数控机床参数

数控机床参数（精选十篇）

数控机床参数篇1

1. 调整系统参数方便维修

数控系统参数中有部分参数可以提高维修效率, 但需更改其默认值。例如, 在SINUMERIK 802D系统中对用户报警进行配置, 在FANUC系统中设置报警切换画面参数等。

(1) 一台使用SINUMERIK 802D系统卧式车床, 主轴采用SIMOREG 6RA70直流调速系统控制。机床在MDA方式运行时, 主轴无规律停车, 数控系统及6RA70均无报警显示, 但重新启动程序后, 一切正常。起初每月1~2次, 后逐渐增至每日1~2次。

因为无报警, 说明停车不是由数控系统及驱动故障引起, 最大可能是6RA70的运行条件未满足造成。对6RA70进行监控, 发现停车是由于丢失“合闸”信号引起的。查看PLC程序, “合闸”信号与若干液压信号相关, 但相关信号均应有报警输出, 实际未出现报警。经分析, 认为是由于信号短暂跳变, 显示延时, 未能显示报警造成的。由于随机出现停车现象, 不便于实时监控, 决定修改报警清除条件参数, 将MD14516由“00H”改为“40H”, 出现报警后需用删除键清除, 便于对报警信号监控。通过监控, 找到故障源是主轴静压压力报警, 判断为滤油器污染, 造成油压不稳引起, 清洗滤油器后, 机床恢复正常。

(2) FANUC系统提供了强大的PMC功能, 可以在线监控PMC程序, 但在实际应用中却遇到了困难。FANUC的默认设置是在报警时自动切换到报警/信息画面, 所以对于快速跳变信号很难监控。

一台装有FANUC 18I系统的龙门铣, 频繁出现“X轴静压压力过低”报警。查看PMC程序, 引起报警的条件较复杂, 又因为报警是由相关信号快速跳变造成的, 给故障查找带来了困难。通过设置PRM 3111#7为1, 在报警时不切换到报警/信息画面, 监控PMC程序, 在出现报警时能准确地找出故障源。

在维修中, 由快速跳变信号引起的故障, 虽然可以通过修改PLC程序的方法查找故障源, 但利用数控系统的强大功能, 修改相关参数可以较快地解决此类问题, 且不改变机床的原设计。在SINUMERIK 802D系统中, MD14516其默认值为“00”H, 建议改为“40”H, 报警清除条件设置为删除键清除, SINUMERIK 840D无需设置。FANUC系统中PRM 3111#7, 其默认值为“0”, 建议改为“1”报警时不切换到报警/信息画面, 便于PMC的实时监控。

2. 通过参数来调整机床精度

数控机床的精度是由其机械精度及数控系统补偿保证, 在数控机床的维修中, 机械调整不可避免, 相应的补偿参数必须进行调整。

(1) 一台装有SINUMERIK 840D系统的立车调试, X及Z轴均出现较大的精度误差。

检查机械相关部分, 发现是由于机械磨损引起。首先对机械进行修复, 使其达到最佳精度。然后使用丝表对各轴反向间隙进行检查, 根据实测数据修改MD32450 (反向间隙) ;相关资料没有提供螺距, 需重新设置, 使用500mm标准块测量误差, 根据比例修改丝杠螺距参数MD31030。经检测调整, 使机床恢复了精度, 满足了生产需要。

(2) 一台日本HOMMA公司生产装有FANUC 15IB系统的龙门移动式五面体加工中心, 在使用过程中发现所加工工件精度超出允许范围。

对机床各项几何精度复查后, 发现是横梁的水平出现了问题。横梁的移动是由数控轴WM和WS同步控制的, 在轴移动过程中没有发现异常, 且使用了全闭环控制。分析后可以基本排除机械问题, 最大的可能是参考点位置出现了问题。经过测量, 横梁在参考点位置时, 其水平误差为0.05mm/1000mm, 移动到任意位置测得的数据与此相同。经过计算可以得到WM与WS参考点位置误差为0.05/1000×8000=0.4mm (两立柱的中心距为8000mm) 。据此数据, 调整WS轴的参考点偏置PRM 1850, 修正了横梁的水平误差。对于任意两同步轴均可通过调整参考点偏置, 实现初始位置的同步。

(3) 武汉重型机器厂的XK2120A数控龙门铣床改造使用FANUC 0IB系统, 在试切削中, Y及Z轴插补铣圆时出现图1所示的情况, 无法满足加工要求。

对Y及Z两轴的机械和反向间隙等相关精度分别进行检测, 均符合精度要求。不运行插补, 单独运行Y及Z切削时定位和重复定位精度均正常, 说明轴的基本设置无问题, 很可能是优化方面出现了问题。检查各轴位置环增益及前馈系数, 各轴参数值间有差别。根据FANUC系统说明书的要求, 如使用前馈控制功能, 则各插补轴的前馈系数必须一致, 修改PRM 2068, 使各轴一致。重新试切削工件, 各项精度均符合要求。

在数控机床精度调整中, 常用的补偿参数有:反向间隙、丝杠螺距、参考点相关参数、速度增益及位置增益等等。对于这些常用的参数, 必须加以记忆, 可以将两大系统对应参数联系起来。应当注意的是:SIEMENS数控系统相关参数的单位均为公制, FANUC数控系统相关参数的单位由指令单位和检测单位决定, 与参数PRM 1004有关。

3. 应急处理

在数控机床的维修过程中, 难免会遇到一些棘手的问题。特别是大型数控机床, 工件大而特殊, 机床的停台会造成极大的经济损失, 对有些故障会采用非常规的方法解决。例如, 落地镗铣床的工作台电机坏了, 又无备件;机床在特殊状态下回原点有干涉, 但加工工件精度要求又不高, 可以采取屏蔽轴或设定无需回参考点即可运行等方法解决, 具体方法如下:

(1) 对单个轴进行屏蔽。

(1) SINUMERIK 840D/810D:在相应的轴参数里, 设MD13030和MD13024为0;在驱动配置菜单里, 找到相应的模块, 设为“no active”即可, 这时, 该轴就为虚拟轴, 其相应的模块和电机就可以去掉, 如果要恢复, 把上面的参数改回原来的值即可。

(2) FANUC 16/18/0I:在相应的轴参数里, 将PRM 1023改为128;PRM 1815#5 (APC) =0。

(2) 通常情况下, 数控系统接通电源后, 需要返回参考点, 建立机床坐标系才能在自动方式下运行。但遇到故障无法回参考点, 且加工工件精度较低时, 可以修改参数实现不回参考点即可执行程序的功能:MD20700=1 (SIEMENS) 或PRM 1005#0=1 (FANUC) 。

4. 结论

数控机床的参数有着十分重要的作用, 它在机床出厂时已被设定为最佳值, 通常不需要修改。但在运用中可根据实际情况对其进行更改、优化, 从而弥补机械或电气设计方面的不足。当然, 更改参数首先要了解该参数, 看该参数的变更会产生什么样的结果, 受哪个参数的制约以及对其他参数有无影响, 做记录对不同参数所产生的结果进行对比, 选择其中最佳的设定到对应的参数表中。在不知道参数的意义前最好不要修改参数, 以免发生意外。

摘要：介绍几例通过修改参数维修数控机床的实例。

数控机床车削加工参数的合理确定篇2

增加数控机床的进给量和切削速度，能够减少切削零件所需时间，但同时数控机床的切削刀具寿命会明显缩短，加工零件的表面质量也会有所下降。

因此，合理确定数控机床车削加工参数，是提升加工效率，获得较高经济效益的重要途径，值得深入探讨。

1、为什么要合理确定数控加工切削用量

现代数控机床随着广泛的应用，电子计算机相关技术越来越多地与之相融合，特别是随着CAD/CAM技术快速发展，很多CAD/CAM软件均提供了自动编程功能，不仅提供了各种各样加工方式方法，采用不同的加工方式对加工过程当中的切削用量数值也会产生一定影响。

此外，近年高速切削的兴起，针对工件金属材料不同，在切削速度达到某个特定值时，切削温度不升反降的特点，使数控加工产品质量得到改善，还大幅度地提高了生产效率。

通过上述分析可以发现，在数控机床加工中，切削用量的合理选择其实并不容易。

所说的“合理选择”，是指对现有条件充分利用(包括：机床扭矩、功率等动力性能;刀具切削的耐磨性和硬度性能)的基础上，在达到要求加工质量的前提下，尽量减少加工时间，从而获取较高生产率的同时，加工成本最低化所需的`切削用量。

对于数控机床的切削加工而言，切削用量的三要素联系十分密切，改变任一参数均可能会致使其它参数发生变化。

例如，增大切削用量时，相应地就需增加刀刃的负荷;若增加切削热，则刀具磨损随之加快，进而还会提升加工成本、限制加工速度。

因此，实践中绝非只用计算公式得出一个数值使用这么简单，而需以实践加工生产经验为依据，综合考虑计算数值和经验数值，才能使切削用量更加合理，才能在付出较低加工成本的同时，获得较高的生产效率和效益。

通过近年来数控技术的高速发展，切削用量的选用应以最大限度地降低加工成本，获取较高经济效益，同时使加工产品的生产效率和质量进一步提升为目标。

2、数控机床车削加工中刀具几何参数如何确定

作为刀具几何参数重要组成部分之一，刀具几何角度对数控机床车削过程中的切削力大小、切削功率和切削温度会产生直接影响，更事关数控机床刀头、刀刃强度、工作磨损状况和散热体积，还对刀具刃形和切削图形产生较大影响，甚至还会影响切屑流出的方向，而对机床工作切入切出平稳性和切削刃锋利程度产生一定影响。

实践表明，在切削条件不同的情况下，应选择与之对应的刀具几何角度，方能获得较佳的加工效果和加工效率。

以刀具前角参数的确定为例，在选择前角时，保证切削刃的锋利是前提，还应适当兼顾切削刃保持足够的强度。

实践中，在确保零件加工质量前提下，通常参数的选择应使刀具达到最高使用寿命为原则确定。

而作为一个相对的概念，切削刃是否具备足够的强度，与加工零件材料及刀具材料物理性能有关，还与加工条件关系紧密。

基于以上认知，合理选择前角参数应采取以下原则：一是，加工塑性材料时宜取较大前角，而加工脆性材料时则宜取较小前角;二是，粗加工时可取较小前角，而精加工时，则宜取较大前角;三是，当加工零件的材料硬度、强度相对较低时，前角可取较大参数，反之，则应取较小前角;四是，刀具材料抗弯强度及冲击韧性相对较低时，宜取较小前角，如，硬质合金刀具合理前角可较陶瓷刀具大，而高速钢刀具合理前角则较硬质合金刀具大;五是，在机床功率较小或工艺系统刚性较差时，可选取较大前角参数，以尽量减小切削力与振动带来的影响。

当然，在生产实践中，为确保刀具工作稳定性，数控机床车削加工时刀具前角通常不宜过大。

3、数控机床车削加工中切削参数的合理确定

使用数控机床进行车削加工，在选择数控编程时即应确定切削参数，合理的参数应当能够最大限度地保障零件加工质量，提高刀具的使用寿命，使数控机床能力得到充分发挥，提升刀具切削性能，且能以较低生产成本获得较高生产效率。

3.1切削参数首先要确定的是主轴转速

确定合理的主轴转速才能形成加工所需的恰当切削速度，因此，主轴转速应当以零件加工所要求的切削速度及棒料直径为依据来予以确定。

从生产实践中可以发现，除了螺纹加工之外，数控机床车削加工的主轴转速和普通车削加工大致相同，只需考虑零件加工部位直径，并依照加工零件及刀具材料等外部条件允许的切削速度进行确定即可。

此外，适当对车床刚性规格差异加以考虑，在数控机床能够承受的转速范围内，尽量选择接近最大转速的数值来确定。

在数控机床的数控系统控制板上通常会备有主轴转速的倍率开关，可于加工过程当中按整倍数调整主轴转速。

需要注意的是：在切削过程是干式切削时，应选取相对更小一些的主轴转速，这个参数一般取有切削液状态下主轴转速的70%～80%为宜。

3.2切削进给速度参数的合理确定

在单位的时间内，刀具顺进给力方向所移动距离即为进给速度，其单位通常为mm/min，也有个别数控机床用每转进给量(mm/r)来表示进给速度，通常车削进给速度的确定原则如下：首先，在零件加工精度及表面粗糙度等质量要求可以保障的前提下，应尽量选择高进给速度，以提升生产效率;其次，使用高速钢刀具车削，或是车削深孔、进行切断操作时，进给速度应当选择相对较低的数值;再次，在刀具空行程，尤其是远距离回零时，应尽量设定更高的进给速度;最后，进给速度这一参数的选择，必须要与数控机床零件加工时的切削深度及主轴转速相适应。

3.3切削深度参数的合理确定

确定切削深度参数，应当综合考虑多方向因素的影响。

通常应对数控车床、刀具、夹具、零件组成工艺系统刚度、零件表面精度、粗糙度等因素分别进行分析方可确定。

在条件允许的情况下，应当尽量选择相对较大的切削深度参数，以通过减少走刀次数，实现提升加工效率的目的。

在零件加工精度及表面粗糙度的要求相对较高时，可考虑留出精加工余量。

精加工余量通常较普通车削的余量要小，一般取0.1～0.3mm为宜。

此外，根据实践生产经验，通常情况下加工表面的粗糙度值为Ra12.5时，只需一次粗加工即可达到要求。

当然，若数控机床的刚度较差、余量过大或是动力不足时，也可分多次完成切削加工过程;在表面粗糙度的要求在Ra1.0～1.6之间时，通常可采用较小切削量来完成精加工。

需要注意的是：吃刀量与数控加工生产率是成正比的，在零件加工工艺及车床、刀具、夹具刚性允许的情况下，应尽量设置更大的吃刀量。

在粗加工外，因刀具的加工余量通常不大，一般还需使用精加工工序，吃刀量是指粗加工或半精加工之后留给精加工的余量。

余量过多，则刀具易磨损，进而给加工零件的表面质量带来不利影响;余量过少，则不能消除上粗加工留下的刀路痕迹，对加工零件的表面质量同样会产生不良影响。

结语：

在数控机床车削加工中，对相关参数进行正确合理选择，能够切实提升加工零件的质量，避免了可能发生的加工中刀具颤振、加工零件的变形过大等问题。

在切削参数实践选择中发现，切深与进给率的增减应适宜，否则容易引起切削力及主轴功率利用率增幅过大，却没有提升零件表面加工质量的问题。

参考文献

[1]薛志恒.模具零件数控车削加工工艺分析研究[J].硅谷，2012，02：83.

[2]顾海明.探讨数控车削加工中的试切对刀法[J].科技资讯，2012，11：81.

[3]邓超，吴军，毛宽民，熊尧.面向大型数控机床的工艺可靠性评估[J].计算机集成制造系统.2010(10).

[4]杨丽敏.国内外重型数控机床的技术对比与发展[J].金属加工(冷加工).2010(07)

[5]沈浩，谢黎明，韩莹.数控车削中切削用量的多目标优化[J].兰州理工大学学报.2005(05)

数控机床参数篇3

关键词：数控加工切削参数库选择方式

一、数控编程中参数的确定

数控加工是指通过分析待加工零件的几何结构，使用软件提供工艺参数的设置界面，选择合适的工艺过程和工艺参数生成刀路轨迹，再生成数控指令，指挥数控机床按程序进行加工。由于加工过程是自动的，因此加工中的所有参数都要预先设置好。数控加工中对工艺问题处理的好坏，将直接影响数控加工的质量和效率，严重时还会对数控机床造成损坏。为此，要求数控程序编程员首先应该对数控加工工艺有深入的了解。

数控銑削中加工参数的定义原则是：根据机床的刚性、刀具材料、工件材料、工件的结构特点、加工工艺等因素合理选用。切削用量包括主轴转速、进给速度、切削深度和切削宽度等，在确定切削用量时要根据机床使用的规定和要求以及刀具的耐用度去选择和计算，当然也可以结合实践经验，采用类比法来确定。其中，切削深度主要受机床、工件和刀具的刚度限制，在刚度允许的情况下，尽可能使切削深度等于零件的加工余量。在选择切削用量时要保证刀具能安全、顺利地加工完一个零件。

下面以UGS公司的CAD/CAM软件NX6为例，论述一般情况下应如何定义这些加工参数。

1.刀具选择

粗加工刀具选择以在最短时间内切除尽可能多的材料为目标，故选择直径20mm的端面铣刀。

2.刀具切削宽度（步距）和切深（每层走刀量）定义

系统默认设置步距为刀具直径的50%，切深为6mm。根据机床刚性、刀具、被切削零件材料进行选择。高速銑削机床一般适合于小切深，高进给率的加工状态，因此这里定义切削深度为1mm，切削材料为T10钢，使用刀具为硬质合金刀具，选择切削步距为刀具直径的80%，即16mm。

3.刀具切削参数选择，

（1）直接根据编程员的经验，输入主轴转速和加工的进给率。这种方法比较直观，对编程员的实践经验有较高的要求，并需借助刀具样本的参数推荐表、机床刚性、以往加工的实际效果进行综合考虑、计算。

（2）使用CAM软件自带的切削数据库，系统会根据选定的刀具、切削状态，自动提取切削速度、每齿进给率，计算出主轴转速和切削进给率的值。此方法比较适合于缺乏实践经验的编程者，但根据软件内置的数据库生成的参数，仅符合一般情况下的切削状态，且具有较大的安全系数。因此，不适用于某些特定的切削方式、条件，否则，加工效率难以保证。对此，可进行模板设置，即预先按照零件的加工工艺、使用刀具、切削参数设选项置，并将其作为模板文件保存。在遇到新的零件需要进行数控编程时，可将零件模型读入，选择需加工的部分，即可根据模板对其进行更新计算，省去参数设置的过程。但此时，易出现参数雷同的现象，无法做到对于实际情况的微调，过于死板。

综合以上情况，在当前普遍使用CAM软件进行数控编程的情况下，主要有以下两个难题：一是软件功能强大，切削方式多样，如何快速根据用户特定需要进行选择、设定；二是刀具种类繁多，针对不同的刀具、切削材料有不同的切削量和走刀参数，如何针对这些经验参数进行归纳、管理，方便重复利用。

二、切削参数库的使用

针对以上情况，UG NX6软件提供了功能强大的用户自定义切削参数库，可以方便用户根据自己的实际情况进行参数设定，自动插补，方便调用。其工作原理为根据被切削材料、使用刀具的材料、几何尺寸、切削工艺，在库中检索，自动选择合适的参数。

用户可在加工参数对话框中，进行刀具材料、切削方法、被切削材料的预设值，选择的刀具材料为涂层镶片式硬质合金，切削方式为高速铣粗加工。然后输入刀具参数，直径为20mm，刀具长度100mm，刀具切削深度为1mm，切削宽度为16mm，并按照切削参数推荐值输入切削线速度为200m/min，每齿进给率为0.15，系统会自动计算出主轴转速和切削进给率，随后就可以在编制数控程序时调用这些参数。调用时，首先在选择加工零件体时定义材料，如T10钢，选择相应的加工方法，如高速铣粗加工，可在创建操作时，通过点取Set Machining Data得到相应的主轴转速，自动获取切削进给率。同时，切深和切削宽度也会自动改为合适的值。如果用户新创建一把直径为10mm的刀具，系统也会在库中根据插值计算原理，给出合适的主轴转速和进给率。

由此可见，通过在加工参数中设定固定的切削参数计算依据，系统可根据切削参数的计算规则进行调用或插值运算，大大减少编程者的工作量，生成的参数安全、高效，使得数控程序的编制可以针对用户实际需要做到标准化、智能化，从而提高编程效率，减少差错的产生。

参考文献：

[1]李户曾等.高速切削加工技术在模具和模型制造中的应用[J].模具技术，2002（2）.

[2]叶右东.数控铣削加工中的工艺分析及处理[J].机械，2004（10）.

数控机床参数篇4

参数也称机床数据, 是对机床功能、轴运动控制、驱动类型、显示设定等进行定义的一系列数据, 主要包括伺服电机型式、齿轮比、转速、行程极限、丝杠补偿、机电控制参数及宏指令等。利用参数可以实现对伺服驱动、电机性能、运动控制、加工条件、机床坐标、操作模式、数据传输等方面的设定和调用。它是经过一系列试验、调整而获得的重要数据, 通常存放在由电池供电保持的RAM中或机床硬盘中。

在美国哈斯数控系统中, 在正常操作时需要用户改变的参数专门列出, 称为设置, 参数很少需要去改变。而在德国西门子系统中, 所有参数均放在机床数据页里, 之后又细分为通用机床数据、基本通道机床数据、轴机床数据、显示机床数据、驱动数据等, 其中有少部分数据为用户数据如14510、14512、32200等, 绝大部分数据需由系统制造商或机床制造商来设定。机床数据的正确与否直接影响到机床的正常工作及机床性能的充分发挥。通过设定机床数据, 用户可以改善及优化机器性能, 调整机床工作方式, 在维修工作中起到更换零部件所不能起到的作用。

二、数控机床参数的分类

1. 按其表示形式来划分有3类

(1) 状态型参数。状态型参数是指每项参数的8位二进制数位中, 每一位都表示了一种独立的状态或者是某种功能的有无。一般用1和0来表示。如西门子802D系统参数“331CONTOUR-MASK轮廓编程使能、20730 G0-LINEAR-MODE G0插补方式、20700 REFP-NC-START-LOCK未回参考点NC启动禁止”就是状态型参数。

(2) 比率型参数。比率型参数是指某项参数设置的某几位所表示的数值都是某种参量的比例系数。如西门子840D系统“32200 POSCTRL-GAIN (0) … (5) 位置环增益”为比率型参数。

(3) 真实值参数。真实值参数是指表示某项参数是直接表示系统某个参数的真实值。这类参数的设定范围一般是规定好的, 用户在使用时一定要注意其范围, 以免出错。如西门子840D系统“30200 NUM-ENCS编码器数量、36100 POS-LIMIT-MINUS第一软件限位负向、32000 MAX-AX-VELO最大轴速度”就是真实值参数。

2. 按参数本身的性质有2类

(1) 普通型参数。在数控系统厂家提供的资料上有详细介绍的参数均为普通型参数。这类参数只要按照资料上的说明弄清含义, 能正确灵活应用即可。

(2) 秘密级参数。有的参数系统厂家不做介绍, 有初始设定值, 用户无法弄清其含义, 若出错需请厂家专业人员维修。

三、参数优化和调整与典型故障维修

1. DMG125P立转卧加工中心性能的优化

DMG125P立转卧加工中心是2003年从德国引进的具有先进功能的大型加工中心, 配置海德汉数控系统和MILLPLUS软件系统。2013年该机床在运行过程中, 经常出现报警I311CCU Error number c4a4 card, 其意思是说号码为c4a4板的中央处理单元错误。报警发生后机床进给停止, 但主轴在惯性作用下一直旋转, 过一会才能慢慢停下来。

因报警经常发生, 维修人员多次修理未果, 在又一次报警时因主轴旋转导致刀柄与电主轴锥孔发生研磨, 使锥孔扩大造成电主轴损坏。该电主轴价值28.5万元, 购买新备件后予以更换。更换后该报警依然发生, 每天2~3次, 严重威胁设备的安全。在维修过程中, 通过2天的仔细观察, 发现报警多发生在机床执行G00过程中, 即每加工完一刀后, 主轴在快速提起再次进给时, 大都伴有报警出现。针对这种情况, 认为原因是机床经过10多年的3班倒生产, 其机械零部件磨损, 精度性能下降, 导致其在快速移动时, 运动精度不能满足参数规定的监控误差而发生报警。在此情况下, 查看进给轴X、Y、Z的快速移动速度参数3103、3203、3303, 分别为240000、400000、240000, 单位为100μm/min, 换算过来后, 快移速度为24 m/min、40 m/min、24 m/min, 这个速度在机床初期使用时可正常执行 (普通数控机床快移速度为8~12 m/min) , 但经过10多年使用后若机床依旧以这个速度运动, 机械部件如滚珠丝杠、螺母副、线性导轨、导轨滑块等的快速定位已不能满足精度要求, 因此调整参数如下。

3103 Max PTP Velocity[100 (μm, m Deg) /min], 最大的PTP速度, 单位[100 (μm, m Deg) /min) ]

第一轴 (X轴) 3103由400000改为120000

第二轴 (Y轴) 3203由240000改为120000

第三轴 (Z轴) 3203由400000改为120000

再次运行加工程序, 机床能正常工作, 连续10个月类似报警仅出现过1~2次, 且报警可复位。在此期间曾根据报警将C轴快速旋转速度也进行减小, 即第四轴3404由54000改为27000。但在10个月之后, 机床又出现了新的报警, 主要有:

Z07 Drifting outside no motion window PM52N201

I05 Emergency stop from machine tool PM52N201

I311 CCU Error number c4a4 card PM52N201

其意思为Z07漂移在无运动窗口范围之外;I05来自机床的紧急停止;I311中央处理单元出错, 号码c4a4卡。报警后面的PM52为程序号, N201为程序段号, 仔细查看程序, 当执行N201程序段时Z轴要快速下移到某个位置, 在到位时易出现报警, 由此分析认为, Z轴下移时铣头的重力作用及惯性使停止位置达不到机床要求的准停而报警, 于是考虑修改Z轴监控值参数3382, 内容为:3382 standstill monitor (0=off) [μm, m Deg]静止误差监控 (Z轴) , 将3382由200μm扩大为350μm, 监控值放大后试车亦无明显效果, 于是修改最大加速度的值, 各轴加速度值减小。

3104 Max PTP acceleration[ (mm, Deg) /s2]最大的PTP加速度 (X轴)

3204 Max PTP acceleration[ (mm, Deg) /s2]最大的PTP加速度 (Y轴)

3304 Max PTP acceleration[ (mm, Deg) /s2最大的PTP加速度 (Z轴)

第一轴 (X轴) 3104由3000改为2000, 单位mm/s2

第二轴 (Y轴) 3204由3000改为2000, 单位mm/s2

第三轴 (Z轴) 3304由3000改为2000, 单位mm/s2

即将各轴加速度由3 m/s2减小为2 m/s2, 使设备在启动中平稳加速。使用了几天之后又有报警, Z04 Max following error too large, 意思是最大的跟随误差太大, 经查机床资料, 涉及到参数3309, 内容为:3309 Quick stop deceleration[ (mm, Deg) /s2]快速停止减速度, 将第三轴 (Z轴) 3309由10 000 mm/s2减小为5000 mm/s2即由10 m/s2降为5 m/s2, 其余轴未变。之后试运行机床起到了明显的效果, Z轴达到了准确停止, 不再报警。

经过调整参数, 将各轴的快速运动速度降低, 同时将轴加速度与减速度的值也降低, 在设备使用多年机械精度下降的情况下保证了其正常运转, 并辅助检查各轴导轨的润滑情况, 确保了设备的正常运行。

2. VF5立式加工中心更换主轴编码器后参数适配的调整

VF5立式加工中心是2006年从美国哈斯公司引进的4轴4联动加工中心, 配置哈斯数控系统。2013年底该设备主轴损坏, 拆开检查后发现主轴外接编码器有故障, 于是向哈斯公司购买编码器。一周后编码器到货, 该编码器外形和原先的编码器略有区别, 维修人员将其安装到主轴上进行试车, 结果主轴不能运转, 也无报警。

仔细阅读编码器说明书, 发现购买的编码器为磁性编码器 (Magnetic Encoder) , 而原来编码器为光电编码器 (Optical Encoder) , 两者结构不同, 工作原理有所区别, 需要更改参数。说明书为英文, 内容大致是:当更换一个铣床主轴编码器或更换配备单个编码器的车床编码器时, 要更改参数79、182、186、187和239。1个车床可能有2个编码器, 即1个主轴编码器和1个电机编码器。如果是这种情况, 当更换主轴编码器时, 改变参数79和239。当更换电机编码器时, 改变参数182、186、187。当更换车床附属主轴编码器时, 改变参数540、544、545、570、和571。所有要改变的参数见表1。

每个参数里列举了许多不同的值, 根据机床参数情况, 这里仅列举了要修改的数值, 其余未列出。按照HAAS机床提供的方法, 在伺服关闭、SETTING 7改为OFF的情况下, 先改了182、186和187参数的值, 主轴可以旋转了, 但在空载时负荷就达到80%~90%, 声音特别大, 说明修改还不对。后又修改参数79和239, 之后再运行主轴, 空载时负荷显示为3%~4%, 声音也很正常, 机床故障排除。

3. N20德国车削中心安全集成技术故障排除及扩大机床加工区域

N20是2008年引进的数控车削中心, 配置西门子840D数控系统。2014年7月, 在加工某产品时, 工艺人员要求X轴在当前软件限位位置上向负方向再移动2 mm, 否则无法进行产品内孔的车削。按照常理把X轴负限位MD36100由-26 mm改为-28 mm, 并由操作人员执行向负方向移动。但在仅移动了一点距离且面板上显示X轴坐标值为-27.205时, 机床动作全部停止, 并伴随有报警发生, 内容为:

上面报警内容说X轴驱动停止触发, 处于安全位置监控中。X轴交叉检验出错, 代码52, NCK值为1000, 驱动值为-26219。按RESET键报警无法消除, 断电再启动也无效, 把参数MD36100恢复原值机床仍无法动作。

在西门子840D诊断指南中, 300915报警提到参数1335说X轴已经超过输入在MD1335中的安全结束位置的下极限位置。查U轴MD1335=-27000μm, 即X轴当前值-27.205已超过下极限值-27。于是把MD1335由-27000μm改为-29000μm, 然后执行NCK-RESET, 这时又有新的报警出现:

报警意思是说X、Z无安全的参考点, X轴驱动1安全数据校验和无效, 请确认并重新测试安全功能。采用840D系统常用的“用户协议”回机床参考点办法无效, 不能执行。仔细阅读报警300744的解释, 发现与安全相关的实际校验和MD1399并非上次机床确认的存储在MD1398 (只读参数) 中的校验和的值, 于是把MD1399=F841FH改为MD1398=F747H中的值F747H, 并按Set MD Active软键, 这时出现了新的报警:

报警内容主要是说X轴交叉检验错误, 驱动1已停止触发, 并处于安全位置监控循环中, 并提示错误代码为12。查27001代码12, 发现在安全下限值中, X轴MD36935[0]与MD1335[0]不相等, 于是把MD36935[0]由原来的-27改为-29, MD36935[1]也由原先的-27改为-29, 并执行NCK-RESET, 这时上面的报警消除, 出现了新的报警, 机床仍然无法运行, 报警内容为:

10621 Channel 1 axis MAX rests on software limit switch

27032Axis MAX safety data checksum invalid.Please confirm and re-test safety functions.

10621为常见报警, 即X轴到达软件负限位, 27032说X轴安全数据校验和无效, 请确认并重新测试安全功能。在机床数据页面中, 可找到Drive Config, 打开它在右边软键中按Copy SI Data, 即安全集成数据的复制, 复制完毕后按Confirm SI Data, 即进行安全集成数据确认。执行完后关机, 过1 min再开机, 报警全部清除, X轴能上下运行, 机床也处于正常状态, 经试验刀具可以进行内孔的加工了。

4. 西班牙双主轴车削中心数据恢复、Z轴屏蔽及反馈极性的改变

西班牙双主轴车削中心TCN-12P-2C-2T配置西门子840D数控系统, 该设备在经过一段时间停机后, 再次开机时机床报警120202 NC and PLC waiting for connection, 多次复位后又报警2001 PLC has not started, 即NC和PLC等待连接, PLC未启动, 看电控柜中NCU卡上PS和PF灯亮, 说明PLC有故障。按照西门子系统PLC总清与重新装载的方法, 即先对PLC进行总清, 然后从硬盘中进行读入, 但几次也不成功。为稳妥起见, 对NC和PLC进行备份。结果发现备份后的NC仅17000个字节, 与原先备份下的NC 378000字节相差太多, 说明NC数据丢失, 需重新进行装载。于是在NCU卡上将S3开关拨到1, 停顿2 s后再将其拨到0, 按RESET启动, 然后在START-UP界面中, 读入以前备份的378000字节NC, 这次NC成功装载。之后再装载PLC, 也顺利装载成功, 机床报警消除。

但因该机床Z轴光栅尺损坏, 需屏蔽Z1、Z2轴第二测量系统, 让第一测量系统生效。于是将Z1、Z2轴参数30200编码器数量由2改为1, 将DB32.DBX1.5由0改为1, DB32.DBX1.6由1改为0, 将DB36.DBX1.5由0改为1, DB36.DBX1.6由1改为0, 改完后一复位机床就报警25040 Axis Z2standstill monitoring, 轴Z2静止误差监控, 且Z2轴在复位过程中有窜动现象, Z2轴不能回零。

为解决此故障, 采用排除法。刚开始怀疑是Z2轴控制卡有问题, 将该控制卡与其他轴控制卡交换, 故障依旧。然后交换功率模块, 仍然是这样。最后怀疑是电机反馈线, 换一根新线仍不能排除报警。此时, 联想到该机床在未丢数据前无故障, 因此怀疑是在数据恢复过程中有不对的或不合适的数据被恢复, 需要在参数上找原因。仔细翻看该设备故障维修记录, 其中有一条是在2008年记录的, 当时将Z轴32110[0]Encoder feedback polo由-1改为1, 即编码器反馈极性为正反馈。对比其他进给轴, 也全是1。而此时的值为-1, 于是将其改为1, 按复位按钮后报警不再出现, Z2轴可正常移动, 机床恢复了正常。

四、结束语

数控机床参数篇5

总而言之，随着信息化技术、数字技术的不断发展，数控技术与建筑技术将会得到更加深入的契合点，虽然在现阶段实现起来十分困难，但相信会在未来形成参数化设计、数控加工到建筑生产的整体数字建筑产业的升级优化。

参考文献

[1] 李宁.以“场”为切入点解释建筑现象、探索建筑设计的方法[A].全国高等学校建筑院系建筑数字技术教学研讨会论文集[C]..

[2] 徐卫国.褶子思想，游牧理论——关于非线性建筑参数化设计访谈[J].世界建筑，（08）.

[3] 李文凯.建筑参数化设计的发展及应用的研究[J].中国新技术新产品，，23（18）.

数控机床参数篇6

1 FANUC系统数控机床的封闭切削循环 (G 73) 简介

1.1 封闭切削循环的概念

所谓封闭切削循环就是按照一定的切削形状逐渐地接近最终形状。利用该循环, 可以按同一轨迹重复切削, 每次切削刀具向前移动一次。

1.2 封闭切削循环G 73指令的适用场合

用这种循环可对锻造和铸造等前加工做成的有基本形状的毛坯或已粗车成型的工件进行切削。

1.3 封闭切削循环G 73指令使用方法

编程格式:

封闭切削循环的加工轨迹如图1所示。式中:

Δi:X轴方向退刀的距离及方向 (半径值指定) 。该指定是模态, 一直到下一次被指定之前均有效。此外还可以用系统参数设定。根据程序指令, 参数值也改变。

Δk:Z轴方向退刀距离及方向。该指定是模态, 一直到下次指定之前均有效。此外, 还可用参数设定。根据程序指令, 参数值也改变。

d:分割次数等于粗切削次数。该指定是模态, 直到下一次指定前均有效此外还可以用参数设定。根据程序指令, 参数值也变化。

ns:精加工形状程序段组的第一个程序段顺序号。

nf:精加工形状程序段组的最后一个程序段顺序号。

Δu:X轴方向的精加工余量 (直径值/半径值指定)

Δw:Z轴方向的精加工余量。

f、s、t:在ns～nf间任何一个程序段上的地址F、S、T功能均无效。仅在含G 73指令的程序段中地址F、S、T才有效。如图1所示为刀具进给路线。

2 封闭切削循环G 73指令的关键参数以及引起的问题

封闭切削循环G 73指令所使用的参数中, X轴方向退刀距离■i、分割次数d是最难设定的两个参数。某些初学者一般根据老师给出的经验值或某些教材给出的数值进行设置, 但由于不理解这两个参数本质含义造成在加工时出现以下几种问题。

(1) 加工过程中前几刀出现走空刀的现象。

(2) 加工过程中每刀切削深度过小或过大问题。

3 封闭切削循环G 73指令刀具运动过程分析

图1中A点是初始点;A′点为切削始点;B点为切削终点;A′※B是工件的轮廓线;A※A′※B为刀具的精加工路线, 这样粗加工循环之后自动留出精加工余量Δu/2、Δw。

刀具初始位置位于图1中的A点。在进行加工时, 刀具先由A点向后退至D点, 后退的距离分别为Δi+Δu/2, Δk+Δw。再由D点开始进行切削。其中D′点是第一刀的切削始点, A点到D点的距离与A′点到D′点距离是相同的。

第一刀切削路线决定第一刀的切削深度, 以后每间一刀的粗加工切削深度是相同的。

4 参数确定公式

该指令中主要的参数是X轴方向退刀距离、分割次数d。根据前面分析可得出参数确定公式:

X轴第一刀切削深度用ap1表示。X轴第一刀以后每刀切削深度用ap表示, 总切削量用h表示。则

总切削量h=需切削的工件最大直径-需切削的工件最小直径-X轴精加工余量

X轴方向退刀的距离△i=X轴每刀切削深度ap· (分割次数d-1) /2 (2)

第一刀切削深度ap1=总切削量h-X轴每刀切削深度ap· (分割次数d-1) (3)

由 (3) 可以推出:

分割次数d= (总切削量h-第一刀切削深度ap1) /X轴每刀切削深度ap+1 (4)

5 问题的分析与解决方法

1) 加工过程中前几刀出现走空刀的现象

走空刀现象的发生主要是因此第一刀的走刀路径在最大加工结构之外。或者说是由于第一刀切削深度ap1小于零所致。因此只要保证第一刀切削深度ap1大于零就可以解决走空刀的问题。

根据式3给出的第一刀切削深度ap1的公式可以看出, 因零件是固定的, 则工件的总切削量h是固定值, 则第一刀切削深度ap1由X轴每刀切削深度ap和分割次数d决定。若已经确定了每刀切削深度ap, 则影响第一刀切削深度ap1的就只有分割次数d了。若分割次数d设置过大就可能导致走空刀

2) 加工过程中每一刀切削深度过小或过大问题。

由 (2) 可以推出

X轴每刀切削深度ap=2·X轴方向退刀的距离△i/ (分割次数d-1) (5)

看出X轴每刀切削深度ap与X轴方向退刀距离△i和分割次数次数有关。它等于2·△i/ (d-1) 。因此合理确定该比值就可以得到合理的X轴每刀切削深度。

6 参数的确定步骤

1) 确定工件最大切削直径、最小切削直径和工件X轴精加工余量。根据这些数值和式1计算总切削量h。

2) 确定工件第一刀切削深度ap1和每刀切削深度ap。根据式4计算分割次数并取整。

3) 根据式2计算X轴方向退刀的距离△i。

4) 根据经验确定其它参数。

7 应用举例

已知毛坯直径为￠36mm, 长度为140mm。运用封闭切削循环指令G 73编程。

因工件毛坯直径为36mm, 由图2可以看出该零件的最小切削尺寸为12mm, 设X轴精加工余量为0.5mm。则由 (1) 可计算:

总切削量h=需切削的工件最大直径-需切削的工件最小直径-X轴精加工余量△u=36-12-0.5=23.5

根据工件的情况确定工件第一刀切削深度为5.5mm, 以后每刀切削深度为3mm, 则由 (4) 可以计算:

分割次数d= (总切削量h-第一刀切削深度ap1) /X轴每刀切削深度ap+1= (23.5-5.5) /3+1=7

由 (2) 可以计算:

X轴方向退刀的距离△i=X轴每刀切削深度ap· (分割次数d-1) /2=3×6÷2=9

G 73其他参数可以根据经验进行设定。

参考文献

[1]武汉华中数控股份有限公司.世纪星车床数控系统编程说明书[Z].武汉:武汉华中数控股份有限公司, 2003.

[2]于春生, 韩?.数控机床编程及应用[M].北京:高等教育出版社, 2001.

[3]叶伯生, 朱志红, 熊清平.计算机数控系统原理、编程与操作[M].武汉:华中理工大学出版社, 1999.

数控机床参数篇7

复杂机械结构或机器是由各种零部件组合装配而成的,零件之间存在各种各样的结合面。结合面刚度常常是机械结构整体刚度的重要组成部分,有时甚至成为整体刚度的薄弱环节。机床结合面的动态特性对机床整机的动态特性有着重要的影响。以机床结构为例,一般情况下,机床结构结合面的接触刚度约占机床总刚度的60%～80%,即是说,机床上出现振动问题有60%以上是源自结合面;而结合面的阻尼占机床总阻尼的90%以上[1]。建立正确的结合面模型,对结合面参数的识别起着关键作用。

本文以CK6132数控机床床身与底座固定结合面的特征参数为研究对象。

1 结合面等效模型的建立

1.1 传统的结合面模型

两个子结构A、B构成联接体,传统的动力学建模方法是在子结构A、B构造一个由一系列弹簧—阻尼单元组成的虚拟单元,用来模拟结合面的刚度和阻尼。如图2所示。计算出弹簧—阻尼单元的刚度后,再合成,可求出结合面的刚度和阻尼。

1.2 改进的结合面模型

基于等效弹簧—阻尼单元的结合面理论,实质上是把螺栓本身的刚度和被联接件的接触刚度叠加起来完全由虚拟单元的等效弹簧刚度来表示。这种用一系列的线性弹簧—阻尼单元建立结合面模型的方法,并没有真实地描述接触面的实际情况,因此该模型的精度较低[2]。螺栓联接结合面参数,包含X、Y、Z三个方向的刚度和阻尼。其中刚度有螺栓本身的刚度KX、KY、KZ以及被联接件之间的法向接触刚度KN、切向接触刚度KT[3],阻尼主要为由于螺栓的预紧力引起的被联接件间的接触阻尼CX、CY、CZ。如果能把螺栓本身的刚度和被联接件间接触刚度分开来考虑,就会更加贴近接触面实际情况,其理论模型的精度将会相应的提高。

ANSYS软件的单元库提供了可以模拟接触面之间接触、分开状态交互变换的单元(CONTACT170,CONTACT 175),本文把该单元应用到螺栓联接结合面的有限元模型建模中。如图3所示是由螺栓联接的两个被联接件,在联接螺栓处建立三维的线性弹簧—阻尼单元,描述螺栓的刚度和被联接件间的接触阻尼。而在被联接件的接触表面上,建立接触单元,用来描述被联结件的接触刚度。

2 结合面的参数识别方法

采用有限元分析与实验相结合的结合面参数识别方法。由于受实验条件的限制,本题目是建立在前人模态实验的基础上,利用相关实验数据,根据文献[4]测得的C168K普通车床床身前四阶固有频率分别为:207,294,382,406 (单位:Hz)。对于本文所研究的机床,考虑到二者的差异,取床身的各阶固有频率分别为:220,330,430,540 (单位:Hz)。然后在实验模态分析理论的基础上,对结合面的等效刚度进行优化识别;确定出等效刚度后,在阻尼模态分析的理论基础上对结合面的等效阻尼进行优化识别。

2.1 刚度参数的识别

2.1.1 设计变量

传统模型:两组沿x、y、z轴方向的弹簧—阻尼单元的刚度KL1X、KL1Y、KL1Z,KL2X、KL2Y、KL2Z。

改进模型:两组沿x、y、z轴方向的弹簧—阻尼单元的刚度:KL1X、KL1Y、KL1Z,KL2X、KL2Y、KL2Z;接触单元的法向刚度KN、切向刚度KT。

2.1.2 状态变量

两种模型均选择ANSYS计算得到的某四阶固有频率作为状态变量。

2.1.3 目标函数(取k=4阶)

两种模型均采用

式中,αi为第i阶的加权系数;fical、fitest:第i阶理论固有频率、与第i阶理论固有频率对应的实验固有频率测试值。

对于加权系数的选取,主要考虑的是各个系数的相对值。在自动变速状态下,CK6132机床主轴的转速范围为20～2900r/min。根据主轴转速和主轴箱中齿轮的齿数可以算出齿轮的啮合频率范围为14.7～2127Hz。齿轮在啮合过程中必然产生振动,当齿轮的啮合振动频率与机床的固有频率相等时就很可能产生共振。因此,根据各阶实验模态频率与机床主轴箱齿轮的啮合频率的接近程度,对各阶加权系数进行相应取值;接近程度越大取值越大,反之取值越小。

2.1.4 模态求解方法

两种模型均采用ANSYS的Block Lanczos法。

2.1.5 优化方法

两种模型均使用ANSYS的Sub-problem法。

2.2 阻尼参数的识别

识别出结合面的刚度后,再以刚度为已知条件,识别阻尼。本文以结合面阻尼作为设计变量,采用理论计算的阻尼比与对应的实验阻尼比相对误差最小的方法来识别结合面阻尼。

2.2.1 设计变量

两种模型都采用两组沿x、y、z轴方向弹簧—阻尼单元的阻尼:CL1X、CL1Y、CL1Z,CL2X、CL2Y、CL2Z。

2.2.2 状态变量

两种模型均选择ANSYS模态计算所得的某四阶阻尼比。

2.2.3 目标函数

两种模型都采用

式中,αi为第i阶的加权系数;ξical、ξitest:第i阶理论阻尼比、与第i阶理论阻尼比所对应的实验阻尼比。

2.2.4 模态求取方法

两种模型都采用ANSYS的QR阻尼法。

2.2.5 优化方法

两种模型都采用ANSYS的Sub-problem法。

3 分析讨论

两种模型都得出了结合面的参数,为了验证改进模型的合理性,应用ANSYS的模态振型分析工具,分别做出基于两种模型的模态振型。

图4是基于传统模型的床身和底座在结合面处发生较大位移或床身出现明显振型的图。

从图4中可以看出,床身前半部与底座产生很大的纵向位移,床身局部已经“陷入”底座中,床身沿导轨方向发生很大的扭曲变形。

图5是基于改进模型的床身和底座在结合面处发生较大位移或床身出现明显振型的图。

从图5可以看出,床身后部与底座结合面产生局部横向位移,床身前部与底座结合面没有产生位移,床身沿导轨方向发生较明显的弯曲。

综合考虑两种模型的振型图,传统模型的振型图中,床身与底座结合面处产生较大的位移,并且床身已经局部“陷入”底座中,两个实体发生“交叉”。这样的振型显然是不合理的。因此,传统模型不可靠,不合理。而改进后的模型,从振型图中可以看出,床身仅在结合面处产生一定的位移,并且位移量很小,根本没有出现床身“陷入”底座的振型。因此,改进后的模型更符合实际,比较可靠,并且精度较高,比较合理。

4 结合面的参数识别结果

基于改进模型的结合面参数识别结果,利用ANSYS的优化设计工具,最终得出结合面的参数,计算模态频率与实验模态频率的误差小于2%,达到了很高的精度。

5 结论

建立合理的结合面模型对结合面参数的识别起着关键作用。本文通过ANSYS软件的模态振型分析,验证了基于接触单元和弹簧—阻尼单元的模型是合理的,并得出了基于这种模型的结合面参数值。本文为机床整机动态特性的分析和优化设计奠定了基础。

摘要：结合面的建模是结合面特征参数识别的关键问题。结合面建模时,分别用传统方法(基于弹簧—阳尼单元)和改进方法(基于接触单元和弹簧—阻尼单元)进行建模。根据两种等效模型,分别建立CK1632数控机床床身与底座固定结合面的有限元模型,用有限元分析软件ANSYS10.0进行模态分析,同时进行结合面参数的优化设计,先优化出刚度,再优化出阻尼值。模态振型分析的结果表明,基于接触单元及弹簧—阻尼单元的结合面模型比较合理。利用ANSYS的命令流输入方法计算出结合面的参数识别结果。这对机床整机动态特性的分析和优化设计具有重要意义。

关键词：结合面,参数识别,有限元,振型

参考文献

[1]王松涛.典型机械结合面动态特性及其应用研究[D].昆明:昆明理工大学,2008.

[2]陈新,孙庆鸿,毛海军,等.基于接触单元的磨床螺栓连接面有限元建模与模型修正[J].中国机械工程,2001,12(5):524- 526.

[3]张兴朝.基于有限元分析的模块化数控机床结构动态设计研究[D].天津:天津大学,2001.

[4]姚鹏.机床零件结合面动态特性参数的识别与研究[D].沈阳:东北大学,2008.

[5]纪海慧,卢熹,张建润,等.CK1416数控车床整机结合面动力学特性建模与仿真[J].精密制造与自动化,2003,(1):30- 32.

数控机床参数篇8

伺服进给系统的机械传动部分主要包括伺服电机、滚珠丝杠以及随螺母做轴向往复运动的工作台。随着进给速度和加工精度的提高, 工作台的运动精度和传动系统控制成为研究的焦点之一, 研究传动系统的动态特性是利用控制技术提高工作台运动精度和定位精度的基础。Gallina[1]运用Timoshenko梁理论研究了带有移动螺母的丝杠的扭转振动与纵向振动;张会端等[2]综合考虑了预拉伸力和移动力对滚珠丝杠纵向和扭转振动的影响。Leonard-cristian[3]研究了滚珠丝杠两端轴承的定位方式及其预紧力对刚度的影响。吴南星等[4]指出, 数控车床丝杠进给系统刚度对系统的定位精度影响较大, 给出了进给系统轴向刚度和扭转刚度对定位误差的影响。Yoshitaka等[5]指出, 有些振动问题存在于较高频范围, 该现象常常是由滚珠丝杠传动机构的刚度引起的。本文利用拉格朗日方程和能量原理建立系统的力学模型和数学模型, 分析系统各参数对工作台轴向振动位移的影响。

1 进给系统数学模型

1.1 力学模型

数控机床进给系统的物理模型如图1所示。与图1相对应的力学模型如图2所示。图2中:x0为工作台轴向振动位移;m为工作台质量, ms为丝杠质量, mmf=mm+0.5mf, mm为伺服电机质量, mf为联轴器质量, mbf=mb+0.5mf;mb为轴承组件的质量, Jmf=Jm+0.5Jf, Jsf=Js+0.5Jf, Js为丝杠转动惯量, Jm为伺服电机转动惯量;Jf为联轴器转动惯量, kmφ、ksφ、knφ分别为伺服电机、电机与丝杠、丝杠与工作台之间的扭转刚度;km、kf、kb、ks、kn分别为伺服电机、联轴器、轴承组件、滚珠丝杠、滚珠丝杠与工作台之间的轴向刚度;cm、cf、cb、cs分别为伺服电机、联轴器、轴承组件、滚珠丝杠的扭转阻尼, cn为滚珠丝杠与工作台之间的轴向阻尼;umf、ubf、u分别为伺服电机、轴承组件、滚珠丝杠的轴向振动位移;ψ、φ分别为伺服电机、滚珠丝杠的扭转角位移。

将图2所示力学模型进行合理简化: (1) 忽略连接关系; (2) 不计联轴器、轴承组件的质量和转动惯量; (3) 将串联或并联的弹簧阻尼器合并, 用等效刚度及等效阻尼代替。得到图3所示的进给系统简化力学模型。图3中, kdx、cdx分别表示等效刚度和等效扭转阻尼。

1.2 数学模型

拉格朗日方程为

式中, Q为对应于非有势力的广义力;Q′为广义激振力;D为阻尼;T为系统动能;V为系统势能;qh为系统的广义坐标 (系统的自由度) 。

由图3, 得到系统动能、势能分别为

式中, L为丝杠长度;ρ为丝杠密度;A为丝杠横截面面积;E为材料弹性模量;G为剪切弹性模量;θ0为丝杠转角;θ0=ωt;ω为丝杠的转动角速度;γ为丝杠转角与工作台轴向位移变换系数;γ=h/ (2π) ;γ1为伺服电机转角与轴向位移变换系数。

将式 (2) ~式 (4) 代入式 (1) , 得

式 (5) 可以写成如下的矩阵形式:

式中, M为系统的质量矩阵;C为系统的阻尼矩阵;K为系统的刚度矩阵;Fu、Fx、Fψ、Fφ为各子系统的作用力。

2 影响刀具工作点振动特性的参数

工作台的振动位移x0是影响定位精度的主要因素。根据式 (6) , 运用龙格-库塔法求解方程[6], 分析工作台的振动位移x0。按正交试验, 利用L10 (29) 正交表, 确定要分析的参数及其取值 (表1) 。其他参数的取值为:ρ=7.85g/cm3, D=35mm, ω=100πrad/s, E=207GPa, G=83GPa, 设工作台所受阻力Fm=5kN, 各阻尼均取20N·s/m。

由表1中数据, 计算位移x0, 分析各参数对刀具工作点轴向振幅的影响, 结果见表2。表2中数据显示, 影响刀具工作点轴向位移振幅最大的3个因素分别为丝杠的导程h、工作台的质量m和工作台与丝杠连接的纵向接触刚度kn。即:丝杠的导程越大, 工作台的质量越大, 进给系统惯量越大, 则x0的振幅越大;工作台与丝杠连接的纵向接触刚度越大, x0的振幅越小。

工作台与丝杠的纵向接触刚度对工作台的轴向振动位移x0影响很大, 因此在工程中采用双螺母或轴向预紧提高纵向接触刚度, 减小工作台的轴向振动。滚珠丝杠的轴向刚度影响丝杠的轴向振动, 电机与丝杠、丝杠与工作台之间的扭转刚度影响传动系统的扭转振动, 两者都影响工作台的轴向振动, 但影响较小;伺服电机的轴向刚度与扭转刚度对工作台轴向振动影响很小, 可忽略不计。

3 试验验证

3.1 工作台的轴向振动

工作台的轴向振动对于进给系统尤为重要, 因为它影响到系统的传动精度。所谓传动精度, 指的是包含导程精度在内的轴向动态变形量, 可分为滚珠丝杠的静态精度和动态精度[7?8]。静态精度主要是丝杠的导程累积误差, 来源于丝杠的制造精度。动态精度是滚珠丝杠传动系统在外加载荷作用下的动态变形量, 它与滚珠丝杠的接触刚度、丝杠和螺母的拉伸压缩刚度和扭转刚度, 以及支承、螺母座的刚度密切相关。

工作台上刀具工作点的轴向振幅随h、m、kn的变化如图4所示 (图中d为丝杠直径) 。工作台上刀具工作点的波动位移主要来源于工作台在丝杠与螺母连接点的局部振动位移, 而工作台的局部振动类似于弹簧振子的振动, 所以刀具工作点的轴向波动位移会随丝杠导程和工作台质量的增大而增大, 随丝杠与螺母纵向接触刚度的增大而减小。

根据上述分析, 要提高工作台的定位精度, 大惯量进给系统可以采取以下措施:在工作台质量和移动速度不变的情况下, 增大丝杠导程, 采用双螺母或轴向预紧以提高丝杠与螺母的纵向接触刚度。从图4还可以看出, 增大丝杠直径可以减小刀具工作点的轴向振幅, 从而提高定位精度。

3.2 工作台绕x轴的转动

工作台绕x轴的转动振幅随h、m、kn的变化如图5所示。工作台绕x轴的转动振幅随丝杠导程和工作台质量的增大而增大。同丝杠轴向振动类似, 丝杠与工作台的纵向接触刚度的增大会使工作台绕x轴转动的激振力减小, 从而减小其转动振幅。

4 结论

(1) 从理论上按正交试验方法, 计算分析了参数对工作台轴向振动位移的影响。结果表明:对刀具工作点轴向振动位移影响最大的3个因素分别为:丝杠的导程h、工作台的质量m和工作台与丝杠连接的纵向接触刚度kn。丝杠的导程越大, 工作台的质量越大, 工作台的轴向振动位移越大;工作台与丝杠连接的纵向接触刚度越大, x0的振幅越小。

(2) 在进给系统振动试验中研究了参数对丝杠振动的影响。试验结果表明, 工作台质量、工作台沿丝杠的移动速度 (即丝杠导程) 以及丝杠与工作台的纵向接触刚度, 均会影响丝杠的轴向振动及扭转振动。增大丝杠的导程, 即工作台沿丝杠的移动速度增大, 丝杠的横向振幅会增大;工作台质量增大, 则由工作台引起的惯量增大, 导致工作台横向振幅的增大;丝杠与工作台的纵向接触刚度增大, 工作台横向振动的振幅会逐渐减小。这与理论分析结果完全吻合。

参考文献

[1]Gallina P.Vibration in Screw Jack Mechanisms:Experimental Results[J].Journal of Sound and Vibration, 2005, 282:1025-1041.

[2]张会端, 谭庆昌, 李庆华.机床传动丝杠的动力分析[J].农业机械学报, 2009, 40 (9) :220-226.Zhang Huiduan, Tan Qingchang, Li Qinghua.Dynamic Analysis of the Machine Drive Screw[J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2009, 40 (9) :220-226.

[3]Leonard-cristian P.Particularities of Modeling Ball Screw Based NC Axes as Finite Degrees of Freedom Dynamic Systems[J].Buletinul Institution Polytechnic Dinlasi, 2005, 5:1-6.

[4]吴南星, 胡如夫, 孙庆鸿.数控车床丝杠进给系统刚度对定位精度的影响[J].中国工程科学, 2004, 6 (9) :46-49.Wu Nanxing, Hu Rufu, Sun Qinghong.Influence of Rigidity of Feed System with Ball Screw in NC Lathe on Positioning Precision[J].Engineering Science, 2004, 6 (9) :46-49.

[5]Yoshitaka M, Yoshio I, Ryunosuke S, et al.Measurement and Vibration Control of Dynamic Characteristic of Feed Table for Machine Tool[C]//41st SICE Annual Conference (SICE2002) .Osaka, 2002:492-494.

[6]熊晓燕.复杂机械系统动态特性分析和实验辨识方法的研究[D].太原:太原理工大学, 2008.

[7]Shimoda H.Stiffness Analysis of Ball Screw[J].International Journal of the Japan Society for Precision Engineering, 1999, 33 (3) :68-72.

数控机床参数篇9

关键词：数控机床,多参数监测,故障诊断,设备管理

0 引言

数控机床是集机、电、液为一体的复杂机电系统, 结构复杂且自动化程度高。由于数控机床本身的复杂性及多样性, 使得机床故障受到机械、电气、控制系统等多种因素影响, 导致同一种故障的原因都可能是多种多样的[1~3]。针对数控机床故障原因多样、监测诊断与故障维修繁琐困难的问题, 提出对机床复杂系统进行多参数监测, 进而对加工状态进行诊断, 提高数控机床加工的精度和可靠性, 减少由于数控系统故障带来的损失。

本文结合计算机技术、网络技术、传感器技术及故障诊断技术, 建立了数控机床多参数在线监测与管理诊断系统, 在工作现场对数控机床进行多参数在线监测, 并由远程上位机进行设备及数据的集中分析管理。实现对数控机床的多参数实时监测、设备管理及故障诊断的功能。

1 系统总体框架

数控机床多参数在线监测、管理与诊断系统由以下两个部分组成:工作现场的多参数在线监测系统, 实现32通道的在线数据采集并兼容多种传感器, 对数控机床提供多参数实时监测;远程设备管理及故障诊断系统, 提供远程设备的集中分析管理及故障诊断的功能。系统总体框架如图1所示。

1.1 多参数在线监测系统

1.1.1 多线程编程设计

采用多线程编程, 针对一些需高采样频率的采集量, 解决了数据采集卡FIFO产生的溢出现象, 避免在高采样率下计算机用户缓冲区的数据“丢点”现象[4]。在系统空间里开辟一个连续的独立的非分页环形内存区域, 由数据采集板卡负责数据采集, 并将其数据填充在环形内存池中, 且维持一个当前指针, 它指向环形内存池中最新数据的位置。开始采集后, 设备对象操作环形内存池的第一个片段, 每当一片数据存满并开始另一片段数据存储的时候, 线程1启动将满的一个片段的数据映射到用户缓冲区中;线程2则从用户缓冲区中取数并完成数据的处理。该方式流程如图2所示。测试结果能够使得采集卡在最高采样频率下不出现“丢点”现象。

1.1.2 多通道在线采集, 实时监测报警

可以32通道同时在线监测, 采用两级声光报警模式, 当监测值大于一级报警值时, 发出声光报警, 并自动进行数据存储, 将数据缓存里预存的报警前数据及实时采集到的数据进行存储, 为后续故障分析提供数据支持;支持自动数据采集及连续大样本数据采集。

1.1.3 兼容多种传感器, 对数控机床进行多参数综合监控

针对影响数控机床故障的参数较多, 诊断维修复杂的情况, 采用加速度、速度、压力、浓度、PH值及电涡流等多种传感器, 对数控机床进行多参数监控, 并为后续故障诊断及设备管理提供数据依据。

监测主轴及工作台的振动、位移及温度, 判断各个轴承运转是否正常, 保证主轴及工作台稳定性及加工精度[5]。根据测量电柜电流、电压, 监控机床强电部分, 对于不开放的商用数控系统也可以获得主轴工作时间, 判断各个班次工人的实际工作时间, 为人员管理及机床使用寿命提供数据参考;同时, 由电柜电流、电压的波动情况可监测工作台、主轴运行的稳定性, 为故障诊断提供依据。监测油箱、切削液温度, 防止由于发热导致油液黏度过低或发生变质, 影响加工稳定甚至漏油;为判断液压系统及冷却系统泵或各个阀门故障提供判断参考。监测油箱液位及压力, 当出现较快下降并且工作台静压导轨、铣削齿轮箱变档润滑及工作台面的夹紧不良时, 则判断可能出现漏油现象, 并为数控机床的定期维护、保养提供参考。根据酸碱度的测量, 监控机床摩擦及腐蚀等问题, 为查找判断故障原因提供依据。

1.2 远程设备管理及故障诊断系统

1.2.1 网络控制模块

网络控制模块实现对各个采集终端的身份管理, 上传数据的接收及诊断结果的下传。采用Socket技术, 可以根据服务器实际硬件性能, 设置并发用户个数[6];任意控制某一采集终端的连接与断开, 保障系统的安全性;实时侦听各个采集终端的连接消息, 针对采集终端的非正常断开情况, 增加反馈信息功能, 向采集终端提示连接状况;对数据包进行加密, 保障数据的准确性及安全性。

1.2.2 设备管理模块

设备管理模块实现用户信息管理、监测点的信息管理和设备管理等。监测点的信息管理采用了六级的树形管理目录, 包括有总厂-分厂-车间-设备-监测点-监测物理量[7], 采用图形化的界面显示, 对于每级目录都对应有相应的属性页来描述该级设备信息, 能够清晰的显示出机床测点位置信息和测量数据的分级管理;同时可根据具体需要增加或删除测点;提供设备及数据的检索功能, 可统计各分厂、车间、设备的测点个数, 或者对报警数据进行查询, 实现设备及数据的集中化管理。图3显示了测点的设置图与实际传感器的布置图。

1.2.3 故障诊断模块

故障诊断模块包含随机共振方法, 针对数控装备的早期故障特征信号很微弱、信噪比极低的情况, 通过随机共振使湮没在随机噪声中的微弱信息得到增强放大, 数控装备的故障可以较早发现, 有助于设备的安全可靠运行[7];同时, 也包括现代信号处理方法中的信号预处理、信号时域分析、信号频域分析及其信号的时频分析[7,8]。包含的信号分析处理与特征提取方法如图4所示。专家在对设备进行分析可调用故障诊断报告模板, 生成故障诊断报告, 并将其下传至相应采集终端, 指导现场人员的调试及维修。故障诊断报告如图5所示。

2 现场测试

与某公司合作, 在现场进行了系统测试, 图6显示了现场基于工控机的多通道在线监测系统及其主界面。对数控机床进行实时多参数监测, 并通过网线将数据上传至远程设备管理及故障诊断系统, 有专业人员使用远程设备管理及故障诊断系对数据进行分析处理, 并生成相应的故障诊断报告下传至现场。

3 结束语

针对数控机床故障原因复杂、影响因素多的问题, 集合传感器技术、计算机网络技术、故障诊断技术及现代设备管理理念, 构建了一套数控机床多参数监测、管理与诊断系统, 实现了数控机床多参数实时监测、设备状态数据的集中化管理及专家的远程诊断。该系统能够对数控机床进行多状态监控, 有效减少机床故障停机时间, 指导并提高维修水平, 具有一定的工程意义。

参考文献

[1]朱文艺, 李斌.基于Internet的数控机床远程故障诊断系统研究[J].机床与液压, 2005, 9:176-178.

[2]王太勇, 蒋永翔, 刘路等.复杂制造系统动态测控与智能诊断技术[J].航空制造技术, 2010, 13:27-29.

[3]Lin Jinzhou, Jiang Dayong, Geng Bo, et al.Research onthe remote monitoring and fault diagnosis of CNC systembased on network.2012 2th International Conference onFunctional Manufacturing and Mechanical Dynamics, 2012, 141 (1) :465-470.

[4]林锦州.EMD滚动轴承早期故障信号特征提取方法及应用研究[D].天津大学, 2012:63-64.

[5]王瑜罗, 庚合.数控相床主轴及主轴电机温度检测与控制系统[J].煤矿机械, 2010, 31 (3) :238-240.

[6]谢小轩, 张浩.加工中心远程监控系统的设计与实现[J].制造技术与机床, 2001 (6) :28-30.

[7]何慧龙, 王太勇, 胥永刚.面向设备管理的网络化机械设备故障诊断系统的实现[J].吉林大学学报, 2006, 36 (9) :691-695.

数控铣削参数库的研究篇10

关键词：数控加工,参数库,神经网络

0 引言

根据某机械制造企业的现场生产数据和各种相关的文献资料数据, 建立一个适合企业内部使用的数控铣削参数库。其不仅可以方便地为工艺人员和操作者提供合理优化的铣削加工工艺参数[1], 提高企业铣削加工的效率, 且对数控机床铣削加工技术的发展有重要的推动作用;同时, 为研究企业的生产水平和生产能力的发展奠定了良好的指导基础。

1 开发背景

目前, 创建一个系统庞大而又通用的数控铣削参数库需要耗费大量的人、物和财力, 就具体的生产状况而言有些力不从心, 但建立一个属于企业内部的数控铣削参数库则可以轻松实现。收集、整理企业在生产实践中长期积累起来的铣削加工工艺参数的经验数据, 在此基础上再通过神经网络技术[2]建立优选系统对铣削加工工艺参数进行优选, 就可以创建一个适合具体机械制造企业使用的数控铣削参数库。

2 数控铣削参数库的总体设计[3]

操作人员使用数控铣削加工工艺参数优选系统时, 先要根据指定的加工条件和工艺指标要求来选取铣削加工工艺参数。在已有铣削加工工艺参数库 (文献手册工艺参数数据库、工程经验工艺参数数据库) 中查看是否有现成的满足条件的铣削加工工艺参数数据, 如果铣削加工工艺参数库中有满足指定加工条件要求的铣削加工工艺参数数据, 则我们就可以将它作为最终要输出的铣削加工工艺参数来直接使用;否则我们就要将所指定的加工条件和工艺指标要求带进数控铣削加工工艺参数优选模型中, 通过神经网络算法对铣削加工工艺参数进行优选。将优选的铣削加工工艺参数数据添加到工程经验工艺参数数据表中, 即可作为铣削加工工艺参数库中已有的一员直接使用。

3 基于神经网络的数控铣削参数优选系统的建立

通过多目标优化选取原则[4]的数学应用模型和实际铣削加工生产过程中的相关经验,

对神经网络的预测模型的训练样本工艺参数数据和验证样本工艺参数数据进行合理选取, 最终选取的样本工艺参数数据如表1所示。对样本工艺参数数据分别采用下面的方法进行归一化规范处理。

采用BP网络针对数控铣削加工工艺参数优化选取进行建模。通过实际运行调整法, 最终所选的BP网络的结构为9-36-3。观察图2所示的网络训练误差曲线和网络性能测试曲线, 图示表明此网络模型具有良好的网络性能。

由图3所示的神经网络预测与验证数据对比图和表2所示的预测值和试验值误差对比表可知, 我们所建立的基于BP神经网络的数控铣削加工工艺参数优选模型能够满足制造企业实际加工、生产及试验的要求。其预测精度、收敛速度和泛化能力都令人满意。

4 系统功能演示

铣削参数库管理模块包括文献手册数据、工程经验数据[5]、神经网络优选数据。其中文献手册数据表和工程经验数据表如图5、图6所示。

通过神经网络优选的数据可以添加到工程经验数据库中, 并可作为经验数据直接使用。同时使用者可以对经验数据进行添加、修改、查询和删除等管理操作。铣削参数库管理系统的部分界面如图6、图7所示。

5 结束语

一个行之有效的企业内部数控铣削参数库系统, 是企业提升产品质量和数控设备使用效率的基础工程, 也是提高企业生产能力的动力源。因此, 建立一个适合制造企业内部使用的数控铣削参数库系统, 是可行的, 也是非常必要的。

参考文献

[1]徐涛, 梅中义, 陈志同.基于特征的数控铣削参数数据库的建立[J], 制造业自动化2008, 11:55-58.