高档数控机床的作用(6篇)
高档数控机床的作用篇1
关键词数控机床；组成；分类；发展趋势
中图分类号TG659文献标识码A文章编号1674-6708（2013）87-0039-02
1概述
上世纪40年代，随着社会生产力的发展和科学技术的不断进步，人们对所生产出的各种产品的生产效率和质量有了更高的要求。自动化过程是机械加工实现以上要求的重要途径之一。1948年美国的麻省理工学院研究所与帕森斯公司进行合作，提出了三坐标式立式铣床。正是由于这台用计算机控制的数控铣床的出现，数控技术在全球飞速的发展。通过符号、文字和数字组成的数字化信息控制多台或一台机械设备动作及加工过程的技术称为数控技术，简称数控（英文名字：numericalcontrol简称：NC）。由于计算机的发展，现代数控大部分是通过计算机进行控制的，所以数控技术又名计算机数控（computerizednumericalcontrol，CNC）。数控机床（NC机床）就是数控技术控制的机床，他是各学科结合的产物，他运用了自动控制技术，计算机技术，精密测量技术，软件技术，伺服驱动技术和传感器技术等先进技术，是典型的机电一体化产品。
2数控系统的组成
控制系统主要包括输入介质，控制介质，伺服系统，数控装置，测量反馈装置，执行部件等。
2.1控制介质
所谓的控制介质就是数控机械在工作时，不需要人为的手动加工，但是机械设备还必须按照操作人的意图工作，这就需要我们在操作者和机械设备之间建立一定关系，这就是我们所说的控制介质（信息载体）。加工零件时所需要对工件进行的所有操作信息都在控制介质中储存的，数控系统控制和指挥设备加工运动仅有的指令信息就是控制介质。
2.2输入介质
数控装置不能直接识别控制介质中的程序代码，这就需要输入装置来完成，它的作用是将数控装置不能直接识别的的程序代码转变成可以识别的电脉冲信号，存储在数控装置中。根据数控介质的不同，数控装置可能是录音机，光电读带机或者是软盘驱动器等等。随着科技的不断进步现在的大部分数控机械是将数控加工所需要的程序单通过数控装置自带的键盘输入到数控装置上，叫作MDI方式。
2.3数控装置
输入介质传送过来的脉冲信号是通过数控装置接受的，经由数控装置内部的数控软件，然后逻辑电路的编译，在通过运算、逻辑处理，将信息命令传给伺服机构，是设备按照信息指令规范，有条不紊的工作。信息指令决定工件沿着各个坐标轴的进给速度和方向，刀具的选择、交换等。数控设备的各个指令都是通过数控装置完成的，他是数控设备的核心。
2.4伺服系统
伺服技术在数控系统中的作用是非常重要的。伺服系统（servomechanism）就是将工件位置、状态、方位等输出被控量能按照输入目标变化的自动控制系统。其功能是按控制命令的需求、对功率进行扩大、变换、调控等一系列处理，让驱动装置可以灵活的输出力矩、位置、速度。伺服系统主要包括驱动元件、驱动电路。通过数控装置发来的脉冲信号，伺服系统把其转化为加工工件的位移、方向、速度等。
伺服驱动元件主要包括直流伺服电动机，步进式电动机，交流伺服电动机等。是把电信号转换为输出轴的角位移的变化，从而实现工件的进给。
伺服驱动电路是把微弱信号扩大为驱动电信号，以此来驱动执行元件。
2.5执行部件
通过伺服系统传递来的命令完成被控元件的控制它将电能或流体能量转换成机械能或其他能量形式，通过控制要求改变控制元件的机械运动状态等。主要有进给运动执行部件，主运动部件、工作台等。对于执行部件应具有足够好的抗震性、刚度、足够的精度、结构简单等特点。
2.6测量反馈装置
其作用是检测运动部件的位移、速度、温度等一系列参数，将检测出的数据转变为电信号然后传输给控制装置。通过控制装置的计算得出误差，并反馈误差指令，纠正误差。测量反馈装置的出现，大大提高了工件的加工精度。
3数控系统的分类
按不同的分类方式控制系统可以分为不同的种类。
按数控装置分类，可分为：计算机控制系统（CNC系统）、逻辑控制系统（NC系统）。按控制方式可分为：开环、半闭环、闭环控制系统。开环控制系统的精度较低，但他的运行平稳、成本低廉、使用和维修比较方便。在一些精度要求低的数控系统中应用非常广泛。而闭环控制系统的精度很高，但工作时不稳定，安装调试比较繁琐，价格较其他两种昂贵。半闭环控制系统对其他两种进行综合考虑，在日常生产中应用最为广泛。按运动方式分为：点位直线控制系统、点位控制系统和轮廓控制系统等。按功能水平可分为：低档数控技术、中档数控技术和高档数控技术等，中档控制系统最为常见。还可以按用途等分类。
4数控技术的发展
第一台数控系统的问世但现在已经有半个多世纪了。随着计算机技术、微电子技术、检测技术的发展，数控机床的发展得到了完善，他的必然产物就是生产需求不断提高，所以当今社会数控技术的发展逐渐向高精度、高的可靠性、高速度、复合化和智能化等高兴科技的方向发展。
质量和效率是先进制造技术的根本。而高速度、高精度加工技术能最大程度地提高效率，提高质量和档次，能缩短生产的周期，提高市场竞争能力。高速度，高进度是数控技术发展的重要趋势。目前新型的数控系统的集成电路规模非常大，采用芯片提高了电路的集成度，这样极大程度的提高了数控系统的可靠性。数控系统的多功能化，复合化，智能化都将是科学领域的发展趋势。
5结论
综上所述，数控技术的产生提高了社会生产制造能力和水平，提高了市场竞争力。数控技术在国防等方面的贡献也是显而易见的。因此当今社会大力发展数控技术、是提高综合国力，加速经济发展、提高国家地位的重要途径。
参考文献
[1]毕承恩，丁乃健.现代数控机床：上册[M].北京：机械工业出版社，1991.
高档数控机床的作用篇2
高档数控系统改造企业进口设备
成果介绍：该项目是针对我国国有大中型企业现状和中科院沈阳计算所高档数控技术的特点，进行的一项企业改造的系统工程。该项目投入少，产出大，符合我国国情，对促进传统产业的技术改造，加速企业的技术进步，提高生产力具有积极的意义。该项目在执行过程中，不但完成了鞍山高压容器厂的用于生产高压气瓶进口生产线的技术改造，而且完成了沈阳黎明航空发动机集团公司从日本东芝公司引进的BMC-10B(5)五坐标加工中心数控系统的改造、鞍山钢铁集团公司无缝钢管厂的进口车丝生产线的改造。
该项目控制技术，采用全新的先进的控制系统和方法，即用高档数控系统控制全液压式传动系统，其技术难度在于把传统的液压传动系统用数控系统来控制，并保证其稳定性和精度。这是一新的课题，经过努力探索出一套参数匹配与修调的规律，满足了高精度钢瓶生产的需求。这是本项目的关键技术所在。沈阳黎明航空发动机集团公司的BMC－10B(5)日本东芝五坐标加工中心数控系统更新改造，是在蓝天数控系统的基础上，针对机床工艺特点进行技术创新，解决大行程反馈控制、二轴的同步轴控制等关键技术，改造后的机床精度明显提高。该项目为黎明公司盘活企业资产，取得了明显的经济效益。因为改造的加工中心是二手设备，一台50万美元，改造费40多万元人民币，只相当数控机床现价的10％，投入生产飞机发动机的关键部件加工，每件部件就价值几十万元人民币。
NC数控系统
成果介绍：：我国制造业正面临着“挡不住，出不去”的十分严峻的形势。国外企业正在瞄准中国这个巨大市场，大量高质量、高附加值的产品严重冲击着中国市场，我国制造业正承受着国际市场竞争的巨大压力。数控系统和机床，作为国民经济制造业的重要基础装备和基础设施，在国内和国际贸易中，是个高附加值和高利润的重要高新技术产品，它是关系到国家综合国力和国家战略地位的基础产业。沈阳计算所等单位，在多年研发的基础上，在数控系统、伺服/主轴系统等方面，已具有一定的产业化规模，并出口俄罗斯，通过进一步的攻关，使国产数控系统占领国内的主要份额，并使传统的机床行业发展成高新技术的数控机床产业。
该项目是利用各自的优势进行技术合作，合作开发面向俄罗斯市场的数控产品和用于中国市场尤其是数控化改造的系列数控产品，开发NC100―6轴高档数控系统、NC110―16轴高档数控系统和NC200―4＋1轴中高档数控系统及SFC数控滑台。采用新一代开放式体系结构。
硬件平台建立在486IPC工业标准上，采用总线转换技术，实现系统主要模板、接口的标准化；软件平台建立在实时多任务操作系统上，集成PC技术、NC成熟技术以及用户扩展功能。
近年来，俄罗斯的经济开始复苏，机械行业对数控系统的需求逐年增加。世界各国的知名数控生产厂商都纷纷瞄向俄罗斯市场，计算所NC系列数控系统由于具有较好的性能价格比，在俄罗斯市场备受欢迎。同时，在国内市场，尤其是在机床数控化改造方面，NC系列数控系统已大显身手，国内需求量急剧增加。
应用范围：广泛应用于制造业。
蓝天系列高档数控系统
成果介绍：：该系统可与有关机床生产企业的高级机床配套成高档数控机床，也可直接装备有关机械加工制造业最终用户的加工中心、车削中心、数控车/铣/磨床、FMC、FMS和CIM及激光加工等，以进行高精尖产品加工，还可用于国有大中型企业的国产或进口生产设备控制装置的技术改造。
合作方式：可提品和技术，可进行技术支持与服务。
产品性能：蓝天系列高档数控系统，主要包括LT-7500、LT-8500、LT-9500和LT-3200四个系列十几个型号，其中LT-8500和LT-3200系列是在国家“八五”重点科技攻关和中科院重大项目中取得的重大科技成果。该系统是数控机床的控制系统，是高精度、高效率、高柔性的控制器，可自动实时地控制各种高级机床进行各类复杂零件的加工。该系统解决了先进的缩小化系统设计、软件自主版权和高可靠性等长期困扰我国数控机床的关键技术，不但使我国的高档数控技术从无到有，而且达到国际先进水平。系统的兼容性指标符合国家有关部门验收条例的要求，并且达到国际IEC1000-4标准。
该系统可根据需要自动生成，多过程（≤5）、多轴控制（≤17）、多轴联动（≤8）、多种工艺（T、M、G）、多CPU（主、轴、网络）配置，PMC和网络软件。具有多种先进的插补算法、丰富的编程手段和很强的网络功能。
以LT-8520/8530高档数控系统为例，其主要性能和技术指标是：1.多CPU功能分布。可多至4个（系统总线主设备），一个SYSCPU，3个NCCPU，80286/80287芯片；2.多过程。可多至5个同时性独立加工过程，过程间可同步；3.多轴控制：按目前13槽机箱，每一过程可控制多至15个轴（8个坐标轴、6个点到点轴、1个主轴）；4.多轴联动：每一过程可多至8个联动轴（8个坐标轴）；5.最大编程尺寸：±99999.9999mm；6.最小编程分辨率：±0.0001mm；7.最大编程快速进给率：100m/min；8.最大切削进给率：48/min（当1μm时），4.8/min(当0.1μm时）。
进口机床的数控化技术改造
成果介绍：：针对引进的大型进口立式车床多年使用情况和机床本身的机械、电气、液压特点，实现数控化更新改造，用先进的CNC控制技术提高机床的质量和档次，用CNC集成编程技术开发ATC等软件提高机床的自动化程度，针对机床不同的工艺特点进行技术创新。
国内数控机床数控化市场潜力很大。机床数控化改造，能够达到少投资，见效快的目的，是一项新兴起的行业，具有极大的市场前景。
合作方式：提品与技术服务。
产品性能：主要包括：基于原机床X、Z轴机械部分采用齿轮齿条传动，采用感应同步尺作为全闭环位置反馈元件，接口方式选用鉴相式动尺激励定尺反馈，脉冲当量0•25μm；手动操作和数控操作相互独立、可以任选一种方式，即手动操作可以不依赖于数控系统；开发机床刀库运动及换刀等辅助动作的软件逻辑程序，实施一次装卡多次换刀切削。改造后机床的整体技术性能改进很大，达到同类进口新机床水平。
主要技术指标：控制系统蓝天7501数控系统；CNC控制X、Z轴，控制精度0.1μm，脉冲当量0.25μm；X轴定位精度：在全行程2100mm为0.01mm，Z轴全行程为0•01mm；12位刀库的随机交换，重复换刀精度小于0.01mm；GTL、G代码、参数编程。
SFC系列数控滑台
成果介绍：SFC系列数控滑台，通过省部级技术成果和新产品鉴定，获国家专利授权，被列入2001年度部级重点新产品。被誉为是“填补了国内空白，处于国内领先水平”的高新技术产品。
可广泛应用于各种普通机床、钻床、六角车床和管子车床的数控化改造。普通机床安装数控滑台后，可加工圆锥表面、圆弧曲线表面、高精度锥螺纹等各种形状复杂的零部件。
产品性能：SFC系列数控滑台，是根据国内大批普通机床设备数控化更新改造的需要而开发出的新产品。该产品是一种独立的机电一体化控制装置，是用于普通机床进行数控化改造的配套设备。该产品采用模块化设计，具有淬火的钢导轨和由滚珠丝杠传动的X轴、Z轴滑板等功能，精度高，刚性好，寿命长。安装、调试和使用简便。一台普通机床安装该装置后，既是手动的普通机床，又是简易的自动数控机床，不但实现了“一机两用”，而且性能高、成本低、无风险。是机床数控改造中的一种创新设计。
SS-9501T经济型数控机床控制系统
成果介绍:SS-9501T经济型数控机床控制系统，用于控制经济型数控机床。系统处理速度快、控制精度高，具有快速定位、两轴直线/圆弧插补，公英制单头、多头螺纹加工，机械原点、相对原点/坐标变换，绝对、增量或混合编程方式，手动、自动加工方式和空运行方式，刀具补偿、丝杠间隙补偿等功能；同时具有实时倍率修调、坐标位置保持、柔性齿轮比、标准RS-232通讯和系统I/O状态显示等功能。系统硬件上的信号传递全部实现硬连接，首次采用4个CPU，设计合理可靠性高，机械结构简单，可维护性好。软件采用模块化设计，流程清晰，便于增加或裁减系统功能，以满于不同的控制需要。系统的电磁兼容性指标符合国家有关部门验收条例的要求，并且达到国际IEC1000-4标准。该系统可与经济型数控机床配套，也可直接装备工业企业的经济型数控机床。
该系统性能价格比和工程化及商品化程度较高，控制功能完全可以满足经济型数控机床的实际需要，在国内市场具有竞争力。
统及数控加工中心开发
该成果包括：(1)开放式数控系统硬件平台的系列化研究。由于国内高中档数控机床绝大部分依赖进口控制器，其中95%来自国外，这一现状限制了国内高档数控系统的发展。本开发团队数控系统的工作虽取得成效，但是产品的系列化程度远未满足市场需求，因此，我们将其列为首要的研究内容。
(2)开放式数控系统软件平台的系列化研究。软件平台的研究最重要的就是保证控制系统体系结构的平台无关性，并且要满足网络化、智能化要求。
(3）高度开放式控制器体系结构研究。追踪和研究美国开放式模块化结构控制器(OMAC)标准规范,同时参考美、日、欧的流行标准，如SOSAS和OSACA等，提出我国的开放式数控系统体系结构和标准规范，并用面向对象（OO）的理论、方法及特定领域的软件体系结构（DSSA）开发方法建立其软件参考模型。
(4)加工过程的智能控制理论与方法。采用先进的实时自适应自动调节控制技术（A3ART），实时地控制机床的进给速度与主轴速度，在最佳状态满足高速与高精度要求，防止进给率变化引起的机械振动，发挥机床的最大生产率。采用模糊控制、专家系统、神经网络、遗传算法等人工智能技术（AI）技术，在人机界面、加工过程、诊断过程等方面提高CNC系统的智能化程度，提高生产率。例如，自动生成最佳的CNC系统配置、工艺参数配置与PLC配置的关键参数；实时补偿加工过程，因机床运动、周围环境条件和各类其它因素变化引起的误差；减少机床空转，发挥最大生产效率，减少生产成本；增加自学习功能等。该成果在多家企业应用。
高速高精镗铣加工中心用数控系统及设备开发
1.开放式控制器体系结构研究
追踪和研究美国开放式模块化结构控制器(OMAC)标准规范,同时参考美、日、欧的流行标准（如SOSAS和OSACA等）以及我国正在制定的相关标准，提出开放式数控系统体系结构和标准规范，并用面向对象（OO）的理论、方法及特定领域的软件体系结构（DSSA）开发方法建立其软件参考模型。
2.开放式数控系统软硬件平台的研究开发
工业标准总线和现场总线技术研究
工业标准模板开发与配置：标准工控CPU模板，SOC技术及基于SOC的控制模板，数控接口设备板等。
数控软件系统的模块化、组件化设计与实现方法
应用程序接口（API）及人机界面生成软件等
典型加工工艺应用软件：如M（铣），T（车）加工工艺软件，镗铣（加工中心）工艺软件，TC（车削中心）工艺软件等。
3.嵌入式实时控制系统开发环境的研究开发。基于嵌入式实时操作系统及开发环境来开发嵌入式的工业控制系统已经成为当前数控和其他工控系统的主流开发模式。
4.构建高速高精度运动控制算法库。核心算法构件化，实现算法软件的组件化，通过构件库的建立，减少传统控制器设计中的重复开发，实现软件复用，缩短新产品的开发周期，降低开发成本，探索一种新型控制器软件的生产模式。
高档数控机床的作用篇3
可他仍念念不忘家乡，著名革命老区湖北大悟。
本来他可以读县里最好的中学，但是没有去，因为负担不起每月5元的生活费。最终他选择了一个离家稍近、每月只要2.5元生活费的中学，因为可以自己从家里带米、带咸菜。
填报大学志愿时，他很想填农学院，但长辈们说，“还是要有一门技术”。
高中老师说，去交大吧，将来可以开火车。
他填报了西南交通大学。
多年后，身为中国重大装备制造项目技术负责人的刘雁，仍然记着这些细节。“改变现状”，是他几十年间持续努力的最大动力。
努力的结果不是开火车，而是致力于研制精密机床，为制造汽车、飞机、火箭等等工业产品提供母机。
是为国家利器。
内迁的老工程师
高中读书时很苦，老师也用心，刘雁和其他几个成绩好的学生，每人每月还有额外的16斤粮食。
他一心想上大学，想考出去。
代价很大。为了供刘雁读书，六旬的父母和一个姐姐支撑着家业，姐姐直到近30岁才出嫁。
镇里出了第一个重点大学的大学生，一时轰动，大队免费在刘雁家的自然村里放了一个月电影。
1984年夏天，刘雁坐上西去四川的火车。
4年后，书读完了，刘雁想赶紧工作养家。
1988年他进入位于四川都江堰的国营宁江机床厂，正值工厂引进英国的卧式加工中心，他实习一年直到样机试制完成。
作为重要的工业基础装备，1949年新中国成立伊始，中国的机床行业“微乎其微”。
“一五”期间，在苏联援助下，北京机床厂、第一重型机械厂、第二重型机械厂、沈阳机床厂、大连机床厂，成为中国机床行业的基石。
74岁的宁江机床老员工郑义和，与故乡广东已没有太多关联。这位1962年毕业的计算机专业大学生被直接分配进入南京机床厂。这家工厂因三线建设一分为二，进入四川后建成宁江机床厂。
多年后，这位头发花白、偏瘦、戴着眼镜的老者仍记得，自己被分去学维修电工，53元的工资拿了十几年。
政治过硬、经过组织审查的郑义和是主动要求前往四川的，携妻带子，“当时对内迁没有概念，不知道要在这里呆多少年。”
在简陋的老厂区，他一直工作到2007年。期间，工厂在2000年转制为成都宁江机床集团股份有限公司（以下简称“宁江机床”）。
内迁当年，宁江厂就得以投产，年产500台机床，是“三转一响”中手表生产的必备工具。
郑义和记得，那个“要有指标才能买”的年代，厂里的销售人员只需坐等买家。
改革开放初期，1978年，宁江机床厂开创了在《人民日报》登广告的先例。此后5年，供需直接见面，工厂效益不错。
郑义和用手比划了一个波浪形，“机床行业与国家发展关系很密切。”1982年，他终于开始搞自己的本行，计算机管理。
6年后刘雁进厂时，已经要面对由电脑控制的加工中心。他感到陌生，甚至没想到这会是自己一辈子的工作，但“技术还是要掌握”，因为“要吃饭”。
那时工厂里已经有了浓厚的技术氛围，郑义和的工作被放在重要位置。在他的帮助下，刘雁这样的青年工程师迅速成长，在短短一年间要熟悉卧式加工中心的几千个零件，要跟工人师傅学习精密装配，装配结果要用微米表监测。
刘雁还需要在这一年中熟悉引进加工中心的所有技术资料，并试着编制工艺文件。
刘雁回学校找老师探讨问题时，对方很惊讶――院校并不清楚，机床已经发展到了数控水平。
重大专项推动国家成就
从上世纪80年代到90年代初，宁江机床厂通过引进，消化吸收了来自英国的卧式加工中心，形成了公司第一代精密卧式加工中心产品。
随着国内加工制造业对加工中心产品认识的提高，需求量逐年增加，到20世纪90年代中期，宁江机床厂自行开发第二代精密卧式加工中心，通过不断改进完善，到本世纪初开发了第三代精密卧式加工中心和高速卧式加工中心。
谈起机床行业的发展，刘雁觉得，由于外企开始在中国生产和本土化配套、服务，成本大大降低，中国企业的竞争压力更大了。
中国工业迫切需要升级，而高档数控机床的自主化问题，扼住了中国先进制造业的喉咙。
比如，中国数控机床的高档数控系统和功能部件仍然主要依靠进口。2012年国内高档系统的自给率不到5%，约95%依赖进口，其中日本是主要的进口来源国，约占三分之一；国产产品中高档数控系统总和不到20%。
2009年国家启动“04专项”，宁江机床承担精密卧式加工中心、高速卧式加工中心两项研制任务。
所谓“04专项”，即“高档数控机床及基础制造装备”国家科技重大专项，是国家16项科技重大专项之一。
刘雁不无遗憾地说，目前高档数控机床的关键功能部件仍需进口。但他觉得，“04专项”改变了中国的机床产业状况，提升了国产数控机床的自主创新能力和核心竞争力。
2010年，刘雁成为主持技术的总工程师。这家企业以整个技术团队的优势，在提高精密卧式加工中心和高速卧式加工中心的可靠性和稳定性方面，对产品进行了系统的解剖和再设计。
为使机床的无故障时间由400小时提高到1000小时，工程师们采用产学研用联合攻关的模式，历时8个多月，走访大量用户和配套企业，收集产品故障模式，形成200多条故障改进计划。
被一些国家列入“黑名单”
通过“04专项”，宁江精密卧式加工中心和高速卧式加工中心的产品可靠性大幅提高，同时迫使国外同类产品的价格大幅下降。
宁江机床工艺技术研究所所长张学智对《望东方周刊》解释，以前的机床需要人工换刀并控制精度，一个零件需要多台机床加工完成。而卧式加工中心及以它为核心集成的柔性制造系统，实现了自动换刀和工序集中加工，减少了人工参与度和零件多次装夹，零件加工精度提升极大。
宁江精密卧式加工中心广泛用于航空航天、军工、船舶等领域，宁江机床甚至因此被一些国家列入“黑名单”。
工程师们呼吁，国家要大力支持提高“04专项”产品的市场占有率，加工中心主任工程师陈波说：“否则一旦发生战争，国家就会受限，还是要扶持国产装备。”
宁江机床“精密和高速卧式加工中心”两项课题于2013年完成了验收。刘雁很感激那些上世纪60年代毕业的老大学生们，“他们恨不能把自己掌握的知识都告诉你。”
回顾从技术员到总工的26年，刘雁觉得，“这个行业要有点奉献精神，因为付出远远大于回报”。
高档数控机床的作用篇4
关键词：数控机床；手轮进给；机床故障；排故思路
中图分类号：TG659文献标识码：A文章编号：2095-1302（2012）12-0053-03
HandwheelfeedingfailuretroubleshootingideasofCNCmachinery
LIHong，YUEQiang，KANGYong-liang
（ShenyangAeronauticalVocationalTechnicalCollege，Shenyang110043，China）
Abstract：InthecourseofCNCmachineryworking，tomeettherequirementsofadjustmentandslowspeedontheknife，ahandwheel（i.e.，manualpulsegenerator）isadoptedtocontrolthemovementofservoaxisforCNCmachinery.TherearemorefailuresoccuringinthehandwheelofCNCmachinetool，andthusitsetshigherdemandsfortherepairlevelofmaintenancepersonnel.TakingCK0625CNClatheequippedwithFANUC0i-mate-TDnumericalcontrolsystemasanexample，thepaperintroducesCNCmachinetoolshandwheelfaultdiagnosisandanalysismethods.
Keywords：CNCmachinetool；handwheelfeeding；machineryfault；troubleshootingideas
0引言
在数控机床的加工过程中，由于调整及慢速对刀的需要，通常需要频繁地使用手轮（即手摇脉冲发生器）来控制数控机床伺服轴的运动，因此，在数控机床的诸多故障中，手轮出现故障的次数较多，同时对该故障维修人员的维修水平要求也相对要高。本文以配备有FANUC0i-mate-TD数控系统的CK0625数控车床为例，系统地介绍了数控机床手轮故障的诊断与分析方法。
1数控机床的参数、接口及PLC
1.1数控机床的参数
数控机床的参数在数控机床工作中占有重要地位，而且起着至关重要的作用。它完成数控系统与机床结构和机床各种功能的匹配，决定着数控机床的各种功能。这些参数在数控系统中按一定的功能组进行分类，例如伺服轴配置参数、速度参数、主轴参数、有关手轮进给的参数、显示设置参数以及数据传输参数等等。
1.2数控机床的PLC
PLC程序是用来控制数控机床的顺序动作。数控机床的PLC程序主要完成以下功能：
（1）编译功能：编译接口信号，控制机床的动作；
（2）机床外部输入输出信号的控制；
（3）伺服控制；
（4）其他设备的控制。
需要说明的是，FANUC公司将应用于数控机床上的PLC称为PMC。
1.3数控机床的接口及接口信号
数控机床的接口是连接CNC、PLC以及机床的节点，节点是信息传递和控制的通道。这里所指的信息就是信号，由于是通过接口传递的信号，因此称之为接口信号（即I/O信号）。图1中带有箭头的线表示的就是接口信号的示意图。
从图1中可以看出，FANUC系统中在CNC、PLC及机床之间传输的接口信号共有四种类型，分别用X、Y、F和G表示。每种类型信号的具体说明详见表1所列。
图1CNC、PLC以及机床之间的关系示意图
表1地址号中的字母对应的信号类字母
由于接口信号数量繁多，因此必须用地址加以区分。地址由地址号（即字节号）和位号（0～7）组成，接口信号地址的格式如图2所示。
图2FANUC0i-（mate-）D数控系统的接口信号地址格式
2数控机床的手轮
2.1数控机床的运动分类
数控机床的运动共分为三大类，分别为伺服运动、主轴运动及辅助运动。其中，只有伺服轴的运动是在数控系统的直接控制下完成的，而其它两类运动则由PLC直接控制。
通过操作数控机床操作面板上的“轴选择及轴方向选择”按钮，可使用CNC来控制伺服轴的运动；除此之外，也可以用机床操作面板上的手轮来使CNC控制伺服轴的运动。
2.2手轮的作用
使用手轮（即手摇脉冲发生器或手动脉波发生器）可实现数控机床伺服轴的运动。旋转手摇脉冲发生器时，可以使机床的伺服轴进行微量移动，因此，其主要用于数控机床伺服轴的微动调整（如对刀等）。
2.3手作步骤
当使用手轮对伺服轴进行运动控制时，可以按照如下的步骤进行操作：
（1）将机床操作面板上的“方式开关”选到“手轮”方式；
（2）用机床操作面板上的“轴选择开关”选中某个要移动的伺服轴；
（3）用机床操作面板上的“手轮进给倍率选择开关”选中轴移动的速度；
（4）旋转手轮，被选中的伺服轴将沿与手轮旋转方向对应的方向及速度移动。
2.4手轮的工作原理
旋转手轮时，手轮会产生脉冲信号，并将其通过特殊的通道输入到数控系统，数控系统将根据脉冲信号的当量来控制伺服轴移动对应的距离。
所谓的脉冲当量，就是一个脉冲信号能使伺服轴移动的距离。手轮上一周共有100个等分刻度，每旋转一个刻度（一格），手轮就会产生一个脉冲信号，而一个脉冲当量与机床操作面板上的“手轮进给倍率选择开关”选中的倍率相对应。
一般情况下，“手轮进给倍率选择开关”共有四个倍率档位，即有四种脉冲当量可供选择，它们是“最小输入增量×1”、“最小输入增量×10”、“最小输入增量×M”及“最小输入增量×N”。例如，若最小输入增量为0.001mm，当选择“最小输入增量×1”倍率档位时，手轮的脉冲当量为0.001mm，即手轮每转动一个刻度，数控系统将控制选定的伺服轴运行0.001mm的距离；当选择“最小输入增量×10”档位时，手轮的脉冲当量为0.01mm，即手轮每转动一个刻度，数控系统将控制选定的伺服轴运行0.01mm的距离，依此类推，若此时旋转手轮一圈，机床伺服轴将移动相当于100个刻度（即1mm）所对应的距离。
3影响手轮正常工作的因素
原则上，影响手轮正常工作的因素应分为软件和硬件两个方面。
3.1硬件方面
影响手轮正常工作的硬件因素主要包括手轮装置的硬件连接以及手轮控制信号的连接是否正确。本文以配备有FANUC0i-mate-TD数控系统的CK0625数控车床为例进行论述。
3.1.1手轮装置的硬件连接
在CK0625数控车床上，手轮装置是通过机床PMC的I/O接口与数控系统之间进行连接的，图3所示为手轮的硬件连线图。其中，HA和HB分别是手轮产生的相位差为90°的脉冲信号。信号的数量与数控系统控制伺服运行的距离相对应；HA和HB信号相位的超前或落后，则与数控系统控制伺服轴运行的方向对应。0V和+5V是手轮的工作电源，来自于数控系统侧，若该5V电源丢失，那么，即使手轮旋转，也不会发出HA和HB的脉冲信号。
可以通过接口信号状态显示页面某个接口信号地址的状态组合的变化，以监控手轮是否向数控系统发送HA和HB的脉冲信号。在文中提到的CK0625数控车床中，这个监控手轮信号状态的接口地址为X20。那么，当手轮旋转并正常向数控系统输入HA和HB的脉冲信号时，地址X20的所有八位信号的状态都会发生“0”和“1”的变化。
手轮背面的HA1﹑HB1﹑+5V﹑0V四个信号线与系统I/O接口侧插头JA3中的1﹑2﹑9﹑12端子相连接。
图3手轮的硬件连线图
3.1.2手轮控制信号的功能连接
硬件方面的另一类因素主要指手轮控制信号的功能连接是否正确。本文在“手作步骤”一节中提到了数控机床的操作面板上与手轮工作有关的几个开关，它们将产生手轮工作时所需要的控制信号，并通过信号线输入PLC的接口中。这些信号的接口地址及功能组合如下：
（1）轴选择信号。在文中提到的数控车床上，其机床操作面板上的“轴选择开关”（SA4）所产生信号的接口地址为X11.6和X11.7。当X轴被选中时，接口信号的状态分别为：X11.6为“1”﹑X11.7为“0”；而如果Z轴被选中，则接口信号的状态分别为：X11.6为“0”﹑X11.7为“1”。轴选择开关的连接如图4所示。
图4轴选择开关接线图
（2）手轮倍率开关信号。本文提到的数控车床上，其手轮倍率旋钮只有“×1”﹑“×10”﹑“×M”三个倍率档。该旋钮（SA3）接口信号的地址为X12.0和X12.1。信号状态与所选档位的关系如表2所列。手轮倍率旋钮接线图如图5所示。
表2手轮倍率旋钮信号与倍率档位的对应关系
注：M由参数No7113设定。
图5手轮倍率旋钮接线图
3.2软件方面
软件方面主要指与手轮工作有关的参数设置是否正确。
在FANUC0i-（mate）-D系列数控系统中，与手轮工作有关的主要参数有8131#0及7113#两个参数。其中，8131#0用于定义是否使用手轮。当其被设置成0时，表示机床不使用手轮；设置成1时，表示机床使用手轮（需要注意的是：设定此参数后，继续操作前应关断电源，再开机）；而7113#则是用来定义手轮进给倍率旋钮的档位为“最小输入增量×M”时的M值。
4手轮进给故障分析思路
当使用手轮无法控制数控机床伺服轴的运动时，维修人员可以根据上述对手轮工作条件的描述，来确定该故障的分析思路。
首先可以确认是否在所有倍率下，所有轴都不动。若是，再依次确认：
（1）确认数控系统的工作方式是否为“手轮工作方式”。若正确，则进行下一步检查。
（2）检查与手轮进给有关的参数8131#0是否为“1”。若正确，则进行下一步检查。
（3）在接口信号状态诊断页面检查手轮的“轴选择开关”（SA4）接口信号状态是否正确。若不正确，可按照图4所示的连接图进行硬件连接的检查。若正确，则进行下一步检查。
（4）在接口信号状态诊断页面观察：当旋转手轮时，表示手轮正常工作的接口信号X20的状态是否都有变化。若地址X20的所有信号的状态都不变化或有个别位的状态没有变化，请按照图3所示的手轮硬件连线图检查手轮的硬件连接情况。
其次，若只是在“×M”倍率档所有轴不动，那么就要检查与手轮进给有关的参数7113#是否为设置。按照倍率的变化规律，该参数建议设置为“100”。
若只是个别轴无法用手轮移动，则在接口信号状态诊断页面检查手轮的“轴选择开关”（SA4）接口信号状态是否正确。若不正确，请按照图4所示的连接图再进行硬件连接的检查。
5结语
本文通过对数控机床的参数、接口及PLC及其关系进行介绍，从硬件和软件方面分析了影响手轮正常工作的主要因素，最后给出了在使用手轮无法控制数控机床伺服轴的运动时，维修人员根据本文对手轮工作条件的描述，来确定手轮无法控制数控机床伺服轴运动故障的分析思路。
参考文献
[1]王侃夫.数控机床控制技术与系统[M].北京：机械工业出版社，2007.
[2]FANUC公司.FANUC0i-（mate-）D参数手册[EB/OL].[2012-07-27]..
[3]南京日上自动化设备有限公司.CK0625数控车床电气图纸[R].2010.
高档数控机床的作用篇5
关键词：数控车床；故障诊断；主轴传动；变速
数控机床综合应用了计算机、自动控制、精密测量、现代机械制造和数据通信等多种技术，是机械加工领域中典型的机电一体化设备。我院建设有数控加工专业部级高技能人才实训基地，其中数控车床是重要的实训设备。在实训过程中发现CKA6150数控车床，出现部分主轴转速无法实现等情况，并且系统无报警，排除了人为等因素后，故障依然存在。本文以此数控车床的故障及排除实例进行分析。
一、CKA6150数控车床概述
CKA6150数控车床是大连机床集团有限责任公司开发的经济型数控车床，采用平床身，具有良好的经济型和实用性。选用FANUC0i-MATETB操作系统，可对工件进行多次重复循环加工。该机床为万能型通用产品，特别适合于军工、汽车、拖拉机、冶金等行业的机械加工。主要承担各种轴类及盘类零件的半精加工及精加工。可加工内、外圆柱面、锥面、车削螺纹、镗孔、铰孔以及各种曲线回转体。
二、故障现象与剖析
故障现象：主轴变速时，S1、S3、S5、S7、S9、S11转速正常，S2、S4、S6、S8、S10、S12无法实现。
数控机床的故障按有无自诊断显示可分为有报警显示故障和无报警显示故障，以上故障现象属无报警显示故障。无报警显示故障往往表现为指令正常，而执行时却不能动作，手动操作也无法执行动作，因此这类故障的排除相对于有诊断显示故障的排除难度更大。根据故障现象去确定最终故障点时，先后做了以下几方面的推断，即：
（一）查找系统的故障
数控机床的主传动系统是数控机床的重要组成部分，主要包括主轴箱、主轴头、主轴本体、主轴轴承等，是机床的关键部件。主轴部件是机床的重要执行元件之一，它的结构尺寸、形状、精度及材料等，对机床的使用性能都有很大的影响，特别是影响机床的加工精度。
主轴变速的方式有无级变速、分段无级变速、分段变速等。无级变速数控机床直接采用直流或交流伺服电动机实现主轴无级变速。分段无级变速数控机床在交流或直流伺服电动机无级变速的基础上配以齿轮等其他机构，使之成为分段无级变速，常见的有：带有变速齿轮的主传动、通过带传动的主传动、用两个电动机分别驱动主轴、内装电动机主轴。
该机床主传动采用双速电机+电磁离合器，可实现手动三档，档内自动变速。M03、M04启动主轴（正转或反转），M05停止。主轴分为手动高、中、低三档，当手动变速杆在相应三档位置时，主轴才能正（反）转，相应S代码才能有效。
（二）故障的判断
根据机床主轴变速的故障现象，依据该机床的变速原理可做以下分析：因主轴转速S1、S3可正常实现，则系统参数设置无误，低速挡可正常实现，同理根据S5、S7、S9、S11转速正常，则中速挡、高速挡均设置正确。S1、S5、S9转速正常，则电机可以正常实现接法，该功能正常；S3、S7、S11转速正常，则电机可以正常实现YY接法，该功能正常。S1、S3、S5、S7、S9、S11转速正常，则电磁离合器线圈YC1正常工作，S2、S4、S6、S8、S10、S12无法实现，应与电磁离合器线圈YC2的工作有关，可能是中间继电器KA9出现故障，也可能是电磁离合器线圈YC2故障。
三、故障排除
经过以上的推断，还需要进一步排除故障。首先要排除是否为中间继电器KA9损坏。经检测，系统输出Y2.7信号正常，KA9动作正常。
其次检查电磁离合器线圈YC2。经检查控制信号可正常传送到线圈YC2，但电磁离合器无动作，因此可以断定是电磁离合器损坏。更换新的电磁离合器，故障最终得以排除。
高档数控机床的作用篇6
按照《路线图》，在高档数控机床与基础制造装备领域，到2022年，国内市场占有率超过70%;到2025年，高档数控机床与基础制造装备国内市场占有率超过80%，总体进入世界强国行列。
在机器人领域，到2022年，自主品牌工业机器人国内市场占有率达到50%，国产关键零部件国内市场占有率达到50%，新一代机器人的核心技术取得突破;2025年，形成完善的机器人产业体系，机器人研发、制造及系统集成能力力争达到世界先进水平，新一代机器人样机研制成功，并实现一定规模的示范应用。
高档数控机床实现智能化
高档数控机床是指具有高速、精密、智能、复合、多轴联动、网络通信等功能的数控机床，基础制造装备是制造各种机器和设备的装备之总称。高档数控机床与基础制造装备包括金属切削加工机床、特种加工机床、铸、锻、焊、热处理等热加工工艺装备、增材制造装备等，具有基础性、通用性和战略性的特征。
我国已连续多年成为世界最大的机床装备生产国、消费国和进口国。未来10年，电子与通讯设备、航空航天装备、轨道交通装备、电力装备、汽车、船舶、工程机械与农业机械等重点产业的快速发展以及新材料、新技术的不断进步将对数控机床与基础装备提出新的战略性需求和转型挑战。对数控机床与基础制造装备的需求将由中低档向高档转变、由单机向包括机器人上下料和在线检测功能的制造单元和成套系统转变、由数字化向智能化转变、由通用机床向量体裁衣的个性化机床转变，电子与通讯设备制造装备将是新的需求热点。
为适应市场需求，《路线图》提出的发展目标是，到2022年，高档数控机床与基础制造装备国内市场占有率超过70%，数控系统标准型、智能型国内市场占有率分别达到60%、10%，主轴、丝杠、导轨等中高档功能部件国内市场占有率达到50%;到2025年，高档数控机床与基础制造装备国内市场占有率超过80%，其中用于汽车行业的机床装备平均无故障时间达到2000小时，精度保持性达到5年;数控系统标准型、智能型国内市场占有率分别达到80%、30%;主轴、丝杠、导轨等中高档功能部件国内市场占有率达到80%;高档数控机床与基础制造装备总体进入世界强国行列。
按照《路线图》，在重点产品上，将重点针对航空航天装备、汽车、电子信息设备等重点产业发展的需要，开发高档数控机床、先进成形装备及成组工艺生产线。包括：电子信息设备加工装备、航空航天装备大型结构件制造与装配装备、航空发动机制造关键装备、船舶及海洋工程装备关键制造装备、轨道交通装备关键零部件成套加工装备、汽车关键零部件加工成套装备及生产线、汽车四大工艺总成生产线、大容量电力装备制造装备、工程及农业机械生产线等产品。
在增材制造装备领域，将重点突破具有系列原创技术的钛合金、高强合金钢、高强铝合金、高温合金、非金属工程材料与复合材料等高性能大型关键构件高效增材制造工艺、成套装备、专用材料及工程化关键技术，发展激光、电子束、离子束及其它能源驱动的主流工艺装备;攻克材料制备、打印头、智能软件等瓶颈，打造产业链。
在高档数控系统方面，重点开发多轴、多通道、高精度插补、动态补偿和智能化编程、具有自监控、维护、优化、重组等功能的智能型数控系统;提供标准化基础平台，允许开发商、不同软硬件模块介入，具有标准接口、模块化、可移植性、可扩展性及可互换性等功能的开放型数控系统。
在高性能功能部件方面，重点开发20000～40000r/min高速电主轴、多轴联动主轴头、精密光栅、高速高精度主轴轴承、1~2级滚珠丝杠导轨、定位精度小于6”的转台等，研发高性能功能部件精密加工、成形、检测、装配成套装备。
在关键共性技术上，重点攻克数字化协同设计及3D/4D全制造流程仿真技术、精密及超精密机床的可靠性及精度保持技术、复杂型面和难加工材料高效加工及成形技术、100%在线检测技术。
在应用示范工程方面，将开展国家科技重大专项“高档数控机床与基础制造装备”智能化升级工程、航空航天高端制造装备应用示范工程、汽车轻量化材质关键部件及总成新工艺装备应用示范工程、舰船平面/曲面智能化加工流水线应用示范工程。
在战略支撑与保障方面，《路线图》建议，一是组建国家数控机床共性技术协同创新中心，集中解决数字化设计技术、动静热特性试验技术以及可靠性、精度保持性等制约性关键技术。二是组建国家先进成形工艺创新中心、推进制造工艺与制造装备的紧密结合。
新一代机器人示范应用
机器人是一种半自主或全自主工作的机器，集现代制造技术、新型材料技术和信息控制技术为一体，是智能制造的代表性产品。机器人包括在制造环境下应用的工业机器人和非制造环境下应用的服务机器人两大类。其中，服务机器人根据应用环境不同又分为应用于家庭或直接服务于人的个人/家用服务机器人和应用于特殊环境的专业服务机器人。
近年来，我国机器人市场快速发展。2014年，中国工业机器人销量达到5.6万台，成为全球第一大工业机器人市场。养老助残、救灾救援、公共安全等多种型号服务机器人已经开始进入示范应用，清洁机器人、两轮自平衡车和模型无人机等家用服务机器人已经进入消费市场。预计到2022年工业机器人销量将达到15万台，保有量达到80万台;到2025年工业机器人销量将达到26万台，保有量达到180万台。
按照《路线图》设定的发展目标，2022年，我国基本建成以市场为导向、企业为主体、产学研用紧密结合的机器人产业体系。自主品牌工业机器人国内市场占有率达到50%，国产关键零部件国内市场占有率达到50%，产品平均无故障时间(MTBF)达到8万小时;服务机器人在养老、康复、社会服务、救灾救援等领域实现小批量生产及应用;新一代机器人的核心技术取得突破;培育出2~3家年产万台以上、产值规模超过百亿元、具有国际竞争力的龙头企业，打造出5~8个机器人配套产业集群。
到2025年，形成完善的机器人产业体系，机器人研发、制造及系统集成能力力争达到世界先进水平。自主品牌工业机器人国内市场占有率达到70%以上，国产关键零部件国内市场占有率达到70%，产品主要技术指标达到国外同类水平，平均无故障时间达到国际先进水平;服务机器人实现大批量规模生产，在人民生活、社会服务和国防建设中开始普及应用，部分产品实现出口;新一代机器人样机研制成功，并实现一定规模的示范应用;有1~2家企业进入世界前五名。
工业机器人、服务机器人及新一代机器人是下一步发展的重点。其中，在工业机器人领域，要实现多关节工业机器人、并联机器人、移动机器人的本体开发及批量生产，使国产工业机器人在焊接、搬运、喷涂、加工、装配、检测、清洁生产等方面的实现规模化集成应用。
在服务机器人领域，要重点开发养老助残、家政服务、社会公共服务、教育娱乐等消费服务领域机器人;重点开发医疗康复机器人、空间机器人、救援机器人、能源安全机器人、无人机等特种机器人。
在新一代机器人领域，要积极研发能够满足智能制造需求，特别是与小批量定制、个性化制造、柔性制造相适应的，可以完成动态、复杂作业使命，可以与人类协同作业的新一代机器人。
在关键零部件上，要重点研发机器人专用摆线针轮减速器、谐波减速器、高速高性能机器人控制器、伺服驱动器、高精度机器人专用伺服电机、传感器等产品。在传感器上，要重点开发关节位置、力矩、视觉、触觉、光敏、高频测量、激光位移等传感器，满足国内机器人产业的应用需求。
在关键共性技术方面，一是攻克整机技术，以机器人的系列化设计和批量化制造，提高机器人产品的控制性能、人机交互性能和可靠性性能，提高机器人负载/自重比、人机协作安全为目标，分阶段开展关键共性技术攻关。二是部件技术，以突破机器人关键零部件、满足国内市场应用，满足与人协作型机器人的关键部件需求，满足新型机器人关键部件需求为目标，分阶段开展关键共性技术攻关。三是集成应用技术，以提升机器人任务重构、偏差自适应调整的能力，提高机器人在人机共存环境中完成复杂任务的能力，促进机器人融入人类生活为目标，分阶段开展关键共性技术攻关。
在应用示范工程方面，要推进机器人关键零部件研制及应用示范工程，支持减速器、控制器、伺服电机及驱动器、传感器等关键零部件的研制及产业化应用。推进工业机器人核心技术研究及应用示范工程，支持工业机器人核心技术、多工业机器人协作技术及智能工业机器人技术研究，并按照细分行业推进示范应用。推进服务机器人技术研究及应用示范工程，重点支持医疗、康复、养老、助残、救援等社会公共服务机器人的研制，创造良好社会和政策环境，推进国产产品的示范应用。推进机器人人才培养示范工程，加强机器人相关专业学科建设，加强多学科交叉整合，加强国际交流与学习，加快引进海外高端人才，设立机器人教学示范点，培养基础人才。