机床电气的数控化

机床电气的数控化（通用12篇）

机床电气的数控化 篇1

1. 引言

我国从事数控机床电气设计、应用与维修技术工作的工程技术人员数以万计, 然而由于此项技术的复杂性、多样性和多变性以及一些客观环境因素的制约, 在数控机床电气控制方面还没有形成一套成熟的、完整的理论体系。当今控制理论与自动化技术的高速发展, 尤其是微电子技术和计算机技术的日新月异, 使得数控技术也在同步飞速发展, 数控系统结构形式上的PC基、开放化和性能上的多样化、复杂化、高智能化不仅给其应用从观念到实践带来了巨大变化, 也在其维修理论、技术和手段上带来了很大的变化。本文对我院的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, 为机床改造的电气控制设计提供依据。

2. 数控机床控制系统设计

数控系统一般由微机系统、通信设备、输入/输出设备、可编程控制器、主轴驱动、进给驱动及位置检测器等组成, 相互之间的联系如图1所示。

2.1 伺服及I/O单元

根据该机床的结构特点, 决定三轴均可选用FAN UC交流伺服电机βi系列, 型号为β12/3000is。该电机具有输出扭矩大、动态响应快和定位精度高等特点, 完全满足本机的精度要求。主要性能指标如下:

额定转速:3000r/min

额定输出功率:1.8kw

编码器:绝对位置检测方式, 分辨率130000p/rev

伺服放大器采用于电机配套的Beta i系列。

I/O设备选用集电极输出型的基本I/O单元HR341, 主要用于机床操作面板及与机床间的输入输出控制。另外附加一个远程I/ODX110, 主要用于教学功能的“故障模拟设置”的输入输出。伺服及I/O单元连接原理图如图2所示。

2.2 主轴控制

主轴电机采用交流变频控制电机, 型号为A06B-0854-B1006α, 额定功率为5.5KW, 最高转速8000rpm, 由变频器进行控制。模拟量由基本I/O单元的A0端口输出0-10V的直流电压, 变频器根据输入的电压变化而输出相应的转速。由于模拟主轴电机没有编码器, 因此在发出转速命令后, 系统无法检测到主轴是否运行。为解决这一问题, 我们利用变频器上的功能端子, 将其通过参数设置成“到达指令频率闭合”状态, 并通过PLC检测此信号, 从而实现对电机的运转进行监控。

3. 加工精度的控制

3.1 机械精度的补偿

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) 。

3.2 开环放大倍数的设置

在典型的二阶系统中, 阻力系数X=1/2 (KT) -1/2, 速度稳态误差E (∞) =1/K, 其中K为开环放大倍数, 工程上多称作开环增益。显然, 系统的开环放大倍数是影响伺服系统的静态、动态指标的重要参数之一。

为了不影响加工零件的表面粗糙度和精度, 又希望阶跃响应不产生振荡, 开环放大倍数就要小些, 若从系统的快速性出发, 希望X值选择小些, 就要增大开环放大倍数, 同时, K值的增大对系统的稳态精度也能有所提高。并非系统的放大倍数愈高愈好, 当输入速度突变时, 高放大倍数可能导致输出剧烈的变动, 机械装置要受到较大的冲击, 有的还可能引起系统的稳定性问题。要根据实际情况进行综合考虑。一般情况下, 数控机床伺服机构的放大倍数取为20~30 (1/S) 。

4. 数控机床运动坐标的电气控制

数控机床一个运动坐标的电气控制由电流 (转矩) 控制环、速度控制环和位置控制环串联组成。其控制框图如图3所示。

(1) 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。

(2) 速度环是控制电动机转速亦即坐标轴运行速度的电路。速度调节器是比例积分 (PI) 调节器, 其P、I调整值完全取决于所驱动坐标轴的负载大小和机械传动系统 (导轨、传动机构) 的传动刚度与传动间隙等机械特性, 一旦这些特性发生明显变化时, 首先需要对机械传动系统进行修复工作, 然后重新调整速度环PI调节器。

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。

(3) 位置环是控制各坐标轴按指令位置精确定位的控制环节。位置环将最终影响坐标轴的位置精度及工作精度。这其中有两方面的工作:

一是位置测量元件的精度与CNC系统脉冲当量的匹配问题。测量元件单位移动距离发出的脉冲数目经过外部倍频电路和/或CNC内部倍频系数的倍频后要与数控系统规定的分辨率相符。例如位置测量元件10脉冲/mm, 数控系统分辨率即脉冲当量为0.001mm, 则测量元件送出的脉冲必须经过100倍频方可匹配。

二是位置环增益系数Kv值的正确设定与调节。通常Kv值是作为机床数据设置的, 数控系统中对各个坐标轴分别指定了Kv值的设置地址和数值单位。在速度环最佳化调节后Kv值的设定则成为反映机床性能好坏、影响最终精度的重要因素。Kv值是机床运动坐标自身性能优劣的直接表现而并非可以任意放大。关于Kv值的设置要注意两个问题, 首先要满足下列公式:

式中v——坐标运行速度, m/m i n

Δ——跟踪误差, m m

注意, 不同的数控系统采用的单位可能不同, 设置时要注意数控系统规定的单位。例如, 坐标运行速度的单位是m/m i n, 则K v值单位为m/ (m m/min) , 若v的单位为mm/s, 则Kv的单位应为m m/ (m m/s) 。

其次要满足各联动坐标轴的Kv值必须相同, 以保证合成运动时的精度。通常是以Kv值最低的坐标轴为准。

位置反馈有三种情况:一种是没有位置测量元件, 为位置开环控制即无位置反馈, 步进电机驱动一般即为开环;一种是半闭环控制, 即位置测量元件不在坐标轴最终运动部件上, 也就是说还有部分传动环节在位置闭环控制之外, 这种情况要求环外传动部分应有相当的传动刚度和传动精度, 加入反向间隙补偿和螺距误差补偿之后, 可以得到很高的位置控制精度;第三种是全闭环控制, 即位置测量元件安装在坐标轴的最终运动部件上, 理论上这种控制的位置精度情况最好, 但是它对整个机械传动系统的要求更高而不是低, 如若不然, 则会严重影响两坐标的动态精度, 而使得机床只能在降低速度环和位置精度的情况下工作。影响全闭环控制精度的另一个重要问题是测量元件的精确安装问题, 千万不可轻视。

(4) 前馈控制与反馈相反, 它是将指令值取出部分预加到后面的调节电路, 其主要作用是减小跟踪误差以提高动态响应特性从而提高位置控制精度。因为多数机床没有设此功能, 只是要注意, 前馈的加入必须是在上述三个控制环均最佳调试完毕后方可进行。

结束语

我国现有机床380万台, 自动和半自动化程度的机床不足25%, 远远落后于美国、日本等国家。我们要成为世界制造业中心, 就必须加快机床数控化的进度。近几年我国急需技术改造的机床约占2 5%, 这将蕴藏着无限商机。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

[1]张建民主编.机电一体化系统设计.北京:北京理工大学出版社.2002.7

[2]诸小丽.普通机床数控技术改造探讨.南宁:南宁职业技术学院学报.2003.4

[3]http://www.ieicn.com.数控机床维修改造系列讲座.2005-6-26

[4]包胜华、张仲伟.http://www.mt.inin.com.cn.数控机床的伺服系统性能探究.2005-10-28

机床电气的数控化 篇2

对改造对象进行全面检查，明确改造目标和改造后机床用途，确定改造方案。

普通机床数控化改造总体步骤如图1 所示。

对于旧数控机床的升级改造，机械系统改造较少，主要是电气控制系统的升级改造，以改变系统老化、备件匮乏带来的故障率高、维修周期长的问题。

(2) 机械系统的改造

普通机床机械系统改造项目多，如图2 所示。

如普通机床往往在铸铁床身上直接加工出导轨，长时间使用出现磨损，影响加工精度，为提高其耐磨性和动、静刚度，可以改造为采用轴承钢淬硬制成导轨，粘贴紧固到铸铁床身上，而后再对粘贴好的导轨进行磨削;改变普通机床繁琐的传动链，采用步进、DC或AC 伺服电动机结合滚珠丝杠副的传动形式，使传动链大大缩短;增加自动换刀装置; 增加分度工作台、回转工作台等辅助功能部件等。

对于旧数控机床的升级改造，如果机械部件性能良好，液压系统、冷却系统、润滑系统等辅助部件性能也都正常，除对机械部件做除锈和清洁保养外，无需做大的更换和修复。

(3) 数控系统的选型和设计

无论普通机床的数控化改造，或是旧数控机床的升级改造，数控系统的选型、设计和安装都是至关重要的核心步骤。

旧数控机床系统较多采用: SINUM ERIK7，3，8，850 /880，810; FANUC 7，6，3。

目前，多数早期型号的数控系统的电气备件已经停止供货，改造时，基本不考虑保留老系统，而是根据机床的现状、产品生产要求、企业资金状况，选择相应的低、中、高档数控系统。

如图3 所示，如果追求品质优越、稳定的数控系统，可选择国外知名品牌的数控系统;国内数控系统也具有性价比高、维修使用成本低的优势，在选用时，建议根据企业所在地区选用。

旧数控系统大部分带有老型号的PLC 逻辑控制系统，在数控系统改造过程中，要考虑新老系统替换时的差别，对PLC 部分输入输出点的数量和性质作出比较精确的估算。

对于外围电路的改造，可采取的方案有两种: ①“接口型改造”，即保留外围继电器电路，只对NC、PLC 进行改造，新PLC 不参与外围电路控制，只处理NC 所需的指令信号。

此方案改造设计、调试工作量较小;② “彻底改造”，在继电器逻辑较复杂、故障率较高、用户又能提供清楚逻辑图的情况下，可用新NC 所带的PLC 将外围电路全部改造，简化了外围电路，又合理利用了PLC 的控制能力。

此方案可大大简化硬件电路，提高可靠性，但改造设计、调试工作量较大。

对于数控系统的改造，还应注意:①要尽量向一个著名厂家的型号系列靠拢，这样既有利于维修和管理，又利于备件的购买，千万不要把企业的数控系统搞成“万国牌”。

②要清楚所选厂家在国内的维修服务状况，以免将来后患无穷。

(4) 伺服驱动系统的选型和设计

如图4 所示，伺服驱动系统的选型和设计主要包括: 主轴伺服系统和进给伺服系统电动机的选择以及配套电机驱动器和主轴变频器的选择。

对于电机驱动器，可选择与数控系统配套的驱动器，如FANUC 本身开发了集成程度很高的多轴驱动器，也可选择市面上的其他品牌驱动器。

在改造过程中，对于状态良好、价值很高的老伺服系统，可采取保留驱动装置和电机的方案，也可采取只保留功率大、价格贵、安装麻烦、状况良好的电机，而更换为新型驱动装置，若保留，还要考虑老伺服系统是否与新数控系统匹配的问题。

(5) 机床测量系统的选型和设计

对于机床测量系统，目前数控系统的要求是增量式脉冲编码输入，所以旧机床所配的感应同步尺或旋转变压器等测量元件均需用增量式脉冲编码器、光栅尺代替。

具体方案是: 旋转变压器基本不能保留，可以采用新型旋转编码器替代; 感应同步器/尺的情况略微复杂，能改掉尽量改掉，用新型HEIDENHAIN光栅尺和圆光栅替代，但在某些场合，如精密转台，会遇到新的圆光栅不能安装的问题，西门子为此提供了感应同步器/尺信号到新系统的转换装置，但该装置价格昂贵，尽量不要选用。

(6) 电柜设计

电柜设计包括的内容如图5 所示。

此外，在旧数控机床的升级改造中，还应遵循以下原则：一是进口数控机床电气柜以及柜内的元器件即使使用了若干年，状态仍会优于国内甚至合资品牌的元器件，所以，改造高档进口数控机床，不建议做大拆大改; 如果电气柜状态比较差，全套更换，在资金允许的情况下，要尽量选择知名品牌。

在改造方案确定初期，就要根据电气改造方案测定所需的电缆长度，凡与数控驱动测量系统直接相关的电缆，只选择原装电缆;但大型主轴电机的电力电缆价格过于昂贵，改造时不考虑原装电缆。

(7) 参数设计及设置

根据改造方案，查阅数控系统、变频器、伺服驱动器说明书，依据机床设计性能，设计、设置、匹配参数。

如图6 示。

(8) 机电联调和精度控制

这是改造能否成功的关键环节。

工程人员在这一阶段完成机电联调、数控系统的最终调试、驱动系统的参数最佳化调节等工作，并为验收做准备。

验收主要包括两项内容：①按照国际标准，不同类型的机床相应的标准试切削程序，进行标准样件试切削; ②对机床精度进行检验，可采用激光干涉仪进行测量，机床位置测量系统的补偿可采用得到的数据，从而提高机床精度。

3 总结

现代制造技术快速发展，高速电主轴、直线滚动导轨、直线电动机、大容量刀库、虚拟技术等广泛应用在数控机床上，机床功能越来越复杂，5 轴加工中心、复合加工设备( 如车、铣、磨集成) 、特种加工设备( 激光、真空电子束、喷涂) 等越来越多。

研究、探索这些数控设备性能特点，在其正常工作阶段充分利用，通过合理的数控改造进一步挖掘其价值，提高设备可靠性，减少维护费用，是随着国内制造业的升级而不断深入的研究课题。

参考文献:

[1]李猛.机床数控技术[M].北京: 北京航空航天大学出版社,.

[2]李猛.数控机床与编程[M].北京: 北京大学出版社,2009.

[3]陈吉红.数控机床电气控制[M].武汉:华中科技出版社,.

普通机床的数控化改造 篇3

摘 要：科学技术的迅速发展对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求，机械加工工艺过程的自动化成为实现上述要求的重要手段之一。它不仅能够提高产品质量和生产效率，降低成本，还能极大的改善生产者的劳动条件。本文从数控机床的发展历程和数控加工的特点等方面阐述了机床数控化改造的必要，以及对主要改装部件和改装优势作了简单的探讨。

关键词：普通机床；数控化；改造分析

TG659

一、数控系统发展简史及趋势

1946年诞生了世界上第一台电子计算机，为人类进入信息社会奠定了基础。到1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代发展。

（一）数控（NC）阶段（1952-1970）

早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路搭成一台专用机床作为数控系统，被称为硬件连接数控，简称（NC）。随着元器件的发展，经历了三代，即电子管、晶体管和小规模集成电路时。

（二）计算机数控（CNC）阶段（1970—现在）

1970年通用小型计算机作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段。到1971年，美国INTEL公司将运算器和控制器集成在一块芯片上，出现微处理器（MICROPROCESSOR），又称中央处理单元（CPU）。

（三）数控未来发展的趋势

1.继续向开放式、基于PC的第六代发展

基于PC 所具有的开发性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，至少采用PC机作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题。PC机所具有的人机界面，将普及到所有的数控系统。远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍。

2.向高速化和高精度化发展。这是适应机床向高速化和高精度化发展的需要。

3.向智能化方向发展。随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化将不断提高。

4.应用自适应控制技术。数控系统能检测过程中的一些重要信息，并自动调整系统的有关参数，达到改善系统运行状态的目的。

5.引入专家系统指导加工。将熟练工人和专家经验，加工中的一般规律和特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。

6.引入故障诊断专家系统

7.智能化数字伺服驱动装置

可以通过自动识别负载，而自动调整参数，使驱动系统获得最佳运行。

二、机床数控化改造的必要性

（一）微观看改造的必要性

1.可以加工出传统机床不便加工的曲线、曲面等复杂的零件。

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，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搬运。

5.可自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可以实现长时间无人看管加工。

6.降低了工人的劳动强度，节省劳动力，减少工装，缩短新产品的试制周期和生产周期，可对市场需要作出快速反应。

（二）宏观看改造的必要性

从宏观上看，工业发达国家的机械工业，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，还包括在开发产品中推行CAD、CAM虚拟制造等等。以及在其生产过程中增加信息技术，包括人工智能等。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造，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加。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，数控机床的比重到1995年只有1.9%，而日本在1994年已达到20.8%，这也就说明了机床数控化改造的必要性。

三、数控化改造的内容及优点

（一）数控化改造的内容

机床数控化改造主要内容有以下几点：

1.恢复原功能，对机床存在的故障部分进行诊断并恢复；

2.NC化，在普通机床加数显装置，或加数控系统，改造成NC机床或CNC机床；

3.翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原来精度；对其不满足生产要求的CNC系统进行更新。

（二）车床数控化改造措施

车床的数控化改造，必然涉及到对机床主要机械部件的改装，包括了滑动导轨副、齿轮副、滑动丝杠与滚珠丝杠、安全防护等方面。

对于数控车床来说，导轨除应具有普通车床导向精度和工艺性外，还要有良好的耐摩擦、耐磨损特性，并减少因摩擦阻力而致死区。同时要有足够的刚度，以减少导轨变形对加工精度的影响，要有合理的导轨防护和润滑。

一般机床的齿轮主要集中在主轴箱和变速箱中。为了保证传动精度，数控车床上使用的齿轮精度等级都比普通车床高。在结构上要达到无间隙传动，因而改造时，车床主要齿轮必须满足数控车床的要求，以保证车床的加工精度。

丝杠传动直接影响到传动链精度，丝杠的选用主要取决于加工工件的精度要求和拖动扭矩要求。被加工工件精度要求不高时可采用滑动丝杠，但应检查原丝杠磨损情况，如螺距误差和螺距累计误差以及相配螺母间隙。一般情况滑动丝杠应不低于6级，螺母间隙过大则要更换螺母。采用滑动丝杠相对滚珠丝杠价格较低，但难满足精度较高的工件加工。滚珠丝杠摩擦损失小、效率高，其传动效率可达90﹪以上；精度高，寿命长，启动力矩和运动力矩相接近，因此可以满足精度要求较高的工件加工。

此外，在机床改造中要根据实际情况应采取相应的安全防护措施，切不可忽视。滚珠丝杠副是精密的元件，工作时要严防灰尘特别是铁屑及硬沙粒进入滚道。在纵向丝杠上也可以整体铁板防护罩。大拖板与滑动导轨接触的两端要密封好，禁止硬质颗粒状的异物进入滑动面损伤导轨。

（三）数控化改造后的优点

1.投资少，改造期间短

同购置新机床相比，一般可以节省60﹪-80﹪，改造费用低。特别是大型、特殊機床尤其明显。

2.机械性能稳定可靠

所利用的床身等基础件都是重而坚固的铸造构件，而不是那种焊接构件，改造后的车床性能高、质量好，可以作为新设备使用多年。

3.可以充分利用现有条件

可以充分利用现有地基，不必像购入新设备时那样重新构筑地基

4.可以采用最新的控制技术

可根据技术革新的发展速度，及时的提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次，将旧车床改成当今水平的数控车床。

四、结束语

本文通过对数控机床的发展历史的回顾及发展趋势的展望，并结合我国数控机床的发展历程、现状以及数控加工的特点，详细阐述了机床数控化的必要性，同时对普通车床的数控化改造的优势进行了简单分析，对数控化改造内容和改造中需要改装的主要机械部件进行了简单的探讨。

参考文献：

[1]赵云龙主编.数控机床及应用.北京：机械工业出版社，2002.2

[2]唐应谦主编.数控加工工艺学.北京：中国劳动社会保障出版社，2000.5

机床电气的数控化 篇4

一、数控机床电气维修教学的现状

目前在中职教育数控机电专业中,对于学生的主要培养方向就是学会调适数控设备和相关器件的维修。但是,在教学过程中存在着许多问题和传统教学中的弊端。比如,教师只是根据课本内容传授相关知识,却忽视了最为重要的动手实践操作,这样导致学生以后走向岗位对于设备存在着陌生和畏惧心理,不利于工作的开展和学生职业专业素质的展现。还有,教师只是机械地教授知识并没有帮助和引导学生加深对于知识的理解与运用,很难激发学生的学习兴趣,教学目标和教学质量很难完成和提高。

教材往往无法适应社会和工作岗位提出的新要求,有些理念和操作方法都跟不上设备的更新换代。教师也没有时时更新教育理念,这样会减弱学生以后的竞争力,无法满足人才要求。所以,突破传统的教学模式和内容,作出适当的教育改革对于数控机床专业是十分必要的。

教师要改变自己传统的教学思想和方法,注重培养学生的动手能力以及实际操作步骤。对教材不适合的地方作出修改,跟上社会发展的脚步。满足工作岗位对于人才的要求。由此增加学生的就业竞争力和职业综合素养,提高教学质量。

二、分层次任务化在教学中的运用

分层次任务化顾名思义就是把教学目标分出相应的层次,把教学内容和过程引入项目成为任务。采用任务驱动教学,在很大程度上能够激发学生的学习兴趣和上课集中注意力。分层次任务化的数控机床电气维修教学明显突破了传统意义上的教学。首先,从教学过程上就有很大的变化。比如,在传统教学过程中,要先教授相关的理论和操作步骤,等学生理解会背时再进行相关的实际操作。

而在分层次任务化教学过程中是分层次、循序渐进地进行课程内容的教授。先认识实物,让学生在实际的操作设备前认识和感受新的知识。对于数控机床的认识首先要知道零件的名称和形状,教师演示电气维修的具体操作步骤。这样直观的演示和操作,会给学生留下深刻的印象以及在很大程度上激发学生的学习兴趣和自主学习意识。

对于电气维修,在接触和认识完具体的零部件时接着就是认识和学习相关的电气原理图。电气维修需要学生了解电气如何运转和接通,其工作原理很难把握。图形结合再加上实物认识就能够有效的帮助学生认识和掌握维修知识。知道它的工作原理便能够了解从何处下手进行故障排除和维修。比如,需要学习继电器、低压断路器和接触器等器件的工作原理和在电气图中的个数和作用,是因为电气阻隔障碍还是器件原因,这样就能够理清电气图的运作原理、故障原因和其对于数控机床的意义。

最后就是实际的故障排除和电气维修练习,只有通过不断的操作与练习才能够将掌握的理论知识与实际感受结合在一起。在实际操作过程中教师要引导和培养学生独立思考和创新意识。反复强化和巩固学生掌握的理论知识,只有理论知识扎实,才能够将技术运用娴熟。教师布置下去一个个任务,在完成任务过程中让学生的好奇心和自主学习兴趣释放出来。同时,加强学生的合作与交流。这样知识和技术在分享的过程中被牢牢内化于心。

分层次任务化教学对于数控机床电气维修教学的改变是巨大的,仅仅是教学过程就从实际操作中显示出它的优越性。而教师对于教学目标的制订也在这一理念的影响下更为合理。它渗透在教学过程中不但提高了中职学生的理论水平和实际操作技能,更重要的是它从根本上激发了学生对于数控机床电气维修学习的兴趣,也提高了他们的自信心。这对于他们以后走向工作岗位是十分有利的。同时,也是教学改革的一个强大助力。

教师在实施教学时一定要注重对于学生动手和实际操作能力的培养,尤其是中职数控机床技术专业学生操作技术的提高。分层次任务化对于数控机床电气维修的教学带来了巨大改变和活力。经过实际教学情况和教学经验的结合,相信在不久的将来一定会出现更多适应社会生产需要、以培养适合现实需求的技术型人才为目的的科学的教学方法。但是,这也需要广大教育工作者的不断努力和不懈探索。

摘要：随着生产技术发展的需要,国家对于其技术人员的要求也越来越高。而数控机床电气维修作为相关教学内容的一部分,自然而然也受到重视。所以,突破传统的教学,制定出措施和计划做出相应的教学改革成为教师和教育工作者目前应该及时贯彻和实施的工作。但是,如何突破和怎样运用到实际的教学过程中还需要根据实际的教学情况进行讨论和摸索。而分层次任务化是根据社会对人才培养的要求而探索出的一种提高数控机床电气维修教学质量的方法理念。围绕分层次任务化的数控机床电气维修教学的改革与实施来谈谈具体想法。

关键词：分层次任务化,数控机床电气维修,教学改革

参考文献

[1]程寿国,刘毅.分层次任务化的数控机床电气维修教学改革与实施[J].新课程研究(旬刊),2015(10):35-36.

[2]张谦.高职院校基于工作过程系统化课程《数控机床电气控制与故障维修》改革与实践[J].考试周刊,2013(75):8-9.

[3]靳越,李岩,闫学斌,等.高职院校基于工作过程系统化课程改革探索:以电子工艺课程改革为例[J].科技创新与应用,2012(18):257.

机床电气的数控化 篇5

A．交流电动机 B．直流电动机 C．步进电动机 2．()是各种PLC通用的一种图形编程语言，在形式上类似于继电器控制电路。它直观、易懂，是目前应用最多的一种编程语言。

A．语句表 B．梯形图 C．功能表图 3．目前，数控机床主要采用变频调速等先进交流调速技术，由电动机学基本原理可知，该交流调速技术通过改变()进行调速。

A.定子供电频率 B．磁极对数 C．定子供电电压 4．位置检测装置输出信号的变化量相对于输入信号变化量的比值为()。

A．灵敏度 B．测量范围 C．零漂 5.用来表明各种电气元件在机械设备上和电气控制柜中的实际安装位置电气控制系统图是()。

A．电气原理图 B．电器元件布置图 C．电器安装接线图 6．由于()存在着一些固有的缺点（比如，有电刷，限制了转速的提高，而且结构复杂，价格贵），使其应用范围受到限制。

A．直流伺服电动机 B．交流伺服电动机 C．步进电动机 7．()又称主轴准停控制，即当主轴停止时能控制其停在固定位置。

A．开环控制 B．主轴定向控制 C．辅助控制 8．位置检测装置能检测的最小位置变化量称作分辨率。位置检测装置的分辨率应适当()机床加工精度。

A.高于 B．低于 C．等于 9．()一般要在两点间移动的同时进行加工，所以不仅要求有准确的定位功能，还要求从一点到另一点之间按直线规律运动，而且对运动的速度也要进行控制。

A．直线控制的数控机床 B．轮廓控制的数控机床 c．点位控制的数控机床 10．采用安装在电机或丝杠轴端的回转型检测元件测量机床直线位移的检测方法叫做()。

A．绝对测量 B．直接测量 C．间接测量 11．数控机床的进给运动是由()完成的。

A.进给伺服系统 B．位置检测装置 C．可编程序控制器 12．()是数控系统的核心。

A．进给伺服系统 B．数控装置 C．可编程序控制器 13.某数控机床的数控装置只要求能够精确地控制从一个坐标点到另一个坐标点的定位精度，而不管是按什么轨迹运动，在移动过程中不进行任何加工。那么这是属于()。

A．直线控制的数控机床 B．轮廓控制的数控机床． C．点位控制的数控机床 14．数控装置在硬件基础上必须有相应的系统软件来指挥和协调硬件的工作，两者缺一不可，数控装置的软件由()组成。

A．控制软件 B．管理软件和控制软件两部分 C管理软件 15.()不但能用于正常工作时不频繁接通和断开的电路，而且当电路发生过载、短路或失压等故障时，能自动切断电路，有效地保护串接在它后面的电气设备。

A．刀开关 B．低压断路器 C．组合开关 16．电流继电器与电压继电器在结构上的区别主要是()不同。电流继电器的t线圈匝数少、导线粗，与负载串联以反映电路电流的变化。电压继电器的线圈匝数多、导线细，与负载并联以反映其两端的电压。

A．线圈 B．衔铁 C触点 17.数控装置是整个数控系统的核心，按CNC装置中微处理器的个数可以分为单微处理器结构和()。

A．专用型结构 B．功能模块式结构 C.多微处理器结构 18.位置检测元件不直接安装在进给坐标的最终运动部件上，而是中间经过机械传动部件的位置转换（称为间接测量），亦即，坐标运动的传动链有一部分在位置闭环以外，这种伺服系统称为()。

A．开环伺服系统 B．半闭环系统 C．闭环伺服系统 二、判断题（对认为正确的题标注“√”、错题标注“×”；

每小题2分，共20分）19．PLC内部可以看作是由许多“硬继电器”等逻辑部件组成的。(×)20．常用的位移执行机构有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机。(√)21．直接起动是一种简单、可靠、经济的起动方式，也适合于较大容量(大于10KW)的电动机。(×)22．以交流伺服电机为驱动单元的数控系统称为闭环数控系统。(×)23．在光电编码器的里圈里还有一条透光条纹C(零标志刻线)，用以每转产生一个脉冲，该脉冲信号又称零标志脉冲，作为测量基准。(√)24．接触器按其主触头通过电流的种类不同，分为交流、直流两种，机床上应用最多的是直流接触器。(×)25．中间继电器实际上也是一种电压继电器，只是它具有数量较多、容量较大的触点，起到中间放大的作用。(√)26．由电动机学基本原理可知，交流电动机的同步转速与定子供电频率无关。(×)27．语句表又叫做指令表，是各种PLC通用的一种图形编程语言，在形式上类似于继电器控制电路。(×)28.数控机床加工精度，在很大程度上取决于数控机床位置检测装置的精度。(√)三、简答题（每小题6分，共12分）29．PLC的硬件主要由哪几部分组成？ 答：PLC的硬件主要由中央处理单元(CPU)、存储器、输入／输出接口、编程器、电源等几部分组成。

30．正弦波脉宽调制(SPWM)变频器采用的重要理论基础是什么？ 答：在采样控制理论中有一个重要结论，冲量（窄脉冲的面积）相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。电动机就是一个惯性的环节，该结论是SPWM控制的重要理论基础。

四、分析题（14分）31.数控机床的基本组成如图所示，试分析说明控制系统各部分的作用。

答：输入／输出装置：数控系统中的人机交互设备，它能进行加工数据的输入和输出。（3分）数控装置是数控系统的核心，数控装置实际上就是微型计算机系统。（3分）。

普通机床的数控化改造之我见 篇6

普通机床随着科学技术的发展越来越不能满足市场的需求，数控化改造，采用先进的工艺装备，实现微机对机床的数控化自动控制，改善普通机床劳动强度大，危险性高的弊端。本文详细介绍有关数控机床改造的过程和方法，从解决现代机械制造中复杂的结构出发对整体改造方案进行设计，提高了原机床的生产效率，满足现代科学的批量生产需要，降低劳动强度。

一.数控机床改造的现状

我国机械制造水平与发达国家相比差距很大，越来越多的企业将普通机床逐渐转向数控化，通过利用微机对车床的纵向、横向进给系统进行数字控制，提高我国机械制造业企业的产品、市场效益。较高精度地自动切削加工螺纹，直接影响到行业内各家企业的生存和发展，实现加工外圆、锥度、螺纹、端面等的自动控制。改善成本高、品种少等诸多问题，同时也可以提高经济效益。

（1）普通机床的数控化改造是一个繁琐和细致的工作，目前，我国的大多数制造行业加工装备为老旧机床，因此系统改造主要以机械部分和数控装置的加装为主，需要机械专业的配合，从最普通的机床改造开始。选择合适的机床伺服系统和计算机系统，改善我国机械产品在国外市场上缺乏竞争力的局面。在车床上附加数控装置和执行元件，对机械传动链进行改造，循序渐进，注意成本的控制，改造成为经济型数控机床。

（2）我国加工生产出来的产品普遍存在机械部分与数控系统问题，改造旧机床提高数控化率成为了实现数控精度最主要的方法。这类产品在开发过程中，需要设计者对机床的加工工艺和设计理念有所熟悉，是发展企业的关键。普通机床的数控化改造不只是电控的改造，由于该类数控系统功能齐全、种类繁多、适用性较强，需要将改造的每一步都想到位。结构灵活、编程方便的制造技术改造与创新成为了历史必然与趋势。但是由于硬件系统集成，数控机床的性能指标，用户不能随意更换机床基础件。

（3）数控系统的确定必须有改造的费用，常规机床数控系统要拥有经济性好与足够的刚性的条件。很多机床改造时首选开放式机床数控系统，并不是所有的旧机床都可以进行数控改造，所以开发的灵活性不足。在车床改装前，用户可以根据需要选择硬件结构，对机床的性能指标做出决定，借助PC机强大的编程能力提高系统控制的性能。改装后的车床一般都保持原有的加工工件的平面度、直线度、圆柱度以及粗糙度等性能，这是开放式数控系统最大的优点。

（4）改造方案的整体内容首先应对原有的旧机床结构进行创造性的设计，以PC机为控制核心，但不是在传统机床的基础上对局部加以改进，主要采用软件形式实现运动系统控制。现代的数控技术已经形成了数控机床的独特机械结构，更大程度的调高了灵活性，特别是整体布局、外部造型等部件结构发生了很大变化，便于在加工过程中实现自动变换切削速度。考虑新机床的各项指标与旧数控机床相接近是改造的主要出发点和落脚点，提高自动化程度。

二.普通机床的数控化实施方案

旧车床的数控化改造重点解决控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体等四个方面的问题，机床数控化的改造技术已经在各个行业中得到了极为广泛的利用，考虑改造的数控设备相似的特征有利于备件的购买。采取交流变频电动机和有级变速箱配合的方案，考虑适用于所有类型的机械及工业装置的单件，带来更高的效率与产品利润。

（1）研究机床数控化技术，选择连续型数控系统，不断将其中的缺点弥补。经济型的数控机床，为工业生产带来更高的效益，其数控系统为两轴联动，可以即分段无级变速。功能较多，性能稳定，为我国的工业技术进步做出了巨大的贡献。装主轴脉冲编码器，使得这项技术能够不断的完善，拆卸交换齿轮，实现在高、中速段的恒功率传动。改造设计伺服系统，主轴的正反转和制动停止由数控指令控制电动机来实现，采用交流伺服电动机和步进电动机。

（2）选用反应式步进电动机作为数控化改造中的纵向和横向的进给驱动，配合齿轮变速，在低速段的恒转矩传动。交流伺服电动机体积小，在改造后的主轴传动系统中，调速方便，增加工作效率。不同齿轮的啮合切换通过电磁离合器的吸合与分离来实现，保证加工精度和质量。全软件型开放式数控系统是当前机床数控系统的最新产品，但是价格昂贵，主轴变频调速系统虽然精度高，并能够实现自动变速。出于经济型改造，选用步进电动机作为驱动装置更好实现数控化改造的最大优化。

（3）车床步进电动机采用脉冲数字信号进行控制，横向最小运动单位为0.005mm/脉冲，每转一转步距误差自动清零，纵向最小运动单位为0.01mm/脉冲，方便地实现调速与定位。一般进给系统可以保持原来的支架系统，通过改变各相绕组的接通次序调整弹簧，加装减速齿即可实现正反转。逐渐提高数控技术的自动化程度，在机械制造业中起着很大的作用。配置经济型数控车床处理线程或螺杆的脉冲发生器，减少加工所需要的时间。通过柔性制造单元，以便它发出到主轴的角位置的改变信号，提高数控机床的自动化程度。

（4）同步旋转的车床主轴进给机械改造，按照所需的加工节距处理计算刀架改造，有效缩短加工过程中的辅助时间。设计自动回转刀架自动换刀装置，以便数控机床根据程序更换刀具。数控系统控制机器的垂直或水平的步进电机，采用柔性生产线和复合的加工等数控加工技术，实现的车床加工螺纹的目的，从而有效提高了加工零件在实际的生产过程中的连续性以及自动化。因数控车床的工艺范围、刀具的种类与数量不同，采用淬硬的合金钢材料，具有相当可靠的工艺性能。普通机床的滑动导轨需要换成滚动导轨和静压导轨，采用四方自动回转刀架，数控技术的机械化加工过程中，拆除原刀架和小滑板，最后通电调试数控机床中电气控制系统。

三.结束语

随着社会经济的进一步发展，加工中心在满足控制要求的前提下，对各种机械加工零件的精度、质量和效率提出了更高要求。一旦发现老化的元件与磨损等异常现象，由于本身加工精度高，则需要马上更换加工中心，保证产品质量，从而保证整个机床系统能正常运作。提高机床生产效率、保证产品质量开展，不盲目追求自动化和高指标，节约企业资金，力求设计方案简单、经济，为企业更好的发展做出了积极贡献。力求车床使用与维修方便、生产率高，控制系统操作简单，实用性、经济性和稳定性是数控技术的发展趋势，为企业带来可观的经济效益。

（作者单位：哈尔滨石油学院机械电子工程系）

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数控机床的电气维修 篇7

数控机床是现代工业自动化的典型设备, 在精密加工和生产中应用相当广泛。然而, 由于数控机床采用了先进的控制技术, 机床的维修也相对比较复杂。数控机床的故障大类可以分为电气故障和机械故障, 同时这两类故障也相互联系, 如设备发生了机械故障也往往多数情况是从电气现象来诊断, 这样对数控电气故障的分析就显得尤为关键。下面, 从自己多年从事数控设备电气维修的经验简单的论述数控机床电气故障的诊断技巧和排除方法, 也期望能和业界从事数控设备维修的技术人员一起探讨, 目的是总结出一套更系统、更行之有效的维修方法, 进一步提高数控机床的维修技能。

1 数控机床电气故障的分类

数控机床的电气故障分类方法很多, 按照故障出现的位置、故障性质和结构可以分为以下几类。

1.1 硬件故障和软件故障

硬件故障是指电气元件、CNC硬件系统、电线电缆、接插件等产生不正常状态甚至损坏的故障, 硬件故障是需要修理甚至更换才可排除的。而软件故障一般是指PLC和NC程序或参数设置不当或误修改产生的故障, 这类故障往往需要对设备的系统和参数比较熟悉, 甚至需要重新装载整个系统的参数即对系统初始化才能排除。

1.2 必然性故障和或然性故障

必然性故障是指数控机床自身某个部分出现了变化, 引起机床异常的现象, 这类故障往往有确定的原因, 分析和排除也相对较容易。或然性故障是指数控机床偶尔发生的故障, 故障发生没有一定规律可循, 时好时坏, 造成的原因可能是电气飘逸、接地松动或温度变化等外围影响, 自身元器件可能没有明显的异常, 这类故障诊断起来往往比较困难。

1.3 系统故障和外围故障

系统故障是指数控系统本身的故障, 当然可能是数控或是伺服系统硬件异常造成或是软件上的问题, 解决这类型故障需要维修人员对数控系统本身有较深的了解。外围故障是指除了数控系统以外的电气元件造成的故障, 当然处理外围故障最关键的是需要严格按照设备的电气原理图分析、查找问题。

2 排查故障前的思路

2.1现场了解

数控机床排查故障第一个要求就是维修人员到现场先听取操作人员的讲述, 从中尽可能的获取设备故障的信息, 这样可以为机床的维修缩小范围。

2.2 判断故障大类

确定故障性质通过与操作者了解, 维修人员在充分认识故障可能范围之后就能大体确定故障的性质和类型, 比如可以判定是软件还是硬件问题, 是数控系统本身还是外围故障, 必然性还是或然性故障等等, 基本大类对于经常从事数控机床维修的人员来说也能很快判断出来。

2.3 根据故障的性质

从最可能的原因出发制定维修手段当清楚了数控机床的大致性质之后, 就可以制定出维修的方向, 比如外围故障就需要查阅设备的电气原理图, 系统故障需要查看数控系统说明书和参数表等, 或然性故障需要反复观察判定等等。

3 故障的查找常用方法

3.1 外观检查法

(1) 看从设备外观上查看大致情况, 包括查看设备的电器柜, 看是否有开关跳闸、是否有元件烧坏等情况。

(2) 听如果是设备运行中的故障, 可以听设备的什么部分是否有异响, 从而锁定故障源。

(3) 闻电器柜元件在某些短路的情况下通过闻气味可以很快的判断出来。

(4) 触摸在数控系统单元、伺服驱动单元出现故障或电机故障时通过触摸这些部件外部, 感受温度是否明显升高也可以帮组缩短查找故障时间。

3.2 万用表检测

在外围故障出现的情况下, 最常见的查找方式是根据设备的电气原理图分析可能发生的故障部分, 然后用万用表线路, 当然可以用断电测试或带点测试配合判断故障。

3.3 根据报警查找

数控机床都有一套诊断软件, 设备一旦发生故障, 都有故障的提示, 出现故障时就方便了维修人员缩小排查范围。但是, 任何数控系统的诊断都有使用的局限, 所以维修人员不能在任何时候过于依赖诊断系统, 报警只能是维修人员的一个参考手段。

3.4 参数调整和初始化

数控系统往往因为参数错乱或操作人员在输入加工程序时不小心改动了数控参数而停机, 或是设备运行过程异常, 所以出现软件故障时, 就应该对可能引起故障的参数做仔细的检测, 这就要求维修人员对软件参数有相当的熟悉, 必要时也可从新装置CNC数控和伺服数控做初始化。

3.5 尝试更换新备件

当用仪表根据电气原理图查找到故障之后, 也就是判断出损坏或失灵的元件之后就应该及时更换新的备件, 当然不能认为更换备件就一切问题都能解决, 这方面也有很多的问题。如很多元件比如伺服驱动, 变频器等更换后还需要修改参数, CNC更换也需要参数初始化, 这些都是维修人员需要必须掌握的技能。

3.6 对换法

当电气元件出现不容易判断的故障或是备件有限暂时无法找到替代是就需要对换法, 就是把怀疑损坏的元件和机床上同型号其他备件互换, 如果故障现象依然, 那就可以排除这个元件没有问题, 反之就是该元件损坏, 就需要找新的元件更换。

3.7 其他处理法

有效故障现象是随机的, 也就是前面提到的或然性故障, 这类故障有可能关电复位就出现正常, 这种情况往往很多, 还有其他很多因素引起的故障也需要特殊的处理, 这就需要维修人员不断地摸索、总结经验, 才能不断提高维修水平。

4 典型的电气故障的排除

4.1 供电系统异常

数控机床的电源系统经常会出现故障, 但因电源系统出现故障是现象都很明显, 所以排除故障相对比较简单, 但在处理电源系统故障时应主要以下几个方面:

(1) 没有电源的故障, 这类故障排除相对简单, 只需要对照电气原理图, 使用万用表和试电笔在设备通电的情况下查找原因, 故障往往能很快排除。

(2) 电源电压不稳造成故障, 这类故障带有一定的或然性, 当然排除时首先应检查进线端的输入电压, 从前面往后面查找, 特别是元器件的进电源端需要用万用表测量检查。

4.2 数控系统位置变化

往往有时候存在数控系统加工零件尺寸误差, 造成这个现象是多方面原因, 可能参考点位置发生改变, 或是伺服电机编码器损坏等等, 需要对伺服闭环的每个环节做检测, 包括伺服驱动器, 伺服电机编码器, 编码器电缆, 同时必要时需要检查数控程序, 数控系统参数和伺服参数的设置是否发生变化。

4.3 无法回参考点

机床回参考点是机床上电后的以一个工作, 往往机床在晚上停机后, 第二天就无法正常会零点, 这里最主要的问题可能是参考点开关需要检查是否失灵, 或是参考点开关接线是否松动, 当然也不排除电气参数误更改造成的, 一旦出现无法回零的现象, 需要维修人员从上述方面仔细检查。

4.4 偶发性停机

工厂有时候因电气干扰引起机床参数改变的情况也是有的, 这是数控系统造成无法正常工作, 如前所述这种情况需要检测相关的参数设置。有时因电气干扰会引起机床的软故障, 从新复位故障有恢复, 往往出现这种情况可以检测接地线是否牢固, 因为接地不良也会出现上述原因。

5 总结与提高

对数控机床故障排查后维修人员应该仔细总结经验, 不管是成功的维修案例还是失败的案例, 都应该吸取教训, 为今后的维修提供指导。

主要内容包括:

(1) 针对设备的典型故障案例召开设备故障分析会, 维修人员可以相互谈谈自己的维修方法和改进意见, 对提高大家的维修技能都能起到促进作用。

(2) 建立故障的维修档案把每次的典型故障维修后做好记录, 同时按故障性质分类, 整理出有利于今后维修的经验, 以便缩短后面的维修人员的维修时间, 同时应该对设备的资料查漏补缺, 完善相关的维修文件手册。

6 结束语

总之, 数控机床电气维修相对较复杂, 需要系统的学习数控机床的各种知识, 同时具备较强的动手能力。随着数控系统不断发展, 也需要不断更新知识, 作为多年从事这个行业的技术人员, 作者也期待能与同行分享数控维修的经验, 争取能让自己的数控机床维修技术更上一个台阶。

参考文献

[1]王贵成.数控机床故障诊断技术[M].北京:化学工业出版社, 2005.

[2]潘海丽.数控机床故障分析与维修[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2006.

机床电气的数控化 篇8

关键词：变频器,可编程逻辑控制器 (PLC) ,远距离控制

组合式加工机床由于具有较高的灵敏性, 经常用来在工业生产中加工大型工件, 比如轧钢机的大型部件, 组合式加工机床的优势之一是可以灵活的进行移动移位加工, 因此组合式加工机床比目前市面上存在的固定机床更加适合加工大型的工件, 主要原因是由于越大越沉重的工件加工时越不容易翻转或移动, 因此导致加工效率降低, 而是用组合式加工机床可以有效解决上述问题, 提供工作效率和工作质量。组合式加工机床的主要部件包括主轴箱、床身导轨以及立柱等构成, 而且需要根据实际生产情况, 设计组合式加工机床的电气控制系统, 然后进行分析、改进以及完善等工作, 以保证组合式加工机床的工作效率。

1 电气控制柜的设计

在本设计中, 组合式加工机床的电气柜中装配的电子设备主要包括:LG变频器 (两个) , 欧姆龙CQM1H型可编程逻辑控制器 (PLC) 一个。主轴电机使用18.5kw容量的变频器进行控制, 而主轴箱走刀电机和主轴箱快速电机以及立柱行走电机使用5.5k W容量的变频器控制。而且在操作站与组合式加工机床的电器柜之间的传输方式使用了总线式传输方式, 并且使用插头连接手控操作站、床身分线盒和控制柜, 因此不但大量的减少了控制电缆的数量, 而且方便工作人员进行维护、检修和移动等工作。电器柜的柜门上分别安装了电源启动/停止控制按钮以及两个电机转速显示表, 方便工作人员对主回路电源进行控制。在电器柜的内部, 通过空气开关、变压器、继电器以及接触器等大量电器设备进行多级保护。为了防止PLC被电路故障或其他原因损坏, 因此, 接触器需要通过继电器对PLC进行控制。

2 可编程逻辑控制器 (PLC) 程序设计

可编程逻辑控制器 (Programmable Logic Controller, 简称PLC) , 是一种通过进行数字运算实现具体操作的电子系统, 是现代工业的核心控制部件。本设计采用可编程逻辑控制器是OMRON (欧姆龙) 公司的CQM1H型PLC控制器, 可编程逻辑控制器 (PLC) 在组合式加工机床控制电路中, 主要不但需要接收来自限位开关的信号、按钮控制信号、空气开关监控信号、电机过载信号、变频器保护信号等来自外部的信号, 还需要接受指示信号、输入变频器控制信号以及输出变频器控制信号等。因为按钮控制信号以及指示信号在实际生产中, 与组合式加工机床的控制柜距离比较远, 因此本设计对控制柜进行连接控制时, 采用了欧姆龙总线链接模块 (B7A) 实现, 并且将操作站模块通过两芯电缆或者三芯电缆连接到PLC链接模块。本设计使用OMRON (欧姆龙) 公司的CX-programmer软件实现编程功能, 这样可以方便工作人员或技术人员对所有的点进行实时监控, 帮助工作人员准确的了解每个点的运行状态, 以便在实际生产工作中根据情况进行实时调试。

3 组合式加工机床变频器参数调整

本设计中, 组合式加工机床的电器柜里面的需要配置两台变频器, 其中一台变频器单独对主轴进行控制, 另外一台变频器连接接触器, 对主轴箱走刀、速度电机以及立柱行走电机进行控制, LC变频器根据需要设置分为“功能组1、功能组2、驱动组、输入输出组 (I/O组) 、通讯组 (选项组) 、外部组、应用组”, 并且将这七组参数设置成出厂缺省参数设置, 并且提供相关功能, 方便工作人员根据具体工作需求对部分参数进行更改。

3.1 变频器基本参数的设置

LG变频器是组合式数控加工机床电气控制系统的核心部件, 因此变频器的参数设置将直接影响组合式数控加工机床的工作性能。在对变频器的基本参数进行设置时, 应该首先对电机功率进行设置和选择, 或者参考变频器的型号对电机功率进行选择。

3.2 特定功能的应用

组合式加工机床工作台 (立柱) 的传动轴以及主轴箱是不同的传动轴分别是不同的轴, 在实际工作中, 为了实现电机可以满足所选定的轴的工作状态和需求, 因此需要应用第二电机功能参数, 根据不同的情况或需求设置相关的参数, 实现对所选轴的控制。第二参数功能具体的配置和使用方法如下:工作人员首先任意选择一个多功能端口, 并且设置对应的输入/输出参数 (I/O参数) , 将这个设置好的端口保持在激活状态下, 然后进行启用第二电机功能操作。在对参数进行设置时, 具体的参数包括:“第二电机加速时间、第二电机减速时间、第二电机转折频率、第二电机V/F方式、第二电机正转矩补偿、第二电机反转矩补偿、电子热保护等级 (一分钟) 、电子热保护等级 (连续) 、第二电机额定电机电流”。因为主要由加工轴控制工作台 (立柱) 的行走, 因此在低速动作阶段时, 需要较高的转矩, 所以在工作中采用用户V/F方式进行控制, 工作人员可以最大频率与0的范围内, 对四个点进行设置, 根据具体需要设置不同电压, 通常情况下, 会将较高输出电压设置为第一个点, 这样可以保证较高的输出转矩。

4 结论

在本文设计的组合式数控加工机床电气控制设计中, 电气控制系统中的核心部件是两台LG变频器。因此, 这两台LG变频器的具体参数设置和相关参数调整, 将对合式数控加工机床的工作效率、加工精度和整体性能产生直接影响。其中一台LG变频器主要负责控制三台电机, 这三台电机分别作用于两个轴。而且在该设计中, 为了读一不同的电机进行有效的保护, 采用了第二电机的相关功能, 根据具体情况设置了相应的参数, 实现了对不同的电机的进行分别保护的功能。在组合式数控加工机床的工作台 (立柱) 控制中, 本设计采取的控制方式为用户V/F控制方式, 使组合式数控加工机床在实际生产加工时操作更加方便灵活, 可以很好的满足单位的生产需要。另外, 在本设计中的传输方式采用了总线式传输方式, 使用一根10芯的通讯电缆实现控制信号的传输, 因此大量的减少了连接在电器柜与控制台之间的电缆数量, 这样可以方便单位根据具体的情况和生产需求移动, 不但减少了成本, 而且方便工作人员进行调整和维护, 有效的提高了组合式数控加工机床的整体工作性能和实用性。通过实验分析和实际应用反馈, 该设计有效的提高了组合式数控加工机床的工作效率, 完全达到了设计要求, 可以为工作人员和设计人员在以后的组合式数控加工机床电气控制设计工作中提供参考和帮助。

参考文献

[1]裴艳芳, 杨跃崇.PLC改造机床故障检测方法[J].机床电器, 2009, 5.

浅谈普通机床的数控化改造 篇9

关键词：机床,数控,改造,集成,性能,调整

1946年世界上第一台计算机诞生了,开创了机器部分代替“人脑”的先河,为当今信息社会的产生及数控技术的应用奠定了基础。随着1952年计算机技术在机床上的应用,人类历史上诞生了第一台数控机床。在数控技术发展过程中,数控技术在机加工领域的应用经历了两个阶段。

第一阶段为数控(NC)阶段一此阶段为数控技术应用的初期阶段,起源于1952年。当时,人们仅采用数字逻辑电路搭成机床专用计算机作为数控系统,简称为数控(NC)。

第二阶段为计算机数控(CNC)阶段一此阶段起源于1970年,随着小型计算机的诞生,人们开始将其移植到机床的数控系统作为数控的核心部件。

1 普通机床的数控化过程

随着计算机技术的发展和应用,数控技术在机加工领域的应用也在不断的提高和创新。在进入20世纪70年代年以后,随着集成化电路的应用,使计算机的硬件实现了集成化和小型化。20世纪90年代以后,随着小型计算机的发展,使得小型个人计算机(PC)作为前端机来处理人机界面、编程、联网通信等变的更加方便。随着智能化技术的应用,数控系统的智能化水平也在不断提高。例如,人们应用自适应控制技术来检测数控过程中的一些重要信息,并自动调整系统的有关参数,达到改进系统运行状态的目的;将加工的一般规律和特殊规律存入系统中,以工艺参数数据库为平台,建立具有人工智能的操作系统等等。数控系统在机加工领域的应用,大大提高了机床的性能。如何提高和改善普通机床性能,成为机床行业的一个新课题。图1描绘了普通机床的数控化改造过程。

2 普通机床数控改造的必要性

数控机床有许多优于普通机床的特性,这些特性主要来自数控系统的控制能力和计算能力。其优越性重点表现在以下几个方面。

(1)效率大大提高—数控机床的效率是普通机床的数倍,有的甚至可达数十倍。

(2)模仿能力—数控机床具有普通机床不具备的“模仿”能力,这主要得益于数控机床超凡的计算能力,可依据已知的要求加工出曲面和曲线等复杂零部件。

(3)可以实现机加工的自动化-计算机具有的数据储存能力,为机加工的自动化提供了可能和保证。

(4)加工精度和可靠性大大提高。

(5)可以实现自动补偿,自动监控和自动报警-数控机床的数据储存能力可以实现加工过程的无人操作,降低了劳动强度,减少了对人的依赖。

(6)机床的数控化为推行FMC(柔性制造单元),FMS(柔性制造系统)和CIMS(计算机集成制造系统)等提供了基础,并为机加工企业的信息化改造提供了技术支持。

(7)为加工领域的网络化生产管理奠定了基础-在多品种小批量的生产条件下,数控机床的网络化管理可大大提高数控机床的利用率。

3 普通机床数控化改造的内容

随着机加工技术的不断进步以及数控技术的不断更新,对普通机床改造的探索也在不断发展。普通机床的数控化改造主要包括以下三类。

(1)设备翻新升级一此种改造的重点是对原数控机床不满足生产要求的CNC(计算机数控)系统进行升级改造。

(2)普通机床的NC(数控)化一此种改造重点是在原普通机床上加数显装置或加数控系统,使普通机床升级为简单的数控机床。

(3)技术更新或技术创新-此种改造的目的是使用新工艺、新技术,在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新,从而达到较大幅度的提高设备的能力和档次。

4 普通机床数控化改造的优势

4.1 节约费用

与购置新的数控机床相比,普通机床的数控化改造一般可节省大约60%～80%的费用。由于大型机床机械部分所占比重较大,可节约的费用更加可观,符合产业节能环保的发展趋势。

4.2 交货期短

一般讲机械部件的交货周期较长,由于机床的数控化改造过程中机械部分的改造较小,交货期可大大缩短。

4.3 机械性能稳定可靠

由于老设备的机械部件经过多年的使用,其主体部分的强度和韧性已得到充分的验证。另外,老的机械设备的主体如床身和立柱等都是重而坚固的铸件,和焊接结构件相比,它的稳定性高、质量好。

4.4 操作更加容易,维修更为方便

由于是老设备的改造升级,操作人员对设备熟悉,在操作使用和维修方面不必花费太多的时间和精力进行培训。

4.5 可以采用最新的技术对老设备进行改造升级

5 数控系统的选择

数控系统的选择应主要考虑实际需求,应尽可能的减少机械部件的改造。数控选型时应充分考虑老设备的承载能力,并适当考虑今后一段时间的发展,制定合理的改造方案。

数控系统主要有以下三种。

(1)步进电机拖动的开环数控系统-这种系统一不需要将所测得的实际位置和速度反馈到输入端。驱动装置主要是步进电机,系统的位移精度取决于步进电机的角位移精度和机械传动精度。该系统结构简单,改造费用低,工作可靠。

(2)异步电机或直流电机拖动的闭环数控系统一此种系统需要得到反馈信号,随时与给定值进行比较,并将比较结果传至驱动机构。该系统可取得更高的加工精度,但结构复杂,改造费用高。

(3)交、直流伺服拖动-此种系统介于开环数控系统和闭环数控系统之间。

6 数控改造过程中涉及的主要机械部件

普通机床的数控化改造,不是简单的将数控装置与普通机床连接在一起。还应对一些部件进行改造使其适应数控机床的要求,如图2所示。数控化改造常涉及到的机械部件有以下几点。

(1)滑动导轨一导轨除应具有普通机床的导向精度和工艺性外,还应有良好的耐磨性,同时具有足够的刚度。

(2)齿轮副一为了保证精度,数控机床的传动精度都大于普通机床。因而,改造时机床的主要齿轮传动系统应满足数控机床的要求,以保证数控机床的加工精度。

(3)纵横向进给装置一应对现有进给装置进行评估,选择适用于数控装置的进给装置。加工件精度要求较高时,应选用滚珠丝杆。

(4)刀架-需将手工刀架更换为数控刀架。

(5)安全防护装置-如普通机床的安全防护装置不能满足数控机床的安全要求,应进行改造。

7 普通机床的数控化改造步骤

7.1 确定改造方案,一般包括

(1)确定机械改造和电气改造的内容。机械改造和电器改造互为补充,机械性能的完好是数控化改造的前提。

(2)系统分解。将改造内容分解成若干子系统,如传动系统,测量系统等,逐个制定详细改造方案。

(3)确定改造步骤。可以依照系统的分解,按照先易后难,先局部后整体的思路逐步进行。切忌好大喜功,急于求成。条件不具备,不要强行实施。

7.2 改造前的技术准备

(1)为配合电器改造,确定哪些机械部件需要改造。对需要改造的机械部件进行测量、计算和图纸绘制。

(2)仔细研究需要新配置的电器系统,弄清原理,理解消化新功能。做到改造思路清晰,层次分明。

(3)确定新旧系统接口的设计。做到新旧系统衔接合理通畅,易于操作和维护。

(4)确定调试方案。改造前,应仔细研究分析新的系统性能。依据数控化改造的整体思路,制定相应的单元调试方案和整体综合调试方案。

7.3 改造的具体实施,按时间顺序分为以下几个阶段

(1)对原有设备进行全方位的维护保养,确保设备处于良好状态。并对原有设备进行测量和记录,以便于改造后进行对比分析。

(2)优化需保留的电器系统,更换功能老化的部件,如电缆和紧固件等。使保留的电器元部件处于最佳状态。

(3)拆除需要改造的部分。拆除前应在原图纸上做出标记,以免遗漏或过拆。对拆下的元部件应做好标记,妥善保管,以备使用。

(4)合理安排新系统,及时纠正新系统的不合理配置及安装。做到新系统配置合理、安装有序,功能达到最大化。

7.4 调试

调试应依据事先确定的方案进行。在调试过程中如发现新问题,应停止调试,待方案确定后再继续进行,切忌调试的随意性。调试过程中应做好记录。调试步骤一般分为以下几步。

(1)先调试子系统,再调试整系统。即先单元调试,后联动调试。

(2)先手动后机动。能手动调试的,一定要先手动调试,手动合格后再通电调试。

(3)先空载后加载。空载调试合格后再进行加载调试。加载调试过程中应分步加载,切忌一步加到满载。

7.5 验收

应聘请有关专家和相关技术人员和操作人员组成验收小组,依据改造方案逐步进行验收。验收过程中应做好记录和文件整理,需要进一步完善的应记录在案。达不到要求的不得交付操作人员。所有操作人员应先培训考核,考核合格后再上岗操作。

8 结语

普通机床的数控化改造是一项复杂的工作,需要有耐心和信心。只要准备充分,选择改造方案合理,实施过程控制得当,普通机床的数控化改造将会收到理想的效果。

参考文献

[1]芮延年.机电一体化系统设计[M].北京:机械工业出版社,2004.

[2]周德俭,吴兆华,陈子辰.使用PC的开放式计算机数控系统,1997.

[3]刘利.当前NC的热点——开放化与PC化[J].机电一体化,1998.

浅谈普通机床的数控化改造 篇10

关键词：机床,数控,改造,可行性研究

1 概述

当今社会, 装备制造业作为国家支柱产业的核心, 已经进入了一个崭新的发展时期。数控技术是先进制造技术的核心技术, 它的整体水平标志着一个国家工业现代化的水平和综合国力的强弱, 具有超越其经济价值的战略物资地位。

目前我国机械制造整体水平与发达国家相比还有很大的差距。由于我国企业大部分数控机床和数控系统依赖进口, 企业承受不了巨额购置费, 且易受国外的控制。另外数控机械设备维修力量薄弱, 进口的备件维修成本高, 设备完好率低, 大部分进口机床数控系统已经崩溃, 有的甚至在进口后还没使用就已因为各方面原因不能使用等等。因此目前我国企业机床数控化比例极低, 不到5%。

我国企业使用的绝大部分为传统老式机床, 服役都在一、二十年以上, 体现在机床质量较差、资料不全、缺乏备件、维修困难, 即便较为先进的数控机床也大都老化, 很难满足企业高技术产品的生产需求和生产效率, 给企业生产造成了极大困难。

为节约成本, 进一步发挥老式传统机床的功效和潜在价值, 将大批传统老式机床改造为数控机床是一种必然性和趋势。

2 数控化改造的意义

大量实例表明, 对普通机床进行一定要求的数控化改造后, 即把完全依靠手工操作改为经程序编制后的自动运行, 不仅减轻劳动强度, 而且保证加工质量的稳定性, 使生产率至少提高2～3倍以上。对大批即将退役的机床, 不进行整改已无法使用。但机床本身还有很大“剩余价值”, 若投入一定费用对其进行数控化改造, 使其恢复“青春”, 势必提高生产效率, 继续在生产中发挥关键作用。

我国是发展中国家, 振兴制造业势在必行, 但有限的财力决定不可能更新全部旧设备, 因此, “少花钱, 多办事”是机床现代改造的必由之路。

3 数控化改造项目的可行性评估

对一台老旧机床可行性评估, 大致涉及到以下几个方面:a.老旧机床“剩余价值”的估算;b.改造机床后的应用指标;c.需要投入人力、物力和财力的估算;d.改造过程中的风险因素;e.改造后的性价比, 等等。通过以上评估, 确定设备改造是否值得进行。

3.1“剩余价值”的评估

一台旧机床达到使用年限后, 必然会出现故障频发、加工精度下降、生产率降低的状况。在对这样的机床做出如何处置的决定之前, 首先要对其“剩余价值”做出评估。

一台立式加工中心, 主要部件有:a.数控系统;b.伺服系统;c.机床电气部分;d.机床机械部分;e.刀库系统;等。每个部件根据实际情况, 都可以做出相应“剩余价值”评估。例如现在几乎找不到备件去修理一套一二十年前的数控系, 那它的剩余价值就是零。至于伺服系统, 应考虑它是否与新更换的数控系统相匹配并且是否能发挥优良的伺服特性, 如果估算后仍达不到要求, 即使旧的伺服系统软硬件尚好, 也可考虑彻底更换。实践表明, 即使超出了使用年限, 机床机械部件的磨损程度也是有限的, 因此其剩余价值一般都很高。刀库系统的易损件主要集中在几个零件上, 如手爪等, 更新的花费也不多。机床的电气部分亦如此, 通常剩余价值都在三四成以上。

3.2 机床改造后应用指标的评估

第二步就是提出机床改造后有什么样的加工精度和使用性能。个人认为, 一台旧机床如果使用到年限再进行改造, 势必会增加改造成本, 而且其间很多困难以及改造后的效果都是不可预测的。因此, 数控化改造和机床的大、中修计划相结合, 分批次完成改造, 可以达到较为理想的使用效果。

3.3 人力、物力、财力的评估

确定改造应用目标后, 要进行投入人力、物力和财力的估算。具体包括:a.数控系统及伺服系统;b.机床机械部件精度修复及维护;c.机床电气部件更换;d.液压系统、冷却系统和润滑系统等的维护;e.机床外观修复;f.机床改造后的调试;g.机床改造中的其他费用。

3.4 改造过程中风险因素的评估

风险评估是机床改造方案顺利实施的基本保障。一台旧机床即便资料齐全, 也会有隐患的存在。例如, 在做改造方案时, 不可能对机床的现状完全剖析, 也不可能掌握机床现有加工精度, 等等。对于此类问题, 要求施工单位根据经验, 在现场调研的基础上, 做出风险评估并制订相应对策。许多改造项目的经验表明:事先重视并分析风险因素, 可以成功应对施工中的各类技术难题。

3.5 机床改造后性价比的评估

这实际上是机床改造后应用指标和改造过程中风险因素的综合评估。具体做法是, 选一台现有的具有相似性能的机床进行对比, 将其价格作为参考标准。例如一台20世纪80年代的数控车床, 只有70%左右的机械精度, 电气部分已严重损坏无法维修, 估算其剩余价值在20万元左右。改造时更新全部电气部件需投入10万元, 修复机械部件需投入l0万元, 技术服务等方面还需投入10万元, 共计投入50万元。预计改造后机床的各项指标能达到新机床的80%左右, 使用寿命在5年以上。如果购买同样规格的机床需100万元, 那么该方案的性价比是可取的。

3.6 可行性评估中注意的问题

一台机床的剩余价值极低或者剩余价值较低但投入费用太高, 那么这样的改造方案都是不可取的。因此, 数控化改造主要是针对剩余价值较高的旧机床。

4 数控化改造的基本步骤

老旧机床的数控化改造的工作方式一般有三种:a.自主———机床所有者 (公司) 技术改造实力较强, 能够独立完成革新工作;b.合作———机床所有者 (公司) 查找自身技术薄弱的环节, 与该方面实力较强的单位合作完成技改项目;c.外委———机床所有者 (公司) 将改造工程完全委托给实力信誉俱佳的合作伙伴来完成。改造步骤基本如下:

4.1 造方案的确定

改造的可行性分析通过以后, 就可以针对某台或某几台机床的现状确定改造方案, 一般包括:

4.1.1 机械修理与电气改造相结合

一般来说, 需进行电气改造的机床, 都需进行机械修理。要确定机修的要求、范围和内容, 也要确定因电气改造而需进行机械结构改造的要求和内容, 还要确定电气改造与机械修理和改造之间的交错时间要求。机械性能的完好是电气改造成功的基础。

4.1.2 先易后难、先局部后整体

确定改造步骤时, 应把整个电气部分改造先分成若干个子系统进行, 如数控系统、测量系统、主轴、进给系统、面板控制与强电部分等。待各系统基本成型后再互联完成全系统工作, 这样可使改造工作减少遗漏和差错。在每个子系统工作中, 应先做技术性较低的、工作量较大的工作, 然后做技术性高的、要求精细的工作, 使人的注意力能集中到关键地方。

4.1.3 根据使用条件选择系统

针对某台或某几台机床, 确定它的环境、温度、湿度、灰尘、电源、光线, 甚至有否鼠害等外界使用条件, 这对选择电气系统的防护性能、抗干扰性能、自冷却性能、空气过滤性能等可以提供正确的依据, 使改造后的电气系统有了可靠的使用保证。当然, 电气系统的选择必须考虑成熟产品, 性能合理、实用, 有备件及维修支持, 功能满足当前和今后若干年内的发展要求等。

4.1.4 落实参与改造人员和责任

改造是一个系统工程, 人员配备十分重要。除了人员的素质条件外, 根据项目的大小, 合理地确定人数与分工是关键。根据各个划分开的子系统, 确定人员职责, 有主有次, 便于组织与协调。如果项目采用对外合作形式, 更需在目标明确的前提下, 界定分工, 确定技术协调人。

4.1.5 改造范围与周期的确定

有时数控机床电气系统改造, 并不一定包含该机床全部电气系统, 应根据科学的测定和分析决定其改造范围。停机改造的周期, 根据各企业的实际情况确定, 考虑因素包括生产紧张程度、人员技术水平、准备工作充分程度、新系统大小与复杂程度, 甚至还包括天气情况等。

4.2 改造的技术准备

改造前的技术准备充分与否, 很大程度上决定着改造能否取得成功。技术准备包括:

4.2.1 机械部分准备

为配合电气改造而需进行的机械大修改造的测绘、设计、计算、零件制作等应先期完成。同时对停机后需拆、改、加工的部分等应事先规划完毕, 提出明确要求, 与整个改造工作衔接得当。

4.2.2 新系统电气资料消化

新系统有许多新功能、新要求、新技术, 因此改造前应熟悉技术资料, 包括系统原理说明、线路图、PLC梯形图及文本、安装调试说明、使用手册、编程手册等。要有充裕的时间来对上述资料进行翻译 (进口系统) 、消化、整理、核对, 做到思路清晰, 层次分明。

4.2.3 新旧系统接口的转换设计

根据每台设备改造范围不同, 需事先设计接口部分转换。对于全部改造的, 应设计机电转换接口、操作面板控制与配置、互联部分接点、参数测量点、维修位置等, 要求操作与维修方便、合理, 线路走向通顺、中小连接点少, 强弱电干扰最小, 备有适当裕量等。对于局部改造的, 还需要考虑新旧系统的性能匹配、电压极性与大小变换、安装位置、数模转换等, 必要时需自行制作转换接口。

4.2.4 操作、编程人员的技术培训

机床电气系统改造后, 必然对操作、编程人员带来新的要求。因此提前对操作人员和编程人员进行新系统知识培训十分重要, 否则将影响改造后的机床迅速投入生产。培训内容一般应包括新的操作面板配置、功能、指示含义, 新系统的功能范围、使用方法及与旧系统的差别, 维护保养要求, 编程标准与自动化编程等等。重点是完全掌握操作说明书和编程说明书。

4.2.5 调试步骤与验收标准的确定

新的电气系统改造完后, 要进行调试以及确定合理的验收标准。调试工作涉及机械、液压、电气、控制、传感等, 因此必须由项目负责人进行, 其它人员配合。调试步骤可从简到繁、从小到大、从外到里进行, 也可先局部后整体、先子系统后全系统进行。验收标准是对新系统的考核, 制定时必须实事求是, 过高或过低的标准都会对改造工作产生负面影响。标准一旦确定下来, 不能轻易修改, 因为它牵涉到整个改造工作的各个环节。

4.3 改造的实施

准备工作就绪后, 即可进入改造的实施阶段。实施阶段内容按时间顺序分为:

4.3.1 原机床的全面保养

机床经长期使用后, 会不同程度的在机械、液压、润滑、冷却等方面存在缺陷, 所以首先要进行全面保养。其次, 应对机床作一次改前的几何精度、尺寸精度测量并记录在案。这样既可对改造工作起指导参考作用, 又可在改造结束时作对比分析用。

4.3.2 保留的电气部分最佳化调整

若对电气系统作局部改造, 则应对保留电气部分进行保养和最佳化调整。如强电部分的零件更换、电机的保养、变压器的烘干绝缘、污染的清洁、通风冷却装置的清洗、伺服驱动装置的最佳化调整、老化电线电缆的更新、连接件的紧固等。只有对保留的电气部分做好过细的最佳化调整工作, 才能保证改造后的机床有较低的故障率。

4.3.3 原系统拆除

原系统的拆除必须对照原图纸仔细进行, 及时在图纸上作标记, 防止遗漏或过拆 (局部改造情况下) 。在拆的过程中也会发现一些新系统设计中的欠缺之处, 应及时补充与修正。拆下的系统及零件应分门别类, 妥善保管, 以备万一改造不成功或局部失败时恢复使用。还有一定使用价值的零件, 可作其他机床备件用。

4.3.4 合理安排新系统位置及布线

根据新系统设计图纸, 合理进行新系统配置, 包括箱体固定、面板安放、线路走向和固定、调整元器件位置、密封及必要装饰等。连线工作必须分工明确, 复查检验, 以确保连线工艺规范、走线路径合理准确、可靠美观。

4.3.5 调试

调试必须按事先确定的步骤和要求进行。调试人员应头脑冷静, 随时记录, 以便发现和解决问题。调试中首先测试安全保护系统的灵敏度, 防止安全事故发生。调试现场必须清理干净, 无多余物品;各运动坐标拖板处于全行程中心位置;能空载试验的, 先空载后加载;能模拟试验的, 先模拟后实动;能手动的, 先手动后自动。

4.4 验收及后期工作

验收工作应聘请有关的人员共同参加, 并按已制定的验收标准进行。改造的后期工作也很重要, 它有利于项目技术水平的提高和使设备尽早投产。验收及后期工作包括:

4.4.1 机床机械性能验收

经过机械修理和改造以及全面保养, 机床的各项机械性能应达到要求, 几何精度应在规定的范围内。

4.4.2 电气控制功能和控制精度验收

电气控制的各项功能必须达到动作正常, 灵敏可靠。控制精度应用系统本身的功能与标准计量器具对照检查, 达到精度范围之内。同时还应与改造前机床的各项功能和精度做出对比, 获得量化的指标差。

4.4.3 试切验收

可参照国内外有关数控机床试切标准, 在有资格的操作编程人员配合下进行试切。试切可验收机床刚度、切削力、噪声、运动轨迹、关联动作等。

4.4.4 图纸、资料验收

机床改造完后, 应及时将图纸 (包括原理图、配置图、接线图、梯形图等) 、资料 (包括各类说明书) 、改造档案 (包括改造前后的各种记录) 汇总、整理、移交入档。保持资料的完整、有效、连续, 这对该设备的今后稳定运行是十分重要的。

4.4.5 总结、提高

每次改造结束后应及时总结, 既有利于提高技术人员的业务水平, 也有利于整个企业的技术进步。

5 数控化改造的难点

5.1 可行性评估

由于老旧机床往往缺乏必要、系统的技术档案, 所以要定量地评估各部件的剩余价值是很困难的。高估或低估, 都会对确定改造方案及改造后的性价比带来很多影响。

5.2 选择最佳方案

盲目投入大价钱改造的功效永远不如一台新机床, 因此, 适当地投入资金, 争取得到最优应用指标是选择最佳方案的基本原则。

5.3 选择零部件

选择零部件时, 要考虑新备件与老备件的匹配, 也就是说, 老旧机床要配备功能相适应的数控系统, 老部件要配备使用时限、规格等相适应的新部件。

5.4 确定验收标准

高质量的改造工程必有一套严格的验收标准来把关。国家相关标准、机床行业的相关标准、该机床厂家的出厂标准, 都是制定改造验收标准的依据。

5.5 明确工程进度

原则上讲, 在保证质量的前提下, 项目改造周期越短越好。这需要各方面人员的相互协作, 尽量把准备工作做好。

6 数控改造中的问题和建议

通过几台老旧机床的数控化改造后, 发现工作中存在许多问题, 主要表现在:a.各部门及开发人员职责不明确, 组织混乱, 严重影响工作进度。b.工作进程和计划大多只是凭经验制定, 不太合理。c.相关人员的培训工作没有到位, 导致机床改造后工艺人员不会编程、操作人员对机床操作不熟练等问题。

综合以上问题, 有几点建议:a.负责改造的员工职责明确, 奖罚分明, 充分调动员工的积极性。b.培养一批高素质的应用和维护人员, 选派人员外出进修, 学习先进技术。c.注重用户使用、维护数控系统的技术培训, 建立国内外数控技术资源库。

7 结论

我国近几年内需要数控化改造的普通设备在10万台以上, 旧数控机床在4000台以上, 如果改造资金能落实, 这将是一个能提供几十亿到上百亿元的广阔市场。因此在机械制造业中, 尤其在机床制造行业中, 应该充分利用自己的技术特长, 去迅速占领市场, 为国民经济的迅速发展做出自己的行业贡献。

参考文献

[1]俞圣梅.机床数控改造概述[J].制造技术与机床, 1999 (9) :47-49.

[2]俞圣梅.旧机床的数控化改造技术[J].国内外机电一体化技术, 2000 (1) :35-38.

[3]刘荫庭.旧机床数控化改造的技术与趋势[J].国内外机电一体化技术, 2000 (1) :38-40.

机床电气的数控化 篇11

【关键词】数控机床；电气故障；诊断；维修

1.数控机床常见电气故障分类

数控机床的电气故障可按故障的性质、表象、原因或后果等分类。

（1）以故障发生的部位，分为硬件故障和软件故障。硬件故障是指电子、电器件、印制电路板、电线电缆、接插件等的不正常状态甚至损坏，这是需要修理甚至更换才可排除的故障。

（2）以故障出现时有无指示，分为有诊断指示故障和无诊断指示故障。当今的数控系统都设计有完美的自诊断程序，时实监控整个系统的软、硬件性能，一旦发现故障则会立即报警或者还有简要文字说明在屏幕上显示出来，结合系统配备的诊断手册不仅可以找到故障发生的原因、部位，而且还有排除的方法提示这类故障则要依靠对产生故障前的工作过程和故障现象及后果，并依靠维修人员对机床的熟悉程度和技术水平加以分析、排除。

（3）以故障出现时有无破坏性，分为破坏性故障和非破坏性故障。对于破坏性故障，损坏工件甚至机床的故障，维修时不允许重演，这时只能根据产生故障时的现象进行相应的检查、分析来排除之，技术难度较高且有一定风险。如果可能会损坏工件，则可卸下工件，试着重现故障过程，但应十分小心。

（4）以故障出现的或然性，分为系统性故障和随机性故障。系统性故障是指只要满足一定的条件则一定会产生的确定的故障；而随机性故障是指在相同的条件下偶尔发生的故障，这类故障的分析较为困难，通常多与机床机械结构的局部松动错位、部分电气工件特性漂移或可靠性降低、电气装置内部温度过高有关。此类故障的分析需经反复试验、综合判断才可能排除。

（5）以机床的运动品质特性来衡量，则是机床运动特性下降的故障。在这种情况下，机床虽能正常运转却加工不出合格的工件。例如机床定位精度超差、反向死区过大、坐标运行不平稳等。这类故障必须使用检测仪器确诊产生误差的机、电环节，然后通过对机械传动系统、数控系统和伺服系统的最佳化调整来排除。

2.数控机床电气故障的维护

数控机床种类多，各类数控机床因其功能，结构及系统的不同，各具不同的特性。其维护保养的内容和规则也各有其特色，具体应根据其机床种类、型号及实际使用情况，并参照机床使用说明书要求，制订和建立必要的定期、定级保养制度。以下是一些常见的日常维护保养。

2.1机床精度的维护

定期进行机床水平和机械精度检查并校正。机械精度的校正方法有软硬两种。所谓的软方法主要是通过系统参数补偿，如丝杠反向间隙补偿、各坐标定位精度定点补偿、机床回参考点位置校正等；而所谓的硬方法一般要在机床大修时进行，如进行导轨修刮等。

2.2提高数控机床的利用率

数控机床如果较长时间闲置不用，当需要使用时，首先机床的各运动环节会由于油脂凝固、灰尘甚至生锈而影响其静、动态传动性能，降低机床精度。所以应当提高数控机床的使用率和利用率。

2.3定期更换存储用电池

一般数控系统内对存储器件设有可充电电池维护电路，以保证系统不通电期间能保持其存储器的内容。在一般情况下，即使尚未失效，也应每年更换一次，以确保系统正常工作。电池的更换应在数控系统供电状态下进行，以防更换时信息丢失。

3.机床电气故障的诊断及维修

数控机床电气系统故障的调查、分析与诊断的过程也就是故障的排除过程，一旦查明了原因，故障也就几乎等于排除了。因此故障分析诊断的方法也就变得十分重要了。

3.1参数检查法

数控系统、PLC及伺服驱动系统都设置许多可修改的参数以适应不同机床、不同工作状态的要求。这些参数不仅能使各电气系统与具体机床相匹配，而且更是使机床各项功能达到最佳化所必需的。造成机床运行异常、程序中断、停机。此时，可通过校对、修正相关参数，甚至清除重新再输入的方法，使机床恢复正常工作。当然此法的前提条件是对数控机床的参数做了备份。另外，数控机床经过长期运行后，由于机械运动部件磨损，电器元件性能变化等原因，也需要对相关参数进行调整。有些机床的故障往往就是由于未及时修改某些不适应的参数所致。

3.2仪器检查法

使用常规电工仪表，对各组交、直流电源电压，对相关直流及脉冲信号等进行测量，从中寻找可能的故障。例如用万用表检查各电源情况及对某些电路板上设置的相关信号状态测量点的测量，用示波器观察相关的脉动信号的幅值、相位的有无，用PLC编程器查找PLC程序中的故障部位及原因等。

3.3接口状态检查法

现代数控系统多将PLC集成于其中，而CNC与 PLC 之间则以一系列接口信号形式相互通讯联接。有些故障是与接口信号错误或丢失相关的，这些接口信号有的可以在相应的接口板和输入/输出板上有指示灯显示，有的可以通过简单操作在CRT屏幕上显示，而所有的接口信号都可以用 PLC 编程器调出.这种检查方法要求维修人员既要熟悉本机床的接口信号，又要熟悉 PLC编程器的应用。

【参考文献】

[1]李刚斌.数控机床维修实例分析[J].制造技术与机床，2007，04.

[2]侯晓方.数控机床电气故障诊断与维修.装备制造技术，2009，12.

[3]赵庆雨.浅谈数控机床电气故障的常用诊断方法[J].2009，06.

机床电气的数控化 篇12

2005年以来, 重庆工业职业技术学院积极推行课程教学的深层次改革, 借鉴国外职教教学模式后, 加强与企业合作, 共同开发按工作过程确定《数控机床电气控制》课程的内容。根据典型工作任务, 分析专业的职业活动, 再归纳出本课程涉及的典型工作任务, 得到课程的学习模块。

学习模块1:数控机床电源电气控制

学习模块2:数控机床主轴电气控制

学习模块3:数控机床伺服进给电气控制

学习模块4:数控机床刀架电气控制

学习模块5:数控机床操作面板电气控制

学习模块6:数控机床电气连接与调试

课程内容安排以任务为主线, 所需讲授的内容始终围绕工作任务进行。现安排有六个学习模块, 每个学习模块确定一个到两个独立的工作任务, 每个学习任务是一个完整的工作过程, 知识和技能的排列是由简单到复杂再到综合, 学生学习完这六个学习模块, 能够达到教学目标的要求。在工作任务学习模块中, 通过讲授相关知识, 学习必要的基础知识, 基础知识以“必需、够用”为度, 重点突出数控机床的电气控制方面的应用, 突出职业性。通过一个个典型、具体、具有真实工作背景的工作任务来实施教学。以工作任务实施的过程来组织理论知识和技能训练, 按照从实践到理论的顺序安排一个个知识点, 学生从工作任务的完成过程中学习相关知识, 学与做融为一体, 实现实践技能与理论知识的整合, 培养学生的职业综合能力。

二、工作导向课程的开发过程

1. 由职业活动分析确定行动领域

行动是指具体的一项任务、动作或工作, 领域就是多个任务或工作的集合。“数控机床电气控制”工作任务首先来自对职业活动的调查和分析, 包括行业和企业对该职业的需求分析、职业的具体工作任务分析及岗位操作规范分析等, 要弄清楚一个岗位到底要做什么事、有哪些典型的工作任务。调查的方法是学校的专业教师到企业或请企业的工程师、技术人员、车间管理等相关人员到学校开座谈会, 与会人员对职业岗位的活动进行描述, 充分发表意见。经过调查, 将不同岗位的职业活动进行分类、归并, 抽取共性的内容, 归纳出几种典型的职业活动过程, 从而得到职业领域或行动领域。

2. 从行动领域建构专业课程集

在归纳出的行动领域基础上, 由专业教师将典型的职业活动进行分类, 并按教学规律对职业行动领域归并出专业课程集, 也就是将行动任务领域归纳为具体的一门门课程, 并确定各门课程的学习框架。学生通过这些具体的课程学习, 学会典型的工作任务, 《数控机床电气控制》课程就是要学会与上述六个学习模块相应的典型工作任务。

3. 由专业课程集开发学习模块

学习模块是与职业紧密相关的职业工作任务和社会活动在教学过程中的具体反映。学习模块的具体体现是一个个的学习载体, 学习载体必须是典型的产品、任务、项目或具体的工作, 要求按学生认知的心理过程由简单到复杂, 由单一到综合, 每个学习模块的教学应是一个完整的工作过程。表1是《数控机床电气控制》课程的部分学习模块与对应的工作任务及学习的知识点和技能点。

三、工作导向课程实践教学的实施

《数控机床电气控制》课程是一门实践性很强的技术课程。我们在进行实践教学设计时采用模块化结构, 将数控机床电气控制分为上述六个学习模块。通过实践教学环节, 使学生既对数控机床电气控制形成一个整体概念, 又对各个组成部分有深入的认识。具体实施以学生小组为单元, 根据每个小组的具体情况提出实践教学的基本要求, 或根据学生自己的愿望开展一些实践项目。在实践制作中, 按照真实的工作背景实施数控机床电气控制的连接和调试, 每个实训模块由几个具体的工作任务组成, 每一个工作就是一项具体的行动化学习任务, 要求学生按照工作任务的要求进行电气接线, 器件的安装, 通电前检查器件安装、线路连接情况并调试参数等。表2是课程的前三个学习模块所对应的实践环节。

工作导向课程教学作为一种先进职教课程体系在我国应用和推广, 还需要一定的外部环境的支持, 需要在软件和硬件上进行研究和建设, 可以先从部分专业、部分专业课程开始实施, 并视具体的资源条件, 实践教学环境及区域经济发展的现状设置有限目标, 在局部成功的基础上总结和推广, 实现其在本土的软着陆。

摘要：按工作过程开发《数控机床电气控制》课程, 就要改变原有学科体系的课程结构。文章叙述该课程内容的重构, 以及课程实践教学的实施。

关键词：职业教育,工作导向课程,开发与实施

参考文献

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