机床数控系统篇1

关键词：电气系统数控机床PLC

中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1007-9416（2012）11-0028-02

由于近年来，PLC（可编程控制器）技术取得了快速发展，其在自动控制之中的运用也变得更为广泛。PLC是一种专门为工业运用而设计出来的计算机，目前已经被运用到数控机床这一工业领域之中。可编程控制器在控制的性能和硬件成本等诸多方面所展现出的种种优势均为其他种类的工业控制产品所无法进行比拟的。所以，可编程控制器技术在工业自动化在数控机床中的运用正在变得愈来愈多。

1、数控车床电气控制电路分析

1.1工作原理及功能

数控车床根据被加工零件工作图与工艺过程卡，用规定的数控代码和程序格式编写加工程序，将正确的加工程序输入数控系统，数控系统将给定的加工程序和输入的信号，进行运算和控制处理，然后将处理的结果送往控制系统，驱动机床的各运动部件有序地按机械加工要求运行，自动地制造出合格的零件。数控车床是用来加工轴类或盘类的回转体零件，自动完成内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面、螺纹等工序的切削加工，广泛应用于机械制造业。改造后的车床应该满足上述功能。

1.2电气控制电路的分析

1.2.1主轴电机电气控制

主轴电动机M3是一台交流变频电动机，由变频器驱动，正转、反转及速度控制也是由数控系统进行控制。

1.2.2主轴控制

来自零件程序的输入信号有：M03、M04、M05。

来自机床操作面板有主轴正转、反转、点动、停止。

输出信号：主轴正转Q0.0；主轴反转Q0.1；主轴停止Q0.2。

1.2.3其他辅助电机控制

数控车床辅助电机主要有刀架电机、冷却泵电机、泵电机，各辅助电机的控制简述如下：

（1）冷却泵电动机控制：

来自零件程序输入信号有：MO8、MO9；来自机床操作面板，冷却起停键；冷却控制输出信号：Q0.3；手动控制-按纽；自动控制-数控指令M代码。

（2）泵电动机控制：

输入信号：来自机床参数设置导轨间隔；来自机床控制面板导轨键；输出信号控制Q06；手动控制-按钮；自动控制-机床参数设定。

（3）刀架电动机控制：

输入信号：I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6来自刀位检测信号

来自零件程序T代码有I1.0：T1；I1.1：T2；I1.2T3；I1.3：T4；

来自机床控制面板手动换刀键。

输出信号：刀架正转Q0.4；刀架反转Q0.5。手动控制—按钮：数控系统

KM1

KM2

刀架电动机M3。自动控制—数控指令T代码：数控系统

KM1

KM2

刀架电动机M3。

2、电气系统设计

2.1强电电气控制柜的设计

2.1.1控制电路及组成

（1）控制电路：1）交流380V电源通过漏电保护总开关QS和空气开关QF1供主轴变频器使用。2）交流380V电源通过变压器转换成交流220V电源通过空气开关QF2、供给伺服放大器作电源用。3）交流380V电源通过变压器转换成交流220V电源通过U41、W41经开关电源供直流24V给系统供电用。4）交流380V电源通过空气开关QF3，接触器KM1、KM2使刀架正转（换位）、反转。

（2）电路组成：380V电源经开关QS后接入各电源回路中，开关QS后有4个空气开关（QF1、QF2、QF3、QF4）、3个接触器（KM1、KM2、KM3）、1个DC24/5A开关电源、1个2.2KW变压器等组成。所有强电都安装在电控柜内。

2.1.2电源输出

（1）I/O接口模块直流24V接线柱已与外部相连。如发现电压不稳，立急断电，查明原因并解决后才能上电，直流24V开关电源容量为直流24V/5A，数控系统需3A，外部电源可提供2A容量供用户使用。（2）电源输出模块有一电源钥匙开关，其开关是为强电的控制回路供电。

2.2电气控制电路的设计

数控系统由隔离变压器提供AC220V电源，以避免电网扰动对系统的干扰。X轴和Z轴的驱动装置由机床变压器提供AC220V电源。采用两个开关稳压电源分别提供I/O+24V和中间继电器+24V，以避免干扰对I/O信号的影响。整个系统的电源配置必须接地可良好，因为接地的好坏直接影响到系统的抗干扰性和安全性。

2.2.1主电路设计

数控车床主电路包括主轴控制电路、刀架电机控制电路、冷却电机控制电路和伺服驱动组成。如图1所示为数控车床电气控制中的380V强电回路图。

QS为电源总开关，QF1、QF3、QF4、QF2分别为主轴控制、刀架控制、冷却控制、伺服驱动空气开关为电路的短路保护。TC1为控制变压器，初级为AC380V，次级为AC220V。

主轴控制电动机M1，由变频器控制主轴的转速；刀架电动机M3由接触器KM1/KM2来控制正反转；冷却控制电动机M2由接触器KM3控制正转。

2.2.2控制电路设计

数控车床控制电路包括冷却控制、刀架控制、风机冷却、开关电源、CNC系统控制等组成。如图2所示。

数控车床系统输出接口，控制功能有主轴正转、主轴反转、冷却控制、刀架正转、刀架反转等功能。伺服驱动系统。其正转、反转及速度控制是由数控系统进行控制的。

3、结语

数控机床是集计算机技术、PLC技术、自动化技术等于一身的机电一体化产物，作为数控机床核心的控制系统直接关系到设备的正常运行，利用数控机床PLC的强大功能，可以充分发挥数控机床控制系统的作用，还可以为数控机床故障诊断及故障维修带来极大的方便

参考文献

[1]张路霞.利用PLC进行数控机床的故障检测[J].设备管理与维修，2011.3.

机床数控系统篇2

关键词：数控机床；液压系统；振动；噪声；防治及改进

现代人对健康有着较高要求，而现阶段影响人体健康的不仅是食物，还有噪声。在数控机床运行中很容易因液压系统存在问题而带来一定的噪声，这种噪声分贝往往超过了人的承受范围，在影响人体健康的同时也给数控机床正常使用带来不利影响，因此，如何防治数控机床液压系统振动与噪声就成为现阶段最重要的工作。

一、导致液压系统振动与噪声产生的因素

通过对数控机床液压系统的研究可以发现，促使液压系统振动与噪声产生的因素主要有以下几种：第一，零件不平衡、不同心或间隙调整不当。首先，因受到零件不平衡的影响，导致液压系统中尤其是电动机、马达等在快速运转的影响下，经常会因设计与制造不当等带来弯曲振动等，由此产生的振动就会通过基座扩散到其他部件中，此时不仅会带来振动，也会带来一定噪声。其次，零件安装不当，在液压系统安装时，经常会因部件安装缺乏公平性等带来噪声。最后，联轴器配合不当会带来噪声。在数控机床液压系统中，联轴器起到连接作用，是液压泵与电动机连接中不可缺少的一部分，如果联轴器出现偏斜等情况，难免会带来振动与噪声。第二，液压泵、气体流动以及控制阀等带来的噪声。在液压系统运行中，在流体的作用下经常会出现噪声。通过研究发现，导致液压泵噪声产生的因素与液压功率有关，在液压功率不断增大的情况下，噪声也会逐渐增加，流量脉动、压力冲击等都会带来一定噪声。同时，气体流动也会带来噪声。如果油液中夹杂空气，那么就会让气泡悬在液压油中，并在其中形成气穴，在这样的油液压力升到一定高度以后，气泡便会转眼间被压破且带来噪声。此外，在液压系统中有大量的控制阀，这些控制阀在使用中经常会因受背压、方向等因素的影响产生振动与噪声。

二、数控机床液压系统振动与噪声的防治及改进措施

为减少数控机床液压系统振动与噪声产生，避免噪声扩大化，应从以下几方面做好防治与改进：

（一）液压系统结构的改进

在数控机床液压系统控制的过程中，应重视低噪声液压元件的运用，通过研究发现，老式液压泵多以柱塞泵或齿轮泵为主，它们噪声的振动与噪声相对于叶片泵要大很多，额定压力也很高，所以，很多数控机床液压系统中依然采用柱塞泵或齿轮泵，针对这种情况就需要改进叶片泵额定压力，至少应保证其额定压力在20MPa左右，以此减少振动与噪声。其次，控制好液压泵数量。通过研究发现，在液压泵数量减少的情况下，振动与噪声也会减少，所以，这就需要控制好液压泵的数量，在传统液压系统需要借助多个液压泵调节流量与压力，为保证液压泵流量与压力，可以按照比例调整压力与流量，以此减少液压泵数量。再者，将蓄能器应用其中，在压力脉动的作用下很容易出现噪声，为消除噪声可以将蓄能器应用进来，尽管蓄能器的容量小，但其惯性相对较小，反应也很灵敏，在利用蓄能器的过程中，应将蓄能器频率控制在几十赫兹左右，以便减少压力脉动。最后，做好消振器与滤波器设置，一般来讲，消振器有很多形式，可以应用的消振器有高频压力消振器、微穿孔液消振器。在实际利用中常见的滤波器有液压滤波器，这些设备的应用都可以最大程度地减少振动与噪声。

（二）液压装置安装方式的改进

为做好振动与噪声控制，还需要进一步改进液压装置安装方式，可以从以下两方面入手：第一，安装合适的液压泵。在安装液压泵与电动机的过程中，应保证两者的轴度误差不超过0.02mm，且将柔性联轴器应用其中。在安装液压泵的过程中，若泵与电动机安装在油箱盖上，那么就需要在油箱盖上安装好防振材料与消声材料，同时也可以结合实际，将吸油高度与吸油密度较好的设备应用其中，只有这样才能保证设计合理。第二，管道安装。做好管道安装也是一项十分重要的工作，为做好防振与噪声消除，可以用软管实现连接，并适当缩短管道长度，提高管道刚性，避免管道之间发生共振的情况。同时，在密封的过程中，应以垂直密封为主，对于阀类部件来说，在实际利用中应重视弹簧的应用，且注意加密封垫的运用，防止油管中因夹杂空气导致振动与噪声。此外，还要控制好管道弯曲度，最大不超过30度，且弯头曲率半径应在管道直径的五倍以上。

（三）选择合适的油液

在液压系统振动与噪声防治的过程中，还要重视油液的选择，并避免油液受污染。在选择油液的过程中，应避免选择黏度过高的油液，如果将这样的油液应用其中，就会给液压泵带来一定的较大吸入阻力，进而产生噪声，所以，应控制油液黏度，保证油液具有良好的消泡能力，尽管这样的做法需要大量资金投入，但其后期效果较好，不仅可以延长设备运行寿命，还能减少对液压泵及元件的损害。通过研究发现，抗磨液压油凝点较高，总体效果较好，所以，最好选择抗磨液压油。同时，再好的油液受到污染以后都无法发挥应有作用，一旦油液受到污染，就会出现油箱内滤网堵塞的情况，也会带来油泵无法顺利吸油，更会影响回油，并带来噪声与振动，针对这种情况，就需要相关工作人员经常清洗油箱，在注油的过程中可以将过滤器或滤网应用其中，这样就可以再次对油液做过滤，提升油液质量，还要在油液底部设置好隔板，在隔板的作用下，回油区中的油液在沉淀的作用下就会将杂质留在回油区中，有效防止了油液流回到吸油区中。

（四）避免液压冲击

在防止液压冲击的过程中，可以从以下两方面入手：第一，当阀口突然关闭时的液压冲击。在解决此类问题的过程中，应适当降低换向阀关闭速度，随着换向阀关闭速度的降低，换向时间就会提升，在制动换向时间高于0.2s以后，冲击压力便会下降，所以，可以将具有可调性的换向阀应用到液压系统中。由于流速也是导致振动与噪声产生的因素，所以，在防止液压冲击的过程中也要控制好流速，最好将管道流速控制在每秒4.5m以下。同时控制好管道长度，尽量不选择带有弯度的管道，并将软管作为主要管道。为最大程度地减少液压冲击，最好在滑阀关闭以前适当控制好液体流速，这也是有效减少液压冲击的有效方式。第二，当运动部件制动与减速时带来液压冲击。在防治此类冲击时，首先，可以在液压缸入口与出口处设置好反应灵敏、灵活性好的安全阀，最好以直动安全阀为主，且控制好其压力，只有这样才能避免压力过高带来的冲击。其次，将减速阀作为应用重点，以此避免因油路关闭过缓带来不必要的冲击，同时还要控制好运动部件速度，它的速度应控制在每分钟10m以下。再者，为避免液压冲击过大，最好在液压缸上部设置一定的缓冲设备，这样不仅可以防止液压缸中的排油速度过快，还能控制好液压缸运行速度，避免产生过大冲击，另外，还要在液压缸中安装好平衡阀与背压阀，这样不仅可以最大程度地降低液压的流动速度，还能有效避免前冲，这也是提升背压压力的有效方式。最后，有必要将具有阻尼作用的换向阀应用其中，以大型阻尼为主，且将单向节流阀关闭，并控制好压力，避免压力过高。在减少液压冲击的过程中，还要控制好液压缸缸体的间隙度，防止间隙度过大或密封不合理影响液压系统正常运行，为防范此类事件的出现，最好应用新型活塞，设置好合适的密封件，只有这样最大程度地避免不良事件的产生。

结语

通过以上研究得知，导致数控机床液压系统振动与噪声产生的因素有很多，如果不能将这些问题及时消除，将直接影响到数控机床正常运用，也会带来不必要的噪声，针对这种情况，文章联系实际情况，从四方面提出了有利于振动与噪声防治与改进的措施，希望能为相关人士带来有效参考，将这些内容有计划的应用到实际工作中，只有这样才能不断提升液压系统综合性能。

参考文献

机床数控系统篇3

关键词：数控机床；进给伺服系统；原理：常见故障

数控机床的进给伺服系统是以机床移动部件的位置和速度为控制量，接受来自插补装置或插补软件生成的进给脉冲指令，经过一定的信号变换及电压、功率放大、检测反馈，最终实现机床工作台(即工件)相对于刀具运动的控制系统。因而，它是实现数控机床加工目的的关键环节，也是数控机床故障的高发区域。数控机床常见故障有三分之一以上发生在机床的进给伺服系统。现将我在使用数控机床过程中经常遇到的进给伺服系统故障的分析和排除方法写于此，希望本文能为我国数控技术的推广应用有所帮助。

数控机床进给伺服系统按照其有无检测装置以及检测装置的位置可分为开环、闭环、半闭环三类伺服系统，本文以闭环伺服系统为例。首先，我们先了解一下数控机床闭环进给伺服系统的构成及工作原理。

一、构成

数控机床的伺服系统一般由驱动单元、机械传动部件、执行件和检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统，机械传动部件和执行元件组成机械传动系统，检测元件和反馈电路组成检测装置，亦称检测系统。可参看下图：

二、原理

伺服系统是一个反馈控制系统，它以指令脉冲为输入给定值与反馈脉冲进行比较，利用比较后产生的偏差值对系统进行自动调节，以消除偏差，使被调量跟踪给定值。

进给伺服系统的任务是完成各坐标轴的位置和速度控制，在整个系统中它又分为：位置环、速度环、电流环。

在数控机床运行中进给伺服系统出现故障有三种表现形式：一是在crt或操作面板上显示报警内容或报警信息；二是进给伺服驱动单元上用报警灯或数码管显示驱动单元的故障；三是运动不正常，但无任何报警。机床的操作及维修人员可以根据报警信息以及该机床进给伺服系统的工作原理查找原因，排除故障。在数控机床运行中进给伺服系统常出现故障有：超程，过载，窜动，爬行，振动，伺服电机不转，位置误差，漂移，回基准点故障等。下面我们逐一叙述这些故障的成因及排除方法。

三、超程

超程是机床厂家为机床设定的保护措施，一般有软件超程、硬件超程和急停保护三种，不同机床所采用的措施会有所区别。硬件超程为防止在回零之前手动误操作而设置，急停是最后一道防线，当硬件超程限位保护失败时它会起到保护作用，软件限位在建立机床坐标系后(机床回零后)生效，软件限位设置在硬件限位之内。超程的具体恢复方法，不同的系统有所区别，根据机床的说明书即可排除。

四、过载

当进给运动的负载过大、频繁正反向运动以及进给传动状态和过载检测电路不良时，都会引起过载报警。一般会在crt上显示伺服电机过载、过热或过流的报警，或电气柜的进给驱动单元上，用指示灯或数码管提示驱动单元过载、过流信息。

五、窜动

在进给时出现窜动现象，即在切削过程中，进给谜度应均匀时，突然出现加速现象。产生的原因可能有：测速信号不稳定，如测速装置、测速反馈信号千扰等；速度控制信号不稳定或受到干扰：接线端子接触不良，如螺丝松动等。当窜动发生在由正向运动向反向运动转换的瞬间时，一般是由进给传动链的反向间隙或伺服系统增益过大所致。排除方法是逐一检查上述可能故障点，找到故障确定原因加以排除即可。

六、爬行

发生在起动加速段或低速进给时，虽然进给电机和丝杆是匀速旋转的，工作台却有可能是一快一慢或一跳一停地运动，这种现象叫做“爬行”现象。一般是由于进给传动链的状态不良、伺服系统增益过低以及外加负载过大等因素所致。尤其要注意的是，伺服电机和滚珠丝杠连接用的联轴器，如连接松动或联轴器本身有缺陷，如裂纹等，造成滚珠丝杠转动和伺服电机的转动不同步，从而使进给运动忽快忽慢，产生爬行现象。

七、振动

当发现某一进给轴振动时，首先要分析机床振动周期是否与进给速度有关。如与进给速度有关，振动一般与该轴的速度环增益太高或速度反馈故障有关；若与进给速度无关，振动一般与位置环增益太高或位置反馈故障有关；如振动在加减速过程中产生。往往是系统加减时间设定过小所致。根据上述原因，定位和排除故障。

八、伺服电机不转

数控系统至进给单元除了速度控制信号外，还有使能控制信号，使能信号是进给动作的前提，可参考具体系统的信号连接说明书。检查使能信号是否接通，通过plc梯形图，分析轴使能的条件：检查数控系统是否发出速度控制信号；对带有电磁制动的伺服电动机应检查电磁制动是否释放；检查进给单元故障；检查伺服电机故障。

目前，闭环或半闭环数控机床常用的伺服电机有直流伺服电机和交流伺服电机两种。直流伺服电机伺服系统要定期对电刷、换向器、测速电机(速度检测装置)电刷进行检查。检查要在数控机床断电，电机完全冷却的状态下进行，步骤如下：

1、取下橡胶刷帽，用螺丝刀拧下刷盖并取出电刷。

2、测量电刷的长度，如fanuc直流电机的电刷由10mm磨损到5mm时，必须更换同型号的电刷。

3、检查电刷的弧形接触面是否有深沟或裂痕，电刷弹簧上有无打火痕迹，如果有，进一步检查电机换向器表面，并分析造成这种情况的原因，比如是电机工作条件恶劣，还是电机本身封闭不良。

4、用洁净的压缩空气导入电刷的刷孔，吹净粘在孔壁上的电刷粉末，如果难以吹净，可以用螺丝刀刀尖轻轻清理，注意不要碰到换向器的表面。

5、重新装上电刷，拧紧刷盖。如果更换了新电刷，应使电机空运行一段时间，以使电刷表面和换向器表面相吻合。

6、检查测速电机时应卸下电机后盖，露出测速电机。

7、检查测速电机电刷长度、连接是否牢固，检查铜头的表面积碳是否严重，如果严重，可使电机在低速时，用金相砂纸清理铜头积碳，之后用螺丝刀刀尖或其他类似工具将铜头槽内的积碳清理掉。

交流伺服电机不存在电刷的维护问题，所以称之为免维护电机。但这并不是说交流伺服电机绝对不出故障。交流伺服电机常见故障有接线故障，转子位置检测元件故障，电磁制动故障等。交流电机故障判断方法有：

1、电阻测量：用万用表测量电枢的电阻。看三相之间电阻是否一致，用兆欧表检测绝缘状况。

机床数控系统篇4

策，就很可能会带来许多问题。如导致零件的加工精度、力学性能及加工质量等达不到要求标准，甚至引发安全事故。因此，有必要对机床的加工状态进行监测。文章首先简单介绍了机床状态监测系统及意义，然后论述了监测系统的主要内容、基本组成以及工作流程，最后总结了一些设计监测系统的关键技术。

关键词：数控机床；状态监测；监测系统

引言

伴随科学技术的飞速发展，制造产业中的数控技术不断得到改进。数控机床作为制造产业中的关键组成部分，现已向着更加智能化、数字化、柔性化、网络化方向发展。其功能的强弱对我们国家制造业的发展起着关键性的作用。所以，在制造业的发展中要想取得更快、更大的突破与进步，最重要的一点就是要不断提高数控技术水平。这就要求数控机床的自动化程度要越来越高。由此又会给相关方面带来许多难题。例如机床数控系统的稳定性、安全性以及经济性等方面。同时也会加大机床设备出现故障的可能性。于是要想快速有效地解决诸如上面的一些问题，就必须对机床的加工过程进行相关监测。

目前，对数控机床状态监测系统的研究越来越受到广大科研工作者们的普遍关注，成为一个比较热的研究课题。研究机床的监测系统，为保证设备的安全可靠运行、合理使用，提高产品的生产质量、效率等提供了有力保障[1]。

1机床状态监测的意义

在我国，装备制造产业早已成为国家的支柱产业，在一定程度上体现了我们国家的整体工业水平。而数控设备是制造产业中的关键设备。因而数控机床产业的发展在很大程度上影响着我国制造业的整体水平。为了能够及时发现并排除机床加工的异常状态，保证产品的加工质量以及生产效率，有必要对设备的状态进行实时监测。监测的意义主要有以下几个方面：

（1）保证机床正常运行，有质量地完成生产任务。加工过程中若出现了异常状态（如意外停机等），监测系统就会马上监测到。及时发现设备问题有助于我们采取相应措施进行设备的调整，恢复机床的正常状态。这样既提高了加工工件的质量，同时也给企业降低了损失。

（2）减少机床维护成本。通过对之前的监测数据进行相关的研究和分析，得到设备以前的加工状态，进而为诸如调试、故障诊断以及预防性维护等提供技术支持。

（3）提高机床使用率。根据监测系统监测到的机床所处状态，及时调整生产作业任务，保证作业任务能够高效率地进行。从而提高产品的生产效率以及机床的使用率[2]。

2监测系统的构成

2.1数控机床的状态监测

首先，所谓的数控机床状态监测就是要对加工状态中的某些数据进行采集、提取、处理并分析，从而了解并掌握设备的工作状态是否正常。与此同时也为预防性维护与故障诊断等提供相关依据。

其次，数控机床加工过程可以说是一个非常复杂的过程。对其进行状态监测涉及到很多的技术问题。信息获取、特征提取以及状态识别是一个监测系统主要包括的三个方面。其中数据信息采集、传输与处理非常关键，也是基础。因此要想设计出一个比较好的监测系统，很大程度上取决于数据采集与处理环节的设计。

2.2机床监测的主要内容

对数控机床进行状态监测也就是对其加工过程的监测。其中包括的主要内容有：机床与刀具状态监测以及加工过程与加工工件质量监测四个方面。具体如图1所示。

2.3监测系统的基本组成

数控机床的加工过程非常复杂。要对其进行状态监测涉及到许多技术问题。信息获取、特征提取以及状态识别是一个监测系统主要包括的三个方面。具体如图2所示。

首先，信息获取是系统监测的第一步。相关的若干传感器对机床加工状态信号进行检测，这类信号有很多，诸如主轴转速、切削扭矩、切削力、振动信号以及电机功率等。

其次，就是要对信号进行进一步的处理，即特征提取。从监测的信号中提取出与设备状态有关的参数。这是对状态监测系统最具影响的关键一步。

最后，就是状态识别了。这一步最关键的是要建立合理模型。建立一个合理模型后，根据上一步获取的有关参数对设备状态进行一个合理的分析与判断。

2.4监测系统的工作流程

数控机床状态监测系统的工作流程主要包括以下几个环节：首先是数据获取及预处理并传输数据，然后就是要提取数据的特征参数、进行数据融合，最后就是进行状态监测[3]。具体如图3所示。

3设计监测系统的关键技术

数控机床加工过程十分复杂。对其进行状态监测必定会涉及到许多关键技术问题。其中包含的一些主要关键技术有：多传感器融合技术、信号处理技术、模式识别技术、图像处理技术以及自适应控制技术等。

3.1多传感器融合技术

在机床加工过程中，传感器可以把很多的物理量（诸如温度、距离以及振动信号等）转变成电压或电流等电信号，这些电信号如实地体现出机床加工过程的状态信息。然而，在状态监测与智能加工方面，如果只是依靠传统的单一属性的传感器技术，已远远不能满足要求。所以，目前多传感器融合与智能传感器技术已成为l展的主流方向。

3.2信号处理技术

对于整个监测系统而言，监测的核心技术是数据信号处理技术。通过对信号的采集分析并处理，获得信号特征，然后再对信号特征进行分析、决策。目前来说，信号处理方法很多，比如有时频分析法、频域分析法、时域分析法等。小波分析法属于时频分析法的范畴。它是当前信号处理最有影响力的方法。小波分析法的最大特点是不产生畸变，属于线性变换，能够同时在时域和频域对信号进行局部分析[4]。

3.3模式识别技术

在监测系统的工作流程中，提取完信号特征后，接下来就是根据提取的结果对机床状态进行分析和判断。其实，归根结底说的就是模式识别。模糊模式识别方法属于模糊识别方法，主要针对识别对象本身的模糊性或识别要求上的模糊性。模糊模式识别的实现方法和途径有很多。主要有隶属原则、择近原则、模糊聚类分析、模糊综合评判等[5]。其在加工过程监测系统中都有过具体的应用，如利用模式识别技术对切削过程进行识别，对刀具磨损状态进行识别等[6]。

4结束语

数控机床状态监测系统的研究有着很重要的现实意义及价值。它为提高产品质量、设备利用率、降低生产成本、机床安全、可靠的运行等提供了保障，同时也为机床的预防性维护与故障诊断等提供了支持。本文对数控机床状态监测系统进行了相关研究。简要论述和总结了监测系统的主要内容、基本组成、工作流程及一些设计监测系统的关键技术。相信对今后在这方面进行进一步研究的研究者们有着一定的借鉴意义及参考价值。

参考文献

[1]李允公.机械故障诊断与状态监测特征提取中的若干典型问题的研究[D].沈阳：东北大学，2005.

[2]邢永彦，游有鹏，叶帅.基于网络的数控机床状态远程监测系统设计[J].机电一体化，2015（02）：40-43.

[3]曾声奎，等.故障预测与健康管理技术的现状与发展[J].航空学报，2005，26（5）：626-632.

[4]卢艳军.数控机床状态监测系统的研究[J].制造业自动化，2008（08）：4-36.

[5]徐阳.模式模式识别及其应用[M].成都：西南交通大学出版社，2001.

[6]胡广书.数字信号处理[M].北京：华大学出版社，2003.

机床数控系统篇5

关键词：数控机床自动控制系统

机床的控制系统在整个机床中起到很重要的作用。现代机械制造系统内零件的平均公差，每十年大约少一个数量级。目前，精密和超精密机械零件的制造公差都可以被控制在粗糙度范围内。机床的系统运行稳定性由于精度提高，运行更稳定。系统的自动控制更使得发现问题能够及时发现。以提高机械的使用寿命。现在机械的都是采用的是集中系统，通过分流器来控制所需的油量。

1、系统对机床温度的自动控制

当机床开始运行时，齿轮泵由主机带动进行运转将油箱的油输入机床的各个需要的部位，循环一周后经回油孔进而进入油箱。此过程中假如实际油箱的温度值与设定值不符的时候自动控制系统就会启动油箱温度测控电路。通过加热或降温使油箱温度一直保持设定温度值。油过多过少都不行，会产生浪费和产生过多的热量，这样既不合理也不经济。因此，系统均采用定期、定量的工作方式。保证系统的油量能够均匀供给。

机床周围的现场环境比较复杂，对机床产生相应干扰是不可避免的。例如线路和电源上的输入、输出都会对机床进行干扰，AT89S52单片机控制系统能够通过安装抗干扰抑制器(低通滤波)及在一些I／o线路上采用光电隔离技术来解决。在软件上由于可重复可采取设置陷阱和设置软件Watchdog的方法来避免程序的跳飞，使得程序能够正常运行。其原理图如图一所示，可直接在线编程，调试修改程序非常方便。使机床温度不受外界影响，更加稳定。

2、系统对机床油量的自动控制

假如循环和给油时间单一，就会造成浪费。数控机床在不同的工作状态下，所需的剂量是不一样的，如在机床暂停阶段就比加工阶段所需要的油量要少。只有在机械的表面有足够的油，才能形成完整的油膜，这时才能保证机床运动副的磨损减小，也就是维持摩擦表面之间恒量供油以形成油膜。

机床导轨需要的油量我们常用的计算公式是：（长度+移动行程）×宽度×K。油量与该导轨上的轴的移动距离是紧密联系的。在西方欧美国家生产的数控系统都是根据行程量作为依据，来控制泵工作，以及间隙供油，然后专业人员在系统中输入相应的参数，这样制造商就能通过PMC程序对泵进行按照功能需要进行电气控制了。但是在FANUC0i系统中没有类似的控制方法，为了能在配置FANUC0i的数控机床上，人们一般采用近似的供油方式控制泵工作，这样我们就可以根据工作状态的不同，来控制油的量，让控制系统去自动调整泵工作频率和每次的工作时间，该减少的时候减少，该增加的时候增加。

3、系统对机床工作状态的自动控制

系统中经常会出现系统供油不足，油料消耗或者油箱油过少都会出现供油不足的现象，常见的故障还有供油管路堵塞、油泵失效、分流器工作不正常等现象。正是由于系统经常容易出现故障所以要加强对系统的检测。避免机床出现没有的情况，那样就会对机床的使用寿命，造成致命的创击。

1）过载检测使用过载保护元件将回电路保护起来，一旦出现触点的输入信号出现过载，那么自动监测系统PMC系统就会检测出过载并立即将机床停止运动，进行强行关机。以保护机床。

2）油面检测当机器工作的时候肯定要消耗油，随着时间的推移，油必将越来越少，如果操作人员在油面过低的时候仍未及时添加，一旦出现了最低油位，油面检测的系统就会将此信息传到PMC系统去处理，也会强行关机。集中系统可以设定泵每次的运行时间和什么时间停止供油，严格控制供油的时长。从而对泵间隙工作能够很好地控制，这样也简化了PMC程序。当油箱中油不足时，由低液位检测开关对液面高度进行检测，这时主轴和电动机都要停止，同时发光二极管一直常亮。同时启动补给油箱对当前油箱进行加油，当液面到达高液位检测开关时停止补给。

3）压力检测正常情况下，当主轴电机运行时间累积达到30分钟时，管路油压要下降到使压力检测开关复位（由闭合变为断开），这时电动机要立即运行20S，开始增压，此后周而复始的运行。如果系统正常工作了，剂的量就会按预定的模式到达每个点。但是假如泵本身不能正常运行的饿时候，系统的压力就会显示出异常，这个时候根据这个特点，我们就可以在泵出口处安装压力检测开关，一旦压力出现问题，信号就会被输入PMC系统，检测系统就会立即停止机床工作，并产生报警信号。报警的形式为发光二极管以0.6秒的间隔闪烁并驱动警铃报警，直到人工按复位按钮后报警才消失。

4、系统故障实例分析

故障现象1：TH68125卧式加工中心，系统的压力始终不能建立。

分析及处理过程：TH68125卧式加工中心采用容积式系统，在组装后，进行试验时候，运行后发现电动机旋转的时候系统压力始终上不去。这个时候检查泵是正常的，站出油口也是正常的，拥有压力油：然后进一步检查X轴滚珠丝杠轴承，这个时候问题应该应该出现在此，因为此处露出了很多的油。此处的ASA-5Y为单线阻尼式系统，但是这个机床上我们采用的是容积式系统，这两种计量件属于不同的系统的计量件，所以更换上容积式系统的计量件ZSAM-20T之后，上述的漏油现象就得到解决了。

故障现象2：当TH5640立式加工中心，集中站的油损耗大得时候，每隔1天就必须对站进行加油，而且切削液中会明显出现很多油。

分析及处理过程：首先要认清不同的工作状况肯定所需的油量也是不一样的，例如开机初始阶段、加工运行阶段、暂停阶段以及检测工件而使机床暂停运行时，机床所需的油量都是不一样的。我们在平时的工作中经常会犯这样的错误，只看系统在机床加工运行状态下的供油方式，这时候，每当工作状态发生改变，这时候操作人员没有及时注意到，油就会过多或者过少的情况，但是故障中所遇到的油大量流失，应该不是人为操作的原因。TH5640立式加工中心一般采用容积式系统。当上述故障出现的时候，开始认为是时间间隔太短，过多了，从而使得集中站的油损耗大。这个时候解决的办法就是将电动机起动时间间隔从12min调到30min后，但是上述问题并没有得到解决，这个时候只好把目光转移到管路上，这个时候发现管路并没有出现问题，但是在检查管路的时候，发现Y轴丝杠螺母部位的油特别多，发现Y轴丝杠螺母部位的的密封圈出现问题了，换上新的密封圈之后问题就得到解决了。故障得以排除。

5、结语

在数控机床电气自动控制的设计过程中，系统的处理是一定不能忽视的，因为一旦被忽视，那么对于机床在运行的时候，机床各部件就不能按预定的效果达到很好的作用，我们所应该做的就是不断改进和完善数控机床电气自动控制，减少机床出现故障的几率和次数，一旦出现问题也能自动检测和报警，必要的时候停止机器的工作，一起到对机床的保护作用，这样就起到了大大提高产品的可靠性的作用。

参考文献：

[1]王润孝.机床数控原理与系统[M].西北工业大学，2000

[2]刘永久.数控机床故障诊断与维修技术[M].机械工业出版社，2006