数控机床控制精选(九篇)

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第1篇：数控机床控制范文

关键词:数控机床,网络控制，研究

[Abstract] This artical start the point of introduce network monitoring systems used in CNC machine tool technology, the system is a server and client mode as the carrier, and the corresponding sets of characters technical R & D to develop software through the network withclient server control, to complete such as the control program, processing instructions, the processing status of images and information to send and receive control process in order to achieve off-site machine tool monitoring, to achieve the desired control effect.

Keywords: CNC machine tools, network control, research

中图分类号：TG659文献标识码：A 文章编号：

一、绪论

随着科技的进步、网络的发展,网络控制技术逐渐引起了人们的重视。网络控制系统结合了计算机网络技术与自动化控制技术,通过网络的途径，实现了预期的控制过程。现行的网络控制系统主要由机床技术、通信技术、控制技术、检测技术、计算机软件技术、图像技术及网络技术等组成,通过网络对机床的运行进行异地监控,能够减少工作人员的作业量及提高机床的工作效率。网络控制技术是时代的产物，它作为一种新兴技术,已经越来越得到很多科研单位的关注。目前，正在研究和开发的网络控制技术朝着多个方面进展,有的是建立在Web通讯平台基础上的，有的是建立在Socket技术基础上的,还有的是建立在CORBA中间件技术基础上的等等,这些不同方向的研究，势必会为数控机床控制技术的发展带来革命性的变化。本文所开发的数控机床的网络控制系统，它是以WindowsXP为网络开发平台,并以VisualC + +为工具开发,运用了Windows Sockets网络编程接口技术,实现了实时监控局域网内的机床运行的功能。

二、网络协议及传输控制协议网络通信的实现

1、网络协议及传输控制协议简介

在国际互联网技术中，网络协议IP(Internet Protocol)及传输控制协议TCP (Transmission Control Protocol)是两个非常重要的通讯协议,兼容性非常强，可以适用任何互联网络上运用到的通讯。网络协议及传输控制协议的结构可以将网络分成应用层、网络层、传输层和数据链路层共4个不同层次，这种分层方式，它合并了国际标准组织所制定的开放系统互联参考模式的七层传输参考模式当中的一些层面。

2、Windows Sockets简介

Windows Sockets是在Windows下得到了广泛应用的、开放的、支持多种协议的网络编程接口。它利用下层的网络通讯协议功能和对操作系统的调用来实现通讯工作。提供了一种发送和接收数据的机制。

目前，用户可以使用到的套节字有两种形式，即数据报套节字和流式套节字。流套接口提供了双向的，有序的，无重复并且无记录边界的数据流服务，数据报套接口也支持双向的数据流，但并不保证是可靠，有序，无重复的得记录边界的数据流服务。所以，本设计中我们采用流式套节字形式,它在连接数据传输时增强了数据的可靠性。应用程序调用其接口函数实现了通信的过程。

3、流式套节字的操作方法

要想从数据流中读出数据，必须要求先建立连接后方可传输、接收信息数据，而流式套节字的使用方法正是基于连接的协议。其具体操作方法如下：

①为了便于侦听，服务器要建立一个套节字并为其分配地址,在为其分配地址之后,然后调用listen ()函数并使其处于侦听的状态。

②客户机也要建立一个套节并为其分配地址,在为其分配地址之后,然后调用connect ()函数,使其处于请求与服务器套节字连接的状态。

③服务器上创建的套节字在接收到客户机的连接请求信号后,接着调用accept ()函数,此函数的作用是为了创建一个用于连接的套节字，然后以该套节字和客户机上的连接套节字的应用为基础,就能够在服务器跟客户机之间进行相关数据的传输了。

④在传输数据结束之后,客户机与服务器调用closesocket ()函数，以关闭各自的套节字。

三、网络控制系统的设计实现

1、控制系统的原理实现

在该控制系统中，所运用到的网络控制系统软件是在客户机上运行的,而客户机又是通过局域网跟服务器进行连接。控制机床动作的数控系统是在服务器中运行的,首先要运行服务器本机自带的数控系统,并对其进行初始设置,然后进入到网络控制状态,打开服务器侦听套节字,实时等待客户机上的连接请求信号,当服务器上的侦听套节字接收到客户机的连接请求信号后,就对此请求信号进行验证,查看他们的套节字是否相互匹配，如果他们符合匹配的条件,则服务器就跟客户机进行连接,如此一来，服务器和客户机互相之间就可以发送和接收信息指令了。在网络控制状态下，服务器的数控系统可以利用图像传感器实时对机床加工状态图像和机床加工相关参数进行采集,然后服务器将采集到的状态图像以位图格式进行保存，按一定的时间规律发送到客户机，以显示机床的加工状态,并且将服务器采集到的状态参数实时地发送到客户机上。数控机床加工代码可以在客户机所用到的远程控制系统软件中进行编辑,然后将所编辑的数控代码发送到服务器中,并将代码下载到可编程多轴运动控制器上以等待指令信息。客户机将机床加工控制指令发送给服务器,以达到控制机床预期动作的目的,并且客户机还能接收服务器所发送的信息,对机床加工情况进行动态监视。不仅如此，通过远距离对程序进行控制,客户机不仅可以在机床加工过程中修改机床的加工参数,还可以调试机床运行的效果。

2、控制系统的硬件结构实现

本设计中，网络控制系统在对数控机床进行控制时采用的是模块化的硬件结构,该数控系统采用“PC（个人计算机）+ NC（网络计算机）”结构,网络计算机部分采用开放式多轴运动控制器PMAC2-PCI进行主控。网络系统总体上是“服务器+客户机”的形式,其中，数控系统是在服务器上运行的,而网络控制软件是在客户机上运行的,服务器和客户机通过一定的规范连接结构将内部网与外部网进行连接,在数控机床运行前，要在其上安装图像传感器所用的监控摄像头,对机床加工的运行情况进行实时监视,并将所监控到的机床运转的具体情况实时地进行采集与保存。

3、控制系统的软件设计实现

在控制系统中，完美的人机界面不仅可以为控制系统的操作带来方面，跟能够提高数控机床的工作效率。本系统所设计的人机界面运用了Windows编程技术中的分隔视技术,该设计把数控系统的人机界面分为左右两个子窗口。左边的子窗口作用是显示采集到的机床运行图像,这就实现了数控机床加工时对图像的实时监视的过程，而右边的子窗口是作为网络控制的窗口,它实现的功能有很多，如联机网络、显示机床加工状态参数、发送加工代码、调试机床在线网络等功能。

控制系统的软件设计的核心是传递网络数据,为了确保数据能够及时地进行传递,因此，在本系统软件设计中运用的是多线程技术,为了方便控制，又专门建立了一个线程对控制器采集到的数控机床数据进行网络传递。客户机上的数控代码在编辑好之后,可以同时的传送到服务器上,接着服务器将接收到的数控代码保存到其内存中,然后再对其进行编译，编译完成后执行此数控代码。在控制指令的传递的过程中，客户机可以随时将指令传送给服务器,当服务器接收到指令后立刻进行执行。相比较而言，机床加工情况的图像和状态参数在进行传递时，在操作上则要复杂一些，为了防止在传递过程中位图数据和参数数据可能出现的混乱现象,应该在服务器上采用中断的方法,即在进行图像数据的传递时中断参数数据的传递,当图像数据传递完成之后再进行参数数据的传递。

四、结论

本文所设计的数控机床网络控制系统，进过反复调试后，达到了预期的控制目的，可以满足实际加工的需要，但是在实际操作时，也存在着一定的问题，比如对图像的实时采集显示不及时、机床运行时代码不稳定出现的数控机床运行偶尔停顿现象等，但是笔者相信，随着科技的发展，这些问题一定能够得到很好地解决。

参考文献

[1]李坤鹏.网络数控系统的技术内容.中国机械工程,2009.

[2]齐硕.基于网络的数控制造技术.北方机械工程报,2008.

[3]张帅震.基于Internet的远程监控系统.黑龙江科技学院报,2010.

第2篇：数控机床控制范文

由于数控机床的机械结构参数要与整个系统的电气参数相匹配 ,所以不仅要求其机械传动系统的结构紧凑、体积小、重量轻、精度高、刚度大,还要求其在传动过程中摩擦小、间隙小、惯量小等。这就要求数控机床的机械传动系统在传动装置上要尽量简化；在进给结构上要采用低摩擦、无间隙、高强度的传动零部件；在床身结构上要注意提高其刚度和固

有频率 。

二、主传动运动的变速系统

数控机床的主传动运动是产生主切削力,速度较高,消耗的切削功率最大。例如,数控车床上主轴带动工件的旋转运动,立式加工中心上主轴带动铣刀、镗刀和砂轮等的旋转运动。数控机床的主传动运动是通过主传动电机拖动的。数控机床的变速是按照控制指令自动进行的, 因此,变速机构必须适应自动操作的要求。由于直流和交流变速主轴电机的调速系统日趋完善,不仅能方便地实现宽范围的无级变速,而且减少了中间传递环节和提高了变速控制的可靠性。因此,在数控机床的主传动系统中更能显示出它的优越性。

（一）带有变速齿轮的主传动。这是大、中型数控机床采用较多的一种方式。通过少数几对齿轮减速,增大了输出扭矩,以满足主轴对输出扭矩特性的要求。一部分小型数控机床采用此种传动方式, 以获得强力切削时所需要的扭矩。滑移齿轮的移位大都采用液压拨叉或直接由液压油缸带动齿轮实现。（二）通过皮带传动的主传动。主要应用在小型数控机床上,可以避免齿轮传动引起的振动与噪声。但它只适用于输出转矩较小的主轴。（三）由调速电机直接驱动的主传动。这种主传动方式是由电动机直接驱动主轴,即电动机的转子直接装在主轴上,大大简化了主轴箱体与主轴的结构,有效地提高了主轴部件的刚度。但主轴输出扭矩小,电机发热对主轴的精度影响较大。近年来,多采用交流伺服电动机。

三、进给传动系统

（一）联轴器。联轴器是连接进给机构两根轴使之一起回转来传递扭矩和运动的一种装置。目前联轴器的类型繁多,有液力式、电磁式和机械式。其中,机械式联轴器的应用最为广泛。

（二）减速机构

1、齿轮传动装置。各种机床的传动装置中几乎都有齿轮传动。在数控机床伺服进给系统中采用齿轮传动装置的目的有两个。一是将高转速的转矩的伺服电机(如步进电机、直流和交流伺服电机等)的输出变为低转速大转矩的执行件的输入; 另一个是使滚珠丝杠和工作台的转动惯量在系统中占有较小的比重。此外,对于开环系统还可以保证所要求的运动精度。

2、同步齿形带。同步齿形带传动是一种新型的带传动。它利用齿形带的齿形与带轮的轮齿依次啮合传递运动和动力, 因而兼有带传动、齿轮传动及链传动的优点,且无相对滑动, 平均传动比较准确,传动精度高,而且齿形带的强度高、厚度小、重量轻, 故可用于高速传动。齿形带无需特别张紧,故作用在轴和轴承上的载荷小,传动效率也高,现已在数控机床上广泛应用。

3、滚珠丝杠螺母副。为了提高进给系统的灵敏度、定位精度和防止爬行,必须降低数控机床进给系统的摩擦并减少静、动摩擦系数之差。因此,形成不太长的直线运动机构常用滚珠丝杠螺母副。它的作用是将旋转运动转变为直线运动或将直线运动转变为旋转运动。特点是传动效率高,摩擦力小,寿命长,经预紧后可消除轴向间隙,无反向空行程。滚珠丝杠副作为数控机床直线驱动执行单元,在机床行业得到广泛运用,极大地推动了机床行业的数控化发展。

四、影响机械传动系统动态特性的因素分析

数控机床的机械传动系统的最低谐振点一般都发生在滚珠丝杠—工作台之间。在数控机床工作时 ,机械传动系统的输入和输出是不完全一致的 ,在不同的系统固有频率下其输入与输出的差别也不同。输入与输出差值越大 ,说明系统的动态特性越差 ,造成工作台的运动误差越大 。当输入频率与丝杠一滑枕系统的固有频率相同时 ,系统将产生共振而无法工作 。

为提高系统动态性能 ,提高其丝杠一滑枕系统的最低纵振固有频率ωnc和丝杠一滑枕系统的最低扭振固有频率ωnt是必须的；即应注意增大系统刚度,减小系统惯性,以提高系统频率。但增大刚度往往导致系统结构尺寸加大,惯性也不是越小越好 ,必须保持适当的数值。较大的系统阻尼不利于系统精度的提高 、降低系统的快速响应性 ,但可提高系统的稳定性；小的阻尼会提高系统的快速响应性 ,但同时也使系统的稳定性减小；所以保证系统有适当的系统阻尼也是十分必要的。

五、机械传动系统引起的控制误差分析

机械传动系统的控制误差除了零部件的制造及安装所引起的误差外,还有由于机械传动系统的动力参数（如刚度、惯量、摩擦、间隙等）所引起的误差。在系统设计时,必须进行误差分析,将这些误差控制在允许范围内。

（一）系统失动量max：失动量,又叫死区误差,是指启动或反向时,系统的输入运动与输出运动之间的差值。产生失动量的主要原因有传动机构中的间隙,导轨运动副间的摩擦力以及电气系统和执行元件的启动死区(又称不灵敏区)。

如果机械传动系统采取了比较好的消除传动间隙的措施,如驱动电机轴与滚珠丝杠直接刚性连接,整体螺母预加负荷等,则由传动间隙引起的死区误差可忽略不计;电气系统及执行元件的特性在这里不涉及;则系统失动量可考虑为导轨运动副间的摩擦力引起的失动量。

max=2Fμ/Komin×10?=2mgμo/ Komin×10?mm

式中Fμ一导轨静摩擦力;

Komin一传动系统最小拉压刚度;

g一重力加速度,9.8m/s?;

μo一导轨静摩擦系数,0.2。

（二）系统刚度引起的定位误差δk

在工件加工过程中,机械滑台的位置是变化的,因此滚珠丝杠的传动刚度也是不断变化的。对于开环控制系统,由传动刚度引起的定位误差为：

δk=Q1/K1－Q2/K2

式中 Q1、Q2一机械滑台在不同位置时的进给力；

K1、K2一机械滑台在不同位置时的传动刚度 。

定位误差的检验是在空载时进行的，则由传动度引起的最大定位误差δkmax为

kmax=Fμ（1/Komin－1/komax）

式中Komax一传动系统最大拉压刚度。

六、结语

第3篇：数控机床控制范文

关键词：伺服系统；闭环控制；PID

一、引言

数控系统中伺服控制系统的设计，均要考虑稳定性、动态特性、稳态特性、鲁棒性等方面的性能指标。

稳定性：这是伺服控制系统设计的最基本要求。控制系统的稳定性可分为系统内部稳定性和系统外部的稳定性。所谓系统内部的稳定性即在任意初始状态下伺服控制系统都能精准定位；系统外部的稳定性即为伺服控制系统有外部干扰时，也能自我调节，使得位移和速度达到控制目标。

动态特性：即系统运行过渡过程的形式和速度，其中包括响应速度和超调量。系统的响应速度可用系统过渡过程所经历的时间来表示；而超调量是指系统的最大振幅度。一般而言，不同的系统对动态特性会有不同的要求，对于数控伺服系统而言，响应速度越快，系统跟随误差越小，控制精度就越高。

稳态特性：当过渡过程结束后，系统达到稳定状态时，其被控量的稳态值与望值一致性程度。对于任何数控伺服系统，由于存在着系统结构、外部干扰、以及内摩擦等非线性因素的影响，被控量的稳态值与期期望值之间总会有误差存在，该误差称为稳态误差。稳态误差是衡量控制系统控制精度的重要标志，有好的稳态误差补偿，伺服系统将获得良好的位置控制精度和跟踪速度。

鲁棒性：当系统的约束条件发生变化时，系统的功能特性不会受到什么影响。系统的鲁棒性好，当参数发生变化时，系统依然能够保持其稳定性；在过渡过程中，系统的响应速度和超调量基本上不受参数变化的影响。机床在长期的使用过程中，有机械磨损及其他硬件的变化，伺服系统必须保持加工误差在一定范围内，因此，鲁棒性很重要。

二、PID算法在数控伺服闭环控制中应用

PID（Proportional Integraland Differential）控制技术是最早发展起来的控制策之一，至今已有数十年历史。它以算法简单、鲁棒性好、可靠性高、调整方便等优点而被广泛应用于工业控制中。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。在实际工程应用中，根据需要也可用PI控制和PD控制。PID控制器就是根据系统的偏差，通过比例、积分和微分运算来对控制量进行调节的。

数控伺服闭环速度控制如图1所示，在数控加工中，加工轴虽然随着负载特性变化而变化，但由于采用了PID控制，可以修正到等于指令速度。

PID控制器作为一种线性控制器，它将速度指令r（t）和反馈的实际速度y（t）进行比较后构成控制偏差e（t），再将该偏差按比例（P）、积分（I）和微分（D）通过线性组合构成系统控制量u（t）来控制驱动器，输出功率控制伺服电机，对电机速度进行精确控制。上述PID控制器的输出函数可描述为：

u（t）=Kpe（t）+Ki■e（t）dt+Kd■

三、PID参数调试的具体方法

以FANUCOi机床为例，有菜单操作，显示伺服参数设置画面如图2所示。

当设置驱动器为速度模式控制时，在完成对伺服驱动器参数的优化后，引入控制器对速度环的作用。控制器可调的基本伺服参数即为比例常数KP、微分常数Kd以及积分器Ki。控制器滤波传递函数为：

D（z）=4 ×Kp+■+■

手动调整PID各项参数：

第一，确定速度比例增益Kp值。当伺服系统安装毕，必须调整各项PID参数，使得系统稳定运行。可首先调整速度比例增益Kp值，因为Kp值是PID参数中对超调影响最大，可再调整之前将积分增益Ki及微分增益Kd设置为零，接着逐渐加大Kp值，主要考量伺服电机停止时是否有振荡现象，以此手动方式调整Kp参数，观察电机旋转速度有无明显忽快忽慢现象。若Kp值加大到产生上述现象时，必须将Kp值降低，减少超调量，消除振荡，稳定旋转速度。以此初步确定Kp值。

第二，确定积分增益Ki值。逐渐加大积分增益Ki值，使积分效应逐渐产生。由PID控制原理可知，Kp值配合积分效应增加到临界值后会产生振动不稳定现象，此时回调Ki值，消除振荡现象，稳定旋转速度。此时的Ki值既可为初步确定的参数值。

第三，调整微分增益Kd值。微分增益主要目的就是平稳旋转速度，降低超调量，微分控制也是一种预先控制，在超调量发生之前做适当的校正。可逐渐加大Kd的值，改善速度稳定性。

最终，数控机床伺服闭环控制速度曲线如图3所示。

四、总结

数控机床伺服闭环控制系统的调整主要是针对闭环控制器的PID参数增益进行调整，使得机床工作误差最小，达到一个最优状态。其中速度环的调整是整个系统调整中最关键的，也是最难调整的。通常，在了解伺服增益的限制因素上，先调整比例增益参数，再调试积分参数，最好调整微分参数。对于每个增益参数的调整，都是从低慢慢地增加，以确保系统稳定。

参考文献：

1.包杰,李亮,何宁.基于PC的开放式数控系统微铣削伺服控制的研究[J].机械科学与技术,2009(9).

第4篇：数控机床控制范文

关键词：数控机床；电气控制系统；重要性

随着科技的不断发展，电气的发展在部分企业占着重要的地位。数控系统是数控机床的核心，数控机床控制系统则直接影响着整个系统的操作性能。对于数控机床的操控是否恰当合理，影响到产品的生产质量。因此，我们对于数控机床的电气控制系统的要求是，应按照电气控制的原理来进行规范的设计，使得设计出的数控机床的电气控制系统能够保证数控机床安全可靠的运行。随着社会经济的不断发展，数控机床得到越来越多的企业应用，企业也开始探索和研发创新，以提高机床的生产效率的同时增加公司的经济效益。

1数控机床的电气控制系统简介

就数控机床而言，属于一类配置软件程序调控模块的职能机床设备。当然详细系统构造能够解决一些包含调控编码或类似符号指令的程序内容，同时完成编译过程，以编译成为代码的数字进行表达，以对应载体完成对数控设备的注入。然后根据处理流从数控设备产生不同的调控信息，从而达到管控机床操作流程的目标，即根据设计图例的形态与规格标准完成零件的自动加工。此外，相对传统机床，其主要的优势在于有效处理了繁琐、精细、大量、多样的零部件加工流程，体现出更强的灵活性与高效性，标志着了当代机床调控技术研究重点，也是机电一体化研究的重要产物。电气调控规划图包含多个方面构成，即如线路装配调整、运用及维持的参考资源，主要涵盖了原理图、装配线路图、元件分布图等多种图纸的规划。而且整个体系内一切电气设施的调控原则就是依照对应的原理进行，除了电气设施的装配以外，还包含整个系统的调控等等。

2数控机床的电气控制系统的重要性

对于我国的工业生产行业，数控机床的生产效率要远远超于人工的机床控制，所以数控机床得到广泛的推广和使用，这样一来就使得我国的工业生产效率不断增大。传统的手工机械加工行业，不能够准确的控制产品的各项参数，保证生产质量。而数控机床则可以设置好各项需要的参数，减小产品的参数误差，提升产品的生产速率和效率，这样就增加了企业的经济效益。数控机床对于产品的高质量加工促进了了我国工业的发展，数控机床已经逐渐代替了传统的控制机床，为我国的经济发展做出了相应的贡献。因此，不管是学校还是企业，都得重视技术性人才的培养。

3数控机床的电气控制系统设计研究

对于数控机床的电气控制系统，在设计的时候，会涉及到很多的相关专业化的内容。而我们在设计时，需要合理的对数控机床的电气控制系统的优势进行发挥，以达到我们想要的效果，然后才能真正的保证数控机床的正常使用。而我在本文的叙述中，主要是针对数控机床的电气控制系统在模块化的设计理念上进行的同时，通过对电气控制系统的功能研究，数控机床的电气控制系统包括的三个部分，分别为硬件电路、参数设置和PLC程序。对于每个部分都有相应的小分支，来支持该部分的运行。（1）硬件电路。对于一般数控机床而言，其中的硬件电路类型涵盖电源类、交流输入类、交流传递类、刀具更替类等多累电路组间，以电源类电路为例，主要是按照电气调控的具体方向进行规划的，其电压的输出设置，在具体的设置过程中使用200V伺服变压器，然后通过对风机和伺服驱动模块进行科学的设置以保证正常的供应所需的电能给数控机床，保证数控机床的正常运行。另外，对于电源电路的规划，电源电路本体运作采用的额定电压指标则需要通过科学的规划流程，而且对于接触设备供电一般是选择110V的管控变压设备，而在电磁阀及Z轴制动器的供电标准将选择27V电压，再以整流设备完成替换。而且对于电气调控体系，电压值在220V的线路包含两类，而且不同的线路体现的功用及价值存在差异性，如果全用于对机床电动机、冷却设备以及继电器的供电，则可以保证正常的运作。而且交流输送电路规划意义在于为保证机数控机床运行的稳定性和高效性。对于交流进给传动电路，其在进行对其设计时需要采取精确的指标控制，以保证数控机床的正常运行。（2）参数设置。参数，简单可以解释为规划数据可以充分达到数控机床电气管控体系及功用的目标。一般在规划流程中，会细致分析客户对于机床的功用要求，从而最大程度体系其性能，设定满足具体需求，同时能够规划科学的数据指标，以满足机床的正常运作。（3）PLC程序。PLC系统也是机床主要构造部件之一，而且其从收到命令到调控命令的反应周期仅仅为10~100ms，当然这种高效的反应速度完全可以满足大部分数控机床运作环境。但是因为工业生产改革，导致产品的生产速度及品质需求都在不断提升，那么其对数控机床电气控制系统的相应的对接收指令进行处理的效率要求也应当同步增加，这让更多PLC程序按照级别分为两类，低级与高级程序系统，然后我们再根据控制类型完成详细的划分，选择各个级别的程序去对应完成不同的操作流程。即如低级的程序在规划过程较为简便，所以可以用于一些低需求的系统设计流程，而且根据一系列低高级程序的统一结合可以达到整个程序系统对数控机床电气体系的完整管控。总而言之，数控机床的电气控制系统的设计时对于工业生产的重要步骤，需要有相应的参数设计，以保证机床的正常生产效率。数控机床的不断更新给我国工业化建设提供了更要有效的设施，提升了我国的经济效益。

参考文献：

[1]匡岳林.数控机床的电气控制系统设计[D].华南理工大学,2012.

[2]孙道彬,刘丽.数控机床电气控制系统的故障诊断与维护[J].价值工程,2011(03):263-264.

[3]谭俊林.数控机床的电气控制系统设计[J].工业设计,2016(06):188-189.

[4]向长林.谈数控机床的电气控制系统设计[J].科学大众(科学教育),2015(04):173.

第5篇：数控机床控制范文

关键词：数控机床；故障；分析；维修

引言

科技发展与进步，使各行业有了长足的发展，在生产加工领域，数控机床已经得到广泛使用，大大提高了生产效率，减少了人力劳动，数控设备的使用是技术革新的成果，推动了社会生产力的腾飞，为大规模生产助力，企业要想在激烈的市场竞争中赢得先机，则需要不断提高生产能力，强化产品质量，数控机床自动化、智能化控制有效解决了这些问题。与此同时，数控机床的使用也给企业带来了复杂性，特别是机械生产企业引进数控机床后，对机床的依赖性增大，机床生产能力大小直接关系企业经济效益，数控机床是生产过程中最主要的设备，只有全面保障设备寿命和性能发挥，才能实现良好效益，也就是说，数控机床是企业效益之源。要想保证企业生产能力，则需要不断强化对数控机床电气系统的维护和保养，使设备能够长期处于较为稳定的生产运行状态，为企业创造更多的价值，只有全面做好日常保养与维护，才能减少设备故障率，避免出现停产情况。数控机床电气控制系统在长期使用中，出现故障是必然的，只有全面做好故障点诊断、分析与排除，才能确保设备良好运行，推动企业可持续发展。

1数控机床电气控制系统的故障诊断

数控机床工作情况对企业生产的影响较大，只有全面保证设备正常运行，才能有效维护生产秩序。数控机床电气控制系统长期运转，会出现一些问题，影响正常生产活动，要想及时有效发现问题，解决问题，则需要通过现代科技做好故障诊段，快速解决问题，恢复生产能力。对数控机床诊段时，需要掌握三维建模诊断技术，实现对故障的正确诊断与分析，点对点形成解决方案，保证故障点得到修复，不影响生产，三维建模诊断技术针对数控机床内部电气控制系统，结合几何原理、空间点离散原理及数控电气控制系统构建原理等方面，全面对设备情况进行分析，要想做好三维建模，则需要依照流程推进。

1.1宏观到微观构建

数控机床电气控制系统是一个虚拟模型，本体是建立在三维模型基础上的，通过三维技术模拟设备运行状态，为了有效找到故障点位置，则需要在运转过程中进行诊段，进一步排查点位，如果在运行过程中出现故障，则需要对照设备实体的硬件做好排查，通过对硬件设备的初步诊断，找到故障点位，排查时，需要从宏观进行初步的构建，然后再通过微观零部件检测，准确找到故障位置。

1.2设定标准指标

需要建立一个设备旋转模型，通过对模型的运行观测，结合数控机床电气控制系统真实操作状--找到与以往运行时的差异性，只有全面对比出原始作业状态与当前作业状态时间差异、效果差异的不同，才能找到故障点位，差异性大于三维诊断技术指标，就表明电气控制系统已经出现了问题，需要对问题点进行锁定，全面做好点位维护。

1.3动态监控

可以拧紧运行时的情况做好建模，数控机床电气控制系统加工过程中动态表现能够显露出故障情况，以此做好建模诊断，能够快速找到故障点位，利用NC码对电气控制系统作业状态做好实时的监控，对动态情况精细化描写，对不同时间段内的运动轨迹做好定位，通过点位对照，形成系统化诊断结果。

2数控机床电气控制系统维护对策

三维诊断技术是较为先进的诊段方法，是当前应用较为普遍的技术，在生产加工领域已经得到广泛认同，在实际操作过程中，能够有效解决复杂问题，特别是针对不同点位，可以完成对复杂电气控制系统环境最真实、有效的模拟，全面还原数控机床操作真实状况，使故障点位更加清晰明确，避免出现误导，影响生产效率。

2.1数控机床电气控制系统本体维护

数控机床电气控制系统需要不断维护才能保证良好运行，需要利用三维建模技术全面做好维护与诊段，通过CSG建模理念，拓展数控机床电气控制系统维护思路，从总体上把握大方向，形成多元结构的维护方法。通过三维建模技术，使复杂的设备运行变得更加简便，能够清晰的观测到各个零件的运行，在简易结构基础上完成简单形体多维组合，全面建立一个能够快速诊段分析的模型构建。要想确保设备良好维护，需要掌握几个方法：一是简化内部要素，要根据设备运行的真实情况，做好仿真模拟运行，要把复杂的问题简单化，使内部各个要素结构清晰，确保三维模型维护行为按程序推进。二是结构分层。可以在维护中，充分的利用三维理念对数控机床电气控制系统几何结构与物理结构做分层，合理划分出不同点位做好局部维护，通过对设备内部的结构拆分，使不同部件都有自己的层级，使结构更加细化，实现设备的良性运转。三是全面维护。可以充分展现三维数据库几何实体，实现参数良好组合，OpenGL软件内部具备强大三维图型库，不论哪种型号的配对，均能够找到最佳数控机床电气控制系统本体模型，通过真实模拟，对电气控制系统本体做好全面有效的维护。

2.2加工过程电气控制系统维护

要想全面解决运行问题，则需要在数控机床运行时做好观测，保证故障点位精准，实现数控电气控制系统动态最优化发展，动态运行时，需要利用三维建模空间离散法，使数控机床加工过程中系统维护更加有成效。空间离散法主要是将数控机床电气控制系统内部空间物体转换为不同三维位置“空间点”，使各个点彀饱和，同时为了确保各点作用的发挥，需要合理进行综合点位的布局，形成“点”阵，同时，为了保证各点位的联系，需要根据不同点的组成做好相连，形成三角片区的矩阵状态，程序处于运行过程，需要按照真实情况做好重新描写，再利用“点”的程序渲染，提炼有效数据，保证相关数据真实可靠，从根本上解决系统维护问题，保证设备能够正常运转。

3数控机床故障检修注意要点

数控机床不同于传统设备，整体控制系统非常复杂，为了不出现大的问题，则需要在检修时注意几个要点：一是分类保管部件。各部件拆卸时，要强化记录，保证各构件位置正确，避免破坏内部整体结构，为了保证各部件不丢失，还需要按空间层次，对数控机床电气控制元件拆卸做好分类、保存，确保后期安装顺利，拆卸控制电路板要认真，不能损坏，特别是要认真保管好开关、跳线，安装时两极要按照标记进行，不能出现元件错乱的现象。二是不能带电测量。要想全面掌握数控机床电气控制系统情况，则需要保证测量数据的性，避免出现阻值线路影响，测量时，需要停机下电，不能出现带电测量的情况，否则会影响数据准确性，为了保证安全，不能直接触碰数控机床中的380V/220V高压电流。

4结束语

数控机床电气控制系统大规模使用，提高了生产能力，但是使用过程中难免会出现问题故障，只有全面掌握维护保养技术，才能避免出现生产运行故障，实现企业集约化、规模化生产。

参考文献

[1]王北平.浅析数控机床电气控制系统的设计及故障排除[J].吉林省教育学院学报（中旬），2014，09：94-95.

[2]鄢腊梅，袁友伟.数控机床电气传动部分故障诊断专家系统的设计与实现[J].机床与液压，2015，02：102-120+2.

第6篇：数控机床控制范文

关键词：数控机床控制；故障诊断系统；设计；实现；措施

引言

数控机床对于当前时代的发展具有重要的意义，特别是在时展速度不断提升的今天，对于我国经济发展的重要性也是在不断的提升。数控机床是一种典型的机电一体化的系统，并在实际的制造行业发展中发挥了重要的作用。但是，数控机床控制系统在当前的情况下还存在较多的问题，尤其是故障诊断的不及时，以及发生频率较高的故障问题，都是会对制造业的进一步发展产生较大的影响。因此，数控机床的控制系统设计，故障诊断系统的有效实施，对于数控机床运行效率的显著提升，对于当前经济的进一步发展都是具有重要的意义，需要在数控机床应用的过程中，不断进行故障诊断系统的设计与完善，才能保证数控机床控制系统实现原有的功能。

1数控机床发展的现状

（1）数控机床的内涵。所谓数控机床，主要是指在使用数控技术基础上的机床，更为简单的来说，就是在机床中安装了数控系统。根据国际信息处理联盟技术委员会对于其定义，主要是指机床中安装有程序控制系统，借助于这些系统的存在能够实现机床的绝大多数的功能。（2）数控机床的发展历程。数控机床的发展是在二十世纪四十年代中开始，当时的机械工程师已经是提出了在机械加工中应用数字控制技术的思想。具体应用的时间实在1970年左右，当时英特尔公司开发出了相应的微处理器，正式实现了在机械加工中应用数字控制的目的。不仅如此，在近半个世纪的发展中，数字化处理技术的不断完善，计算机的普及，以及机械加工行业的有序发展，都是促进了数字化控制在机械加工行业中的应用，不仅是提高了生产效率，还在一定程度上促进了社会经济的有效增长。当前，数控机床发展出现了两个趋势，一方面，是数控系统逐渐向着网络化的方向发展。随着计算机技术的普遍应用，对于各行各业都是产生了巨大的影响，特别是在数控系统开放程度不断提升的过程中，实现了数控系统的通用性和适应性的提升。同时，利用PC机还能够丰富数控系统的硬件资源，对于数控系统的柔性和扩展性的提升也是具有重要的意义。另一方面，是数控系统出现了智能化的发展趋势。当前的时代，是一个智能的时代，人工智能的出现，并且伴随着在计算机领域的渗透不断提升，对于数控系统的影响也是在不断地提升。在这样的背景下，数控系统已经是逐步引入了神经网络控制机理、自适应控制机理以及模糊系统的控制机理，实现了数控系统的自动编程，前馈控制以及自适应控制等，在工艺上也是实现工艺参数的自动生成以及三维刀具补偿等，这些技术的有效利用提升了机械加工的质量，还能够改善人机之间的关系，使之朝着人机互动更加友好的方向发展。值得注意的是，在智能化发展的过程中，私服系统智能化的主轴交流驱动和智能化进给伺服装置，还能够实现自动识别负载并进行参数优化的目的。（3）数控机床发展的现状。数控机床具有较高的生产能力，在制造业中发挥了巨大的功能，因此，数控机床一经面世，就是收到了较高的关注，获得了较大的市场。但是，在数控机床应用的过程中，还是存在着一些问题，这些数控机床中存在的故障，不仅是难以保证其生产进度和生产效率，还会在一定程度上造成社会经济的损失。对于数控机床中存在的故障，具体可以归纳为以下几类：首先，数控机床的驱动部件存在的问题。数控机床中的驱动部件主要是指伺服电动机，主要发生故障的驱动部件就是异步型交流伺服电动机。在这种伺服电动机中由于轴承、转子以及定子等各个部位的不同，发生故障的严重程度和影响程度也是会有所不同。在轴承中经常发生的故障是轴承的脱落或者是磨损，并且由于转子和定子之间的气隙存在的不均衡问题，不仅是会造成机床的振动超速，还会造成倒条和端环承受力分布的涣散。其次，数控机床支承部件存在的问题。在数控机床中的支承部件主要是指其轴承。轴承对于数控机床的正常运转具有重要的作用，在多数情况下是有内外圈、保护架以及滚动体等部分组成的。在数控机床支承部件中最为重要的轴承是滚动轴承，该轴承有着弹簧性和非弹簧性两种性质，并且在使用的过程中能够实现各个部件之间的振动。由于非线性弹簧性质的存在，极为容易造成滚动轴承的磨损，一旦出现磨损甚至会威胁到整个设备的正常使用。最后，数控机床传动设备存在的问题。数控机床的传动设备只要是指机床导轨、工作台以及溜板和滑座，在这些部件中机床导轨的对于整个产生的意义最为重大，几乎是影响到了数控机床加工的精密程度以及机床的使用寿命。因此，机床导轨与数控机床之间的关系最为紧密。在传动设备中最常见的问题就是在于导轨表面出现变形的问题，这种变形会使得整个导轨表面的摩擦阻力发生变化，会在机床运行的过程中影响到问题，以及受力面积不均衡问题。

2对数控机床故障诊断系统的设计

在数控机床中可能出现的问题不仅是会影响到数控机床的实际生产，还会对企业以及社会的产生不利的影响。因此，针对于在数控机床中存在的问题，应该设计出相应的数控机床故障诊断系统，尽可能保证在最高效的时间内解决问题。（1）设计出数控机床自我诊断功能。目前，数控机床对于我国的制造业的发展具有重要的意义，因此，在实际的应用中的范围较大，应用数量也是相对较多，需要在数控机床研发的过程中，借助于先进的检测设备，尤其是精密水平仪、精密方箱以及测微仪等，实现直接对于故障源的测量，并且结合人工智能检测的方法，对在电气系统中存在的问题进行诊断和解决。不仅是如此，一旦发生多台机床同时运作的过程中出现问题，就需要进行信号处理和逻辑推断的方式，才能实现故障的诊断和解决。在对多台数控机床进行问题诊断的过程中可以采用信号分析的方法，这种方法能够更为精确的判断机床的振动以及温度变化的情况，精确的找到故障源。信号分析方法主要是有两种，一种是时域分析法，另外一种是频域分析法，前者主要是在分析的过程中使用原有确定的数学模型，并针对数控机床在实际操作中的信号的波形在时间变化中的规律，应用典型数据抽样的方式进行相关的分析和计算。其实质是借助于数学函数计算信号的峰值与标准偏差。相对于前者来说，频域分析法是一种以非正弦周转性电路为基础，并且能够实现子啊动态数据分析的基础上，对信号进行更为深层次的分析和处理。（2）数控机床控制诊断系统的设计。在诊断数控机床诊断的基础上，应该设计出相应的数控机床解决系统，才能保证尽可能降低问题产生的后续影响。一方面，应该建立起相应的硬件控制系统。建立这样一个系统的主要目的是，能够在这个系统平台中实现为用户搭建电路的目的不仅是如此，还能够实现各个相关的硬件仪器之间的有效连接。当收集到一定得数控机床操作数据之后，还需要将相应的图像输送到数据库中，在传递的过程中要保证传递的信息具有较高的真实性和准确性。为了达到这个目的，需要选择一些精度较高，分辨率高的数据采集卡，并且配置高质量的数据电线电缆，只有只有这样才能保证传输信号的质量较高。另一方面，制定出数控机床控制的网络化结构。在现在社会中，由于计算机的普遍使用，各行各业之间的联系愈加紧密，已经是形成了网络化的社会结构。这种结构的形成在数控机床控制中也是具有重要的作用，需要在诊断数控机床问题的过程中，实现与网络技术，通信技术等进行联系，保证在前端诊断出相应问题的基础上，在后台控制中能够尽可能实时的解决问题。这就需要将互联网设备与数控机床有机的连接起来，在系统分析问题的基础上，有维修工程师实时的对问题进行计算，制定出最佳的或者是最优的解决方案，实现数控机床问题的快速解决。

3结论

数控机床是一种典型的机电一体化的系统，数控机床故障诊断系统的设计与实现，对于提升数控机床生产的效率具有重要的意义。不仅如此，数控机床故障的及时诊断，不仅是可以降低问题带来的损失，还可以借助于前馈诊断技术，消灭一些尚未出现的问题，进一步提升其生产效率。在当前时展的过程中，由于市场以及消费者对于机械加工提出了更多新的要求，对于机械加工产品的质量要求也是在不断地提升，在这样的情况下，需要对于数控机床的控制系统和诊断系统进行深入的研究，并且借助于现代化的技术手段，实现有效提升数控机床的运行效率，改善数控机床中存在的问题。

参考文献：

[1]杜娟,阎献国,韩建华,兰国生.基于混合神经网络的数控机床故障诊断技术研究[J].组合机床与自动化加工技术,2011(12).

[2]韦清等.数控加工过程质量控制的关键环节研究[J].现代制造工程,2014(06):58-63.

[3]杜国臣,王士军.机床数控技术[M].背景：北京大学出版社,2006.

第7篇：数控机床控制范文

关键词：数控技术方向 数控机床编程 职业能力 培养模式

随着数控技术及其数控机床的广泛应用，社会对其相应技术人才的需求量越来越多，而且对数控类人才的要求也越来越高。因此，数控技术人才的培养是一件非常重要，而且也是一项极其艰巨的任务。

数控技术职业能力培养及其培养模式是近年来一直被关注的问题。本文对机械设计制造及其自动化专业数控技术方向（以下简称数控技术方向）职业能力培养及其教学模式，其中主要对数控机床编程及其操作控制职业能力培养作些探讨。

一、以人才市场需求为依据，确定学生数控技术方向能力结构

随着数控技术在各个领域的应用和应用领域的不断深入和扩大，社会对数控类人才的需求情况在不断变化，不仅是需求种类，而且对数控人才的质量要求都在不断变化。根据各种市场需求信息，数控技术方向相关就业类型有：数控机床设计制造，数控设备的操作使用，数控设备的调试与维护，数控工艺人员及数控程序调试员，数控设备及其零部件的生产管理与营销等。同时，数控技术方向相关各类人才十分短缺，大型数控设备和特种数控设备的操作使用等方面的人才尤为缺乏。据2008年有关部门统计，未来5年上海市全市的“灰领”人才缺口将达到50万人次。

学生通过在校的四年学习之后，将一一步入社会，因此，学生能力结构应与市场需求相吻合。作为数控技术方向职业能力，主要有：数控机床设计能力、数控机床编程和操作控制能力、机械识图及计算机辅助设计绘图能力、计算机辅助编程与制造能力、PLC控制编程及其机床维护能力、数控技术方向相关生产管理及营销能力等。其中，数控机床编程及其操作控制能力，主要又可分为：识图能力、工艺设计能力、数控编程能力、数控机床操作使用能力和零件数控加工质量控制能力。

二、以数控机床编程与操作控制能力为核心的课程建设

作为技术应用型本科，以技术能力培养为主线开展教学非常重要。在建立课程体系和进行技能培养模式探讨时，应该尊重教育规律，重视技术应用。首先，必须强调实践环节教学，以提高学生分析和解决实际问题的能力。其次，注意课程设置的科学性、实用性，在安排课程上采用逆向手法，即以培养目标为导向，确定能力模块和与能力相关的理论课程和实践课程，确定主要专业课，然后以专业课为主线，科学地设置相关专业基础课及其他相关课程，其中每门课的设置都应该符合能力模块的需要。同时在课程设置时，应注意知识结构和学生的知识积累，应处理好每门课之间的内在关系，避免重复教学。表1为数控技术方向数控机床编程与操作控制能力分解与开设课程之间的对应关系。

表1 数控机床编程与操作控制能力分解及其相关课程

数控机床编程与操作控制能力是机械设计制造及其自动化专业数控技术方向重要能力之一，其技术含量高，核心课程内容包括：机械制造技术基础、机械制造装备设计、数控机床与编程等。主要就业方向如表1所示。表中还列出了数控机床编程与操控制作能力及其相关证书、主要课程等。

由上可见，数控技术方向学生培养目标应该是既懂数控机床操作，又能识图绘图，又能根据工艺要求编写零件数控加工程序乃至进行数控加工和质量控制，又对数控设备的维护有所了解的“灰领”人才。下面主要围绕数控技术方向数控机床编程与操作控制职业能力培养进行讨论。

三、促进数控机床编程与操作控制能力提高的教学改革

在数控技术方向的多个能力模块中，数控机床编程和操作控制能力是重点能力之一。为了提高数控机床编程和操作控制能力，同时在教学过程中取得良好的教学效果，我们做了各方面的举措和尝试。

数控机床编程和操作控制能力的提高，可以通过识图能力、工艺设计能力、数控编程能力和零件数控加工质量控制能力等的提高来实现。为把学科发展和职业能力培养与市场需求、技术应用挂钩，将组织学生参加国家劳动保障部职业技能鉴定中心相关职业技能证书考试作为教学目标的一部分纳入教学计划。

1.整合教学内容，提高学生识图绘图能力

机械识图绘图能力培养是数控机床编程与操作控制职业技能培养的重要内容之一。进行机械制图及其CAD教学，安排CAD实训，通过让学生读解和绘制各种零件图、装配图，不只是能让学生掌握AutoCAD操作系统的使用，更重要的可以提高学生机械识图和计算机辅助设计绘图的能力。

为了提高机械读图或识图能力，在识图绘图能力培养相关课程的学习期间，安排1～2周的车工、钳工等内容的认识性传统金工实习，由此将零件图与加工联系在一起，非常有助于识图绘图能力的提高。同时，通过安排实训和适当的培训，组织学生参加CAD认证考试，可以增强学生对职业技能的认知度。

2.加强数控工艺教学，提高学生加工工艺编制能力

实现数控加工，编程是关键。然而在编程前，首先要求学生了解工件、刀具、切削机床和夹具工艺系统四要素，同时编制出数控工艺。工艺系统设计能力的培养是一项极其长期的任务。

通过开设机械制造技术、机械制造工艺及其装备、数控加工工艺等课程，使学生学习到有关工艺方面的理论知识。同时，通过开设金工实习和专门的工艺系统设计训练课，培养学生的工艺系统设计能力。主要内容包括：图样分析，加工工艺方案设计，工艺规程编制，刀具或刀具系统的设计或选择，工艺装备的设计，等等。

学生在校期间，开始进入相关工艺知识的学习，同时通过各种工艺编制实践环节的学习，不断得到工艺设计能力的培养。随着数控工艺教学的不断深入，进一步按照数控工艺师考试的要求，针对典型案例进行数控工艺编制训练，组织学生参加数控工艺师认证考试。

3.改革数控编程教学模式，提高学生数控机床编程能力

与机械识图能力和工艺编制能力息息相关的数控机床编程能力是数控机床编程与操作控制职业技能中另一重要能力之一。要加工出合格的零件，就需要编制出可行的数控加工程序。而学生数控机床加工程序编制能力的培养则有其独特的地方。数控机床编程课是一门操作性比较强的课程，在该门课的教学过程中，理论环节与实践环节是不可分割的。

以往的授课形式，理论课和实训课相互独立，实训课一般安排在理论课完全结束之后进行。然而，这样做，学生对课堂内容难以理解和接受，理论学的枯燥无味，进入实训课时能想起的寥寥无几，导致重复教学过多，课时浪费较多，教学效率低下。

为了提高数控机床编程教学效果，改变以往理论满堂灌的填鸭式教学形式，把理论教学与学生实际动手紧密结合起来。编程能力的提高，最终离不开操作使用数控机床。然而，由于数控机床的昂贵和操作使用上的安全性，学习编程理论初期，不便直接在数控机床上进行。为此，我们引进实验课，即在理论课教学中安排实验教学。这样做改变了传统的教师一味地讲，学生一味地听的教学惯例，学生变被动为主动，直接参与到教学中来，学生与教师共同完成教学任务。

所谓实验课就是利用数控编程软件直观地认识和理解各个数控指令，并运用各种数控指令编写数控程序。数控实验以作业或课题的形式布置给学生，让学生自行完成，要求书写实验报告。在编制某种零件的加工程序时，会遇到各种问题，同学需要找出原因并加以解决。在实验过程中教师只起到辅助作用。这种方法，教、学、练交叉进行，学一学练一练，效果很好。

四、围绕数控机床编程与操作控制职业技能教育，切实搞好实践基地建设

通过金工实习，学生已经基本掌握了一般机床的操作使用方法。再通过以上各个环节的能力培养，学生已具有基本编制典型形状特征零件程序的能力。但由于还停留在模拟阶段，所以必须实际上数控机床进行实战数控机床编程和操作控制能力训练。在掌握数控操作技能的同时，进行零件分析，编制数控加工工艺路线，编制数控加工程序并进行调试，最后加工出尺寸精度和表面质量等都合格的零件。

同时，为了检验学生数控机床编程及其操作控制能力是否能适应市场，在学生综合学习理论与实际知识的前提下，通过大量典型零件的编程练习，安排统一的课题进行实战编程与操作训练，最后组织学生参加数控机床工职业技能认证考试。

然而，要全面提高数控机床编程及其操作控制能力，进行数控机床编程与操作控制职业能力培养，就离不开数控技术实践教学，离不开有效利用实训基地开展实战训练，因此就必须充分重视实训室建设。数控机床技术含量高，实训室建设应作为一个关键项目立项来抓，从实践教学内容、投资的经济合理性、设备的市场通用性、实用性和发展的前瞻性出发，配置中、高档的数控车床、数控铣床和加工中心等硬件设备，同时配备相关的软件设备，形成一个较好的数控技术职业技能教学的软、硬件环境。

按照这一要求，配备高层次的齐全的CAD/CAM机房电脑设备及软件系统。不仅满足数控编程实验和上机实训的需要，同时也为学生能自由上机练习提供方便的场所。

同时，为了大案例教学的需要，购置一台综合性强的数控机床，以方便学生拆装数控设备和开展数控设备相关课程教学的需要。

五、结语

本文以就业方向、市场需求为切入点，讨论数控技术方向职业能力内涵，探讨解决学生各方面职业能力培养问题的途径，摸索教学模式新思路。作为技术应用型本科机械设计制造及其自动化专业数控技术方向数控机床编程与操作控制职业能力培养模式，从理论课、实验课和实训课的互补关系出发，将其有效结合，穿行，使其融为一体，同时以国家职业技能鉴定中心相关数控技能考证要求为能力目标，进行综合能力培养，取得了良好的效果。

1.实训基地建设是职业能力培养的保证。

2.将考证内容作为技能培养的参考，目标明确。

3.在数控编程理论教学中引进实验课，使教、学、练交叉进行，有效地提高了教学效果。

4.将数控机床编程与操作控制职业能力分成各个不同职业能力模块，按能力模块的互补关系有层次地开展教学，取得了能力培养的综合效果，提高学生综合思考问题和解决问题的能力。

参考文献：

[1]顾京.数控技术专业人才培养模式改革的研究与实践[J].机械职业教育，2008（11）.

[2]柳永念.创新教育观下高校计算机基础课程教学模式探讨[J].教育与职业，2008（12）.

第8篇：数控机床控制范文

关键词：数控机床控制技术

数控机床是机电一体化的典型产品，数控机床控制技术是集计算机及软件技术、自动控制技术、电子技术、自动检测技术、液压与气动技术和精密机械等技术为一体的多学科交叉的综合技术。随着科学技术的高速发展，机电一体化技术迅猛发展，数控机床在企业普遍应用，对生产线操作人员的知识和能力要求越来越高。

一、数控机床的优点与缺点

(一)数控机床的优点

对零件的适应性强，可加工复杂形状的零件表面。在同一台数控机床上，只需更换加工程序，就可适应不同品种及尺寸工件的自动加工，这就为复杂结构的单件、小批量生产以及试制新产品提供了极大的便利，特别是对那些普通机床很难加工或无法加工的精密复杂表面(如螺旋表面)，数控机床也能实现自动加工。

加工精度高，加工质量稳定。目前，数控机床控制的刀具和工作台最小移动量(脉冲当量)普遍达到0.0001mm，而且数控系统可自动补偿进给传动链的反向间隙和丝杠螺距误差，使数控机床达到很高的加工精度。此外，数控机床的制造精度高，其自动加工方式避免了生产者的人为操作误差，因此，同一批工件的尺寸一致性好，产品合格率高，加工质量稳定。

生产效率高。由于数控机床结构刚性好，允许进行大切削用量的强力切削，从主轴转速和进给量的变化范围比普通机床大，因此在加工时可选用最佳切削用量，提高了数控机床的切削效率，节省了机动时间。与普通机床相比，数控机床的生产效率可提高2—3倍。

良好的经济效益。使用数控机床进行单件、小批量生产时，可节省划线工时，减少调整、加工和检验时间，节省直接生产费用；同时还能节省工装设计、制造费用；数控机床加工精度高，质量稳定，减少了废品率，使生产成本进一步下降。此外，数控机床还可实现一机多用，所以数控机床虽然价格较高，仍可获得良好的经济效益。

自动化程度高。数控机床自动化程度高，可大大减轻工人的劳动强度，减少操作人员的人数，同时有利于现代化管理，可向更高级的制造系统发展。

(二)数控机床的缺点

数控机床的主要缺点如下：价格较高，设备首次投资大；对操作、维修人员的技术要求较高；加工复杂形状的零件时。手工编程的工作量大。

二、数控机床的种类

数控机床的种类很多，主要分类如下：

按工艺用途分类。按工艺用途，数控机床可分类如下。普通数控机床：这种分类方式与普通机床分类方法一样，铣床、数控锚床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。加工中心机床：数控加工中心是在普通数控机床上加装一个刀库和自动换刀装置而构成的数控机床，它可在一次装夹后进行多种工序加工。

按运动方式分类。按运动方式，数控机床可分类如下：点位控制数控机床。数控系统只控制刀具从要有数控钻床、数控坐标锤床、数控冲剪床等。直线控制数控机床：数控系统除了控制点与点之间的准确位置以外，还要保证两点之间移动的轨迹是一条直线，而且对移动的速度也要进行控制。这类机床主要有简易数控车床、数控销、铣床等。轮廓控制数控机床：数控系统能对两个或两个以上运动坐标的位移及速度进行连续相关的控制，使合成的运动轨迹能满足加工的要求。这类机床主要有数控车床、数控铣床等。

按伺服系统的控制方式分类。按伺服系统的控制方式，数控机床可分类如下。开环控制系统的数控机床。闭环控制系统的数控机床。半闭环控制系统的数控机床。

按数控系统的功能水平分类。技功能水平分类，数控系统可分类如下。经济性数控机床。经济性数控机床大多指采用开环控制系统的数控机床价格便宜，适用于自动化程度要求不高的场合。中档数控机床。这类数控机床功能较全，价格适中，应用较广。高档数控机床。这类数控机床功能齐全，价格较贵。

三、数控机床控制技术的发展

机械设备最早的控制装置是手动控制器。目前，继电器—接触器控制仍然是我国机械设备最基本的电气控制形式之一。到了20世纪奶年代至50年代，出现了交磁放大机—电动机控制，这是一种闭环反馈系统，系统的控制精度和快速性都有了提高。20世纪60年代出现了晶体管——晶闸管控制，由晶闸管供电的直流调速系统和交流调速系统不仅调运性能大为改善，而且减少了机械设备和占地面积，耗电少，效率局，完全取代了交磁放大机—电动机控制系统。

在20世纪的60年代出现丁一种能够根据需要方便地改变控制程序，结构简单、价格低廉的自动化装置—顺序控制器。随着大规模集成电路和微处理器技术的发展及应用，在20世纪70年代出现了一种以微处理器为核心的新型工业控制器——可编程序控制器。这种器件完全能够适应恶劣的工业环境，由于它具备了计算机控制和继电器控制系统两方面的优点，故目前已作为一种标准化通用设备普通应用于工业控制。

随着计算机技术的迅速发展，数控机床的应用日益广泛，井进一步推动了数控系统的发展，产生了自动编程系统、计算机数控系统、计算机群控系统和天性制造系统。计算机集成制造系统及计算机辅助设计、制造一体化是机械制造一体化的高级阶段，可实现产品从设计到制造的全部自动化。

综上所述，机械设备控制技术的产生，并不是孤立的，而是各种技术相互渗透的结果。它代表了正在形成中的新一代的生产技术，已显示出并将越来越显示出强大的威力。

第9篇：数控机床控制范文

叙词：数控机床高精度轨迹控制

0前言

数控机床是实现先进制造技术的重要基础装备，它关系到国家发展的战略地位。因此，立足国内实际，加速发展具有较强竞争能力的国产高精度数控机床，不断扩大市场占有率，逐步收复失地，便成为我国数控机床研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务。

为完成这一任务，必须攻克若干关键技术，但其中最关键的一项是数控机床的高精度轨迹控制技术。因此，我们近年来结合生产实际，从高速高精度插补、高速高精度伺服控制和信息化轨迹校正等诸方面，对高速高精度轨迹控制技术进行了系统研究，并以此为基础加强了新型数控系统和高精度数控机床的开发。本文将介绍所取得的部分结果。

1数控机床高精度轨迹控制的基本思想

随着科学技术的进步和社会经济的发展，对机床加工精度的要求越来越高。如果完全靠提高零部件制造精度和机床装配精度的传统方法来设计制造高精度数控机床，势必大幅度提高机床的成本，在有些情况下甚至不可能。面对这一现实，我们对以低成本实现高精度的途径进行了探索，提出一种通过信息、控制与机床结构相结合实现数控机床高精度轨迹控制的方法，其核心思想是：①采用具有高分辨率和高采样频率的新型插补技术，在保证速度的前提下大幅度提高轨迹生成精度；②通过新型双位置闭环控制，有效保证希望轨迹的高精度实现。③以信息化轨迹校正消除机械误差和干扰对轨迹精度的影响，从而保证所控制的机床可在生产环境中长期高精度运行。

2高速高精度轨迹生成

高精度轨迹生成是实现高精度轨迹控制的基础。本文以高分辨率、高采样频率和粗精插补合一的多功能采样插补生成刀具希望轨迹。

2.1基本措施

由采样插补原理可知，插补误差δ(mm)与进给速度vf(mm/min)、插补频率f(Hz)和补曲线曲率半径ρ(mm)间有如下关系

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(1)

由上式可知，为既保证高的进给速度，又达到高的轨迹精度，一种有效的办法就是提高采样插补频率。考虑到在现代数控机床上将经常碰到高速高精度小曲率半径加工问题。为此，我们在开发新型数控系统时，发挥软硬件综合优势将采样插补频率提高到5kHz，即插补周期为0.2ms。这样，即使要求进给速度达到60m/min，在当前曲率半径为50mm时，仍能保证插补误差不大于0.1μm。

2.2数学模型

常规采样插补算法普遍采用递推形式，一般存在误差积累效应。这种效应在高速高精度插补时将对插补精度造成不可忽视的影响。因此，我们在开发高速高精度数控系统时采用新的绝对式插补算法，其要点是：为补曲线建立便于计算的参数化数学模型

x=f1(u)，y=f2(u)，z=f3(u)

(2)

式中u——参变量，u∈［0，1］

要求用其进行轨迹插补时不涉及函数计算，只需经过次数很少的加减乘除运算即可完成。

例如，对于圆弧插补，式(2)的具体形式为

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(3)

式中M——常数矩阵，当插补点位于一、二、三、四象限时，其取值分别为

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2.3实时插补计算

在参数化模型的基础上，插补轨迹计算可以模型坐标原点为基准进行，从而可消除积累误差，有效保证插补计算的速度和精度。其实现过程如下：

首先根据当前进给速度和加减速要求确定当前采样周期插补直线段长度ΔL。然后，按下式计算当前采样周期参变量的取值

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(4)

式中ui-1——上一采样周期参变量的取值

screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;\>——参变量的摄动量

screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;\>——与screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;\>对应的x，y，z的摄动量

最后将ui代入轨迹计算公式(2)，即可计算出插补轨迹上当前点的坐标值xi，yi，zi。不断重复以上过程直至到达插补终点，即可得到整个离散化的插补轨迹。

需说明一点，按式(4)计算ui时允许有一定误差，此误差仅会对进给速度有微小影响，不会对插补轨迹精度产生任何影响。这样，式中的开方运算可用查表方式快速完成。

2.4算例分析

表1给出了第一象限半径为50mm圆弧的插补计算结果。表中第一行为插补点序号，u行为各插补点处参变量的取值，x、y行为各插补点的坐标值。为分析插补误差，将各插补点处的圆弧半径和插补直线段长度的实际值也一同列于表中的r行和ΔL行。

由表可见，虽然插补过程中计算ui时产生的误差对插补点沿补曲线前后位置的准确性有一定影响(ΔL值约有小于1%的误差)，但各插补点处的r值总是50.000，这说明插补点准确位于补曲线上，不存在轨迹误差。

表1圆弧插补计算结果(x，y，r，ΔL的单位为mm)

插补点12345678910u0.0790.1590.2410.3260.4150.5110.6140.7280.8551.000x49.38347.54344.52640.41035.29729.31922.62515.3857.7820.000y7.83115.48222.74729.44635.41340.50244.58847.57449.39150.000r50.00050.00050.00050.00050.00050.00050.000

50.00050.00050.000ΔL7.8557.8697.8667.8637.8587.8517.8427.8327.8187.806

3实现高精度轨迹控制的双闭环控制方案

通过高速高精度插补获得精确的刀具希望轨迹后，下一步的任务便是如何保证刀具实际运动轨迹与插补产生的希望轨迹一致。为此需首先解决各运动坐标的高精度位置控制问题。

3.1系统组成

常规全闭环机床位置控制系统的动态结构如图1所示。其设计思想是在速度环的基础上加上位置外环来构成全闭环位置控制系统。根据电力拖动系统的工程设计方法，设计此类系统时，位置控制器应选用PI或PID调节器，以使系统获得较快的跟随性能。然而，因这类系统为高阶Ⅱ型系统，其开环频率特性将与非线性环节的负倒幅曲线相交，从而使系统出现非线性自持振荡而无法正常工作。这就使得这类系统难以在实际中广泛应用。

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图1常规全闭环位置控制系统的动态结构

ni，no——调速系统输入指令和输出转速

Ki——传动机构增益

为了克服常规全闭环位置控制系统存在的缺陷，必须打破以速度内环为基础构造全闭环位置控制系统的传统理论的束缚，寻求新的在保证可靠稳定性的基础上获得高精度的途径。经过多年探索，我们研究出一种新的转角-线位移双闭环位置控制方法，由其构成的位置控制系统的动态结构如图2所示。该系统的特点是：整个系统由内外两个位置环组成。其中内部闭环为转角位置闭环，其检测元件为装于电机轴上的光电编码盘，驱动装置为交流伺服系统，由此构成一输入为θi输出为θo的转角随动系统。外部位置闭环采用光栅、感应同步器等线位移检测元件直接获取机床工作台的位移信息，并以内环的转角随动系统为驱动装置驱动工作台运动。工作台的位移精度由线位移检测元件决定。

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图2转角—线位移双闭环位置控制系统的动态结构

该系统的设计思路是，内外环合理分工，内环主管动态性能，外环保证稳定性和跟随精度。为提高系统的跟随性能，引入由Gc(s)组成的前馈通道，构成复合控制系统。

3.2稳定性与误差分析

(1)稳定性分析

由于内部转角闭环不包含间隙非线性环节，因此通过合理设计该局部线性系统，可使其成为一无超调的快速随动系统，其动态特性可近似表示为

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(5)

式中Kθ——转角闭环增益

Tθ——转角闭环时间常数

系统外环虽然包含了非线性环节，但设计控制器使

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(6)

式中Kp——积分环节时间常数

将系统校正为Ⅰ型并合理选择系统增益，可避免系统的频率特性曲线与非线性环节的负倒幅曲线相交或将其包围，从而保证系统稳定工作［2］。显然当Tθ较小时θo(s)/θi(s)≈Kθ，系统将具有更强的稳定性。

(2)跟随误差分析

采用上述方案可保证图2系统稳定工作，因此可忽略非线性因素的影响，求出该系统的传递函数

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(7)

系统设计时使反馈系数Kf=1，前馈通道

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(8)

有

Φx(s)1

(9)

上式说明，双闭环系统具有理想的动态性能和跟随精度。

4信息化轨迹误差校正

在双位置闭环控制下，机床坐标运动的精度主要取决于检测装置获取信息的准确程度。因此，进一步通过信息补偿有效提高检测装置的精度并使其不受外部环境的影响，将为进一步提高坐标运动精度提供一条新的途径。为此采取以下措施：对检测装置的误差及其与系统状态的关系进行精确测定并建立描述误差关系的数学模型，加工过程中由数控系统根据有关状态信息(如工作台实际位置、检测装置的温度等)按数学模型计算误差补偿值，并据此对检测装置的测量值进行实时校正，从而保证机床运动部件沿各自的坐标轴具有很高的运动精度。

为在高精度坐标运动的基础上，获得高精度的多坐标合成轨迹，进一步采用几何误差信息化校正方法。例如，对于机床x、y工作台的不垂直度误差，可通过以下过程进行校正：

将一精密测头装入机床主轴，对固定于工作台上的标准样件(圆弧轮廓)进行测量。当机床的x、y坐标间存在不垂直度误差时，所测的轨迹将不是一个准确的圆。将此实测轨迹与标准轨迹相比较，即可求出x、y坐标间不垂直度误差值。按该误差值对x、y坐标的运动进行校正，即可使x、y合成运动轨迹达到更高的精度。

将此原理用于其他几何误差的校正，即可有效提高多坐标运动的合成轨迹精度。若在加工过程中插入上述校正过程，还可对温度变化引起的热变形误差进行有效补偿。

5应用实例

以高速高精度轨迹控制技术为基础，开发了一种新型计算机数控系统［3］。某用户用该系统控制SKY1632数控铣床，其加工性能有了明显提高。例如，有一种复杂模具零件，被加工表面不但曲率变化剧烈，而且许多部位的曲率半径值很小，过去用老型号系统控制机床进行加工时，必须采用很低的进给速度才能保证加工精度，生产率很低。采用新型数控系统后，由于其对大曲率和曲率变化的高度适应能力，使得进给速度提高数倍后，仍能加工出合格的零件，从而大幅度提高了生产率。此外，通过新型系统的控制，有效地抑制了机械传动误差、时变切削力和温度变化等因素对加工精度的影响，较好解决了大程序量、长时间(连续几十小时以上)加工中所存在的轨迹跑偏问题，提高了复杂零件的加工质量。