數(shù)控機床的設(shè)計精選(九篇)

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第1篇：數(shù)控機床的設(shè)計范文

【關(guān)鍵詞】開關(guān)量 輸入 輸出 PLC

【中圖分類號】TG659 【文獻標識碼】A 【文章編號】1009-9646(2008)09(a)-0159-03

由于數(shù)控機床中有大量的開關(guān)量信號需要處理,所以數(shù)控機床內(nèi)部開關(guān)量信號的處理是相當重要的。當開關(guān)量信號數(shù)量較多時,可采用可編程控制器PLC來集中處理各種開關(guān)量信號。由PLC根據(jù)從 CNC 或現(xiàn)場(例如操作面板)輸入的離散開關(guān)量信息,在內(nèi)部進行邏輯運算處理,并完成輸出控制功能。

1數(shù)控機床控制面板系統(tǒng)設(shè)計方案

1.1 機床操作面板按鍵設(shè)置

機床操作面板主要由操作模式開關(guān)、主軸轉(zhuǎn)速倍率調(diào)整旋鈕、進給速度調(diào)節(jié)旋鈕、各種輔助功能選擇開關(guān)、手輪、各種指示燈等組成?，F(xiàn)有的設(shè)計大多將手動操作面板的輸入／輸出作為開關(guān)量I／O的一部分,統(tǒng)一由一臺內(nèi)置的或外置的可編程控制器(PLC)進行控制。各按鈕、旋鈕、開關(guān)的位置結(jié)構(gòu)由機床廠家自行設(shè)計制作,因此各機床廠家生產(chǎn)的機床操作面板各不相同。在此以FANUC公司提供的標準操作面板配CK6140數(shù)控車床為例,其按鍵如表一所示。

1.2 部分操作按鈕的功能和操作方法

(1)自動運行方式(MEM):用存儲在CNC內(nèi)存中的零件程序連續(xù)運行機床,加工零件。在自動運行狀態(tài)下,按下操作面板上各種機床功能開關(guān)(扳動功能開關(guān)的同時,其對應(yīng)的功能燈將點亮),可使該功能起作用。這些功能開關(guān)包括:

①單程序段(Single Block):在自動運行方式(MEM)下,啟動“單程序段”功能,則按下程序循環(huán)啟動按鈕,執(zhí)行完一段指令后程序暫停,機床處于進給保持狀態(tài);繼續(xù)按下程序循環(huán)啟動按鈕,執(zhí)行下一段程序后又停止。用這種功能可以檢查程序。

②選擇跳段(Block Delete):在自動運行方式(MEM)下,當“選擇跳段”功能起作用時,當程序執(zhí)行中到帶有“/”語句時,則跳過這個語句不執(zhí)行。

③選擇停止(Option Stop):在自動運行方式(MEM)下,當“選擇停止”功能起作用時,當程序執(zhí)行到“M01”指令,程序暫停,機床處于進給保持狀態(tài)。

④試運行(Dry Run):不裝夾工件只檢查刀具的運動。通過操作面板上的旋鈕,控制刀具運動的速度。用于檢驗程序。

⑤機床閉鎖狀態(tài):即機床坐標軸處于停止狀態(tài),而只有軸的位置顯示在變?？梢詫C床閉鎖功能與試運行功能同時使用,用于快速檢測程序。

(2)編輯方式(Edit):選擇編程功能和編輯方式,可以輸入及編輯加工程序。

(3)手動數(shù)據(jù)輸入方式(MDI):該方式可用于自動加工,也可以用于數(shù)據(jù)(如參數(shù)、刀偏量、坐標系等)的輸入。

(4)返回參考點方式(REF):參考點是確定坐標位置的一個基準點,有時將參考點設(shè)置為換刀點。測量系統(tǒng)使用相對位置編碼器的機床通電后應(yīng)進行返回參考點。用操作面板上的開關(guān)或按鈕將刀具移動到參考點位置即手動回參考點;用程序指令將刀具移動到參考點位置即自動返回參考點。

2 機床操作面板地址與連接器的引腳分配

2.1 輸入信號

輸入信號主要為操作面板的按鈕信號、機床各種位置檢測信號和來自CNC的信號,在此選擇部分信號如下面各表所示。

2.2 開關(guān)量輸入接口引腳定義

2.3 輸也出信號

3 控制面板與數(shù)控系統(tǒng)的接口

控制面板與數(shù)控系統(tǒng)的接口如圖1所示。

4 PLC 的選擇與連接

4.1 選擇要求

根據(jù)生產(chǎn)工藝要求,分析被控對象的復(fù)雜程度,進行I／O點數(shù)和I／O點的類型(數(shù)字量、模擬量等)統(tǒng)計,列出清單。適當進行內(nèi)存容量的估計,確定適當?shù)牧粲杏嗔慷焕速M資源的機型(小、中、大型機器)。并且結(jié)合市場情況,考察PLC生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品及其售后服務(wù)、技術(shù)支持、網(wǎng)絡(luò)通信等綜合情況,選定價格性能比較好的PLC機型。在選擇 PLC 時主要考慮以下因素:

(1)功能范圍。根據(jù)系統(tǒng)控制要求選擇所需PLC模塊的種類和數(shù)量,以及系統(tǒng)所需的I/O點數(shù),并畫出I/O連接草圖。

(2)存儲器容量。根據(jù)系統(tǒng)大小不同,選擇用戶存儲器容量不同的PLC選擇方法主要憑經(jīng)驗估算,其估算法有下列兩種:

①PLC內(nèi)存容量(指令條數(shù))約等于I／O總點數(shù)的10～15倍;

②指令條數(shù)＝6×(I/O)+2×(Tm +Cn),式中,Tm為定時器總數(shù),C n為計數(shù)器總數(shù)。有時可在其基礎(chǔ)上增加20％的裕量。

(3)處理時間。PLC從處理一個輸入信號到產(chǎn)生一個輸出信號所需的時間稱為處理時間。

4.2 機型選擇

(1)主機機型選擇

不同 CNC 的PLC,其程序容量、處理速度、功能指令以及非易失性存儲區(qū)地址不同,考慮到通用性與擴展性,在此選擇三菱 FX2N 通用模塊,型號為FX2N-80MRD-001。

(2)開關(guān)量輸入模塊的選擇

由于數(shù)控機床控制面板均為開關(guān)量,開關(guān)量輸入模塊將外部過程的開關(guān)量信號轉(zhuǎn)換成可編程控制器CPU 模塊所需的信號電平,并傳送到系統(tǒng)總線上。其模塊種類,按電壓分主要有直流24V和交流220V兩種,我們選擇24V直流電壓;按保護形式分有隔離和不隔離的兩種,為保證系統(tǒng)可靠工作,我們選擇光電隔離形式;按點數(shù)分有8點、16點、32點三種,考慮到數(shù)控機床的控制需要約為輸入80點,在此選擇FX2N-48ER。

(3)開關(guān)量輸出模塊的選擇

開關(guān)量輸出模塊就是將CPU模塊處理過的內(nèi)部數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換成外部過程所需的信號,并驅(qū)動外部過程的執(zhí)行機構(gòu)、顯示燈等負載。開關(guān)量輸出模塊的種類也很多,與輸人模塊一樣,有各種電壓等級、各種保護形式、各種點數(shù)。除此之外,開關(guān)量輸出模塊還有不同的輸出方式(如晶體管輸出、繼電器輸出等)和不同的輸出功率。選擇開關(guān)量輸出模塊時,有些內(nèi)容與選擇開關(guān)量輸入模塊相同,如選擇電壓等級、模塊密度、備用點設(shè)計等。除此之外,根據(jù)開關(guān)量輸出模塊的情況還應(yīng)注意輸出方式、輸出功率等內(nèi)容。數(shù)控機床的控制需要約為輸出50點,在此選擇FX2N-32ER。

4.3 開關(guān)量輸入和輸出的連接

(1)通過I／O Link 輸出的輸入／輸出信號。如機床操作面板的信號示意圖所示。

(2)通過印刷電路板的信號轉(zhuǎn)接信號。該信號用于操作面板側(cè)信號的轉(zhuǎn)接而設(shè)計的,如機床操作面板的信號示意圖所示,信號名稱為TR1 ～ TR8,該信號僅僅用于把通用開關(guān)信號(通過CA65插座)連接到強電柜側(cè)的信號轉(zhuǎn)接用。例如:將一開關(guān)信號連接到CM68的TR3上,由于CA65插頭的TR3與該點相連,該信號就通過CM65連接到強電柜中了。

5 PLC外部電路設(shè)計

5.1 設(shè)計要求

PLC控制系統(tǒng)的電氣設(shè)計包括:原理圖、元器件清單、電柜布置圖、接線圖與互連圖。電氣設(shè)計時特別要注意以下幾點:

(1)PLC輸出接口的類型,是繼電器輸出還是光電隔離輸出等。

(2)PLC輸出接口的驅(qū)動能力,一般繼電器輸出為2A,光隔輸出為500mA。

(3)模擬量接口的類型和極性要求,一般有電流型輸出(－29mA～+20mA)和電壓型輸出(－10V～+10V)兩種可選。

(4)采用多直流電源時的共地要求。

(5)輸出端接不同負載類型時的保護電路。執(zhí)行電器若為感性負載,需接保護電路,電源為直流可加續(xù)流二極管,電源為交流可加阻容吸收電路。

(6)若電網(wǎng)電壓波動較大或附近有大的電磁干擾源,應(yīng)在電源與PLC間加設(shè)隔離變壓器、穩(wěn)壓電源或電源濾波器。

(7)注意PLC的散熱條件,當PLC的環(huán)境溫度大于55℃時,要用風扇強制冷。

5.2 抗干擾措施

(1)電源的合理處理,抑制電網(wǎng)引入的干擾

對于電源引入的電網(wǎng)干擾可以安裝一臺帶屏蔽層的變比為1:1的隔離變壓器,以減少設(shè)備與地之間的干擾,還可以在電源輸入端串接LC濾波電路。

(2)安裝與布線

PLC應(yīng)遠離強干擾源,在柜內(nèi)PLC應(yīng)遠離動力線(二者之間距離應(yīng)大于200mm)。與PLC裝在同一個柜子內(nèi)的電感性負載,如功率較大的繼電器、接觸器的線圈,應(yīng)并聯(lián)RC消弧電路。

PLC的輸入與輸出最好分開走線,屏蔽層應(yīng)一端或兩端接地,接地電阻應(yīng)小于屏蔽層電阻的1/10。

(3)I/O端的接線

輸入接線一般不要太長。但如果環(huán)境干擾較小,電壓降不大時,輸入接線可適當長些。

輸入/輸出線不能用同一根電纜,輸入/輸出線要分開。

盡可能采用常開觸點形式連接到輸入端,使編制的梯形圖與繼電器原理圖一致,便于閱讀。

采用繼電器輸出時,所承受的電感性負載的大小,會影響到繼電器的使用壽命,因此,使用電感性負載時應(yīng)合理選擇,或加隔離繼電器。

PLC的輸出負載可能產(chǎn)生干擾,因此要采取措施加以控制,如直流輸出的續(xù)流管保護,交流輸出的阻容吸收電路,晶體管及雙向晶閘管輸出的旁路電阻保護。

(4)正確選擇接地點,完善接地系統(tǒng)

良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件,可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。接地的目的通常有兩個,其一為了安全,其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。

PLC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護地等。接地系統(tǒng)混亂對PLC系統(tǒng)的干擾主要是各個接地點電位分布不均,不同接地點間存在地電位差,引起地環(huán)路電流,影響系統(tǒng)正常工作。此外,屏蔽層、接地線和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路,在變化磁場的作用下,屏蔽層內(nèi)又會出現(xiàn)感應(yīng)電流,通過屏蔽層與芯線之間的耦合,干擾信號回路。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂,所產(chǎn)生的地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布,影響PLC內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正常工作。PLC工作的邏輯電壓干擾容限較低,邏輯地電位的分布干擾容易影響PLC的邏輯運算和數(shù)據(jù)存貯,造成數(shù)據(jù)混亂、程序跑飛或死機。模擬地電位的分布將導(dǎo)致測量精度下降,引起對信號測控的嚴重失真和誤動作。

PLC控制器為了與所控的各個設(shè)備同電位而接地,叫系統(tǒng)接地。接地電阻值不得大于4Ω,一般需將PLC設(shè)備系統(tǒng)地和控制柜內(nèi)開關(guān)電源負端接在一起,作為控制系統(tǒng)地。

6 結(jié)論

數(shù)控機床生產(chǎn)廠家根據(jù)自己機床的工藝特點,購買數(shù)控系統(tǒng),經(jīng)過二次開發(fā),形成工藝性能和操作互不相同的數(shù)控機床產(chǎn)品。二次開發(fā)的工作量絕大部分在于開關(guān)量I／O的設(shè)計,而其中又有60%以上的工作是根據(jù)工藝性能與操作設(shè)計手動操作面板。事實上,手動操作面板的輸入／輸出僅僅是控制信號開關(guān)量I／O,對其驅(qū)動能力的要求很低,是一類特殊的數(shù)控機床開關(guān)量I／O。如果將手動操作面板的輸入／輸出與數(shù)控機床其它開關(guān)量I／O不加以區(qū)別,會大大增加數(shù)控系統(tǒng)二次開發(fā)的工作量,數(shù)控機床手動操作面板無法標準化和模塊化,其經(jīng)濟性也會受到很大影響。

參考文獻

[1] 畢承恩等編著.現(xiàn)代數(shù)控機床(上、下冊).北京:機械工業(yè)出版社.1993.

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[3] 祝紅芳等編著.PLC及其在數(shù)控機床上的應(yīng)用.北京:人民郵電出版社.2007.

第2篇：數(shù)控機床的設(shè)計范文

關(guān)鍵詞：數(shù)控 機床 系統(tǒng) 設(shè)計

中圖分類號：TH 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2013）05-0217-01

一、數(shù)控機床機電一體化技術(shù)簡介

數(shù)控機床機電一體化技術(shù)的基本概念是指將機械學、電子學、信息處理和控制及專用軟件等當代各種新技術(shù)進行綜合集成的一種群體技術(shù)。機電一體化系統(tǒng)主要有五個組成部分：動力、機構(gòu)、執(zhí)行器、計算機和傳感器，組成一個功能完善的柔性自動化系統(tǒng)，其中計算機、傳感器和計算機軟件是機電一體化技術(shù)的重要組成要素。機電一體化系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、功能多、效率高、精度高、能耗低的特點，與傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品比較，機電一體化產(chǎn)品至少有以下三個優(yōu)點：

1、原有的機構(gòu)產(chǎn)品中增加信息處理裝置及相應(yīng)軟件，來替代原有產(chǎn)品的部分機械控制機構(gòu)，不僅提高了自動化程度，而且能大大提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時也降低了生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益。

2以機電一體化技術(shù)為主的新型產(chǎn)品，與原機械產(chǎn)品相比，不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且功能更加豐富，精度也得到提高。

3、將電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制技術(shù)與機械技術(shù)各自的優(yōu)勢結(jié)合起來，形成綜合性優(yōu)勢，可開發(fā)出具有多種功能、智能化的高新技術(shù)產(chǎn)品。

二、數(shù)控機床總體設(shè)計原則概述

一個較完善的機電一體化系統(tǒng)，包括以下幾個要素：機械本體、能源部分、測試傳感部分、驅(qū)動裝置、控制及信息處理單元，各要素之間通過接口相聯(lián)系。下面我們進行具體論述：

1、機械部分：機械部分設(shè)計與分析將根據(jù)機械設(shè)計原理提出幾種機械設(shè)計方案，并對這些方案進行比較選擇，闡明設(shè)計方案選擇的理由以及所采用方案的特點；同時，就設(shè)計過程闡述，本人對有關(guān)設(shè)計進行表述：

本設(shè)計是一個主要用于教學實驗用的數(shù)控銑床系統(tǒng)，是要對零件進行銑削加工的。我們要論證教學實驗用的數(shù)控銑床系統(tǒng)的總體方案，就需要對該系統(tǒng)有一個整體的了解。要進行總體方案論證，先要熟悉設(shè)計參數(shù)，我們才能以此為依據(jù)進行取舍。下面就是我這次設(shè)計的參數(shù)：實驗用的數(shù)控銑床系統(tǒng)，其工作參數(shù)如下：機床尺寸（寬×長×高）：760×1475×1400（××）；最大加工范圍（X×Y×Z）：400×300×150（××）；主軸電機功率：60（W）；主軸轉(zhuǎn)速：3000（r/min）平；工作臺尺寸160×160（×）；空間加工范圍170×160（×）；工作臺最大承重s50（）；工作速度：0～5（m/min）快速移動速度8m/min；數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)形式有很多，通過對其主要的結(jié)構(gòu)形式的分析，大體上最常見的可分為如下兩類：

首先是工件沿X坐標方向移動的類型，這類機床主要采用的是龍門式結(jié)構(gòu)，其工作的原理為：工作臺沿X方向移動。而Y坐標則為打印頭在由雙立柱及橫梁構(gòu)成的龍門上的運動，既可用于二、三坐標作平面銑削，又可以擴展為四坐標機床用于切割管件和型材，還能構(gòu)成五坐標機床加工空間曲面。這類機床的規(guī)格尺寸較大。另外工件沿X坐標方向移動式結(jié)構(gòu)還有兩種懸臂式的結(jié)構(gòu)，一者是為工作臺沿X坐標方向移動，另一者為工件及夾具同時沿X坐標方向移動，其規(guī)格尺寸都比龍門式的要小。

其次是工件沿X、Y二坐標方向移動的類型這類機床多為單純用于切割的二、三坐標機床，其切割頭懸臂伸出，在水平面內(nèi)并無移動；而工件則可以沿X、Y兩個方向運動，這類機床的結(jié)構(gòu)比較簡單，規(guī)格尺寸也較小，最大2000x1500（mm×mm）。工件沿二坐標方向移動的類型又可分為十字工作臺式和工件與夾具移動式兩種；前者工件與工作臺連動，規(guī)格更小些；后者規(guī)格尺寸稍大，工作臺固定不動，而工件則由夾具夾持著移動，大多是與自動沖裁技術(shù)結(jié)合在一起成為可完成切割銑削，沖裁等多種加工功能的多功能機床。

2、電氣控制系統(tǒng)方案：要實現(xiàn)對機電一體化的數(shù)控機床的有效控制，這樣的電氣控制系統(tǒng)有多種方案可以選擇。其中最主要的是采用：采用單片機的控制系統(tǒng)；采用集成DSP芯片的控制板與PC機相聯(lián)系的控制系統(tǒng)；采用PLC與PC機相聯(lián)系的控制系統(tǒng)。各控制系統(tǒng)方案的特點與比較：

采用單片機的控制系統(tǒng)所謂的單片機即是一塊集成了CPU、RAM＼ROM（EPROM或EEPROM）、定時/計數(shù)器、時鐘、多種功能的串行和并行I/O口的芯片。如 Intel公司的8031系列等。除了以上基本功能外，有的單片機還集成有A/D、D/A，如Intel公司的8098系列。概括起來說，單片機具有如下特點：可靠性好：芯片本身是按工業(yè)測控環(huán)境要求設(shè)計的，其抗工業(yè)噪聲干擾優(yōu)于一般通用CPU；程序指令，常數(shù)，表格固化在ROM中不易破壞；許多信號通道 都在一個芯片內(nèi)部，故可靠性高。易于擴展：片內(nèi)具有計算機正常運行所必須的部件，芯片外部有許多供擴展用的三總線及并行、串行I/O管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計算機應(yīng)用系統(tǒng)。控制功能強：為了滿足工業(yè)控制要求，一般單片機的指令系統(tǒng)中均有豐富的條件分支、I/O口的邏輯操作以及位處理指令。

而采用PC與PLC相聯(lián)系的控制系統(tǒng)可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController，簡稱PLC），則是以微處理器為核心的工業(yè)控制裝置。它是計算機家族中的一員，是為了工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計的，主要用于代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。這種控制裝置將傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)與計算機技術(shù)結(jié)合在一起，具有高可靠性，靈活通用，易于編程，使用方便等特點，而且隨著技術(shù)的發(fā)展，它的功能早已大大超出了邏輯控制的范圍，因此近年來在工業(yè)自動控制，機電一體化，改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面得到廣泛地應(yīng)用。雖然各種PLC的組成各不相同，但是在結(jié)構(gòu)上是基本相同的，一般由CPU，存儲器，輸入輸出設(shè)備（I/O）和其他的可選部件組成。CPU是PLC的核心，它用于輸入各種指令，完成預(yù)定的任務(wù)。自整定，預(yù)測控制和模糊控制等先進的控制算法也已經(jīng)在CPU中得到了應(yīng)用存儲器包括隨機存儲器RAM和只讀存儲器 ROM，通常將程序以及所有的固定參數(shù)固化在ROM中，RAM則為程序運行提供了存儲實時數(shù)據(jù)與計算中間變量的空間；輸入輸出系統(tǒng)I/O使過程狀態(tài)和參數(shù)輸入到PLC的通道以及實時控制信號輸出的通道，這些通道可以有模擬量輸入、模擬量輸出、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、脈沖量輸入等，使PLC的應(yīng)用十分廣泛。

參考文獻：

第3篇：數(shù)控機床的設(shè)計范文

【關(guān)鍵詞】數(shù)控系統(tǒng)；數(shù)控車床；主電路；控制電路

1 數(shù)控機床的簡介

NC（Numerical Contro）數(shù)字控制是指用數(shù)字指令轉(zhuǎn)化為機器語言來控制機器的運轉(zhuǎn)。它主要面向控制對象有三個：設(shè)計程序?qū)幼黜樞虻目刂疲粚?shù)控機床的刀具、開關(guān)、冷卻設(shè)備等輔助功能的控制；

在對加工設(shè)別的部件位移量和該加工部件對位置的控制。相比普通機床來說，數(shù)控機床有許多突出優(yōu)勢：

1）在利用數(shù)控機床以加工多品種，利用數(shù)控加工可以達到加工進度快和自動化效率高的程度。

2）數(shù)控機床采用的數(shù)控技術(shù)在加工同等部件時，生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定。

3）在通過數(shù)控機床加工得到的零件，在精度上有明顯的提高，可以提高零件的互換性。

4）在生產(chǎn)過程中，由于生產(chǎn)時間一定，在方便管理的條件上，數(shù)控機床可以進一步提高生產(chǎn)的標準化。

5）數(shù)控加工可以制造具有復(fù)雜外形的零件。

6）在數(shù)控設(shè)備被數(shù)控技術(shù)大量控制下，可以大幅度減少熟練工人。

7）加工時間一定，則生產(chǎn)周期可以大幅度縮短。

2 未來數(shù)控技術(shù)的發(fā)展過程

數(shù)控技術(shù)不僅在制造工業(yè)上得到大量使用，如今在社會的各個應(yīng)用方面都起到了重要的作用。例如在IT、輕工業(yè)、汽車業(yè)等大量民生的重要行業(yè)。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，這些行業(yè)的發(fā)展起著重要的作用。在數(shù)控技術(shù)有這幾個熱門研究方向：

1）高精度，效率高加工的技術(shù)

隨著機床的高性能的加工刀具日益成熟，刀具的硬度，強度有助于更快的加工零件，且隨著刀具的發(fā)展，在高精度上有著顯著的提高，因此大力發(fā)展加工技術(shù)的高精度和效率高有主于數(shù)控機床的加工周期，縮減了加工工序。

2）特殊加工機床五軸聯(lián)動加工和復(fù)合加工機床的應(yīng)用

由于過去的五聯(lián)動加工機床的造價高，成本高，在性價比上不如三軸聯(lián)動加工機床。但在五軸聯(lián)動機床中，在對三維曲面零件的加工不僅光潔度高，并且相對三軸聯(lián)動加工機床加工速度快。并在在加工特殊零件時，更是能發(fā)揮出更高的利益，例如對立方氮化硼等超硬材料銑刀進行高速銑削淬硬鋼零件時。由于電主軸的誕生，使得在制造五軸聯(lián)動加工和復(fù)合加工機床中的復(fù)合主軸頭較為簡單，在其制造難度和造價的降低，在使用三軸聯(lián)動加工機床的廠商一逐漸轉(zhuǎn)型利用更為快捷的五軸聯(lián)動加工機床，促進在機床的發(fā)展。

3）現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)所發(fā)展的主要趨勢

智能、開放、共享是現(xiàn)如今數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要進程，使數(shù)控機床變得網(wǎng)絡(luò)化、智能化、開源化，有利于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展。在加工過程中數(shù)控機床受到數(shù)控程序的控制，因此在控制電機的運轉(zhuǎn)參數(shù)和在前饋控制等以及在程序編程的智能化上應(yīng)大力發(fā)展。在應(yīng)用上可以添加人性化的智能界面，數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)在開放式數(shù)控系統(tǒng)，就是可以在統(tǒng)一，唯一的運行平臺上對使用機床廠商和最終的使用用戶中，是通過對數(shù)控功能的刪減或增加、集成等，形成獨有的系列。可以方便最終用戶對其機床的選擇，因此成為該機床生產(chǎn)商的鮮明品牌，在這個需要鮮明的核心競爭力的社會里，進行對需求廠商有著充分的理解才能立足這個行業(yè)。

3 數(shù)控機床電氣系統(tǒng)簡介

數(shù)控系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)是以集成電路和半導(dǎo)體器件為主而組成的控制系統(tǒng)電路，電氣系統(tǒng)在數(shù)控機床相當于大腦，因此數(shù)控機床在使用過程的故障一般是電氣系統(tǒng)的故障，電氣系統(tǒng)的故障又大都在機床本身的低電壓故障。

4 數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的電路設(shè)計

4.1 電路設(shè)計

1）數(shù)控機床使用的電動機是變頻器驅(qū)動的，它的齒輪在讓電動機減速時，會受到其一些方式的阻礙。齒輪在轉(zhuǎn)動時，如果低速，對于油沒有要求，一旦超過額定轉(zhuǎn)速時，會有油用光的不測。

2）通常我們應(yīng)該選用比通常容量大的變頻器，當他的驅(qū)動的繞線轉(zhuǎn)子與電動機不同步時，由于繞線轉(zhuǎn)子繞組的阻抗比較小，所以選用容量大的較為安全。

3）選用變頻器時，要求變頻器的連續(xù)輸出電流比較大，因為用它來驅(qū)動同步電動機時，會降低輸出容量，大概降低百分之十幾。必須比同步電動機的額定電流和牽入電流的乘機還要大。

4）對于有負載的機器，它的變頻器也要選擇額定電流更大的。因為在工頻運行時，會因峰值電流出現(xiàn)電流保護現(xiàn)象，比如像壓縮機、振動機和油壓泵等機器。

5）對于潛水泵的電動機選取時，我們選取的變頻器的額定電流要比潛水泵的額定電流大，因為潛水泵的額定電流比一般的額電動機的額定電流要大很多。

6）有些變頻器的選取則要選用容量較大的，因為有的機器的啟動電流比較大，為了安全起見，對于這類機器的變頻器要求容量較大，比如羅茨風機和特種風機等。

7）在變頻器的使用過程中，對于周圍的用電器應(yīng)該采取防干擾措施。由于變頻器的使用過程中，它會產(chǎn)生很多干擾電磁波，這會對周圍的一些精密儀器產(chǎn)生干擾，所以在其周圍的精密儀器應(yīng)該做好防干擾措施。

8）變頻器的使用過程中還會出現(xiàn)很大的噪音，對于這個問題最有效的解決辦法是把變頻器接地。而對于接地也是有要求的，要求接地的導(dǎo)線電阻和橫截面都比較小。

4.2 變頻器回路設(shè)計的簡介

1）主回路：為了防止變頻器影響其他的用電設(shè)備必須安裝電抗器，因為當變頻器的容量太大時，它產(chǎn)生的高次諧波在回路中會對好多受電設(shè)備有影響；而在變頻器的輸出位置，濾波器的安裝必不可少，因為濾波器可以有效的減少高次諧波。

2）控制回路：變頻器使用時，它的頻率是要受到控制的，所以要有工頻變頻的手動切換，電壓不能通過輸出端，所以工頻和變頻要有相互鎖定作用。

4.3 對于變頻器產(chǎn)生的電磁干擾的降低措施

為了減少對發(fā)射源的干擾，我們在安裝變頻器和電機時應(yīng)該縮短兩者之間的距離；電纜的選取要選用屏蔽電纜，變頻器跟電機的連接電纜也必須采取屏蔽措施；電纜的布置，電機的電纜要單獨走線，不能與其他的電纜平行，因為變頻器輸出的變化電壓會產(chǎn)生電磁干擾；信號線的選取，應(yīng)該全部使用屏蔽雙絞線，特殊的要用三芯電纜。

5 總結(jié)

通過對數(shù)控技術(shù)深度研究，我們發(fā)現(xiàn)數(shù)控技術(shù)在數(shù)控設(shè)備有著重要的作用，尤其是其中電氣控制系統(tǒng)，因此我們對其進行設(shè)計研究將會促進國家在國際制造業(yè)起到至關(guān)重要的作用。我們國家在進行數(shù)控機床的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計研究中將會在未來大幅度提高我國的制造業(yè)。

【參考文獻】

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[2]邱公偉.可編程序控制器網(wǎng)絡(luò)通信及應(yīng)用[M].北京：清華大學出版社，2000（7）.

第4篇：數(shù)控機床的設(shè)計范文

一、引言

數(shù)控機床是現(xiàn)代制造系統(tǒng)的基本裝備，是科技含量很高的工作母機。數(shù)控機床作為一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的先進加工設(shè)備，在現(xiàn)代機械加工中處于比較重要的地位，為機床用戶帶來了巨大的效益。目前國內(nèi)研發(fā)的數(shù)控機床在精度、速度、多軸聯(lián)動和復(fù)合加工等先進功能方面取得了比較明顯的進步，但功能和性能指標的維持能力與國外高檔產(chǎn)品還存在較大差距，數(shù)控機床可靠性問題已經(jīng)成為各方關(guān)注的焦點。

2009年和2010年，工信部共了13個機床可靠性技術(shù)研究類重大專項課題。“可靠性設(shè)計與性能試驗技術(shù)”排在機床共性技術(shù)的首位，是共性技術(shù)中課題數(shù)量最多的，目的之一是充分發(fā)揮各單位的可靠性研究特長，形成完善的機床可靠性技術(shù)體系。最后將各單位的研究特長進行整合，并將可靠性技術(shù)成果在數(shù)控機床上進行應(yīng)用，對數(shù)控機床可靠性水平的提高起到積極的技術(shù)支持作用。

數(shù)控機床是一個復(fù)雜的機電液復(fù)合系統(tǒng)，不同于一般的電子產(chǎn)品和機械產(chǎn)品那樣具備相對完整的可靠性理論體系，同時不像軍工裝備那樣可以不計成本地進行可靠性技術(shù)體系的建設(shè)與實施，也不具備汽車及消費電子產(chǎn)品的批量大、工藝成熟及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累豐富的優(yōu)勢。針對數(shù)控機床進行可靠性技術(shù)研究應(yīng)該在借鑒其他領(lǐng)域可靠性技術(shù)研究的經(jīng)驗及成果上，緊密結(jié)合數(shù)控機床自身特點制定并實施正確的技術(shù)路線，才能形成有工程價值的數(shù)控機床可靠性技術(shù)。

結(jié)合多年來可靠性工作的經(jīng)驗，筆者認為數(shù)控機床的可靠性首先是設(shè)計出來的，沒有設(shè)計環(huán)節(jié)的確立、生產(chǎn)環(huán)節(jié)的保證和使用環(huán)節(jié)的保持就無從談起，因此想要提高數(shù)控機床產(chǎn)品可靠性必須要從設(shè)計和分析環(huán)節(jié)入手，將數(shù)控機床可靠性技術(shù)貫徹到產(chǎn)品的設(shè)計、分析和評審環(huán)節(jié)，才可以從根本上提高產(chǎn)品的可靠性水平。筆者認為目前針對數(shù)控機床可靠性研究的現(xiàn)狀，在可靠性設(shè)計與分析環(huán)節(jié)應(yīng)該分別進行如圖1和圖2中所示的各項工作項目。

二、數(shù)控機床可靠性分析技術(shù)

1.故障信息收集及分析

針對已有數(shù)控機床故障信息的分析不僅可以了解產(chǎn)品的可靠性薄弱環(huán)節(jié)，更重要的是可以為改進并提高產(chǎn)品可靠性提供依據(jù)。由于可靠性數(shù)據(jù)的收集、獲取及分析是可靠性工作的基礎(chǔ)，因此應(yīng)該高度重視可信數(shù)據(jù)的獲取及分析。

為了數(shù)控機床可靠性技術(shù)研究的需要，可以規(guī)劃將收集的可靠性數(shù)據(jù)類型分類為故障數(shù)據(jù)、維修數(shù)據(jù)和載荷數(shù)據(jù)三類，數(shù)據(jù)來源為用戶處及廠內(nèi)可靠性試驗、廠內(nèi)裝配車間出廠試驗以及加工車間實際使用過程中暴露出的相關(guān)問題，采取“一外三內(nèi)”的可靠性數(shù)據(jù)來源途徑。由于可靠性關(guān)鍵可靠性度量指標MTBF需要精確的時間統(tǒng)計，因此一定要對數(shù)控機床的實際工作時間進行盡可能精確的統(tǒng)計。

可以利用Excel、Mintab和Foxtable等軟件實現(xiàn)對機床可靠性數(shù)據(jù)的存儲以及進行基本的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，得出不同類別數(shù)控機床故障高發(fā)系統(tǒng)等信息，并將不同類型、規(guī)格數(shù)控機床數(shù)據(jù)進行了分類保存。也可以通過購置Relex等專業(yè)可靠性分析軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，可將收集的可靠性數(shù)據(jù)匯總存儲專業(yè)數(shù)據(jù)庫軟件中，通過Relex軟件方便地對數(shù)據(jù)進行管理和調(diào)用，并實現(xiàn)專業(yè)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，將大幅提高機床可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計的專業(yè)性以及工作效率。

2.可靠性匹配分析

通過對某數(shù)控機床產(chǎn)品故障信息進行分析，電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、排屑系統(tǒng)為故障高發(fā)系統(tǒng)，故障數(shù)累計占到總故障的76%，經(jīng)過對故障原因的溯源，除裝配調(diào)整環(huán)節(jié)占29.5%之外，其余70.5%以上是外購件問題。因此要結(jié)合產(chǎn)品使用特點、工況譜、零件譜和載荷譜等信息，綜合分析外購件、功能部件與整機的匹配性，合理選擇外購件來保障整機的可靠性。

3.故障模式、影響及危害性分析（FMECA）

FMECA應(yīng)該作為數(shù)控機床可靠性設(shè)計過程的主體工作貫穿可靠性設(shè)計過程的始終，F(xiàn)EMCA分析的原則應(yīng)該遵循“誰設(shè)計、誰分析”、“邊設(shè)計、邊分析、邊改進”，在實施過程中應(yīng)該由負責設(shè)計的工程師直接、主動地聯(lián)系有關(guān)部門的代表，F(xiàn)MECA應(yīng)該成為促進相關(guān)部門充分交換意見的催化劑，在每一個分析小組還要配備一名可靠性專業(yè)技術(shù)人員作為技術(shù)支持。

針對不同數(shù)控機床產(chǎn)品要建立相應(yīng)的故障模式表單，故障模式一般的獲取方式有：①以相似產(chǎn)品在過去使用中的故障模式為基礎(chǔ)，通過使用環(huán)境的異同判定故障模式，該方法適用于產(chǎn)品改型等情況；②對新產(chǎn)品應(yīng)該從功能、結(jié)構(gòu)出發(fā)并結(jié)合相似產(chǎn)品故障模式，分析判定其故障模式；③對于外購件可以向供貨商索取其產(chǎn)品的故障模式。

在分析故障原因時從兩方面入手：①導(dǎo)致故障的各環(huán)節(jié)缺陷等直接原因；②由外部因素引起故障的間接原因。同時為了便于提高設(shè)計人員FMECA分析效率，可靠性技術(shù)部門可以建立“FMECA字典”，即固化不同產(chǎn)品的故障部位、故障模式、故障原因，形成查找模板并定期更新，產(chǎn)品設(shè)計人員可以進行“菜單式”的選擇，規(guī)范了流程、提高了效率。

在實際的FEMCA分析中還可以結(jié)合危害性矩陣、RPN分析等方法充實完善FMECA過程。

4.故障樹分析（FTA）

故障樹分析是一種圖形演繹法，主要目的是針對重點故障進行因果邏輯分析，找出其發(fā)生的所有可能原因和原因組合，便于故障的歸零處理。在故障樹分析的過程中要多部門共同參與，并明確建樹的邊界條件。

三、數(shù)控機床可靠性設(shè)計技術(shù)

1.可靠性建模

數(shù)控機床的可靠性模型是對系統(tǒng)及其組成單元之間的可靠性/故障邏輯關(guān)系的描述?？煽啃阅Ｐ鸵话惆▋深悾阂皇强煽啃钥驁D，二是其相應(yīng)的數(shù)學模型。針對數(shù)控機床的可靠性框圖屬于串聯(lián)模型，因此可靠性建模的重點是梳理及明確產(chǎn)品定義，并結(jié)合故障信息建立整機及各子系統(tǒng)的可靠度、故障率數(shù)學模型，得出可靠性特征量，為后期的可靠性預(yù)計、分配奠定基礎(chǔ)。

2.可靠性分配

可靠性分配是將產(chǎn)品可靠性的定量要求合理分配到子系統(tǒng)、組件、零件等單元上的分解過程，在具體操作過程中首先要形成分配的方法和流程，以及各功能部件的具體MTBF指標，使各單元的可靠性定量要求得到明確。對數(shù)控機床進行可靠性分配主要的目的有：明確各子系統(tǒng)、部件的可靠性定量要求，為外購件及外協(xié)件的可靠性指標提供初步依據(jù)；發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的薄弱環(huán)節(jié)；對不同的設(shè)計方案進行比較等。

結(jié)合數(shù)控機床的實際特點，批量小的新產(chǎn)品由于缺少可靠性數(shù)據(jù)可以采用評分分配法，針對改型產(chǎn)品應(yīng)該采取比例組合法進行可靠性分配。

3.可靠性預(yù)計

可靠性預(yù)計是為了評估數(shù)控機床在給定工作條件下的可靠性而進行的工作，通過組成數(shù)控機床的各子系統(tǒng)的可靠性來推算整機的可靠性，主要目的有：對整機可靠性指標進行預(yù)計；明確設(shè)計中的薄弱環(huán)節(jié)，以便加以改進；為后期可靠性試驗等提供數(shù)據(jù)?？煽啃灶A(yù)計采用的方法為評分預(yù)計法。

四、數(shù)控機床可靠性設(shè)計準則

1.建立豐富的可靠性設(shè)計規(guī)范

應(yīng)通過長期的工作及研究建立可靠性設(shè)計規(guī)范，設(shè)計規(guī)范將針對數(shù)控機床在設(shè)計環(huán)節(jié)進行的可靠性設(shè)計、分析工作進行需求與約束，明確不同產(chǎn)品采取的可靠性設(shè)計、分析手段及實施方法，驗證條件等信息。

2.建立可靠性設(shè)計評審大綱及流程

建立的評審大綱將評審內(nèi)容涵蓋產(chǎn)品從概念到生產(chǎn)的所有開發(fā)階段，還可延伸到產(chǎn)品的使用階段。在可靠性設(shè)計評審過程中要邀請在產(chǎn)品設(shè)計、可靠性、制造、材料、應(yīng)力分析、人為因素、安全和維修等各專業(yè)領(lǐng)域具有豐富經(jīng)驗的專家參與評審。

五、數(shù)控機床可靠性分析技術(shù)應(yīng)用實例

本文受篇幅所限無法對數(shù)控機床設(shè)計與分析技術(shù)進行詳細介紹，因此以“量大面廣”的立式加工中心為例，對如何利用軟件平臺對立式加工中心進行FMECA分析過程進行簡單介紹。該軟件平臺為沈陽機床集團與東北大學在國家科技重大專項“五軸聯(lián)動加工中心可靠性設(shè)計與性能試驗技術(shù)”

執(zhí)行過程中聯(lián)合研發(fā)，依據(jù)所述，分析過程分為故障數(shù)據(jù)的調(diào)研和收集、故障數(shù)據(jù)庫的建立、主要故障模式與薄弱環(huán)節(jié)的確定三個主要環(huán)節(jié)，下面將舉例說明VMC650加工中心主要故障模式與薄弱環(huán)節(jié)的確定與分析。

1.VMC650加工中心的FMEA分析VMC650加工中心的子系統(tǒng)，包括工作臺、換刀系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、主軸箱部位、機械傳動系統(tǒng)、床身尾座系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、裝夾系統(tǒng)及CNC控制系統(tǒng)，由于加工中心部件層次結(jié)構(gòu)已經(jīng)基本確定，各子系統(tǒng)的分析步驟是相同的。下面僅以VMC650加工中心換刀系統(tǒng)為例，說明應(yīng)用所開發(fā)軟件平臺實施FMEA分析的具體步驟。

用戶登陸軟件平臺后，通過單擊頂部的tab控件菜單，選擇FMEA故障記錄管理，進入FMEA分析。單擊左側(cè)的VMC650加工中心表示其整體構(gòu)造層次關(guān)系的樹狀結(jié)構(gòu)進行查詢。分析換刀系統(tǒng)，即單擊換刀系統(tǒng)，數(shù)據(jù)顯示區(qū)顯示VMC650加工中心換刀系統(tǒng)的故障，如圖3所示。如果想對單個記錄進行顯示，單擊右側(cè)的修改選中記錄項，可以具體查看換刀系統(tǒng)某個FMEA具體描述，如圖4所示。

同時，用戶也可以對其中的故障項目進行更新操作。為了結(jié)果更直觀，在圖3所示的操作界面上，單擊右側(cè)的按鈕第五項，輸出為Excel功能，進行輸出，如圖5所示，輸出結(jié)果如圖6所示。

該軟件平臺還可以進行“CA”分析，本文就不進行贅述了。

2.VMC650加工中心FMECA結(jié)果分析及薄弱環(huán)節(jié)的確定

經(jīng)過在加工中心軟件平臺下進行的FMECA分析，在導(dǎo)出的FMECA故障Excel表中，通過Excel餅狀圖或柱形圖的輸出，可以更直觀地把握產(chǎn)品VMC650加工中心不同子系統(tǒng)的運行情況和危害度狀況等。

（1）產(chǎn)品危害度分析。

對現(xiàn)有VMC650加工中心不同子系統(tǒng)的分析結(jié)果表明，子系統(tǒng)危害度大小排序依次為電氣控制子系統(tǒng)、機械傳動子系統(tǒng)、刀架子系統(tǒng)、液壓控制子系統(tǒng)、床身尾座子系統(tǒng)、裝夾子系統(tǒng)、子系統(tǒng)、測量子系統(tǒng)及CNC控制子系統(tǒng)。其余系統(tǒng)的產(chǎn)品危害度較小。各個子系統(tǒng)的危害度情況如圖7所示。

（2）典型子系統(tǒng)故障模式概率（頻率比）分析。

選擇典型的刀庫系統(tǒng)進行子系統(tǒng)故障模式概率（頻率比）分析，如圖8所示。值得注意的是刀庫系統(tǒng)中，不能換刀故障模式頻發(fā)。

3.分析結(jié)論

由前述的分析結(jié)果，可以得到以下結(jié)論，如圖9所示。

（1）產(chǎn)品危害度的分析結(jié)果顯示了不同子系統(tǒng)的危害程度，分析表明電氣控制子系統(tǒng)的產(chǎn)品危害度最大，VMC650加工中心電氣控制子系統(tǒng)對整個加工中心的運行、可靠性的保證起著至關(guān)重要的作用。建議對電氣系統(tǒng)零部件采購、研發(fā)需要加強控制管理。

（2）對各個子系統(tǒng)故障模式頻率比的研究揭示了子系統(tǒng)中哪些故障頻出。例如，在刀庫子系統(tǒng)中70%的故障是刀庫不能換刀，排除工人的操作不當，這種現(xiàn)象非常不正常，已經(jīng)嚴重影響了加工中心的日常運行。

（3）VMC650加工中心FMECA分析結(jié)果可以為機床的日常維護、產(chǎn)品改進設(shè)計提供寶貴的依據(jù)。對于頻出的故障，企業(yè)用戶有必要提高其安全等級，即提高檢修頻次，以保證系統(tǒng)的正常運行。最終，在產(chǎn)品升級過程中，對因結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷引起故障頻發(fā)的部分，需要進行結(jié)構(gòu)、工藝上的改進和完善。

第5篇：數(shù)控機床的設(shè)計范文

關(guān)鍵詞：LabVIEW；數(shù)控機床；熱誤差；在線建模

一、引言

隨著科技的發(fā)展，技術(shù)的進步，機械加工逐步朝著精密與超精密方向發(fā)展，機械零部件對于加工精度的要求越來越高，這就要求加工機床必須達到較高的加工精度。超精密的現(xiàn)代數(shù)控機床已逐步取代傳統(tǒng)的功能單一、加工精度低的舊機床。數(shù)控機床已成為加工制造的主流設(shè)備，經(jīng)過多年的發(fā)展，數(shù)控機床的加工精度已經(jīng)得到了很大的提升，但是還存在一些誤差影響其加工精度，比如，在加工過程中，機床產(chǎn)生熱量，會造成熱變形誤差；機床振動產(chǎn)生的振動誤差；刀具磨損導(dǎo)致的變形誤差等等，經(jīng)過大量試驗證明，數(shù)控機床的誤差主要來自于加工過程中產(chǎn)生的熱變形誤差，熱變形誤差占總加工誤差的比例達到50%～80%，因此，必須采取相應(yīng)措施來減少數(shù)控機床加工過程中產(chǎn)生的熱誤差。目前減少加工熱誤差的方法主要有誤差補償法和誤差防止法。誤差補償法是利用軟件技術(shù)人為的抵消一部分熱變形產(chǎn)生的誤差。本文主要介紹利用LabVIEW軟件平臺對虛空機床熱誤差進行自動測量，采用誤差補償法避免熱變形誤差。

二、數(shù)控機床溫度測量子系統(tǒng)與熱誤差測量子系統(tǒng)

數(shù)控機床溫度測量子系統(tǒng)可以測量并記錄數(shù)控機床的溫度，數(shù)控機床的溫度采集不同于其他的工業(yè)生產(chǎn)中溫度采集。因為數(shù)控機床具有體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點，需要建立多個溫度采集點并且要多個傳感器協(xié)調(diào)工作，溫度采集點的安放位置要合理，盡可能全面的采集數(shù)控機床各個位置的溫度值；數(shù)控機床的工作車間有很多連接線，錯綜復(fù)雜的電線會產(chǎn)生電磁干擾，所以溫度傳感器要有較強的抗干擾能力，數(shù)據(jù)采集卡和傳輸線等電路部分要有一定的屏蔽能力，保證采集溫度值的準確性。

熱誤差測量子系統(tǒng)主要是對數(shù)控機床的熱誤差量進行測量。機床加工過程中產(chǎn)生熱量，從而產(chǎn)生熱位移，所以主要是通過對熱位移的測量來確定熱誤差量。該系統(tǒng)的熱誤差測量子系統(tǒng)的硬件平臺是由高精度的數(shù)據(jù)采集卡與電感傳感器組成，具有操作簡單、測量可靠性高、運行成本低等特點。熱誤差測量子系統(tǒng)工作過程中，熱位移的變化會轉(zhuǎn)化為電感式傳感器自感嫌棄系數(shù)的改變，變化的電壓與電流通過電流模塊轉(zhuǎn)化為熱誤差數(shù)據(jù)顯示，實現(xiàn)熱誤差的測量。

在對數(shù)控機床進行溫度測量并記錄溫度后，根據(jù)熱誤差量建立熱誤差模型。熱誤差模型是根據(jù)數(shù)控機床各個溫度測量點數(shù)據(jù)和熱誤差數(shù)據(jù)建立的，熱誤差建模是熱誤差補償技術(shù)的核心，熱誤差建模的方法有很多，主要有多元線性回歸、自回歸分布滯后模型和分布滯后模型等。多元線性回歸建模法具有精度高、運算快、生成模型簡單，所以本文介紹熱誤差自動測量系統(tǒng)采用的是多元線性回歸的建模方法建立的熱誤差模型。

三、LabVIEW軟件在數(shù)控機床熱誤差自動測量系統(tǒng)中的應(yīng)用

LabVIEW是使用圖形符號來編寫程序的編程環(huán)境，并且也是一款虛擬儀器開發(fā)平臺。LabVIEW是用計算機的硬件和軟件資源開發(fā)各種虛擬儀器，虛擬儀器有性能強、開發(fā)時間短、集成方便等優(yōu)點。在數(shù)控機床熱誤差測量系統(tǒng)中，利用LabVIEW編寫測量程序，并且LabVIEW可以調(diào)用Visual Basic、Visual C/C++等編程語言生成動態(tài)鏈接庫?；贚abVIEW平臺，熱誤差測量子程序可以調(diào)用數(shù)據(jù)采集卡的函數(shù)，實現(xiàn)開啟設(shè)備、讀取設(shè)備、釋放設(shè)備等操作，創(chuàng)建完整的熱變形誤差采集回路。利用LabVIEW軟件編寫熱誤差采集程序過程中，首先要把數(shù)據(jù)采集卡采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成可用的電壓值，再由電壓值與熱誤差之間存在的函數(shù)把電壓值轉(zhuǎn)化成為所需要的誤差值。在程序中，將兩次轉(zhuǎn)換整合到一個函數(shù)中，可以提高數(shù)據(jù)處理的連續(xù)性。之后通過表格、圖形的方式顯示熱誤差并保存在特定文件夾下以供建模使用。

在熱誤差建模子系統(tǒng)中，LabVIEW平臺主要有兩個作用，一是確定用于建模的溫度點，二是建立熱誤差的多元線性回歸模型。本文所介紹熱誤差自動測量系統(tǒng)共有10個溫度檢測探頭，數(shù)控機床工作過程中，一個探頭用于測量機床工作環(huán)境溫度，另外九個溫度探頭測量數(shù)控機床溫度敏感點的溫度。要建立熱誤差的多元線性回歸模型要借助MATLAB程序，LabVIEW與MATLAB有很好的對接接口，可以利用LabVIEW調(diào)用MATLAB中的腳本節(jié)點完成建模。在建模前，首先要讀取溫度測量數(shù)據(jù)和熱誤差測量數(shù)據(jù)，之后選取合適的溫度測量點，然后從特定文件夾中取出建模所需要的相關(guān)數(shù)據(jù)送入MATLAB script腳本節(jié)點中，得出溫度系數(shù)，建立熱誤差模型。

結(jié)語

本文主要介紹了數(shù)控機床熱誤差自動測量系統(tǒng)中包含的溫度測量子系統(tǒng)、熱誤差測量子系統(tǒng)以及熱誤差建模子系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容，并且詳細敘述了LabVIEW軟件平臺在數(shù)控機床熱誤差測量中的應(yīng)用。數(shù)控機床的熱誤差測量研究設(shè)計數(shù)學建模、機械工程、微電子設(shè)計等多個領(lǐng)域，是多學科交叉綜合研究內(nèi)容，希望本文可以為以后的數(shù)控機床熱誤差測量研究提供幫助。

參考文獻

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[2]楊建國.數(shù)控機床誤差補償技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J].航空制造技術(shù)2012，5：40-45.

第6篇：數(shù)控機床的設(shè)計范文

關(guān)鍵詞：工作過程系統(tǒng)化；教學；設(shè)計；實踐

1 課程概況

《數(shù)控機床電氣安裝與調(diào)試》是數(shù)控技術(shù)專業(yè)的一門核心專業(yè)課程，課程的主要任務(wù)是培養(yǎng)學生按照數(shù)控機床的電氣安裝與調(diào)試工藝及相關(guān)知識，正確規(guī)范地進行電路的分析、電器的檢查、安裝及調(diào)試，從而培養(yǎng)學生具有數(shù)控機床電氣裝調(diào)和控制系統(tǒng)設(shè)計的工作能力和職業(yè)素養(yǎng)，同時使學生具備資料收集整理、制定實施工作計劃、分析檢查判斷、溝通協(xié)調(diào)、安全與自我保護等綜合素質(zhì)和能力，樹立良好的職業(yè)道德與責任心。

2 教學情境設(shè)計

本課程的重點是圍繞數(shù)控機床電氣裝調(diào)這一任務(wù)來開展和組織教學，故課程方案打破以知識傳授為主要特征的傳統(tǒng)學科課程模式，轉(zhuǎn)變?yōu)橐怨ぷ魅蝿?wù)為中心組織課程內(nèi)容，讓學生在完成具體項目的過程中構(gòu)建相關(guān)理論知識，并發(fā)展相關(guān)職業(yè)能力。課程內(nèi)容突出對學生職業(yè)能力的訓(xùn)練，理論知識的選取緊緊圍繞工作任務(wù)完成的需要來進行，同時又充分考慮高職教育的需要，融入職業(yè)資格證書對知識、技能、態(tài)度的要求。

本課程通過企業(yè)調(diào)研，根據(jù)職業(yè)崗位的要求，依據(jù)數(shù)控專業(yè)工作任務(wù)分析學生狀況、師資水平、教學環(huán)境與硬件條件等，針對數(shù)控機床電氣安裝與調(diào)試這一典型工作任務(wù)，以企業(yè)應(yīng)用較廣的FANUC、SINUMERIK、HNC等數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等數(shù)控設(shè)備為載體，解構(gòu)原有的理論和實踐課程體系，重構(gòu)工作過程系統(tǒng)化的課程體系，由易至難，設(shè)計了如表1所示的3個學習情境。在每個學習情境中，以職業(yè)崗位真實的工作任務(wù)為載體，按照認知規(guī)律和職業(yè)能力培養(yǎng)規(guī)律，設(shè)計學習型工作任務(wù)。通過完成每個學習情境中的實際工作任務(wù)，學生不但能夠掌握數(shù)控機床電氣安裝與調(diào)試的專業(yè)知識和專業(yè)技能，還能夠全面培養(yǎng)其良好的職業(yè)道德與工作作風。

3 教學過程設(shè)計

《數(shù)控機床電氣安裝與調(diào)試》課程教學的首要任務(wù)是使學生盡快掌握工作所需要的基本知識和技能，以便學生在走出校門后能立即從事崗位工作，縮短就業(yè)的不適應(yīng)期。本課程中許多知識和技能屬于應(yīng)用性的，應(yīng)在學中做，做中學。

本課程共由六個子情境構(gòu)成，每個子情境就是一個完整的工作任務(wù)。學生通過完成真實的工作任務(wù)，能夠獲取相應(yīng)的理論知識和實際操作技能。在本課程的教學中，每一個學習子情境都按照資訊、決策、計劃、實施、檢查、評估六個步驟執(zhí)行。主要采用以工作過程為主線，任務(wù)為驅(qū)動，項目為導(dǎo)向，融“教、學、做”為一體的項目教學法。同時注意多種教學方法的綜合運用，使學生掌握職業(yè)技能，習得專業(yè)知識，從而構(gòu)建屬于自己的經(jīng)驗與知識體系。

本課程以典型系統(tǒng)數(shù)控機床為載體，設(shè)計和組織教學，建立工作任務(wù)與知識、技能的聯(lián)系。在教學過程中，以典型系統(tǒng)數(shù)控機床的電氣安裝與調(diào)試為主線，經(jīng)過導(dǎo)學及知識準備，教師引導(dǎo)學生自主地交替進行各種真實工作過程背景下的操作和訓(xùn)練，教、學、做合一，教師配合指導(dǎo)、答疑、評價，將理論知識的運用置于一個真實的項目中展開，項目完成后學生能夠牢固掌握數(shù)控機床電氣裝調(diào)和控制系統(tǒng)設(shè)計的知識和技能。

此外，推行多媒體教學、網(wǎng)絡(luò)教學、仿真教學、真實生產(chǎn)環(huán)境教學等教學手段，發(fā)揮學生的主體作用，提高學生的學習積極性，降低學習難度，啟發(fā)學生的創(chuàng)新思維，增強實踐動手能力，有利于全面培養(yǎng)學生的技術(shù)應(yīng)用能力和職業(yè)綜合能力。

表2所示為以子情境1.2 FANUC 0i系統(tǒng)的安裝與調(diào)試為例的教學過程設(shè)計。

4 教學評價設(shè)計

為了進行多元化的教學評價，本課程建立了符合能力培養(yǎng)要求的考核標準。評價學生成績包括過程性考核和終結(jié)性考核。過程性考核包括學習情境中每個子情境的評價和公共項目考核點評價，其中任務(wù)評價采用口試和實操的方式。學習情境的評價成績?yōu)槿蝿?wù)評價得分和綜合答辯成績之和。終結(jié)性考核為期末考試（筆試），主要綜合測試學生對數(shù)控機床電氣裝調(diào)和控制系統(tǒng)設(shè)計的知識和技能的掌握程度。教學評價應(yīng)注重對學生分析問題和解決問題能力的考核，對學習和應(yīng)用中有創(chuàng)新的學生給予特別鼓勵。整個學習過程中貫穿職業(yè)能力考核，包括學習態(tài)度、敬業(yè)精神、安全意識和團隊合作精神等。

5 教學實踐

本課程教學設(shè)計和實施過程充分體現(xiàn)了高職教育教學改革的先進理念，課程定位和教學目標針對職業(yè)崗位，課程教學活動能和對應(yīng)崗位的職業(yè)活動工作過程緊密結(jié)合。通過三年的教學實踐，本課程堅持以“教師為主導(dǎo)、學生為主體”，將教、學、做融為一體。通過完成真實的工作任務(wù)，充分調(diào)動學生的學習積極性，使學生自主學習能力有大幅度的提升，學習興趣大大提高。通過本課程學習，學生不但掌握了專業(yè)知識和職業(yè)技能，職業(yè)素養(yǎng)也普遍有了提高。學生在團隊項目完成過程中，學會了競爭，學會了合作，社會適應(yīng)能力也得到了提高。

第7篇：數(shù)控機床的設(shè)計范文

1．1數(shù)控機床色彩設(shè)計因素

（1）色彩與功能統(tǒng)一。色彩設(shè)計時，要首先考慮色彩與機床功能的統(tǒng)一性，以加深操作人員對機床功能的理解，有利于機床功能的發(fā)揮并取得良好的效果。通過色彩可區(qū)分各部分的功能及各操作部位的快速識別。不同的色彩對人的眼球也會產(chǎn)生不同的視覺感受，同時用戶在正常視域范圍內(nèi)，也會根據(jù)顏色的不同而發(fā)生變化，一般色彩的視域范圍由小變大依次為：綠、紅、藍、黃、白。因此，在數(shù)控機床主體設(shè)計中，針對不同的操作裝置，應(yīng)根據(jù)不同的功能需求設(shè)置不同的顏色安排，以達到最佳的視覺效果。（2）人機協(xié)調(diào)。在人機工程理論的指導(dǎo)下，能實現(xiàn)數(shù)控機床的人性化設(shè)計，根據(jù)操作者的行為、能力、本能極限及其他特性來對數(shù)控機床進行設(shè)計，創(chuàng)造良好的人機互動關(guān)系，減輕操作者的疲勞感，體現(xiàn)數(shù)控機床對人性需求的關(guān)注。（3）適應(yīng)環(huán)境。環(huán)境及氣候條件在數(shù)控機床的操作中會影響到人的情緒，包括地理環(huán)境和車間環(huán)境。如根據(jù)色彩帶來的心理感受，在氣候條件長期寒冷的地區(qū)，色彩設(shè)計上應(yīng)多采用純度高、明度低的暖色，給人以熱情和親切感，反之應(yīng)用純度低、明度高的冷色系。（4）美學法則。在設(shè)計色彩時，要充分運用美學法則，如對比與協(xié)調(diào)、節(jié)奏與韻律、變化與統(tǒng)一等，使之成為一個有機的整體。良好的色彩設(shè)計給產(chǎn)品帶來生氣、穩(wěn)定、親切的感覺。系列化產(chǎn)品色彩設(shè)計時，還應(yīng)考慮與其他系列產(chǎn)品主色調(diào)的一致性，保持企業(yè)產(chǎn)品整體的統(tǒng)一性和美觀度。

1．2數(shù)控機床的色彩特征

（1）安全性。色彩不恰當?shù)囊曈X搭配會給操作者的生理和心理帶來不良影響，造成視疲勞、緊張和錯覺。因此，數(shù)控機床的色彩不恰當容易造成誤操作，易釀成大的工程事故，危及安全，反之提升產(chǎn)品的安全性、帶來舒適感。（2）行業(yè)特色。數(shù)控機床色彩的行業(yè)特征鮮明，如電子技術(shù)的應(yīng)用使得控制面板按鈕較多，國家標準GB2893—1982規(guī)定：紅色表示禁止、停止；藍色表示指令必須遵守的規(guī)定；綠色表示工作正常、允許進行等。因此，在數(shù)控機床的色彩設(shè)計中，一些色彩應(yīng)按《安全色》國家標準選定。由于我國數(shù)控機床的發(fā)展較晚，在色彩設(shè)計中還沒有真正走進多元化的色彩潮流，從最初的綠色覆蓋到現(xiàn)在大多選用1~2種色彩作為產(chǎn)品主要色，并且不會輕易變換，以維持企業(yè)產(chǎn)品的色彩識別性。因此色彩較單一且相對穩(wěn)定成為我國數(shù)控機床的色彩特征。

2數(shù)控機床色彩設(shè)計程序與方法

數(shù)控機床的色彩設(shè)計是一個系統(tǒng)化的設(shè)計，經(jīng)過前期調(diào)研與分析，結(jié)合數(shù)控機床的色彩特征和設(shè)計元素，展開設(shè)計定位，充分了解數(shù)控機床的色彩特征和色彩設(shè)計影響因素，最終得到合理的色彩設(shè)計方案。數(shù)控機床的色彩設(shè)計主要程序：數(shù)控機床的調(diào)研分析、色彩設(shè)計定位、色彩設(shè)計方案、色彩設(shè)計方案評估、產(chǎn)品色彩試制。

2．1調(diào)研分析

為使數(shù)控機床色彩設(shè)計更加科學地提高操作效率和安全性，滿足操作人員的心理舒適度，并且和企業(yè)文化理念保持統(tǒng)一，通過發(fā)放問卷、走訪工廠及體驗操作等方法，針對數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)與功能特征、操作流程、人機界面、企業(yè)文化理念等四方面，對現(xiàn)有數(shù)控機床的色彩進行研究，發(fā)現(xiàn)存在的問題。

2．2色彩設(shè)計定位

結(jié)合前期調(diào)研成果，以企業(yè)長期形成的色彩特色風格為基礎(chǔ)，根據(jù)調(diào)研中發(fā)現(xiàn)的問題，結(jié)合色彩特征與科學的視覺理論，制訂產(chǎn)品的色彩設(shè)計方向，并開展小組頭腦風暴，確定主體和輔助色彩方向。

2．3色彩方案設(shè)計

根據(jù)前期調(diào)研及色彩定位，以色彩設(shè)計理論為前提，結(jié)合數(shù)控機床的色彩影響因素，展開設(shè)計，提出設(shè)計構(gòu)思和改良概念，制訂2～3個草案，經(jīng)過小組討論，選出一個最佳方案制作色標。

3設(shè)計實例

數(shù)控機床色彩設(shè)計主要包括主體部分和輔助部分。主體部分主要有工作臺、主軸傳動裝置、床身等，主體主要針對防護罩進行色彩設(shè)計。主體色調(diào)要求統(tǒng)一，特征突出，色彩不宜配置過多。輔助部分主要有防護罩上的廠標、商標、型號等。防護罩上的型號、廠標等色彩處理能起到細節(jié)點綴作用。但是，這些部件的色彩不能紛雜，面積不宜過大，而應(yīng)簡潔、醒目、生動，有較好的關(guān)注度。以某數(shù)控機床有限公司的一款全功能數(shù)控機床為例，應(yīng)用數(shù)控機床的設(shè)計流程和色彩設(shè)計分析，對該款全功能數(shù)控機床色彩進行改良設(shè)計。經(jīng)過對數(shù)控機床功能和區(qū)域劃分的資料分析和實地體驗，結(jié)合該公司的設(shè)計風格及公司文化背景，明確了改良設(shè)計的方向。綜合知名品牌最新設(shè)計風格和色彩流行趨勢，展開不同品牌之間的色彩對比，包括主體和輔助色彩的比例關(guān)系、明暗對比。

根據(jù)產(chǎn)品意向尺度法，對該企業(yè)產(chǎn)品色彩配置方式和色彩選用規(guī)律進行挖掘，結(jié)合該企業(yè)文化背景進行綜合分析，進行色彩設(shè)計定位。該企業(yè)在國內(nèi)發(fā)展一流，走國際合作路線，技術(shù)創(chuàng)新已達到了國內(nèi)較高水平，在色彩的運用上，既要注重設(shè)計的科學性、合理性，又要注重裝飾性。在產(chǎn)品主體設(shè)計及色彩選用中，以理性、穩(wěn)重的黑、白色搭配作為主體色調(diào)，在輔助色彩設(shè)計中，選用綠色、黃色作搭配。綠色視域范圍較小，是藍色和黃色混合而成的中性色，介于興奮和冷靜兩種感覺之間。黃色是暖色系，可以使人興奮。最終設(shè)計方案將黑色用于底座，突出產(chǎn)品的沉穩(wěn)，而白色的視域范圍最大，不易干擾視線，所以大面積用于防護罩。綠色點綴該企業(yè)節(jié)能的理念，商標文字處理以黃色做搭配，在警示色中，以安全色為準則，有別于傳統(tǒng)企業(yè)對數(shù)控機床的色彩選用?？刂泼姘逶跀?shù)控機床中主要完成顯示、程序編輯管理、系統(tǒng)輸入等任務(wù)。為使控制面板得到高效、安全的操作，在控制面板的色彩設(shè)計中，用色塊和線的形式對其進行區(qū)域劃分。以藍色和黃色進行冷暖對比，突出識別性。

4結(jié)論

第8篇：數(shù)控機床的設(shè)計范文

機床外觀造型必須要結(jié)合機床的功能:在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計方面,特別是數(shù)控機床產(chǎn)品,結(jié)合功能是十分重要的一個方面。要知道,機床零件的用途決定它的形態(tài),并且將機床整件或者局部的功能給有效的體現(xiàn)出來。機床產(chǎn)品在設(shè)計造型的時候,需要遵循基本的外觀要求,如果要將一個特殊的結(jié)構(gòu)加入進去,就需要及時的改變外觀。一般情況下,如果外觀是將功能表達出來,那么就有著比較長的生命周期;如果外觀只是要表現(xiàn)風格,那么通常只有較短的生命周期。如果沒有對產(chǎn)品的外形進行特殊的要求,那么只需要將最單純的外觀應(yīng)用到功能設(shè)計上即可。數(shù)控機床造型設(shè)計要充分的適應(yīng)環(huán)境:目前,在機床外觀設(shè)計方面,很少有獨立存在的,大多都是由一些環(huán)境因素在進行輔助。設(shè)計師首先需要考慮的問題就是有效的處理零件之間的內(nèi)部聯(lián)系,密切的配合環(huán)境等等。要知道,人們視覺環(huán)境中十分重要的一個部分就是機床工業(yè)產(chǎn)品,需要依據(jù)相應(yīng)的要求來決定外觀顯示的清晰程度。在機床產(chǎn)品的設(shè)計方面,除了操作控制部分,一般都是將一些不鮮明的色彩和外觀應(yīng)用到其他部分。通過研究表明,十分鮮艷的產(chǎn)品外觀,很容易讓人產(chǎn)生厭煩的感覺;但是,也有一些時候是例外的,如果場合對視覺有著特殊的要求,那么就需要使用比較鮮明的色彩,比如在一些機床展覽會上,產(chǎn)品既要在滿足基本功能需求的基礎(chǔ)上,還要將感染力充分的體現(xiàn)出來。

美國的機床產(chǎn)品就有著十分獨特夸張的外觀造型和顏色,采用的色彩有著比較高的明度和純度,并且經(jīng)常運用曲線,這樣可以緊密的連接到商業(yè)利益,非常適合展銷。數(shù)控機床造型設(shè)計要將安全因素充分的納入考慮的范圍:在機床工業(yè)設(shè)計中,需要將安全結(jié)構(gòu)的塑造作為一個重點,認真的進行研究和推敲。在設(shè)計的時候,需要充分的考慮使用者對機器用途的熟悉和掌握的難易程度,這樣可以有效的避免發(fā)生一些事故。比如,為了避免對操作者造成傷害,機床工作臺的形狀往往是十分平滑的。此外,在產(chǎn)品設(shè)計中,還盡量需要添加一些外觀保護,比如機床上設(shè)計的防護罩,控制操作板以及急停裝置等等。為了使機床產(chǎn)品結(jié)構(gòu)達到簡練和安全的目的,就需要做好形狀與平衡的外觀設(shè)計工作。數(shù)控機床外觀設(shè)計的自我檢驗:要想保證外觀設(shè)計的質(zhì)量,就需要采用自我檢查的形式來對各個程序中的質(zhì)量進行檢驗,從而在機床造型設(shè)計中對各個因素進行全面綜合的考慮。

人體工程學的相關(guān)要求會對三維空間設(shè)計產(chǎn)生一定程度的制約作用,所服務(wù)的機器則決定著適應(yīng)的程度。簡單的機器外觀,就有著很小的控制范圍;在這種情況下,外觀也可以變得很美,只需要合理的設(shè)置色彩即可。數(shù)控機床的外觀會在很大程度上受到產(chǎn)品設(shè)計用材的影響,如果選用的是不當?shù)牟牧?那么就會對產(chǎn)品最終外觀的質(zhì)量產(chǎn)生極大的影響。如果外觀設(shè)計的很好,但是機床板焊件的強度和平整度達不到要求,那么只是無用功而已。

在對工業(yè)外觀造型設(shè)計的時候,需要堅持以人為本的設(shè)計理念,創(chuàng)造美的產(chǎn)品外觀,讓人類工作和生活的環(huán)境變得更加的舒適和美好,從而適應(yīng)時展和市場經(jīng)濟的需求;工業(yè)設(shè)計的發(fā)展走向,就是要遵循人性化和外化多元化的相關(guān)要求,工業(yè)設(shè)計師要緊跟時展的潮流,不斷的更新設(shè)計觀念,設(shè)計出更好的作品。本文簡要分析了工業(yè)設(shè)計理論在數(shù)控機床外觀造型設(shè)計中的實踐,希望可以提供一些有價值的參考意見。

作者：顏嘯 單位：中國第二重型機械集團德陽萬航模鍛有限公司

第9篇：數(shù)控機床的設(shè)計范文

關(guān)鍵詞：數(shù)控車床；設(shè)計；進給系統(tǒng)

  汽車轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車上應(yīng)力最集中、形狀最復(fù)雜的零件之一，需要具有良好的機械性能。它的加工質(zhì)量直接影響到汽車的操作性和安全性。隨著汽車數(shù)量的迅猛增加，轉(zhuǎn)向節(jié)的需求也隨之上升，因此提高生產(chǎn)效率是至關(guān)重要的。但由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，給機械加工帶來一定難度，特別是轉(zhuǎn)向節(jié)桿部及法蘭端面的加工，尺寸精度和位置精度很難保證。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向節(jié)桿部及法蘭端面的加工采用普通臥式車床或簡易臥式數(shù)控車床，設(shè)計簡易車具，利用尾座頂尖將轉(zhuǎn)向節(jié)夾持在車具和尾座頂尖之間，車具撥動轉(zhuǎn)向節(jié)旋轉(zhuǎn)進行加工。此種加工工藝方法的不足：工件裝夾困難；車具無配重，轉(zhuǎn)速提高受限；加工效率低。鑒于上述對傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向節(jié)生產(chǎn)工藝的分析，為了解決傳統(tǒng)加工轉(zhuǎn)向節(jié)桿部及法蘭端面生產(chǎn)工藝的不足，我們開發(fā)設(shè)計了一種新的加工轉(zhuǎn)向節(jié)桿部的專用立式數(shù)控車床。該設(shè)備具有同規(guī)格立式數(shù)控車床的工藝性能，同時具備加工轉(zhuǎn)向節(jié)的高效性，同時減輕了工人裝夾工件的勞動強度，是一種一舉兩得的理想設(shè)備。

  1 轉(zhuǎn)向節(jié)專用立式數(shù)控車床工藝方案分析

  1.1 整體式轉(zhuǎn)向節(jié)工藝特性

形狀如羊角，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；毛坯為鍛件，加工余量大，特別是法蘭盤根部圓弧部分；工件偏重，轉(zhuǎn)動慣量大；定位夾緊困難。

  1.2 機床方案

根據(jù)轉(zhuǎn)向節(jié)工藝特性和定位夾緊要求，該機床采用主軸偏置的立式數(shù)控車床結(jié)構(gòu)，在傳統(tǒng)立式數(shù)控車床的基礎(chǔ)上，增設(shè)尾座頂尖部件，并設(shè)計專用車具，形成高效加工轉(zhuǎn)向節(jié)的新型機床，同時仍具備通用數(shù)控立車的功能。電氣控制系統(tǒng)為日本fanuc-0i-mate數(shù)控系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)為符合iso標準的疊加閥結(jié)構(gòu)。

  1.3 機床的工作循環(huán)

安裝工件—定位夾緊—數(shù)控滑臺快移—x、z軸聯(lián)動，同時主軸旋轉(zhuǎn)—完成外圓加工—數(shù)控滑臺快退至原位—伺服刀架換刀—數(shù)控滑臺快移—x、z軸聯(lián)動，完成工件外圓各槽的加工—數(shù)控滑臺快退至原位—伺服刀架換刀—數(shù)控滑臺快移—x、z軸聯(lián)動，完成工件各螺紋的加工—數(shù)控滑臺退至原位—松卡—卸下工件—進入下一循環(huán)。

  2 轉(zhuǎn)向節(jié)專用立式數(shù)控車床部件設(shè)計

  2.1 主軸箱設(shè)計

  2.1.1 主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計

  本機床為立式結(jié)構(gòu)，主軸箱就是傳統(tǒng)意義上的床身 ，其作用一是安裝主軸及其傳動系統(tǒng)，二是支撐立柱即在其上安裝的縱橫滑板和電動刀架。因此要求主軸箱具有據(jù)夠的剛性，結(jié)構(gòu)必須合理，長期使用不變形。

  2.1.2 主軸箱傳動系統(tǒng)

傳動比確定：機床主要加工轉(zhuǎn)向節(jié)，兼顧通用數(shù)控立車功能，傳動比為1:10，最低轉(zhuǎn)速為63轉(zhuǎn)“分鐘，最高轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)“分鐘；轉(zhuǎn)動路線確定：傳動路線采用伺服電機通過行星減速箱、皮帶輪驅(qū)動主軸單元使主軸旋轉(zhuǎn)；主軸單元結(jié)構(gòu)：采用主軸單元結(jié)構(gòu)目的是方便制造、安裝、維修。選用主軸單元結(jié)構(gòu)要適合加工轉(zhuǎn)向節(jié)特殊件的需要。選用主軸單元結(jié)構(gòu)要適應(yīng)加工轉(zhuǎn)向節(jié)特殊件的需要，第一滿足剛性要求，旋轉(zhuǎn)精度的長久穩(wěn)定性；第二要有夾緊油缸及分油裝置；第三動力卡盤和專用車具可快速切換，實現(xiàn)通用立式數(shù)控車床功能和專用轉(zhuǎn)向節(jié)數(shù)控加工的切換。據(jù)此，選用的主軸單元為標準50規(guī)格的車主軸支撐形式，具有高剛性、高精度的特點。

  2.2 進給系統(tǒng)設(shè)計

  2.2.1 縱向進給傳動系統(tǒng)設(shè)計

縱向進給傳動系統(tǒng)主要有縱向滑板和縱向滾珠絲杠傳動副組成。其縱向滑板安裝在立柱的縱向滾動導(dǎo)軌上，它可以沿立柱導(dǎo)軌做縱向運動。導(dǎo)軌采用重載型滾珠滾動導(dǎo)軌，導(dǎo)軌承載能力大，剛性強?？v向伺服電機經(jīng)聯(lián)軸直接驅(qū)動滾珠絲杠螺母副，帶動縱向滑板沿立柱導(dǎo)軌運動。

  2.2.2 橫向進給系統(tǒng)設(shè)計

橫向進給傳動系統(tǒng)主要由橫向滑板和橫向滾珠絲杠傳動副組成。其橫向滑板安裝在縱向護板的橫向滾動導(dǎo)軌上，它可沿著縱向滑板向滑板橫向?qū)к壸鰴M向運動。導(dǎo)軌采用重載型滾珠滾動導(dǎo)軌，導(dǎo)軌承載能力大，剛性強。橫向伺服電機經(jīng)聯(lián)軸器直接驅(qū)動滾珠絲杠螺母副，帶動橫向滑板沿縱向滑板橫向?qū)к夁\動。

  2.3 轉(zhuǎn)向節(jié)工裝夾具設(shè)計

  2.3.1 頂尖部件設(shè)計

  頂尖是機床的重要定位機構(gòu)，其功用：定位功能、回轉(zhuǎn)功能、夾緊功能，其動作：安裝工件時，頂尖部件處于上部，當工件在專用車具的正確位置上時，頂尖在油缸的作用下向下移動，使上頂尖頂緊工件桿部上頂尖孔，完成工件的定位夾緊。主軸旋轉(zhuǎn)時頂尖也隨著旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)機床的主運動。設(shè)計此部件首先確定夾緊力，設(shè)計驅(qū)動油缸的規(guī)格，確保夾緊可靠；轉(zhuǎn)向節(jié)是不平衡件，頂尖主軸及頂尖要有足夠的剛性，以保證回轉(zhuǎn)精度的長久穩(wěn)定性。

  2.3.2轉(zhuǎn)向節(jié)車具設(shè)計

轉(zhuǎn)向節(jié)是異形件，非常的不平衡，其車具設(shè)計有一定難度，第一是定位采用頂尖孔，其剛性不好，需要上下頂尖定位夾緊，下頂尖固定在主軸上，上頂尖單獨設(shè)計移動部件；第二是夾緊，沒有規(guī)則的夾緊面，同時不同的頂尖形狀各異，要使車具具有通用性，車具必須具有適應(yīng)不同工件的柔性；第三是工件的不平衡性，在設(shè)計車具時必須有可調(diào)整的配置設(shè)置；第四是在旋轉(zhuǎn)的主軸上采用液壓自動夾緊，主軸設(shè)置旋轉(zhuǎn)編碼器，以適應(yīng)車螺紋功能，車具設(shè)置夾緊油缸。

  3 結(jié)束語

  本機床已交付用戶使用，其性能已達到設(shè)計要求。圖紙經(jīng)完善后開始投入小批量生產(chǎn)，并參加了2010年在北京舉辦的第十屆國際機床博覽會，得到廣泛好評。

參考文獻：

[1]張振國，數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用[m]，北京：機械工業(yè)出版社，2010