闭环控制数控机床的特点十篇

闭环控制数控机床的特点篇1

关键词：数控机床 分类 伺服系统 电动机 脉冲 开环 闭环 半闭环 检测元件

伺服驱动系统由伺服驱动电路和伺服驱动装置（电动机）组成，并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。它根据数控装置发来的速度和位移指令控制执行部件的进给速度、方向和位移。每个做进给运动的执行部件都配有一套伺服驱动系统。伺服驱动系统有开环、半闭环和闭环之分。在半闭环和闭环伺服驱动系统中，使用位置检测装置间接或直接测量执行部件的实际进给位移，然后与指令位移进行比较，最后按闭环原理将其差值转换放大后控制执行部件的进给运动。

一.开环数控机床

开环数控机床采用开环进给伺服系统。开环控制系统没有位置检测元件，伺服驱动部件通常为反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机，如图1所示。数控系统每发出一个进给指令脉冲，经驱动电路功率放大后，驱动步进电动机旋转一个角度，再经传动机构带动工作台移动。这类系统信息流是单向的，即进给脉冲发出去以后，实际移动值不再反馈回来，所以称为开环控制。

开环控制系统的优点是结构较简单、成本较低、技术容易掌握。但是，由于受步进电动机的步距精度和传动机构的传动精度的影响，难以实现高精度的位置控制，进给速度也受步进电动机工作频率的限制。因此开环数控机床一般适用于中、小型控制系统的经济型数控机床，特别适用于旧机床改造的简易数控机床。

二.闭环数控机床

闭环数控机床的进给伺服系统是按闭环原理工作的。闭环控制系统如图2所示。这类控制系统带有直线位移检测装置，直接对工作台的实际位移量进行检测。伺服驱动部件通常采用直流伺服电动机和交流伺服电动机。图中的A为速度测量元件，C为位置测量元件。当位移指令值发送到位置比较电路时，若工作台没有移动，则没有反馈量，指令值使得伺服电动机转动，通过A将速度反馈信号送到速度控制电路，通过C将工作台实际位移量反馈回去，在位置比较电路中与位移指令值进行比较，用比较后得出的差值进行位置控制，直到差值为零时为止。这类控制系统，因为把机床工作台纳入了控制环节，所以称为闭环控制系统。该系统的优点是可以消除包括工作台传动链在内的传动误差，因而定位精度高。其缺点是由于工作台惯性大，对机床结构的刚性、传动部件的间隙及导轨副的灵敏性等都提出了严格的要求，否则对系统稳定性会带来不利的影响。同时，调试和维修都较困难，系统复杂，成本高，一般适用于精度要求高的数控机床，如数控精密镗铣床。

三.半闭环数控机床

半闭环控制系统如图3所示。这类控制系统与闭环控制系统的区别在于它采用了角位移检测元件，检测反馈信号不是来自工作台，而是来自与电动机相联系的角位移检测元件B。通过测速发电机A和光电编码盘（或旋转变压器）B间接检测出伺服电动机的转角，推算出工作台的实际位移量，将此值与指令值进行比较，用其差值来实现控制。从图3中可以看出，由于工作台没有包括在控制回路中，因而称之为半闭环控制。这类控制系统的伺服驱动部件通常采用宽调速直流伺服电动机，目前已将角位移检测元件与电动机设计成一个整体，使系统结构简单、调试方便。半闭环控制系统的性能介于开环与闭环之间，其精度没有闭环控制系统高，调试却比闭环控制系统方便，因而得到广泛应用。

四.研究结论

1 开环控制系统的优点是结构较简单、成本较低、技术容易掌握。

开环数控机床一般适用于中、小型控制系统的经济型数控机床，特别适用于旧机床改造的简易数控机床。

2 闭环数控机床可以消除包括工作台传动链在内的传动误差，因而定位精度高。其缺点是由于工作台惯性大，对机床结构的刚性要求高。同时，调试和维修都较困难，系统复杂，成本高，一般适用于精度要求高的数控机床，如数控精密镗铣床。

3半闭环控制系统的性能介于开环与闭环之间，其精度没有闭环控制系统高，调试却比闭环控制系统方便，因而得到广泛应用。■

参考文献

[1] 魏杰《数控机床编程与操作》电子工业出版社2012-07

闭环控制数控机床的特点篇2

关键词:数控机床;原理;分类

数控机床是在普通机床的基础上发展起来的，由于它具有良好的柔性、高的加工精度和稳定性、能加工复杂零件、减轻了工人的劳动强度和易于实现 现代 化管理等一系列优点，目前在机械制造业中得到了广泛的应用。

一、数控机床原理

数控机床一般由信息载体、数控装置、伺服系统和机床本体等四部分组成。信息载体即穿孔纸带、穿孔卡、磁带和磁盘等，用于记录程序编制的内容，并通过光电纸带阅读机、磁带机和磁盘驱动器等读入装置输送给数控装置。数控装置是数控机床的核心，也就是常说的nc（普通数控装置） 或cnc（ 计算 机数控装置），nc是数控机床发展初期的一种形式，现在的数控机床大多使用cnc系统。数控装置的作用是接受读入装置输入的加工信息，经过译码处理和运算，发出相应的指令脉冲给伺服系统，完成零件加工。伺服系统是数控机床的执行部分，由电动机和传动装置组成。伺服系统接受数控装置传来的指令脉冲信号，控制机床执行件（工作台或刀架）运动的位移和速度。机床本体主要是机械部件，包括主运动部件、进给运动部件和支承部件等。对于数控机床部件来讲，机械部件结构较通用机床简单，但其各项技术指标要求比通用机床要高。在数控机床上进行加工时，首先根据零件图编制程序，编程的代码和指令格式大多符合iso标准和相应的国家标准。然后将程序通过信息载体输入到nc或cnc中，由数控系统根据程序内容发出指令，一方面由伺服系统中的电动机通过传动装置控制机床执行件的运动，另一方面控制机床的其它辅助运动，如主轴转速、转向选择，冷却泵的开停等。两方面协同动作，共同完成加工内容。数控机床加工零件的过程如图1所示。

二、数控机床的分类方法多种多样，常见的分类方法有四种

（一）按伺服系统类型分类

分为开环、闭环和半闭环系统。由伺服系统控制机床执行件运动时，虽然其接受了数控装置的指令要求值，但实际位移量并不一定等同于指令要求值，也就是存在一定的误差。这一误差是由伺服电动机的转角误差、减速齿轮的传动误差、滚珠丝杠的导程误差以及导轨副抵抗爬行的能力这四项因素综合反映的。开环、闭环和半闭环系统的主要区别在于使用的电动机不同、是否进行执行件的测量及误差补偿以及误差补偿范围的大小不同。开环系统如图2所示，由于不进行执行件的测量及误差补偿，所以结构简单，维修方便，精度相对较低，成本低，一般用于精度要求不太高的中小型数控机床上。闭环系统如图3所示，精度高，成本高，主要用于精度要求较高的大型和精密数控机床上。半闭环系统如图4所示，介于两者之间，只对部分误差进行补偿，因此从理论上讲其加工精度不如全闭环系统。图1所示的系统称之为开环系统（图中虚线框部分所示），如果加入位移检测装置和反馈系统（图中虚线部分所示），此时，该系统称为闭环系统。

（二）按控制运动的方式分类

分为点位控制、直线控制和轮廓控制三种。点位控制数控机床在加工平面内只控制刀具相对于工件的定位点的坐标位置，而对定位移动的轨迹不作要求。这类控制系统主要用于数控钻床、数控镗床、数控冲床和测量机等。直线控制数控机床能控制刀具或工件的适当的进给运动，沿平行于坐标轴的方向进行直线移动和加工，或者控制两个坐标轴以相同的速度运动，沿45°斜线进行切削加工。这类控制系统主要用于数控车床、数控镗铣床以及某些加工中心。轮廓控制数控机床能同时控制两个或两个以上坐标轴，使刀具与工件作相对运动，加工复杂零件。单纯的点位控制和直线控制机床很少，大部分为轮廓控制数控机床。轮廓控制数控机床能够实现联动加工，也能进行点位和直线控制。这类控制系统主要用于数控车床、数控铣床、数控磨床以及加工中心机床。

（三）按工艺用途分类

分为一般数控机床和数控加工中心。一般数控机床指与一般通用机床相对应的数控车、铣、钻、镗、磨和齿轮加工机床。加工中心最显著的特点是具有刀库和换刀机械手，能够实现多工序加工。刀库的容量应为二十把刀以上，但是一般常说的四方刀架、八方刀架等不属于刀库的范畴。

（四）按数控装置的功能分类

分为数控机床、简易数控机床和 经济 型数控机床。数控机床的数控装置功能齐全，能够进行自动编程、自动测量和自动故障诊断等。简易数控机床的功能单一，仅具备实现自动化的基本功能，并采用直观输入方式，结构简单，价格便宜。通用机床可采用单片机或单板机经数控化改造成经济型数控机床，性能可靠，操作简便。

三、选择数控机床时，应主要考虑以下几个问题

（一） 企业 经济能力和工人技术水平用户如何合理地利用有限的资金，获得适合本单位的数控机床十分重要。除了不同的经济能力购买不同档次的数控机床外，操作人员的操作、日常维护和保养（预防性维修）的技术水平，维修人员的故障维修水平都会影响机床的精度、稳定性和寿命。

（二）数控系统的选择国外品牌有发那科、西门子、三菱等系统，国内品牌有华中数控、广州数控等，根据加工精度、稳定性、价格等各方面因素进行合理选择。国外的数控系统由于 发展 较早，相对国产数控系统来讲精度、稳定性好一些，但价格也较高。国产数控系统有较大的价格优势，且各方面性能指标都在不断提高中，如华中数控等系统在国内也占有不少的市场份额。

（三）数控机床类型、技术规格的选择根据典型加工对象选用数控机床的类型，工件的加工批量应大于经济批量，选择的数控机床型号应能满足本厂大部分工件的加工要求，并能保证加工质量。机床型号、规格的选择切忌能包揽一切项目，没必要且浪费成本。少数超规格的工件可选择外协或其它方法解决。

闭环控制数控机床的特点篇3

[关键词]数控系统伺服电机直接驱动

近年来，伺服电机控制技术正朝着交流化、数字化、智能化三个方向发展。作为数控机床的执行机构，伺服系统将电力电子器件、控制、驱动及保护等集为一体，并随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代控制技术的进步，经历了从步进到直流，进而到交流的发展历程。本文对其技术现状及发展趋势作简要探讨。

一、数控机床伺服系统

（一）开环伺服系统。开环伺服系统不设检测反馈装置，不构成运动反馈控制回路，电动机按数控装置发出的指令脉冲工作，对运动误差没有检测反馈和处理修正过程，采用步进电机作为驱动器件，机床的位置精度完全取决于步进电动机的步距角精度和机械部分的传动精度，难以达到比较高精度要求。步进电动机的转速不可能很高，运动部件的速度受到限制。但步进电机结构简单、可靠性高、成本低，且其控制电路也简单。所以开环控制系统多用于精度和速度要求不高的经济型数控机床。

（二）全闭环伺服系统。闭环伺服系统主要由比较环节、伺服驱动放大器，进给伺服电动机、机械传动装置和直线位移测量装置组成。对机床运动部件的移动量具有检测与反馈修正功能，采用直流伺服电动机或交流伺服电动机作为驱动部件。可以采用直接安装在工作台的光栅或感应同步器作为位置检测器件，来构成高精度的全闭环位置控制系统。系统的直线位移检测器安装在移动部件上，其精度主要取决于位移检测装置的精度和灵敏度，其产生的加工精度比较高。但机械传动装置的刚度、摩擦阻尼特性、反向间隙等各种非线性因素，对系统稳定性有很大影响，使闭环进给伺服系统安装调试比较复杂。因此只是用在高精度和大型数控机床上。

（三）半闭环伺服系统。半闭环伺服系统的工作原理与全闭环伺服系统相同，同样采用伺服电动机作为驱动部件，可以采用内装于电机内的脉冲编码器，无刷旋转变压器或测速发电机作为位置/速度检测器件来构成半闭环位置控制系统，其系统的反馈信号取自电机轴或丝杆上，进给系统中的机械传动装置处于反馈回路之外，其刚度等非线性因素对系统稳定性没有影响，安装调试比较方便。机床的定位精度与机械传动装置的精度有关，而数控装置都有螺距误差补偿和间隙补偿等项功能，在传动装置精度不太高的情况下，可以利用补偿功能将加工精度提高到满意的程度。故半闭环伺服系统在数控机床中应用很广。

二、伺服电机控制性能优越

（一）低频特性好。步进电机易出现低速时低频振动现象。交流伺服电机不会出现此现象，运转非常平稳，交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能，可检测出机械的共振点，便于系统调整。

（二）控制精度高。交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。例如松下全数字式交流伺服电机，对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。

（三）过载能力强。步进电机不具有过载能力，为了克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩，选型时需要选取额定转矩比负载转矩大很多的电机，造成了力矩浪费的现象。而交流伺服电机具有较强的过载能力，例如松下交流伺服系统中的伺服电机的最大转矩达到额定转矩的三倍，可用于克服启动瞬间的惯性力矩。

（四）速度响应快。步进电机从静止加速到额定转速需要200～400毫秒。交流伺服系统的速度响应较快，例如松下MSMA400W交流伺服电机，从静止加速到其额定转速仅需几毫秒。

（五）矩频特性佳。步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时转矩会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300～600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩。三、伺服电机控制展望

（一）伺服电机控制技术的发展推动加工技术的高速高精化。80年代以来，数控系统逐渐应用伺服电机作为驱动器件。交流伺服电机内是无刷结构，几乎不需维修，体积相对较小，有利于转速和功率的提高。目前交流伺服系统已在很大范围内取代了直流伺服系统。在当代数控系统中，交流伺服取代直流伺服、软件控制取代硬件控制成为了伺服技术的发展趋势。由此产生了应用在数控机床的伺服进给和主轴装置上的交流数字驱动系统。随着微处理器和全数字化交流伺服系统的发展，数控系统的计算速度大大提高，采样时间大大减少。硬件伺服控制变为软件伺服控制后，大大地提高了伺服系统的性能。例如OSP-U10/U100网络式数控系统的伺服控制环就是一种高性能的伺服控制网，它对进行自律控制的各个伺服装置和部件实现了分散配置，网络连接，进一步发挥了它对机床的控制能力和通信速度。这些技术的发展，使伺服系统性能改善、可靠性提高、调试方便、柔性增强，大大推动了高精高速加工技术的发展。

另外，先进传感器检测技术的发展也极大地提高了交流电动机调速系统的动态响应性能和定位精度。交流伺服电机调速系统一般选用无刷旋转变压器、混合型的光电编码器和绝对值编码器作为位置、速度传感器，其传感器具有小于1μs的响应时间。伺服电动机本身也在向高速方向发展，与上述高速编码器配合实现了60m/min甚至100m/min的快速进给和1g的加速度。为保证高速时电动机旋转更加平滑，改进了电动机的磁路设计，并配合高速数字伺服软件，可保证电动机即使在小于1μm转动时也显得平滑而无爬行。

（二）交流直线伺服电机直接驱动进给技术已趋成熟。数控机床的进给驱动有“旋转伺服电机＋精密高速滚珠丝杠”和“直线电机直接驱动”两种类型。传统的滚珠丝杠工艺成熟加工精度较高，实现高速化的成本相对较低，所以目前应用广泛。使用滚，珠丝杠驱动的高速加工机床最大移动速度90m/min，加速度1.5g。但滚珠丝杠是机械传动，机械元件间存在弹性变形、摩擦和反向间隙，相应会造成运动滞后和非线性误差，所以再进一步提高滚珠丝杠副移动速度和加速度比较难了。90年代以来，高速高精的大型加工机床中，应用直线电机直接驱动进给驱动方式。它比滚珠丝杠驱动具有刚度更高、速度范围更宽、加速特性更好、运动惯量更小、动态响应性能更佳，运行更平稳、位置精度更高等优点。且直线电机直接驱动，不需中间机械传动，减小了机械磨损与传动误差，减少了维护工作。直线电机直接驱动与滚珠丝杠传动相比，其速度提高30倍，加速度提高10倍，最大达10g，刚度提高7倍，最高响应频率达100Hz，还有较大的发展余地。当前，在高速高精加工机床领域中，两种驱动方式还会并存相当长一段时间，但从发展趋势来看，直线电机驱动所占的比重会愈来愈大。种种迹象表明，直线电机驱动在高速高精加工机床上的应用已进入加速增长期。

参考文献：

[1]《交流伺服电机控制技术的研究》，中国测试技术，郑列勤，2006.5.

闭环控制数控机床的特点篇4

关键词:伺服驱动技术,直线电机,可编程计算机控制器,运动控制

1 引言

信息时代的高新技术流向传统产业,引起后者的深刻变革。作为传统产业之一的机械工业,在这场新技术革命冲击下,产品结构和生产系统结构都发生了质的跃变,微电子技术、微计算机技术的高速发展使信息、智能与机械装置和动力设备相结合,促使机械工业开始了一场大规模的机电一体化技术革命。

随着计算机技术、电子电力技术和传感器技术的发展,各先进国家的机电一体化产品层出不穷。机床、汽车、仪表、家用电器、轻工机械、纺织机械、包装机械、印刷机械、冶金机械、化工机械以及工业机器人、智能机器人等许多门类产品每年都有新的进展。机电一体化技术已越来越受到各方面的关注,它在改善人民生活、提高工作效率、节约能源、降低材料消耗、增强企业竞争力等方面起着极大的作用。

在机电一体化技术迅速发展的同时,运动控制技术作为其关键组成部分,也得到前所未有的大发展,国内外各个厂家相继推出运动控制的新技术、新产品。本文主要介绍了全闭环交流伺服驱动技术(Full Closed AC Servo)、直线电机驱动技术(Linear Motor Driving)、可编程序计算机控制器(Programmable Computer Controller,PCC)和运动控制卡(Motion Controlling Board)等几项具有代表性的新技术。

2 全闭环交流伺服驱动技术

在一些定位精度或动态响应要求比较高的机电一体化产品中,交流伺服系统的应用越来越广泛,其中数字式交流伺服系统更符合数字化控制模式的潮流,而且调试、使用十分简单,因而被受青睐。这种伺服系统的驱动器采用了先进的数字信号处理器(Digital Signal Processor, DSP),可以对电机轴后端部的光电编码器进行位置采样,在驱动器和电机之间构成位置和速度的闭环控制系统,并充分发挥DSP的高速运算能力,自动完成整个伺服系统的增益调节,甚至可以跟踪负载变化,实时调节系统增益;有的驱动器还具有快速傅立叶变换(FFT)的功能,测算出设备的机械共振点,并通过陷波滤波方式消除机械共振。

一般情况下,这种数字式交流伺服系统大多工作在半闭环的控制方式,即伺服电机上的编码器反馈既作速度环[，！],也作位置环。这种控制方式对于传动链上的间隙及误差不能克服或补偿。为了获得更高的控制精度,应在最终的运动部分安装高精度的检测元件(如:光栅尺、光电编码器等),即实现全闭环控制。比较传统的全闭环控制方法是:伺服系统只接受速度指令,完成速度环的控制,位置环的控制由上位控制器来完成(大多数全闭环的机床数控系统就是这样)。这样大大增加了上位控制器的难度,也限制了伺服系统的推广。目前,国外已出现了一种更完善、可以实现更高精度的全闭环数字式伺服系统 , 使得高精度自动化设备的实现更为容易。其控制原理如图1所示。

该系统克服了上述半闭环控制系统的缺陷,伺服驱动器可以直接采样装在最后一级机械运动部件上的位置反馈元件(如光栅尺、磁栅尺、旋转编码器等),作为位置环,而电机上的编码器反馈此时仅作为速度环。这样伺服系统就可以消除机械传动上存在的间隙(如齿轮间隙、丝杠间隙等),补偿机械传动件的制造误差(如丝杠螺距误差等),实现真正的全闭环位置控制功能,获得较高的定位精度。而且这种全闭环控制均由伺服驱动器来完成,无需增加上位控制器的负担,因而越来越多的行业在其自动化设备的改造和研制中,开始采用这种伺服系统。

3 直线电机驱动技术

直线电机在机床进给伺服系统中的应用,近几年来已在世界机床行业得到重视,并在西欧工业发达地区掀起"直线电机热"。

在机床进给系统中,采用直线电动机直接驱动与原旋转电机传动的最大区别是取消了从电机到工作台(拖板)之间的机械传动环节,把机床进给传动链的长度缩短为零,因而这种传动方式又被称为"零传动"。正是由于这种"零传动"方式,带来了原旋转电机驱动方式无法达到的性能指标和优点。

1. 高速响应 由于系统中直接取消了一些响应时间常数较大的机械传动件(如丝杠等),使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高,反应异常灵敏快捷。

2. 精度 直线驱动系统取消了由于丝杠等机械机构产生的传动间隙和误差,减少了插补运动时因传动系统滞后带来的跟踪误差。通过直线位置检测反馈控制,即可大大提高机床的定位精度。

闭环控制数控机床的特点篇5

关键词：维修方法；数控机床；计算机

中图分类号：TD327 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）21-0024-02

1 规律性的维修方法

它是针对数控机床固有的性质及特点找出维修规律并形成一种维修诊断方法。比如：全闭环改为半闭环的方法；调整增量式编码器回零方法；解决数控系统权限的方法；数控机床通讯引起故障的维修方法等等。这些维修方法对一般数控机床具有共性，也是新入门维修人员的必修课。下面结合实际故障来阐明：

案例：一台五坐标加工中心系统为SIEMENS 840D PL，X轴运行过程中出现振动。

诊断及分析：传统的维修方法是需要调整X轴位置增益，但是位置增益调整对于一般维修人员来说没有经验，所以不如换一个角度来入手，就是用已经掌握的基本维修方法或规律来解决。

首先要了解X轴振动产生的原因可能有哪些。第一种原因：机床机械磨损，造成机械性能下降导致电机控制方面出现问题。第二种原因：是机床加工过程中X轴负载过大导致。第三种原因：是由于位置测量系统脏污。

其次分析以上三种故障发生原因，电气维修人员能够直接处理的是第三种，并且此种故障可以用上面提到的全闭环改为半闭环的方法进行判断。所以先从第三种原因入手。将X轴位置测量元件（光栅尺）屏蔽。具体做法是进入840D系统启动菜单，选择轴参数菜单，将参数MD30240【0】由0改为1，参数MD30240【1】由1改为0（此光栅尺采用的是增量式），参数MD30200由2改为1（测量反馈编码器数量）。然后，将编程器（PG）连入NCU单元。将PLC中DB31.DBX1.5（如为1第一测量系统有效）由0改为1、DB31.DBX1.6（如为1第二测量系统有效）由1改为0。修改完毕后将机床重新启动，X轴全闭环反馈就改为半闭环反馈。然后运行X轴。如果振动消除，说明第二测量系统元件（光栅尺）出现问题。否则，就是第1、2种原因。实际修改后，X轴振动消除，证明光栅尺出现故障。将X轴光栅尺拆下，发现里面已经被油污染，将其清理后装回，X轴振动现象消失。数控机床故障是由很多原因引起的，对于比较困难的故障不能用一种维修方法来解决。不但要考虑故障产生原因及规律，还要结合现场实际的故障现象，尽量套用规律性的维修方法，先用最基本的、简单的方法来诊断、判断，然后再用高级的、复杂的方法，这样维修可以节省时间、提高维修效率。

2 应用数控系统自诊断解决机床故障的方法

在系统运行中或基本不拆卸的情况下，即可掌握系统现在运行状态的信息，查明产生故障的部位和原因或预知系统异常和劣化的动向，以便采取必要对策的技术。数控机床发生故障时屏幕上会提示一些报警或信息，好的报警提示往往是解决故障的基础。下面结合实际故障来阐明：

案例：一台意大利Ferrari A17五坐标加工中心，数控系统是E580H，在加工过程中反复出现0334 Z axis error feedback driver（反馈驱动器错误），并且复位可清楚报警。

诊断及分析：根据常规处理方法需要更换Z轴驱动器模块，还要看更换过后反馈系统的状态，很费力气，更换后一旦故障再现使维修人员的思路陷入了死角。不过这样的故障可以从系统诊断入手，利用数控系统自带的诊断参数P71进行诊断。P71共16位数字前8位为伺服电机诊断，后8位为位置测量系统诊断。结果后8位的第一位为1，说明故障点在位置测量系统而并非是Z轴伺服驱动器。所以在Z轴光栅尺拆卸过程中发现Z轴光栅尺反馈电缆接触不良，造成系统反复出现报警。数控机床的自诊断功能很强，从硬件和软件控制方面设计了上百种保护和报警，从而为数控机床的正常使用和维护维修提供了很大方便。利用此种方法可以很快地找到故障发生的部件或范围，然后根据具体分析得出正确的判断，最终找到故障点。

3 应用计算机知识形成的维修方法

数控装置按计算机分类：专用计算机数控装置和通用计算机装置。

专用计算机数控装置：一般是数控装置生产厂商为自己的数控系统专门设计的计算机。

通用计算机装置：一般是计算机制造商的通用型个人计算机或工业控制计算机。

现代计算机技术已十分普及。从这个角度来看把数控机床结构（无论是专用型计算机、通用型计算机）可以当作一台上位计算机与一台下位计算机的组成。以当前SIEMENS 840D数控系统来说，PCU可当成上位计算机，NCU可当成下位计算机。那么在维修时可以把它们当作计算机来维修。当然上述两种数控装置计算机有着很大的区别，专用计算机数控装置结构与通用计算机装置有所不同，一般前者是板卡时结构。在功能上前者也要比后者强大，并且存储着机床厂家特殊的数据。维修时需要进行备份或小心插拔。下面结合故障案例分析：

案例：五坐标数控加工中心，型号FERRARI A17，系统E550，这是一台典型的专用计算机数控装置。

故障：开机后，机床在加工过程中经常蓝屏死机。

诊断并分析：（1）解决系统蓝屏问题，首先要考虑系统的散热，所以清理整个控制系统计算机板，不过故障仍然出现。（2）考虑Windows NT内存有winfile、exe病毒，将整个系统重新进行格式化，然后，应用在DOS下ghost软件进行系统与应用软件恢复（前提先做好备份），之后机床恢复正常，然而，经过一段时间，此故障再次出现。（3）考虑上位计算机板（1028板）硬件故障，计算机系统经常蓝屏意味着有三种可能：CPU过热导致系统无法正常运行蓝屏死机；内存质量差，导致运行大量数据后，蓝屏死机；主板本身问题也会导致蓝屏死机。

综合上述三方面，由于此1028板CPU无风扇，只有散热片且已清理，故此种可能排除。主板表面无明显损坏、烧坏。所以，重点考虑内存故障，果然，更换内存后，机床运行不再出现蓝屏死机现象。

4 结语

随着我国制造业的不断发展，数控机床将越来越多并且每个数控生产厂商的设备都是不一样的，这对于维修人员是一个极大的考验，所以要在传统的维修诊断方法中总结精华并另有创新。计算机的更新速度很快，这直接影响着数控机床的未来发展走向。根据最新的西门子840DSL数控系统的结构来看，网络技术应用得很多，伺服的配置完全是计算机识别硬件的方式。故，维修人员也要与时俱进，在不断完善自己的维修方法的同时，还要继续得学习当今最新的计算机等方面的知识，这样在遇到同样的维修困境时，可以重新理清思路，多角度地分析故障点，从而找到故障地切入点成功地排故。

参考文献

[1] 郭士义.数控机床故障诊断与维修[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2] 夏罗生.数控机床维修与维护[M].北京：航空工业出版社，2011.

闭环控制数控机床的特点篇6

关键词：机床；数控化；改造

如果对所用的普通车床和长时间使用的车床不进行改造，仅购买新的数控车床，则会增加许多生产厂家设备方面的成本。所以生产厂家对普通车床及长时间使用的车床进行数控化改造是必经之路。在此谈一下如何对数控车床进行改造。

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。wwW.133229.cOM

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。有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20世纪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

闭环控制数控机床的特点篇7

关键词：机电一体化 数控技术 技术开发

中图分类号：TG519.1 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2013）06-0013-01

数控机床是应用数控技术的新型机电设备，是对传统机械制造进行渗透而产生的一种机电一体化产品。其技术涉及的范围比较广，包括伺服驱动技术、机械制造技术、自动化技术、信息处理技术以及软件技术等。

一、数控机床的概述

数控技术的典型应用就是数控机床。在某种程度上而言，数控机床的制造水平也就代表了当时机械制造行业的生产水平。数控机床指的就是应用数控技术的机床，此机床的各项操作都是通过数字代码程序指令实现的，基本上达到了生产自动化。

数控机床的加工性能要比普通机床强很多，其具备很好的加工适应性，在对加工对象进行更换的时候，只需要对相应的程序指令进行更换就可以了。现阶段，数控机床的结构主要分为三个部分：数控系统、伺服系统与机床主体。数控系统主要就是负责各种逻辑的运算，包括由电力电路构成的输出设备、程序读入设备、运算核心等。伺服系统是数控机床的重要组成部分，其主要包括闭环伺服、半闭环伺服与开环伺服这三个结构。其中闭环伺服的反馈精度比较高，但是在调试方面就存在着很大的难度，比较适合应用在精度要求比较高的大型数控机床上；半闭环伺服的加工精度与速度也是比较高的，但是与闭环伺服相比还是有一定差距的，其主要适合应用在中小型数控机床上；开环伺服的加工精度与速度都会受到一定的限制，但是相对的结构就比较简单。机床主体的设计充分考虑了精度、热稳定性、刚度以及抗振性等相关方面的要求，使其可以具备良好的适应性、稳定性与连续性。

现阶段，随着计算机技术、编程技术以及微电子技术的不断发展与进步，使得机电一体化的发展得到了很大的支持，相应的数控机床控制系统也越来越智能化与多元化，不仅拥有了自我诊断故障的能力，还达到了自动编程的程度，使得数控机床更加的自动化与智能化。

二、数控技术的开放式结构

随着科学技术的不断发展与进步，数控技术得到了飞速的发展，并且逐渐完善。目前，在数控系统中融入了很多的加工工艺、管理经验以及操作技能等方面的信息，使得数控系统的智能化水平得到了有效的提高；除此之外，在数控系统中应用了自我诊断故障与图形交互等功能，在一定程度上也加快的系统的发展。针对这样的情况提出了一种开放式的数控系统结构，其表现形式主要分为两种：其一，计算机数字控制机床和程序计数器主板的结构形式，也就是将程序计数器主板插入到计算机数字控制机床中；其二，运动控制板和程序计数器的结构形式，也就是将运动控制板插入到程序计数器的插槽中。对于数控系统而言，可靠性才是其核心特点，缺乏一定的可靠性也就决定其在生产实践中无法得到长期的运用，所以，一定不允许发生程序计数器死机的现象。综合考虑，采用第一种结构形式，不仅可以增加系统运行的可靠性，还可以保证界面的开放性。

三、伺服驱动技术

伺服驱动技术指的就是在计算机控制下，通过控制算法软件对驱动展开一定控制的伺服设备的有关技术。该技术具有以下优点：一是，不存在温漂效应，具备一定的稳定性；二是，一般是以数值计算为运行基础，具备较高的精度；三是，应用的是参数对设置，减少了系统调整的次数；四是，做成集成电路的难度要小很多。现阶段，数控系统中的伺服技术已经取得了一定的突破，主要体现在：驱动方式已经逐渐由直流向交流转变、控制方式已经逐渐由模拟硬件向数字化软件转变。比如，现阶段应用在数控机床伺服主轴装置上的交流数字驱动系统，已经成为控制系统的主要装置之一。随着计算机技术、电力电子技术、微电子技术等相关技术的发展与进步，特别是计算机处理与逻辑运算技术的发展，有效的促进了伺服技术的发展与完善。比如，数字信号处理技术的应用，不仅有效的减少了采样时间，还加快了系统的运算速度。

四、计算机数字控制机床系统的联网

数控系统在控制多台机床操作的时候，需要展开一定的网络通信，网络存在的目的也就是为了完成通信与共享信息。这样的通信方式一般包括四级：一是，企业管理级，通常是由以太网构成，负责总的协调工作，对总生产计划进行适当的安排等。二是，车间管理级，通常是由以太网构成，主要就是对各车间的生产调度进行负责，包括安排生产计划、准备生产设备等。三是，车间单元控制级，通常是由分布式数控系统展开相应的控制，利用分布式控制系统实现零件程序的上传下达。同时，计算机数字控制机床与通信网络进行连接可以实现维修数据的传递，让用户可以直接与NC生产厂进行通信，从而将各个制造厂联系起来，形成一个虚拟的制造网络。四是，现场设备级，现场设备级的主要任务就是实现设备单机、连线控制、在线监测、采集运行数据、储存与统计数据以及通信连网等功能，进而确保现场设备可以高质量的完成生产任务，并且将相关数据传递给工厂管理层，同时接受管理层下达的相关指令，并且按照相关指令执行操作。

五、操作与维修

数控系统具有触摸面板，在操作的时候非常方便、简捷。随着相关技术的发展与进步，采用存储卡的方式改变数控技术的发展得到了广泛的关注，数控系统逐渐向智能化、集成化、网络化、数字化以及微机电控制系统方向发展，无论是操作还是维修都具有一定的简易性。

六、结束语

总而言之，随着科学技术的不断与进步，机电一体化的发展也在逐渐进行，相关的数控技术也得到了广泛的应用。因此，一定要加强对机电数控技术结合的研究，为以后相关课题的研究提供可靠的参考依据。

参考文献

[1]陆筠.基于开放式数控机床的机电一体化实验系统[J].机械制造与自动化，2009（05）.

闭环控制数控机床的特点篇8

关键词:数控化改造；数控系统；伺服系统

中图分类号：TG502文献标识码： A 文章编号：

1 前言

制造业是国民经济的基础产业和支柱产业,是推动国家技术进步的主要力量。我国制造业水平与发达国家相比,总体水平偏低,为改变这种落后状况,必须提高制造业的装备水平,特别是机床的数控化率。购置数控机床是提高数控化率的途径,对旧机床进行数控化改造,也是提高机床数控化率的重要途径之一。机床数控化改造,是在机床上增加数控装置,使其具有一定的自动化能力,以实现预定的加工工艺目标。它是根据生产实际需要提出,并随着机床行业以及技术的不断进步而发展起来的,它的内容是应用成熟的数控技术和经验,以适应生产的具体要求为目的,对现有机床的局部结构进行改造,并安装新部件、新装置、新附件,用计算机控制机床的工作,提高机床的技术性能指标,使之全部或局部达到新数控机床的水平。

2 数控化改造的内容

机床数控化改造是指以可使用的普通旧机床作为毛坯,通过改造手段将其改造为具有数控机床功能的、且与同类新数控机床性能相近的数控机床,其改造的主要内容如下:

2 . 1 精度的恢复和机械传动部分的改进

随着机床使用年数的增加,机床的机械传动部件,如导轨、丝杠、轴承等都有不同程度的磨损。因此,机床改造过程中首要任务是对旧机床进行类似于通常的机床大修,以恢复机床精度,达到新机床的制造标准。但是机床数控化后对机床精度的要求与普通机床的大修是有区别的,即整个机床精度的恢复与机械传动部分的改进,都要为满足数控机床的结构特点和数控自动化加工的要求来进行。数控机床的主轴驱动系统和进给驱动系统分别采用交、直流主轴电动机和伺服电动机驱动。这两类电动机调速范围大,并可无极变速,因此使主轴箱、进给变速箱及其传动系统大为简化。由电动机直接连接主轴或滚珠丝杠。目前数控机床进给系统中常用的机械传动装置主要有滚珠丝杠副、静压蜗杆蜗母条和预加载荷双齿轮齿条三种。机床采用的导轨是新材料低摩擦因数的导轨,如滑动导轨、滚动导轨和静压导轨。另外,在机床上还要加一些辅助装置,如冷却系统、空气过滤器、自动换刀装置、排屑装置等。

2. 2 选定数控系统

根据要进行数控化改造机床的控制要求,选择合适的数控系统是至关重要的。选择时,除了考虑各项功能满足要求外,还一定要确保系统工作可靠性。一般以性能价格比来选取,并适当考虑售后服务和故障维修等有关情况。如选用企业内已有数控机床中相同型号的数控系统,对今后操作、编程、维修等都带来较大的方便。伺服驱动系统的选取,也按改造数控机床的性能要求决定。若采用同一家公司配套供应的数控系统和伺服驱动系统,改造产品的质量和维修更容易得到保证。

当前生产数控系统的公司比较多,国外的公司如SIEMENS公司、FANUC公司、国内的公司如广州数控GSK公司、华中数控系统有限公司等。一般,进口系统较国产系统性能稳定,但价格昂贵,将其用于机床改造,有些得不偿失。国产系统在目前市场上有各种经济型和标准型数控系统供应。其中,经济型数控系统具有结构简单,操作方便,技术易于掌握及制造成本低等优点,系统性能相对较差,可靠性不高;另外,随着生产技术的不断发展,标准型数控系统制造成本越来越低,售价也在不断降低,所以在系统选择上一般可以考虑国产标准型数控系统,例如广州数控系统或华中数控系统。

在选择数控系统时,应了解系统的控制轴数,特别是联动轴数。因为这与数控系统的价格有直接关系。对只需点位控制的机床,就不要求控制联动轴,有需要进行轮廓控制的场合,才需要选用有联动功能的系统。例如,改造钻床时,可选两个控制轴的点位控制系统,不要求两轴联动;改装车床时,则需要两轴联动;改装要加工空间曲面的铣床时,则需要三轴联动。

2. 3 伺服系统设计

伺服系统分为开环、半闭环和闭环系统三种。开环控制系统主要由驱动控制单元、执行元件和机床组成。闭环伺服驱动由执行元件、驱动控制单元、机床以及反馈检测单元、比较控制环节组成。在普通机床的数控化改造中一般采用步进电动机和交流伺服电动机。交流伺服电动机调速方便,体积小,目前广泛用于数控机床的传动系统。与步进电动机相比, 其精度高、价格昂贵,考虑到改造本身是经济型改造,因此一般选用步进电动机作为驱动装置。检测反馈单元一般用光栅、脉冲编码器等。在选择驱动装置时,一定要考虑其运转性能与电动机的匹配,同时也要考虑其接口数据与数控装置接口数据的匹配。目前国内外的数控系统厂家,都开发了与自己系统配套的驱动器,如广州数控适配DA98系列驱动器,华中适配HSV系列驱动器,FANUC(发那科)本身开发了集成程度很高的多轴驱动器,所以一般优先考虑配套的驱动器。

2 . 4 电气系统的改造设计

在进行机床数控化改造时,原机床的电气控制部分一般只能报废,重新按数控化改造要求进行设计制作。数控机床的强电控制部分设计中要特别注意的是,数控系统各接口信号的特点和形式要相配,并且在设计过程中应尽量简化强电控制线路。

在电气控制系统的改造设计中,应该遵循:机床在满足控制要求的前提下,设计方案力求简单、经济,不宜盲目追求自动化和高指标,力求控制系统操作简单、车床使用与维修方便。机床中的主轴电动机、冷却泵电动机、刀架电动机等均需系统自动控制。数控机床中电气控制系统除了对机床辅助运动和辅助动作控制外,还包括对保护开关、各种行程、极限开关的控制, 以及在操作盘上所有按键、操作指示灯等的控制。改造后的电气控制系统,不仅保留了机床传统控制系统的优点,同时具有体积小、功能强、通用性和灵活性强、使用维护方便等特点。

2. 5 整机联接调试

旧机床上述各个部件的改造过程完成后,就可对组装后改造机床各个部件进行调试。一般先对电气控制部分进行调试,看单个动作是否正常,然后再进机调试阶段。

3 结语

由于机床数控化改造有多种方案,机床类型不同,改造的内容也不同,所以上述机床改造内容并非一成不变,而要根据实际情况选取合适的方式,以使普通机床数控化改造后的性能与新的同类数控机床相近或相同。另外,在机床数控化改造完成后,还应注意培训数控机床的操作人员和编程人员,以使改造后的数控机床能够尽快发挥作用。

参考文献

[1] 罗永顺.机床数控化改造技术[M].北京:机械工业出版社.

闭环控制数控机床的特点篇9

关键词：机床；数控化；改造

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，而且一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。

2 进行机床数控化改造思路

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。

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。 床数控改造时应尽量达到上述要求。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，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，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。

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。

闭环控制数控机床的特点篇10

关键词:数控机床；误差来源；改善措施

中图分类号： TG659 文献标识码： A 文章编号：

绪论

数控机床在实际操作中主要是用来制造工件，通常要求其加工的工件要具有极高的加工精度。想要使数控机床自身具有的加工精度有所提高的话，就一定要针对数控加工的每个环节里可能产生的误差进行分析，目的是找到误差出现的根本原因，这样可会避免误差不断地产生，也可以根据分析出来的原因制定相应的措施，一旦有误差出现是随即进行补偿。整个数控加工的工程里面，无论是最初的图纸阶段，还是到最后的产品定型，无论是哪一个环节出现误差都会对最后所得工件的精度造成一定的影响。下面就对几种经常出现主要误差进行讨论，探讨误差产生原因以及如何进行改善。

程序编制中的误差

如果把零件最早的轮廓形状借助列表曲线进行表示的话，如果采用近方程式与列表曲线发生逼近时，该方程式表现出的形状和零件原本形状之间形成的差值，就是所说的逼近误差。

在使用数控机床来对零件进行加工时，由于数控装置之间具有互不相同的插补功能，所以与零件轮廓互相逼近的时候，都是选择直线的方式来进行，有的时候则是用圆弧。直线或圆弧在马上临近零件轮廓曲线的时候，逼近曲线和现实中轮廓原来的曲线之间会产生一个最大差值，这就是通常所说的插补误差。

三、控制系统误差

伺服系统所具有的控制方式不尽相同，如果按照控制方式来划分的话，数控系统大致可以分为以下的三类。

3. 1开环控制数控系统

此类数控系统是很特殊的一个种类，系统没有配备检测装置，同时也没有反馈电路，主要的驱动元件则是步进电机。

进给系统里面不存在反馈检测装置，所以前向通道里面产生的各种误差没有办法以反馈信息呈现出来加以补偿，这样在一定程度上就出现了输出位置误差。开环控制系统中最主要的输出误差就是步进电动机产生的误差，下面就针对步进电动机产生的误差进行分析。

步进电动机工作运行的过程里面主要会有以下的误差产生：

(1)动态误差。在步进电动机正常的单步运行过程中，往往会产生一定的振荡现象。如果步进电动机在频率比较低的地方进行工作时，同时还会伴有共振现象产生。

(2)起停误差。步进电动机无论是启动开机还是关机停止，都需要一个过渡的过程，在这里过程里面，电动机的转动和控制脉冲相比较的话，前者总是处于滞后的状态。

针对以上的误差引发原因，可以用下面的措施进行改善:

（1）把好元件选择关口。在条件允许的情况下，选择步进电动机的时候，尽可能选择步进角最小的机器。

(2)把握好驱动电路环节。针对步进电动机的控制环节，一定来选择最优质的驱动电路来完成此项工作。如果可以对细分驱动电路进行选用的话，相就可以使步进电动机所具有的步距角有效减少，这样可以在很大程度上提高系统精度。

（3）从控制原理方面入手。针对大型数控机床而言，通常要求具有很高的精度，那么开环系统在这一方面就存在着很大的不足，针对这样的情况，可以增设类似于直光栅这样的检测装置，这样针对前向通道可能产生的误差就会起到很到的监视作用和补偿作用。一旦有传动误差产生的时候，反馈电路就会迅速发出一定数量的附加脉冲，这样一来，步进电动机无论是多走步数还是少走步数都会得到有效的补偿。

3. 2闭环控制数控系统

由因为闭环系统在进行位置检测的时候，已经将进给传动链所具有的全部误差包含进去，所以具有相当高的控制精度。但是，位置检测进行的反馈里面同时带有诸多不稳定因素，调试工作进行起来具有很大难度。

闭环系统主要的误差来源如下所示:

(1)因为检测装置通常具有制造误差和安装误差，这两种误差会引起反馈系统产生误差。

(2)因为机床零件与机构之间经常有误差产生，所以检测装置在检测的时候同样会出现误差，这样一来得到的测量值就不再真实可靠。

减小上述误差的主要途径有:

(1)如果条件如许的话，要尽量对具有高分辨力的检测装置进行使用。

(2)在进行检测装置的安装工作时，一定要想方设法将安装精度提高起来。

3. 3半闭环控制数控系统

这种系统主要存在于伺服电动机之上，两者之间是同轴安装的关系，有时候也可以把检测装置安装在滚珠丝杠轴端，这样就可以对角位移进行测量，就可以把移动部件产生直线位移数值间接地计算出来，再向数控系统进行反馈，控制方式和闭环控制系统完全一样。

半闭环系统主要的误差来源如下:

(1)上述提及的闭环系统中产生的误差

(2)滚珠丝杠带有的螺母副与导轨副之间产生误差。

四、进给误差

进给误差通常产生在数控机床和传动链两者之间，是二者产生的误差。进给误差通常由以下的几种原因导致：

(1)滚珠丝杠日积月累，出现累积的螺距误差。

(2)滚珠丝杠和螺母支架由于长时间处于受力或者受热的状态，导致出现变形，直至引发误差。

(3)工作台出现在导轨方面的误差。

可以采用下列的一些方面，达到有效减小进给误差的目的:

(1)针对开环系统和半闭环系统来说，因为累计产生的螺距误差可以借助数控系统进行误差的修正和补偿工作。以此后，只要是数控系统对轴运动进行控制，就会将该差值进行自动考虑，并且进行补偿处理。

(2)针对因为机械传动链遭受外力影响导致变形以及受热变形而产生的误差，可以采用把传动链的刚性进行增大的方法，或者是把摩擦力进行减少的措施来解决。

五、结束语

无论是数控机床的制造者，还是数控机床的使用者和维护者，都一定要对数控机床具有的加工精度给予足够的注意。数控机床通常有着极其复杂的误差来源，本文仅仅对其中最重要的一些进行分析，并且提出可行性较高的措施加以改善。通过以上的经验归纳和分析，希望可以是使数控机床日常的制造、使用和保养水平得到明显的提升。相信伴随着更多更好的技术应用到数控机床领域中来，数控机床现存的误差问题一定会得到更圆满的解决。

参考文献：

[1]李力明,张怀安，数控加工中针对精度误差的分析[J]. 数控机床研究. 2011(09)