数控机床的改进

2024-06-29

数控机床的改进（通用10篇）

数控机床的改进篇1

数控机床的配气装置和电气仪表控制系统优化镀锌线保护气系统的特点, 需要提供保护气、密封气和安全气。其中保护气为氢氮混合气, 氢含量为5%~25%, 需随工艺要求进行调整。密封气和安全气均为高纯氮气。因此根据镀锌线生产要求, 需专门设计数控机床的配气装置。实际工作中, 我们最常用的有二种方案:一种是自动配气系统;另一种是手动配气系统。自动配气系统是根据混合气中氢含量分析结果与PID中氢含量设定值之间差值, 通过自动阀门的定位器来控制阀门开度, 即控制氢气的注入量来达到氮气中氢含量的设定值。关于镀锌线保护气系统的电气仪表控制。为了保证设备的有效、安全运行, 我们为保护气系统配置了各种温度、压力、流量和气体纯度等检测仪表。空压机、氢压机、冷干机、液氨泵和各种加热器等电气控制箱。为了实现自动操作, 连锁控制和连锁安全保护等。我们还配置了PLC可编程控制器, 根据用户要求还可以配置人机界面和计算机中央控制台等。我们也将在电气仪表控制方面不断优化, 上档次, 上水平, 更好地为镀锌线设计和成套制造保护气, 更好地为用户服务。

1 电气柜设计

通常情况下, 电气柜都是由一台欧姆龙PLC和两台LG变频器所组成的。电气柜的外部接线方式如图1所示, 主轴电机是由容量为18.5kW的一个变频器进行控制, 主轴箱快速走刀和立柱行走两个电机都是通过接触器的不断切换由一个5.5kW的变频器进行控制。由于过多的控制电缆会直接影响设计的效果, 所以我们在设计的过程中一定要尽量减少操作站和控制柜之间的电缆数目, 最常见的方式就是选用总线传输的方式, 这样不但可以方便移动拆解, 而且床身分线盒与控制柜、手控操作站之间都可以直接用插头进行连接。电气柜门一般都安装两块显示电机转速的仪表, 有停控制按钮和电源启以及控制主回路的电源。电气柜内部的电路都是经过接触器、空开、变压器等一些列的保护系统。目的就是为了进一步地保护整个PLC, 从而减少其他接触器短路等原因所造成的烧毁, 在接触器和PLC之间经过微继电器对其进行过渡控制。

2 PLC程序设计

欧姆龙CQM1H型作为PLC的控制器, PLC的最关键的任务就是要时时接受外部的所有信号 (限位、按钮、变频器保护、空开监控、电机过载) 输出和输入指示信号和变频器的所有控制信号。这里面很多的指示信号与按钮信号都和控制柜相距较远, 所以通常都是选择欧姆龙的总线链接模块实现具体的控制和连接, 以多芯或两芯的电缆进行PLC链接模块与操作站模块之间的相互连接。在整个编程的过程中, 使用最多的是CX-programmer软件, 它的优点就是能够进行实时监控每一个点的实际状态, 调试相对比较

3 变频器参数调整

柜内有两台变频器, 一台单独控制主轴, 另一台通过接触器切换分别控制立柱行走和主轴箱走刀、快速, LC变频器设置分为七组参数, 分别是功能组1、驱动组、功能组2、外部组、输入输出组、应用组、通讯组 (选项组) , 全部设置都是出厂所默认的设置, 依据具体的情况去改变一些相应的参数。

3.1 基本参数的设置

变频器设置首先应该选择电机功率, 也可以根据变频器型号选择默认值。

3.2 特定功能的应用

工作台 (立柱) 与主轴箱是不同的轴, 为了保护所选轴电机适应不同的工作状态, 所以选择第二电机功能, 设置不同的参数来控制所选的轴。第二参数功能设置具体方法是:选择任意一个多功能端口, 设置对应的I/O参数, 在这个端口激活状态下, 启用第二电机功能。设置的参数分别是第二电机加速时间、减速时间、转折频率、V/F方式、正转矩补偿、反转矩补偿、电子热保护等级 (一分钟) 、电子热保护等级 (连续) 、额定电机电流。

因为工作台 (立柱) 行走是主要参与加工轴, 在低速段要求转矩较高, 因此控制方式选择用户V/F方式, 可以在0至最大频率段设置四个点设置不同电压, 将第一个点设置较高输出电压提高输出转矩。

4 结论

两台IG变频器是控制核心部件, 其参数调整与加工性能密切相关, 其中一台控制三台电机, 对应两个轴。应用了第二电机功能, 设置不同的参数以区分保护不同的电机。在工作台 (立柱) 控制中又改变了控制方式为用户V/F控制方式, 因此较好满足了实际加工的需要。采用总线传输方式, 省去了在控制箱和控制柜之间众多的电缆, 仅以一根10芯通讯电缆代之, 极大地克服了移动的困难。

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.

[2]叶斌.电力电子应用技术[M].北京:清华大学出版社, 2006.

探究数控机床设备改进措施篇2

关键词：数控机床；改进；措施

如今，我国是世界上最大的数控机床设备消费市场，据相关数据显示，2012年1～11月，我国数控机床进口额为42.09亿美元。但是我国的机械制造业还不先进，数控机床设备在性能，可靠性，生产率和核心技术等方面与发达国家还有一段距离，特别一些数控机床的技术和零件还需要依赖于进口。国内数控机床存在功能部件性能差，核心技术缺乏，产品水平低等问题，因而我国数控机床设备亟需采取改进措施。

1.提高功能部件自主开发能力

在与发达国家多年的技术交流、引进和吸收，我国数控机床设备的发展有了明显的改进。然而，我国关键零部件的生产依然依赖于进口，这就产生了数控机床设备盈利低、缺乏竞争力的问题。针对这一现状，提高数控机床关键零部件的自主开发能力是最基本的措施。为提高我国数控机床产品的自主开发能力，《国家中长期科学和技术发展规划纲要》设立了“高档数控机床与基础制造装备”科技专项。此专项以提高数控机床可靠性和产业化水平，提高国产功能部件性能为目标，为数控机床产业发展打下坚实基础。

2.加强核心技术的开发和研究

在数控机床设备改进中，数控系统是关键部分。一直以来，我国数控机床核心技术严重缺乏，90%需要从国外引进。国内中、高端数控机床制造业，多数以组装和制做为主，如在上海设厂的“机床巨头”德国吉特迈机床集团，其核心技术都依赖于发达国家。数控机床核心技术的缺乏直接影响到我国的机床设备产业的发展，因而加强核心技术研发是发展数控机床的必要条件。首先，我国要不断进行核心技术的研发，鼓励科研机构和企业机构的自主开发。其次，学会在交流中吸收，在吸收中创造。例如，在机床零件配套和制作方面可以学习德国的先进技术，在数控系统的开发方面可以参考美国的最新理念，并在学习交流中创新并研发出属于我国自身的核心技术。

3.注重创新能力平台建设

所谓创新是竞争中取胜的根本，是行业发展的基本推动力。在数控机床设备的发展中，技术的创新性是设备满足市场需要的关键。在国内，许多企业忽略了数控机床技术创新的重要性，盲目跟随国际技术潮流，没有个性化的技术，这导致无法满足市场的需求。因而，在面临数控机床市场需求逐渐增加的情况下，企业应该重视市场动向，提高创新能力。“高档数控机床与基础制造装备”科技专项提出注重“创新能力平台建设”，期中包括注重核心技术与装备的创新。遵循“在创新中求发展”的理念，数控机床技术才会有显著的提高，才能在国际机床市场提供良好的竞争条件。

4.创造良好的工作环境

对于数控机床设备来说，稳定性、可靠性是两个重要的运行指标。现实中，数控机床多数在较恶劣的电磁环境中使用。为了保证机床的正常运行，抗干扰度是非常必要的。解决电磁干扰的改进措施有：

4.1.利用电源滤波器抑制电磁干扰。电源滤波器可以过滤进入设备中的噪音，以防止机床被噪声污染，从而抑制电磁干扰。

4.2.利用隔离变压器来供电。隔离变压器实现电路与电路间的电气隔离，从而隔绝电流带来的设备与设备之间的干扰，其效果良好。

4.3.利用感性负载吸收噪声。感性负载在断电时会产生强烈的脉冲噪声，影响设备的正常运行，感性负载可以采用并联电阻、压敏电阻、稳压管等吸收噪声。

5.建立完善的管理机制

如今，许多数控机床都存在“坏的快”的问题，如何"管好、使用好、维护好"数控机床设备，是许多企业非常重视的问题之一。数控机床不能像普通机床设备工作时，可以自由的根据工作中存在的问题进行人为的调整，数控机床技术复杂，在机床维护和编程技术方面要求较高，因而建立安全的管理机制非常重要。

建立完善的管理机制，首先，要提高对操作者、维修人员、管理人员、检验人员等的管理和培训。例如，对于维修人员需要培养其专业的知识能力和分析判断能力；检验人员要求能够通过数控机床的组装，参数调整等信息预测数控机床的生产质量；操作者要求对机床的调整和在线操作熟练掌握；管理人员要具备专业的知识积累，了解数控机床设备的特点和过程控制。其次，要防止设备的超负荷运转，合理分散设备的工作量，达到设备的合理工作。另外，科学组织生产，解决生产力不平衡问题。这主要从生产组织管理的角度入手，提高数控机床设备的工作率，合理安排设备的生产节拍，合理分配设备的生产任务。最后，及时维修设备的故障和处理问题。在数控机床工作时，设备出现故障是正常现象，那么及时处理才能避免问题越来越严重。

6.结语

数控机床是一门技术性强的应用性工程，在工业制造方面有着举足轻重的地位。随着社会生产力和科学的不断进步，数控机床在逐步改进的同时还存在许多的问题。为解决这一现象，在数控机床的改进中，要注重功能部件、核心技术、创新能力、工作环境和管理机制建设，才能真正实现数控机床进一步的改进。

参考文献：

[1]陈虎；于德海；；数控技术全面支持高速复合机床精度的提升[J]；世界制造技术与装备市场；2010

[2]徐岳；；数控机床高速化发展趋势介绍[J]；职业；2010

数控机床回转刀架的改进探讨篇3

1.1 回转刀架的结构

数控车床回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚性, 以承受粗加工时的切削抗力, 为保证转位之后具有高的重复定位精度, 数控车床回转刀架还需要选择可靠的定位方案和合理的定位结构, 因此, 数控车床的回转刀架由固定部分 (刀架基座或下刀体) , 转动部分 (刀架座或上刀体) 和驱动电动机三部分组成。

1.2 回转刀架的工作原理

在介绍回转刀架的工作原理之前, 介绍一下数控车床回转刀架在换刀过程中有关销的位置 (如图1所示) , 其中上部的圆柱销2和下部的反靠销6起着重要作用。当刀架处于锁紧状态时, 两销的情况如图2-1中左1所示, 此时, 反靠销6落在圆盘7的十字槽内, 上刀体4的端面齿和下刀体的端面齿处于啮合状态 (上下端面齿在图中未画出) 。

数控车床回转刀架的工作过程可分为刀架抬起、刀架转位、刀架定位并压紧等几个步骤, 其工作过程如下:

1.2.1 刀架抬起

需要换刀时, 控制系统发出刀架转位信号, 三项异步电动机正向旋转, 通过蜗杆副带动蜗杆正向转动, 与螺杆配合的上刀体4逐渐抬起, 上刀体4与下刀体之间的端面齿慢慢脱开;与此同时, 上盖圆盘1也随着螺杆正向转动 (上盖圆盘1通过圆柱销与螺杆联接) , 当转过约时, 上盖圆盘1直槽的另一端转到圆柱销2的正上方, 由于弹簧3的作用, 圆柱销2落入直槽内, 于是上盖圆盘1就通过圆柱销2使得上刀体4转动起来 (此时端面齿已完全脱开) 。

1.2.2 刀架转位

上盖圆盘1、圆柱销2以及上刀体4在正转的过程中, 反靠销6能够从反靠圆盘7中十字槽的左侧斜坡滑出, 而不影响上刀体4寻找刀位时的正向转动。

1.2.3 刀架定位

上刀体4带动磁铁转到需要的刀位时, 发信盘上对应的霍尔元件输出低电平信号, 控制系统收到后, 立即控制刀架电动机反转, 上盖圆盘1通过圆柱销2带动上刀体4开始反转, 反靠销6马上就会落入反靠圆盘7的十字槽内, 至此, 完成粗定位。此时, 反靠销6从反靠圆盘7的十字槽内爬不上来, 于是上刀体4停止转动, 开始下降, 而上盖圆盘1继续反转, 其直槽的左侧斜坡将圆柱销2的头部压入上刀体4的销空内, 之后, 上盖圆盘1是下表面开始与圆柱销2的头部滑动。再此期间, 上、下刀体的端面齿逐渐啮合, 实现精定位。

1.2.4 刀架压紧

刀架精确定位后, 电机及许反转, 夹紧刀架, 当两齿盘增加到一定夹紧力时, 电机由数控装置停止反转, 防止电机不停反转而过载毁坏, 从而完成一次换刀过程。

2 数控机床回转刀架存在的问题

目前, 数控机床回转刀架种类繁多, 其结构、尺寸、元器件类型各有差异, 但是存在着共性问题, 主要有以下问题:

2.1 刀架不能启动

目前, 刀架不能正常启动的原因有以下三点, 一是机械方面的原因;二是电器方面的原因;其中, 机械方面的原因主要表现在刀架预紧力过大和刀架的内部机械卡死两个方面, 造成刀架不能正常启动。电器方面的原因主要表现在电源不通、电机不转, 电源通、电机反转以及手动换刀正常、机控不换刀等三个方面, 造成刀架不能正常启动。

2.2 刀架连续运转、到位不停

由于刀架能够连续运转, 所以, 机械方面出现故障的可能性较小, 电器方面的故障可能性比较大。

2.3 刀架越位过冲或转不到位

刀架越位过冲故障的主要原因是后靠装置不起作用。

2.4 刀架不能正常夹紧

刀架不能正常夹紧与夹紧开关位置是否固定不当、线路继电器是否能正常工作, 触点接触是否可靠、刀架内部机械配合是否松动、内齿盘上是否有碎屑等有着很大的关系。

2.5 其它故障现象

除以上故障外, 还会出现由于电路中继电器接触不良、胶木盘位置不正、电源相序不对等原因造成的无法机控选刀、夹紧后无回答信号、启动或松开手控按钮刀架返原来位置等故障现象。

3 数控机床回转刀架改进

针对数控机床回转刀架中存在的问题, 数控机床回转刀架的改进的目的就是为了提高精度, 结构简单、且方便制造与装卸、省事省力, 方便控制。数控机床回转刀架主要从电动机的选择、丝杠的选择和回转刀架的转位与定位等三个方面来进行改进, 回转刀架工作台的横向进给采用步进电机带动滚珠丝杠, 使其在导轨上运动, 用液压传动使回转刀架完成转位和定位, 较原有的连杆机构有较高的精度, 且结构简单, 操作方便, 效果明显。

3.1 电动机的选择

在选择电动机时, 电动机的选择应首先满足生产机械的要求, 其主要性能 (包括:启动、过载及调速等性能) 及额定功率的大小、额定转速、结构形式等方面应该能够满足生产机械的要求。

3.2 丝杠的选择

数控机床是将直线运动变为旋转运动。丝杠螺母传动机构又称旋转机动机构, 它主要用于将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变为旋转运动, 改进后的机构便采用滚珠丝杠螺母机构, 虽然结构复杂、制造成本高, 但其最大优点是摩擦阻力小、传动效率高 (92%-98%) , 因此在数控机床中得到广泛应用。

3.3 回转刀架的转位和定位

回转刀架的转位和定位都是通过液压传动实现的, 而刀架的转位和定位过程则是一次分度过程。分度时, 先转动旋钮于分度位置, 油缸左腔进压力油, 活塞齿条右移, 带动分度齿轮逆时针回转, 经主轴上单向超越离合器使分度机构复位。同时, 压力油进入油孔, 将定位销从分度盘的定位槽中拔出。当塞齿条右移碰到螺母时, 压进油换向经进油口入油缸油腔, 活塞齿条左移, 开始分度, 直到碰到滑阀并推动它右移时, 立刻切换油路, 使油孔接油箱。这时滑阀定位销在弹簧的作用下沿分度盘周边上滑动, 直到它重新插入另一个定位销中, 分度系统才停止工作。至此一次分度结束, 工作台方能移动[2]。该机构采用的定位方式虽然比较简单, 但定位精度较高, 具有灵敏性和平稳性较好, 除此之外, 改进后机构变得更为简单, 拆装方便, 且提高了工作质量。

4 结论

数控车床回转刀架在数控车床中占有重要地位。数控机床回转刀架通过电机、丝杠以及回转刀架的转位和定位的改进, 能够提高定位精度, 且结构简单、方便制造与装卸、省事省力, 方便控制。避免因转位不到位或有很大误差, 造成加工的工件报废现象的发生

参考文献

[1]韩少才.数控车床回转刀架改造及性能分析[J].机械工人 (冷加工) .1999 (11) , 25-27.

[2]刘彩虹.数控车床的改进.专题研讨.

数控车床与夹具连接结构的改进篇4

摘要：在机械加工企业中，数控车床占有一定的比例。在数控车床上加工零件，需要夹具来保证加工零件的精度。因此，夹具和数控车床的连接需要保证强度和精度。对于企业中夹具和数控车床连接的老结构存在的问题，进行分析和改进。

关键词：数控车床；夹具；法兰盘；连接结构；定位；精度

中图分类号： TG519.1 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）21-191-2

1 公司机械加工现状

公司前身是国家建国初期建设的老工业。刚入职的时候还看到现场布局多台普通车床，随着工艺改进，基本都被数控车床所替代。因此降低了劳动者的劳动强度和保证了零件加工的质量。对车间的加工设备的类型和数量进行统计，不难发现数控车床将近占设备数量的一半。说明公司零件加工大部分采用数控车床完成，零件加工工序内容分散。也存在机床费用的原因（一台数控车床20-30万，一台立式加工中心120-150万），致使数控车床占有的比例如此之高。（如图1）

2 數控机床相配夹具存在问题

夹具与数控车床主轴采用过度法兰盘链接，保证夹具的设计回转中心和机床主轴的回转中心重合。法兰的结构如图2：

图示2端和机床主轴配合，保证图示2的锥孔和断面与主轴锥面和断面均接触。因此法兰安装需要经过多次红丹粉锥面试配和端面塞尺测量距离检查配合。最佳的配合状态：锥面接触装上后，端面的距离在0.04-0.06mm。螺钉压紧后，由于变形使法兰端面和主轴端面接触。

图示1端与夹具配合。法兰和主轴配合完成后，车图示1端外圆，保证与夹具的定位孔形成精密配合。因此，完成一套夹具的调试，需要完成图示1和2端的配合加工。

由于加工的零件结构相似，品种多样化。一条零件加工线需要兼顾几种零件的加工。因此需要经常更换夹具达到更换产品。每套夹具都需要对应一个法兰盘，更换拆装夹具的时候连带法兰一起拆卸。采用这种结构连接，每套夹具需要有相对应的法兰。这样增加了夹具的制造成本。经常拆卸夹具法兰盘，会造成基准定位的磨损，影响重装精度。每次夹具更换完成后，精度达不到零件的加工要求，需要进行二次精度的调整（主要调整零件的定位芯轴）。这样增加了夹具调试的时间，造成时间浪费。

3 结构改进

图示4端与主轴连接，以前的方式进行试配。唯一

不同的：法兰盘上增加两个销子孔（图示2），法兰盘和夹具连接利

用“一面两销”的定位原理。依靠图示1面和图示2两个销子定位连接夹具，达到主轴和夹具的回转中心重合，进而保证装夹零件加工精度。与夹具连接的时候，为了避免图示3外圆的配合间隙过小，出现过定位的现象。外圆的尺寸比相对应夹具相对应配合孔的尺寸小0.15-0.25mm。

采用这种结构连接，每台数控车床只需固定安装一个法兰盘，与本序连接的所有夹具统一做成相配的结构尺寸。实现一个法兰盘对应多个夹具连接定位。

4 改进的效果

①每台机床只需配装一个法兰盘。不论连接的夹具多少套，只要保证与法兰盘相对应的连接结构尺寸，都能在本序安装。因此，减少了法兰盘的数量，减少了法兰盘的配装次数，降低了夹具制造成本。

②小孔轴配合装配比大孔轴配合装夹容易，夹具拆装更换方便快捷，减少浪费时间。

③对于相同的配合精度等级，小孔的公差带比大孔的公差带小，定位更可靠。保证夹具更换后的机床加工的精度。

5 结束语

在大部分的机械加工企业中，数控车床占有很大的比例，并且加工产品品种多样化。在数控车床上加工多品种的零件，需要配套的夹具保证加工零件的精度。改进后的结构，正好满足了夹具与机床连接强度和精度要求。

参考文献

[1] 侯远滨.数控机床全自动夹紧系统的设计[D].哈尔滨工程大学，2007.

[2] 张吉悦.自动夹取型车床进给系统关键技术研究[D].沈阳工业大学，2014.

[3] 李华龙.数控车床研制及其进给刚度误差源的一种加工补偿技术[D].哈尔滨工业大学，2012.

数控机床的改进篇5

数控机床是一种高效的自动化加工设备,它严格按照加工程序,自动对被加工工件进行加工。数控机床伺服控制系统内部存在开关电源、整流、逆变等电路结构。伺服控制系统能通过它们给交流电机的速度控制提供不同频率的电能。当内部DC/AC改变频率时,系统自身的变压器、旋转电机、电子控制器和晶闸管控制设备等非线性负载都会引起谐波的产生,由于变压器、电机等所用的磁性材料通常在接近非线性或就在非线性区域运行,在这种情况下,即使所加电压是正弦信号,变压器、电机的励磁电流也是非正弦的[1]。

谐波已成为数控机床能否正常运行的主要障碍之一,欧美国家在1996年已制定了相关标准并强制严格执行,不符合其标准的电气产品不准进入市场,我国已在2003年制定了相关的标准,并在少数城市实行了用户如果谐波含量超标要实行一定的处罚。因此对数控机床谐波的研究变得尤为重要。而谐波参数的准确测量会为数控机床的谐波研究提供可靠依据[2]。

FFT是目前在电力系统谐波检测中应用最广泛的分析方法,但该方法存在一定的缺点,在分析电力信号的实际问题中会出现频谱泄露和栅栏效应等问题,从而引起测量误差。本文针对FFT算法存在的问题,利用加窗双峰谱线插值算法对其进行修正,可以有效地克服上述缺点,提高谐波测量的精度。

1 FFT算法问题分析

栅栏效应和频谱泄漏都会对参数测量的精度产生影响。栅栏效应是指在对信号作离散傅就里叶变换时,计算得到的频谱限制为基频的整数倍,而信号频谱往往是全空间连续的,如果在两个频率间有频谱分量存在,将无法检测,产生测量误差。造成频谱泄漏的原因主要是因为采样频率与信号频率不同步,使得周期采样信号的相位在始端和终端不连续。实际采样过程中,非同步采样很难避免,且实际电网信号往往不是简谐信号,不但具有丰富的频谱,而且高次谐波分量的幅值也较小,一般仅为基波分量幅值的百分之几。当相邻谐波间的幅值相差过大,幅值大的分量还可能淹没幅值小的谐波分量[3]。因此,采样序列的频谱会产生泄漏,从而导致该算法的谐波测量产生很大的误差。

频谱的泄漏误差来自两个方面,由信号幅频分量引入的长范围泄漏(Long-Range Leakage)和由窗的扇形损失引入的短范围泄漏(Short-Range Leakage)。提高频谱分析精度的关键就在于如何尽可能减小两种不同的泄漏误差。通常长范围泄漏可通过采用性能优良的窗函数或增加测量周期来解决,而短范围泄漏则采取插值FFT的方法加以克服。

2 加窗双峰谱线插值函数

在谐波分析过程中,经常使用Blackman窗作为加窗函数,它是一种升余弦窗,具有最大的旁瓣泄漏(-58dB)和最快的下降速度(-18dB),有助于提高谐波的测量速度,根据有关的资料计算表明,要达到同样的衰减,Hamming窗和矩形窗需要很长的测量时间。因此,本文采用布莱克曼窗。

余弦窗的窗函数一般表示如下:

$\begin{array}{l} ω_{h} (n) = \sum_{h = 0}^{Η - 1} a_{h} (- 1)^{h} \cos [\frac{2 π n h}{Ν}] (n = \\ 0, 1, \dots, Ν - 1) (1) \end{array}$

N是采样点数,H是余弦窗的项数。不同的H值和系数ah决定了不同的窗函数。在布莱克曼窗中,H=3,a0=0.42,a1=0.5,a2=0.08。

布莱克曼窗函数为:

其频谱的幅度函数为:

$\begin{array}{l} W_{B} (ω) = 0.42 U (ω) + 0.25 [U (ω - \frac{2 π}{Ν}) + U (ω + \\ \frac{2 π}{Ν})] + 0.04 [U (ω - \frac{4 π}{Ν}) + U (ω + \frac{4 π}{Ν})] (3) \end{array}$

其中, $U (ω) = e^{\frac{j ω}{2}} \sin (ω Ν / 2) / \sin (ω / 2)$ 。

设一个频率为f0、幅值为A0、初相位为ϕ0的频率信号x(t)经过加窗ω(n)后的连续频谱表达式为:

$X_{ω} = \frac{A_{0}}{2 j} e^{j ϕ_{0}} W [\frac{2 π (f - f_{0})}{f_{s}}] (4)$

对(4)式进行离散抽样,即可得到它的离散傅里叶变换的表达式为:

$\overset{—}{X} (λ \cdot Δ f) = \frac{A_{0}}{2 J} e^{j θ} W (\frac{2 π (λ \cdot Δ f - f_{0})}{f_{s}}) (5)$

式中,fs为采样频率,Δf是离散频率间隔, $Δ f = \frac{f_{s}}{Ν}$ 。

在频率f0=λ0Δf时出现频谱峰值。设在λ0左右的谱线分别是第λ1和λ2条谱线,它们是峰值点附近幅值最大与次最大的谱线。显然λ1≤λ0≤λ2=λ1+1,设这两条谱线对应的幅值分别是Y1=|Xω(λ1,Δf)|与Y2=|Xω(λ2,Δf)|,引入参数δ:

δ=λ0-λ1 (6)

δ的数值范围在[0,1],令Y1与Y2的幅值比为γ,则由式(3)可知

$γ = \frac{Y_{1}}{Y_{2}} = \frac{| W [2 π (- δ) / Ν] |}{| W [2 π (1 - δ) / Ν] |} (7)$

Y1与Y2的值可通过FFT算法获得,因此,幅值比可以确定。而δ就是γ的函数,对于给定的布莱克曼窗函数,式(7)可以化简成:

$γ = f (δ) = \frac{[3 (δ - 1)^{2} - 28] (δ + 2)}{(3 δ^{2} - 28) (δ - 3)} (8)$

其反函数为δ=f-1(γ),可采用多项式逼近的方法解出。 (9)

为了克服单峰谱线修正算法易受到频谱泄漏与噪声干扰的缺点,次强谱线的信息也可以用于修正幅值,即采用加窗双峰谱线插值算法,在修正幅值时,采用两根谱线的加权平均来修正幅值。修正后的幅值如下:

$\begin{array}{l} A = \\ \frac{A_{1} | W {2 π (λ_{1} - λ_{0}) / Ν} | + A_{2} | W {2 π (λ_{2} - λ_{0}) / Ν} |}{| W {2 π (λ_{1} - λ_{0}) / Ν} | + | W {2 π (λ_{2} - λ_{0}) / Ν} |} = \\ \frac{2 (Y_{1} + Y_{2})}{| W {2 π (- δ) / Ν} | + | W {2 π (1 - δ) / Ν} |} (10) \end{array}$

对两根谱线采用的权重与它们各自的幅值成正比[4]。相角与频率的修正公式为[4]:

$\begin{array}{l} ϕ = \arg [\overset{—}{X} (λ_{1} Δ f)] + \frac{π}{2} - \arg [W {2 π (1 - δ) / \\ Ν}] (11) \\ f_{0} = (λ_{1} + δ) \cdot Δ f (12) \end{array}$

arg()表示复数的主辅角。

3 仿真与分析

通过上述分析建立了加窗双峰谱线插值FFT法的修正算法,本文通过仿真来对比FFT法和加窗双峰谱线插值FFT法的准确性。设含有谐波的电流信号为:

$x (t) = \sum_{n = 1}^{m} A_{n} \sin (2 π n f_{1} t + θ_{n})$

由于在数控机床工作的电网中5次、7次、11次和13次谐波的含量较高,因此,设谐波电流中只含上述谐波分量,各次谐波含量如表1所示。

经过FFT算法和加窗双峰谱线插值FFT算法仿真后的幅频仿真结果如图1-2所示。频率特性参数及其与表1参数对比如表2所示。由比较结果可以看出经过加窗双峰谱线插值算法检测出来的数据更加接近给定值。

4 结束语

本文分析了谐波检测中加窗双峰谱线插值FFT算法,导出了该算法中幅值、相位和频率的修正方程。该算法能够有效地解决频谱泄露问题,抑制谐波之间的干扰。从仿真实验结果看,加窗双谱线插值FFT算法相对误差较小,精度很高,完全达到了谐波测量的要求。而且随着采样长度的增加,精度还可以进一步提高。该算法的缺点是计算相对复杂,但随着高性能数据处理芯片DSP速度的提高,该问题能够较好地得到解决。从而能够更好地检测数控机床和其所在电网的谐波参数。

参考文献

[1]郝小江.基于DSP的数控机床谐波测量系统设计[J].机床与液压,2010,5:69-82.

[2]褚晓锐.数控机床谐波的研究[J].制造业自动化,2010,3:93-153.

[3]祁才君,陈隆道,王小海.应用插值FFT算法精确估计电网谐波参数[J].浙江大学学报,2003,1(17):112-116.

数控机床的改进篇6

数控机床在工业生产中应用的越来越广发。数控系统采用控制系统与电机相互控制方案能够保证很高的稳定性、精确度。在实际应用中, 数控机床的刀具与工件之间不但要确保很高的定位精度, 而且还要保证较快的动态响应和系统速度过渡平稳不能有柔性冲击[1]。

在本文中, 根据控制系统的特点并结合函数算法研究了一种前置反馈控制器, 进而实现系统的精确控制。

2 前置反馈控制原理分析

在控制系统中交流电机的数学模型是非线性微分方程, 非常复杂[2]。通常把前置调节器设计成一种比例控制器, 把速度和电流调节器设计为普通的比例积分控制器。在本系统中采用前馈环、速度环、电流环的多环控制方式, 其中一般调制方法采用空间相对矢量法, 逆变电路采用经常用的电桥电路[3]。

数控机床工作时, 要求伺服的定位系统必须保证以下几方面的要求: (1) 定位的精度要求系统稳态误差尽量为零; (2) 定位的速度要求更快的响应时间; (3) 整个系统响应应该没有超调。

为了满足上述对系统的要求, 大量文献对前置位置环的控制方式进行了研究和论述。前置反馈控制算法是近些年来数控机床控制系统普遍采用的一种提高控制性能的算法。

结合各种理论研究, 本文提出了前置反馈控制的位置控制器, 结合函数加减速的算法, 通过前置反馈控制使整个控制系统获得更快的动态响应, 并且通过调节前置环积分系数, 保证了整个系统定位的高精度。

3 前置反馈控制器的设计

3.1 前置反馈控制器工作原理

前置反馈控制器要遵循差分控制原理:在每一个周期内, 控制卡要向控制系统发出脉冲指令, 不仅由当前位置偏差运算决定, 同时与下一个周期的插补点还有关系, 我们把脉冲指令记为P, 则有。

电机积分函数为:

此时可以将前置环设计成比例控制, 此时有:

则整个控制系统的传递函数为:

而由图1中也可得到系统误差对输入的传递函数:

如果令分子等于零, 则前置反馈控制可以降低系统理论误差并且等于零。由于是前置反馈, 因此也可以把看成是加速度和速度前置反馈两部分组成。即 (6) 式可以变成:

根据前置反馈的控制原理, 一般认为只要采用任意一种算法都可以构成公式 (7) 中的加速度和速度的叠加公式。但是在实际应用中, 必须考虑所采用的加减速算法变化是否平滑, 以免对机床的起动与停止造成硬性冲击, 引起较大抖动或不必要误差。

3.2 加减速控制算法对控制系统动态性能的影响

利用速度的前置反馈控制可以通过开环控制使整个控制系统响应加快。同时为了保证整个控制系统的定位精度, 必须还要有积分控制环节。

如果对公式 (8) 进行微分, 可以得到加速度的公式为:

在控制系统运行的过程中, 要求系统变化尽可能平稳, 这就需要加速度必须是连续的, 还要满足系统要求的边界条件, 也就是在起始和终止时的速度要与与系统要求速度一致, 加速度也必须为零。对于公式式 (9) 而言, 经过分析完全符合上述条件。

4 结论

本文通过对前置控制系统的分析, 提出了基于速度和加速度前置反馈控制器, 并且采用函数加减算法, 使整个系统获得更快的动态响应, 保证了系统定位要求的高精度。采用前置反馈控制的前置环, 能使整个系统获得理想的控制性能, 能够满足数控机床硬件系统对速度的平稳性以及在快速频繁换向时无抖动的要求。

参考文献

[1]郭新贵, 李从心.一种新型柔性加减速算法[J].上海交通大学学报, 2003, 37 (2) :205-206.

[2]Atkeson, C.G., Moore, A.W.Schaal, S..Locally weighted learning[J].Artif.Intell.ReV., 1997, 11, 11-73.

数控机床的改进篇7

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.

数控机床的改进篇8

数控机床已广泛应用于各种类型的加工, 其最重要的组成部分就是主轴[1]。主轴故障不仅影响加工产品的质量, 也造成了很大的人力和财产损失, 因此数控机床主轴的优化设计是必要的[2]。传统的优化设计方法求解过程复杂且容易陷入局部最优解[3], 而蚁群算法能较好的克服这些问题, 而改进的蚁群算法比基本蚁群算法更能稳定的获得全局最优解[4]。

1 机床主轴优化数学模型的建立

机床主轴结构优化的数学模型[5]可以描述为

其中f (x) 为优化目标函数, X=[x1, x2, …, xn]为设计的参数, gj (X) 为约束条件。

1.1 建立目标函数

本文以沈阳机床SSCK40为例, 分析主轴结构和加工过程中的受力变形, 建立该主轴优化的数学模型, 采用改进的蚁群算法对其主轴进行优化设计。图1所示为该数控机床主轴结构模型图[6]。

在满足设计要求的情况下, 以体积最小和刚度最大为目标, 同时满足主轴性能要求和降低成本[7], 所以优化的目标函数可以定义为

其中f1 (x) 为体积目标函数, f2 (x) 为刚度目标函数, ω1和ω2为加权因子, k1和k2分别为前后支撑刚度, 本文中取ω1=0.3, ω2=0.7, F为切削力, L=L4+L5, a=L1+L2+L3。

1.2 确定设计变量

由式 (2) 可知, 主轴外径Di (i=1, 2, 3, 4, 5) 、轴上各段跨长Li (i=1, 2, 3, 4, 5) 和内径d影响目标函数, 所以主轴优化设计变量定为:

1.3 优化设计的约束条件

(1) 机床主轴切削力需要满足。则

(2) 由主轴外伸端的挠度y不得超过规定值y0, 由材料力学可知

(4) 轴的扭转变形条件为φ燮[φ], 则

(5) 轴的允许偏转角θ应小于允许值[θ], 令, 则g5 (x) =θ-[θ]燮0 (8)

1.4 构造新的目标函数

采用罚函数法, 实现约束优化问题向无约束优化问题的转化。采用惩罚函数法构造出新的目标函数为

2 基于蚁群算法的主轴优化设计方法的实现

运用常规设计优化主轴步骤复杂且耗时耗力, 而基本蚁群算法优化又容易陷入局部最优解, 且收敛速度难以保证。为了解决这一问题, 本文对蚁群算法进行了一些改进, 整个优化过程分为两步, 即粗搜索 (细化区间的寻优) 和精搜索 (交叉变异操作) , 并且每个过程采用不同类的蚂蚁[8]。粗搜索是整个寻优过程的基础, 为下一步的精搜索做好铺垫, 精搜索确保能获得全局最优解。

2.1 粗搜索

根据每个独立变量的特点, 将每个变量的定义域划分成若干长度相等的小区间, 如将变量x1分为a等份, 将x2分为b等份, …, xn分为z等份。初始时刻, 在每个区间的中点位置放置一只蚂蚁, 记这n只蚂蚁为a1, a2, …, an, 要求这些蚂蚁必须走遍所有变量子区间的中点位置, 并且每一个变量以及每个变量的区间都只能被访问一次, 然后更新各路径上的信息素, 最终以走过的路径长度最小的蚂蚁作为粗搜索解。

用pmij表示t时刻蚂蚁am (m=1…n) 由xi变量的i区间转移到xj变量的j区间的概率, 模仿基本蚁群算法, 定义蚂蚁am的转移概率为:

其中启发函数ηij=1/f (x+r) -f (x) , τij为蚂蚁am在i变量某区间到j变量某区间在半径为r邻域内的信息素。α为信息启发式因子, β为期望启发式因子。

当第am只蚂蚁跑遍所有的变量后, 必须对信息素进行更新, 定义所有蚂蚁一次循环中留在xi变量第i区间与xj变量第j区间所组成的路径上的信息素量为

其中ρ表示信息素挥发系数, Δτij (t) 为路径 (i, j) 上的信息素增量, 若第am只蚂蚁在这次循环中经过路径 (i, j) , 则Δτmij的值为Q/Lm, 否则其值为零, Lm表示该蚂蚁在本次循环中所走路径的总长度。

2.2 精搜索

蚂蚁的粗搜索过程中产生的R个解中的每个变量的区间进行细化, 其目的是防止收敛到局部最优解而达不到优化目的。基本思想是粗搜索完成的R个解构成遗传算法的初始群体, 并对每个解的分量进行交叉和变异操作, 然后采用另一类蚂蚁对该解分量组成的路径图运用蚁群算法, 并更新各变量子区间组成路径上的信息素, 最后信息素比较浓的各变量的子区间所组成的路径为问题的全局最优解, 从而精搜索过程结束。

a) 交叉过程。从初始种群中随机选择个体B1、B2作为父代, 以概率pz选择式 (14) 生成子代个体c的各分量, 这个步骤的信息素按式 (16) 更新。

其中, μi为[0, 1]的随机数。

b) 变异过程。选定个体的各分量, 以变异概率pn选择式 (15) 生成子代个体c′的各分量, 其上的信息素按式 (16) 更新。

ci′=ci芎μiδiexp芎-γ (t-1) β/φ;芎i=1, 2, …, n (15)

其中:芎为随机选择, t为当前进化次数, δi为xi变量第i区间的最大变异步长, β、φ为控制步长衰减的参数, 且φ>0, γ为[0, 1]的随机数。

精搜索过程中蚂蚁经历位置的信息素更新原则为

其中, Δτ=sgn[f (x′) -f (x) ]f (x′) -f (x) α

2.3 算法实现本文定义的具体算法如下:

(1) 结合新的目标函数确定所有的独立变量和他们的取值范围:xjl燮xj燮xju, j=1, 2, …, n将变量的取值范围根据变量自身的特征分为不同等份 (考虑圆整的变量) , λ1j, λ2j, …, λnj, 停止门限为ε。在每一个变量的等份区间中间放置一只蚂蚁, 初始化各区间的初始信息量τij (0) , 信息素增量Δτij=0;

(2) 若max (λ1j, λ2j, …, λnj) 燮ε, 算法停止, 最优解为xj*= (xjl+xju) /2, (j=1, 2, …, n) 否则转第 (3) 步;

(3) 循环次数Nc←0, 初始化α, β, Q, ρ的值, τij矩阵赋相同的数值;

(4) 每只蚂蚁按转移概率pijm进行移动。

(5) 更新各个路径上的信息素, Nc←Nc+1;

(6) 若Nc<Nc max, 转第 (4) 步;否则, 找出τij矩阵中每列最大的元素对应的行 (d1, d2, …, dn) , 随即缩小变量取值范围, 转第 (2) 步;

(7) 针对第 (2) 步得到的最优解产生R个新个体。并且按照式 (15) (16) 进行交叉、变异操作, 然后转第 (3) 步。

3 应用实例与结果分析

3.1 优化设计实例

下面以图1中的数控机床主轴部件为例进行优化设计。其已知参数为:主电机功率P=7.5k W, 泊松比v=0.25, 垂直于滑板的切削力F1=3500N, 径向切削力F2=1750N, 进给力F3=700N, 最低转速rmin=30r/min, 材料为40Cr, 转矩为M=7×105N·mm。

3.2 结果分析

在本例中参数设计为c=0.2, ρ=0.6, Q=1000, α=2, β=4, Nc=100。在划分各个变量区间的时候, 其长度均取整数值。在MATLAB7.0软件中编程实现, 并且与常规设计、基本蚁群算法做了比较, 经圆整后的优化结果如表1所示。

通过分析计算表中的数据可知, 和常规优化设计相比, 改进蚁群算法的优化效果非常明显, 使机床主轴刚度提高了8.2%, 体积减少了5.6%, 搜索时间减少了57%, 而和基本蚁群算法相比, 优化值也更理想且搜索时间减少了

36%。

4 结论

采用改进的蚁群算法对数控机床主轴结构进行优化, 达到了预期的优化效果, 刚度提高了8.2%, 体积减少了5.6%, 并且分别与常规优化设计、基本蚁群算法进行比较, 说明了改进的蚁群算法优化效果更明显且收敛速度更好。

参考文献

[1]Periaux P.Genetic algorithms in aeronautics and turbomachinery[M].New York:Wiley, 2002:20-35.

[2]Gupta S, Tiwari R, Nair S B.Multiobjective design optimization of rolling bearings using genetic algorithms[J].Mechanism and Machine Theory, 2007, 42 (10) :1418-1443.

[3]徐锦康.机械优化设计[M].北京:机械工业出版社, 1996:10-30.

[4]段海滨.蚁群算法原理及其应用[M].北京:科学出版社, 2005:214-219.

[5]莫才颂, 钱学明.机床主轴结构优化设计[J].茂名学院学报, 2003, 13 (3) :40-42.

[6]王爱玲.数控机床结构及应用[M].北京:机械工业出版社, 2006:31-36.

[7]郭辰光, 王鹏家, 田鹏等.基于遗传算法的数控机床主轴优化设计方法[J].东北大学学报, 2011, 32 (6) :850-853.

数控机床的改进篇9

【关键词】双球型；衬套；薄壁；易变形；数控加工

1、前言

此薄壁接嘴衬套零件是与低压一级导向器相连，起密封和通气的作用。零件结构虽不算复杂，但由于薄壁、呈现双球型结构且容易变形，在加工工程中无法装夹，易导致零件尺寸公差不稳定，造成零件整体尺寸超差。

2、零件的结构特点、材料特点及工艺分析

2.1零件的结构特点

该零件属于典型薄壁件结构，零件总长为13.5mm，外圆最大尺寸为φ11.23mm，且零件存在两处内外球面结构，外球面公差要求较严仅为0.007mm，按公差累积计算后，壁厚尺寸仅为0.3mm。在零件的右端面处存在R0.2mm的圆弧，且圆弧需与内径尺寸相切。较以往各机种相似的零件在尺寸及结构上给加工造成了很大的困难，对于该零件的加工经验基本空白。

2.2零件的材料特点

零件使用材料是0Cr18Ni9不锈钢，它的可切削性约为0.3-0.05之间，是一种难加工材料。

2.3工艺分析

此零件为壁薄件，切断时的应力变形将是零件合格的最大问题。零件最小壁厚仅为0.3mm，加工后需要进行镀铬处理，因此，零件外球尺寸公差只有0.007mm。且由于零件存在两处内外球，外球若进行磨加工，工装难以实现，且极易导致零件的变形。两处内球若采用传统的镗刀进行加工，易导致零件的过切，需对刀具进行手工磨制，但零件的加工稳定性上必将受影响；另外，零件的测量上，是零件加工过程中的最大问题，尤其是两处球心对端面的距离。

2.4加工方案

针对此薄壁零件的特点初步制定加工方案：将零件加工，安排两道粗加工工序，在去除大部分余量的同时，加工出较为理想的定位基准。

对于切断变形的问题，拟采取两种加工方案并行的方式：

方案一，预留夹持余量15mm，在数控设备上直接切断，其过程中采用3mm宽切刀在切断处先切槽，再用2mm宽切刀切断的方式减小应力变形的方法切断；

方案二，预留夹持余量15mm，在直接切断变形的情况下，采用线切割切断的方式，减小零件的变形量。

3、实际加工存在的问题

零件真正开始加工，面临的首要问题为零件的采点上，采点即要保证R0.2的切点直径为Ф9.8+0.11+0.016，同时要保证R0.2，但是零件的壁厚仅为0.3mm，采点过程中带来不小的麻烦。

4、零件数控加工的改进方案

针对实际加工中出现的问题，我们及时进行了改进，并通过了验证。为提高加工效率，降低工序间周转时间，我们将15、20工序合并到25工序数控车加工中，这样也避免了对刀所产生的误差。为保证加工质量，合理选擇机床、刀具和切削用量至关重要，下面我将结合数控加工的特点进行具体描述。

4.1设备的选择

因零件尺寸要求高，用普通设备手动加工困难，而数控加工形状完全由程序控制，加工准确精度高，故选择数控车床加工。最终选择采用卧式数控车床QTN200-ⅡMSL。

4.2合理选择刀具

4.2.1刀具材料

正确选用刀具材料是保证高效率加工不锈钢的决定因素。根据不锈钢的切削特点，刀具材料应具备足够的强度、韧性、高硬度和高耐磨性且与不锈钢的粘附性要小。由于高速钢切削不锈钢时的切削速度不能太高，因此影响生产效率的提高。对于较简单的车刀类刀具，刀具材料应选用强度高、导热性好的硬质合金，因其硬度、耐磨性等性能优于高速钢。硬质合金是采用高硬度的金属碳化物（WC、TiC、NbC等）与金属粘接剂（Co、Ni等）通过粉末冶金的方法制造的烧结体。它具有较好的较高的硬度、良好的耐磨性和耐热性，使数控机床刀具应用最为广泛的材料，适于数控加工的中速和高速切削。

4.2.2刀具的选择

为了能够实现数控机床上刀具高效、多能、快换和经济的目的，确保加工精度和产品质量的稳定性，工序中全部采用专业刀具生产商提供的机夹刀具。

最终选择刀具：外圆刀杆：PDJNR 2525 M-15

外圆刀片：DNMG1 50608-MF1 CP200

4.2.3选择合适的切削用量

切削用量的大小对生产效率和加工质量有很大影响，切削速度不宜过高（vc=50～80m/min）；切削深度ap不宜过小，以避免切削刃和刀尖划过硬化层，ap=0.4～4mm；因此进给量f对刀具耐用度影响不如切削速度大，但会影响断屑和排屑，拉伤、擦伤工件表面，影响加工的表面质量，进给量一般取f=0.1～0.5mm/r。

4.2.4选择切削液

不锈钢切削中的冷却润滑：采用冷却润滑性能较好的润滑液，如水溶液、乳化液等。

4.3程序编制

G0 X200 Z150

G40

T901

G00 X30 Z20

X0 Z0.2

G0 X200 Z150

……

M30

4.4改进后实际加工效果

根据改进后的加工方法进行生产，效率大幅提高，同时在进行车加工时不再缠屑，切削顺利，尺寸稳定，表面粗糙度达到设计要求。

改进前后加工时间的对照表

从上面的统计数据中可以看出：从普通设备改为数控车加工即节约了时间、降底了生产成本，又提高了零件质量。

5、结论

我们面对原加工工艺中存在的各种问题，客观的从零件结构、加工手段、工装等方面入手，具体分析，大胆试验，经过事实证明，改进后的加工方法切实可行，加工过程稳定，产品质量符合设计要求，并已通过装配试车考核。在实际加工中，其它相似类零件也可从普通设备改为数控设备加工，具有推广意义，给公司带来更大的效益。

参考文献

[1]《金属切削原理与刀具》.陆剑中主编.机械工业出版社，2011.7

[2]《机械加工工艺手册》.孟少农主编.机械工业出版社，1992.1

[3]《材料科学基础》.潘金生等主编.清华大学出版社，2005.3

中职数控专业数学模块教学的改进篇10

数学课程作为中职学校公共基础课, 根据数学知识的内容、标准分为基础模块、职业模块和拓展模块。本文主要围绕中职数控专业教学, 研究数学教学基础模块与职业模块的整合。依据职业学校的专业特点和学生未来就业职业岗位群的实际需求, 探索在数学教学中的教学内容、教学方法。

中职数控专业数学教学内容的改进, 对数控专业学生掌握专业技能、提高综合素质具有重要意义。然而, 中职学校数学教学现状不容乐观, 存在诸多问题。进一步探索中职数学教学内容和方法的改革就显得尤为重要。

一、中职数学教学的现状与存在的问题

1. 学生数学基础较差

目前, 职业学校招收的大都是中考落榜的学生, 这些学生的文化基础普遍较弱, 数学成绩尤为明显, 过多的失败经历使他们缺乏自信心, 厌学、怕学, 对学习数学有恐惧心理。大部分中职学生把学习专业课程作为就读职业学校的主要目的, 对于学习数学与学习专业技术的关系认识不清, 甚至有部分同学认为学不学数学无所谓。在思想上的放弃, 导致一部分学生不用心学数学或根本放弃对数学的学习。

2. 数学课程设置不能很好地服务于专业课程

任何学习一般都有三重目的, 一是学习技能和有关科目的知识—并学习得更好、更快、更轻松。二是培养综合概念技能—学会将同一或类似概念应用到其他地方。三是培养个人技能和态度, 使它能轻易应用于所做的一切事情。目前中职数学课程教学内容自成体系, 没有与专业课的教学内容进行科学整合。经常出现在专业课教学中应用到某一部分数学知识时, 学生不是还没有学到, 就是早已经忘记。事实上, 数学知识在数控专业理论与实训教学中应用非常普遍, 而且十分重要。数学教师在教学过程中, 没有从“职”字去考虑, 没有跳出学科教学的局限性。他们对专业课程不熟悉, 难于把握数学知识在专业课程及专业技能培养中的应用情况和教学规律。这就导致数学教学不能很好地服务于专业课程, 更没有突出中职数学工具性、服务性的教学特点。

3. 教学手段和教学方法落后

在中职数学课程教学中, “粉笔加黑板”的传统教学方式和“满堂灌”的教学方法仍然占主导地位。由于数学课内容多, 容量大, 而课时又相对较少, 教师就经常出现赶时间、抢进度, 采取“灌输式”“填鸭式”等不良教学方式, 且以纯理论讲授为主, 与专业课程衔接不紧密, 教学方法呆板。这种单一的教学方式使学生对数学学习更为逆反, 从而影响教学质量。

4. 中职的数学教学与专业知识严重脱节

中职学校数控专业需要加强数控机床的编程、操作、维护等知识内容的教学, 在实践技能方面, 应当强化对数控加工工艺 (如工艺路线选择、刀具选择、切削用量设置等) 、模具设计、CAD/CAM与数控自动编程、数控机床机电设计与联调技术、数控机床的维护、维修等专业技术能力训练。掌握这些知识和技能, 需要掌握基本的数学运算能力、三角函数及几何知识等。

目前中职学校数学课程作为公共基础课, 课本上应知应会的内容多, 真正为专业服务的知识较少, 针对性不强。学生掌握了运算能力, 却往往不知道如何运用, 在哪里运用。数学的模型及案例大都是普教教材多年延续下来的内容, 不适合职业学校教学。因此学用不能结合, 学生缺乏学习兴趣。

二、对中职数控专业数学内容的整合

根据中职学校实际教学能力和规模, 结合企业对中职数控专业人才的需求, 整合以培养“蓝领层”人才为目标。

现行中职数学教材采用的是代数、几何、分析混合编排体系, 而许多时候数学教学的进度与专业课内容并不协调经常出现专业课中涉及的数学知识, 学生在数学课上还没有学到。如数控专业一般在一年级第一学期安排机械制图课这门课要求学生学会看图、识图、绘图甚至按图样加工工件, 要求学生具备一定的空间立体感和立体几何知识, 而立体几何部分却安排在数学基础模块下册的最后一章, 使得学生在第一学期学习机械制图时空间概念薄弱, 立体几何知识缺乏, 学习倍感吃力。因此, 数学课就不能为专业课学习提供直接、及时、有效的服务。另外, 中职学校的学生数学基础较差, 有些初中的知识在讲授新课时需要复习、补充。再有就是一些数控专业毕业的学生向我们反馈在实习和工作中对数学知识的需求。由于以上原因, 我们把中职数学基础模块与职业模块进行了整合。

第一学期: (共58课时)

对于集合, 我们只需学生掌握其概念, 并知道简单运算这样降低了学习目标;而对于不等式的学习, 我们放在了第三学期, 因为对于专业课, 它的作用不是很大, 旨在提高学生的计算能力。指数函数与对数函数中, 以计算为主, 而对函数的认识仅仅作为了解性的内容, 并不多作强调。三角函数部分是重点, 角的概念和运算关系到加工工艺的制定, 角度和结点的计算。正弦、余弦、正切函数的图像和应用, 是学习车工、钳工过程中用到的基本内容, 能够培养学生观察、分析与解决问题的能力和数据处理技能。另外, 在学习诱导公式前, 我们增加了特殊角的三角函数值的讲授, 因为这部分知识, 有许多学生在中学没有学过或学得不好。

第二学期: (共60课时)

对于数列的讲授, 我们根据数控专业的特点放在了第三学期讲授, 因为这部分知识也是旨在提高学生的计算能力。在《平面向量》一章中, 我们首先增加了平面直角坐标系一节, 这是学习向量的基础, 学生必须掌握。向量的运算是重点, 通过平面向量的教学, 培养学生的计算技能, 数据处理技能和数学思维能力。在几何部分中, 我们增加了平面几何部分, 包括矩形、正方形、圆、扇形等知识, 对于这些图形让学生达到认知的程度。对平面图形的进一步认识, 和对曲线轨垒的运算是车床加工技术的基础, 同时为以后学习加工工艺奠定良好的基础。在立体几何部分, 我们增加了尺规作图, 因为这是学习机械制图和立体图形的基础。在这一章中, 我们着重讲数控机床加工中常见的几何模型, 为学习图形设计打下基础。

第三学期: (共34课时)

我们把基础模块中概率与统计初步、不等式、数列放在了第三学期讲, 考虑到第三学期实际授课时间较短, 使用的课时数也做了相应的缩减。这学期, 主要是培养学生的计算能力、计算工具使用技能, 数据处理技能和分析与解决问题能力。

三、整合后教学实施中应注意的问题

1. 积极采用项目教学法

在数控专业课教学中, 应用项目教学法, 更能激发学生的学习兴趣, 强化团队合作精神, 很好地体现新课改的理念和职业教育发展的方向。项目教学法是师生通过共同实施一个完整的项目工作而进行的教学活动。教师将一个完整的任务项目交给学生, 学生自主学习, 主动探索, 教师咨询指导, 解答疑难。在完成“任务”的过程中, 培养了学生提出问题、分析问题、解决问题的综合能力, 提高了学习积极性, 优化了教学效果。

2. 倡导“用知识”“做中学”的方法, 减轻学生负担提升教学效能

多元智能理论十分重视人类认知活动的实践性, 加德纳曾提出以“深刻理解并学以致用”作为教育的目标, 很适合职业学校的教学需要。在中职学校数学教学中, 教师可以在“用知识”思想的指导下, 重新审视基础知识, 抓住核心知识体系并大胆尝试“做中学”的教学模式, 主动淘汰一些无用的知识, 重新整合教材, 实施“基础数学专业化”, 使学生直接感受到数学的价值, 从而激发他们的学习兴趣, 提高教学质量。

3. 分层考核评价学生

中职学生普遍学习成绩较低, 如果单纯从测试成绩作横向比较, 势必会挫伤学生的上进心和学习积极性。为此, 在数学教学评价方面应构建一套促进学生发展为目标的分层考核评价制度。期末总成绩分为平时成绩和期末成绩两方面平时成绩占30%, 期末成绩占70%。而平时成绩又包括:课堂提问、课堂表现、平时作业、阶段测试、个人进步等方面。这样, 只要学生上课认真听讲, 有一个良好的学习态度和习惯, 虽然成绩不够理想也能得到较好的评价。用分层标准评价学生, 会使各层次学生都得到比较满意的评价结果, 从而提高了学生学习数学的兴趣, 增加了他们学习的自信心, 同时也使数学教师的课堂教学达到良好的效果。

4. 建立学科教师到企业培训学习制度

学科教师不仅要学习学科知识, 还要学习相关专业知识, 并参加企业实践, 形成一种学校教师培训机制。教师要了解学生就业岗位的职能定位, 了解企业经营运作理念。进而了解专业实践岗位对数学的能力需求, 主动参与教学改革, 做到数学教学与专业教学和实训教学的深度融合。

新的职业教育形势要求我们既要培养出“技术型”人才, 又要满足企业要求, 同时又要利于人才的长期发展。因此, 职业学校数学的教学要迎合职业教育的特点, 整合教学内容, 改进教学方法, 完善评价体制, 以服务于专业课, 这样才能不断提高学生的数学素质, 使他们学好技能, 服务社会。

参考文献

[1]借鉴多元智能理论开发学生潜能实践研究暨DIC国际合作项目组[C].多元与成才—职业教育借鉴多元智能理论实践研究的报告, 2010

[2]施良方.课程理论—课程的基础、原理与问题[M].北京:教育科学出版社, 1996

[3]刘春生, 徐长发.职业教育学[M].北京:教育科学出版社, 2002

[4]蒋国平.职业学校实施分层教学模式探析[J].职业技术教育, 2004, 7

【数控机床的改进】推荐阅读：

数控机床的知识07-13

机床电气的数控化08-16

数控机床的电气维修06-14