大学课程设计数控技术[]doc

衡阳技师学院学生姓名： 罗腾辉考籍号：年级专业： 2008级数控技师3 班指导老师及职称：申凯罗芳芳学院： 衡阳技师学院湖南衡阳提交日期： 2011 年 05 月目录 1 11.111.213.133.233.233.2.133.2.243.2.343.343.3.143.3.253.3.353.3.46464.164.274.384.484.584.68585.1G0085.295.2.195.2.295.2.3105.2.4106106.1106.212 14 14 14简析数控机床及未来地发展学生：廖学军指导老师：湖南师范大学, 长沙 410128, . , . , .10 .18,12,10, 2015. , 10 , , , ,., , ,:1 前言, . , , .2 数控机床地产生与发展随着科学技术地发展 , 数控车床产品日趋复杂化和精密化更新换代也越来越频繁个性化地需求使得生产类型由大批、大量向多品种、小批里生产转换, 这样相应地对数控车床产品加工地精度、效率、柔性及自动化等提出了越来越高地要求.数控车床等机械行业传统、典型地加工方式主要有三种：( 1 ）采用普通通用机床地单件、小批生产 . 由技术工人手工操作控制机床 , 工艺参数基本由操作工人确定 , 生产效率低 , 产品质量不稳定 特别是一些复杂地零件加工 , 需依赖靠模或借助画线和样板等手工操作地方法进行加工 , 加上效率和精度受到很大限制 .( 2）采用通用地机械自动化机床（如凸轮自动车床）地大批童生产以专用凸轮、靠模等实体零件作为加工工艺、控制信息地载体来控制机床地自动运行. 若产品更新, 则需设计、更换或调整相应地信息载体零件 , 因此需要较长地准备周期 , 仅适用于大批量简单零件标准件类地加工 .( 3 ）采用组合专用机床及其自动线地大批量生产一般以系列化地通用部件和专用化夹具、多轴箱体等组成主机本体采用 PLC实现自动或半自动控制其加工工艺内容及参数在设备设计时就严格规定使用中一般很难也很少更改这种自动化高效设备需要较大地初期投资和较长地生产准备周期 , 只有在大批量生产条件下才会产生显著地经济效益 . 显然二 L 述三种加工方式对于当前机械制造业中占机械加工总量70 %至 80 地单件小批量生产地零件很难适应.为 r 解决上述问题 , 满足多品种、小批量、复杂、高精度零件地自动化生产要求迫切需要一种通用、灵活、能够适应产品频繁变化地柔性自动化机床以计算机技术为依托 ,1952 年美国帕森斯（ Parsons ）公司和麻省理工学院（ MIT ）合作, 研制成功了世界上第一台以数字计算机为基础地数字控制三坐标直线插补铣床 , 从而使得机械制造业进人了一个崭新时代 .第一台数控机床问世以来, 随着微电子技术、白动控制技术和精密测量技术地发展, 数控技术也得到了迅速发展先后经历了电子份（1952 年）、晶体管（ 1959 年）、小规模集成电路 ( 1965 年）、大规模集成电路及小型计算机（1970 年）和微处理机 或微型计算机（ l 974年）等五代数控系统 .前只代数控系统属于专用控制计算机地硬接线（硬件）系统, 一般称为 NC ( numericalcontrol ）20 世纪 70 年代初期计算机技术地迅速发展使得小型计算机地价格急剧下降, 从而出现了以小型计算机代替专用硬件控制计算机地第四代数控系统 . 这种系统不仅具有更好地经济性 , 而且许多功能可用编制地专用数控车床程序实现 , 并可将专用程序储铸在小垫计算机地存储器中构成控制软件. 这种数控系统称为CNC( computerized numerical control） 即计算机书毛制系统 .20世纪 70 年代中期以微处理机为核心地数控系统 MNC得到了迅速发展 .CNC 与 MNC均称为软接线（软件）致控系统 .NC 数控系统早已经淘汰 , 现代教控均采用 MNC数控系统目前通常将现代数控系统称为 CNC .1958 年, 北京机床研究所和清华大学等单位率先研制了电子管式开环伺胀驱动地数控机床 . 由于历史原因 , 迟迟未能在实用阶段上有所突破 .70 年代初期 , 我国研制地数控装置主要采用晶体管分立元器件 , 性能不稳定 , 可靠性差 , 只有少甘地数控机床（如专用数控铁床及非圆齿轮插齿机等）用于生产 .1972 年采用集成数字电路地数控系统在清华大学研制成功 , 数控技术开始在车、钻、铣、健、磨及齿轮等加工领域得以推广 .从 1980 年开始 , 随着我国改革和开放政策地实施 , 国内一些单位从日本、 美国、前西德等产家引进较先进地数控（制造）技术 , 并投入批量生产 .与此同时 , 我国许多单位开始投人经济型数控系统地研制工作 . 最近 , 我国在引进、消化和吸收国外先进数控技术地基础上 , 开发和生产了拥有自主知识产权地数控软硬件. 现在国内常用地数控系统有广州数控、华中数控等 .3 数控机床地分类3.1 按加工工艺方法分类金属切削类数控机床与传统地车、铣、钻、磨、齿轮加工相对应地数控机床有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等 . 尽管这些数控机床在加工工艺方法上存在很大差别 , 具体地控制方式也各不相同 , 但机床地动作和运动都是数字化控制地 , 具有较高地生产率和自动化程度 .在普通数控机床加装一个刀库和换刀装置就成为数控加工中心机床 . 加工中心机床进一步提高了普通数控机床地自动化程度和生产效率 . 例如铣、镗、钻加工中心 , 它是在数控铣床基础上增加了一个容量较大地刀库和自动换刀装置形成地, 工件一次装夹后 , 可以对箱体零件地四面甚至五面大部分加工工序进行铣、镗、钻、扩、铰以及攻螺纹等多工序加工 , 特别适合箱体类零件地加工 . 加工中心机床可以有效地避免由于工件多次安装造成地定位误差 , 减少了机床地台数和占地面积 , 缩短了辅助时间 , 大大提高了生产效率和加工质量 .特种加工类数控机床除了切削加工数控机床以外, 数控技术也大量用于数控电火花线切割机床、数控电火花成型机床、数控等离子弧切割机床、数控火焰切割机床以及数控激光加工机床等.常见地应用于金属板材加工地数控机床有数控压力机、数控剪板机和数控折弯机等 .近年来 , 其它机械设备中也大量采用了数控技术, 如数控多坐标测量机、自动绘图机及工业机器人等 .3.2按控制运动轨迹分类点位控制数控机床位置地精确定位 , 在移动和定位过程中不进行任何加工 . 机床数控系统只控制行程终点地坐标值 , 不控制点与点之间地运动轨迹 , 因此几个坐标轴之间地运动无任何联系 . 可以几个坐标同时向目标点运动 , 也可以各个坐标单独依次运动 .这类数控机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床、数控点焊机等 . 点位控制数控机床地数控装置称为点位数控装置 .直线控制数控机床直线控制数控机床可控制刀具或工作台以适当地进给速度 , 沿着平行于坐标轴地方向进行直线移动和切削加工 , 进给速度根据切削条件可在一定范围内变化 .直线控制地简易数控车床 , 只有两个坐标轴 , 可加工阶梯轴 . 直线控制地数控铣床 , 有三个坐标轴 , 可用于平面地铣削加工 . 现代组合机床采用数控进给伺服系统 , 驱动动力头带有多轴箱地轴向进给进行钻镗加工 , 它也可算是一种直线控制数控机床 .数控镗铣床、加工中心等机床 , 它地各个坐标方向地进给运动地速度能在一定范围内进行调整 , 兼有点位和直线控制加工地功能 , 这类机床应该称为点位 / 直线控制地数控机床.轮廓控制数控机床板材加工类轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动地位移及速度进行连续相关地控制 , 使合成地平面或空间地运动轨迹能满足零件轮廓地要求 . 它不仅能控制机床移动部件地起点与终点坐标 , 而且能控制整个加工轮廓每一点地速度和位移 , 将工件加工成要求地轮廓形状 .常用地数控车床、数控铣床、数控磨床就是典型地轮廓控制数控机床. 数控火焰切割机、电火花加工机床以及数控绘图机等也采用了轮廓控制系统. 轮廓控制系统地结构要比点位 / 直线控系统更为复杂, 在加工过程中需要不断进行插补运算, 然后进行相应地速度与位移控制 .现在计算机数控装置地控制功能均由软件实现, 增加轮廓控制功能不会带来成本地增加 . 因此 , 除少数专用控制系统外 , 现代计算机数控装置都具有轮廓控制功能.3.3 按驱动装置地特点分类开环控制数控机床这类控制地数控机床是其控制系统没有位置检测元件, 伺服驱动部件通常为反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机. 数控系统每发出一个进给指令, 经驱动电路功率放大后 , 驱动步进电机旋转一个角度, 再经过齿轮减速装置带动丝杠旋转, 通过丝杠螺母机构转换为移动部件地直线位移. 移动部件地移动速度与位移量是由输入脉冲地频率与脉冲数所决定地. 此类数控机床地信息流是单向地, 即进给脉冲发出去后, 实际移动值不再反馈回来 , 所以称为开环控制数控机床.开环控制系统地数控机床结构简单 , 成本较低 . 但是 , 系统对移动部件地实际位移量不进行监测 , 也不能进行误差校正 . 因此 , 步进电动机地失步、步距角误差、齿轮与丝杠等传动误差都将影响被加工零件地精度 . 开环控制系统仅适用于加工精度要求不很高地中小型数控机床 , 特别是简易经济型数控机床 .闭环控制数控机床接对工作台地实际位移进行检测 , 将测量地实际位移值反馈到数控装置中 , 与输入地指令位移值进行比较 , 用差值对机床进行控制 , 使移动部件按照实际需要地位移量运动, 最终实现移动部件地精确运动和定位 . 从理论上讲 , 闭环系统地运动精度主要取决于检测装置地检测精度 , 也与传动链地误差无关 , 因此其控制精度高 . 图 1-3 所示地为闭环控制数控机床地系统框图 . 图中 A 为速度传感器、C 为直线位移传感器 . 当位移指令值发送到位置比较电路时 , 若工作台没有移动 , 则没有反馈量 , 指令值使得伺服电动机转动, 通过 A 将速度反馈信号送到速度控制电路 , 通过 C将工作台实际位移量反馈回去 , 在位置比较电路中与位移指令值相比较 , 用比较后得到地差值进行位置控制 , 直至差值为零时为止 . 这类控制地数控机床 , 因把机床工作台纳入了控制环节 , 故称为闭环控制数控机床 .闭环控制数控机床地定位精度高, 但调试和维修都较困难 , 系统复杂 , 成本高 .半闭环控制数控机床半闭环控制数控机床是在伺服电动机地轴或数控机床地传动丝杠上装有角位移电流检测装置（如光电编码器等） , 通过检测丝杠地转角间接地检测移动部件地实际位移,然后反馈到数控装置中去, 并对误差进行修正 . 通过测速元件A 和光电编码盘B 可间接检测出伺服电动机地转速, 从而推算出工作台地实际位移量, 将此值与指令值进行比较,用差值来实现控制. 由于工作台没有包括在控制回路中, 因而称为半闭环控制数控机床.半闭环控制数控系统地调试比较方便, 并且具有很好地稳定性. 目前大多将角度检测装置和伺服电动机设计成一体, 这样 , 使结构更加紧凑 .混合控制数控机床将以上三类数控机床地特点结合起来, 就形成了混合控制数控机床. 混合控制数控机床特别适用于大型或重型数控机床 , 因为大型或重型数控机床需要较高地进给速度与相当高地精度 , 其传动链惯量与力矩大 , 如果只采用全闭环控制 , 机床传动链和工作台全部置于控制闭环中 , 闭环调试比较复杂 . 混合控制系统又分为两种形式：（1）开环补偿型 . 它地基本控制选用步进电动机地开环伺服机构, 另外附加一个校正电路. 用装在工作台地直线位移测量元件地反馈信号校正机械系统地误差.（2）半闭环补偿型 . 它是用半闭环控制方式取得高精度控制, 再用装在工作台上地直线位移测量元件实现全闭环修正, 以获得高速度与高精度地统一. 其中 A 是速度测量元件（如测速发电机） ,B 是角度测量元件 ,C 是直线位移测量元件 .4 数控车地工艺与工装削数控车床加工工艺与普通车床地加工工艺类似,但由于数控车床是一次装夹,连续自动加工完成所有车削工序,因而应注意以下几个方面.4.1.合理选择切削用量切削用量不仅是在机床调整前必须确定地重要参数 ,而且其数值合理与否对加工质量、加工效率、生产成本等有着非常重要地影响 .所谓 “合理地 ”切削用量是指充分利用刀具切削性能和机床动力性能 (功率、扭矩 ),在保证质量地前提下 ,获得高地生产率和低地加工成本地切削用量 .一 制订切削用量时考虑地因素切削加工生产率在切削加工中 ,金属切除率与切削用量三要素 ap、 f、v 均保持线性关系 ,即其中任一参数增大一倍 ,都可使生产率提高一倍 .然而由于刀具寿命地制约 ,当任一参数增大时 , 其它二参数必须减小 .因此 ,在制订切削用量时 ,三要素获得最佳组合 ,此时地高生产率才是合理地 .刀具寿命切削用量三要素对刀具寿命影响地大小 ,按顺序为 v、f 、ap. 因此 ,从保证合理地刀具寿命出发 ,在确定切削用量时 ,首先应采用尽可能大地背吃刀量； 然后再选用大地进给量；最后求出切削速度 .加工表面粗糙度精加工时 ,增大进给量将增大加工表面粗糙度值 .因此 ,它是精加工时抑制生产率提高地主要因素 .二 刀具寿命地选择原则切削用量与刀具寿命有密切关系 .在制定切削用量时 ,应首先选择合理地刀具寿命 , 而合理地刀具寿命则应根据优化地目标而定 .一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种 ,前者根据单件工时最少地目标确定 ,后者根据工序成本最低地目标确定 . 选择刀具寿命时可考虑如下几点：根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择 .复杂和精度高地刀具寿命应选得比单刃刀具高些 .对于机夹可转位刀具 ,由于换刀时间短 ,为了充分发挥其切削性能 ,提高生产效率 ,刀具寿命可选得低些 ,一般取 15-30min.对于装刀、换刀和调刀比较复杂地多刀机床、组合机床与自动化加工刀具 ,刀具寿命应选得高些 ,尤应保证刀具可靠性 .车间内某一工序地生产率限制了整个车间地生产率地提高时 ,该工序地刀具寿命要选得低些；当某工序单位时间内所分担到地全厂开支 M 较大时 ,刀具寿命也应选得低些 .大件精加工时 ,为保证至少完成一次走刀,避免切削时中途换刀 ,刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定.三 切削用量制定地步骤背吃刀量地选择进给量地选择切削速度地确定校验机床功率四 提高切削用量地途径采用切削性能更好地新型刀具材料；在保证工件机械性能地前提下 ,改善工件材料加工性；改善冷却润滑条件；改进刀具结构 ,提高刀具制造质量 .4.2.合理选择刀具1) 粗车时 , 要选强度高、耐用度好地刀具 , 以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量地要求 .2) 精车时 , 要选精度高、耐用度好地刀具 , 以保证加工精度地要求 .3) 为减少换刀时间和方便对刀 , 应尽量采用机夹刀和机夹刀片 .4.3.合理选择夹具1) 尽量选用通用夹具装夹工件 , 避免采用专用夹具；2) 零件定位基准重合 , 以减少定位误差 .4.4.确定加工路线加工路线是指数控机床加工过程中, 刀具相对零件地运动轨迹和方向.1) 应能保证加工精度和表面粗糙要求；2) 应尽量缩短加工路线 , 减少刀具空行程时间 .4.5.加工路线与加工余量地联系目前 , 在数控车床还未达到普及使用地条件下 , 一般应把毛坯上过多地余量 , 特别是含有锻、铸硬皮层地余量安排在普通车床上加工 . 如必须用数控车床加工时 , 则需注意程序地灵活安排 .4.6.夹具安装要点目前液压卡盘和液压夹紧油缸地连接是靠拉杆实现地 , 液压卡盘夹紧要点如下： 首先用搬手卸下液压油缸上地螺帽 , 卸下拉管 , 并从主轴后端抽出 , 再用搬手卸下卡盘固定螺钉 , 即可卸下卡盘 .5 程序首句妙用与控制尺寸精度地技巧5.1 、程序首句妙用G00地技巧目前我们所接触到地教科书及数控车削方面地技术书籍, 程序首句均为建立工件坐标系 , 即以 G50 X Z 作为程序首句 . 根据该指令 , 可设定一个坐标系 , 使刀具地某一点在此坐标系中地坐标值为(X Z )( 本文工件坐标系原点均设定在工件右端面).采用这种方法编写程序 , 对刀后 , 必须将刀移动到 G50设定地既定位置方能进行加工, 找准该位置地过程如下 .1. 对刀后 , 装夹好工件毛坯；2. 主轴正转 , 手轮基准刀平工件右端面 A；3. Z 轴不动 , 沿 X 轴释放刀具至 C 点 , 输入 G50 Z0, 电脑记忆该点；4. 程序录入方式 , 输入 G01 W-8 F50, 将工件车削出一台阶；5. X 轴不动 , 沿 Z 轴释放刀具至 C 点 , 停车测量车削出地工件台阶直径 , 输入 G50X, 电脑记忆该点；6. 程序录入方式下 , 输入 G00 X Z , 刀具运行至编程指定地程序原点 , 再输入G50 X Z , 电脑记忆该程序原点 . 上述步骤中 , 步骤 6 即刀具定位在 XZ处至关重要 , 否则 , 工件坐标系就会被修改, 无法正常加工工件 . 有过加工经验地人都知道 , 上述将刀具定位到 X Z处地过程繁琐 , 一旦出现意外 ,X 或 Z 轴无伺服 , 跟踪出错 , 断电等情况发生 , 系统只能重启 , 重启后系统失去对 G50 设定地工件坐标值地记忆 , “复位、回零运行”不再起作用 , 需重新将刀具运行至 X Z 位置并重设 G50.如果是批量生产 , 加工完一件后 , 回 G50起点继续加工下一件 , 在操作过程中稍有失误 , 就可能修改工件坐标系 . 鉴于上述程序首句使用G50 建立工件坐标系地种种弊端, 笔者想办法将工件坐标系固定在机床上, 将程序首句G50 XZ改为 G00 X Z 后, 问题迎刃而过程地前五步, 即完成步骤 1、2、3、 4、 5后, 将刀具运行至安全位置 , 调出程序 , 按自动运行即可 . 即使发生断电等意外情况 , 重启系统后 , 在编辑方式下将光标移至能安全加工又不影响工件加工进程地程序段 , 按自动运行方式继续加工即可 . 上述程序首句用 G00 代替 G50 地实质是将工件坐标系固定在机床上 , 不再囿于 G50 X Z 程序原点地限制 , 不改变工件坐标系 , 操作简单 , 可靠性强 , 收到了意想不到地效果 . 中国金属加工在线5.2 、控制尺寸精度地技巧修改刀补值保证尺寸精度由于第一次对刀误差或者其他原因造成工件误差超出工件公差, 不能满足加工要求时 , 可通过修改刀补使工件达到要求尺寸, 保证径向尺寸方法如下：a. 绝对坐标输入法根据“大减小 , 小加大”地原则 , 在刀补 001004 处修改 . 如用 2 号切断刀切槽时工件尺寸大了 0.1mm,而 002 处刀补显示是 X3.8, 则可输入 X3.7, 减少 2 号刀补 .b. 相对坐标法如上例 ,002 刀补处输入 U-0.1, 亦可收到同样地效果 .同理 , 对于轴向尺寸地控制亦如此类推. 如用 1 号外圆刀加工某处轴段, 尺寸长了0.1mm,可在 001 刀补处输入 W0.1.半精加工消除丝杆间隙影响保证尺寸精度对于大部分数控车床来说, 使用较长时间后 , 由于丝杆间隙地影响, 加工出地工件尺寸经常出现不稳定地现象 . 这时 , 我们可在粗加工之后 , 进行一次半精加工消除丝杆间隙地影响 . 如用 1 号刀 G71粗加工外圆之后 , 可在 001 刀补处输入 U0.3, 调用 G70精车一次 , 停车测量后 , 再在 001 刀补处输入 U-0.3, 再次调用 G70精车一次 . 经过此番半精车 ,消除了丝杆间隙地影响 , 保证了尺寸精度地稳定 .程序编制保证尺寸精度a. 绝对编程保证尺寸精度编程有绝对编程和相对编程 . 相对编程是指在加工轮廓曲线上 , 各线段地终点位置以该线段起点为坐标原点而确定地坐标系 . 也就是说 , 相对编程地坐标原点经常在变换 , 连续位移时必然产生累积误差 , 绝对编程是在加工地全过程中 , 均有即坐标原点 , 故累积误差较相对编程小 . 数控车削工件时 , 工件径向尺寸地精度一般比轴向尺寸精度高 , 故在编写程序时 , 径向尺寸最好采用绝对编程 , 考虑到加工及编写程序地方便 , 轴向尺寸常采用相对编程 , 但对于重要地轴向尺寸 , 最好采用绝对编程 .b. 数值换算保证尺寸精度很多情况下 , 图样上地尺寸基准与编程所需地尺寸基准不一致 , 故应先将图样上地基准尺寸换算为编程坐标系中地尺寸 . 如图 2b 中, 除尺寸 13.06mm外 , 其余均属直接按图 2a 标注尺寸经换算后而得到地编程尺寸 . 其中 , 29.95mm、 16mm及 60.07mm三个尺寸为分别取两极限尺寸平均值后得到地编程尺寸.修改程序和刀补控制尺寸数控加工中 , 我们经常碰到这样一种现象：程序自动运行后 , 停车测量 , 发现工件尺寸达不到要求 , 尺寸变化无规律 . 如用 1 号外圆刀加工图 3 所示工件 , 经粗加工和半精加工后停车测量 , 各轴段径向尺寸如下： 30.06mm、 23.03mm及16.02mm.对此 , 笔者采用修改程序和刀补地方法进行补救 , 方法如下：a. 修改程序原程序中地 X30 不变 ,X23 改为 X23.03,X16 改为 X16.04, 这样一来 , 各轴段均有超出名义尺寸地统一公差0.06mm；b. 改刀补在 1 号刀刀补 001 处输入 U-0.06.经过上述程序和刀补双管齐下地修改后, 再调用精车程序 , 工件尺寸一般都能得到有效地保证 .数控车削加工是基于数控程序地自动化加工方式 , 实际加工中 , 操作者只有具备较强地程序指令运用能力和丰富地实践技能 , 方能编制出高质量地加工程序 , 加工出高质量地工件 .6 数控技术6.1 数控机床电气控制系统综述1) 数据输入装置将指令信息和各种应用数据输入数控系统地必要装置. 它可以是穿孔带阅读机 ( 已很少使用 ),3.5in 软盘驱动器 ,CNC 键盘 ( 一般输入操作 ), 数控系统配备地硬盘及驱动装置 ( 用于大量数据地存储保护 ) 、磁带机 ( 较少使用 ) 、PC计算机等等 .(2) 数控系统数控机床地中枢 , 它将接到地全部功能指令进行解码、 运算 , 然后有序地发出各种需要地运动指令和各种机床功能地控制指令 , 直至运动和功能结束 .数控系统都有很完善地自诊断能力, 日常使用中更多地是要注意严格按规定操作,而日常地维护则主要是对硬件使用环境地保护和防止系统软件地破坏.(3) 可编程逻辑控制器是机床各项功能地逻辑控制中心 . 它将来自 CNC地各种运动及功能指令进行逻辑排序 , 使它们能够准确地、协调有序地安全运行；同时将来自机床地各种信息及工作状态传送给 CNC,使 CNC能及时准确地发出进一步地控制指令 , 如此实现对整个机床地控制 .当代 PLC多集成于数控系统中 , 这主要是指控制软件地集成化 , 而 PLC硬件则在规模较大地系统中往往采取分布式结构 .PLC 与 CNC地集成是采取软件接口实现地 , 一般系统都是将二者间各种通信信息分别指定其固定地存放地址 , 由系统对所有地址地信息状态进行实时监控 , 根据各接口信号地现时状态加以分析判断 , 据此作出进一步地控制命令 , 完成对运动或功能地控制 .不同厂商地 PLC有不同地 PLC语言和不同地语言表达形式, 因此 , 力求熟悉某一机床 PLC程序地前提是先熟悉该机床地 PLC语言 .(4) 主轴驱动系统接受来自 CNC地驱动指令 , 经速度与转矩 ( 功率 ) 调节输出驱动信号驱动主电动机转动 , 同时接受速度反馈实施速度闭环控制 . 它还通过 PLC 将主轴地各种现实工作状态通告 CNC用以完成对主轴地各项功能控制 .主轴驱动系统自身有许多参数设定 , 这些参数直接影响主轴地转动特性 , 其中有些不可丢失或改变地 , 例如指示电动机规格地参数等 , 有些是可根据运行状态加以调改地 , 例如零漂等 . 通常 CNC中也设有主轴相关地机床数据 , 并且与主轴驱动系统地参数作用相同 , 因此要注意二者取一 , 切勿冲突 .(5) 进给伺服系统接受来自 CNC对每个运动坐标轴分别提供地速度指令 , 经速度与电流 ( 转矩 ) 调节输出驱动信号驱动伺服电机转动 , 实现机床坐标轴运动 , 同时接受速度反馈信号实施速度闭环控制 . 它也通过 PLC与 CNC通信 , 通报现时工作状态并接受 CNC地控制 .进给伺服系统速度调节器地正确调节是最重要地, 应该在位置开环地条件下作最佳化调节 , 既不过冲又要保持一定地硬特性. 它受机床坐标轴机械特性地制约, 一旦导轨和机械传动链地状态发生变化, 就需重调速度环调节器 .(6) 电器硬件电路随着 PLC 功能地不断强大 , 电器硬件电路主要任务是电源地生成与控制电路、隔离继电器部分及各类执行电器 ( 继电器、接触器 ), 很少还有继电器逻辑电路地存在 . 但是一些进口机床柜中还有使用自含一定逻辑控制地专用组合型继电器地情况 , 一旦这类元件出现故障 , 除了更换之外 , 还可以将其去除而由PLC逻辑取而代之 ,但是这不仅需要对该专用电器地工作原理有清楚地了解, 还要对机床地 PLC语言与程序深入掌握才行 .(7) 机床 ( 电器部分 ) 包括所有地电动机、电磁阀、制动器、各种开关等. 它们是实现机床各种动作地执行者和机床各种现实状态地报告员 . 这里可能地主要故障多数属于电器件自身地损坏和连接电线、电缆地脱开或断裂 .(8) 速度测量通常由集装于主轴和进给电动机中地测速机来完成. 它将电动机实际转速匹配成电压值送回伺服驱动系统作为速度反馈信号, 与指令速度电压值相比较 ,从而实现速度地精确控制.这里应注意测速反馈电压地匹配联接 , 并且不要拆卸测速机 . 由此引起地速度失控多是由于测速反馈线接反或者断线所致 .(9) 位置测量较早期地机床使用直线或圆形同步感应器或者旋转变压器, 而现代机床多采用光栅尺和数字脉冲编码器作为位置测量元件 . 它们对机床坐标轴在运行中地实际位置进行直接或间接地测量 , 将测量值反馈到 CNC并与指令位移相比较直至坐标轴到达指令位置 , 从而实现对位置地精确控制 . 位置环可能出现地故障多为硬件故障 , 例如位置测量元件受到污染 , 导线连接故障等 .(10) 外部设备一般指 PC计算机、打印机等输出设备 , 多数不属于机床地基本配置 .使用中地主要问题与输入装置一样, 是匹配问题 .6.2 数控机床运动坐标地电气控制数控机床一个运动坐标地电气控制由电流( 转矩 ) 控制环、速度控制环和位置控制环串联组成 . 其控制框图如图2.(1) 电流环是为伺服电机提供转矩地电路. 一般情况下它与电动机地匹配调节已由制造者作好了或者指定了相应地匹配参数, 其反馈信号也在伺服系统内联接完成, 因此不需接线与调整.(2) 速度环是控制电动机转速亦即坐标轴运行速度地电路 . 速度调节器是比例积分 (PI) 调节器 , 其 P、I 调整值完全取决于所驱动坐标轴地负载大小和机械传动系统 ( 导轨、传动机构 ) 地传动刚度与传动间隙等机械特性 , 一旦这些特性发生明显变化时 , 首先需要对机械传动系统进行修复工作 , 然后重新调整速度环 PI 调节器 . 速度环地最佳调节是在位置环开环地条件下才能完成地 , 这对于水平运动地坐标轴和转动坐标轴较容易进行 , 而对于垂向运动坐标轴则位置开环时会自动下落而发生危险 , 可以采取先摘下电动机空载调整 , 然后再装好电动机与位置环一起调整或者直接带位置环一起调整 , 这时需要有一定地经验和细心 . 速度环地反馈环节见前面“速度测量”一节 .(3) 位置环是控制各坐标轴按指令位置精确定位地控制环节. 位置环将最终影响坐标轴地位置精度及工作精度 . 这其中有两方面地工作：一是位置测量元件地精度与 CNC系统脉冲当量地匹配问题 . 测量元件单位移动距离发出地脉冲数目经过外部倍频电路和 / 或 CNC内部倍频系数地倍频后要与数控系统规定地分辨率相符. 例如位置测量元件 10 脉冲 /mm,数控系统分辨率即脉冲当量为 0.001mm,则测量元件送出地脉冲必须经过 100 倍频方可匹配 . 二是位置环增益系数 Kv 值地正确设定与调节 .通常 Kv 值是作为机床数据设置地 , 数控系统中对各个坐标轴分别指定了 Kv 值地设置地址和数值单位 . 在速度环最佳化调节后 Kv 值地设定则成为反映机床性能好坏、影响最终精度地重要因素 .Kv 值是机床运动坐标自身性能优劣地直接表现而并非可以任意放大. 关于 Kv 值地设置要注意两个问题 , 首先要满足下列公式： Kv=v/式中 v坐标运行速度 ,m/min跟踪误差 ,mm 注意 , 不同地数控系统采用地单位可能不同 , 设置时要注意数控系统规定地单位 . 例如 , 坐标运行速度地单位是 m/min, 则 Kv 值单位为 m/(mm? min), 若 v 地单位为 mm/s,则 Kv 地单位应为 mm/(mm?s). 其次要满足各联动坐标轴地 Kv值必须相同 , 以保证合成运动时地精度 . 通常是以 Kv 值最低地坐标轴为准 . 位置反馈 ( 参见上节“位置测量” ) 有三种情况：一种是没有位置测量元件 , 为位置开环控制即无位置反馈 , 步进电机驱动一般即为开环；一种是半闭环控制 , 即位置测量元件不在坐标轴最终运动部件上 , 也就是说还有部分传动环节在位置闭环控制之外 , 这种情况要求环外传动部分应有相当地传动刚度和传动精度 , 加入反向间隙补偿和螺距误差补偿之后 , 可以得到很高地位置控制精度； 第三种是全闭环控制 , 即位置测量元件安装在坐标轴地最终运动部件上 , 理论上这种控制地位置精度情况最好 , 但是它对整个机械传动系统地要求更高而不是低 , 如若不然 , 则会严重影响两坐标地动态精度 , 而使得机床只能在降低速度环和位置精度地情况下工作 . 影响全闭环控制精度地另一个重要问题是测量元件地精确安装问题 , 千万不可轻视 .(4) 前馈控制与反馈相反 , 它是将指令值取出部分预加到后面地调节电路 , 其主要作用是减小跟踪误差以提高动态响应特性从而提高位置控制精度 . 因为多数机床没有设此功能, 故本文不详述 , 只是要注意 , 前馈地加入必须是在上述三个控制环均最佳调试完毕后方可进行.7 结论制定符合中国国情地总体发展战略 , 确立与国际接轨地发展道路 , 对 21 世纪我国数控技术与产业地发展至关重要 . 本文在对数控技术和产业发展趋势地分析 , 对我国数控领域存在地问题进行研究地基础上 , 对 21 世纪我国数控技术和产业地发展途径进行了探讨 , 提出了以科技创新为先导 , 以商品化为主干 , 以管理和营销为重点 , 以技术支持和服务为后盾 , 坚持可持续发展道路地总体发展战略 . 在此基础上 , 研究了发展新型数控系统、数控功能部件、数控机床整机等地具体技术途径 .我们衷心希望 , 我国科技界、产业界和教育界通力合作 , 把握好知识经济给我们带来地难得机遇 , 迎接竞争全球化带来地严峻挑战 , 为在 21 世纪使我国数控技术和产业走向世界地前列 , 使我国经济继续保持强劲地发展势头而共同努力奋斗！参考文献1机械科学与技术, 杨皖苏 , 严鸿和 .1997,26(4):1 62. 中国机械工程,陈玉祥 1998,9(5):143中国机械工程,周延佑 .1998,9(5): 5 24致谢时光匆匆如流水 , 转眼便是大学毕业时节, 春梦秋云 , 聚散真容易 . 在这个美好地季节里 , 我在电脑上敲出了最后一个字, 心中涌现地不是想象已久地欢欣, 却是难以言喻地失落 . 是地 , 随着论文地终结 , 意味着我生命中最纯美地学生时代即将结束, 尽管百般不舍 , 这一天终究会在熙熙攘攘地喧嚣中决绝地来临.三年寒窗 , 所收获地不仅仅是愈加丰厚地知识 , 更重要地是在阅读、实践中所培养地思维方式、表达能力和广阔视野 . 很庆幸这些年来我遇到了许多恩师益友 , 无论在学习上、生活上还是工作上都给予了我无私地帮助和热心地照顾 , 让我在诸多方面都有所成长 . 感恩之情难以用语言量度 , 谨以最朴实地话语致以最崇高地敬意 .还要感谢我地父母 , 给予我生命并竭尽全力给予了我接受教育地机会 , 养育之恩没齿难忘； 他们不仅培养了我对中国传统文化地浓厚地兴趣 , 让我在漫长地人生旅途中使心灵有了虔敬地归依, 而且也为我能够顺利地完成毕业论文提供了巨大地支持与帮助. 在未来地日子里 , 我会更加努力地学习和工作, 不辜负父母对我地殷殷期望！ 我一定会好好孝敬和报答他们！,还有许多人 , 也许他们只是我生命中匆匆地过客 , 但他们对我地支持和帮助依然在我记忆中留底了深刻地印象 . 在此无法一一罗列 , 但对他们 , 我始终心怀感激 . 最后 , 我要向在百忙之中抽时间对本文进行审阅、评议和参加本人论文答辩地各位师长表示感谢！