数控机床的设计范文

关键词：数控机床精度分析

伴随着计算机网络技术在各个领域的渗透，行业运行高速化、控制智能化、加工精度化等强大功能被各领域的精英所接受。制造业的数控设备也应运而生，运用最广泛、最普及的就是数控机床。数控机床带来的高效率、高品质得到了制造业的肯定，但随之而来的是由于结构、程序复杂，出现故障难以监测，进行分析的问题，成为研究人员关注的焦点。

1数控机床出现故障的主要症状

称为“工业母机”的机床，是我国制造业水平的标杆。高精度，高柔性的数控机床被制造业广泛的应用。但在应用过程中，操作不当或超负荷使用而带来的故障也使得操作者们束手无策，严重影响了生产进度和生产效率，给社会经济带来损失。其故障归纳为下列几项：

1.1驱动部件的失效。伺服电动机是数控机床的驱动部件。最易发生故障的是异步型交流伺服电动机。在不同的部位，比如定子、转子、轴承等部位，异步型交流伺服电动机的故障症状有所不同。匝间短路、绝缘体被破坏，就会出现断条、偏心等故障；定子与转子之间气隙不均衡、转子偏心使设备振动超速、导条与端环承受力分布涣散、轴承磨损、脱落等迹象都是电动机故障的原因之一。

1.2支承部件的损坏。数控机床的支承部件是轴承。其中最重要的支承部件是滚动轴承。它是以规定的频率运转，由内圈、外圈、滚动体、保护架组成。滚动轴承分为弹簧与非弹簧的性质，承载刚度的变化，决定着滚动轴承的性质。也就是说，滚动轴承在承载时，各部件之间的振动及冲击力所形成的频率变化，按固有的频率变化，滚动轴承体现为弹簧性质，否则就是非线性弹簧性质。非线性弹簧性质，导致轴承的磨损，甚至机器设备的损坏。

1.3传动设备的故障。传动设备包括机床导轨、工作台、溜板、滑座等部件。其中最关键的部件就是机床导轨，它与数控机床的加工精密度和机床的使用寿命息息相关，两者具有一荣俱荣，一损俱损的紧密关系。最常见故障表现为导轨表面局部变形，使摩擦阻力发生变化，造成受力面积不均衡、运行部件不到位、机床零部件的误安装而颠簸等故障。

2数控机床故障诊断系统的设计

数控机床的高效、精准、高柔的强势，不可避免的也受到机器故障的困扰。针对数控机床的故障，设计对其主要部件的优化设计，建立一套完整的、灵活性、快速定位故障的系统。其中数控远程网络诊断与控制故障最受关注。

2.1数控机床的自我诊断功能。目前，数控机床在研发过程中，利用检测设备（精密水平仪、直角尺、精密方箱、测微仪、高精度主轴检验芯棒等）对故障源的直接测量，同时根据经验采用望、闻、听、问、摸等人工智能的方法来诊断电气系统的故障。这种检测故障的方式，称为“硬诊断”。

2.2信号分析方法在数控机床的运用。由于多台机床的同时运作，并发故障的诊断，“硬诊断”是不能胜任并解决的，只有通过基于信号处理和逻辑推理来诊断，比如：机床的振动、温度的变化、切削力的强弱等症状，采用信号处理，加以数据分析，来确诊故障源的方法。

①传统的信号分析法包括了时域分析法和频域分析法。时域分析方法首先要确定系统的数学模型，依据研究信号的波形与时间变化的相互规律，对典型数据进行抽样提取，利用系统的数学模型进行计算和分析，主要数学原理是传递函数等方法计算时域信号的平均值、峰值、标准偏差等。频域分析方法是一种分析非正弦周转性电路的基本方法，是动态数据分析法，是对信号分析处理的深化。

②时频分析方法。较传统信号分析方法，时频分析方法克服了前两种方法的不足。主要表现在可以多角度的观察信号的变化，从特定局部频率处的信号分析出特定局部时刻的信号。时频分析方法的基本思想主要以较短时间间隔内的信号作为分析体，将这段时间视为理想的平衡状态，将整个频率域分为不同段的频率域，用平稳的信号建立数学模型，然后再进行分析的方法。

3远程故障诊断系统的设计

随着数控机床的大量运用，数控机床综合了机械、液压、电气于一体，不论哪个环节出了故障，在短时间快速的定位，找到问题的症结，是相当不容易的。利用维修工程师望、闻、听、问、摸等方法，采用排除法去排除故障，不仅效率低下，而且可能有误诊断的情况。利用远程故障诊断系统来快速定位机床故障不失为一个好的思路。

3.1建立硬件系统平台。建立一个系统，首先要有个系统平台。为了使平台工作站达到为用户搭建电路平台，平台工作站起着提供连接相关硬件的仪器的作用。当收集的数据、图像待输送到计算机资料库，以便以后搜索、阅读、取证，在信息传达过程中，数据采集卡就充当了系统的硬件的重要角色。为了保证数据采集的精确性，减少数据的偏差，要选择高精度、高分辨率、多功能的数据采集卡，同时也配备高质量的数据电线电缆用来传输信息。

3.2系统开发，网络化结构。基于目前社会网络化已经形成，集合了设备诊断技术与通信技术、网络技术等高科技信息技术的远程诊断故障系统，成为了时尚的应用系统。它通过互联网将机器设备与技术服务连接起来，维修工程师可以根据运行时的实时数据，计算分析出运行状态，诊断故障，及时制定出故障的解决方案，快速通过网络对机床的故障进行排除，提高了生产效率。

4结束语

随着数控机床的广泛运用，建立数控机床故障诊断系统，对我国的制造业现代化建设起着推动作用，对设备故障实时诊断、连续监控，使企业生产效率提高，生产产品质量提升，增强我国数控机床在世界的竞争力有着不可估量的意义。

参考文献：

[1]杜娟，阎献国，韩建华，兰国生.基于混合神经网络的数控机床故障诊断技术研究[J].组合机床与自动化加工技术，2011（12）.

[2]杨瑜，肖继学，饶莉.数控机床分布式远程诊断系统的开发[J].机床与液压，2010（09）.

[3]毛维龙，孙立琳，刘先才.故障诊断技术在矿井机电设备中的应用[J].硅谷，2012（02）.

[4]梁伟，王先.数控机床发展趋势[J].桂林航天工业高等专科学校学报，2010（02）.

[5]任艺，王冬梅.数控技术的发展方向[J].科技资讯，2009（18）.

数控机床的设计范文篇2

关键词：数控机床，单片机数控系统，改装设计

第一章概述

机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床－数控机床的诞生和发展。计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变。数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点：1.适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件；在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件加工。2.加工精度高；3.生产效率高；4.减轻劳动强度，改善劳动条件；5.良好的经济效益；6.有利于生产管理的现代化。数控机床已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。我国数控机机床近几年在产业化和产品开发上取得了明显的进步，特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。但是，国产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的1/10左右，差距太大，急待改造。旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。在国内工厂的技术改造中，机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、PC技术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。我国经济资源有限，国家大，机床需要量大，因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床，而我国的旧机床很多，用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的国情。1984年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机床。到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料，今后，机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。所以说，本毕业设计实例具有典型性和实用性。

第二章总体方案的设计

2.1设计任务本设计任务是对CA6140普通车床进行数控改造。利用微机对纵、横向进给系统进行开环控制，纵向（Z向）脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向（X向）脉冲当量为0.005mm/脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副，刀架采用自动转位刀架。2.2总体方案的论证对于普通机床的经济型数控改造，在确定总体设计方案时，应考虑在满足设计要求的前提下，对机床的改动应尽可能少，以降低成本。（1）数控系统运动方式的确定数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位直线控制系统、连续控制系统。由于要求CA6140车床加工复杂轮廓零件，所以本微机数控系统采用两轴联动连续控制系统。（2）伺服进给系统的改造设计数控机床的伺服进给系统有开环、半闭环和闭环之分。因为开环控制具有结构简单、设计制造容易、控制精度较好、容易调试、价格便宜、使用维修方便等优点。所以，本设计决定采用开环控制系统。（3）数控系统的硬件电路设计任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件是数控系统的基础，性能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效地运行。在设计的数控装置中，CPU的选择是关键，选择CPU应考虑以下要素：1.时钟频率和字长与被控对象的运动速度和精度密切相关；2.可扩展存储器的容量与数控功能的强弱相关；3.I/O口扩展的能力与对外设控制的能力相关。除此之外，还应根据数控系统的应用场合、控制对象以及各种性能、参数要求等，综合起来考虑以确定CPU。在我国，普通机床数控改造方面应用较普遍的是Z80CPU和MCS-51系列单片机，主要是因为它们的配套芯片便宜，普及性、通用性强，制造和维修方便，完全能满足经济型数控机床的改造需要。本设计中是以MCS-51系列单片机，51系列相对48系列指令更丰富，相对96系列价格更便宜，51系列中，是无ROM的8051，8751是用EPROM代替ROM的8051。目前，工控机中应用最多的是8031单片机。本设计以8031芯片为核心，增加存储器扩展电路、接口和面板操作开关组成的控制系统。2.3总体方案的确定经总体设计方案的论证后，确定的CA6140车床经济型数控改造示意图如图所示。CA6140车床的主轴转速部分保留原机床的功能，即手动变速。车床的纵向（Z轴）和横向（X轴）进给运动采用步进电机驱动。由8031单片机组成微机作为数控装置的核心，由I/O接口、环形分配器与功率放大器一起控制步进电机转动，经齿轮减速后带动滚珠丝杠转动，从而实现车床的纵向、横向进给运动。刀架改成由微机控制的经电机驱动的自动控制的自动转位刀架。为保持切削螺纹的功能，必须安装主轴脉冲发生器，为此采用主轴靠同步齿形带使脉冲发生器同步旋转，发出两路信号：每转发出的脉冲个数和一个同步信号，经隔离电路以及I/O接口送给微机。如图2－1所示：

第三章微机数控系统硬件电路设计

3.1微机数控系统硬件电路总体方案设计本系统选用8031CPU作为数控系统的中央处理机。外接一片2764EPROM，作为监控程序的程序存储器和存放常用零件的加工程序。再选用一片6264RAM用于存放需要随机修改的零件程序、工作参数。采用译码法对扩展芯片进行寻址，采用74LS138译码器完成此功能。8279作为系统的输入输出口扩展，分别接键盘的输入、输出显示，8255接步进电机的环形分配器，分别并行控制X轴和Z轴的步进电机。另外，还要考虑机床与单片机之间的光电隔离，功率放大电路等。其硬件框图如图3－1所示：图3－28031芯片内部结构图各引脚功能简要介绍如下：⒈源引脚VSS：电源接地端。VCC：＋5V电源端。⒉输入/输出（I/O）口线8031单片机有P0、P1、P2、P34个端口，每个端口8根I/O线。当系统扩展外部存储器时，P0口用来输出低8位并行数据，P2口用来输出高8位地址，P3口除可作为一个8位准双向并行口外，还具有第二功能，各引脚第二功能定义如下：P3.0RXD：串行数据输入端。P3.1TXD：串行数据输出端P3.2INT0：外部中断0请求信号输入端。P3.3INT1：外部中断1请求信号输入端。P3.4T0：定时器/计数器0外部输入端P3.5T1：定时器/计数器1外部输入端P3.6WR：外部数据存储器写选通。P3.7RD：外部数据存储器读选通。在进行第二功能操作前，对第二功能的输出锁存器必须由程序置1。⒊信号控制线RST/VPD：RST为复位信号线输入引脚，在时钟电路工作以后，该引脚上出现两个机器周期以上的高电平，完成一次复位操作。8031单片机采用两种复位方式：一种是加电自动复位，另一种为开关复位。ALE/PROG：ALE是地址锁存允许信号。它的作用是把CPU从P0口分时送出的低8位地址锁存在一个外加的锁存器中。外部程序存储器读选通信号。当其为低电平时有效。

VPP：当EA为高电平且PC值小于0FFFH时CPU执行内部程序存储器中的程序。当EA为低电平时，CPU仅执行外部程序存储器中的程序。XTAL1：震荡器的反相放大器输入，使用外部震荡器时必须接地；XTAL2：震荡器的反相放大器输出，使用外部震荡器时，接收震荡信号；（2）片外三总线结构单片机在实际应用中，常常要扩展外部存储器、I/O口等。单片机的引脚，除了电源、复位、时钟输入以及用户I/O口外，其余的引脚都是为了实现系统扩展而设置的，这些引脚构成了三总线形式：⒈地址总线AB地址总线宽度为16位。因此，外部存储器直接寻址范围为64KB。由P0口经地址锁存器提供16位地址总线的低8位地址（A7～A0），P2口直接提供高8位地址（A15～A8）。⒉数据总线DB数据总线宽度为8位，由P0口提供。⒊控制总线CB控制总线由第二功能状态下的P3口和4根独立的控制线RST、EA、ALE和PSEN组成。其引脚图如图3－3所示：3.1.28255A可编程并行I/O口扩展芯片8255A可编程并行I/O口扩展芯片可以直接与MCS系列单片机系统总线连接，它具有三个8位的并行I/O口，具有三种工作方式，通过编程能够方便地采用无条件传送、查询传送或中断传送方式完成CPU与设备之间的信息交换。8255A的结构及引脚功能：1、8255A的结构8255A的内部结构如图3－4所示。其中包括三个8位并行数据I/O端口，二个工作方式控制电路，一个读/写控制逻辑电路和一个8位数据总线缓冲器。各部分功能介绍如下：（1）三个8位并行I/O端口A、B、CA口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入锁存器。可编程为8位输入、或8位输出、或8位双向寄存器。B口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位输入或输出寄存器，但不能双向输入/输出。C口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入缓冲器，C口可分作两个4位口，用于输入或输出，也可作为A口和B口选通方式工作时的状态控制信号。（2）工作方式控制电路A、B两组控制电路把三个端口分成A、B两组，A组控制A口各位和C口高四位，B组控制B口各位和C口低四位。两组控制电路各有一个控制命令寄存器，用来接收由CPU写入的控制字，以决定两组端口的工作方式。也可根据控制字的要求对C口按位清“0”或置“1”。（3）读/写控制逻辑电路它接收来自CPU的地址信号及一些控制信号，控制各个口的工作状态。（4）数据总线缓冲器它是一个三态双向缓冲器，用于和系统的数据总线直接相连，以实现CPU和8255A之间信息的传送。

参考文献：

[1]王润孝，秦现生.机床数控原理与系统

.西安:西北工业大学出版社,2000

[2]李华，MCS-51单片机实用接口技术

.北京:北京航空航天大学出版社,1993

[3]李圣怡等，Windows环境下软硬件接口设计

.长沙:国防科技大学出版社,2001

[4]顾京，数控加工编程及操作.北京:高等教育出版社,2002

数控机床的设计范文

关键词：普通机床；数控机床；改造设计

Abstract:NCmachinetoolsareinnowscienceandtechnologydevelopmentsituation,topromoteproductivity,hasgreatroleinpromotingthedevelopmentofmachinery.Thispapermainlyanalysesthecommonmachinetool(C618)tothedesignstepsofCNCmachinetools,andthedesignofspecialknuckleCNCverticallathepartsisintroduced,withimportantimplicationsformachineryindustry!

Keywords:generalmachinetools;NCmachinetool;design

中图分类号：TU2文献标识码：文章编号

一、数控机床与应用

机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床－数控机床的诞生和发展。计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变。数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。

二、普通车床的数控化改造设计

机床的数控改造，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较理想的状态。数控车床是机电一体化的典型代表，其机械结构同普通的机床有诸多相似之处。然而，现代的数控机床不是简单地将传统机床配备上数控系统即可，也不是在传统机床的基础上，仅对局部加以改进而成(那些受资金等条件限制，而将传统机床改装成建议数控机床的另当别论）。传统机床存在着一些弱点，如刚性不足、抗振性差、热变形大、滑动面的摩擦阻力大及传动元件之间存在间隙等，难以胜任数控机床对加工精度、表面质量、生产率以及使用寿命等要求。现代的数控技术，特别是加工中心，无论是其支承部件、主传动系统、进给传动系统、刀具系统、辅助功能等部件结构，还是整体布局、外部造型等都已经发生了很大变化，已经形成了数控机床的独特机械结构。因此，我们在对普通机床进行数控改造的过程中，应在考虑各种情况下，使普通机床的各项性能指标尽可能地与数控机床相接近。

2.1设计内容及任务。普通车床（C618）的数控改造设计内容包括：总体方案的确定和验证、机械改造部分的设计计算（包括纵向、横向进给系统的设计与计算）、主运动自动变速原理及改造后的机床传动系统图的设计、机床调速电动机控制电路的设计、电磁离合器的设计计算。本设计任务是对C618卧式车床进行数控化改造，实现微机对车床的数控化控制。利用微机对车床的纵向、横向进给系统进行数字控制，并要达到纵向最小运动单位为0.01/脉冲，横向最小运动单位0.005/脉冲，主运动要实现自动变速，刀架要改造成自动控制的自动转位刀架，要能自动的切削螺纹。

2.2数控部分的设计改造。（1）数控系统运动方式的确定。数控系统按其运动轨迹可分为：点位控制系统、连续控制系统。点位控制系统只要求控制刀具从一点移到另外一点的位置，而对于运动轨迹原则上不加控制。连续控制系统能对两个或两个以上坐标方向的位移进行严格的不间断的控制。由于C618车床要加工复杂轮廓零件，所以本微机数控系统采用连续控制系统。（2）伺服进给系统的设计改造。数控机床的伺服进给系统按有无位置检测和反馈可分为开环伺服系统、半闭环伺服系统、闭环伺服系统。闭环控制方案的优点是可以达到和好的机床精度，能补偿机械传动系统中的各种误差，消除间隙、干扰等对加工精度的影响。但他结构复杂、技术难度大、调式和维修困难、造价高。半闭环控制系统由于调速范围宽，过载能力强，又采用反馈控制，因此性能远优于以步进电动机驱动的开环控制系统。但是，采用半闭环控制其调式比开环要复杂，设计上也要有其自身的特点，技术难度较大。开环控制系统中没有位置控制器及反馈线路，因此开环系统的精度较差，但其结构简单，易于调整，所以常用于精度要求不高的场合。经过上述比较，由于所改造的C618车床的目标加工精度要求不高，所以决定采用开环控制系统。

2.3数控系统的硬件电路设计。数控系统都是由硬件和软件两部分组成，硬件是控制系统的基础，性能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能。

数控装置的设计方案通常有：

(1)可以全部自己设计制作

(2)可以采用单板机或STD模块或工控机改制

(3)可以选用现成的数控装置作少量的适应化改动

在普通机床的经济型数控改造中，由于第一种设计周期较长且不经济，同时质量也难于保证。第二种则更加不经济。所以设计将采取第三种方案。

2.4机械改造部分的设计。(1)主传动部分的改造设计。将原机床的主轴电动机换成变频调速电动机，无级调速部分由变频器控制。将原机床的主轴手动变速换成有电磁离合器控制的主轴变速机构。改造后使其主运动和进给运动分离，主轴电动机的作用只是带动主轴旋转。（2）进给机构的改造。将原机床的挂轮机构、进给箱、溜板箱、滑动丝杠、光杠等全部拆除。纵向、横向进给以步进电动机作为驱动元件经一级齿轮减速后，由滚珠丝杠传动。（3）其它部件的改造。刀架部分：拆除原手动刀架和小拖板，安装由微机控制的四工位电动机刀架，该刀架具有重复定位精度高、刚性好、使用寿命长、工艺性好等优点。

三、转向节专用立式数控车床部件设计

3.1主轴箱设计。（1）主轴箱结构设计。本机床为立式结构，主轴箱就是传统意义上的床身，其作用一是安装主轴及其传动系统，二是支撑立柱即在其上安装的纵横滑板和电动刀架。因此要求主轴箱具有据够的刚性，结构必须合理，长期使用不变形。（2）主轴箱传动系统。传动比确定：机床主要加工转向节，兼顾通用数控立车功能，传动比为1:10，最低转速为63转每分钟，最高转速为1000转每分钟；转动路线确定：传动路线采用伺服电机通过行星减速箱、皮带轮驱动主轴单元使主轴旋转；主轴单元结构：采用主轴单元结构目的是方便制造、安装、维修。选用主轴单元结构要适合加工转向节特殊件的需要。选用主轴单元结构要适应加工转向节特殊件的需要，第一满足刚性要求，旋转精度的长久稳定性；第二要有夹紧油缸及分油装置；第三动力卡盘和专用车具可快速切换，实现通用立式数控车床功能和专用转向节数控加工的切换。据此，选用的主轴单元为标准50规格的车主轴支撑形式，具有高刚性、高精度的特点。

3.2进给系统设计。（1）纵向进给传动系统设计。纵向进给传动系统主要有纵向滑板和纵向滚珠丝杠传动副组成。其纵向滑板安装在立柱的纵向滚动导轨上，它可以沿立柱导轨做纵向运动。导轨采用重载型滚珠滚动导轨，导轨承载能力大，刚性强。纵向伺服电机经联轴直接驱动滚珠丝杠螺母副，带动纵向滑板沿立柱导轨运动。（2）横向进给系统设计。横向进给传动系统主要由横向滑板和横向滚珠丝杠传动副组成。其横向滑板安装在纵向护板的横向滚动导轨上，它可沿着纵向滑板向滑板横向导轨做横向运动。导轨采用重载型滚珠滚动导轨，导轨承载能力大，刚性强。横向伺服电机经联轴器直接驱动滚珠丝杠螺母副，带动横向滑板沿纵向滑板横向导轨运动。

3.3转向节工装夹具设计。（1）顶尖部件设计。顶尖是机床的重要定位机构，其功用：定位功能、回转功能、夹紧功能，其动作：安装工件时，顶尖部件处于上部，当工件在专用车具的正确位置上时，顶尖在油缸的作用下向下移动，使上顶尖顶紧工件杆部上顶尖孔，完成工件的定位夹紧。主轴旋转时顶尖也随着旋转，实现机床的主运动。设计此部件首先确定夹紧力，设计驱动油缸的规格，确保夹紧可靠；转向节是不平衡件，顶尖主轴及顶尖要有足够的刚性，以保证回转精度的长久稳定性。（2）转向节车具设计。转向节是异形件，非常的不平衡，其车具设计有一定难度，第一是定位采用顶尖孔，其刚性不好，需要上下顶尖定位夹紧，下顶尖固定在主轴上，上顶尖单独设计移动部件；第二是夹紧，没有规则的夹紧面，同时不同的顶尖形状各异，要使车具具有通用性，车具必须具有适应不同工件的柔性；第三是工件的不平衡性，在设计车具时必须有可调整的配置设置；第四是在旋转的主轴上采用液压自动夹紧，主轴设置旋转编码器，以适应车螺纹功能，车具设置夹紧油缸。

数控机床的设计范文篇4

【关键词】机床改造；电气控制；PLC；步进电机

中图分类号：F407文献标识码：A

一、前言

目前许多数控化改造的设计存在诸多问题：选择电机参数时，使用的计算方法欠精确；数控系统类型和功能选择不合理；电气部分的改造不规范等等。因为数控机床电气设计、应用与维修技术工作的复杂性、多样性和多变性以及一些客观环境因索的制约，在数控机床电气控制方而还没有形成一套成熟的、完整的理论体系。本文将对机床数控化改造进行归纳总结和分析，以求对该学科理论的发展及工程技术人员的实践有所裨益，为普通机床数控化改造中的电气设计提供依据。

二、普通机床改数控机床的优点

普通机床虽然有价格便宜、操作简单的优点,但它存在许多弊端：1）传动链复杂从而导致传动精度低，使产品的加工精度降低，产品的质量稳定性也不是很高；2)加工工序简单，因而不能加工较复杂的零件，加工零件的品种也比较少；3)生产效率较低。一个零件一般需要多次装夹和多道工序；4)由于普通机床几乎所有工作都靠工人手动操作，对工人的熟练程度要求高，因而工人劳动强度大，生产准备时间长。由于普通机床的这些缺点越来越使之在当今日益竞争的社会中处于劣势。

1、普通机床数控化的优点

普通机床经过数控化改造后，可以大大地提高传动进给精度，从而提高机床的加工精度；还可以拓宽普通机床的加工范围，延长机床的役龄；普通机床的数控化改造将在很大程度上盘活企业的固定资产、提高劳动效率，用较少的资金，将普通机床改造升级为数控机床，带来可观的经济效益，为提高企业的竞争力做出贡献。

2、普通机床数控化的方法

普通机床改造成数控机床的方法要有两个步骤：第一步骤：技术可行性分析和经济可行性分析；第二步骤：技术上的改进措施。分为两方面：一方面是机械上的改进，另一方面是电气系统的改进。

对普通机床进行数控化改造，关键技术在于对机床精度的恢复。旧机床一般在工作车间已经工作多年，其中导轨、溜板等都有不同程度的磨损。在有条件的时候，按常规机床大修的方法，对机床导轨进行磨削，磨削量以保持床面有一定的表面硬化层为宜。若旧机床磨损严重，磨削后，表面硬化层已去除，可采用电刷镀的方法加工耐磨表层。与床身相匹配的溜板，一般可采用刮研的方法修配恢复精度。在导轨磨损量较大的情况下，也可采用贴塑工艺恢复机床导轨精度。主轴精度的修复是改造机床维修的另一个侧重点。可采用更换主轴轴承等传统方法配合电刷镀工艺完成。主轴箱通常需单独修复，并调试验收精度。有些磨损量小的机床也可以采用表面工程技术在现场操作，恢复机床精度。

三、电气系统设计

1、SIEMENS802C数控系统组成

控制系统是数控机床的“大脑”，由一种专用计算机，完成插补运算、数据处理、输入输出等控制任务。数控加工程序经数控系统运算处理后，输出司服控制信号、主轴驱动控制信号及其开关状态量信号等。从其功能和经济性两方面考虑。本设计选用SIEMENS802C数控系统，其功能齐全，可构成全闭环后、半闭环的位置控制系统。数控系统分经济性数控系统和标准型数控系统，经济性数控系统是建立在单片机基础上，一般是由步进电机驱动装置和步进电机，构成位置开环的控制系统。标准型数控系统是建立在微机基础上，功能齐全，可构成全闭环、后半闭环的位置控制系统。根据普通机床的实际功能要求，本设计采用的后一种数控系统。

SIEMENS802C数控系统控制3个步进电机进给轴和一个主轴，主轴采用交流司服电机或变频电动机，特别适合机床的数控化改造。西门子数控系统组成系统如图1所示。

2、驱动电路设计

驱动电路设计，采用对驱动器在三相六拍的基础上进行5细分(30拍)，10细分（60拍）。细分后电动机运行的步距角将要缩小相应的倍数（如步距角为0.75的电动机，10细分后电动机运行的步距角为0.075）。细分后消除了小步进电动机的低频振荡，提高了电动机的分辨率和运行特性，由于制造工艺的问题，实际上的分辨率会稍低于理论细分的精度。如图2所示，三相混合式步进电机驱动器SH-32206，80～220V交流供电，可适应最恶劣电网环境。脉冲信号、方向信号和脱机信号接CNC装置。双极恒相流细分驱动，可以通过驱动器面板上的第1、2、3、4四个拨码开关，可供选择16种细分模式。输入信号光电隔离。过压、过流保护、脱机保持功能、单/双脉冲模式可选。自动半流。最大输出驱动电流6A/相。

3、操作面板设计

操作面板由机床操作面板和数控系统操作面板指令部分组成如图3所示，其中，CRT程序显示、当前位置及其加工状态等信息；程序编辑键（位于CRT右方）可进行程序的输入、修改、调整。现场操作键（位于面板的下方）可实现机床的手动，点动，自动等操作。

图3操作面板

程序编辑部分主要由操作面板上各编辑键来实现不同程序的要求，面板各键的名称和功能如表1所示。由于响应菜单控件只有一个单击事件CLICK，所以要为不具有下级菜单项添加代码，可以在设计窗口中设置代码。本系统由于菜单项都是为了更快的进入系统的子窗口，所以菜单响应事件的代码非常简单，因为子窗口已经设置了大量的代码，菜单只是调用这些窗口而已，另外，关于“文件”菜单中一些问文件处理可以结合COMMDIALOG控件来完成。

四、普通机床数控化改造中的电气设计需要注意的问题

1、加工精度的控制

对旧机床改造，除系统升级外，改造者面临的另一关键问题就是机械精度问题。机械精度恢复的如何，直接关系到改造的整体效果。而一般机床经多年使用后，由于使用条件和环境的不同，会造成多方面的磨损或损伤，如轴承、丝杆、导轨等都会直接影响机床的整体精度。本次改造除更换受损的轴承、联轴器等外还对导轨的镶条、贴塑面等结合部件进行铲刮重新装配后，机床的主要几何精度指标均达到相关标准要求。而在测量定位精度时，发现定位精度和重复定位精度指标严重超标，分别为0.035和0.025mm。于是决定启用系统提供的螺距补偿功能。使用激光干涉仪分别对三个轴进行定位检测，检测间距选择40mm，在整个行程范围内，记录下所有检测点的误差值，将这些误差值输入至系统提供的补偿参数中，再进行测量，结果效果非常明显。补偿后的定位精度和重复定位精度分别为0.015和0.010mm（此精度指标虽不理想，但作为改造机床已能满足一般的加工要求）。

2、数控机床运动坐标的电气控制

电流环是为伺服电机提供转矩的电路。一般情况下它与电动机的匹配调节已由制造者做好了或者指定了相应的匹配参数，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。

速度环的最佳调节是在位置环开环的条件下才能完成的，这对于水平运动的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，这时需要有一定的经验和细心。

五、结束语

综上，机床数控化改造不仅是经济又见效快的途径，而且节约能源、实现废品资源化和保护环境的目的。我们必须加快机床数控化的进度。但是机床的数控化改造不能停留在现有阶段，应紧跟世界潮流，发展多轴联动数控系统，开发高速、高精度、高效加工中心等关键技术，向智能化方高发展。

参考文献

数控机床的设计范文篇5

关键词：数控机床机床设计虚拟技术

中图分类号：TP391.9文献标识码：A文章编号：1007-9416（2013）07-0070-01

在2011年的年初，我国的相关专家和院士就做出了关于实施《数控一代机械产品创新应用示范工程》的建议。这一建议也受到了国家的相关部门的高度重视。在2012年，我国了《数控一代机械产品创新应用示范工程》。在这样的背景下，数控一代装备的制造和发展脉络已经明显的很清晰。在这个过程中，人机操作界面的开发、控制软件的开发、节能电机的开发等将被作为开发技术的重点，将再次的受到政策的优惠。本文针对数控技术的发展方向，结合笔者对于数控机床技术发展的了解，将针对虚拟技术在数控机床设计中的应用进行一定的分析。

1虚拟技术及其特征分析

虚拟技术指的是利用三维声场就似乎以及多传感交互技术、高分辨率现实技术等先进的技术，生成一定的三维立体画面，使得客户也能够成为三维虚拟环境的一个部分，实现实时的交互技术，并且能够实现感知和操作虚拟世界中的各种对象，最终实现身临其境的感受和用户体验。

虚拟技术本身最基本的特征就是沉浸性、交互性和空间的想象性。我们所说的沉浸性指的是由计算机生产的相对逼真的三维立体画面，这样就能够使得用户产生一定的身临其境的感受，并且最终获得和客观世界一样的体验。交互性就是客户能够自然而然的实现与虚拟环境中的各个对象的交互操作感受，从而能够进一步的感受和相应虚拟环境。空间的想象性指的是虚拟环境中，环境中的各个对象可以对客户提供发挥想象力的各种机制，并且能够启发用户本身的思维创造性，提高对产品的感性认识和理性的理解。

由于虚拟技术本身有可操作性、真实性和可重复性的有点，在数控机床的设计中，其作为一个平台，有巨大的发展潜力，现在已经在数控车床设计的教学中有很大的作用，也是未来数控车床设计和开发的一个重要的技术依托。

2虚拟技术在数控车床设计中的应用

2.1虚拟技术能够补充现代工业设计理念的不足

针对工业设计来讲，由于工业的机械设计是工业革命的产物，也是科学技术与文化艺术等多个学科之间相互交叉的学科。其核心的问题就是针对产品进行产品造型的设计。如果对于工业设计本身的重要性认识不够充分的话，最直接的就是导致所设计的产品造型相对粗放，产品缺少设计的美感和设计感。缺乏一定的时代性，这样就使得产品的界面相对比较混乱，缺乏一定的人文关怀。我们中国的机床设计以及相关的制造与国外同行业相比的话，是有很大的优势的。但是，我们现阶段所缺少的就是工业设计的意识。就机床的市场来讲，在功能和性能以及产品质量等硬的指标都差不多的情况下，所制造产品的造型和相关的设计意识已经越来越得到人们的关注，使用者将选择那些操作人性化的机械设备，甚至在一定的程度上这会决定产品的销量。

虚拟技术在机床设计中的应用却可以有效的改变这样的局面。我们可以通过三维的画面来展示机床的设计理念，同时，通过对于机床的设计功能的介绍，设计出先关的人性化设计方面，首先就能够节约大量的设计成本，同时还增加了企业对于新理念和新技术的应用，提高了设计的实际效率。

2.2虚拟技术能够树立机床设计的新理念

在数控机床的设计过程中，树立一个新的，相对长远的设计目标和理念，同时树立自己的品牌意识将对企业的发展产生很大的影响。对于一个行业或者是一个单纯的企业来讲，缺乏一定的品牌概念和新的设计理念，对于一个产品来讲将会产生很大的影响。缺乏品牌意识和设计理念是现阶段很多企业的通病，尤其是行业内部的很多中小企业，由于大环境和本身实力的影响，中小企业本身不能够设计出一些具备品牌概念和设计意识先进的产品。在数控车床的设计过程中，利用虚拟技术，可以有效的解决这样的问题，首先就可以有效的节省成本，保证中小企业的设计理念得到有效的展示。同时，也能够实现设计理念的多方论证，将数控机床的设计理念进一步的完善。这样的话也就能够保证企业逐渐的在设计中树立自己的品牌。

2.3虚拟技术能够有效的展示数控技术的文化特色

产品的语义学告诉我们，对于产品来讲，其不仅仅具备了一定的物质功能，还需要体现一定的文化功能和特征。机床的造型设计本身就是一个创意和设计理念的体现。需要的是不仅仅要体现出其本身设计的物理功能，还要能够体现出民族特征和文化的内涵。在追求科学价值的机床设计领域，我们不仅仅要将机床本身的功能做出科学的设计，还要追求机床本身的文化内涵和艺术内涵，甚至要将民族的东西加入到机床设计过程中。机床的造型将在一定的程度上体现出一个国家或者是一个行业的设计水平。而将虚拟技术应用在机床的设计中，将能够有效的保证机床的设计能够体现出科学价值与艺术价值的融合，并且能够做到不断的改进和展示。实现机床设计的飞跃。

3结语

虚拟技术在机床的设计过程中主要包含了实体建模和仿真两个方面的过程。整体上通过利用计算机技术来完成整个产品的开发，以数字化的形式虚拟并且可视的完成产品的开发，并且在制造实体物品之前可以对产品的结构以及性能做出有效的分析和仿真，实现制造过程的早期反馈，并且能够及时的发现和解决问题。与传统的设计方法相比，产品的虚拟技术可以减少甚至可以取消物理样机的研制次数，尽可能的降低开发的周期和成本，提高产品的设计质量。虚拟技术可以支持数控机床在开发的过程中所有的实体建模都采取真是的尺寸，基于该项技术的产品设计模型可以方便的针对虚拟样机进行设计和开发工作。这样就能够满足开发和设计的要求，实现产品的进一步优化。

参考文献

[1]杨巍巍，郑东旭.浅谈基于现代工业设计理念的机床设计[J].今日科苑，2009（22）.

[2]陈晓林.浅谈数控加工仿真系统原理及其在教学中的应用[J].大众科技，2010（03）.

数控机床的设计范文篇6

所谓的数控技术，简单来讲就是指采用电脑程序控制机器的方法。主要是指通过采用数字信息，按工作人员事先编好的程式对机械加工进行控制。它主要包括：计算机技术、传感检测技术、自动化控制技术、传统及现代的机械制造技术以及网络信息技术。数控技术是一种综合性技术，把数控技术用于机械加工，能够有效地对机械设备进行数字化控制。这主要是运用计算机控制系统进行预先编程，在运行过程中利用计算机辅助软件执行繁琐的数据存储和运算处理，在很大程度上提高了机械加工的精准度与自动化，提高了机械加工的效率。

2数控技术在机械加工机床设备中的作用

2.1数控技术在机械加工中的作用

伴随着现代工业及信息技术的发展，机械加工技术和工艺不断进步，从而推动了机械加工设备的更新换代和机械加工控制系统的更新升级。由于数控技术在机械加工中的应用，出现了数控技术机械设备机壳的毛坯制造。数控气割技术的使用轻易地解决了单间下料等诸多问题，数控气割技术通过保持压缩接触面积的均匀，很好地满足了密封功能的要求。这些使得产品内外环凸凹曲面的加工精度得到提高，实现了毛坯料到成品过程的持续加工。因数控镗铣床编程加工已与机械设备有机结合起来，首先通过预先编程的齿形子程序，然后进行机械加工和结合角度偏置，这能使产品满足生产要求并进行无差异化生产，更好地满足各种精度要求，极大地提高了机械设备加工效率，还能实现生产计算机控制一体化。

2.2数控技术在机床设备中的作用

机床设备是机械加工中的重中之重，因此，在机械加工过程中机床设备的控制技术是非常重要的。为满足现代机械加工业的发展需求，拥有控制系统的机床设备是现代机电一体化的关键。数控技术是现代机床设备的灵魂和核心。通过在机床上使用计算机控制系统，能够对机床的加工过程进行控制，不仅保证了产品的高质量要求，还极大地提高了机床的使用效率与生产效率。它用数字化的代码来表示加工零件的工艺和几何信息，也就是运用计算机编程将刀具与工件间的相对位移以及进给速度编排在计算机控制系统上，由计算机发出控制指令使机床按控制要求运行。无需对机床进行人工参与与调整，只需向计算机控制系统编入新的加工程序，就能改变加工零件，这是数控机床的最大特点。

3数控技术在机械加工机床中的发展趋势

3.1数控技术的性能发展趋势

现如今，我国的数控技术在机械加工领域中得到了广泛的应用，数控技术的作用已不容置疑，它不仅推动了机械加工行业的持可续发展，还提升了我国的综合国力。数控机床的性能正朝着高速高精高效化、柔性化、实时智能化发展。高速高精高效化：随着高速RISC芯片、多CPU控制系统的运用以及机床性能的改善，明显提高了机床的高速高精高效化。柔性化：主要表现在数控技术具有较强的可塑性和较好的可操作性。模块化的设计，能满足生产流程的不同需求。实时智能化：利用实时系统和人工智能相结合实现人类智能行为的模拟，使高科技手段有效运用。

3.2数控技术的功能发展趋势

为解决数控技术发展中面临的多种技术与非技术问题，数控技术在功能上得到了很大的发展，主要表现在用户界面图形化、科学计算可视化、插补和补偿方式多样化以及内装高性能PLC。用户界面图形化：用户界面是使用者和数控系统的对话连接。能够根据客户的知识接受能力和要求，加大对客户界面的开发。用户界面图形化能够实现蓝图编程和快速编程、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放等功能。科学计算可视化：能够高效处理和解释数据，直接使用可视信息如动画、图像等。用于CAD/CAM，如参数自动设定、自动编程、刀具管理数据的动态处理等。插补和补偿方式多样化：有2D+2螺旋插补、NURBS插补(非均匀有理B样条插补)、极坐标插补等多种插补方式。补偿方式有极坐标插补、螺距和测量系统误差补偿、象限误差补偿、以及相反点计算的刀具半径补偿等。内装高性能PLC：可用高级语言编程或梯形图，提供在线调试和在线帮助功能。用户在车床铣床的标准PLC用户程序基础上修改自己需要的程序，能够建立自己的应用程序。

4数控机床的主要增效途径

目前，我国数控机床的自动化生产设备及生产工艺还存在一定的问题，主要表现在：数控机床生产设备加工切削参数不太合理、与数控机床相关的知识库和工艺数据库缺乏、在自动化的制造中缺乏先进的管理系统。这些问题增加了数控机床加工过程中的准备时间、等待时间和故障调试时间，从而降低了数控机床的生产效率。通过对国内数控机床的现状了解，提出了提高数控机床效率的有效途径。

4.1提高数控机床的自动化程度在数控机床加工过程中，通过柔性生产线，以及柔性制造单元等数控加工技术，逐步提高数控技术的自动化程度。这样可以减少数控机床加工中的准备时间、等待时间和故障调试时间，从而缩减了加工所需要的总时间。由此，在机械加工过程中加工零件的连续性以及自动化程度得到提高，进而提高了数控机床的生产总效率。

4.2逐步优化加工过程通过机械加工生产过程的持续优化实现数控机床的加工，努力改进现有的生产和管理方式、刀具的自动配送、机械设备的管理以及机械零件的制造执行系统等，积极学习国外先进的数控技术水平，逐步优化加工过程。这能有效提高数控机床设备的完整性和开动率，使数控机床得到高效管理和有序运用。

4.3优化加工工艺以及加工设计保证加工零部件的质量以及缩减机械加工的时间，是提高数控机床的加工效率，实现优化数控机床加工工艺的基础。通过使用较为先进的刀具或者性能高的数控机床设备能够完成数控加工机床的模拟仿真秀。运用先进的技术努力优化数控机床加工工艺和加工设计，实现优化控制系统装置。通过提高数控机床的切削效率和主轴的加工效率，能够保证数控机床的加工性能。

5结束语

数控机床的设计范文篇7

关键词：手持式设备移动学习；Android

中图分类号：TG519.1文献标识码：A文章编号：1007-9599（2012）21-0000-04

1引言

移动学习是一种在移动计算设备帮助下能够在任何时间任何地点发生的学习，移动学习所使用的移动计算设备必须能够有效的呈现学习内容并且提供教师与学习者之间的双向互动交流。移动学习是在数字化学习的基础上发展起来的，是数字化学习的扩展，它有别于一般学习，具备了数字化学习的所有特征，同时还具有独一无二的特性，即学习者不再被限制在电脑桌前，可以自由自在、随时随地进行不同目的、不同方式的更为方便灵活的交互式教学活动，学习环境是移动的，教师和学生都是移动的。从它的实现方式来看，移动学习实现的技术基础是移动计算技术和互联网技术，即移动互连技术；实现的工具是小型化的移动计算设备，或者如Quinn所说的IA设备。Sariola等人在对移动学习的概念进行讨论的过程中，对移动学习实现的设备从特征上作了这样的一个分析：可携带性（portability），即设备形状小、重量轻，便于随身携带；无线性（wireless），即设备无需连线；移动性（mobility），指使用者在移动中也可以很好的使用。根据Sariola等人的分析认为，目前支持移动学习的IA设备主要是指WAP蜂窝电话、PDA和混合设备（指混合了移动电话的语音功能和PDA的数据处理功能的设备）。

移动学习在形式上是移动的，在内容上是互动的，在实现方式上是数字的，这些特点恰恰符合了中职学生的学习特点。中职学生无论心理、生理因素还是职业经验，都与成熟的操作工人有着很大的差距，他们的专业认知成熟度偏弱，而在新知识接受能力、内容记忆能力等方面更有优势，学习兴趣具有较强的明确性和特定性，也具有强烈的求知欲望和速成性等特征。数控操作是中等职业学校数控专业学生的重要实习内容，实习过程中需要掌握如如何制定加工工艺方案、选择加工材料、加工刀具、如何对刀、编程等各种知识，中职数控专业进入实习实训阶段的学生，已经具备一定的数控操作理论知识，但原有接受的教学内容并不能完全满足学生个性化的学习需要，就业的竞争压力也迫使这些学生希望能够不断提高自身的数控操作知识和技能。因此，迫切需要能提供与实际工作情境相结合的数控操作的移动学习系统，在学习者最需要的时候为他们提供知识与信息，学习者利用自身手持式设备，可以在仿真实训教室、实训车间及实习工作岗位上随时随地联网开展学习，以满足当时当地的实际应用需求。因此，本文将移动学习模式应用于中等职业学校数控专业的数控操作实习环节，提出了基于手持式数控操作学习系统，详细分析了系统的设计过程，并实现了系统的各项功能。

2世界范围内的移动教育

一些西方发达国家已经在移动教育这方面作了一些相关的研究。美国加州大学伯克利分校（UCBerkeley）人机交互研究室从2000年开始启动了一个名为MobileEducation的项目。ACM的资深科学家、密歇根大学的S.Elliot从人的因素和互动性的角度对手持移动计算设备应用于教学的模式进行了深入的研究。新加坡的克瑞教授围绕“以儿童为中心”（Child2Centered）的思想对于手持移动设备参与教学活动进行了较为深入的调研。这些项目一致表明移动教育比传统的教学模式更加灵活，参与人员面广，适合日益加快的生活节奏。

3移动学习系统模型设计

3.1设计原则

手持式设备支持下的学习系统设计有别于传统的网络学习系统设计，要尽量发挥移动学习系统优势，实现学习内容实用化、学习资源微型化、学习进度可控化、学习方式个性化、学习过程互动化等目标。本系统设计原则主要有以下四个方面：

（1）内容实用性。

学习资料的选择应该和数控车床操作密切相关，学习内容的表现形式应以短小精悍的文本内容为主，小图片和视频片段为辅，让学习者能够学以致用。

（2）资源体系化。

学习者在学习过程中不可避免地受到外界干扰，将学习资源突破传统的学科体系限制，按照知识点分解成若干个适合移动学习的微型化资源，以便学习者随时随地学习，让学习者在短时间内完成一个独立知识点的学习。

（3）架构合理性。

一套完备的系统架构将是整个系统实现可持续发展的重要保障。本系统软件采用模块化和层次化设计思想，每个模块下又分若干个学习层次，学习者可以根据自身的情况选择适合自身的学习内容，具有较好的扩充性和使用的便利性。

（4）操作灵活性。

系统要能通过灵活的配置完成对服务需求的更改和后台资源的完善。针对手持式设备操作系统和屏幕尺寸的多样性，能实现学习资源的自适应显示。

3.2系统架构设计

合理规范的系统架构能确保系统运行的可靠性和功能的可扩充性。本文设计的系统架构如图1所示，主要包括学习者、表示层、网络层、业务逻辑层和数据服务层五部分。其中，数据服务层和业务逻辑层可同时安装在服务器端，表示层则位于用户端，而网络层教育资源的有效载体。

表示层是用户与系统交互的界面，负责接收用户请求和显示系统返回的结果。业务逻辑层用于封装系统的业务服务，是系统的核心。表示层将用户的请求通过网络层发送给业务逻辑层，业务逻辑层根据用户请求与相应的数据库交互，在获取最终结果后将处理结果返回表示层。系统的业务逻辑层主要包括资源管理模块和学习管理模块。资源管理模块用于对系统中各种形式、各种载体的资源进行有效的管理，确保资源能够合理、高效地为用户服务。学习管理模块是系统的重要部分，为用户提供移动直播学习、自主学习、作业和考核以及移动答疑等功能。数据服务层为应用提供数据来源，各类资源分为在线资源和可下载资源，并提供多种查询浏览方式。

4系统功能设计与实现

数控机床的设计范文篇8

关键词：普通机床数控改造结构设计精度郑州论文开题报告

一、课题概述、背景及意义

工业发达国家的军、民机械工业，在70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业(包括军、民机械工业)进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、fmc、fms外，还包括在产品开发中推行cad、cae、cam、虚拟制造以及在生产管理中推行mis(管理信息系统)、cims等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造(称之为信息化)，最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重(数控化率)到1995年只有1.9%，而日本在1994年已达20.8%，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。

微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。①可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。②可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3～7倍。③加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要修配”。④可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。⑤拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。由以上五条派生的好处如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力(一个人可以看管多台机床)，减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。此外，机床数控化还是推行fmc(柔性制造单元)、fms(柔性制造系统)以及cims计算机集成制造系统)等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。

机床的数控改造，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较理想的状态。机床数控化改造有以下优点：①节省资金。机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床60%的费用，并可以利用现有地基。②性能稳定可靠。因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。③提高生产效率。机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高3至5倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。

在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个"永恒"的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。

目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3%。我国大量的普通机床应用于生产第一线，用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，数控机床则综合了数控技术、微电子技术、自动检测技术等先进技术，最适宜加工小批量、高精度、形状复杂、生产周期要求短的零件。当变更加工对象时只需要换零件加工程序，无需对机床作任何调整，因此能很好地满足产品频繁变化的加工要求，所以必须大力提高机床的数控化率。数控机床的发展，一方面是全功能、高性能;另一方面是简单实用的经济型数控机床，具有自动加工的基本功能，操作维修方便。经济型数控系统通常用的是开环步进控制系统，功率步进电机为驱动元件，无检测反馈机构，系统的定位精度一般可达±0.01，已能满足加工零件的精度要求。这几年，国家加大了对这类机床的改造力度，国防科工委更是推行了万台机床数控化计划，车床、铣床的数控化改造需求量很大。本课题以普通车床的数控改造为例，研究机床数控改造的方法，包括其结构的改造设计，机床改造后性能与精度的分析以及控制精度的措施等，普通车床应用微机控制系统进行改造数控改造后，可以提高工艺水平和产品质量，减轻操作者的劳动强度。基于上述分析，本课题的研究具有较高的现实意义。

二、主要研究内容

1.普通车床数控改造方案的确定，进行总体设计。

2.对普通车床数控改造进行结构设计与计算，包括主轴进给系统设计、机床纵、横进给伺服系统的设计等。

3.对改造后的经济型数控车床伺服进给系统建立控制原理模型。

4.根据进给系统的控制原理模型，对影响伺服系统系统的因素进行分析。

5.对影响伺服传动精度的因素齿轮传动精度、滚珠丝杠副传动精度等进行深入研究，并提出相应的改进方法。

6.对影响伺服元件伺服精度的因素步进电机步矩角精度等进行深入研究，并提出相应的改进方法。

三、拟解决的关键问题

1.普通车床数控改造进给伺服系统机械部分的设计与计算。

2.对经济型数控车床伺服进给系统建立控制原理模型。

3.根据进给系统的控制模型，分析系统的误差来源及影响系统精度的因素。

4.设计步进电机细分驱动电路，提高伺服进给系统的控制精度。

四、拟解决方案及关键技术

1.普通车床数控改造进给伺服系统机械部分的设计与计算内容包括：确定系统的负载，运动部件惯量计算，步进电机的选择，滚珠丝杠副的选择和计算、滚珠丝杠副的刚度验算等。

2.对改造后的经济型数控车床伺服进给系统建立控制原理模型。

3.根据伺服进给系统控制原理模型，分别对伺服驱动元件的伺服精度、伺服机械传动元件传动精度进行分析，分析影响经济型数控车床定位精度主要因素。

4.在伺服进给系统控制电路中加入步进电机细分驱动设计，改善步矩角特性，提高经济型数控车床的定位精度。

五、创新点

1.运用机电一体化系统设计思路与方法进行普通车床数控改造的结构设计，在设计上达到有高的静动态刚度;运动副之间的摩擦系数小，传动无间隙;便于操作和维修。

2.从经济型数控车床的控制原理模型分析影响整个系统精度的关键因素，分析影响机床机床定位精度的各项误差来源，提出相应的改进方法并应用于机床结构设计中。

3.运用步进电机细分驱动技术，设计基于单片机控制的步进电机的细分驱动电路，减小步进电机的步距角及机床的脉冲当量，提高经济型数控车床的加工精度，改善电机运行的平稳性，减小噪声，增加控制的灵活性。

六、课题预计目标

1.普通车床数控改造的方案的研究，进行总体设计。

2.对经济型数控车床的伺服进给系统建立控制原理模型，并根据进给系统的控制原理模型，对影响系统精度的关键因素进行分析。

3.研究提高机械传动部件的传动精度与刚度的方法，对普通车床数控改造进行结构设计，改善伺服进给系统的伺服特性。

4.设计一种基于单片机控制的步进电机的细分驱动电路，提高伺服进给系统的分辨率。

七、课题研究进展计划

预计本课题研究进展主要分以下几个阶段：

1.2007年11月～2007年12月查看文献资料并撰写开题报告

2.2007年12月～2008年03月收集相关方面的资料，以普通车床数控改造为例进行总体设计

3.2008年03月～2008年04月学习机床伺服进给系统的设计等方面知识

4.2008年04月～2008年07月进行结构设计，绘制普通车床数控改造纵、横向进给系统装配图

5.2008年07月～2008年08月学习机床控制精度等方面知识

6.2008年08月～2008年09月对机床进行精度分析

7.2008年09月～2008年10月研究提高机床控制精度的措施

8.2008年11月～2008年12月完成毕业论文

9.2008年12月毕业答辩

参考文献

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[27]肖本贤.步进电机微步驱动技术研究.[j].自动化与仪表，1997，5：20～23.

数控机床的设计范文1篇9

关键词：数控机床控制技术

数控机床是机电一体化的典型产品，数控机床控制技术是集计算机及软件技术、自动控制技术、电子技术、自动检测技术、液压与气动技术和精密机械等技术为一体的多学科交叉的综合技术。随着科学技术的高速发展，机电一体化技术迅猛发展，数控机床在企业普遍应用，对生产线操作人员的知识和能力要求越来越高。

一、数控机床的优点与缺点

(一)数控机床的优点

对零件的适应性强，可加工复杂形状的零件表面。在同一台数控机床上，只需更换加工程序，就可适应不同品种及尺寸工件的自动加工，这就为复杂结构的单件、小批量生产以及试制新产品提供了极大的便利，特别是对那些普通机床很难加工或无法加工的精密复杂表面(如螺旋表面)，数控机床也能实现自动加工。加工精度高，加工质量稳定。目前，数控机床控制的刀具和工作台最小移动量(脉冲当量)普遍达到0.0001mm，而且数控系统可自动补偿进给传动链的反向间隙和丝杠螺距误差，使数控机床达到很高的加工精度。此外，数控机床的制造精度高，其自动加工方式避免了生产者的人为操作误差，因此，同一批工件的尺寸一致性好，产品合格率高，加工质量稳定。

生产效率高。由于数控机床结构刚性好，允许进行大切削用量的强力切削，从主轴转速和进给量的变化范围比普通机床大，因此在加工时可选用最佳切削用量，提高了数控机床的切削效率，节省了机动时间。与普通机床相比，数控机床的生产效率可提高2—3倍。

良好的经济效益。使用数控机床进行单件、小批量生产时，可节省划线工时，减少调整、加工和检验时间，节省直接生产费用；同时还能节省工装设计、制造费用；数控机床加工精度高，质量稳定，减少了废品率，使生产成本进一步下降。此外，数控机床还可实现一机多用，所以数控机床虽然价格较高，仍可获得良好的经济效益。

自动化程度高。数控机床自动化程度高，可大大减轻工人的劳动强度，减少操作人员的人数，同时有利于现代化管理，可向更高级的制造系统发展。

(二)数控机床的缺点

数控机床的主要缺点价格较高，设备首次投资大；对操作、维修人员的技术要求较高；加工复杂形状的零件时。手工编程的工作量大。

二、数控机床的种类

数控机床的种类很多，主要分类

按工艺用途分类。按工艺用途，数控机床可分类如下。普通数控机床：这种分类方式与普通机床分类方法一样，铣床、数控锚床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。加工中心机床：数控加工中心是在普通数控机床上加装一个刀库和自动换刀装置而构成的数控机床，它可在一次装夹后进行多种工序加工。

按运动方式分类。按运动方式，数控机床可分类点位控制数控机床。数控系统只控制刀具从要有数控钻床、数控坐标锤床、数控冲剪床等。直线控制数控机床：数控系统除了控制点与点之间的准确位置以外，还要保证两点之间移动的轨迹是一条直线，而且对移动的速度也要进行控制。这类机床主要有简易数控车床、数控销、铣床等。轮廓控制数控机床：数控系统能对两个或两个以上运动坐标的位移及速度进行连续相关的控制，使合成的运动轨迹能满足加工的要求。这类机床主要有数控车床、数控铣床等。

按伺服系统的控制方式分类。按伺服系统的控制方式，数控机床可分类如下。开环控制系统的数控机床。闭环控制系统的数控机床。半闭环控制系统的数控机床。

按数控系统的功能水平分类。技功能水平分类，数控系统可分类如下。经济性数控机床。经济性数控机床大多指采用开环控制系统的数控机床价格便宜，适用于自动化程度要求不高的场合。中档数控机床。这类数控机床功能较全，价格适中，应用较广。高档数控机床。这类数控机床功能齐全，价格较贵。

三、数控机床控制技术的发展

机械设备最早的控制装置是手动控制器。目前，继电器—接触器控制仍然是我国机械设备最基本的电气控制形式之一。到了20世纪奶年代至50年代，出现了交磁放大机—电动机控制，这是一种闭环反馈系统，系统的控制精度和快速性都有了提高。20世纪60年代出现了晶体管——晶闸管控制，由晶闸管供电的直流调速系统和交流调速系统不仅调运性能大为改善，而且减少了机械设备和占地面积，耗电少，效率局，完全取代了交磁放大机—电动机控制系统。

在20世纪的60年代出现丁一种能够根据需要方便地改变控制程序，结构简单、价格低廉的自动化装置—顺序控制器。随着大规模集成电路和微处理器技术的发展及应用，在20世纪70年代出现了一种以微处理器为核心的新型工业控制器——可编程序控制器。这种器件完全能够适应恶劣的工业环境，由于它具备了计算机控制和继电器控制系统两方面的优点，故目前已作为一种标准化通用设备普通应用于工业控制。

随着计算机技术的迅速发展，数控机床的应用日益广泛，井进一步推动了数控系统的发展，产生了自动编程系统、计算机数控系统、计算机群控系统和天性制造系统。计算机集成制造系统及计算机辅助设计、制造一体化是机械制造一体化的高级阶段，可实现产品从设计到制造的全部自动化。

综上所述，机械设备控制技术的产生，并不是孤立的，而是各种技术相互渗透的结果。它代表了正在形成中的新一代的生产技术，已显示出并将越来越显示出强大的威力。

四、数控机床控制技术的发展趋势

数控机床的设计范文篇10

关键词：三维打印;数控机床;设计;分析

为适应市场单件小批量、高响应性生产的需要，复合加工机床应运而生。复合加工机床具有较多优点，如工序集中、节省作业面积、减少机床和夹具数量、消除或减少工件重新安装定位次数、免去加工件搬运、提高加工精度、缩短加工周期等，是当今世界机床技术发展的潮流之一［1］。笔者设计了一台将三维打印技术与传统铣削加工进行技术互补和功能复合的桌面型机床。三维打印是一种面向个性化复杂产品加工的绿色制造技术，但目前用三维打印制造的零件在力学性能上还有待提升。传统铣削技术成熟，加工的零件力学性能好，但对于复杂零件的加工不如三维打印方便。因此，三维打印和数控铣削加工的复合，为复杂零件的加工提供了一种新的思路和技术手段。此外，桌面型机床体积小，惯性质量小，发热量小，具有能耗低、柔性大、效率高等优点［2］。

1结构设计方法

传统的机床设计主要是通过对现有机床的类比，沿用以往的设计经验来进行，或者通过机床试验来定性分析和定量比较，从而选择和确定设计方案［3］。完全经验性的设计方法已不适合具有较高复杂程度或较高精度要求的机床设计，笔者的思路是将设计经验、计算分析与试验测试紧密结合起来，进行精细化设计。为此，笔者采用了计算机辅助设计，设计模型如图1所示。通过计算机辅助设计软件的多种功能模块,如三维几何建模、结构分析、计算分析、工程绘图、优化设计等，减少设计成本，缩短设计和分析的循环周期，提高产品和工程的可靠性，降低材料的消耗或成本，在产品制造前预先发现潜在的问题，减少试验的时间和经费［4］。

2机床结构设计方案

2.1总体设计

构建一台将先进三维打印技术与传统铣削加工技术相结合的桌面型复合数控加工设备，实现在不改变基准的条件下，使用同一机床进行增材与减材加工，有利于复杂形状、多品种、小批量零件的生产。该机床具有以下功能：①可实现三维打印或铣削的单一加工；②三维打印出毛坯件，再对需加工面采用铣床加工，提高表面精度；③以金属为毛坯件，在铣削加工后用三维打印制造不同材料部分，可实现具有个性化需求的零件加工。机床由铣床、三维打印、机床基础件及其它辅助系统组成。（1）铣床部分。采用龙门式铣床结构和移动式工作台，龙门式铣床具有刚性好、结构简单等优势，移动式工作台可提高加工精度和加工效率［5］。由于桌面型机床主要适用于加工硬度不高的小零件，为保证加工精度，采用了转速可达12000r/min的电主轴，并且有利于机床模块化设计［6］。进给系统中，X、Y方向滑台水平布置，Z方向滑台固定在龙门结构悬梁上，均使用滚珠丝杠、直线滑轨及步进电机实现传动。（2）三维打印部分。考虑到增减材两种加工工艺的有效复合，三维打印部分采用了悬臂式结构，三维打印喷头安装于悬臂之上，悬臂立柱通过导轨沿床身移动，悬臂整体沿立柱移动。这一结构较为简单灵活［7］，如图2所示。以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料为原料，基于熔融沉积成型技术进行三维打印，喷头部分质量较轻。将三维打印的挤出机移至立柱上，以减小悬臂整体质量，由此可将悬臂结构带来的误差降到最低。（3）机床基础件。整机采用模块化设计，使机床拆卸安装方便。

2.2主要部件选用和技术参数设计

机床外形尺寸为700mm×500mm×650mm，工作空间尺寸为400mm×300mm×220mm,加工精度为0.02mm。为保证机床精度和实现机床平稳传动，铣床的Z轴和工作台选用SFU1605-3型滚珠丝杠。三维打印部分由于结构的特殊性，综合考虑选用适合三维打印的专用T形丝杠。铣床的Z轴和工作台导轨均选用HGR15R460C型；三维打印部分则定制专用导轨。铣床Z轴和工作台移动采用57BYG250C电机驱动，三维打印部分移动采用42BYGH47-401A型电机驱动。选用300W有刷高速风冷主轴电机。以电主轴技术参数为例，简要说明设计计算过程。选择硬质合金刀具作为机床的加工刀具，铣削条件如下：切削深度aP=1mm，转速n=12000r/min，进给量af=0.1mm/r，刀具主偏角Kr=60°，刀具前角γ0=15°，刀具直径D=6mm，铣削宽度ae=4.5mm，铣刀齿数z=4,铣削力修正因数KFZ=K1K2K3=0.632，工件材料因数K1=0.80，前角因数K2=0.79，主偏角因数K3=1综合以上计算，选取功率为300W、转速为3000～12000r/min、扭矩为0.6N•m的电主轴。

2.3关键部件静力学分析

整机中，龙门架部分支撑着Z轴移动单元和主轴系统，易产生较大的力学变形，它的设计直接影响铣削加工精度。设计的龙门架采用工字形截面横梁结构，材料为HT200，能够承受较大弯曲应力，达30MPa。［8］ANSYS是一个基于有限元法的工程分析应用软件，功能几乎涉及工程分析的所有方面［9］。笔者采用该软件对龙门架结构进行静力学分析。采用三维建模软件对龙门架部件进行建模，如图3所示，然后将其保存为中间格式，导入ANSYS软件建立相应的有限元模型。在ANSYS界面中对模型网格化，网格的大小直接影响求解的精度，网格单元越小，求解精度会越高，可根据自己的需求修改网格具体参数，因无特殊要求，因此采用自动生成网格模式。定义模型的材料属性，龙门架材料为HT200，密度为7250kg/m3，弹性模量为124GPa，泊松比为0.3。添加约束条件，在模型底面添加Z方向的位移约束，在4个螺纹孔处添加Z方向的位移约束。龙门架主要受自身重力和悬臂梁上所连接的主轴系统及Z轴移动单元重力影响。自身重力属于惯性力，主轴系统及Z轴移动单元的重力可通过三维建模软件进行重力评估，约100N，平均加载在4个螺纹孔的Z方向，添加约束和加载载荷。在ANSYS环境下进行分析计算龙门架结构的变形及应力。由静力学分析可知，该机床横梁在自重作用下，最大应力出现在立柱与横梁连接处的内侧，约为38.989kPa，最大变形量出现在横梁中部，约为0.659μm。

3结论

用所设计的桌面型增减材复合数控机床对工件进行增减材复合加工，可以缩短加工周期，提高加工精度，节省加工空间［10］。从龙门架的静力学分析可以看出，龙门架结构还可继续优化，使机床更加轻量化。另外，网络化、智能化是数控机床发展的趋势，在本设计的基础上，还可增加相应的多种传感器和智能化支持设备，以及通过网络实现远程控制等，以进一步提高设备的网络化和智能化水平。

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数控机床的设计范文1篇11

关键词：数控机床控制技术

数控机床是机电一体化的典型产品，数控机床控制技术是集计算机及软件技术、自动控制技术、电子技术、自动检测技术、液压与气动技术和精密机械等技术为一体的多学科交叉的综合技术。随着科学技术的高速发展，机电一体化技术迅猛发展，数控机床在企业普遍应用，对生产线操作人员的知识和能力要求越来越高。

一、数控机床的优点与缺点

(一)数控机床的优点

对零件的适应性强，可加工复杂形状的零件表面。在同一台数控机床上，只需更换加工程序，就可适应不同品种及尺寸工件的自动加工，这就为复杂结构的单件、小批量生产以及试制新产品提供了极大的便利，特别是对那些普通机床很难加工或无法加工的精密复杂表面(如螺旋表面)，数控机床也能实现自动加工。

加工精度高，加工质量稳定。目前，数控机床控制的刀具和工作台最小移动量(脉冲当量)普遍达到0.0001mm，而且数控系统可自动补偿进给传动链的反向间隙和丝杠螺距误差，使数控机床达到很高的加工精度。此外，数控机床的制造精度高，其自动加工方式避免了生产者的人为操作误差，因此，同一批工件的尺寸一致性好，产品合格率高，加工质量稳定。

生产效率高。由于数控机床结构刚性好，允许进行大切削用量的强力切削，从主轴转速和进给量的变化范围比普通机床大，因此在加工时可选用最佳切削用量，提高了数控机床的切削效率，节省了机动时间。与普通机床相比，数控机床的生产效率可提高2—3倍。

良好的经济效益。使用数控机床进行单件、小批量生产时，可节省划线工时，减少调整、加工和检验时间，节省直接生产费用；同时还能节省工装设计、制造费用；数控机床加工精度高，质量稳定，减少了废品率，使生产成本进一步下降。此外，数控机床还可实现一机多用，所以数控机床虽然价格较高，仍可获得良好的经济效益。

自动化程度高。数控机床自动化程度高，可大大减轻工人的劳动强度，减少操作人员的人数，同时有利于现代化管理，可向更高级的制造系统发展。

(二)数控机床的缺点

数控机床的主要缺点如下：价格较高，设备首次投资大；对操作、维修人员的技术要求较高；加工复杂形状的零件时。手工编程的工作量大。

二、数控机床的种类

数控机床的种类很多，主要分类如下：

按工艺用途分类。按工艺用途，数控机床可分类如下。普通数控机床：这种分类方式与普通机床分类方法一样，铣床、数控锚床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。加工中心机床：数控加工中心是在普通数控机床上加装一个刀库和自动换刀装置而构成的数控机床，它可在一次装夹后进行多种工序加工。

按运动方式分类。按运动方式，数控机床可分类如下：点位控制数控机床。数控系统只控制刀具从要有数控钻床、数控坐标锤床、数控冲剪床等。直线控制数控机床：数控系统除了控制点与点之间的准确位置以外，还要保证两点之间移动的轨迹是一条直线，而且对移动的速度也要进行控制。这类机床主要有简易数控车床、数控销、铣床等。轮廓控制数控机床：数控系统能对两个或两个以上运动坐标的位移及速度进行连续相关的控制，使合成的运动轨迹能满足加工的要求。这类机床主要有数控车床、数控铣床等。

按伺服系统的控制方式分类。按伺服系统的控制方式，数控机床可分类如下。开环控制系统的数控机床。闭环控制系统的数控机床。半闭环控制系统的数控机床。

按数控系统的功能水平分类。技功能水平分类，数控系统可分类如下。经济性数控机床。经济性数控机床大多指采用开环控制系统的数控机床价格便宜，适用于自动化程度要求不高的场合。中档数控机床。这类数控机床功能较全，价格适中，应用较广。高档数控机床。这类数控机床功能齐全，价格较贵。

三、数控机床控制技术的发展

机械设备最早的控制装置是手动控制器。目前，继电器—接触器控制仍然是我国机械设备最基本的电气控制形式之一。到了20世纪奶年代至50年代，出现了交磁放大机—电动机控制，这是一种闭环反馈系统，系统的控制精度和快速性都有了提高。20世纪60年代出现了晶体管——晶闸管控制，由晶闸管供电的直流调速系统和交流调速系统不仅调运性能大为改善，而且减少了机械设备和占地面积，耗电少，效率局，完全取代了交磁放大机—电动机控制系统。

在20世纪的60年代出现丁一种能够根据需要方便地改变控制程序，结构简单、价格低廉的自动化装置—顺序控制器。随着大规模集成电路和微处理器技术的发展及应用，在20世纪70年代出现了一种以微处理器为核心的新型工业控制器——可编程序控制器。这种器件完全能够适应恶劣的工业环境，由于它具备了计算机控制和继电器控制系统两方面的优点，故目前已作为一种标准化通用设备普通应用于工业控制。

随着计算机技术的迅速发展，数控机床的应用日益广泛，井进一步推动了数控系统的发展，产生了自动编程系统、计算机数控系统、计算机群控系统和天性制造系统。计算机集成制造系统及计算机辅助设计、制造一体化是机械制造一体化的高级阶段，可实现产品从设计到制造的全部自动化。

综上所述，机械设备控制技术的产生，并不是孤立的，而是各种技术相互渗透的结果。它代表了正在形成中的新一代的生产技术，已显示出并将越来越显示出强大的威力。

四、数控机床控制技术的发展趋势

数控机床的设计范文篇12

关键词：Solidworks，开放式数控系统，数控铣床，三坐标

随着数控机床的普及，采用数控机床己成为机械制造业改革的主要方向，如何能高质量、高效率、低费用的培训操作人员成为亟待解决的问题之一。由于数控机床的教学比较抽象需要借助实验来加深对课堂知识的理解，生产用的数控机床一般价格都比较昂贵，软件也不是开放式的结构，无法用于学生的实验教学。因此设计一种功能齐全，结构简单，软件结构开放，低成本，且具有代表性的教学实验型微型数控机床可以满足教学实验的要求。

1总体方案的确定

实验型微型数控铣床以开放式CNC体系为指导思想，在Windows98下开发系统的硬件、软件。本研究将用Delphi语言、Solidworks及Protel软件完成对该数控铣床整体结构的设计和控制系统的接口电路(IO/TIMER控制板)、驱动电路、有关电路、相应控制软件的设计。绘制出试验型数控铣床的虚拟样机，根据零件图，设计零件制造的工艺；在零件加工完成后，进行装配调试，完成微型数控铣床的制作。

2机械部分设计

微型铣床的机械部分是机床的主体部分，其设计计算主要包括：总体传动方案的确定，电机、主轴、丝杠的选取等。机械部分Solidworks虚拟制图如图1所示

图1铣床的机械部分虚拟制图

2.1机床总体传动方案的确定

本机床可以实现X轴、Y轴和Z轴三坐标联动。X轴、Y轴的进给是通过电机带动丝杠，丝杠又与螺母传动来实现。电机与丝杠的连接可以通过销钉来实现。在传动过程中电机带动丝杠做旋转运动，螺母沿导轨做水平移动，从而带动工作台运动。论文参考网。Z轴的进给也是通过电机带动丝杠，丝杠又与Z轴螺母传动来实现。主轴套与Z轴螺母相连，在传动过程中电机带动丝杠做旋转运动，螺母沿导轨做上下移动，从而带动主轴做上下运动。

2.2设计计算部分

2.2.1主轴的选取和校核

1）主轴选取

立式铣削切削力的计算:

由机械设计手册[1],对高速钢圆柱铣刀:

其参数按实际加工过程中平均铣削条件为准选取:

对圆柱铣刀逆加工:

主轴材料为40Cr钢取C=102

2）主轴校核

2.2.2滚珠丝杠的选取

由最大动载荷Q值和导程P可以选择滚珠丝杠的型号为：CWM165-2.5-P3。

3机床控制部分设计

3.1系统硬件组成

经过分析，本三坐标数控系统决定采用单CPU结构(采用的控制PC机主频达到797MHz)。本三坐标数控铣床主要用于教学演示故对精度要求不是特别高，采用开环控制方式，用步进电机驱动输出，设计数控接口电路进行定时中断、脉冲输出以及其它开关量的输入输出。论文参考网。论文参考网。其数控系统硬件组成如图2所示[2－4]

3.1.1接口电路设计

本数控接口电路主要完成外部开关量的输入和步进电机的控制以及一些机床辅助功能的实现，性能优良、工作可靠。接口电路的结构如图3所示[5－6]。

3.1.2步进电机驱动器输出控制电路

为了输出脉冲去控制三个方向的步进电机，以及接收机床行程开关等开关量信号，在电路设计中设计了两片可编程接口芯片8255，可以对48点数字量进行I/O操作。但本微型数控铣床三坐标数控系统中仅用到了一片8255，另一片暂时未用，用于以后的功能扩展。使用的8255的PA口、PB口、PC口均工作在基本输入输出方式。8255控制字格式如下：

D7：1，D6：0，D5：0，D4：0，D3：0，D2：0，D1：0，D0:0,

即控制字为80H

用Delphi编写CNC程序，初始化8255：

procedureTForm1.FormCreate(Sender:Object);

begin

asm

moval,80H

movdx,0213H

outdx,al

……

end；

在实时中断服务程序中，用8255经光电隔离向三个方向的步进电机驱动器输出控制信号，进而控制三个方向步进电机的运动，如图4所示。

4结束语

型微型数控铣床具有体积小，价格低，功能完善，安全系数高，是三坐标驱动和生产型数控铣床工作原理相同，且具有开放的软硬件结构，基于以上的优点微型数控铣床将具有广泛的应用前景。

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