數控系統范文第1篇
[關鍵詞]開放式 模塊化 控制器 數控系統
一、引言
隨著數控技術向著靈活方便、多功能、網絡化的方向發展，控制器也必須跟上這一發展步伐。這就要求控制器能夠重新配置、修改、擴充和改裝，甚至有時要求控制器能重新組合與生成。由此，出現了開放式數控系統的理念。本文主要從開放式數控系統的產生背景、基本特征和關鍵技術三個方面做了闡述，希望可以給讀者帶來有價值的參考。
二、開放式數控系統產生的背景
所謂開放式系統是相對于以前的數控系統而言的，過去日本的FANUC、德國的SIEMENS等大型的CNC控制器制造商，
為數控機床生產了全部的配套產品，包括CNC數控裝置、主軸、進給驅動器和電機，使機床生產廠得到了滿意的服務，也使這種專用的CNC系統成為市場上的主導產品，受到了機床生產廠和用戶的歡迎。
數控系統“開放”的要求來自生產方式的發展，來自用戶和機床廠家對附加技術的要求，也來自控制器廠商追求高質量、低成本和提高產品競爭力的需要。
(一)生產系統的需求
隨著計算機技術的發展，特別是網絡技術的發展，CIM的實現形式將從以大型主計算機和大規模數據庫為中心的集中型，向以個人計算機為主的小型計算機互相連接、配置成網絡的分散型發展。其變化不僅擁有技術上的優勢，而且更符合實際生產方式的需要。在生產現場，投資適中、組織簡單、與需求相適應的分散型局部生產系統，比需要龐大投資的集中型生產系統更受歡迎。分散的控制系統可以分為若干個子系統，降低了設計和實施的難度。在分散型的生產系統中，即使變更部分產品及管理方式也不會改變整個系統。
(二)生產設備的客觀需要
工業生產中機床設備的種類很多，許多機床是直接根據用戶的需要設計的?？刂破魃a商提供的數控系統大多是全功能的數控系統。數控系統中的許多參數都需要根據機床的實際情況設定，系統要提供設定參數的接口，以供機床制造商調整和修改。有些情況下，機床制造商并不需要全功能數控系統中的所有功能，而是希望選裝自己所需要的功能。在這些情況下，都希望數控系統具有一定的“開放性”，即具有高度模塊化的結構，可以重新配置、修改、擴充和改裝。
(三)機床制造廠的推動作用
長期以來，數控設備制造廠和機床制造廠是各自獨立開發產品的。數控廠商不斷豐富系統的功能 ，但在數控機床實際應用中，并不一定需要龐大的系統功能支持。另一方面，機床制造廠和最終用戶有許多加工經驗，而這些經驗不可能與數控裝置的生產廠共享，很難融入到已有的數控系統中去。不能將推進數控技術的希望全部寄托于機床生產廠，不是所有的機床廠商都有研制數控系統的能力。市場的需求呼吁機床生產廠和數控系統生產廠合作，開發新的數控系統，使其具有高度的模塊化，支持用戶二次開發，能夠將用戶和機床生產商的經驗吸收到數控系統。實際制造生產對數控系統的開放式提出了新的要求。
三、開放式數控系統的基本特征
開放式數控系統已經成為當前控制器開發的熱點。但關于“開放式”的定義并沒有統一的定義和標準。從當前世界各國的有關開放式控制器的研究計劃中看，開放式控制器應當具有以下基本特征。
(一)模塊化
開放式數控系統首先應當具有高度模塊化的特征。模塊化的含義有兩層，首先是數控功能的模塊化，可以根據機床廠的要求選裝各個功能，另一層含義是系統體系結構的模塊化，即數控系統內部實現各功能的算法是可分離的、可替換的。例如，可以單獨替換數控系統的核心插補算法，或替換數控系統的操作界面。系統體系結構模塊化是功能模塊化的基礎，也是系統配置、重組的基礎。只有模塊化的數控系統才能談得上開放。
(二)標準化
“開放”從來都不是毫無約束的開放，而是在一定規范下的開放。如同PC領域一樣，任何硬件廠都可以設計制造PC硬件，但都要符合PC的各種標準。只有這樣，才能實現PC系統的開放?？刂破鞯拈_放也要在標準化的約束下實現。“標準化”的基礎是模塊化，因為標準的制定要建立在模塊合理劃分的基礎上。
(三)平臺無關性
開放式系統應當具有平臺無關性，不依賴特定的硬件平臺和操作系統平臺。對于平臺無關性的理解也不是絕對的，因為跨平臺的程序移植總是有許多工作要做，就如同Mac機的應用程序不能直接應用于PC機，而NT下的應用程序不能應用于UNIX下一樣。開放式控制器的平臺無關性是指控制器與計算機平臺之間的接口明確，只要使用具體平臺的API(應用程序接口)編寫接口，在支持API的編譯環境中重新編譯就可以實現控制器的跨平臺移植。這樣將大大縮短控制器及其應用程序的移植。
(四)可再次開發
開放式控制器應當允許用戶進行二次開發。二次開發是具有不同層次的。比較簡單的二次開發可以包括用戶根據實際情況調整系統的參數設置和進行模塊配置。進一步的二次開發包括對用戶界面的重新設計。更深層的開發應當允許用戶將自己按照規范設計的功能部件集成到系統中去。為了實現上述功能，系統應具有可擴展性。
(五)適應網絡操作方式
作為開放式控制器，應當考慮到迅速發展的網絡技術及其在工業生產領域中的應用。目前，比較簡單的網絡應用尚停留在通過網絡向數控系統傳遞零件程序、加工指令或進行一些遠程監控的工作，網絡技術尚沒有有機的融合入控制器的體系結構中?？梢灶A見，隨著網絡技術逐步融入PC機及其后續機型，網絡技術也必將融入開放式控制器的體系結構中。未來的開放式控制器可能是在網絡技術支持下的多處理器并行計算的控制器。
四、開放式數控系統的關鍵技術
在研究方法上，有兩種技術路線：一種是以歐洲OSACA為代表，從建立理想模型入手，逐步實現新開發的控制器產品遵循理想模型;另一種技術路線是以日本的OSEC為代表，試圖建立中性語言，在現有的數控系統的基礎上，通過這種機制使數控系統部分地向用戶開放。在這兩種技術思路中，第一種屬于理想化的技術路線，第二種技術路線相比之下就更加現實，但并不是最完美的解決方法。
無論采用OSACA的技術路線還是OSEC的技術路線，都需要確定嚴格的接口定義，即確定開放式的標準。開放式的標準首先應當是科學合理，而且還要具有一定的前瞻性。此標準應當詳細地定義軟件模塊和硬件結構的接口。只有詳細定義了標準，才能夠談得上互易操作性，是多家公司開發的模塊集成。關于標準，最重要的是得到業界的支持和嚴格遵守。無論OSACA還是OSEC，都擁有一大批有實力的控制器廠商參與。當然，形成開放式標準也需要政府部門支持和參與。開放式控制器不可能在短期取代傳統控制器。
五、結束語
目前在我國，已有開放式數控系統出現，它們雖然有著各自的優點，但從數控系統的長遠發展看還有許多需要改進的地方。如相互之間缺乏兼容性，對體系結構的闡述都局限于具體的實現層面，沒有提高到一種理論的抽象的層面上來。同時各個系統雖然模塊化了，但沒有標準化、層次化，沒有用到國際上的新技術，和國外相比在開發思想上還有很大的差距。在以后的發展過程中，我們要利用新技術來促進我國開放式數控系統的發展，在我國企業發展、產品創新設計中發揮出重要作用。
參考文獻：
[1]王鳳蘊、張超英，數控原理與典型數控系統[M].北京：高等教育出版社，2003.
[2]杜君文、鄧廣敏，數控技術[M].天津：天津大學出版社，2002.
數控系統范文第2篇
現代制造系統中, 數控技術是關鍵技術, 它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術于一體, 具有高精度、高效率、柔性自動化等特點, 對制造業實現柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前, 數控技術正在發生根本性變革, 由專用型封閉式開環控制模式向通用型開放式實時動態全閉環控制模式發展。在集成化基礎上, 數控系統實現了超薄型、超小型化;在智能化基礎上, 綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經網絡等多學科技術, 數控系統實現了高速、高精、高效控制, 加工過程中可以自動修正、調節與補償各項參數, 實現了在線診斷和智能化故障處理;在網絡化基礎上, CAD/CAM與數控系統集成為一體, 機床聯網, 實現了中央集中控制的群控加工。
長期以來, 我國的數控系統為傳統的封閉式體系結構, CNC只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據經驗以固定參數形式事先設定, 加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統進行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環節, 整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環執行機構。在復雜環境以及多變條件下, 加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉速、進給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數, 無法在現場環境下根據外部干擾和隨機因素實時動態調整, 更無法通過反饋控制環節隨機修正CAD/CAM中的設定量, 因而影響CNC的工作效率和產品加工質量。由此可見, 傳統CNC系統的這種固定程序控制模式和封閉式體系結構, 限制了CNC向多變量智能化控制發展, 已不適應日益復雜的制造過程, 因此, 對數控技術實行變革勢在必行。
2 數控技術發展趨勢
2.1 性能發展方向
2.1.1 高速高精高效化。
速度、精度和效率是機械制造技術的關鍵性能指標。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統以及帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數字伺服系統, 同時采取了改善機床動態、靜態特性等有效措施, 機床的高速高精高效化已大大提高。
2.1.2 柔性化。
包含兩方面:數控系統本身的柔性, 數控系統采用模塊化設計, 功能覆蓋面大, 可裁剪性強, 便于滿足不同用戶的需求;群控系統的柔性, 同一群控系統能依據不同生產流程的要求, 使物料流和信息流自動進行動態調整, 從而最大限度地發揮群控系統的效能。
2.1.3 工藝復合性和多軸化。
以減少工序、輔助時間為主要目的的復合加工, 正朝著多軸、多系列控制功能方向發展。數控機床的工藝復合化是指工件在一臺機床上一次裝夾后, 通過自動換刀、旋轉主軸頭或轉臺等各種措施, 完成多工序、多表面的復合加工。數控技術軸, 西門子880系統控制軸數可達24軸。
2.1.4 實時智能化。
早期的實時系統通常針對相對簡單的理想環境, 其作用是如何調度任務, 以確保任務在規定期限內完成。而人工智能則試圖用計算模型實現人類的各種智能行為?？茖W技術發展到今天, 實時系統和人工智能相互結合, 人工智能正向著具有實時響應的、更現實的領域發展, 而實時系統也朝著具有智能行為的、更加復雜的應用發展, 由此產生了實時智能控制這一新的領域。在數控技術領域, 實時智能控制的研究和應用正沿著幾個主要分支發展:自適應控制、模糊控制、神經網絡控制、專家控制、學習控制、前饋控制等。例如在數控系統中配備編程專家系統、故障診斷專家系統、參數自動設定和刀具自動管理及補償等自適應調節系統, 在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預測和預算功能、動態前饋功能, 在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制, 使數控系統的控制性能大大提高, 從而達到最佳控制的目的。
2.2 功能發展方向
2.2.1 用戶界面圖形化。
用戶界面是數控系統與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同, 因而開發用戶界面的工作量極大, 用戶界面成為計算機軟件研制中最困難的部分之一。當前Internet、虛擬現實、科學計算可視化及多媒體等技術也對用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業用戶的使用, 人們可以通過窗口和菜單進行操作, 便于藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態圖形顯示、圖形模擬、圖形動態跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現。
2.2.2 科學計算可視化。
科學計算可視化可用于高效處理數據和解釋數據, 使信息交流不再局限于用文字和語言表達, 而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息?？梢暬夹g與虛擬環境技術相結合, 進一步拓寬了應用領域, 如無圖紙設計、虛擬樣機技術等, 這對縮短產品設計周期、提高產品質量、降低產品成本具有重要意義。在數控技術領域, 可視化技術可用于CAD/CAM, 如自動編程設計、參數自動設定、刀具補償和刀具管理數據的動態處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。
2.2.3 插補和補償方式多樣化。
多種插補方式如直線插補、圓弧插補、圓柱插補、空間橢圓曲面插補、螺紋插補、極坐標插補、2D+2螺旋插補、NANO插補、NURBS插補 (非均勻有理B樣條插補) 、樣條插補 (A、B、C樣條) 、多項式插補等。多種補償功能如間隙補償、垂直度補償、象限誤差補償、螺距和測量系統誤差補償、與速度相關的前饋補償、溫度補償、帶平滑接近和退出以及相反點計算的刀具半徑補償等。
2.2.4 內裝高性能PLC。
數控系統內裝高性能PLC控制模塊, 可直接用梯形圖或高級語言編程, 具有直觀的在線調試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標準PLC用戶程序實例, 用戶可在標準PLC用戶程序基礎上進行編輯修改, 從而方便地建立自己的應用程序。
2.2.5 多媒體技術應用。
多媒體技術集計算機、聲像和通信技術于一體, 使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數控技術領域, 應用多媒體技術可以做到信息處理綜合化、智能化, 在實時監控系統和生產現場設備的故障診斷、生產過程參數監測等方面有著重大的應用價值。
2.3 體系結構的發展
2.3.1 集成化。
采用高度集成化CPU、RISC芯片和大規?？删幊碳呻娐稦PGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片, 可提高數控系統的集成度和軟硬件運行速度。應用FPD平板顯示技術, 可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優點, 可實現超大尺寸顯示, 成為和CRT抗衡的新興顯示技術, 是21世紀顯示技術的主流。應用先進封裝和互連技術, 將半導體和表面安裝技術融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數量來降低產品價格, 改進性能, 減小組件尺寸, 提高系統的可靠性。
2.3.2 模塊化。
硬件模塊化易于實現數控系統的集成化和標準化。根據不同的功能需求, 將基本模塊, 如CPU、存儲器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊, 作成標準的系列化產品, 通過積木方式進行功能裁剪和模塊數量的增減, 構成不同檔次的數控系統。
2.3.3 網絡化。
機床聯網可進行遠程控制和無人化操作。通過機床聯網, 可在任何一臺機床上對其它機床進行編程、設定、操作、運行, 不同機床的畫面可同時顯示在每一臺機床的屏幕上。
2.3.4 通用型開放式閉環控制模式。
采用通用計算機組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式體系結構, 便于裁剪、擴展和升級, 可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數控系統。閉環控制模式是針對傳統的數控系統僅有的專用型單機封閉式開環控制模式提出的。由于制造過程是一個具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復雜過程, 包含諸如加工尺寸、形狀、振動、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素, 因此, 要實現加工過程的多目標優化, 必須采用多變量的閉環控制, 在實時加工過程中動態調整加工過程變量。加工過程中采用開放式通用型實時動態全閉環控制模式, 易于將計算機實時智能技術、網絡技術、多媒體技術、CAD/CAM、伺服控制、自適應控制、動態數據管理及動態刀具補償、動態仿真等高新技術融于一體, 構成嚴密的制造過程閉環控制體系, 從而實現集成化、智能化、網絡化。
3 智能化新一代PCNC數控系統
當前開發研究適應于復雜制造過程的、具有閉環控制體系結構的、智能化新一代PCNC數控系統已成為可能。
智能化新一代PCNC數控系統將計算機智能技術、網絡技術、CAD/CAM、伺服控制、自適應控制、動態數據管理及動態刀具補償、動態仿真等高新技術融于一體, 形成嚴密的制造過程閉環控制體系。
4 結論
計算機數控 (CNC) 技術是一門計算機、自動控制、伺服驅動和自動檢測技術等各種技術綜合的結晶, 隨著計算機技術的不斷發展和普及, 開放式智能化的數控系統的研究將不斷進步, 傳統的數控系統終將被開放式的數控系統所取代。
摘要：隨著計算機技術的高速發展, 傳統的制造業開始了根本性變革, 各工業發達國家投入巨資, 對現代制造技術進行研究開發, 提出了全新的制造模式。
關鍵詞：數控技術,發展,智能化
參考文獻
[1]王令其.開放式結構的機床數控系統[J].機床與液壓, 2001, 6.
數控系統范文第3篇
目前對于優化新型三維復雜槽型尚缺乏理論基礎,有必要對三維槽型銑刀片的沖擊破損進行更深一步的探討和研究。因此,在開發銑刀片槽型時對刀片的沖擊破損進行研究是非常重要的,關于刀具破損問題的理論研究就作為一個亟待填補的空白,成為在新形勢下發展完善金屬切削理論的一個重要方面。
研究表明,硬質合金刀片斷續切削普通的碳素結構45鋼,很少發生粘結破損,而主要發生沖擊破損。銑削力是產生沖擊破損的根本原因,與銑削力相關的銑削應力場直接影響刀具沖擊破損。針對我們開發的波形刃銑刀片和傳統的平前刀面銑刀片,在作者已建立的銑削力數學模型及受力密度函數的基礎上,進行銑刀片三維應力場有限元分析及模糊綜合評判;進行刀片沖擊破損實驗研究;建立沖擊破損壽命累積分布函數數學模型,證明具有三維復雜槽型的波形刃銑刀片抗沖擊破損性能優良。以上研究工作為解決自動化生產中刀具破損這一關鍵技術問題及槽型優選技術的研究打下理論與試驗基礎。
1 三維應力場有限元分析
在作者已建立的表面受力密度函數數學模型基礎上[3],將表面受力密度函數作為邊界條件,利用大型有限元分析軟件ANSYS,對波形刃銑刀片和平前刀面銑刀片銑削加工45鋼時的三維應力場進行有限元分析,分析結果如圖1所示。
從圖1可明顯看出,平前刀面銑刀片切削時產生的應力比波形刃銑刀片產生的應力大,且刀片在刀尖處應力集中,易發生破損;波形刃銑刀片的應力主要分布在主切削刃上,不容易在刀尖處發生破損,而是主要發生磨損。應力場分析的結果可用下文的沖擊破損試驗來檢驗。
2 應力場模糊綜合評判
為了對銑刀片應力場的評估,常常要涉及到多個影響因素,且許多影響因素難以量化,因而具有一定的模糊性。所以對銑刀片應力場的評價,要根據多個因素對其作模糊綜合評估。從應力場結果中提取相關數據如表1所示,下面采用模糊數學理論[3]來評價銑刀片的應力場。
/N
(1)確定評判銑削應力場的影響因素集U
U={u1,u2,u3,u4}={刀尖處平均力,主切削刃平均力,刀尖處銑削力,最大銑削力}
(2)確定評價集V
V={v1,v2}={波形刃銑刀片性能優良,平前刀面銑刀片性能優良}
(3)確定評價因素權向量A
經實驗及有關資料查詢,評價因素權向量A確定如下:
(4)隸屬函數及評價矩陣的確定
根據表2中的數據,選用上限型方法,可以得到模糊
(5)將A與R合成得到評判結果B
將式R、A代入上式,得:
計算得:B=(0.9189,0.5370)
歸一化處理后得:B=(0.6312,0.3688)
因此可認為波形刃銑刀片應力場狀態屬于“優良”所占的比例為63.12%,而認為平前刀面銑刀片應力場狀態屬于“優良”所占的比例為36.88%。根據最大隸屬原則,選取bj中的最大者63.12%,即“波形刃銑刀片性能優良”作為兩種銑刀片應力場模糊綜合評價的最終評語。
3 三維復雜槽型銑刀片沖擊破損試驗
3.1 實驗條件及方法
沖擊破損試驗在立式升降臺銑床XW5032上進行,采用單齒對稱銑削的方式。工件材料為碳素結構45鋼,寬度為73.5mm。切削參數為:切削速度v=250m/min,每齒進給量fz=0.35mm/z,切深ap=4mm。試驗采用波形刃銑刀片和平前刀面銑刀片兩種銑刀片,兩者材質均為YT14。為了有較好的可比性,在平刀片前刀面上磨出了與波形刃銑刀片一樣的6°前角,兩種銑刀片的后角均為11°,主偏角為75°。試驗樣本為各取10個刀刃。圖2為兩種刀片的破損形貌照相圖。試驗記錄了兩種銑刀片切削到破損時的長度,從而可得到切削過程所受到的沖擊次數,見表2。
3.2 實驗結果分析
從兩種銑刀片破損形貌圖上來看,波形刃銑刀片破損主要在離刀尖一定的距離處的前刀面上產生小缺口(輕微崩刃),在刀尖處主要發生磨損,在后刀面上有磨損,而副后刀面基本上沒什么破損和磨損;平刀片主要刀尖處發生明顯的破損,由于沖擊力而產生碎裂,后刀面上磨損嚴重,從副后刀面上也能看到明顯磨損。
4 沖擊破損壽命累積分布函數數學模型的建立
硬質合金刀具的破損有兩種不同形式:早期脆性破損和疲勞破損。早期脆性破損是刀具切削開始后不久,由于某種因素(如刀具內有缺陷,工件硬質不均及刀具承受其它原因造成的過載)引起的打刀、崩刃。此時刀具磨損很小(VB≤0.1mm),機械疲勞和熱疲勞造成的裂紋尚未形成。疲勞破損是經過較長時間切削之后,由于機械沖擊和熱沖擊引起的裂紋造成的刀具破損[4]。
結合本試驗破損的實際情況來看,不屬于早期脆性破損而是屬于疲勞破損。刀具破損是一個典型的隨機現象,硬質合金刀具斷續切削鋼料時,刀具破損分布規律服從威布爾(Weibull)分布。
根據表2中的試驗數據,采用SuperSmith在威布爾概率紙上將沖擊次數畫在橫坐標上,將相應的中位秩畫在縱坐標上,得到如圖3所示的兩種銑刀片威布爾累積概率與沖擊次數關系圖。
從兩種銑刀片的威布爾累積概率分布圖上以及理論分析可以知,波形刃銑刀片抗沖擊破損性能要優于平前刀面銑刀片,這一結論與實驗所得出的結果是相吻合的。
5 結論
(1)以表面受力密度函數為邊界條件,對兩種銑刀片進行了三維應力場有限元分析及模糊綜合評判,應力場分析結果與兩種刀片實際破損失效形式吻合較好,通過模糊綜合評判預測出波形刃銑刀片的抗沖擊破損性能優良;
(2)從兩種銑刀片實驗結果的破損形貌圖上可以看出,波形刃銑刀片破損主要是在離刀尖一定的距離處的前刀面上產生輕微崩刃,在刀尖處主要發生磨損,在后刀面上有磨損,而副后刀面基本上沒什么破損和磨損;平前刀面銑刀片主要是在刀尖及其周圍發生明顯的破損,后刀面上磨損也很嚴重,副后刀面上也能明顯看到磨損;
(3)在沖擊破損實驗的基礎上,建立了兩種銑刀片沖擊破損壽命累積分布函數數學模型,從銑刀片的威布爾累積概率分布圖上及理論分析可以看出,波形刃銑刀片抗沖擊破損性能要遠優于平前刀面銑刀片,這一結論與實驗結果是完全符合的。
以上研究工作為解決自動化生產中刀具破損這一關鍵技術問題及槽型優選技術的研究打下理論與試驗基礎。
摘要：文中針對哈爾濱理工大學開發的三維復雜槽型波形刃銑刀片和平前刀面銑刀片,通過對碳素結構45鋼的面銑加工進行了刀片沖擊破損的實驗研究。首先進行銑刀片三維應力場有限元分析及模糊綜合評判,預測出波形刃銑刀片的抗沖擊破損性能優良;其次,通過試驗揭示不同銑刀片沖擊破損失效形式的差異;通過大量、系統的沖擊破損試驗,建立沖擊破損壽命累積分布函數數學模型,證明波形刃銑刀片的抗沖擊破損性能優良。上述研究成果為解決自動化生產中刀具破損這一關鍵技術問題及槽型優選技術的研究提供了理論與試驗基礎。
關鍵詞：銑刀片,應力場,沖擊破損,槽型優選
參考文獻
[1]李振加,等.銑削過程刀具破損原因的探討[J].機械工程學報,1993,29(4):93-96.
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數控系統范文第4篇
例1, 在傳送PLC程序時中途中斷, 斷電后重新設定#6451=00110000, 屏幕立即變為灰屏, 只有將#6451=00010000, 屏幕又恢復正常。將系統格式化 (系統旋鈕=7) 后, 屏幕又能夠正常操作, 但再次將#6451=00110000, 系統又變成灰屏。例2, 初始調試E60系統時, 將#6451=00110000后, 系統變成灰屏。
分析處理:在三菱數控系統中, 參數#6451用于指定對CNC系統進行PLC程序傳送。如果設置#6451=00110000 (bit5=1) , 則進入GX通信狀態, 即將三菱專用的編程軟件GX-
變頻器輸出接地故障的查找與分析
智建平
摘要處理小電流接地系統變頻器輸出接地故障, 介紹快速排查接地點的方法及改進建議。關鍵詞小電流接地系統變頻器接地故障
中圖分類號TM921.51文獻標識碼B
1. 故障經過
江蘇國信揚州發電有限責任公司2臺630MW超臨界機組 (3#、4#機組) 采用31.5-VI (T) -1833-SMR型三分倉轉子回轉式空氣預熱器, 配套Y180L-6B3型交流電機 (380V、15kW、970r/min) 和AB PowerFlex70變頻器。正常情況下, 空預器由主電機驅動, 輔電機備用, 當主電機停運后, 輔電機聯鎖啟動, 確?？疹A器正常運行?？疹A器主電機電源接于EMCC 3A (應急馬達控制中心3A段) , EMCC 3A正常由400V汽機PC (動力中心) 3A供電, 備用電源為400V鍋爐PC 3A及400V柴油發電機PC。汽機變、鍋爐變容量2000kV·A, 10.5±2×2.5%/0.4kV, Dyn1, Uk=8%。低壓側中性點采用44Ω、1.5kW電阻接地 (深圳華力特公司生產, 型號FNGR44Ω-1.5kW-CON-5.3A) , 接地電流約限制在5.2A?？疹A器3A傳動電機供電系統見圖1。
2010年4月7日, 3#機組DCS畫面顯示400V汽機PC 3A
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DEVELOP開發的PLC程序送入CNC系統。如果設置#6451=00010000 (bit5=0) , 則進入RS232通信, 用于傳送參數, 加工程序等。一旦設置#6451=00110000, 就出現灰屏, 即使格式化后故障仍然不能解除。產生該故障的原因, 可能是不符合格式的PLC程序引起了通信錯誤。
處理時, 設置NC系統旋鈕=1, 使PLC程序停止, 解除PLC程序的影響。再設置#6451=00110000, 此時未出現灰屏, 傳送正常PLC程序后, 系統正常。
2. 系統原點漂移
一臺控制系統為M64的銑床運行三月后出現下列故障現象:停電一晚, 第2天上電運行時, 出現位置偏差, 以當日基準設定為G54坐標, 能繼續正常運行, 無偏差。凡停電4h后再開機, 就出現上述故障, 連續一個月每天如此。對原點擋塊和開關做了緊固, 仍然出現以上故障。
分析處理:在現場證實每天上電后出現的位置誤差為9.8mm。并在現場做了10次回零實驗:
回零時高速=6000mm/min, 爬行速度=200mm/min, 螺距=10mm。啟動正向回零運行, 能正?；亓? 在零點位置做固定標記, 連續回零10次都能正?；亓阍诹泓c固定標記處。由于出現的誤差為9.8mm, 而螺距為10mm, 故判定出現位置誤差9.8mm的原因可能是回原點出現問題。
觀察回零數據畫面:其柵格量為9.95~9.937mm。此數據不正常, 這表明原點開關的ON點 (指原點開關進入爬行區間后脫開原點擋塊的位置點, NC系統從該點尋找Z向脈沖作為電氣原點) 距第1柵格點只有0.063mm, 如果有其他機械因素的影響, 其ON點就可能落到第1柵格點左側。系統就會認定第1柵格點為電氣原點, 所以原點就相差了一個螺距。
調整參數#2028柵罩量 (擋塊延長量) , 使柵格量=4.9mm, 在正常范圍, 機床工作正常, 再未出現原點漂移。
注意: (1) #2028和螺距的單位不一樣, 調整#2028柵罩量時, 必須以1/1000mm為單位, 例如欲設定5mm的柵罩量, 必須設定#2028=5000。 (2) 在回零參數畫面上, 設定參數#1229bit6=0時, 柵格量的顯示值為ON點到電氣原點的值。#1229bit6=1時, 柵格量的顯示值為柵罩量ON點到電氣原點的值。在使用#2028調柵罩量時, 必須設定“#1229bit6=1”, 才能觀察到調節后的效果。
3.Z55 RIO未連接報警
某專機上應用三菱C64CNC, 上電后出現Z55 RIO未連接報警, 但實際已經連接遠程I/O。
分析處理:上電后 (1) 在C64 NC本體上DIO接口上方的燈開始為紅色, 約2s后閃爍, 然后變為綠色。而RIO上一直為紅色, 而且沒有閃爍。 (2) 將電纜R211兩端屏蔽層接地, 重新安裝接地銅棒, 但仍未消除故障, 將屏蔽層單端接地也未消除故障。 (3) 將該電纜和RIO安裝到另一臺E60數控上, 通信正常, 證明接地故障, 當時3#機組正常運行, 現場無任何檢修工作。檢查發現: (1) 汽機PC 3A段小電流接地選線裝置接地故障報警燈亮, 報警支路號顯示第17路負載 (3#主變冷卻器電源1) ; (2) 裝置3UO=137V; (3) 汽機PC 3A段所有供電負載相間電壓390V正常; (4) 相對地電壓不正常, Ua=114V, Ub=357V, Uc=504V, 而且每次測量均不一樣, 存在漂移現象; (5) 汽機變3A中性點對地電壓約為347V; (6) 直流115V充電器3A防雷報警燈亮, 檢查發現直流充電器3A倉內某個C級防雷器損壞。
2.故障處理
查找接地點, 拉開3#主變冷卻器電源1, 故障依舊, 表明小電流接地選線裝置未能正確選出接地支路。采用拉開和倒負載方式, 逐一排查PC各支路, 將EMCC 3A供電電源切至400V鍋爐PC 3A段后, 400V汽機PC 3A所有接地報警消失, 全部接地現象轉移至400V鍋爐PC 3A段上, 據此確定系統接地點在EMCC 3A負載。
逐一拉開EMCC 3A上負載, 直至還?？疹A器3A主電機變頻器電源開關, 接地故障依然存在。當運行人員準備隔離空預器3A時, 空預器3A主電機跳閘 (由于此前輔電機變頻器故障未能聯啟, 空預器3A無法運行) , 所有接地報警消失, 系統恢復正常, 可以判定空預器3A主電機變頻器及回路是導致系統接地的根源。
進一步檢查發現空預器3A主電機動力電纜某相對地絕緣為零, 故障點在電纜橋架與鍍鋅鋼管接頭處, 電纜破損與屏蔽層相通。直流充電器防雷器損壞是相電壓異常升高造成。對受損電纜進行絕緣處理, 將空預器3A輔電機變頻器故障處理好, 經試轉正常后系統恢復運行。
3. 經驗總結
變頻器對工頻電源進行整流、濾波、逆變, 輸出頻率可變的三相交流電, 變頻器輸入和輸出側相當于兩個獨立的電源, 頻率、初始相位均不同。當變頻器輸出的動力電纜或電機接地, 變頻器啟動后輸出的三相低頻交流電壓就會通過電機動力線、接地線、供電系統中性線, 疊加到供電變壓器低壓側工頻三相電源 (圖1) , 兩個電源的電壓波形均會發生較大變化, 程度與變頻器容量、工作頻率、初始相位、接地點位置以及供電變壓器容量均有密切關系[1]。
通過上述接地故障排查說明, 若小電流接地系統中有變頻器運行, 當零序電壓大于相電壓, 或母線三相電壓升高且存在漂移時, 應首先懷疑變頻器輸出接地?？捎萌f用表測量運行中各變頻器三相輸出相電壓, 如某相電壓為零, 或低于0.5Ud且明顯低于其他兩相電壓, 則該相接地[2], 據此可快速定位接地點。
為避免變頻器輸出接地對系統及電機造成危害, 建議如下:
(1) 增加變頻器輸出接地報警信號。
(2) 在拉開負載過程中, 當變頻器輸出端接地時, 采取有效措施使小電流接地選線裝置能正確報出接地支路號。
(3) 小電流接地系統中, 變壓器中性點電阻容量一般按相電壓考慮, 在變頻器輸出接地時, 由于電源疊加, 中性點對地電壓將會超出相電壓。接地期間, 實測電壓為347V, 中性點電阻發熱變紅, 可考慮將中性點電阻容量適當放大。變頻器輸出為50Hz時, 變頻器輸出端接地, 變壓器中性點電阻上的電壓最高, 約為相電壓的2倍。根據P=U2/R, 電阻最大發熱功率為原來的4倍?？紤]到電阻容量有一定裕度, 且允許短時過載, 因此, 中性點電阻容量為原值的2~3倍即可滿足要求。
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該電纜和RIO沒有問題。 (4) 將參數#21102 bit2=1, 報警Z55RIO未連接信息消除, 但在C64 NC本體上DIO接口上方的燈開始為紅色, 上電后約2s后閃爍, 然后變為綠色。而RIO上一直為紅色, 而且沒有閃爍, 即RIO通信實際仍然沒有完成, 在I/F診斷畫面上沒有任何信號輸入。 (5) 調整過RIO站號, 不起作用, 以前即使站號不對, 只影響輸入信號的地址號, 不會發出報警。因NC本體LED上出現AL 91 00 41報警 (41為系統異常) , 可判斷為系統硬件故障, 送修。
4. 坐標丟失故障
曾出現過: (1) 立式淬火機床, 數控系統為E60, 早上開機時出現丟失程序和坐標 (該系統設置為絕對檢測系統) , 再次斷電上電后故障消除。 (2) 臥式12m淬火機床, 數控系統三菱E68系統, 開機時出現丟失坐標故障 (該系統設置為絕對檢測系統) , 重新設定絕對值坐標后可正常工作。 (3) 立式淬火機床, 數控系統為E60, 在停機5天后重新開機, 顯示屏為白屏, 2天后自動恢復正常。
分析處理:從上述故障現象看, 現象 (1) 有可能是瞬間電源異常, 所以重新斷電上電后系統恢復正?！，F象 (2) 和現象 (3) 可能與工作環境的濕度太大有關。當工作環境的相對濕度在85%~90%, 溫度在30~35℃時, 連續多天停機, 重新開機時, 可能會出現一些相關的故障。
CNC控制器和驅動器的電路板通過空氣間隙絕緣, 濕度過高, 空氣絕緣性能降低, 空氣中的水分附著在線路板表面, 降低了線路板絕緣電阻, 而且控制器內部運行時不斷積累灰塵, 這些灰塵吸附水分, 使絕緣電阻更低, 最終導致線路板絕緣擊穿, 造成設備故障。如果工作環境持續潮濕, 線路板產生霉變, 霉菌含有大量水分, 會降低控制板絕緣性, 局部電流增大, 也會導致設備故障。濕度過大還會造成接線端子銹蝕, 電阻增大。曾有過電機編碼器接線端子銹蝕造成檢測數據紊亂, 從而引起電機運行不穩定的案例。
改善工作環境相對濕度的措施: (1) 改善電柜的密封性能。懸掛變色硅膠 (吸附水量大于50%) , 定期檢查硅膠顏色, 變色及時更換, 干燥處理變色硅膠, 循環使用; (2) 安裝除濕機并設置成自動狀態, 保持低濕度環境; (3) 可在室內放置石灰, 木炭, 控制室內濕度; (4) 在設備停機期間, 要使控制系統保持帶電狀態, 持續散發熱量, 預防內部結露。
參考文獻
數控系統范文第5篇
摘要：數控機床是工業技術發展，逐漸衍生出來的一種綜合式高新技術設備，能夠縮短機械加工時間，提高機械加工的靈活性，滿足產品的質量要求，為企業提供優質的生產服務，但由于數控機床設備的整體結構十分復雜，電器管路交錯縱橫，在發生故障時診斷工作十分困難。隨著網絡技術的發展，在數據傳輸過程中取得了良好的應用成效，受到了機械加工業的廣泛關注，本文主要探討了網絡模式下數控機床故障診斷技術的應用，對我國數控機床故障處理的發展前景進行了詳細分析，希望能夠全面提高數控系統的工作性能，滿足智能化技術加工需求。
關鍵詞：網絡模式;數控機床;故障診斷
0 引言
網絡技術在數控機床故障診斷中的有效應用，能夠對設備的整個運行過程進行合理規劃，對故障產生的主要原因進行推理，并制定出合理的解決措施，同時能夠全面提高維護人員，對整體加工環境的感知能力，通過智能化編程對整個施工過程進行監管，自動化進行數控機床故障診斷。
1 網絡技術在數控機床故障診斷應用的必要性
在進行數控機床故障診斷的過程中，通常會采用單機版技術設備，有效節約故障診斷時間，降低人力物力的投入，將得到的海量代碼進行融合處理，通過網絡技術的應用，保證診斷過程的通用性，結合故障產生的主要原因，進行故障代碼的實時更新。采用網絡所具有的開放式、互動性的功能作用，對當前數控機床常見的系統故障進行診斷分析，在基層端口顯示出不同的故障代碼，通過網絡通訊模塊的應用，實現互聯網之間的有效傳輸，工作人員能夠通過遠程控制技術，分析數控機床的實際運行狀態，并下達維修指令，要求現場的工作人員，進行數控機床故障信息檢查。借助網絡的便利性完成遠程故障分析工作，打破傳統數控機床故障診斷，時間與空間的限制，在出現運行故障的第一時間，制定出完整的故障解決方案，并隨時通過網絡平臺，向數控機床領域專家進行故障咨詢，分析故障發生的主要原因，及時進行故障排除，全面提高設備的運行效率，降低企業經濟損失，節約機械生產企業的設備維護成本。
1.1 故障查詢的通用性
不同型號的數控機床有著不同的內在結構，產生故障的主要原因也存在著明顯的差異性，如果在故障診斷的過程中，出現錯誤代碼和報警信息，就會形成數控系統故障，這是由于數控系統會自動根據部件產生的異常情況進行匯總報告，反饋出相應的錯誤代碼。數控系統故障所產生的錯誤代碼，不會因為機床的型號不同而發生改變，同時，數控系統所具有的系統報警功能也存在著區別，在進行機床錯誤代碼融合的過程中，需要制定出合理的應急預案，保證故障代碼的實時更新，確保故障查詢的通用性。
1.2 故障碼網絡化傳輸
網絡技術在數控機床故障診斷過程中的有效應用，能夠簡化故障診斷流程，為機床自帶的診斷系統運行提供便捷服務，通過網絡技術實現區域范圍內的自主通訊，應用串口服務器完成故障代碼的網絡傳輸，簡化故障診斷工作流程，制定多元化的數控機床設備維護方案。網絡技術為大量的數控機床運行數據處理提供便捷，網絡憑借龐大的系統功能支持，實現跨平臺的遠程監控，嚴格管理數控機床設備運行狀態。一些工作人員無法在短時間內，診斷出數控機床設備故障信息，通過網絡的便利性傳輸，由診斷專家遠程進行故障系統分析，找出故障問題形成的主要原因，并制定出合理的解決方案。通過遠距離傳輸故障代碼的形式展現數據，有助于數控機床故障問題的智能化處理，節約數控機床故障診斷的人力、物力投入，全面提高機械設備的使用效率，為企業創造更高的經濟效益。
1.3 提高技術人員故障診斷水平
隨著信息技術的不斷發展，計算機通信技術和網絡技術，開始融入到數控機床故障診斷過程中，改變了技術人員傳統的故障診斷方式，目前數控機床故障診斷過程中，需要采用遠距離通信技術，以計算機網絡技術為基礎，通過物理層將數控機床運行問題，直觀地呈現在專家面前。對數控機床故障產生的主要原因進行分析，并制定出合理的故障排除方案，彌補技術人員故障診斷水平的不足，數控機床研發人員和操作工人的技術水平，將會直接影響到數控機床故障診斷過程中，網絡技術的應用價值。因此，需要對機械制造業的數控機床操作人員，開展計算機網絡技術培訓，向工作人員傳授基礎故障處理知識，在數控機床發生運行故障時，技術人員能夠憑借數學運算能力，進行故障問題處理。
2 數控機床故障診斷系統模型的建立
以網絡技術為基礎，建立數控機床故障診斷系統分析模型，系統功能設計的優劣，取決于數控機床故障診斷基礎知識的掌握，因此，需要在系統中建立數據知識庫，結合以往的故障處理經驗，將復雜的數控機床故障類型進行合理分類，分別儲存到不同的知識庫中。工作人員在進行數控機床故障資源搜索的過程中，會花費大量的時間和精力，在這一時間內企業需要承擔著一定的經濟損失，同時，數控機床故障排除具有滯后性，通過網絡技術的應用進行故障樹分解，并在不同的網絡層次內，設置單元子知識庫，讓技術人員在搜索過程中，優先按照子知識庫的類別，劃分一定的搜索范圍。判斷記錄故障運行狀態的搜索區域，并通過范圍內的故障排查，了解故障產生的主要原因，通過對各個子系統的有效管理，將數控機床故障診斷系統分析模型，劃分為不同的知識層次，并以拓撲網的形式表現出，不同實體間所具有的層次關系。
3 數控系統診斷技術及故障排除方法
3.1 網絡自診斷技術
3.1.1 設備開機自診斷
數控機床在開機通電運行后，系統內部所蘊含的診斷軟件會自動對系統CPU、RAM等元件的運行狀態，連同系統內部的各類應用軟件進行統一檢查，并將最終的檢查結果直觀地顯示出來，一旦發現設備運行故障問題，就會產生報警信號，發出預警提示。要求工作人員對系統運行信息進行詳細排查，一般情況下，開機后的設備自診斷，在一分鐘內足夠完成，一旦發現數控機床運行故障，開機診斷系統會將故障產生的主要原因，直接定位到電路板和運行模塊中。工作人員在進行故障排除的過程中，只需要在一定范圍內查找故障產生的主要原因，根據網絡維修手冊和相關知識庫記錄，制定出合理的故障排除方案，保證系統設備的穩定運行。
3.1.2 設備運行自診斷
在數控機床設備運行的過程中進行自診斷，被統一稱為在線自診斷，主要指的是嚴格排查數控系統運行時，各區域的運行狀態，實現對運行故障的提前預防，設備運行時的內部診斷程序，需要自動測試系統、PLC等裝置的使用情況。位置伺服單元是內部檢測的核心數控裝置，與外郟裝置相連，自動檢查能夠直觀的顯示出數據診斷信息，并在數控系統工作的過程中反復確認。
3.1.3 設備停機診斷
在設備運行過程中通過自檢測找出故障問題后，需要先停止設備的使用，通過隨機診斷紙的運用進行系統脫機診斷，將診斷紙帶寫好的診斷程序編寫到設備的RAM系統模塊，計算機程序自動完成故障診斷，找出設備故障發生的主要位置，設備停機診斷是傳統數控機床診斷的常用方式。
3.2 人工網絡診斷技術
人工網絡診斷技術，需要技術人員科學的使用網絡技術，對數控機床的故障問題進行分析，在短時間內完成診斷工作，找出故障發生的主要范圍。
3.2.1 功能程序診斷法
在數控機床設備出現運行故障時，需要通過功能程序診斷法分析數控系統中，不同工作區域下發的功能指令，并通過技術人員的操作，進行測試程序的編寫和輸入，穿成紙帶的形式或在軟盤上儲存，故障診斷過程中進行程序運行。幫助工作人員快速的找出故障存在的功能區域，制訂出合理的解決方案，功能程序診斷法經常被應用到隨機性故障診斷過程中，也可以在設備長時間閑置或長時間使用時進行故障診斷。
3.2.2 運行參數診斷法
工作人員在進行設備系統運行故障診斷的過程中，對RAM中的數據參數進行檢驗，在這一流程中會產生網絡干擾，技術人員的職業技能水平不足，很容易導致參數丟失，或造成不同程度的系統混亂，系統的不正常運行狀態下會顯現出故障問題的主要特征，因此需要通過工作人員的數據檢查和參數核對，得到準確性的運行數值，排除一部分故障類型，具有充分故障排除經驗的技術人員，能夠自主完成設備運行參數凋整。
3.3 高級診斷技術
3.3.1 系統自修復診斷
隨著網絡技術的不斷發展，一些數控機床能夠實現系統自修復，首先在數控機床設備出現運行故障時，要通過自診斷技術，確定故障發生的主要范圍，在系統內部設置備用模塊，全程不會參與到設備的正常運行，只是在設備啟動過程中，進行系統程序的自修復。當模塊內部存在故障問題時，系統能夠自主將故障信息產生的主要原因，展示在電腦屏幕上，并在備用模塊中查詢，隨時對故障模塊進行替換，維修人員能夠在不耽誤生產進度的狀態下，根據系統提示，進行故障模塊更換，想要實現系統自修復診斷，就需要設置較多的備用模塊，導致數控機床的設備體積不斷擴大，造價不斷提升。
3.3.2 通訊診斷系統
通訊診斷系統的建立，需要與控制中心保持聯系，維修站會通過電話線路進行溝通，運用網絡系統，向設備的操作人員發送相應的診斷程序，通訊診斷屬于一種遙控診斷類型，通訊診斷系統的建立要以計算機為基礎，被廣泛應用到故障發生后的診斷，和定期的設備預防性診斷。整個故障診斷過程中不需要派遣維修工到運行現場，只需在固定的時間內完成機床運行測試，將得到的診斷數據自動化傳輸到中央維修站進行統一分析。
4 總結
在機械加工過程中，數控系統自動形成生產模型，提高設備運行的自適應性，通過自動調節技術的應用，實現對數控機床診斷行為的延伸和擴展，數控機床的故障診斷需要合理運用人工智能、數據分析等網絡技術，探尋故障發生的主要原因，并成立數學模型進行系統化分析。
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