数控机床的设计精选(九篇)

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第1篇：数控机床的设计范文

【关键词】开关量 输入 输出 PLC

【中图分类号】TG659 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)09(a)-0159-03

由于数控机床中有大量的开关量信号需要处理,所以数控机床内部开关量信号的处理是相当重要的。当开关量信号数量较多时,可采用可编程控制器PLC来集中处理各种开关量信号。由PLC根据从 CNC 或现场(例如操作面板)输入的离散开关量信息,在内部进行逻辑运算处理,并完成输出控制功能。

1数控机床控制面板系统设计方案

1.1 机床操作面板按键设置

机床操作面板主要由操作模式开关、主轴转速倍率调整旋钮、进给速度调节旋钮、各种辅助功能选择开关、手轮、各种指示灯等组成。现有的设计大多将手动操作面板的输入／输出作为开关量I／O的一部分,统一由一台内置的或外置的可编程控制器(PLC)进行控制。各按钮、旋钮、开关的位置结构由机床厂家自行设计制作,因此各机床厂家生产的机床操作面板各不相同。在此以FANUC公司提供的标准操作面板配CK6140数控车床为例,其按键如表一所示。

1.2 部分操作按钮的功能和操作方法

(1)自动运行方式(MEM):用存储在CNC内存中的零件程序连续运行机床,加工零件。在自动运行状态下,按下操作面板上各种机床功能开关(扳动功能开关的同时,其对应的功能灯将点亮),可使该功能起作用。这些功能开关包括:

①单程序段(Single Block):在自动运行方式(MEM)下,启动“单程序段”功能,则按下程序循环启动按钮,执行完一段指令后程序暂停,机床处于进给保持状态;继续按下程序循环启动按钮,执行下一段程序后又停止。用这种功能可以检查程序。

②选择跳段(Block Delete):在自动运行方式(MEM)下,当“选择跳段”功能起作用时,当程序执行中到带有“/”语句时,则跳过这个语句不执行。

③选择停止(Option Stop):在自动运行方式(MEM)下,当“选择停止”功能起作用时,当程序执行到“M01”指令,程序暂停,机床处于进给保持状态。

④试运行(Dry Run):不装夹工件只检查刀具的运动。通过操作面板上的旋钮,控制刀具运动的速度。用于检验程序。

⑤机床闭锁状态:即机床坐标轴处于停止状态,而只有轴的位置显示在变。可以将机床闭锁功能与试运行功能同时使用,用于快速检测程序。

(2)编辑方式(Edit):选择编程功能和编辑方式,可以输入及编辑加工程序。

(3)手动数据输入方式(MDI):该方式可用于自动加工,也可以用于数据(如参数、刀偏量、坐标系等)的输入。

(4)返回参考点方式(REF):参考点是确定坐标位置的一个基准点,有时将参考点设置为换刀点。测量系统使用相对位置编码器的机床通电后应进行返回参考点。用操作面板上的开关或按钮将刀具移动到参考点位置即手动回参考点;用程序指令将刀具移动到参考点位置即自动返回参考点。

2 机床操作面板地址与连接器的引脚分配

2.1 输入信号

输入信号主要为操作面板的按钮信号、机床各种位置检测信号和来自CNC的信号,在此选择部分信号如下面各表所示。

2.2 开关量输入接口引脚定义

2.3 输也出信号

3 控制面板与数控系统的接口

控制面板与数控系统的接口如图1所示。

4 PLC 的选择与连接

4.1 选择要求

根据生产工艺要求,分析被控对象的复杂程度,进行I／O点数和I／O点的类型(数字量、模拟量等)统计,列出清单。适当进行内存容量的估计,确定适当的留有余量而不浪费资源的机型(小、中、大型机器)。并且结合市场情况,考察PLC生产厂家的产品及其售后服务、技术支持、网络通信等综合情况,选定价格性能比较好的PLC机型。在选择 PLC 时主要考虑以下因素:

(1)功能范围。根据系统控制要求选择所需PLC模块的种类和数量,以及系统所需的I/O点数,并画出I/O连接草图。

(2)存储器容量。根据系统大小不同,选择用户存储器容量不同的PLC选择方法主要凭经验估算,其估算法有下列两种:

①PLC内存容量(指令条数)约等于I／O总点数的10～15倍;

②指令条数＝6×(I/O)+2×(Tm +Cn),式中,Tm为定时器总数,C n为计数器总数。有时可在其基础上增加20％的裕量。

(3)处理时间。PLC从处理一个输入信号到产生一个输出信号所需的时间称为处理时间。

4.2 机型选择

(1)主机机型选择

不同 CNC 的PLC,其程序容量、处理速度、功能指令以及非易失性存储区地址不同,考虑到通用性与扩展性,在此选择三菱 FX2N 通用模块,型号为FX2N-80MRD-001。

(2)开关量输入模块的选择

由于数控机床控制面板均为开关量,开关量输入模块将外部过程的开关量信号转换成可编程控制器CPU 模块所需的信号电平,并传送到系统总线上。其模块种类,按电压分主要有直流24V和交流220V两种,我们选择24V直流电压;按保护形式分有隔离和不隔离的两种,为保证系统可靠工作,我们选择光电隔离形式;按点数分有8点、16点、32点三种,考虑到数控机床的控制需要约为输入80点,在此选择FX2N-48ER。

(3)开关量输出模块的选择

开关量输出模块就是将CPU模块处理过的内部数字量信号转换成外部过程所需的信号,并驱动外部过程的执行机构、显示灯等负载。开关量输出模块的种类也很多,与输人模块一样,有各种电压等级、各种保护形式、各种点数。除此之外,开关量输出模块还有不同的输出方式(如晶体管输出、继电器输出等)和不同的输出功率。选择开关量输出模块时,有些内容与选择开关量输入模块相同,如选择电压等级、模块密度、备用点设计等。除此之外,根据开关量输出模块的情况还应注意输出方式、输出功率等内容。数控机床的控制需要约为输出50点,在此选择FX2N-32ER。

4.3 开关量输入和输出的连接

(1)通过I／O Link 输出的输入／输出信号。如机床操作面板的信号示意图所示。

(2)通过印刷电路板的信号转接信号。该信号用于操作面板侧信号的转接而设计的,如机床操作面板的信号示意图所示,信号名称为TR1 ～ TR8,该信号仅仅用于把通用开关信号(通过CA65插座)连接到强电柜侧的信号转接用。例如:将一开关信号连接到CM68的TR3上,由于CA65插头的TR3与该点相连,该信号就通过CM65连接到强电柜中了。

5 PLC外部电路设计

5.1 设计要求

PLC控制系统的电气设计包括:原理图、元器件清单、电柜布置图、接线图与互连图。电气设计时特别要注意以下几点:

(1)PLC输出接口的类型,是继电器输出还是光电隔离输出等。

(2)PLC输出接口的驱动能力,一般继电器输出为2A,光隔输出为500mA。

(3)模拟量接口的类型和极性要求,一般有电流型输出(－29mA～+20mA)和电压型输出(－10V～+10V)两种可选。

(4)采用多直流电源时的共地要求。

(5)输出端接不同负载类型时的保护电路。执行电器若为感性负载,需接保护电路,电源为直流可加续流二极管,电源为交流可加阻容吸收电路。

(6)若电网电压波动较大或附近有大的电磁干扰源,应在电源与PLC间加设隔离变压器、稳压电源或电源滤波器。

(7)注意PLC的散热条件,当PLC的环境温度大于55℃时,要用风扇强制冷。

5.2 抗干扰措施

(1)电源的合理处理,抑制电网引入的干扰

对于电源引入的电网干扰可以安装一台带屏蔽层的变比为1:1的隔离变压器,以减少设备与地之间的干扰,还可以在电源输入端串接LC滤波电路。

(2)安装与布线

PLC应远离强干扰源,在柜内PLC应远离动力线(二者之间距离应大于200mm)。与PLC装在同一个柜子内的电感性负载,如功率较大的继电器、接触器的线圈,应并联RC消弧电路。

PLC的输入与输出最好分开走线,屏蔽层应一端或两端接地,接地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10。

(3)I/O端的接线

输入接线一般不要太长。但如果环境干扰较小,电压降不大时,输入接线可适当长些。

输入/输出线不能用同一根电缆,输入/输出线要分开。

尽可能采用常开触点形式连接到输入端,使编制的梯形图与继电器原理图一致,便于阅读。

采用继电器输出时,所承受的电感性负载的大小,会影响到继电器的使用寿命,因此,使用电感性负载时应合理选择,或加隔离继电器。

PLC的输出负载可能产生干扰,因此要采取措施加以控制,如直流输出的续流管保护,交流输出的阻容吸收电路,晶体管及双向晶闸管输出的旁路电阻保护。

(4)正确选择接地点,完善接地系统

良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件,可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地的目的通常有两个,其一为了安全,其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。

PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均,不同接地点间存在地电位差,引起地环路电流,影响系统正常工作。此外,屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路,在变化磁场的作用下,屏蔽层内又会出现感应电流,通过屏蔽层与芯线之间的耦合,干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱,所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布,影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低,逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮,造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降,引起对信号测控的严重失真和误动作。

PLC控制器为了与所控的各个设备同电位而接地,叫系统接地。接地电阻值不得大于4Ω,一般需将PLC设备系统地和控制柜内开关电源负端接在一起,作为控制系统地。

6 结论

数控机床生产厂家根据自己机床的工艺特点,购买数控系统,经过二次开发,形成工艺性能和操作互不相同的数控机床产品。二次开发的工作量绝大部分在于开关量I／O的设计,而其中又有60%以上的工作是根据工艺性能与操作设计手动操作面板。事实上,手动操作面板的输入／输出仅仅是控制信号开关量I／O,对其驱动能力的要求很低,是一类特殊的数控机床开关量I／O。如果将手动操作面板的输入／输出与数控机床其它开关量I／O不加以区别,会大大增加数控系统二次开发的工作量,数控机床手动操作面板无法标准化和模块化,其经济性也会受到很大影响。

参考文献

[1] 毕承恩等编著.现代数控机床(上、下册).北京:机械工业出版社.1993.

[2] 熊军.编著.数控机床维修与调整.北京:人民邮电出版社.2007.

[3] 祝红芳等编著.PLC及其在数控机床上的应用.北京:人民邮电出版社.2007.

第2篇：数控机床的设计范文

关键词：数控 机床 系统 设计

中图分类号：TH 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2013）05-0217-01

一、数控机床机电一体化技术简介

数控机床机电一体化技术的基本概念是指将机械学、电子学、信息处理和控制及专用软件等当代各种新技术进行综合集成的一种群体技术。机电一体化系统主要有五个组成部分：动力、机构、执行器、计算机和传感器，组成一个功能完善的柔性自动化系统，其中计算机、传感器和计算机软件是机电一体化技术的重要组成要素。机电一体化系统具有结构简单、功能多、效率高、精度高、能耗低的特点，与传统的机械产品比较，机电一体化产品至少有以下三个优点：

1、原有的机构产品中增加信息处理装置及相应软件，来替代原有产品的部分机械控制机构，不仅提高了自动化程度，而且能大大提高产品质量，同时也降低了生产成本，提高经济效益。

2以机电一体化技术为主的新型产品，与原机械产品相比，不仅结构简单，而且功能更加丰富，精度也得到提高。

3、将电子技术、传感器技术、控制技术与机械技术各自的优势结合起来，形成综合性优势，可开发出具有多种功能、智能化的高新技术产品。

二、数控机床总体设计原则概述

一个较完善的机电一体化系统，包括以下几个要素：机械本体、能源部分、测试传感部分、驱动装置、控制及信息处理单元，各要素之间通过接口相联系。下面我们进行具体论述：

1、机械部分：机械部分设计与分析将根据机械设计原理提出几种机械设计方案，并对这些方案进行比较选择，阐明设计方案选择的理由以及所采用方案的特点；同时，就设计过程阐述，本人对有关设计进行表述：

本设计是一个主要用于教学实验用的数控铣床系统，是要对零件进行铣削加工的。我们要论证教学实验用的数控铣床系统的总体方案，就需要对该系统有一个整体的了解。要进行总体方案论证，先要熟悉设计参数，我们才能以此为依据进行取舍。下面就是我这次设计的参数：实验用的数控铣床系统，其工作参数如下：机床尺寸（宽×长×高）：760×1475×1400（××）；最大加工范围（X×Y×Z）：400×300×150（××）；主轴电机功率：60（W）；主轴转速：3000（r/min）平；工作台尺寸160×160（×）；空间加工范围170×160（×）；工作台最大承重s50（）；工作速度：0～5（m/min）快速移动速度8m/min；数控机床的结构形式有很多，通过对其主要的结构形式的分析，大体上最常见的可分为如下两类：

首先是工件沿X坐标方向移动的类型，这类机床主要采用的是龙门式结构，其工作的原理为：工作台沿X方向移动。而Y坐标则为打印头在由双立柱及横梁构成的龙门上的运动，既可用于二、三坐标作平面铣削，又可以扩展为四坐标机床用于切割管件和型材，还能构成五坐标机床加工空间曲面。这类机床的规格尺寸较大。另外工件沿X坐标方向移动式结构还有两种悬臂式的结构，一者是为工作台沿X坐标方向移动，另一者为工件及夹具同时沿X坐标方向移动，其规格尺寸都比龙门式的要小。

其次是工件沿X、Y二坐标方向移动的类型这类机床多为单纯用于切割的二、三坐标机床，其切割头悬臂伸出，在水平面内并无移动；而工件则可以沿X、Y两个方向运动，这类机床的结构比较简单，规格尺寸也较小，最大2000x1500（mm×mm）。工件沿二坐标方向移动的类型又可分为十字工作台式和工件与夹具移动式两种；前者工件与工作台连动，规格更小些；后者规格尺寸稍大，工作台固定不动，而工件则由夹具夹持着移动，大多是与自动冲裁技术结合在一起成为可完成切割铣削，冲裁等多种加工功能的多功能机床。

2、电气控制系统方案：要实现对机电一体化的数控机床的有效控制，这样的电气控制系统有多种方案可以选择。其中最主要的是采用：采用单片机的控制系统；采用集成DSP芯片的控制板与PC机相联系的控制系统；采用PLC与PC机相联系的控制系统。各控制系统方案的特点与比较：

采用单片机的控制系统所谓的单片机即是一块集成了CPU、RAM＼ROM（EPROM或EEPROM）、定时/计数器、时钟、多种功能的串行和并行I/O口的芯片。如 Intel公司的8031系列等。除了以上基本功能外，有的单片机还集成有A/D、D/A，如Intel公司的8098系列。概括起来说，单片机具有如下特点：可靠性好：芯片本身是按工业测控环境要求设计的，其抗工业噪声干扰优于一般通用CPU；程序指令，常数，表格固化在ROM中不易破坏；许多信号通道 都在一个芯片内部，故可靠性高。易于扩展：片内具有计算机正常运行所必须的部件，芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行I/O管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。控制功能强：为了满足工业控制要求，一般单片机的指令系统中均有丰富的条件分支、I/O口的逻辑操作以及位处理指令。

而采用PC与PLC相联系的控制系统可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，简称PLC），则是以微处理器为核心的工业控制装置。它是计算机家族中的一员，是为了工业控制应用而设计的，主要用于代替继电器实现逻辑控制。这种控制装置将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起，具有高可靠性，灵活通用，易于编程，使用方便等特点，而且随着技术的发展，它的功能早已大大超出了逻辑控制的范围，因此近年来在工业自动控制，机电一体化，改造传统产业方面得到广泛地应用。虽然各种PLC的组成各不相同，但是在结构上是基本相同的，一般由CPU，存储器，输入输出设备（I/O）和其他的可选部件组成。CPU是PLC的核心，它用于输入各种指令，完成预定的任务。自整定，预测控制和模糊控制等先进的控制算法也已经在CPU中得到了应用存储器包括随机存储器RAM和只读存储器 ROM，通常将程序以及所有的固定参数固化在ROM中，RAM则为程序运行提供了存储实时数据与计算中间变量的空间；输入输出系统I/O使过程状态和参数输入到PLC的通道以及实时控制信号输出的通道，这些通道可以有模拟量输入、模拟量输出、开关量输入、开关量输出、脉冲量输入等，使PLC的应用十分广泛。

参考文献：

第3篇：数控机床的设计范文

【关键词】数控系统；数控车床；主电路；控制电路

1 数控机床的简介

NC（Numerical Contro）数字控制是指用数字指令转化为机器语言来控制机器的运转。它主要面向控制对象有三个：设计程序对动作顺序的控制；对数控机床的刀具、开关、冷却设备等辅助功能的控制；

在对加工设别的部件位移量和该加工部件对位置的控制。相比普通机床来说，数控机床有许多突出优势：

1）在利用数控机床以加工多品种，利用数控加工可以达到加工进度快和自动化效率高的程度。

2）数控机床采用的数控技术在加工同等部件时，生产质量稳定。

3）在通过数控机床加工得到的零件，在精度上有明显的提高，可以提高零件的互换性。

4）在生产过程中，由于生产时间一定，在方便管理的条件上，数控机床可以进一步提高生产的标准化。

5）数控加工可以制造具有复杂外形的零件。

6）在数控设备被数控技术大量控制下，可以大幅度减少熟练工人。

7）加工时间一定，则生产周期可以大幅度缩短。

2 未来数控技术的发展过程

数控技术不仅在制造工业上得到大量使用，如今在社会的各个应用方面都起到了重要的作用。例如在IT、轻工业、汽车业等大量民生的重要行业。随着数控技术的发展，这些行业的发展起着重要的作用。在数控技术有这几个热门研究方向：

1）高精度，效率高加工的技术

随着机床的高性能的加工刀具日益成熟，刀具的硬度，强度有助于更快的加工零件，且随着刀具的发展，在高精度上有着显著的提高，因此大力发展加工技术的高精度和效率高有主于数控机床的加工周期，缩减了加工工序。

2）特殊加工机床五轴联动加工和复合加工机床的应用

由于过去的五联动加工机床的造价高，成本高，在性价比上不如三轴联动加工机床。但在五轴联动机床中，在对三维曲面零件的加工不仅光洁度高，并且相对三轴联动加工机床加工速度快。并在在加工特殊零件时，更是能发挥出更高的利益，例如对立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时。由于电主轴的诞生，使得在制造五轴联动加工和复合加工机床中的复合主轴头较为简单，在其制造难度和造价的降低，在使用三轴联动加工机床的厂商一逐渐转型利用更为快捷的五轴联动加工机床，促进在机床的发展。

3）现代数控系统所发展的主要趋势

智能、开放、共享是现如今数控系统发展的主要进程，使数控机床变得网络化、智能化、开源化，有利于数控技术的发展。在加工过程中数控机床受到数控程序的控制，因此在控制电机的运转参数和在前馈控制等以及在程序编程的智能化上应大力发展。在应用上可以添加人性化的智能界面，数控系统的开发在开放式数控系统，就是可以在统一，唯一的运行平台上对使用机床厂商和最终的使用用户中，是通过对数控功能的删减或增加、集成等，形成独有的系列。可以方便最终用户对其机床的选择，因此成为该机床生产商的鲜明品牌，在这个需要鲜明的核心竞争力的社会里，进行对需求厂商有着充分的理解才能立足这个行业。

3 数控机床电气系统简介

数控系统的电气系统是以集成电路和半导体器件为主而组成的控制系统电路，电气系统在数控机床相当于大脑，因此数控机床在使用过程的故障一般是电气系统的故障，电气系统的故障又大都在机床本身的低电压故障。

4 数控机床电气控制系统的电路设计

4.1 电路设计

1）数控机床使用的电动机是变频器驱动的，它的齿轮在让电动机减速时，会受到其一些方式的阻碍。齿轮在转动时，如果低速，对于油没有要求，一旦超过额定转速时，会有油用光的不测。

2）通常我们应该选用比通常容量大的变频器，当他的驱动的绕线转子与电动机不同步时，由于绕线转子绕组的阻抗比较小，所以选用容量大的较为安全。

3）选用变频器时，要求变频器的连续输出电流比较大，因为用它来驱动同步电动机时，会降低输出容量，大概降低百分之十几。必须比同步电动机的额定电流和牵入电流的乘机还要大。

4）对于有负载的机器，它的变频器也要选择额定电流更大的。因为在工频运行时，会因峰值电流出现电流保护现象，比如像压缩机、振动机和油压泵等机器。

5）对于潜水泵的电动机选取时，我们选取的变频器的额定电流要比潜水泵的额定电流大，因为潜水泵的额定电流比一般的额电动机的额定电流要大很多。

6）有些变频器的选取则要选用容量较大的，因为有的机器的启动电流比较大，为了安全起见，对于这类机器的变频器要求容量较大，比如罗茨风机和特种风机等。

7）在变频器的使用过程中，对于周围的用电器应该采取防干扰措施。由于变频器的使用过程中，它会产生很多干扰电磁波，这会对周围的一些精密仪器产生干扰，所以在其周围的精密仪器应该做好防干扰措施。

8）变频器的使用过程中还会出现很大的噪音，对于这个问题最有效的解决办法是把变频器接地。而对于接地也是有要求的，要求接地的导线电阻和横截面都比较小。

4.2 变频器回路设计的简介

1）主回路：为了防止变频器影响其他的用电设备必须安装电抗器，因为当变频器的容量太大时，它产生的高次谐波在回路中会对好多受电设备有影响；而在变频器的输出位置，滤波器的安装必不可少，因为滤波器可以有效的减少高次谐波。

2）控制回路：变频器使用时，它的频率是要受到控制的，所以要有工频变频的手动切换，电压不能通过输出端，所以工频和变频要有相互锁定作用。

4.3 对于变频器产生的电磁干扰的降低措施

为了减少对发射源的干扰，我们在安装变频器和电机时应该缩短两者之间的距离；电缆的选取要选用屏蔽电缆，变频器跟电机的连接电缆也必须采取屏蔽措施；电缆的布置，电机的电缆要单独走线，不能与其他的电缆平行，因为变频器输出的变化电压会产生电磁干扰；信号线的选取，应该全部使用屏蔽双绞线，特殊的要用三芯电缆。

5 总结

通过对数控技术深度研究，我们发现数控技术在数控设备有着重要的作用，尤其是其中电气控制系统，因此我们对其进行设计研究将会促进国家在国际制造业起到至关重要的作用。我们国家在进行数控机床的电气控制系统的设计研究中将会在未来大幅度提高我国的制造业。

【参考文献】

[1]寥常初.PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2005（7）.

[2]邱公伟.可编程序控制器网络通信及应用[M].北京：清华大学出版社，2000（7）.

第4篇：数控机床的设计范文

一、引言

数控机床是现代制造系统的基本装备，是科技含量很高的工作母机。数控机床作为一种结构复杂的先进加工设备，在现代机械加工中处于比较重要的地位，为机床用户带来了巨大的效益。目前国内研发的数控机床在精度、速度、多轴联动和复合加工等先进功能方面取得了比较明显的进步，但功能和性能指标的维持能力与国外高档产品还存在较大差距，数控机床可靠性问题已经成为各方关注的焦点。

2009年和2010年，工信部共了13个机床可靠性技术研究类重大专项课题。“可靠性设计与性能试验技术”排在机床共性技术的首位，是共性技术中课题数量最多的，目的之一是充分发挥各单位的可靠性研究特长，形成完善的机床可靠性技术体系。最后将各单位的研究特长进行整合，并将可靠性技术成果在数控机床上进行应用，对数控机床可靠性水平的提高起到积极的技术支持作用。

数控机床是一个复杂的机电液复合系统，不同于一般的电子产品和机械产品那样具备相对完整的可靠性理论体系，同时不像军工装备那样可以不计成本地进行可靠性技术体系的建设与实施，也不具备汽车及消费电子产品的批量大、工艺成熟及基础数据积累丰富的优势。针对数控机床进行可靠性技术研究应该在借鉴其他领域可靠性技术研究的经验及成果上，紧密结合数控机床自身特点制定并实施正确的技术路线，才能形成有工程价值的数控机床可靠性技术。

结合多年来可靠性工作的经验，笔者认为数控机床的可靠性首先是设计出来的，没有设计环节的确立、生产环节的保证和使用环节的保持就无从谈起，因此想要提高数控机床产品可靠性必须要从设计和分析环节入手，将数控机床可靠性技术贯彻到产品的设计、分析和评审环节，才可以从根本上提高产品的可靠性水平。笔者认为目前针对数控机床可靠性研究的现状，在可靠性设计与分析环节应该分别进行如图1和图2中所示的各项工作项目。

二、数控机床可靠性分析技术

1.故障信息收集及分析

针对已有数控机床故障信息的分析不仅可以了解产品的可靠性薄弱环节，更重要的是可以为改进并提高产品可靠性提供依据。由于可靠性数据的收集、获取及分析是可靠性工作的基础，因此应该高度重视可信数据的获取及分析。

为了数控机床可靠性技术研究的需要，可以规划将收集的可靠性数据类型分类为故障数据、维修数据和载荷数据三类，数据来源为用户处及厂内可靠性试验、厂内装配车间出厂试验以及加工车间实际使用过程中暴露出的相关问题，采取“一外三内”的可靠性数据来源途径。由于可靠性关键可靠性度量指标MTBF需要精确的时间统计，因此一定要对数控机床的实际工作时间进行尽可能精确的统计。

可以利用Excel、Mintab和Foxtable等软件实现对机床可靠性数据的存储以及进行基本的数据统计，得出不同类别数控机床故障高发系统等信息，并将不同类型、规格数控机床数据进行了分类保存。也可以通过购置Relex等专业可靠性分析软件进行数据统计，可将收集的可靠性数据汇总存储专业数据库软件中，通过Relex软件方便地对数据进行管理和调用，并实现专业的数据统计分析，将大幅提高机床可靠性数据统计的专业性以及工作效率。

2.可靠性匹配分析

通过对某数控机床产品故障信息进行分析，电气系统、液压系统、排屑系统为故障高发系统，故障数累计占到总故障的76%，经过对故障原因的溯源，除装配调整环节占29.5%之外，其余70.5%以上是外购件问题。因此要结合产品使用特点、工况谱、零件谱和载荷谱等信息，综合分析外购件、功能部件与整机的匹配性，合理选择外购件来保障整机的可靠性。

3.故障模式、影响及危害性分析（FMECA）

FMECA应该作为数控机床可靠性设计过程的主体工作贯穿可靠性设计过程的始终，FEMCA分析的原则应该遵循“谁设计、谁分析”、“边设计、边分析、边改进”，在实施过程中应该由负责设计的工程师直接、主动地联系有关部门的代表，FMECA应该成为促进相关部门充分交换意见的催化剂，在每一个分析小组还要配备一名可靠性专业技术人员作为技术支持。

针对不同数控机床产品要建立相应的故障模式表单，故障模式一般的获取方式有：①以相似产品在过去使用中的故障模式为基础，通过使用环境的异同判定故障模式，该方法适用于产品改型等情况；②对新产品应该从功能、结构出发并结合相似产品故障模式，分析判定其故障模式；③对于外购件可以向供货商索取其产品的故障模式。

在分析故障原因时从两方面入手：①导致故障的各环节缺陷等直接原因；②由外部因素引起故障的间接原因。同时为了便于提高设计人员FMECA分析效率，可靠性技术部门可以建立“FMECA字典”，即固化不同产品的故障部位、故障模式、故障原因，形成查找模板并定期更新，产品设计人员可以进行“菜单式”的选择，规范了流程、提高了效率。

在实际的FEMCA分析中还可以结合危害性矩阵、RPN分析等方法充实完善FMECA过程。

4.故障树分析（FTA）

故障树分析是一种图形演绎法，主要目的是针对重点故障进行因果逻辑分析，找出其发生的所有可能原因和原因组合，便于故障的归零处理。在故障树分析的过程中要多部门共同参与，并明确建树的边界条件。

三、数控机床可靠性设计技术

1.可靠性建模

数控机床的可靠性模型是对系统及其组成单元之间的可靠性/故障逻辑关系的描述。可靠性模型一般包括两类：一是可靠性框图，二是其相应的数学模型。针对数控机床的可靠性框图属于串联模型，因此可靠性建模的重点是梳理及明确产品定义，并结合故障信息建立整机及各子系统的可靠度、故障率数学模型，得出可靠性特征量，为后期的可靠性预计、分配奠定基础。

2.可靠性分配

可靠性分配是将产品可靠性的定量要求合理分配到子系统、组件、零件等单元上的分解过程，在具体操作过程中首先要形成分配的方法和流程，以及各功能部件的具体MTBF指标，使各单元的可靠性定量要求得到明确。对数控机床进行可靠性分配主要的目的有：明确各子系统、部件的可靠性定量要求，为外购件及外协件的可靠性指标提供初步依据；发现设计中的薄弱环节；对不同的设计方案进行比较等。

结合数控机床的实际特点，批量小的新产品由于缺少可靠性数据可以采用评分分配法，针对改型产品应该采取比例组合法进行可靠性分配。

3.可靠性预计

可靠性预计是为了评估数控机床在给定工作条件下的可靠性而进行的工作，通过组成数控机床的各子系统的可靠性来推算整机的可靠性，主要目的有：对整机可靠性指标进行预计；明确设计中的薄弱环节，以便加以改进；为后期可靠性试验等提供数据。可靠性预计采用的方法为评分预计法。

四、数控机床可靠性设计准则

1.建立丰富的可靠性设计规范

应通过长期的工作及研究建立可靠性设计规范，设计规范将针对数控机床在设计环节进行的可靠性设计、分析工作进行需求与约束，明确不同产品采取的可靠性设计、分析手段及实施方法，验证条件等信息。

2.建立可靠性设计评审大纲及流程

建立的评审大纲将评审内容涵盖产品从概念到生产的所有开发阶段，还可延伸到产品的使用阶段。在可靠性设计评审过程中要邀请在产品设计、可靠性、制造、材料、应力分析、人为因素、安全和维修等各专业领域具有丰富经验的专家参与评审。

五、数控机床可靠性分析技术应用实例

本文受篇幅所限无法对数控机床设计与分析技术进行详细介绍，因此以“量大面广”的立式加工中心为例，对如何利用软件平台对立式加工中心进行FMECA分析过程进行简单介绍。该软件平台为沈阳机床集团与东北大学在国家科技重大专项“五轴联动加工中心可靠性设计与性能试验技术”

执行过程中联合研发，依据所述，分析过程分为故障数据的调研和收集、故障数据库的建立、主要故障模式与薄弱环节的确定三个主要环节，下面将举例说明VMC650加工中心主要故障模式与薄弱环节的确定与分析。

1.VMC650加工中心的FMEA分析VMC650加工中心的子系统，包括工作台、换刀系统、辅助系统、主轴箱部位、机械传动系统、床身尾座系统、电气控制系统、液压系统、装夹系统及CNC控制系统，由于加工中心部件层次结构已经基本确定，各子系统的分析步骤是相同的。下面仅以VMC650加工中心换刀系统为例，说明应用所开发软件平台实施FMEA分析的具体步骤。

用户登陆软件平台后，通过单击顶部的tab控件菜单，选择FMEA故障记录管理，进入FMEA分析。单击左侧的VMC650加工中心表示其整体构造层次关系的树状结构进行查询。分析换刀系统，即单击换刀系统，数据显示区显示VMC650加工中心换刀系统的故障，如图3所示。如果想对单个记录进行显示，单击右侧的修改选中记录项，可以具体查看换刀系统某个FMEA具体描述，如图4所示。

同时，用户也可以对其中的故障项目进行更新操作。为了结果更直观，在图3所示的操作界面上，单击右侧的按钮第五项，输出为Excel功能，进行输出，如图5所示，输出结果如图6所示。

该软件平台还可以进行“CA”分析，本文就不进行赘述了。

2.VMC650加工中心FMECA结果分析及薄弱环节的确定

经过在加工中心软件平台下进行的FMECA分析，在导出的FMECA故障Excel表中，通过Excel饼状图或柱形图的输出，可以更直观地把握产品VMC650加工中心不同子系统的运行情况和危害度状况等。

（1）产品危害度分析。

对现有VMC650加工中心不同子系统的分析结果表明，子系统危害度大小排序依次为电气控制子系统、机械传动子系统、刀架子系统、液压控制子系统、床身尾座子系统、装夹子系统、子系统、测量子系统及CNC控制子系统。其余系统的产品危害度较小。各个子系统的危害度情况如图7所示。

（2）典型子系统故障模式概率（频率比）分析。

选择典型的刀库系统进行子系统故障模式概率（频率比）分析，如图8所示。值得注意的是刀库系统中，不能换刀故障模式频发。

3.分析结论

由前述的分析结果，可以得到以下结论，如图9所示。

（1）产品危害度的分析结果显示了不同子系统的危害程度，分析表明电气控制子系统的产品危害度最大，VMC650加工中心电气控制子系统对整个加工中心的运行、可靠性的保证起着至关重要的作用。建议对电气系统零部件采购、研发需要加强控制管理。

（2）对各个子系统故障模式频率比的研究揭示了子系统中哪些故障频出。例如，在刀库子系统中70%的故障是刀库不能换刀，排除工人的操作不当，这种现象非常不正常，已经严重影响了加工中心的日常运行。

（3）VMC650加工中心FMECA分析结果可以为机床的日常维护、产品改进设计提供宝贵的依据。对于频出的故障，企业用户有必要提高其安全等级，即提高检修频次，以保证系统的正常运行。最终，在产品升级过程中，对因结构设计缺陷引起故障频发的部分，需要进行结构、工艺上的改进和完善。

第5篇：数控机床的设计范文

关键词：LabVIEW；数控机床；热误差；在线建模

一、引言

随着科技的发展，技术的进步，机械加工逐步朝着精密与超精密方向发展，机械零部件对于加工精度的要求越来越高，这就要求加工机床必须达到较高的加工精度。超精密的现代数控机床已逐步取代传统的功能单一、加工精度低的旧机床。数控机床已成为加工制造的主流设备，经过多年的发展，数控机床的加工精度已经得到了很大的提升，但是还存在一些误差影响其加工精度，比如，在加工过程中，机床产生热量，会造成热变形误差；机床振动产生的振动误差；刀具磨损导致的变形误差等等，经过大量试验证明，数控机床的误差主要来自于加工过程中产生的热变形误差，热变形误差占总加工误差的比例达到50%～80%，因此，必须采取相应措施来减少数控机床加工过程中产生的热误差。目前减少加工热误差的方法主要有误差补偿法和误差防止法。误差补偿法是利用软件技术人为的抵消一部分热变形产生的误差。本文主要介绍利用LabVIEW软件平台对虚空机床热误差进行自动测量，采用误差补偿法避免热变形误差。

二、数控机床温度测量子系统与热误差测量子系统

数控机床温度测量子系统可以测量并记录数控机床的温度，数控机床的温度采集不同于其他的工业生产中温度采集。因为数控机床具有体积大、结构复杂的特点，需要建立多个温度采集点并且要多个传感器协调工作，温度采集点的安放位置要合理，尽可能全面的采集数控机床各个位置的温度值；数控机床的工作车间有很多连接线，错综复杂的电线会产生电磁干扰，所以温度传感器要有较强的抗干扰能力，数据采集卡和传输线等电路部分要有一定的屏蔽能力，保证采集温度值的准确性。

热误差测量子系统主要是对数控机床的热误差量进行测量。机床加工过程中产生热量，从而产生热位移，所以主要是通过对热位移的测量来确定热误差量。该系统的热误差测量子系统的硬件平台是由高精度的数据采集卡与电感传感器组成，具有操作简单、测量可靠性高、运行成本低等特点。热误差测量子系统工作过程中，热位移的变化会转化为电感式传感器自感嫌弃系数的改变，变化的电压与电流通过电流模块转化为热误差数据显示，实现热误差的测量。

在对数控机床进行温度测量并记录温度后，根据热误差量建立热误差模型。热误差模型是根据数控机床各个温度测量点数据和热误差数据建立的，热误差建模是热误差补偿技术的核心，热误差建模的方法有很多，主要有多元线性回归、自回归分布滞后模型和分布滞后模型等。多元线性回归建模法具有精度高、运算快、生成模型简单，所以本文介绍热误差自动测量系统采用的是多元线性回归的建模方法建立的热误差模型。

三、LabVIEW软件在数控机床热误差自动测量系统中的应用

LabVIEW是使用图形符号来编写程序的编程环境，并且也是一款虚拟仪器开发平台。LabVIEW是用计算机的硬件和软件资源开发各种虚拟仪器，虚拟仪器有性能强、开发时间短、集成方便等优点。在数控机床热误差测量系统中，利用LabVIEW编写测量程序，并且LabVIEW可以调用Visual Basic、Visual C/C++等编程语言生成动态链接库。基于LabVIEW平台，热误差测量子程序可以调用数据采集卡的函数，实现开启设备、读取设备、释放设备等操作，创建完整的热变形误差采集回路。利用LabVIEW软件编写热误差采集程序过程中，首先要把数据采集卡采集到的数据转化成可用的电压值，再由电压值与热误差之间存在的函数把电压值转化成为所需要的误差值。在程序中，将两次转换整合到一个函数中，可以提高数据处理的连续性。之后通过表格、图形的方式显示热误差并保存在特定文件夹下以供建模使用。

在热误差建模子系统中，LabVIEW平台主要有两个作用，一是确定用于建模的温度点，二是建立热误差的多元线性回归模型。本文所介绍热误差自动测量系统共有10个温度检测探头，数控机床工作过程中，一个探头用于测量机床工作环境温度，另外九个温度探头测量数控机床温度敏感点的温度。要建立热误差的多元线性回归模型要借助MATLAB程序，LabVIEW与MATLAB有很好的对接接口，可以利用LabVIEW调用MATLAB中的脚本节点完成建模。在建模前，首先要读取温度测量数据和热误差测量数据，之后选取合适的温度测量点，然后从特定文件夹中取出建模所需要的相关数据送入MATLAB script脚本节点中，得出温度系数，建立热误差模型。

结语

本文主要介绍了数控机床热误差自动测量系统中包含的温度测量子系统、热误差测量子系统以及热误差建模子系统的相关内容，并且详细叙述了LabVIEW软件平台在数控机床热误差测量中的应用。数控机床的热误差测量研究设计数学建模、机械工程、微电子设计等多个领域，是多学科交叉综合研究内容，希望本文可以为以后的数控机床热误差测量研究提供帮助。

参考文献

[1]倪军.数控机床误差补偿研究的回顾及展望[J].中国机械1997，8（1）：29-33.

[2]杨建国.数控机床误差补偿技术现状与展望[J].航空制造技术2012，5：40-45.

第6篇：数控机床的设计范文

关键词：工作过程系统化；教学；设计；实践

1 课程概况

《数控机床电气安装与调试》是数控技术专业的一门核心专业课程，课程的主要任务是培养学生按照数控机床的电气安装与调试工艺及相关知识，正确规范地进行电路的分析、电器的检查、安装及调试，从而培养学生具有数控机床电气装调和控制系统设计的工作能力和职业素养，同时使学生具备资料收集整理、制定实施工作计划、分析检查判断、沟通协调、安全与自我保护等综合素质和能力，树立良好的职业道德与责任心。

2 教学情境设计

本课程的重点是围绕数控机床电气装调这一任务来开展和组织教学，故课程方案打破以知识传授为主要特征的传统学科课程模式，转变为以工作任务为中心组织课程内容，让学生在完成具体项目的过程中构建相关理论知识，并发展相关职业能力。课程内容突出对学生职业能力的训练，理论知识的选取紧紧围绕工作任务完成的需要来进行，同时又充分考虑高职教育的需要，融入职业资格证书对知识、技能、态度的要求。

本课程通过企业调研，根据职业岗位的要求，依据数控专业工作任务分析学生状况、师资水平、教学环境与硬件条件等，针对数控机床电气安装与调试这一典型工作任务，以企业应用较广的FANUC、SINUMERIK、HNC等数控系统和数控车床、数控铣床、加工中心等数控设备为载体，解构原有的理论和实践课程体系，重构工作过程系统化的课程体系，由易至难，设计了如表1所示的3个学习情境。在每个学习情境中，以职业岗位真实的工作任务为载体，按照认知规律和职业能力培养规律，设计学习型工作任务。通过完成每个学习情境中的实际工作任务，学生不但能够掌握数控机床电气安装与调试的专业知识和专业技能，还能够全面培养其良好的职业道德与工作作风。

3 教学过程设计

《数控机床电气安装与调试》课程教学的首要任务是使学生尽快掌握工作所需要的基本知识和技能，以便学生在走出校门后能立即从事岗位工作，缩短就业的不适应期。本课程中许多知识和技能属于应用性的，应在学中做，做中学。

本课程共由六个子情境构成，每个子情境就是一个完整的工作任务。学生通过完成真实的工作任务，能够获取相应的理论知识和实际操作技能。在本课程的教学中，每一个学习子情境都按照资讯、决策、计划、实施、检查、评估六个步骤执行。主要采用以工作过程为主线，任务为驱动，项目为导向，融“教、学、做”为一体的项目教学法。同时注意多种教学方法的综合运用，使学生掌握职业技能，习得专业知识，从而构建属于自己的经验与知识体系。

本课程以典型系统数控机床为载体，设计和组织教学，建立工作任务与知识、技能的联系。在教学过程中，以典型系统数控机床的电气安装与调试为主线，经过导学及知识准备，教师引导学生自主地交替进行各种真实工作过程背景下的操作和训练，教、学、做合一，教师配合指导、答疑、评价，将理论知识的运用置于一个真实的项目中展开，项目完成后学生能够牢固掌握数控机床电气装调和控制系统设计的知识和技能。

此外，推行多媒体教学、网络教学、仿真教学、真实生产环境教学等教学手段，发挥学生的主体作用，提高学生的学习积极性，降低学习难度，启发学生的创新思维，增强实践动手能力，有利于全面培养学生的技术应用能力和职业综合能力。

表2所示为以子情境1.2 FANUC 0i系统的安装与调试为例的教学过程设计。

4 教学评价设计

为了进行多元化的教学评价，本课程建立了符合能力培养要求的考核标准。评价学生成绩包括过程性考核和终结性考核。过程性考核包括学习情境中每个子情境的评价和公共项目考核点评价，其中任务评价采用口试和实操的方式。学习情境的评价成绩为任务评价得分和综合答辩成绩之和。终结性考核为期末考试（笔试），主要综合测试学生对数控机床电气装调和控制系统设计的知识和技能的掌握程度。教学评价应注重对学生分析问题和解决问题能力的考核，对学习和应用中有创新的学生给予特别鼓励。整个学习过程中贯穿职业能力考核，包括学习态度、敬业精神、安全意识和团队合作精神等。

5 教学实践

本课程教学设计和实施过程充分体现了高职教育教学改革的先进理念，课程定位和教学目标针对职业岗位，课程教学活动能和对应岗位的职业活动工作过程紧密结合。通过三年的教学实践，本课程坚持以“教师为主导、学生为主体”，将教、学、做融为一体。通过完成真实的工作任务，充分调动学生的学习积极性，使学生自主学习能力有大幅度的提升，学习兴趣大大提高。通过本课程学习，学生不但掌握了专业知识和职业技能，职业素养也普遍有了提高。学生在团队项目完成过程中，学会了竞争，学会了合作，社会适应能力也得到了提高。

第7篇：数控机床的设计范文

1．1数控机床色彩设计因素

（1）色彩与功能统一。色彩设计时，要首先考虑色彩与机床功能的统一性，以加深操作人员对机床功能的理解，有利于机床功能的发挥并取得良好的效果。通过色彩可区分各部分的功能及各操作部位的快速识别。不同的色彩对人的眼球也会产生不同的视觉感受，同时用户在正常视域范围内，也会根据颜色的不同而发生变化，一般色彩的视域范围由小变大依次为：绿、红、蓝、黄、白。因此，在数控机床主体设计中，针对不同的操作装置，应根据不同的功能需求设置不同的颜色安排，以达到最佳的视觉效果。（2）人机协调。在人机工程理论的指导下，能实现数控机床的人性化设计，根据操作者的行为、能力、本能极限及其他特性来对数控机床进行设计，创造良好的人机互动关系，减轻操作者的疲劳感，体现数控机床对人性需求的关注。（3）适应环境。环境及气候条件在数控机床的操作中会影响到人的情绪，包括地理环境和车间环境。如根据色彩带来的心理感受，在气候条件长期寒冷的地区，色彩设计上应多采用纯度高、明度低的暖色，给人以热情和亲切感，反之应用纯度低、明度高的冷色系。（4）美学法则。在设计色彩时，要充分运用美学法则，如对比与协调、节奏与韵律、变化与统一等，使之成为一个有机的整体。良好的色彩设计给产品带来生气、稳定、亲切的感觉。系列化产品色彩设计时，还应考虑与其他系列产品主色调的一致性，保持企业产品整体的统一性和美观度。

1．2数控机床的色彩特征

（1）安全性。色彩不恰当的视觉搭配会给操作者的生理和心理带来不良影响，造成视疲劳、紧张和错觉。因此，数控机床的色彩不恰当容易造成误操作，易酿成大的工程事故，危及安全，反之提升产品的安全性、带来舒适感。（2）行业特色。数控机床色彩的行业特征鲜明，如电子技术的应用使得控制面板按钮较多，国家标准GB2893—1982规定：红色表示禁止、停止；蓝色表示指令必须遵守的规定；绿色表示工作正常、允许进行等。因此，在数控机床的色彩设计中，一些色彩应按《安全色》国家标准选定。由于我国数控机床的发展较晚，在色彩设计中还没有真正走进多元化的色彩潮流，从最初的绿色覆盖到现在大多选用1~2种色彩作为产品主要色，并且不会轻易变换，以维持企业产品的色彩识别性。因此色彩较单一且相对稳定成为我国数控机床的色彩特征。

2数控机床色彩设计程序与方法

数控机床的色彩设计是一个系统化的设计，经过前期调研与分析，结合数控机床的色彩特征和设计元素，展开设计定位，充分了解数控机床的色彩特征和色彩设计影响因素，最终得到合理的色彩设计方案。数控机床的色彩设计主要程序：数控机床的调研分析、色彩设计定位、色彩设计方案、色彩设计方案评估、产品色彩试制。

2．1调研分析

为使数控机床色彩设计更加科学地提高操作效率和安全性，满足操作人员的心理舒适度，并且和企业文化理念保持统一，通过发放问卷、走访工厂及体验操作等方法，针对数控机床的结构与功能特征、操作流程、人机界面、企业文化理念等四方面，对现有数控机床的色彩进行研究，发现存在的问题。

2．2色彩设计定位

结合前期调研成果，以企业长期形成的色彩特色风格为基础，根据调研中发现的问题，结合色彩特征与科学的视觉理论，制订产品的色彩设计方向，并开展小组头脑风暴，确定主体和辅助色彩方向。

2．3色彩方案设计

根据前期调研及色彩定位，以色彩设计理论为前提，结合数控机床的色彩影响因素，展开设计，提出设计构思和改良概念，制订2～3个草案，经过小组讨论，选出一个最佳方案制作色标。

3设计实例

数控机床色彩设计主要包括主体部分和辅助部分。主体部分主要有工作台、主轴传动装置、床身等，主体主要针对防护罩进行色彩设计。主体色调要求统一，特征突出，色彩不宜配置过多。辅助部分主要有防护罩上的厂标、商标、型号等。防护罩上的型号、厂标等色彩处理能起到细节点缀作用。但是，这些部件的色彩不能纷杂，面积不宜过大，而应简洁、醒目、生动，有较好的关注度。以某数控机床有限公司的一款全功能数控机床为例，应用数控机床的设计流程和色彩设计分析，对该款全功能数控机床色彩进行改良设计。经过对数控机床功能和区域划分的资料分析和实地体验，结合该公司的设计风格及公司文化背景，明确了改良设计的方向。综合知名品牌最新设计风格和色彩流行趋势，展开不同品牌之间的色彩对比，包括主体和辅助色彩的比例关系、明暗对比。

根据产品意向尺度法，对该企业产品色彩配置方式和色彩选用规律进行挖掘，结合该企业文化背景进行综合分析，进行色彩设计定位。该企业在国内发展一流，走国际合作路线，技术创新已达到了国内较高水平，在色彩的运用上，既要注重设计的科学性、合理性，又要注重装饰性。在产品主体设计及色彩选用中，以理性、稳重的黑、白色搭配作为主体色调，在辅助色彩设计中，选用绿色、黄色作搭配。绿色视域范围较小，是蓝色和黄色混合而成的中性色，介于兴奋和冷静两种感觉之间。黄色是暖色系，可以使人兴奋。最终设计方案将黑色用于底座，突出产品的沉稳，而白色的视域范围最大，不易干扰视线，所以大面积用于防护罩。绿色点缀该企业节能的理念，商标文字处理以黄色做搭配，在警示色中，以安全色为准则，有别于传统企业对数控机床的色彩选用。控制面板在数控机床中主要完成显示、程序编辑管理、系统输入等任务。为使控制面板得到高效、安全的操作，在控制面板的色彩设计中，用色块和线的形式对其进行区域划分。以蓝色和黄色进行冷暖对比，突出识别性。

4结论

第8篇：数控机床的设计范文

机床外观造型必须要结合机床的功能:在工业产品设计方面,特别是数控机床产品,结合功能是十分重要的一个方面。要知道,机床零件的用途决定它的形态,并且将机床整件或者局部的功能给有效的体现出来。机床产品在设计造型的时候,需要遵循基本的外观要求,如果要将一个特殊的结构加入进去,就需要及时的改变外观。一般情况下,如果外观是将功能表达出来,那么就有着比较长的生命周期;如果外观只是要表现风格,那么通常只有较短的生命周期。如果没有对产品的外形进行特殊的要求,那么只需要将最单纯的外观应用到功能设计上即可。数控机床造型设计要充分的适应环境:目前,在机床外观设计方面,很少有独立存在的,大多都是由一些环境因素在进行辅助。设计师首先需要考虑的问题就是有效的处理零件之间的内部联系,密切的配合环境等等。要知道,人们视觉环境中十分重要的一个部分就是机床工业产品,需要依据相应的要求来决定外观显示的清晰程度。在机床产品的设计方面,除了操作控制部分,一般都是将一些不鲜明的色彩和外观应用到其他部分。通过研究表明,十分鲜艳的产品外观,很容易让人产生厌烦的感觉;但是,也有一些时候是例外的,如果场合对视觉有着特殊的要求,那么就需要使用比较鲜明的色彩,比如在一些机床展览会上,产品既要在满足基本功能需求的基础上,还要将感染力充分的体现出来。

美国的机床产品就有着十分独特夸张的外观造型和颜色,采用的色彩有着比较高的明度和纯度,并且经常运用曲线,这样可以紧密的连接到商业利益,非常适合展销。数控机床造型设计要将安全因素充分的纳入考虑的范围:在机床工业设计中,需要将安全结构的塑造作为一个重点,认真的进行研究和推敲。在设计的时候,需要充分的考虑使用者对机器用途的熟悉和掌握的难易程度,这样可以有效的避免发生一些事故。比如,为了避免对操作者造成伤害,机床工作台的形状往往是十分平滑的。此外,在产品设计中,还尽量需要添加一些外观保护,比如机床上设计的防护罩,控制操作板以及急停装置等等。为了使机床产品结构达到简练和安全的目的,就需要做好形状与平衡的外观设计工作。数控机床外观设计的自我检验:要想保证外观设计的质量,就需要采用自我检查的形式来对各个程序中的质量进行检验,从而在机床造型设计中对各个因素进行全面综合的考虑。

人体工程学的相关要求会对三维空间设计产生一定程度的制约作用,所服务的机器则决定着适应的程度。简单的机器外观,就有着很小的控制范围;在这种情况下,外观也可以变得很美,只需要合理的设置色彩即可。数控机床的外观会在很大程度上受到产品设计用材的影响,如果选用的是不当的材料,那么就会对产品最终外观的质量产生极大的影响。如果外观设计的很好,但是机床板焊件的强度和平整度达不到要求,那么只是无用功而已。

在对工业外观造型设计的时候,需要坚持以人为本的设计理念,创造美的产品外观,让人类工作和生活的环境变得更加的舒适和美好,从而适应时展和市场经济的需求;工业设计的发展走向,就是要遵循人性化和外化多元化的相关要求,工业设计师要紧跟时展的潮流,不断的更新设计观念,设计出更好的作品。本文简要分析了工业设计理论在数控机床外观造型设计中的实践,希望可以提供一些有价值的参考意见。

作者：颜啸 单位：中国第二重型机械集团德阳万航模锻有限公司

第9篇：数控机床的设计范文

关键词：数控车床；设计；进给系统

  汽车转向节是汽车上应力最集中、形状最复杂的零件之一，需要具有良好的机械性能。它的加工质量直接影响到汽车的操作性和安全性。随着汽车数量的迅猛增加，转向节的需求也随之上升，因此提高生产效率是至关重要的。但由于其结构的复杂性，给机械加工带来一定难度，特别是转向节杆部及法兰端面的加工，尺寸精度和位置精度很难保证。传统的转向节杆部及法兰端面的加工采用普通卧式车床或简易卧式数控车床，设计简易车具，利用尾座顶尖将转向节夹持在车具和尾座顶尖之间，车具拨动转向节旋转进行加工。此种加工工艺方法的不足：工件装夹困难；车具无配重，转速提高受限；加工效率低。鉴于上述对传统转向节生产工艺的分析，为了解决传统加工转向节杆部及法兰端面生产工艺的不足，我们开发设计了一种新的加工转向节杆部的专用立式数控车床。该设备具有同规格立式数控车床的工艺性能，同时具备加工转向节的高效性，同时减轻了工人装夹工件的劳动强度，是一种一举两得的理想设备。

  1 转向节专用立式数控车床工艺方案分析

  1.1 整体式转向节工艺特性

形状如羊角，结构复杂；毛坯为锻件，加工余量大，特别是法兰盘根部圆弧部分；工件偏重，转动惯量大；定位夹紧困难。

  1.2 机床方案

根据转向节工艺特性和定位夹紧要求，该机床采用主轴偏置的立式数控车床结构，在传统立式数控车床的基础上，增设尾座顶尖部件，并设计专用车具，形成高效加工转向节的新型机床，同时仍具备通用数控立车的功能。电气控制系统为日本fanuc-0i-mate数控系统。液压系统为符合iso标准的叠加阀结构。

  1.3 机床的工作循环

安装工件—定位夹紧—数控滑台快移—x、z轴联动，同时主轴旋转—完成外圆加工—数控滑台快退至原位—伺服刀架换刀—数控滑台快移—x、z轴联动，完成工件外圆各槽的加工—数控滑台快退至原位—伺服刀架换刀—数控滑台快移—x、z轴联动，完成工件各螺纹的加工—数控滑台退至原位—松卡—卸下工件—进入下一循环。

  2 转向节专用立式数控车床部件设计

  2.1 主轴箱设计

  2.1.1 主轴箱结构设计

  本机床为立式结构，主轴箱就是传统意义上的床身 ，其作用一是安装主轴及其传动系统，二是支撑立柱即在其上安装的纵横滑板和电动刀架。因此要求主轴箱具有据够的刚性，结构必须合理，长期使用不变形。

  2.1.2 主轴箱传动系统

传动比确定：机床主要加工转向节，兼顾通用数控立车功能，传动比为1:10，最低转速为63转“分钟，最高转速为1000转“分钟；转动路线确定：传动路线采用伺服电机通过行星减速箱、皮带轮驱动主轴单元使主轴旋转；主轴单元结构：采用主轴单元结构目的是方便制造、安装、维修。选用主轴单元结构要适合加工转向节特殊件的需要。选用主轴单元结构要适应加工转向节特殊件的需要，第一满足刚性要求，旋转精度的长久稳定性；第二要有夹紧油缸及分油装置；第三动力卡盘和专用车具可快速切换，实现通用立式数控车床功能和专用转向节数控加工的切换。据此，选用的主轴单元为标准50规格的车主轴支撑形式，具有高刚性、高精度的特点。

  2.2 进给系统设计

  2.2.1 纵向进给传动系统设计

纵向进给传动系统主要有纵向滑板和纵向滚珠丝杠传动副组成。其纵向滑板安装在立柱的纵向滚动导轨上，它可以沿立柱导轨做纵向运动。导轨采用重载型滚珠滚动导轨，导轨承载能力大，刚性强。纵向伺服电机经联轴直接驱动滚珠丝杠螺母副，带动纵向滑板沿立柱导轨运动。

  2.2.2 横向进给系统设计

横向进给传动系统主要由横向滑板和横向滚珠丝杠传动副组成。其横向滑板安装在纵向护板的横向滚动导轨上，它可沿着纵向滑板向滑板横向导轨做横向运动。导轨采用重载型滚珠滚动导轨，导轨承载能力大，刚性强。横向伺服电机经联轴器直接驱动滚珠丝杠螺母副，带动横向滑板沿纵向滑板横向导轨运动。

  2.3 转向节工装夹具设计

  2.3.1 顶尖部件设计

  顶尖是机床的重要定位机构，其功用：定位功能、回转功能、夹紧功能，其动作：安装工件时，顶尖部件处于上部，当工件在专用车具的正确位置上时，顶尖在油缸的作用下向下移动，使上顶尖顶紧工件杆部上顶尖孔，完成工件的定位夹紧。主轴旋转时顶尖也随着旋转，实现机床的主运动。设计此部件首先确定夹紧力，设计驱动油缸的规格，确保夹紧可靠；转向节是不平衡件，顶尖主轴及顶尖要有足够的刚性，以保证回转精度的长久稳定性。

  2.3.2转向节车具设计

转向节是异形件，非常的不平衡，其车具设计有一定难度，第一是定位采用顶尖孔，其刚性不好，需要上下顶尖定位夹紧，下顶尖固定在主轴上，上顶尖单独设计移动部件；第二是夹紧，没有规则的夹紧面，同时不同的顶尖形状各异，要使车具具有通用性，车具必须具有适应不同工件的柔性；第三是工件的不平衡性，在设计车具时必须有可调整的配置设置；第四是在旋转的主轴上采用液压自动夹紧，主轴设置旋转编码器，以适应车螺纹功能，车具设置夹紧油缸。

  3 结束语

  本机床已交付用户使用，其性能已达到设计要求。图纸经完善后开始投入小批量生产，并参加了2010年在北京举办的第十届国际机床博览会，得到广泛好评。

参考文献：

[1]张振国，数控机床的结构与应用[m]，北京：机械工业出版社，2010