數(shù)控機床控制精選(九篇)

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第1篇：數(shù)控機床控制范文

關鍵詞:數(shù)控機床,網(wǎng)絡控制，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

中圖分類號：TG659文獻標識碼：A 文章編號：

一、緒論

隨著科技的進步、網(wǎng)絡的發(fā)展,網(wǎng)絡控制技術逐漸引起了人們的重視。網(wǎng)絡控制系統(tǒng)結合了計算機網(wǎng)絡技術與自動化控制技術,通過網(wǎng)絡的途徑，實現(xiàn)了預期的控制過程。現(xiàn)行的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)主要由機床技術、通信技術、控制技術、檢測技術、計算機軟件技術、圖像技術及網(wǎng)絡技術等組成,通過網(wǎng)絡對機床的運行進行異地監(jiān)控,能夠減少工作人員的作業(yè)量及提高機床的工作效率。網(wǎng)絡控制技術是時代的產(chǎn)物，它作為一種新興技術,已經(jīng)越來越得到很多科研單位的關注。目前，正在研究和開發(fā)的網(wǎng)絡控制技術朝著多個方面進展,有的是建立在Web通訊平臺基礎上的，有的是建立在Socket技術基礎上的,還有的是建立在CORBA中間件技術基礎上的等等,這些不同方向的研究，勢必會為數(shù)控機床控制技術的發(fā)展帶來革命性的變化。本文所開發(fā)的數(shù)控機床的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，它是以WindowsXP為網(wǎng)絡開發(fā)平臺,并以VisualC + +為工具開發(fā),運用了Windows Sockets網(wǎng)絡編程接口技術,實現(xiàn)了實時監(jiān)控局域網(wǎng)內的機床運行的功能。

二、網(wǎng)絡協(xié)議及傳輸控制協(xié)議網(wǎng)絡通信的實現(xiàn)

1、網(wǎng)絡協(xié)議及傳輸控制協(xié)議簡介

在國際互聯(lián)網(wǎng)技術中，網(wǎng)絡協(xié)議IP(Internet Protocol)及傳輸控制協(xié)議TCP (Transmission Control Protocol)是兩個非常重要的通訊協(xié)議,兼容性非常強，可以適用任何互聯(lián)網(wǎng)絡上運用到的通訊。網(wǎng)絡協(xié)議及傳輸控制協(xié)議的結構可以將網(wǎng)絡分成應用層、網(wǎng)絡層、傳輸層和數(shù)據(jù)鏈路層共4個不同層次，這種分層方式，它合并了國際標準組織所制定的開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模式的七層傳輸參考模式當中的一些層面。

2、Windows Sockets簡介

Windows Sockets是在Windows下得到了廣泛應用的、開放的、支持多種協(xié)議的網(wǎng)絡編程接口。它利用下層的網(wǎng)絡通訊協(xié)議功能和對操作系統(tǒng)的調用來實現(xiàn)通訊工作。提供了一種發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的機制。

目前，用戶可以使用到的套節(jié)字有兩種形式，即數(shù)據(jù)報套節(jié)字和流式套節(jié)字。流套接口提供了雙向的，有序的，無重復并且無記錄邊界的數(shù)據(jù)流服務，數(shù)據(jù)報套接口也支持雙向的數(shù)據(jù)流，但并不保證是可靠，有序，無重復的得記錄邊界的數(shù)據(jù)流服務。所以，本設計中我們采用流式套節(jié)字形式,它在連接數(shù)據(jù)傳輸時增強了數(shù)據(jù)的可靠性。應用程序調用其接口函數(shù)實現(xiàn)了通信的過程。

3、流式套節(jié)字的操作方法

要想從數(shù)據(jù)流中讀出數(shù)據(jù)，必須要求先建立連接后方可傳輸、接收信息數(shù)據(jù)，而流式套節(jié)字的使用方法正是基于連接的協(xié)議。其具體操作方法如下：

①為了便于偵聽，服務器要建立一個套節(jié)字并為其分配地址,在為其分配地址之后,然后調用listen ()函數(shù)并使其處于偵聽的狀態(tài)。

②客戶機也要建立一個套節(jié)并為其分配地址,在為其分配地址之后,然后調用connect ()函數(shù),使其處于請求與服務器套節(jié)字連接的狀態(tài)。

③服務器上創(chuàng)建的套節(jié)字在接收到客戶機的連接請求信號后,接著調用accept ()函數(shù),此函數(shù)的作用是為了創(chuàng)建一個用于連接的套節(jié)字，然后以該套節(jié)字和客戶機上的連接套節(jié)字的應用為基礎,就能夠在服務器跟客戶機之間進行相關數(shù)據(jù)的傳輸了。

④在傳輸數(shù)據(jù)結束之后,客戶機與服務器調用closesocket ()函數(shù)，以關閉各自的套節(jié)字。

三、網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的設計實現(xiàn)

1、控制系統(tǒng)的原理實現(xiàn)

在該控制系統(tǒng)中，所運用到的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)軟件是在客戶機上運行的,而客戶機又是通過局域網(wǎng)跟服務器進行連接。控制機床動作的數(shù)控系統(tǒng)是在服務器中運行的,首先要運行服務器本機自帶的數(shù)控系統(tǒng),并對其進行初始設置,然后進入到網(wǎng)絡控制狀態(tài),打開服務器偵聽套節(jié)字,實時等待客戶機上的連接請求信號,當服務器上的偵聽套節(jié)字接收到客戶機的連接請求信號后,就對此請求信號進行驗證,查看他們的套節(jié)字是否相互匹配，如果他們符合匹配的條件,則服務器就跟客戶機進行連接,如此一來，服務器和客戶機互相之間就可以發(fā)送和接收信息指令了。在網(wǎng)絡控制狀態(tài)下，服務器的數(shù)控系統(tǒng)可以利用圖像傳感器實時對機床加工狀態(tài)圖像和機床加工相關參數(shù)進行采集,然后服務器將采集到的狀態(tài)圖像以位圖格式進行保存，按一定的時間規(guī)律發(fā)送到客戶機，以顯示機床的加工狀態(tài),并且將服務器采集到的狀態(tài)參數(shù)實時地發(fā)送到客戶機上。數(shù)控機床加工代碼可以在客戶機所用到的遠程控制系統(tǒng)軟件中進行編輯,然后將所編輯的數(shù)控代碼發(fā)送到服務器中,并將代碼下載到可編程多軸運動控制器上以等待指令信息?？蛻魴C將機床加工控制指令發(fā)送給服務器,以達到控制機床預期動作的目的,并且客戶機還能接收服務器所發(fā)送的信息,對機床加工情況進行動態(tài)監(jiān)視。不僅如此，通過遠距離對程序進行控制,客戶機不僅可以在機床加工過程中修改機床的加工參數(shù),還可以調試機床運行的效果。

2、控制系統(tǒng)的硬件結構實現(xiàn)

本設計中，網(wǎng)絡控制系統(tǒng)在對數(shù)控機床進行控制時采用的是模塊化的硬件結構,該數(shù)控系統(tǒng)采用“PC（個人計算機）+ NC（網(wǎng)絡計算機）”結構,網(wǎng)絡計算機部分采用開放式多軸運動控制器PMAC2-PCI進行主控。網(wǎng)絡系統(tǒng)總體上是“服務器+客戶機”的形式,其中，數(shù)控系統(tǒng)是在服務器上運行的,而網(wǎng)絡控制軟件是在客戶機上運行的,服務器和客戶機通過一定的規(guī)范連接結構將內部網(wǎng)與外部網(wǎng)進行連接,在數(shù)控機床運行前，要在其上安裝圖像傳感器所用的監(jiān)控攝像頭,對機床加工的運行情況進行實時監(jiān)視,并將所監(jiān)控到的機床運轉的具體情況實時地進行采集與保存。

3、控制系統(tǒng)的軟件設計實現(xiàn)

在控制系統(tǒng)中，完美的人機界面不僅可以為控制系統(tǒng)的操作帶來方面，跟能夠提高數(shù)控機床的工作效率。本系統(tǒng)所設計的人機界面運用了Windows編程技術中的分隔視技術,該設計把數(shù)控系統(tǒng)的人機界面分為左右兩個子窗口。左邊的子窗口作用是顯示采集到的機床運行圖像,這就實現(xiàn)了數(shù)控機床加工時對圖像的實時監(jiān)視的過程，而右邊的子窗口是作為網(wǎng)絡控制的窗口,它實現(xiàn)的功能有很多，如聯(lián)機網(wǎng)絡、顯示機床加工狀態(tài)參數(shù)、發(fā)送加工代碼、調試機床在線網(wǎng)絡等功能。

控制系統(tǒng)的軟件設計的核心是傳遞網(wǎng)絡數(shù)據(jù),為了確保數(shù)據(jù)能夠及時地進行傳遞,因此，在本系統(tǒng)軟件設計中運用的是多線程技術,為了方便控制，又專門建立了一個線程對控制器采集到的數(shù)控機床數(shù)據(jù)進行網(wǎng)絡傳遞?？蛻魴C上的數(shù)控代碼在編輯好之后,可以同時的傳送到服務器上,接著服務器將接收到的數(shù)控代碼保存到其內存中,然后再對其進行編譯，編譯完成后執(zhí)行此數(shù)控代碼。在控制指令的傳遞的過程中，客戶機可以隨時將指令傳送給服務器,當服務器接收到指令后立刻進行執(zhí)行。相比較而言，機床加工情況的圖像和狀態(tài)參數(shù)在進行傳遞時，在操作上則要復雜一些，為了防止在傳遞過程中位圖數(shù)據(jù)和參數(shù)數(shù)據(jù)可能出現(xiàn)的混亂現(xiàn)象,應該在服務器上采用中斷的方法,即在進行圖像數(shù)據(jù)的傳遞時中斷參數(shù)數(shù)據(jù)的傳遞,當圖像數(shù)據(jù)傳遞完成之后再進行參數(shù)數(shù)據(jù)的傳遞。

四、結論

本文所設計的數(shù)控機床網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，進過反復調試后，達到了預期的控制目的，可以滿足實際加工的需要，但是在實際操作時，也存在著一定的問題，比如對圖像的實時采集顯示不及時、機床運行時代碼不穩(wěn)定出現(xiàn)的數(shù)控機床運行偶爾停頓現(xiàn)象等，但是筆者相信，隨著科技的發(fā)展，這些問題一定能夠得到很好地解決。

參考文獻

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第2篇：數(shù)控機床控制范文

由于數(shù)控機床的機械結構參數(shù)要與整個系統(tǒng)的電氣參數(shù)相匹配 ,所以不僅要求其機械傳動系統(tǒng)的結構緊湊、體積小、重量輕、精度高、剛度大,還要求其在傳動過程中摩擦小、間隙小、慣量小等。這就要求數(shù)控機床的機械傳動系統(tǒng)在傳動裝置上要盡量簡化；在進給結構上要采用低摩擦、無間隙、高強度的傳動零部件；在床身結構上要注意提高其剛度和固

有頻率 。

二、主傳動運動的變速系統(tǒng)

數(shù)控機床的主傳動運動是產(chǎn)生主切削力,速度較高,消耗的切削功率最大。例如,數(shù)控車床上主軸帶動工件的旋轉運動,立式加工中心上主軸帶動銑刀、鏜刀和砂輪等的旋轉運動。數(shù)控機床的主傳動運動是通過主傳動電機拖動的。數(shù)控機床的變速是按照控制指令自動進行的, 因此,變速機構必須適應自動操作的要求。由于直流和交流變速主軸電機的調速系統(tǒng)日趨完善,不僅能方便地實現(xiàn)寬范圍的無級變速,而且減少了中間傳遞環(huán)節(jié)和提高了變速控制的可靠性。因此,在數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)中更能顯示出它的優(yōu)越性。

（一）帶有變速齒輪的主傳動。這是大、中型數(shù)控機床采用較多的一種方式。通過少數(shù)幾對齒輪減速,增大了輸出扭矩,以滿足主軸對輸出扭矩特性的要求。一部分小型數(shù)控機床采用此種傳動方式, 以獲得強力切削時所需要的扭矩?；讫X輪的移位大都采用液壓撥叉或直接由液壓油缸帶動齒輪實現(xiàn)。（二）通過皮帶傳動的主傳動。主要應用在小型數(shù)控機床上,可以避免齒輪傳動引起的振動與噪聲。但它只適用于輸出轉矩較小的主軸。（三）由調速電機直接驅動的主傳動。這種主傳動方式是由電動機直接驅動主軸,即電動機的轉子直接裝在主軸上,大大簡化了主軸箱體與主軸的結構,有效地提高了主軸部件的剛度。但主軸輸出扭矩小,電機發(fā)熱對主軸的精度影響較大。近年來,多采用交流伺服電動機。

三、進給傳動系統(tǒng)

（一）聯(lián)軸器。聯(lián)軸器是連接進給機構兩根軸使之一起回轉來傳遞扭矩和運動的一種裝置。目前聯(lián)軸器的類型繁多,有液力式、電磁式和機械式。其中,機械式聯(lián)軸器的應用最為廣泛。

（二）減速機構

1、齒輪傳動裝置。各種機床的傳動裝置中幾乎都有齒輪傳動。在數(shù)控機床伺服進給系統(tǒng)中采用齒輪傳動裝置的目的有兩個。一是將高轉速的轉矩的伺服電機(如步進電機、直流和交流伺服電機等)的輸出變?yōu)榈娃D速大轉矩的執(zhí)行件的輸入; 另一個是使?jié)L珠絲杠和工作臺的轉動慣量在系統(tǒng)中占有較小的比重。此外,對于開環(huán)系統(tǒng)還可以保證所要求的運動精度。

2、同步齒形帶。同步齒形帶傳動是一種新型的帶傳動。它利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒依次嚙合傳遞運動和動力, 因而兼有帶傳動、齒輪傳動及鏈傳動的優(yōu)點,且無相對滑動, 平均傳動比較準確,傳動精度高,而且齒形帶的強度高、厚度小、重量輕, 故可用于高速傳動。齒形帶無需特別張緊,故作用在軸和軸承上的載荷小,傳動效率也高,現(xiàn)已在數(shù)控機床上廣泛應用。

3、滾珠絲杠螺母副。為了提高進給系統(tǒng)的靈敏度、定位精度和防止爬行,必須降低數(shù)控機床進給系統(tǒng)的摩擦并減少靜、動摩擦系數(shù)之差。因此,形成不太長的直線運動機構常用滾珠絲杠螺母副。它的作用是將旋轉運動轉變?yōu)橹本€運動或將直線運動轉變?yōu)樾D運動。特點是傳動效率高,摩擦力小,壽命長,經(jīng)預緊后可消除軸向間隙,無反向空行程。滾珠絲杠副作為數(shù)控機床直線驅動執(zhí)行單元,在機床行業(yè)得到廣泛運用,極大地推動了機床行業(yè)的數(shù)控化發(fā)展。

四、影響機械傳動系統(tǒng)動態(tài)特性的因素分析

數(shù)控機床的機械傳動系統(tǒng)的最低諧振點一般都發(fā)生在滾珠絲杠—工作臺之間。在數(shù)控機床工作時 ,機械傳動系統(tǒng)的輸入和輸出是不完全一致的 ,在不同的系統(tǒng)固有頻率下其輸入與輸出的差別也不同。輸入與輸出差值越大 ,說明系統(tǒng)的動態(tài)特性越差 ,造成工作臺的運動誤差越大 。當輸入頻率與絲杠一滑枕系統(tǒng)的固有頻率相同時 ,系統(tǒng)將產(chǎn)生共振而無法工作 。

為提高系統(tǒng)動態(tài)性能 ,提高其絲杠一滑枕系統(tǒng)的最低縱振固有頻率ωnc和絲杠一滑枕系統(tǒng)的最低扭振固有頻率ωnt是必須的；即應注意增大系統(tǒng)剛度,減小系統(tǒng)慣性,以提高系統(tǒng)頻率。但增大剛度往往導致系統(tǒng)結構尺寸加大,慣性也不是越小越好 ,必須保持適當?shù)臄?shù)值。較大的系統(tǒng)阻尼不利于系統(tǒng)精度的提高 、降低系統(tǒng)的快速響應性 ,但可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；小的阻尼會提高系統(tǒng)的快速響應性 ,但同時也使系統(tǒng)的穩(wěn)定性減??；所以保證系統(tǒng)有適當?shù)南到y(tǒng)阻尼也是十分必要的。

五、機械傳動系統(tǒng)引起的控制誤差分析

機械傳動系統(tǒng)的控制誤差除了零部件的制造及安裝所引起的誤差外,還有由于機械傳動系統(tǒng)的動力參數(shù)（如剛度、慣量、摩擦、間隙等）所引起的誤差。在系統(tǒng)設計時,必須進行誤差分析,將這些誤差控制在允許范圍內。

（一）系統(tǒng)失動量max：失動量,又叫死區(qū)誤差,是指啟動或反向時,系統(tǒng)的輸入運動與輸出運動之間的差值。產(chǎn)生失動量的主要原因有傳動機構中的間隙,導軌運動副間的摩擦力以及電氣系統(tǒng)和執(zhí)行元件的啟動死區(qū)(又稱不靈敏區(qū))。

如果機械傳動系統(tǒng)采取了比較好的消除傳動間隙的措施,如驅動電機軸與滾珠絲杠直接剛性連接,整體螺母預加負荷等,則由傳動間隙引起的死區(qū)誤差可忽略不計;電氣系統(tǒng)及執(zhí)行元件的特性在這里不涉及;則系統(tǒng)失動量可考慮為導軌運動副間的摩擦力引起的失動量。

max=2Fμ/Komin×10?=2mgμo/ Komin×10?mm

式中Fμ一導軌靜摩擦力;

Komin一傳動系統(tǒng)最小拉壓剛度;

g一重力加速度,9.8m/s?;

μo一導軌靜摩擦系數(shù),0.2。

（二）系統(tǒng)剛度引起的定位誤差δk

在工件加工過程中,機械滑臺的位置是變化的,因此滾珠絲杠的傳動剛度也是不斷變化的。對于開環(huán)控制系統(tǒng),由傳動剛度引起的定位誤差為：

δk=Q1/K1－Q2/K2

式中 Q1、Q2一機械滑臺在不同位置時的進給力；

K1、K2一機械滑臺在不同位置時的傳動剛度 。

定位誤差的檢驗是在空載時進行的，則由傳動度引起的最大定位誤差δkmax為

kmax=Fμ（1/Komin－1/komax）

式中Komax一傳動系統(tǒng)最大拉壓剛度。

六、結語

第3篇：數(shù)控機床控制范文

關鍵詞：伺服系統(tǒng)；閉環(huán)控制；PID

一、引言

數(shù)控系統(tǒng)中伺服控制系統(tǒng)的設計，均要考慮穩(wěn)定性、動態(tài)特性、穩(wěn)態(tài)特性、魯棒性等方面的性能指標。

穩(wěn)定性：這是伺服控制系統(tǒng)設計的最基本要求?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定性可分為系統(tǒng)內部穩(wěn)定性和系統(tǒng)外部的穩(wěn)定性。所謂系統(tǒng)內部的穩(wěn)定性即在任意初始狀態(tài)下伺服控制系統(tǒng)都能精準定位；系統(tǒng)外部的穩(wěn)定性即為伺服控制系統(tǒng)有外部干擾時，也能自我調節(jié)，使得位移和速度達到控制目標。

動態(tài)特性：即系統(tǒng)運行過渡過程的形式和速度，其中包括響應速度和超調量。系統(tǒng)的響應速度可用系統(tǒng)過渡過程所經(jīng)歷的時間來表示；而超調量是指系統(tǒng)的最大振幅度。一般而言，不同的系統(tǒng)對動態(tài)特性會有不同的要求，對于數(shù)控伺服系統(tǒng)而言，響應速度越快，系統(tǒng)跟隨誤差越小，控制精度就越高。

穩(wěn)態(tài)特性：當過渡過程結束后，系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)時，其被控量的穩(wěn)態(tài)值與望值一致性程度。對于任何數(shù)控伺服系統(tǒng)，由于存在著系統(tǒng)結構、外部干擾、以及內摩擦等非線性因素的影響，被控量的穩(wěn)態(tài)值與期期望值之間總會有誤差存在，該誤差稱為穩(wěn)態(tài)誤差。穩(wěn)態(tài)誤差是衡量控制系統(tǒng)控制精度的重要標志，有好的穩(wěn)態(tài)誤差補償，伺服系統(tǒng)將獲得良好的位置控制精度和跟蹤速度。

魯棒性：當系統(tǒng)的約束條件發(fā)生變化時，系統(tǒng)的功能特性不會受到什么影響。系統(tǒng)的魯棒性好，當參數(shù)發(fā)生變化時，系統(tǒng)依然能夠保持其穩(wěn)定性；在過渡過程中，系統(tǒng)的響應速度和超調量基本上不受參數(shù)變化的影響。機床在長期的使用過程中，有機械磨損及其他硬件的變化，伺服系統(tǒng)必須保持加工誤差在一定范圍內，因此，魯棒性很重要。

二、PID算法在數(shù)控伺服閉環(huán)控制中應用

PID（Proportional Integraland Differential）控制技術是最早發(fā)展起來的控制策之一，至今已有數(shù)十年歷史。它以算法簡單、魯棒性好、可靠性高、調整方便等優(yōu)點而被廣泛應用于工業(yè)控制中。當被控對象的結構和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學模型時，系統(tǒng)控制器的結構和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調試來確定，這時應用PID控制技術最為方便。在實際工程應用中，根據(jù)需要也可用PI控制和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的偏差，通過比例、積分和微分運算來對控制量進行調節(jié)的。

數(shù)控伺服閉環(huán)速度控制如圖1所示，在數(shù)控加工中，加工軸雖然隨著負載特性變化而變化，但由于采用了PID控制，可以修正到等于指令速度。

PID控制器作為一種線性控制器，它將速度指令r（t）和反饋的實際速度y（t）進行比較后構成控制偏差e（t），再將該偏差按比例（P）、積分（I）和微分（D）通過線性組合構成系統(tǒng)控制量u（t）來控制驅動器，輸出功率控制伺服電機，對電機速度進行精確控制。上述PID控制器的輸出函數(shù)可描述為：

u（t）=Kpe（t）+Ki■e（t）dt+Kd■

三、PID參數(shù)調試的具體方法

以FANUCOi機床為例，有菜單操作，顯示伺服參數(shù)設置畫面如圖2所示。

當設置驅動器為速度模式控制時，在完成對伺服驅動器參數(shù)的優(yōu)化后，引入控制器對速度環(huán)的作用。控制器可調的基本伺服參數(shù)即為比例常數(shù)KP、微分常數(shù)Kd以及積分器Ki?？刂破鳛V波傳遞函數(shù)為：

D（z）=4 ×Kp+■+■

手動調整PID各項參數(shù)：

第一，確定速度比例增益Kp值。當伺服系統(tǒng)安裝畢，必須調整各項PID參數(shù)，使得系統(tǒng)穩(wěn)定運行。可首先調整速度比例增益Kp值，因為Kp值是PID參數(shù)中對超調影響最大，可再調整之前將積分增益Ki及微分增益Kd設置為零，接著逐漸加大Kp值，主要考量伺服電機停止時是否有振蕩現(xiàn)象，以此手動方式調整Kp參數(shù)，觀察電機旋轉速度有無明顯忽快忽慢現(xiàn)象。若Kp值加大到產(chǎn)生上述現(xiàn)象時，必須將Kp值降低，減少超調量，消除振蕩，穩(wěn)定旋轉速度。以此初步確定Kp值。

第二，確定積分增益Ki值。逐漸加大積分增益Ki值，使積分效應逐漸產(chǎn)生。由PID控制原理可知，Kp值配合積分效應增加到臨界值后會產(chǎn)生振動不穩(wěn)定現(xiàn)象，此時回調Ki值，消除振蕩現(xiàn)象，穩(wěn)定旋轉速度。此時的Ki值既可為初步確定的參數(shù)值。

第三，調整微分增益Kd值。微分增益主要目的就是平穩(wěn)旋轉速度，降低超調量，微分控制也是一種預先控制，在超調量發(fā)生之前做適當?shù)男Ｕ？芍饾u加大Kd的值，改善速度穩(wěn)定性。

最終，數(shù)控機床伺服閉環(huán)控制速度曲線如圖3所示。

四、總結

數(shù)控機床伺服閉環(huán)控制系統(tǒng)的調整主要是針對閉環(huán)控制器的PID參數(shù)增益進行調整，使得機床工作誤差最小，達到一個最優(yōu)狀態(tài)。其中速度環(huán)的調整是整個系統(tǒng)調整中最關鍵的，也是最難調整的。通常，在了解伺服增益的限制因素上，先調整比例增益參數(shù)，再調試積分參數(shù)，最好調整微分參數(shù)。對于每個增益參數(shù)的調整，都是從低慢慢地增加，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定。

參考文獻：

1.包杰,李亮,何寧.基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)微銑削伺服控制的研究[J].機械科學與技術,2009(9).

第4篇：數(shù)控機床控制范文

關鍵詞：數(shù)控機床；電氣控制系統(tǒng)；重要性

隨著科技的不斷發(fā)展，電氣的發(fā)展在部分企業(yè)占著重要的地位。數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心，數(shù)控機床控制系統(tǒng)則直接影響著整個系統(tǒng)的操作性能。對于數(shù)控機床的操控是否恰當合理，影響到產(chǎn)品的生產(chǎn)質量。因此，我們對于數(shù)控機床的電氣控制系統(tǒng)的要求是，應按照電氣控制的原理來進行規(guī)范的設計，使得設計出的數(shù)控機床的電氣控制系統(tǒng)能夠保證數(shù)控機床安全可靠的運行。隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，數(shù)控機床得到越來越多的企業(yè)應用，企業(yè)也開始探索和研發(fā)創(chuàng)新，以提高機床的生產(chǎn)效率的同時增加公司的經(jīng)濟效益。

1數(shù)控機床的電氣控制系統(tǒng)簡介

就數(shù)控機床而言，屬于一類配置軟件程序調控模塊的職能機床設備。當然詳細系統(tǒng)構造能夠解決一些包含調控編碼或類似符號指令的程序內容，同時完成編譯過程，以編譯成為代碼的數(shù)字進行表達，以對應載體完成對數(shù)控設備的注入。然后根據(jù)處理流從數(shù)控設備產(chǎn)生不同的調控信息，從而達到管控機床操作流程的目標，即根據(jù)設計圖例的形態(tài)與規(guī)格標準完成零件的自動加工。此外，相對傳統(tǒng)機床，其主要的優(yōu)勢在于有效處理了繁瑣、精細、大量、多樣的零部件加工流程，體現(xiàn)出更強的靈活性與高效性，標志著了當代機床調控技術研究重點，也是機電一體化研究的重要產(chǎn)物。電氣調控規(guī)劃圖包含多個方面構成，即如線路裝配調整、運用及維持的參考資源，主要涵蓋了原理圖、裝配線路圖、元件分布圖等多種圖紙的規(guī)劃。而且整個體系內一切電氣設施的調控原則就是依照對應的原理進行，除了電氣設施的裝配以外，還包含整個系統(tǒng)的調控等等。

2數(shù)控機床的電氣控制系統(tǒng)的重要性

對于我國的工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)，數(shù)控機床的生產(chǎn)效率要遠遠超于人工的機床控制，所以數(shù)控機床得到廣泛的推廣和使用，這樣一來就使得我國的工業(yè)生產(chǎn)效率不斷增大。傳統(tǒng)的手工機械加工行業(yè)，不能夠準確的控制產(chǎn)品的各項參數(shù)，保證生產(chǎn)質量。而數(shù)控機床則可以設置好各項需要的參數(shù)，減小產(chǎn)品的參數(shù)誤差，提升產(chǎn)品的生產(chǎn)速率和效率，這樣就增加了企業(yè)的經(jīng)濟效益。數(shù)控機床對于產(chǎn)品的高質量加工促進了了我國工業(yè)的發(fā)展，數(shù)控機床已經(jīng)逐漸代替了傳統(tǒng)的控制機床，為我國的經(jīng)濟發(fā)展做出了相應的貢獻。因此，不管是學校還是企業(yè)，都得重視技術性人才的培養(yǎng)。

3數(shù)控機床的電氣控制系統(tǒng)設計研究

對于數(shù)控機床的電氣控制系統(tǒng)，在設計的時候，會涉及到很多的相關專業(yè)化的內容。而我們在設計時，需要合理的對數(shù)控機床的電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)勢進行發(fā)揮，以達到我們想要的效果，然后才能真正的保證數(shù)控機床的正常使用。而我在本文的敘述中，主要是針對數(shù)控機床的電氣控制系統(tǒng)在模塊化的設計理念上進行的同時，通過對電氣控制系統(tǒng)的功能研究，數(shù)控機床的電氣控制系統(tǒng)包括的三個部分，分別為硬件電路、參數(shù)設置和PLC程序。對于每個部分都有相應的小分支，來支持該部分的運行。（1）硬件電路。對于一般數(shù)控機床而言，其中的硬件電路類型涵蓋電源類、交流輸入類、交流傳遞類、刀具更替類等多累電路組間，以電源類電路為例，主要是按照電氣調控的具體方向進行規(guī)劃的，其電壓的輸出設置，在具體的設置過程中使用200V伺服變壓器，然后通過對風機和伺服驅動模塊進行科學的設置以保證正常的供應所需的電能給數(shù)控機床，保證數(shù)控機床的正常運行。另外，對于電源電路的規(guī)劃，電源電路本體運作采用的額定電壓指標則需要通過科學的規(guī)劃流程，而且對于接觸設備供電一般是選擇110V的管控變壓設備，而在電磁閥及Z軸制動器的供電標準將選擇27V電壓，再以整流設備完成替換。而且對于電氣調控體系，電壓值在220V的線路包含兩類，而且不同的線路體現(xiàn)的功用及價值存在差異性，如果全用于對機床電動機、冷卻設備以及繼電器的供電，則可以保證正常的運作。而且交流輸送電路規(guī)劃意義在于為保證機數(shù)控機床運行的穩(wěn)定性和高效性。對于交流進給傳動電路，其在進行對其設計時需要采取精確的指標控制，以保證數(shù)控機床的正常運行。（2）參數(shù)設置。參數(shù)，簡單可以解釋為規(guī)劃數(shù)據(jù)可以充分達到數(shù)控機床電氣管控體系及功用的目標。一般在規(guī)劃流程中，會細致分析客戶對于機床的功用要求，從而最大程度體系其性能，設定滿足具體需求，同時能夠規(guī)劃科學的數(shù)據(jù)指標，以滿足機床的正常運作。（3）PLC程序。PLC系統(tǒng)也是機床主要構造部件之一，而且其從收到命令到調控命令的反應周期僅僅為10~100ms，當然這種高效的反應速度完全可以滿足大部分數(shù)控機床運作環(huán)境。但是因為工業(yè)生產(chǎn)改革，導致產(chǎn)品的生產(chǎn)速度及品質需求都在不斷提升，那么其對數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的相應的對接收指令進行處理的效率要求也應當同步增加，這讓更多PLC程序按照級別分為兩類，低級與高級程序系統(tǒng)，然后我們再根據(jù)控制類型完成詳細的劃分，選擇各個級別的程序去對應完成不同的操作流程。即如低級的程序在規(guī)劃過程較為簡便，所以可以用于一些低需求的系統(tǒng)設計流程，而且根據(jù)一系列低高級程序的統(tǒng)一結合可以達到整個程序系統(tǒng)對數(shù)控機床電氣體系的完整管控?？偠灾?，數(shù)控機床的電氣控制系統(tǒng)的設計時對于工業(yè)生產(chǎn)的重要步驟，需要有相應的參數(shù)設計，以保證機床的正常生產(chǎn)效率。數(shù)控機床的不斷更新給我國工業(yè)化建設提供了更要有效的設施，提升了我國的經(jīng)濟效益。

參考文獻：

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第5篇：數(shù)控機床控制范文

關鍵詞：數(shù)控機床；故障；分析；維修

引言

科技發(fā)展與進步，使各行業(yè)有了長足的發(fā)展，在生產(chǎn)加工領域，數(shù)控機床已經(jīng)得到廣泛使用，大大提高了生產(chǎn)效率，減少了人力勞動，數(shù)控設備的使用是技術革新的成果，推動了社會生產(chǎn)力的騰飛，為大規(guī)模生產(chǎn)助力，企業(yè)要想在激烈的市場競爭中贏得先機，則需要不斷提高生產(chǎn)能力，強化產(chǎn)品質量，數(shù)控機床自動化、智能化控制有效解決了這些問題。與此同時，數(shù)控機床的使用也給企業(yè)帶來了復雜性，特別是機械生產(chǎn)企業(yè)引進數(shù)控機床后，對機床的依賴性增大，機床生產(chǎn)能力大小直接關系企業(yè)經(jīng)濟效益，數(shù)控機床是生產(chǎn)過程中最主要的設備，只有全面保障設備壽命和性能發(fā)揮，才能實現(xiàn)良好效益，也就是說，數(shù)控機床是企業(yè)效益之源。要想保證企業(yè)生產(chǎn)能力，則需要不斷強化對數(shù)控機床電氣系統(tǒng)的維護和保養(yǎng)，使設備能夠長期處于較為穩(wěn)定的生產(chǎn)運行狀態(tài)，為企業(yè)創(chuàng)造更多的價值，只有全面做好日常保養(yǎng)與維護，才能減少設備故障率，避免出現(xiàn)停產(chǎn)情況。數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)在長期使用中，出現(xiàn)故障是必然的，只有全面做好故障點診斷、分析與排除，才能確保設備良好運行，推動企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的故障診斷

數(shù)控機床工作情況對企業(yè)生產(chǎn)的影響較大，只有全面保證設備正常運行，才能有效維護生產(chǎn)秩序。數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)長期運轉，會出現(xiàn)一些問題，影響正常生產(chǎn)活動，要想及時有效發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，則需要通過現(xiàn)代科技做好故障診段，快速解決問題，恢復生產(chǎn)能力。對數(shù)控機床診段時，需要掌握三維建模診斷技術，實現(xiàn)對故障的正確診斷與分析，點對點形成解決方案，保證故障點得到修復，不影響生產(chǎn)，三維建模診斷技術針對數(shù)控機床內部電氣控制系統(tǒng)，結合幾何原理、空間點離散原理及數(shù)控電氣控制系統(tǒng)構建原理等方面，全面對設備情況進行分析，要想做好三維建模，則需要依照流程推進。

1.1宏觀到微觀構建

數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)是一個虛擬模型，本體是建立在三維模型基礎上的，通過三維技術模擬設備運行狀態(tài)，為了有效找到故障點位置，則需要在運轉過程中進行診段，進一步排查點位，如果在運行過程中出現(xiàn)故障，則需要對照設備實體的硬件做好排查，通過對硬件設備的初步診斷，找到故障點位，排查時，需要從宏觀進行初步的構建，然后再通過微觀零部件檢測，準確找到故障位置。

1.2設定標準指標

需要建立一個設備旋轉模型，通過對模型的運行觀測，結合數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)真實操作狀--找到與以往運行時的差異性，只有全面對比出原始作業(yè)狀態(tài)與當前作業(yè)狀態(tài)時間差異、效果差異的不同，才能找到故障點位，差異性大于三維診斷技術指標，就表明電氣控制系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)了問題，需要對問題點進行鎖定，全面做好點位維護。

1.3動態(tài)監(jiān)控

可以擰緊運行時的情況做好建模，數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)加工過程中動態(tài)表現(xiàn)能夠顯露出故障情況，以此做好建模診斷，能夠快速找到故障點位，利用NC碼對電氣控制系統(tǒng)作業(yè)狀態(tài)做好實時的監(jiān)控，對動態(tài)情況精細化描寫，對不同時間段內的運動軌跡做好定位，通過點位對照，形成系統(tǒng)化診斷結果。

2數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)維護對策

三維診斷技術是較為先進的診段方法，是當前應用較為普遍的技術，在生產(chǎn)加工領域已經(jīng)得到廣泛認同，在實際操作過程中，能夠有效解決復雜問題，特別是針對不同點位，可以完成對復雜電氣控制系統(tǒng)環(huán)境最真實、有效的模擬，全面還原數(shù)控機床操作真實狀況，使故障點位更加清晰明確，避免出現(xiàn)誤導，影響生產(chǎn)效率。

2.1數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)本體維護

數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)需要不斷維護才能保證良好運行，需要利用三維建模技術全面做好維護與診段，通過CSG建模理念，拓展數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)維護思路，從總體上把握大方向，形成多元結構的維護方法。通過三維建模技術，使復雜的設備運行變得更加簡便，能夠清晰的觀測到各個零件的運行，在簡易結構基礎上完成簡單形體多維組合，全面建立一個能夠快速診段分析的模型構建。要想確保設備良好維護，需要掌握幾個方法：一是簡化內部要素，要根據(jù)設備運行的真實情況，做好仿真模擬運行，要把復雜的問題簡單化，使內部各個要素結構清晰，確保三維模型維護行為按程序推進。二是結構分層?？梢栽诰S護中，充分的利用三維理念對數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)幾何結構與物理結構做分層，合理劃分出不同點位做好局部維護，通過對設備內部的結構拆分，使不同部件都有自己的層級，使結構更加細化，實現(xiàn)設備的良性運轉。三是全面維護?？梢猿浞终宫F(xiàn)三維數(shù)據(jù)庫幾何實體，實現(xiàn)參數(shù)良好組合，OpenGL軟件內部具備強大三維圖型庫，不論哪種型號的配對，均能夠找到最佳數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)本體模型，通過真實模擬，對電氣控制系統(tǒng)本體做好全面有效的維護。

2.2加工過程電氣控制系統(tǒng)維護

要想全面解決運行問題，則需要在數(shù)控機床運行時做好觀測，保證故障點位精準，實現(xiàn)數(shù)控電氣控制系統(tǒng)動態(tài)最優(yōu)化發(fā)展，動態(tài)運行時，需要利用三維建模空間離散法，使數(shù)控機床加工過程中系統(tǒng)維護更加有成效?？臻g離散法主要是將數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)內部空間物體轉換為不同三維位置“空間點”，使各個點彀飽和，同時為了確保各點作用的發(fā)揮，需要合理進行綜合點位的布局，形成“點”陣，同時，為了保證各點位的聯(lián)系，需要根據(jù)不同點的組成做好相連，形成三角片區(qū)的矩陣狀態(tài)，程序處于運行過程，需要按照真實情況做好重新描寫，再利用“點”的程序渲染，提煉有效數(shù)據(jù)，保證相關數(shù)據(jù)真實可靠，從根本上解決系統(tǒng)維護問題，保證設備能夠正常運轉。

3數(shù)控機床故障檢修注意要點

數(shù)控機床不同于傳統(tǒng)設備，整體控制系統(tǒng)非常復雜，為了不出現(xiàn)大的問題，則需要在檢修時注意幾個要點：一是分類保管部件。各部件拆卸時，要強化記錄，保證各構件位置正確，避免破壞內部整體結構，為了保證各部件不丟失，還需要按空間層次，對數(shù)控機床電氣控制元件拆卸做好分類、保存，確保后期安裝順利，拆卸控制電路板要認真，不能損壞，特別是要認真保管好開關、跳線，安裝時兩極要按照標記進行，不能出現(xiàn)元件錯亂的現(xiàn)象。二是不能帶電測量。要想全面掌握數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)情況，則需要保證測量數(shù)據(jù)的性，避免出現(xiàn)阻值線路影響，測量時，需要停機下電，不能出現(xiàn)帶電測量的情況，否則會影響數(shù)據(jù)準確性，為了保證安全，不能直接觸碰數(shù)控機床中的380V/220V高壓電流。

4結束語

數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)大規(guī)模使用，提高了生產(chǎn)能力，但是使用過程中難免會出現(xiàn)問題故障，只有全面掌握維護保養(yǎng)技術，才能避免出現(xiàn)生產(chǎn)運行故障，實現(xiàn)企業(yè)集約化、規(guī)?；a(chǎn)。

參考文獻

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第6篇：數(shù)控機床控制范文

關鍵詞：數(shù)控機床控制；故障診斷系統(tǒng)；設計；實現(xiàn)；措施

引言

數(shù)控機床對于當前時代的發(fā)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(jīng)濟發(fā)展的重要性也是在不斷的提升。數(shù)控機床是一種典型的機電一體化的系統(tǒng)，并在實際的制造行業(yè)發(fā)展中發(fā)揮了重要的作用。但是，數(shù)控機床控制系統(tǒng)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(fā)生頻率較高的故障問題，都是會對制造業(yè)的進一步發(fā)展產(chǎn)生較大的影響。因此，數(shù)控機床的控制系統(tǒng)設計，故障診斷系統(tǒng)的有效實施，對于數(shù)控機床運行效率的顯著提升，對于當前經(jīng)濟的進一步發(fā)展都是具有重要的意義，需要在數(shù)控機床應用的過程中，不斷進行故障診斷系統(tǒng)的設計與完善，才能保證數(shù)控機床控制系統(tǒng)實現(xiàn)原有的功能。

1數(shù)控機床發(fā)展的現(xiàn)狀

（1）數(shù)控機床的內涵。所謂數(shù)控機床，主要是指在使用數(shù)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(shù)控系統(tǒng)。根據(jù)國際信息處理聯(lián)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(tǒng)，借助于這些系統(tǒng)的存在能夠實現(xiàn)機床的絕大多數(shù)的功能。（2）數(shù)控機床的發(fā)展歷程。數(shù)控機床的發(fā)展是在二十世紀四十年代中開始，當時的機械工程師已經(jīng)是提出了在機械加工中應用數(shù)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(fā)出了相應的微處理器，正式實現(xiàn)了在機械加工中應用數(shù)字控制的目的。不僅如此，在近半個世紀的發(fā)展中，數(shù)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(yè)的有序發(fā)展，都是促進了數(shù)字化控制在機械加工行業(yè)中的應用，不僅是提高了生產(chǎn)效率，還在一定程度上促進了社會經(jīng)濟的有效增長。當前，數(shù)控機床發(fā)展出現(xiàn)了兩個趨勢，一方面，是數(shù)控系統(tǒng)逐漸向著網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。隨著計算機技術的普遍應用，對于各行各業(yè)都是產(chǎn)生了巨大的影響，特別是在數(shù)控系統(tǒng)開放程度不斷提升的過程中，實現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)的通用性和適應性的提升。同時，利用PC機還能夠豐富數(shù)控系統(tǒng)的硬件資源，對于數(shù)控系統(tǒng)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(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)了智能化的發(fā)展趨勢。當前的時代，是一個智能的時代，人工智能的出現(xiàn)，并且伴隨著在計算機領域的滲透不斷提升，對于數(shù)控系統(tǒng)的影響也是在不斷地提升。在這樣的背景下，數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)是逐步引入了神經(jīng)網(wǎng)絡控制機理、自適應控制機理以及模糊系統(tǒng)的控制機理，實現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)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(xiàn)工藝參數(shù)的自動生成以及三維刀具補償?shù)龋@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(fā)展。值得注意的是，在智能化發(fā)展的過程中，私服系統(tǒng)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(xiàn)自動識別負載并進行參數(shù)優(yōu)化的目的。（3）數(shù)控機床發(fā)展的現(xiàn)狀。數(shù)控機床具有較高的生產(chǎn)能力，在制造業(yè)中發(fā)揮了巨大的功能，因此，數(shù)控機床一經(jīng)面世，就是收到了較高的關注，獲得了較大的市場。但是，在數(shù)控機床應用的過程中，還是存在著一些問題，這些數(shù)控機床中存在的故障，不僅是難以保證其生產(chǎn)進度和生產(chǎn)效率，還會在一定程度上造成社會經(jīng)濟的損失。對于數(shù)控機床中存在的故障，具體可以歸納為以下幾類：首先，數(shù)控機床的驅動部件存在的問題。數(shù)控機床中的驅動部件主要是指伺服電動機，主要發(fā)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(fā)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(jīng)常發(fā)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(huán)承受力分布的渙散。其次，數(shù)控機床支承部件存在的問題。在數(shù)控機床中的支承部件主要是指其軸承。軸承對于數(shù)控機床的正常運轉具有重要的作用，在多數(shù)情況下是有內外圈、保護架以及滾動體等部分組成的。在數(shù)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(xiàn)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(xiàn)磨損甚至會威脅到整個設備的正常使用。最后，數(shù)控機床傳動設備存在的問題。數(shù)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(chǎn)生的意義最為重大，幾乎是影響到了數(shù)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(shù)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(xiàn)變形的問題，這種變形會使得整個導軌表面的摩擦阻力發(fā)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(shù)控機床故障診斷系統(tǒng)的設計

在數(shù)控機床中可能出現(xiàn)的問題不僅是會影響到數(shù)控機床的實際生產(chǎn)，還會對企業(yè)以及社會的產(chǎn)生不利的影響。因此，針對于在數(shù)控機床中存在的問題，應該設計出相應的數(shù)控機床故障診斷系統(tǒng)，盡可能保證在最高效的時間內解決問題。（1）設計出數(shù)控機床自我診斷功能。目前，數(shù)控機床對于我國的制造業(yè)的發(fā)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(shù)量也是相對較多，需要在數(shù)控機床研發(fā)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(xiàn)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(tǒng)中存在的問題進行診斷和解決。不僅是如此，一旦發(fā)生多臺機床同時運作的過程中出現(xiàn)問題，就需要進行信號處理和邏輯推斷的方式，才能實現(xiàn)故障的診斷和解決。在對多臺數(shù)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(shù)學模型，并針對數(shù)控機床在實際操作中的信號的波形在時間變化中的規(guī)律，應用典型數(shù)據(jù)抽樣的方式進行相關的分析和計算。其實質是借助于數(shù)學函數(shù)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(xiàn)子啊動態(tài)數(shù)據(jù)分析的基礎上，對信號進行更為深層次的分析和處理。（2）數(shù)控機床控制診斷系統(tǒng)的設計。在診斷數(shù)控機床診斷的基礎上，應該設計出相應的數(shù)控機床解決系統(tǒng)，才能保證盡可能降低問題產(chǎn)生的后續(xù)影響。一方面，應該建立起相應的硬件控制系統(tǒng)。建立這樣一個系統(tǒng)的主要目的是，能夠在這個系統(tǒng)平臺中實現(xiàn)為用戶搭建電路的目的不僅是如此，還能夠實現(xiàn)各個相關的硬件儀器之間的有效連接。當收集到一定得數(shù)控機床操作數(shù)據(jù)之后，還需要將相應的圖像輸送到數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集卡，并且配置高質量的數(shù)據(jù)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(shù)控機床控制的網(wǎng)絡化結構。在現(xiàn)在社會中，由于計算機的普遍使用，各行各業(yè)之間的聯(lián)系愈加緊密，已經(jīng)是形成了網(wǎng)絡化的社會結構。這種結構的形成在數(shù)控機床控制中也是具有重要的作用，需要在診斷數(shù)控機床問題的過程中，實現(xiàn)與網(wǎng)絡技術，通信技術等進行聯(lián)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(lián)網(wǎng)設備與數(shù)控機床有機的連接起來，在系統(tǒng)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(yōu)的解決方案，實現(xiàn)數(shù)控機床問題的快速解決。

3結論

數(shù)控機床是一種典型的機電一體化的系統(tǒng)，數(shù)控機床故障診斷系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)，對于提升數(shù)控機床生產(chǎn)的效率具有重要的意義。不僅如此，數(shù)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(xiàn)的問題，進一步提升其生產(chǎn)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(chǎn)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(shù)控機床的控制系統(tǒng)和診斷系統(tǒng)進行深入的研究，并且借助于現(xiàn)代化的技術手段，實現(xiàn)有效提升數(shù)控機床的運行效率，改善數(shù)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(shù)控技術[M].背景：北京大學出版社,2006.

第7篇：數(shù)控機床控制范文

關鍵詞：數(shù)控技術方向 數(shù)控機床編程 職業(yè)能力 培養(yǎng)模式

隨著數(shù)控技術及其數(shù)控機床的廣泛應用，社會對其相應技術人才的需求量越來越多，而且對數(shù)控類人才的要求也越來越高。因此，數(shù)控技術人才的培養(yǎng)是一件非常重要，而且也是一項極其艱巨的任務。

數(shù)控技術職業(yè)能力培養(yǎng)及其培養(yǎng)模式是近年來一直被關注的問題。本文對機械設計制造及其自動化專業(yè)數(shù)控技術方向（以下簡稱數(shù)控技術方向）職業(yè)能力培養(yǎng)及其教學模式，其中主要對數(shù)控機床編程及其操作控制職業(yè)能力培養(yǎng)作些探討。

一、以人才市場需求為依據(jù)，確定學生數(shù)控技術方向能力結構

隨著數(shù)控技術在各個領域的應用和應用領域的不斷深入和擴大，社會對數(shù)控類人才的需求情況在不斷變化，不僅是需求種類，而且對數(shù)控人才的質量要求都在不斷變化。根據(jù)各種市場需求信息，數(shù)控技術方向相關就業(yè)類型有：數(shù)控機床設計制造，數(shù)控設備的操作使用，數(shù)控設備的調試與維護，數(shù)控工藝人員及數(shù)控程序調試員，數(shù)控設備及其零部件的生產(chǎn)管理與營銷等。同時，數(shù)控技術方向相關各類人才十分短缺，大型數(shù)控設備和特種數(shù)控設備的操作使用等方面的人才尤為缺乏。據(jù)2008年有關部門統(tǒng)計，未來5年上海市全市的“灰領”人才缺口將達到50萬人次。

學生通過在校的四年學習之后，將一一步入社會，因此，學生能力結構應與市場需求相吻合。作為數(shù)控技術方向職業(yè)能力，主要有：數(shù)控機床設計能力、數(shù)控機床編程和操作控制能力、機械識圖及計算機輔助設計繪圖能力、計算機輔助編程與制造能力、PLC控制編程及其機床維護能力、數(shù)控技術方向相關生產(chǎn)管理及營銷能力等。其中，數(shù)控機床編程及其操作控制能力，主要又可分為：識圖能力、工藝設計能力、數(shù)控編程能力、數(shù)控機床操作使用能力和零件數(shù)控加工質量控制能力。

二、以數(shù)控機床編程與操作控制能力為核心的課程建設

作為技術應用型本科，以技術能力培養(yǎng)為主線開展教學非常重要。在建立課程體系和進行技能培養(yǎng)模式探討時，應該尊重教育規(guī)律，重視技術應用。首先，必須強調實踐環(huán)節(jié)教學，以提高學生分析和解決實際問題的能力。其次，注意課程設置的科學性、實用性，在安排課程上采用逆向手法，即以培養(yǎng)目標為導向，確定能力模塊和與能力相關的理論課程和實踐課程，確定主要專業(yè)課，然后以專業(yè)課為主線，科學地設置相關專業(yè)基礎課及其他相關課程，其中每門課的設置都應該符合能力模塊的需要。同時在課程設置時，應注意知識結構和學生的知識積累，應處理好每門課之間的內在關系，避免重復教學。表1為數(shù)控技術方向數(shù)控機床編程與操作控制能力分解與開設課程之間的對應關系。

表1 數(shù)控機床編程與操作控制能力分解及其相關課程

數(shù)控機床編程與操作控制能力是機械設計制造及其自動化專業(yè)數(shù)控技術方向重要能力之一，其技術含量高，核心課程內容包括：機械制造技術基礎、機械制造裝備設計、數(shù)控機床與編程等。主要就業(yè)方向如表1所示。表中還列出了數(shù)控機床編程與操控制作能力及其相關證書、主要課程等。

由上可見，數(shù)控技術方向學生培養(yǎng)目標應該是既懂數(shù)控機床操作，又能識圖繪圖，又能根據(jù)工藝要求編寫零件數(shù)控加工程序乃至進行數(shù)控加工和質量控制，又對數(shù)控設備的維護有所了解的“灰領”人才。下面主要圍繞數(shù)控技術方向數(shù)控機床編程與操作控制職業(yè)能力培養(yǎng)進行討論。

三、促進數(shù)控機床編程與操作控制能力提高的教學改革

在數(shù)控技術方向的多個能力模塊中，數(shù)控機床編程和操作控制能力是重點能力之一。為了提高數(shù)控機床編程和操作控制能力，同時在教學過程中取得良好的教學效果，我們做了各方面的舉措和嘗試。

數(shù)控機床編程和操作控制能力的提高，可以通過識圖能力、工藝設計能力、數(shù)控編程能力和零件數(shù)控加工質量控制能力等的提高來實現(xiàn)。為把學科發(fā)展和職業(yè)能力培養(yǎng)與市場需求、技術應用掛鉤，將組織學生參加國家勞動保障部職業(yè)技能鑒定中心相關職業(yè)技能證書考試作為教學目標的一部分納入教學計劃。

1.整合教學內容，提高學生識圖繪圖能力

機械識圖繪圖能力培養(yǎng)是數(shù)控機床編程與操作控制職業(yè)技能培養(yǎng)的重要內容之一。進行機械制圖及其CAD教學，安排CAD實訓，通過讓學生讀解和繪制各種零件圖、裝配圖，不只是能讓學生掌握AutoCAD操作系統(tǒng)的使用，更重要的可以提高學生機械識圖和計算機輔助設計繪圖的能力。

為了提高機械讀圖或識圖能力，在識圖繪圖能力培養(yǎng)相關課程的學習期間，安排1～2周的車工、鉗工等內容的認識性傳統(tǒng)金工實習，由此將零件圖與加工聯(lián)系在一起，非常有助于識圖繪圖能力的提高。同時，通過安排實訓和適當?shù)呐嘤?，組織學生參加CAD認證考試，可以增強學生對職業(yè)技能的認知度。

2.加強數(shù)控工藝教學，提高學生加工工藝編制能力

實現(xiàn)數(shù)控加工，編程是關鍵。然而在編程前，首先要求學生了解工件、刀具、切削機床和夾具工藝系統(tǒng)四要素，同時編制出數(shù)控工藝。工藝系統(tǒng)設計能力的培養(yǎng)是一項極其長期的任務。

通過開設機械制造技術、機械制造工藝及其裝備、數(shù)控加工工藝等課程，使學生學習到有關工藝方面的理論知識。同時，通過開設金工實習和專門的工藝系統(tǒng)設計訓練課，培養(yǎng)學生的工藝系統(tǒng)設計能力。主要內容包括：圖樣分析，加工工藝方案設計，工藝規(guī)程編制，刀具或刀具系統(tǒng)的設計或選擇，工藝裝備的設計，等等。

學生在校期間，開始進入相關工藝知識的學習，同時通過各種工藝編制實踐環(huán)節(jié)的學習，不斷得到工藝設計能力的培養(yǎng)。隨著數(shù)控工藝教學的不斷深入，進一步按照數(shù)控工藝師考試的要求，針對典型案例進行數(shù)控工藝編制訓練，組織學生參加數(shù)控工藝師認證考試。

3.改革數(shù)控編程教學模式，提高學生數(shù)控機床編程能力

與機械識圖能力和工藝編制能力息息相關的數(shù)控機床編程能力是數(shù)控機床編程與操作控制職業(yè)技能中另一重要能力之一。要加工出合格的零件，就需要編制出可行的數(shù)控加工程序。而學生數(shù)控機床加工程序編制能力的培養(yǎng)則有其獨特的地方。數(shù)控機床編程課是一門操作性比較強的課程，在該門課的教學過程中，理論環(huán)節(jié)與實踐環(huán)節(jié)是不可分割的。

以往的授課形式，理論課和實訓課相互獨立，實訓課一般安排在理論課完全結束之后進行。然而，這樣做，學生對課堂內容難以理解和接受，理論學的枯燥無味，進入實訓課時能想起的寥寥無幾，導致重復教學過多，課時浪費較多，教學效率低下。

為了提高數(shù)控機床編程教學效果，改變以往理論滿堂灌的填鴨式教學形式，把理論教學與學生實際動手緊密結合起來。編程能力的提高，最終離不開操作使用數(shù)控機床。然而，由于數(shù)控機床的昂貴和操作使用上的安全性，學習編程理論初期，不便直接在數(shù)控機床上進行。為此，我們引進實驗課，即在理論課教學中安排實驗教學。這樣做改變了傳統(tǒng)的教師一味地講，學生一味地聽的教學慣例，學生變被動為主動，直接參與到教學中來，學生與教師共同完成教學任務。

所謂實驗課就是利用數(shù)控編程軟件直觀地認識和理解各個數(shù)控指令，并運用各種數(shù)控指令編寫數(shù)控程序。數(shù)控實驗以作業(yè)或課題的形式布置給學生，讓學生自行完成，要求書寫實驗報告。在編制某種零件的加工程序時，會遇到各種問題，同學需要找出原因并加以解決。在實驗過程中教師只起到輔助作用。這種方法，教、學、練交叉進行，學一學練一練，效果很好。

四、圍繞數(shù)控機床編程與操作控制職業(yè)技能教育，切實搞好實踐基地建設

通過金工實習，學生已經(jīng)基本掌握了一般機床的操作使用方法。再通過以上各個環(huán)節(jié)的能力培養(yǎng)，學生已具有基本編制典型形狀特征零件程序的能力。但由于還停留在模擬階段，所以必須實際上數(shù)控機床進行實戰(zhàn)數(shù)控機床編程和操作控制能力訓練。在掌握數(shù)控操作技能的同時，進行零件分析，編制數(shù)控加工工藝路線，編制數(shù)控加工程序并進行調試，最后加工出尺寸精度和表面質量等都合格的零件。

同時，為了檢驗學生數(shù)控機床編程及其操作控制能力是否能適應市場，在學生綜合學習理論與實際知識的前提下，通過大量典型零件的編程練習，安排統(tǒng)一的課題進行實戰(zhàn)編程與操作訓練，最后組織學生參加數(shù)控機床工職業(yè)技能認證考試。

然而，要全面提高數(shù)控機床編程及其操作控制能力，進行數(shù)控機床編程與操作控制職業(yè)能力培養(yǎng)，就離不開數(shù)控技術實踐教學，離不開有效利用實訓基地開展實戰(zhàn)訓練，因此就必須充分重視實訓室建設。數(shù)控機床技術含量高，實訓室建設應作為一個關鍵項目立項來抓，從實踐教學內容、投資的經(jīng)濟合理性、設備的市場通用性、實用性和發(fā)展的前瞻性出發(fā)，配置中、高檔的數(shù)控車床、數(shù)控銑床和加工中心等硬件設備，同時配備相關的軟件設備，形成一個較好的數(shù)控技術職業(yè)技能教學的軟、硬件環(huán)境。

按照這一要求，配備高層次的齊全的CAD/CAM機房電腦設備及軟件系統(tǒng)。不僅滿足數(shù)控編程實驗和上機實訓的需要，同時也為學生能自由上機練習提供方便的場所。

同時，為了大案例教學的需要，購置一臺綜合性強的數(shù)控機床，以方便學生拆裝數(shù)控設備和開展數(shù)控設備相關課程教學的需要。

五、結語

本文以就業(yè)方向、市場需求為切入點，討論數(shù)控技術方向職業(yè)能力內涵，探討解決學生各方面職業(yè)能力培養(yǎng)問題的途徑，摸索教學模式新思路。作為技術應用型本科機械設計制造及其自動化專業(yè)數(shù)控技術方向數(shù)控機床編程與操作控制職業(yè)能力培養(yǎng)模式，從理論課、實驗課和實訓課的互補關系出發(fā)，將其有效結合，穿行，使其融為一體，同時以國家職業(yè)技能鑒定中心相關數(shù)控技能考證要求為能力目標，進行綜合能力培養(yǎng)，取得了良好的效果。

1.實訓基地建設是職業(yè)能力培養(yǎng)的保證。

2.將考證內容作為技能培養(yǎng)的參考，目標明確。

3.在數(shù)控編程理論教學中引進實驗課，使教、學、練交叉進行，有效地提高了教學效果。

4.將數(shù)控機床編程與操作控制職業(yè)能力分成各個不同職業(yè)能力模塊，按能力模塊的互補關系有層次地開展教學，取得了能力培養(yǎng)的綜合效果，提高學生綜合思考問題和解決問題的能力。

參考文獻：

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[2]柳永念.創(chuàng)新教育觀下高校計算機基礎課程教學模式探討[J].教育與職業(yè)，2008（12）.

第8篇：數(shù)控機床控制范文

關鍵詞：數(shù)控機床控制技術

數(shù)控機床是機電一體化的典型產(chǎn)品，數(shù)控機床控制技術是集計算機及軟件技術、自動控制技術、電子技術、自動檢測技術、液壓與氣動技術和精密機械等技術為一體的多學科交叉的綜合技術。隨著科學技術的高速發(fā)展，機電一體化技術迅猛發(fā)展，數(shù)控機床在企業(yè)普遍應用，對生產(chǎn)線操作人員的知識和能力要求越來越高。

一、數(shù)控機床的優(yōu)點與缺點

(一)數(shù)控機床的優(yōu)點

對零件的適應性強，可加工復雜形狀的零件表面。在同一臺數(shù)控機床上，只需更換加工程序，就可適應不同品種及尺寸工件的自動加工，這就為復雜結構的單件、小批量生產(chǎn)以及試制新產(chǎn)品提供了極大的便利，特別是對那些普通機床很難加工或無法加工的精密復雜表面(如螺旋表面)，數(shù)控機床也能實現(xiàn)自動加工。

加工精度高，加工質量穩(wěn)定。目前，數(shù)控機床控制的刀具和工作臺最小移動量(脈沖當量)普遍達到0.0001mm，而且數(shù)控系統(tǒng)可自動補償進給傳動鏈的反向間隙和絲杠螺距誤差，使數(shù)控機床達到很高的加工精度。此外，數(shù)控機床的制造精度高，其自動加工方式避免了生產(chǎn)者的人為操作誤差，因此，同一批工件的尺寸一致性好，產(chǎn)品合格率高，加工質量穩(wěn)定。

生產(chǎn)效率高。由于數(shù)控機床結構剛性好，允許進行大切削用量的強力切削，從主軸轉速和進給量的變化范圍比普通機床大，因此在加工時可選用最佳切削用量，提高了數(shù)控機床的切削效率，節(jié)省了機動時間。與普通機床相比，數(shù)控機床的生產(chǎn)效率可提高2—3倍。

良好的經(jīng)濟效益。使用數(shù)控機床進行單件、小批量生產(chǎn)時，可節(jié)省劃線工時，減少調整、加工和檢驗時間，節(jié)省直接生產(chǎn)費用；同時還能節(jié)省工裝設計、制造費用；數(shù)控機床加工精度高，質量穩(wěn)定，減少了廢品率，使生產(chǎn)成本進一步下降。此外，數(shù)控機床還可實現(xiàn)一機多用，所以數(shù)控機床雖然價格較高，仍可獲得良好的經(jīng)濟效益。

自動化程度高。數(shù)控機床自動化程度高，可大大減輕工人的勞動強度，減少操作人員的人數(shù)，同時有利于現(xiàn)代化管理，可向更高級的制造系統(tǒng)發(fā)展。

(二)數(shù)控機床的缺點

數(shù)控機床的主要缺點如下：價格較高，設備首次投資大；對操作、維修人員的技術要求較高；加工復雜形狀的零件時。手工編程的工作量大。

二、數(shù)控機床的種類

數(shù)控機床的種類很多，主要分類如下：

按工藝用途分類。按工藝用途，數(shù)控機床可分類如下。普通數(shù)控機床：這種分類方式與普通機床分類方法一樣，銑床、數(shù)控錨床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控齒輪加工機床等。加工中心機床：數(shù)控加工中心是在普通數(shù)控機床上加裝一個刀庫和自動換刀裝置而構成的數(shù)控機床，它可在一次裝夾后進行多種工序加工。

按運動方式分類。按運動方式，數(shù)控機床可分類如下：點位控制數(shù)控機床。數(shù)控系統(tǒng)只控制刀具從要有數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標錘床、數(shù)控沖剪床等。直線控制數(shù)控機床：數(shù)控系統(tǒng)除了控制點與點之間的準確位置以外，還要保證兩點之間移動的軌跡是一條直線，而且對移動的速度也要進行控制。這類機床主要有簡易數(shù)控車床、數(shù)控銷、銑床等。輪廓控制數(shù)控機床：數(shù)控系統(tǒng)能對兩個或兩個以上運動坐標的位移及速度進行連續(xù)相關的控制，使合成的運動軌跡能滿足加工的要求。這類機床主要有數(shù)控車床、數(shù)控銑床等。

按伺服系統(tǒng)的控制方式分類。按伺服系統(tǒng)的控制方式，數(shù)控機床可分類如下。開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機床。閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機床。半閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機床。

按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平分類。技功能水平分類，數(shù)控系統(tǒng)可分類如下。經(jīng)濟性數(shù)控機床。經(jīng)濟性數(shù)控機床大多指采用開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機床價格便宜，適用于自動化程度要求不高的場合。中檔數(shù)控機床。這類數(shù)控機床功能較全，價格適中，應用較廣。高檔數(shù)控機床。這類數(shù)控機床功能齊全，價格較貴。

三、數(shù)控機床控制技術的發(fā)展

機械設備最早的控制裝置是手動控制器。目前，繼電器—接觸器控制仍然是我國機械設備最基本的電氣控制形式之一。到了20世紀奶年代至50年代，出現(xiàn)了交磁放大機—電動機控制，這是一種閉環(huán)反饋系統(tǒng)，系統(tǒng)的控制精度和快速性都有了提高。20世紀60年代出現(xiàn)了晶體管——晶閘管控制，由晶閘管供電的直流調速系統(tǒng)和交流調速系統(tǒng)不僅調運性能大為改善，而且減少了機械設備和占地面積，耗電少，效率局，完全取代了交磁放大機—電動機控制系統(tǒng)。

在20世紀的60年代出現(xiàn)丁一種能夠根據(jù)需要方便地改變控制程序，結構簡單、價格低廉的自動化裝置—順序控制器。隨著大規(guī)模集成電路和微處理器技術的發(fā)展及應用，在20世紀70年代出現(xiàn)了一種以微處理器為核心的新型工業(yè)控制器——可編程序控制器。這種器件完全能夠適應惡劣的工業(yè)環(huán)境，由于它具備了計算機控制和繼電器控制系統(tǒng)兩方面的優(yōu)點，故目前已作為一種標準化通用設備普通應用于工業(yè)控制。

隨著計算機技術的迅速發(fā)展，數(shù)控機床的應用日益廣泛，井進一步推動了數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，產(chǎn)生了自動編程系統(tǒng)、計算機數(shù)控系統(tǒng)、計算機群控系統(tǒng)和天性制造系統(tǒng)。計算機集成制造系統(tǒng)及計算機輔助設計、制造一體化是機械制造一體化的高級階段，可實現(xiàn)產(chǎn)品從設計到制造的全部自動化。

綜上所述，機械設備控制技術的產(chǎn)生，并不是孤立的，而是各種技術相互滲透的結果。它代表了正在形成中的新一代的生產(chǎn)技術，已顯示出并將越來越顯示出強大的威力。

第9篇：數(shù)控機床控制范文

敘詞：數(shù)控機床高精度軌跡控制

0前言

數(shù)控機床是實現(xiàn)先進制造技術的重要基礎裝備，它關系到國家發(fā)展的戰(zhàn)略地位。因此，立足國內實際，加速發(fā)展具有較強競爭能力的國產(chǎn)高精度數(shù)控機床，不斷擴大市場占有率，逐步收復失地，便成為我國數(shù)控機床研究開發(fā)部門和生產(chǎn)廠家所面臨的重要任務。

為完成這一任務，必須攻克若干關鍵技術，但其中最關鍵的一項是數(shù)控機床的高精度軌跡控制技術。因此，我們近年來結合生產(chǎn)實際，從高速高精度插補、高速高精度伺服控制和信息化軌跡校正等諸方面，對高速高精度軌跡控制技術進行了系統(tǒng)研究，并以此為基礎加強了新型數(shù)控系統(tǒng)和高精度數(shù)控機床的開發(fā)。本文將介紹所取得的部分結果。

1數(shù)控機床高精度軌跡控制的基本思想

隨著科學技術的進步和社會經(jīng)濟的發(fā)展，對機床加工精度的要求越來越高。如果完全靠提高零部件制造精度和機床裝配精度的傳統(tǒng)方法來設計制造高精度數(shù)控機床，勢必大幅度提高機床的成本，在有些情況下甚至不可能。面對這一現(xiàn)實，我們對以低成本實現(xiàn)高精度的途徑進行了探索，提出一種通過信息、控制與機床結構相結合實現(xiàn)數(shù)控機床高精度軌跡控制的方法，其核心思想是：①采用具有高分辨率和高采樣頻率的新型插補技術，在保證速度的前提下大幅度提高軌跡生成精度；②通過新型雙位置閉環(huán)控制，有效保證希望軌跡的高精度實現(xiàn)。③以信息化軌跡校正消除機械誤差和干擾對軌跡精度的影響，從而保證所控制的機床可在生產(chǎn)環(huán)境中長期高精度運行。

2高速高精度軌跡生成

高精度軌跡生成是實現(xiàn)高精度軌跡控制的基礎。本文以高分辨率、高采樣頻率和粗精插補合一的多功能采樣插補生成刀具希望軌跡。

2.1基本措施

由采樣插補原理可知，插補誤差δ(mm)與進給速度vf(mm/min)、插補頻率f(Hz)和補曲線曲率半徑ρ(mm)間有如下關系

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(1)

由上式可知，為既保證高的進給速度，又達到高的軌跡精度，一種有效的辦法就是提高采樣插補頻率。考慮到在現(xiàn)代數(shù)控機床上將經(jīng)常碰到高速高精度小曲率半徑加工問題。為此，我們在開發(fā)新型數(shù)控系統(tǒng)時，發(fā)揮軟硬件綜合優(yōu)勢將采樣插補頻率提高到5kHz，即插補周期為0.2ms。這樣，即使要求進給速度達到60m/min，在當前曲率半徑為50mm時，仍能保證插補誤差不大于0.1μm。

2.2數(shù)學模型

常規(guī)采樣插補算法普遍采用遞推形式，一般存在誤差積累效應。這種效應在高速高精度插補時將對插補精度造成不可忽視的影響。因此，我們在開發(fā)高速高精度數(shù)控系統(tǒng)時采用新的絕對式插補算法，其要點是：為補曲線建立便于計算的參數(shù)化數(shù)學模型

x=f1(u)，y=f2(u)，z=f3(u)

(2)

式中u——參變量，u∈［0，1］

要求用其進行軌跡插補時不涉及函數(shù)計算，只需經(jīng)過次數(shù)很少的加減乘除運算即可完成。

例如，對于圓弧插補，式(2)的具體形式為

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(3)

式中M——常數(shù)矩陣，當插補點位于一、二、三、四象限時，其取值分別為

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2.3實時插補計算

在參數(shù)化模型的基礎上，插補軌跡計算可以模型坐標原點為基準進行，從而可消除積累誤差，有效保證插補計算的速度和精度。其實現(xiàn)過程如下：

首先根據(jù)當前進給速度和加減速要求確定當前采樣周期插補直線段長度ΔL。然后，按下式計算當前采樣周期參變量的取值

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(4)

式中ui-1——上一采樣周期參變量的取值

screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;\>——參變量的攝動量

screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;\>——與screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;\>對應的x，y，z的攝動量

最后將ui代入軌跡計算公式(2)，即可計算出插補軌跡上當前點的坐標值xi，yi，zi。不斷重復以上過程直至到達插補終點，即可得到整個離散化的插補軌跡。

需說明一點，按式(4)計算ui時允許有一定誤差，此誤差僅會對進給速度有微小影響，不會對插補軌跡精度產(chǎn)生任何影響。這樣，式中的開方運算可用查表方式快速完成。

2.4算例分析

表1給出了第一象限半徑為50mm圓弧的插補計算結果。表中第一行為插補點序號，u行為各插補點處參變量的取值，x、y行為各插補點的坐標值。為分析插補誤差，將各插補點處的圓弧半徑和插補直線段長度的實際值也一同列于表中的r行和ΔL行。

由表可見，雖然插補過程中計算ui時產(chǎn)生的誤差對插補點沿補曲線前后位置的準確性有一定影響(ΔL值約有小于1%的誤差)，但各插補點處的r值總是50.000，這說明插補點準確位于補曲線上，不存在軌跡誤差。

表1圓弧插補計算結果(x，y，r，ΔL的單位為mm)

插補點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實現(xiàn)高精度軌跡控制的雙閉環(huán)控制方案

通過高速高精度插補獲得精確的刀具希望軌跡后，下一步的任務便是如何保證刀具實際運動軌跡與插補產(chǎn)生的希望軌跡一致。為此需首先解決各運動坐標的高精度位置控制問題。

3.1系統(tǒng)組成

常規(guī)全閉環(huán)機床位置控制系統(tǒng)的動態(tài)結構如圖1所示。其設計思想是在速度環(huán)的基礎上加上位置外環(huán)來構成全閉環(huán)位置控制系統(tǒng)。根據(jù)電力拖動系統(tǒng)的工程設計方法，設計此類系統(tǒng)時，位置控制器應選用PI或PID調節(jié)器，以使系統(tǒng)獲得較快的跟隨性能。然而，因這類系統(tǒng)為高階Ⅱ型系統(tǒng)，其開環(huán)頻率特性將與非線性環(huán)節(jié)的負倒幅曲線相交，從而使系統(tǒng)出現(xiàn)非線性自持振蕩而無法正常工作。這就使得這類系統(tǒng)難以在實際中廣泛應用。

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圖1常規(guī)全閉環(huán)位置控制系統(tǒng)的動態(tài)結構

ni，no——調速系統(tǒng)輸入指令和輸出轉速

Ki——傳動機構增益

為了克服常規(guī)全閉環(huán)位置控制系統(tǒng)存在的缺陷，必須打破以速度內環(huán)為基礎構造全閉環(huán)位置控制系統(tǒng)的傳統(tǒng)理論的束縛，尋求新的在保證可靠穩(wěn)定性的基礎上獲得高精度的途徑。經(jīng)過多年探索，我們研究出一種新的轉角-線位移雙閉環(huán)位置控制方法，由其構成的位置控制系統(tǒng)的動態(tài)結構如圖2所示。該系統(tǒng)的特點是：整個系統(tǒng)由內外兩個位置環(huán)組成。其中內部閉環(huán)為轉角位置閉環(huán)，其檢測元件為裝于電機軸上的光電編碼盤，驅動裝置為交流伺服系統(tǒng)，由此構成一輸入為θi輸出為θo的轉角隨動系統(tǒng)。外部位置閉環(huán)采用光柵、感應同步器等線位移檢測元件直接獲取機床工作臺的位移信息，并以內環(huán)的轉角隨動系統(tǒng)為驅動裝置驅動工作臺運動。工作臺的位移精度由線位移檢測元件決定。

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圖2轉角—線位移雙閉環(huán)位置控制系統(tǒng)的動態(tài)結構

該系統(tǒng)的設計思路是，內外環(huán)合理分工，內環(huán)主管動態(tài)性能，外環(huán)保證穩(wěn)定性和跟隨精度。為提高系統(tǒng)的跟隨性能，引入由Gc(s)組成的前饋通道，構成復合控制系統(tǒng)。

3.2穩(wěn)定性與誤差分析

(1)穩(wěn)定性分析

由于內部轉角閉環(huán)不包含間隙非線性環(huán)節(jié)，因此通過合理設計該局部線性系統(tǒng)，可使其成為一無超調的快速隨動系統(tǒng)，其動態(tài)特性可近似表示為

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(5)

式中Kθ——轉角閉環(huán)增益

Tθ——轉角閉環(huán)時間常數(shù)

系統(tǒng)外環(huán)雖然包含了非線性環(huán)節(jié)，但設計控制器使

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(6)

式中Kp——積分環(huán)節(jié)時間常數(shù)

將系統(tǒng)校正為Ⅰ型并合理選擇系統(tǒng)增益，可避免系統(tǒng)的頻率特性曲線與非線性環(huán)節(jié)的負倒幅曲線相交或將其包圍，從而保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作［2］。顯然當Tθ較小時θo(s)/θi(s)≈Kθ，系統(tǒng)將具有更強的穩(wěn)定性。

(2)跟隨誤差分析

采用上述方案可保證圖2系統(tǒng)穩(wěn)定工作，因此可忽略非線性因素的影響，求出該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

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(7)

系統(tǒng)設計時使反饋系數(shù)Kf=1，前饋通道

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(8)

有

Φx(s)1

(9)

上式說明，雙閉環(huán)系統(tǒng)具有理想的動態(tài)性能和跟隨精度。

4信息化軌跡誤差校正

在雙位置閉環(huán)控制下，機床坐標運動的精度主要取決于檢測裝置獲取信息的準確程度。因此，進一步通過信息補償有效提高檢測裝置的精度并使其不受外部環(huán)境的影響，將為進一步提高坐標運動精度提供一條新的途徑。為此采取以下措施：對檢測裝置的誤差及其與系統(tǒng)狀態(tài)的關系進行精確測定并建立描述誤差關系的數(shù)學模型，加工過程中由數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)有關狀態(tài)信息(如工作臺實際位置、檢測裝置的溫度等)按數(shù)學模型計算誤差補償值，并據(jù)此對檢測裝置的測量值進行實時校正，從而保證機床運動部件沿各自的坐標軸具有很高的運動精度。

為在高精度坐標運動的基礎上，獲得高精度的多坐標合成軌跡，進一步采用幾何誤差信息化校正方法。例如，對于機床x、y工作臺的不垂直度誤差，可通過以下過程進行校正：

將一精密測頭裝入機床主軸，對固定于工作臺上的標準樣件(圓弧輪廓)進行測量。當機床的x、y坐標間存在不垂直度誤差時，所測的軌跡將不是一個準確的圓。將此實測軌跡與標準軌跡相比較，即可求出x、y坐標間不垂直度誤差值。按該誤差值對x、y坐標的運動進行校正，即可使x、y合成運動軌跡達到更高的精度。

將此原理用于其他幾何誤差的校正，即可有效提高多坐標運動的合成軌跡精度。若在加工過程中插入上述校正過程，還可對溫度變化引起的熱變形誤差進行有效補償。

5應用實例

以高速高精度軌跡控制技術為基礎，開發(fā)了一種新型計算機數(shù)控系統(tǒng)［3］。某用戶用該系統(tǒng)控制SKY1632數(shù)控銑床，其加工性能有了明顯提高。例如，有一種復雜模具零件，被加工表面不但曲率變化劇烈，而且許多部位的曲率半徑值很小，過去用老型號系統(tǒng)控制機床進行加工時，必須采用很低的進給速度才能保證加工精度，生產(chǎn)率很低。采用新型數(shù)控系統(tǒng)后，由于其對大曲率和曲率變化的高度適應能力，使得進給速度提高數(shù)倍后，仍能加工出合格的零件，從而大幅度提高了生產(chǎn)率。此外，通過新型系統(tǒng)的控制，有效地抑制了機械傳動誤差、時變切削力和溫度變化等因素對加工精度的影響，較好解決了大程序量、長時間(連續(xù)幾十小時以上)加工中所存在的軌跡跑偏問題，提高了復雜零件的加工質量。