数控系统在车床改造中的应用

时间：2025年01月02日

来源：幸运王子

编辑：本站小编

下面是小编给大家带来的数控系统在车床改造中的应用，本文共5篇，以供大家参考，我们一起来看看吧!本文原稿由网友“幸运王子”提供。

篇1：数控系统在车床改造中的应用

在数控车床行业中，目前国内使用的大都是以步进电机作为驱动元件构成的经济型车床数控系统，这些系统大多采用单片机作为控制核心，以开环方式工作，功能少而且故障率较高。在如今车床的改造过程中，我们应用的SKY普及型车床系统，以其独特的双位置闭环控制方式，全面兼容的标准高速64位PC控制核心，方便的自动对刀功能，强大的CAD/CAM/CNC一体化功能，发挥出国外系统所没有的优势，给用户带来良好的经济效益。

1 控制原理

常规闭环机床位置控制系统的设计，是在速度环基础上加位置外环构成闭环系统。由于这类系统难以克服非线性因素的影响，常因自持振荡而无法工作。为了克服系统这种缺陷，以转角—线位移双闭环位置控制方式，使数控技术达到一个崭新的的层次。由其构成的位置控制系统的动态结构如图1所示。

该系统由内外双位置环组成。其内环为转角位置环，检测元件为装于电机轴上的光电码盘，驱动装置为交流伺服系统，由此构成一输入为θi、输出为θo的随动系统。外部位置环采用光栅、感应同步器等线位移检测元件直接获取机床工作台位移信息，并以内环的转角随动系统作为驱动装置驱动工作台运动，并且引入 Gc(S)组成的前馈通道，构成复合控制系统，大大提高了其跟随性能。因为工作台的精度由线位移检测元件决定，所以在理论上消除了机床间隙对精度的影响。

2 系统组成及应用

系统控制部分结构框图如图2所示，共分6个主要部分：伺服机构、位置反馈、自动对刀、开关量控制、主轴控制、主轴反馈。

(1)伺服部分根据车床传动部分的机械特性，我们选用相匹配的进^***流数字式伺服电机。根据改造后车床的精度要求，选用相匹配的光栅尺作为线位移检测元件。常规5V方波光栅尺的分辨率为5μm，其精度可达到0.01mm，读数头最大快移速度达24m/min，可以保证数控车床的精度及稳定性，

实际上系统分辨率可达0.5μm。采用更高精度的检测元件，已经使系统工作精度达到1μm。

(2)主轴部分为实现系统对主轴部分的实时控制，我们采用配套的变频器，如三菱、松下、台安等对主轴电机进行转速及转向的控制。同时配合车床自身机械变速机构，可避免其在低频下振动与扭矩降落现象。系统将通过PLC实现对变频器转向的开关量控制，通过0～10V模拟量输出可实时对电机转速进行控制。这样即可实现加工过程中的恒线速度切削。

另外，在主轴上(即C轴)装配相应的光电编码器，将其转速以脉冲形式进行计数并反馈给计算机，系统根据其计数结果能实现软件同步螺纹切削。这种方法通过对 C轴的位置反馈信息进行数字化处理，动态提取同步信息，实时预测牵入同步点，并据此进行柔性牵入同步控制，以无中断方式实现了多次切削过程的软件准确同步。它大大提高了系统的可靠性，使螺纹车削精度得到可靠保证。

(3)刀架部分通过计算机与PLC的组合，实现了对刀架换刀的准确控制。其控制流程图如图3。计算机发出换刀指令后，PLC接收其信号并动作，控制刀架电机正向旋转。同时检测刀架各刀位的位置反馈信号，并与计算机发出的刀号指令比较，直到一致时，停止刀架电机正向旋转，同时PLC控制刀架电机反转锁紧。锁紧到位后，PLC发出换刀完成信号给计算机，此时换刀动作结束。

(4)快速自动对刀部分配上附件对刀器，实现了有人工参与的快速自动对刀。其工作原理图4可简要说明。对刀模块上有两个对刀面A、B，其位置关系已知。在系统控制下，刀具刀尖分别触及对刀面A、B的瞬间，采样X、Z坐标值，即可求得刀尖坐标。即确定了该刀具在机床坐标系中的位置。若刀具刀尖为圆弧形，刀尖触及A、B面时，采样到的X、Z坐标值为圆弧与对刀面接触点的相关坐标。此时系统将根据刀尖半径与对刀面的几何关系，通过计算求解出刀尖圆心坐标，以此确定刀具位置。利用快速对刀功能，对一把刀只需1min左右。且对刀精度高，大大减少了加工的辅助时间，有效地提高了劳动生产率与车削加工质量。

3 结论

经过改造后的车床，如云南机床厂的C6140车床、泰兴机床厂的C6150车床等，能发挥出普及型数控车床的全部功能，精度高、可靠性好、操作容易。该机床再配合系统强大的CAD/CAM/CNC三位一体的软件编程功能，使其能加工多种精度要求高、形状复杂的工件，从而给用户创造出良好的经济效益。

篇2：西门子802D数控系统在小卧车改造中的应用

0引言

Si-291小卧车原本是我公司汽发分厂的设备,由于近年来不断引进新设备,Si-291小卧车决定迁至我公司工装分厂，原有Si-291小卧车采用北京机床研究所早期开发的BS-03A数控系统,配置BESK-SERVOFMW直流伺服电机驱动系统,该数控系统以及伺服系统是北京机床研究所自行开发的系统。该系统年代久远,备件无法更换,在使用过程中出现了无法回参考点的故障。但如果该机床报废势必造成是毕要有所经济损失,公司最终决定对其实施全方位的一体化改造。

1设计与安装调试

Si-291小卧车是在普通CZK63系列小卧车的基础之上开发研制的,原有小卧车X、Z轴配置直流伺服电机,传动系统为滚珠丝杠,所以具有改造先决条件,但其主轴传动系统采取的是普通的三相交流电机,由机械变挡控制转速,同时主轴电机携带润滑泵,实行对主轴箱轴承及齿轮的润滑,主轴转速范围为 10-1400r/min。根据以上机床本身所具有的特点,决定采用西门子802D数控系统配置611UE伺服装置,更换原有直流伺服电机,配套使用西门子1FK7电机。主轴采用西门子MASTER 440变频器对其实施控制,这是因为611UE双轴模块可以携带两个进给轴和一个模拟主轴。按此改造方案,实施完毕后,主轴可由数控系统CNC发出指令, 在加工过程中,能够执行M03、M04指令,并且由于安装了带直接编码器的模拟量主轴,可以实现每转进给量G94恒螺矩攻螺纹G33等功能。

1.1 西门子802D数控系统简介SINUMERIK 802D数控系统将所有的CNC、PLC、HMI和通讯、任务集成。由一个单一的部件,免维修的硬件结构集成了PROFIBUS接口用于连接驱动系统 611UE和I/O模块,并具有连装结构的超薄的操作面板。SINUMERIK 802D最高可控制4个数字进给轴和1个主轴且配备SIMODRIVE 611UE和带编码器的1FK7伺服电机做为进给驱动系统。SIMODRIVE 611UE具有模块化设计和PROFIBUS接口,因而各轴驱动的功率模块独立配置。另外主轴在车床或铣床系统中分别作为第3轴或第4轴(屏蔽A轴后)控制,也可以通过模拟接口控制。这种通用的方案也适用于简易型机床。PLC指令结构采取SIMATC S7-200指令等,可以直接适用于机床,在SINUMERIK上不仅可以进行工件编程,而且还可以使用非西门子的G代码。通过PROFIBUS连接的 I/O模块PP72/48最多可扩展为2个,足以满足一般的金切加工设备,例如车床、铣床、钻床等，

同时西门子802D数控系统提供用于车床和铣床标准控制的机床面板MCP,在标准机床面板上,提供了6个用户自定义键,当然也可以据自己的需要设计机床操作面板。

1.2 西门子MASTER 440变频器简介MICROMASTER 440变频器适用于各种变速驱动应用场合,其灵活性提供了广泛的应用可能,较适用于起重系统、立体仓库、食品和包装行业等的定位应用。 MICROMASTER 440变频器采用模块化设计,操作面板和PROFIBUS模块可以用于固定和安装,同时采取了最新的IGBT技术,是一个高质量的矢量控制系统,磁通电流控制FCC改善动态响应,并且优化电机控制。在本次改造中主要实施对主轴电机的恒力矩控制。

1.3 机床的电气原理及PLC程序的研制根据机床的实际特点,在此次改造中增加了主轴箱油泵电机,并且增加了给导轨副及轴承润滑的电子润滑泵,其中油泵电机、冷却电机以及刀架电机均采集其控制的辅助触点用于机床的逻辑控制,充分考虑了机床限位、急停以及主轴与进给轴之间的重要联系,将机床输入、输出信号分别通过 PP72/48采集进机床,并由此进行控制。在PLC程序方面,由于西门子公司提供了车床或铣床的标准程序,所以应用较为简捷,使用了标准子程序中的 PLC初始化,机床控制面板MCP信号与NC信号的传递,由HMI方式控制手轮等PLC程序,同时针对机床本身的特点自行编制了冷却液控制,四刀位控制刀架,电子润滑泵控制等一系列的PLC程序。在经过各驱动轴,主轴的调试后,运行PLC程序完全满足了卧车所要求的具体功能,同时根据操作人员的加工需要, 将机床照明、润滑、换刀等功能定位于6个西门子所提供的自定义键上。使操作变得尤为简单可靠。在主轴控制方面,利用611UE提供的模块接口75.A和 15端子对变频器MICROMASTER 440进行控制。同时通过设计PLC程序切断或接通变频器的控制使能。经过一段时期的试运行后,其加工精度以及运行可靠都得到了良好的效果,实践证明,用西门子802D数控系统以及MICROMASTER 440变频器控制车床是稳定可靠的,能够很好地完成各类金切加工任务。

2改造效果

此次Si-291小数控卧车的改造方案是以机床的实际情况为基础,综合考虑了机床性能、功能与相关的技术指标以应用的数控系统为当前流行主流为前提确保其备件服务良好的因素下实施的,经过机械方面的调整,消除了原有机床存在的齿轮间隙较大的缺点,同时使原本为简易的小卧车变为数控卧车,实现了真正意义上的数字控制。机床改造后运行效益十分明显,工装分厂的大批量小件生产总是在其上能收高精度、高速度顺利完成。缓解了我公司在小型加工设备上存在的加工制造紧张情况,为公司创造了极大的经济效益。

篇3：单片机在设备自动化改造中的应用

摘要：介绍了用单片机对对冲压机械进行自动改造的方法，

关键词：单片机冲压机械控制系统进给机构

0 引言

冲压机械工作特点是，工作作用力大，循环时间短，操作为简单重复动作，长时间作业极易造成操作工人因操作疲劳而出现失误，造成事故，因此，冲压机械作业具有较大的危险性。通过对冲压机械进行自动化改造，可以有效减轻工人的作业强度，从而保证工人的操作安全，减少或防止事故的发生，实现冲压机械的本质安全化。

峰峰集团马头洗选厂集体企业公司机电制修厂，长期从事选煤配件的制作。其中，斗式提升机常用配件脱水斗子是其主要产品之一。过去，斗身板的冲制一直采用普通冲床冲制，自动化程度低，不能换向，斗孔间距调整也受到限制。不但工人劳动强度大，工作效率低，且易入发生事故。为解决这一问题，该厂为该冲床进行自动化改造，采用Intel公司生产的80C51单片机和步进电机驱动系统相结合的控制系统控制冲床的动作来一次性完成斗身板的冲制。

1 80C51单片机简介

1.1 80C51单片机的特点80C51单片机的特点如下：①体积小，质量轻，价格低，耗电少，电源单一;②抗干扰能力强，可靠性高;③面向控制，控制功能强，运行速度快;④受集成度限制，片内存储器容量较小;⑤系统组成灵活，可扩展性好;⑥开发应用方便，研制周期短。

1.2 80C51单片机内部结构 80C51单片机是经典的单片机系列，具有典型的单片机结构体系，其基本结构。

它由CPU系统、CPU外围单元、基本功能单元等组成，各组成部分通过内部单一总线相连。CPU系统是80C51单片机的核心部分，它包括CPU、时钟系统和总线控制逻辑。CPU外围单元是与CPU运行直接相关的单元电路，与CPU构成单片机是最小系统，它包括程序存储器ROM、数据存储器RAM、输入/ 输出(I/O)口、特殊功能寄存器SPR。基本功能单元是满足单片机测控功能要求的基本计算机外围电路，是用来完善和扩大计算机功能的一些基本电路，它包括定时/计数器、中断系统、串行通信接口等。

80C51内部系统结构特点如下：

1.2.1 8位CPU，片内振荡器;

1.2.2 4K字节ROM，128字节RAM;

1.2.3 21个特殊功能寄存器;

1.2.4 32根I/O口线;

1.2.5 可寻址各64K外部程序、数据存储器空间;

1.2.6 2个16位定时/计数器;

1.2.7 具有5个中断源，两个优先级;

1.2.8 1个全双工串行口;

1.2.9 有位寻址功能，适于布尔处理的位处理机，

2 控制要求

根据生产工艺要求，控制系统设计成开环控制系统。其工作过程是：开机后，系统按照程序要求将板材移动运送到指定位置，冲头下冲，完成第一个孔的冲制，检测装置检测到冲头离开板材后，发出指令到进给系统，进给系统工作，将板材移送到下一冲压位置，进行下一次冲制。如此循环往复，直至最后一个孔冲压完成后，停止冲压，回复原点，更换板材后开始下一次工作循环。

3 系统组成

3.1 控制系统由于系统对控制精度的要求不高，因此，控制系统设计开环控制系统，由冲床原有控制系统和以单片机为核心的新控制系统两部分组成。组合后的新控制系统核心是单片机。

3.2 传感器因为本系统是开环系统，需要的传感器较少，只要能够检测到冲头的下限位置，保证进给系统在工作时冲头与板材处于分离状态就可以了。

3.3 进给机构进给机构包括X、Y方向的进给，由驱动电机、传动丝杠及夹具等组成。驱动电机可以采用步进电机或伺服电机，步进电机可采用BF反应式步进电机，伺服电机可采用交流伺服电机。为减小摩擦阻力，传动丝杠采用双螺旋滚珠丝杠。夹具可针对具体的冲压件设计。进给机构在控制系统的控件下，按程序设定的进给量依次动作，完成X、Y两个方向的进给，从而保证冲孔位置的正确。

3.4 软件系统系统的控制软件采用汇编语言编制，根据生产工艺要求该软件应具有以下功能：①在启动按钮闭合后可启动冲床工作。②能够检测冲头位置。③可自动进给并及时换向。④冲制完成后可自动停车。⑤具有故障检测和报警的功能。⑥在冲头不动作时可手动操作进给系统动作。⑦能够紧急停车。

4 应用效果

改造完成后，斗身板冲制效率提高2~3倍，工人劳动强度大大降低，彻底改变了过去单纯依靠人工紧盯换向的工作方式，操作安全性大大提高。

参考文献：

[1]80C51单片机原理与应用技术.吴炳胜.北京.冶金工业出版社.9月.

[2]微特电机及系统.程明主编.北京.中国电力出版社.3月.

篇4：浅谈变频器在空压机节能改造中的应用

1、空压机在工业生产中有着广泛的应用，

空压机的种类有很多，有活塞式空压机、螺杆式空压机、离心式空压机，但其供气控制方式几乎都是采用加、卸载控制方式。该供气控制方式虽然原理简单、操作简便，但存在能耗高，进气阀易损坏、供气压力不稳定等诸多问题。随着社会的发展和进步，高效低耗的技术已愈来愈受到人们的关注。在空压机供气领域能否应用变频调速技术，节省电能同时改善空压机性能，提高供气品质就成为我们关心的一个话题。

2、空压机工作原理目前空压机上都采用两点式控制(上、下限控制)或启停式控制(小型空气压缩机)

也就是当压缩气体气缸内压力达到设定值上限时，空压机通过本身气压或油压关闭进气阀，小型空气压缩机则停机。

当压力下降到设定值下限时，空压机打开进气阀，小型空压机则又启动。传统的控制方式容易对电网造成冲击，对空压机本身也有一定的损害，当用气量频繁波动时，尤其明显。

正常工作情况下，空气被压缩到储气罐。空压机各点的检测(包括压缩空气温度、压力，镙杆温度、冷却水压力、温度和油压、油温等等)和整体控制由主控制单板机控制。

当空压机出口压力达到设定值上限时，通过油压分路阀关闭进气口，同时打开内循环管路，作自循环运行。此时用气单位继续用气。

当压力下降到设定值下限时，油压分路阀关闭循环管路，打开空气进口，空气又由过滤器经压缩到储气罐中。在静态，原起动方式(Y-△)，及加载、卸载时对电网供配电设备及镙杆都会造成极大的冲击。尤其是能源的严重浪费。

主电机转速下降，轴功率将下降很多。节能潜力相当大。)变频节能的效果是十分显著的，特别是调节范围大的系统及设备，通过实际应用可以直观的看出在流量变化时只要对转速(频率)稍作改变就会使轴功率有更大程度上的改变，就因有此特点使得变频调速(节能)方式成为一种趋势并且不断深入的应用于各行业及其各种调整领域。

3、加、卸载供气控制方式存在的问题

3.1耗能分析我们知道，加、载控制方式使得压缩气体的压力在Pmin～Pmax之间来回变化。Pmin是最低压力值，即能够保证用户正常工作的最低压力。一般情况下，Pmin、Pmax之间关系可以用下式来表示：CPmax=(1 δ)Pmin是一个百分数，其数值大致在10%～25%之间。而若采用变频调速技术可连续调节供气量的话，则可将管网压力始终维持在能满足供气压力上，即 Pmin附近。由此可知，在加、卸载供气控制方式下的空压机较之变频系统控制下的空压机，所浪费的能量主要在2个部分：

(1)压缩空气压力超过Pmin所消耗的能量在压力达到Pmin后，原控制方式决定其压力会继续上升(直到Pmax)。这一过程同样是一个耗能过程。

(2)卸载时调节方法不合理所消耗的能量通常情况下，当压力达到Pmax时，空压机通过如下方法来降压卸载：关闭进气阀使电机处于空转状态，同时将分离罐中多余的压缩空气通过放空阀放空。这种调节方法要造成很大的能量浪费。

3.2其它不足之处

(1)靠机械方式调节进气阀，使供气量无法连续调节，当用气量不断变化时，供气压力不可避免地产生较大幅度的波动，

用气精度达不到工艺要求。再加上频繁调节进气阀，会加速进气阀的磨损，增加维修量和维修成本。

(2)频繁采用打开和关闭放气阀，放气阀的耐用性得不到保障。

4、恒压供气控制方案的设计

针对原有供气控制方式存在的诸多问题，经过上述分析，应用变频调速技术进行恒压供气。通过压力变送器采集实际压力P送给PID智能调速器，与压力设定值P0作比较，并根据差值的大小按既定的PID控制模式进行运算，产生控制信号送变频调速器VVVF，通过变频器控制电机的工作频率与转速，从而使实际压力P始终接近设定压力P0。

同时，该方案可增加工频与变频切换功能，并保留原有的控制和保护系统，另外，采用该方案后，空压机电机从静止到旋转工作可由变频器来启动，实现了软启动，避免了启动冲击电流和启动给空压机带来的机械冲击。

5、技术指标和配置

磁场定向矢量控制，电机变量完全解耦，电流闭环。采用美国TI公司最新款高性能32位电机控制专用DSP，高速完成复杂准确的控制算法，国内首家产品化应用。

调速精度：0.01HZ

调速范围：0.5-600.00HZ

冲击负载：180%电机额定转矩，2秒内不跳脱。

低频转矩：0.5Hz，150%额定转矩输出。

150%额定转矩加速和减速。

内置多功能组合数字PID调节器。

内置标准485数据接口。

可编程开关量输入端口：8位，输出端口：2位，。

可编程继电器输出端口：1路，常开/常闭可选。

可编程模拟量输入端口：4通道，输出端口：1通道。

电压可设定电源：1路。

端子控制电源：1路。

独立风道、无触点软启动开关、低电感直流母线排高可靠性设计。

6、改造效果

(1)整套改造装置并不改变空压机原有控制原理，也就是说原空压机系统保护装置依然有效。并且工频/变频切换采用了电气及机械双重联锁，从而大大的提高了系统的安全、可靠性。

(2)空压机改造工程安装完毕后，一次试车成功，运行稳定，空压机振动和噪声大减低。

(3)除缓冲缸压力在部分频率时增大0.2公斤外，油压、油温及各点的检测数据均在安全数值内被优化。

(4)变频改造后，起动为软起动，运行时无卸载和加载冲击电流现象，空压机本身的机械性冲击大大减小。

(5)在保证管网供气的情况下，电流大大降低，基本不出现满载现象，一般在40Hz左右，和以前相比，节电率在30%以上，约10个月可以收回投资。

(6)空压机、供配电设备及机械设备因供气稳定，维修量大大减小，综合效益明显。

(7)改造后空压机的运行安全、可靠，同时达到了用气的工艺要求。

篇5：土工布在城市道路路面改造中的应用

土工布在城市道路路面改造中的应用

结合邵阳市区宝庆路水泥混凝土路面加铺沥青混凝土面层改善工程,介绍了土工布在层间处理中的应用特性和施工工艺要求,使用专用土工布能有效防治和减缓沥青混凝土面层的反射裂缝,延长其使用寿命,具有良好的`社会和经济效益.

作者：罗勇 LUO Yong 作者单位：邵阳市公路管理局,湖南,邵阳,422000 刊名：邵阳学院学报（自然科学版）英文刊名：JOURNAL OF SHAOYANG UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE) 年，卷(期)：2009 6(2) 分类号：U418.8 关键词：水泥混凝土路面裂缝防治沥青混凝土加铺层土工布

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