導語：如何才能寫好一篇數控機床的設計，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

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【關鍵詞】控制機柜；工作環(huán)境；防護等級；控制柜空調

1.引言

由于控制柜設計的不合理導致機床故障率升高，或者說由于控制柜導致數控系統使用壽命的降低占到了8%～15%。例如我廠銷往南方用戶有的因為環(huán)境溫度高，系統模塊無法在正常的溫度下工作，研究表明：溫度每上升10℃，電子產品的使用壽命將比預期減半；有的是因為空氣濕度大，導致數控模塊損毀。必須總結出機床控制機柜設計方法和思路，從而使機床的可靠性提高，延長使用壽命。

2.控制機柜對工作環(huán)境的要求

是指數控機床工作時的溫度、濕度、電網電壓、接地等諸多方面。

2.1 溫度的要求

實踐證明，當室溫過高時數控系統故障率會大大的增加。通常數控系統中半導體工作溫度要求在40～45℃以下，而室溫達到35℃時電氣柜內部溫度經常可能達40℃以上，因此數控系統不能正常工作。

2.2 濕度的要求

要求環(huán)境的相對濕度應該小于75%，處于濕度較大環(huán)境中的數控機床，大多采用密封電氣柜，同時配備空調進行溫度冷卻。濕度大產生結露，造成硬件模塊短路的損壞。

3.控制機柜的結構設計

3.1 控制機柜結構設計要求

我廠從設計上分為兩種控制柜，一種是外購并聯機柜，另外一種是自己設計的控制機柜。多數機床都采用的是自制控制機柜，其優(yōu)點就是價格便宜，外購機柜造價是自制的3倍，同時自制機柜一般是安裝在機床上，機床連線和運輸都很方便。本文主要以自制的控制機柜為研究對象。

3.2 控制機柜的密封措施

一些數控機床長期在加工鑄鐵、石墨工件環(huán)境中對控制機柜防護等級要求更高，電氣柜密封不嚴，導電粉塵進入電氣柜并且在模塊線路板上沉積，可能導致硬件部分損壞，特別是高壓部件，如驅動器的電源模塊等。如果用戶使用數控機床主要用于加工上述材料， 那么就應當采用密閉的電氣柜，而控制機柜的電柜門支撐和鎖緊方式也是影響密封主要因素，見圖3-1所示。

假設以1800*800mm（高*寬）的門體尺寸為例，通過SolidWorks COSMOSXpress進行位移分析，我們不難看出折頁和門體固定點安裝數量和位置對位移的影響很大，同時我們也比較了威圖機柜在箱體密閉上的設計，得到同樣的結論。

圖中紅色區(qū)域位為位移變形量最大區(qū)，而藍色為最小區(qū)域。在1800高機柜等距安裝3個門折頁，可以有效的使門體在高度方向上獲得更多的支撐點，保證在這一方向上密閉良好。而圖3-1左右兩圖不同的是左側門的鎖緊點為1個，而右側是3點（我們做了仿制改進）。通過對比可以看出因所進點的增加紅色位移點的消失，由此我們在設計的時候就要將折頁和門鎖固定點，在左右方向上對稱，上下方向上等距，以確保門的膠條與控制柜之間緊密結合，不會因為受力不均，破壞密閉性。

3.4 控制柜的電磁兼容

（1）接地元件安裝板必須使用未漆過的鍍鋅板，機柜內的所有金屬接地部件都要連接到一起，濾波器、數控系統等電氣部件要用螺絲直接固定在元件安裝板上，柜門和柜體通過接地銅帶連接，所有的保護接地導體都必須和大地連接。

（2）屏蔽 控柜中常采用的屏蔽方式有：

使用屏蔽電纜屏蔽、隔離板屏蔽、柜體屏蔽。功率模塊的輸出采用屏蔽電纜，屏蔽層接地。

4.控制機柜元件布局

合理分配空間，避免空氣的流動性差保證數控系統模塊的散熱性。雖然有空調控制溫度，但是系統模塊安裝位置距離空調近的話，由于模塊自身風扇由下向上吹風，而冷空氣（空調產生的）密度大，它的流動方向是自上而下的，在模塊上方就容易出現對流，產生冷凝水最終導致模塊燒毀。如圖4-1所示。

5.結束語

除非進行必要的調整和維修，不允許隨便開啟控制柜門，更不允許在使用時敞開柜門。一旦有油霧、灰塵甚至金屬粉末落在數控系統內的印制線路或電器件上，容易引起元器件間絕緣電阻下降，甚至導致元器件及印制線路的損壞。

定時維護控制柜也是非常必要的，否則灰塵積聚過多，將會引起數控系統柜內溫度高，造成過熱報警或數控系統工作不可靠。

參考文獻

[1]電氣配電柜安裝技術的應用分析[J].城市建設理論研究（電子版），2013（24）.

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關鍵詞：數控機床；加工工藝；精度控制

中圖分類號：C37 文獻標識碼：A

一、數控機床加工的主要特點

數控機床加工部件的操作程序是設計加工部件的程序，該程序主要是考慮加工部件的尺寸、外形等，將其編制成計算機程序，通過計算機對數控機床的控制與操作，實現機床在計算機的控制下按照機械工程師設計的加工步驟自動加工出零部件。數控機床加工零件具有如下特點：

（一）零部件的精度高、質量好

數控機床的加工精度是按設計完成并由計算機自動控制的，其加工工件的尺寸一般可以達到的精度為0.005-0.1mm，它的特點是允差小，因為是自動加工的因此加工零部件尺寸的一致性較好，不存在人為誤差，大大提高了加工零部件的質量。

（二）適應不同零部件外部形狀

當改變加工機件時，數控機床加工首先要更換刀具和工件安裝模式，按照設計的流程編制計算機程序并輸入到控制機床的計算機，啟動機床自動加工零部件，不需要對機床作調整。

（三）自動化程度高

由于數控機床加工零部件時，整個加工過程均是由計算機控制機床由機床自動完成的。所以他的突出優(yōu)點就是自動化程度高，工人的勞動程度地，工人在這個過程中只是完成了工件的裝和卸。

（四）生產效率高

數控機床是由計算機控制加工零部件，在一個流程中能實現較多步驟，節(jié)省了反復安裝的多步驟；同時數控機床的加工效率高，行程間隔時間短。當前情況下，一般的數控車床主軸轉速為5000-7000r/min，高速磨削的數控機床砂輪線速度為100-200m/s， 加 工 主 軸 轉 速 為 20000-50000r/min，各軸的快速移動速度為 18-24m/min。

二、老式數控機床加工工藝的缺點分析

老式數控機床因為生產的年代比較早，且又服役多年，因此一般有以下幾個缺點：

(1)主軸轉速較低。

(2)加工精度較差。

(3)加工時進給比較慢（甚至會停頓）。

發(fā)揮老式數控機床潛能，大致有以下幾個方法。

(1)專業(yè)的升級改造，如更換控制器。

(2)增加附件，如購買一個主軸增速器，使主軸轉速提高幾倍。

(3)改善加工工藝。

第(1)，(2)點需要投人比較大的資金，而第3點改善加工工藝較為廉價，一般只要投入少量的資金，就可以收到比較好的效果。

三、數控機床加工零件工藝性優(yōu)化分析

（一）圖樣尺寸給出以編程方便為宜

數控加工過程中，零件圖應以相同的基準引注尺寸為基準，該標注方法不僅方便編程，而且也便于尺寸協調，尤其在保持設計、工藝以及檢測基準與原點一致性方面，具有非常大的便捷性。實踐中，因零件設計人員在尺寸標注過程中所考慮的主要是裝配應用特性，所以必須采用局部分散法進行標注。在自動編程過程中，應當注意對構成零件輪廓的幾何元素予以適當的定義，尤其在零件圖分析過程中，應當確保幾何元素給定條件的充分性。

（二）結構加工工藝應符合數控加工之要求

實踐中，應當確保零件外形與內腔的幾何尺寸和類型的一致性，這對于減少換刀次數和編程操作非常有利，而且還能夠有效地提高生產效益。同時，內槽圓角大小通常對刀具的直徑大小具有決定性的作用。因此，內槽圓角的半徑應當保持一定大??；零件工藝質量與加工輪廓自身的高低、圓弧半徑等有著非常密切的關系。造零件銑削底平面過程中，槽底圓角半徑不宜太大，以應統一基準定位為為宜。數控機床加工過程中，如果沒有統一的基準定位，則可能會導致加工后兩面輪廓尺寸、輪廓不協調。因此，實踐中應確保兩次裝夾加工位置的準確性，實施統一基準定位。對于零件而言，其自身應當有比較合適的孔，并將其作為定位基準孔。

（三）方法選擇與方案確定

首先，方法選擇。機床加工方法選擇過程中，應當確保加工面加工精度及其粗糙度符合要求，當獲得同級精度、粗糙度加工方法存在很多種時，實際選擇過程中應注意結合零件自身的尺寸、形狀以及熱處理要求，進行全面的考慮。

其次，加工方案確定。較精密的零件表面加工過程中，往往采用的是粗加工、半精加工以及精加工等工藝來實現。在加工方案確定過程中，應當根據其表面精度、粗糙度標準，確定所需加工方案。數控機床力口工過程中，工序可以相對比較集中，而且在一次裝夾過程中應當盡可能實現全部或大部分工序的操作。

（四）數控工序卡及刀具安裝

與傳統的加工工藝相比，數控加工工序非常復雜，因此，在數控加工工序卡設計過程中，應當從以下幾個方面著手：工序簡圖注明對刀點、編程原點；對編程進行簡要的說明，比如機床型號、刀具半徑補償、程序編號以及鏡向對稱方式等等。

與此同時，還要注意刀具定位安裝，具體表現在以下幾個方面：首先，要確保設計、變成計算以及工藝基準的一致性；其次，應盡可能地減少裝夾次數，一次定位裝夾完成后，即將所有需要待加工的表面加工出來；最后，應當盡可能地避免采用人工調整方案。這主要是為了能夠最大限度地發(fā)揮數控機床自身的功效。此外，數控機床加工過程中，對夾具也提出了如下要求：第一，要確保夾具坐標與機床坐標方向固定，把零件、機床坐標尺寸關系協調好，并注意以下問題。如果零件的加工批量較少，則可采取組合夾具及其一些通用夾具進行操作，這樣可以有效縮短加工準備時間、節(jié)約成本；第二，在成批生產過程中，應當充分考慮專用夾具的有效應用，確保結構的簡單；第三，零件裝卸速度要快，而且要方便可靠，這樣可以有效地縮短停頓時間。

（五）編制數控機床的計算機程序

數控機床是目前機加工業(yè)使用較為廣泛。數控機床主要用于加工各類精密零部件。通過數控加工程序的運行，可自動完成內外圓柱面、圓錐面、成形表面、螺紋和端面等工序的加工。在一次裝夾中完成更多的加工工序，提高加工精度和生產效率，特別適合于復雜形狀零件的加工。根據設計的工藝流程進行編程設計，輸入計算機中，控制機床自動化加工。

四、影響數控機床加工精度的因素和控制措施

數控機床加工技術最大優(yōu)點是，它可以大大縮短機械傳動鏈的長度，不僅提高了工作效率，同時還可以減少傳動鏈由于長距離轉動而造成的磨損機率。 影響數控機床加工精度的因素有很多，因此，要對數控機床加工工藝進行控制，數控編程對數控機床的加工精度具有最直接的影響，因為數控加工的整個過程都是按照事先設計好的編程來進行的，如果加工編程中的工藝技術和走刀路線沒有確定好，就極易導致數控加工的零件加工尺寸出現偏差。數控機床系統誤差對加工精度也有一定影響，在實際操作中，要想控制螺距誤差，就要在軸上選擇一定量的測量點，并對運行過程中的誤差進行記錄，輸入到機床的控制系統內，通過這種方式，控制系統就可以對軸運動時不同點和時間的誤差進行控制。反向間隙誤差就要通過螺距誤差補償技術，對機床運轉過程中的各點反向間隙進行記錄，并將其錄入到控制系統中去，這樣在產生反向運動時，系統會自動進行補償誤差操作。同時，刀具的選擇與切削用量的選擇會對加工精度造成影響，因此，在加工過程中，要合理選擇刀具的規(guī)格和其他參數，并且在加工機床功率允許的情況下，加大背吃刀量，進而提高切削的力度。

結語

綜上所述，通過對老式數控機床的加工工藝的優(yōu)化，分析了數控機床加工的工藝流程，隨著科學技術水平的發(fā)展，我們應當充分重視數控機床加工過程的優(yōu)化，同時，要注重數控機床濟公的精度控制，確保數控機床加工產品質量。

參考文獻

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設計夾具前,需要確定加工時使用的定位基準。通過圖紙分析出設計基準,明確產品需要加工的部位,這些加工部位相對于設計基準都有尺寸和形位關系,如位置度、垂直度或平行度等。設計基準可能不止一個,只有先加工出確定某一部位位置的設計基準才能以該設計基準作為定位基準加工這個部位,這樣才能滿足圖紙上要求的各加工部位與設計基準間的形位和尺寸關系,加工出質量合格的產品。由此分析知,工件定位基準與工件設計基準其實是一個部位,即基準重合的原則。加工設計基準往往是工藝的最先工序,選擇毛坯的外形或毛坯孔作為定位基準先加工,然后將設計基準變?yōu)閵A具定位基準進行各部位的加工即基準統一原則。也可以先加工與設計基準有尺寸及形位關系的某一部位,然后以該部位作為定位基準加工設計基準,最后再以加工好的設計基準作為定位基準加工其余部位,即互為基準原則。

分析出工件加工時采用的定位基準,就可以開始確定夾具的結構方案。通常夾具是由定位元件、夾緊裝置、對刀引導裝置及夾具體組成。定位元件如支承釘、支承板、V形塊、定位銷等用以確定工件在夾具中的位置,使工件在加工時相對于刀具及切削成形運動處于正確的位置。工件加工時會受到切削力等外力作用而產生移動無法加工,同時為防止工件振動,工件在夾具上定位后還需要通過夾緊裝置將工件固定。無論是定位元件還是夾緊裝置都是通過連接件如螺栓、鍵及定位件如定位銷等將其固定在夾具體上,而夾具體一般是設計成一塊平板或T形板的樣式。對刀引導裝置是確定夾具相對于刀具的位置或引導刀具進行加工,如對刀塊、鉆套、鏜套等,由于數控機床中一般配有接觸式測頭、刀具預調儀及對刀部件等設備,同時由程序控制的準確的定位精度,因此數控機床中的夾具不需要對刀引導裝置,只要求有定位和夾緊的功能,如加工一組孔,孔的位置已經在程序中確定,加工時刀具直接按程序要求的各參數運行,因此數控機床夾具比普通機床夾具的結構要簡單,制造費用減少了,節(jié)約了成本。

與普通機床相比數控機床的夾具有很多優(yōu)點,其中最主要的是提高了加工效率,數控機床如加工中心因為自帶有自動換刀系統,刀具庫中可以存放各種不同類型的刀具如鉆頭、銑刀,加工時若工件某一部位需要先銑后鉆的可以將在普通機床如鉆床、銑床上加工部位合并到一臺數控機床上用同一個夾具上加工,這樣只需一套夾具,節(jié)省了成本。如下圖1所示夾具,在這道工序中即有銑面又有鉆孔。因為加工中心用程序控制不同刀具,夾具結構可以不用對刀裝置結構相對簡單,根據需要還可以將不同工序的夾具放在一起同時加工,前道工序的工件加工完后裝到下道工序的夾具中,同時向前道工件的夾具裝入下一個工件,這可以通過編程實現。一般在普通機床上如鉆床,夾具一次加工一個工件,而在加工中心中可以設計成能加工多個工件的夾具。如圖2所示,一個夾具同時固定兩個相同的工件;還可以在工作臺上放置一個工件兩道工序的夾具同時加工。

通過以上概述,數控機床夾具能適應數控機床的高精度、高效率、多方向同時加工及單小批生產的特點。

參考文獻

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【關鍵詞】　數控；機床；機械

1.引言

由于工業(yè)自動化的全面發(fā)展和科學技術的不斷提高，對工作效率的提高迫在眉睫。單純的手工勞作以滿足不了工業(yè)自動化的要求，因此，必須利用先進設備生產自動化機械以取代人的勞動，滿足工業(yè)自動化的需求。其中機械手是其發(fā)展過程中的重要產物之一，它不僅提高了勞動生產的效率，還能代替人類完成高強度、危險、重復枯燥的工作，減輕人類勞動強度，可以說是一舉兩得。在機械行業(yè)中，機械手越來越廣泛的得到應用，它可用于零部件的組裝，加工工件的搬運、裝卸，特別是在自動化數控機床、組合機床上使用更為普遍。目前，機械手已發(fā)展成為柔性制造系統FMS和柔性制造單元FMC中一個重要組成部分。把機床設備和機械手共同構成一個柔性加工系統或柔性制造單元，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結構緊湊，而且適應性很強。但目前我國的工業(yè)機械手技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，應用規(guī)模和產業(yè)化水平低，機械手的研究和開發(fā)直接影響到我國機械行業(yè)自動化生產水平的提高，從經濟上、技術上考慮都是十分必要的。因此，進行機械手的研究設計具有重要意義。

目前，我國大多數工廠的生產線上數控機床裝卸工件仍由人工完成，其勞動強度大、生產效率低，而且具有一定的危險性，已經滿足不了生產自動化的發(fā)展趨勢。為了提高工作效率,降低成本,并使生產線發(fā)展成為柔性制造系統,適應現代機械行業(yè)自動化生產的要求,針對具體生產工藝,結合機床的實際結構，利用機械手技術，設計出上下料機械手代替人工工作，以提高勞動生產率。本文主要對機械手的總體設計進行簡單說明。

2.發(fā)展現狀和趨勢

目前，國內外各種機械手和機械手的研究成為科研的熱點，其研究的現狀和大體趨勢如下：

（1）機械結構向模塊化、可重構化發(fā)展。（2）工業(yè)機械手控制系統向基于PC機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、網絡化；器件集成度提高，結構小巧，且采用模塊化結構；大大提高了系統的可靠性、易操作性，而且維修方便。（3）機械手中的傳感器作用日益重要，除采用傳統的位置、速度、加速度等傳感器外，還引進了視覺、聽覺、接觸覺傳感器，使其向智能化方向發(fā)展。（4）關節(jié)式、側噴式、頂噴式、龍門式噴涂機械手產品標準化、通用化、模塊化、系列化設計；柔性仿形噴涂機械手開發(fā)，柔性仿形復合機構開發(fā)，仿形伺服軸軌跡規(guī)劃研究，控制系統開發(fā)； （5）焊接、搬運、裝配、切割等作業(yè)的工業(yè)機械手產品的標準化、通用化、模塊化、系列化研究；以及離線示教編程和系統動態(tài)仿真。

總的來說，大體是兩個方向：其一是機械手的智能化，多傳感器、多控制器，先進的控制算法，復雜的機電控制系統；其二是與生產加工相聯系，性價比高，在滿足工作要求的基礎上，追求系統的經濟、簡潔、可靠，大量采用工業(yè)控制器，市場化、模塊化的元件。

3.機械手的總體設計

3.1機械手總體結構的類型：工業(yè)機械手的結構形式主要有四種：直角坐標結構，圓柱坐標結構，球坐標結構和關節(jié)型結構。各結構形式及其相應的特點，分別介紹如下：

（1）直角坐標機械手結構特點：直角坐標機械手的空間運動是用三個相互垂直的直線運動來實現的。由于直線運動易于實現全閉環(huán)的位置控制，因此，其運動位置精度高，但此種類型機械手的運動空間相對較小，如要達到較大運動空間，則要求機械手的尺寸足夠大。直角坐標機械手的工作空間為一空間長方體，主要用于裝配作業(yè)及搬運作業(yè)。直角坐標機械手有懸臂式，龍門式，天車式三種結構。（2）圓柱坐標機械手結構特點：圓柱坐標機械手的空間運動是用一個回轉運動及兩個直線運動來實現的。其工作空間是一個圓柱狀的空間。這種機械手構造比較簡單，精度相對較高，常用于搬運作業(yè)。（3）球坐標機械手結構特點：球坐標機械手的空間運動是由兩個回轉運動和一個直線運動來實現的。其工作空間是一個類球形的空間。這種機械手結構簡單、成本較低，但精度不很高，主要應用于搬運作業(yè)。（4）關節(jié)型機械手結構特點：關節(jié)型機械手的空間運動是由三個回轉運動實現的。相對機械手本體尺寸，其工作空間比較大，動作靈活，結構緊湊，占地面積小。此種機械手在工業(yè)中應用十分廣泛，如焊接、噴漆、搬運、裝配等作業(yè)。關節(jié)型機械手又分為水平關節(jié)型和垂直關節(jié)型兩種。

3.2機械手設計的一般要求

機械手手爪設計有如下要求 ：（1）機械手手爪是根據機械手作業(yè)要求來設計的。既根據其應用場合設計手爪，在滿足作業(yè)要求的前提下，機械手手爪還要求體積小、重量輕、結構緊湊。（2）機械手手爪的萬能性與專用性是矛盾的。萬能手爪在結構上很復雜，甚至很難實現，從工業(yè)實際應用出發(fā)，應著重開發(fā)各種專用的、高效率的機械手手爪，加之以快速更換裝置，以實現機械手的多種作業(yè)功能，而不主張用一個萬能的手爪去完成多種作業(yè)，以考慮設計的經濟效益。（3）機械手手爪的通用性。通用性是指有限的手爪，可適用于不同的機械手，這就要求末端執(zhí)行器要有標準的機械接口（如法蘭），使末端執(zhí)行器實現標準化。（4）機械手手爪要便于安裝和維修，易于實現計算機控制。

3.2具體采用方案：根據實際操作的需要，該機械手在工作中需要3種運動,其中手臂的伸縮和立柱升降為直線運動,另一個為手臂的回轉運動,因此其自由度數目為3，綜合考慮，應選擇圓柱坐標機械手結構，其結構簡單，工作范圍相對較大，且有較高的精度，滿足設計要求。

4.結論

本設計是一個特定功能、滿足特殊要求的數控機床上下料機械手的設計。機械手采用可編程序控制器控制,可以實行手動調整、手動及自動控制。系統結構緊湊、工作可靠，設計周期短且造價較低。PLC有較高的靈活性，當機械手工藝流程改變時，只要對I/O點的接線稍作修改，或對I/O重新分配，在控制程序中作簡單修改，補充擴展即可。經過重新編制相應的控制程序，就能夠比較容易的推廣到其他類似的加工情況。

參考文獻

［1］孫兵, 趙斌, 施永康. 物料搬運機械手的研制. 機電一體化. 2005, (2): 43～45

［2］王田苗, 丑武勝. 機電控制基礎理論及應用. 北京: 清華大學出版社, 2003.

［3］陳鐵鳴, 王連明, 王黎欽. 機械設計(修訂版). 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學出版社, 2003.

［4］李建勇. 機電一體化技術. 北京: 科學出版社, 2004.

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關鍵詞： PLC；數控機床；電氣控制；設計

1 前言

隨著現代化技術的發(fā)展，在機械行業(yè)數控機床得到了廣泛的應用，隨著加工件對精密程度的要求的提高，對數控機床的要求也越來越高。數控機床控制系統除了對各個坐標軸的方位進行連續(xù)控制以外，還需要對數控機床主軸的啟動、停止以及轉向和給進運動進行控制，并且還能滿足換刀控制以及進行夾具定位等精密動作，對其進行指定次序的連續(xù)控制。

隨著計算機技術的快速發(fā)展，可編程序控制器（PLC）技術得到了突飛猛進，數控機床的各種動作的完成是靠機床中的電氣控制系統中的核心PLC來完成的。本課題正是對PLC控制技術進行研究分析，進而實現數控機床在PLC控制的基礎上進行的電氣控制的設計，主要包括對數控機床的工作原理的闡述，同時對電氣控制系統中的主要實現部件可編程序控制器PLC進行分析和選用，從而提出一套完整的基于PLC的數控機床電氣控制系統的設計方案。

2 數控機床工作原理概述

數控機床的控制系統主要由機械裝置、硬件電路以及上位機和下位機軟件構成，數控機床的控制系統是機床本體的中央樞紐部分，其工作原理主要是通過數字控制的方式對執(zhí)行部分進行指揮控制。

數控機床的主軸的啟動、停止以及轉向和給進運動的完成是靠機床中的電氣控制系統中的核心PLC來完成的，PLC主要包括輸入部分，邏輯分析部分以及輸出部分這三大邏輯部分構成。PLC的輸入部分主要負責收集所要求的被控制部分實際運動參數的數據，并對這些數據進行存儲；邏輯分析部分是用來分析處理輸入部分所獲取的數據信息，并判斷由哪個執(zhí)行部分做出相應的輸出反應；輸出部分是將分析判斷后的結果信息進行相應輸出，提供給相應的執(zhí)行裝置，使其做出相應的執(zhí)行動作。

3 數控機床電氣控制系統硬件設計

數控機床的控制系統主要由硬件部分和軟件部分組成，下面我們對這兩個部分分別進行詳細分析。

（1）控制系統硬件部分

電氣控制系統的硬件電路組成部分主要包括有工控機、SIMOTION、電源模塊、電機模塊、光柵尺、主軸、變頻器和傳感器。具體構成如圖1所示。

圖1 數控機床控制系統構成

上位機：工控機作為該系統的上位機，主要是通過人機界面將加工文件中的數據輸入并讀取到數控機床加工流程，并且可以為使用者提供友好的界面，來人工設定一系列加工參數，讀取進計算機內部處理系統，并通過TCP/IP協議，將這些參數數據傳送至運動控制器中。

SIMOTION運動控制器：SIMOTION是整個數控機床控制系統的核心部分，SIMOTION的運行的速度以及可靠性，直接影響著整個系統的穩(wěn)定性。該系統所選取的SIMOTION是由西門子公司生產的PLC5300以及西門子的運動控制器兩者組合在一起的，它不僅承接了PLC在控制運用上的高度的可靠性的特點，與此同時也承接了運動控制系統的靈活特性。使用SIMOTION的原因是為了實現各種執(zhí)行動作任務所提供的穩(wěn)定、靈活、簡單的控制系統，主要完成運動控制、邏輯控制、工藝控制這三種功能。

電源模塊：它采用變頻的方式，將一定頻率的交流電轉變?yōu)橹绷麟?，然后再通過逆變器把直流電轉變?yōu)楣潭l率的交流電。通過電源模塊SIMOTION控制系統把工業(yè)交流電轉變?yōu)橹绷麟?，然后再重新分配給多個電機模塊。

電源模塊可以分為兩種，一種是可調電源模塊，它能夠根據所設定的參數將轉化出來的直流電穩(wěn)定在一個固定的范圍內，可以通過調節(jié)，才這個范圍內線性變化；另一種是不可調電源塊，它只能穩(wěn)定在一個固定電壓數值的直流電。

電機模塊：電機模塊主要功能是把600V的直流電，逆變成固定頻率的三相交流電，為電機提供能源。

光柵尺：西門子伺服電機自身帶有編碼器，但是這種電機編碼器的精度只能達到10微米，然而我們要求的是5微米，這離目前我們所要求的數值相差有一定距離。因此采用光柵尺來檢測工作臺的精確位置，然后將位置信息通過SMC30傳送給控制器。

主軸：數控機床的主軸選用的是西風公司的高效率PCB鉆孔主軸，它是精度高、壽命長、穩(wěn)定性強的全功能的PCB鉆孔主軸。這種主軸采用的是全流道冷卻系統，采用干凈的水循環(huán)進行冷卻。并且采用啟動夾緊的道具夾緊方式，可靠性極強。

變頻器

由于數控機床的主軸轉速需要非常高的速度，為此要對主軸進行精密控制需要選擇一種高速變頻器。目前我們常使用的臺達V系列變頻器能夠滿足這個要求。但是目前的SIMOTION上沒有與該臺達變頻器連接的485串行接口進行通訊，我們采用模擬量控制方式來控制該變頻器。

4 數控機床電氣控制系統的軟件設計

數控機床的各種可靠性能和他的作業(yè)能力由其電氣控制系統所具備的特點來決定，可以說，電氣控制系統對基于PLC控制的數控機床的各項功能起著關鍵作用，所以開發(fā)設計數控機床的電氣控制系統的軟件工作也是相當重要的。與工控機運行的人機界面軟件相對來說，SIMOTION中所運行的軟件屬于下位機軟件，是通過上位機傳輸數據并控制執(zhí)行部件做出動作的控制系統。

上位機是通過數據傳輸讀取文件信息，隨后將數據信息傳輸給SIMOTION，SIMOTION收到數據信息后經過數據編碼處理來控制電機模塊驅動電機轉動，這樣便可以帶動工作臺從而進行位置控制。這個時候光柵尺便可以檢測到工作臺位置的詳細信息，傳感器將光柵尺的采集的信號轉化為標準信號，傳遞給SIMOTION，然后再反饋給運動控制器，SIMOTION便可以根據指令調整工作臺的位置。

5 結束語

隨著數控技術以及計算機信息技術的快速發(fā)展，可編程控制器PLC的邏輯處理能力也隨之大大提高，基于PLC數控技術在我國得到了廣泛應用，但是數控機床的水平還不夠高，這便制約了我國生產加工工藝水平的提高。分析其原因，主要實關鍵部分即電氣控制系統技術不夠成熟，為此本文通過理論分析，試驗調試等設計出基于PLC的數控機床的電氣控制系統，提高了數控機床工作的可靠性和靈活性，使數控技術在實際生產應用中發(fā)揮了更大作用。

參考文獻

[1] 李華. PLC 在數控機床控制系統中的應用[J].職業(yè)圈，2007，（07X）：158- 159.

[2] 李紀三，舒朝君，劉永喜.PLC在數控機床功能控制中的應用[J].機床電器，2008，35（2）：12- 14.

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關鍵詞：國家職業(yè)標準；真實工作過程；課程說課

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2012）08-0187-02

1說課思路

教育觀念直接影響課堂教學，從傳統的教學觀念轉變到現代職教的先進理念，是新時期對職教發(fā)展提出新的要求。如何在課程設計和教學技能方面得到提升，新的教學形式、教學方法、教學模式如何真正轉到以學生為主體，以教師為主導的軌道上來，是職業(yè)院校發(fā)展迫切需要解決的問題。把課程建設作為提高人才培養(yǎng)質量的核心，它既符合高等教育的規(guī)律，又是我國高職院校人才培養(yǎng)薄弱環(huán)節(jié)所在。通過說課，理解課程性質、內容和教學環(huán)節(jié)設計更加透徹，把專業(yè)核心課程的典型教學情境分解為現場教學、課堂教學、實訓教學，讓教師在課程教學內容設計上真正解決“教什么，誰來教，在哪教，怎么教、學什么、怎么學”的問題。從而使工學結合滲透到人才培養(yǎng)的每一個環(huán)節(jié)，使專業(yè)建設與課程體系改革有機結合起來。

按照課程設計的一般流程理順說課思路，涵蓋內容包括：課程定位、教學內容設計、教學方法、教學保障條件、考核方式、教學效果等。在說課設計過程始終關注一下熱點：

1.1 調動學生的學習熱情目前高等教育所面對的最大挑戰(zhàn)之一是學生的消極學習態(tài)度。積極探索如何實現從封閉的教學過程向開放的教學過程轉化。 讓學生建立起自信心，真正讓學生成為學習的主體，主動學習、快樂學習，研究性學習、創(chuàng)造性學習，培養(yǎng)終身學習的意識和基本能力，開發(fā)學生喜聞樂見的專業(yè)課程非常必要，打破傳統的縮減本科課程和教材內容作高職課程設置的教學模式。參照真實生產環(huán)境、按照真實生產過程，開發(fā)生產實訓課程和教材，設置實訓教學內容，在真實的生產車間進行實訓教學，以期達到最佳教學效果，真正實現學生零距離就業(yè)。

1.2 課程與教材匹配要又快又好的培養(yǎng)技能型專門人才，關鍵在于提高教學質量，開發(fā)適應高職教育的課程和教材，以激發(fā)高職學生學習熱情，讓學生盡快掌握具備適應職業(yè)崗位能力要求的職業(yè)技能，為進入職業(yè)領域作準備的技術與職業(yè)教育應為工作能力強、愉快的職業(yè)生涯奠定基礎，使學習者獲得某一領域內的若干職業(yè)所需要的廣泛知識和核心技能，使個人在選擇職業(yè)時不至于受限制，且能在日后的職業(yè)生涯中從一個職業(yè)轉到另一個職業(yè)；同時為初次就業(yè)包括自謀職業(yè)，及就業(yè)后的培訓提供充分的專業(yè)準備；在知識、技能和態(tài)度諸方面提供一個基礎，以便在個人職業(yè)生涯中的任何時侯都能接受繼續(xù)教育，提高就業(yè)質量和個人職業(yè)具有更好的發(fā)展空間。

1.3 課程設計“三接軌”專業(yè)核心課程設計與就業(yè)需求接軌、與行業(yè)(職業(yè))標準接軌、與國際高等教育人才培養(yǎng)接軌。首先應考慮到社會和就業(yè)市場的需求，并按照就業(yè)崗位所需技能有針對性地進行課程設置。其次將勞動部門的職業(yè)標準融入我們的課程設計，為學生提供未來可能從事職業(yè)必備的知識與技能。另外，將課程的設計與國際人才的標準接軌，也是我們不斷探索與追求的一個目標。

2說課內容

2.1 課程定位

2.1.1 人才培養(yǎng)模式與方案研究通過調研典型企業(yè)、行業(yè)專家和已畢業(yè)到企業(yè)就業(yè)的學生，了解相關業(yè)務規(guī)格、能力目標及滿意度，不定期召開專業(yè)指導委員會會議等方式，充分聽取意見，以此確定人才培養(yǎng)模式，制定人才培養(yǎng)方案，構建符合企業(yè)職業(yè)技能要求的專業(yè)課程體系。經過這種方式制訂出的教學計劃突出專業(yè)課程的職業(yè)定向性，培養(yǎng)出的學生真正滿足職業(yè)崗位（群）的需求。

2.1.2 職業(yè)崗位通過分析得出數控設備應用與維護專業(yè)的職業(yè)崗位及能力要求：①數控機床裝調：能勝任數控設備的生產、檢測、裝調等工作；②數控機床維護：能勝任數控設備的檢修、維護及日常保養(yǎng)工作；③數控機床銷售及售后服務：能勝任數控設備的銷售及售后服務等工作。

2.1.3 人才培養(yǎng)模式數控設備應用與維護專業(yè)以校企共建專業(yè)為人才培養(yǎng)實施途徑，創(chuàng)新完善“三標耦合、三級遞進、五個共建”人才培養(yǎng)模式，如圖1所示。

以提高數控機床使用企業(yè)和數控機床生產企業(yè)數控機床裝調維修崗位所需的數控機床機械裝調、電氣裝調、聯機調試、維修維護能力為核心；將數控機床裝調維修工的職業(yè)資格標準和企業(yè)崗位標準要求的典型工作任務進行分析、提煉、規(guī)整，再結合專業(yè)調研與本院實際情況、依據職業(yè)認知和職業(yè)成長規(guī)律，構建職業(yè)能力“三級遞進”的人才培養(yǎng)方案；然后在人才培養(yǎng)體系中根據各學習領域組合課程，編寫課程教學標準，完成職業(yè)資格標準、企業(yè)崗位標準、課程教學標準的“三標耦合”，實現教學內容的標準化、系列化。通過實施職業(yè)基礎能力培養(yǎng)、職業(yè)專項能力培養(yǎng)、職業(yè)綜合能力培養(yǎng)的“三級遞進”能力培養(yǎng)，全面提高學生職業(yè)素養(yǎng)、職業(yè)能力、創(chuàng)新精神與創(chuàng)業(yè)能力、可持續(xù)發(fā)展能力。與典型企業(yè)深度校企合作共建人才培養(yǎng)方案、共建專業(yè)課程、共建實訓教學基地、共建師資隊伍、共建教學課堂。

2.1.4 課程體系數維專業(yè)的課程體系如圖2所示，《數控機床裝調生產實訓》屬于職業(yè)專項課程，先修課程包括《數控原理與系統》、《機械測試與裝配技術》、《機床電氣控制與PLC》、《機床拆裝測繪實訓》等課程，后續(xù)課程有《數控機床故障診斷與維護》《頂崗實習》等。本課程在整個課程體系中十分重要，起承前啟后的連接作用。

2.2 教學內容與設計

2.2.1 教學設計理念行動導向，任務驅動：按照職業(yè)工作崗位，以“真設備、真項目、真要求”為基本要素，使課程教學內容與就業(yè)崗位的職業(yè)要求同步，在真實的生產車間進行實訓教學，以期達到最佳教學效果，真正實現學生零距離就業(yè)。以學生為中心：發(fā)揮學生的主體作用，重點關注職業(yè)能力培養(yǎng)與職業(yè)素養(yǎng)養(yǎng)成；以校企共建為平臺：上課教室為校企共建基地之車間；學校教師與企業(yè)專家共同育人，實現優(yōu)勢互補，體現其教學過程中的主導作用。

2.2.2 課程目標分析《數控機床裝調生產實訓》課程主要培養(yǎng)數維專業(yè)學生的專業(yè)能力、方法能力、社會能力，具體內容如下：

2.2.2.1 專業(yè)能力：①掌握整機裝配、調試的工作內容和工作流程；②能夠根據用戶技術參數要求正確配置系統；③能按工藝標準裝配數控機床機械及電氣連接線路；④能正確設置數控系統、伺服系統參數；能進行數據備份和恢復操作；⑤規(guī)范的使用工具和檢具，自覺地遵守安全操作規(guī)程及環(huán)境保護的工作要求；⑥能進行機床精度檢驗及補償，正確使用精度檢測儀器；⑦能進行機床的機電聯調并排除機械故障、電氣故障；⑧熟悉機床檢查驗收流程。

2.2.2.2 方法能力：①抽象與邏輯思維：能有邏輯地解決問題。②信息判斷與選擇：能在眾多信息中，判斷并選擇有效、有用信息。③學習的思想：隨時學習，隨時準備學習，并愿意深造提高。④系統認識：能對復雜問題，進行準確的信息處理、計劃，并執(zhí)行。

2.2.2.3 社會能力①身心健康：積極的人生態(tài)度，強烈的事業(yè)心和濃厚的工作興趣，對工作和生活有追求，有繼續(xù)努力的恒心。對社會的適應性，行為的社會規(guī)范性。②團隊協作：能與人合作，能考慮團隊成員的想法，不會一意孤行。③交流溝通：能較快與陌生人交流溝通，較好的親和力。④表達說明：能用書面和口頭形式，有條理地表達較復雜事物。

2.2.3 教學內容選取根據數維專業(yè)的崗位要求充分考慮課程的針對性適用性，以配置FANUC 0i數控系統的三坐標數控銑床為教學設計載體，選取《數控機床裝調生產實訓》課程內容分為四大教學情境：企業(yè)安全與文明生產、數控機床機械裝配鉗工、數控機床電裝工、數控機床調試工，以便完成本課程的教學目標（如2.2.2所述）。

2.2.4 教學內容規(guī)劃教學內容規(guī)劃如表1所示。

2.3 教學方法每一個學習情境都是一個完整的工作過程，學生都會經歷“資訊（信息收集）計劃（擬定方案）決策（制定方案）實施檢查評估（總結分析提高）”六個階段。在六步教學法實施過程中，充分體現教師的主導性和學生的主體性，指導教師起引導、答疑和示范指導作用，多種教學方法的交替使用，使得教學過程變得豐富多彩，充滿樂趣。同時將素質教育貫穿在整個教學活動中。

①咨訊：采用引導文教學法，準備相關教學資料、技術資料和網絡資源，讓學生明確任務：學什么？做什么？②計劃：采用講授、演示教學法，通過對學習任務分析，分組討論，制定學習方案將各種不同方案比較、選取優(yōu)秀方案。③決策：通過方案分析，推敲方案實施細節(jié)，由指導教師與學生一起決定最終實施的方案。④實施：采用演示、互動、討論、交流等教學方法，學生分組具體實施工作計劃，完成工作任務，指導教師進行巡回指導、回答學生的疑難問題，引導學生團隊協作、共同完成學習任務，互相幫助、共同提高。⑤檢查：通過學生自我檢查、同組學生相互檢查、小組之間學生交換檢查，指導教師教師最終檢查驗收，觀察學生任務完成情況。⑥總結匯報：采用激勵教學法，通過學生對學習任務完成情況的自我評價、小組成員相互評價及指導教師的總結講評，肯定成績，總結學習經念，改進學習中的不足，以期不斷進步。通過對每個教學情境的精心組織、策劃，按照六步教學法認真實施、總結，完全可以實現課程教學目標。

2.4 教學保障條件

2.4.1 師資隊伍《數控機床裝調生產實訓》課程由具有雙師資格的高職教師和具有豐富生產實踐經念的企業(yè)技術人員共同實施，達到理論實踐的緊密結合，理論支撐實踐技能的提高，實踐技能驗證理論的指導性，在教學活動中，教師和學生相互學習，共同提高。

2.4.2 實訓基地《數控機床裝調生產實訓》課程的教學實施地點是與學院有深度校企合作的數控設備生產企業(yè)的數控機床裝調車間進行，讓學生在真實生產環(huán)節(jié)學習，感受企業(yè)文化氛圍，實現學習與就業(yè)的零距離。本課程在生產車間實施教學已經進行三屆，教學效果良好。

2.4.3 教材及參考資料

2.4.3.1 實訓企業(yè)為學生提供相關實訓器材和工具量具和以下技術資料：①數控機床裝配（圖紙、工藝、裝配說明等）資料；②數控系統硬件連接說明書；③數控機床參數說明書；④數控機床維修說明書。

2.4.3.2 專業(yè)教研室為學生提供相關教材、專業(yè)課程網站及圖書資料和實訓報告冊。①學院與數控設備生產企業(yè)、數控系統生產企業(yè)、數控設備使用企業(yè)深度校企合作，開發(fā)適合本課程的專業(yè)教材《數控機床裝調生產實習指導書》；②相關學習書籍：《數控機床構造》、《數控機床裝配調試與故障診斷》、《數控機床結構原理與應用》等；③院級精品課程網站的《數控機床裝調生產實訓》課程及相關專業(yè)網站。

2.5 考核方式①過程考核。分小組對學習效果進行自評、互評和師評（學習態(tài)度、團隊協作及安全操作等情況）；每組集體討論，完成項目學習心得體會并匯報，對項目給出定量評價。②結果考核。以學生個體為單位對實訓內容隨機抽取項目進行實操和答辯。

3結論

《數控機床裝調生產實訓》課程是數維專業(yè)的專業(yè)核心課程，通過說課設計，實現以學生為中心，以能力為本位，真正實現高職教育的4個轉變，即：由單純的職業(yè)技能教育目的觀轉變?yōu)榛A加有限職業(yè)技能教育目的觀；由一次性教育觀轉變?yōu)榭沙掷m(xù)發(fā)展教育觀；由做事教育觀轉變?yōu)樽鍪陆逃c做人教育相結合的教育觀。①進廠學習模式很受學生歡迎，學習效果很好。②學生的操作技能得以增強，綜合素質有較大的提高。③教師的綜合素質提高很快，對學生的指導能力得到加強。

參考文獻：

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關鍵詞：A工作原理；面板設計；電氣保護

1.SINUMERIK 810D系統

SINUMERIK 810D是一種具有免維護性能的操作面板控制系統，是西門子公司針對中國市場進行性價比優(yōu)化的產品。其核心部件―CCU（數控驅動單元）將MMC、OP以及I/O模塊集于一體，具有無電池、無風扇、免維護等特點。該系統具備中文界面的高質量顯示面板，易于操作和編程。它可通過生產現場總線PROFIBUS將驅動器、輸入輸出模塊連接起來，控制六個數字進給軸和一個數字或模擬主軸。驅動系統的模塊化結構為各種應用提供了最大靈活性，并且易于安裝，可靠性高，布線費用低。該系統是用于控制各類車床和銑床的理想控制系統，非常適合于車間級加工應用。此外，SINUMERIK 810D系統中還含有豐富多樣的工藝循環(huán)，以銑床為例，除了常用的鉆孔、鏜孔、鉸孔、攻絲循環(huán)以外，還包含對線性排列孔和圓周排列孔進行鉆、鏜、鉸、攻絲的循環(huán)；端面銑削循環(huán)；輪廓銑削循環(huán)；圓形和矩形型腔銑削循環(huán)；長孔銑削循環(huán)；圓周槽和圓弧槽銑削循環(huán)；螺紋銑削循環(huán)等多種銑削循環(huán)的功能。SINUMERIK 810D數控系統采用了當今先進的控制概念、適用于鉆削、銑削以及車削和磨削機床加工的控制。其能力涵蓋了目前絕大多數大型、特殊、高速、高精度加工機床的要求。SINUMERIK 810D數控系統建立在綜合的系統平臺上，通過系統設定功能而適用于幾乎所有的控制系統，810D與SIMODRIVE 611數字驅動系統和SIMATIC S7可編程序控制器一起，構成了一個全數字控制系統，用于各種復雜零件加工任務，并優(yōu)于其他系統的動態(tài)品質和控制精度。SINUMERIK 810D數控系統采用開放式系統理念，可以在數控核心部分使用標準開發(fā)工具而實現用戶指定的系統循環(huán)和編制用戶所需特殊的界面。

1.1 SINUMERIK 810D系統的功能

（1）CNC功能。數控系統可以控制車床、鉆銑床等機床。其可以控制六個進給軸和一個數字或模擬主軸的同時保證三軸聯動，具有直線插補、平面圓弧插補、螺旋線插補、空間圓弧（CIP）插補等控制方式。系統可以進行螺紋加工、變距螺紋加工等加工方式。并且能滿足旋轉軸控制、端面和柱面坐標轉換（C軸功能）、前饋控制、加速度突變限制、刀具壽命監(jiān)控、主軸準?？刂啤傂怨ソz、恒線速切削、FRAME功能（坐標的平移、旋轉、鏡象、縮放）。

（2）顯示和操作。系統采用標準TFT液晶顯示器，全PC鍵盤操作。可連接機床控制面板、手持操作單元、軟盤驅動器等。在操作使用上，其系統用戶界面分成五個工作區(qū)，即：機床、參數、程序編輯、服務、診斷。

（3）軸的控制。連接SIMODRIVE 61l數字伺服系統，其可控制六個數字進給軸和一個數字或模擬主軸。其工藝特性：

a.控制精度0.001ram

b.進給速度0.01mm/min-10000m/min

c.主軸轉速0.1rpm-99000rpm

d.進給倍率O%-120%（內部0%150%），快速進給倍率200%

（4）PLC編程。S7 300型PLC的輸入輸出點數是通過擴展模塊的方式實現的，其最多可以有四個機架，每個機架最多可以插8個輸出模塊。

（5）刀具管理。SINUMERIK 810D系統的刀具功能是比較有特色的地方，與其他數控系統不同的是，它并不是每一個刀號只能對應一個刀具半徑值和一個刀具長度值，而是在每一個刀具號下面最多可以存儲9組刀具補償值――每個刀具號（T號）下面包含了9個刀沿號（D號），每個刀沿中都可以單獨存儲一個刀長補償值和一個刀具半徑補償值。這樣做的好處是可以為每把刀具設定多個刀偏值，分別用于粗加工、半精加工以及精加工，卻不必擔心由于占據了多個D號而與其他的刀具發(fā)生混亂。

（6）安全與診斷

整個CNC系統可對其各部分的運行進行實時監(jiān)控，當有故障發(fā)生時，系統除對相應部分進行保護外，并可進行自我診斷，在顯示器上顯示報警信息。同時增加了安全鎖，可對用戶分級，對各級用戶賦予不同的操作。

2.操作及工作原理

2.1系統上電

（1）接通主電源：首先合上電氣控制柜的總空氣開關。控制柜電源指示燈亮。

（2）啟動810D系統：按操作面板上的“系統啟動”按鈕，“機床有電”指示燈亮，（顯示屏進入主界面），810D數控系統啟動成功。

（3）啟動液壓系統：旋轉操作面板上的“液壓啟?！遍_關至啟動位置（如果液壓系統不工作或液壓系統工作不正常，其它功能均不能實現）。檢查液壓系統壓力，系統正常工作壓力為2Mpar。

2.2主電機啟動及點動

（1）主電機啟動操作：主電機有兩種運行方式，即工作運行（常車切削）和點動運行。工作運行有正、反常車。設有啟動及停止按鈕；點車運行是為了裝工件，工件調整和對刀調整等，因此設有正點動按鈕、反點動按鈕。

（2）普通車床功能：主電機正轉起動主軸旋轉，實現原普通車床功能。注意：主電機啟動前，保證A、B、C換擋手柄嚙合才能實現（只有C手柄離開1：4和1：l的空檔處時，PLC控制離合器齒輪脫開，C軸伺服使能失效，主軸才能啟動）。啟動主電機，主軸旋轉，進入原普通車床功能。具體步驟如下：

將主軸C變速手柄移動至任意檔位（不能停在1：4和1：l之間位置），接近開關不發(fā)出信號，PLC控制液壓離合器松開電磁鐵1DT，油缸推動離合器使齒輪脫開（C軸電機和主軸脫離），“C軸嚙合”指示燈亮。此時，可以使用原機床的各項進給及主軸功能

2.3主電機的制動

本機床采用能耗制動。即當按壓停車按鈕SBll（SBlo），延時后，KM2、KM5相繼失電而KM6得電，電機定子繞組串接，整流二極管D投入工作，定子繞組通過半波整流后的脈動直流而產生制動力矩，電動機開始制動，延時2兩秒后斷開。

2.4快速及進給電氣傳動控制

（1）托扳、滑板移動方向及其選擇：機床托扳裝有左、右、前、后快速移動或進給的離合器。控制托板快速或走刀。其方向由面板上的“方向選擇開關”來選擇。其動力由快速電機和走刀電機分別拖動。

（2）托扳、滑板工作制及其選擇：托扳、滑板的工作方式分為快速和進給。工作狀態(tài)由方向選擇開關選擇。說明：無論何種工作方式，何種方向的操作，其電氣控制線路原理相仿，只是快速時，其操作方法和點動方式相同，進給運動為常車形式而異。（注意：只有在原普通車床和C軸非使能狀態(tài)時，才可以使用托板和尾座快速功能。若要使用托板進給功能，主電機必須運行。因為進給速度由主電機的速度決定）。若要停止進給，按壓“走刀停止”按鈕即可停止。此時電磁離合器脫開，走刀就迅速停止進給。

3.810D面板設計

西門子SINUMERIK 810D屬于緊湊型的數控系統，它將顯示屏集成在MMC當中，MCP面板包括了手輪、鍵盤。在安裝過程中西門子公司給出了標準的安裝尺寸和模式。我們設計了車床主軸以及電機的控制面板如圖3.1，同時在完成安裝后的810D控制面板圖如圖3.2所示。

4.電器保護

（1）各分支電路均設有自動空氣開關。

（2）各電機分支電路均安裝有電動機保護型斷路器。

（3）液壓泵保護。

油泵采用自動空氣開關作短路和過熱保護。在運轉中，當發(fā)生故障時，其自動空氣開關自動跳閘，這時機床的所有動作均不能動作。機床運轉前首先必須開動油泵，不然主軸、快速進給及走刀均都不能開動。

（4）C軸和原機床主軸的互鎖，C軸使能狀態(tài)和原普通車床狀態(tài)互鎖。

結論

本文設計的機床控制系統采用西門子SINUMERIK 810D數控系統，伺服驅動系統采用了SIMODRIVE611D模塊和1FK7系列伺服電機，在伺服電機與主軸之間安裝減速器和機械傳動裝置從而達到大減速比的要求，實現了系統C軸的精確分度功能。并根據需要設計了基于SINUMERIK 810D系統的面板。

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關鍵詞 數控機床；機械手；設計

中圖分類號TG659 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）68-0071-02

在數控機床的各項性能指標和整體布局上，輸送技術對其有著直接性的影響。在缸體加工過程中，發(fā)動機缸體的三軸孔加工是一項十分重要的程序和環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)在很大程度上確保了三軸孔在加工過程中的精確度；在缸體的縱向上，應當配置若干個固定的導向設施，用于支撐鏜桿；傳統意義上的三軸孔鏜床，其架構復雜，同時存在防護難度大、輸送速度較慢等諸多問題，在很大程度上給數控機床的生產節(jié)拍造成了影響。為了解決上述困難，大連機床企業(yè)首次研究并設計了空中布局的數控機床上下料機械手，這不僅強化了數控機床的剛性，同時也解決了數控機床在排屑過程中所面臨的一系列難題，實現了轉機缸體在輸送過程中所表現出的柔性；通過對伺服驅動技術，在很大程度上減少了輸送機床在輸送過程中的時間，同時實現了工序的分解，致使數控機床的節(jié)拍從原來的6min下降到現在的3.2min；在一定意義上達到了用戶在節(jié)拍方面的一些要求，與此同時，在很大程度上也提高了數控機床的自動化。

1 機械手的發(fā)展情形與動態(tài)

從國內外所有機械手的發(fā)展現狀來看，在現階段，對機械手的研究和開發(fā)已趨于，機械手的發(fā)展現狀與動態(tài)，可以總結為：第一，模塊化與可重構化是現階段機械架構發(fā)展的主要動向；其二，PC機的開放型控制器是機械手體系發(fā)展的一個主要方向，其目的就是為了完善機械手，使其逐漸走向網絡化和標準化；器件集成度得以強化，架構設計玲瓏，同時運用過了模塊化架構；在很大程度上強化了機械手體系的安全性和可靠性，同時也滿足機械手在維修和防護方面的一些便捷性；第三，傳感器在機械手中發(fā)揮了十分重要的作用，不僅運用了傳統的速度傳感器、位置傳感器等，同時也引進了先進的視覺傳感器、觸覺傳感器和聽覺傳感器，促使機械手逐漸向智能化方向發(fā)展和推進；第四，裝配、焊接等機械產品逐漸向模塊化、標準化及系列化方向推進和發(fā)展，及系統動態(tài)的仿真等。

2 機械手手爪架構的設計分析

機械手手爪的類型較多，其主要用于作業(yè)的操作和裝置，按照不同的作業(yè)方法和操作，可以將手爪分為測量式手爪、加工式手爪及搬用式手爪等。所謂搬用式手爪，即為多種類型的夾持裝置，其主要用于對物體的搬用和抓取；加工式手爪，即為附有焊槍、銑刀等工具的機械手附加設備，其主要用于對作業(yè)的加工；所謂測量式手爪，即為附有傳感器的一種附加設備，其主要用于對作業(yè)的檢驗和測量。在機械手手爪的設計過程中，應當遵循以下幾個方面的要求：其一，根據機械手作業(yè)的具體要求對機械手手爪進行相應的設計和開發(fā)；其二，機械手手爪的專用性和萬能型之間存在一定的矛盾。萬能手的架構設計比較繁瑣，有時還會出現無法實現的現象，以工業(yè)的實際應用為出發(fā)點，將重點應放在對各類專用的、工作效率較高的機械手的研究和設計上，確保工業(yè)機械手的所有工作性能的實現和健全，在這里，我們不贊成通過一個萬能手來完成所有工作，應當考慮機械手在設計過程中所發(fā)揮的一些經濟效益；其三，確保手爪的通用性。所謂機械手爪的通用性，即為通過數量有限的手爪來適應不同要求的機械手，這就給末端執(zhí)行器提出了一定的要求，即要求其末端配置一個標準的機械接口，保證末端執(zhí)行器能夠標準化運用。

3 機械手設計方案的運行

因為機械手手臂在運作過程中表現為直線式，并且考慮到機械手在剛度、運動過程中所表現出的穩(wěn)定性和安全性、動態(tài)性能等方面的一些要求，所以應當選取液壓驅動方式，基于液壓缸所表現出的直接性驅動，液壓缸不僅是執(zhí)行件，同時也是驅動件，所以，在設計過程中可以取消對執(zhí)行件的設計，又由于液壓缸在運動過程中表現為直線式，所以，在其控制上的難度較低，便于計算機管理和控制。

除此之外，機械手手臂由于在其具體工作及控制方面的一些要求，所以在機械手手臂的過程中，應當控制其結構的設計，不應過大，如果只依賴加大液壓缸的直徑來實現剛度的提高，那么將無法實現系統剛度的一些要求。所以，在設計過程中，額外添加了導桿機構，在小臂上安置了兩個導桿，兩導桿和活塞桿共同形成了一個等邊三角形，在最大程度上加大了小臂的剛度；在大臂上安置了四個導桿，四個導桿構成了四邊形，為了最大限度的降低大臂的重量，每個導桿都引用了空心架構。

4 機械手的優(yōu)勢和應用

機械手實施方案具有速度快、工作效率高、負載能力強、移位精度高及故障出現頻率低等諸多方面的優(yōu)點。

機械手在DK050機床上的成功運用，是數控機床柔性輸送方面的一大創(chuàng)新。在今后的數控機床的生產過程中，機械手的開發(fā)和運用將會得到前所未有的發(fā)揮，同時為廣大用戶提供了極大地方便，能夠產生較大的生產效益和經濟效益。

5 結論

機械手在機械行業(yè)中的運用已經成為一種必然的趨勢，同時這種運用將得到前所未有的發(fā)揮，機械手能夠成功的運用于機械零件的組裝和加工工件的裝卸與搬運，尤其體現于組合機床以及自動化數控機床上的運用和創(chuàng)新。將機械手與機床設備合為一個柔性體，在很大程度上能夠節(jié)省工件輸送裝置，架構比較緊湊，同時適應能力較強，在技術和經濟上對機械手進行考慮都是有必要的，所以，對數控機床上下料機械手進行研究和設計是一種必然。

參考文獻

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關鍵詞：數控機床 機床設計虛擬技術

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）07-0070-01

在2011年的年初，我國的相關專家和院士就做出了關于實施《數控一代機械產品創(chuàng)新應用示范工程》的建議。這一建議也受到了國家的相關部門的高度重視。在2012年，我國了《數控一代機械產品創(chuàng)新應用示范工程》。在這樣的背景下，數控一代裝備的制造和發(fā)展脈絡已經明顯的很清晰。在這個過程中，人機操作界面的開發(fā)、控制軟件的開發(fā)、節(jié)能電機的開發(fā)等將被作為開發(fā)技術的重點，將再次的受到政策的優(yōu)惠。本文針對數控技術的發(fā)展方向，結合筆者對于數控機床技術發(fā)展的了解，將針對虛擬技術在數控機床設計中的應用進行一定的分析。

1 虛擬技術及其特征分析

虛擬技術指的是利用三維聲場就似乎以及多傳感交互技術、高分辨率現實技術等先進的技術，生成一定的三維立體畫面，使得客戶也能夠成為三維虛擬環(huán)境的一個部分，實現實時的交互技術，并且能夠實現感知和操作虛擬世界中的各種對象，最終實現身臨其境的感受和用戶體驗。

虛擬技術本身最基本的特征就是沉浸性、交互性和空間的想象性。我們所說的沉浸性指的是由計算機生產的相對逼真的三維立體畫面，這樣就能夠使得用戶產生一定的身臨其境的感受，并且最終獲得和客觀世界一樣的體驗。交互性就是客戶能夠自然而然的實現與虛擬環(huán)境中的各個對象的交互操作感受，從而能夠進一步的感受和相應虛擬環(huán)境?？臻g的想象性指的是虛擬環(huán)境中，環(huán)境中的各個對象可以對客戶提供發(fā)揮想象力的各種機制，并且能夠啟發(fā)用戶本身的思維創(chuàng)造性，提高對產品的感性認識和理性的理解。

由于虛擬技術本身有可操作性、真實性和可重復性的有點，在數控機床的設計中，其作為一個平臺，有巨大的發(fā)展?jié)摿?，現在已經在數控車床設計的教學中有很大的作用，也是未來數控車床設計和開發(fā)的一個重要的技術依托。

2 虛擬技術在數控車床設計中的應用

2.1 虛擬技術能夠補充現代工業(yè)設計理念的不足

針對工業(yè)設計來講，由于工業(yè)的機械設計是工業(yè)革命的產物，也是科學技術與文化藝術等多個學科之間相互交叉的學科。其核心的問題就是針對產品進行產品造型的設計。如果對于工業(yè)設計本身的重要性認識不夠充分的話，最直接的就是導致所設計的產品造型相對粗放，產品缺少設計的美感和設計感。缺乏一定的時代性，這樣就使得產品的界面相對比較混亂，缺乏一定的人文關懷。我們中國的機床設計以及相關的制造與國外同行業(yè)相比的話，是有很大的優(yōu)勢的。但是，我們現階段所缺少的就是工業(yè)設計的意識。就機床的市場來講，在功能和性能以及產品質量等硬的指標都差不多的情況下，所制造產品的造型和相關的設計意識已經越來越得到人們的關注，使用者將選擇那些操作人性化的機械設備，甚至在一定的程度上這會決定產品的銷量。

虛擬技術在機床設計中的應用卻可以有效的改變這樣的局面。我們可以通過三維的畫面來展示機床的設計理念，同時，通過對于機床的設計功能的介紹，設計出先關的人性化設計方面，首先就能夠節(jié)約大量的設計成本，同時還增加了企業(yè)對于新理念和新技術的應用，提高了設計的實際效率。

2.2 虛擬技術能夠樹立機床設計的新理念

在數控機床的設計過程中，樹立一個新的，相對長遠的設計目標和理念，同時樹立自己的品牌意識將對企業(yè)的發(fā)展產生很大的影響。對于一個行業(yè)或者是一個單純的企業(yè)來講，缺乏一定的品牌概念和新的設計理念，對于一個產品來講將會產生很大的影響。缺乏品牌意識和設計理念是現階段很多企業(yè)的通病，尤其是行業(yè)內部的很多中小企業(yè)，由于大環(huán)境和本身實力的影響，中小企業(yè)本身不能夠設計出一些具備品牌概念和設計意識先進的產品。在數控車床的設計過程中，利用虛擬技術，可以有效的解決這樣的問題，首先就可以有效的節(jié)省成本，保證中小企業(yè)的設計理念得到有效的展示。同時，也能夠實現設計理念的多方論證，將數控機床的設計理念進一步的完善。這樣的話也就能夠保證企業(yè)逐漸的在設計中樹立自己的品牌。

2.3 虛擬技術能夠有效的展示數控技術的文化特色

產品的語義學告訴我們，對于產品來講，其不僅僅具備了一定的物質功能，還需要體現一定的文化功能和特征。機床的造型設計本身就是一個創(chuàng)意和設計理念的體現。需要的是不僅僅要體現出其本身設計的物理功能，還要能夠體現出民族特征和文化的內涵。在追求科學價值的機床設計領域，我們不僅僅要將機床本身的功能做出科學的設計，還要追求機床本身的文化內涵和藝術內涵，甚至要將民族的東西加入到機床設計過程中。機床的造型將在一定的程度上體現出一個國家或者是一個行業(yè)的設計水平。而將虛擬技術應用在機床的設計中，將能夠有效的保證機床的設計能夠體現出科學價值與藝術價值的融合，并且能夠做到不斷的改進和展示。實現機床設計的飛躍。

3 結語

虛擬技術在機床的設計過程中主要包含了實體建模和仿真兩個方面的過程。整體上通過利用計算機技術來完成整個產品的開發(fā)，以數字化的形式虛擬并且可視的完成產品的開發(fā)，并且在制造實體物品之前可以對產品的結構以及性能做出有效的分析和仿真，實現制造過程的早期反饋，并且能夠及時的發(fā)現和解決問題。與傳統的設計方法相比，產品的虛擬技術可以減少甚至可以取消物理樣機的研制次數，盡可能的降低開發(fā)的周期和成本，提高產品的設計質量。虛擬技術可以支持數控機床在開發(fā)的過程中所有的實體建模都采取真是的尺寸，基于該項技術的產品設計模型可以方便的針對虛擬樣機進行設計和開發(fā)工作。這樣就能夠滿足開發(fā)和設計的要求，實現產品的進一步優(yōu)化。

參考文獻

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關鍵詞：數控車床；創(chuàng)新設計；TRIZ理論

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.14.040

1 經濟型數控車床

數控車床的結構簡單，操作方便，制造成本低并且技術容易掌握，通過用微機控制的步進電動機來執(zhí)行本身的進給運動，其結構是由進給傳動鏈最短出發(fā)，讓步進電動機輸出端配置減速器并與進給系統的絲杠連接，來實現X、Z軸的進給運動；采用可控電動尾座來實現對零件的頂尖頂緊工作；安裝自動回轉刀架，通過數控系統傳遞信號來實現刀具的旋轉與進給加工；并采用開環(huán)控制系統，加工精度由執(zhí)行元件和傳動機構的精度來保證，雖然這種數控車床的定位精度較低，但是該數控車床的投資少，安裝調試方便，適用于精度要求不高的零件加工，也是目前機械制造業(yè)應用最普遍的一種。

2 沖突分析

經濟型數控車床采用的是螺旋轉位刀架，根據數控機床的加工特點，我們了解到，對于內孔的加工，只能借住車床尾座通過手動操作來打中心孔和鉆孔從而實現內孔的加工，還有就是這種類型的刀架只能加工出內外圓柱、圓錐、螺紋、孔等，而達不到在零件側面進行平面、腔的加工，在這里應用TRIZ理論來進行經濟型CK6140數控車床的刀架的創(chuàng)新。

工程沖突包括技術、物理和數學這三種沖突，它的主要內容也是TRIZ研究的內容。物理沖突就是為了實現某種功能而表現出一個子系統或元件有一種特性，并且出現與此特性相反的特性。情況分析如下：當一個子系統的有用功增強時也使其系統的有害功增強；當一個子系統的有害功降低也會使其有害功降低。

3 利用TRIZ理論解決沖突

應用技術沖突解決的原理又稱發(fā)明原理，隨著科學技術的飛速發(fā)展，TRIZ團體通過對250萬專利的精心研究，總結出了39條工程參數，所有的沖突問題都可以在工程參數表中查到，同時又提出了解決技術沖突的40條發(fā)明原理。

經濟型CK6140數控車床刀架改造技術沖突：數控車床實現零件軸上平面、腔的加工，若采用車銑復合裝置的轉塔刀架和機械手，提高了加工效率，但是制造成本較高，而且結構設計比較麻煩，不易于制造和維修。

從39個工程參數中選擇技術沖突的一對特征參數，由此確定標準工程參數如下：1）希望改進的特征：速度、生產率；2）惡化的特征：可制造性、可維修性；3）從沖突矩陣表中可查出發(fā)明原理。

4 創(chuàng)新設計

主要設計是在刀架上加上一個動力銑頭，動力銑頭的主軸軸線與數控車床中心線相垂直，動力銑頭由單獨的步進電動機實現。若孔或腔的加工在同一母線上，可以把主軸電機上加個剎車即可實現。其螺旋轉位四工位刀架需要改，選用中拖板絲杠的行程，而所選用的動力銑頭要盡量靠近中拖板的后端，使得銑頭和刀架之間的距離最大化。

經過創(chuàng)新之后經濟型CK6140數控車床在進行車削的加工同時，可以通過Y向步進電動機帶動動力銑頭進行銑削加工，實現軸上平面和槽的加工。具體的設計是把M33（車削）和M34（銑削）指令加入到PLC控制程序中，當數控床開機時默認為車削加工狀態(tài)，數控系統對內取消對Y軸電動機的監(jiān)控和銑頭電動機的控制指令輸出，對外輸出信號切斷Y軸電動機的強電，這時只有X軸、Z軸參與聯動工作。當需要對零件進行銑削加工時，只需在加工程序的編程中輸入M34指令，就實現了系統對內恢復對Y軸電動機的監(jiān)控和銑頭電動機的控制指令輸出，對外輸出信號接通Y軸電動機的強電，這時數控車床就可以實現銑削功能，讓主軸停止轉動，即工件不動，銑刀旋轉進給銑削。和經濟型數控車床一樣，電動刀架上可以安裝4把車刀，銑頭主軸上可安裝一把銑刀，加工時通常是先進行車削加工，此時滑板上的電動刀架靠近工件進行車削加工，車削完成后，滑板后退，車削刀架遠離工件，銑削主軸靠近工件，Y軸按加工需要動作，銑頭電機旋轉，進行銑削加工，如需更換銑刀，要停機手動換刀再繼續(xù)加工，從而完成軸的平面、槽的加工。

通過對數控車床總體結構進行創(chuàng)新設計，本文的主要研究內容和成果為：

（1）提出刀架需要改進的地方，對其不足之處進行分析確定沖突類型屬于技術沖突，介紹了TRIZ理論中的39個工程參數和40條發(fā)明原理，主要運用TRIZ理論中的矛盾沖突矩陣，根據在刀架的設計中遇到的問題，然后在沖突矩陣表格中選取提供的39個工程參數中的改善條件與惡化條件的關系，來初步確定可能應用到的40條發(fā)明原理中的其中一些原理，根據原理來設計預期的符合要求的刀架結構，在刀架上加上一個動力銑頭，動力銑頭的主軸軸線與數控車床中心線相垂直，動力銑頭由單獨的步進電動機實現。

（2）對設計的刀架進行試驗，驗證它的工作原理，實現了在經濟型數控車床上進行軸上平面和槽的加工，一般操作過程是先進行車削，此時切斷Y軸電動機和動力銑頭電動機，當進行銑削時，在程序中輸入M34，恢復Y軸電動機和動力銑頭電動機的工作，從而進行平面和槽的加工，工作原理是車床主軸不動即工件不動，讓銑刀旋轉進給進行銑削，到達加工的目的。

5 小結

運用TRIZ理論對經濟型數控車床的刀架進行結構和原理上的創(chuàng)新設計，理論上具有很強的可行性，此次對刀架具體結構設計并沒有進行詳細的計算和布局，機構設計不夠理想，需要進一步完善該機構，才能更好地改善經濟型數控車床的性能。