几种数控系统的分析与研究
数控机床直线电机进给伺服系统的动态特性分析与研究
数控机床直线电机进给伺服系统的动态特性分析与研究1. 数控机床直线电机进给伺服系统概述随着科技的不断发展，数控机床在工业生产中扮演着越来越重要的角色。
为了提高数控机床的加工精度和效率，近年多的研究者开始关注直线电机进给伺服系统的研究与应用。
直线电机进给伺服系统是一种采用直线电机作为驱动源的高精度、高速度、高可靠性的伺服系统，广泛应用于数控机床、机器人、自动化生产线等领域。
直线电机进给伺服系统具有很多优点，如结构简单、体积小、重量轻、响应速度快、转矩大等。
这些优点使得直线电机进给伺服系统在数控机床中的应用越来越广泛。
由于直线电机本身的特点以及伺服系统的复杂性，对其进行动态特性分析与研究具有很大的挑战性。
本文将对数控机床直线电机进给伺服系统的动态特性进行深入研究，以期为实际应用提供理论依据和技术支撑。
1.1 研究背景随着现代制造业的快速发展，数控机床在各个领域的应用越来越广泛。
数控机床的性能和精度对于提高产品质量、降低生产成本具有重要意义。
直线电机进给伺服系统作为数控机床的关键部件之一，其动态特性直接影响到数控机床的加工精度、速度和稳定性。
研究数控机床直线电机进给伺服系统的动态特性，对于提高数控机床的整体性能具有重要的现实意义。
传统的数控机床进给伺服系统主要采用步进电机驱动，虽然在一定程度上满足了加工需求，但其动态特性较差，如速度响应慢、加速度范围窄、负载能力有限等。
这些问题限制了数控机床在高速、高精度加工方面的应用。
随着直线电机技术的不断发展，直线电机进给伺服系统逐渐成为数控机床领域的研究热点。
直线电机具有功率密度高、加速度响应快、速度快、转矩大等优点，可以有效提高数控机床的性能。
由于直线电机进给伺服系统涉及到多个学科领域，如电机学、控制理论、机械设计等，因此对其动态特性的研究具有较高的难度。
本论文旨在对数控机床直线电机进给伺服系统的动态特性进行分析与研究，以期为提高数控机床的性能和稳定性提供理论依据。
基于云边协同的智能数控车间自调控系统研究与实现
基于云边协同的智能数控车间自调控系统研究与实现在数字化浪潮中，制造业的转型升级成为必然趋势。
智能数控车间作为智能制造的核心组成部分，其自调控系统的研究和实现显得尤为重要。
本文旨在探讨基于云边协同的智能数控车间自调控系统的研究与实现路径，为制造业的智能化发展提供新的思路和方向。
首先，我们需要明确什么是“云边协同”。
在这个比喻中，“云”指的是云计算平台，它如同天空中的云彩，汇聚着海量的数据和强大的计算能力；而“边”则指的是边缘计算设备，它们如同地面上的树木，扎根于生产一线，实时感知和处理数据。
云边协同就是将云计算的强大能力和边缘计算的实时性相结合，形成一种高效的数据处理和应用模式。
在智能数控车间中，云边协同的应用可以带来显著的优势。
通过边缘计算设备对车间内的机床、机器人等设备进行实时监控和数据采集，再将数据上传至云端进行分析和处理，可以实现对生产过程的精准控制和优化调度。
这种模式就像给车间装上了一双“千里眼”和一对“顺风耳”，让管理者能够随时掌握生产动态，做出及时的决策。
然而，要实现这一目标并非易事。
我们需要面对诸多挑战和问题。
首先是数据的采集和传输问题。
在车间内，各种设备产生的数据量巨大且复杂，如何确保数据的完整性和准确性是一个难题。
同时，数据传输过程中的安全性和稳定性也需要得到保障。
其次是数据分析和处理的问题。
云端虽然拥有强大的计算能力，但面对海量的数据仍然显得力不从心。
如何提高数据处理的效率和准确性是另一个需要解决的问题。
针对这些问题，我们可以采取以下措施加以解决。
一是加强边缘计算设备的研发投入，提高其数据采集和处理的能力；二是优化数据传输网络，确保数据的安全和稳定传输；三是利用人工智能等先进技术对云端的数据处理进行智能化改造，提高处理效率和准确性。
除了上述技术层面的措施外，我们还需要从管理层面进行改革和创新。
例如，建立完善的数据管理体系，规范数据的采集、传输和使用流程；加强跨部门、跨领域的合作与交流，形成合力推动智能数控车间的发展；注重人才培养和引进，为智能数控车间的发展提供有力的人才支持。
基于PLC的数控机床电气控制系统研究
基于PLC的数控机床电气控制系统研究【摘要】本文围绕基于PLC的数控机床电气控制系统展开研究，通过分析研究背景、研究目的和意义及价值，揭示了PLC在数控机床中的应用以及数控机床电气控制系统的特点。
探讨了基于PLC的数控机床电气控制系统设计原理和研究方法，结合实际案例展示了其应用效果。
结论部分总结了研究成果，展望未来研究方向，并得出研究的启示。
通过本文的研究，有望提高数控机床的生产效率和精度，促进工业自动化的发展，具有重要的理论和实践意义。
【关键词】PLC、数控机床、电气控制系统、研究、设计原理、研究方法、应用案例、结论、未来研究方向、启示1. 引言1.1 研究背景本文旨在探讨基于PLC的数控机床电气控制系统的设计原理、研究方法和应用案例，旨在为数控机床制造商和研发人员提供参考，推动数控机床电气控制技术的进步与应用。
1.2 研究目的研究目的是为了深入探讨基于PLC的数控机床电气控制系统的设计和应用，从而提高数控机床的性能和精度，提高生产效率，降低能源消耗和成本。
通过研究，我们希望能够总结出一套科学的设计原则和方法，为数控机床领域的相关工作者提供有益的参考和借鉴，促进数控机床技术的发展和应用。
我们也希望通过这项研究，进一步推动PLC技术在数控机床领域的应用，促进数字化制造技术的发展，提高我国制造业的竞争力和创新能力。
通过研究基于PLC的数控机床电气控制系统，我们可以为我国工业自动化领域的发展做出贡献，推动我国制造业向高端、智能化方向迈进。
1.3 意义和价值基于PLC的数控机床电气控制系统具有重要的意义和价值。
这种电气控制系统可以实现自动化生产，提高生产效率，减少人力成本，提高产品质量和一致性。
基于PLC的数控机床电气控制系统可以实现多功能控制，即便在复杂的加工工艺中也能保持高度的稳定性和精度。
随着信息化和智能化的发展，基于PLC的数控机床电气控制系统还可以与其他系统进行数据共享和联网，实现智能制造。
《五轴数控系统轨迹平滑处理技术的研究与实现》
《五轴数控系统轨迹平滑处理技术的研究与实现》一、引言五轴数控系统广泛应用于机械制造、航空航天、医疗器械等领域，其精度和效率直接影响到产品的质量和生产效率。
轨迹平滑处理技术是五轴数控系统中的重要技术之一，能够有效提高加工轨迹的平滑性和加工精度，从而提升加工质量和效率。
本文将针对五轴数控系统轨迹平滑处理技术进行研究与实现，以期为相关领域的研究和应用提供参考。
二、五轴数控系统概述五轴数控系统是一种高精度、高效率的加工设备，其通过五个轴向的运动实现复杂零件的加工。
五轴数控系统的核心是控制系统，其中轨迹规划与平滑处理是控制系统的关键技术之一。
轨迹规划是指根据零件的加工要求，生成合理的加工轨迹；而轨迹平滑处理则是对生成的加工轨迹进行优化，以提高加工精度和表面质量。
三、轨迹平滑处理技术的研究1. 传统轨迹平滑处理方法传统的轨迹平滑处理方法主要包括参数曲线拟合、离散点插值等。
这些方法虽然能够实现一定程度的轨迹平滑，但在处理复杂轨迹时，往往存在计算量大、精度不高、轨迹不平滑等问题。
2. 现代轨迹平滑处理方法随着计算机技术和控制理论的不断发展，现代轨迹平滑处理方法逐渐成为研究热点。
其中，基于优化算法的轨迹平滑处理方法具有较高的精度和效率。
该方法通过建立优化模型，将轨迹平滑问题转化为优化问题，利用优化算法求解最优轨迹。
此外，还有一些智能算法如神经网络、遗传算法等也被应用于轨迹平滑处理中。
四、五轴数控系统轨迹平滑处理的实现1. 确定优化目标在五轴数控系统轨迹平滑处理中，优化目标主要包括提高加工精度、降低表面粗糙度、减小加工力等。
根据具体需求，确定合适的优化目标。
2. 建立优化模型根据优化目标，建立相应的优化模型。
优化模型包括目标函数和约束条件。
目标函数用于描述优化目标，约束条件用于限制变量的取值范围。
3. 选择合适的算法根据优化模型的特点，选择合适的算法进行求解。
对于复杂的优化问题，可以采用智能算法如神经网络、遗传算法等。
西门子828D数控机床远程监控系统的研究与应用
西门子828D数控机床远程监控系统的研究与应用韩金利（山西机电职业技术学院数控工程系，山西长治046000）摘要：提出了一种基于OPC UA协议的远程监控方案。
该方案利用西门子828D数控系统内置的OPC UA服务器功能，实现西门子828D数控机床和实验电脑之间数据的传输。
文中以电脑作为远程监控客户端，利用TIA Portal软件中的WinCC RT Profissional设计了远程监控画面。
实验测试结果显示，该系统可对数控机床的各种状态信息实现可靠的监控。
关键词：OPC UA；博图；828D；远程监控中图分类号:TH164；TG659文献标志码:A文章编号：1002-2333（2019）05-0027-03 Research and Application of Siemens828D NC Machine Tool Remote Monitoring SystemHAN Jinli（School of numerical control Engineering,Shanxi Institute of Mechanical&Electrical Engineering,Changzhi046000,China）Abstract:A remote monitoring scheme based on OPC UA protocol is introduced.The scheme uses the built-in OPC UA server function of SIEMENS828D CNC system to realize data transmission between SIEMENS828D NC machine and experimental computer.This paper designs the remote monitoring client by computer,and the remote monitoring screen is designed by using WinCC RT Profissional in the TIA Portal software.The experimental results show that the system can realize reliable and effective monitoring of various state information of NC machine tools.Keywords:OPC UA;TIA Portal;828D;remote monitoring0引言随着我国经济的快速发展，数控机床在机加行业的使用越来越普遍[1-2]。
基于PLC的数控加工中心自动换刀系统的研究
盘式刀库自动换刀控制系统的优势主要体现在以下几个方面。首先，自动换刀 控制系统可以显著提高加工效率，避免了手动更换刀具的繁琐过程，节省了大 量时间。其次，自动换刀控制系统可以降低工人的劳动强度，减少错误操作的 可能性，提高生产安全性。最后，自动换刀控制系统有利于实现工厂的自动化 和智能化，提升整体竞争力。
目前，加工中心自动换刀装置的研究主要集中在换刀方式、刀库设计、夹持机 构和控制系统等方面。其中，换刀方式是自动换刀装置的核心技术之一，直接 影响到换刀的效率和精度。按照换刀过程中是否有旋转动作，换刀方式可以分 为旋转式和非旋转式两种。旋转式换刀方式又可以分为刀具旋转和主轴旋转两 种，而非旋转式换刀方式则可以分为直插式和伸缩式两种。
盘式刀库自动换刀控制系统的工作原理基于计算机数值控制（CNC）技术，通 过接收加工中心的指令，控制机械手臂进行刀具的更换。首先，机械手臂在盘 式刀库中选择需要更换的刀具，然后将其抓取并移动到加工区域。接下来，机 械手臂将旧的刀具从主轴中取出，并将新的刀具安装到主轴上。最后，机械手 臂将更换下来的刀具放回盘式刀库的正确位置。
近年来，随着人工智能、机器学习和计算机视觉等技术的不断发展，加工中心 自动换刀装置的研究也在不断深入。这些技术的应用，可以实现更加智能化和 高效的换刀控制，从而提高加工中心的生产效率和加工质量。
在应用前景方面，加工中心自动换刀装置将会在更多领域得到应用。例如，在 航空航天、汽车制造、模具制造和医疗器械等领域，由于对加工精度和效率的 要求较高，因此对自动换刀装置的需求也将会不断增加。此外，在智能制造和 数字化工厂的建设中，加工中心自动换刀装置也将会成为其重要组成部分之一。
加工中心自动换刀装置的发展历程可以追溯到20世纪80年代，当时该技术还处 于研究和实验阶段。随着计算机技术、机械制造技术和液压气动技术的发展， 自动换刀装置的可靠性、稳定性和效率得到了不断提高。进入21世纪以来，随 着数控技术的快速发展和制造业的不断升级，加工中心自动换刀装置的应用范 围和需求量也不断增加。
数控机床主轴系统动力学特性分析方法研究
等 。指 出 了主 轴 系统结 合部 的动 力 学建模 与 参数 辨 识 是研 究 主轴 系统 动 力 学特 性 的 关键 问题 。 最后 ，
简要 论述 了主 轴 系统 动 力 学研 究 的发展 趋 势 ， 即未 来应从 主 轴 系统 的精 准 建模 、 力 学综 合优 化 和 动 态 动
测试及 分析 等 方面进 行 深入研 究 。 关 键词 ： 主轴 系统 ； 力 学 ； 动 分析 方 法 ； 控机床 数 中图分 类号 ： Ｇ ０ ．４； Ｈ ｌ Ｔ ５２ １ Ｔ １３ 文 献标 识码 ： Ａ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｎａｙ ｉ ｅ ｈ ｄ ｏ ｓａ ｃ ｎ Ａ ｌｓｓ Ｍ ｔ ｏ ｆＤｙｎａ ｉ ｈ ａ ｔ ｒｓｉ ｓ ｆ ｒ Ｓ ｎ ｅ Ｓｙ ｔ ｍ ｆ ＮＣ ａ ｈ ｎｅ Ｔｏ ｌ ｍ ｃ Ｃ ａｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｏ ｐｉ ｄｌ ｓｅ ｏ Ｍ ｃ ｉ ｏ
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数控机床伺服系统动态特性的理论分析与仿真研究
２０ ０ ８年 ２月
机 床 与 液 压
ＭＡＣＨＩ ＮＥ ＴＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬ ＣＳ Ｉ
Ｆｅ ． ０ ８ ｂ ２０ Ｖｏ． ６ Ｎｏ ２ １３ ．
第３ ６卷 第 ２期
数 控 机床 伺 服 系统 动态 特 性 的 理论 分 析 与 仿真 研 究
范晋伟 ，刘栋 ，杨磊 ，张哲 ，欧 阳冠 军
（ 北京 工业 大 学机 电学 院 ，北京 １０ ２ ） ００ ２
摘要 ：运用拉格 朗 日动力学普遍方 程 ，分别 以电气 系统 电荷 量 、伺服电机输 出转角 以及滚珠 丝杠扭转 角 为广 义运动坐 标 ，从系统能量的角度 ，依次建立起 伺服 控制 系统 、机械 传动 系统 以 及机 电偶 合 系统 的动力 学模 型 ，分析 ｒ伺 服控 制 系
Ｆ ＮＪ ｗ ｉ Ｉ ｏｇ Ａ ｉ ｅ ，ＬＵ Ｄ ｎ ，ＹＡ Ｇ Ｌ ｉ ＨＡ Ｇ Ｚ ｅ Ｕ Ａ Ｇ Ｇ ａｊｎ ｎ Ｎ ｅ，Ｚ Ｎ ｈ ，Ｏ Ｙ Ｎ ｕｎｕ （ ｈ ｏ ｅｅｏ ｃａ ｉａ Ｅ ｇｎ ｅｉｇ ｅ ｉｇＵ ｉｅｓｙｏ ｅ ｈ ｏ ｇ ，Ｂ ｉｎ ０ ０ ２ Ｔ ｅＣ ｌ ｇ ｆ ｌ Ｍｅｈ ｎｃｌ ｎ ｉｅｒ ，Ｂ ｉｎ ｎｖｒ ｔ ｆ ｃ ｎｌ ｙ ｅ ｉｇ１０ ２ ，Ｃ ｉａ ｎ ｊ ｉ Ｔ ｏ ｊ ｈｎ ）
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０ 前 言
探索 出影 响机 电耦合系统动态性能 的关键 因素和调整
数控机床精度分析与研究
须严格限制 ， 这往往很难到且不经济。②加工条件 和外部 环境 在发 生不 断 的 、 时是 无 法 预 测 的变 化 ， 有
感 器件 和软 件 ， 述方 法 的采 用进 一步促 进 了数 控机 上
即机床的性能与造价成几何级数关系增长。同时， 单 纯采用误差防止的方法来提高机床 的加工精度 ， 在精 度达到一定要求后 ， 再提高会十分困难。其原因有两 点： ①是机床的结构复杂 ， 机械和电子零部件很多， 其 中任何零部件 的误差均可累计成为机床的总体误差
等 。研究表明 ， 几何误差和由热变形引起的误差约 占 机床总体误差 的 ５ ％ ， ０ 是影响数控机床精度 的主要 因素 。 近年来 ， 与提高机床精度 ， 减少误差相关的各项 技术得到了广泛研究 ， 如提高数控机床机械本体 中基 础大件 的结构刚性和热稳定性； 采用高分辨率 、 高响 应 性 的绝对 位 置 传 感 技 术 ， 现 切 削 加 工 的精 密 检 实 测； 采用 数字式 伺 服 控 制技 术 ， 引入 现 代控 制 技 术如 非线性补偿技术 ， 消除机床静摩擦引起 的误差 ； 利用 数控系统的补偿功能， 提高其加工精度和动态特性 ， 例如轴 向运动误差补偿 、 丝杠螺距误差补偿、 齿轮间 隙误差 补偿 、 刀具 磨 损 误差 补 偿 等 ， 新一 代 数 控 系 在 统 中， 还开发 了具有热补偿 、 空间误差补偿功能的传
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Ｖｏ ｌ Ｎｏ １ ｌ ２
２０ （ ｏ ８－ ２ ）
机械研 究 与应 用
ＭＥＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＲＥＳ ＥＡＲＣＨ ＆ ＡＰＰＵ ＣＡＴ１ ０Ｎ
第２ 卷 第 １ ｌ 期 ２０ ０ ８年 ２月
国产数控机床精度保持性分析及研究现状
国产数控机床精度保持性分析及研究现状马军旭1,2赵万华1,2 张根保31.西安交通大学,西安,7100492.机械制造系统工程国家重点实验室,西安,7100543.重庆大学,重庆,400030摘要:通过对国产数控机床精度的大量调研发现,非正常磨损造成机床精度衰退的数目占机床总数的比例较大㊂为了更清晰地找出精度下降的原因,从主轴精度㊁基础件几何精度和各轴的运动精度入手,分别在机床的设计㊁制造和使用三个阶段分析了造成国产数控机床精度保持性差的原因㊂针对不同类型机床精度,提出了提高机床精度保持性的方法㊂关键词:精度保持性;非正常磨损;装配应力;机电匹配中图分类号:T G 659;T H 162 D O I :10.3969/j.i s s n .1004‐132X.2015.22.020R e s e a r c hS t a t u s a n dA n a l y s e s o nA c c u r a c y R e t e n t i v i t y o fD o m e s t i cC N C M a c h i n eT o o l s M a J u n x u 1,2 Z h a o W a n h u a 1,2 Z h a n g Ge n b a o 31.X i ’a n J i a o t o n g U n i v e r s i t y,X i ’a n ,7100492.S t a t eK e y L a b o r a t o r y f o rM a n u f a c t u r i n g S y s t e m E n g i n e e i n g,X i ’a n ,7100543.C h o n g q i n g U n i v e r s i t y ,C h o n g q i n g,400030A b s t r a c t :W i t ha l a r g en u m b e ro f a c c u r a c y s u r v e y ond o m e s t i cC N C m a c h i n e t o o l s ,i tw a s f o u n d t h a t t h en u m b e r o f a c c u r a c y r e c e s s i o nc a u s e db y a b n o r m a lw e a r g a v e ab i g g e r p r o po r t i o n .I no r d e r t o f i n d t h e r e a s o n s o f a c c u r a c y d e s c e n d sm o r e c l e a r l y ,t h e r e a s o n s t h a t l e d t o t h e p o o r a c c u r a c y r e t e n t i v i t yi n t h e s t a g e o f d e s i g n ,m a n u f a c t u r e a n d a p p l i c a t i o n sw e r e a n a l y z e d f r o mt h r e e a s p e c t s o f s p i n d l e a c c u -r a c y ,g e o m e t r i c a c c u r a c y a n dd y n a m i ca c c u r a c y .F i n a l l y ,a i m i n g a t t h ed i f f e r e n t t y p e so fC N C m a -c h i n e t o o l s ,t h em e t h od s t o i m p r o ve a c c u r a c y r e t e n t i v i t y w e r e p r o po s e d .K e y wo r d s :a c c u r a c y r e t e n t i v i t y ;a b n o r m a lw e a r ;a s s e m b l y s t r e s s ;m a t c h i n g o f e l e c t r i c a l p a r a m e t e r a n dm e c h a n i c a l pa r a m e t e r 收稿日期:20150522基金项目:国家科技重大专项(2010Z X 04014‐015,2012Z X 04005011);国家自然科学基金资助重点项目(51235009)0 引言国产数控机床与国外数控机床的精度保持性有很大的差距,在国家科技重大专项的支持下,针对某型号卧式加工中心㊁立式加工中心和磨齿机精度保持性问题,笔者走访了10余家机床用户,翻阅了机床厂的部分维修记录,得到了机床的精度衰退情况㊂其中,卧式加工中心为:机床使用半年之后出现地脚螺栓调整12例,一年之后出现工作台消隙调整2例,其他3例㊂立式加工中心为:3个月后出现Z 轴轴承磨损6例,Z 轴刚度降低3例,半年之后出现X 轴与Y 轴联动椭圆13例,X ㊁Y ㊁Z 轴定位精度降低9例,其他2例㊂磨齿机为:3个月后出现顶尖与C 轴同轴度下降8例,半年之后出现Z 轴与C 轴平行度问题16例,Z 轴精度下降12例,X 轴精度下降8例,主轴轴承精度下降或损坏时间在1个月至1年之间不定共14例,其他5例㊂磨损是造成机床精度下降的原因㊂正常磨损情况下,机床精度保持时间与零部件(导轨㊁轴承等)寿命是相当的㊂根据对国产机床设计㊁制造过程和使用情况的调研,得到国产机床精度衰退的主要原因是运动部件间非正常磨损的结论㊂数控机床精度保持性衰退原因和提高措施因结构形式的不同而不同㊂主轴部件因高速旋转,既不同于直线进给轴的运动形式,又与旋转进给轴速度差别较大,因此,本文将主轴精度独立于几何精度之外,作为一项独立的精度指标㊂除主轴精度外,轴线的几何精度是机床精度的基础,而机床运动时的瞬态和稳态精度影响着机床的加工精度㊂为了便于找出精度衰退的原因,把机床精度分成三个部分:主轴精度㊁几何精度和运动精度[1]㊂根据调研的10余家国产数控机床用户的机床精度衰退情况得到:主轴精度衰退14例,占调研机床总数的11.5%;几何精度(不包括主轴精度,下同)衰退76例,占调研机床总数的62.3%;运动精度衰退24例,占调研机床总数的19.7%;其他精度问题8例,占调研机床总数的6.6%㊂本文针对国产数控机床精度保持性存在的问题,从主轴精度㊁几何精度㊁运动精度及整机精度㊃8013㊃中国机械工程第26卷第22期2015年11月下半月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.监控四个方面分析了国产数控机床在设计㊁制造和使用阶段造成精度保持性差的原因及解决方法,回顾了目前国产机床精度保持性的研究现状,并给出了提高国产数控机床精度保持性的建议㊂1 主轴精度保持性分析及研究现状主轴在设计阶段的主要任务是完成结构方案㊁分配零部件公差及确定零件间的配合;在制造阶段的主要任务是合理地施加预紧力,保证主轴刚度,限制主轴温升㊂国产主轴在精度设计时往往根据设计手册选择经济精度及其配合,在制造时根据经验选择预紧力,缺少科学计算的指导㊂使用时,主轴的温升会造成轴承间隙㊁预紧力的变化,如果在设计㊁制造时考虑不充分,就会造成轴承的非正常磨损㊂密封㊁润滑不良也将直接导致轴承非正常磨损,如图1所示㊂图1 主轴精度保持性影响因素因此,造成主轴轴承非正常磨损的因素主要为:设计阶段的轴承间隙(配合)过大或过小㊁密封及润滑结构不合理,以及制造阶段预紧力过大或过小㊂1.1 轴承间隙的合理设计设计阶段,通常为了保证主轴径向跳动精度,选择较小的轴承和主轴箱间隙㊂在结构和冷却㊁润滑参数确定的情况下,间隙越大,主轴径向跳动越大;反之,间隙越小,主轴径向跳动越小,但主轴发热变形越大,容易加剧磨损或者造成轴承卡死㊂为了提高主轴的精度保持性,合理地选择轴承与主轴箱间隙,减小轴承的非正常磨损显得尤其重要㊂B u r t o n等[2]研究了主轴在使用时温度造成角接触轴承尺寸的变化情况,并给出了计算方程,但是计算精度不够高㊂J e d r z e j e w s k i等[3]为了从热变形㊁刚度等方面来评价间隙设计结果,利用有限元法和有限差分法建立了高速加工中心主轴箱混合模型,分析了因旋转速度变化形成的离心力造成的间隙变化㊂H o l k u p等[4]同时考虑了轴承滚珠㊁滚道的接触变形线性叠加轴承外圈与轴承座的热变形来计算轴承间隙㊂K i m等[5]建立了轴承间隙随外部载荷㊁转速和操作时间变化的变形曲线,为间隙设计提供了依据㊂但是其提供的是单个轴承在各种工况下的变形量,一般情况下,主轴轴承是成组使用的㊂因此,为了提高主轴的精度保持性,减小轴承非正常磨损,在设计轴承间隙时,需要同时考虑转速变化引起的离心力造成的轴承变形㊁预紧力造成的轴承发热变形㊁主轴的冷却效果以及轴承的配置方式等的影响㊂1.2 预紧力的合理选择主轴的功能是给刀具提供足够的动力和刚度来保证正常切削工件㊂在制造阶段,为了保证主轴有足够的刚度,往往对轴承施加预紧力㊂预紧力越大,主轴刚度越大,主轴发热变形也越大,轴承越容易磨损,主轴精度保持性越差㊂合理保证服役状态下主轴预紧力,能够减小主轴轴承发热造成的非正常磨损,提高主轴精度保持性㊂K i m等[6]通过预紧力测试装置和跳动测试装置测试了不同切削条件下预紧力对跳动精度的影响,优化了主轴预紧力㊂J i a n g等[7]为了获得高转速低温升㊁低转速高刚度主轴的预紧力,建立了离心力和陀螺效应影响的轴承非线性模型,利用传递矩阵法(t r a n s f e r m a t r i x m e t h o d,T MM)分析了调压预紧时的温升和刚度,得到结论:高速时,根据主轴温度变化选择预紧力,低速时,根据主轴轴承的疲劳寿命选择预紧力㊂C h e n等[8]在分析预紧力对温升的影响时,得到结论:低速时(转速n<10000r/m i n),温升与预紧力的关系不大;高速时(转速n>10000r/m i n),由于离心力造成滚珠和内圈的接触不良,所以摩擦力增大,温升增大㊂蒋兴奇等[9]为了防止高速轴承出现内沟道或钢球表面的擦伤,同时又使轴承的运转摩擦力矩最小,给出了主轴角接触轴承最小预紧载荷的计算方法㊂给出的轴承预紧力影响因素是在主轴径向载荷很小(10N)的条件下计算得到的,不能适用于机床的切削状态㊂因此,考虑使用状态下的转速㊁切削载荷㊁温升对预紧力的影响,才能保证装配时的预紧力在使用状态下是合理的,减小预紧力设置不当造成的精度衰退,提高主轴精度的保持性㊂1.3 润滑和密封不当主轴轴承的密封和润滑不当也是造成国产数控机床主轴㊁特别是磨削类主轴轴承非正常磨损的重要原因㊂申阳等[10]统计了国产主轴轴承损㊃9013㊃国产数控机床精度保持性分析及研究现状 马军旭 赵万华 张根保Copyright©博看网. All Rights Reserved.坏的形式,指出润滑不良是主轴异常磨损的一个重要因素㊂磨削类机床由于砂轮在工作时磨粒的脱落造成冷却液中杂质过多,如果轴承密封不良更容易造成主轴轴承的磨损㊂余常武[11]针对某型号磨床主轴轴承密封不严造成主轴磨损的情况(最严重的情况是试切时轴承磨损损坏),改进了主轴密封结构,使其精度保持时间延长至17个月以上㊂由国产主轴精度保持性的分析和回顾可知,提高国产数控机床主轴精度保持性的措施应在主轴的设计和制造阶段实施㊂应考虑主轴使用工况,合理设计主轴间隙㊁选择预紧力,进而提高机床主轴精度保持性㊂2 几何精度保持性分析及研究现状根据G B18400.1‐2010中几何精度的检测项目,除去与主轴精度相关的项目,几何精度主要是与运动轴线相关的精度㊂运动轴线几何精度保持性取决于基础件精度保持性㊂基础件在设计阶段的主要任务是完成结构方案,校核刚度和强度,确定导轨安装基准面等的公差;在制造阶段的主要任务是合理地消除基础件内应力以及保证装配后的几何精度㊂国产数控机床在设计时根据设计手册选择零件的经济精度,当装配精度达不到要求时,利用试凑或者采用不恰当的拧紧等措施使基础件局部变形过大来保证几何精度,造成较大的装配应力㊂内应力消除往往根据经验,缺乏规范的工艺措施㊂如果设计时不能充分考虑装配时和使用时力㊁热等造成的基础件精度变化,就会导致精度设计不合理,进而可能造成装配时产生较大的装配应力,使用时装配应力释放导致导轨滑块安装基准变化,加剧导轨滑块磨损㊂如果制造阶段内应力释放不完全,服役时,内应力释放也将导致导轨滑块的安装基准发生变化,造成导轨滑块的非正常磨损,精度保持性下降,如图2所示㊂因此,造成导轨滑块非正常磨损的主要因素为:内应力释放变形和装配应力蠕变变形等㊂2.1 内应力消除工艺机床基础件大部分为铸件,少量为焊接件,在铸造或焊接过程中会产生一定的内应力㊂为了使内应力得到充分释放,往往采用自然失效的方式处理基础件㊂自然失效周期较长,不能满足生产时,采用热时效的方式㊂热时效耗能大,基础件大小受限于时效炉的尺寸㊂目前较为流行的是振动时效㊂L i等[12‐13]利用有限元仿真得到床身的各阶振型,作为振动时效工艺参数选择的依据,但是图2 几何精度保持性影响因素没有定量给出铸造残余应力振动时效后应力变化的大小㊂低频振动时效时零件变形量大,甚至出现破坏,H e等[14]为了防止出现这种现象,提出了超过1k H z的高频振动工艺方案,在两块焊接的钢板上进行了试验验证,得到高频振动更能均化焊接件的残余应力的结论㊂焊接件一般质量较小,但是对于大型铸件,高频振动受激振能量限制,不太合适㊂胡敏等[15]针对某型号卧式加工中心床身结构,利用模态分析选择了振动时效的激振频率㊁支撑点㊁激振点和拾振点,根据工件质量选择了激振时间,根据最大动应力和激振力的关系选择了激振力大小,并且与原有振动工艺消除应力的效果进行了对比㊂目前,对振动时效的定量研究较少,大部分工厂是按照经验对大型基础件进行振动时效处理㊂因此,为了减小内应力释放变形造成的轴线基准变形以及基准变形造成的导轨滑块非正常磨损,需要规范基础件制造时的内应力工艺,定量控制内应力的大小㊂2.2 减小装配应力的措施设计时如果没有考虑移动部件重力在全行程内造成的基础件精度变化,造成装配后的轴线几何精度达不到设计要求,现场采用不恰当的拧紧等措施使基础件局部变形过大来保证导轨的直线度㊁平行度等精度,就会产生较大的装配应力㊂机床使用时,地脚螺栓中受力较大的螺栓蠕变较快,导轨安装基准变化;同时,导轨的基准变化将加剧导轨滑块的磨损,轴线几何精度丧失㊂在设计阶段,张文凯[16]根据卧式加工中心移动部件在行程内质心位置变化造成的导轨安装基准面变形,利用A N S Y S的A P D L语言优化了地脚螺栓布局,使导轨安装面直线度由11.6μm减㊃0113㊃中国机械工程第26卷第22期2015年11月下半月Copyright©博看网. All Rights Reserved.小到了8.6μm㊂减小了为保证机床精度造成的部分地脚螺栓应力,使地脚螺栓的布局设计更加合理㊂张景和等[17]在大型非球面超精密机床上设计了卸荷浮板结构,减小了导轨负荷(导轨及其上移动部件的质量)㊂当卸荷量达到12k N时,主导轨直线度为0.375μm/600mm㊂张伯鹏等[18]针对大型数控龙门铣床横梁重力变形问题,在辅助梁上设置了3个出力可控的液压千斤顶,利用遗传算法实现了自演机制,减小了重力变形造成的误差㊂上述两种方法利用改变横梁结构,增大横梁刚度,减小了重力变形对导轨直线度的影响,间接地提高了机床的精度保持性㊂但是受机床结构影响,有些机床不能通过改变结构来增大横梁刚度,只能通过制造阶段的工艺措施来合理地保证精度㊂在制造阶段,胡万良等[19]利用压电式传感器发明了智能垫铁(Z L200910024358.7),该智能垫铁能够监测机床垫铁的受力大小,用于机床在装配时保证地脚螺栓受力均匀,减小机床使用时地脚螺栓蠕变量的不一致㊂智能垫铁只是监测了地脚螺栓的受力状况,可以再改进使其能够自动调整来保证地脚螺栓受力均匀㊂郭铁能等[20‐21]针对数控重型龙门铣床超跨距横梁由于跨度大㊁滑板滑枕质量大造成的横梁向下弯曲(最大挠度可达1mm),采用对导轨面预起拱的方法来补偿横梁变形对加工精度的影响㊂利用合理的装配工艺保证机床的精度,间接地提高了机床的精度保持性㊂单个运动轴的装配应力会造成导轨滑块的非正常磨损,运动轴间的装配应力是由于固定结合面精度的设计和装配的不合理产生的,固定结合面的螺栓蠕变会造成运动轴间的垂直度㊁平行度等精度的衰退㊂螺栓蠕变常见于高温下法兰盘连接用螺栓的蠕变,而O e h l e r t等[22]㊁N e e r a j等[23]认为,常温下金属在一定载荷下也会发生蠕变,单琳豪[24]研究了船用螺旋桨在服役时的蠕变㊂目前还缺少机床结合面螺栓蠕变造成的几何精度衰退规律㊂根据几何精度保持性的分析和回顾,提高国产数控机床几何精度保持性的措施应在机床的设计和制造阶段实施㊂考虑装配应力㊁内应力等的影响,合理设计基础件精度,规范装配工艺,避免为了保证精度而牺牲精度保持性㊂3 运动精度保持性分析及研究现状数控机床的运动精度不同于准静态下的几何精度,是机床在保证几何精度的前提下,进给时运动轴在位移㊁速度㊁加速度三个方面的瞬态和稳态精度[1]㊂运动精度取决于进给系统的机电参数是否匹配㊂数控机床较普通机床最大的优势在于多图3 加工振纹轴联动,单轴的运动不稳定决定了多轴联动误差,联动加工时将在工件表面产生振纹等,影响工件的加工质量,如图3所示㊂机床使用一段时间后,机械参数中的接触刚度和阻尼等随运动副的磨损而变化;电机线圈绕组中漆包绝缘层出现老化导致线圈间的绝缘电阻值变化,输出电磁力矩中出现谐波成分㊂机电参数不再是初始的最优匹配,就会造成运动精度的下降,精度保持性变差㊂运动精度下降之后可以通过机电参数匹配在一定程度上进行恢复㊂表1所示为某台机床在使用一段时间后的运动精度对比㊂表1 某型号机床运动精度衰退及恢复对比表参数出厂最优值1年后衰退调整后恢复机械参数传动刚度(108N/m)2.932.652.65伺服参数速度环增益(H z)7.67.69.2位置环增益(H z)333.5误差值位移波动幅值(μm)1.631.991.67速度波动幅值(mm/m i n)7.959.308.25 机电参数匹配之前,需要辨识机械参数和电机参数,然后通过一定的控制算法进行匹配㊂R e n等[25]提出了子结构参数耦合辨识方法,C e l i c 等[26]基于子结构参数耦合辨识方法提出了改进的关节参数辨识方法,对固定结合部刚度进行了辨识㊂但是数控机床非正常磨损造成的是动结合部的动力学参数变化㊂胡峰等[27‐28]在丝杠径向施加简谐振动,利用初参数解析法辨识了丝杠支撑处㊁螺母处和导轨滑块处的刚度㊂邰晓辉[29]利用I n a m u r a和S a t a方法识别了系统中的轴承㊁螺母的轴向刚度和阻尼㊂但是其辨识的只是轴承和螺母的刚度,不是整个进给系统的刚度㊂陈光胜等[30]利用编码器和光栅尺的信号作为输入信号,对进给系统机械刚度进行了辨识㊂上述辨识都是在静态下进行的,而运动精度恢复需要的是动态下辨识的机械参数㊂曹锟[31]针对高速进给系统的高阶线性模型,将M序列和匀速运动信号相叠加,改进了辨识方法,对某型号机床的直线进给轴刚度进行了辨识,并利用激光干涉仪进行了验证㊂㊃1113㊃国产数控机床精度保持性分析及研究现状 马军旭 赵万华 张根保Copyright©博看网. All Rights Reserved.J o k s i m o v i c等[32]对感应电机定子绕组匝间短路故障引起的线电流频谱变化进行了建模和仿真分析,发现相比于正常电机,匝间短路故障电机线电流频谱中出现电流基频的三次谐波,正常电机中存在谐波成分的幅值增大㊂T a l l a m等[33]利用坐标变换理论得到了感应电机定子绕组匝间短路故障的瞬态模型㊂该模型能够根据误差灵敏度函数准确预测故障线电流的正序和负序部分量值㊂N i c o l a s等[34]基于电流残差定义的故障因子对永磁同步电动机匝间短路故障进行了建模和分析,考虑使用条件和参数不确定性使得预测模型能够对匝间短路电阻小于1kΩ的故障进行准确预测㊂蒋锐权等[35]利用神经元的自学习功能,提出了适用于数控机床位置伺服控制的神经元控制器,该算法结构简单,不需要知道受控对象的结构和参数,而影响精度保持性的恰恰是结构机械参数的变化,因此这种算法不能满足要求㊂I r i s a 等[36]通过辨识伺服进给系统的数学模型,将控制参数整定转化为非线性约束方程的求解过程,此方法能够得到较满意的效果,但整定过程比较复杂㊂K u o等[37]利用遗传算法对五轴数控机床的运动控制参数进行了整定,其整定后的参数在一定程度上改善了机床加工的轮廓精度㊂陈鹏展[38]提出了先获得机械表征对象特征的参考模型,再对参考模型进行控制参数寻优的方法,既保证了控制参数整定的快速性,又能得到满意的整定结果㊂李学伟[39]针对多轴联动中,轨迹预补偿方法中误差分配为考虑各轴跟随特性而导致补偿效果不理想的问题,提出了零相差轨迹与补偿控制方法,利用加工圆弧和抛物线方案进行了验证㊂根据运动精度保持性的分析和回顾,提高数控机床运动精度保持性的措施应在机床的制造和使用阶段实施㊂机械参数的辨识㊁电机参数的辨识和合理的机电匹配算法是提高国产数控机床精度保持性的关键㊂4 整机精度监控系统调研时发现,国产数控机床在使用时,由于使用不当(如切削力过载)和维护保养不足(如润滑油不够清洁)等造成机床轴承及静压导轨等零部件的过早磨损,机床精度下降的情况也较多㊂因此,针对国产数控机床的这一特殊情况,研发整机监控系统,对机床进行工作状态监控及维护保养也能延续机床的精度保持性㊂机床在使用期间,如果机床切削力过大,将加剧主轴轴承的受力,造成轴承的非正常磨损,机床精度很快下降㊂因此,监控切削力大小,设置切削过载报警有助于延长机床的精度保持性时间㊂朱晓春[40]提出通过检测主轴和进给电动机的功率和角速度,计算出切削扭矩,来实现切削过载的在线监控㊂对切削力进行监控,不仅有利于减小刀具的磨损,而且还可以减小主轴轴承因过载造成的磨损㊂润滑液不清洁会加剧运动部件间的磨损,造成导轨滑块或者轴承精度下降㊂特别是磨削类机床,磨粒脱落在冷却液中,如果轴承密封不当,极易造成轴承的磨损[11]㊂通过对润滑液清洁度监控,及时更换不合格的润滑液,定期保养机床,也有利于提高机床的精度保持性㊂张根保等[41]建立了基于液压系统清洁度熵的关键故障源提取模型,提取出了关键故障源,对其清洁度进行了控制,这样有利于减小液压元件(如静压导轨等)的非正常磨损,提高机床的精度保持性㊂李平等[42]建立了丝杆磨损量与驱动电机做功的数学模型,利用监控驱动电机做功的总量来决定丝杆是否需要维护㊂丝杠的磨损影响半闭环控制机床的定位精度和重复定位精度㊂陈宇[43]分析了机床关键功能部件故障数据,在有用性最大的基础上提出了最佳预防维修间隔时间模型,并求得该机床关键功能部件最佳预防维护间隔时间㊂对于不同类型的机床,需要监控的参数类型和参数的阈值范围是不同的,这需要根据机床的特点进一步研究才能确定㊂根据整机精度监控的分析和回顾,在机床的使用阶段,对机床工作状态及工作环境进行监控,适时地对机床进行维护保养,也能提高机床的精度保持性㊂对机床整机精度监控的项目有:润滑油的清洁度㊁液压系统压力㊁电机的功率㊁主轴振动㊁环境温度㊁湿度㊁空气清洁度㊂通过这些参数的监控,可实施维修时间在线预报和强制维护保养㊂5 提高国产数控机床精度保持性的建议通过国产数控机床精度保持性的分析及相关研究文献的回顾,根据调研的国产数控机床设计㊁制造过程和使用环境,针对机床的三类精度,为避免非正常磨损,提高国产数控机床精度保持性,在设计㊁制造和使用阶段提出以下建议㊂(1)几何精度保持性方面㊂提高措施应集中在设计和制造阶段的精度合理保证㊂造成导轨滑块非正常磨损的主要因素有:考虑移动部件质心㊃2113㊃中国机械工程第26卷第22期2015年11月下半月Copyright©博看网. 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数控机床几何与热误差研究方法综述
数控机床几何与热误差研究方法综述一、数控机床几何误差研究方法几何误差主要来源于数控机床的制造、装配、使用等环节。
在制造阶段，误差可能源于零件尺寸、形位公差、表面粗糙度等方面的偏差；在装配阶段，误差可能源于零部件之间的配合误差、安装误差等；在使用阶段，误差可能源于操作人员的技能水平、机床的维护保养等因素。
研究几何误差的来源对于提高数控机床加工精度具有重要意义。
为了准确地测量数控机床的几何误差，需要采用相应的误差检测方法。
常用的误差检测方法包括直接测量法、间接测量法和综合测量法。
直接测量法是指通过直接接触被测物体进行测量的方法，如卡尺、游标卡尺等；间接测量法是指通过测量与被测物体相关的其他物理量来推算几何误差的方法，如利用干涉仪、光栅尺等进行非接触式测量；综合测量法是指结合多种测量方法对几何误差进行综合分析的方法。
针对不同类型的几何误差，可以采取相应的误差控制方法来减小其对数控机床加工精度的影响。
对于轴向间隙误差，可以通过调整主轴箱体与轴承之间的间隙、更换高精度轴承等方式进行控制；对于圆度误差，可以通过改进刀具形状、提高切削参数等方式进行控制；对于平面度误差，可以通过优化加工工艺、提高工件表面质量等方式进行控制。
还可以采用补偿技术、自适应控制技术等方法对几何误差进行实时修正和调整。
数控机床几何误差的研究方法涉及多个学科领域，需要综合运用理论分析、实验研究和实际应用等多种手段。
通过对几何误差的研究和控制，可以有效提高数控机床的加工精度和稳定性，为现代制造业的发展提供有力支持。
1. 传统误差分析方法在数控机床几何与热误差研究中，传统误差分析方法主要包括有限元法、边界元法和接触单元法等。
这些方法主要通过对机床结构、刀具和工件的几何形状进行离散化处理，建立数学模型，然后通过求解线性方程组或非线性方程组来计算误差。
有限元法是一种将连续体分割为有限个单元，通过求解各单元上的微分方程组成的积分方程来描述整个系统的运动和变形过程的方法。
基于开放式超精密数控系统的五轴rtcp算法及应用研究
基于开放式超精密数控系统的五轴rtcp算法及应用研究基于开放式超精密数控系统的五轴RTCP（实时坐标转换处理）算法是一种先进的数控技术，用于提高复杂曲面加工的精度和效率。
以下是关于该主题的研究内容概述：1. 研究背景：- 开放式数控系统具有灵活性和可扩展性，允许用户根据需要定制和优化控制策略。
- 五轴加工能够在多个方向上同时进行切削，提高了加工复杂形状的能力。
- RTCP算法是五轴加工中的关键技术，它能够实时计算刀具的位置和姿态，以适应工件的形状和切削条件。
2. 算法原理：- RTCP算法包括刀具中心点控制（TCPC）和刀具姿态控制（TPC），确保刀具沿预定路径精确移动。
- 算法需要考虑机床的运动学特性，如关节限制、奇异点避免等。
- 算法还需要处理非线性误差补偿、切削力变形补偿等问题，以提高加工精度。
3. 系统架构：- 开放式超精密数控系统通常采用模块化设计，包括硬件平台、操作系统、控制软件等。
- 系统应支持高速数据处理和通信，以满足实时计算的需求。
- 用户界面应便于操作者进行参数设置、程序编辑和状态监控。
4. 算法实现：- 利用高级编程语言（如C++）和数学库（如MATLAB）开发RTCP算法。
- 算法需要在实时操作系统（RTOS）环境下运行，以保证任务的实时性。
- 算法的性能需要通过仿真和实际加工测试进行验证。
5. 应用研究：- 研究不同材料和形状的工件对RTCP算法的影响，优化切削参数。
- 分析五轴加工中的误差来源，如机床热变形、刀具磨损等，并开发相应的补偿策略。
- 探索RTCP算法在微细加工、硬脆材料加工等领域的应用潜力。
6. 成果与展望：- 研究成果可以指导开放式超精密数控系统的设计和改进，提升五轴加工的性能。
- 未来工作可能包括算法的进一步优化、智能化控制策略的开发等。
基于开放式超精密数控系统的五轴RTCP算法及应用研究是一个跨学科的领域，涉及机械工程、计算机科学、控制理论等多个方面。
西门子840D系统安全集成功能的分析与研究
西门子 840D 系统安全集成功能的分析与研究【摘要】欧美地区的进口机械设备，通常需要满足欧盟标准EN ISO 13849-1以及国际电工标准IEC 61508中的相关安全标准。
西门子数控系统内置的安全集成功能（Safety Integrated，简称SI）可满足上述安全要求，因而被广泛使用。
然而国内机床行业并无此强制要求，因此国内关于数控系统安全集成功能的研究相对较少。
本文通过实际案例，对西门子安全集成功能的工作原理进行简要分析。
【关键词】进口机械设备；安全集成功能；工作原理；一、安全集成功能的原理国际电工标准IEC 61508中的相关安全标准核心是双通道“冗余纠错”机制。
从广义的安全输入信号，到CPU的安全评估，再到广义的安全输出信号（即做出对安全输入信号评估之后的响应），贯穿这一过程的每个环节，始终是双通道的“冗余纠错”，随时对比双通道的状态和参数配置。
双通道“冗余纠错”机制是指在两个通道中通过编程技术采集多个信号按照一定的逻辑对存储的信号或者状态进行纠正的措施。
840D系统SI功能通过NCK和PLC两个通道，分别独立的采集两路信号，然后按照各自的SPL功能进行运算，实时交叉比较两个通道的信号状态。
当两个通道中的变量比较结果出现不一致时，系统根据参数设定触发STOPs功能, 使机床根据不同的安全故障采用不同的停止响应等级，最后控制机床安全的停下来。
二、840D系统安全集成的安全功能简介表1 安全集成功能名称与说明安全功能的激活在轴参数MD36901$MA SAFE FUNCTION ENABLE（设置轴的安全功能）中，其中必选的安全基本功能有以下两项：1.SBH/SG功能；2.外部安全停STOPs（STOP A/B/C/D）功能；2.1 SPL(Safe programmable logic)功能简介SPL(Safe programmable logic)就是可编程的安全逻辑，SPL包括NCK SPL 和PLC SPL两个部分。
数控机床可靠性技术的分析与
数控机床可靠性技术的分析与研究汇报人：日期:•数控机床可靠性技术概述•数控机床可靠性影响因素分析•提高数控机床可靠性的关键技术•数控机床可靠性技术的未来发展趋势目录01数控机床可靠性技术概述定义可靠性是指产品在规定条件下，规定时间内，能够完成规定功能的能力。
它是评价产品质量的一个重要指标。
重要性对于数控机床而言，可靠性是其性能的关键因素。
一个可靠的数控机床能够保证在长期运行过程中保持稳定的加工精度，提高生产效率，降低维修成本，从而为企业创造更大的经济效益。
可靠性定义与重要性提高产品质量通过对数控机床可靠性技术的研究，可以深入了解机床的性能特点和故障原因，从而采取针对性的改进措施，提高机床的可靠性，进一步提高产品质量。
促进技术进步可靠性技术的研究涉及到多个学科领域，如机械设计、电气电子、控制理论等。
在研究过程中，可以带动相关领域的技术进步和创新，推动整个行业的发展。
数控机床可靠性技术研究的意义随着科技的不断进步，数控机床可靠性技术已经取得了显著的研究成果。
例如，通过采用新型的材料、优化的结构设计、先进的控制算法等，机床的可靠性得到了显著提高。
技术成果尽管数控机床可靠性技术已经取得了很大的进步，但仍存在一些问题亟待解决。
例如，如何进一步提高机床在复杂环境下的可靠性、如何降低机床的维修成本等。
这些问题需要继续进行深入的研究和探索。
存在问题数控机床可靠性技术的发展现状02数控机床可靠性影响因素分析设备自身因素设备质量数控机床的设备质量是影响其可靠性的重要因素之一。
高质量的设备通常采用优质的材料和零部件，并且经过精密的加工和严格的质检，从而确保设备的稳定性和持久性。
设备设计设备的设计理念和结构也会对可靠性产生影响。
合理的结构设计能够降低设备内部的应力集中，减少故障发生的可能性。
同时，先进的设计理念可以优化设备的功能和性能，提高设备的适应性和稳定性。
温度与湿度数控机床在使用过程中所处的环境温度和湿度会对其可靠性产生影响。
西门子840D数控系统参数优化分析与研究
西门子840D数控系统参数优化分析与研究摘要：随着工业生产技术的进步，复杂多平面、多曲面零件的精密性成为机械加工行业攻坚克难的关键技术，研制出高精度的数控机床是其最重要解决手段之一。
数控机床的数控系统控制参数的优化对机床的性能提高有着非常重大的意义，但系统参数优化一定要根据客观情况出发，尽可能最大限度的发挥机床的性能。
由于本公司搬迁且已投入使用的设备多为西门子840D数控系统，因此本文主要就西门子840D数控系统参数优化为课题进行分析探究，并提出一些个人观点，以供参考。
关键词：西门子840D；数控系统；参数优化；1西门子840D数控系统的组成西门子840D是由数控及驱动单元(CCU或NCU)MMC,PLC模块三部分组成,由于在集成系统时总是将SIMODRIVE611D驱动和数控单元(CCU或NCU)并排放在一起并用设备总线互相连接,因此在说明时将二者划归一处。
1.1人机界面人机交换界面负责NC数据的输入和显示,它由MMC和OP组成:包括OP单元MMC,MCP三部分。
1.1.1MMCMMC实际上就是一台计算机有自己独立的CPU,还可以带硬盘带软驱；OP单元正是这台带有西门子MMC的控制软件的计算机的显示器。
我们常用的MMC有两种：MMC100.2和MMC103,其中MMC100.2的CPU为486,不能带硬盘；而MMC103的CPU为奔腾可以带硬盘。
一般情况，为西门子840D系统配MMC103。
PCU是专门为配合西门子的操作面板OP10、OP10S、OP10C、OP12、OP15等而开发的MMC模块，目前有三种PCU模块——PCU20、PCU50、PCU70, PCU20对应于MMC100.2，；PCU50、PCU70对应于MMC103且PCU50的软件是基于WINDOWS NT的。
PCU的软件HMI又分为两种：嵌入式HMI和高级HMI。
一般标准供货时PCU20装载的是嵌入式 HMI,而PCU50和PCU70则装载高级HMI。
数控机床数据的分析与研究
机床数 据存 储在 静 态存储 器 Ｓ Ａ 和 高速 闪存 Ｆ Ａ Ｈ ＲＭ ＬＳ Ｒ Ｍ存 储器 内。 Ｏ 高速 闪存 Ｆ Ａ ＨＲ Ｍ存储器 的数据 ， 需 Ｌ Ｓ Ｏ 是不
要电压进 行保 持的 ， 只有在进行数 据交 换时才需要 电压 ； 静态
电 流 环 积 分 时 间 ， １ ０， １Ｏ ＭＤ ４ ７ＭＤ ４ ８表 示 速 度 环 增 益 ， ＭＤ ４ ９ＭＤ ４ ０表示速度环积分 时间。 １ ０／ １ １
１２ 轴 机 床 数 据 ． 主 要 是 与 机 床 各 运 行 轴 （ 轴 和 进 给 轴 ） 关 的机 械 电 气 主 有
ＨＣ氍片上甄 ｒ 。 一 Nhomakorabea｛
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修 的一 个 重 要 的问 题 。
２ 机 床数 据 的保 护
机床数 据的保护与机床数据 的存储器 和存储位 置、机床
数据 的备份方法有关 。
２１ 机床 数 据 存 储 器 ，
由于不同 的数控 系统其 数据保护方法不一样 ，本文 以西 门子公司生产的 ＳＮ ＭＥ ｄ ８ ２ Ｉ Ｕ Ｐ Ｋ ０ Ｄ数控 系统 为例 ， 分析其机床
工作数据 区 内的数据 内容有 ： 床数 据 ， 机 刀具数据 ， 点 零 偏移 ， 设定 数据 ， 螺距补偿 ， Ｒ参数 ， 零件程序 ， 固定循 环 ， 它是
表示编码器类 型 ， Ｄ １２ Ｍ ３ ０ ０表示 编码器每转脉 冲数 ， Ｄ ２ ０ Ｍ ３００ 表示最大轴速度 ， ３ ４ ０表示反向间隙等。 ＭＤ ２ ５
中图分类号 ： Ｇ６ ９ Ｔ ５
我国数控技术发展的分析与研究
术 的 应 用 不 但 给 传 统 制 造 业 带 来 了革 命 性 的 变 化 ， 使 制造 业 成 为工 业 化 的象 征 ， 而 且 随 着 数 控 技 术 的 不 断
发展 和 应 用领 域 的扩 大 ， 对 国计 民生 的一些 重 要 行业
够 。二 是 发 展 体 系 不 够 完 问 题 的时 候 多 ， 从 系统 的 、 产 业 链 的 角 度 综 合
时期 ［ 。
１ 数 控 技 术 发 展 水 平 分 析
我 国数 控 技术 经 过 近 ５ ０年 的 发 展 ， 取 得 了 比 较
展 ， 机 械 制 造 业 已 经 成 为 我 国 工 业 中 具 有 相 当 规 模 和
一
其 是 一 些 高 精 尖 的 数 控 装 备 的 技 术 水 平 差 距 有 扩 大
趋 势 。在 技 术水 平 上 ， 与 国 外 先 进 水 平 大 约 落 后 至 少
定 技 术 基 础 的 最 大 产 业 之 一 。机 械 制 造 业 中 数 控 技
新 技 术 对 传 统 制 造 产 业 和 新 兴 制 造 业 的 渗 透 形 成 的 机 电一 体 化 产 品 ． 即所 谓 的数 字 化 装 备 ． 其 技 术 范 围 覆 盖很 多领 域 ， 如机 械制 造技 术等 。
机 械 制 造 业 是 为 国 民经 济提 供 技 术 装 备 和 为 人 民生 活 提 供 耐 用 消 费 品 的装 备 产 业 。经 过 多 年 的发
的 发 展 起 着 越 来 越 重 要 的 作 用 。数 控 技 术 是 机 械 制 造
业 中 新 兴 的 综 合 性 技 术 ．它 集 微 电 子 和 计 算 机 技 术 、 信 息处 理 技 术 、 精 密检 测 技术 、 自动控 制 技术 、 光 机 电 技术 、 网络 通 讯 等 高 新 技 术 于一 体 ． 随 着 微 电 子 和 计 算 机技 术 的 迅 速发 展 ． 大 大 加 快 了 数 控 技 术 的 发 展 和 运用 ． 使 传 统 的 制 造 业 不 断 发 生 着 巨 大 的 变 化 。 目前 我 国 的 数 控 系 统 正 处 在 由 研 究 开 发 阶 段 向 推 广 应 用 阶段 过 渡 的关 键 时期 ， 也 是 由 封 闭 式 开 环 控 制 模 式 向
《智能化数控系统体系结构及关键技术研究与实现》
《智能化数控系统体系结构及关键技术研究与实现》一、引言随着科技的飞速发展，智能化数控系统已成为现代制造业的核心技术之一。
该系统以数字化技术为基础，通过集成计算机、网络、传感器、自动化控制等先进技术，实现了对制造过程的精确控制与智能化管理。
本文将详细探讨智能化数控系统的体系结构，关键技术研究及其实现方法。
二、智能化数控系统体系结构智能化数控系统的体系结构主要包括硬件层、软件层和应用层。
1. 硬件层：包括中央处理器、输入输出设备、传感器、执行器等。
这些硬件设备负责接收、处理和执行指令，实现制造过程的自动化控制。
2. 软件层：包括操作系统、数控编程软件、数据库管理系统等。
软件层是智能化数控系统的核心，负责实现系统功能的逻辑控制与数据处理。
3. 应用层：根据具体应用需求，将硬件层和软件层进行集成与优化，实现特定制造过程的智能化控制与管理。
三、关键技术研究1. 数字化技术：数字化技术是实现智能化数控系统的关键技术之一。
通过将制造过程进行数字化建模，实现制造过程的精确控制与优化。
2. 传感器技术：传感器技术是实现智能化数控系统的重要手段之一。
通过安装各种传感器，实时监测制造过程中的各种参数，为系统提供实时数据支持。
3. 自动化控制技术：自动化控制技术是实现制造过程自动化的关键技术。
通过计算机对制造过程的控制与优化，实现制造过程的精确、高效和自动化。
4. 网络化技术：网络化技术是实现智能化数控系统的重要手段之一。
通过网络将各个设备进行连接，实现信息的实时传输与共享，提高系统的整体性能。
四、关键技术研究与实现1. 数字化技术研究与实现：通过对制造过程进行数字化建模，实现制造过程的精确控制与优化。
具体实现方法包括建立数字化模型、数据采集与处理、数据分析与优化等。
2. 传感器技术研究与实现：通过安装各种传感器，实时监测制造过程中的各种参数。
具体实现方法包括传感器选型、安装位置选择、信号处理与分析等。
3. 自动化控制技术研究与实现：通过计算机对制造过程的控制与优化，实现制造过程的精确、高效和自动化。
数控机床可靠性技术的分析与研究
数控机床可靠性技术的分析与研究一、概述随着制造业的快速发展，数控机床作为现代制造技术的核心设备，其可靠性对于保证生产过程的稳定性和产品质量具有至关重要的作用。
数控机床可靠性技术是指研究数控机床在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。
这一技术的提升不仅关乎到企业的生产效率，更是决定产品竞争力的关键因素。
近年来，随着新材料、新工艺和新技术的不断涌现，数控机床的复杂性和精度要求越来越高，其可靠性问题也日益凸显。
对数控机床可靠性技术的研究和分析变得尤为重要。
通过对数控机床可靠性技术的研究，可以深入了解机床的失效模式和机理，为机床的设计、制造、使用和维护提供科学依据，进而提升机床的可靠性水平，确保生产过程的顺利进行。
同时，数控机床可靠性技术的研究也是制造业持续创新和发展的必然要求。
在全球经济一体化和市场竞争日益激烈的背景下，提高数控机床的可靠性水平，不仅可以提升企业的核心竞争力，还可以推动整个制造业的转型升级，实现可持续发展。
数控机床可靠性技术的研究与分析具有重要的理论意义和实践价值。
本文将从数控机床的可靠性定义出发，探讨其可靠性分析的方法和技术，分析影响可靠性的主要因素，并提出提高数控机床可靠性的措施和建议，以期为我国制造业的发展提供有益的参考。
1. 数控机床在现代制造业中的重要性在现代制造业中，数控机床的重要性不言而喻。
作为制造业的核心设备之一，数控机床的精度、效率、稳定性以及可靠性等性能直接影响到产品的质量和生产效率。
随着全球制造业的快速发展，特别是在中国这样的制造业大国，数控机床的需求量与日俱增。
对于数控机床可靠性技术的深入分析和研究，不仅有助于提升我国制造业的整体竞争力，更对保障国家经济安全具有重要意义。
数控机床的高精度和高效率是现代制造业追求的核心目标。
在许多高精度、高复杂度的零部件制造过程中，如航空航天、汽车制造、模具制造等领域，数控机床的作用无可替代。
其高精度加工能力能够确保零部件的尺寸精度和表面质量，满足产品性能和使用寿命的要求。
几种数挖系统的分析与研究
成 系统的不稳定，使 闭环数 控系统 的设计 、安装和调 数控机 床，控制 刀具进给， 从而保 证工 件加工 精度。 试都相 当困难。 闭环数控 系统 主要应 用于精度要 求很 如图 ３所示，数控 系统在线 检测系统由传感器、调理 电路、驱动系统和单 片机控 制系统 组成。研究设计此 高的精 镗床、超精车 床、超精磨床等。
床工业 的实 力强 大，对一 国工业和国民经济的加速发 易产生丢步 和超步 的现象，很难提高加工精度。在我 展具有极其重大 的战略意义 。数控机 床作为其先进代 国，经济型数控机 床一般都采用开环数控系统。 表，代表 了机床行业 发展 的方向和未来。所 以对机床 数控系统进行分析与研究相 当重要，具有深远 的意义。 机床数控 系统 的检测 装置和反馈元件，通常安装
图 ３ 包含 工件 在 内的 全 闭 环 数 控 系 统
结束语
中国的制造业要 实现从 大国到强 国，从低端 到高
系统的特点是 ，整个 系统由内外两个位置环组成，其 端，数控技术是 关键 技术，具有高精度、高效率 、柔 中内部 闭环 为转角位 置闭环，其检测元件为装于 电机 性 自动化等特点，对制造业实现柔性 自动化、集成 化、
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几种数控系统的分析与研究
abstract: nc system, which controls the performance and machine accuracy of machine tool is an important part. in this paper, several typical nc systems are discussed, especially close-loop and whole-close-loop nc system. the results can provide some theoretical basis for machine tool industry.
key words: nc machine toolclose-loop nc
systemwhole-close-loopmachine accuracy
摘要：数控系统作为数控机床的重要组成部分，决定了机床的性能和加工精度。
本文针对几种典型的数控系统进行了理论分析与研究，重点介绍了闭环和全闭环数控系统，该研究结果为机床行业的发展提供了一些理论基础。
关键词：数控机床闭环数控系统全闭环加工精度
中图分类号：[f287.2]文献标识码：a 文章编号：
引言
任何国家、工业和国民经济的发展，最基本的是依靠人员素质、装备精良和资源充足三者，而工业发展所不可缺少的装备就是机床。
机床的优质先进、机床工业的实力强大，对一国工业和国民经济的加速发展具有极其重大的战略意义。
数控机床作为其先进代表，代表了机床行业发展的方向和未来。
所以对机床数控系统进行分析与研究相当重要，具有深远的意义。
机床数控系统的检测装置和反馈元件，通常安装在机床的工作
台或丝杠上，相当于普通机床的刻度和人的眼睛。
它把机床工作台的实际位移转变成电信号反馈给数控装置，供数控装置与指令值比较产生误差信号，以控制机床向消除该误差的方向移动。
按有无检测装置，数控系统可以分为开环与闭环数控系统，而按检测装置的安装位置又可以分为闭环与半闭环数控系统。
下面对几种数控系统分别进行分析与研究：
1 开环数控系统
开环数控系统结构简单，没有检测和反馈装置，数控装置发出的指令信号是单向的，所以不存在系统稳定性问题。
因为无位置反馈装置，所以精度不高，其精度主要取决于伺服系统的性能。
开环数控系统具有工作稳定，反应迅速，调试方便，维修简单，价格低廉等优点，在精度和速度要求不高，驱动力矩不大的场合得到广泛应用。
但是长期运行或启动及结束时易产生丢步和超步的现象，很难提高加工精度。
在我国，经济型数控机床一般都采用开环数控系统。
2 半闭环数控系统
半闭环数控系统的位置采样点是从驱动装置（常用伺服电机）或丝杠引出，通过采样旋转角度而不是采样运动部件的实际位置进行检测。
因此，由丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的误差难以消除。
半闭环数控系统闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可以获得稳定的控制性能，而机械传动环节带来的误差可用误差补偿的方法消除，因此仍可以获得比较满意的精度。
这种系统结构
简单，测试方便，精度也较高，因而在现代数控机床中得到了广泛的应用。
3 闭环数控系统
由于机械传动装置的刚性、摩擦阻尼等非线性因素和传动间隙等都不包括在半闭环伺服系统环内，因而其大部分传动间隙，弹性变形，滚珠丝杠螺母的误差及滞后都对机床精度产生影响。
为了解决这些问题，闭环数控系统应运而生。
闭环数控系统的位置采样点如图1所示，是从机床运动部件上直接引出，通过采样运动部件的实际位置进行检测，可以消除整个放大和传动环节的误差、间隙和失动，因而具有很高的位置控制精度。
但是由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定，使闭环数控系统的设计、安装和调试都相当困难。
闭环数控系统主要应用于精度要求很高的精镗床、超精车床、超精磨床等。
4 包含工件在内的全闭环数控系统
检测装置采样工作台的实际位置的闭环数控系统，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整加工余量，从而影响加工精度，尺寸分散性大。
包含工件在内的全闭环数控系统，在线检测技术使在线检测系统与机床、刀具、工件组成一个全闭环系统，在线检测系统将测得的工件尺寸信号与反馈给数控机床，控制刀具进给，从而保证工件加工精度。
如图2所示，数控系统在线检测系统由传感器、调理电路、驱动系统和单片机控制系统组成。
研究设
计此系统重点是解决检测装置，要求检测装置要有较好的动态性能，而动态性能主要是它的频率特性。
在线检测技术有着很明显的优点：
1）采用在线检测系统前，在机床正常情况下，加工尺寸的保证主要靠工人的技术及经验和机床的性能，工件的尺寸变化范围较大，不稳定，容易出现不合格品；采用在线检测系统后，通过在线检测系统控制机床加工，提高了产品精度，从而使得不合格率大大降低，有效地保证产品质量，并降低了成本。
2）实现了加工中的自动测量，大大减少了测量时间，同时避免了由多次装夹所引起的误差，可使自动化程度提高，劳动生产率提高，并大大降低了操作人员的劳动强度。
3）节约了资金，提高了效益。
包含工件在内的全闭环数控系统有着广阔的发展前景，但是应用范围迄今为止仍以磨削为主，在其他切削加工中应用还是有限。
5 结束语
中国的制造业要实现从大国到强国，从低端到高端，数控技术是关键技术，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。
我国的数控技术的发展呈现出前所未有的广阔前景，但与国外发达国家相比水平还较低，所以，大力发展数控技术，振兴机床行业，具有重大的现实意义和深远意义。
参考文献
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注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。