時間：2023-12-18 10:04:55
序論：在您撰寫數(shù)控機床筆記時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
關(guān)鍵詞：數(shù)控機床；改造技術(shù)；加工效率；安全水平
在我國，應(yīng)用的數(shù)控機床大多是從國外引進的，我國在數(shù)控機床自主研發(fā)能力方面與國外發(fā)達國家之間仍存在一定的差距。引進國外數(shù)控機床不僅增加了企業(yè)的運營成本，同時也對數(shù)控機床的維修工作提出了更高的要求。在這樣的情況下，工作人員要及時排除數(shù)控機床故障，提升生產(chǎn)效率，就必須從數(shù)控機床的改造工作入手，對其進行優(yōu)化。本文從數(shù)控機床改造的必要性出發(fā)，對其改造技術(shù)要求進行了論述，現(xiàn)作如下總結(jié)。
1改造數(shù)控機床的必要性
1.1可有效提升加工效率
對數(shù)控機床進行改造主要是通過技術(shù)創(chuàng)新與技術(shù)改造的方法，在傳統(tǒng)數(shù)控機床的基礎(chǔ)上對其進行優(yōu)化，突出其使用性能。改造數(shù)控機床后，由之前的工人一人控制1臺變?yōu)橐蝗丝刂?臺。這有利于提高加工效率，節(jié)省人力資源。除此之外，還可以提升加工精度，降低廢品率，對于縮短生產(chǎn)周期、提升企業(yè)經(jīng)濟效益具有重要的促進意義。
1.2可有效提高安全水平
基于當(dāng)前我國機床數(shù)控化程度普遍不高，在安全水平方面也處于相對落后的狀態(tài)，機床在未得到及時改造的情況下，極易在使用過程中發(fā)生安全事故。而對數(shù)控機床進行合理改造后，工作人員可充分遵循人機工程的相關(guān)要求，提升機床的自動化、智能化水平，由此提升數(shù)控機床的安全水平，大幅降低工作人員在操作時與危險部位接觸的概率，進而降低事故發(fā)生率。
1.3可有效提高維修便捷性
如果工作人員對數(shù)控機床設(shè)備缺乏相應(yīng)的了解，便難以判斷其實際性能是否符合實際加工要求，維修的工序也因此變得較復(fù)雜。通過改造數(shù)控機床，工作人員可精確計算機床的實際加工能力，同時，在熟知機床特性的情況下，維修難度也隨之明顯降低，這有助于提升機床的加工效率。通常情況下，對經(jīng)改造后的機床進行適當(dāng)調(diào)試后，便可實現(xiàn)機床的全負荷運轉(zhuǎn)。
1.4可有效降低機床成本
部分大型機床的價格相對較高，導(dǎo)致機床的購置成本難以得到有效降低。這一問題可通過對機床進行數(shù)控改造進行解決。研究表明，對機床進行數(shù)控改造后，所花的費用僅為原機床購置費用的1/3，且可在一定程度上縮短購置時間。除此之外，還可以有效降低機房更新過程中造成的污染排放量和能源消耗量。
2改造數(shù)控機床的相關(guān)技術(shù)要求
對機床進行數(shù)控改造的實質(zhì)就是將普通機床與數(shù)控裝置進行連接，使其充分滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)需求，從而實現(xiàn)生產(chǎn)效益的最大化。在數(shù)控機床改造過程中，除了要確保機床能達到標準的設(shè)計要求外，還要盡可能地發(fā)揮機床的使用性能。為從根本上提高數(shù)控機床的應(yīng)用效能，筆者特對其改造技術(shù)要求作了如下總結(jié)。
2.1滑動導(dǎo)軌副
導(dǎo)軌是數(shù)控機床的重要組成部分，對機床的整體性能具有重要影響。通常情況下，工作人員在改造數(shù)控機床時，要確保其導(dǎo)軌性能與實際改造需求相符，具體要注意以下幾點：
①在導(dǎo)向精度與工藝性方面，應(yīng)與普通車床的基本要求相符；
②應(yīng)具備一定的耐摩擦和耐磨損能力，由此盡可能地減少摩擦阻力，減少致死區(qū)；
③應(yīng)具有一定的剛度，以保障導(dǎo)軌的防護性和度以及產(chǎn)品的加工精度。
2.2滑動絲杠與滾珠絲杠
絲杠會對傳動鏈精度產(chǎn)生直接影響，加工件的精度要求與拖動扭矩要求可對其主要指標產(chǎn)生決定性的影響。在加工件要求較低且原絲杠基本未受磨損的情況下，可將滑動絲杠作為首選。通常情況下，滑動絲杠的等級應(yīng)不小于6級。如果螺母存在間隙過大的現(xiàn)象，就應(yīng)及時更換。滾珠鋼絲具有傳動效率較高、摩擦損失較小、使用壽命相對較長、傳送精度相對較高的特點，可有效降低電機的啟動力矩，滿足對精度要求較高的零件加工需求。與滾珠絲杠相比，滑動絲杠的價格相對較低，但由于其精度也相對較低，因此，對于具有較高精度要求的零件加工，應(yīng)將滾珠絲杠作為首選。
2.3齒輪副
機床的變速箱和主軸箱是齒輪的主要集中點，對傳動精度有著至關(guān)重要的影響。在改造機床的過程中，為進一步提高傳動精度，工作人員應(yīng)在普通機床的基礎(chǔ)上進一步提升齒輪精度，由此實現(xiàn)傳動精度的提升。要保障機床的加工精度，就要確保傳動結(jié)構(gòu)無間隙，同時還要根據(jù)數(shù)控機床的實際要求，對機床的齒輪作出相應(yīng)改造。
2.4安全防護
要從根本上提升數(shù)控機床的改造效果，就要對其安全防護性能進行有效改造。首先，應(yīng)重視滾珠絲杠副的安全防護工作，采取相應(yīng)的措施防止硬砂礫、切屑等塵粒進入滾道當(dāng)中，對元件的精密度產(chǎn)生不良影響；其次，應(yīng)將整體鐵板防護罩加在縱向絲杠上，由此對其形成防護；最后，應(yīng)確保大拖板與滑動導(dǎo)軌接觸兩端面的密封性，防止硬質(zhì)異物進入，對導(dǎo)軌造成損傷。
3結(jié)束語
綜上所述，對機床進行數(shù)控改造是實現(xiàn)機械機械自動化的必經(jīng)環(huán)節(jié)，同時也是實現(xiàn)機床自動化、智能化的有效途徑。在改造數(shù)控機床的過程中，工作人員需充分遵循機床運作的客觀規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上通過創(chuàng)新技術(shù)不斷革新、改造機床，由此實現(xiàn)機床應(yīng)用效率的大幅提升。
參考文獻
［1］韓沖.數(shù)控機床電氣改造問題研究［J］.科技與企業(yè)，2014（08）：269.
［2］周霞瑜.數(shù)控機床維修改造中需要注意的要點探析［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（08）：95.
［3］王小軍.論職業(yè)院校數(shù)控機床升級改造的必要性及改造方法［J］.電子制作，2014（24）：205.
1實施
我院在2010級數(shù)控技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計執(zhí)行時采用上述模式，進行了數(shù)控技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計教學(xué)改革試點。試點選取30名數(shù)控技術(shù)專業(yè)畢業(yè)生進行，分為4組，根據(jù)學(xué)生綜合能力高低每組題目各有差異。第一階段，指導(dǎo)老師根據(jù)學(xué)生情況選題。在試點階段，為了保質(zhì)保量完成教改全過程，除風(fēng)力推料機構(gòu)為我院參加全省機械設(shè)計創(chuàng)新大賽機構(gòu)難度較大外，其他的如裝卸器，槽輪機構(gòu)，大力神杯相對難度都較小。風(fēng)力推料機構(gòu)由15人分別完成葉輪加工，凸輪軸加工，齒輪加工，偏心輪加工，底板、推桿、料筒等部分加工，其余3項目共有15人完成。第二階段，畢業(yè)設(shè)計學(xué)生根據(jù)設(shè)計任務(wù)進行造型、編程、加工、裝配。本階段，由指導(dǎo)老師指導(dǎo)學(xué)生完成料單上報，所需工裝清單；院部進行材料的準備，并由數(shù)控實訓(xùn)中心提供相應(yīng)的工裝，機床；在不影響正常教學(xué)的前提下，畢業(yè)設(shè)計機構(gòu)的加工我們主要安排在課余時間進行，如晚自習(xí)、周末。學(xué)生進行零件工藝設(shè)計、數(shù)據(jù)計算、造型、數(shù)控編程、數(shù)控加工；在整個加工過程中，老師指導(dǎo)學(xué)生選用合適的刀具、夾具、量具、切削用量保證零件的加工精度。最終各小組成員完成零部件加工后，進行裝配。標準件：如軸承、螺釘、螺母、墊片由項目組統(tǒng)一購買；在裝配過程中，出現(xiàn)問題，老師指導(dǎo)學(xué)生進行修正，直至完成機構(gòu)裝配達到預(yù)定目標。第三階段，畢業(yè)設(shè)計資料整理完善。各小組成員根據(jù)自己完成的指定零件進行畢業(yè)設(shè)計資料整理，主要內(nèi)容有零件圖繪制，零件結(jié)構(gòu)分析，工藝規(guī)程設(shè)計，各工序工裝的選擇，各工序切削用量的選擇，數(shù)控加工程序的編制，畢業(yè)設(shè)計總結(jié)幾個部分。本階段不僅僅要對零件進行工藝設(shè)計，更重要的是提高工藝規(guī)程資料的填寫、畢業(yè)設(shè)計文本資料的規(guī)范，通過本階段的總結(jié)，真正實現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計內(nèi)涵的升華，使理論與實踐相結(jié)合，為走上工作崗位做好鋪墊。第四階段，進行畢業(yè)設(shè)計答辯。在答辯過程中我們一改以往提問基礎(chǔ)理論知識的模式，重點讓學(xué)生陳述自己在機構(gòu)加工過程中出現(xiàn)的問題，以及問題的解決方案，真正通過畢業(yè)設(shè)計讓學(xué)生學(xué)會自己動腦、動手解決實際問題。圖1為數(shù)控技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計教學(xué)改革實施流程圖。
2畢業(yè)設(shè)計教改效果
通過2013屆數(shù)控技術(shù)專業(yè)畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計教學(xué)改革試點后座談，學(xué)生普遍反映收獲頗豐，既鞏固了原本所學(xué)的專業(yè)理論知識，同時又加強了數(shù)控編程、加工、裝配等知識的學(xué)習(xí)，尤其對數(shù)控刀具、夾具、量具、切削用量這些知識理解更深刻，還教會了學(xué)生如何處理實際問題，如何獨立解決問題，學(xué)生的積極性很高，效果很好。
3總結(jié)
關(guān)鍵詞：伺服系統(tǒng)；閉環(huán)控制；PID
一、引言
數(shù)控系統(tǒng)中伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計，均要考慮穩(wěn)定性、動態(tài)特性、穩(wěn)態(tài)特性、魯棒性等方面的性能指標。
穩(wěn)定性：這是伺服控制系統(tǒng)設(shè)計的最基本要求?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定性可分為系統(tǒng)內(nèi)部穩(wěn)定性和系統(tǒng)外部的穩(wěn)定性。所謂系統(tǒng)內(nèi)部的穩(wěn)定性即在任意初始狀態(tài)下伺服控制系統(tǒng)都能精準定位；系統(tǒng)外部的穩(wěn)定性即為伺服控制系統(tǒng)有外部干擾時，也能自我調(diào)節(jié)，使得位移和速度達到控制目標。
動態(tài)特性：即系統(tǒng)運行過渡過程的形式和速度，其中包括響應(yīng)速度和超調(diào)量。系統(tǒng)的響應(yīng)速度可用系統(tǒng)過渡過程所經(jīng)歷的時間來表示；而超調(diào)量是指系統(tǒng)的最大振幅度。一般而言，不同的系統(tǒng)對動態(tài)特性會有不同的要求，對于數(shù)控伺服系統(tǒng)而言，響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)跟隨誤差越小，控制精度就越高。
穩(wěn)態(tài)特性：當(dāng)過渡過程結(jié)束后，系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)時，其被控量的穩(wěn)態(tài)值與望值一致性程度。對于任何數(shù)控伺服系統(tǒng)，由于存在著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、外部干擾、以及內(nèi)摩擦等非線性因素的影響，被控量的穩(wěn)態(tài)值與期期望值之間總會有誤差存在，該誤差稱為穩(wěn)態(tài)誤差。穩(wěn)態(tài)誤差是衡量控制系統(tǒng)控制精度的重要標志，有好的穩(wěn)態(tài)誤差補償，伺服系統(tǒng)將獲得良好的位置控制精度和跟蹤速度。
魯棒性：當(dāng)系統(tǒng)的約束條件發(fā)生變化時，系統(tǒng)的功能特性不會受到什么影響。系統(tǒng)的魯棒性好，當(dāng)參數(shù)發(fā)生變化時，系統(tǒng)依然能夠保持其穩(wěn)定性；在過渡過程中，系統(tǒng)的響應(yīng)速度和超調(diào)量基本上不受參數(shù)變化的影響。機床在長期的使用過程中，有機械磨損及其他硬件的變化，伺服系統(tǒng)必須保持加工誤差在一定范圍內(nèi)，因此，魯棒性很重要。
二、PID算法在數(shù)控伺服閉環(huán)控制中應(yīng)用
PID（Proportional Integraland Differential）控制技術(shù)是最早發(fā)展起來的控制策之一，至今已有數(shù)十年歷史。它以算法簡單、魯棒性好、可靠性高、調(diào)整方便等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制中。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。在實際工程應(yīng)用中，根據(jù)需要也可用PI控制和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的偏差，通過比例、積分和微分運算來對控制量進行調(diào)節(jié)的。
數(shù)控伺服閉環(huán)速度控制如圖1所示，在數(shù)控加工中，加工軸雖然隨著負載特性變化而變化，但由于采用了PID控制，可以修正到等于指令速度。
PID控制器作為一種線性控制器，它將速度指令r（t）和反饋的實際速度y（t）進行比較后構(gòu)成控制偏差e（t），再將該偏差按比例（P）、積分（I）和微分（D）通過線性組合構(gòu)成系統(tǒng)控制量u（t）來控制驅(qū)動器，輸出功率控制伺服電機，對電機速度進行精確控制。上述PID控制器的輸出函數(shù)可描述為：
u（t）=Kpe（t）+Ki■e（t）dt+Kd■
三、PID參數(shù)調(diào)試的具體方法
以FANUCOi機床為例，有菜單操作，顯示伺服參數(shù)設(shè)置畫面如圖2所示。
當(dāng)設(shè)置驅(qū)動器為速度模式控制時，在完成對伺服驅(qū)動器參數(shù)的優(yōu)化后，引入控制器對速度環(huán)的作用?？刂破骺烧{(diào)的基本伺服參數(shù)即為比例常數(shù)KP、微分常數(shù)Kd以及積分器Ki?？刂破鳛V波傳遞函數(shù)為：
D（z）=4 ×Kp+■+■
手動調(diào)整PID各項參數(shù)：
第一，確定速度比例增益Kp值。當(dāng)伺服系統(tǒng)安裝畢，必須調(diào)整各項PID參數(shù)，使得系統(tǒng)穩(wěn)定運行?？墒紫日{(diào)整速度比例增益Kp值，因為Kp值是PID參數(shù)中對超調(diào)影響最大，可再調(diào)整之前將積分增益Ki及微分增益Kd設(shè)置為零，接著逐漸加大Kp值，主要考量伺服電機停止時是否有振蕩現(xiàn)象，以此手動方式調(diào)整Kp參數(shù)，觀察電機旋轉(zhuǎn)速度有無明顯忽快忽慢現(xiàn)象。若Kp值加大到產(chǎn)生上述現(xiàn)象時，必須將Kp值降低，減少超調(diào)量，消除振蕩，穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)速度。以此初步確定Kp值。
第二，確定積分增益Ki值。逐漸加大積分增益Ki值，使積分效應(yīng)逐漸產(chǎn)生。由PID控制原理可知，Kp值配合積分效應(yīng)增加到臨界值后會產(chǎn)生振動不穩(wěn)定現(xiàn)象，此時回調(diào)Ki值，消除振蕩現(xiàn)象，穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)速度。此時的Ki值既可為初步確定的參數(shù)值。
第三，調(diào)整微分增益Kd值。微分增益主要目的就是平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)速度，降低超調(diào)量，微分控制也是一種預(yù)先控制，在超調(diào)量發(fā)生之前做適當(dāng)?shù)男Ｕ？芍饾u加大Kd的值，改善速度穩(wěn)定性。
最終，數(shù)控機床伺服閉環(huán)控制速度曲線如圖3所示。
四、總結(jié)
數(shù)控機床伺服閉環(huán)控制系統(tǒng)的調(diào)整主要是針對閉環(huán)控制器的PID參數(shù)增益進行調(diào)整，使得機床工作誤差最小，達到一個最優(yōu)狀態(tài)。其中速度環(huán)的調(diào)整是整個系統(tǒng)調(diào)整中最關(guān)鍵的，也是最難調(diào)整的。通常，在了解伺服增益的限制因素上，先調(diào)整比例增益參數(shù)，再調(diào)試積分參數(shù)，最好調(diào)整微分參數(shù)。對于每個增益參數(shù)的調(diào)整，都是從低慢慢地增加，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定。
參考文獻：
1.包杰,李亮,何寧.基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)微銑削伺服控制的研究[J].機械科學(xué)與技術(shù),2009(9).
關(guān)鍵詞：閉環(huán)控制；數(shù)控機床；PID；應(yīng)用
1引言
在現(xiàn)代化的設(shè)備生產(chǎn)中，數(shù)控機床的應(yīng)用變得越來越廣泛，而且對數(shù)控機床加工精度和速度的要求也越來越高。為了更高精度、更高自動化水平的控制數(shù)控機床的加工，需要在加工過程中加入反饋調(diào)節(jié)，從而對機床加工過程中的誤差因素進行實時調(diào)節(jié)，使誤差不會隨時間的延續(xù)進行累積，即在數(shù)控機床上實施閉環(huán)控制。目前，在數(shù)控機床上應(yīng)用閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)備很多，并且這些機床在加工復(fù)雜精密零件時取得了很好的效果。本文根據(jù)自身實踐經(jīng)驗和理論研究，對閉環(huán)控制在數(shù)控機床中的應(yīng)用理論及具體案例進行了詳細的論述，為閉環(huán)控制在數(shù)控機床中的應(yīng)用和推廣提供了有力的技術(shù)支撐。
2閉環(huán)控制在數(shù)控機床中的應(yīng)用
2.1數(shù)控機床中的閉環(huán)控制特點
在數(shù)控系統(tǒng)中，伺服控制系統(tǒng)必須具備較好的穩(wěn)定性、動態(tài)特性、穩(wěn)態(tài)特性、魯棒性等。在所有的伺服系統(tǒng)中，穩(wěn)定性是其最根本的要求，系統(tǒng)的穩(wěn)定性有兩種重要的作用，一是能自動排除外界對系統(tǒng)的干擾，能在有外部干擾的環(huán)境下，精確調(diào)節(jié)定位，二是自動恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)，不管系統(tǒng)處于什么樣的初始狀態(tài)，都能夠快速準確的進行定位；在閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)中，動態(tài)特性是其最重要的衡量指標，它主要表現(xiàn)在系統(tǒng)的響應(yīng)速度和振幅，在通常狀態(tài)下，系統(tǒng)的最大振幅就表達這系統(tǒng)的控制精度，振幅越小，精度越高，而系統(tǒng)的響應(yīng)速度是影響振幅的重要因素，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的過渡時間就越小，系統(tǒng)的誤差就越小，控制精度也就越高；穩(wěn)態(tài)特性閉環(huán)控制系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)特性，主要是是指控制系統(tǒng)經(jīng)過過渡階段后，進入穩(wěn)定狀態(tài)的情況下，其最終輸出的穩(wěn)態(tài)指與預(yù)期的穩(wěn)定指相符合的程度，通常情況下，伺服閉環(huán)控制系統(tǒng)會因為自身結(jié)構(gòu)、內(nèi)部摩擦力、外界干擾等非線性的因素導(dǎo)致系統(tǒng)的實際的穩(wěn)態(tài)值與期望值存在一定的誤差，這種誤差就是穩(wěn)態(tài)誤差，穩(wěn)態(tài)誤差是衡量閉環(huán)控制精度的重要指標，而通過加入穩(wěn)態(tài)誤差補償，可以有效的調(diào)整伺服控制系統(tǒng)的控制精度和跟蹤速度；魯棒性的主要作用是幫助閉環(huán)控制系統(tǒng)控制誤差，其主要特點是在系統(tǒng)的約束條件發(fā)生變化時，保持系統(tǒng)自身的功能特性不變，即對于具有較好魯棒性特征的閉環(huán)控制系統(tǒng)，即使參數(shù)發(fā)生了變化，控制自身仍有保持穩(wěn)定性不變，系統(tǒng)的響應(yīng)速度和振幅也不會隨參數(shù)變化而變化，如魯棒性好的數(shù)控機床長期使用造成的機械零件磨損不會導(dǎo)致機床自身誤差的增大。
2.2閉環(huán)控制系統(tǒng)中的PID控制技術(shù)
PID控制技術(shù)是閉環(huán)控制中最早發(fā)展起來的一門技術(shù)，它以算法簡單、可靠性高、調(diào)整方便、魯棒性好等優(yōu)點在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，尤其在一些被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有一定的不確定性，沒法得到精確的數(shù)學(xué)模型的情況下，可以采用PID控制技術(shù)依據(jù)現(xiàn)場調(diào)試和經(jīng)驗確定系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。在實際工程應(yīng)用中，也有僅采用PI控制和PD控制的控制系統(tǒng)。PID控制技術(shù)是一種線性調(diào)節(jié)技術(shù)，它將系統(tǒng)的偏差分為比例、積分、微分三類運算對被控量進行具體的調(diào)節(jié)。它對速度的調(diào)節(jié)主要是根據(jù)速度指令（rt）與傳感器反饋的回來的實際y（t）進行比較構(gòu)成控制的偏差e（t），并將此偏差按比例（P）、積分（I）、微分（D）的方式進行線性組合，最終形成控制量u（t）對驅(qū)動器進行控制，從而達到對電機速度的精確控制的目的，具體列公式如下：
2.3閉環(huán)控制系統(tǒng)在數(shù)控機床中的應(yīng)用
在數(shù)控機床的閉環(huán)控制系統(tǒng)中，PID控制技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛。本文以FANCOi機床為例，其控制器的調(diào)試就主要分為比例增益、積分增益、微分增益三個部分，具體調(diào)試過程如下：首選將驅(qū)動器設(shè)置成速度控制模式控制，對便于對伺服驅(qū)動器參數(shù)進行優(yōu)化調(diào)節(jié)。伺服驅(qū)動器的調(diào)節(jié)參數(shù)就是比例常數(shù)Kp、微分參數(shù)Kd和積分參數(shù)Ki，根據(jù)實踐經(jīng)驗和現(xiàn)場控制需要，手動對PID的三項控制常數(shù)進行具體的調(diào)節(jié)。首先，確定速度比例增益常數(shù)Kp的值。當(dāng)閉環(huán)控制系統(tǒng)安裝完畢后，第一步是對比例增益常數(shù)Kp就進行調(diào)節(jié)，因為在三個增益參數(shù)中，比例增益對振幅起到最主要的作用，確定比例參數(shù)的值后，再對積分增益Ki和微分增益Kd進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)比例參數(shù)的方式是在對先將積分增益Ki和微分增益Kd設(shè)置為零，再從零逐漸增加比例參數(shù)Kp的值，觀察伺服電機停止時的振蕩情況以及電機轉(zhuǎn)速的忽快忽慢現(xiàn)象，如果隨著Kp值的增加，系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象，就降低Kp值，消除振蕩，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，從而初步確定Kp的值。在確定Kp的值后，保持Kp不變，從零逐漸增加系統(tǒng)的積分增益常數(shù)Ki的值，觀察積分增益的效應(yīng)現(xiàn)象，當(dāng)積分增益參數(shù)超過臨界值后就會導(dǎo)致控制系統(tǒng)的振動不穩(wěn)定，這時將Ki值進行回調(diào)，消除振蕩，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，此時的Ki值就是初步確定的控制系統(tǒng)參數(shù)。最后，對控制系統(tǒng)的微分增益進行具體的調(diào)節(jié)。微分增益的調(diào)節(jié)可以有效的降低控制系統(tǒng)的振幅，它的主要工作原理是對系統(tǒng)進行預(yù)先控制，就是在系統(tǒng)的振蕩發(fā)生之前對其進行校正，在實際調(diào)節(jié)時，從零開始逐步增加Kd的值，從而改善旋轉(zhuǎn)速度的穩(wěn)定性。
3結(jié)論
本文根據(jù)自身實踐和理論研究，對伺服閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點進行了論述，并對PID控制技術(shù)的原理以及實際生產(chǎn)中的參數(shù)調(diào)節(jié)方法進行了具體的闡述，不僅為閉環(huán)控制技術(shù)在數(shù)控機床中應(yīng)用提供了有力的技術(shù)支撐，也為閉環(huán)控制系統(tǒng)在數(shù)控機床中的推廣應(yīng)用提供了有效的理論依據(jù)。
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機床作為機械制造業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，它的發(fā)展一直引起人們的關(guān)注，由于計算機技術(shù)的興起，促使機床的控制信息出現(xiàn)了質(zhì)的突破，導(dǎo)致了應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)進行柔性自動化控制的新一代機床－數(shù)控機床的誕生和發(fā)展。計算機的出現(xiàn)和應(yīng)用，為人類提供了實現(xiàn)機械加工工藝過程自動化的理想手段。隨著計算機的發(fā)展，數(shù)控機床也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，同時使人們對傳統(tǒng)的機床傳動及結(jié)構(gòu)的概念發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變。數(shù)控機床以其優(yōu)異的性能和精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，并開創(chuàng)機械產(chǎn)品向機電一體化發(fā)展的先河。數(shù)控機床是以數(shù)字化的信息實現(xiàn)機床控制的機電一體化產(chǎn)品，它把刀具和工件之間的相對位置，機床電機的啟動和停止，主軸變速，工件松開和夾緊，刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動作等信息用代碼化的數(shù)字記錄在控制介質(zhì)上，然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計算機，經(jīng)過譯碼，運算，發(fā)出各種指令控制機床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件，加工出所需的工件。數(shù)控機床與普通機床相比，其主要有以下的優(yōu)點：1.適應(yīng)性強，適合加工單件或小批量的復(fù)雜工件；在數(shù)控機床上改變加工工件時，只需重新編制新工件的加工程序，就能實現(xiàn)新工件加工。2.加工精度高；3.生產(chǎn)效率高；4.減輕勞動強度，改善勞動條件；5.良好的經(jīng)濟效益；6.有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。數(shù)控機床已成為我國市場需求的主流產(chǎn)品，需求量逐年激增。我國數(shù)控機機床近幾年在產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)品開發(fā)上取得了明顯的進步，特別是在機床的高速化、多軸化、復(fù)合化、精密化方面進步很大。但是，國產(chǎn)數(shù)控機床與先進國家的同類產(chǎn)品相比，還存在差距，還不能滿足國家建設(shè)的需要。我國是一個機床大國，有三百多萬臺普通機床。但機床的素質(zhì)差，性能落后，單臺機床的平均產(chǎn)值只有先進工業(yè)國家的1/10左右，差距太大，急待改造。舊機床的數(shù)控化改造，顧名思義就是在普通機床上增加微機控制裝置，使其具有一定的自動化能力，以實現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標。隨著數(shù)控機床越來越多的普及應(yīng)用，數(shù)控機床的技術(shù)經(jīng)濟效益為大家所理解。在國內(nèi)工廠的技術(shù)改造中，機床的微機數(shù)控化改造已成為重要方面。許多工廠一面購置數(shù)控機床一面利用數(shù)控、數(shù)顯、PC技術(shù)改造普通機床，并取得了良好的經(jīng)濟效益。我國經(jīng)濟資源有限，國家大，機床需要量大，因此不可能拿出相當(dāng)大的資金去購買新型的數(shù)控機床，而我國的舊機床很多，用經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)改造普通機床，在投資少的情況下，使其既能滿足加工的需要，又能提高機床的自動化程度，比較符合我國的國情。1984年，我國開始生產(chǎn)經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)，并用于改造舊機床。到目前為止，已有很多廠家生產(chǎn)經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)?？梢灶A(yù)料，今后，機床的經(jīng)濟型數(shù)控化改造將迅速發(fā)展和普及。所以說，本畢業(yè)設(shè)計實例具有典型性和實用性。
第二章總體方案的設(shè)計
2.1設(shè)計任務(wù)本設(shè)計任務(wù)是對CA6140普通車床進行數(shù)控改造。利用微機對縱、橫向進給系統(tǒng)進行開環(huán)控制，縱向（Z向）脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖，橫向（X向）脈沖當(dāng)量為0.005mm/脈沖，驅(qū)動元件采用步進電機，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動轉(zhuǎn)位刀架。2.2總體方案的論證對于普通機床的經(jīng)濟型數(shù)控改造，在確定總體設(shè)計方案時，應(yīng)考慮在滿足設(shè)計要求的前提下，對機床的改動應(yīng)盡可能少，以降低成本。（1）數(shù)控系統(tǒng)運動方式的確定數(shù)控系統(tǒng)按運動方式可分為點位控制系統(tǒng)、點位直線控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。由于要求CA6140車床加工復(fù)雜輪廓零件，所以本微機數(shù)控系統(tǒng)采用兩軸聯(lián)動連續(xù)控制系統(tǒng)。（2）伺服進給系統(tǒng)的改造設(shè)計數(shù)控機床的伺服進給系統(tǒng)有開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。因為開環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計制造容易、控制精度較好、容易調(diào)試、價格便宜、使用維修方便等優(yōu)點。所以，本設(shè)計決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。（3）數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計任何一個數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，性能的好壞直接影響整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效地運行。在設(shè)計的數(shù)控裝置中，CPU的選擇是關(guān)鍵，選擇CPU應(yīng)考慮以下要素：1.時鐘頻率和字長與被控對象的運動速度和精度密切相關(guān)；2.可擴展存儲器的容量與數(shù)控功能的強弱相關(guān)；3.I/O口擴展的能力與對外設(shè)控制的能力相關(guān)。除此之外，還應(yīng)根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用場合、控制對象以及各種性能、參數(shù)要求等，綜合起來考慮以確定CPU。在我國，普通機床數(shù)控改造方面應(yīng)用較普遍的是Z80CPU和MCS-51系列單片機，主要是因為它們的配套芯片便宜，普及性、通用性強，制造和維修方便，完全能滿足經(jīng)濟型數(shù)控機床的改造需要。本設(shè)計中是以MCS-51系列單片機，51系列相對48系列指令更豐富，相對96系列價格更便宜，51系列中，是無ROM的8051，8751是用EPROM代替ROM的8051。目前，工控機中應(yīng)用最多的是8031單片機。本設(shè)計以8031芯片為核心，增加存儲器擴展電路、接口和面板操作開關(guān)組成的控制系統(tǒng)。2.3總體方案的確定經(jīng)總體設(shè)計方案的論證后，確定的CA6140車床經(jīng)濟型數(shù)控改造示意圖如圖所示。CA6140車床的主軸轉(zhuǎn)速部分保留原機床的功能，即手動變速。車床的縱向（Z軸）和橫向（X軸）進給運動采用步進電機驅(qū)動。由8031單片機組成微機作為數(shù)控裝置的核心，由I/O接口、環(huán)形分配器與功率放大器一起控制步進電機轉(zhuǎn)動，經(jīng)齒輪減速后帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)車床的縱向、橫向進給運動。刀架改成由微機控制的經(jīng)電機驅(qū)動的自動控制的自動轉(zhuǎn)位刀架。為保持切削螺紋的功能，必須安裝主軸脈沖發(fā)生器，為此采用主軸靠同步齒形帶使脈沖發(fā)生器同步旋轉(zhuǎn)，發(fā)出兩路信號：每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖個數(shù)和一個同步信號，經(jīng)隔離電路以及I/O接口送給微機。如圖2－1所示：
第三章微機數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計
3.1微機數(shù)控系統(tǒng)硬件電路總體方案設(shè)計本系統(tǒng)選用8031CPU作為數(shù)控系統(tǒng)的中央處理機。外接一片2764EPROM，作為監(jiān)控程序的程序存儲器和存放常用零件的加工程序。再選用一片6264RAM用于存放需要隨機修改的零件程序、工作參數(shù)。采用譯碼法對擴展芯片進行尋址，采用74LS138譯碼器完成此功能。8279作為系統(tǒng)的輸入輸出口擴展，分別接鍵盤的輸入、輸出顯示，8255接步進電機的環(huán)形分配器，分別并行控制X軸和Z軸的步進電機。另外，還要考慮機床與單片機之間的光電隔離，功率放大電路等。8031芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖各引腳功能簡要介紹如下：⒈源引腳VSS：電源接地端。VCC：＋5V電源端。⒉輸入/輸出（I/O）口線8031單片機有P0、P1、P2、P34個端口，每個端口8根I/O線。當(dāng)系統(tǒng)擴展外部存儲器時，P0口用來輸出低8位并行數(shù)據(jù)，P2口用來輸出高8位地址，P3口除可作為一個8位準雙向并行口外，還具有第二功能，各引腳第二功能定義如下：P3.0RXD：串行數(shù)據(jù)輸入端。P3.1TXD：串行數(shù)據(jù)輸出端P3.2INT0：外部中斷0請求信號輸入端。P3.3INT1：外部中斷1請求信號輸入端。P3.4T0：定時器/計數(shù)器0外部輸入端P3.5T1：定時器/計數(shù)器1外部輸入端P3.6WR：外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通。P3.7RD：外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通。在進行第二功能操作前，對第二功能的輸出鎖存器必須由程序置1。⒊信號控制線RST/VPD：RST為復(fù)位信號線輸入引腳，在時鐘電路工作以后，該引腳上出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平，完成一次復(fù)位操作。8031單片機采用兩種復(fù)位方式：一種是加電自動復(fù)位，另一種為開關(guān)復(fù)位。ALE/PROG：ALE是地址鎖存允許信號。它的作用是把CPU從P0口分時送出的低8位地址鎖存在一個外加的鎖存器中。外部程序存儲器讀選通信號。當(dāng)其為低電平時有效。
VPP：當(dāng)EA為高電平且PC值小于0FFFH時CPU執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的程序。當(dāng)EA為低電平時，CPU僅執(zhí)行外部程序存儲器中的程序。XTAL1：震蕩器的反相放大器輸入，使用外部震蕩器時必須接地；XTAL2：震蕩器的反相放大器輸出，使用外部震蕩器時，接收震蕩信號；（2）片外三總線結(jié)構(gòu)單片機在實際應(yīng)用中，常常要擴展外部存儲器、I/O口等。單片機的引腳，除了電源、復(fù)位、時鐘輸入以及用戶I/O口外，其余的引腳都是為了實現(xiàn)系統(tǒng)擴展而設(shè)置的，這些引腳構(gòu)成了三總線形式：⒈地址總線AB地址總線寬度為16位。因此，外部存儲器直接尋址范圍為64KB。由P0口經(jīng)地址鎖存器提供16位地址總線的低8位地址（A7～A0），P2口直接提供高8位地址（A15～A8）。⒉數(shù)據(jù)總線DB數(shù)據(jù)總線寬度為8位，由P0口提供。⒊控制總線CB控制總線由第二功能狀態(tài)下的P3口和4根獨立的控制線RST、EA、ALE和PSEN組成。其引腳圖如圖3－3所示：3.1.28255A可編程并行I/O口擴展芯片8255A可編程并行I/O口擴展芯片可以直接與MCS系列單片機系統(tǒng)總線連接，它具有三個8位的并行I/O口，具有三種工作方式，通過編程能夠方便地采用無條件傳送、查詢傳送或中斷傳送方式完成CPU與設(shè)備之間的信息交換。8255A的結(jié)構(gòu)及引腳功能：1、8255A的結(jié)構(gòu)8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3－4所示。其中包括三個8位并行數(shù)據(jù)I/O端口，二個工作方式控制電路，一個讀/寫控制邏輯電路和一個8位數(shù)據(jù)總線緩沖器。各部分功能介紹如下：（1）三個8位并行I/O端口A、B、CA口：具有一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器?？删幊虨?位輸入、或8位輸出、或8位雙向寄存器。B口：具有一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個8位輸入或輸出寄存器，但不能雙向輸入/輸出。C口：具有一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器，C口可分作兩個4位口，用于輸入或輸出，也可作為A口和B口選通方式工作時的狀態(tài)控制信號。（2）工作方式控制電路A、B兩組控制電路把三個端口分成A、B兩組，A組控制A口各位和C口高四位，B組控制B口各位和C口低四位。兩組控制電路各有一個控制命令寄存器，用來接收由CPU寫入的控制字，以決定兩組端口的工作方式。也可根據(jù)控制字的要求對C口按位清“0”或置“1”。（3）讀/寫控制邏輯電路它接收來自CPU的地址信號及一些控制信號，控制各個口的工作狀態(tài)。（4）數(shù)據(jù)總線緩沖器它是一個三態(tài)雙向緩沖器，用于和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線直接相連，以實現(xiàn)CPU和8255A之間信息的傳送。
摘要：針對現(xiàn)有常規(guī)CA6140普遍車床的缺點提出數(shù)控改裝方案和單片機系統(tǒng)設(shè)計，提高加工精度和擴大機床使用范圍，并提高生產(chǎn)率。本論文說明了普通車床的數(shù)90控化改造的設(shè)計過程，較詳盡地介紹了CA6140機械改造部分的設(shè)計及數(shù)控系統(tǒng)部分的設(shè)計。采用以8031為CPU的控制系統(tǒng)對信號進行處理，由I/O接口輸出步進脈沖，經(jīng)一級齒輪傳動減速后，帶動滾動絲杠轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)縱向、橫向的進給運動。
關(guān)鍵詞：數(shù)控機床，單片機數(shù)控系統(tǒng)，改裝設(shè)計
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關(guān)鍵詞：傳統(tǒng)機床 數(shù)控化改造 必要性 特點 步驟
隨著制造業(yè)現(xiàn)代化水平的不斷提高，機床數(shù)控化率相應(yīng)提高。利用電子技術(shù)和計算機技術(shù)對車床進行數(shù)控化改造，對提高生產(chǎn)效率、保證加工質(zhì)量、進一步提高車床設(shè)備的先進性，不僅具有可行性，還具有經(jīng)濟性。本文就車床的數(shù)控化改造談幾點看法。
一、車床數(shù)控化改造的必要性
數(shù)控機床與傳統(tǒng)機床相比有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均與計算機有關(guān)。
一是數(shù)控機床可以加工出傳統(tǒng)機床不能加工的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。由于計算機有高超的運算能力，可以準確地計算出每個坐標軸瞬時應(yīng)該運動的運動量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。
二是數(shù)控機床可以實現(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化，相比傳統(tǒng)機床效率提高了3～7倍。計算機有記憶和存儲功能，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實現(xiàn)自動化。數(shù)控機床只要更改一個程序，就可以實現(xiàn)另一個工件加工的自動化，從而使單件和小批量生產(chǎn)得以自動化，故被稱作實現(xiàn)了“柔性自動化”。
三是數(shù)控機床加工的零件精度高，尺寸分散度小，裝配容易，不再需要修配。
四是數(shù)控機床可實現(xiàn)多工序的集中，減小零件在機床間的搬運頻率。
五是數(shù)控機床擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自律功能，因而加工可實現(xiàn)長時間無人看管。
由于數(shù)控機床具有以上五大優(yōu)越性，因此大大降低了工人的勞動強度，節(jié)省了勞動力，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應(yīng)。此外，機床數(shù)控化還是推行FMC（柔性制造單元）、FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。
從宏觀上看，大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機床的本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（包括軍、民機械工業(yè)）進行技術(shù)改造。除在制造過程中采用數(shù)控機床、FMC、FMS外，還在產(chǎn)品中開發(fā)CAD、CAE、虛擬制造，在生產(chǎn)管理中推行MIS（管理系統(tǒng)）、CIMS等，在生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)包括人工智能等，最終使得產(chǎn)品在國際軍品和民品市場上的競爭力大為增強。我國機床擁有量中數(shù)控機床的比例（數(shù)控化率）還比較低，因此每年都需進口大量機電產(chǎn)品。這也就從宏觀上再次說明了機床數(shù)控化改造的必要性。
二、車床數(shù)控化改造的特點
與發(fā)達國家相比，目前我國車床主要是臥式車床，型號陳舊，技術(shù)水平落后，嚴重制約了生產(chǎn)的發(fā)展。采用先進的數(shù)控車床，已經(jīng)成為當(dāng)今世界制造業(yè)的發(fā)展趨勢。鑒于國內(nèi)制造業(yè)中普通機床的占有率較高，提高車床數(shù)控化率有兩個可行的途徑，一是購置新的數(shù)控車床，二是把臥式車床改裝成數(shù)控車床。
花大量的資金更換全新的數(shù)控車床，給企業(yè)造成的經(jīng)濟負擔(dān)較大，同時報廢大量的普通車床也是很大的浪費。因此，各個企業(yè)可根據(jù)自身的情況，酌情提高車床的數(shù)控化率，可以購置一批精度高、性能強的數(shù)控車床，或數(shù)控化改造一批尚有一定精度的臥式車床。
1.臥式車床數(shù)控化改造的特點
（1）車床改造針對性強，能滿足生產(chǎn)的要求。因為車床的改造方案是根據(jù)原機床中存在的問題提出的，要改哪些地方、改到什么程度都要有的放矢，能與生產(chǎn)結(jié)合，可以直接將科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，企業(yè)有積極性。
（2）車床改造可以充分利用原車床的絕大部分零、部件，大大節(jié)約原材料和資金，見效快，改造周期短，可滿足生產(chǎn)急需。因為舊車床數(shù)控化改造中，大部分床身、立柱等基礎(chǔ)件和許多傳動部分都不需更換，費用只有購買新車床費用的l/15～1/10，工期大大縮短，節(jié)約了成本。
（3）改造后的車床性能穩(wěn)定可靠，車床應(yīng)用范圍得到擴大，能適應(yīng)多品種、小批量零件的生產(chǎn)。因為車床的大型構(gòu)件一般是鑄鐵制成的，而鑄鐵件年代越久時效越充分，精度比新鑄件更加穩(wěn)定。改造不需要改變支撐類大型構(gòu)件，只需修復(fù)或更換中小型部件就可以獲得與新車床類似的效果。改造后的車床功能有較大的提高，除了保有原有功能外，還可以滿足各種復(fù)雜型面類零件的加工要求，擴大了車床的應(yīng)用范圍。
（4）經(jīng)過數(shù)控化改造，可以有效提高工件加工精度和生產(chǎn)效率。改造依據(jù)了生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展要求，及時提高了生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平和效率，提高了設(shè)備質(zhì)量。
（5）可以充分發(fā)揮企業(yè)現(xiàn)有技術(shù)力量的作用，調(diào)動技術(shù)人員的積極性，同時對工人技術(shù)水平的要求也不會太高。
（6）在改造期間，通過拆解舊車床、裝配新的零部件等改造過程，間接培養(yǎng)了數(shù)控人才，讓其對機床的特性有更詳細的了解，從而縮短了操作使用和維護方面的培訓(xùn)時間，見效快。
2.車床數(shù)控化改造的成效
通過車床數(shù)控化改造，可以使其具有如下優(yōu)點：可以加工出臥式車床加工不了的曲線、曲面等復(fù)雜零件；可以實現(xiàn)加工柔性自動化，效率比靠凸輪或擋塊等實現(xiàn)模擬自動化的機床高3.7倍；加工精度高，尺寸分散度小，易于裝配；可實現(xiàn)多工序集中加工，提高了加工精度，同時減小了被加工零件在機床間的搬運頻率；擁有自動補償?shù)榷喾N功能，簡化了傳統(tǒng)機床加工工藝中的工序，機床利用率得以大幅提高；若購置一臺新的數(shù)控機床，國產(chǎn)數(shù)控機床價格也要10萬元，進口設(shè)備的價格更高，而對臥式車床進行數(shù)控化改造也能滿足實際生產(chǎn)的需要，改造的成本只要2萬～3萬元；由于采用了自動化加工技術(shù)，可以大大降低操作者的勞動強度，減少廢品率，提高工作效率。
三、車床數(shù)控化改造的基本步驟
1.設(shè)計總體改造方案
數(shù)控機床由機床、數(shù)控系統(tǒng)和設(shè)備三部分組成。臥式車床改造的目的是利用數(shù)控系統(tǒng)控制原有車床自動完成機械加工任務(wù)，提高車床的加工精度和生產(chǎn)率。
在考慮經(jīng)濟型數(shù)控機床改造的具體方案時，所遵循的原則是，在滿足需要的前提下，對原有車床盡可能減少改動量，以降低改造成本。改造中需要解決的問題是：增加數(shù)控裝置，設(shè)計微機控制裝置或選用經(jīng)濟型的數(shù)控系統(tǒng)；將現(xiàn)有機械傳動的進給控制裝置改造成數(shù)控控制的無級自動變速的進給系統(tǒng)；將絲杠換成滾珠絲杠，提高傳動精度；把手動控制的刀架轉(zhuǎn)位裝置改造成數(shù)控裝置控制的自動轉(zhuǎn)位刀架；加裝脈沖編碼器，實現(xiàn)螺紋的自動切削。若對改造后機床的要求較高，則要改造主軸，重新設(shè)計主軸箱，使用主軸伺服電動機或電主軸。
2.數(shù)控化改造項目
（1）控制系統(tǒng)的選定。目前市場上數(shù)控系統(tǒng)的類型比較多，選擇前首先應(yīng)對擬改造的臥式車床的功能有一個充分的了解，可按照價格合理、技術(shù)先進、服務(wù)方便的原則選擇微機系統(tǒng)式數(shù)控系統(tǒng)。若選擇微機系統(tǒng)，需要完成軟、硬件的設(shè)計，即要完成X軸、Z軸的進給控制。分別完成X、Z向的插補運動，可實現(xiàn)車削端面、外圓、任意錐度圓弧面、球面等加工。為了能夠加工螺紋，配用主軸同步脈沖傳感器，可加工導(dǎo)程在6mm以下的螺紋工件。整個系統(tǒng)屬于開環(huán)控制，結(jié)構(gòu)簡單，驅(qū)動力大，成本較低，抗干擾性能強，能很好地滿足生產(chǎn)的需要，但是設(shè)計工作量大，系統(tǒng)穩(wěn)定性不高。
另外，還可以根據(jù)實際情況選擇經(jīng)濟型車床的數(shù)控系統(tǒng)，調(diào)制、安裝簡單，可靠性較高，價格較貴。
（2）機械部分的改造。
①滑動導(dǎo)軌副。對數(shù)控車床來說，導(dǎo)軌除了應(yīng)該具有臥式車床導(dǎo)軌的精度和工藝性外，還要有良好的耐磨性，并減少因摩擦力而致死區(qū)。同時還要有足夠的剛度，以減少導(dǎo)軌變形對加工精度的影響，要有合理的導(dǎo)軌防護和。一般臥式車床的導(dǎo)軌材料為HT200，機床改造時可在原床鞍下滑面經(jīng)機械加工后貼一層聚四氟乙烯軟帶。聚四氟乙烯軟帶與鑄鐵配合時，具有良好的減磨性能，動摩擦因數(shù)約為鑄鐵的1/8～1/3，能有效地防止機床的爬行。此外，床鞍與床身、中滑板與小滑板應(yīng)接觸均勻，接觸面積不應(yīng)小于70%，接觸點數(shù)不應(yīng)小于10點/cm2，這是保證加工精度和尺寸一致性的關(guān)鍵之一。
②絲杠傳動副。一般數(shù)控車床或數(shù)控系統(tǒng)要求采用滾珠絲杠副傳動，目的是為了提高機床的進給精度，減小傳動副的摩擦阻力。根據(jù)JB/T 2886—2008絲杠精度標準可知，滾珠絲杠分為九級。臥式車床使用的是7級精度的滑動絲杠。將3級精度的滾珠絲杠與7級精度的滑動絲杠比較，從精度來講，二者的差異并不大，因此建議選用3級滾珠絲杠來替換原有絲杠。這樣的好處是傳動速度快，反向靈敏，精度較高，所需轉(zhuǎn)矩小。
③拖板系統(tǒng)。拖板的運動是數(shù)控系統(tǒng)直接控制的對象，不論是點位控制還是連續(xù)控制。被加工零件的最后坐標精度將受拖板運動精度、靈敏度和穩(wěn)定性的影響，尤其是用步進電動機作為拖動元件的開環(huán)系統(tǒng)更是如此。因為數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令僅使拖板運動，而沒有位置檢測和反饋，故實際移動值和系統(tǒng)指令值的差別造成加工誤差。因此，除了床鞍、中滑板（小滑板已被取消）配合精度要求較高外，在傳動裝置的布局上還應(yīng)采用減速齒輪箱來提高傳動轉(zhuǎn)矩和傳動精度（分辨率為0.01mm）。
④主軸同步傳感器。主軸同步傳感器的作用就是傳遞信息給數(shù)控裝置，保持主軸的速度和刀架進給量一致。安裝時要求機床主軸轉(zhuǎn)一圈，傳感器也要轉(zhuǎn)一圈，這樣才能保證發(fā)給數(shù)控裝置的信號準確，車削螺紋時不亂扣。
關(guān)鍵詞：數(shù)控機床故障模式對比分析
故障模式分析是隸屬于機械行業(yè)可靠性研究中的一項重要組成部分，它同時也為目標物體設(shè)計與改進的提供重要的措施與方法?，F(xiàn)有模式下最常見的故障分析方法有兩種：功能樹結(jié)構(gòu)分析、故障發(fā)生頻率統(tǒng)計分析。這兩種分析方法的運作原理都是根據(jù)整機分析，對子系統(tǒng)具體化研究。
一、國產(chǎn)數(shù)控機床的故障模式分析
當(dāng)前在數(shù)控機床這一行業(yè)方面，其研究存在一些故障與誤區(qū)。這些都會導(dǎo)致
國產(chǎn)數(shù)控機床的發(fā)展速度明顯低于同類外國產(chǎn)品。因此，工作人員必須及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生這些故障并加以處理分析。具體來說主要步驟有以下幾個方面。
（一）現(xiàn)場試驗與跟蹤。由于現(xiàn)有的國產(chǎn)數(shù)控機床大多體形較大、制造成本較昂貴并且運作條件中的不確定因素多，因此許多故障缺陷只有在實際投入使用后才會顯現(xiàn)出來。數(shù)控機床的可靠性強調(diào)的是實際運作中的功能維持性。因此，只有通過現(xiàn)場操作中顯現(xiàn)出的故障才能夠真實的反映數(shù)控機床的缺陷與不足。我國現(xiàn)有技術(shù)支持下多采用現(xiàn)場試驗與跟蹤法對故障信息采集歸納。
這種方式下要求工作人員要針對數(shù)控機床的每一輪班班次填寫記錄表，登記對應(yīng)機床的運行時間、整體情況，涉及到發(fā)生故障的機床要詳細說明故障時間、部位、原因等，為后續(xù)故障分析工作提供有力佐證。
（二）故障部位具體分析。在實驗過程中需要將目標數(shù)控機床依照一定的規(guī)律劃分為各類子系統(tǒng)，統(tǒng)計出其中發(fā)生故障現(xiàn)象的子系統(tǒng)與每個子系統(tǒng)的故障頻率。將得到的所有數(shù)據(jù)制成表格進行整體與系統(tǒng)的分析工作。
（三）故障模式的分布。故障或缺陷是通過故障模式來表現(xiàn)的。這是相對于既定的功能、故障產(chǎn)品的一種狀態(tài)。判定一種故障模式是否值得引起相關(guān)工作人員重視的關(guān)鍵在于這種故障會造成的后果與其出現(xiàn)的概率。對數(shù)控機床的故障模式分析，同樣也是要依據(jù)它的故障表現(xiàn)形式與出現(xiàn)概率。對于有研究價值的那一部分故障要深層次的分析。
依據(jù)數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)、功能與表現(xiàn)形式的不同，故障模式可以分為松動型、失調(diào)型、堵塞（滲漏）型、功能型、狀態(tài)型、損壞型、工藝型與其他型。實驗過程中需要判定具體故障分屬的類目并對其進行具體分析。
（四）故障原因的分析。大多數(shù)的故障原因多是按照物理性質(zhì)來分類的，如元件松動、零配件斷裂等。但這種物理原因并不能直觀的反映數(shù)控機床在設(shè)計、制造、檢修、裝配以及使用過程中潛在的隱患。工作人員經(jīng)過長期研究發(fā)現(xiàn)只有對這一部分國產(chǎn)數(shù)控機床按照生命周期來分類，才能夠探求到真正潛在的故障隱患。
（五）故障危害度分析。對某一類故障模式所帶來的后果與這種模式發(fā)生頻率的整體性綜合考量稱為危害度。對故障模式的可靠性分析不僅能夠如實的記錄每種故障的出現(xiàn)次數(shù)與頻率，還能夠進一步反映出這些故障模式對國產(chǎn)數(shù)控機床的危害度。因此，現(xiàn)有技術(shù)條件下，工作人員主要將其應(yīng)用于衡定每一項國產(chǎn)數(shù)控機床故障模式危害等級與元部件故障率的綜合指標。
其中我們假設(shè)零部件x由于故障模式y(tǒng)的作用發(fā)生故障，引起這部分零部件發(fā)生的故障危害程度為CRxy，那么這三者間的關(guān)系可以表述為：CRxy=αxyβxyλxy。工作人員可以根據(jù)這一公式從理論上延伸，為整個數(shù)控機床故障危害程度研究工作帶來便捷。
二、國外數(shù)控機床的故障模式分析
近些年以來，隨著發(fā)達國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展更新節(jié)奏不斷加快，國外數(shù)控機床也在不斷更新之中。因此也就更容易顯現(xiàn)出機器本身存在的缺陷與故障。其中德國研制的數(shù)控機床則一直處于世界先進水平。
這兩種數(shù)控機床常常在實際工作中被應(yīng)用在同一生產(chǎn)線上，它們工作的連貫性、硬件條件、操作背景甚至使用人員都保持一致。這樣可以有效的保證對比分析工作的公平、公正性。
與國產(chǎn)數(shù)控機床的故障模式分析一樣，國外的數(shù)控機床也需要通過現(xiàn)場試驗與跟蹤、故障模式的分布、故障部位具體分析、故障原因的分析、故障危害度分析這五大方面來進行考量。
三、兩大類數(shù)控機床的故障模式對比分析
隨著科技不斷的進步，工作人員對數(shù)控機床故障分析方面的工作重視程度也在不斷提高，但始終只關(guān)注在可靠性方面的評估，有關(guān)于故障模式、機理的理論分析工作還不充分，尤其是關(guān)于國產(chǎn)數(shù)控機床與外國產(chǎn)數(shù)控機床的對比研究工作幾乎沒有記錄。因此，工作人員現(xiàn)階段工作的重心就是選擇具有代表性的外國產(chǎn)數(shù)控機床與國產(chǎn)數(shù)控機床同時進行現(xiàn)場試驗與跟蹤，通過一定的方式與方法，找到造成國內(nèi)外數(shù)控機床發(fā)展不均衡的故障原因，并加以借鑒改正，以促進國產(chǎn)數(shù)控機床的健康發(fā)展。具體而言，兩大類機床的不同點主要體現(xiàn)在這幾個方面。
（一）故障模式的不同。我們已經(jīng)知道故障模式大多可以分為松動型、失調(diào)型、堵塞（滲漏）型、功能型、狀態(tài)型、損壞型、工藝型與其他型這類。外國產(chǎn)的數(shù)控機床故障模式主要集中在損壞型、功能型、失調(diào)型這三種；而國產(chǎn)的數(shù)控機床在交付使用者使用之后，這類故障模式都會逐漸的顯現(xiàn)出來，并且涵蓋了數(shù)控機床的所有子系統(tǒng)。
（二）故障率的不同。經(jīng)過長期的現(xiàn)場試驗與跟蹤，工作人員發(fā)現(xiàn)，在數(shù)控機床與相同環(huán)境中長時間使用時，國產(chǎn)數(shù)控機床發(fā)生故障的次數(shù)與頻率都要明顯高于外國產(chǎn)數(shù)控機床，特別值得注意的是國產(chǎn)數(shù)控機床的故障原因中還包含這相當(dāng)大一部分的人為因素。
（三）造成故障的原因不同。通過對調(diào)查研究數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析，工作人員發(fā)現(xiàn)在眾多的故障缺陷中，國外產(chǎn)數(shù)控機床的故障原因均為偶發(fā)因素；而國產(chǎn)的數(shù)控機床則是由外購零配件質(zhì)量原因、安裝調(diào)配技術(shù)原因、制造設(shè)計理念原因造成的。并且這些因素會使早期故障帶到用戶中，甚至嚴重影響數(shù)控機床制造商的聲譽。
總而言之，本文通過對國產(chǎn)數(shù)控機床與外國產(chǎn)數(shù)控機床在故障模式與危害度方面的影響狀況進行了有力的對比與分析，正確揭示了國內(nèi)外產(chǎn)的兩大類數(shù)控機床在故障量、故障率、故障分布、故障模式影響以及故障帶來的危害度這五大方面的差異，并且及時發(fā)現(xiàn)了國產(chǎn)數(shù)控機床常見的故障部位與表現(xiàn)形式，指出了國內(nèi)外產(chǎn)兩大類機床故障方面極大差異的產(chǎn)生原因，努力為國產(chǎn)數(shù)控機床及時研發(fā)相應(yīng)的改進措施，促進其快速、穩(wěn)定、健康的發(fā)展。
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