機床數控系統范文

導語：如何才能寫好一篇機床數控系統，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

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為了提高電路板焊接質量和焊接效率，改善焊接工人勞動條件，實現小批量電路板的自動化焊接，研制開發了一種智能三坐標臺式自動焊接機。該系統具有智能化程度高、精度高、焊接速度快等特點，能夠完成電路板上元器件的自動焊接；主要由滾珠絲杠三坐標運動機構、自動送錫機構、控制系統和上位機軟件組成；通過電機與絲杠的相互配合，上下位機的相互通信，使得焊接過程操作簡便，焊接質量優良，滿足了實際使用要求。

關鍵詞：

三坐標；自動；焊接機床；數控系統

一直以來，各個電子制造廠焊接電路板時運用的大多都是傳統的手工藝焊接的辦法，也就是人工手持電烙鐵來進行焊接的辦法，這樣對焊接工人技能需求就很高，且存在許多缺點。首先是速度慢，由于人太過于自由靈活，稍微受點影響就會導致焊接位置偏移，帶來焊接誤差，還非常容易出操作事端，發生較多的工傷事故。因而這種焊接辦法也在逐漸地被企業淘汰，與此對應的自動化焊接技術優勢凸顯，逐漸時興起來。

1系統總體實現過程

本系統是將三坐標移動精確定位思想靈活應用到電路板焊點定位上，被固定在軸上的焊槍可在空間中X、Y、Z三個方向自由移動，從而實現焊點的精確定位并依照命令執行焊接動作。X、Y、Z的具體坐標移動的位置也就是電路板的焊點位置，從AltiumDesigner軟件導出至Excel表格中，再由上位機采集通過串口傳送給下位機，單片機接收到定位坐標后給定細分器脈沖來控制電機驅動器，驅動步進電機轉動一定的角度，步進電機帶動絲杠上的滑塊實現三坐標的運動，通過焊槍的二維運動和焊臺的一維運動相互組合，定位至要焊接的焊點。焊槍由x、z方向的兩個步進電機來驅動絲杠，待x、z平面內定位完畢，y方向的步進電機開始運動，將載有電路板的焊臺運送到焊接位置，再由步進電機組成的送絲機構向高頻加熱器的線圈內送焊絲，焊絲通過加熱融化再加上烙鐵頭與焊錫的接觸來進一步加熱，即可對所需加工零件進行焊接，焊接時，溫度由非接觸式溫度傳感器檢測，保證工作過程中的溫度要求，當溫度過高或過低時便可進行手動調節，使整個系統的操作更加人性化。焊接完成后，x、y、z軸方向的步進電機反轉，并回到起始位置待命。

2控制系統設計

控制系統利用上位機導入電路板焊點位置的坐標數據，上位機和下位機通過串口通信，主要完成焊點坐標的信號傳輸，下位機接到上位機的焊點坐標后發出程序指令，電機驅動器接到指令后開始控制步進電機轉動，進而控制絲杠滑動平臺移動、通過坐標與步進電機的步距角還有絲杠的螺距之間的關系，設定相應的算法，使得三坐標準確定位?？刂葡到y主要由步進驅動器、主控芯片、液晶顯示屏等組成。主控芯片選用的單片機是Freescale公司的16位單片機MC9S12XS128。為了使步進電機移動的精度更高，從而使絲杠的傳動更加平穩，我們選擇了最大可16細分的ZD-6560-V4高性能步進驅動器。

3機械結構設計

機械部分主要是以實現x、y、z三個方向上的運動為主，此外還有對送絲系統的設計。焊槍固定在z軸方向的絲杠滑塊上，同時z軸絲杠又被固定在x軸絲杠滑塊上，并能自由移動，這樣就實現了焊槍的二維移動。帶有工件的焊臺則固定在y軸絲杠滑塊上，可實現焊臺的前后移動。此機械結構各部分的相互結合實現了三個坐標上的運動，焊槍可在工件上的任何一個位置進行焊接。

4下位機程序設計

單片機在接到上位機傳來的坐標信號后，發出終端，這時各個步進電機開始按指令執行，x，y，z三軸開始運動，定位至焊接點，等準備就緒之后送絲機構開始往下輸送焊錫絲，同時給焊錫和烙鐵頭加熱，二者溫度都達到要求之后便開始焊接電路板，某焊孔焊接完畢后，x，y，z三軸復位，等待下一次中斷信號，繼續焊接電路板上的其他焊孔。

5上位機設計

上位機采用C#可視化語言編寫，上位機軟件可與單片機進行串口通信，在上位機中輸入控件輸入焊點坐標位置，通過串口將數據發送給下位機，下位機接到信號后再處理并控制烙鐵頭的運動。

6結束語

該三坐標自動焊接機床的數控系統借鑒三坐標測量機的設計原理，為焊接機能夠實現精確定位焊點提供了較強的理論性依據。焊接精度高，系統采用絲杠傳動系統實現焊槍在空間X、Y、Z方向的移動，在最大程度上保證了絲杠的直線性和分辨率微小化，從而保證了加工的精確性，提高了焊接的精度。該系統整體結構穩定，外形美觀，制造成本低，軟件結構開放，編程操作和維修簡單，應用前景較好。

作者：王楠 俞雙懋 單位：山東科技大學機械電子工程學院

參考文獻

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[2]榮烈潤.三坐標測量機的現狀和發展動向[J].機電一體化，2001，6：8-11.

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關鍵詞：數控；控制器；系統；效率；質量

我國是一個機床生產和應用大國，但數控技術的應用水平還不高，嚴重制約著我國制造業水平的提高。國際上的相關開發計劃對我國的數控技術的發展提出了嚴峻的挑戰，同時也帶來了機遇。只有選擇合適的PLC才能使定位達到預期的效果。采用了PLC控制，使電氣部分的抗干擾能力增加，提高了機床的運行可靠性，因而增加了設備的柔性，提高了設備的使用效率。

1 數控機床組成結構及工作過程

1.1 數控機床的組成

數控機床由輸入、輸出裝置、數控裝置、可編程控制器、伺服系統、檢測反饋裝置和機床本體等組成。如圖1。

1.2 裝置過程

輸入設備是將不同的加工信息傳輸給計算機處理。由于數控機床發展早期階段，輸入設備是一個簡單的穿孔紙帶，目的是記錄信息數據，現已淘汰。目前，使用鍵盤，硬盤等的使用，大大方便了信息的輸入工作，也解決了存儲帶來的麻煩。輸出指的是輸出參數值的內部運作，一般在機器時，我們作為一個紀錄的工作，將這些參數保存，等過了一段時間，然后只需輸入參數并比較原始數據，可以確定是否正常運行。數控機床設備是機床本體的核心，核心時的數據處理全部完工后，可以運行命令指揮數據的工作。其功能是接收送來的脈沖信號的，通過系統軟件或邏輯的過程中，執行各個部分進行規定的、有序的動作。主軸控制可編程控制器是通過命令處理控制轉速，控制主軸正反轉和停止，進給保持，切削液開關，卡盤夾緊松開等動作；還涉及了關于機床開關外部控制。測試反饋裝置，主要是檢測速度和位移，并將信息傳遞給數控設備，實現閉環控制的反饋，以確保數控加工精度。

1.3 合理的安排

數控加工的準備過程較復雜，內容多，含對零件的結構認識、工藝分析、工藝方案的制訂、加工程序編制及使用方法等。首先要由編程人員或操作人員通過對零件圖作深入分析，特別是工藝分析，確定合適的加工工藝，其中也包含了裝夾方法的確定、工序劃分、走刀路線及其切削用量的選擇等。為了提高工作效率，進給保持不應該持續性的利用，應該合理性的利用機床。這項指標直接導致對機床利用率的評價。

2 機床數控系統需要解決的幾個問題

機床是由機械和電氣兩部分組成，在設計總體方案時應從機電兩方面來考慮機床各種功能的實施方案，數控機床的機械要求和數控系統的功能都很復雜，所以更應機電溝通，揚長避短。機床控制系統選件、裝配、程序編制及操作都應該比較合理，精度和穩定性都必須滿足使用要求。同時為便于調試和檢修，各項操作均設手動功能，如手動各軸快慢移動、主軸高低速旋轉、切削液及開關等。PLC按照邏輯條件進行順序動作或按照時序動作，另外還有與順序、時序無關的按照邏輯關系進行聯鎖保護動作的控制，PLC發展成了取代繼電器線路和進行順序控制的主要產品，在機床的電氣控制中應用也比較普遍。

在實際控制中如何既能提高定位速度，同時又能保證定位精度是一項需要認真考慮并切實加以解決的問題。精度是機床必須保證的一項性能指標。位置伺服控制系統的位置精度在很大程度上決定了數控機床的加工精度。因此位置精度是一個極為重要的指標。為了保證有足夠的位置精度，一方面是正確選擇系統中開環放大倍數的大小，另一方面是對位置檢測元件提出精度的要求。因為在閉環控制系統中，對于檢測元件本身的誤差和被檢測量的偏差是很難區分出來的，反饋檢測元件的精度對系統的精度常常起著決定性的作用。高精度的控制系統必須有高精度的檢測元件作為保證。當現場條件發生變化時，系統的某些控制參數必須能作相應的修改，為滿足生產的連續性，要求對控制系統可變參數的修改應在線進行。盡管使用編程器可以方便快速地改變原設定參數，但編程器一般不能交現場操作人員使用；所以，應考慮開發其他簡便有效的方法實現PLC的可變控制參數的在線修改。另外為了防止電壓過高損壞PLC，電源輸入端加上壓敏電阻。為了防止過熱。

PLC不許安裝在變壓器等發熱元件的正上方，變頻器與PLC、伺服驅動器等保持一定距離。在元件間留有適當的空隙，以便散熱，并且在配電箱上安裝風扇降溫。此外，為保證控制系統的安全與穩定運行，還應解決控制系統的安全保護問題，如系統的行程保護、故障元件的自動檢測等。

3 機床定位伺服控制系統分析

3.1 淺談數控機床

數控機床是一種高效率，高精度的自動化現代化設備，提高數控機床的可靠性，安全性已變得非常重要?？煽啃栽u估主要指標之一是可靠性。機床功能部件對數控機床的性能和功能有擁有開拓的非常重要的作用。所以它與不同的零部件和配件，不僅要有結構的協調合作，一般使用，而且它具有最優越的性能，而且還可以證明機床的個性化功能。用于高速數控系統不能僅可以提高數據處理能力，而且應該有加速和減速控制功能，平穩控制等先進技術。因此，我們必須選擇一個穩定，可靠的控制單元，以確保正常和有效的機床運行。

3.2 單步功能

單步動作為一種輔助工作方式常常在工作臺的調整中使用。機床的機械允許界限和實際加工要求的選擇決定于伺服系統最高速度，速度提高生產率也提高，但對驅動設施要求也就提高了。此外，從系統控制的角度來看，也有測試和反饋的問題，特別是在計算機控制系統里，我們必須考慮有足夠的時間進行軟件處理。在全閉環伺服控制系統，部件和位置檢測元件選擇的反饋是必不可少的。數控機床應具有穩定性，快速性和高精度。在大型數控機床中，機械傳動的時刻擁有較大的慣性，固有低頻率。全閉環包括了進給系統軸的不穩定因素，當不正確的調整，會使機器很容易出現抖動現象。因此，全閉環數控機床伺服系統的速度比在穩定的情況下半閉環伺服系統，定位精度高。伺服電機編碼器將檢測信號反饋到伺服驅動器，伺服電機的速度和輸入脈沖頻率信號成正比，但是電機編碼器則是由脈沖數決定

4 相關程序設計與操作

PLC通過編程器輸入程序，達到控制目的。由于PLC的工作過程是循環性的，因此會快速的執行程序。另外針對軟件故障，必須在設計上采用直接導入程序，執行自動停止運行，這時機器會停止運作程序，有效地減少事故的發生。

5 小結

我國目前對數控技床的需求日益增加，國內市場的需求量很大，所以我國機床企業必須奮發圖強，不斷擴大技術隊伍和提高人員的技術素質，學習和引進國外技術的先進科學技術，以便早日趕上世界先進水平。

參考文獻

[1] 戴 同.CAD/CAPP/CAM基本教程.機械工業出版社.1997.4

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關鍵詞：數控機床控制；故障診斷系統；設計；實現；措施

引言

數控機床對于當前時代的發展具有重要的意義，特別是在時展速度不斷提升的今天，對于我國經濟發展的重要性也是在不斷的提升。數控機床是一種典型的機電一體化的系統，并在實際的制造行業發展中發揮了重要的作用。但是，數控機床控制系統在當前的情況下還存在較多的問題，尤其是故障診斷的不及時，以及發生頻率較高的故障問題，都是會對制造業的進一步發展產生較大的影響。因此，數控機床的控制系統設計，故障診斷系統的有效實施，對于數控機床運行效率的顯著提升，對于當前經濟的進一步發展都是具有重要的意義，需要在數控機床應用的過程中，不斷進行故障診斷系統的設計與完善，才能保證數控機床控制系統實現原有的功能。

1數控機床發展的現狀

（1）數控機床的內涵。所謂數控機床，主要是指在使用數控技術基礎上的機床，更為簡單的來說，就是在機床中安裝了數控系統。根據國際信息處理聯盟技術委員會對于其定義，主要是指機床中安裝有程序控制系統，借助于這些系統的存在能夠實現機床的絕大多數的功能。（2）數控機床的發展歷程。數控機床的發展是在二十世紀四十年代中開始，當時的機械工程師已經是提出了在機械加工中應用數字控制技術的思想。具體應用的時間實在1970年左右，當時英特爾公司開發出了相應的微處理器，正式實現了在機械加工中應用數字控制的目的。不僅如此，在近半個世紀的發展中，數字化處理技術的不斷完善，計算機的普及，以及機械加工行業的有序發展，都是促進了數字化控制在機械加工行業中的應用，不僅是提高了生產效率，還在一定程度上促進了社會經濟的有效增長。當前，數控機床發展出現了兩個趨勢，一方面，是數控系統逐漸向著網絡化的方向發展。隨著計算機技術的普遍應用，對于各行各業都是產生了巨大的影響，特別是在數控系統開放程度不斷提升的過程中，實現了數控系統的通用性和適應性的提升。同時，利用PC機還能夠豐富數控系統的硬件資源，對于數控系統的柔性和擴展性的提升也是具有重要的意義。另一方面，是數控系統出現了智能化的發展趨勢。當前的時代，是一個智能的時代，人工智能的出現，并且伴隨著在計算機領域的滲透不斷提升，對于數控系統的影響也是在不斷地提升。在這樣的背景下，數控系統已經是逐步引入了神經網絡控制機理、自適應控制機理以及模糊系統的控制機理，實現了數控系統的自動編程，前饋控制以及自適應控制等，在工藝上也是實現工藝參數的自動生成以及三維刀具補償等，這些技術的有效利用提升了機械加工的質量，還能夠改善人機之間的關系，使之朝著人機互動更加友好的方向發展。值得注意的是，在智能化發展的過程中，私服系統智能化的主軸交流驅動和智能化進給伺服裝置，還能夠實現自動識別負載并進行參數優化的目的。（3）數控機床發展的現狀。數控機床具有較高的生產能力，在制造業中發揮了巨大的功能，因此，數控機床一經面世，就是收到了較高的關注，獲得了較大的市場。但是，在數控機床應用的過程中，還是存在著一些問題，這些數控機床中存在的故障，不僅是難以保證其生產進度和生產效率，還會在一定程度上造成社會經濟的損失。對于數控機床中存在的故障，具體可以歸納為以下幾類：首先，數控機床的驅動部件存在的問題。數控機床中的驅動部件主要是指伺服電動機，主要發生故障的驅動部件就是異步型交流伺服電動機。在這種伺服電動機中由于軸承、轉子以及定子等各個部位的不同，發生故障的嚴重程度和影響程度也是會有所不同。在軸承中經常發生的故障是軸承的脫落或者是磨損，并且由于轉子和定子之間的氣隙存在的不均衡問題，不僅是會造成機床的振動超速，還會造成倒條和端環承受力分布的渙散。其次，數控機床支承部件存在的問題。在數控機床中的支承部件主要是指其軸承。軸承對于數控機床的正常運轉具有重要的作用，在多數情況下是有內外圈、保護架以及滾動體等部分組成的。在數控機床支承部件中最為重要的軸承是滾動軸承，該軸承有著彈簧性和非彈簧性兩種性質，并且在使用的過程中能夠實現各個部件之間的振動。由于非線性彈簧性質的存在，極為容易造成滾動軸承的磨損，一旦出現磨損甚至會威脅到整個設備的正常使用。最后，數控機床傳動設備存在的問題。數控機床的傳動設備只要是指機床導軌、工作臺以及溜板和滑座，在這些部件中機床導軌的對于整個產生的意義最為重大，幾乎是影響到了數控機床加工的精密程度以及機床的使用壽命。因此，機床導軌與數控機床之間的關系最為緊密。在傳動設備中最常見的問題就是在于導軌表面出現變形的問題，這種變形會使得整個導軌表面的摩擦阻力發生變化，會在機床運行的過程中影響到問題，以及受力面積不均衡問題。

2對數控機床故障診斷系統的設計

在數控機床中可能出現的問題不僅是會影響到數控機床的實際生產，還會對企業以及社會的產生不利的影響。因此，針對于在數控機床中存在的問題，應該設計出相應的數控機床故障診斷系統，盡可能保證在最高效的時間內解決問題。（1）設計出數控機床自我診斷功能。目前，數控機床對于我國的制造業的發展具有重要的意義，因此，在實際的應用中的范圍較大，應用數量也是相對較多，需要在數控機床研發的過程中，借助于先進的檢測設備，尤其是精密水平儀、精密方箱以及測微儀等，實現直接對于故障源的測量，并且結合人工智能檢測的方法，對在電氣系統中存在的問題進行診斷和解決。不僅是如此，一旦發生多臺機床同時運作的過程中出現問題，就需要進行信號處理和邏輯推斷的方式，才能實現故障的診斷和解決。在對多臺數控機床進行問題診斷的過程中可以采用信號分析的方法，這種方法能夠更為精確的判斷機床的振動以及溫度變化的情況，精確的找到故障源。信號分析方法主要是有兩種，一種是時域分析法，另外一種是頻域分析法，前者主要是在分析的過程中使用原有確定的數學模型，并針對數控機床在實際操作中的信號的波形在時間變化中的規律，應用典型數據抽樣的方式進行相關的分析和計算。其實質是借助于數學函數計算信號的峰值與標準偏差。相對于前者來說，頻域分析法是一種以非正弦周轉性電路為基礎，并且能夠實現子啊動態數據分析的基礎上，對信號進行更為深層次的分析和處理。（2）數控機床控制診斷系統的設計。在診斷數控機床診斷的基礎上，應該設計出相應的數控機床解決系統，才能保證盡可能降低問題產生的后續影響。一方面，應該建立起相應的硬件控制系統。建立這樣一個系統的主要目的是，能夠在這個系統平臺中實現為用戶搭建電路的目的不僅是如此，還能夠實現各個相關的硬件儀器之間的有效連接。當收集到一定得數控機床操作數據之后，還需要將相應的圖像輸送到數據庫中，在傳遞的過程中要保證傳遞的信息具有較高的真實性和準確性。為了達到這個目的，需要選擇一些精度較高，分辨率高的數據采集卡，并且配置高質量的數據電線電纜，只有只有這樣才能保證傳輸信號的質量較高。另一方面，制定出數控機床控制的網絡化結構。在現在社會中，由于計算機的普遍使用，各行各業之間的聯系愈加緊密，已經是形成了網絡化的社會結構。這種結構的形成在數控機床控制中也是具有重要的作用，需要在診斷數控機床問題的過程中，實現與網絡技術，通信技術等進行聯系，保證在前端診斷出相應問題的基礎上，在后臺控制中能夠盡可能實時的解決問題。這就需要將互聯網設備與數控機床有機的連接起來，在系統分析問題的基礎上，有維修工程師實時的對問題進行計算，制定出最佳的或者是最優的解決方案，實現數控機床問題的快速解決。

3結論

數控機床是一種典型的機電一體化的系統，數控機床故障診斷系統的設計與實現，對于提升數控機床生產的效率具有重要的意義。不僅如此，數控機床故障的及時診斷，不僅是可以降低問題帶來的損失，還可以借助于前饋診斷技術，消滅一些尚未出現的問題，進一步提升其生產效率。在當前時展的過程中，由于市場以及消費者對于機械加工提出了更多新的要求，對于機械加工產品的質量要求也是在不斷地提升，在這樣的情況下，需要對于數控機床的控制系統和診斷系統進行深入的研究，并且借助于現代化的技術手段，實現有效提升數控機床的運行效率，改善數控機床中存在的問題。

參考文獻：

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[3]杜國臣,王士軍.機床數控技術[M].背景：北京大學出版社,2006.

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關鍵詞：數控技術 故障分析與維修

中圖分類號：TG695 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2012）09-0197-01

1、數控機床電氣系統具備的基本特性

1.1 比較高的可靠性

數控機床的運行時間都比較長，生產任務大，這就要求數控機床要有穩定的可靠性。所以，現在很多高可靠性，容錯，冗余技術都被嵌入了數控電氣系統的設計之中。機床上面的電氣零部件都是選用符合國家標準的技術過硬的零件。

1.2 系統的維護要具有系統性

系統電氣元件中有部分元件是容易損壞的元件，這些元件在設計時要利于更換，并且這些元件的工作環境要相對簡單，動作可靠，穩定，不會出現錯誤的動作等。

1.3 要與時俱進

在電氣系統穩定，可靠的基礎上，技術還要有先進性性，在元器件發展過程中，要采用比較新型的電子元器件，比較選用技術先進的，穩定使用的電子元器件。

1.4 要有較舒適的人家交換操作模式

數控機床的電氣系統在設計的時候要符合人體力學的原理，比如說，控制面板的高度要符合人的平均高度，并且在操作的時候要能夠使操作者操作方便，舒服，并且操作平臺要放在顯眼的位置。比如說急停開關，這個元件必須放在比較明顯的位置，讓操作者方便使用。

1.5 要具有比較好的穩定性

數控機床工作環境在不同的企業都不盡相同，這就需要數控機床能夠工作在比較寬的環境下。首先最重要的就是電壓的波動問題，第二是目前電網中的噪聲干擾的問題，這就需要電氣系統要有一定的抗干擾能力，但是還不能影響外部系統的穩定，不能相互干擾。

1.6 要有比較好的控制特性

機床中所有的伺服電機必須要具有較高的平穩，快速，無電壓波動，溫度異常升高等現象發生。

1.7 電氣系統的安全性要有保證

電器裝置的絕緣裝置要保證完整性，電氣系統在發生問題時要有一個互鎖功能，要有比較可靠的接地，防護裝置要完善，同時操作人員的安全性要得到保證，這些電氣部件的防護罩要具有防塵，防油污，防水的功能，移動比較頻繁的的電纜線要有拖鏈防護或者是安裝保護套，防止纜線折斷或短路而造成漏電故障，特別是在溫度和濕度較高的季節，要有防觸電，強迫風冷，防碰傷的保護設施。

1.8 狀態顯示要及時顯示

對于電氣系統的故障，要有及時的屏幕顯示，同時指示燈指示要能準確反映各項安全操作指示。

2、數控機床電氣系統的基本故障特點

（1）電纜線的長期磨損造成斷線或者短路，有的時候橡膠電線粘化，膨脹，直接導致絕緣系統故障導致短路。（2）電氣系統在受到外界影響造成故障，如電柜溫度升高過快，環境溫度比較高致使有些電器元件發生損壞。（3）故障原因明了，診斷方便是電氣系統故障的維修特點，但是出問題的概率比較高。（4）異步電動機進水導致冷卻泵、排屑器、電動刀架等的損壞，軸承超負荷運行造成電機故障。（5）數控機床電氣系統的故障可分為以下幾類：1）從發生的部位分為硬件故障和軟件故障；2）從故障出現的偶爾性可以分為系統性故障和隨機性故障；3）從故障有無指示可以分為有診斷指示故障和無診斷指示故障；4）從故障出現時有無破壞可以分為破壞性故障和非破壞性故障。

3、掌握和分析數控系統電氣故障

數控機床電氣系統故障出現后，我們可以從調查、分析與診斷這三個步驟出發，對故障展開排查，找出故障的原因，具體表現為：（1）詢問檢測，當故障發生后，現場要先保持，同時查看故障出現時的指示情況，觀察故障現象及故障產生的外部因素有哪些。（2）當檢查者到達現場之后，首先需要要求當事人敘述當時的情況，通過當事人的描述，可以提高判斷故障的準確性。（3）故障分析，從現場已知的故障展開分析，根據個人的經驗分析故障肯可能產生的原因，最終獲得故障相關信息。（4）故障分析完后需確定原因，必須通過診斷維護書籍和個人經驗來判斷故障發生的點和如何排除故障的方法。（5）排除故障，有些故障可能是一個很小原因導致的，有些故障則往往較復雜，需要在排除故障之前做一系列的準備工作。

4、典型機床電氣系統故障分析。

4.1 數控機床電動四方刀架換刀故障分析

典型的CK6140數控車床，出現以下故障現象：當使用手動和自動換刀功能時刀架出現不換刀現象，數控系統顯示報警信息“換刀時間過長”。此時應該先檢查時間參數沒有被修改，此時的控制狀態是否正確，檢查電氣柜中的繼電器是否處于正常工作狀態，發現繼電器的觸點沒有工作，由此可以判斷是繼電器元件損壞，經過檢查發現是繼電器保險絲燒壞，經過儀器檢測，發現電動機的兩相續間電阻很小，最后發現接線盒上有很多鐵屑，故障問題就出現在這里，而避免此問題的主要方法就是操作工清掃機床時要將機床的各個角落打掃干凈。

4.2 無法回參考點故障的原因和分析

數控機床名稱XK8140數控銑床，故障現象：X軸回參考點失敗。通過系統進入I/O診斷頁面，按動X軸軸向開關，軸沒有任何動作，初步判斷有可能是X軸限位開關發生了故障，此時可以選擇將行程限位開關打開，通過目測可以發現里面有少量液體，造成開關短路，此時可以通過更換行程限位開關來解決這個故障，但是同時還要解決好液體停留在里面的原因，此時發現傳輸切削液的塑料管發生了破裂，那么只有將這個破裂的塑料管修復好就可以解決故障了。

數控機床的電氣系統故障，主要是由于這些硬件觸點和開關發生了故障而導致的報警等問題的出現，其實我們在平時的養護過程中只要多注意對這些觸點的保養和定期的檢測更換，就可以避免這些問題的出現。

參考文獻

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關鍵詞：數控機床；CNC PLC

1.前言

數控機床主要由程序介質、數控裝置、伺服系統和機床主體四部分組成。隨著電力電子技術的發展使得微處理器等硬件性能有了較大的飛躍，使得數控機床在通用性、柔性、適應性和擴展性上有了較大的提升，隨著計算機軟件的發展，推動了數控機床向智能化和網絡化的發展。

2.Fanuc 機床控制系統的設計

2.1機床整體設計

雙工位立式加工中心系統主要由機床主體、數控系統、電器防護裝置、氣動裝置、液壓裝置和輔助裝置等幾部分組成。

通過控系統控制機床主體。采用伺服電機通過高精度的滾珠絲杠來實現對X、Y、Z軸的驅動；通過減速機構來驅動A、B軸；通過減速機構來驅動ATC刀庫的旋轉；

采用主軸電機通過V形帶來驅動主軸旋轉；采用液壓裝置和電磁閥來控制APC設備。采用液壓裝置和氣動裝置來實現對夾具裝置的控制。

2.2 機床電氣控制系統的要求

機床電氣控制系統作為機床的重要組成部直接影響機床的加工精度和效率。通常對電氣控制系統要求如下：

（1）可以通過按鈕對機床各各部件進行單獨的控制，以便于調整和對故障的恢復

（2）通過單獨控制進給軸來實現手輪模式、快速移動模式和回零模式。

（3）通過在輸入介質上輸入程序來實現程序編輯模式和遠程控制模式，進而控制機床的運動。

（4）根據實際工件設置循環啟動模式來實現機床周期性循環動作完成自動上料加工，直到系統收到停止信號。

2.3機床控制系統設計

控制系統應采用控制方式簡單、開放程度高、成本低的控制技術以實現項目成本低、易用性和可靠性高的要求。

為保證工作臺的定位精度，在驅動電機上應用高精度的編碼器作為反饋器件，實現了半閉環控制。

Fanuc 0i-MD具有良好的人機交互界面，以達到易用性和直觀性；同時配用Fanuc α系列主軸伺服驅動系統及相應的伺服放大器以實現精度1μm超高精度并且有效保證了設備加工的穩定性、快速性和準確性，同時兼顧了經濟性和可移植的特性。

雙工位立式加工中心控制系統的硬件配置如圖2.1控制系統示意圖所示。采用了集成可編程機器控制器（PMC）和運動控制的一體式結構的計算機控制系統（CNC）。

圖2.1控制系統示意圖

Fanuc 0i-MD系統在液晶顯示器背面集成了一體化的控制單元，使系統結構緊湊，便于安裝。

PMC模塊的作用是依據控制軟件，協調機床運動部件的動作過程。如在主軸位置控制過程中，PMC模塊程序指令向主軸伺服定位單元發出信號，信號經過定位單元、信號放大器和伺服電機來實現精確的位置控制。

計算機控制系統（CNC）通過高速串行伺服總線（FSSB）與主軸伺服放大器通信，進而實現控制主軸伺服電機的運行的目的。

計算機控制系統通過集成的伺服軸卡與各進給軸、旋轉軸的伺服放大器通信，實現了對各進給軸、旋轉軸伺服電機的控制。提高了大控制的效率和可靠性，高度集成化減少了機床內部排線降低了故障率。

Fanuc I/O Link通常用來可將機床部的輸入輸出和刀庫電機伺服放大器等器件與CNC連接起來；借助以太網功能，可與PC進行數據交換、遠程監控診斷。

Fanuc 0i-MD系統采用中斷型結構模式，共有10級中斷優先級，其中0級為最低優先級，9級為最高優先級，2、3級為軟件中斷外，其余為硬件中斷。

Fanuc 0i系統依據如下順序運行：輸入零件加工程序、通用譯碼、大數據處理、進給速度控制、插補運算、伺服輸出。Fanuc 0i系統采用軟件粗插補和硬件精插補的方法，節約CPU運算時間。提高運動部件的線速度，達到提高加工效率的目的。

3.機床電氣控制設計

3.1 強電電路結構

圖3.1 強電電路結構圖

機床總電源通過變壓穩壓器提供，通過電源開關NFB1進入機床主電柜后分成數路：

（1）通過溶斷開關NFB3給油壓電磁閥回路供電并受空氣開關CB3控制；給油冷機電氣回路供電并受空氣開關CB3控制；給交流電機電氣回路控制并受空氣開關CB4控制；給直流電源模塊P1和P2供電，并分別受空氣開關CB5和CB6控制；

（2）直接給風扇供電并受空氣開關CB2控制；

（3）通過主接觸器MC0和相匹配的交流適配器給主伺服放大器電源模塊和β伺服模塊供電，并通過 CX3開關給主接觸器MC0線圈供電。

3.2 強電控制電路

機床電氣的控制三個部分如下：

（1）操作箱上部為CNC本體和液晶顯示器，下部為帶有按鈕、開關和指示燈的操作面板；

（2）電氣柜內部的伺服放大器電路、以及β伺服模塊、I/O模塊、變頻器、空氣開關、繼電器、接觸器、直流電源模塊、端子臺等；

（3）設置在床身上的電機、電磁閥、行程開關、傳感器和照明電路。

除以上強電電路和強電控制電路外還設有交流電機控制電路。PMC信號通過接觸器或繼電器控制交流電的通斷，經過熱保護或電涌吸收器保護電路，進而控制電機的運轉。

4.結論

對機床控制系統整體進行設計，采用Fanuc 0i-MD控制系統，設計了強電電路強電控制電路和交流電機控制電路，實現了對機床的控制。

篇6

Abstract： The NC machine tool using ratio is defined in this paper. The importance of machine using ratio in equipment management should not be disregarded. A distributed data acquisition system which is made up of PLC， HMI and host computer is well researched. The system is proved out by a test unit and it can totally meets the requirements.

關鍵詞： 數控機床；利用率；采集系統

Key words： NC machine tool；using ratio；data acquisition system

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）11-0081-02

0 引言

近幾年科研生產任務量逐年增加，然而設備和人員卻不可能無限制的增加。如何提高現有機床設備的利用率來提高產量并且滿足精益生產的要求，已成為一個棘手的問題。對所有機床利用率進行分析，尋找影響機床使用效率的原因并采取針對性措施是解決這一問題的重要方法。但是機床利用率的統計工作目前只能通過粗略的人工統計方式進行，實時性、準確性均難以滿足要求。

隨著網絡技術、信息技術和大數據技術在商業及工業領域的大量使用，這些技術的應用效果越來越顯著，對提高銷量或產量有著極大的推動作用。因此應當將這些技術應用到數控加工生產中去，建立起一套基于MDC（生產數據采集）技術的數字化、網絡化的加工中心運行監控管理系統來輔助管理和決策部門合理安排生產，最終實現生產效率提升。鑒于目前市場上仍然缺乏此類成熟產品，而且難以給出適應西安飛行自動控制研究所實際情況的解決方案來，因此本文主要以機床運行時間采集系統作為研究對象，對相關技術進行應用試驗和驗證，嘗試開發適合所內現狀的數控機床運行時間采集管理系統。

1 數控加工中心運行時間自動采集方法

機床利用率數據是由機床運行時長與開機時長的比值確定，比值越小就說明機床真正用于加工的時間越短。開機時長是指機床通電后的持續時間長度，反映出機床是否可用。包含了準備時間、等待時間、運行時間等。運行時長為機床實際加工所用時間長度，可等效為執行自動程序所用時間。

針對這兩個時間的自動采集方法主要有兩種，一種是通過與加工中心數控系統通信的方式直接采集，另一種是通過外部儀器設備捕捉機床運行時產生的特征信息間接采集。

直接采集需要通過數控系統提供的通信端口并結合相應的軟件或硬件才能實現。由于數控系統一般都不是開放的，通信協議也不同，想要通過一個平臺直接訪問多個品牌的數控系統內的變量是很困難的。據調研，國內很少有成熟的解決方案。國外也非常少，蓋勒普公司有一套完整的MDC系統解決方案，但是價格高昂，并且不一定能滿足我所實際需求。與數控系統通信會帶來信息泄露和數控系統被惡意破壞的安全風險，另外，由于直接采集要使用數控系統通信端口，使用中有可能會因為雷、電網波動等原因燒壞通信端口甚至是數控系統（已有此類故障發生）。其次，直接采集方式對于沒有數控系統或類似控制器的普通機床、特種設備和其它科研生產設備都無法應用，使用范圍有限。因此本文不傾向于直接采集方式。

間接采集可以不受數控系統軟件和硬件的限制，不會對機床及控制系統產生任何影響。通過附加的裝置采集能夠反映機床運行狀態的信號，這些裝置又可以連接成網絡，并由上位機統一記錄數據和監控管理。該方法的優勢在于成本低，容易實現，通用性、擴展性強。國內已經有多個企業在嘗試用該方法研發設備運行時間采集系統。據悉，有公司通過采集機床加工時的負載電流這一特征信號實現對機床運行時間的采集。因此本文最終選擇間接采集方式。

要實現間接采集，最關鍵的一點就是找到能夠反映機床運行狀態的特征信號，這個信號能夠在機床開始加工零件的時候出現，還能在加工完畢時消失?？偨Y日常維修改造的經驗，本文認為采用機床加工負載電流作為機床運行特征信號存在較多缺陷，比如每臺機床的電流閥值都不相同，需要逐臺進行標定；模擬量采集有誤差；存在較多干擾因素等。

為了尋找并確定合適的特征信號，本文選取了所內30余臺典型的數控加工中心作為研究對象（見表1）。經過逐臺對比分析，發現機床內部的直流電源的輸出端或者通電時間計時器可以反映出機床是否通電，而機床自帶的自動程序運行時間計時器或者指示自動程序正在運行的指示燈可以反映出機床是否處在運行狀態，以這些開關量信號作為特征信號，不需要模數轉換，因此更易實現且可靠性高。

2 數控加工中心運行時間采集系統組成及實現

本次研究采用目前較為成熟的技術和產品來構建該采集系統。由圖1可見，采用西門子S7-200型PLC采集機床運行特征信號，再由人機界面顯示、記錄該信號并傳送至上位機。人機界面可以查詢對應機床一個月內的通電和運行記錄，還可進行操作人員登陸和注銷操作。通過上位機可以瀏覽所有接入系統的機床的開機時長、運行時長和其他狀態信息。人機界面和上位機中運行界面均使用昆侖通態的MCGS組態軟件進行開發。

該采集系y在工作狀態下能夠自動判斷和記錄機床狀態的變化情況，無需人工干預。信號通過硬接線方式從機床電氣柜中適當的節點取出，接入PLC輸入端口，必要時可使用繼電器進行隔離轉換。當機床通電后，PLC就能捕捉到相應的信號并反饋給人機界面，人機界面會記錄通電的時間并以此為起點開始累計通電時長。當機床開始執行自動程序時，PLC又會捕捉到相應信號并反饋給人機界面，人機界面以自動程序啟動時間為起點開始計時，直到該程序執行完畢。當執行完下一個自動程序后，執行該程序所用的時間會累加計入當日的機床運行時長當中。

3 試驗驗證

3.1 制作信號采集箱 為了安全可靠地完成現場信號采集和記錄，將PLC和人機界面及相關裝置集成在一個采集箱中。對PLC和人機界面進行編程和相應設置，使其具備自動采集和記錄的功能。

3.2 單機采集試驗 選擇一臺DMU 60P鏜銑加工中心作為試驗對象，將采集箱布置在合適位置（見圖3）。查閱該機床電路圖，找到合適的電氣節點，用電纜將特征信號采集節點接入采集箱中。接通采集箱內PLC和人機界面的電源，驗證采集箱能否正確采集和記錄機床狀態變化。采集箱接通電源后就自動進入工作狀態。

開機時長的記錄。開機時長每日統計一次，最大值1440分鐘。當機床通電時，試驗箱捕捉到了上電信號，人機界面上顯示機床上電的指示燈點亮，并以此時刻作為起點開始計時。當機床斷電時，指示燈熄滅，計時結束，這段時間就作為當日的開機時長被記錄下來。

運行時長的記錄。運行時長也是按日統計，該時間不大于開機時長。當機床操作者按下“NC Start”按鈕開始執行自動程序時，采集箱捕捉到程序啟動信號，人機界面上點亮相對應的指示燈，并從此刻開始計時。當該段程序執行完畢，機床停止時，計時也自動停止，機床剛才運行的這段時長被自動記錄下來。同樣，機床執行其它程序所消耗的時間也被記錄下來，并與之前的計時進行累加。

每日結束時，系統將當日的開機時長和運行時長進行統計并將結果存入數據庫，方便日后查詢。經過一個月的采集，可以在人機界面中查看到該機床運行時長的所有記錄。從記錄的結果來看，記錄的數據與機床實際運行情況是完全相符的。

3.3 聯網試驗 用一個采集箱、一臺人機界面（模擬一個采集箱）和一臺計算機組成一個采集系統，進行編程和設置后進行聯網測試，驗證上位機的監視和控制功能。從圖4可以看出上位機接收并顯示了設備1和設備2的運行狀態信息，具備了遠程集中監控管理功能。

4 研究結論

經過前期調研和多項試驗驗證，證明了通過采集能夠反映機床運行狀態的開關量特征信號，可以實現對機床是否運行進行判斷。以此方法建立的數控加工中心運行時間采集系統能夠實現機床運行時間的采集和記錄，并且可以進行聯網和集中監控。優勢：投入成本低，容易實現；每臺機床都是一個獨立子系統，可以按需配置、靈活調整，不受機床自身軟硬件條件限制；PLC和人機界面功能豐富，可以擴展多種監視和控制功能，還能夠擴展應用到普通機床和其它科研生產設備中；通過以太網可實現大規模集中監控。不足：采集精度仍需提高。自動程序運行中包含了換刀、測量和其他非加工時間，目前采集到的時間仍然不能完全反映純粹的加工時間，因此還需要作進一步研究；對于沒有計時器或運行指示燈的機床不適用，還要尋找新的解決辦法?？傊?，經過后期的改進完善，該采集系統即可投入使用。如果全面應用，將成為生產管理部門和決策層的重要管理工具。

參考文獻：

[1]李斌，李培根.數控技術和裝備發展趨勢及對策[J].機電產品開發與創新，2002（05）.

篇7

關鍵詞：PLC；冷卻；；照明

PLC（programmable logic controller），通常用于設備的自動控制，其工作原理是循環掃描工作方式，工作過程大致分為 3 個階段：輸入采樣、程序執行、輸出刷新。PLC用于數控機床，主要是用于機床的輔助電氣控制，叫可編程序機床控制器，也可稱之為PMC（programmable machine tool controller）。在數控機床的電氣控制系統內PLC模塊主要用于實現機床輔助設備的控制，包括冷卻系統、系統、照明系統、換刀系統、自動對刀等。本文將著重講述PLC在冷卻、系統和照明系統的設計。

1.PLC發展歷程

它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字量、模擬量的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。

PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。在可預見的將來，PLC在工業自動化控制特別是順序控制中將占據主導地位。

2.PLC 的總體外部接線設計

本系統的輔助電氣控制系統的系統有兩個輸入，兩個報警輸出；冷卻系統也有兩個輸入，兩個報警輸出；照明和信號燈系統有一個輸入，四個輸出。

3.與冷卻控制系統設計

機床和冷卻系統的較好設計，是非常重要的。對于各種機械設施的保養、維修、使用都有著十分重要的作用。但是在與冷卻系統的電氣控制方面，依然存在一些問題：一是和冷卻系統的工作狀態監控，這方面也是很重要的；二是設置的與冷卻的循環和補給容易造成浪費，所以我們要較好地設計，這樣才能達到節約資源，不浪費的目的，一方面為自己的企業，另一方面也為了國家的能源。

與冷卻系統的電氣控制原理分為兩部分：電機控制和 PLC 控制。

當系統準備好之后，計算機數字控制（CNC）系統發出信號，使得系統開始工作，首次15s后，電機停止工作。

當壓力開關接通時，開始計時 25min，計時完成后，壓力開關斷開，冷卻電機在此工作15s，并循環工作。同時設定X7 為電機過載，X10為冷卻電機過載，X9為油不足，X11 為冷卻液不足開關信號。當這些信號有效時則系統會發出報警信號。

工作過程可以這樣描述：首先通過兩個相互作用的時間繼電器T，實現冷卻的工作時的間隙工作；再使用PLC 準備好信號，使特殊繼電器 M8001為1，開始首次冷卻；首次冷卻結束后，當壓力開關閉合時，中間繼電器 M1開始工作，使得系統再次工作；15s后使得時間繼電器T2為1，當壓力開關斷開時，中間繼電器T3為1，M1停止工作，延時25min后，再次運轉。由此完成系統的周期動作。然后再通過X7，X8，X10，X11實現冷卻系統的報警和手動控制。

4.照明與信號燈系統設計

數控機床要求照明系統在開機的時候立即打開，并且在控制柜里面的照明系統是在打開控制柜的時候開啟，關上電柜箱門的時候關閉。而信號指示燈主要是開機時亮黃燈（表示系統準備好），系統緊急停止，或者報警的時候亮紅燈，而系統正常運行的時候是亮綠燈。

5.總結

數控機床是現在制造工業的核心母機，數控系統又是數控機床的核心，而數控機床的電氣控制系統是數控系統可靠性能的保障，可以說數控機床電氣控制系統的優劣，決定了控制系統的性能。機床電氣控制系統包括機床供配電系統、主軸控制系統、進給軸控制系統及其他的輔助設備控制系統。機床輔助設備的控制，包括冷卻系統、系統、照明系統、換刀系統、自動對刀等。另外，機床在工作過程中無可避免地都會發生磨損，為提高機床的加工精度，延長機床的使用壽命，機床和冷卻系統的設計，調試和保養至關重要。本文著重講述了 PLC在冷卻、系統和照明系統的設計。

參考文獻：

[1]謝 宇，皮佑國，梁佑彬.永磁同步伺服電機監測與調試系統研究[J]計算技術與自動化，2009（03）：36―40.

篇8

關鍵詞：數控機床；PLC；應用

1 概述

數控機床在機械制造產業中起到了關鍵作用，通過數控機床的合理化應用，使機械零件的生產效率和質量得以保障，從而使整個生產的流程能順暢的進行，提高生產企業的經濟效益。在傳統的控制系統應用中，在某些方面還存在著不足，現將PLC技術應用于數控機床控制系統中，提高了機床的整體生產效率。

2 PLC特征體現及應用流程分析

2.1 PLC特征體現分析

PLC是可編程控制器的簡稱，它采用可以編制程序的存儲器，可用來在執行邏輯運算和順序控制、定時、計數和算術運算等操作的設備，通過輸入輸出接口電路，控制各種類型的機械設備或生產過程。其特點是體積小、重量輕[1]、抗干擾能力強。這些特征使得PLC在機械設備中易于裝配，能有效地實現機電一體化。

隨著PLC控制技術的不斷普及，能夠將其在多樣化電氣控制場合當中加以應用，在當前的可編輯控制器的應用上，其自身的數據運算能力愈來愈強，并在整個數字控制的領域當中都能得以有效應用，發展至今已經在位置和溫度控制等多個領域得到廣泛應用。

另外，PLC技術在實際的應用中，有著比較強的抗干擾能力。這一技術的應用主要是通過大規模集成電路技術，通過抗干擾處理技術的應用使得其工作可靠性較強。同時這一技術在硬件故障的自動檢測功能上也比較突出，PLC檢測到故障之后就能夠發出警報，這樣就使得控制系統的效率水平得到了有效提升。

除此之外，PLC技術在實際的應用中，其維護以及改造都相對比較方便，只需要簡單地調整程序設計，就能實現生產工藝的改變。在這些優勢的作用下就使得這一技術的應用愈來愈普遍化。

2.2 PLC的應用流程分析

在PLC技術的實際應用過程中，按照相應的工藝流程編寫控制程序，使控制系統發揮積極的作用。對控制系統的分析，既要對被控對象的相關要求得以有效滿足，還要加強對工作現場的理論研究等，才能制定有效的控制方案。在PLC技術的具體應用中，首先進行現場信息的輸入，這就要求能在系統軟件的控制作用基礎上，依照著相應的順序對輸入點實施掃描，對其輸入點狀態進行讀取[2]。然后就是執行程序，對輸入點的狀態進行邏輯運算。最后將邏輯運算結果送到輸出端進行輸出控制。通過PLC循環掃描的工作特性，能確保設備高效運行。

3 PLC在數控機床控制系統的應用及發展趨勢

3.1 PLC在數控機床控制系統的應用

將PLC在數控機床控制系統當中加以應用，就要注重幾個方面的問題。首先要對數控機床控制系統有充分的了解。數控機床主要是通過機械和電氣部分所構成，所以在進行PLC技術應用的時候，要對這些層面加以詳細考慮，使得PLC控制能按照邏輯條件實施順序動作[3]。由于數控機床是高效率、高精度的機械控制設備，故此，在對PLC技術的應用最為重要的目標就是其穩定性要能得以保障。

在具體的應用過程中PLC是控制系統的核心，在其硬件方面主要是通過分布式結構所構成。在系統控制中通過人機界面對程序參數加以修改或設定等。將PLC和數控機床進行連接過程中，可通過外電路連接的方法，在數控機床控制系統I/O口發出控制指令，這樣就使得PLC輸入端無觸點開關通斷，從而就能實現強電控制邏輯。在對相關的程序進行設計操作過程中，PLC通過編程器來輸入相應的程序，這樣就能有效實現控制目的，這一控制系統的工作由于是循環性的，在對程序的執行效率上也比較強。還有是在軟件故障檢測的設計過程中，主要是在硬件設計的基礎上采取軟件檢測外部形成的開關狀態，在行程開關失效之后也能在相應的程序下執行對機床的運行起到控制作用。

PLC的梯形圖編程法在數控系統中的應用比較突出，主要體現在檢測功能以及顯示功能上。梯形圖編程法能夠對數控機床的工作情況、坐標位置和機床的參數等信息加以傳遞[4]。也能把數控機床的接口電路狀態以及內部繼電器的工作狀態等直觀地顯示出來，并能根據梯形圖對控制邏輯設施故障進行分析，極大地提高了控制系統的運行及維護效率。

PLC技術能夠和數控系統和數控機床間進行信息的交換。數控機床可編程控制器在數控機床間的信息交換主要是在編程控制器PLC以及CNC之間實現的信息交換，在這一過程中就分成幾個方面：從機床到PLC的信息交換，主要是將機床側的I/O接口單元的信號傳遞給PLC，通過PLC的邏輯運算功能實現機床的運動控制；從機床到機床間的信息交換，通過現場總線的數據傳輸方式，實現機床間的數據共享并形成多機床聯合加工。

3.2 PLC在數控機床控制系統的應用發展趨勢

我國是機械制造大國，在對數控機床的應用規模上也比較大，只有充分的注重數控機床的控制系統優化，對新技術的應用進行加強，就能保障整體的生產效率水平的提升。從目前我國對數控技術的應用情況來看，在諸多方面還需要進一步加強，在對PLC的技術應用方面，要注重對其選擇的科學性，這樣才能起到積極的作用，才能在高精度的控制上得以保障，對自動化生產水平才能有效的提升。

進入到新的發展時代，PLC技術在數控機床控制系統的應用將會得到進一步的提升。隨著PLC技術的不斷發展，對多任務功能、互聯網+、小型化、模塊化、功能化提出了更新的要求。PLC技術在高速處理能力會進一步的加強，對集成化的軟件應用將得到大力的發展，信息技術在可編程序控制器中的應用會愈來愈強，一些微型的可編程序控制器將會在未來的發展中占據主導地位。

4 結束語

總而言之，對于當前我國的數控機床控制系統的現狀，要能從多方面加以重視，將PLC技術應用在數控機床控制系統中，能將整體的控制效率和控制質量有效提高。數字技術在機械制造領域的應用比較廣泛，而PLC技術的應用使得其應用空間有了進一步的提升，只有充分注重對新技術的科學應用，才能對社會發展起到積極促進作用，才能將其生產效率以及競爭力得到有效提升。

參考文獻

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[2]饒偉.小議PLC與單片機之間的串行通信及應用[J].電子制作，2016（10）.

[3]冷長城.PLC控制系統在油田生產中的應用探析[J].智能城市，

2016（5）.

篇9

Abstract: NC machine is typical mechatronics product. Its fault types and causes are many. Especially the fault of feed servo system accounts for a large proportion. The article analyzed the typical fault of feed servo system, and summarized the causes and proposed resolutions.

關鍵詞：伺服系統；閉環；反饋

Key words: servo systems；closed loop；feedback

中圖分類號：TG519.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2011）25-0036-01

0 引言

近年來，隨著我國制造業規模的不斷擴大，數控機床應用越來越廣，而機床故障診斷與排除工作也日益成為從業人員的主要工作內容之一。數控機床是典型的機、電、液、光、計算機一體化的產品，故障種類和出現故障的原因復雜多變，其中又以進給伺服系統的故障相對較多。故本文以典型的進給伺服系統故障為例，總結、分析引起伺服系統故障的原因，并提出解決的思路和辦法。

1 數控機床進給伺服系統的工作原理

數控機床所采用進給伺服系統按控制系統的結構可以分為開環控制、閉環控制、半閉環控制、以及混合控制?？刂圃砜驁D如下。

從原理上說，數控機床的伺服系統應包括從位置指令脈沖給定到實際位置輸出的全部環節，即包括位置控制、速度控制、驅動電機、檢測元件、機械傳動部件等部分。但在很多系統中，為了制造方便，通常將伺服系統的位置控制部分與CNC裝置制成一體，所以，人們平時習慣上所說的機床伺服進給系統，一般是指伺服進給系統的速度控制單元、伺服電動機、檢測元器件部分，而不包括位置控制部分。

按照伺服進給系統使用的伺服電動機的類型，半閉環、閉環數控機床常用的伺服進給系統可以分為起直流伺服驅動和交流伺服驅動兩大類。20世紀70年代至80年代的數控機床一般采用直流伺驅動；從90年代初期起，半閉環、閉環的數控機床上多采用交流伺服驅動。

2 進給伺服系統典型的故障現象及診斷

數控機床進給伺服系統包含的環節多，是數控機床故障發生率較高的部分，但總結起來，常見的進給伺服故障有以下幾種：

2.1 過載 通常當進給運動的負載過大，頻繁正、反向運動以及傳動鏈不良或楔鐵、導軌有研傷，電機動力線接地等原因時，均會引起伺服電機電流大，電機溫度過高或電機過載報警。有時機床運行的過程中驅動控制單元、驅動元件、電機本身故障也會引起過載報警。一般會在數控系統的顯示器上或者進給驅動單元上、指示燈或數碼管會提示驅動單元過熱、過載、過電流等信息。

2.2 超程 當進給運動超過由軟件設定的軟限位或者硬限位開關位置時，就會發生超程報警，一般會在數控系統的顯示器上顯示報警內容。若報警顯示硬超程，則根據數控系統的說明書及電氣原理圖，確認數控機床回參考點的方式，進而確認減速行程開關是否失效、編碼器是否正常、電機與絲杠連接的聯軸器是否工作正常，從而解除超程。若是軟超程，則進入數控系統修改軟超程參數設置，使之生效后即可解除超程報警。

2.3 爬行 所謂爬行，是指運動部件周而復始的忽停忽跳、忽慢忽快的運動現象。一般在起動加速段或低速進給時，機床產生爬行現象。爬行出現的原因主要是機械部分故障，如伺服電動機和滾珠絲杠聯接用的聯軸器，由于聯接松動或聯軸器本身的缺陷，如裂紋等，造成滾珠絲杠與伺服電動機的轉動不同步；或者是導軌副運動出現問題（是否有雜質或異物堵塞）。其次是由于進給傳動鏈的狀態不良、伺服系統增益低或者外加負載過大等因素也會導致爬行。

2.4 振動 在進給（尤其是低速）時，機床某軸出現振動現象通常是由于測速信號不穩定，如測速裝置故障、測速反饋信號干擾等；速度控制信號不穩定或受到干擾；接線端子接觸不良，如螺釘松動等。當振動發生在由正方向運動與反向運動的換向瞬間時，一般是由于進給傳動鏈的反向間隙或伺服系統增益過大所致。機床以高速運行時，可能產生振動，這時就會出現過流報警。機床振動問題一般屬于速度問題，所以首先應去查找速度環；而機床速度的整個調節過程是由速度調節器來完成的，即凡是與速度有關的問題，應該去查找速度調節器，因此振動問題應查找速度調節器。主要從給定信號、反饋信號及速度調節器本身這三方面去查找故障。

2.5 伺服電動機不轉 數控系統至進給驅動單元除了速度控制信號外，還有使能控制信號，一般為DC+24V直流電壓。伺服電動機不轉，首先檢查數控系統是否有速度控制信號輸出；檢查使能信號是否接通。通過數控系統的顯示器觀察I/O狀態，分析機床的PLC梯形圖（或流程圖）以確定進給軸的起動條件，如、冷卻等是否滿足；對帶電磁制動的伺服電動機，應檢查電磁制動是否釋放；檢查進給驅動單元故障，伺服電動機是否故障。

2.6 位置誤差過大 當伺服軸運動超過位置允差范圍時，數控系統就會產生位置誤差過大的報警，包括跟隨誤差、輪廓誤差和定位誤差等。產生這種故障的主要原因有：系統設定的允許范圍小；伺服系統增益設置不當；位置檢測裝置有污染或調整不當；進給傳動鏈累積誤差過大：主軸箱垂直運動時平衡裝置（如平衡液壓缸等）不穩。

2.7 失動量 機械傳動部件的間隙與松動在數控機床的進給傳動鏈中，常常由于傳動元件的鍵槽與鍵之間的間隙使傳動受到破壞，因此，除了在設計時慎重選擇鍵聯結機構外，對加工和裝配必須進行嚴查。在裝配滾珠絲杠時應當檢查軸承的預緊情況，以防止滾珠絲杠的軸向竄動，因為游隙也是產生明顯傳動間隙的另一個原因。

篇10

1.1比較高的可靠性數控機床的運行時間都比較長，生產任務大，這就要求數控機床要有穩定的可靠性

所以，現在很多能夠提高機床運行可靠性的技術被嵌入了數控電氣系統的設計之中。機床上面的電氣零部件都是選用符合國家標準的技術過硬的零件。

1.2系統的維護要具有系統

系統電氣元件中有部分元件是容易損壞的元件，這些元件在設計時要利于更換，并且這些元件的工作環境要相對簡單，動作可靠，穩定，不會出現錯誤的動作等。

1.3在電氣系統穩定，可靠的基礎上

技術還要有先進性，在元器件發展過程中，要采用比較新型的電子元器件，比較選用技術先進的，穩定使用的電子元器件。

1.4要有較舒適的人機交換操作模式

數控機床的電氣系統在設計的時候要符合人體力學的原理，比如說，控制面板的高度要符合人的平均高度，并且在操作的時候要能夠使操作者操作方便，舒服，并且操作平臺要放在顯眼的位置。比如說急停開關，這個元件必須放在比較明顯的位置，讓操作者方便使用。

1.5要具有比較好的穩定性

數控機床工作環境在不同的企業都不盡相同，這就需要數控機床能夠工作在比較寬的環境下。首先最重要的就是電壓要穩定，二是目前電網中的噪聲干擾的問題，這就需要電氣系統要有一定的抗干擾能力，但是還不能影響外部系統的穩定，不能相互干擾。

1.6電氣系統的安全性要有保證

電器裝置的絕緣裝置要保證完整性，電氣系統在發生問題時要有一個互鎖功能，要有比較可靠的接地，防護裝置要完善，同時操作人員的安全性要得到保證，這些電氣部件的防護罩要具有防塵，防油污，防水的功能，移動比較頻繁的的電纜線要有拖鏈防護或者是安裝保護套，防止纜線折斷或短路而造成漏電故障，特別是在溫度和濕度較高的季節，要有防觸電，強迫風冷，防碰傷的保護設施。

2.數控機床電氣系統的基本故障特點

(1)電氣系統在受到外界影響造成故障，如電柜溫度升高過快，環境溫度比較高致使有些電器元件發生損壞。

(2)故障原因明了，診斷方便是電氣系統故障的維修特點，但是出問題的概率比較高。

(3)異步電動機進水導致冷卻泵、排屑器、電動刀架等的損壞，軸承超負荷運行造成電機故障

(4)數控機床電氣系統的故障可分為以下幾類：

1)從發生的部位分為硬件故障和軟件故障；

2)從故障出現的偶爾性可以分為系統性故障和隨機性故障；

3)從故障有無指示可以分為有診斷指示故障和無診斷指示故障；

4)從故障出現時有無破壞可以分為破壞性故障和非破壞性故障。掌握和分析數控系統電氣故障數控機床電氣系統故障出現后，我們可以從調查、分析與診斷這三個步驟出發，對故障展開排查，找出故障的原因，具體表現為：

(1)詢問檢測，當故障發生后，現場要先保持，同時查看故障出現時的指示情況，觀察故障現象及故障產生的外部因素有哪些。

(2)當檢查者到達現場之后，首先需要要求當事人敘述當時的情況，通過當事人的描述，可以提高判斷故障的準確性。

(3)故障分析，從現場已知的故障展開分析，根據個人的經驗分析故障肯可能產生的原因，最終獲得故障相關信息。

(4)故障分析完后需確定原因，必須通過診斷維護書籍和個人經驗來判斷故障發生的點和如何排除故障的方法。