温控技术论文汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇温控技术论文范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

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构建以太网监控网络对数控系统的要求

机床以太网监控网络要求数控系统在硬件上具有以太网功能，即具有以太网卡或快速以太网卡，在“软件”方面则要求CNC具有内置的以太网函数。其内部通讯处理机制如图2所示。对于内置以太网卡，通讯过程的处理是通过CNC的CPU。这就意味着CNC的运行条件会影响内置以太网卡的通讯，相应地，内置以太网卡的通讯状况也会影响CNC的处理过程。

内置以太网函数的处理优先级低于如下操作：自动循环或手动方式下每个主轴的运动控制。因此，在自动运行期间，通讯速度将会降低。另一方面，由于内置以太网函数的优先级高于CNC的屏幕显示操作、C语言执行器(除高级任务)、宏命令执行器(除执行宏)。在执行内置以太网的通讯时，这些操作将会被延时处理。

由以太网方式联接的网络传输速度明显地较串口高，每秒传输速率可以达到10M、100M。并且，由于加工中心的CNC系统内置了一些函数接口，使以太网联接可以实现控制计算机和数控系统的直接通讯。也就是说，在这种方式下不但可以实现通讯数据的快速传输，而且可以在主控计算机端自动获得完全的设备信息、生产信息、远程控制加工中心，为自动化生产创造更完备的条件。

数控机床网络控制系统要更好的适应生产的需要，在传统DNC软件的功能基础上还需具备四个功能模块：NC程序管理模块、现场监控模块、远程监控模块以及基于Internet进行远程访问的数据通信部分。

功能模块

NC程序管理模块

NC程序作为加工过程中重要资源之一，对其进行高效的数据化管理已经成为DNC软件不可缺少的一部分。NC程序的管理根据管理目标对象，分为对程序进行生命周期内的管理和NC程序内部信息管理。

在本模块中对NC程序的整个生命周期进行了严格的管理，从NC程序的生成到消亡都提供一套严格的管理手段。在不同时期，对NC程序的状态可设置为编辑、审核、定型三种，其工作过程如图3所示。程序的最初状态是可以自由编辑的，经过审核後可以开始进行试加工。而程序一旦经试切验证完成后就到达定型状态，不能再进行编辑，直至消亡。

对NC程序的内部属性进行管理主要包括程序号、程序注释、零件图号、所加工的零件号、加工工序号、加工范围、机床、用户信息等进行管理。在本系统中可对程序根据图号、零件名称、工序、机床等进行多种条件的复合查寻，同时对加工程序编辑历程、所用刀具清单、工艺卡片等进行管理。

现场监控模块

现场监控模块是实现远程监控系统的基础。通过五类线或超五类线与具有以太网功能的数控机床直接联接，可以实现控制、监测和对数控机床的诊断。此外，目前市场上有一些软件生产商把只具有串口通讯功能的加工中心以以太网方式甚至是无线方式联接。这两种方式在本质上是区别于以太网联接的，它们只是通过转接口变换了联接方式，将串行数据转变成以太网方式传输，其通讯的瓶颈依然存在于串口通讯。但这种做法可以克服工厂施工条件恶劣、布线不便等问题。

本模块与CNC进行通讯，可以实时采集数控机床的加工状态、联网状态、刀具信息、操作履历，以及对刀具寿命进行管理。并且通过一定的权限确认，可以在线修改各种设备参数和运行参数，从而实现底层设备的完全监控。通过对采集到的工况数据进行处理，可以及时获取加工业绩、机床利用率等生产管理所需要的数据，如图4所示。

远程监控模块

远程监控模块是利用计算机技术和网络技术，提供广域范围内共享资源的平台，并为实时监测监控、故障诊断提供支持。用户可以随时通过网络查询设备运行状态以及设备现场的工况，对生产过程进行实时的远程监控，如图5所示。甚至可以将机床的梯形图传送至远程的控制主机，用梯形图实施机床故障的远程诊断。为保证生产的安全性，梯形图必须用密码保护，以防无关人员修改。

基于Internet的数据通讯模块

由于生产状况的千变万化，生产过程中会出现很多随机的情况，因此不同地点、不同部门的专业人员要对同一设备进行工作，就需要有一个自由交流的平台，通过网络实现信息交互、经验交流，最终实现设备的远程监控。本模块在基于网络技术的基础上，为客户提供了文字交流的平台，如图6所示。

FANUC系统的以太网功能是通过以太网卡或FANUC快速以太网卡遵循TCP/IP协议实现的。网络控制软件要与数控机床进行正常通讯，需进行以下设置：

设置控制计算机侧的TCP/IP协议；

设置CNC侧的以太网卡和内置以太网函数；

物理连接个人计算机和CNC。

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目前，我国机械制造领域逐步实现了由以往机械制造向着现代化、自动化以及智能化的机械制造加工不断转变。在实施机械制造精细化、复杂化处理加工以及高危险性生产过程中，均能够完成机械设施应用控制的全面自动化。由于机械自动化手段技术可符合该类施工应用设备仪器的精密性标准，因此可确保施工操作处理人员的人身安全，保护国家财产完整性，实现国有资产的保值增值，使机械生产加工效率全面提升，并可令机械生产的大规模化以及大批量性变成可能。其在一定层面上使以往传统机械生产加工模式的缺陷有效的得到弥补。

2、机械数控技术实践应用

2、1机械数控技术在机械制造领域中的实践应用

随着现代信息技术、计算机系统的广泛普及，进一步为机械数控技术的快速发展以及广泛应用提供了深层次运作的空间。机械制造领域之中的数控技术更是受到了大众的全面重视。该环境下，机械数控铣床、钻床技术、数控磨床与切割机床手段得到了快速发展。再者，机械数控冲床与弯管机在各领域中也实现了广泛的应用。车削中心与数控板材加工处理中心则有了一定程度的提升。以上机械设施处理加工技术手段加快了CAD技术的更新发展步伐，令其向着工程化的方向不断发展。加之微电子技术的有效渗透与合理应用，使得机械数控综合技术水平迅猛提升，渐渐完成了机械数控机床加工体系刀具的高效自动化转换，并实现了工件的全面更新。机械制造领域之中，较多数控机床生产车间均引入了托盘站，令机械制造以及柔性化生产单元的应用发展变成可能。在该基础之上则完成了自动化的操控数控机床系统目标，使得传动带实现了高效的自动化控制，并引入了工业机器人完成自动化管理。上述单元共同组成了现代化机械制造管理系统，并创建形成了相应的柔性数控系统制造生产线。伴随自动化手段以及现代化网络技术的广泛应用，渐渐构成了集成化的机械数控技术系统，并令机械制造发展整体向着更优质、更健康的方向跨越式提升。

2、2机械数控技术在工业以及煤矿领域的实践应用

纵观当前形势我们明确，在工业化生产建设的阶段中，通常采用的机械数控手段会互相协作施工，而在食品加工较多生产线之中以及印刷造纸过程中，应用机械数控手段更加丰富。在危险性较高的生产环境之下以及施工条件相对复杂的环境下，机械数控技术的应用极为常见。通过机械数控手段可令基本的工业建设生产条件更加健全完善、快速更新。在该基础之上，则可为具体生产部门工作人员创建安全有力的保障，令工业生产机械化水平、产业化程度全面提升。另外，机械数控技术的有效应用在确保生产加工质量上也颇有贡献。可有效的减少企业劳动生产综合强度，进而实现适中任务量的人性化管理目标。再者，应用机械技术还可缩短生产时间，保质保量的完成任务。针对实际加工生产来讲，机械数控技术可借助计算机系统实现对较多工业生产体系的自动化管控，进而令整体工业生产环节均按照原本的流程开展。可应用具体的传感器装置检测体系做常规性的验证。在发掘系统出现错误、运行操作包含缺陷之时，则应就不同状况进行调节以实现相对稳定的目标。

2、3机械数控技术在汽车工业领域的实践应用

有效的引入机械数控手段可使汽车工业生产、加工零部件工序紧凑，提升工作效率。在一定层面可为汽车产业赢取市场竞争主动发挥重要影响作用。特别是高效快速的机械数控机床的丰富应用，令现代化汽车生产线成功组建，体现了快速高效的生产加工特征。另外，机械数控技术手段的应用还令汽车产业持续的扩充生产规模，各类复杂汽车零件的加工生产更新了以往传统单一的加工操作模式，令目前的机械数控技术手段向着更加规范高效的方向发展。

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2数控技术的特点

数控技术（NumericalControl），即采用电脑程序控制机器的方法，按工作人员事先编好的程式对机械零件进行加工的过程，简单地说就是用数字化信号对设备运行过程等进行控制的一种先进的自动化技术，是典型的机械与电子计算机相结合的机电一体化科技。从诞生之初到现在，经历了电子数控技术、晶体管数控技术、中小规模IC数控技术、小型计算机数控技术以及微处理器数控技术五个阶段。数控技术在我国开发应用是从1958年开始，改革开放之后，数控技术在机械制造行业的应用才逐渐步入正轨，主要模式是引进国外的先进数控技术，通过消化吸收后，投入生产，总的来说，我国数控技术在制造行业的应用有了质的飞跃，许多机械制造企业从传统产品转变为数控化产品，促进了经济的发展。现阶段，由于数控技术是一种采用计算机数字实现数字程序控制的技术，所以数控技术也可以成为计算机数控技术。电子计算机数控技术采用软件模块化的体系结构，使输入数据的存储、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能得以实现，使计算机按事先存储的控制程序来执行对设备的控制功能，显示了数控技术优良的性能，具有较高的性价比（。图一为完整的数控工作示意图）总的来说，数控技术的进步与发展与计算机的发展息息相关，在数控技术的发展过程中起着基础性作用，当然数控技术的发展也离不开各种辅助技术的进步，比如说传感检测技术、光电技术、机械制造术以及通讯技术等。数控技术是实现机械制造自动化过程的基础，是现今集成制造系统的重要组成部分，在美国、日本和德国等发达国家，将数控技术应用到机床改造与生产线量产上，境地了机械制造企业的生产成本，并有效地将机械设备的功能、效率以及产品质量提升到新的高度，使传统的机械制造业发生了极其深刻的变化。

3数控技术在机械制造中的具体应用

随着信息技术、网络技术以及自动化技术的不断发展，数控技术与机械制造行业的结合越来越有效，通过计算机操作平台可以全面掌控生产产品的各项指标与基本参数，并为新产品的研发与现有产品的性能完善提供技术支持，数控技术与机械制造行业的融合，拓宽了机械制造业的范围，带动了经济发展。数控技术的应用范围也较为广泛，以下为数控技术在机械制造行业的具体应用：

3.1数控技术在煤矿机械中的应用

我国国土面积较大，各种资源比较丰富，煤炭资源更是储量大，在我国的能源系统中占据重要地位，所以如何有效开发利用煤炭资源是我国煤机企业的主要任务。企业设备自动化程度是工业化水平的象征，在市场竞争较为激烈的大环境下，煤机企业不断提升劳动效率、降低生产成本才能处于不败之地，长久发展。根据煤矿企业的生产环境以及自身特点，不适合使用大型的机床设备，更不适合投入大量的资金购置设备，所以煤炭企业可以利用现有型号的加工机床，改装成加工精度等级较高，性能较好的设备，有效地开采、加工煤矿资源。当然煤机企业充分利用现有机床产品等设备资源，并不断改造提升机床的易操作性，提升其功能和精度，不断满足较高生产环境的设备要求，提升生产效率，最终实现投入少、效率高、设备应用率高的目的，不断促进煤炭企业的发展。

3.2数控技术在汽车工业中的应用

近年来，汽车行业的发展可以说是较为迅猛的，汽车制造、零部件加工等等都随之发展，数控技术的出现，对汽车制造业来说，是一项福利，加快了复杂零部件的制造，减少了人力，提升了效率。现阶段，汽车行业对零部件和车身的要求逐渐提高，为了满足生产需求以及市场需要，各种机械设备也不断朝着精密化、自动化的方向发展。例如激光数控检测技术的应用，激光检测技术具有精度高、适用性强、可靠性高等优点，比如，激光检测技术可以应用到测量尺寸上，用激光对汽车的曲轴、凸轮轴、阀座等零件的直线度、长度、垂直度、密度等测量,所有尺寸的分辨率可达1μm,重复精度0.2μm，精确性非常高（。图二为汽车工业中采用激光技术加工的部分零件表）数控技术应用到汽车工业上，可以提高产品生产效率及产品质量。例如美国Ford汽车公司和Ingersoll机床公司合作研制成HVM800型卧式加工设备，并采用高速电主轴和直线电机，主轴最高转速为24000r/min，工作台最大进给达7612m/min，可以理解为不到1s工作台可行程1m，瞬间完成一个工作行程。在汽车工业的今后发展过程中离不开数控技术，二者的结合会越来越融洽。

3.3数控技术在工业生产中的有效运用

在工业生产的范畴中，机械设备是基础，主要由控制系统、驱动系统及执行系统构成。在现代工业在生产中，有些生产环境较为恶劣，人工操作难度大，也不能满足生产要求，造成人力资源浪费，甚至会发生工伤安全事故等等，所以应引进先进的生产技术实现自动化生产。数控技术在工业上的应用，有效地改善了这些情况，生产效率得到了提升，工作人员的人身安全也得到了保障。除此之外，数控技术也具有监管功能，在实际生产过程中，一旦发现操作错误，信息就会立刻经过传感器输送到控制单元，对错误操作进行提示，并采用一定的措施进行保护，从而实现正常化生产。

3.4数控技术在机械设备上的有效运用

在机械制造行业中先进的设备居于核心地位,机械设备是机械制造的重要组成部分，是机械制造的灵魂，在机械生产领域的地位是无可替代的，数控技术的发现应用，使得机械制造行业实现了数字化及自动化发展，实现了机电一体化。面对现代机电一体化的要求,机械制造业必须具有具备控制能力的数控机床设备。在机床上运用数控技术,主要依靠代码，其可以将产品生产的各类数据储存在介质中，之后发出指令，传达到控制系统，最终实现对整个机床生产的控制，是电脑机械相结合的产物,通过软件设置来控制主轴速度变化、选择刀具、启动冷却泵等各种繁杂的操作。数控技术在在机械设备上的应用，促进了各个行业的发展，提升了生产效率，实现了批量化生产，在经济发展中也起到了推动作用。（图三为激光检测系统原理结构图）（图三激光检测系统原理结构图）

4数控技术在机械制造中的应用的发展前景

数控技术的优越性能在机械制造领域很好的发挥出来，无论是最开始的封闭式技术，还是现代的开放式计算机数控技术，数控技术很好的发挥了他的优越性能。在以后的发展过程中，数控技术也将逐步提高其自动化和智能化的性能，更好的提升工作效率，适应市场需求。数控技术在机械制造中发展应用前期，我们并没有注重专业化需求，无论从技术上、管理上、人才选取上我们都应专业化，最终实现产品专业化的目的。提升我国制造装备行业的综合竞争能力，实现机械设备产业化发展，满足国家的战略需求，促进国民经济发展，实现制造行业飞速发展，不断提高我国的工业发展实力。

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2《数控技术》课程教学模式改革的几项措施

2.1合企业需求和职业学校学生特点，合理安排教学内容

我校作为一所职业学校，学生来源广泛，学习基础参差不齐，对知识的理解和掌握能力有差距，这给教学工作带来了一定的难度。《数控技术》课程目前采用的教材一般先对电气和机械部分讲解，理论知识强调过多，到后面的电器控制回路和机械系统控制分析时，感觉联系不大；同时学生基础较差，对高深理论知识的理解也很有限。我校数控专业学生大多数毕业后进入一些从事机械加工和电子产品生产的公司，而目前的《数控技术》教学数控技术理论部分的知识内容和实践知识部分分开在不同的学期进行教学，学生学完理论知识不能及时的付诸实践，等到另外一学期上实训时，理论的内容基本上都遗忘了，两者严重脱节。因此，结合生产实际，应将理论和实训操作部分放在同一学期内建议分前十周后十周的教学方式，增强学生学习的连贯性。

2.2过程中多媒体课件的广泛使用，提高课堂教学效果

多媒体以其全面生动的声、像、图、文等综合课程信息颠覆传统的干巴巴的文字教学，有利于提升学生学习的注意力。同时，丰富多彩的多媒体课件也能激发学生的学习兴趣，提高学生学习的主动性。因此教学中应制作大量易于学生学习和理解的电器和机械控制系统课程动画素材，运用多样的教学载体，从挂图、教具到实物、动画；从板书到多媒体课件；努力营造真实的教学环境以追求最好的教学效果。

2.3强实训教学，提高学生的创新能力

课程实训教学的目标是通过加强实训环节的教学,使学生掌握基本的实训方法和实训技能,能熟练地运用电器基本回路和机械系统组合满足实际需要的数控加工系统以及编制数控程序和进行加工操作。同时加强实训教学，能加深学生对一些基本理论的理解。在理论讲解过程中穿插实训教学环节，使学生更容易更直观地理解复杂、难懂的结构和原理，同时在理解的基础上可以引导进行改进设计，提高学生的创新能力。我校现有的机械加工设备和电气实训设备为我们的实训教学提供了有力保证。比如介绍机床的结构及工作原理时,由于内部具有复杂的结构，学生仅仅通过看图和教师的讲授往往不易看懂、弄明白，可以在课堂讲授过程中穿行机床结构拆装实训，变抽象为具体，使学生形象的了解各类零件工作的实质。同时数控技术应紧跟时代潮流，与时俱进，充分利用计算机设备及软件进行仿真加工，对复杂零件利用计算机仿真软件进行自动编程，通过相应的数据传送通道将其输入到数控机床内，进行自动加工。

2.4建立试题库，学习评价，考核标准多样化

通常在机械类专业及其它相关学科专业的班级开设《数控技术》课程，工作量由几位老师承担，考试一般是各任课教师各自出题，难免具有片面性，且题目保密性差，因此各班成绩也无可比性，教学效果不明显。考试的目的是通过教师的“教”与学生的“学”的双向互动过程，通过考试学生、教师以及教学管理人员可以及时发现教学中存在的问题，进而改进课程教学，提高教育质量。通常实行教考分离是比较有效的措施。因此建立试题库并使用试题库进行考试是非常必要的。建立试题库既能为课程教学改革服务，使的考试科学化、规范化，减轻教师的工作强度，又有利于监控教学质量，是加强教学管理工作的重要手段之一。在考教分离同时还必须注重平时学习成绩考核，利用理论成绩、课堂表现、课后作业和实训并重的学习评价考核方式。例如对学生平时课堂参与状况、回答问题情况、作业完成情况，特别是实践教学中的能力表现等情况进行全面考核，记入成绩。

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2对策与建议

2.1不断加大投入，切实优化教学条件

随着数控技术的发展，中职院校要做到硬件软件两手抓、两手硬。一方面，着力夯实硬件建设基础。要根据学校现状和发展规划，设置专项资金，加大教育经费投入，不断改善数控专业教学的基础设施条件，引进新型的设备和新的技术，使用最新的系统版本，尽可能地做到与企业岗位的对接，为数控教学顺利开展提供坚强的硬件保障。并在此基础上，课堂融入企业元素，构成企业与学校衔接的平台。数控教学中心建立人才培养模型，以真实的工作任务为基础，以真实的工作环境为基础，做到“理、实”一体。另一方面，切实加强教师队伍建设。要提高工资薪酬待遇，改善生活条件、办公条件和福利条件，以此吸引更多的高素质数控技术人才加入到教师队伍中来，从源头上提高教师队伍专业素质。要拓宽多个人才引入渠道，可以从高校、社会、企业等广泛吸纳高素质专业人才，并采用全职、兼职等灵活多样的模式。特别是要加强与企业的合作交流，可以建立合作同盟关系，联系对口企业作为实习基地，带领学生经常性、长期性到在企业中进行实际操作锻炼。

2.2转变教学理念，切实突出实践操作

一是注重学习兴趣培养。兴趣是最好的老师，只有让学生产生浓厚的兴趣，才能起到事半功倍的效果。因此，要加强学生对数控技术兴趣的培养，在教学内容上要注重实用性和趣味性，让学生清晰地看到数控技术的发展前景，教学方式上要求灵活性，教学手段上要求创新性，这样才能充分调动学生学习的积极性和主动性，不断增强对学生的吸引力。二是要充分注重数控技术的发展前沿。注重教学内容与时俱进，特别是要用发展的眼光看待数控技术未来的发展趋势，注重教学的前瞻性，这样才能与学生的就业相适应。三是要注重数控教学的实践性。要以培养实用型数控技术人才为目标，切不可以模拟软件代替实际操作，应积极为学生创设动手操作的平台，让学生在实践操作中锻炼能力，积累数控操作的经验，为就业上岗奠定坚实基础。

3创新教学方式，切实坚持市场引领

数控专业技术教学就是要培养实用型的技术人才，因此必须坚持市场引领，切实创新教学方式，以增强教学的实用型、超前性和针对性。一是要养成随时关注市场动态的心理。数控技术行业动态发展，对于数控技术教学有着直接的影响，只有切实密切注意市场动向，才能把住市场动态趋势，从而明确市场未来人才需求的动向。二是要关注设备及系统技术的更新升级。随着数控技术的发展，新的数控设备不断面世，数控软件也不断更新换代升级，教师应引导学生切实注意了解和掌握新设备、新情况、新技术，才能从呆板的课堂中跳跃出来，从而市场保持更近的距离。三是要注重实践课堂的创建。将车间作为最好的课堂，将学习考核与车间实习生产绩效考核相结合，最大可能地增加学生动手实践的机会。四是可以适当开展竞赛活动。开展数控操作竞赛等系列活动，可以有效地吸引学生的精力，充分激发学生积极进取的奋斗精神，让学生的积极性、主动性和创造性得到最大可能地发掘。要以企业生产车间为大练兵、大比武的广阔舞台，开展数控操作生产实战比赛。通过系列实践竞争，可以增强学生的竞争意识和团队合作精神，提高学生抗击竞争风险的能力，让学生实际操作中锻炼能力、激发潜能、积累经验、提升素质。

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关键词：数控机床开放式数控系统电动机

Abstract：Thenumericalcontrollathecalledthenumericalcontrol(Numericalcontrol,iscalledNC)theenginebed.Itisbasedonthenumericalcontrol,hasusedthenumericalcontroltechnology,isloadedwiththeprocedurecontrolsystemtheenginebed.Itisbythemainengine,CNC,thedrive,thenumericalcontrolenginebedauxiliaryunit,theprogrammingmachineandothersomeappurtenancesiscomposed.

Thisdesignincludingthemainmovementofenginebeddesign,longitudinalentersforthedesign,alsoincludesthegearmoduluscomputationandtheexamination,themainaxlerigidityexaminationandsoon.

Keyword：numericalcontroltoolOpen-architecturemotor

当前的世界已进入信息时代，科技进步日新月异。生产领域和高科技领域中的竞争日益加剧，产品技术进步、更新换代的步伐不断加快。现在单件小批量生产的零件已占到机械加工总量的80%以上，而且要求零件的质量更高、精度更高，形状也日趋复杂化，这是摆在机床工业面前的一个突出问题。为了解决复杂、精密、单件小批量以及形状多变的零件加工问题，一种新型的机床——数字控制(Numericalcontrol)机床的产生也就是必然的了。

此次设计是数控机床主传动系统的设计，其中包括机床的主运动设计，纵向进给运动设计，还包括齿轮模数计算及校核，主轴刚度的校核等。

数控车床是基于数字控制的，它与普通车床不同，因此数控车床机械结构上应具有以下特点：

1．由于大多数数控车床采用了高性能的主轴，因此，数控机床的机械传动结构得到了简化。

2．为了适应数控车床连续地自动化加工，数控车床机械结构，具有较高的动态刚度，阻尼精度及耐磨性，热变形较小。

3．更多地采用高效传动部件，如滚动丝杆副等。CNC装置是数控车床的核心，用于实现输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储，数据的变换，插补运算以及实现各种控制功能。

2.2总体方案的拟定

1．根据设计所给出的条件，主运动部分z=18级，即传动方案的选择采用有级变速最高转速是2000r/min，最低转速是40r/min，。

2．纵向进给是一套独立的传动链，它们由步进电机，齿轮副，丝杆螺母副组成，它的传动比应满足机床所要求的。

3．为了保证进给传动精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杆螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙。齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构。

4．采用滚珠丝杆螺母副可以减少导轨间的摩擦阻力，便于工作台实现精确和微量移动，且方法简单。

主运动设计

参数的确定

一.了解车床的基本情况和特点---车床的规格系列和类型

1.通用机床的规格和类型有系列型谱作为设计时应该遵照的基础。因此，对这些基本知识和资料作些简要介绍。本次设计中的车床是普通型车床，其品种，用途，性能和结构都是普通型车床所共有的，在此就不作出详细的解释和说明了。

2.车床的主参数（规格尺寸）和基本参数（GB1582-79，JB/Z143-79）：

最大的工件回转直径D（mm）是400；刀架上最大工件回转直径D1大于或等于200；主轴通孔直径d要大于或等于36；主轴头号（JB2521-79）是6；最大工件长度L是750～2000；主轴转速范围是：32～1600；级数范围是：18；纵向进给量mm/r0.03～2.5；主电机功率（kw）是5.5～10。

传动件的设计

传动方案确定后，要进行方案的结构化，确定个零件的实际尺寸和有关布置。为此，常对传动件的尺寸先进行估算，如传动轴的直径、齿轮模数、离合器、制动器、带轮的根数和型号等。在这些尺寸的基础上，画出草图，得出初步结构化的有关布置与尺寸；然后按结构尺寸进行主要零件的验算，如轴的刚度、齿轮的疲劳强度等，必要时作结构和方案上的修改，重新验算，直到满足要求。

对于本次设计，由于是毕业设计，所以先用手工画出草图，经自己和指导老师的多次修改后，再用计算机绘出。

一.三角带传动的计算

三角带传动中，轴间距A可以较大。由于是摩擦传递，带与轮槽间会有打滑，亦可因而缓和冲击及隔离震动，使传动平稳。带传动结构简单，但尺寸，机床中多用于电机输出轴的定比传动。

目录

第一章引言1

第二章设计方案论证与拟定2

2.1总体方案的论证2

2.2总体方案的拟定2

2.3主传动系统总体方案图及传动原理2

第三章设计计算说明5

3.1主运动设计5

3.1.1参数的确定5

3.1.2传动设计6

3.1.3转速图的拟定8

3.1.4带轮直径和齿轮齿数的确定12

3.1.5传动件的设计19

3.2纵向进给运动设计38

3.2.1滚珠丝杆副的选择38

3.2.2驱动电机的选用42

结论47

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一般而言，计量技术机构建立管理体系时，主要依据的标准和规范有：ISO9001：2008、JJF1033-2008、JJF1069-2012、ISO/IEC17025：2005、ISO/IEC17020：2004、《实验室资质认定评审准则》等。在ISO9001：2008质量体系管理过程中，需要根据实际要求，对质量手册、程序文件、质量记录、作业指导书等体系文件进行修订。在开展内审、外审活动时，除了需要进行质量活动的过程管理，还需要做好历次质量活动文件质量的归档和整理，以及历次不符合项等数据的统计。JJF1033-2008、JJF1069-2012、ISO/IEC17025：2005等规范涉及计量标准的管理。在日常计量标准管理中，从新建项目申请通过，到计量标准新建标资料的建档、已有计量标准的动态维护，以及JJF1033-2008、JJF1069-2012、CNAS申请（考核）资料的输出，所有这些管理过程涉及面广，各类考核规范要求各异，包含材料繁多，期间还涉及申报材料的审核、回退、批准、归档等过程，每个步骤需要严格按照考核规范的要求进行。此外，体系管理过程中需要涉及很多项目的统计分析。诸如质量简报内容、政府委托的各类考核、各类项目所依据的规程、各类检定员的资质统计等。

1.2制约因素

体系管理包含机构日常运行各个方面，而体系所依据的各个规范之间难免有交叉重复的要素，日常管理中难免会有重复操作及遗漏。例如JJF1033-2008与ISO/IEC17025：2005中对于计量标准器及配套设备的管理都有相应的要求，当设备因评价不符合需要变更时，需要分别根据两个技术规范的要求进行相应类似操作（如图1所示）。这样既增加了工作量，又加大了出错概率。图1管理要素交叉示例类似这些问题都不利于体系的有效运作，进而会影响机构的检测质量。检测质量一方面关系到能否满足客户的检测要求，另一方面从机构自身的角度来说，检测质量也关系到计量技术机构的生命，关系到机构自身的发展。因此，如何完善体系管理是机构始终需要重视的工作。

1.3体系管理信息化

体系管理虽然包含内容庞杂，但大多有法（标准、规范）可依。在管理过程中可以将不同的考核规范要求分门别类，各类管理要素结构化罗列。因此，可以通过计算机技术，将体系管理信息化。1）文件材料电子化。将管理过程中所涉及的材料电子化，一并进入管理信息系统，实现无纸化管理；2）材料格式的模板化。各类材料模板依据考核规范的要求固化到系统中，操作时可直接调用模板输入；3）管理要素系统化。将各类考核规范的要求固化到系统中，包含所有必需的管理要素；4）操作流程系统化。将日常操作中的材料提交、审核、回退、审批、修改、归档等操作流程固化到系统中，提高效率。

2实现目标

通过对体系管理各要素及要素间关联性的分析研究，将体系管理各要素纳入信息系统，可以实现以下目标。1）管理要素全覆盖。各管理要素在系统中进行管理，结合系统的工作提醒、提前预警等功能，减少工作遗漏，做到全面覆盖。2）闭环管理。在系统中，某一项工作从发起到流程审批，直到最后的、归档，各节点环环相扣，并可设置各节点完成时限，形成完整的闭环管理。3）实时动态管理。诸如计量标准、仪器设备、人员持证项目等都会有有效时限，系统可以针对这些有时限要求的要素提前预警。涉及某一岗位的所有待处理工作都会在系统中有待办提醒，便于管理人员及时对各项工作进行实时管理。4）无纸化办公。依据各项考核标准所形成的考核材料会形成很多文档，除了最后确定的申报版本需要形成纸质材料外，前期内部流转及最后归档的文档都可以尽量电子化，这样既可以实现无纸化办公，同时电子文档也可以实现高效检索。

3系统实现

3.1设计原则

3.1.1实用性

开发的系统必须满足实用性需求，做到使用方便，输入数据量尽量小，界面直观，易学易用，不同业务之间界面转换速度快。

3.1.2功能完整性

所提出的业务都能够在计算机平台上完成，对于同一类型的业务，由于输入要求或地址模式等条件的不同，将设计不同的功能模块。

3.1.3高性能

系统在性能上做到实时性强、数据容量小、响应速度快、稳定性高、出错率低、容错性好等优点。

3.1.4数据安全性

安全性永远是数据库的重要课题，必须采取多种措施保证数据库的安全。

3.1.5美观化设计

在满足实用性的条件下，界面设计做到美观大方，大小适中，排列整齐，各种控制键的中文名字简单明了，不同的业务甚至不同的功能有不同的界面。美观的界面配色柔和，减轻视觉疲劳，给员工一个良好的计算机工作环境。

3.1.6系统可扩展性

在满足一期方案的基础上，考虑今后系统可能新增功能带来的系统软硬件的变化，为系统的扩充预留接口。

3.2系统结构和功能

系统结构如图2所示。主要包括体系文件、质量活动、项目管理、统计分析。

3.2.1体系文件

质量手册、程序文件、作业指导书、质量记录等体系文件在系统中保持最新版本，体系文件出现更新时，在系统中完成审批流程并归档。

3.2.2质量活动

外审、内审、管理评审、附加评审等质量管理活动纳入系统管理。系统具备各类质量活动的按期提醒功能。在系统中进行质量活动计划的制定和审批、质量活动计划的、质量活动过程的流转、质量活动结果的输出、质量活动需改进项的管理。

3.2.3项目管理

包括新项目申请及不同项目定位的材料管理，包括计量标准管理、法定授权、资质认定、实验室认可、检查机构认可等内容。材料按照不同考核规范的要求在系统中设置模板，直接在系统中输入或以附件的形式提交。各类考核申请、复查等所需的材料可以从系统自动输出word版本，打印即可用。建标完成后具备动态管理的功能，可以预警将到期的计量标准，并提醒相关负责人关注。所有资料在系统中归档，便于检索。

3.2.4统计分析

通过对系统内各功能模块相关信息的抓取汇总，生成各类统计内容。包括通过汇总质量活动的相关内容，生成质量简报；统计历次外审、内容、管理评审、附加审核等活动的不符合项出现次数、出现范围、整改完成情况等内容；统计许可证考核情况；统计能源计量审查情况；统计检定、校准、检测、检查对应项目及所依据的规程；统计各类人员资质等。

3.3主要数据库设计

3.3.1仪器设备

实现仪器设备的动态信息化管理，实时监测计量标准器及配套设备的使用情况，提前提醒相关人员按期送检标准器。设备信息与计量标准等其他相关模块自动关联，设备更新后其他部门相应更新。主要字段包括名称、型号、测量范围、不确定度或准确度等级或最大允许误差、制造厂、出厂编号、末次检定或校准日期、检定及校准机构、检定或校准证书号等。

3.3.2人员资质

实时维护各类人员所拥有的相应资质信息，包括检定员、各类考评员、注册计量师、内审员等信息。人员资质信息统一更新后，自动关联的相应考核模块信息也同步更新。主要字段包括姓名、所属部门、资质类型、取证时间、证书到期时间、证书编号等。

3.3.3检测方法

提供检定规程、校准规范、国家标准等计量技术规范的查询、阅读、更新功能。检测方法与计量标准等相关内容保持同步更新。主要字段包括规程/规范编号、年号、名称等。

3.3.4可开展项目

提供项目的检索、查询、更新等功能。可以生成检定、校准、检测、检查项目对照表，并作为各类考核材料中可开展项目的数据来源。主要字段包括项目名称、测量范围、测量不确定度/准确度等级/最大允许误差、依据文件名称、依据文件编号等。

篇（8）

系统可靠性是指数控系统在规定的条件和规定的时间内完成规定功能的能力。故障是指系统在规定的条件和规定的时间内失去了规定的功能。数控机床是个很复杂的大系统，它涉及光、机、电、液、气等很多技术，发生故障是难免的。机械磨损、机械锈蚀、机械失效、插件接触不良、电子元器件老化、电流电压波动、温度变化、干扰、噪声、软件丢失或本身有隐患、灰尘、操作失误等都可导致数控机床出故障。

一、数控机床故障诊断内容

故障诊断的内容：

1）动作诊断：监视机床各动作部分，判定动作不良的部位。诊断部位是ATC、APC和机床主轴。2）状态诊断：当机床电机带动负载时，观察运行状态。3）点检诊断：定期点检液压元件、气动元件和强电柜。4）操作诊断：监视操作错误和程序错误。5）数控系统故障自诊断：不同的数控系统虽然在结构和性能上有所区别，但随着微电子技术的发展，在故障诊断上有它的共性。

二、数控机床故障诊断原则

在故障诊断时应掌握以下原则：

（1）先外部后内部数控机床是集机械、液压、电气为一体的机床，故其故障的发生也会由这三者综合反映出来。维修人员应先由外向内逐一进行排查，尽量避免随意地启封、拆卸，否则会扩大故障，使机床大伤元气，丧失精度，降低性能。

（2）先机械后电气一般来说，机械故障较易发觉，而数控系统故障的诊断则难度较大些。在故障检修之前，首先注意排除机械性的故障，往往可达到事半功倍的效果。

（3）先静后动先在机床断电的静止状态，通过了解、观察测试、分析确认为非破坏性故障后，方可给机床通电。在运行工况下，进行动态的观察、检验和测试，查找故障。而对破坏性故障，必须先排除危险后，方可通电。

（4）先简单后复杂当出现多种故障互相交织掩盖，一时无从下手时，应先解决容易的问题，后解决难度较大的问题。往往简单问题解决后，难度大的问题也可能变得容易。

三、数控机床故障诊断的方法

1.直观检查法它是维修人员最先使用的方法。在故障诊断时，首先要询问，向故障现场人员仔细询问故障产生的过程、故障表象及故障后果，并且在整个分析、判断过程中可能要多次询问；其次是仔细检查，根据故障诊断原则由外向内逐一进行观察检查。总体查看机床各部分工作状态是否处于正常状态(例如各坐标轴位置、主轴状态、刀库、机械手位置等)，各电控装置(如数控系统、温控装置、装置等)有无报警指示，局部特别要注意观察电路板的元器件及线路是否有烧伤、裂痕等现象、电路板上是否有短路、断路，芯片接触不良等现象，对于已维修过的电路板，更要注意有无缺件、错件及断线等情况；再次是触摸，在整机断电条件下可以通过触摸各主要电路板的安装状况、各插头座的插接状况、各功率及信号导线(如伺服与电机接触器接线)的联接状况等来发现可能出现故障的原因。

2.仪器检查法使用常规电工仪表，对各组交、直流电源电压，对相关直流及脉冲信号等进行测量，从中找寻可能的故障。例如：用万用表检查各电源情况，以及对某些电路板上设置的相关信号状态测量点的测量，用示波器观察相关的脉动信号的幅值、相位甚至有、无，用PLC编程器查找PLC程序中的故障部位及原因等等。

3.功能程序测试法功能程序测试法是将数控系统的G、M、S、T、F功能用编程法编成一个功能试验程序，并存储在相应的介质上。在故障诊断时运行这个程序，可快速判定故障发生的可能起因。功能程序测试法常应用于以下场合：

1）机床加工造成废品而一时无法确定是编程操作不当、还是由于数控系统故障引起的。

2）数控系统出现随机性故障。一时难以区别是外来干扰，还是系统稳定性差时。

3）闲置时间较长的数控机床在投入使用前或对数控机床进行定期检修时。

4.信号与报警指示分析法

1）硬件报警指示这是指包括伺服系统、数控系统在内的各电子、电器装置上的各种状态和故障指示灯，结合指示灯状态和相应的功能说明便可获知指示内容及故障原因与排除方法。

2）软件报警指示如前所述的系统软件、PLC程序与加工程序中的故障通常都设有报警显示，依据显示的报警号对照相应的诊断说明手册便可获知可能的故障原因及故障排除方法。

5.接口状态检查法现代数控系统多将PLC集成于其中，而CNC与PLC之间则以一系列接口信号形式相互通讯联接。有些故障是与接口信号错误或丢失相关的，这些接口信号有的可以在相应的接口板和输入/输出板上有指示灯显示，有的可以通过简单操作在CRT屏幕上显示，而所有的接口信号都可以用PLC编程器调出。这种检查方法要求维修人员既要熟悉本机床的接口信号，又要熟悉PLC编程器的应用。

6.参数检查法数控系统、PLC及伺服驱动系统都设置许多可修改的参数以适应不同机床、不同工作状态的要求。这些参数不仅能使各电气系统与具体机床相匹配，而且更是使机床各项功能达到最佳化所必需的。因此，任何参数的变化(尤其是模拟量参数)甚至丢失都是不允许的；而随机床的长期运行所引起的机械或电气性能的变化会打破最初的匹配状态和最佳化状态。此类故障需要重新调整相关的一个或多个参数方可排除。这种方法对维修人员的要求是很高的，不仅要对具体系统主要参数十分了解，既知晓其地址熟悉其作用，而且要有较丰富的电气调试经验。

7.试探交换法即在分析出故障大致起因的情况下，维修人员可以利用备用的印刷电路板、集成电路芯片或元器件替换有疑点的部分，从而把故障范围缩小到印刷线路板或芯片一级。采用此法之前应注意以下几点：

1）更换任何备件都必须在断电情况下进行。

2）许多印制电路板上都有一些开关或短路棒的设定以匹配实际需要，因此在更换备件板上一定要记录下原有的开关位置和设定状态，并将新板作好同样的设定，否则会产生报警而不能工作。

3）某些印制电路板的更换还需在更换后进行某些特定操作以完成其中软件与参数的建立。这一点需要仔细阅读相应电路板的使用说明。

4）有些印制电路板是不能轻易拔出的，例如含有工作存储器的板，或者备用电池板，它会丢失有用的参数或者程序。必须更换时也必须遵照有关说明操作。

鉴于以上条件，在拔出旧板更换新板之前一定要先仔细阅读相关资料，弄懂要求和操作步骤之后再动手，以免造成更大的故障。

8.测量比较法CNC系统生产厂在设计印刷线路板时，为了调整和维修方便，在印刷线路板上设计了一些检测量端子。维修人员通过检测这些测量端子的电压或波形，可检查有关电路的工作状态是否正常。但利用检测端子进行测量之前，应先熟悉这些检测端子的作用及有关部分的电路或逻辑关系。

9.特殊处理法当今的数控系统已进入PC级、开放化的发展阶段，其中软件含量越来越丰富，有系统软件、机床制造者软件、甚至还有使用自己的软件，由于软件逻辑的设计中不可避免的一些问题，会使得有些故障状态无从分析，例如死机现象。对于这种故障现象则可以采取特殊手段来处理，比如整机断电，稍作停顿后再开机，有时则可能将故障消除。维修人员可以在自己的长期实践中摸索其规律。

篇（9）

一、概况

广东LNG项目是中国首个引进LNG的试点项目，国家重点示范项目，也是广东省“十五”计划的大型能源基础设施项目。1999年底，项目正式立项。2003年，国家发改委批准了广东LNG项目的可行性研究报告。广东LNG大中型河流穿越工程P1标段，是广东LNG项目质量控制要点。项目包括大型河流穿越5条，施工长度为3.5km。工程采用X65焊管，管线焊接采用半自动焊接工艺，使用AWSA5.1E6010φ4.0焊条和AWSA5.29E71T8-Nij1φ2.0焊丝，管线设计压力为9.2Mpa，输送介质为液体天然气。

虽然该工程是以管线穿越为主，但是管线的焊接质量直接影响整个工程的施工质量。管线焊接场地均为农田、鱼塘，沟渠纵横交错，地下水、地表水十分丰富，场地十分泥泞，空气潮湿，属典型的水网地区施工，施工难度很大。工程2005年3月正式开始施工，管道焊接时期处于广东地区的梅雨季节，焊接质量的控制尤为重要，通过制定合理的质量控制方案，工程焊接超声波检测一次合格率为100％，X射线检测一次合格率为95％，水压试验一次合格。在此对施工中焊接质量控制方法予以简单介绍。

二、对焊接质量进行控制的必要性

焊接质量是采用焊接工艺制造的焊接接头的实用性是否能够满足设计要求。可分为直接焊接质量和间接焊接质量，直接焊接质量包括焊接接头的力学性能，内、外部的缺陷等；间接焊接质量就是焊接过程中能够被感知和检测到的缺陷。在施工过程中，一般无法对直接焊接质量进行控制，所以通常都是通过控制间接焊接质量来控制和保证直接焊接质量的。

三、准备工作

1、焊接工艺

开焊前，现场焊接工程师根据相关规范、设计文件和业主下发的焊接施工与验收规范编制工程焊接工艺指导书，给出合适的焊接坡口、对口间隙、焊接电流、电压、焊接速度等焊接工艺参数。焊接工艺评定合格以后，根据评定结果编制焊接工艺卡，确定焊接材料、焊接顺序、层间温度等等，同时还制定了焊接返修工艺，确定一次返修、二次返修的缺陷消除方法和应采取的技术措施。

主要焊接工艺参数

焊道名称填充金属直径

(mm)极性焊接方向电流

(A)电压

（V）送丝速度（in/min）焊接速度（cm/min）

根焊E60104.0DC-下向70-13024-37----8-16

填充E71T8-Nij12.0DC-下向190-27017-2270-13010-32

盖面E71T8-Nij12.0DC-下向180-26017-2270-13010-30

返修焊接工艺参数

焊道名称填充金属直径

(mm)极性焊接方向电流

(A)电压

（V）送丝速度（in/min）焊接速度（cm/min）

根焊E60103.2DC-下向55-10024-37----6-15

填充E71T8-Nij12.0DC-下向190-27017-2270-13015-25

盖面E71T8-Nij12.0DC-下向180-26017-2270-13010-32

2、设备选择

管道焊接设备采用移动焊接车配备米勒焊机＋送丝机。在焊接前检查所有的设备，确保运转正常、性能稳定，能够满足现场焊接的要求。同时准备防风棚、焊口加热设备、测温设备等必须的设备和机具。

3、技术准备

选定了焊接工艺、选择合适的焊接设备和机具后，在开焊前，焊接技术人员应对焊接机组的所有操作人员进行技术交底，讲解焊接工艺过程，明确各种焊接工艺参数。

四、过程质量控制

1、质量保证体系

按照公司质量体系文件和业主质量控制要求，建立项目工程质量保证体系，明确各责任人的质量责任，如项目经理、技术负责人、焊接工程师、质检工程师、班组长等。在焊接前对有关员工进行技术交底，明确工程质量要求和施工、验收规范标准。

2、焊接过程

在焊接过程中，现场质检人员和技术管理人员参照相关的施工标准规范、设计文件、工艺技术文件、公司质量体系文件、业主下发的质量要求，对焊接过程的各个环节进行检查和控制。焊接过程的控制要点主要包括焊条、管口组对、焊接防护、焊口加热、焊接参数的检查、焊缝外观检查、焊缝返修等环节。

对于焊条，虽然E6010纤维素焊条一般不需要烘烤，但是在雨季施工时，一次领用量不能太多，要少量多次领用，同时焊条必须存放在现场的焊条保温筒内，随用随取，防止焊条遭受雨淋和受潮。当天未用完的焊条必须进行回收，并按照烘烤要求在70－80℃温度范围内烘烤0.5-1h，烘烤温度不得超过100℃，而且只能回收烘烤一次。材料保管员负责对焊条的存放、烘烤、回收进行管理并填写和保留质量记录。质量管理人员应进行监督和不定期的检查。

由于管线材质为X65，所以在焊接前必须进行管口加热。而且按照规范要求，在雨雪天气和空气湿度大于90％、风速大于8m/s时，必须采取有效的防护措施才能进行焊接作业。有效的防护措施包括：

a、现场配置防风棚。防风棚应具备遮挡风雨的功能，而且能够方便移动；

b、开焊前对管口进行加热，温度要求达到100℃以上，以防止出现气孔等焊接缺陷；

c、要控制层间温度，层间温度必须大于80℃，否则必须进行重新加热；

d、焊接完成后采取遮盖措施，避免焊口被雨淋或出现速冷导致焊接裂纹或焊缝淬硬而硬度韧性和强度下降的情况；

e、尽量保证施工带相对干燥。在作业带两边缘开挖排水沟，作为积水、排水沟。

f、同时雨季时施工带土质松软、泥泞，在吊管机下在铺设钢管排，制作牢固的管墩可避免出现裂纹缺陷；

g、焊接操作坑中的积水必须排除干净，并铺设干燥的木板，给焊工创造一个相对舒适的工作环境，让其正常操作；

在施工过程中我们根据施工技术要求和现场情况制作了轻便的防风棚，焊前和层间加热采用环形火焰加热器，焊后在焊口处遮盖石棉被，这些措施对保证焊接质量起到了明显的作用。

3、质量检查

公司质量检查人员和焊接监理在现场对整个焊接过程进行全程监控。对焊接重点、难点部位加强质量监督和检查。

a、在焊接开始前检查现场的焊条和焊丝是否按照规范要求进行储存和使用，对于不合格的焊接材料一律不得使用，避免焊接后出现夹渣和气孔等缺陷；同时管口的清理、焊口组对间隙、错边，控制参数在规范要求范围内，避免出现强力组对、组对间隙、错边超标现象的出现；

b、在焊接过程中检查焊接工艺参数如焊接电流、焊接电压、焊接速度、引弧位置、管线焊缝错开量等；

c、焊接完成后检查焊缝表面飞溅、焊瘤、焊渣是否清理干净，以及焊后焊口的保护等；

d、检查完成后质检人员填写必要的质量记录如管口清理记录、管口组对记录、焊接工艺参数记录、焊缝外观检查记录等，如有返修焊口，还应填写焊口返修记录，这些记录都将作为质量受控的证据；

在现场，质检人员除了起到监督作用外，更要按照标准规范和技术文件的要求提醒作业人员，避免人为因素造成施工质量的下降，影响工程进度。

五、结束语

雨季焊接施工如何保证质量对施工单位来说是一个十分重要的课题，做好一下几个方面的工作将有利于控制雨季焊接施工质量。

1、根据质量体系文件的要求建立和完善质量保证体系，通过系统有效的质量管道活动来实现焊接质量和施工进度的控制。

2、结合施工实际情况，采取有效的、有针对性的工艺技术措施来保证焊接质量，并保证措施在施工中得到有效的实施。

3、根据工程实际情况选择焊接工艺并进行焊接工艺评定工作，保证焊接工艺和返修工艺的合理性。

篇（10）

前言

数控车床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电机及其拖动、自动控制、检测等技术为一身的自动化设备。其中主轴运动是数控车床的一个重要内容，以完成切削任务，其动力约占整台车床的动力的70%～80%。基本控制是主轴的正、反转和停止，可自动换档和无级调速。

在目前数控车床中，主轴控制装置通常是采用交流变频器来控制交流主轴电动机。为满足数控车床对主轴驱动的要求，必须有以下性能:(1)宽调速范围，且速度稳定性能要高;(2)在断续负载下，电机的转速波动要小;(3)加减速时间短;(4)过载能力强;(5)噪声低、震动小、寿命长。

本文介绍了采用数控车床的主轴驱动中变频控制的系统结构与运行模式，并阐述了无速度传感器的矢量变频器的基本应用。

第1章变频器矢量控制阐述

70年代西门子工程师F.Blaschke首先提出异步电机矢量控制理论来解决交流电机转矩控制问题。矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量(励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。这样就可以将一台三相异步电机等效为直流电机来控制，因而获得与直流调速系统同样的静、动态性能。矢量控制算法已被广泛地应用在siemens，AB，GE，Fuji等国际化大公司变频器上。

采用矢量控制方式的通用变频器不仅可在调速范围上与直流电动机相匹配，而且可以控制异步电动机产生的转矩。由于矢量控制方式所依据的是准确的被控异步电动机的参数，有的通用变频器在使用时需要准确地输入异步电动机的参数，有的通用变频器需要使用速度传感器和编码器。目前新型矢量控制通用变频器中已经具备异步电动机参数自动检测、自动辨识、自适应功能，带有这种功能的通用变频器在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对异步电动机的参数进行辨识，并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数，从而对普通的异步电动机进行有效的矢量控制。

第2章数控车床主轴变频的系统结构与运行模式

2.1主轴变频控制的基本原理

由异步电机理论可知，主轴电机的转速公式为:

n=(60f/p)×(1-s)

其中P—电动机的极对数，s—转差率，f—供电电源的频率，n—电动机的转速。从上式可看出，电机转速与频率近似成正比，改变频率即可以平滑地调节电机转速，而对于变频器而言，其频率的调节范围是很宽的，可在0～400Hz(甚至更高频率)之间任意调节，因此主轴电机转速即可以在较宽的范围内调节。

当然，转速提高后，还应考虑到对其轴承及绕组的影响，防止电机过分磨损及过热，一般可以通过设定最高频率来进行限定。

图2-1所示为变频器在数控车床的应用，其中变频器与数控装置的联系通常包括:(1)数控装置到变频器的正反转信号;(2)数控装置到变频器的速度或频率信号;(3)变频器到数控装置的故障等状态信号。因此所有关于对变频器的操作和反馈均可在数控面板进行编程和显示。

2.2主轴变频控制的系统构成

不使用变频器进行变速传动的数控车床一般用时间控制器确认电机转速到达指令速度开始进刀，而使用变频器后，机床可按指令信号进刀，这样一来就提高了效率。如果被加工件如图2-2所示所示形状，则由图2-2中看出，对应于工件的AB段，主轴速度维持在1000rpm，对应于BC段，电机拖动主轴成恒线速度移动，但转速却是联系变化的，从而实现高精度切削。

在本系统中，速度信号的传递是通过数控装置到变频器的模拟给定通道(电压或电流)，通过变频器内部关于输入信号与设定频率的输入输出特性曲线的设置，数控装置就可以方便而自由地控制主轴的速度。该特性曲线必须涵盖电压/电流信号、正/反作用、单/双极性的不同配置，以满足数控车床快速正反转、自由调速、变速切削的要求。第3章无速度传感器的矢量控制变频器

3.1主轴变频器的基本选型

目前较为简单的一类变频器是V/F控制(简称标量控制)，它就是一种电压发生模式装置，对调频过程中的电压进行给定变化模式调节，常见的有线性V/F控制(用于恒转矩)和平方V/F控制(用于风机水泵变转矩)。

标量控制的弱点在于低频转矩不够(需要转矩提升)、速度稳定性不好(调速范围1:10)，因此在车床主轴变频使用过程中被逐步淘汰，而矢量控制的变频器正逐步进行推广。

所谓矢量控制，最通俗的讲，为使鼠笼式异步机像直流电机那样具有优秀的运行性能及很高的控制性能，通过控制变频器输出电流的大小、频率及其相位，用以维持电机内部的磁通为设定值，产生所需要的转矩。

矢量控制相对于标量控制而言，其优点有:(1)控制特性非常优良，可以直流电机的电枢电流加励磁电流调节相媲美;(2)能适应要求高速响应的场合;(3)调速范围大(1:100);(4)可进行转矩控制。

当然相对于标量控制而言，矢量控制的结构复杂、计算烦琐，而且必须存贮和频繁地使用电动机的参数。矢量控制分无速度传感器和有速度传感器两种方式，区别在于后者具有更高的速度控制精度(万分之五)，而前者为千分之五，但是在数控车床中无速度传感器的矢量变频器的控制性能已经符合控制要求，所以这里推荐并介绍无速度传感器的矢量变频器。

3.2无速度传感器的矢量变频器

无速度传感器的矢量变频器目前包括西门子、艾默生、东芝、日立、LG、森兰等厂家都有成熟的产品推出，总结各自产品的特点，它们都具有以下特点:(1)电机参数自动辩识和手动输入相结合;(2)过载能力强，如50%额定输出电流2min、180%额定输出电流10s;(3)低频高输出转矩，如150%额定转矩/1HZ;(4)各种保护齐全(通俗地讲，就是不容易炸模块)。

无速度传感器的矢量控制变频器不仅改善了转矩控制的特性，而且改善了针对各种负载变化产生的不特定环境下的速度可控性。图3-1所示，为某品牌无速度传感器变频器产品在低频和正常频段时的转矩测试数据(电机为5.5kW/4极)。从图中可知，其在低速范围时同样可以产生强大的转矩。在实验中，我们同样将2Hz的矢量变频控制和V/F控制变频进行比较发现，前者具有更强的输出力矩，切削力几乎与正常频段(如30Hz或50Hz)相同。3.3矢量控制中的电机参数辨识

由于矢量控制是着眼于转子磁通来控制电机的定子电流，因此在其内部的算法中大量涉及到电机参数。从图3-2的异步电动机的T型等效电路表示中可以看出，电机除了常规的参数如电机极数、额定功率、额定电流外，还有R1(定子电阻)、X11(定子漏感抗)、R2(转子电阻)、X21(转子漏感抗)、Xm(互感抗)和I0(空载电流)。

参数辨识中分电机静止辨识和旋转辨识2种，其中在静止辨识中，变频器能自动测量并计算顶子和转子电阻以及相对于基本频率的漏感抗，并同时将测量的参数写入;在旋转辨识中，变频器自动测量电机的互感抗和空载电流。

在参数辨识中，必须注意:(1)若旋转辨识中出现过流或过压故障，可适当增减加减速时间;(2)旋转辨识只能在空载中进行;(3)如辨识前必须首先正确输入电机铭牌的参数。

3.4数控车床主轴变频矢量控制的功能设置

从图1-1中可以看出，使用在主轴中变频器的功能设置分以下几部分:

1矢量控制方式的设定和电机参数;

2开关量数字输入和输出;

3模拟量输入特性曲线;

4SR速度闭环参数设定。

第4章结束语

对于数控车床的主轴电机，使用了无速度传感器的变频调速器的矢量控制后，具有以下显著优点:大幅度降低维护费用，甚至是免维护的;可实现高效率的切割和较高的加工精度;实现低速和高速情况下强劲的力矩输出。

参考文献

1.王侃夫.数控机床控制技术与系统[M].北京:机械工业出版社,2002.