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第1篇：數控機床的設計范文

【關鍵詞】開關量 輸入 輸出 PLC

【中圖分類號】TG659 【文獻標識碼】A 【文章編號】1009-9646(2008)09(a)-0159-03

由于數控機床中有大量的開關量信號需要處理,所以數控機床內部開關量信號的處理是相當重要的。當開關量信號數量較多時,可采用可編程控制器PLC來集中處理各種開關量信號。由PLC根據從 CNC 或現場(例如操作面板)輸入的離散開關量信息,在內部進行邏輯運算處理,并完成輸出控制功能。

1數控機床控制面板系統設計方案

1.1 機床操作面板按鍵設置

機床操作面板主要由操作模式開關、主軸轉速倍率調整旋鈕、進給速度調節旋鈕、各種輔助功能選擇開關、手輪、各種指示燈等組成。現有的設計大多將手動操作面板的輸入／輸出作為開關量I／O的一部分,統一由一臺內置的或外置的可編程控制器(PLC)進行控制。各按鈕、旋鈕、開關的位置結構由機床廠家自行設計制作,因此各機床廠家生產的機床操作面板各不相同。在此以FANUC公司提供的標準操作面板配CK6140數控車床為例,其按鍵如表一所示。

1.2 部分操作按鈕的功能和操作方法

(1)自動運行方式(MEM):用存儲在CNC內存中的零件程序連續運行機床,加工零件。在自動運行狀態下,按下操作面板上各種機床功能開關(扳動功能開關的同時,其對應的功能燈將點亮),可使該功能起作用。這些功能開關包括:

①單程序段(Single Block):在自動運行方式(MEM)下,啟動“單程序段”功能,則按下程序循環啟動按鈕,執行完一段指令后程序暫停,機床處于進給保持狀態;繼續按下程序循環啟動按鈕,執行下一段程序后又停止。用這種功能可以檢查程序。

②選擇跳段(Block Delete):在自動運行方式(MEM)下,當“選擇跳段”功能起作用時,當程序執行中到帶有“/”語句時,則跳過這個語句不執行。

③選擇停止(Option Stop):在自動運行方式(MEM)下,當“選擇停止”功能起作用時,當程序執行到“M01”指令,程序暫停,機床處于進給保持狀態。

④試運行(Dry Run):不裝夾工件只檢查刀具的運動。通過操作面板上的旋鈕,控制刀具運動的速度。用于檢驗程序。

⑤機床閉鎖狀態:即機床坐標軸處于停止狀態,而只有軸的位置顯示在變。可以將機床閉鎖功能與試運行功能同時使用,用于快速檢測程序。

(2)編輯方式(Edit):選擇編程功能和編輯方式,可以輸入及編輯加工程序。

(3)手動數據輸入方式(MDI):該方式可用于自動加工,也可以用于數據(如參數、刀偏量、坐標系等)的輸入。

(4)返回參考點方式(REF):參考點是確定坐標位置的一個基準點,有時將參考點設置為換刀點。測量系統使用相對位置編碼器的機床通電后應進行返回參考點。用操作面板上的開關或按鈕將刀具移動到參考點位置即手動回參考點;用程序指令將刀具移動到參考點位置即自動返回參考點。

2 機床操作面板地址與連接器的引腳分配

2.1 輸入信號

輸入信號主要為操作面板的按鈕信號、機床各種位置檢測信號和來自CNC的信號,在此選擇部分信號如下面各表所示。

2.2 開關量輸入接口引腳定義

2.3 輸也出信號

3 控制面板與數控系統的接口

控制面板與數控系統的接口如圖1所示。

4 PLC 的選擇與連接

4.1 選擇要求

根據生產工藝要求,分析被控對象的復雜程度,進行I／O點數和I／O點的類型(數字量、模擬量等)統計,列出清單。適當進行內存容量的估計,確定適當的留有余量而不浪費資源的機型(小、中、大型機器)。并且結合市場情況,考察PLC生產廠家的產品及其售后服務、技術支持、網絡通信等綜合情況,選定價格性能比較好的PLC機型。在選擇 PLC 時主要考慮以下因素:

(1)功能范圍。根據系統控制要求選擇所需PLC模塊的種類和數量,以及系統所需的I/O點數,并畫出I/O連接草圖。

(2)存儲器容量。根據系統大小不同,選擇用戶存儲器容量不同的PLC選擇方法主要憑經驗估算,其估算法有下列兩種:

①PLC內存容量(指令條數)約等于I／O總點數的10～15倍;

②指令條數＝6×(I/O)+2×(Tm +Cn),式中,Tm為定時器總數,C n為計數器總數。有時可在其基礎上增加20％的裕量。

(3)處理時間。PLC從處理一個輸入信號到產生一個輸出信號所需的時間稱為處理時間。

4.2 機型選擇

(1)主機機型選擇

不同 CNC 的PLC,其程序容量、處理速度、功能指令以及非易失性存儲區地址不同,考慮到通用性與擴展性,在此選擇三菱 FX2N 通用模塊,型號為FX2N-80MRD-001。

(2)開關量輸入模塊的選擇

由于數控機床控制面板均為開關量,開關量輸入模塊將外部過程的開關量信號轉換成可編程控制器CPU 模塊所需的信號電平,并傳送到系統總線上。其模塊種類,按電壓分主要有直流24V和交流220V兩種,我們選擇24V直流電壓;按保護形式分有隔離和不隔離的兩種,為保證系統可靠工作,我們選擇光電隔離形式;按點數分有8點、16點、32點三種,考慮到數控機床的控制需要約為輸入80點,在此選擇FX2N-48ER。

(3)開關量輸出模塊的選擇

開關量輸出模塊就是將CPU模塊處理過的內部數字量信號轉換成外部過程所需的信號,并驅動外部過程的執行機構、顯示燈等負載。開關量輸出模塊的種類也很多,與輸人模塊一樣,有各種電壓等級、各種保護形式、各種點數。除此之外,開關量輸出模塊還有不同的輸出方式(如晶體管輸出、繼電器輸出等)和不同的輸出功率。選擇開關量輸出模塊時,有些內容與選擇開關量輸入模塊相同,如選擇電壓等級、模塊密度、備用點設計等。除此之外,根據開關量輸出模塊的情況還應注意輸出方式、輸出功率等內容。數控機床的控制需要約為輸出50點,在此選擇FX2N-32ER。

4.3 開關量輸入和輸出的連接

(1)通過I／O Link 輸出的輸入／輸出信號。如機床操作面板的信號示意圖所示。

(2)通過印刷電路板的信號轉接信號。該信號用于操作面板側信號的轉接而設計的,如機床操作面板的信號示意圖所示,信號名稱為TR1 ～ TR8,該信號僅僅用于把通用開關信號(通過CA65插座)連接到強電柜側的信號轉接用。例如:將一開關信號連接到CM68的TR3上,由于CA65插頭的TR3與該點相連,該信號就通過CM65連接到強電柜中了。

5 PLC外部電路設計

5.1 設計要求

PLC控制系統的電氣設計包括:原理圖、元器件清單、電柜布置圖、接線圖與互連圖。電氣設計時特別要注意以下幾點:

(1)PLC輸出接口的類型,是繼電器輸出還是光電隔離輸出等。

(2)PLC輸出接口的驅動能力,一般繼電器輸出為2A,光隔輸出為500mA。

(3)模擬量接口的類型和極性要求,一般有電流型輸出(－29mA～+20mA)和電壓型輸出(－10V～+10V)兩種可選。

(4)采用多直流電源時的共地要求。

(5)輸出端接不同負載類型時的保護電路。執行電器若為感性負載,需接保護電路,電源為直流可加續流二極管,電源為交流可加阻容吸收電路。

(6)若電網電壓波動較大或附近有大的電磁干擾源,應在電源與PLC間加設隔離變壓器、穩壓電源或電源濾波器。

(7)注意PLC的散熱條件,當PLC的環境溫度大于55℃時,要用風扇強制冷。

5.2 抗干擾措施

(1)電源的合理處理,抑制電網引入的干擾

對于電源引入的電網干擾可以安裝一臺帶屏蔽層的變比為1:1的隔離變壓器,以減少設備與地之間的干擾,還可以在電源輸入端串接LC濾波電路。

(2)安裝與布線

PLC應遠離強干擾源,在柜內PLC應遠離動力線(二者之間距離應大于200mm)。與PLC裝在同一個柜子內的電感性負載,如功率較大的繼電器、接觸器的線圈,應并聯RC消弧電路。

PLC的輸入與輸出最好分開走線,屏蔽層應一端或兩端接地,接地電阻應小于屏蔽層電阻的1/10。

(3)I/O端的接線

輸入接線一般不要太長。但如果環境干擾較小,電壓降不大時,輸入接線可適當長些。

輸入/輸出線不能用同一根電纜,輸入/輸出線要分開。

盡可能采用常開觸點形式連接到輸入端,使編制的梯形圖與繼電器原理圖一致,便于閱讀。

采用繼電器輸出時,所承受的電感性負載的大小,會影響到繼電器的使用壽命,因此,使用電感性負載時應合理選擇,或加隔離繼電器。

PLC的輸出負載可能產生干擾,因此要采取措施加以控制,如直流輸出的續流管保護,交流輸出的阻容吸收電路,晶體管及雙向晶閘管輸出的旁路電阻保護。

(4)正確選擇接地點,完善接地系統

良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件,可以避免偶然發生的電壓沖擊危害。接地的目的通常有兩個,其一為了安全,其二是為了抑制干擾。完善的接地系統是PLC控制系統抗電磁干擾的重要措施之一。

PLC控制系統的地線包括系統地、屏蔽地、交流地和保護地等。接地系統混亂對PLC系統的干擾主要是各個接地點電位分布不均,不同接地點間存在地電位差,引起地環路電流,影響系統正常工作。此外,屏蔽層、接地線和大地有可能構成閉合環路,在變化磁場的作用下,屏蔽層內又會出現感應電流,通過屏蔽層與芯線之間的耦合,干擾信號回路。若系統地與其它接地處理混亂,所產生的地環流就可能在地線上產生不等電位分布,影響PLC內邏輯電路和模擬電路的正常工作。PLC工作的邏輯電壓干擾容限較低,邏輯地電位的分布干擾容易影響PLC的邏輯運算和數據存貯,造成數據混亂、程序跑飛或死機。模擬地電位的分布將導致測量精度下降,引起對信號測控的嚴重失真和誤動作。

PLC控制器為了與所控的各個設備同電位而接地,叫系統接地。接地電阻值不得大于4Ω,一般需將PLC設備系統地和控制柜內開關電源負端接在一起,作為控制系統地。

6 結論

數控機床生產廠家根據自己機床的工藝特點,購買數控系統,經過二次開發,形成工藝性能和操作互不相同的數控機床產品。二次開發的工作量絕大部分在于開關量I／O的設計,而其中又有60%以上的工作是根據工藝性能與操作設計手動操作面板。事實上,手動操作面板的輸入／輸出僅僅是控制信號開關量I／O,對其驅動能力的要求很低,是一類特殊的數控機床開關量I／O。如果將手動操作面板的輸入／輸出與數控機床其它開關量I／O不加以區別,會大大增加數控系統二次開發的工作量,數控機床手動操作面板無法標準化和模塊化,其經濟性也會受到很大影響。

參考文獻

[1] 畢承恩等編著.現代數控機床(上、下冊).北京:機械工業出版社.1993.

[2] 熊軍.編著.數控機床維修與調整.北京:人民郵電出版社.2007.

[3] 祝紅芳等編著.PLC及其在數控機床上的應用.北京:人民郵電出版社.2007.

第2篇：數控機床的設計范文

關鍵詞：數控 機床 系統 設計

中圖分類號：TH 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2013）05-0217-01

一、數控機床機電一體化技術簡介

數控機床機電一體化技術的基本概念是指將機械學、電子學、信息處理和控制及專用軟件等當代各種新技術進行綜合集成的一種群體技術。機電一體化系統主要有五個組成部分：動力、機構、執行器、計算機和傳感器，組成一個功能完善的柔性自動化系統，其中計算機、傳感器和計算機軟件是機電一體化技術的重要組成要素。機電一體化系統具有結構簡單、功能多、效率高、精度高、能耗低的特點，與傳統的機械產品比較，機電一體化產品至少有以下三個優點：

1、原有的機構產品中增加信息處理裝置及相應軟件，來替代原有產品的部分機械控制機構，不僅提高了自動化程度，而且能大大提高產品質量，同時也降低了生產成本，提高經濟效益。

2以機電一體化技術為主的新型產品，與原機械產品相比，不僅結構簡單，而且功能更加豐富，精度也得到提高。

3、將電子技術、傳感器技術、控制技術與機械技術各自的優勢結合起來，形成綜合性優勢，可開發出具有多種功能、智能化的高新技術產品。

二、數控機床總體設計原則概述

一個較完善的機電一體化系統，包括以下幾個要素：機械本體、能源部分、測試傳感部分、驅動裝置、控制及信息處理單元，各要素之間通過接口相聯系。下面我們進行具體論述：

1、機械部分：機械部分設計與分析將根據機械設計原理提出幾種機械設計方案，并對這些方案進行比較選擇，闡明設計方案選擇的理由以及所采用方案的特點；同時，就設計過程闡述，本人對有關設計進行表述：

本設計是一個主要用于教學實驗用的數控銑床系統，是要對零件進行銑削加工的。我們要論證教學實驗用的數控銑床系統的總體方案，就需要對該系統有一個整體的了解。要進行總體方案論證，先要熟悉設計參數，我們才能以此為依據進行取舍。下面就是我這次設計的參數：實驗用的數控銑床系統，其工作參數如下：機床尺寸（寬×長×高）：760×1475×1400（××）；最大加工范圍（X×Y×Z）：400×300×150（××）；主軸電機功率：60（W）；主軸轉速：3000（r/min）平；工作臺尺寸160×160（×）；空間加工范圍170×160（×）；工作臺最大承重s50（）；工作速度：0～5（m/min）快速移動速度8m/min；數控機床的結構形式有很多，通過對其主要的結構形式的分析，大體上最常見的可分為如下兩類：

首先是工件沿X坐標方向移動的類型，這類機床主要采用的是龍門式結構，其工作的原理為：工作臺沿X方向移動。而Y坐標則為打印頭在由雙立柱及橫梁構成的龍門上的運動，既可用于二、三坐標作平面銑削，又可以擴展為四坐標機床用于切割管件和型材，還能構成五坐標機床加工空間曲面。這類機床的規格尺寸較大。另外工件沿X坐標方向移動式結構還有兩種懸臂式的結構，一者是為工作臺沿X坐標方向移動，另一者為工件及夾具同時沿X坐標方向移動，其規格尺寸都比龍門式的要小。

其次是工件沿X、Y二坐標方向移動的類型這類機床多為單純用于切割的二、三坐標機床，其切割頭懸臂伸出，在水平面內并無移動；而工件則可以沿X、Y兩個方向運動，這類機床的結構比較簡單，規格尺寸也較小，最大2000x1500（mm×mm）。工件沿二坐標方向移動的類型又可分為十字工作臺式和工件與夾具移動式兩種；前者工件與工作臺連動，規格更小些；后者規格尺寸稍大，工作臺固定不動，而工件則由夾具夾持著移動，大多是與自動沖裁技術結合在一起成為可完成切割銑削，沖裁等多種加工功能的多功能機床。

2、電氣控制系統方案：要實現對機電一體化的數控機床的有效控制，這樣的電氣控制系統有多種方案可以選擇。其中最主要的是采用：采用單片機的控制系統；采用集成DSP芯片的控制板與PC機相聯系的控制系統；采用PLC與PC機相聯系的控制系統。各控制系統方案的特點與比較：

采用單片機的控制系統所謂的單片機即是一塊集成了CPU、RAM＼ROM（EPROM或EEPROM）、定時/計數器、時鐘、多種功能的串行和并行I/O口的芯片。如 Intel公司的8031系列等。除了以上基本功能外，有的單片機還集成有A/D、D/A，如Intel公司的8098系列。概括起來說，單片機具有如下特點：可靠性好：芯片本身是按工業測控環境要求設計的，其抗工業噪聲干擾優于一般通用CPU；程序指令，常數，表格固化在ROM中不易破壞；許多信號通道 都在一個芯片內部，故可靠性高。易于擴展：片內具有計算機正常運行所必須的部件，芯片外部有許多供擴展用的三總線及并行、串行I/O管腳，很容易構成各種規模的計算機應用系統。控制功能強：為了滿足工業控制要求，一般單片機的指令系統中均有豐富的條件分支、I/O口的邏輯操作以及位處理指令。

而采用PC與PLC相聯系的控制系統可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController，簡稱PLC），則是以微處理器為核心的工業控制裝置。它是計算機家族中的一員，是為了工業控制應用而設計的，主要用于代替繼電器實現邏輯控制。這種控制裝置將傳統的繼電器控制系統與計算機技術結合在一起，具有高可靠性，靈活通用，易于編程，使用方便等特點，而且隨著技術的發展，它的功能早已大大超出了邏輯控制的范圍，因此近年來在工業自動控制，機電一體化，改造傳統產業方面得到廣泛地應用。雖然各種PLC的組成各不相同，但是在結構上是基本相同的，一般由CPU，存儲器，輸入輸出設備（I/O）和其他的可選部件組成。CPU是PLC的核心，它用于輸入各種指令，完成預定的任務。自整定，預測控制和模糊控制等先進的控制算法也已經在CPU中得到了應用存儲器包括隨機存儲器RAM和只讀存儲器 ROM，通常將程序以及所有的固定參數固化在ROM中，RAM則為程序運行提供了存儲實時數據與計算中間變量的空間；輸入輸出系統I/O使過程狀態和參數輸入到PLC的通道以及實時控制信號輸出的通道，這些通道可以有模擬量輸入、模擬量輸出、開關量輸入、開關量輸出、脈沖量輸入等，使PLC的應用十分廣泛。

參考文獻：

第3篇：數控機床的設計范文

【關鍵詞】數控系統；數控車床；主電路；控制電路

1 數控機床的簡介

NC（Numerical Contro）數字控制是指用數字指令轉化為機器語言來控制機器的運轉。它主要面向控制對象有三個：設計程序對動作順序的控制；對數控機床的刀具、開關、冷卻設備等輔助功能的控制；

在對加工設別的部件位移量和該加工部件對位置的控制。相比普通機床來說，數控機床有許多突出優勢：

1）在利用數控機床以加工多品種，利用數控加工可以達到加工進度快和自動化效率高的程度。

2）數控機床采用的數控技術在加工同等部件時，生產質量穩定。

3）在通過數控機床加工得到的零件，在精度上有明顯的提高，可以提高零件的互換性。

4）在生產過程中，由于生產時間一定，在方便管理的條件上，數控機床可以進一步提高生產的標準化。

5）數控加工可以制造具有復雜外形的零件。

6）在數控設備被數控技術大量控制下，可以大幅度減少熟練工人。

7）加工時間一定，則生產周期可以大幅度縮短。

2 未來數控技術的發展過程

數控技術不僅在制造工業上得到大量使用，如今在社會的各個應用方面都起到了重要的作用。例如在IT、輕工業、汽車業等大量民生的重要行業。隨著數控技術的發展，這些行業的發展起著重要的作用。在數控技術有這幾個熱門研究方向：

1）高精度，效率高加工的技術

隨著機床的高性能的加工刀具日益成熟，刀具的硬度，強度有助于更快的加工零件，且隨著刀具的發展，在高精度上有著顯著的提高，因此大力發展加工技術的高精度和效率高有主于數控機床的加工周期，縮減了加工工序。

2）特殊加工機床五軸聯動加工和復合加工機床的應用

由于過去的五聯動加工機床的造價高，成本高，在性價比上不如三軸聯動加工機床。但在五軸聯動機床中，在對三維曲面零件的加工不僅光潔度高，并且相對三軸聯動加工機床加工速度快。并在在加工特殊零件時，更是能發揮出更高的利益，例如對立方氮化硼等超硬材料銑刀進行高速銑削淬硬鋼零件時。由于電主軸的誕生，使得在制造五軸聯動加工和復合加工機床中的復合主軸頭較為簡單，在其制造難度和造價的降低，在使用三軸聯動加工機床的廠商一逐漸轉型利用更為快捷的五軸聯動加工機床，促進在機床的發展。

3）現代數控系統所發展的主要趨勢

智能、開放、共享是現如今數控系統發展的主要進程，使數控機床變得網絡化、智能化、開源化，有利于數控技術的發展。在加工過程中數控機床受到數控程序的控制，因此在控制電機的運轉參數和在前饋控制等以及在程序編程的智能化上應大力發展。在應用上可以添加人性化的智能界面，數控系統的開發在開放式數控系統，就是可以在統一，唯一的運行平臺上對使用機床廠商和最終的使用用戶中，是通過對數控功能的刪減或增加、集成等，形成獨有的系列。可以方便最終用戶對其機床的選擇，因此成為該機床生產商的鮮明品牌，在這個需要鮮明的核心競爭力的社會里，進行對需求廠商有著充分的理解才能立足這個行業。

3 數控機床電氣系統簡介

數控系統的電氣系統是以集成電路和半導體器件為主而組成的控制系統電路，電氣系統在數控機床相當于大腦，因此數控機床在使用過程的故障一般是電氣系統的故障，電氣系統的故障又大都在機床本身的低電壓故障。

4 數控機床電氣控制系統的電路設計

4.1 電路設計

1）數控機床使用的電動機是變頻器驅動的，它的齒輪在讓電動機減速時，會受到其一些方式的阻礙。齒輪在轉動時，如果低速，對于油沒有要求，一旦超過額定轉速時，會有油用光的不測。

2）通常我們應該選用比通常容量大的變頻器，當他的驅動的繞線轉子與電動機不同步時，由于繞線轉子繞組的阻抗比較小，所以選用容量大的較為安全。

3）選用變頻器時，要求變頻器的連續輸出電流比較大，因為用它來驅動同步電動機時，會降低輸出容量，大概降低百分之十幾。必須比同步電動機的額定電流和牽入電流的乘機還要大。

4）對于有負載的機器，它的變頻器也要選擇額定電流更大的。因為在工頻運行時，會因峰值電流出現電流保護現象，比如像壓縮機、振動機和油壓泵等機器。

5）對于潛水泵的電動機選取時，我們選取的變頻器的額定電流要比潛水泵的額定電流大，因為潛水泵的額定電流比一般的額電動機的額定電流要大很多。

6）有些變頻器的選取則要選用容量較大的，因為有的機器的啟動電流比較大，為了安全起見，對于這類機器的變頻器要求容量較大，比如羅茨風機和特種風機等。

7）在變頻器的使用過程中，對于周圍的用電器應該采取防干擾措施。由于變頻器的使用過程中，它會產生很多干擾電磁波，這會對周圍的一些精密儀器產生干擾，所以在其周圍的精密儀器應該做好防干擾措施。

8）變頻器的使用過程中還會出現很大的噪音，對于這個問題最有效的解決辦法是把變頻器接地。而對于接地也是有要求的，要求接地的導線電阻和橫截面都比較小。

4.2 變頻器回路設計的簡介

1）主回路：為了防止變頻器影響其他的用電設備必須安裝電抗器，因為當變頻器的容量太大時，它產生的高次諧波在回路中會對好多受電設備有影響；而在變頻器的輸出位置，濾波器的安裝必不可少，因為濾波器可以有效的減少高次諧波。

2）控制回路：變頻器使用時，它的頻率是要受到控制的，所以要有工頻變頻的手動切換，電壓不能通過輸出端，所以工頻和變頻要有相互鎖定作用。

4.3 對于變頻器產生的電磁干擾的降低措施

為了減少對發射源的干擾，我們在安裝變頻器和電機時應該縮短兩者之間的距離；電纜的選取要選用屏蔽電纜，變頻器跟電機的連接電纜也必須采取屏蔽措施；電纜的布置，電機的電纜要單獨走線，不能與其他的電纜平行，因為變頻器輸出的變化電壓會產生電磁干擾；信號線的選取，應該全部使用屏蔽雙絞線，特殊的要用三芯電纜。

5 總結

通過對數控技術深度研究，我們發現數控技術在數控設備有著重要的作用，尤其是其中電氣控制系統，因此我們對其進行設計研究將會促進國家在國際制造業起到至關重要的作用。我們國家在進行數控機床的電氣控制系統的設計研究中將會在未來大幅度提高我國的制造業。

【參考文獻】

[1]寥常初.PLC編程及應用[M].北京：機械工業出版社，2005（7）.

[2]邱公偉.可編程序控制器網絡通信及應用[M].北京：清華大學出版社，2000（7）.

第4篇：數控機床的設計范文

一、引言

數控機床是現代制造系統的基本裝備，是科技含量很高的工作母機。數控機床作為一種結構復雜的先進加工設備，在現代機械加工中處于比較重要的地位，為機床用戶帶來了巨大的效益。目前國內研發的數控機床在精度、速度、多軸聯動和復合加工等先進功能方面取得了比較明顯的進步，但功能和性能指標的維持能力與國外高檔產品還存在較大差距，數控機床可靠性問題已經成為各方關注的焦點。

2009年和2010年，工信部共了13個機床可靠性技術研究類重大專項課題。“可靠性設計與性能試驗技術”排在機床共性技術的首位，是共性技術中課題數量最多的，目的之一是充分發揮各單位的可靠性研究特長，形成完善的機床可靠性技術體系。最后將各單位的研究特長進行整合，并將可靠性技術成果在數控機床上進行應用，對數控機床可靠性水平的提高起到積極的技術支持作用。

數控機床是一個復雜的機電液復合系統，不同于一般的電子產品和機械產品那樣具備相對完整的可靠性理論體系，同時不像軍工裝備那樣可以不計成本地進行可靠性技術體系的建設與實施，也不具備汽車及消費電子產品的批量大、工藝成熟及基礎數據積累豐富的優勢。針對數控機床進行可靠性技術研究應該在借鑒其他領域可靠性技術研究的經驗及成果上，緊密結合數控機床自身特點制定并實施正確的技術路線，才能形成有工程價值的數控機床可靠性技術。

結合多年來可靠性工作的經驗，筆者認為數控機床的可靠性首先是設計出來的，沒有設計環節的確立、生產環節的保證和使用環節的保持就無從談起，因此想要提高數控機床產品可靠性必須要從設計和分析環節入手，將數控機床可靠性技術貫徹到產品的設計、分析和評審環節，才可以從根本上提高產品的可靠性水平。筆者認為目前針對數控機床可靠性研究的現狀，在可靠性設計與分析環節應該分別進行如圖1和圖2中所示的各項工作項目。

二、數控機床可靠性分析技術

1.故障信息收集及分析

針對已有數控機床故障信息的分析不僅可以了解產品的可靠性薄弱環節，更重要的是可以為改進并提高產品可靠性提供依據。由于可靠性數據的收集、獲取及分析是可靠性工作的基礎，因此應該高度重視可信數據的獲取及分析。

為了數控機床可靠性技術研究的需要，可以規劃將收集的可靠性數據類型分類為故障數據、維修數據和載荷數據三類，數據來源為用戶處及廠內可靠性試驗、廠內裝配車間出廠試驗以及加工車間實際使用過程中暴露出的相關問題，采取“一外三內”的可靠性數據來源途徑。由于可靠性關鍵可靠性度量指標MTBF需要精確的時間統計，因此一定要對數控機床的實際工作時間進行盡可能精確的統計。

可以利用Excel、Mintab和Foxtable等軟件實現對機床可靠性數據的存儲以及進行基本的數據統計，得出不同類別數控機床故障高發系統等信息，并將不同類型、規格數控機床數據進行了分類保存。也可以通過購置Relex等專業可靠性分析軟件進行數據統計，可將收集的可靠性數據匯總存儲專業數據庫軟件中，通過Relex軟件方便地對數據進行管理和調用，并實現專業的數據統計分析，將大幅提高機床可靠性數據統計的專業性以及工作效率。

2.可靠性匹配分析

通過對某數控機床產品故障信息進行分析，電氣系統、液壓系統、排屑系統為故障高發系統，故障數累計占到總故障的76%，經過對故障原因的溯源，除裝配調整環節占29.5%之外，其余70.5%以上是外購件問題。因此要結合產品使用特點、工況譜、零件譜和載荷譜等信息，綜合分析外購件、功能部件與整機的匹配性，合理選擇外購件來保障整機的可靠性。

3.故障模式、影響及危害性分析（FMECA）

FMECA應該作為數控機床可靠性設計過程的主體工作貫穿可靠性設計過程的始終，FEMCA分析的原則應該遵循“誰設計、誰分析”、“邊設計、邊分析、邊改進”，在實施過程中應該由負責設計的工程師直接、主動地聯系有關部門的代表，FMECA應該成為促進相關部門充分交換意見的催化劑，在每一個分析小組還要配備一名可靠性專業技術人員作為技術支持。

針對不同數控機床產品要建立相應的故障模式表單，故障模式一般的獲取方式有：①以相似產品在過去使用中的故障模式為基礎，通過使用環境的異同判定故障模式，該方法適用于產品改型等情況；②對新產品應該從功能、結構出發并結合相似產品故障模式，分析判定其故障模式；③對于外購件可以向供貨商索取其產品的故障模式。

在分析故障原因時從兩方面入手：①導致故障的各環節缺陷等直接原因；②由外部因素引起故障的間接原因。同時為了便于提高設計人員FMECA分析效率，可靠性技術部門可以建立“FMECA字典”，即固化不同產品的故障部位、故障模式、故障原因，形成查找模板并定期更新，產品設計人員可以進行“菜單式”的選擇，規范了流程、提高了效率。

在實際的FEMCA分析中還可以結合危害性矩陣、RPN分析等方法充實完善FMECA過程。

4.故障樹分析（FTA）

故障樹分析是一種圖形演繹法，主要目的是針對重點故障進行因果邏輯分析，找出其發生的所有可能原因和原因組合，便于故障的歸零處理。在故障樹分析的過程中要多部門共同參與，并明確建樹的邊界條件。

三、數控機床可靠性設計技術

1.可靠性建模

數控機床的可靠性模型是對系統及其組成單元之間的可靠性/故障邏輯關系的描述。可靠性模型一般包括兩類：一是可靠性框圖，二是其相應的數學模型。針對數控機床的可靠性框圖屬于串聯模型，因此可靠性建模的重點是梳理及明確產品定義，并結合故障信息建立整機及各子系統的可靠度、故障率數學模型，得出可靠性特征量，為后期的可靠性預計、分配奠定基礎。

2.可靠性分配

可靠性分配是將產品可靠性的定量要求合理分配到子系統、組件、零件等單元上的分解過程，在具體操作過程中首先要形成分配的方法和流程，以及各功能部件的具體MTBF指標，使各單元的可靠性定量要求得到明確。對數控機床進行可靠性分配主要的目的有：明確各子系統、部件的可靠性定量要求，為外購件及外協件的可靠性指標提供初步依據；發現設計中的薄弱環節；對不同的設計方案進行比較等。

結合數控機床的實際特點，批量小的新產品由于缺少可靠性數據可以采用評分分配法，針對改型產品應該采取比例組合法進行可靠性分配。

3.可靠性預計

可靠性預計是為了評估數控機床在給定工作條件下的可靠性而進行的工作，通過組成數控機床的各子系統的可靠性來推算整機的可靠性，主要目的有：對整機可靠性指標進行預計；明確設計中的薄弱環節，以便加以改進；為后期可靠性試驗等提供數據。可靠性預計采用的方法為評分預計法。

四、數控機床可靠性設計準則

1.建立豐富的可靠性設計規范

應通過長期的工作及研究建立可靠性設計規范，設計規范將針對數控機床在設計環節進行的可靠性設計、分析工作進行需求與約束，明確不同產品采取的可靠性設計、分析手段及實施方法，驗證條件等信息。

2.建立可靠性設計評審大綱及流程

建立的評審大綱將評審內容涵蓋產品從概念到生產的所有開發階段，還可延伸到產品的使用階段。在可靠性設計評審過程中要邀請在產品設計、可靠性、制造、材料、應力分析、人為因素、安全和維修等各專業領域具有豐富經驗的專家參與評審。

五、數控機床可靠性分析技術應用實例

本文受篇幅所限無法對數控機床設計與分析技術進行詳細介紹，因此以“量大面廣”的立式加工中心為例，對如何利用軟件平臺對立式加工中心進行FMECA分析過程進行簡單介紹。該軟件平臺為沈陽機床集團與東北大學在國家科技重大專項“五軸聯動加工中心可靠性設計與性能試驗技術”

執行過程中聯合研發，依據所述，分析過程分為故障數據的調研和收集、故障數據庫的建立、主要故障模式與薄弱環節的確定三個主要環節，下面將舉例說明VMC650加工中心主要故障模式與薄弱環節的確定與分析。

1.VMC650加工中心的FMEA分析VMC650加工中心的子系統，包括工作臺、換刀系統、輔助系統、主軸箱部位、機械傳動系統、床身尾座系統、電氣控制系統、液壓系統、裝夾系統及CNC控制系統，由于加工中心部件層次結構已經基本確定，各子系統的分析步驟是相同的。下面僅以VMC650加工中心換刀系統為例，說明應用所開發軟件平臺實施FMEA分析的具體步驟。

用戶登陸軟件平臺后，通過單擊頂部的tab控件菜單，選擇FMEA故障記錄管理，進入FMEA分析。單擊左側的VMC650加工中心表示其整體構造層次關系的樹狀結構進行查詢。分析換刀系統，即單擊換刀系統，數據顯示區顯示VMC650加工中心換刀系統的故障，如圖3所示。如果想對單個記錄進行顯示，單擊右側的修改選中記錄項，可以具體查看換刀系統某個FMEA具體描述，如圖4所示。

同時，用戶也可以對其中的故障項目進行更新操作。為了結果更直觀，在圖3所示的操作界面上，單擊右側的按鈕第五項，輸出為Excel功能，進行輸出，如圖5所示，輸出結果如圖6所示。

該軟件平臺還可以進行“CA”分析，本文就不進行贅述了。

2.VMC650加工中心FMECA結果分析及薄弱環節的確定

經過在加工中心軟件平臺下進行的FMECA分析，在導出的FMECA故障Excel表中，通過Excel餅狀圖或柱形圖的輸出，可以更直觀地把握產品VMC650加工中心不同子系統的運行情況和危害度狀況等。

（1）產品危害度分析。

對現有VMC650加工中心不同子系統的分析結果表明，子系統危害度大小排序依次為電氣控制子系統、機械傳動子系統、刀架子系統、液壓控制子系統、床身尾座子系統、裝夾子系統、子系統、測量子系統及CNC控制子系統。其余系統的產品危害度較小。各個子系統的危害度情況如圖7所示。

（2）典型子系統故障模式概率（頻率比）分析。

選擇典型的刀庫系統進行子系統故障模式概率（頻率比）分析，如圖8所示。值得注意的是刀庫系統中，不能換刀故障模式頻發。

3.分析結論

由前述的分析結果，可以得到以下結論，如圖9所示。

（1）產品危害度的分析結果顯示了不同子系統的危害程度，分析表明電氣控制子系統的產品危害度最大，VMC650加工中心電氣控制子系統對整個加工中心的運行、可靠性的保證起著至關重要的作用。建議對電氣系統零部件采購、研發需要加強控制管理。

（2）對各個子系統故障模式頻率比的研究揭示了子系統中哪些故障頻出。例如，在刀庫子系統中70%的故障是刀庫不能換刀，排除工人的操作不當，這種現象非常不正常，已經嚴重影響了加工中心的日常運行。

（3）VMC650加工中心FMECA分析結果可以為機床的日常維護、產品改進設計提供寶貴的依據。對于頻出的故障，企業用戶有必要提高其安全等級，即提高檢修頻次，以保證系統的正常運行。最終，在產品升級過程中，對因結構設計缺陷引起故障頻發的部分，需要進行結構、工藝上的改進和完善。

第5篇：數控機床的設計范文

關鍵詞：LabVIEW；數控機床；熱誤差；在線建模

一、引言

隨著科技的發展，技術的進步，機械加工逐步朝著精密與超精密方向發展，機械零部件對于加工精度的要求越來越高，這就要求加工機床必須達到較高的加工精度。超精密的現代數控機床已逐步取代傳統的功能單一、加工精度低的舊機床。數控機床已成為加工制造的主流設備，經過多年的發展，數控機床的加工精度已經得到了很大的提升，但是還存在一些誤差影響其加工精度，比如，在加工過程中，機床產生熱量，會造成熱變形誤差；機床振動產生的振動誤差；刀具磨損導致的變形誤差等等，經過大量試驗證明，數控機床的誤差主要來自于加工過程中產生的熱變形誤差，熱變形誤差占總加工誤差的比例達到50%～80%，因此，必須采取相應措施來減少數控機床加工過程中產生的熱誤差。目前減少加工熱誤差的方法主要有誤差補償法和誤差防止法。誤差補償法是利用軟件技術人為的抵消一部分熱變形產生的誤差。本文主要介紹利用LabVIEW軟件平臺對虛空機床熱誤差進行自動測量，采用誤差補償法避免熱變形誤差。

二、數控機床溫度測量子系統與熱誤差測量子系統

數控機床溫度測量子系統可以測量并記錄數控機床的溫度，數控機床的溫度采集不同于其他的工業生產中溫度采集。因為數控機床具有體積大、結構復雜的特點，需要建立多個溫度采集點并且要多個傳感器協調工作，溫度采集點的安放位置要合理，盡可能全面的采集數控機床各個位置的溫度值；數控機床的工作車間有很多連接線，錯綜復雜的電線會產生電磁干擾，所以溫度傳感器要有較強的抗干擾能力，數據采集卡和傳輸線等電路部分要有一定的屏蔽能力，保證采集溫度值的準確性。

熱誤差測量子系統主要是對數控機床的熱誤差量進行測量。機床加工過程中產生熱量，從而產生熱位移，所以主要是通過對熱位移的測量來確定熱誤差量。該系統的熱誤差測量子系統的硬件平臺是由高精度的數據采集卡與電感傳感器組成，具有操作簡單、測量可靠性高、運行成本低等特點。熱誤差測量子系統工作過程中，熱位移的變化會轉化為電感式傳感器自感嫌棄系數的改變，變化的電壓與電流通過電流模塊轉化為熱誤差數據顯示，實現熱誤差的測量。

在對數控機床進行溫度測量并記錄溫度后，根據熱誤差量建立熱誤差模型。熱誤差模型是根據數控機床各個溫度測量點數據和熱誤差數據建立的，熱誤差建模是熱誤差補償技術的核心，熱誤差建模的方法有很多，主要有多元線性回歸、自回歸分布滯后模型和分布滯后模型等。多元線性回歸建模法具有精度高、運算快、生成模型簡單，所以本文介紹熱誤差自動測量系統采用的是多元線性回歸的建模方法建立的熱誤差模型。

三、LabVIEW軟件在數控機床熱誤差自動測量系統中的應用

LabVIEW是使用圖形符號來編寫程序的編程環境，并且也是一款虛擬儀器開發平臺。LabVIEW是用計算機的硬件和軟件資源開發各種虛擬儀器，虛擬儀器有性能強、開發時間短、集成方便等優點。在數控機床熱誤差測量系統中，利用LabVIEW編寫測量程序，并且LabVIEW可以調用Visual Basic、Visual C/C++等編程語言生成動態鏈接庫。基于LabVIEW平臺，熱誤差測量子程序可以調用數據采集卡的函數，實現開啟設備、讀取設備、釋放設備等操作，創建完整的熱變形誤差采集回路。利用LabVIEW軟件編寫熱誤差采集程序過程中，首先要把數據采集卡采集到的數據轉化成可用的電壓值，再由電壓值與熱誤差之間存在的函數把電壓值轉化成為所需要的誤差值。在程序中，將兩次轉換整合到一個函數中，可以提高數據處理的連續性。之后通過表格、圖形的方式顯示熱誤差并保存在特定文件夾下以供建模使用。

在熱誤差建模子系統中，LabVIEW平臺主要有兩個作用，一是確定用于建模的溫度點，二是建立熱誤差的多元線性回歸模型。本文所介紹熱誤差自動測量系統共有10個溫度檢測探頭，數控機床工作過程中，一個探頭用于測量機床工作環境溫度，另外九個溫度探頭測量數控機床溫度敏感點的溫度。要建立熱誤差的多元線性回歸模型要借助MATLAB程序，LabVIEW與MATLAB有很好的對接接口，可以利用LabVIEW調用MATLAB中的腳本節點完成建模。在建模前，首先要讀取溫度測量數據和熱誤差測量數據，之后選取合適的溫度測量點，然后從特定文件夾中取出建模所需要的相關數據送入MATLAB script腳本節點中，得出溫度系數，建立熱誤差模型。

結語

本文主要介紹了數控機床熱誤差自動測量系統中包含的溫度測量子系統、熱誤差測量子系統以及熱誤差建模子系統的相關內容，并且詳細敘述了LabVIEW軟件平臺在數控機床熱誤差測量中的應用。數控機床的熱誤差測量研究設計數學建模、機械工程、微電子設計等多個領域，是多學科交叉綜合研究內容，希望本文可以為以后的數控機床熱誤差測量研究提供幫助。

參考文獻

[1]倪軍.數控機床誤差補償研究的回顧及展望[J].中國機械1997，8（1）：29-33.

[2]楊建國.數控機床誤差補償技術現狀與展望[J].航空制造技術2012，5：40-45.

第6篇：數控機床的設計范文

關鍵詞：工作過程系統化；教學；設計；實踐

1 課程概況

《數控機床電氣安裝與調試》是數控技術專業的一門核心專業課程，課程的主要任務是培養學生按照數控機床的電氣安裝與調試工藝及相關知識，正確規范地進行電路的分析、電器的檢查、安裝及調試，從而培養學生具有數控機床電氣裝調和控制系統設計的工作能力和職業素養，同時使學生具備資料收集整理、制定實施工作計劃、分析檢查判斷、溝通協調、安全與自我保護等綜合素質和能力，樹立良好的職業道德與責任心。

2 教學情境設計

本課程的重點是圍繞數控機床電氣裝調這一任務來開展和組織教學，故課程方案打破以知識傳授為主要特征的傳統學科課程模式，轉變為以工作任務為中心組織課程內容，讓學生在完成具體項目的過程中構建相關理論知識，并發展相關職業能力。課程內容突出對學生職業能力的訓練，理論知識的選取緊緊圍繞工作任務完成的需要來進行，同時又充分考慮高職教育的需要，融入職業資格證書對知識、技能、態度的要求。

本課程通過企業調研，根據職業崗位的要求，依據數控專業工作任務分析學生狀況、師資水平、教學環境與硬件條件等，針對數控機床電氣安裝與調試這一典型工作任務，以企業應用較廣的FANUC、SINUMERIK、HNC等數控系統和數控車床、數控銑床、加工中心等數控設備為載體，解構原有的理論和實踐課程體系，重構工作過程系統化的課程體系，由易至難，設計了如表1所示的3個學習情境。在每個學習情境中，以職業崗位真實的工作任務為載體，按照認知規律和職業能力培養規律，設計學習型工作任務。通過完成每個學習情境中的實際工作任務，學生不但能夠掌握數控機床電氣安裝與調試的專業知識和專業技能，還能夠全面培養其良好的職業道德與工作作風。

3 教學過程設計

《數控機床電氣安裝與調試》課程教學的首要任務是使學生盡快掌握工作所需要的基本知識和技能，以便學生在走出校門后能立即從事崗位工作，縮短就業的不適應期。本課程中許多知識和技能屬于應用性的，應在學中做，做中學。

本課程共由六個子情境構成，每個子情境就是一個完整的工作任務。學生通過完成真實的工作任務，能夠獲取相應的理論知識和實際操作技能。在本課程的教學中，每一個學習子情境都按照資訊、決策、計劃、實施、檢查、評估六個步驟執行。主要采用以工作過程為主線，任務為驅動，項目為導向，融“教、學、做”為一體的項目教學法。同時注意多種教學方法的綜合運用，使學生掌握職業技能，習得專業知識，從而構建屬于自己的經驗與知識體系。

本課程以典型系統數控機床為載體，設計和組織教學，建立工作任務與知識、技能的聯系。在教學過程中，以典型系統數控機床的電氣安裝與調試為主線，經過導學及知識準備，教師引導學生自主地交替進行各種真實工作過程背景下的操作和訓練，教、學、做合一，教師配合指導、答疑、評價，將理論知識的運用置于一個真實的項目中展開，項目完成后學生能夠牢固掌握數控機床電氣裝調和控制系統設計的知識和技能。

此外，推行多媒體教學、網絡教學、仿真教學、真實生產環境教學等教學手段，發揮學生的主體作用，提高學生的學習積極性，降低學習難度，啟發學生的創新思維，增強實踐動手能力，有利于全面培養學生的技術應用能力和職業綜合能力。

表2所示為以子情境1.2 FANUC 0i系統的安裝與調試為例的教學過程設計。

4 教學評價設計

為了進行多元化的教學評價，本課程建立了符合能力培養要求的考核標準。評價學生成績包括過程性考核和終結性考核。過程性考核包括學習情境中每個子情境的評價和公共項目考核點評價，其中任務評價采用口試和實操的方式。學習情境的評價成績為任務評價得分和綜合答辯成績之和。終結性考核為期末考試（筆試），主要綜合測試學生對數控機床電氣裝調和控制系統設計的知識和技能的掌握程度。教學評價應注重對學生分析問題和解決問題能力的考核，對學習和應用中有創新的學生給予特別鼓勵。整個學習過程中貫穿職業能力考核，包括學習態度、敬業精神、安全意識和團隊合作精神等。

5 教學實踐

本課程教學設計和實施過程充分體現了高職教育教學改革的先進理念，課程定位和教學目標針對職業崗位，課程教學活動能和對應崗位的職業活動工作過程緊密結合。通過三年的教學實踐，本課程堅持以“教師為主導、學生為主體”，將教、學、做融為一體。通過完成真實的工作任務，充分調動學生的學習積極性，使學生自主學習能力有大幅度的提升，學習興趣大大提高。通過本課程學習，學生不但掌握了專業知識和職業技能，職業素養也普遍有了提高。學生在團隊項目完成過程中，學會了競爭，學會了合作，社會適應能力也得到了提高。

第7篇：數控機床的設計范文

1．1數控機床色彩設計因素

（1）色彩與功能統一。色彩設計時，要首先考慮色彩與機床功能的統一性，以加深操作人員對機床功能的理解，有利于機床功能的發揮并取得良好的效果。通過色彩可區分各部分的功能及各操作部位的快速識別。不同的色彩對人的眼球也會產生不同的視覺感受，同時用戶在正常視域范圍內，也會根據顏色的不同而發生變化，一般色彩的視域范圍由小變大依次為：綠、紅、藍、黃、白。因此，在數控機床主體設計中，針對不同的操作裝置，應根據不同的功能需求設置不同的顏色安排，以達到最佳的視覺效果。（2）人機協調。在人機工程理論的指導下，能實現數控機床的人性化設計，根據操作者的行為、能力、本能極限及其他特性來對數控機床進行設計，創造良好的人機互動關系，減輕操作者的疲勞感，體現數控機床對人性需求的關注。（3）適應環境。環境及氣候條件在數控機床的操作中會影響到人的情緒，包括地理環境和車間環境。如根據色彩帶來的心理感受，在氣候條件長期寒冷的地區，色彩設計上應多采用純度高、明度低的暖色，給人以熱情和親切感，反之應用純度低、明度高的冷色系。（4）美學法則。在設計色彩時，要充分運用美學法則，如對比與協調、節奏與韻律、變化與統一等，使之成為一個有機的整體。良好的色彩設計給產品帶來生氣、穩定、親切的感覺。系列化產品色彩設計時，還應考慮與其他系列產品主色調的一致性，保持企業產品整體的統一性和美觀度。

1．2數控機床的色彩特征

（1）安全性。色彩不恰當的視覺搭配會給操作者的生理和心理帶來不良影響，造成視疲勞、緊張和錯覺。因此，數控機床的色彩不恰當容易造成誤操作，易釀成大的工程事故，危及安全，反之提升產品的安全性、帶來舒適感。（2）行業特色。數控機床色彩的行業特征鮮明，如電子技術的應用使得控制面板按鈕較多，國家標準GB2893—1982規定：紅色表示禁止、停止；藍色表示指令必須遵守的規定；綠色表示工作正常、允許進行等。因此，在數控機床的色彩設計中，一些色彩應按《安全色》國家標準選定。由于我國數控機床的發展較晚，在色彩設計中還沒有真正走進多元化的色彩潮流，從最初的綠色覆蓋到現在大多選用1~2種色彩作為產品主要色，并且不會輕易變換，以維持企業產品的色彩識別性。因此色彩較單一且相對穩定成為我國數控機床的色彩特征。

2數控機床色彩設計程序與方法

數控機床的色彩設計是一個系統化的設計，經過前期調研與分析，結合數控機床的色彩特征和設計元素，展開設計定位，充分了解數控機床的色彩特征和色彩設計影響因素，最終得到合理的色彩設計方案。數控機床的色彩設計主要程序：數控機床的調研分析、色彩設計定位、色彩設計方案、色彩設計方案評估、產品色彩試制。

2．1調研分析

為使數控機床色彩設計更加科學地提高操作效率和安全性，滿足操作人員的心理舒適度，并且和企業文化理念保持統一，通過發放問卷、走訪工廠及體驗操作等方法，針對數控機床的結構與功能特征、操作流程、人機界面、企業文化理念等四方面，對現有數控機床的色彩進行研究，發現存在的問題。

2．2色彩設計定位

結合前期調研成果，以企業長期形成的色彩特色風格為基礎，根據調研中發現的問題，結合色彩特征與科學的視覺理論，制訂產品的色彩設計方向，并開展小組頭腦風暴，確定主體和輔助色彩方向。

2．3色彩方案設計

根據前期調研及色彩定位，以色彩設計理論為前提，結合數控機床的色彩影響因素，展開設計，提出設計構思和改良概念，制訂2～3個草案，經過小組討論，選出一個最佳方案制作色標。

3設計實例

數控機床色彩設計主要包括主體部分和輔助部分。主體部分主要有工作臺、主軸傳動裝置、床身等，主體主要針對防護罩進行色彩設計。主體色調要求統一，特征突出，色彩不宜配置過多。輔助部分主要有防護罩上的廠標、商標、型號等。防護罩上的型號、廠標等色彩處理能起到細節點綴作用。但是，這些部件的色彩不能紛雜，面積不宜過大，而應簡潔、醒目、生動，有較好的關注度。以某數控機床有限公司的一款全功能數控機床為例，應用數控機床的設計流程和色彩設計分析，對該款全功能數控機床色彩進行改良設計。經過對數控機床功能和區域劃分的資料分析和實地體驗，結合該公司的設計風格及公司文化背景，明確了改良設計的方向。綜合知名品牌最新設計風格和色彩流行趨勢，展開不同品牌之間的色彩對比，包括主體和輔助色彩的比例關系、明暗對比。

根據產品意向尺度法，對該企業產品色彩配置方式和色彩選用規律進行挖掘，結合該企業文化背景進行綜合分析，進行色彩設計定位。該企業在國內發展一流，走國際合作路線，技術創新已達到了國內較高水平，在色彩的運用上，既要注重設計的科學性、合理性，又要注重裝飾性。在產品主體設計及色彩選用中，以理性、穩重的黑、白色搭配作為主體色調，在輔助色彩設計中，選用綠色、黃色作搭配。綠色視域范圍較小，是藍色和黃色混合而成的中性色，介于興奮和冷靜兩種感覺之間。黃色是暖色系，可以使人興奮。最終設計方案將黑色用于底座，突出產品的沉穩，而白色的視域范圍最大，不易干擾視線，所以大面積用于防護罩。綠色點綴該企業節能的理念，商標文字處理以黃色做搭配，在警示色中，以安全色為準則，有別于傳統企業對數控機床的色彩選用。控制面板在數控機床中主要完成顯示、程序編輯管理、系統輸入等任務。為使控制面板得到高效、安全的操作，在控制面板的色彩設計中，用色塊和線的形式對其進行區域劃分。以藍色和黃色進行冷暖對比，突出識別性。

4結論

第8篇：數控機床的設計范文

機床外觀造型必須要結合機床的功能:在工業產品設計方面,特別是數控機床產品,結合功能是十分重要的一個方面。要知道,機床零件的用途決定它的形態,并且將機床整件或者局部的功能給有效的體現出來。機床產品在設計造型的時候,需要遵循基本的外觀要求,如果要將一個特殊的結構加入進去,就需要及時的改變外觀。一般情況下,如果外觀是將功能表達出來,那么就有著比較長的生命周期;如果外觀只是要表現風格,那么通常只有較短的生命周期。如果沒有對產品的外形進行特殊的要求,那么只需要將最單純的外觀應用到功能設計上即可。數控機床造型設計要充分的適應環境:目前,在機床外觀設計方面,很少有獨立存在的,大多都是由一些環境因素在進行輔助。設計師首先需要考慮的問題就是有效的處理零件之間的內部聯系,密切的配合環境等等。要知道,人們視覺環境中十分重要的一個部分就是機床工業產品,需要依據相應的要求來決定外觀顯示的清晰程度。在機床產品的設計方面,除了操作控制部分,一般都是將一些不鮮明的色彩和外觀應用到其他部分。通過研究表明,十分鮮艷的產品外觀,很容易讓人產生厭煩的感覺;但是,也有一些時候是例外的,如果場合對視覺有著特殊的要求,那么就需要使用比較鮮明的色彩,比如在一些機床展覽會上,產品既要在滿足基本功能需求的基礎上,還要將感染力充分的體現出來。

美國的機床產品就有著十分獨特夸張的外觀造型和顏色,采用的色彩有著比較高的明度和純度,并且經常運用曲線,這樣可以緊密的連接到商業利益,非常適合展銷。數控機床造型設計要將安全因素充分的納入考慮的范圍:在機床工業設計中,需要將安全結構的塑造作為一個重點,認真的進行研究和推敲。在設計的時候,需要充分的考慮使用者對機器用途的熟悉和掌握的難易程度,這樣可以有效的避免發生一些事故。比如,為了避免對操作者造成傷害,機床工作臺的形狀往往是十分平滑的。此外,在產品設計中,還盡量需要添加一些外觀保護,比如機床上設計的防護罩,控制操作板以及急停裝置等等。為了使機床產品結構達到簡練和安全的目的,就需要做好形狀與平衡的外觀設計工作。數控機床外觀設計的自我檢驗:要想保證外觀設計的質量,就需要采用自我檢查的形式來對各個程序中的質量進行檢驗,從而在機床造型設計中對各個因素進行全面綜合的考慮。

人體工程學的相關要求會對三維空間設計產生一定程度的制約作用,所服務的機器則決定著適應的程度。簡單的機器外觀,就有著很小的控制范圍;在這種情況下,外觀也可以變得很美,只需要合理的設置色彩即可。數控機床的外觀會在很大程度上受到產品設計用材的影響,如果選用的是不當的材料,那么就會對產品最終外觀的質量產生極大的影響。如果外觀設計的很好,但是機床板焊件的強度和平整度達不到要求,那么只是無用功而已。

在對工業外觀造型設計的時候,需要堅持以人為本的設計理念,創造美的產品外觀,讓人類工作和生活的環境變得更加的舒適和美好,從而適應時展和市場經濟的需求;工業設計的發展走向,就是要遵循人性化和外化多元化的相關要求,工業設計師要緊跟時展的潮流,不斷的更新設計觀念,設計出更好的作品。本文簡要分析了工業設計理論在數控機床外觀造型設計中的實踐,希望可以提供一些有價值的參考意見。

作者：顏嘯 單位：中國第二重型機械集團德陽萬航模鍛有限公司

第9篇：數控機床的設計范文

關鍵詞：數控車床；設計；進給系統

  汽車轉向節是汽車上應力最集中、形狀最復雜的零件之一，需要具有良好的機械性能。它的加工質量直接影響到汽車的操作性和安全性。隨著汽車數量的迅猛增加，轉向節的需求也隨之上升，因此提高生產效率是至關重要的。但由于其結構的復雜性，給機械加工帶來一定難度，特別是轉向節桿部及法蘭端面的加工，尺寸精度和位置精度很難保證。傳統的轉向節桿部及法蘭端面的加工采用普通臥式車床或簡易臥式數控車床，設計簡易車具，利用尾座頂尖將轉向節夾持在車具和尾座頂尖之間，車具撥動轉向節旋轉進行加工。此種加工工藝方法的不足：工件裝夾困難；車具無配重，轉速提高受限；加工效率低。鑒于上述對傳統轉向節生產工藝的分析，為了解決傳統加工轉向節桿部及法蘭端面生產工藝的不足，我們開發設計了一種新的加工轉向節桿部的專用立式數控車床。該設備具有同規格立式數控車床的工藝性能，同時具備加工轉向節的高效性，同時減輕了工人裝夾工件的勞動強度，是一種一舉兩得的理想設備。

  1 轉向節專用立式數控車床工藝方案分析

  1.1 整體式轉向節工藝特性

形狀如羊角，結構復雜；毛坯為鍛件，加工余量大，特別是法蘭盤根部圓弧部分；工件偏重，轉動慣量大；定位夾緊困難。

  1.2 機床方案

根據轉向節工藝特性和定位夾緊要求，該機床采用主軸偏置的立式數控車床結構，在傳統立式數控車床的基礎上，增設尾座頂尖部件，并設計專用車具，形成高效加工轉向節的新型機床，同時仍具備通用數控立車的功能。電氣控制系統為日本fanuc-0i-mate數控系統。液壓系統為符合iso標準的疊加閥結構。

  1.3 機床的工作循環

安裝工件—定位夾緊—數控滑臺快移—x、z軸聯動，同時主軸旋轉—完成外圓加工—數控滑臺快退至原位—伺服刀架換刀—數控滑臺快移—x、z軸聯動，完成工件外圓各槽的加工—數控滑臺快退至原位—伺服刀架換刀—數控滑臺快移—x、z軸聯動，完成工件各螺紋的加工—數控滑臺退至原位—松卡—卸下工件—進入下一循環。

  2 轉向節專用立式數控車床部件設計

  2.1 主軸箱設計

  2.1.1 主軸箱結構設計

  本機床為立式結構，主軸箱就是傳統意義上的床身 ，其作用一是安裝主軸及其傳動系統，二是支撐立柱即在其上安裝的縱橫滑板和電動刀架。因此要求主軸箱具有據夠的剛性，結構必須合理，長期使用不變形。

  2.1.2 主軸箱傳動系統

傳動比確定：機床主要加工轉向節，兼顧通用數控立車功能，傳動比為1:10，最低轉速為63轉“分鐘，最高轉速為1000轉“分鐘；轉動路線確定：傳動路線采用伺服電機通過行星減速箱、皮帶輪驅動主軸單元使主軸旋轉；主軸單元結構：采用主軸單元結構目的是方便制造、安裝、維修。選用主軸單元結構要適合加工轉向節特殊件的需要。選用主軸單元結構要適應加工轉向節特殊件的需要，第一滿足剛性要求，旋轉精度的長久穩定性；第二要有夾緊油缸及分油裝置；第三動力卡盤和專用車具可快速切換，實現通用立式數控車床功能和專用轉向節數控加工的切換。據此，選用的主軸單元為標準50規格的車主軸支撐形式，具有高剛性、高精度的特點。

  2.2 進給系統設計

  2.2.1 縱向進給傳動系統設計

縱向進給傳動系統主要有縱向滑板和縱向滾珠絲杠傳動副組成。其縱向滑板安裝在立柱的縱向滾動導軌上，它可以沿立柱導軌做縱向運動。導軌采用重載型滾珠滾動導軌，導軌承載能力大，剛性強。縱向伺服電機經聯軸直接驅動滾珠絲杠螺母副，帶動縱向滑板沿立柱導軌運動。

  2.2.2 橫向進給系統設計

橫向進給傳動系統主要由橫向滑板和橫向滾珠絲杠傳動副組成。其橫向滑板安裝在縱向護板的橫向滾動導軌上，它可沿著縱向滑板向滑板橫向導軌做橫向運動。導軌采用重載型滾珠滾動導軌，導軌承載能力大，剛性強。橫向伺服電機經聯軸器直接驅動滾珠絲杠螺母副，帶動橫向滑板沿縱向滑板橫向導軌運動。

  2.3 轉向節工裝夾具設計

  2.3.1 頂尖部件設計

  頂尖是機床的重要定位機構，其功用：定位功能、回轉功能、夾緊功能，其動作：安裝工件時，頂尖部件處于上部，當工件在專用車具的正確位置上時，頂尖在油缸的作用下向下移動，使上頂尖頂緊工件桿部上頂尖孔，完成工件的定位夾緊。主軸旋轉時頂尖也隨著旋轉，實現機床的主運動。設計此部件首先確定夾緊力，設計驅動油缸的規格，確保夾緊可靠；轉向節是不平衡件，頂尖主軸及頂尖要有足夠的剛性，以保證回轉精度的長久穩定性。

  2.3.2轉向節車具設計

轉向節是異形件，非常的不平衡，其車具設計有一定難度，第一是定位采用頂尖孔，其剛性不好，需要上下頂尖定位夾緊，下頂尖固定在主軸上，上頂尖單獨設計移動部件；第二是夾緊，沒有規則的夾緊面，同時不同的頂尖形狀各異，要使車具具有通用性，車具必須具有適應不同工件的柔性；第三是工件的不平衡性，在設計車具時必須有可調整的配置設置；第四是在旋轉的主軸上采用液壓自動夾緊，主軸設置旋轉編碼器，以適應車螺紋功能，車具設置夾緊油缸。

  3 結束語

  本機床已交付用戶使用，其性能已達到設計要求。圖紙經完善后開始投入小批量生產，并參加了2010年在北京舉辦的第十屆國際機床博覽會，得到廣泛好評。

參考文獻：

[1]張振國，數控機床的結構與應用[m]，北京：機械工業出版社，2010