机床数控化范文第1篇

论文摘要：本文首先介绍了机床数控化改造的必要性，而重点在于介绍如何进行机床数控化改造，包括数控系统的选择、数控改造中对主要机械部件改装探讨和机床数控改造主要步骤，并列举了几个数控改造的实例，最后说明了数控改造中的问题并提出了建议。 

 

1机床进行数控化改造的必要性 

微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且 些优越性均来自数控系统所包含的 计算 机的威力。 

由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。 

可以实现加工的自动化，而且 柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3～7倍。 

由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了“柔性自动化”。 

加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。 

可实现多工序的集中，减少零件 在机床间的频繁搬运。拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现 时间无 看管加工。由以上五条派生的好处。如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。 

以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。此外，机床数控化还是推行fmc（柔性制造单元）、fms（柔性制造系统）以及cims（计算机集成制造系统）等 企业 信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。 

宏观上看， 工业 发达 家的军、民机械工业，在70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业（包括军、民机械工业）进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、fmc、fms外，还包括在产品开发中推行cad、cae、cam、虚拟制造以及在生产管理中推行mis（管理信息系统）、cims等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造（称之为信息化），最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重（数控化率）到1995年只有1.9％，而日本在1994年已达20.8％，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。 

 

2如何进行机床数控化改造 

2．1 数控化改造的内容。机床与生产线的数控化改造主要内容有以下几点：其一是恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复；其二是nc化，在普通机床上加数显装置，或加数控系统，改造成nc机床、cnc机床；其三是翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度；对其不满足生产要求的cnc系统以最新cnc进行更新；其四是技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新，较大幅度地提高水平和档次的更新改造。

2．2数控系统的选择 

数控系统主要有三种类型，改造时，应根据具体情况进行选择。 

步进电机拖动的开环系统。该系统的伺服驱动装置主要是步进电机、功率步进电机、电液脉冲马达等。由数控系统送出的进给指令脉冲，经驱动电路控制和功率放大后，使步进电机转动，通过齿轮副与滚珠丝杠副驱动执行部件。只要控制指令脉冲的数量、频率以及通电顺序，便可控制执行部件运动的位移量、速度和运动方向。这种系统不需要将所测得的实际位置和速度反馈到输入端，故称之为开环系统，该系统的位移精度主要决定于步进电机的角位移精度，齿轮丝杠等传动元件的节距精度，所以系统的位移精度较低。该系统结构简单，调试维修方便，工作可靠，成本低，易改装成功。 

异步电动机或直流电机拖动，光栅测量反馈的闭环数控系统。该系统与开环系统的区别是：由光栅、感应同步器等位置检测装置测得的实际位置反馈信号，随时与给定值进行比较，将两者的差值放大和变换，驱动执行机构，以给定的速度向着消除偏差的方向运动，直到给定位置与反馈的实际位置的差值等于零为止。闭环进给系统在结构上比开环进给系统复杂，成本也高，对环境室温要求严。设计和调试都比开环系统难。但是可以获得比开环进给系统更高的精度，更快的速度，驱动功率更大的特性指标。可根据产品技术要求，决定是否采用这种系统。 

交/直流伺服电机拖动，编码器反馈的半闭环数控系统。半闭环系统检测元件安装在中间传动件上，间接测量执行部件的位置。它只能补偿系统环路内部部分元件的误差，因此，它的精度比闭环系统的精度低，但是它的结构与调试都较闭环系统简单。在将角位移检测元件与速度检测元件和伺服电机作成一个整体时则无需考虑位置检测装置的安装问题。当前生产数控系统的公司厂家比较多，国外著名公司的如德国siemens公司、日本fanuc公司；国内公司如

3数控改造中主要机械部件改装探讨。 

一台新的数控机床，在设计上要达到：有高的静动态刚度；运动副之间的摩擦系数小，传动无间隙；功率大；便于操作和维修。机床数控改造时应尽量达到上述要求。不能认为将数控装置与普通机床连接在一起就达到了数控机床的要求，还应对主要部件进行相应的改造使其达到一定的设计要求，才能获得预期的改造目的。 

滑动导轨副。对数控车床来说，导轨除应具有普通车床导向精度和工艺性外，还要有良好的耐摩擦、磨损特性，并减少因摩擦阻力而致死区。同时要有足够的刚度，以减少导轨变形对加工精度的影响，要有合理的导轨防护和润滑。 

齿轮副。一般机床的齿轮主要集中在主轴箱和变速箱中。为了保证传动精度，数控机床上使用的齿轮精度等级都比普通机床高。在结构上要能达到无间隙传动，因而改造时，机床主要齿轮必须满足数控机床的要求，以保证机床加工精度。 

滑动丝杠与滚珠丝杠。丝杠传动直接关系到传动链精度。丝杠的选用主要取决于加工件的精度要求和拖动扭矩要求。被加工件精度要求不高时可采用滑动丝杠，但应检查原丝杠磨损情况，如螺距误差及螺距累计误差以及相配螺母间隙。一般情况滑动丝杠应不低于6级，螺母间隙过大则更换螺母。采用滑动丝杠相对滚珠丝杠价格较低，但难以满足精度较高的零件加工。 

机床数控化范文第2篇

【关键词】数控技术 数控加工 机械机床 发展前景

数控技术也叫做计算机数控技术，是利计算机技术利用一种数字程序来控制机械设备的技术，是当今建筑行业中一个非常重要的使用装备，也是当今社会发展中重要的产业。一个国家要想发展好工业，就必须要用先进的技术作为支撑，刚好数控机床就是先进的数控技术中的其中一种，数控机床是典型的机电一体化产品，是一种装有程序由计算机技术控制的自动化高效能机床，代表了现代数控技术控制机械机床的发展方向。

一、我国数控技术的发展

随着计算机技术日的功能越来越强大，已经成为数控技术发展的必然趋势。在传统数控技术方面，我国处于相对落后的状态，先进的数控技术却为我国原本落后的数控产业的发展提供良好的契机。我国是数控技术在经历了半个世纪的发展，现在已经掌握了自己的装备，取得了比较大的进步。此外，还建立了数控开发技术，数控机床生产基地，培养了专业的数控人才，形成了自己专有的数控产业。虽然我国的数控机床多是用旧机床进行改造的，但是就目前来说，我国在现代化数控技术上飞快的发展速度充分说明了这些年我国在数控行业中的整体实力的壮大，改变了中国依赖传统机床的的局面。

二、数控技术在建筑行业的应用

（一）数控技术的功能

在先进的数控技术的发展下，数控技术是不仅给建筑行业的机械加工带来了便利，也给其他行业在机械加工方面带来了很大的帮助。数控技术是计算机程序对机械设备进行远程控制的方法，它包含了传统的制造技术、感应检测技术、光机电技术、计算机技术等，同时它还拥有利用编好的程序对数控机械设备实现了远程控制功能，提高了机械设备的灵活性和工作效率。在先进的数控技术下，数控机械设备在不同行业的领域下得到了不同的发展需求。

（二）数控机械对施工的概念

在建筑行业的生产中，数控加工技术主要是在机器设备的生产线上工作。数控技术机械化施工是指利用三维设计图数据的模型、建筑工地的数据采集系统、数控机械控制系统等多个平台，通过建筑工地的信息资源来实现对工地的施工机械管理、控制的施工模式。数控加工技术主要是代替工作人员完成那些细密的焊接加工任务，这样在提高了生产效率的同时又保了生产的质量，同时又节省了劳动力，用低成本实现了高效率。如果机械设备在运作的时候出现了故障，数控加工技术会通过自带的检测系统将设备在工作时发生故障的信息发送给计算机系统，并且会自动停止机械设备相应的工作，减少了企业不必要的损失。

（三）数控技术机械化的施工原理

数控机械化施工采用的是智能机器人一样的动态定位技术或者GPS监测技术，通过监测技术和传感器发来的信号，用图像或者声音来指引操作员自动控制铲刀等机械准确施工。

三、数控机械设备的应用

（一）数控技术在建筑业中的应用

数控控制技术在机械设备运转中有着非常重要的作用，它是现在化机电一体化重要组成的部分，能够进一步提高机床的生产工作效率。机械机床会执行计算机数控技术发出的指令，因为数控技术利用数字化信息技术把数控机床工作时所要用的全部工件的信息以及工艺信息都进行了数字化处理，实现了对数控机床的远程加工引导，让数控机床等机械设备实现自动化生产的功能，给建筑业带来了先进的技术。数控机床最大的特点也是最大的优势就是不需要重新调动机床工作台的位置，而是操作人员只需要将控制机床的程序输入到系统中，就可以让数控机床自动工作，从而解决了建筑行业复杂的加工问题。

（二）数控技术加工系统的应用

如今，数控技术被各行各业广泛的使用，其装备的性能也在不断的被提高，与其相应的设备也发生了改变。数控机床的外壳在毛坯制造的时候开始引进焊件，采用数控气割解决了诸多容易发生安全事故的问题，并且数控技术系统利用切削加工满足了满足了机床在生产产品时的精度需求和质量要求。

四、改造数控机床对建筑行业的意义

随着科学技术的不断发展，数控技术发展的速度也越来越快，广泛使用数控技术是建筑行业发展的重要标志，而当前传统的机床已经无法满足企业的生产需求，但我国有一些中小型的建筑企业在机床这方面没有过多的了解，对此给企业造成了生产成本的不断增高，严重影响了中小型建筑企业的经济效益。而数控机床的改造恰恰解决了建筑业的这个问题，数控机床的改造不但有利于推动数控技术的现代化整体水平，还以高精密度和智能化的优势为中小型建筑企业提高了生产效率，减低运作成本，机床的性能也更加稳定，同时还解决了传统机床在作业中所遇到的困难，给作业人员减轻了工作负担。对传统机床进行数控化改造，其实就是利用先进的机损件技术对传统机床里面的元件的功能进行数字化信息处理，让其实现可以自动化生产，将其原来的性能达到像新购置的数控机床功能一样的效果。

五、结束语

当前数控机床在我国建筑行业中有很大的市场需求，能够满足我国建筑行业对数控机床等设备需求的唯一办法利用先进的计算机数控技术将传统的普通机床进行数控化的改造，对其建立相应的工作体系。旧机床的改造具有很大的意义，它将带来及巨大的市场效益，对中小型建筑行业的流动资金和降低生产成本有较大的帮助。不仅数控机床对建筑行业的发展有着重要的作用，数控技术还奠定了我国数控技术产业和数控机械设备制造业的可持续性发展，因此，大力发展先进的数控技术已经成为了国家加快速度发展经济、提高综合国力和数控地位的重要途径。

参考文献：

[1]钟良伟.建筑机械机床数控化改造方法研究.2016（03）：

212-214

机床数控化范文第3篇

【关键词】实用型；数控机床；改造；优化

数控机床的是我国加工制造领域重要的机械设备，随着技术的发展和数控技术的不断提高，我国的数控机床不断更新换代。实用型机床所具有的实用性、经济性优势使其成为我国中小型企业加工企业的主要设备。但是随着加工要求的不断提高，很多老款数控机床在加工精度上已经无法满足现代越来越精细的加工要求，而数控机床全面换新，不仅造成资源浪费，也为企业增加了很大的经济负担。既要保证加工精度，又要考虑到经济成本，对已有数控机床进行改造，优化机床性能，无疑是最佳解决问题的途径。

1、数控机床改造的优势

在机械加工领域中，对已有数控机床进行改造优化是一种普遍现象，改造技术也因此得到广泛的推广应用，这主要是因为数控机床改造具有一定的优势。

1.1有效提高数控机床稳定性。数控机床在结构上的改造让机床本身和支架在原有的基础上支持力度加大，稳定性得到有效的提升，在机床重量方面和构筑方面稳定度都得到提高，与原有的焊接构架比较而言，进行结构改造后的数控机床安全性和稳定性都大幅度提高，坚固耐用，有效延长了机床的使用寿命。

1.2熟悉性能，易于养护和维修。每引进一款新的机床设备，无论是机床操作人员还是维修人员，都需要去花去一段时间对其结构、性能、操作说明进行学习和了解。而改造的机床是在原有机床的基础上进行的，机床原有的结构和性能早已熟知，在改造过程中对各部分性能也已经完全了解，可以很快的投入到工作状态，适应性良好，日常养护和维修也容易很多。对于机床故障也能够更加快速的找到故障原因，从而及时的排除故障。

1.3降低成本，充分发挥效能。又有的陈旧闲置设备应用现代化技术对其进行改造升级，使其实现加工生产的自动化与程序化，赋予其新的工作性能。这样相对于引进新设备来说，成本要降低很多，而且使已有的资源充分的发挥效能。不仅降低成本，而且节约时间，有效缩短了产生的生产周期。

1.4通用性能提高，提升工作效率。对旧机床进行改造，对精密仪器充分的利用，是零件之间的尺寸差异最大程度的减小，通用性能得到提高，从而使产生生产的合格率得到有效的提升。用最经济的方法有效的提升工作效率越大。

1.5降低工人劳动强度。数控机床改造能激发工作和学习的热情，努力提高自身专业技术水平，随着现代化技术思想的深入人心，工人也从普通的体力劳动者转化为现代脑力工作者，有效的降低了体力劳动强度。

2、实用型数控机床改造优化方案

2.1控制系统的改造。现今数控系统有很多种类，在对数控机床进行改造时，首先要对被改造的机床功能全面的了解，在进行数控系统的选择。在选择数控系统时，要本着技术现今、价格适中、服务便捷的基本原则。从目前数控系统的应用来看，以JWK-15T和JBK-30M单片机数控系统的应用最多。在选择控制系统是要注意：首先，如果有充足的资金条件，尽可能选择性能优、质量好的产品。这类产品一般都会通过严格的晒源，制造工艺规范，故障率低。其次，不能过度追求高性能指标，要将选择的重点放在数控功能上，选择性价比高的产品。最后，系统功能要与被改造的基础功能相互匹配，尽可能的控制数控功能过剩。

2.2选择合适的改造对象。采用数控系统对零件加工制造，首先就要编制出一套科学合理的加工程序，特别是批量零件的加工。因此在选择改造对象是要对不同类型机床的零件加工情况信息进行全面的了解，从而确定出合适的改造对象。一般来说，采用微机技术对中小车床进行改造使其成为实用性数控车床是最为恰当的。这样既达到零件批量加工的目的，有具有了卧式车床的功能，对性状复杂的零件也能够通过微机技术改造后的机床进行加工。

2.3改造范围的确定。对于数控机床改造范围大小的确定，取决于机床本身所具有的性能和加工精度。改造旧的机床，通常都是将原有的传动系统改造为功率步进减低通过消隙减速齿轮来直接带动滚珠丝杠，实现对刀架沿着两个坐标运动的控制。对于精度良好的车床，通常都保持原部件不懂，对床鞍的纵向和横向滑动丝杠副进行改造，使之成为滚珠丝杠副。再配合安装消隙减速箱，配置步进电机。这样一来，车床的纵向运动和横向运动都能通过微机系统来控制，而且操作者操作起来也非常简单。为了防止普通操作与数控操作之间相互有影响而导致操作失误，在电气控制方面需要安装必要的电气连锁开关，以对操作转换进行有效的控制。

2.4辅助改造。在对数控机床改造的过程中，根据生产的需要，可能会涉及到对刀架进行改造。根据实际的加工需要，再根据每把刀的使用情况，来对刀具分别进行编程，通过程序来控制刀具完成工序。根据改造后数控机床的主要加工对象，来确定刀架是否有改造的必要。如果必须要改造刀架，通常采用安装死吧到，具有绝对到位控制功能的自动回转刀架。重复定位误差在0.005mm以下，具有良好的精度和耐用性。如果改造后的机床需要加工螺纹，可在主轴后端安装脉冲发生器，用于对主轴位置发出反馈信号。这样可实时对主轴转角位置进行检测并发送给单板机，为单板机的螺距处理提供参考数据。

3、结语

对实用型数控车床进行改造，能够有效的提高原有机床的性能，更好的实现生产加工的自动化控制，同时节约成本，避免资源浪费，对提高生产效率和生产效益都十分有利。采用微机技术对机床进行改造，优化机床结构，实现简易数控，而且安装简单，操作容易，有效降低工人的劳动强度，特别适合批量生产。基于微机技术进行实用型数控机床的改造，优化机床性能，对于中小型生产加工企业来说，具有良好的应用价值，值得进一步推广。

参考文献

[1]余英良.机床数控改造设计与实例[J].机械工业出版社，2011.

[2]何立民.单片机应用系统设计系统配置与接口技术[J].北京：北京航空航天大学出版社，2011，12.

[3]刘文波，段志敏，陈白宁.机床数控技术[M].东北大学出版社，2010.

机床数控化范文第4篇

【关键词】数控机床；智能化；操作界面

0.引言

进入21世纪，世界机床技术快速向前发展，在精度、效率、自动化、智能化、网络化、集成化方面，都出现了新的飞跃。在2006年9月6日到13日美国举办的展览会上，日本MAZAK公司第一次展出了智能机床，这是一个重大突破。在今后一段时间内，这种类似的综合性智能化机床引领世界机床技术进入了一个新的发展领域。

1.智能机床具有的六大特色

1）数控系统具有特殊的人机对话功能，在编程时能在监测画面上显示出刀具轨迹等，进一步提高切削效率。

2）有自动防止刀具和工件碰撞的功能，能大大减少突发事故，提高机床工作的可靠性。

3）机床故障能进行远距离诊断。

4）有自动抑制振动的功能，在高速加工过程中，该机能自动抑制振动，大大提高了加工精度。

5）有自动补充油和抑制噪音的功能，能大大改善工作条件。

6）能自动测量和自动补偿，减少高速主轴、立柱、床身热变形对机床的影响，使机床加工精度大大提高。

2.“第七届中国数控机床展览会”的智能成果

2012年4月16日至20日，“第七届中国数控机床展览会”在我国南京“国际博览中心”隆重举行。本届展会，智能化技术应用越来越广泛，机床制造商二次开发能力都有了很大的提高，很多公司都展示了最新的智能化产品。从普及的结果可以看出，数控机床智能化技术的研究方向有以下几点：

2.1智能化加工技术

智能化加工技术主要包括虚拟机床技术，工艺参数修改与选择以及自动加工生产线等技术。

（1）哈斯智能化的控制系统能够监控刀具的主轴负载，当主轴负载超过设定的数值时，机床能够自动调整进给率。友嘉通过分析和比较不同种类CNC数控机床的加工方法，也开发出了自动进给率的调整功能。当刀具磨耗或者破损时，可以通过主轴负载与切削进给率的调变达到保护工件、刀具和机台的作用。切削进给率会依据主轴负载的不同设定，自动做速度上的调整。每一把刀具可以设定5段不同的主轴负荷，此功能也可以设定主轴的最大负荷量，当主轴达到设定的最大负荷量时，机台会即时停止并且产生警讯。

（2）哈斯控制器的页面简洁并且易于理解，使用极为简单，所有的机床设置操作都可以在此页面完成。三一集团的设计人员也改善了此设计页面，为其定制了一套专用的界面，对于不同零件的加工，用户只需要选择不同的参数配置方案即可。

2.2智能化状态监控与维护技术

智能化状态监控与维护技术包括振动检测与抑制、刀具检测、故障自诊断和智能化维护系统等。

（1）大河数控通过分析和比较不同类别CNC数控机床加工技术与设备的功能，在CNC数控机床诊断类和故障排除类增加了相应的功能。机台保养通知功能：机台周保养、月保养以及半年保养的项目说明和时间到达提醒通知，可以保护设备并且延长使用年限。换刀中断故障排除导航：平时当换刀途中，紧急停止或者突然断电卡刀，大约需要15分钟的故障排除时间，而通过导航指示可以在30秒内完成。

（2）友嘉在自我开发的人机界面中，增加了智能主轴动平衡检测与控制系统，可以在线实时检测主轴热、位移、振动、力等物理信息，根据动平衡理论进行在线实时控制，以保证主轴平稳、安全可靠地运行。

（3）沈阳机床在智能化故障诊断系统方面也有了新的改进，根据客户需要，开发出了机床诊断系统，该系统可对机床进行全面诊断，并进行可视化处理，使用者可以在诊断系统主页面清楚地看出故障的具置，根据故障区域选择对应的子菜单。

2.3智能化误差补偿技术

智能化误差补偿包括智能主轴热漂移补偿、反向间隙补偿、丝杠螺距误差补偿、测量系统误差补偿等多种补偿技术。三一精机、杭州友嘉等企业在展会上展示出了智能化补偿技术在实际生产中的应用。

（1）三一精机开发了反向间隙补偿、丝杠螺距误差补偿、测量系统误差补偿等多种补偿技术。通过调用激光干涉仪检测的数据，将其数据进行螺距补偿值和垂度补偿值计算，然后将补偿参数按照数控补偿表的格式要求自动生成补偿表，最后将补偿表通过软件直接发送到补偿表应该放置的指定位置，这样大大省去了手动输入补偿数据、拷贝补偿表格的时间。

（2）友嘉和GF阿奇夏米尔在原有系统的基础上，建立了自动温升热变位补偿系统。此功能具备三轴即时之热伸长动态补偿功能，让精度的加工更加优质化。可以通过友嘉的专属人机界面和GF的智能加工技术，自行建立加工时间常数与温度升热变化模态，依据主轴的热变位预设建立热补偿模态，经A/D讯号转换后自动做热伸长补偿。

2.4智能化操作界面与网络技术

智能化操作界面与网络技术包括具有语音提示功能的操作辅助系统和远程访问与监控等功能。

（1）北一大隈在原始操作界面上，设计开发了对话式功能的操作。此页面浅显易懂，在一个画面上显示现在位置、模拟、加工准备表等，可节约40%的程式攥写工时。友嘉和哈斯在原有的操作界面上，建立了多功能刀具表，将刀具表、刀具寿命、大径刀、刀长等，集中于同一个画面显示，方便操作者对刀具的管理以及设定，可以节约30%的操作时间。

（2）哈斯有着自己专属的控制系统和专用键盘的“一键”特征，一直在致力于打造机床行业内最人性化的CNC控制器。在此次展会上，哈斯在操作界面上，又有了新的突破和进展。

哈斯直观的编程系统是一个人机对话式的操作系统，通过浅显易懂的彩色图示界面，引导操作者完成加工工件的所有必要工序。系统会根据输入的信息自动提供主轴速度，切削深度和进给速率等数值，操作人员也可以根据需要更改这些数值。屏幕上有帮助菜单，模拟加工图示可以让操作人员在工件加工执行前对所要进行的操作进行检查。

3.总结

智能机床的出现，为未来装备制造业实现全盘生产自动化创造了条件。智能机床的开发，是在纳米化、高速化、复合化、五轴联动化等浪潮之后的一个新的发展，对将来发展工厂自动化具有很大的影响和促进作用。数控机床智能化的发展前景，非常广阔。

目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理。

【参考文献】

机床数控化范文第5篇

关键词：数控机床；热误差；实时补偿

前言

数控机床属于精密加工设备，随着主传动功率、扭矩、转速等参数的持续增加，其发热量也在增大，进而引起机床更大的热变形误差（简称热误差），热误差动态变化与热容量、导热系数等相关，具有非线性的特点。需要进行实时的误差补偿，以保障零件加工的精密度。

1数控机床热误差原因及误差补偿原理

1.1热误差原因

数控机床发生热变形误差主要存在于主传动中，主传动主要包括主轴箱、立柱、进给构件、工作台等。根据主传动的结构分析建立X，Y，Z空间坐标体系，可以发现当主轴的转速连续增高时，主轴箱的齿轮和轴承之间就会产生热量，打破机床内部的热平衡，并使主轴延Z轴向下伸长，形成进给误差。此时主轴箱上下温度存在温差，温度场使内部产生热应力，导致主轴箱发生X轴向偏转，进而促使Y轴向误差，X向则面产生无热漂移的对阵结构。虽然使用了全封闭环的控制方法，但仅能保障主轴箱与工作台的相对距离，无法控制主轴端面与工件的距离，从而造成热误差。

1.2数控机床误差补偿的原理

为了减少热误差对数控机床的精密度的影响，需要从机床的结构设计上进行减少热源发热量的对称布局设计，使热误差因平衡作用而相互抵消。通过分析、统计、归纳以及原始误差的特点与规律，建立数学误差模型和形成误差平衡，早期是通过硬件进行弥补，例如，滚齿机的凸轮校正机构、校正尺装置等，因动态弥补性差，是非柔性的补偿方法，易造成补偿不及时，而影响数控机床的精度和使用寿命。使用BP神经网络方法进行误差实时补偿，即采集数控机床的实时温度及误差值，并完成动态校正和补偿。为了方便对温度进行感知和动态测量，根据多传感器原理，在系统中设置温度传感器和实时控制系统两部分来感知机床各结构的温度变化，传感器的布点及位置需结合数控机床易发生温变位置及不影响机床动作完成为基本原则，将所获得的数据输入到神经网络模型中，神经网络模型根据既定程序对热误差进行计算和预测，并将结果专递到主控中心，主控中心发出误差补偿指令，完成实时的误差补偿。

2热误差实时补偿及优化

根据数控机床产生热误差的原理，并结合在工作中采集的数据发现，影响机床内部热平衡的主要有电机座和轴承座温度，光栅温度，环境温度和工作台温度等变量。为从多个参数中进行重要参数提取，全面反映热误差变化特性，避免误差模型中存在变量耦合，需要保障模型的精确和稳定性。根据误差的原因分析，X，Y和Z轴中，X轴发生误差的概率较低，且对任务差的影响明显小于Y轴和Z轴。为方便研究选择某型号在线机床进行Y轴和Z轴实测数据收集。机床开机后，分别采用（9±3）m/min和（10±4）m/min的运转速度，并分别在Y轴正负向及Z轴正向使用千分表测量主轴芯棒的热漂移。按照每10min的周期进行间隔采样，收集温度传感器的构件温度数据，按照测量要求进行环境降温实验和定位误差检测。可以发现两种转速下，最大温差分别为13.75℃和20.70℃。定位误差范围（45.13±18.22）μm。使用粗糙集理论进行参数筛选和简化，既简单易用，可直接对数据进行分析和推理，还能找出数据间的规律。对左右基座温度等8项参数进行分析，得出左基座温度、右轴承温度、右光栅温度和工作台温度4个参数对热误差的关联性最大，它们分别与时间发生关联，并按照误差的延迟特性将4个参数转变为7个，使神经网络依据时间具有自动适应性，形成一个动态的神经网络反馈结构。图1为神经网络的动态网络结构示意图。基于上述热补偿数据采集和建模方式，将热误差实时补偿系统分为两部分，即数据采集计算端口与补偿动作实施系统。数据采集计算端口是根据所列的数据输入点，在合适位置设置敏感度高的温度传感器将采集信号进行AD转换，按照补偿值的计算逻辑进行计算补充，通过I/O接口与数控机床的上位机控制系统相连，数控机床的控制中心（PLC控制器）接收到预测信号后转化为补偿指令，指导完成热误差补偿操作。控制中心的数据接收和动态补偿指令通过预设液晶显示屏进行显示，方便在长时间运转后调取补偿数据，从而进一步对热误差实时补偿系统进行调整和优化。为了方便系统的可拓展性与数据通信的可变通性，在选择PLC控制器及相关配件时，应选择接口多和编程简便的型号。

3热误差实时补偿的实测分析

（1）热误差实时补偿系统的仿真试验。仿真试验能提前发现系统设计中存在的误差，并进行校准，减少实际生产中的损失。选择最先进的仿真软件和仪器对系统的运行进行变量模拟，尤其是对温度传感器的灵敏度、时间动态积累及参数采集的完整性等尤为重要。本系统采用Multisim13.0进行仿真校验，仿真结果表明，该系统在运行中温度感应速率高，网络的收敛速度快，自适应能力强，可以进行投产实践。（2）热误差实时补偿系统的投产实践。在仿真试验结束后，可在数控机床上进行投产实践检测。例如，在某生产线进行日运行8h，为期1月的数据收集，主要针对传感器、主轴、上位机控制等进行调试和检测。此过程中未出现因为变量耦合而造成的误差分析偏移，且整个系统的模型计算的精准性和robust（强壮）性能高，网络的自适应性能力强，投入生产线的产品合格率明显提升。（3）调整及展望。根据热误差实时补偿系统的仿真及投产实践结果来看，目前数控机床热误差设置的测点能够满足热效应的感测需求，并能结合数控机床零件形位公差的系统完成零件的实时检测和校正，降低了误差参与量。系统在运行一段时间后，温度传感器的传感灵敏度会出现下降，部分热误差较大的测点温度传感器受到较大损伤，需进行及时更换和调整。另外，要提升零件加工标准的规范和设计要求，能有效的针对零件加工需求对热误差实时补偿系统进行调整，从而保障数控机床加工的效率和精确度。

4结语

数控机床在零件的加工过程中，基于机床的运行机理及内部生热，并由此造成内部存在不平衡热场，使零件加工过程中出现Y/Z轴向的偏转和误差，而降低零件加工精度。左基座温度、右轴承温度、右光栅温度和工作台温度等4个参数是影响机床热误差的重要因素，且具有时间关联性，将4个参数与时间因素进行联动，可获得7个输入测点，使热误差实时补偿系统的网络更新速度和自适应能力增加，可以进行广泛推广。同时随着自动化技术的发展，该方法有望进一步提升网络收敛速度和精密性。

参考文献

［1］昝帅，李伟伟.数控车床误差补偿技术［J］.工程技术，2016（8）：234.

［2］张成新，高峰，李艳.基于实时反馈的机床热误差在线补偿模型［J］.中国机械工程，2015，26（3）：361-365.