信號(hào)，并與接口手冊(cè)正確信號(hào)相對(duì)比，也可以查出相應(yīng)的故障點(diǎn)。

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(lái)越大技術(shù)也越來(lái)越復(fù)雜，按常規(guī)方法，很難把故障定位到一個(gè)很小的區(qū)域，而一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，為了縮短停機(jī)時(shí)間，在沒(méi)有診斷備件的情況下可以采用相同或相容的模塊對(duì)故障模塊進(jìn)行替換檢查，對(duì)于現(xiàn)代數(shù)控的維修，越來(lái)越多的情況采用這種方法進(jìn)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(jī)時(shí)間。

上述診斷方法，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)并無(wú)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(shí)進(jìn)行。最主要的是根據(jù)診斷的結(jié)果間接或直接的找到問(wèn)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(jī)床故障診斷實(shí)例

由于數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)部分是強(qiáng)弱電一體的，是最容易發(fā)生問(wèn)題的。因此將驅(qū)動(dòng)部分作簡(jiǎn)單介紹：驅(qū)動(dòng)部分包括主軸驅(qū)動(dòng)器和伺服驅(qū)動(dòng)器，有電源模塊和驅(qū)動(dòng)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(dòng)部分實(shí)際上是個(gè)逆變換，將高壓支流轉(zhuǎn)換為三相交流，并驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，完成個(gè)伺服軸的運(yùn)動(dòng)和主軸的運(yùn)轉(zhuǎn)。因此這部分最容易出故障。以CJK6136數(shù)控機(jī)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(jī)械傳動(dòng)接口的故障維修。

如在數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中，主軸有時(shí)能回參考點(diǎn)有時(shí)不能。在數(shù)控操作面板上，主軸轉(zhuǎn)速顯示時(shí)有時(shí)無(wú)，主軸運(yùn)轉(zhuǎn)正常。分析出現(xiàn)的故障原因得該機(jī)床采用變頻調(diào)速，其轉(zhuǎn)速信號(hào)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(wú)法傳遞轉(zhuǎn)速信號(hào)了。只能是編碼器與其連接單元出現(xiàn)問(wèn)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(dòng)，二是可能可和主軸的機(jī)械連接出現(xiàn)問(wèn)題。由此可以著手解決問(wèn)題了。首先檢查編碼器與ECU的連接。若不存在問(wèn)題，就卸下編碼器檢查主傳動(dòng)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(gè)問(wèn)題。修復(fù)并重新安裝就解決了問(wèn)題。

數(shù)控機(jī)床故障產(chǎn)生的原因是多種多樣的，有機(jī)械問(wèn)題、數(shù)控系統(tǒng)的問(wèn)題、傳感元件的問(wèn)題、驅(qū)動(dòng)元件的問(wèn)題、強(qiáng)電部分的問(wèn)題、線(xiàn)路連接的問(wèn)題等。在檢修過(guò)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(diǎn)，切勿盲目的亂動(dòng)，否則，不但不能解決問(wèn)題。還可能使故障范圍進(jìn)一步擴(kuò)大?？傊?，在面對(duì)數(shù)控機(jī)床故障和維修問(wèn)題時(shí)，首先要防患于未燃，不能在數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)問(wèn)題后才去解決問(wèn)題，要做好日常的維護(hù)工作和了解機(jī)床本身的結(jié)構(gòu)和工作原理，這樣才能做到有的放矢。

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中圖分類(lèi)號(hào)：TP27文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791(2012)04(A)-0000-00

可以說(shuō)在當(dāng)今全世界的機(jī)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(jī)械制造、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、測(cè)量以及電氣傳動(dòng)等技術(shù)于一身，各方面功能均十分強(qiáng)大。通過(guò)筆者對(duì)當(dāng)前數(shù)控系統(tǒng)市場(chǎng)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(jī)為控制平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)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(diǎn)，但其價(jià)格卻相對(duì)比較昂貴。對(duì)于生產(chǎn)企業(yè)來(lái)講，需要的是一種既能滿(mǎn)足生產(chǎn)需求，價(jià)格又相對(duì)低廉的數(shù)控系統(tǒng)。為此，本文將單片機(jī)測(cè)控技術(shù)應(yīng)用到數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)中，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)這一需求。

1 基于單片機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

基于單片機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)，能夠根據(jù)用戶(hù)的實(shí)際需求以及CPU種類(lèi)的不同實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品細(xì)分，并以此使設(shè)計(jì)出來(lái)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品具有系列化的特征。通過(guò)對(duì)市場(chǎng)的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，人們對(duì)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品的需求大致可分為以下兩類(lèi)：

1.1 單片機(jī)加實(shí)時(shí)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(duì)來(lái)講比較豐富，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息共享，而且還可以進(jìn)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(shí)時(shí)性的關(guān)鍵。在此類(lèi)數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)中，使用較多的單片機(jī)為ARM系列等，實(shí)時(shí)系統(tǒng)則為Windows、RT-Linux等。這種類(lèi)型的數(shù)控系統(tǒng)常被用于對(duì)精度要求較高或是聯(lián)動(dòng)數(shù)目在四軸以上的數(shù)控機(jī)床當(dāng)中。

1.2 單片機(jī)加控制模塊

在此類(lèi)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(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，所以各個(gè)任務(wù)的實(shí)時(shí)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(lèi)系統(tǒng)應(yīng)用的單片機(jī)主要以高性能的CPU為主，這樣能夠有效地確保系統(tǒng)的運(yùn)算速度符合插補(bǔ)和管理等功能的需要。這種系統(tǒng)通常僅能滿(mǎn)足三軸聯(lián)動(dòng)和四軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床的需求。

通過(guò)上述分析不難看出，研發(fā)不同等級(jí)的數(shù)控系統(tǒng)，只需要根據(jù)用戶(hù)的實(shí)際需求，采用的不同平臺(tái)，然后在平臺(tái)中對(duì)系統(tǒng)的主要功能略作改進(jìn)，便能夠開(kāi)發(fā)出滿(mǎn)足用戶(hù)需要的數(shù)控系統(tǒng)。這在一定程度上避免了基于單片機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)研發(fā)的缺點(diǎn)，有效地減少了重復(fù)性工作，從而使整個(gè)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(jìn)行總結(jié)和提煉，便可以組成一個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上對(duì)相應(yīng)的功能進(jìn)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(jī)的數(shù)控系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)思路。

2 基于單片機(jī)測(cè)控的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

任何一種數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵均在于其軟件及硬件的設(shè)計(jì)，應(yīng)用單片機(jī)測(cè)控技術(shù)的數(shù)控系統(tǒng)也不例外，下面簡(jiǎn)要介紹一下軟件及硬件在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中需要遵循的主要原則：

2.1 規(guī)范化原則

一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研發(fā)，最忌諱的就是重復(fù)開(kāi)發(fā)，這樣不僅會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間，而且也會(huì)浪費(fèi)大量的資源，所以在進(jìn)行軟件及硬件設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須有一個(gè)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，以此來(lái)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(jìn)行研發(fā)和生產(chǎn)，以此來(lái)杜絕重復(fù)性開(kāi)發(fā)的情況發(fā)生，減少資源的浪費(fèi)。為此，在進(jìn)行系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)時(shí)，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(jì)過(guò)程中，應(yīng)以系列化和標(biāo)準(zhǔn)化的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣有利于提高系統(tǒng)整體的實(shí)時(shí)性和可靠性。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)通訊方式、CPU結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)及輔助控制等的模塊化處理，根據(jù)實(shí)際功能的不同制成所需的模塊，借此來(lái)實(shí)現(xiàn)系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)模塊與模塊之間還可通過(guò)預(yù)先定義好的標(biāo)準(zhǔn)化接口實(shí)現(xiàn)通訊。

2.3 開(kāi)放性原則

在進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時(shí)，為有效地降低系統(tǒng)軟件對(duì)硬件的依賴(lài)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(jì)成為模塊化，這樣有利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟件的開(kāi)放性。對(duì)于整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)而言，設(shè)計(jì)一個(gè)獨(dú)立的軟件平臺(tái)是較為重要的。由于書(shū)庫(kù)系統(tǒng)本身都具有多任務(wù)性和實(shí)時(shí)性，所以軟件平臺(tái)的構(gòu)建也應(yīng)以此為前提，同時(shí)軟件平臺(tái)的基本功能還應(yīng)實(shí)現(xiàn)典型化和模塊化，從而使每個(gè)功能模塊之間均能實(shí)現(xiàn)相互獨(dú)立和統(tǒng)一調(diào)度。這樣的軟件設(shè)計(jì)可以適應(yīng)不同的硬件系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了軟件的開(kāi)放性和獨(dú)立性。

3 單片機(jī)測(cè)控技術(shù)在數(shù)控系統(tǒng)中的具體應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)

基于以上的設(shè)計(jì)思路及設(shè)計(jì)原則，下面筆者以一種數(shù)控鉆銑床為例，對(duì)單片機(jī)測(cè)控技術(shù)的應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)進(jìn)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(jī)床是鉆、銑相結(jié)合的一類(lèi)機(jī)床，為此先簡(jiǎn)要介紹一下該數(shù)控機(jī)床的加工順序：首先，工作臺(tái)就位，然后鉆頭鉆進(jìn)，鉆孔后鉆頭快退，移至下一位置繼續(xù)重復(fù)上述動(dòng)作，直至全部鉆孔完畢為止后，工作臺(tái)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(jī)床，故此在其各方面參數(shù)均滿(mǎn)足實(shí)際加工要求的前提下，決定采用連續(xù)控制系統(tǒng)對(duì)其加工進(jìn)行控制，具體控制方案為采用單片機(jī)控制的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)對(duì)系統(tǒng)工作臺(tái)進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制。當(dāng)進(jìn)給指令由單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)出后，經(jīng)過(guò)功率放大后對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，然后經(jīng)由齒輪減速器帶動(dòng)絲杠進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，直線(xiàn)位移的完成主要依靠絲杠螺母的轉(zhuǎn)換，具體移動(dòng)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(jī)測(cè)控系統(tǒng)的主要功能

該數(shù)控系統(tǒng)中，單片機(jī)采用的是集中控制方式，對(duì)于系統(tǒng)中的各項(xiàng)任務(wù)采取的是分時(shí)處理進(jìn)行的，如插補(bǔ)運(yùn)算、CRT顯示、輸入輸出控制以及存儲(chǔ)等等。測(cè)控系統(tǒng)的主要功能如下：其一，初始化處理。主要是對(duì)I/O接口、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)頻率定時(shí)器以及中斷等進(jìn)行初始化；其二，復(fù)位功能。機(jī)床開(kāi)機(jī)工作時(shí)工作臺(tái)應(yīng)自行恢復(fù)至初始加工位置，如有需要也可盡心手動(dòng)復(fù)位；其三，監(jiān)視功能。具體是對(duì)開(kāi)關(guān)、鍵盤(pán)以及按鍵等進(jìn)行監(jiān)視，如監(jiān)視行程開(kāi)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(jī)報(bào)警功能。當(dāng)工作臺(tái)在進(jìn)行實(shí)際加工過(guò)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(bào)警顯示；其六，控制方式選擇功能。主要包括手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，有特殊要求時(shí)可進(jìn)行控制方式切換。

3.3 測(cè)控功能的實(shí)現(xiàn)

（1）硬件設(shè)計(jì)。按照該數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)的實(shí)際測(cè)控要求，決定采用STC12C5A62S2系列單片機(jī)作為主控制器，并行設(shè)置44個(gè)I/O控制接口和雙UART串口，電路為MAX810專(zhuān)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(dá)到250K/S，即每秒25萬(wàn)次，F(xiàn)lash ROM60K，SRAM 1208字節(jié)。這一系列的單片機(jī)具有以下特點(diǎn)：可靠性高、反應(yīng)速度快、功耗低、價(jià)格便宜、抗靜電及抗干擾能力超強(qiáng)，無(wú)需對(duì)片外存儲(chǔ)空間進(jìn)行擴(kuò)展，便可用于數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)的電動(dòng)機(jī)控制，本身自帶PWM/PCA和A/D，不需要在配置外部檢測(cè)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(pán)，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(kāi)機(jī)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(jìn)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，決定采用I/O口對(duì)脈沖分配器的輸出信號(hào)進(jìn)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(jìn)電動(dòng)機(jī)線(xiàn)圈當(dāng)中；為對(duì)機(jī)床工作臺(tái)的超程進(jìn)行監(jiān)視及報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)，決定采用全行程開(kāi)關(guān)作為監(jiān)視信號(hào)進(jìn)行輸入，并采用發(fā)光二極管作為超程報(bào)警指示燈。

（2）軟件設(shè)計(jì)。如果將測(cè)控硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，看作是整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)的話(huà)，那么系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)則是測(cè)控系統(tǒng)整體控制思路、控制方式以及控制過(guò)程的體現(xiàn)。測(cè)控系統(tǒng)各個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)，需要應(yīng)用到單片機(jī)的如下技術(shù)，其中主要包括中斷、定時(shí)、LED顯示以及鍵盤(pán)掃描等技術(shù)。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要以模塊化結(jié)構(gòu)為主，下面對(duì)各個(gè)模塊的具體功能進(jìn)行介紹：①主模塊。該模塊主要負(fù)責(zé)完成測(cè)控系統(tǒng)的各項(xiàng)管理工作，數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后會(huì)自行進(jìn)入到管理模塊當(dāng)中，然后接收并執(zhí)行由機(jī)床操作者發(fā)出的操作指令。在這一模塊當(dāng)中，需要對(duì)鍵盤(pán)上各個(gè)相關(guān)案件的功能進(jìn)行自定義，以此來(lái)確定接收指令的形式以及實(shí)現(xiàn)加工數(shù)據(jù)的輸入和、自動(dòng)鉆銑加工、急停等操作功能；②自動(dòng)加工測(cè)控模塊。按照該數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)的實(shí)際工作需要，自動(dòng)加工應(yīng)包括鉆削和銑削兩部分。所以在該模塊中設(shè)計(jì)兩個(gè)子模塊分別用于鉆削和銑削的測(cè)控；③步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制模塊。該模塊主要是對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角以及方向等進(jìn)行控制。在對(duì)這一模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)加速或減速的過(guò)程，這樣有利于解決突然啟停時(shí)，慣性及負(fù)載造成電機(jī)損壞的問(wèn)題?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)進(jìn)給脈沖的時(shí)間間隔及具體脈沖數(shù)進(jìn)行確定，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度及轉(zhuǎn)角的控制。控制時(shí)間常數(shù)可預(yù)先定義好后存儲(chǔ)到程序當(dāng)中，并以此作為對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制的基本參數(shù)，然后利用單片機(jī)本身自帶的定時(shí)器功能，并以中斷的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)頻率的控制。

由于該單片機(jī)中集成有可編程的應(yīng)用程序，故此無(wú)需設(shè)計(jì)專(zhuān)用的仿真器及編程器。通過(guò)將單片機(jī)測(cè)控技術(shù)應(yīng)用到數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)中，使得系統(tǒng)自動(dòng)化功能的實(shí)現(xiàn)變得更加簡(jiǎn)單、各方面性能也更為可靠。

參考文獻(xiàn)

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篇10

關(guān)鍵詞：CNC工具磨床，麻花鉆，容屑槽，聯(lián)動(dòng)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(dá)式描述都相當(dāng)復(fù)雜,而利用現(xiàn)有的商用設(shè)計(jì)軟件(如UG、Pro/ E、CATIA等)對(duì)其進(jìn)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(duì)數(shù)控磨削加工此類(lèi)刀具的機(jī)床作業(yè)進(jìn)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(shí)的機(jī)床聯(lián)動(dòng)軸數(shù)。此外,NC工具磨床聯(lián)動(dòng)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(wú)特殊工藝裝備等)以及機(jī)床的結(jié)構(gòu)型式有關(guān)。本文研究數(shù)控加工時(shí)機(jī)床所用聯(lián)動(dòng)軸數(shù)的意義在于:①運(yùn)動(dòng)軸數(shù)越少,相對(duì)運(yùn)動(dòng)副就越少,機(jī)床的運(yùn)動(dòng)剛性和運(yùn)動(dòng)精度也就越高;②減少運(yùn)動(dòng)軸數(shù)可簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)對(duì)刀具的加工,以降低加工成本;③可為用戶(hù)根據(jù)自身產(chǎn)品進(jìn)行機(jī)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(yùn)動(dòng)學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看,機(jī)械加工的過(guò)程實(shí)質(zhì)上就是控制每個(gè)瞬時(shí)刀具幾何體相對(duì)工件幾何體在空間的相對(duì)位姿和相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的過(guò)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(duì)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(xiàn)上的一點(diǎn)作為各自實(shí)體的參考點(diǎn),在點(diǎn)建立工件(指被加工刀具體,以下統(tǒng)稱(chēng)工件)的刀刃曲線(xiàn)方程,為刀刃曲線(xiàn)的參變量;在點(diǎn)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(duì)砂輪大端面的描述)。當(dāng)用砂輪磨削工件刀刃時(shí),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(xiàn)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(duì)位置(位姿)。然后根據(jù)機(jī)床的結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)形式,即可得到反映砂輪與麻花鉆工件相對(duì)自由度變化的機(jī)床運(yùn)動(dòng)參數(shù),多軸聯(lián)動(dòng)工具磨床就是根據(jù)這個(gè)理論依據(jù)設(shè)計(jì)的。論文參考。

3 常用CNC工具磨床的類(lèi)型

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

圖2 平動(dòng)型CNC工具磨床結(jié)構(gòu)模型

(1)砂輪平動(dòng)型CNC多聯(lián)動(dòng)工具磨床，此類(lèi)工具磨床包括3個(gè)平動(dòng)軸和2個(gè)旋轉(zhuǎn)軸(見(jiàn)圖2),除了保證工件繞自身軸線(xiàn)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)外,它們可根據(jù)用戶(hù)的需要任意組合成各種聯(lián)動(dòng)方式。

圖3 擺動(dòng)型CNC工具磨床結(jié)構(gòu)模型

(2) 砂輪擺動(dòng)型CNC多聯(lián)動(dòng)工具磨床此類(lèi)工具磨床也有3個(gè)平動(dòng)軸和2個(gè)旋轉(zhuǎn)軸(見(jiàn)圖3),工件仍然是繞自身軸線(xiàn)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),但它的砂輪可作擺動(dòng)。此類(lèi)工具磨床也可根據(jù)不同的加工要求任意組合聯(lián)動(dòng)方式。與傳統(tǒng)的搖臂類(lèi)工具磨床相比,多軸聯(lián)動(dòng)工具磨床的傳動(dòng)鏈較短,結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化,取消了特殊工裝等復(fù)雜的機(jī)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(dòng)態(tài)剛度提高,加工能力、加工范圍和靈活性增強(qiáng),機(jī)床調(diào)整更為簡(jiǎn)單,可通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“軟調(diào)整”。盡管砂輪平動(dòng)型和擺動(dòng)型CNC工具磨床機(jī)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(yùn)動(dòng)。從理論上說(shuō),只要保證數(shù)控加工中每個(gè)瞬時(shí)砂輪相對(duì)工件的位姿和相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)滿(mǎn)足方程式(1),即可加工出相同的刀刃曲線(xiàn)和容屑槽曲面。

4 CNC機(jī)床加工麻花鉆所需聯(lián)動(dòng)軸數(shù)目的確定

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

根據(jù)文獻(xiàn)[3]中的螺旋刀刃曲線(xiàn)方程: ,可作如下分析:

(1)當(dāng)時(shí),工件的刀刃為平面曲線(xiàn),刀槽為直槽,加工時(shí)不需要角運(yùn)動(dòng)(圖1所示的運(yùn)動(dòng)參數(shù)A,C)參與聯(lián)動(dòng)即可成形。如果也為常數(shù),采用沿工件軸線(xiàn)(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(duì)工件需作沿其軸線(xiàn)和徑向的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),即機(jī)床需要有X、Z兩個(gè)方向直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)動(dòng)功能。為了減少機(jī)床聯(lián)動(dòng)軸數(shù),可對(duì)此類(lèi)工件的加工配置特殊工裝(工件傾斜、采用輔助靠模等),以實(shí)現(xiàn)砂輪相對(duì)工件徑向的距離變化,加工中仍然采用沿工件軸線(xiàn)X方向的單軸加工方式。

(2)當(dāng)θ變化時(shí), 工件回轉(zhuǎn)面為直紋面(如柱面、錐面等),其上各點(diǎn)的法線(xiàn)方向與工件軸心線(xiàn)的夾角為定值。通過(guò)機(jī)床軸的旋轉(zhuǎn)(或利用特殊工裝),總能使工件的槽底母線(xiàn)平行于刀具的單軸進(jìn)給方向,從而具有如圖1所示的A、X兩軸聯(lián)動(dòng),即工件相對(duì)于砂輪作繞自身軸線(xiàn)的角運(yùn)動(dòng)和沿自身母線(xiàn)方向的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),即可加工出所需的螺旋槽面。對(duì)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(shí)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(xiàn)至工件軸心線(xiàn)(兩異面直線(xiàn))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(huì)局限于僅生產(chǎn)一種產(chǎn)品,因此機(jī)床還應(yīng)具有如圖1所示的d1、d2、d3和工件軸線(xiàn)的手動(dòng)調(diào)整功能。

(3)當(dāng)θ變化時(shí),對(duì)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(duì)工件的Y向距離有關(guān))的情況,除了需要角位移A和線(xiàn)位移X 聯(lián)動(dòng)以外,另一個(gè)角位移——砂輪回轉(zhuǎn)軸心線(xiàn)與工件回轉(zhuǎn)軸心線(xiàn)的夾角也要發(fā)生實(shí)時(shí)變化,才能保證刃帶寬度或控制前角不發(fā)生干涉,因此機(jī)床需要有三軸聯(lián)動(dòng)功能。論文參考。

(4)對(duì)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(mǎn)足上述(3)的要求外,還必須增加圖1所示的Z向線(xiàn)位移,即通過(guò)四軸聯(lián)動(dòng)才能滿(mǎn)足加工要求,此時(shí)對(duì)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(duì)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(xiàn)位移來(lái)調(diào)整刀刃前角的大小,因此除滿(mǎn)足上述。(4)的要求外,還有必要增加如圖1 所示的Y 向線(xiàn)位移,即采用五軸聯(lián)動(dòng)才能滿(mǎn)足加工要求。為了保證砂輪與工件在加工中的相對(duì)位姿要求,不同結(jié)構(gòu)型式機(jī)床的砂輪和工件會(huì)有不同的運(yùn)動(dòng)方式,即在將工件坐標(biāo)系中的刀位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為機(jī)床坐標(biāo)系下的運(yùn)動(dòng)參數(shù)時(shí),機(jī)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(jī)床需要采用的聯(lián)動(dòng)軸數(shù)也不同,根據(jù)幾何學(xué)原理判定的最少聯(lián)動(dòng)軸數(shù)不一定就是機(jī)床加工時(shí)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軸數(shù)。論文參考。在圖3所示的砂輪擺動(dòng)型工具磨床上加工螺旋角為β的一般圓柱螺旋線(xiàn)時(shí),僅需將工件軸A繞擺動(dòng)中心逆時(shí)針擺動(dòng)≥90°-β,并給定兩異面直線(xiàn)(砂輪軸心線(xiàn)和工件軸心線(xiàn))的距離,即在加工中需要機(jī)床的B和Y兩軸聯(lián)動(dòng)。在圖2所示的砂輪平動(dòng)型工具磨床上加工螺旋角為β的一般圓柱螺旋槽時(shí),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(dòng)量ΔX和Y軸方向的移動(dòng)量ΔY始終滿(mǎn)足ΔY/ΔX =tanβ的關(guān)系,以保證砂輪相對(duì)工件軸心線(xiàn)的空間位置保持不變,再加上工件的自轉(zhuǎn)A ,即加工時(shí)需要機(jī)床的X 、Y、A三軸聯(lián)動(dòng)。如果為加工此類(lèi)刀具而專(zhuān)門(mén)改變機(jī)床結(jié)構(gòu),將X 軸移動(dòng)副導(dǎo)軌置于C軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)之上,則在加工一般圓柱螺旋槽時(shí),C軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)β后,僅需提供X和A兩軸聯(lián)動(dòng)即可達(dá)到加工要求。因此,在進(jìn)行機(jī)床運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí),要充分考慮被加工對(duì)象的幾何特征。

5 結(jié)語(yǔ)

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(guò)程;分析了砂輪平動(dòng)型CNC工具磨床和砂輪擺動(dòng)型CNC工具磨床的運(yùn)動(dòng)形式,并與傳統(tǒng)的工具磨床進(jìn)行了比較;給出了確定機(jī)床聯(lián)動(dòng)軸數(shù)目的幾何原則;同時(shí)說(shuō)明,按此原則判定的運(yùn)動(dòng)軸數(shù)并非就是機(jī)床加工時(shí)的運(yùn)動(dòng)軸數(shù),實(shí)際需要的運(yùn)動(dòng)軸數(shù)還應(yīng)取決于機(jī)床的結(jié)構(gòu)型式。

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