数控专业论文
【1】机电一体化技术在数控机床上的应用分析
前言
随着经济社会的不断发展和科学技术的更新进步，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。
由于大规模集成电路和超大规模集成电路的出现，特别是微型电子计算机的空前发展，促进了机械技术和电子技术的相互交叉和相互渗透，并使机械技术和电子技术在系统论、信息论和控制论的基础上有机地结合起来，形成了机电一体化技术。
数控机床作为机电一体化产品的典型代表在当今制造业中扮演着非常重要的角色，本文就机电一体化在数控机床中的应用进行分析探讨。
1 机电一体化的基本概念
机电一体化的基本概念是根据系统功能目标和优化组织目标。
机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不断发展。
由此而产生的功能系统---机电一体化是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。
机电一体化是从系统的观点出发，合理配置与布局各功能单元，还将被赋予新的内容。
并使整个系统最优化的系统工程技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称，是综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值。
具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。
即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的眼神，还能赋予许多新的功能。
其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，但是发展到机电一体化后。
“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面，其主要功能依然是代替和放大的体力，机械工程技术有纯技术发展到机械电气化，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制自动诊断与保护等。
而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的简单组合、拼凑，这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。
因此，机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术。
2 机电一体化在数控机床中的应用
2.1 机械设计技术的应用
机械技术是机电一体化的基础。
在机械与电子相互结合的实践中，机电一体化不断对机械设计技术提出更高的要求(如结构更新颖、体积更小、质量更轻、精度更高、动态性能更好等)，使现代机械技术相对于传统机械技术发生了很大改变。
所谓数控机床，它主要还是一台用来加工零件的设备，但其在应用机电一体化之后，已不再是原来意义上简单的机床。
数控机床的主传动、各个坐标轴的进给传动都由单独的伺服电动机驱动，并且各个坐标轴之间的运动关系通过计算机来进行协调控制。
数控机床的机床本体部分相对于以往的普通机床做了很大的改进，主要包括以下几点：(1)采用了全封闭或半封闭防护装置。
数控机床采用封闭防护装置可防止切屑或切削液飞出，给操作者带来意外伤害。
(2)采用自动排屑装置。
数控机床大都采用斜床身结构布局，便于采用自动排屑机，排屑方便。
(3)主轴速高，工件装夹安全可靠。
数控机床主轴箱大都由电主轴或传统机械主轴单元加变频电动机和变频器组成，以适应更高的转速要求;采用液压卡盘，夹紧力调整方便可靠，同时也降低了操作工人的劳动强度。
(4)可自动换刀数控机床都采用了自动回转刀架，在加工过程中可自动换刀，连续完成多道工序的加工。
(5)主、进给传动分离。
数控机床的主传动与进给传动采用了各自独立的伺服电机，使传动链变得简单、可靠。
同时各电机既可单独运动，也可实现多轴联动。
这些都是机电一体化总体设计技术和机械设计技术的成功应用。
2.2 自动控制等技术的应用
在数控机床中，主要采用高精度定位控制、速度控制等自动控制技术，来保证数控机床的正常运行。
信息处理技术包括信息的输入、识别、变换、运算、存储及输出，它们大都依靠计算机来进行，因此计算机技术与信息处理技术是密切相关的。
所谓数控机床，其与普通机床的最大区别即在于“数控”，数控就好比给一台机器装上了一个“脑袋”，这是机电一体化应用中最为普遍的一点，同时它也是数控机床的核心。
这部分集合了计算机技术、信号变换技术、软件编程技术等多项机电一体化技术，通过接收操作者通过输入装置输入的加工机电一体化在数控机床中的应用信息，经数控装置的系统软件或逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理后，发出相应的脉冲到伺服系统，以驱动机床。
如广泛应用于数控机床的可编程控制器(PLC)，它主要是接收数控装置的 M、S、T 指令，对其进行译码并转换成相应的控制信号，控制辅助装置完成机床的相应开关动作，同时接收操作面板和机床的 I/O 信号，送给数控装置，经其处理后，输出指令来控制数控装置的工作状态和机床的动作。
数控机床中，计算机与信息处理装置指挥整个产品的运行，信息处理是否准确、及时，直接影响到产品的质量和效率。
2.3 执行与驱动技术的应用
数控机床中的伺服系统主要包括主轴驱动单元、进给驱动单元、主轴电机和进给电机等，完成接收数控装置输出的指令信息，经功率放大后，驱动机床执行机构按规定的路径运动，以加工出符合要求的零件。
伺服驱动技术的主要研究对象是执行元件及其驱动装置。
执行元件一方面通过电气接口与数控装置相连，以接收数控装置的控制指令;另一方面又通过机械接口与机械传动和执行机构相连，以实现规定的动作，因此伺服驱动技术是直接执行操作的技术，对机电一体化产品的动态性能、稳态精度、控制质量等具有决定性的影响。
伺服系统在数控机床中的成功应用，使得数控机床具有较高的精度与稳定性。
2.4 检测与传感技术的应用
在数控机床中测量与反馈是由检测元件和相应的电路组成，它们将检测到的信号反馈至比较电路，经信号比较和信号放大驱动机床，以准确的速度做准确的定位。
这是由于检测与传感技术是机电一体化的关键技术，它主要是将所测得的各种参量如位移、位置、速度、加速度、力、温度、酸度和其他形式的信号灯转换为统一规格的电信号输入到信息处理系统中，并由此产生出相应的控制信号以决定执行机构的运动形式和动作幅度。
传感与检测技术是数控机床不可或缺的一部分，它实现的是数控机床自身的实时监控与检测，保证每一个行动都按照下发的指令去操作，从而有效地保证了机床的正常运行与产品的质量。
结束语
随着经济社会的不断发展和科学技术的更新进步，和微电子技术突飞猛进的发展，计算机本身也发生了巨大变革。
以微型计算机为代表的微电子技术逐步向机械领域渗透并与机械技术有机结合所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品结构、功能、生产方式及管理体系均发生了重大改变，从而使工业生产进入了一个崭新的“机电一体化时代”。
机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。
【2】数控机床维修技术分析
【摘要】随着国内数控机床的迅速发展,数控机床逐步出现故障高发时段。
然而,目前的数控维修工作混乱无序,根本不能适应数控行业快速发展的步伐。
为了使数控维修工作适应现代化制造业的发展,提高数控设备维修质量,那么规范数控维修行业,已经迫在眉睫。
本文通过阐述了数控机床的维修方法,使其具有可利用性、可持续发展性,为规范数控维修行业奠定坚实的基础。
【关键词】数控;机床;维修;技术分析
【中图分类号】TU182【文献标识码】A【文章编号】1674-3954(2011)02-0143-01
随着我国机械加工的快速发展,国内的数控机床也越来越多。
由于数控机床的先进性和故障的不稳定性,大部分故障都是以综合故障形式出现,所以数控机床的维修难度较大,并且数控机床维修工作的不规范,使得数控维修工作处于一种混乱状态,为了规范数控维修工作,提高数控机床的利用价值,本文提出五步到位数控维修法。
一、数控机床维修技术分析
1、故障记录具体
数控机床发生故障时,对于操作人员应首先停止机床,保护现场,并对故障进行尽可能详细的记录,并及时通知维修人员。
(1)故障发生时的情况记录
1)发生故障的机床型号,采用的控制系统型号,系统的软件版本号。
2)故障的现象,发生故障的部位,以及发生故障时机床与控制系统的现象。
3)发生故障时系统所处的操作方式。
4)若故障在自动方式下发生,则应记录发生故障时的加工程序号,出现故障的程序段号,加工时采用的刀具号等。
5)若发生加工精度超差或轮廓误差过大等故障,应记录被加工工件号,并保留不合格工件。
6)在发生故障时,若系统有报警显示,则记录系统的报警显示情况与报警号。
7)记录发生故障时,各坐标轴的位置跟随误差的值。
8)记录发生故障时,各坐标轴的移动速度、移动方向,主轴转速、转向等。
(2)故障发生的频繁程度记录
1)故障发生的时例与周期。
2)故障发生时的环境情况。
3)若为加工零件时发生的故障,则应记录加工同类工件时发生故障的概率情况。
4)检查故障是否与“进给速度”、“换刀方式”或是“螺纹切削”等特殊动作有关。
(3)故障的规律性记录。
(4)故障时的外界条件记录。
2、故障检查方法
维修人员故障维修前,应根据故障现象与故障记录,认真对照系统、机床使用说明书进行各顶检查以便确认故障的原因。
当数控设备出现故障时,首先要搞清故障现象,向操作人员了解第一次出现故障时的情况,在可能的情况下观察故障发生的过程,观察故障是在什么情况下发生的,怎么发生的,引起怎样的后果。
搞清了故障现象,然后根据机床和数控系统的工作原理,就可以很快地确诊并将故障排除,使设备恢复正常使用。
故障检查包括:
(1)机床的工作状况检查。
(2)机床运转情况检查。
(3)机床和系统之间连接情况检查。
(4)CNC装置的外观检查。
维修时应记录检查的原始数据、状态,记录越详细,维修就越方便,用户最好编制一份故障维修记录表,在系统出现故障时,操作者可以根据表的要求及时填入各种原始材料,供维修时参考。
3、故障诊断
故障诊断是进行数控机床维修的第二步,故障诊断是否到位,直接影响着排除故障的快慢,同时也起到预防故障的发生与扩大的作用。
首先维修人员应遵循以下两条原则:
(1)充分调查故障现场。
这是维修人员取得维修第一手材料的一个重要手段。
(2)认真分析故障的原因。
分析故障时,维修人员不应局限于 CNC部分,而是要对机床强电、机械、液压、气动等方面都作详细的检查,并进行综合判断,达到确珍和最终排除故障的目的。
1)直观法。
2)系统自诊断法。
3)参数检查法。
4)功能程序测试法。
5)部件交换法。
6)测量比较法。
7)原理分析法。
8)敲击法。
9)局部升温法。
10)转移法。
除了以上介绍的故障检测方法外,还有插拔法、电压拉偏法、敲击法等等,这些检查方法各有特点,维修人员可以根据不同的现象对故障进行综合分析,缩小故障范围,排除故障。
4、维修方法
在数控机床维修中,维修方法的选择到位不到位直接影响着机床维修的质量,在维修过程中经常使用的维修方法有以下几种:
(1)初始化复位法。
由于瞬时故障引起的系统报警,可用硬件复位或开关系统电源依次来清除故障,若系统工作存贮区由于掉电、拔插线路板或电池欠压造成混乱,则必须对系统进行初始化清除,清除前应注意作好数据拷贝记录,若初始化后故障仍无法排除,则进行硬件诊断。
(2)参数更改,程序更正法。
系统参数是确定系统功能的依据,参数设定错误就可能造成系统的故障或某功能无效。
有时由于用户程序错误亦可造成故障停机,对此可以采用系统搜索功能进行检查,改正所有错误,以确保其正常运行。
(3)调节、最佳化调整法。
调节是一种最简单易行的办法。
通过对电位计的调节,修正系统故障。
(4)备件替换法。
用好的备件替换诊断出坏的线路板,并做相应的初始化启动,使机床迅速投入正常运转,然后将坏板修理或返修,这是目前最常用的排故办法。
(5)改善电源质量法。
目前一般采用稳压电源,来改善电源波动。
对于高频干扰可以采用电容滤波法,通过这些预防性措施来减少电源板的故障。
(6)维修信息跟踪法。
一些大的制造公司根据实际工作中由于设计缺陷造成的偶然故障,不断修改和完善系统软件或硬件。
这些修改以维修信息的形式不断提供给维修人员
(7)修复法。
对数控机床的故障进行恢复性修复、调整、复位行程开关、修复脱焊、断线、修复机械故障等。
5、维修记录到位
维修时应记录、检查的原始数据、状态较多,记录越详细,维修就越方便,用户最好根据本厂的实际清况,编制一份故障维修记录表,在系统出现故障时,操作者可以根据表的要求及时填入各种原始材料,供再维修时参考。
通常维修记录包括以下几方面的内容;(1)现场记录;(2)故障原因;(3)解决方法;(4)遗留的问题;(5)日期和停工的时间;(6)维修人员情况;(7)资料记录。
二、小结
数控机床维修技术的实施,提高重复性故障的维修速度,提高维修者的理论水平和维修能力,有利于分析设备的故障率及可维修性,改进操作规程,提高机床寿命和利用率,并能充分实现资源共享。
使其具有可利用性、可持续发展性,为规范数控维修行业奠定坚实的基础。
参考文献:
[1]孙伟.数控设备故障诊断与维修技术.北京国防工业出版社, 2008.
[2]杨中力.数控机床故障诊断与维修.天津:天津理工大学出版社, 2008.
[3]沈兵,历承兆.数控系统诊断与维修手册.北京机械工业出版社, 2009.
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