基于数控机床

关键词： 制造业 操作技能 技能 数控机床

基于数控机床（共9篇）

篇1：基于数控机床

基于数控机床系统的刀具补偿分析

摘要：数控机床的刀具补偿功能差异很大，我经过三年的一线车间教学实训经验，通过对不同数控机床的刀具补偿功能较全面的分析和计算，熟悉其各自特点，掌握其刀具补偿应用技能，从而在理论教学和实践操作中能顺利解决各种具体实际问题。

关键词：数控机床 刀具补偿 刀具轨迹计算 刀位点

一、刀具补偿功能简介

使用数控机床的人都知道，用立铣刀在数控铣床或数控加工中心上加工工件时，可以清楚看出刀具中心的运动轨迹与工件已加工轮廓不重合，这是因为工件轮廓是立铣刀以运动包络的方式形成的。立铣刀的中心(底端面与轴线相交点)称为刀具的刀位点，刀位点的运动轨迹即代表刀具的运动轨迹。在数控加工中，是按工件轮廓尺寸编制程序，还是按刀位点的运动轨迹编制程序，显然是完全不一样的，需要根据具体情况来处理。

如图1所示，在数控铣床或数控加工中心中，由于数控系统有刀具补偿功能，可按工件轮廓尺寸进行程序编制。建立、执行刀补后，数控系统会自动计算，刀位点自动调整到刀具运动轨迹上。直接利用工件尺寸编制加工程序，刀具磨损时可重磨刀片(此时需根据实际情况适当调整刀具补偿值)或更换刀具，而加工程序不变，因此使用简单、方便。

目前，经济型数控机床(部分机床无刀具补偿功能)性能简化、结构简单、价格低廉，在企业和学校中有一定的拥有量。在经济型数控机床系统中，如果没有刀具补偿功能，只能按刀位点的运动轨迹尺寸编制加工程序，这就要求先根据工件轮廓尺寸和刀具直径及几何尺寸计算出刀位点的运动轨迹。因此计算量大、过程复杂，且刀具磨损、更换需重新计算刀位点的轨迹尺寸，全部调整或重新编制加工程序，费时费力费钱。

二、数控机床系统中的刀具补偿

(一)数控车床刀具补偿。数控车床刀具补偿功能包括刀具位置补偿和刀尖圆弧半径补偿两方面。在加工程序中用T功能指定，TXXXX中前两个XX为刀具号，后两个XX为刀具补偿号，如T0202。如果刀具补偿号为00，则表示取消刀补。

1、刀具位置补偿。对于刀具磨损或重新安装刀具引起的刀具位置变化，建立、执行刀具位置补偿后，其加工程序不需要重新编制。办法是测出每把刀具的刀位点相对于某一理想位置的刀位偏差(X向与Z向)并输入到指定的存储器内，程序执行刀具补偿指令后，当前刀具的实际位置就到达理想位置。

如图2所示的加工情况，如果没有刀具补偿，刀具从0点移动到1点，对应程序段是N60 G00 X45 Z93 T0200，如果刀具补偿是X=+3，Z=+4，并存入对应补偿存储器中，执行刀补后，刀具将从0点移动到2点，而不是1点，对应程序段是N60 G00 X45 Z93 T0202。

2、刀尖圆弧半径补偿。编制数控车床加工程序时，车刀刀尖被看作是一个点(假想刀尖P点)，但实际上为了提高刀具的使用寿命和降低工件表面粗糙度，车刀刀尖被磨成半径不大的圆弧(刀尖AB圆弧)，如图3所示，这必将产生加工工件的形状误差。另一方面，由于刀尖圆弧所处的特殊位置，车刀的形状对工件加工也将产生影响，而这些可采用刀尖圆弧半径补偿来解决。车刀的形状和位置参数称为刀尖方位代码(T值)，如图4所示。

3、刀补参数。每一个刀具补偿号对应刀具位置补偿(X和Z值)和刀尖圆弧半径补偿(R和T值)共4个参数，在加工之前输入到对应的.存储器。在自动执行过程中，数控系统按该存储器中的X、Z、R、T的数值，自动修正刀具的位置误差和自动进行刀尖圆弧半径补偿。

(二)加工中心、数控铣床刀具补偿。加工中心、数控铣床的数控系统，刀具补偿功能包括刀具半径补偿、夹角补偿和长度补偿等刀具补偿功能。

篇2：基于数控机床

重庆市立信职业教育中心 李海伟

【摘 要】本论述以重庆立信职业教育中心数控维修专业核心课程“数控机床装调与维修”为例，通过对数控机床设备维修职业岗位能力的调研，结合企业数控设备维修的典型工作过程，以学习情境的设计为主要研究对象，阐述了基于工作过程的“数控机床装调与维修”课程教学实施方案设计的基本思路和方法。

篇3：基于数控机床

VERICUT是由CGTECH公司开发的数控加工仿真专用软件,具备同时进行刀具轨迹和机床运动仿真的功能,采用先进的三维显示及虚拟现实技术,对数控加工过程的模拟达到了逼真的程度,同时,VERICUT还具有刀具轨迹优化功能,能够提高零件加工效率、缩短加工时间和制造周期。

2 VERICUT模块功能简介

VERICUT是美国CGTech公司开发的基于Windows及UNIX平台的模拟数控机床加工仿真软件,它不仅能够对NC程序进行仿真、验证、分析和优化,而且能够进行机床切削仿真,主要由以下模块[1,2]构成,见表1。

3 数控机床建模

数控机床的形式和类别多种多样,如何实现面向不同类型机床的通用化建模方法是进行数控仿真的关键。下面在综合分析不同类型机床结构特点的基础上,分解各个部件单元,抽象出各个功能模块,通过几何建模和运动学建模的方法实现了多种型号机床的通用化建模。数控机床通用建模过程如图1所示。

3.1 机床结构分析

要建立面向不同类型机床的通用建模方法首先需要分析机床的结构特点,综合机床的共同特性。数控机床在结构上主要有床身、立柱、运动轴和工作台等部件,再配合刀具、夹具和一此辅助部件共同组成。其中床身起到支撑和承载机床部件作用;立柱在结构上起到了拉开加工用具和被加工件的空间距离,实现运动轴的布局;运动轴分为刀具运动轴和工件运动轴,具体的描述见机床运动链的分解;工作台承载被加工件,通过夹具等辅助工具的配合实现工件的定位。

3.2 机床模块分解

通过对机床的结构分析、机床结构特点的共性提炼,下一步工作需要分解出机床的模块。鉴于不同类型机床的结构差别,可以将机床的整体结构[3]划分为三种类型模块:通用模块、辅助模块、专用模块。其中,通用模块是指各类机床共有的零部件,如床身、立柱、工作台等;辅助模块是指刀具、夹具等机床工具;专用模块是为特种机床的特殊零、部件所设立,做为机床建模过程中的后备和补充。

3.3 模块的几何建模

针对机床三种不同类型的模块,可以有不同的建模策略。

(1)通用模块的建模

机床在床身、立柱等共有零部件的外形上有着细节的差异,但在仿真环境中均可以通过基本的体素或不同类型体素的布尔运算来表征。这种表示方法在不影响模型零部件功能使用的基础上实现了模型的语义表达,提高了建模效率。

(2)辅助模块的建模

不同加工要求的机床所配用的刀具、夹具也有所区别,可以针对不同类型的刀具、夹具进行小范围通用建模,建立辅助工具库,配合机床的构建,起到调用和装配的功能。

(3)专用模块建模

这类模块在数量上并不多,对仿真环境起到重要作用的必需零部件可以进行单独建模,通过预定义的装配关系完成装配。

3.4 运动学建模

结合数控机床几何模型和数控机床的运动特征,可以按以下步骤建立数控机床的运动模型:

(1)定义坐标系

加工现场的机床由部件装配而成,部件由零件组成,可以根据这种关系建立不同的坐标系:

部件坐标系(Xc,Yc,Zc):机床上每个部件都有它自己的坐标系,作为该部件的定位和尺寸定量显示。可以通过Model菜单来定义部件或将部件与其他部件相连接。

模型坐标系(XM,YM,ZM):机床上每一块模型有它自己的坐标系,模型之间的连接形成部件用以表达三维属性。

机床坐标系(XMC,YMC,ZMC):VERICUT的世界坐标系,用于在虚拟环境中定位机床。

工件坐标系(XWP,YWP,ZWP):该坐标系用于Stock,Fixture和Design部件的联结。它只在工件视图下显示,并且根据仿真环境中机床的不同定义情况有所意义上的区别。例如:在仿真环境中,机床上运行G代码形式的刀具轨迹文件,工件坐标系原点与部件坐标系原点重合;如果机床运行APT_CLS形式的刀具轨迹文件,工件坐标系原点设定为不发生位移的“基座”部件的原点。

(2)建立运动关系树

根据机床装配体中的各个部件的相对运动关系建立运动关系树,相对于机床坐标系不发生位移的零部件定义为静止零部件,反之定义为运动部件。

(3)定义运动节点和运动轴

分析机床的运动关系可知,机床加工过程的实现是两条运动链的相互运动形成:“机架—刀具”运动链、“机架—工件”运动链,它们均由若干个运动副(移动副或转动副)串联而成,每一个发生位移的运动副终点即可定义为运动节点,节点发生运动的直接驱动来源即可定义为运动轴。

(4)建立运动轴和运动节点的关系,定义运动节点在运动轴上的极限行程,根据实际机床加工中的性能要求定义运动节点的最大行程,防止在仿真过程中发生运动失效的结果。

4 应用实例

VERICUT将虚拟机床建模过程中的几何建模和运动学建模合在一起同时进行。下面以一个带有A、B两个旋转轴的五轴联动加工中心为例,介绍在VERICUT软件上进行建模的过程。

4.1 机床结构和运动分析

该机床在结构上主要由床身、立柱、运动轴和工作台等部件组成,其中X、Y轴为直线运动,由工作台完成,Z轴直线运动和A、B旋转运动由主轴头完成。机床构成如图2所示。

4.2 机床建模过程

(1)初始设置

主要选择单位显示方式,选择控制系统,并建立坐标系。

(2)建立机床组件树

添加“Z”直线轴到“Base”床身组件,在“Z”的基础上增加“B”轴,在“B”的基础上增加“A”轴,给“A(0,0,0)”轴组件上增加刀具;给床身“Base”增加“Y”轴组件,给“Y(0,0,0)”增加X轴组件,给“X(0,0,0)”增加夹具组件;给“Fixture(0,0,0)”组件增加工件毛坯并删除“Design”组件,这样就建立了这台五轴A、B双倾斜头机床组件树,如图3所示。

(3)修改机床的相关运动特性,定义机床初始位置并使机床复位,在这台机床中,我们采用的是A、B轴作为旋转倾斜轴的方案,选择合适的距离作为起倾斜头旋转中心点到机床主轴的距离,并修改刀具单元的位置特性。

(4)依次加入机床X轴上的模型,Y轴模型,机床床身Base三模型,Z轴模型的装配。五轴加工中心机床床身和X、Y、Z三直线轴模型装配完成后结果如图4所示。

(5)加入机床B轴两模型,结果如图5所示

添加A轴三模型并装配成型,五轴加工中心装配完成后结果如图6所示。

(6)保存机床文件和用户文件,进行MDI测试后如图7所示。机床将按照Selection中的数据实现位移变化,并以此来检验机床运动学建模的正确性,在VERICUT中位移的进给是按照绝对坐标系来定义的。

5 结束语

虚拟制造软件VERICUT在建模功能上将几何建模和运动学建模进行了有效的结合,面向多种类型数控机床实现快速便捷的建模与装配,在建模方式上除了提供基本几何体素之外还可以通过导入外部文件获得所需要的零部件模型。五轴加工中心的建模过程在实践上证明了VERICUT建模功能的强大和建模对象的广泛,能够为加工仿真、数控程序检验和路径优化提供正确的模型。

参考文献

[1]李云龙,曹岩.数控机床加工仿真系统VERICUT,西安交通大学出版社.2005

[2]CGTech公司.VERICUT User Manual.2001

[3]华茂发,唐健.数控机床加工工艺,北京:机械工业出版社,2004

篇4：基于数控机床的维修方法与研究

关键词：维修方法；数控机床；计算机

中图分类号：TD327 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）21-0024-02

1 规律性的维修方法

它是针对数控机床固有的性质及特点找出维修规律并形成一种维修诊断方法。比如：全闭环改为半闭环的方法；调整增量式编码器回零方法；解决数控系统权限的方法；数控机床通讯引起故障的维修方法等等。这些维修方法对一般数控机床具有共性，也是新入门维修人员的必修课。下面结合实际故障来阐明：

案例：一台五坐标加工中心系统为SIEMENS 840D PL，X轴运行过程中出现振动。

诊断及分析：传统的维修方法是需要调整X轴位置增益，但是位置增益调整对于一般维修人员来说没有经验，所以不如换一个角度来入手，就是用已经掌握的基本维修方法或规律来解决。

首先要了解X轴振动产生的原因可能有哪些。第一种原因：机床机械磨损，造成机械性能下降导致电机控制方面出现问题。第二种原因：是机床加工过程中X轴负载过大导致。第三种原因：是由于位置测量系统脏污。

其次分析以上三种故障发生原因，电气维修人员能够直接处理的是第三种，并且此种故障可以用上面提到的全闭环改为半闭环的方法进行判断。所以先从第三种原因入手。将X轴位置测量元件（光栅尺）屏蔽。具体做法是进入840D系统启动菜单，选择轴参数菜单，将参数MD30240【0】由0改为1，参数MD30240【1】由1改为0（此光栅尺采用的是增量式），参数MD30200由2改为1（测量反馈编码器数量）。然后，将编程器（PG）连入NCU单元。将PLC中DB31.DBX1.5（如为1第一测量系统有效）由0改为1、DB31.DBX1.6（如为1第二测量系统有效）由1改为0。修改完毕后将机床重新启动，X轴全闭环反馈就改为半闭环反馈。然后运行X轴。如果振动消除，说明第二测量系统元件（光栅尺）出现问题。否则，就是第1、2种原因。实际修改后，X轴振动消除，证明光栅尺出现故障。将X轴光栅尺拆下，发现里面已经被油污染，将其清理后装回，X轴振动现象消失。数控机床故障是由很多原因引起的，对于比较困难的故障不能用一种维修方法来解决。不但要考虑故障产生原因及规律，还要结合现场实际的故障现象，尽量套用规律性的维修方法，先用最基本的、简单的方法来诊断、判断，然后再用高级的、复杂的方法，这样维修可以节省时间、提高维修效率。

2 应用数控系统自诊断解决机床故障的方法

在系统运行中或基本不拆卸的情况下，即可掌握系统现在运行状态的信息，查明产生故障的部位和原因或预知系统异常和劣化的动向，以便采取必要对策的技术。数控机床发生故障时屏幕上会提示一些报警或信息，好的报警提示往往是解决故障的基础。下面结合实际故障来阐明：

案例：一台意大利Ferrari A17五坐标加工中心，数控系统是E580H，在加工过程中反复出现0334 Z axis error feedback driver（反馈驱动器错误），并且复位可清楚报警。

诊断及分析：根据常规处理方法需要更换Z轴驱动器模块，还要看更换过后反馈系统的状态，很费力气，更换后一旦故障再现使维修人员的思路陷入了死角。不过这样的故障可以从系统诊断入手，利用数控系统自带的诊断参数P71进行诊断。P71共16位数字前8位为伺服电机诊断，后8位为位置测量系统诊断。结果后8位的第一位为1，说明故障点在位置测量系统而并非是Z轴伺服驱动器。所以在Z轴光栅尺拆卸过程中发现Z轴光栅尺反馈电缆接触不良，造成系统反复出现报警。数控机床的自诊断功能很强，从硬件和软件控制方面设计了上百种保护和报警，从而为数控机床的正常使用和维护维修提供了很大方便。利用此种方法可以很快地找到故障发生的部件或范围，然后根据具体分析得出正确的判断，最终找到故障点。

3 应用计算机知识形成的维修方法

数控装置按计算机分类：专用计算机数控装置和通用计算机装置。

专用计算机数控装置：一般是数控装置生产厂商为自己的数控系统专门设计的计算机。

通用计算机装置：一般是计算机制造商的通用型个人计算机或工业控制计算机。

现代计算机技术已十分普及。从这个角度来看把数控机床结构（无论是专用型计算机、通用型计算机）可以当作一台上位计算机与一台下位计算机的组成。以当前SIEMENS 840D数控系统来说，PCU可当成上位计算机，NCU可当成下位计算机。那么在维修时可以把它们当作计算机来维修。当然上述两种数控装置计算机有着很大的区别，专用计算机数控装置结构与通用计算机装置有所不同，一般前者是板卡时结构。在功能上前者也要比后者强大，并且存储着机床厂家特殊的数据。维修时需要进行备份或小心插拔。下面结合故障案例分析：

案例：五坐标数控加工中心，型号FERRARI A17，系统E550，这是一台典型的专用计算机数控装置。

故障：开机后，机床在加工过程中经常蓝屏死机。

诊断并分析：（1）解决系统蓝屏问题，首先要考虑系统的散热，所以清理整个控制系统计算机板，不过故障仍然出现。（2）考虑Windows NT内存有winfile、exe病毒，将整个系统重新进行格式化，然后，应用在DOS下ghost软件进行系统与应用软件恢复（前提先做好备份），之后机床恢复正常，然而，经过一段时间，此故障再次出现。（3）考虑上位计算机板（1028板）硬件故障，计算机系统经常蓝屏意味着有三种可能：CPU过热导致系统无法正常运行蓝屏死机；内存质量差，导致运行大量数据后，蓝屏死机；主板本身问题也会导致蓝屏死机。

综合上述三方面，由于此1028板CPU无风扇，只有散热片且已清理，故此种可能排除。主板表面无明显损坏、烧坏。所以，重点考虑内存故障，果然，更换内存后，机床运行不再出现蓝屏死机现象。

4 结语

随着我国制造业的不断发展，数控机床将越来越多并且每个数控生产厂商的设备都是不一样的，这对于维修人员是一个极大的考验，所以要在传统的维修诊断方法中总结精华并另有创新。计算机的更新速度很快，这直接影响着数控机床的未来发展走向。根据最新的西门子840DSL数控系统的结构来看，网络技术应用得很多，伺服的配置完全是计算机识别硬件的方式。故，维修人员也要与时俱进，在不断完善自己的维修方法的同时，还要继续得学习当今最新的计算机等方面的知识，这样在遇到同样的维修困境时，可以重新理清思路，多角度地分析故障点，从而找到故障地切入点成功地排故。

参考文献

[1] 郭士义.数控机床故障诊断与维修[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2] 夏罗生.数控机床维修与维护[M].北京：航空工业出版社，2011.

[3] 付承云.数控机床安装调试及维修现场实用技术[M].北京：机械工业出版社，2012.

篇5：基于UG的零件数控编程

业

实

习

报

告

姓名:

学号:

班级:

2011年3月

学校

设计题目名称——基于UG的零件数控编程

一、课题背景及意义

机械制造业作为一个传统的领域已经发展了很多年，积累了不少理论和实践经验，但随着社会的发展，人们的生活水平日益提高，各个方面的个性化需求越加强烈。作为已经深入到各行各业并已成为基础工业的机械制造业面临着严峻的挑战。有确定的定义，但目前公认的认识是：先进制造技术是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产，并取得理想技术经济效果的制造技术的总称机械制造自动化技术始终是机械制造中最活跃的一个研究领域。也是制造企业提高生产率和赢得市场竞争的主要手段。机械制造自动化技术自本世纪20年代出现以来，经历了三个阶段，即刚性自动化、柔性自动化和综合自动化。综合自动化常常与计算机辅助制造、计算集成制造等概念相联系，它是制造技术、控制技术、现代管理技术和信息技术的综合，旨在全面提高制造企业的劳动生产率和对市场的响应速度。

UG为user guide的简写，意思：用户指南。UG是EDS公司出品的一个产品工程解决方案，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。UG NX是一个集成的CAD/CAM/CAE软件，是当今世界先进的计算机辅助设计﹑分析和制造软件之一。该软件不仅是一套集成的CAX程序，已远远超越了个人和部门生产力的范畴，完全能够改善整体流程以及该流程中每个步骤的效率，因而广泛应用于航空，航天，汽车，通用机械和造船等工业领域。NG 包括了世界上最强大、最广泛的产品设计应用模块。NX 具有高性能的机械设计和制图功能，为制造设计提供了高性能和灵活性，以满足客户设计任何复杂产品的需要。UG 优于通用的设计工具，具有专业的管路和线路设计系统、钣金模块、专用塑料件设计模块和其他行业设计所需的专业应用程序。

UG允许制造商以数字化的方式仿真、确认和优化产品及其开发过程。通过在开发周期中较早地运用数字化仿真性能，制造商可以改善产品质量，同时减少或消除对于物理样机的昂贵耗时的设计、构建，以及对变更周期的依赖.随着现代机械工业的发展，计算机辅助制造和计算机辅助设计在接卸方面

已显出巨大的潜力，并广泛运用于产品设计和机械制造中，使用UG系统产生的NC程序代码代替了传统的手工编程，运用UG对零件进行设计和制造，提高了企业的设计质量，有利于企业加工精度高，外形复杂的零件，同时也缩短了生产周期，降低了生产成本，从而使企业获得更好的经济效益

二、研究内容及研究目标

① 零件材料性能的了

②零件图纸的分析，理解形位公差在图纸中的含义

③零件空间模型的想象

④零件的工艺分析

⑤零件的夹具设计

⑥运用UG建模

⑦刀具的选择

⑧切削速度的选择

⑨机床的选择

⑩热处理方法的选择

研究目标：

有效的完成零件的加工，并加强数控加工工艺相关知识，并熟练掌握UG制图软件，是对自己综合素质的培养，是培养自己综合运用所学理论知识和技能的一种综合性工程实践训练，培养大学生创新能力，养成理论联系实际的工作作风和提高工程实践的重要途径，是提高分析解决实际问题能力的重要环节，为自己走向工作岗位作铺垫，对以后的职业生涯中起到至关重要的最用。

二、研究内容：

三、预计的研究难点

①零件材料性能的了解

②零件图纸的分析，理解形位公差在图纸中的含义

③零件空间模型的想象

④零件的工艺分析

⑤零件的夹具设计

⑥运用UG建模

四、创新点

☆运用自动编程代替传统手工编程的方式，更好的保证了加工质量和加工精度，降低了废品率，同时也提高了生产效率，提高了经济效益。

☆ 运用精益制造的思想，从零件备料到成品采用流水线式生长方式，提高零件生产效率，缩短生产周期，提高经济效益

五、毕业设计的主要内容

首先应读懂图纸，知道零件表面粗糙度；加工精度；形位工差；材料和表面热处理的要求，根据零件视图想像出三维模型，并绘制大致草图。

然后对零件进行数控加工工艺分析，确定合理的加工顺序,在保证零件加工精度和表面粗糙度的同时，要尽量减少换到次数，提高加工效率。

并充分考虑零件的形状，尺寸和加工精度，以及零件刚度和变形等因素。

本零件加工主要分两大部——车削和铣削。根据零件外形特征，采用先车后铣的教工顺序。

车削时应做到，先粗加工厚精加工；先加工主要表面厚加工次要表面；先近厚远加工，减少孔行程时间；采用内外交叉的原则；先加工基准面后加工其它表面。

铣削时应做到，上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工的也要综合考虑；一般先进行内形内腔加工，后进行外形加工；以相同定位、夹紧方式或同一把道刀具加工的工序，最好连续进行，以减少重复定位次数与换刀次数；在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件破坏较小的工序。总之，顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位安装与夹紧的需要综合考虑。

在车削加工用三角卡盘进行定为夹紧。铣削用专用夹具。

最后运用UG对零件进行建模，然后进行后置处理。

六、进度计划

2.14——3.1收集资料整理资料

3.1——3.5写开题报告

3.6——3.9零件的工艺分析

3.10——3.18UG建模

3.19——3.25加工零件

3.26——4.6写毕业论

七、参考文献

李华志主编.控加工工艺与装备.清华大学出版社

张瑞萍,孙小红等编著.ug nx 中文版.清华大学出版社 王晓丽主编.机械制图.科学出版社

陈于萍高晓康编著.互换性与测量技术.高等教育出版社 曹凤 主编.数控编程.重庆大学出版社

篇6：基于数控机床

基于PC的开放式数控系统大致可分为以下几种类型：

(1)PC嵌入型CNC：该类型系统是将PC装人到CNC内部，PC与CNC之间用专用的总线连接。系统数据传输快，响应迅速，同时，原型CNC系统也可不加修改就得以利用:缺点是不能直接利用通用PC，开放性受到限制，通用PC强大的功能和丰富的软硬件资源不能得到有效的利用。

(2)NC嵌人型PC(NC嵌人PC型)：该类型系统是在通用PC的扩展槽中插入专用的CNC卡(如运动控制卡)组成的。它能够充分地保证系统性能软件的通用性强，并且编程处理灵活，但是，原型CNC资源很难得到利用。

篇7：基于数控机床

【摘要】数控加工专业教学形式较多，内容繁杂，各地院校基本都在编写自己的校本教材，但是在编写过程中出现很多的问题，例如教材的实用性不强，理论知识偏多，没有结合当前一体化教学的模式编写等。本论文主要针对目前的一体化教学的模式来编写，把教学过程融入到教材的编写过程中，突出教学的重点，注重教材的实用性。

【关键词】教材编写 一体化教学

一体化教学是围绕一个工作任务或项目来组织教学，打乱原有的按知识学习组织授课的章节顺序，它强调充分发挥教师的主导作用，让学生边学边做，边做边学，将所学理论与实践完全融合起来，全程构建素质和技能培养框架，丰富课堂教学和实践教学环节，该教学方法可以很大程度上提高教学质量，是目前国内公认中职最好的教学方法之一。

一、传统教材存在的缺点

1、传统教材特色不明显，存在内容偏多、理论偏深、实践性内容不足的问题。

2、教材内容陈旧，不能及时反映新理论、新技术、新工艺、新装备、新材料的发展形势。

3、教材内容与职业资格及职业技能鉴定标准缺乏有效衔接，不能真正地将职业技能鉴定的考核点转化为课程教学的知识点和技能点。

4、教材呈现形式单一，很少包括工艺流程、技术标准、操作规范、安全须知、工学结合指导等内容，因而，大多数都适用于课堂理论教学，不能应用到现场进行指导操作。

二、一体化教材编写思路

1、坚持高技能人才培养方向，从企业岗位需求入手，强调一体化教材的实用性，和适用性。紧密结合现在大中专职业院校在校生的实际水平，课程安排有潜入深，循序渐进，切合实际的教学情况。

2、教材要打破传统编写模式，坚持按模块编写，每个模块分若干个课题，每个课题针对性比较强，突出训练重点，树立全新的教学理念，学者一般容易接受。该系统化的教材能够适应“教、学、做”一体化的教学过程。

3、坚持以国家职业资格标准为依据，力求使教材覆盖职业技能鉴定的应知、应会内容，为学者技能鉴定打下基础。

三、一体化教学编写过程

1、选择课题

课题的选择很重要，首先要满足教学的需求，在选择课题的时候可以根据每个学期的教学进度来安排，课题内容要涵盖所有知识点和技能点，从简单到复杂一个完整的过程，建议课题内容可以从企业生产任务中进行挑选，然后根据需要进行修改，体现出以生产任务为引领的特点，每个学期根据实际情况完成5-8个课题。其次就是课题导入，一个课题导入成功与否，是否能够激起学生的学习兴趣在很大程度上决定了本次课题实施的效果，所以一体化的课题导入要求有情节有故事，与企业生产相连接，在一定程度上去吸引学生，增加他们主动学习的兴趣。最后要根据课题的内容提出本次训练的重点在什么地方，训练的课题中包括了那些知识点和技能点，为后面的学习做好铺垫。

2、工艺分析

工艺分析在整个加工过程中很关键，工艺安排的是否合理、正确，将直接关系到加工的结果，有些复杂典型零件如果工艺安排不合理后面工序将无法正常完成。传统的教材不注重工艺分析，内容过于简单，突出不了工艺分析的重要性，甚至没有工艺分析这一项目，完全靠老师的讲解来完成教学，增加学生的厌学情绪。一体化教学必须要包括工艺分析内容，以图文并茂的方式来完成，且制作要新颖，全面，简单易懂，让学生很容易接受，例如：

3、知识链接

传统教材将《数控机床编程》、《公差》、《制图》等科目单独讲授，学生学习的内容得不到检验，很难将几门功课的内容联系到一起，学习的过程特别枯燥，无形中增加了学生的厌学情绪。一体化教材要求在每个课题中必须包括所要掌握的知识点和技能点，在知识链接中主要围绕课题中提出的知识点和技能点来讲解，避免了不必要的知识重复，讲授内容针对性比较强，节约了教师的授课时间，可以增加学生的学习兴趣，提高了学习效果。例如在训练外螺纹加工课题中要讲授到的知识点有：外螺纹的画法、公差等级、编程指令等内容，技能点包括了螺纹刀具的安装、刃磨、对刀方法以及螺纹刀具的相关知识等内容，讲授的内容不要求太深奥，能够满足课题需要就好，在讲授方法上可以采用图片、PPT、视频都手段来配套完成教学。

4、仿真加工

仿真教学是辅助完成教学的一种很好的方法，传统教学中一般将仿真教学作为单独教学课程，但是仿真软件一般操作难度不大，前期通过基础练习均可以完成使用，后期使用完全根据教师讲授内容来练习，比较枯燥乏味。一体化教材打破传统方式将仿真软件完全融入到课题训练中来，通过前面工艺的分析、知识点、技能点的学习，学生迫不及待的想将学习的结果得到检验，利用宇龙仿真等软件可以使学生反复练习加工过程，完善加工程序，找出自己存在的问题，降低了在实训过程中出现‘撞’机床的现象，使软件和课题紧密的链接起来，最后制定详细的加工程序单。

5、实训加工

完成以上任务以后就可以进行实训加工了，首先在实训加工中要根据前面的工艺分析来制定详细的加工步骤，其次根据实训需要制定工、量、刀具清单，最后严格按照制定的程序清单来完成零件的实训加工。

6、课题评价

课题完成以后要给出课题评价，通过评价结果反映出在课题实施过程中存在的问题，根据反应出来的问题制定改进方案，循序渐进，逐步改善课题实施的结果。在制定评价分析时可以分为加工过程和加工结果两部分，加工过程以学生的表现为主，加工结果以零件的完成情况为主。

6、课题练习

在每个课题结束后给出课题练习题目，制定与课题内容相近的知识点和技能点，围绕该课题的重点和难点给出练习要求，完善在课题学习中存在的不足，起到加强练习的作用。

四、一体化教材编写需要注意的事项、把握一体化教材开发的原则和方向，教材开发是一项系统工程，需要领导重视，统筹规划，要有组织、有计划地开展。、注重参编教师双师素质的培养，要想编写好理实一体化教材，需要一大批双师素质的教师参加。教师在编写教材前，就要既能适用于校内教学，又具有企业的现场经验和操作技能。从编写教材的人员队伍上要求编写者直接接触生产、管理和服务第一线，了解最新的生产技术应用、管理理念和操作规范。

3、在进行教材编写过程中，可以依据自身现状，如人才培养方案、师资力量、设备条件、教学大纲等实际，进行周密研讨，综合考虑教学方式、设备数量、学生素质等多方面的因素，有选择地将课题任务融入到一体化教材中，逐步积累，最后形成“一体化”特色教材。

篇8：基于课题实例的数控机床操作训练

随着中国2011 年4 月首次派出代表团参加两年一次的世界技能大赛, 以及近年“工业4.0”概念的提出, 国家对职业技能[1]越来越重视, 试图改变中国“制造业大国”形象为“制造业强国”。数控机床的操作技能[2]是制造业非常重要的一个技能, 每年都有各种数控技能大赛在全国各地区如火如荼的举行, 笔者也曾经参加过数控机床操作技能比赛。在比赛中笔者发现有很多理论的知识未必适合实践操作[3], 有很多想法是在实践中证实和升华的。

现将笔者在数控机床操作中的一些想法和训练方法整理一下, 结合具体课题加以说明, 与数控机床操作者进行交流探讨。

1 紧密结合现场实际条件

(1) 课题实例1:找正平口钳

要求:安装校正平口钳, 测量记录误差。

就目前各个院校的实训条件以及生产车间的条件, 甚至国家级的比赛现场, 平口钳精度大多是普通级的, 误差一般会超过允许的工艺要求 (要求通常为工件的精度的1/3) 。不明确安装后的实际误差就无从采取相应措施加以弥补。

因此安装时对平口钳各项精度指标都要测量, 可调方向要求达到小于0.01, 不可调节项目要记录详细的数据, 如图1, 供安装工件参考。

(2) 课题实例2:装夹工件

要求:合理装夹工件并找正, 达到工艺精度。

不但夹具误差大, 工件毛坯的误差也较大, (如实测省赛赛场的工件对边宽度误差达0.1 以上) 那么就会造成夹不紧, 如图 (a) 最不利可能只有单侧2 点受力, 轻则影响工件精度, 重则造成工件松动打刀。

在车间现场的解决措施可以很简单, 如图 (b) 。可以在工件定钳口垫2点, 在动钳口中间垫1点, 这样可以最低限度保证有较合理分布的3点可靠夹紧。当然, 还必须在夹紧的同时找平工件。

既然实测平口钳误差较大, 装夹工件后一定要花费时间垫平找正, 决不可放上一夹了事。绝不要轻视这种简单的夹紧、找正工作, 这是保证位置公差的基础, 一放一夹了事通常超差!

2 突出保证精度意识培养

由于比赛的性质决定, 操作是要评分的, 数控铣操作就算获奖选手得分也只有七八十分。甚至还有指导教师认为操作不可能得满分。但是在车间, 只有合格品与废品, 也就是0分和100分的区别, 而100 分的合格品是必须的也是很普通的, 否则做得越多, 报废越多。没有强烈的精度意识, 就算是获奖选手, 在工厂一样不受欢迎。因此, 在操作训练中要把保证精度的要求摆在第一位、贯穿始终。

(1) 课题实例3:测量训练

要求:用各种量具反复测量各种类型的工件。

测量是加工的“眼睛”, 只有量准了才能调准、做准。训练中可以选用典型结构为对象, 如薄壁件、圆柱件、圆环件、长方体、甚至可以用量块做被测件训练, 要求仔细体会感觉测量的手法、轻重、位置、角度等。

这里要强调“盲测”, 即固定好量具位置后再读数, 而不是边读边调动量具, 以避免“凑读数”弊端。另外还要按各种位置放置被测件, 尽量接近实战。

(2) 课题实例4:试切调整刀补值

要求:通过试切调整刀具半径补偿, 准确控制加工尺寸。

通常对刀, 是试切一刀后测量工件误差, 按此误差值修改调整刀补。其中的问题是试切的用量比较随意, 和正常切削的用量不同。这就使试切和正常切削两者的工艺系统误差不同 (可以简称为让刀量不同) , 自然造成对刀不准。所谓准确的对刀, 是采用与正常加工切削用量三要素完全相同的条件下试切, 按此试切误差来调整修改刀补才是误差最小的。

因此, 工作中应该增加一次半精切的工步, 并使半精切的用量与精切完全一致, 半精切后精确测量加工误差, 调整刀补后再精加工。

以上方法虽然多了一步, 但在竞赛现场或者工作现场十分有效。竞赛现场的工艺系统各环节如机床、夹具、刀柄等与训练条件一定有区别。笔者看到许多选手是按训练时的经验一次将刀补给到位, 这种做法十分不可靠。笔者认为这是实操成绩普遍较低的主要原因之一。

3 充分利用简单工具

数控设备是高科技装备, “好马配好鞍”, 自然也是高配置、高消耗的设备, 对使用单位造成较大的经济压力。这就要求我们有经济意识, 不能迷恋、迷信高价格复杂工具仪器, 充分立足现有条件, 利用好简单工具, 有时甚至可以取得更好的效果。

(1) 课题实例5:Z向对刀

要求:各种刀具Z向快速准确对刀。

Z向对刀可以采用对刀仪等, 也可以采用对刀棒 (可用废刀柄改制) 。对刀仪数千元以上, 对刀棒不要一分钱, 但是对刀棒的效果往往更好。这是因为对刀仪与工件接触面积较大, 必然受工件表面平面度影响, 造成较大的误差, 只有在精密加工时才有优势。

同样原因, 采用百分表找正工件比用巡边仪精度更高。

(2) 课题实例6:数控机床坐标功能的应用之一

要求:用百分表结合坐标显示测量各种要素。

图5中, 在主轴上安装百分表, 分别接触两个表面, 则机床显示的坐标读数之差就是两个表面的距离。用这种方法可以测量台阶深、台阶宽等, 精度不受测量经验影响, 可以比用千分尺等高很多, 理论上只受机床重复定位精度影响, 对于普通精度级数控机床也就是只有0.01左右的误差。

位置坐标控制、数字显示是数控机床的显著特点, 结合适当的仪表工具某种意义上可以有相当于三坐标测量仪的功能!如果开拓思路, 相信会有更多的用途。

4 结束语

我国目前已经举办五届数控大赛并已参加国际技能竞赛, 影响巨大;国家每年在天津举办一次全国职业院校技能大赛, 形成“普通教育有高考, 职业教育有大赛”两条平行轨道的制度设计, 是我国教育改革的一项制度创新, 更是职业教育在人才评价机制和选拔机制上的一次有益尝试。

竞赛成绩反映职业实力, 竞赛促进职业教育, 职业教育促进经济发展, 这已经成为全社会的共识。各职业院校近年来都积极参加数控竞赛, 但大多处在“为赛而赛”、“为名而赛”等层次上。因此“以赛促教、以赛促学、以赛促改”还有许多问题期待大家共同研究。

参考文献

[1]周万春.关于数控机床操作技能训练模式的探讨[J].中国现代教育装备, 2006 (02) :5-8.

[2]邓春丽.数控机床操作技术教学的有效途径[J].大众科技, 2008 (12) :170.

篇9：基于数控机床

关键词：数控机床;电气控制;研究策略

中图分类号：TG659 文献标识码：A

将PCB板进行一定的加工就会制成PCB数控钻床，它的核心就是对孔进行平面定位来控制微孔加工钻床。这种PCB数控钻床有两种执行方式：第一种是通过直线电机直接带动工作台运动;第二种稍复杂点的是通过伺服电机或者步进电机和滚珠丝杠作为执行部件。现在大多数的新的电气控制系统对各部分的选型都充分考虑了个部分之间接口的兼容性，这样的设计能更加高效的完成工作。

一、数控机床的概述

数控机床主要是由机械部分、硬件电路和上下位机软件三部分组成的。数控装置是机床本体的核心部分，其数控系统主要是对数字控制方式的应用。

基于PLC的数控机床分为两类，一个是内装型的PLC，它从属于CNC装置，这样的设计主要是为了实现数控机床顺序控制。第二种是独立于CNC装置的PLC，它的软硬件功能都比较完备，数控机床或其他顺序的控制领域都能满足，相比较而言，这一种更通用一些。

二、数控机床电气控制系统

PLC数控机床电气系统是一个全闭环控制系统，主要是由电机、变频器、光栅尺组成的，电气系统最大的优点就是提高控制精度。

（一）电气控制系统组成

控制系统的组成部分有工控机、SIMOTION、电源模块、电机模块、光栅尺、变频器、传感器等。

1.电源模块

一般变频器是先把一定频率的交流电变为直流电，再通过逆变器把直流电变为制定频率的交流电。电源模块分为可调和不可调两种。可调电源模块，是可以根据参数把它转化出来的直流电稳定到一个制定的可变值，并且具有与SIMOTION通信的功能;不可调的电源模块只能输出一个固定的直流电压，而且不能与SIMOTION通信。

2.电机模块

电机模块主要是把直流电逆变为指定频率的交流电，供电机使用。电机模块也有两种类型：装机装柜型和书本型【2】。书本型又有单轴和双轴两种形式。

3.SIMOTION运动控制器

SIMOTION是整个控制系统的核心部分，它的运行速度和可靠性对整个系统有着决定性的影响。它主要由三个功能：运动控制、逻辑控制和工艺控制。

（二）电气系统的硬件部分

硬件部分的设计也是电气系统不可忽略的部分，尤其是机械手自动换刀、断刀检测、深度检测等硬件的设计。

1.机械手自动换刀

机械手换刀有两个自由度，对提高数控机床的工作效率起到了很大的作用，主要是通过控制电磁阀的开关实现伸出机械臂以及刀具夹紧，从而实现机械手伸出、收回、夹紧、松开刀具的过程，也就实现了自动换刀。

2.断刀检测

断刀检测主要是一个OC门的光纤传感器，OC门的三根接入线直接接到24V的电源上，这样信号线和24V电阻就构成了一个电平输出。

在加工过程中可能刀具会受到磨损甚至是断裂，为了保证加工质量，必须检测刀具是否正常，如果刀具受到磨损了，机床能够保证自动换刀并通知上机位。断刀检测主要是通过光纤传感器检测的。

3.深度检测

由于换刀时主轴的夹紧位置是由机械手或者人把刀具插入深度决定的，所以需要用深度检测器来检测刀的深度。

（三）基于PLC数控机床电气控制的研究策略

数控机床电气控制的方式是决定控制系统成败的关键因素，所以研究PLC数控机床，电气控制是关键。如上图所示，我们设计了电气控制系统的总体方案原理图。

整个系统最重要的就是软件的设计，软件设计也是硬件结构的核心。运行在SIMOTION的软件就是下位机软件，上位机接收数据并控制执行部件工作以及检测机床状态的任务主要是由它完成的。当轴组装好以后就可以通过程序进行操作了。而SIMOTION的内部程序是由操作系统调用的。

我们可以看出，工控机主要是读取文件信息，然后把数据传递给SIMOTION，SIMOTION收到数据便会控制电机模块驱动电机，从而带动工作台进行位置控制;与此同时光栅尺就能检测到工作台的信息，在传递给SIMOTION，这样就可以对工作台进行位置调整。但是光栅尺的信号是不能被SIMOTION直接识别的，所以传感器必须先把光栅尺的信号转化为标准的信号，在传递给SIMOTION才能实现整个过程。最后工作台的工作状态再通过多个传感器（断刀检测器、深度检测器）检测到并传入系统。需要注意的是，传感器的信号也必须先经过ET200到达SIMOTION中进行信号处理，才能被传入系统。

三、数控机床故障分析

为了预防或避免数控机床加工过程中对操作人员、机床及加工工件造成伤害，通常需要对急停和超程进行处理。

下图为急停和超程保护硬件控制处理图，是HNC-21数控系机床的急停和超程保护硬件控制回路。在正常情况下，急停按钮是断开的，它的触点是处于常闭状态的。当急停按钮按下后，其触点便会断开，这时系统的急停回路所控制的中间继电器（KA）就会断开，移动装置（如进给轴电机、主轴电机、刀库/架电机等）动力电源就会被切断。同时，连接在PLC输入端的中间继电器（KA）的一组常开触点所控制的PLC输入信号（例如：X2.4）向系统发出急停报警。此信号在打开急停按钮时则作为系统的复位信号。在正常情况下，超程限位开关处于松开状态。若用户操作机床，不慎将某轴的超程限位开关压下，其常闭触点断开，使控制回路中的中间继电器（KA）断电，中间继电器（KA）的一组常开触点（例如：X2.4）通过PLC输入端向系统发出急停报警信号，同时，超程限位开关连接在PLC输入端的常开触点（例如：上图中的X0.0、X0.1）闭合，向系统发出超程报警信息。

参考文献：

[1] 齐宁宁，丁国富.基于PLC的车床电气控制系统设计[J]. 机械，2006（03）14-16.