数控机床的概述(6篇)

时间：2024-05-18 来源：

数控机床的概述篇1

关键词：数控机床;控制系统;设计

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2015.21.065

1数控机床及其控制系统概述

当前，数控技术已经在IT、医疗、轻功、机电等行业内得到了广泛的应用，并发挥出了重要的作用。可以说，数控机床的出现与应用有力地促进了机电制造业的快速发展。数控机床是集计算机、机床、自动控制、电机以及传感检测等技术与设施于一体的自动化生产设备，是一种以“数字量”作为指令信息的机床。一般而言，数控机床控制系统主要包括输入装置、CNC装置、主轴控制模块、可编程控制器、位置检测装置以及主轴伺服装置等部分组成，其中，可编程控制器（PLC）是数控机床控制“核心”，数控机床操作、使用等都与PLC有着密切的关系。数控机床实际操作时，必须要根据工作条件、生产要求编制相应的加工操作程序，然后将这些“程序”存储于磁盘、穿孔带等介质中，系统软件或者是逻辑电路通过读取存储于介质中的“程序指令”，输出相应的操作控制指令信息，从而使数控机床按照程序所规定的指令运行，完成生产任务。当然，数控机床的正常工作、运行，不能仅仅依靠PLC，而是需要输入装置、CNC装置、主轴控制模块、可编程控制器、位置检测装置以及主轴伺服装置等所有模块都能够正常运行，衔接紧密，这样，数控机床才能够顺利地完成“指令”所规定的所有动作，促进企业生产目标的顺利实现。

2数控机床控制系统优化设计分析

数控机床控制系统是数控机床正常运行的必要保障，机床类型不同、型号不同，控制系统的优化设计也有所不同，但是，在控制原理、传动系统、编程控制以及结构布局方面并没有太大的差别，实践中，数控机床控制系统优化设计应该重点做好以下几个方面的工作：

2.1数控机床控制系统的总体优化与设计

本文中，对数控机床控制系统优化设计的主要目标是实现对数控机床的精准化、“实时化”控制，以支持数控机床高精度任务、多任务操作需要。一般而言，数控机床数控系统设计主要是为了实现机床运行状态监测功能、加工控制功能、系统自检功能以及加工参数交互功能等，其中，加工控制功能是控制系统设计的最基本的功能要求，目的就是实现对数控机床三维刀具、输入/输出装置以及驱动电机的有效控制。由于绝大多数数控机床加工运行过程中，钻头、刀具等都处于高速运行状态，为了满足控制系统在极短的时间内做出正确的控制决策，实践中常常采用“嵌入式系统”作为控制系统功能开发平台，比如，基于RT-Linux的开发平台由于保留了Linux的所有的核心功能，具有强大的调度、管理功能，能够实现对数控机床操作任务的实时、精确管理。

2.2数控机床控制系统硬件结构设计

当前，数控机床控制系统大多为“全闭环”控制模式，“全闭环”控制系统属于一种典型的开放式控制结构，硬件结构设计需要重点做好以下三点：

（1）数据采集卡配置，采集卡的主要功能是接收前端检测数字量、采集模拟信号，然后利用系统内的相关程序对这些信息进行分析、处理，比如，信息收集、A/D转换、触发控制等等，都属于数据采集系统设置内容;

（2）伺服装置配置设计，可以使用“电致伸缩器”来调整工件与支架之间的偏差，以解决切削环节工件轴径过大而引发的误差问题;

（3）数控机床运动控制器配置，实践中，常采用“上位机”与“下位机”联合控制方式，以满足机床加工对精度、轨迹控制较高的要求;

（4）硬件电路设计，数控机床中的硬件电路是控制系统正常工作、运行的动力系统，比如，机床驱动、信号指令传递等等都需要借助于硬件电路系统才能够实现，数控机床硬件电路系统设计关键的是需要设计好电源电路、存储器电路、PC通信电路、音频录入电路、音频输出电路等。总之，数控机床硬件系统（结构）设计需要遵循模块化、标准化的原则，在满足系统总体功能需求的前提下，兼顾控制系统软件设计需求，以降低控制系统设计的成本、提高控制系统运行的可靠性与稳定性。

2.3数控机床控制系统软件系统设计

就数控机床的运行控制、运行原理来看，软件系统是数控机床能够平稳运行的“核心模块”，因为，所有的操作指令都需要通过软件系统的控制才能够实现，比如，操作指令的译码、驱动电机的控制、刀具运行轨迹的控制以及运行状态信息显示等等都需要借助于软件系统才能够实现。其中，基于PLC基础上的数控软件加工处理流程是数控机床控制系统软件设计的关键，比如，刀具加工、工件定位等都属于加工数据处理流程范畴。实践证明，数控机床控制软件系统设计需要以“功能模块”为核心，做好“上位机”与“下位机”设计，比如，对于操作精确度要求较高的数控机床控制系统设计，可以将整个软件系统放在SIMO―TIOND环境下运行，这样，“下位机”就可以直接接收来自各个“功能单元”的数据、信息，在此基础上将数控机床运行状态、各个功能模块指令执行情况监测出来，为控制系统的正常运行奠定坚实的基础。

2.4数控机床电气控制系统设计

电气控制系统设计也是数控机床控制系统硬件设计的重要内容。实践中，在进行数控机床电气控制系统设计时，常常将PLC程序设计为低级程序与高级程序两个部分，前者主要是用来处理控制系统中普通信息以及比较程式化的控制，后者则主要使用处理系统中紧急信号，目的是对数控机床出现的一些突发事件做出相应的应急处置反映，科学设置参数，确保数控机床安全、稳定运行。

总之，数控机床具有断刀、换刀、工件夹紧、刀位检测、通信检测以及通信连接等多项功能，要促进这些功能目标的实现，就必须要做好数控机床的控制系统设计，这对提高机床的开动率、生产率以及数控机床的稳定运行具有重要的意义。

参考文献：

数控机床的概述篇2

关键词：数控技术；数控机床；教学方法

我国是世界制造大国，这已经成为不争的事实。制造业是我国入世后较有竞争优势的行业之一。当前世界上正在进行着新一轮的产业调整，一些产品的制造逐渐向发展中国家转移，我国已经成为许多跨国公司的首选之地。为此，中央明确提出“以信息化带动工业化，发挥后续优势，推动社会生产力的跨越式发展”是国家发展战略。应用高新技术，特别是信息技术改造传统产业，促进产业结构优化升级，将成为今后一段时间制造业发展的主题之一。“十一五”期间，实施制造业信息化工程，希望达到四个目标：一是要突破重大关键技术，形成一批具有自主知识产权的制造业信息化产品；二是要建立一批制造业信息化示范企业和示范工程，并且通过辐射效应形成整个制造业的竞争力；三是要结合实施制造业信息化工程，培养若干相关的新型软、硬件产业和新型服务；四是培养一批人才，推进和打造一支信息化的基本队伍。

为达到上述目的，结合我校的办学特点――“合格+特长”，我校“机械制造及其自动化”专业也制定出培养信息化人才的培养计划。通过系统学习现代机械制造有关课程，进一步学习《先进制造技术》、《数控技术》、《数控加工自动编程》、《CAD/CAM技术》等专业课程；相关的实践教学以数控机床为主线，使学生全面掌握数控加工工艺和加工方法；同时，更多地突出我校的办学特点，注重学生的动手能力培养，使学生系统掌握数控机床的基本原理和加工方法，并具有一定的数控机床及数控系统的维护维修技能，以适应人才的需要。

涉及数控加工技术的相关课程在我们的机械制造及其自动化专业的培养计划中占有很重的比例。为提高教学质量，本文结合《数控技术》课程教学，谈谈实践环节的教学方法。

一、提高教师队伍的素质，选用合适的教材

我校的学生大多是从中学直接考入的，基本没有实际工作经验。在目前社会上急需数控技术应用型人才的大好形式下，学生都希望自己能尽快学习和掌握这门技术，这就给专业教师提出了更高的要求。老师在不断提高自身专业技能的同时，均已取得了数控操作中级工的资格证书，还有些老师已取得了数控操作高级工或技师的资格证书。并且，根据学生的实际水平、常用的机床种类、社会需求和考工范围，老师有针对性的编制了校内培训教材，使教学更直接和有效。

二、加强实践环节，理论联系实际

数控技术作为实施现代先进制造技术主要机械装备的主要技术手段，实践性强，因此，在教学中结合专业特点采用的是理论和实践紧密结合的方法，以典型的数控设备――数控机床为主，围绕数控加工的过程控制开展教学与实践。

（一）理论教学的实践性

在理论教学中，介绍数控机床的基本概念、原理、计算和设计方法，着重阐述计算机数控系统的硬件和软件结构、进给伺服系统、检测装置、数控加工程序的手工编制和计算机辅助数控加工编程等内容。以数控机床为主线，根据加工过程中数控系统内部信息流处理过程（如数控加工工艺、插补、刀补、速度控制等）展开阐述、由浅入深、循序渐进，理论密切联系实际，并注重机电结合和系统理念，反映当今世界机床数控系统技术的发展前沿。对数控技术的几个重要内容、核心技术和最新技术成果作较为系统、深入的叙述。例如，在讲解手工编程和自动编程的教学内容中，着重强调以下几个方面：

1、建立坐标系的概念，它是数控机床自动加工工件的灵魂。机床坐标系、编程坐标系和加工工件坐标系的建立及其相互关系，很容易让初次接触这门课程又没有看到实物的学生产生概念混淆。所以，在讲解这个问题后，带学生到实验室，让他们初步认识数控车、铣等机床，在机床上再一次提出坐标系的概念，学生较容易理解。同时，运行与坐标系有关的不同实例程序控制机床运动，让学生比较机床移动部件与刀具的运动状态和实际位置，进一步加深理解各坐标系及其联系，认识其在自动加工中的灵魂作用。

2、引出编制程序的基本功能指令，它是数控机床自动加工工件的基础。首先，讲授数控机床的五大功能指令（G功能、M功能、F功能、S功能、T功能）的作用；其次，介绍每个指令的含义，要求学生能牢记并能正确理解和应用。例如，在讲授M功能指令中，对容易混淆的M00、M01、M02和M30指令，结合机床的实际操作，讲清区别与联系。使程序停止是这些指令共有的功能，不同的是程序停止后机床的运动状态、工艺条件以及再次运行程序时机床状态。只有掌握了这些指令的区别与联系，才能选用符合加工要求的指令。例如，在加工中途工件尺寸的检验或排屑，合适的指令只能是M00和M01。

3、介绍编制加工程序的格式。目前，常用的数控系统有华中数控系统、FANUC系统和SIEMENS系统，这三种数控系统程序的格式框架基本相同，但也有一些区别。针对我校的实际数控系统，仅要求学生熟练掌握华中数控系统和SIEMENS系统的程序格式。例如对于FANUC系统，每段程序中的坐标值后应标有“.”，每段程序结束应标有“；”，虽是小标点，但如果缺少则会直接影响加工零件的精度。

4、通过大量编制程序的练习，达到熟悉编程的方法和步骤，提高程序编制的准确率。当然，对于其他的理论教学内容，比如插补原理、刀补原理、速度控制原理等，尽可能的注意理论教学的实践性。在进行了理论课程的学习后，如果直接通过实际操作来验证程序的实用性，在学生没有实践经验的前提下，应该说是非常危险的。因为，虽然在实习老师的指导下操作机床，但因缺乏经验，熟练程度欠佳，可能会有不正确的操作，造成刀具和机床损坏。因此，在实习环节之前增加数控加工仿真系统的学习和练习对更好的掌握这门技术非常必要的。

（二）仿真系统的学习和练习

数控加工仿真系统是在90年代源自美国的虚拟现实技术，是一种有价值的工具。我校所配置的数控加工仿真系统是南京宇航软件工程有限公司为数控机床操作课程专门开发的仿真软件，它配有华中数控系统、FANUC系统和SIEMENS系统的数控车床、铣床。通过对数控铣、车等加工全过程的仿真，提高学生的熟练操作程度，减少机床损坏率，保证程序在真实操作状态下的准确性，能更好掌握这门技术。

首先让学生认识仿真系统的控制面板上每一个键的功能和操作方法，使学生能正确使用它们进行程序的验证。在进入数控加工仿真系统后，强调三步重要工作――输入工件坐标系位置数据，设置刀具补偿参数；输入数控程序；自动加工零件。

1、介绍系统面板。SIEMENS系统的界面有操作面板和控制面板两部分，其上有许多英文注释的功能键，只有熟悉它们，才能很好的应用。为帮助学生记忆，可以将这些键的名称和作用汇总出来，并将操作步骤一一列出，有利于学生尽快掌握。

2、演示整个操作步骤。（1）确定工件坐标系位置数据，设置刀具补偿参数。通过机床在界面选取机床后进入该系统的界面。如：点击“机床”，在出现的界面中分别选取系统和机床类型，确定后，在屏幕上出现所选的机床，通过选择不同的视图来确定观察方向，以求最佳位置。进行模拟选取毛坯并安装在机床上，定义并安装刀具，确定工件坐标系。如：在工件装卡方式确定后，工件坐标系的X、Y、Z各轴对应于零件的相应方向以及零点位置也就确定了。加工程序中的各运动轴代码控制刀具作相对位移。例如：G90G00X100Z20，是指在绝对尺寸下，刀具相对位移到X=100mm，Z=20mm处。究竟刀具的什么部位相对位移到上述位置呢？这个部位称为控制部位，它选择的是否合理，直接影响加工工件的精度。例如，对于车刀，一般选刀尖作为控制部位。对于立铣刀，选择铣刀端面中心点作为X、Y轴方向的控制部位，铣刀底端面作为Z轴方向控制部位。工件坐标系的零点位置就是控制部位与零点重合的位置，它是用机床坐标系的坐标来表示的。在仿真系统中，铣床和加工中心常用的方法是用一个圆棒作为基准工具测定毛坯的边缘，以确定X、Y的基准，用刀具测定Z方向的基准。车床采用试切削的方法确定X、Z的基准。确定了工件坐标系位置数据，在设置刀具补偿参数界面中输入各参数。通过实验，学生加深了机床坐标系、工件坐标系的理解；对于刀位点、对刀点和换刀点有了更深的认识。（2）输入数控程序。在编制和输入程序时，要求学生对编制程序的一些工艺指令，如以G为首的准备功能指令，以M为首的辅助功能指令和其他的功能指令（如F指令、S指令、T指令等）的功用和格式有明确的了解，并能熟记一些常用指令，这样可以提高编程的速度及准确率。同时注意提醒学生在华中数控系统和SIEMENS系统中的程序格式。

3、自动加工零件。可通过选择轨迹显示或在机床上观察到程序执行情况，并可任意调整加工速度和声音等，以增加加工的直观性和真实性。

在仿真系统中还有一个检测功能，检测程序在加工时的准确性，教会学生使用这一功能，通过分析了解零件加工的准确性。如：在SIEMENS系统中，通过点击“工艺分析”，在“测量”段中可逐段检测加工部位，通过控制面板上反映的各轴数据来判断其准确性。

（三）实际操作训练

有了前两个环节，使学生较好的掌握了编程方法，通过仿真验证了程序的准确性，接下来的实践环节就是让学生在实习教师的指导下加工实物。

1、手工编程及加工。选择合适的零件，根据被加工零件的图纸、技术要求及其工艺要求等切削加工必要的信息，确定适合数控加工的内容，进行数控加工工艺性分析并做出相应的工艺处理和数学处理，按照数控系统所规定的指令和格式编制加工程序。提醒学生注意数控加工工序与普通工序的衔接。考虑到加工安全，要求学生采用仿真系统校验程序的正确性，指导教师还要核查工艺的可靠性，才允许学生在实训老师的指导下进行实物加工。先采用走空刀的方法，检验刀具路径是否有错误，是否碰撞零件、夹具或机床等；通过程序检验，然后采用蜡模为原材料，开机试切；通过对蜡模零件几何尺寸的检验，决定学生是否可以采用铝合金来代替石蜡进行正式加工；最后通过钢件的切削加工，使学生对材料的切削加工性能、合理的刀具和切削用量对加工质量的影响有更深的认识。

2、自动编程及加工。针对已采用手工编程加工的零件，让学生使用计算机为辅助工具，在学习CAD/CAM课程的基础上，采用CAD/CAM软件进行计算机辅助数控编程及加工，并与手工编程及加工相比较，使学生认识手工编程是基础，图形交互式自动编程是复杂零件数控编程的发展必然趋势，也是现在复杂零件普遍使用的数控编程方法。突出其编程速度快、直观性好、使用方便和便于检查等优点。

通过数控实训，强调学生熟悉机床操作，理论联系实际，认真练习，做到胆大心细，学以致用。大多数学生都获得了较好的成绩，如愿拿到了相关的等级资格证书。

三、结束语

高校作为人才培养基地，一要坚持培养目标，二要为实现这一目标不断了解学生的反馈信息，不断完善我们的教学方法，理论联系实际，提高教学质量，以更好地适应国家现代化发展的需要，培养出更多的具有较强的实际动手能力的应用型工程技术人才。

参考文献：

1、廖效果.数字控制机床[M].湖北省科技出版社,2004.

2、汪木兰.数控原理与系统[M].机械工业出版社,2004.

3、何雪明.数控技术[M].华中科技大学出版社,2006.

4、田坤.数控机床与编程[M].华中科技大学出版社,2004.

5、陈吉红.数控机床试验指南[M].华中科技大学出版社,2004.

数控机床的概述篇3

关键词：成矿模式；建立；探讨

中图分类号：U469文献标识码：A

一、成矿模式的内涵

成矿模式是对矿床赋存的地质环境、矿化作用、随时间变化显示的各类特征(地质的、地球物理的、地球化学的和遥感地质的)和成矿物质来源、迁移富集机理等矿床成因要素进行的概况、描述和解释是某类矿床共性的表达方式。公认为是典型矿床研究的最终成果和成矿规律的表达式。矿床成矿模式按矿产调查工作可以分为：

①区域成矿模式。②矿床成矿模式。③找矿模型三种类型。

二、建立成矿模式

建立矿床成矿模式的目的将各种描述性的内容概括成一组相似矿床的共性认识，总结成矿规律，进行模拟预测，将已知成矿空间延伸到未知地区或地质工作程度较低的地区，提高地质研究程度和充实成矿学理论。典型矿床的解剖研究时，通过建立典型矿床的成矿模式的方式，表达已知区和未知区内成矿特征。

（一）矿床成矿模式内容

1、区域地质背景(大地构造单元、所在区域特征)

2、成矿环境、赋矿地层(时代和岩性特征)、成矿岩体(岩石组合、岩性特征及年代)、控矿构造(用地质图说明)。

3、矿体(或矿床)组合分布规律及产状。

4、矿石类型及矿物组合。

5、矿石结构构造

6、矿化阶段及分带性(用典型剖面图说明)

7、微量元素特征。

8、蚀变类型及分带性(用典型剖面图说明)。

9、成矿物理化学条件。

10、矿床成因机制(成矿物质来源，成矿物质的时空变化特征，在矿床成矿模式图上标出并说明)。

11、矿床类型。

12、控矿条件和找矿标志(即综合方法找矿信息标志)。

（二）建立成矿模式的方法

在GIS平台上建立矿床成矿模式时，几乎涉及到所有矿产(预测)空间数据库中的各类数据都需调用

1、按建模内容调用空间数据库中建模有关的图件、图层、组成建模新档。

2、调用建模对象的典型矿床卡片数据选择建模有关的材料。

3、根据矿床地质、地球物理场、地球化学场特征，按XYZT置作矿床成矿模式图，可以是立体的、也可以是平面的或文字及表格的。

4、通过空间数据库表达搜索和图形交互式搜索、实现迭加操作，平面与平面迭加，剖面与剖面迭加。

5、在迭加图上选定模式必要的图层或删除一些图层。

6、当某些关键性的标志缺少时，可以用手工添加。

7、按模式的地质概念和一定类型矿床的成矿特征构造模式图。

三、区域成矿模式

成矿作用的时空演化、成因联系和成矿机制，从而，提高区域成矿学的理论研究水平，指导区域矿产的预测和勘查工作。根据我国区域矿产的时空分布规律和备类矿产的成因特征，区域成矿单元分为垒球性的(I级)、区域性的(Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ级)、矿田、矿床、矿体7级。建立成矿模式内容可统一考虑以下几方面：

（一）必要图件。区域地质矿产图、各类矿床综合剖面图(并用附表说明各类矿床的基本特征)、域成矿模式图。

（二）区域成矿模式的描述内容。区域地质环境(构造单元、成矿区带、区域地质概况)、成矿期次(时代)和成矿作用及其有关的矿产种类、矿床类型(概括用成矿模式或用代表性的矿床说明、常用综合剖面图和附表说明)、构造对成矿的控制(包括构造层、构造分区和构造类别对区域的和局部的矿化类型的控制作用)、沉积岩相对矿化类型的控制(层位、岩性、古地理)、岩浆岩对矿化类型的控制(时代、产状[喷发、侵入]、岩性及地球化学特征)、变质作用对矿床形成的控制(原岩、温度、压力)、各类矿床随时问的演化关系(矿种、类型)、各类矿床的区域特征、成因及其各自的矿化分带性、各类矿床的认别标志及后期变化特征(包括地质、物探、化探、遥感等信息)成矿系列组合、类型及其呈现的序次(找矿依据、矿床类型及其成因联系，用模式图说明)，区域的和局部的控矿因素及找矿标志、参考文献。

总之，建立区域成矿模式是以区内所出现的矿床类型或有代表性的矿床为描述对象，用其综合特征乘解释区域成矿作用的整体性它将促进区域成矿规律研究的深化，是提高我国区域成矿学理论水平的途径。

四、矿床的成矿模式

建立一个矿床的成矿模式的总体内容是相似的，可统一考虑以下几方面：

（一）必要图件。区域的或矿床地质平面图、矿床典型剖面、矿床成矿模式图。

（二）矿床成矿模式。区域地质背最(大地构造单元、成矿区楷级别及所在区域成矿特征)、成矿岩体(岩石组合、岩性特征及年代)成矿环境(赋矿地层时代和岩性特征)、矿体(或矿床)组合分布及产状、控矿构造(用地质图说明)、矿石类型及矿物组合、矿石结构构造、矿化阶段及分带性(用矿床典型剖面或其它图件说明、蚀变类型及分带性(用矿床典型剖面及其有关图件说明)成矿物理化学条件(压力、温度、pH、Eh、fs2、fo2等)、矿床成因机理(成矿物质、成矿溶液、成矿作用能量来源、找矿标志(即综合技术方法找矿)、成矿物质的空间变化特征、矿床类型、配合成矿模式图作合理描述)与控矿因素、参考文献。

五、找矿模型

建立一个完整的找矿模型大致包括的内容是:

（一）必要图件有与找矿模型相匹配的矿床成矿模式图；代表矿床(矿体)赋存部位不同埋深的综合剖面图；典型剖面的物性分层图或综合平面图；找矿模型图。

（二）矿床地球物理场特征，包括勘查目标物和目的物物性、异常特征、干扰因素及其影响和矿床在覆盖条件下呈现的地球物理场的推断解释。

（三）矿床地球化学场特征(成矿元素和指示元素种类、元素组合、元素分带、矿床或矿体的头晕和尾晕、化探资料中包含的干扰因素、覆盖条件下的化探晕的特征等)。

（四）地球物理、地球化学模型。

（五）在干扰场压制或消除情况下的物化探场的特征。

（六）找矿需要的物化探和遥感信息。

（七）找矿适用的方法类别、使用的次序及配制。

（八）参考文献。

建立找矿模型需要具备扎实的地质基础数据，它包括地质、物探、化探数据超深探剃的物探资料；推断解释的地质理论。据此建立的找矿模型具有较大的实用性。检验找矿模型效益的途径是实践。找矿模型在勘查工作中具有预测、发现矿床和提高找矿效益的三大作用，供以提高地质一找矿的科学性，解决找矿工作者面临的高难度和高风险的找矿实际问题。但是由于成矿地质体的复杂性、直接和间接找矿理论的多样性、数据处理方法的多模式化，当前建立的找矿模型仍然包含有一定的不确定性。所以其建立模型理论，方法还要不断探索，提高建立模型质量，才能用它有效地指导勘查工作。

应用地质、物探、化探、航卫数据中包含的成矿信息构制找矿模型是当前地质找矿工作的需要，也是当代科学找矿的发展趋势。但是在找矿模型的表达式中，不能过分强调一种方法的有效性而否定或排斥另一些方法的效果，而应从找矿实践出发，在找矿方法最佳组合前提下，标定找矿模型的各项参数，直观而又逻辑地表达各类成矿信息和使用的方法的最佳组合，提出科学找矿的地质前提和方法配置。建立找矿模型标志着综合技术找矿方法的发展和理论上的提高，而且标明理论找矿步人新阶段，即矿产勘查理论的整体提高。找矿模型的内容展示了地质一找矿物件的具体轮廓，通过直接找矿信息的标定、综合和推断解释，阐明间接找矿信息与勘查对象间的空间联系。但由于勘查对象的物理、化学性质差异甚大，通常将找矿模型按方法、手段的组合划分为：①地质经验找矿模②地质一地球物理找矿模型③地质一地球化学找矿模型；④地质一地球物理一地球化学综合方法找矿模型。

六、结语

建立成矿模式对于矿床的勘察、研究与矿床学理论的发展有着十分重要的意义，为此我们仍需继续努力，对已建模式进行不断的改进和完善，从而使成矿模式日趋完美。

参考文献：

[1]赵晓霞,刘忠法,戴塔根等.山西辛庄金矿床成矿模式分析[J].中南大学学报（自然科学版）,2013,(5).

数控机床的概述篇4

关键词：故障诊断技术；数控机床；主轴诊断

中图分类号：TG659文献标识码：A文章编号：1674-7712（2013）18-0000-02

一、前言

数控机床故障是现代企业的生产中的一大障碍，一旦出现故障，不仅会导致机床本身的损坏，还会影响整条生产线的连续生产，严重时将使整个正常工作停滞。所以，各企业越来越重视数控机床的诊断及其技术的发展。数控机床与传统机床故障不同，诊断方式方法也不同，主要是因为数控机床具有更强的复杂性，排除数控机床故障需要采用更先进的诊断技术和更全面的检测技术，才能有针对性、更准确的诊断，故障排除才能够确保数控机床的正常运行。如果及时发现故障先兆并及时判断故障原因同时成功排除故障是本文要探讨的重点。随着电子测量技术、通信技术、计算机技术以及信号处理技术的快速发展，数控机床故障诊断技术的发展具有了技术基础并且在此背景下取得了良好的发展。在本文中，重点分析了几种科技含量较高的典型技术在数控机床故障诊断技术的运用及其重要作用。

二、故障诊断技术概述

在数控机床故障诊断中，机械故障诊断技术应用日益广泛。机械故障诊断技术主要是指在轴承、旋转机械、往复机械、齿轮等设备和零部件的故障诊断中应用得非常普遍。尤其是振动诊断方法已经比较成熟，给企业带来了可观的经济效益。数控机床内部结构的某些故障，系统一般不呈现报警信息，故障的诊断比较困难。

三、诊断数控机床故障的流程及步骤

严格意义上来说，诊断数控机床故障的流程及步骤应该包含发现故障、记录故障、检测故障和确定故障四个步骤（如下图1）。

图1诊断数控机床故障的流程及步骤图

还应该指出的是，故障有可能是内在的，也有可能是外在的，检测诊断时应从简单到困难，认真做好每次故障发生的记录，状态，排查故障的步骤以及方法，积累一定的经验，保证在以后的排查过程中不在出现类似的情况。

四、数控车床主轴故障诊断案例――以CK7815为例

（一）信号采集

1.检测原理

图2：检测原理流程框架图

2.测点选择及测量参数确定

在CK7815数控车床主轴、轴承处布置1号、2号两个传感器，以便于采集信号。数控机床信号采集，主要是确定信号采集部位及传感器的选型与安装。其中信号采集部位主要是考虑主轴、轴承位对振动信号较敏感，因此在前、后轴承位置安装传感器。传感器类型主要有速度、位移、加速度这三种类型。

在振动参数中，加速度参数对高频振动（>1000Hz）比较敏感，所以选择加速度传感器一般选用VM9503振动数据采集仪。

（二）信号分析方法

1.时域分析

时域描述是以时间为独立变量直接观测到或记录的信号。信号时域描述，能反映信号幅值随时间变化的关系。

2.小波分析

传统的傅立叶变换，只能对信号在整个时间段上进行分析，是一种全局的变换。因此，在分析实际的时变信号时，具有很大的局限性。小波变换在时域和频域同时具有良好的局部化特性，是对非平稳信号进行时频分析的理想分析工具。小波变换之所以可以检测信号的奇异点，正在于它的“小”，因为用小的波去近似奇异信号，要比正弦波要好得多。

3.频域分析

频率分析是指把振动信号按其频率、范围和结构进行分类分析，以频率为独立变量来表示信号，其揭示了各频率成分幅值所占的比重。

（三）数据处理

针对所检测信号，观察数据采集器所示的dB值。该值越大，说明振动能量越大，故障严重，反之故障轻微或不存在。近两年使用振动诊断技术，对数控机床主轴系统的机械故障进行了诊断，获得预期效果。

五、故障诊断技术在数控机床主轴诊断中的发展

（一）数控机床故障远程诊断技术

通信技术以及计算机的发展使当前的大部分数控系统都能够实现网络与数控机床的连接，这就为远程监控数控机床以及远程诊断数控机床故障创造了条件。通过这种诊断技术的利用可以较快的对数控机床所产生的故障做出定位并找出排除数控机床故障的方法，所以这种技术在很大程度上降低了由于故障诊断而进行的停机时间以及设备诊断与维修的费用。

在数控机床远程控制系统中，系统一端的多个数控机床通过局域网连接设备诊断服务器，设备诊断服务器通过Internet连接远程诊断中心，在数控系统中的数控机床通过以太网口等网络接口与局域网先练，设备诊断服务器一般设置在车间，设备诊断服务器可以对数控机床进行远程的监控与简单诊断。当设备服务器无法得出诊断结果时，可以通过对远程诊断中心的利用来开展诊断工作。远程诊断中心、设备诊断服务器以及数控机床利用通信线路实现信息的交互。

（二）专家故障诊断技术

专家故障诊断技术是一种Knowledge―Based（基于知识）的人工智能诊断系统。在进行故障诊断的过程中，诊断者只需要输入已知数据就可以获得专家结论并为故障诊断和故障定位提供依据。知识库的构建需要数控机床领域专家与知识工程师的合作，通过整理专家经验和知识并存放至知识库中来为故障诊断提供基本依据。其实质是在数控机床领域中通过运用大量的专家知识以及推理方法进行实际问题求解的人工智能计算机程序。一般情况下，专家故障诊断技术需要有知识库、数据库、知识获取程序、推理机和解释程序构成，其构成核心为推理机与知识库，其中推理机的职责在于通过对知识库中知识的运用来进行实际问题的解决，而知识库主要是进行专业知识的存储。

（三）ANN（人工神经网络）数控机床故障诊断技术

ANN具有联想、容错、推测、记忆以及对复杂多模式进行处理等强大功能，所以在数控机床诊断技术领域具有较大的发展和应用潜力。ANN是以对人脑思维的研究为基础，通过对大脑神经元结构特征的模仿并使用数学方法来进行抽象和简化而建立的非线性动力学网络系统。当前经常被用到的算法包括BAM（双向联想记忆）模型、BP（误差反向传播）算法以及FCM（模糊认识映射）等。ANN在数控机床故障诊断中的应用主要体现在三个方面：一是基于神经网络的知识处理功能形成专家故障诊断系统，从而实现传记故障诊断系统与ANN的结合并充分的发挥出各自的优势以推动数控机床故障诊断技术的发展。二是基于神经网络的预测功能当作最动态预测模型开展故障诊断；三是基于神经网络的模式识别功能当做分类器来开展故障诊断。

（四）虚拟现实（VR）数控机床故障诊断技术

虚拟现实技术建立于显示技术、计算机仿真技术、综合计算机图形技术、传感技术等多种技术的基础之上。通过对局域互联网、国际互联网、调制解调器等现代通信技术的利用可以研制出虚拟故障诊断的环境并实现数控机床设备故障的远程诊断。在虚拟的故障诊断环境内，通过计算机网络以及调制解调器可以实现数据的传送，从而使处于不同地点的专家能够处在同样的环境中确保故障分析、诊断与定位的科学性。虚拟现实技术可以利用计算机一级计算机软件和外部设备来对一种境界进行仿真，从而为用户提供能够反映出对象互相作用和变化的三位图形，并且能够将这个三位图形通过辅助传感器呈献给数控机床的故障诊断者，从而使数控机床的故障诊断者能够直接的探索和参与反映对象在特定环境中的变化和作用，具有很强的真实感。在数控机床故障诊断中，许多设备故障是无法在试验台模拟的，而通过虚拟技术的使用则对这一不足和缺陷进行了弥补。

参考文献：

[1]窦怀洛，郭丽娟，肖如锋.数控机床高速电主轴技术及应用[J].机电工程技术，2011，04.

[2]皮智谋，李强，任成高.基于运转噪声识别数控机床主轴轴承状态的研究[J].制造技术与机床，2011，07.

[3]逄玲.数控机床主轴部件的结构及其维护[J].职业，2011，20.

数控机床的概述篇5

关键词：组合机床加工单元柔性线概念自控线概念机床

1引言

在我国1975年，中国第一机械工业部颁布了第一批组合机床通用部件标准。这意味着中国已经具有成熟的自主研发组合机床技术。组合机床的应用也已深入到很多行业，是当前机械制造业实现产品更新，进行技术改造，提高生产效率和高速发展必不可少的设备之一。

但新兴技术正在使制造业的形态发生潜移默化的改变。高效、高精度也越来越平民化，原来的机床非常庞大，基本上都只存在于大型汽车制造商、研究机构以及相关国有企业中。但未来，新型组合机床可以做到和普通机床一样深入小型企业中。怎样能运用组合机床成型技术与高校生产率结合制造加工呢，柔性加工单元的出现已成为高效、高柔性机床的代名词。

2常用组合机床概述及配置形式

组合机床自动线按被加工零件的输送方式，分直接输送、间接输送和悬挂式输送三大类。组合机床自动线的配置型式，一方面是由被加工零件的尺寸和结构、生产率、车间面积、机床间最小距离、保证安全和操作方便以及车间工件及铁屑运输流向等因素所决定。另一方面，也和自动线制造单位的设备能力、通用部件的品种和规格以及刀具制造能力等有关。目前，直接输送和间接输送自动线使用较为普遍。

2.1组合机床概述

组合机床（modularmachinetool），是根据工件加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。

通用部件是组成组合机床的基础。用来实现基础切削和进给运动的通用部件，如单轴工艺切削头（即镗削头、钻削头、铣削头等）、传动装置（驱动切削头）、动力箱（驱动多轴箱）、进给滑台（机械或液压滑台）等为动力部件。用以安装动力部件的通用部件如侧底座、立柱、立柱底座等为支承部件。配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用夹具，组成的半自动或自动专用机床。

组合机床未来的发展将更多的采用可调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。

2.2组合机床单机配置型式

组合机床的按通用部件分大型和小型两大类。大型通用部件是指电机功率为1.5～30千瓦的动力部件及其配套部件。小型通用部件是指电机功率在0.1～2.2千瓦的动力部件及其配套部件。

组合机床除分为大型和小型外，按配置型式又分为单工位和多工位机床两大类。

（一）单工位组合机床配置型式：

1.卧式单面组合机床；

2.立式单工位组合机床；

3.卧式双面组合机床；

4.复合式双面组合机床；

5.卧式三面组合机床；

6.复合式三面组合机床；

7.卧式四面组合机床；

8.复合式四面组合机床。

（二）多工位组合机床配置型式：

1.固定式多工位夹具组合机床；

2.移动工作台组合机床；

3.回转工作台组合机床；

4.回转鼓轮组合机床；

5.自动线；

6.柔性线。

下面介绍现代常用组合机床自动线和柔性线配置型式：

2.3组合机床自动线配置型式

组合机床自动线按被加工零件的输送方式，分直接输送、间接输送和悬挂式输送三大类。组合机床自动线的配置型式，一方面是由被加工零件的尺寸和结构、生产率、车间面积、机床间最小距离、保证安全和操作方便及车间工件及铁屑运输流向等因素所决定。另一方面，也和自动线制造单位的设备能力、通用部件的品种和规格以及刀具制造能力等有关。目前，直接输送和间接输送自动线使用较为普遍。以下为组合机床自动线的配置型式。

（一）直接输送

1.通过式直接输送的组合机床自动线

2.非通过式直接输送的组合机床自动线

3.抬起输送带的组合机床自动线

（二）间接输送自动线

1.随行夹具水平返回的自动线

2.随行夹具垂直上方返回的自动线

3.随行夹具垂直下方返回的自动线

4.随行夹具复合式返回的自动线

5.封闭框形随行夹具自动线

（三）悬挂输送式自动线

自世界上第一台组合机床于1908年在美国问世以来已有80年的历史，30年代后组合机床在世界各国得到迅速发展，至今，它已成为现代制造工程中尤其是箱体零件加工所必不可少的关键重要设备之一。

3现代组合机床的柔性化

组合机床的柔性化主要是通过采用数控技术来实现的。柔性自动线的重要组成部分是数控加工模块。由数控加工模块组成的柔性自动线，可通过应用和改变数控程序来实现自动换刀、自动更换多轴箱和改变加工行程、工作循环、切削参数以及加工位置等，以适应变型品种的加工。柔性自动线用的数控加工模块，按其数控坐标（轴）数主要有：单坐标（Z）、双坐标（X-Z、Y-Z、Z-U和Z-B等）和三坐标（X-Y-Z）加工模块；按其主轴数，有单轴和多轴加工模块，也有单轴和多轴复合加工模块。

4概念组合机床的自控化

组合机床自控线其最主要组成部分是以多台加工单元通过自动输送料装置链接为一条完整的自控线。工控机（IndustrialPersonalComputer，IPC）即工业控制计算机，是一种采用总线结构，对生产过程及机电设备、工艺装备进行检测与控制的工具总称。工控机具有重要的计算机属性和特征，如具有计算机CPU、硬盘、内存、外设及接口，并有操作系统、控制网络和协议、计算能力、友好的人机界面。工控机是为其他各行业提供可靠、嵌入式、智能化的工业计算机。

5结论

现代制造工程从各个角度对组合机床提出了愈来愈高的要求，而组合机床作为一门技术也在不断吸取新技术的成果进行自身的完善和发展。组合机床的自动线技术发展到今天，已经步入成熟发展阶段，自动线在柔性化、智能判断分析处理等人机一体化自控方面的进步，将带动世界工业生产体系进入新一轮的激烈竞赛中。

参考文献：

[1]大连组合机床研究所.组合机床设计（机械部分）.北京：机械工业出版.1975.

[2]李如松.柔性自动线.组合机床与自动化加工技术.1989年第五期.

数控机床的概述篇6

关键词：信息化；MES；DNC；MDC；NC程序管理系统；可视化数据展示；系统集成

中图分类号：TG659文献标识码：A文章编号：1007-9599(2012)01-0000-02

MachineNetworkProjectOverviewandImplementationDifficulty

ZhaoHaoran

(ShanghaiTobaccoMachineryCo.,Ltd.,Shanghai201206,China)

Abstract:Inthispaper,anoverviewofthemachinenetworkprojects,itscorefunctionality(distributedcontrolnetwork,productiondataacquisition,theNCprogrammanagement,visualdatadisplay)andotherapplicationsystems(PDM/CAPP,MES,toolmanagementsystem)integratedanalysisofmachinenetworkingprojectontheimportanceofmachinerymanufacturingenterprisestoimprovecompetitiveness

Keywords:Information;TheMES;DNC;TheMDC;NCprogrammanagementsystem;Visualdatadisplay;Systemintegration

一、引言

随着市场竞争的不断加剧，企业不断发展，信息化在经营管理中发挥着越来越重要的作用。各种信息化系统软件在我公司得到了应用和实施。其中MES即制造执行系统(ManufacturingExecutionSystem)，处于企业计划层和工业控制层中间，需要具备与ERP（EnterpriseResourcePlanning，企业资源规划）系统和数控系统保持双向通信的能力。

为了满足公司对于各生产制造部门对生产过程进行实时管理的要求，我公司决定与合作方共同建设支持各个生产车间相互协作的制造执行系统，通过MES平台的建设，将公司对于生产过程的核心流程及管理方法进行优化和固化，实现对核心生产制造过程的管理和传承。

机床联网项目在于搭建一个设备层（数控机床）的车间级分布式控制网络，并且实时采集机床数据和其它生产类数据，实现数控程序及相关联的生产要素（零件图纸、加工工艺、刀夹量具列表等）的有效管理，同时实现机床状态等的可视化展示等，将为接下来MES平台的有效搭建奠定下良好的基础，因此先行实施。

二、机床联网项目概述

机床联网项目的实施，为设备层级的有效管控提供了技术支撑，作为底层设备的信息化，是实施数字化制造的基础手段是公司推行数字化制造技术的基础，为公司推行的数字化工厂的建设起到举足轻重的作用。

我公司所实施的机床联网项目，包含四大系统：DNC（DistributedNumericControl分布式控制网络）系统、MDC（ManufacturingDataCollection生产数据采集）系统、NC（NumericalControl数字控制，简称数控）程序管理系统、可视化数据展示系统

（一）核心功能DNC（DistributedNumericControl分布式控制网络）系统。DNC系统是用于生产设备及工位智能化联网管理的系统。我公司机床联网项目所采用的DNC系统赋予了比以往工业传统DNC(程序传输)更深更广的意义：不仅能够联网所有的CNC数控加工设备，同时还能对自动化生产线PLC工作中心和其他所有的普通工位及测量工位进行联网管理。

我公司DNC系统所采用的网络连接方案：我们在车间每台数控设备内部都配备一个“串口联网设备”，通过每个数控设备内部的串口联网设备，将数控设备的程序传输数据流、条码传输数据流、以及MDC信号反馈数据流都汇总成一个TCP/IP协议数据传输线，然后通过公司车间内部光线机柜再汇总到公司的企业内网中。方案优点：无视数控设备相互之间的间隔距离，无论设备分隔有多远都能够用最直接的网络布线方式解决，并且传输稳定，适用于车间设备比较离散的企业。DNC服务器也能够远离车间现场。方案缺点：每个串口联网设备都需要配备一个IP地址，比较浪费网络IP资源。

我公司DNC系统所采用的条码使用方案：为每台数控设备配备条码枪，通过操作人员在机床端用条码枪扫描条码的方式来调用程序。做法是在已有的派工单上，在程序名称（程序名称与零件、工序等任务信息是相关联的）旁增加对应条形码。在生产过程中由设备操作人员根据实际情况，用条形码扫描枪扫描条形码，扫描到的命令即可通过DNC网络传送到服务器，此时服务器会自动将与其相关的程序及生产要素（零件图纸、加工工艺、刀夹量具列表等）发送给现场设备端，现场操作员此时只需按设备控制系统上的“接收”按钮即可（如Fanuc控制系统可按“READ”键进行接收）

MDC（ManufacturingDataCollection生产数据采集）系统

MDC系统是一套通过多种灵活方法采集生产现场的实时状态数据（包括设备、人员和生产任务等），将其存储在Access、SQL或Oracle等数据库中，并以先进的精益制造管理理念为基础，结合自带的专用计算、分析和统计方法，以报表和图表直观反映当前或过去某段时间车间的详细制造数据和生产状况的系统。

MDC系统通过向决策者提供真实的车间数据报表和图表，来帮助企业生产部门做出科学和有效的决策，帮助企业改善生产制造过程。

我公司MDC系统解决方案的整个系统网络是基于机床联网项目的DNC和TCP/IP网络的。系统采用了多种生产数据采集方式：有标准条码采集、设备PLC自动数据采集、国际标准OPC接口自动采集。

我公司MDC系统通过实时采集到的生产数据，可以监控机床的实时工作状态（包括装夹调试、加工、停机、空闲等），并生成图报表，便于计划调度人员安排生产计划；对生产率、工作时间、设备利用率、生产趋势及生产计划执行度等进行分析并生成报表，帮助负责生产和设备管理的决策者回答很多现场制造方面的疑难问题，从而帮助改善和优化生产工艺过程。

NC（NumericalControl数字控制，简称数控）程序管理系统

NC程序管理系统能够实现对于数控程序编制、上传、审查、校对、批准、版本升级、覆盖和重命名、备份、加工现场调用等流程的管理。另外，系统还可以把数控程序及其说明文档进行集中管理，更好的保证了两者的同步性。可以把生产要素（零件图纸、加工工艺、刀夹量具列表等）集中管理、安全存储、部门共享、方便查阅。为车间流程无纸化管理奠定基础，消除或减少部分纸制文档管理，提高效率。

可视化数据展示

在实现机床数据实时采集的基础上，对车间机床进行三维建模，实时三维展示机床状态。通过动态浏览该界面，用户还可以轻而易举地了解整个车间的生产状况，还能定位到指定的一台设备，查询有关这台设备的生产细节。

我公司车间还配置了大屏幕和触摸屏等展示设备，实时展示设备状态、机床开机率、零件完工率等。每台数控设备旁配置的触摸屏工控机，还可以作为MDC系统数据采集的补充备用手段，设备操作人员还可以利用其查询现场数据反馈的正确与否，以及用其在现场无纸化查询浏览加工作业指导书（程序、图纸、刀具清单、装夹图示等。

（二）应用系统集成。与MES系统集成。MES（制造执行系统）作为一种业务性很强的管理系统，需要无数来自底层的数据支撑。工单、零件、工序、设备、人员等所有和现场有关的数据首先通过DNC-MDC系统的整合，采集得到真正和现场生产有关的数据，通过多种集成手段对数据进行客户化的分类汇总，最终反馈到MES中。

在集成过程中，DNC-MDC系统将接收来自MES系统的生产任务。新的生产任务被识别时，首先在DNC-MDC系统内建立新的生产任务以及对应的零件信息和工序信息，然后以工单（工票）的形式被派发到现场，最后通过设备操作人员扫描工票上的条码来实现数控程序调用、对任务的跟踪，并实时把任务的进度反馈回MES（例如：工单实际开始、结束时间等数据）。

三、实施难点

NC程序错综多样

我公司的主体生产模式，是以车间加工人员为生产中心，技术开发部为辅，几乎所有的NC程序的管理都是发生在车间现场。这就导致了在机床内部存贮有大量的NC程序。我公司的新老产品交替重叠，也致使机床内的NC程序错综多样，只有加工人员自己了解每个程序的加工内容。

综上所述，我公司机床联网项目所采用的管理方案是将现场设备内所有的NC程序通过DNC网络统一归档至NC程序管理系统服务器进行有效管理。为此提出了三项管理措施：1.NC程序命名必须遵守公司统一制定的NC程序命名规则。2.将NC程序的标准命名，添加到程序内部的备注中，这样当程序完成加工回传到DNC服务器进行备份、统一管理时，DNC系统将自动以该备注的标准名进行保存。3.在完成前两项措施的基础上，逐步将现场数控设备内固化的NC程序进行备份、导出。统一由NC程序管理系统进行管理、调配。

四、结论

我公司机床项目的实施完成了以下目标：

1.DNC系统：建立覆盖加工车间的分布式控制网络，实现NC程序的有效调用、稳定有效传输和在线加工等，实现刀补参数文件从对刀仪到机床端的有效传输。

2.MDC系统：实现对数控机床的实时数据和其它生产类数据的有效采集，并将采集的数据以报表或统计图表的形式供决策者参考分析。同时采集的数据对以后MES平台的生产调度和管理起到有效地指导作用。

3.NC程序管理系统：实现对NC程序的统一流程管理，并且在系统内实现NC程序与其关联生产要素文件统一管理。

4.可视化数据展示：在实现机床数据采集的基础上，对车间机床进行三维建模，通过现场的展示大屏幕、数控设备旁的触摸屏以及相关管理人员的PC终端对设备状态、设备开机率、零件完工率等进行有效展示。

综上所述，机床联网项目的建设，是我公司推行数字化制造技术的基础，为公司推行的数字化工厂的建设起到举足轻重的作用。

参考文献：

[1]张浩等编.工厂与车间自动化生产设备与系统[J].上海科学技术文献出版社,2000.2