数控机床控制精选(九篇)

第1篇：数控机床控制范文

关键词 机械精度；旧机床；机床改造；数控机床

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）03-0043-01

随着我国加入世界贸易组织后，与世界各国的交流日益增加，对资源的重视程度也不断提升。在工业生产中，如果能够对废旧机床实现成功的改造意味着能够大幅度的降低生产成本，创造更加丰厚的经济效益。为了保证改造后的机床与一般机床生产的零部件在质量上尽可能的相同，以实现数控机床的成功改造，提高机床的精准度是关键，主要是要提高机床在机械精度、运动精度、和控制精度三个方面的品质和质量。因此，在改造和翻修旧机床时，必须重点恢复旧机床的机械加工精准度。机床轨、小滑板，主轴组件以及主传动机械部分是机床的关键部分，为了提高旧机床加工的精度，必须重点关注这三个部分的加工修复和维修改进。

1 对机床轨、小滑板的加工修复

在机床的工作过程中，机床导轨和小滑板的磨损程度较高，是影响机床使用寿命及精准度的一个重要原因，因此最大程度的修复机床轨和小滑板是在旧机床数控改造中提高机械精度工作的重点。

1.1 传统修复方法

数控机床的轨道的材质一般为铸铁，传统数控机床改造时为了恢复机床的精度往往采用重新打磨的方式。然而由于在机床原始加工过程中，为了增加机床轨道的耐磨性和坚硬程度，主要采取的方式是淬火处理。当机床二次加工时，淬火过后的表面被打磨掉，机床轨的坚硬度也随之而降低。为了重新恢复硬度，需要重新进行淬火处理，但是淬火设备体积较大，成本较高，一般使用机床的生产厂家难以提供这样的装置，因此传统的修复方法难以满足大范围旧机床改造后提高其机械精度的要求。

1.2 新的修复方案

如何采用一种新的方式代替传统打磨、重新淬火的改造方式成为了近些年来机床改造领域专家和工作人员的目标。在经过大量的工艺研究、实验室试验及实际生产操作后，纳米复合电刷镀技术的效果凸现出来，成功的修复了数以百台的旧数控机床，并大幅度的提高了其机械精度。纳米复合电刷镀技术是使用脉冲电刷焊技术，并结合粘结工艺，通过修复机床导轨和小滑板上的旧划痕来恢复其光滑程度，并且增强了耐磨程度。其中脉冲电刷焊技术的主要作用是增强改造后机床的耐磨性。

2 主轴组件旋转精度调整与维修

当主轴旋转时，由于种种原因，其旋转中心线位置随时间而变化，若用一条直线代表主轴理想的旋转中心线，实际旋转中心线与理想旋转中心线的偏移量，称为主轴组件的旋转精度，亦可指机床在空运转时，主轴前端的径向跳动、端面跳动和轴向窜动的大小。主轴组件的旋转精度主要取决于主轴、轴承和轴承锁紧螺母的制造精度及装配品质。在维修时，主轴及轴承锁紧螺母主要采用修复恢复其精度，而正确的装配方式是提高主轴旋转精度的重要环节。

2.1 主轴锥孔中心线的测量

在加工过程中必然存在一定的修复误差，加工主轴时的精准程度直接形象到主轴相关组件的精度。可以采用实时测量的方法，即测量并记录出轴维修时的偏差值，并及时调整，确保主轴相关组件维修过程中的误差值降低至最小程度。

2.2 轴承的定向装配

轴承是机床的最重要的元件之一，是主轴的重要组成部分。轴承关系着旋转轴的径向跳动和轴向窜动的误差值。正确的主轴装配方式是确保旧机床数控改造后的机械精度的关键步骤。轴承的装配要按照一定的顺序进行。首先是要将主轴链孔中心线和前后轴承内环安装至同一个水平线上，确保其横截面位于同一个轴向，减少误差值；其次是要在装配主轴前，测量好轴承内外的跳动量，并及时记录在案，为接下来的安装奠定基础；最后要根据主轴轴承不同的装配需要确定不容的径向跳动量数值。由于机床在运行过程中存在一定的跳动，因此以上所述的步骤在安装过程中还要根据不同的变化做出调整，根据主轴各个元件跳动的最高值和最低值、最高点和最低点确定出一个平均值，以此作为基数定向装配。

2.3 轴承锁紧螺母的调整

矫正螺母的差值是提高机床改造精度的又一方面。由于螺母内圈存在螺纹，因此每个螺母在拧紧后会存在一定的差值，可能会造成轴承存在些许倾斜和误差。矫正这个差值可以通过拧紧螺母后修正偏差值的方式将误差值降至最小。具体的操作方法是，首先将主轴轴承的螺母拧紧，测量是其偏转的差值，并在螺母上标记出偏差的具置；其次将螺母拧下，在做出标记的位置按照记录的偏差值打磨修正；然后再将螺母拧紧重新测量偏差值。通过反复重复这个过程直至主轴的旋转精度达到标准为止。

3 主传动机械部分的改进

机床的速度控制一般通过主轴齿轮箱和手工拉动拨叉来实现。主轴齿轮箱能够实现普通速度的控制，手工拉动拨叉控制的是变速。不同的加工零件对机床主轴的速度有着不同的要求，因此在改进旧机床时需要保证机床的主轴能够满足不同转速的要求。一般情况下，机械齿轮是控制机床变速的重要零件，由于机械齿轮的档数数量很大，因此变速箱的体积也相应的十分庞大，在加工的过程中，齿轮由速的旋转在产生巨大工业噪音的同时，也由于其体积和质量过于庞大，使得运转过程中的偏移很大，对机床整体偏移产生很大的影响。在改造过程中可以通过改变电流控制的方式增大输出的转矩，如采用交流或者直流电动机来控制机床的变速。

另外还可以考虑在使用原有主轴交流电动机的基础上，增加一个变频器，通过交流变频的方式调节速度。针对机床的齿轮箱，可以根据齿轮的磨损程度来判定是否需要更换齿轮来提高运转精度。如无需更换，可以考虑减少需要变换的档数，并将手动变速的设备更换为电气自动换挡的设备。

4 结束语

提高旧机床数控改造后的机械精度过程中需要面临的问题千变万化，改造方式也是多种多样，具体采用何种方式一方面需要操作人员不断学习专业技术知识、积累相关的经验，另一方面还要根据具体的情况灵活判断，通过综合应用多种技术手段，达到数控机床改造的精度标准。

参考文献

第2篇：数控机床控制范文

关键词：数控机床；电气控制系统；重要性

随着科技的不断发展，电气的发展在部分企业占着重要的地位。数控系统是数控机床的核心，数控机床控制系统则直接影响着整个系统的操作性能。对于数控机床的操控是否恰当合理，影响到产品的生产质量。因此，我们对于数控机床的电气控制系统的要求是，应按照电气控制的原理来进行规范的设计，使得设计出的数控机床的电气控制系统能够保证数控机床安全可靠的运行。随着社会经济的不断发展，数控机床得到越来越多的企业应用，企业也开始探索和研发创新，以提高机床的生产效率的同时增加公司的经济效益。

1数控机床的电气控制系统简介

就数控机床而言，属于一类配置软件程序调控模块的职能机床设备。当然详细系统构造能够解决一些包含调控编码或类似符号指令的程序内容，同时完成编译过程，以编译成为代码的数字进行表达，以对应载体完成对数控设备的注入。然后根据处理流从数控设备产生不同的调控信息，从而达到管控机床操作流程的目标，即根据设计图例的形态与规格标准完成零件的自动加工。此外，相对传统机床，其主要的优势在于有效处理了繁琐、精细、大量、多样的零部件加工流程，体现出更强的灵活性与高效性，标志着了当代机床调控技术研究重点，也是机电一体化研究的重要产物。电气调控规划图包含多个方面构成，即如线路装配调整、运用及维持的参考资源，主要涵盖了原理图、装配线路图、元件分布图等多种图纸的规划。而且整个体系内一切电气设施的调控原则就是依照对应的原理进行，除了电气设施的装配以外，还包含整个系统的调控等等。

2数控机床的电气控制系统的重要性

对于我国的工业生产行业，数控机床的生产效率要远远超于人工的机床控制，所以数控机床得到广泛的推广和使用，这样一来就使得我国的工业生产效率不断增大。传统的手工机械加工行业，不能够准确的控制产品的各项参数，保证生产质量。而数控机床则可以设置好各项需要的参数，减小产品的参数误差，提升产品的生产速率和效率，这样就增加了企业的经济效益。数控机床对于产品的高质量加工促进了了我国工业的发展，数控机床已经逐渐代替了传统的控制机床，为我国的经济发展做出了相应的贡献。因此，不管是学校还是企业，都得重视技术性人才的培养。

3数控机床的电气控制系统设计研究

对于数控机床的电气控制系统，在设计的时候，会涉及到很多的相关专业化的内容。而我们在设计时，需要合理的对数控机床的电气控制系统的优势进行发挥，以达到我们想要的效果，然后才能真正的保证数控机床的正常使用。而我在本文的叙述中，主要是针对数控机床的电气控制系统在模块化的设计理念上进行的同时，通过对电气控制系统的功能研究，数控机床的电气控制系统包括的三个部分，分别为硬件电路、参数设置和PLC程序。对于每个部分都有相应的小分支，来支持该部分的运行。（1）硬件电路。对于一般数控机床而言，其中的硬件电路类型涵盖电源类、交流输入类、交流传递类、刀具更替类等多累电路组间，以电源类电路为例，主要是按照电气调控的具体方向进行规划的，其电压的输出设置，在具体的设置过程中使用200V伺服变压器，然后通过对风机和伺服驱动模块进行科学的设置以保证正常的供应所需的电能给数控机床，保证数控机床的正常运行。另外，对于电源电路的规划，电源电路本体运作采用的额定电压指标则需要通过科学的规划流程，而且对于接触设备供电一般是选择110V的管控变压设备，而在电磁阀及Z轴制动器的供电标准将选择27V电压，再以整流设备完成替换。而且对于电气调控体系，电压值在220V的线路包含两类，而且不同的线路体现的功用及价值存在差异性，如果全用于对机床电动机、冷却设备以及继电器的供电，则可以保证正常的运作。而且交流输送电路规划意义在于为保证机数控机床运行的稳定性和高效性。对于交流进给传动电路，其在进行对其设计时需要采取精确的指标控制，以保证数控机床的正常运行。（2）参数设置。参数，简单可以解释为规划数据可以充分达到数控机床电气管控体系及功用的目标。一般在规划流程中，会细致分析客户对于机床的功用要求，从而最大程度体系其性能，设定满足具体需求，同时能够规划科学的数据指标，以满足机床的正常运作。（3）PLC程序。PLC系统也是机床主要构造部件之一，而且其从收到命令到调控命令的反应周期仅仅为10~100ms，当然这种高效的反应速度完全可以满足大部分数控机床运作环境。但是因为工业生产改革，导致产品的生产速度及品质需求都在不断提升，那么其对数控机床电气控制系统的相应的对接收指令进行处理的效率要求也应当同步增加，这让更多PLC程序按照级别分为两类，低级与高级程序系统，然后我们再根据控制类型完成详细的划分，选择各个级别的程序去对应完成不同的操作流程。即如低级的程序在规划过程较为简便，所以可以用于一些低需求的系统设计流程，而且根据一系列低高级程序的统一结合可以达到整个程序系统对数控机床电气体系的完整管控。总而言之，数控机床的电气控制系统的设计时对于工业生产的重要步骤，需要有相应的参数设计，以保证机床的正常生产效率。数控机床的不断更新给我国工业化建设提供了更要有效的设施，提升了我国的经济效益。

参考文献：

[1]匡岳林.数控机床的电气控制系统设计[D].华南理工大学,2012.

[2]孙道彬,刘丽.数控机床电气控制系统的故障诊断与维护[J].价值工程,2011(03):263-264.

[3]谭俊林.数控机床的电气控制系统设计[J].工业设计,2016(06):188-189.

[4]向长林.谈数控机床的电气控制系统设计[J].科学大众(科学教育),2015(04):173.

第3篇：数控机床控制范文

1 电气控制柜的设计

在本设计中，组合式加工机床的电气柜中装配的电子设备主要包括：LG变频器（两个），欧姆龙CQM1H型可编程逻辑控制器（PLC）一个。主轴电机使用18．5kw容量的变频器进行控制，而主轴箱走刀电机和主轴箱快速电机以及立柱行走电机使用5．5kW容量的变频器控制。而且在操作站与组合式加工机床的电器柜之间的传输方式使用了总线式传输方式，并且使用插头连接手控操作站、床身分线盒和控制柜，因此不但大量的减少了控制电缆的数量，而且方便工作人员进行维护、检修和移动等工作。电器柜的柜门上分别安装了电源启动/停止控制按钮以及两个电机转速显示表，方便工作人员对主回路电源进行控制。在电器柜的内部，通过空气开关、变压器、继电器以及接触器等大量电器设备进行多级保护。为了防止PLC被电路故障或其他原因损坏，因此，接触器需要通过继电器对PLC进行控制。

2 可编程逻辑控制器（PLC）程序设计

可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC），是一种通过进行数字运算实现具体操作的电子系统，是现代工业的核心控制部件。本设计采用可编程逻辑控制器是OMRON（欧姆龙）公司的CQM1H型PLC控制器，可编程逻辑控制器（PLC）在组合式加工机床控制电路中，主要不但需要接收来自限位开关的信号、按钮控制信号、空气开关监控信号、电机过载信号、变频器保护信号等来自外部的信号，还需要接受指示信号、输入变频器控制信号以及输出变频器控制信号等。因为按钮控制信号以及指示信号在实际生产中，与组合式加工机床的控制柜距离比较远，因此本设计对控制柜进行连接控制时，采用了欧姆龙总线链接模块（B7A）实现，并且将操作站模块通过两芯电缆或者三芯电缆连接到PLC链接模块。本设计使用OMRON（欧姆龙）公司的CX-programmer软件实现编程功能，这样可以方便工作人员或技术人员对所有的点进行实时监控，帮助工作人员准确的了解每个点的运行状态，以便在实际生产工作中根据情况进行实时调试。

3 组合式加工机床变频器参数调整

本设计中，组合式加工机床的电器柜里面的需要配置两台变频器，其中一台变频器单独对主轴进行控制，另外一台变频器连接接触器，对主轴箱走刀、速度电机以及立柱行走电机进行控制， LC变频器根据需要设置分为“功能组1、功能组2、驱动组、输入＼输出组（I/O组）、通讯组（选项组）、外部组、应用组”，并且将这七组参数设置成出厂缺省参数设置，并且提供相关功能，方便工作人员根据具体工作需求对部分参数进行更改。

3.1 变频器基本参数的设置

LG变频器是组合式数控加工机床电气控制系统的核心部件，因此变频器的参数设置将直接影响组合式数控加工机床的工作性能。在对变频器的基本参数进行设置时，应该首先对电机功率进行设置和选择，或者参考变频器的型号对电机功率进行选择。

3.2 特定功能的应用

组合式加工机床工作台（立柱）的传动轴以及主轴箱是不同的传动轴分别是不同的轴，在实际工作中，为了实现电机可以满足所选定的轴的工作状态和需求，因此需要应用第二电机功能参数，根据不同的情况或需求设置相关的参数，实现对所选轴的控制。第二参数功能具体的配置和使用方法如下：工作人员首先任意选择一个多功能端口，并且设置对应的输入/输出参数（I/O参数），将这个设置好的端口保持在激活状态下，然后进行启用第二电机功能操作。在对参数进行设置时，具体的参数包括：“第二电机加速时间、第二电机减速时间、第二电机转折频率、第二电机V/F方式、第二电机正转矩补偿、第二电机反转矩补偿、电子热保护等级（一分钟）、电子热保护等级（连续）、第二电机额定电机电流”。因为主要由加工轴控制工作台（立柱）的行走，因此在低速动作阶段时，需要较高的转矩，所以在工作中采用用户V/F方式进行控制，工作人员可以最大频率与0的范围内，对四个点进行设置，根据具体需要设置不同电压，通常情况下，会将较高输出电压设置为第一个点，这样可以保证较高的输出转矩。

4 结论

在本文设计的组合式数控加工机床电气控制设计中，电气控制系统中的核心部件是两台LG变频器。因此，这两台LG变频器的具体参数设置和相关参数调整，将对合式数控加工机床的工作效率、加工精度和整体性能产生直接影响。其中一台LG变频器主要负责控制三台电机，这三台电机分别作用于两个轴。而且在该设计中，为了读一不同的电机进行有效的保护，采用了第二电机的相关功能，根据具体情况设置了相应的参数，实现了对不同的电机的进行分别保护的功能。在组合式数控加工机床的工作台（立柱）控制中，本设计采取的控制方式为用户V/F控制方式，使组合式数控加工机床在实际生产加工时操作更加方便灵活，可以很好的满足单位的生产需要。另外，在本设计中的传输方式采用了总线式传输方式，使用一根10芯的通讯电缆实现控制信号的传输，因此大量的减少了连接在电器柜与控制台之间的电缆数量，这样可以方便单位根据具体的情况和生产需求移动，不但减少了成本，而且方便工作人员进行调整和维护，有效的提高了组合式数控加工机床的整体工作性能和实用性。通过实验分析和实际应用反馈，该设计有效的提高了组合式数控加工机床的工作效率，完全达到了设计要求，可以为工作人员和设计人员在以后的组合式数控加工机床电气控制设计工作中提供参考和帮助。

参考文献

第4篇：数控机床控制范文

关键词：数控机床；电气控制；电路；设计

中图分类号： S611 文献标识码： A

一、数控机床电气控制电路设计原则

(1)确保数控机床稳定并且可靠的运行

从一定的角度讲，对数控机床的稳定性和可靠性的运行电气控制电路部分的稳定性和可靠性在其中起着重要的作用，在车间厂房中，数控机床的运行环境并不太好，在这种前提下，数控控制系统发生故障的几率就会增大，尤其是工业制造现场，具有很强的电磁干扰和较多粉尘，在这种情况下，数控控制系统就应该有很强的抗干扰的能力，如果没有这种能力，机床设备根本不可能正常运行。

(2)对数控机床电气控制电路设计和工艺的要求最大限度实现探讨

现在数控机床产品的共同特点就是机电一体化， 机电方式被广泛的应用在伺服控制系统中的数控机床的主轴和进给轴中。在特定类型的机械元件和机械环节是被包含在它的输出的内容中，在电气控制的系统中，它们的存在对系统的运行起着非常重要的作用，它们的工作性能对数控机床加工的产品的质量具有相当大的影响。如果这些元件和机械环节的质量特别好，那么想要改变她们的特性就很困难了，和电气控制的部分相比较就显得特别笨拙了。所以，设计人员应该了解和掌握机械环节和元件的对控制系统的影响， 只有这样才能更好的配合，在设计的时候，应该认真分析考虑数控机床控制之间的各种需求，使设计更加的合理化。

(3)便于生产、降低成本、保证质量

生产简单方便，生产成本低，生产出来的产品质量高，这对商品加工生产的工厂来说是非常重要的，只有满足这样的要求，才能使用户更好的使用产品，其实数控机床生产也是这样的，元件的质量，供应是数控机床电气控制电路的设计中是非常重要的，并且在机床的安装、调试和维护也是需要同步的。只有这样，生产出来的产品的质量才能得到保证。

(4)安全性

在数控机床电气控制电路的设计过程中， 保护人身安全和设备的安全应该受到高度重视，在符合国家的安全规范和标准下，高度重视安全生产，严格按照国家要求进行生产，要清晰的识别指示和信号，在操纵机构要做到易操作、易切换。

二、数控机床电气控制电路的绘制原则

(一)电气控制电路的图形和文字符号

对一些电气控制电路图中国家制定一些标准规定， 这些规定的电路图形和文字符号是为了能方便的表达生产设备和电气控制系统的结构和原理设计目的， 为了方便元器件的安装、调试、生产和维护，设计人员必须按照国家规定要求对元件进行连接，所用的电路图形和文字符号必须是国家的标准规定中的，不能使用非国家标准符号。

(二)电气控制线路的绘制

一般电气控制线路有两种方法：原理图和安装图。下面我们主要介绍一下原理图。电气的原理图主要是为了方便读者阅读和分析电路的控制线路，它的主要特点是简单、清晰、易懂，主要是按照电气控制的工作原理进行制作的。在电气原理图中包含了所有的电气元器件的连线部分和导线之间的连接关系，在原理图中元器件的位置与实际安装的位置不同。

绘制电气原理图的基本规则： 电路图中的所有的电器元件的表示都必须使用国家规定的图形符号以及文字符号，具有相同电气线圈和触点时，都要使用国家规定的同一个图形符号或者文字符号来表示。如果是相同类型的元器件时，可以在元器件符号的后边加上数字来区分。一般的电气原理图还可分成主电路和辅助电路两部分。主电路是大电流按照从电源流到主要工作元器件的闭合回路。辅助电路一般包含一些照明电路，控制电路，保护电路等，大多数采用按键，信号灯，接触器的线圈和触电，继电器的线圈和触点，控制变压器等器件。在绘制一些导电的元器件时，他们的绘制位置应该按照方便阅读和理解的原则来进行绘制，绘制在能完成它们工作的位置。同一个元器件在不同的电路中可以绘制在不同的位置。在绘制过程中所有的电气开关都应该没有接通或者在没有任何外力施加的情况下，开关处于开通或者关断的状态下。比如说继电器的触点，它是按照线圈没有通电的情况下画出的；按键和行程开关在绘制时其触点也应该是在不受外力的情况下画出。在电路中线路交叉并且存在电关系时，交叉点应该用黑点表示，如果没有电联系则不用画黑点。在电气电路中不论是主电路还是辅助电路，每个元器件一般都是遵循动作的先后由上而下，从左到右依次排序。

三、数控机床电气控制实例分析

图1 某数控车床的动力电路

图1是某个数控机床的动力电路线路图，QF1、QF2、QF3、QF4 都是断路器。QF1 是电源总开关，它的主要作用是对整个电路进行过载保护或者短路保护。QF2 主要控制主轴强电，QF3 的功能是控制冷却强电，QF4 则控制刀架强电，它们的主要作用是连接电源和短路如果遇上过流时祈祷保护作用。另外QF3、QF4 带有辅助触头，这个触头可以输入PLC，当作报警的信号。KM3 是交流接触器，它控制着冷却电机的运动，KM4、KM5 的作用是控制刀架的正反转。RC1、RC2 是灭弧器，它的主要作用是在具有大交流电路中保护接触器的主触点，以防在主触点断开时产生很大的电弧，如果产生的电弧过大将会烧毁主触点。TC2 是电抗器，其作用主要是在合闸的一瞬间抑制谐波电流和浪涌电流。

图2 某数控车床的交流控制电路

图2是某数控车床的交流控制电路， 交流接触器KM2的线圈和KM3 一对常闭的辅助触点串联，KM2 一对常闭辅助的触点与交流接触器KM3 线圈串联， 通过上述的连接方法来控制刀架电动机的正反转的互锁； 然而KM1 这个交流接触器的线圈的作用是控制KM3 的主触点的连接与断开， 来控制冷却电机的运行状态。KA1、KA2、KA3 是继电器，它的触点是由数字装置I/O 口控制，它们的作用分别是控制KM1、KM2、KM3 这些交流接触器的线圈的通电和断电。

四、数控机床电气的维修与保养 数控机床日常的维护与保养就是为了预防电气的故障发生，从而降低电气的故障发生率。数控机床的故障维修与保养主要有以下几个方面。 日常保养：对企业的每台数控机床都要建立日常维护和保养计划。包括保养内容（如油、水气路，各项温度控制，平衡系统，冷却系统，传动带的松紧，继电器、接触器触头清洁，坐标轴传动系统的、磨损情况，丰轴等；各插头、接线端是否出现松动现象。电气柜通风状况等等）及各功能部件以及元气件的维修和保养的周期（每日、每月、半年或不定期）。 对于数控机床电气的资料进行归档：工作人员对于所有的数控机床的参数资料应该进行认真的整理，有条件的企业要进行存档，若出现事故或者故障，以方便调查原因，查找资料。管理人员也可以针对数控机床的具体工作情况制定操作规范、建立数控机床电气的维修与保养档案等等。除此以外，数控机床电气的管理者也要时刻总结机床的一些信息，经常检查其工作情况，这对于改进管理和维修养护设备有着重要的作用。

结语

数控机床电气控制电路的设计的过程是非常复杂的，它可以归成一种控制系统，依据功能、类型的不同，其数控机床电气控制电路的设计的最优方案都是唯一的，对能设计出这样方案的设计者来说，必须拥有丰富的工作经验和设计经验，才能在不同的工作环境下对设备系统进行最优化设计，并且必须保证机床在工作的过程中每一个环节都不能出错，这样才能充分发挥出设备的使用价值。

参考文献

[1]孙道彬,刘丽.数控机床电气控制系统的故障诊断与维护[J].价值工程,2011,03:263-264.

第5篇：数控机床控制范文

关键词：FANUC；数控机床；主轴；PLC

数控机床的控制部分由CNC和PLC组成。实现刀具相对于工件各坐标轴几何运动规律的数字控制由CNC完成；机床辅助功能的顺序控制由PLC完成。数字控制和顺序控制二者缺一不可，它们之间可以通过规定的接口信号进行相互间的信息交互[1]，分工合作实现对数控机床各项功能的控制，完成加工任务。主轴运动的控制主要包括主轴起停控制、主轴正反转控制和主轴转速高低的控制等。对于数控车削中心，主轴一般还应具备C轴功能；对于镗铣加工中心，为了方便机械手换刀，还要求主轴具备准停功能。主轴控制一般由数控系统中的PLC来完成[2]。目前，FANUC系统的数控机床市场占有率较高。FANUC数控系统对主轴的控制信号有两种形式：串行主轴和模拟主轴。FANUC公司生产的主轴电机及其与之配套的驱动器采用串行主轴控制；非FANUC公司生产的主轴电机，可以由变频器驱动，采用模拟主轴控制[3]。模拟主轴比串行主轴更为经济，所以对模拟主轴的运动控制进行研究具有重要意义。本文以FANUC0iMate-TD系统的数控机床作为载体，通过编制PLC程序，实现手动和自动模式下模拟主轴的起停及正反转控制。

一、控制要求

在手动操作模式即JOG方式下，通过数控机床操作面板上的按钮“主轴点动”“主轴正转”“主轴停”“主轴反转”能够实现相应的主轴运动。在自动操作模式即“MEM”“MDI”“DNC”等方式下，通过运行加工程序中的M03（主轴正转）、M04（主轴反转）和M05（主轴停）指令实现对主轴的自动控制。

二、控制方式

（一）手动控制。数控机床上的操作面板通过I/OLink总线与PLC相连[4]。操作面板上的主轴控制按键为PLC的输入信号。PLC会对信号输入端进行实时扫描，输入信号经PLC逻辑处理后，向机床侧及系统输出相应的控制信号，驱动机床侧的执行元件动作，实现对主轴的控制功能；同时，PLC也会向操作面板输出控制信号，令相应按键的指示灯亮。（二）自动控制。主轴的M辅助功能控制是由加工程序发出的控制命令，例如，M03、M04、M05等，经PLC处理后输出去控制主轴电机工作。M指令的执行过程如下：CNC读到加工程序中的M指令时，就输出相应的M指令信息。FANUC0i-D系统M代码输出地址为F10～F13[5]。通过系统读取M代码的延时时间后，CNC输出M代码选通信号F7.0。PLC接收到M代码选通信号后，执行译码。译码结束后，运行顺序程序，执行相应的M代码功能。M功能执行结束后，PLC向CNC发送辅助功能结束信号G4.3。CNC收到G4.3信号后，经过辅助功能结束延长时间，切断系统的M代码选通信号F7.0。M代码选通信号断开后，切断辅助功能结束信号G4.3，然后系统切断M代码输出信息信号。至此，该条M指令执行完毕。

三、PLC程序设计

（一）M代码译码程序。加工程序中的辅助功能代码必须经过PLC译码后才能进行逻辑运算，从而实现相应的控制功能。M03、M04、M05的译码程序，如图1所示。功能指令DCNV将CNC传送过来的M代码转换成BCD代码的形式，再通过译码指令DEC令某中间继电器为1，每个中间继电器对应一个M代码。这里的R200.3、R200.4、R200.5分别对应的是M03、M04、M05。图1M代码PLC译码程序（二）主轴起停及正反转控制程序。手动和自动模式下主轴起停及正反转控制的PLC程序，如图2所示。系统处于JOG模式时，F3.2置1，按下操作面板上的主轴点动按键（X11.3）或主轴正转按键（X11.5），会使得主轴电机正转输出信号Y3.6以及主轴正转按键上的信号灯输出信号Y7.2置1，则电机正转且正转按键上的信号灯亮。按下主轴停止按键(X11.2)，会使得输出信号置0，则主轴电机停并且信号灯灭。同理，按下主轴反转按键（X11.6），会使主轴电机反转输出信号Y3.5以及主轴反转按键上的信号灯输出信号Y7.4置1，则电机反转且反转按键上的信号灯亮。自动控制模式下，通过图1所示译码程序输出的中间继电器结果来控制主轴电机执行相应的运动。M指令执行情况为：执行M03时中间继电器R200.3置1，从而使得Y3.6置1，电机正转；执行M04时中间继电器R200.4置1，从而使得Y3.5置1，电机反转；执行M05时，R200.5的常闭触点会将主轴电机正转或反转输出信号断开，从而实现停机。

四、结论

该PLC程序通过在FANUC0iMate-TD系统的数控机床上调试验证，完全能够实现相应的功能。本文为FANUC系统的数控机床模拟主轴基本运动的控制提供了有效的思路和方法，也为机床维修技术人员提供了相关问题的维修指导。在机床维修的过程中，监控PLC程序的执行情况以及信号地址的实时状态，对主轴及其它辅助功能的故障诊断和处理能够起到指导性作用。

参考文献：

[1]张洪涛．基于FANUC系统的数控车床PMC程序设计［J］．电气自动化，2015（6）．

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[3]黄文广．FANUC数控系统连接与调试[M]．北京：高等教育出版社，2011．

[4]张志军．FANUC数控机床操作面板PMC程序设计[J]．自动化与仪器仪表，2015（7）．

第6篇：数控机床控制范文

论文摘要：本人于2007年4月份进入广东省广州昊达机电有限公司进行毕业前的综合实践，从事有关变频器的工作。本文介绍了采用数控车床的主轴驱动中变频控制的系统结构与运行模式，并简述了无速度传感器的矢量变频器的基本应用。

前 言

数控车床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电机及其拖动、自动控制、检测等技术为一身的自动化设备。其中主轴运动是数控车床的一个重要内容，以完成切削任务，其动力约占整台车床的动力的70%～80%。基本控制是主轴的正、反转和停止，可自动换档和无级调速。

在目前数控车床中，主轴控制装置通常是采用交流变频器来控制交流主轴电动机。为满足数控车床对主轴驱动的要求，必须有以下性能:(1)宽调速范围，且速度稳定性能要高;(2)在断续负载下，电机的转速波动要小;(3)加减速时间短;(4)过载能力强;(5)噪声低、震动小、寿命长。

本文介绍了采用数控车床的主轴驱动中变频控制的系统结构与运行模式，并阐述了无速度传感器的矢量变频器的基本应用。

第1章变频器矢量控制阐述

70年代西门子工程师F.Blaschke首先提出异步电机矢量控制理论来解决交流电机转矩控制问题。矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流) 和产生转矩的电流分量 (转矩电流) 分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。这样就可以将一台三相异步电机等效为直流电机来控制，因而获得与直流调速系统同样的静、动态性能。矢量控制算法已被广泛地应用在siemens，AB，GE，Fuji等国际化大公司变频器上。

采用矢量控制方式的通用变频器不仅可在调速范围上与直流电动机相匹配，而且可以控制异步电动机产生的转矩。由于矢量控制方式所依据的是准确的被控异步电动机的参数，有的通用变频器在使用时需要准确地输入异步电动机的参数，有的通用变频器需要使用速度传感器和编码器。目前新型矢量控制通用变频器中已经具备异步电动机参数自动检测、自动辨识、自适应功能，带有这种功能的通用变频器在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对异步电动机的参数进行辨识，并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数，从而对普通的异步电动机进行有效的矢量控制。

第2章数控车床主轴变频的系统结构与运行模式

2.1 主轴变频控制的基本原理

由异步电机理论可知，主轴电机的转速公式为:

n=(60f/p)×(1-s)

其中P—电动机的极对数，s—转差率，f—供电电源的频率，n—电动机的转速。从上式可看出，电机转速与频率近似成正比，改变频率即可以平滑地调节电机转速，而对于变频器而言，其频率的调节范围是很宽的，可在0～400Hz(甚至更高频率)之间任意调节，因此主轴电机转速即可以在较宽的范围内调节。

当然，转速提高后，还应考虑到对其轴承及绕组的影响，防止电机过分磨损及过热，一般可以通过设定最高频率来进行限定。

图2-1 变频器在数控床上的应用

图2-1所示为变频器在数控车床的应用，其中变频器与数控装置的联系通常包括:(1)数控装置到变频器的正反转信号;(2)数控装置到变频器的速度或频率信号;(3)变频器到数控装置的故障等状态信号。因此所有关于对变频器的操作和反馈均可在数控面板进行编程和显示。

2.2 主轴变频控制的系统构成

不使用变频器进行变速传动的数控车床一般用时间控制器确认电机转速到达指令速度开始进刀，而使用变频器后，机床可按指令信号进刀，这样一来就提高了效率。如果被加工件如图2-2所示所示形状，则由图2-2中看出，对应于工件的AB段，主轴速度维持在1000rpm，对应于BC段，电机拖动主轴成恒线速度移动，但转速却是联系变化的，从而实现高精度切削。

图2-2 主轴变频器系统构成示意

在本系统中，速度信号的传递是通过数控装置到变频器的模拟给定通道(电压或电流)，通过变频器内部关于输入信号与设定频率的输入输出特性曲线的设置，数控装置就可以方便而自由地控制主轴的速度。该特性曲线必须涵盖电压/电流信号、正/反作用、单/双极性的不同配置，以满足数控车床快速正反转、自由调速、变速切削的要求。

第3章无速度传感器的矢量控制变频器

3.1 主轴变频器的基本选型

目前较为简单的一类变频器是V/F控制(简称标量控制)，它就是一种电压发生模式装置，对调频过程中的电压进行给定变化模式调节，常见的有线性V/F控制(用于恒转矩)和平方V/F控制(用于风机水泵变转矩)。

标量控制的弱点在于低频转矩不够(需要转矩提升)、速度稳定性不好(调速范围1:10)，因此在车床主轴变频使用过程中被逐步淘汰，而矢量控制的变频器正逐步进行推广。

所谓矢量控制，最通俗的讲，为使鼠笼式异步机像直流电机那样具有优秀的运行性能及很高的控制性能，通过控制变频器输出电流的大小、频率及其相位，用以维持电机内部的磁通为设定值，产生所需要的转矩。

矢量控制相对于标量控制而言，其优点有:(1)控制特性非常优良，可以直流电机的电枢电流加励磁电流调节相媲美;(2)能适应要求高速响应的场合;(3)调速范围大(1:100);(4)可进行转矩控制。

当然相对于标量控制而言，矢量控制的结构复杂、计算烦琐，而且必须存贮和频繁地使用电动机的参数。矢量控制分无速度传感器和有速度传感器两种方式，区别在于后者具有更高的速度控制精度(万分之五)，而前者为千分之五，但是在数控车床中无速度传感器的矢量变频器的控制性能已经符合控制要求，所以这里推荐并介绍无速度传感器的矢量变频器。

3.2 无速度传感器的矢量变频器

无速度传感器的矢量变频器目前包括西门子、艾默生、东芝、日立、LG、森兰等厂家都有成熟的产品推出，总结各自产品的特点，它们都具有以下特点:(1)电机参数自动辩识和手动输入相结合;(2)过载能力强，如50%额定输出电流2min、180%额定输出电流10s;(3)低频高输出转矩，如150%额定转矩/1HZ;(4)各种保护齐全(通俗地讲，就是不容易炸模块)。

无速度传感器的矢量控制变频器不仅改善了转矩控制的特性，而且改善了针对各种负载变化产生的不特定环境下的速度可控性。图3-1所示，为某品牌无速度传感器变频器产品在低频和正常频段时的转矩测试数据(电机为5.5kW/4极)。从图中可知，其在低速范围时同样可以产生强大的转矩。在实验中，我们同样将2Hz的矢量变频控制和V/F控制变频进行比较发现，前者具有更强的输出力矩，切削力几乎与正常频段(如30Hz或50Hz)相同。

图3-1 无传感器矢量变频器的转矩特性

3.3 矢量控制中的电机参数辨识

由于矢量控制是着眼于转子磁通来控制电机的定子电流，因此在其内部的算法中大量涉及到电机参数。从图3-2的异步电动机的T型等效电路表示中可以看出，电机除了常规的参数如电机极数、额定功率、额定电流外，还有R1(定子电阻)、X11(定子漏感抗)、R2(转子电阻)、X21(转子漏感抗)、Xm(互感抗)和I0(空载电流)。

参数辨识中分电机静止辨识和旋转辨识2种，其中在静止辨识中，变频器能自动测量并计算顶子和转子电阻以及相对于基本频率的漏感抗，并同时将测量的参数写入;在旋转辨识中，变频器自动测量电机的互感抗和空载电流。

图3-2 异步电动机稳定态等效电路

在参数辨识中，必须注意:(1)若旋转辨识中出现过流或过压故障，可适当增减加减速时间;(2)旋转辨识只能在空载中进行;(3)如辨识前必须首先正确输入电机铭牌的参数。

3.4 数控车床主轴变频矢量控制的功能设置

从图1-1中可以看出，使用在主轴中变频器的功能设置分以下几部分:

1 矢量控制方式的设定和电机参数;

2 开关量数字输入和输出;

3 模拟量输入特性曲线;

4 SR速度闭环参数设定。

第4章结束语

对于数控车床的主轴电机，使用了无速度传感器的变频调速器的矢量控制后，具有以下显著优点:大幅度降低维护费用，甚至是免维护的;可实现高效率的切割和较高的加工精度;实现低速和高速情况下强劲的力矩输出。

参考文献

1. 王侃夫. 数控机床控制技术与系统[M]. 北京:机械工业出版社，2002.

2. 杜金城. 电气变频调速设计技术[M]. 北京:中国电力出版社，2001.

3. 高钟毓．机电控制工程．北京：清华大学出版社，2002．

第7篇：数控机床控制范文

关键词：PLC逻辑层；数控机床；自动化控制；应用

随着科学技术的发展，我国的PLC技术也慢慢的成熟起来，并且在数控机床中的作用也非常巨大。尤其是在数据的处理方面，该项技术具有非常明显的优势。在比较短的时间内，该技术可以提供较为全面的数据资料，有助于调整生产的方案，满足生产的实际需要。实际上，在PLC中，逻辑层面非常重要，尤其是在系统化的运行过程中，其占据的主动的位置。

1PLC定义以及其组成的结构

1.1定义PLC也叫作可编程逻辑控制器，经过人工编写，其可以实现工业控制，同时也可以向操作系统发送运算、定时、数量控制等指令，使机械设备完成相应的操作。PLC系统与数控机床的有机结合，可以建立全面、系统、立体化的操作平台，可以使得生产的效率得到显著地提升。1.2PLC的组成结构PLC的组成机构包括电源、中央处理器、存储器、功能模块四个部分。1）电源。电源可以为PLC操作系统提供能量，从而保证各项指令以及工作可以正常进行，所以在工作的时候，保证电源的稳定、可靠是非常重要的。所以，制造商在进行设计的时候需要综合考虑交流电压的波动以及范围，将额定电压控制在+10%左右，然后可以将PLC连入交流的电网中。2）中央处理器。其主要是作为该系统的“大脑”进行工作，主要负责指令的下达以及调控，并且可以接受用户的程序编写。其工作的时候，用户主要通过扫描将程序输入计算机中，经过存储器的逐条分析、一一对比，将指令进行配对，然后进行下达，最终实现数据的传输。3）存储器。顾名思义，存储器就是存储设备，主要将指令、信息、程序进行暂存以及保管，当接收到调试的指令以后，然后再将指令传递出去。PLC存储器主要可以分成两大类：系统存储器，可以存放系统本身的程序，其目的是保证整个系统各个部分平稳运行。另一种是用户存储器，其主要是在系统运行的时候方便用户程序编写的存储器。4）功能模块。功能模块可以实现逻辑控制器的各种操作。比如当自动加工完成以后，我们想要提醒管理者将一些工件取走，这时候就可以设置报警器。我们常见的还有延时模块、定位模块等等。

2PLC逻辑层特点

虽然PLC逻辑层在进行引进的时候已经经过了优化，但是由于各种各样因素的影响，其在运行的时候，依然容易发生各种各样的问题。比如其与运行的平台要求不符的时候，就会造成数据处理的问题，所以，我们需要根据逻辑层的特点，处理出现的问题。1）安全性。当前情况下，伴随着PLC用户的普及扩大，我们有必要大力推广一体化技术来实现用户平台的操作效率，这样可以从根本上提升服务的水平。不仅如此，PLC还可以有效地识别潜在风险，另外，我们采用控制技术之后便可以有效地提升数据的安全、可靠、稳定性能。2）一体化。一体化的控制可以有效地保障系统的稳定运行，而且可以实现原始数据的处理，完成PLC数据的调配。这种控制技术是一种多数据的调整。不仅如此，逻辑层还具有非常规的专项特征，可以有效地利用数据传输的方案，对其进行筛选、处理。3）转换性。采用了一体化的技术之后的PLC系统表现出了非常强大的专业化水平，尤其是在大数据的处理时，其发挥了非常重要的作用。在数据兼容平台上，其可以实现数据的传输、控制等重要作用。另外，在数据的存储、转换等方面，PLC机床都具有较为明显的优势，因此，PLC技术可以在很大的程度上提升生产的效率。

3数控机床当中PLC技术的应用

凭借着PLC技术的远程控制、遥感等技术，我们可以打造一个数据控制的一体化平台，进而保障工业化生产的专业技术平台。在数控机床，PLC技术的具体应用情况如下：1）数据的端口。如果PLC接口不能够完成数据的匹配工作，那么信号传递的速度就会降低，进而导致数据传输的时候出现比较大的误差。针对这个问题，我们可以采用更换硬件的方法来解决，另外我们还可以建立有效的转换平台，对数据进行及时的收录。2）数控中心。我们对PLC技术进行一体化的控制以后，实现了对数据的存储、传输、处理、调配，提升了资源的利用效率，保证了信息的有效性。不仅如此，其还保证了数据的有效利用，在较大的程度上减少了人为操作所产生的误差，使得数据更加真实、可靠。3）数据的传输。随着互联网的发展，PLC技术即面临着机遇，也面临着挑战。在当前情况下，技术可以通过硬件、软件等方式改变，并且可以实现数据的一体化，技术可以实现为工业化生产提供环境。基于移动互联网技术，我们需要对数控以及机床的一体化来拟定合理的方案，对智能系统的一体化来选择科学合理的方案，对操作系统的性能进行优化，保证数据处理的有效进行。另外，在控制中，由于方案的改进，更高级的数控技术可以达到。这样便为数据的传输提供了更加高效、虚拟的平台。

4结论

PLC逻辑层在软件、硬件两个方面实现了对于控制系统的规划以及设计，其是一种更加先进的机床体系。未来的数控机床在操作上需要设置更加专业化的平台，需要建立更加系统完整的方案，同时还需要结合PLC的逻辑层来选择一些可行的数字、技术来作为支撑，从而探索更加智能化的设计方案。

参考文献

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[2]朱楠.浅谈PLC在数控机床中的运用[J].制造业自动化，2012（9）：96-97.

[3]王红梅.基于PLC与数控机床联合控制的气动机械手[J].液压与气动，2011（10）：41-44.

第8篇：数控机床控制范文

[关键词]数控机床；挡块；参考点

1引言

数控机床回参考点操作是数控机床一种重要的工作方式，机床回擦抹考点操作的目的在于确定参考点与坐标轴之间的位置关系，在数控机床断电后，各坐标轴对位置的记忆会丢失，再次上电时，必须让机床各个坐标轴回到固定参考点的位置上这一位置即为机床参考点。数控机床能否准确的回到参考点将会影响到机床的各项功能，如反向间隙补偿、螺距误差补偿、刀具补偿等，这将进一步影响到机床零件加工质量。另外，回参考点操作在机床上操作比较频繁，是比较容易出现故障的一个环节，因此，快速有效的排除此类故障是非常必要的。目前，数控机床的回参考点方式主要有有挡块回参考点和无挡块回参考点两种方式[1]。有挡块回参考点通常采用增量式编码器配有减速开关并需要安装减速挡块，这种机床在每次开机通电时进行回零操作；无挡块回零通常采用绝对式检测装置，机床上有专门的电池给绝对式检测装置供电用意记录机床的绝对位置信息，这类机床调试完成后不需要开机进行回零操作。本文以FANUC0i-D系统为平台，分析数控机床有挡块回参考点方式的控制原理、参数设置、PMC控制及常见的回零故障与排除方法。

2有挡块回参考点原理及参数设置

有挡块回参考点方式[2-3]是使用CNC内部设计的栅格进行停止，也称为栅格方式，其返回参考点的原理如图1所示。采用这种方式回零时，将方式选择为回零方式，按下相应的轴，则该轴以图中所示的回零快速速度向参考点方向移动，挡块碰到回零减速开关时，减速开关信号*DEC由高电平“1”变为低电平“0”，轴移动的速度将减速到回零的减速速度。当轴运动脱开挡块后，减速开*DEC又变为“1”,此时寻找编码器的零标志位信号，数控系统等待编码器上第一个栅格信号的出现，第一个栅格信号出现时，数控系统返回参考点的操作即完成，工作台停止移动，此位置即为机床参考点。在一个栅格范围内采用栅格偏移功能可对参考点位置进行微调。有挡块回参考点由数控系统软件进行控制，完成回参考点操作，因此，正确设置回参考点的相关参数是能够成功回参考点的重要条件[4]，表1所示为有挡块回参考点所需设置的主要参数.

3有挡块回参考点PMC控制

机床回参考点除需要进行正确的参数设置外，还需要相应的PMC程序处理相关信号，以完成回参考点功能[5]。减速开关信号为数控系统PMC的输入信号，但由于减速开关信号的地址由数控系统厂家来定义，可由数控系统直接读取，对FANUC0i-D系统来讲，其信号地址固定为X9.0-X9.4，此信号无需PMC处理。对于3轴的铣床系统，其减速开关的地址为X9.0、X9.1、X9.2。若将参数3006#0设置为1，则可以把返回参考点的减速开关信号的地址改为G196，此时，必须编写相关的PMC程序。回参考点完毕后，各轴的回参考点完成信号F94.0、F94.1、F94.2将置1。回参考点过程中，必须选择回参考点方式，回参考点确认信号F4.5为1，以X轴回参考点为例，回参考点的PMC程序如图2所示。图中X20.4为X轴回参考点的按键，为了适应不同的机床结构，可选择正方向回参考点或者负方向回参考点，这个可以通过设置保持型继电器K10.0的状态来实现。若设置K10.0为0，则回零时G100.0接通，正方向回零；反之，若设置K10.0为1，则回零时G102.0接通，负方向回零。当X轴回到参考点后，回参考点完成信号F94.0将断开轴移动的方向信号。其它轴的回参考点与之类似。

4回参考点常见故障分析及排除方法

数控机床在运行过程中，如果发生回参考点故障，将严重影响机床的加工生产。由上述所介绍的回参考点的基本原理可知，要能够准确判断和维修返回参考点的有关故障，就必须掌握和理解与返回参考点有关的知识。根据自己的维修经验，这里就挡块式回参考点常见的故障及解决方法做简要说明。①操作故障所引起的回参考点故障。挡块式回参考点一般采用增量式编码器，在回参考点过程中，若不符合返回参考点的参数设置，FANUC系统将产生报警。例如，在返回参考点过程中，CNC产生PS302报警，此报警提示“不能为无挡块返回参考点方式设定参考点”，发生此报警的原因可能是由于在手动进给中没有将轴朝着返回参考点的方向移动。这种类型的故障，一般通过正确的操作，均可以解决。②电气开关信号故障。例如，回零过程中，找不到零点，这类故障大多数情况下与减速开关信号或编码器的故障有关。a.当减速开关损坏。从以上的回参考点过程原理中可以知，当减速开关损坏，将不能得到减速信号，回零时会以高速速度通过参考点，直接碰到硬限位或发生机械碰撞，导致回参考点失败。b.伺服编码器故障。若伺服编码器发生故障，通常编码器的零标志脉冲信号将丢失，导致的结果会使机床在低速下碰到硬限位或发生机械碰撞。通常对于这类故障是由外部的减速开关或编码器故障所引起。对开关类故障，在维修中可以利用PMC诊断画面观察减速开关是否故障，或检查相关的挡块是否有松动。对编码器故障，可查看系统所能够提供的故障信息或采用部件互换的方法进行故障的排除，并特别注意避免编码器的震动和减少油污。③返回参考点位置不准确或回零的位置发生偏移。这种故障通常是由于回零开关松动、调整不当、运动间隙或参数不当的原因造成。参考点发生偏移可以是整螺距发生偏移，也可以是偶然发生偏移，这两种情况下，处理的方法不尽相同。若发生整螺距偏移时，可能是由于参考点的减速挡块调整不当或减速挡块长度不足。若是调整不当引起，此时可以调整挡块的位置位于大约距离参考点1/2的螺距位置上，将其固定，并可进行反复调整，直至合适为止。（1）如果减速挡块长度过短，参考点开始的位置可能以栅格为单位发生前后移动，调整参考点减速挡块的长度，使参考点减速区间的长度大于电动机转动3-4圈所对应的距离。若参考点发生偶然偏移，则可能由于一转信号受到干扰、编码器故障或伺服机械连接故障等。此时，我们可以检查编码器的疲敝线连接是否可靠、伺服电机与丝杠的连接是否紧固、编码器的电压是否正常等，通常编码器正常工作时电源电压应大于4.75V。

5小结

数控机床在回参考点过程中出现故障的几率较高，所涉及的原因众多，在进行故障诊断和排除时，要首先确保理解回参考点的过程和工作原理，根据具体故障现象，先易后难，先简单后复杂，由外部到内部进行故障查找，以达到解决问题的效果。此外，在故障的排除过程中，要善于总结和积累经验，才能不断提高数控机床的故障维修水平。

参考文献

[1]黄登红.数控机床挡块式回零的控制原理及常见故障分析[J].组合机床与自动化加工技术2009,(3):52-55

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[3]刘永久.数控机床故障诊断与维修技术［M］．北京:机械工业出版社，2010

[4]FANUCSeries0-MODELD/FANUCSeries0Mate-MODELD参数说明书[M].北京：北京FANUC机电有限公司，2012

第9篇：数控机床控制范文

【关键词】C8051F020单片机；普通机床；数控系统

The Development of the Machine Tool NC System Based on C8051F020 MCU

Han guiming

（Institute of Information Technology，Guilin University of electronic technology）

Abstract：A plan to design the machine tool NC system with C8051F020 MCU being the control center is introduced.The plan to rebuild the machine tool，the constitution principle of the system and the layout for the hardware and the software of the system are also given in this paper.After the rebuilding of the general-purpose machine tool by using the NC system，its working accuracy and productivity will be greatly enhanced and its cost will be lowered.It is a feasible way for machine tool enterprise to enhance the production of the numerical control machine tool.

Key words：C8051F020 MCU；general-purpose machine tool；NC system

引言

数控机床作为一种高精度的自动化机床，综合应用了电子、计算机、自动控制和机床制造等领域的先进技术，在我国工业生产中起着极其重要的作用，它很好地解决了现代机械制造中加工对象精密、结构复杂、品种多、批量小等问题。且产品加工质量稳定，生产效率大幅度提高。考虑到我国国情，价格昂贵的中、高精度的全功能数控机床难以被广大生产企业所接受，价格相对低廉的经济型数控系统得到了迅速地发展。经济型数控系统采用了适合于现场实时控制和数据采集的单片机作为控制器，以控制灵活、可靠性高的步进电机进行驱动。与传统的中、高精度全功能数控系统相比，经济型数控系统具有结构简单、工作性能稳定、性能价格比较高等特点。对于高端的数控机床所要控制的设备和精度要求非常高，它就要用到DSP芯片完成所需要的控制，这样的数控系统是非常昂贵的，这种对于中底端产品来说是完全不能承受的；因此研制适合对于中底端数控系统是非常有市场前景的。本文给出了基于C8051F020单片机的机床数控系统的具体软、硬件方案。

1.机床数控系统简介

中底档数控系统应能控制主轴转速、实现其正反转；控制工作台实现纵向、横向和垂直方向的进给运动（车床刀架能实现纵向和横向的进给运动并自动转位换刀；加工螺纹时应保证主轴转1转，刀架移动1个被加工螺纹的导程）；控制冷却和；通过键盘输入加工程序，由显示器显示加工状态等。因此中底档数控系统主要的组成部分为以下两个部分：

（1）机械部分 主传动系统不变；进给传动系统采用滚珠丝杠螺母副代替原有普通丝杠螺母副（车床应拆掉进给箱、溜板箱、小拖板和刀架，加装电动刀架；主轴加装光电编码器供加工螺纹用）。

（2）数控部分 采用C8051F020单片机组成控制系统，由变频器来调节主机的转动速度，由功率步进电机经一级齿轮减速后驱动X、Y、Z三轴（亦可用联轴器将步进电机与丝杠直接联结起来，以减小径向尺寸）。

2.数控系统硬件设计

2.1 C8051F020简介

C8051F020器件是完全集成的混合信号系统级MCU芯片，具有64个数字I/O引脚。它的主要特性有以下几点（由于篇幅原因只列出部分）：

（1）高速、流水线结构的8051，兼容的CIP-51，内核（可达25MIPS）。

（2）真正12位100 ksps的8通道ADC，带PGA和模拟多路开关。

（3）真正8位500 ksps的ADC，带PGA和8通道模拟多路开关。

（4）两个12位DAC，具有可编程数据更新方式。

（5）64K字节可在系统编程的FLASH存储器。

（6）5个通用的16位定时器。

（7）具有5个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列。

（8）片内看门狗定时器、VDD监视器和温度传感器。

（9）具有片内VDD监视器、看门狗定时器和时钟振荡器的C8051F020/1/2/3是真正能独立工作的片上系统。

C8051F020/1/2/3单片机所有模拟和数字外设均可由用户固件使能/禁止和配置。FLASH存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新c8051f020MCU固件。片内JTAG调试电路允许使用安装在最终应用系统上的产品MCU进行非侵入式（不占用片内资源）、全速、在系统调试。该调试系统支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、观察点、单步及运行和停机命令。在使用JTAG调试时，所有的模拟和数字外设都可全功能运行。

统合以上陈述选用C8051F020单片机作为本系统的主控芯片。

2.2 机床数控系统硬件结构与组成

本机床数控系统的硬件结构框图如较图1所示。在硬件系统中为了节省C8051F020单片机为数不多的IO口，键盘与键盘指示灯采用周立功公司的zlg8279芯片，它与C8051F020单片机只需要4个引脚就可以完成64个按键与64颗指示灯的控制。本系统中用zlg8279芯片来管理64个按键与按键相对于的指示灯。在控制经x，y，z方向上的步进电机使用的是高速光耦，对于主轴，刀位与x，y，z轴的状态反馈用的是低速光耦，这样做的目的是既能满足高速脉冲传输要求也在很大程序上节省系统制作成本。在这里变频器控制的电压为线性的，所以要用到线性光耦。为了方面工友们的使用我们经过多次考虑还是决定使用320*240这类比较大的LCM来完成所有界面的显示。

3.机床数控软件设计

本机床数控系统主要是通过C8051F020单片机对步进电机进行控制和变频控制器，使机床移动部件（工作台、床鞍、升降台、刀架等）沿X、Y、Z三个坐标方向移动，实现刀具与工件的相对运动，完成零件的加工。本系统软件框图如图2所示。系统软件由初始化模块、键盘处理模块、LED显示模块、输入数据处理模块、输出控制模块等组成其中步进电机控制程序由软件实现脉冲分配，现以三相六拍步进电机为例说明步进电机的控制方法：当电机三相绕组按A-AB-B-BC-C-CA-A的顺序通电时，步进电机正转；若按A-AC-C-BC-B-AB

-A的顺序通电，则步进电机反转。脉冲分配采用查表法，表格固化于flash中。系统程序编制通过定时器定时中断产生周期性脉冲序列，不使用软件定时，不占用CPU。

结论

在我国，大批机床的数控改造与升级势在必行，同时这也是许多企事业不容忽略的课题。本方案是在比较了众多采用89C51单片机的方案后得出最佳的方案，特点是控制精度高比老式的数控机床精度提高了10%，生产效率提高了45%。同时，在满足要求的情况下成本控制已经最低。本方案已被国内某机床股份有限公司所采纳，产品经过一年多的市场试验，客户反应非常良好，这说明这是一个可行的方案。希望本文能起到抛砖引玉的作用。

参考文献

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