數控車床的優點

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數控車床的優點范文第1篇

關鍵詞：數控車床；可編程臺尾；臺尾結構；控制模型；金屬加工設備 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG659 文章編號：1009-2374（2015）13-0011-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.13.006

1 可編程臺尾的特點

數控車床是現代工業中應用非常廣泛的一類金屬加工設備，數控車床主要用于加工回轉件，比較常見的是加工盤類零件和軸類零件。盤類零件的加工一般僅采用卡盤卡緊方式就能滿足要求，而對于軸類零件特別是對于長軸類零件的加工，需要使用卡盤和臺尾結構，采取一卡一頂的裝卡方式，所以對于數控車床的加工而言，良好、可靠、高效的臺尾結構非常重要。可靠高效的臺尾結構，不僅能保證數控車床所加工零件的加工質量，而且可以大大提高加工效率，對于提升數控車床的自動化程度也非常重要。

傳統的臺尾結構，主要是手動搬動臺尾體沿數控車床的Z軸導軌移動或沿臺尾專用導軌移動，臺尾的移動由人力搬動，臺尾體被搬到指定位置后，扳動手柄將臺尾底板鎖到臺尾移動的導軌上。用人力旋轉臺尾套筒的進退的手柄，將臺尾體內的套筒旋出頂緊工件，再通過鎖緊手柄將臺尾套筒鎖緊。可見傳統的數控車床的臺尾結構操作起來費時費力，隨著數控車床產品日新月異的發展，特別是智能化數控車床產品的涌現，為提高勞動生產率，數控車床行業特別需要一種新興的數控車床臺尾結構的出現，來代替原有傳統的數控車床的臺尾

結構。

數控車床的可編程臺尾，不同于傳統臺尾結構，是一種具備可以參與數控車床加工編程的新型臺尾結構。在對可編程臺尾的控制過程中，數控車床的數控系統可以用M代碼、B代碼或其他可以參與數控車床加工編程的代碼指令，自動控制臺尾或臺尾套筒的進退，并對臺尾或臺尾套筒的位置進行檢測，控制臺尾或臺尾套筒前進或后退到數控車床加工需要的位置，來完成對數控車床加工零件的頂緊。這樣可以提高數控車床加工效率，特別是對于數控車床與自動化生產線（桁架機器手自動化生產線或關節機器手自動化生產線）組線時，可以高效、精準地提高數控車床的裝卡效率，從而大大提高數控車床的加工節拍，極大地方便數控車床的加工，實現完全自動化加工，有效地提高數控車床的智能化水平和自動化水平。

2 多種可編程臺尾的結構與控制研究

2.1 采用檢測開關的簡易可編程臺尾結構

這里介紹一種簡單的可編程臺尾結構――采用檢測開關的簡易可編程臺尾結構。

結構上：在普通臺尾結構的臺尾體后端增加一個隨臺尾套筒進退的長桿，再增加兩個與臺尾體固定的，用來檢測臺尾套筒運動位置的無觸點光電檢測開關，即構成了這種可編程臺尾結構。

控制上：臺尾套筒前后移動由數控系統輸出控制代碼M32（臺尾套筒前進）；M33（臺尾套筒后退）來實現，臺尾套筒行程控制用無觸點開關檢測到的位置信號反饋給數控系統。前進開關到位信號，用來確保臺尾套筒有效的頂緊工件，后退限位開關作為臺尾套筒退回到位的確認信號。根據被加工工件長度來調整這兩個限位開關位置。如果臺尾套筒伸出不到位，臺尾套筒前進開關發不出信號，機床主軸就不能啟動。在程序編寫和自動加工過程中，臺尾套筒前進、臺尾套筒后退檢測開關分別被采集到數控系統的PLC控制程序中，作為臺尾套筒前進指令代碼M32和臺尾套筒前進指令代碼M33的應答信號。此種結構較為簡單。

2.2 采用直線光柵尺的可編程臺尾結構

在第一種可編程臺尾研究的基礎上，這里介紹另一種結構。

結構上：此種臺尾結構的特點與前面提到的第一種可編程臺尾結構相似，只是使用光柵尺結構代替了檢測臺尾套筒前進、后退的位置檢測開關。

控制上：數控系統檢測臺尾所帶光柵尺的反饋位置數據，數控系統將可編程臺尾體等同于虛擬軸進行控制，通過G0等G代碼控制臺尾的運行位置，結合光柵尺的反饋位置，通過數據比較計算，來實現對臺尾的控制。此種可編程臺尾結構的優點是控制位置相對較為靈活，難點在于對光柵尺的模擬量數據的讀入與識別，因某些數控系統不接收反饋的模擬量信號，或者需要通過特殊的DA轉換裝置來完成對數據的轉換。

2.3 通過液壓插銷借用Z軸拖動臺尾的可編程臺尾結構

這里再介紹一種間接利用數控車床伺服軸移動來實現可編程臺尾控制的結構――通過液壓插銷借用Z軸拖動臺尾的可編程臺尾結構。

結構上：此種可編程臺尾結構，采用液壓缸帶動液壓插銷結構、Z軸撞停到位開關結構，使臺尾體與Z軸床鞍之間有效連接，數控系統控制液壓插銷的動作，利用Z軸帶動床鞍移動到相應位置。

控制上：此種可編程臺尾的動作順序邏輯為：（1）Z軸運行到臺尾附近；（2）Z軸到位撞停開關觸發；（3）數控系統通過PLC控制液壓插銷伸出；（4）檢測液壓插銷到位；（5）數控系統控制Z軸拖動臺尾運行到指定位置；（6）松開液壓插銷；（7）檢查插銷退出到位；（8）移走Z軸。此種可編程臺尾結構比較簡捷，控制難點在于PLC邏輯控制上。

2.4 采用伺服電機控制的可編程臺尾結構

有了前面的研究，這里介紹一種較為復雜的應用于數控車床的可編程臺尾結構――采用伺服電機控制的可編程臺尾結構。

結構上：采用交流伺服電機作為可編程臺尾的控制軸（W軸），來實現對可編程臺尾的控制。由W軸交流伺服電機（帶抱閘）通過滾珠絲杠驅動，沿Z軸方向移動。W軸伺服電機（后端裝有絕對編碼器）通過聯軸器直接連接到相應的滾珠絲杠上，進而驅動臺尾的運動與完成位置控制。

控制上：W軸交流伺服電機所起的作用是驅動臺尾體快移定位到數控系統指令要求的位置，而頂緊工件主要靠可編程臺尾體上的液壓缸，同時臺尾體到位后，臺尾體的鎖緊靠臺尾體底面壓板。在數控系統的控制中，可以對控制臺尾的W軸伺服電機，采用PLC軸或IO LINK軸的形式進行控制，通過編寫PLC控制程序，使用B代碼加G0等位置移動指令控制可編程臺尾的高速精準定位。采用類似控制伺服軸一樣的方式控制此種類型的可編程臺尾。因伺服電機的移動速度快、定位精準、啟停平穩，所以此種可編程臺尾結構在高速、高精加工應用中有很大的優勢，此種可編程臺尾結構也是很多高檔數控車床比較青睞的臺尾結構。

3 多種可編程臺尾結構的比較分析

上文對四種應用于數控車床的可編程臺尾結構進行了研究，各種方案的優點和不足如下：

方案1（采用檢測開關的簡易可編程臺尾結構）：優點是結構簡單、成本低、易實現；缺點是不移動開關位置的情況下，不能任意位置靈活編程，精度與臺尾運行速度一般。方案2（采用直線光柵尺的可編程臺尾結構）：優點是結構不復雜、較易實現；缺點是成本較高、某些數控系統不能直接接收模擬量信號，光柵尺信號處理比較繁瑣。方案3（通過液壓插銷借用Z軸拖動臺尾的可編程臺尾結構）：優點是結構不復雜、成本適中，較易實現；缺點是定位精度一般，插銷故障率較高，需提高相關部件的剛性。方案4（采用伺服電機控制的可編程臺尾結構）：優點是運行速度快、定位精準、鎖緊力大；缺點是成本高，設計調試較為復雜。

4 結語

可編程臺尾的結構與控制研究對于數控車床的加工效率的提升、機床可靠性研究和數控車床產品的智能化研究很有意義，相信可靠高效的可編程臺尾結構的應用必將提升數控車床的整體自動化水平。

參考文獻

[1] 顧繩谷.電機及拖動基礎[M].北京：機械工業出版社，2011.

數控車床的優點范文第2篇

關鍵詞：電氣控制；PLC技術；自動化；無人值守

1 引言

隨著可編程邏輯控制器（PLC）技術的逐漸發展，很多工業生產要求實現自動化控制的功能，都采用PLC來構建自動化控制系統，尤其是對于一些電氣控制較為復雜的電氣設備和大型機電裝備，PLC在電氣化和自動化控制方面具有獨到的優勢，如順序控制，可靠性高，穩定性好，易于構建網絡化和遠程化控制，以及實現無人值守等眾多優點。基于此，PLC技術逐漸成為工業電氣自動化控制的主要應用技術。

本論文主要結合數控機床的電氣化功能的改造，詳細探討數控機床電氣化改造過程中基于PLC技術的應用，以及PLC技術在實現數控機床自動化控制功能上的應用，以此和廣大同行分享。

2 數控機床的電氣化改造概述

2.1 數控機床的主要功能

數控機床是實現機械加工、制造和生產中應用的最為廣泛的一類機電設備。數控機床依托數控化程序，實現對零部件的自動切削和加工。但是目前我國仍然有超過近1000萬臺的數控機床，主要依靠手動控制完成切削加工，無法實現基本的電氣化和自動化控制。為此，本論文的主要的目的是基于PLC控制技術，實現數控機床的電氣化改造，主要實現以下功能：

（1） 數控機床的所有電機、接觸器等實現基于PLC的自動化控制；

（2）數控機床的進給運動由PLC控制自動完成，無需人工手動干預；

（3） 自動檢測零部件切削過程中的相關參數，如加工參數、狀態參數等等；

（4） 結合上位機能夠實現對數控機床的遠程控制，以達到無人值守的目的。

2.2 電氣化改造的總體方案

結合上文對于數控車床的電氣化、自動化改造的功能要求，確定了采用上位機與下位機結合的自動化改造方案。該方案總體結構分析如下：

（1） 上位機借助于工控機，利用工控機強大的圖像處理能力，重點完成數控車床的生產組態畫面顯示，以及必要的生產數據的傳輸、保存、輸出，同時還要能夠實現相關控制指令的下達，確保數控車床能夠自動完成所有切削加工生產任務。

（ 2）下位機采用基于PLC技術的電氣控制模式，由傳感器、數據采集板卡負責采集數控車床的生產數據、環境數據、狀態數據等所有參數，由PLC實現對相關數據的計算，并傳輸給上位機進行相關數據的圖形化顯示和保存；另一方面，PLC控制系統還接收來自于上位機的控制指令，實現對數控車床的遠程控制。

（3） 對于數控車床最為關鍵的控制――進給運動的控制，利用PLC+運動控制板卡的模式實現電氣化和自動化的控制。具體實現方式為：選用合適的運動控制板卡，配合PLC的順序控制，對進給軸電機實現伺服運動控制，從而實現對數控車床進給運動的自動化控制。

3 數控車床電氣化自動控制改造的實現

3.1 系統改造結構設計

數控車床的電氣化自動控制改造，其整體結構如下圖1所示，其整體結構主要由以下幾個部分構成：

3.1.1 底層設備

底層設備主要包括兩個方面，首先是實現數控車床自動切削加工運轉等基本功能的必要電氣、機電設備，如電源模塊、電機模塊等，這些機電設備能夠保證數控車床的基本功能的穩定可靠的實現；其次，底層設備還包括各類傳感器，比如監測電機轉速、溫度的速度傳感器和溫度傳感器，監測進給軸運動進給量的光柵尺等，這些傳感類和數據采集類設備為實現數控車床自動化控制提供了基礎數據源。

3.1.2 本地PLC站

本地PLC站主要負責接收底層傳感設備傳送過來的傳感參數、狀態參數及其他檢測參數，通過內部程序的運算，判斷整個數控車床的工作狀態，并將其中的重點參數上傳到遠程控制終端進行數據的圖形化顯示、存儲、輸出打印等操作；另一方面，本地PLC站同時還接收來自于遠程控制終端所下達的控制指令，比如停機、啟動等控制指令，PLC站通過對相應執行器（比如電機）的控制，從而實現自動化控制的功能。

3.1.3 遠程控制終端

遠程控制終端主要是依賴于工控機實現的上位機數據管理和狀態監控，需要專門開發一套面向數控車床加工、生產和自動控制的軟件程序，以實現對數控車床的遠程化、網絡化、自動化控制，真正實現無人值守的功能。

基于PLC的數控車床電氣自動化改造框圖

3.2 PLC電氣控制系統的設計實現

本研究論文以CK6140普通數量機床為具體研究對象，詳細探討其電氣化、自動化控制的改造。通過上文對機床改造方案和結構功能的分析，可以確定整個機床電氣化、自動化改造，一共需要實現14個系統輸入，9個系統輸出。結合控制要求，這里選用日本三菱公司的FX2N-48MR型PLC，輸入回路采用24V直流電源供電方式。根據對數控機床的各模塊控制功能的分析，選用合適的接觸器、繼電器、開關、輔助觸點等電氣控制元件，與PLC共同實現對電氣設備的控制，比如PLC通過接觸器控制電機模塊，PLC通過繼電器控制電磁閥等部件，從而完成基于PLC控制的數控車床電氣化改造。

4 結語

隨著電氣設備的越來越復雜，工業生產對于電氣控制的要求也越來越高，基于PLC的自動化控制技術得到了廣泛的應用，逐漸成為了當前工業自動化生產控制中的主流技術之一。采用PLC技術最大的優勢在于實現自動化控制同時具有較高的可靠性和抗干擾能力，極大的避免了由于采用單片機技術而造成的系統不穩定現象。本論文結合電氣控制詳細探討了PLC自動化技術的應用，給出了具體的系統設計實例，對于進一步提高PLC自動化技術的工業化應用具有很好的指導和借鑒意義。

數控車床的優點范文第3篇

關鍵詞：數控車床加工 刀具要求 類型選擇

數控車床即裝備了數控系統的車床。由數控系統通過伺服驅動系統去控制各運動部件的動作，主要用于軸類和盤類回轉體零件的多工序加工，具有高精度、高效率、高柔性等綜合特點。筆者在多年從事數控車床的一體化教學工作過程中，感到其加工刀具的選擇在保證加工工件精度、提高加工效率以及延長設備壽命、促進安全文明生產等方面的作用十分重要。

一、數控車削加工刀具類型

數控車床加工所用刀具種類很多，為了適應數控機床高速、高效和自動化程度高的特點，所用刀具正朝著標準化、通用化和模塊化的方向發展。

1.根據刀具結構分類

根據刀具結構可分為：整體式、焊接式、機械夾固式、可轉位式等。

2.根據制造刀具所用的材料分類

根據制造刀具所用的材料可分為：高速鋼刀具、硬質合金刀具、金剛石刀具和其他材料刀具如立方氮化硼刀具，陶瓷刀具等。

3.根據用途分類

根據用途可分為如下幾種。

一是外圓車刀。外圓車刀又有直頭外圓車刀、彎頭外圓車刀、90度外圓車刀。直頭外圓車刀用于加工外圓柱表面和外圓錐表面；彎頭外圓車刀可用于加工外圓柱表面、外圓錐表面、端面和倒棱；90度外圓車刀可用于加工細長軸、剛性不好的軸類零件、階梯軸、凸肩或端面。

二是端面車刀。用于加工工件的端面，一般由工件外圓向中心進給。

三是內孔車刀。

四是切斷刀、切槽刀。

五是螺紋車刀。

二、數控車床加工刀具的選擇

刀具選擇總的原則是：安裝、調整、刃磨方便，剛性好，耐用度和精度高，斷屑及排屑性能好。在滿足加工要求的前提下，我們應盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具加工的剛性。在刀具配備時應注意：在可能的范圍內，使被加工的工件形狀、尺寸標準化，從而減少刀具的種類；使刀具規格化和通用化，便于刀具管理；盡可能采用可轉位刀具，增加刀具的互換性；在選擇刀具時，應盡量采用高效率、斷屑及排屑性能好的刀具。

1.整體式車刀的選用

整體式車刀主要是整體式高速鋼車刀，它由高速鋼刀條按要求磨制而成。其刀桿截面大多為正方形或矩形，俗稱“白鋼刀”，使用時其刀刃和切削角度可根據不同用途進行修磨。通常用于小型車刀、螺紋車刀和形狀比較復雜的成形車刀。它具有抗彎強度高，沖擊韌性好，制造簡單和刃磨方便、刃口鋒利等特點。

2.焊接式車刀的選用

它是將硬質合金刀片用焊接的方法固定在刀體上，經刃磨而的車刀。這種車刀結構簡單，制造方便，剛性較好，但抗彎強度低，沖擊韌性差，切削刃不如高速鋼車刀鋒利，不易制作復雜刀具。

3.機械夾固式車刀的選用

機械夾固式車刀是數控車床上用得比較多的一種車刀，它又分為機械夾固式可重磨車刀和機械夾固式不可重磨車刀二種。

機械夾固式可重磨車刀是將普通硬質合金刀片用機械夾固的方法安裝在刀桿上，刀片用鈍后可以修磨。修磨后，通過調節螺釘把刃口調整到適當位置，壓緊后便可以繼續使用。

機械夾固式不可重磨車刀刀片為多邊形，有多條切削刃，當某條切削刃磨鈍后，只需松開夾固元件，將刀片轉一個位置便可以繼續使用。其最大優點是車刀幾何角度完全由刀片保證，切削性能穩定，刀桿和刀片已標準化，加工質量好。

4.刀片材料選擇

根據待加工工件材料的種類，可以選擇對應的刀具

材料。

（1）待加工工件材料種類。鋼材（P類）、不銹鋼材料（M類）、鑄鐵（K類）、鋁及有色金屬（N類）；熱優質合金鋼（S類）、淬硬材料（H類）等。

（2）刀具材料類型。普通硬質合金、涂層硬質合金、金屬陶瓷、超硬材料、耐熱優質合金鋼（S類）、淬硬材料（H類）等。

三、小結

綜上所述，數控車床使用的刀具種類較多，刀具的選擇應根據數控車床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其他相關因素綜合考量。

參考文獻：

[1]周蘭.數控車削編程與加工[M].北京：機械工業出版社，2010.

數控車床的優點范文第4篇

關鍵詞：數控機床；維修；硬件故障

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A

數控機床是機電一體化的高技術產品，它的產生是20世紀中期計算機技術，微電子技術和自動化技術高速發展的結果。伴隨著數控車床的普遍應用，數控車床的維修與保養技術也應運而生，數控車床維護人員不僅要有機械加工工藝以及液壓氣動方面的知識，還要具備電子計算機﹑自動控制﹑驅動及測量技術等方面的知識 ，這樣才能全面的了解和掌握數控車床，及時搞好維護保養工作。

數控車床經過長時間使用后都會出現零部件的損壞，且在首次使用數控車床或由工人不熟練操作時，在一段時間里有1/3以上的故障是由操作不當引起的 ，但是即使開展有效的預防性維護可以延長元器件的工作壽命，延長機械部件的磨損周期，防止意外惡性事故的發生，延長車床的工作時間。

1 數控機床的使用

1.1 科學合理的使用數控機床

在數控機床的工作場地我們要求避免陽光的直射和其它熱輻射，保持室溫20℃左右，對于精度高、價格貴的機床應安裝空調。數控機床要遠離振動大的設備，避免振動損害，可以通過設置防振溝等方法避免損害。數控機床的供壓電源要嚴格符合標準，同時接地電阻要符合接地標準。數控機床配置必要的附件和刀具，有條件的盡量購置易損部件及其它附件。應重視生產技術準備工作以縮短生產準備時間，充分提高數控機床的使用效率，應提前審查工件的數控加工工藝性。建立一支高水平的維修隊伍，保存好設備的完整。

1.2 使用檢查

由于數控系統在運行一定時間后，某些元器件難免出現一些問題，因此為了延長使用壽命，防止惡性事故的發生，就必須對進行日常的維護保養。在操作在使用數控系統時了解所用數控系統的性能，必須進行使用前的檢查。

1.2.1 通電前的檢查

為了確保數控系統正常工作，首先確認交流電源的規格是否符合CNC裝置的要求，并且認真檢查CNC裝置與外界之間的全部連接電纜是否按隨機提供的連接技術手冊的規定，同時要注意檢查連接中的連接件和各個印刷線路板是否緊固，確認CNC裝置內的各種印刷線路板上的硬件設定是否符合CNC裝置的要求。還要認真檢查數控機床的保護接地線，以保證使用過程操作人員的安全。

1.2.2 通電后的檢查

要檢查風扇運轉、直流電源、CNC裝置的各種參數是否正常，當數控裝置與機床聯機通電時，應在接通電源的同時，作好按壓緊急停止按鈕的準備，以備出現緊急情況時隨時切斷電源。進行幾次返回機床基準點的動作，并完成CNC系統的功能測試。只有通過上述各項檢查，確認無誤后，CNC裝置才能正式運行。

2 數控機床使用中的注意事項

要重視工作環境，數控機床必須在無陽光直射、有防震裝置并遠離有振動機床和環境適宜的地方，數控機床用的電源電壓應保持穩定，其波動范圍應在+10%～—15%以內。數控機床所需壓縮空氣的壓力應符合標準，最好在機床氣壓系統外增置氣、液分離過濾裝置，增加保護環節。電氣系統的控制柜和強電柜的門應盡量少開。經常清理數控裝置的散熱通風系統，正確選用優質刀具不僅能充分發揮機床加工效能，也能避免不應發生的故障，在加工工件前須先對各坐標進行檢測，復查程序，對加工程序模擬試驗正常后，再加工。數控機床的各類參數和基本設定程序要安全儲存。數控機床機械結構簡化，密封可靠，自診功能日臻完善，在日常維護中除清潔外部及規定的部位外，不得拆卸其他部位清洗。數控機床較長時間不用時要注意防潮，停機兩月以上時必須給數控系統供電，以保證有關參數不會丟失。

3 數控機床的常見故障維修

我們要學習車床的故障診斷首先要需要了解兩個概念：系統可靠性是指數控系統在規定的條件和規定的時間內完成規定功能的能力，故障是指系統在規定的條件和規定的時間內失去了規定的功能：

3.1 診斷的內容

（1）動作診斷：監視車床各動作部分，判定動作不良的部位。診斷部位是ATC、APC和車床主軸。

（2）狀態診斷：當車床電機帶動負載時，觀察運行狀態。

（3）點檢診斷：定期點檢液壓元件、氣動元件和強電柜。

（4）操作診斷：監視操作錯誤和程序錯誤。

（5）數控系統故障自診斷。

3.2 常見故障診斷

3.2.1 NC系統故障

（1）硬件故障

硬件故障是指已損壞的器件就能排除的故障，有時由于NC系統出現硬件的損壞，使車床停機。對于這類故障的診斷，首先必須了解該數控系統的工作原理及各線路板的功能，然后根據故障現象進行分析，在有條件的情況下利用交換法準確定位故障點。

（2）軟故障

軟故障是指由于編程錯誤造成的軟件故障，只要改變程序內容，修改機床參數設定就能排除故障，數控車床有些故障是由于NC系統車床參數引起的，有時因為設置不當，有時因意外使參數發生變化或混亂，這類故障只要調整好參數，就會自然消失。

3.3 機床部分典型故障分析及維修

3.3.1 主軸伺服系統故障檢查及維修

在維修主回路采用錯位選觸無環流可逆調速驅動系統的數控車床中所遇到的部分故障及處理方法。故障現象：1.8m臥車在點動時，花盤來回擺動。檢查：測量驅動控制系統中的±20V直流穩壓電源的紋波為4V峰峰值，大大超過了規定的范圍。

分析：在控制系統的放大電路中，高、低通濾波器可以濾掉，如：測速機反饋，電流反饋，電壓反饋中的各次諧波干擾信號，但無法濾除系統本身直流電源電路中的諧波分量，因它存在于整個系統中，這些諧波進入放大器就會使放大器阻塞，使系統產生各種不正常的現象。在點動狀態下，因電機的轉速較低，這些諧波已超過了點動時的電壓值，造成了系統的振蕩，使主軸花盤來回擺動，而且一旦去除諧波信號，故障馬上消失。

處理：將電壓板中的100MF和1000MF濾波電容換下焊上新電容，并測量紋波只有幾個毫伏后將電源板安裝好，開機試運行，故障消除。

3.3.2 機床PLC初始故障的診斷

機床PLC初始故障的診斷為了保護機床和維修方便，PLC有顯示和檢測機床故障的能力。一旦發生故障，維修人員就能根據機床的故障顯示號去確定故障類別，予以排除。但在實際加工過程中，我們發現有時PLC同時顯示幾個故障，它們是由某一個故障引起的連鎖故障，排除了初始的引發故障，其它故障報警就消失了。可是從機床PLC顯示的所有報警故障中，維修人員并不知道哪個故障是初始引發故障，維修人員只能逐個故障去查，這就增加了維修難度。機床PLC初始故障診斷功能，通過PLC程序，準確判斷出初始故障的報警號。維修中，首先排除初始故障，其它引發故障自行消失，這樣就極大地方便了機床的維修，提高了機床維修的快速性和準確性。

隨著生產力的發展，科學技術進步的需求而不斷發展和完善起來的生產工具，是生產力的重要素。根據我國的情況，我們要加強對數控機床從業人員的技術培訓，增強專業技術人員的實戰能力，保證數控機床的安全、正常運轉，提高數控機床在企業的生產效率。

參考文獻

[1]王晶，張君，王國偉，呂文元，高海波.數控設備維修理論探討[J].燕山大學學報；2004（05）.

[2]許兵.數控伺服進給系統精確定位的可靠性分析[J].科技促進發展（應用版），2010（02）.

[3]張根保，唐賢進，崔有志.數控機床功能部件可靠度建模與維護預警系統開發[J].計算機應用研究，2011（08）.

數控車床的優點范文第5篇

論文摘要：本人于2007年4月份進入廣東省廣州昊達機電有限公司進行畢業前的綜合實踐，從事有關變頻器的工作。本文介紹了采用數控車床的主軸驅動中變頻控制的系統結構與運行模式，并簡述了無速度傳感器的矢量變頻器的基本應用。

前 言

數控車床是機電一體化的典型產品，是集機床、計算機、電機及其拖動、自動控制、檢測等技術為一身的自動化設備。其中主軸運動是數控車床的一個重要內容，以完成切削任務，其動力約占整臺車床的動力的70%～80%。基本控制是主軸的正、反轉和停止，可自動換檔和無級調速。

在目前數控車床中，主軸控制裝置通常是采用交流變頻器來控制交流主軸電動機。為滿足數控車床對主軸驅動的要求，必須有以下性能:(1)寬調速范圍，且速度穩定性能要高;(2)在斷續負載下，電機的轉速波動要小;(3)加減速時間短;(4)過載能力強;(5)噪聲低、震動小、壽命長。

本文介紹了采用數控車床的主軸驅動中變頻控制的系統結構與運行模式，并闡述了無速度傳感器的矢量變頻器的基本應用。

第1章變頻器矢量控制闡述

70年代西門子工程師F.Blaschke首先提出異步電機矢量控制理論來解決交流電機轉矩控制問題。矢量控制實現的基本原理是通過測量和控制異步電動機定子電流矢量，根據磁場定向原理分別對異步電動機的勵磁電流和轉矩電流進行控制，從而達到控制異步電動機轉矩的目的。具體是將異步電動機的定子電流矢量分解為產生磁場的電流分量 (勵磁電流) 和產生轉矩的電流分量 (轉矩電流) 分別加以控制，并同時控制兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式稱為矢量控制方式。矢量控制方式又有基于轉差頻率控制的矢量控制方式、無速度傳感器矢量控制方式和有速度傳感器的矢量控制方式等。這樣就可以將一臺三相異步電機等效為直流電機來控制，因而獲得與直流調速系統同樣的靜、動態性能。矢量控制算法已被廣泛地應用在siemens，AB，GE，Fuji等國際化大公司變頻器上。

采用矢量控制方式的通用變頻器不僅可在調速范圍上與直流電動機相匹配，而且可以控制異步電動機產生的轉矩。由于矢量控制方式所依據的是準確的被控異步電動機的參數，有的通用變頻器在使用時需要準確地輸入異步電動機的參數，有的通用變頻器需要使用速度傳感器和編碼器。目前新型矢量控制通用變頻器中已經具備異步電動機參數自動檢測、自動辨識、自適應功能，帶有這種功能的通用變頻器在驅動異步電動機進行正常運轉之前可以自動地對異步電動機的參數進行辨識，并根據辨識結果調整控制算法中的有關參數，從而對普通的異步電動機進行有效的矢量控制。

第2章數控車床主軸變頻的系統結構與運行模式

2.1 主軸變頻控制的基本原理

由異步電機理論可知，主軸電機的轉速公式為:

n=(60f/p)×(1-s)

其中P—電動機的極對數，s—轉差率，f—供電電源的頻率，n—電動機的轉速。從上式可看出，電機轉速與頻率近似成正比，改變頻率即可以平滑地調節電機轉速，而對于變頻器而言，其頻率的調節范圍是很寬的，可在0～400Hz(甚至更高頻率)之間任意調節，因此主軸電機轉速即可以在較寬的范圍內調節。

當然，轉速提高后，還應考慮到對其軸承及繞組的影響，防止電機過分磨損及過熱，一般可以通過設定最高頻率來進行限定。

圖2-1 變頻器在數控床上的應用

圖2-1所示為變頻器在數控車床的應用，其中變頻器與數控裝置的聯系通常包括:(1)數控裝置到變頻器的正反轉信號;(2)數控裝置到變頻器的速度或頻率信號;(3)變頻器到數控裝置的故障等狀態信號。因此所有關于對變頻器的操作和反饋均可在數控面板進行編程和顯示。

2.2 主軸變頻控制的系統構成

不使用變頻器進行變速傳動的數控車床一般用時間控制器確認電機轉速到達指令速度開始進刀，而使用變頻器后，機床可按指令信號進刀，這樣一來就提高了效率。如果被加工件如圖2-2所示所示形狀，則由圖2-2中看出，對應于工件的AB段，主軸速度維持在1000rpm，對應于BC段，電機拖動主軸成恒線速度移動，但轉速卻是聯系變化的，從而實現高精度切削。

圖2-2 主軸變頻器系統構成示意

在本系統中，速度信號的傳遞是通過數控裝置到變頻器的模擬給定通道(電壓或電流)，通過變頻器內部關于輸入信號與設定頻率的輸入輸出特性曲線的設置，數控裝置就可以方便而自由地控制主軸的速度。該特性曲線必須涵蓋電壓/電流信號、正/反作用、單/雙極性的不同配置，以滿足數控車床快速正反轉、自由調速、變速切削的要求。

第3章無速度傳感器的矢量控制變頻器

3.1 主軸變頻器的基本選型

目前較為簡單的一類變頻器是V/F控制(簡稱標量控制)，它就是一種電壓發生模式裝置，對調頻過程中的電壓進行給定變化模式調節，常見的有線性V/F控制(用于恒轉矩)和平方V/F控制(用于風機水泵變轉矩)。

標量控制的弱點在于低頻轉矩不夠(需要轉矩提升)、速度穩定性不好(調速范圍1:10)，因此在車床主軸變頻使用過程中被逐步淘汰，而矢量控制的變頻器正逐步進行推廣。

所謂矢量控制，最通俗的講，為使鼠籠式異步機像直流電機那樣具有優秀的運行性能及很高的控制性能，通過控制變頻器輸出電流的大小、頻率及其相位，用以維持電機內部的磁通為設定值，產生所需要的轉矩。

矢量控制相對于標量控制而言，其優點有:(1)控制特性非常優良，可以直流電機的電樞電流加勵磁電流調節相媲美;(2)能適應要求高速響應的場合;(3)調速范圍大(1:100);(4)可進行轉矩控制。

當然相對于標量控制而言，矢量控制的結構復雜、計算煩瑣，而且必須存貯和頻繁地使用電動機的參數。矢量控制分無速度傳感器和有速度傳感器兩種方式，區別在于后者具有更高的速度控制精度(萬分之五)，而前者為千分之五，但是在數控車床中無速度傳感器的矢量變頻器的控制性能已經符合控制要求，所以這里推薦并介紹無速度傳感器的矢量變頻器。

3.2 無速度傳感器的矢量變頻器

無速度傳感器的矢量變頻器目前包括西門子、艾默生、東芝、日立、LG、森蘭等廠家都有成熟的產品推出，總結各自產品的特點，它們都具有以下特點:(1)電機參數自動辯識和手動輸入相結合;(2)過載能力強，如50%額定輸出電流2min、180%額定輸出電流10s;(3)低頻高輸出轉矩，如150%額定轉矩/1HZ;(4)各種保護齊全(通俗地講，就是不容易炸模塊)。

無速度傳感器的矢量控制變頻器不僅改善了轉矩控制的特性，而且改善了針對各種負載變化產生的不特定環境下的速度可控性。圖3-1所示，為某品牌無速度傳感器變頻器產品在低頻和正常頻段時的轉矩測試數據(電機為5.5kW/4極)。從圖中可知，其在低速范圍時同樣可以產生強大的轉矩。在實驗中，我們同樣將2Hz的矢量變頻控制和V/F控制變頻進行比較發現，前者具有更強的輸出力矩，切削力幾乎與正常頻段(如30Hz或50Hz)相同。

圖3-1 無傳感器矢量變頻器的轉矩特性

3.3 矢量控制中的電機參數辨識

由于矢量控制是著眼于轉子磁通來控制電機的定子電流，因此在其內部的算法中大量涉及到電機參數。從圖3-2的異步電動機的T型等效電路表示中可以看出，電機除了常規的參數如電機極數、額定功率、額定電流外，還有R1(定子電阻)、X11(定子漏感抗)、R2(轉子電阻)、X21(轉子漏感抗)、Xm(互感抗)和I0(空載電流)。

參數辨識中分電機靜止辨識和旋轉辨識2種，其中在靜止辨識中，變頻器能自動測量并計算頂子和轉子電阻以及相對于基本頻率的漏感抗，并同時將測量的參數寫入;在旋轉辨識中，變頻器自動測量電機的互感抗和空載電流。

圖3-2 異步電動機穩定態等效電路

在參數辨識中，必須注意:(1)若旋轉辨識中出現過流或過壓故障，可適當增減加減速時間;(2)旋轉辨識只能在空載中進行;(3)如辨識前必須首先正確輸入電機銘牌的參數。

3.4 數控車床主軸變頻矢量控制的功能設置

從圖1-1中可以看出，使用在主軸中變頻器的功能設置分以下幾部分:

1 矢量控制方式的設定和電機參數;

2 開關量數字輸入和輸出;

3 模擬量輸入特性曲線;

4 SR速度閉環參數設定。

第4章結束語

對于數控車床的主軸電機，使用了無速度傳感器的變頻調速器的矢量控制后，具有以下顯著優點:大幅度降低維護費用，甚至是免維護的;可實現高效率的切割和較高的加工精度;實現低速和高速情況下強勁的力矩輸出。

參考文獻

1. 王侃夫. 數控機床控制技術與系統[M]. 北京:機械工業出版社，2002.

2. 杜金城. 電氣變頻調速設計技術[M]. 北京:中國電力出版社，2001.

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