自动化机床论文例1

一、故障的调查与分析

这是排故的第一阶段，是非常关键的阶段，主要应作好下列工作：

1、询问调查在接到机床现场出现故障要求排除的信息时，首先应要求操作者尽量保持现场故障状态，不做任何处理，这样有利于迅速精确地分析故障原因。

2、现场检查到达现场后，首先要验证操作者提供的各种情况的准确性、完整性，从而核实初步判断的准确度。由于操作者的水平，对故障状况描述不清甚至完全不准确的情况不乏其例，因此到现场后仍然不要急于动手处理，重新仔细调查各种情况，以免破坏了现场，使排故增加难度。

3、故障分析根据已知的故障状况按上节所述故障分类办法分析故障类型，从而确定排故原则。由于大多数故障是有指示的，所以一般情况下，对照机床配套的数控系统诊断手册和使用说明书，可以列出产生该故障的多种可能的原因。

4、确定原因对多种可能的原因进行排查从中找出本次故障的真正原因，这时对维修人员是一种对该机床熟悉程度、知识水平、实践经验和分析判断能力的综合考验。

5、排故准备有的故障的排除方法可能很简单，有些故障则往往较复杂，需要做一系列的准备工作，例如工具仪表的准备、局部的拆卸、零部件的修理，元器件的采购甚至排故计划步骤的制定等等。

下面把电气故障的常用诊断方法综列于下。

(1)直观检查法这是故障分析之初必用的方法，就是利用感官的检查。

①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。

②目视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，局部查看有无保险烧煅，元器件烧焦、开裂、电线电缆脱落，各操作元件位置正确与否等等。

(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，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。

(3)信号与报警指示分析法

①硬件报警指示这是指包括数控系统、伺服系统在内的各电子、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。

(4)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。

(5)参数调整法数控系统、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。此类故障多指故障分类一节中后一类故障，需要重新调整相关的一个或多个参数方可排除。

(6)备件置换法当故障分析结果集中于某一印制电路板上时，由于电路集成度的不断扩大而要把故障落实于其上某一区域乃至某一元件是十分困难的，为了缩短停机时间，在有相同备件的条件下可以先将备件换上，然后再去检查修复故障板。

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。

(7)交叉换位法当发现故障板或者不能确定是否故障板而又没有备件的情况下，可以将系统中相同或相兼容的两个板互换检查，例如两个坐标的指令板或伺服板的交换从中判断故障板或故障部位。这种交叉换位法应特别注意，不仅硬件接线的正确交换，还要将一系列相应的参数交换，否则不仅达不到目的，反而会产生新的故障造成思维的混乱，一定要事先考虑周全，设计好软、硬件交换方案，准确无误再行交换检查。

(8)特殊处理法当今的数控系统已进入PC基、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、甚至还有使用者自己的软件，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或者其他有效的方法。

二、电气维修与故障的排除

电气故障的分析过程也就是故障的排除过程，因此电气故障的一些常用排除方法在上一节的分析方法中已综合介绍过了，本节则列举几个常见电气故障做一简要介绍，供维修者参考。

1、电源电源是维修系统乃至整个机床正常工作的能量来源，它的失效或者故障轻者会丢失数据、造成停机。重者会毁坏系统局部甚至全部。西方国家由于电力充足，电网质量高，因此其电气系统的电源设计考虑较少，这对于我国有较大波动和高次谐波的电力供电网来说就略显不足，再加上某些人为的因素，难免出现由电源而引起的故障。

2、数控系统位置环故障

①位置环报警。可能是位置测量回路开路；测量元件损坏；位置控制建立的接口信号不存在等。

②坐标轴在没有指令的情况下产生运动。可能是漂移过大；位置环或速度环接成正反馈；反馈接线开路；测量元件损坏。

自动化机床论文例2

1 数控机床技术发展状况

社会的不断进步，市场需求量的不断增多，使得人们对产品的质量更加的重视，企业为了能够适应市场发展环境就必须提高自身的加工技术，数控机床得以被广泛应用。但是我国使用数控机床的时间比较短，不能真正地掌握数控机床的使用技术，在实际的应用过程中能够会出现很多的问题，给我国制造企业的发展造成不良影响。通过大量的实践工作，我们总结出我国的数控技术发展情况的几种现象。

1.1 数控机床技术的“三多”要求

企业之间的竞争愈演愈烈，这就导致数控机床加工零件的数量不断增多，数控化加工设备的使用量不断增多，对加工产品的工艺要求越来越多。这三个方面对数控机床使用技术提出更高的要求。通过实践发现当前有很多行业百分之九十到百分之百关键部位的零件都采用机床加工技术。特别是近几年制造业的发展过程中，数控机床加工技术起到了很大的推动作痛，而且随着机床技术的不断发展，加工精度、效率等方面都有很大的提高。

1.2 数控机床技术的“三缺”现象

我们需要正视的问题是当前我国对数控机床加工技术的研究还比较少，缺乏相关的数据参数，缺乏实践的理论指导，缺乏研究发展的平台。这就是当前我国的数控机床技术所缺乏的方面，其中缺乏科学的理论参数就不能对数控机床加工技术有深入的了解，进而不能发挥出其真正的作用，具体的表现在应用中出现故障不能拿上解决，影响了生产效率，不能满足高效生产的要求。有关机床加工数据库的建立还不是很完善，而且使用范围也是非常的有限，这就很大程度上影响了加工技术的应用和发展，特别是缺乏针对服务业的加工技术数据库，甚至有很多企业根本就没有建立相关的系统，这就给数控机床技术的发展造成阻碍。

1.3 数控机床技术的“一低”现象

当前的数控加工技术的总体效率比较低，具体的表现为主轴开动的效率比较地，直接影响到相关加工企业的经济效益。

关于数控机床加工技术出现的问题，已经引起了人们的关注。国家针对此问题也开展了很多的项目研究，取得了很好的成果，在提高数控机床技术快速发展方面起到了很大的促进作用，这也进一步增加了相关企业的经济效益。

2 我国数控机床技术问题对策

虽然我国的数控机床技术起步比较晚，但是发展比较快，通过总结大量的实践经验，加工技术得到了很大的发展并取得了很好的效果。但是市场经济环境是不断发展和变化的，特别是技术方面在实际的应用中总会产生一些问题，影响其发展。下面我们就针对这些问题给出相应的对策。

2.1 重视数控机床理论探索

理论对实践具有重要的指导作用，数控机床理论对于技术的不断创新和产品的开发起到支撑作用，该理论涉及到的内容比较多，包括工程、力学、机械学等方面的知识。随着研究的不断深入，当代的数控机床理论有了更大的进步，具体的包括基础暗黑动力学、动态分析等方面。

由于数控机床技术发展的时间比较短，相应的专业人才也比较短缺，使得机床技术的研究理论成果比较少，试验的环境不够完善。针对我国数控机床技术理论上的落后，我们必须提高这方面的投入，特别是人才的培养，在高校中设置这门学科，培养该学科的实践能力，并能够从实践中总结出理论经验，在实际的工作中，能够利用有限的理论资源来提高生产效率，建立一定规模的研究机构，实现对机床技术各个方面的理论探索。

2.2 提高数控机床开发设计能力

数控机床是集电机、电子、机械等多个学科为一体的高科技设备，当前我国在数控机床自主研发、设计方面还有很大的差距，主要表现在设计没有对相关零部件进行整合、以静态设计模式为主、设计没有充分的论证仅仅依靠以往的经验进行定型化设计等。这种设计往往导致零件加工同质化现象严重，缺乏创新，有关零件细分产品较少很难满足现代市场的需求。因此，在现代数控机床设计时应注重探索数控技术设计理论，提高机床性能和功能的创新意识，不断优化在数控机床方面的探究和应用，逐渐实现油静态设计到动态设计模式的转化。

2.3 加强数控机床可靠性探究

数控机床工作性能是判定机床质量的重要指标，是用户比较关心的重要内容。数控机床稳定性一般使用平均故障时间间隔来判定，该参数不但描述了产品质量时间度量值，而且还综合反映了机床生产企业的综合实力。因此，应加强数控机床可靠性方面的研究，建立和完善机床可靠性评价体系，熟悉机床故障发生的模式，在设计时采用相关措施加以避免，全面提高数控机床的可靠性能。

2.4 掌握经典加工工艺

掌握典型的数控机床加工工艺，能够准确把握市场需求，从而不断研发新产品，在提升产品竞争上具有重要意义，尤其最近几年来我国机床企业对此引起了高度重视，对经典工艺的研究越来越重视。通过对经典加工工艺的研究能够指导新工艺的开发，缩短新工艺的开发周期，树立企业良好的形象，以此发挥企业的竞争优势。

3 数控机床的发展趋势

随着制造业对数控机床的依赖程度越来越大，以及现代计算机技术水平的飞速发展为数控机床功能的扩展提供了坚实的技术支撑，使数控机床的应用范围不断扩大，而且逐渐向智能化、高精度化以及网络化的趋势发展。

数控技术控制智能化主要通过执行相关算法对加工的产品进行识别，从而选择合理的加工参数。智能化功能的实现极大的提高零件加工的精读，提高机床的工作效率。例如，它能利用已有的故障信息对新出现的故障进行快速定位。

数控机床的高精度化不仅仅局限在几何精度上，它还包括机床各个部件运动、振动检测等方面上，因此，能够在同条件下完成多个零件的加工。

数控机床的网络化是未来发展的主要特点之一，通过网络能够保证加工参数在各个车间进行传递，既能达到数据之间的共享还能对数控机床进行远程监控，因此大大提高了机床的操作效率。

4 结束语

综上所述，文章主要针对数控机床技术在我国的应用现状以及出现问题进行了相关阐述，并进一步提出了当前应该采取的措施和该项技术未来的发展趋势。数控机床技术对企业的重要性是不言而喻的，我们必须抓住发展的机遇，对数控机床理论进行分析和研究，并不断创新，希望能够使我国尽快地实现制造强国。

参考文献

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1 引言

随着可编程逻辑控制器（PLC）技术的逐渐发展，很多工业生产要求实现自动化控制的功能，都采用PLC来构建自动化控制系统，尤其是对于一些电气控制较为复杂的电气设备和大型机电装备，PLC在电气化和自动化控制方面具有独到的优势，如顺序控制，可靠性高，稳定性好，易于构建网络化和远程化控制，以及实现无人值守等众多优点。基于此，PLC技术逐渐成为工业电气自动化控制的主要应用技术。

本论文主要结合数控机床的电气化功能的改造，详细探讨数控机床电气化改造过程中基于PLC技术的应用，以及PLC技术在实现数控机床自动化控制功能上的应用，以此和广大同行分享。

2 数控机床的电气化改造概述

2.1 数控机床的主要功能

数控机床是实现机械加工、制造和生产中应用的最为广泛的一类机电设备。数控机床依托数控化程序，实现对零部件的自动切削和加工。但是目前我国仍然有超过近1000万台的数控机床，主要依靠手动控制完成切削加工，无法实现基本的电气化和自动化控制。为此，本论文的主要的目的是基于PLC控制技术，实现数控机床的电气化改造，主要实现以下功能：

（1） 数控机床的所有电机、接触器等实现基于PLC的自动化控制；

（2）数控机床的进给运动由PLC控制自动完成，无需人工手动干预；

（3） 自动检测零部件切削过程中的相关参数，如加工参数、状态参数等等；

（4） 结合上位机能够实现对数控机床的远程控制，以达到无人值守的目的。

2.2 电气化改造的总体方案

结合上文对于数控车床的电气化、自动化改造的功能要求，确定了采用上位机与下位机结合的自动化改造方案。该方案总体结构分析如下：

（1） 上位机借助于工控机，利用工控机强大的图像处理能力，重点完成数控车床的生产组态画面显示，以及必要的生产数据的传输、保存、输出，同时还要能够实现相关控制指令的下达，确保数控车床能够自动完成所有切削加工生产任务。

（ 2）下位机采用基于PLC技术的电气控制模式，由传感器、数据采集板卡负责采集数控车床的生产数据、环境数据、状态数据等所有参数，由PLC实现对相关数据的计算，并传输给上位机进行相关数据的图形化显示和保存；另一方面，PLC控制系统还接收来自于上位机的控制指令，实现对数控车床的远程控制。

（3） 对于数控车床最为关键的控制――进给运动的控制，利用PLC+运动控制板卡的模式实现电气化和自动化的控制。具体实现方式为：选用合适的运动控制板卡，配合PLC的顺序控制，对进给轴电机实现伺服运动控制，从而实现对数控车床进给运动的自动化控制。

3 数控车床电气化自动控制改造的实现

3.1 系统改造结构设计

数控车床的电气化自动控制改造，其整体结构如下图1所示，其整体结构主要由以下几个部分构成：

3.1.1 底层设备

底层设备主要包括两个方面，首先是实现数控车床自动切削加工运转等基本功能的必要电气、机电设备，如电源模块、电机模块等，这些机电设备能够保证数控车床的基本功能的稳定可靠的实现；其次，底层设备还包括各类传感器，比如监测电机转速、温度的速度传感器和温度传感器，监测进给轴运动进给量的光栅尺等，这些传感类和数据采集类设备为实现数控车床自动化控制提供了基础数据源。

3.1.2 本地PLC站

本地PLC站主要负责接收底层传感设备传送过来的传感参数、状态参数及其他检测参数，通过内部程序的运算，判断整个数控车床的工作状态，并将其中的重点参数上传到远程控制终端进行数据的图形化显示、存储、输出打印等操作；另一方面，本地PLC站同时还接收来自于远程控制终端所下达的控制指令，比如停机、启动等控制指令，PLC站通过对相应执行器（比如电机）的控制，从而实现自动化控制的功能。

3.1.3 远程控制终端

远程控制终端主要是依赖于工控机实现的上位机数据管理和状态监控，需要专门开发一套面向数控车床加工、生产和自动控制的软件程序，以实现对数控车床的远程化、网络化、自动化控制，真正实现无人值守的功能。

基于PLC的数控车床电气自动化改造框图

3.2 PLC电气控制系统的设计实现

本研究论文以CK6140普通数量机床为具体研究对象，详细探讨其电气化、自动化控制的改造。通过上文对机床改造方案和结构功能的分析，可以确定整个机床电气化、自动化改造，一共需要实现14个系统输入，9个系统输出。结合控制要求，这里选用日本三菱公司的FX2N-48MR型PLC，输入回路采用24V直流电源供电方式。根据对数控机床的各模块控制功能的分析，选用合适的接触器、继电器、开关、辅助触点等电气控制元件，与PLC共同实现对电气设备的控制，比如PLC通过接触器控制电机模块，PLC通过继电器控制电磁阀等部件，从而完成基于PLC控制的数控车床电气化改造。

4 结语

自动化机床论文例4

0 前言

数控技术也叫计算机数控技术（Computerized Numerical Control 简称：CNC），它是用计算机按事先存贮的控制程序来实现对机械零件自动化。随着我国经济、科学技术的发展，以及《中国制造2025》和工业4.0标准的制定，我国机械制造业正逐步由加工组装基地向加工自动化蜕变。数控加工技术以及高效、可靠、高速、高精度以及自动化等特点，备受制造业企业的亲睐[1]。

《数控车床》是本科院校机械类专业的一门专业必修实训课程，它把理论知识与实践应用相结合，涉及到金属工艺学、机械制造、机械制图、AutoCAD等多学科专业知识，以培养学生动手能力为目标，致力于培养满足市场需求的数控应用型、技能型人才[2]。

本文结合机械类专业学生《数控车床》实训课程教学经验以及企业用人的实际情况，对《数控车床》实训教学经验进行分析和探讨，总结了《数控车床》实训课程的特点，提出了相应措施和解决方案，从而使学生能够扎实掌握数控车床操作技能，满足企业生产实际需求。

1 数控加工课程的体系定位

当前，我国本科院校机械类专业的基本培养目标是面向科学技术发展及社会主义现代化建设需要，培养具备信息技术、自动化技术方面的基础理论、应用方法与专业技能，在设计制造行业的生产和研究一线从事机电产品设计制造、机电系统研究开发、技术运用与改造、运行管理和经营销售的高级工程研究型及工程应用型人才。这就要求机械类专业的毕业生不但具有有较高文化素养、创新意识以及职业道德，而且具有全面的专业知识、扎实的基本功与实践操作能力。《数控车床》实训教学大纲要求学生能熟练掌握数控加工编程与数控加工工艺，熟练操作设备。企业要求数控专业人才更应具备零件与图纸的辨识与设计能力，能书写复杂的各类复杂的数控加工文件。同时，应具有较强的实践操作能力，会合理利用新型刀、夹具、量具并结合CAD/CAM技术进行一般零件的制造，能独自操作机床，掌握数控机床的维修与养护。另外，作为现代化人才，应实时跟进数控加工技术发展，终身学习以适应职业发展的要求。

2 数控仿真软件的概括

计算机数控仿真是应用计算机技术对数控加工操作过程进行模拟仿真的一门新技术。该技术面向实际生产过程的机床仿真操作，加工过程三维动态的逼真再现，能使每一个学生，对数控加工建立感性认识，可以反复动手进行数控加工操作，有效解决了因数控设备昂贵和有一定危险性，很难做到每位学生“一人一机”的问题，在培养全面熟练掌握数控加工技术的实用型技能人才方面发挥不可替代作用。当前国内较为流行的仿真软件有北京斐克VNUC、南京宇航Yhcnc、上海宇龙等数控加工仿真软件。这些软件一般都具有数控加工过程的三维显示和模拟真实机床的仿真操作[3]。

3 当前数控加工课程的现状

《数控车床》实训课程以数控车床为研究对象，内容包括数控技术的理论基础、实践操作等方面。《数控车床》集多学科技术于一身，包括机、电、液、控制、自动化等多个领域，在机械制造、自动控制、微电子技术以及计算机等方面应用非常广泛。

3.1 课程实践性强

《数控车床》实训课程与生产实际紧密联系，以培养学生的动手操作能力为主要目标，学生首先要系统、全面地掌握相关理论知识，然后经过实际动手训练，才能具备一定的实践操作能力。在教学过程中，实训指导教师要不断对教学理论、教学方法进行研究，不断改进和优化教学中存在的问题，实训才能取理想的效果

3.2 数控车床数量不足

随着国内经济的高速发展，学习先进制造设备的学生越来越多，本校现有数控车床4台，然而购买一台数控车床设备要花几万、十几万、甚至几十万，现有仪器设备无法同时保证《数控车床》实训课程的正常秩序。

3.3 危险性大

《数控车床》实训课程对于没有受过专业技能培训的初学者来说，从理论学习到实际操作，学生要经历从心理到肢体的适应阶段，无形当中在学生的心理压力。另外，由于车床结构及操作的复杂性给学生熟练操作数控机床增加了难度，加之机床高速旋转零件多等因素，有很大的危险性。

4 运用数控仿真软件的教学成果

4.1 降低设备成本，实现“一人一机”教学模式。

数控仿真软件是一种以计算机为中心的模拟数控机床操作的软件。随着计算机的普及，价格也越来越便宜，一台数控车床价格可以购买多台计算机，有效的降低了设备成本。数控仿真软件是属于一次性投入的教学设备，没有类似于数控机床设备的后期维修、保养等费用，有效的减少了学校教育成本的后期投入。在传统的数控教学方式中由于数控设备有限，通常是一台数控机床由几名学生一起操作。这种教学方式不利于学生对知识的理解及掌握。采用数控仿真软件教学后，每一位学生操作一台计算机，有助于学生独立的思考问题、解决问题，提高了学生动手、动脑的能力。

4.2 降低耗材损耗，有效“节能减排”

《数控车床》是一门实践操作性强的实训课，要求学生有较强的实践动手能力，因此学生在学习的过程中必然消耗大量的实验耗材。刚开始学习，由于学生对知识掌握不牢靠、经验不足等原因，增加了消耗实践耗材量，更有可能出现撞刀，对机床也造成了一定的损坏，并且相应的也增加了老师的工作量和学生的学习时间。采用数控仿真软件教学后，学生可以利用软件进行编程、对刀、模拟、仿真等操作。在实习操作前预先进行模拟操作，有效的减小错误、防止失误，减少实践耗材的消耗，同时也增加了学生学习的自信心。

5 总结

数控仿真软件学习是依靠计算机普及发展而诞生的新思路，是理论与实践相结合的一种教学模式，是对传统教学模式的改革。教师在教学过程中，应当注意切勿脱离实际教学，学生在学习的过程中应当注重实践。将数控仿真软件融入到数控教学中，降低教学成本，提高了办学质量，适应了新时代的发展，增强学校的综合竞争力。

【参考文献】

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1 引言

麻花钻的容屑槽曲面及后刀面即使用数学表达式描述都相当复杂,而利用现有的商用设计软件(如UG、Pro/ E、CATIA等)对其进行图形描述则更为困难。因此,目前常用的CAD/ CAM工程软件并不适合对数控磨削加工此类刀具的机床作业进行加工路径生成和仿真模拟,也难以判定数控加工麻花钻时的机床联动轴数。此外,NC工具磨床联动轴数的选取与工件和砂轮的几何要素、加工工艺要求(如刀刃和刀槽分几次成形、有无特殊工艺装备等)以及机床的结构型式有关。本文研究数控加工时机床所用联动轴数的意义在于:①运动轴数越少,相对运动副就越少,机床的运动刚性和运动精度也就越高;②减少运动轴数可简化编程,从而可在配置较低档数控系统的工具磨床上实现对刀具的加工,以降低加工成本;③可为用户根据自身产品进行机床选型和设备投资提供可行性分析的技术依据。

2 CNC工具磨床的基本加工原理

从空间运动学的观点来看,机械加工的过程实质上就是控制每个瞬时刀具几何体相对工件几何体在空间的相对位姿和相对运动趋势的过程[1]。图1给出了锥形砂轮与麻花钻作为工件之间的空间相对位置。

图1 砂轮与工件的空间位置关系

选取砂轮大圆的圆心和工件轴线上的一点作为各自实体的参考点,在点建立工件(指被加工刀具体,以下统称工件)的刀刃曲线方程,为刀刃曲线的参变量;在点建立砂轮的回转面方程,,为砂轮表面的几何参变量(也包括对砂轮大端面的描述)。当用砂轮磨削工件刀刃时,给出一定的约束条件,为约束条件数。则可建立如下方程组:

式中,约束条件式是根据砂轮回转面方程与麻花钻工件刀刃曲线方程的共轭关系以及它们的几何参数建立的,以上关系确定了与参变量有关的砂轮与麻花钻工件的相对位置(位姿)。然后根据机床的结构运动形式,即可得到反映砂轮与麻花钻工件相对自由度变化的机床运动参数,多轴联动工具磨床就是根据这个理论依据设计的。论文参考。

3 常用CNC工具磨床的类型

尽管多轴联动数控工具磨床的结构型式各不相同,但抛开其复杂的机械结构,仅考虑砂轮与工件之间的相对位置变化,则多轴工具磨床一般可分为两种类型:

图2 平动型CNC工具磨床结构模型

(1)砂轮平动型CNC多联动工具磨床，此类工具磨床包括3个平动轴和2个旋转轴(见图2),除了保证工件绕自身轴线作回转运动外,它们可根据用户的需要任意组合成各种联动方式。

图3 摆动型CNC工具磨床结构模型

(2) 砂轮摆动型CNC多联动工具磨床此类工具磨床也有3个平动轴和2个旋转轴(见图3),工件仍然是绕自身轴线作回转运动,但它的砂轮可作摆动。此类工具磨床也可根据不同的加工要求任意组合联动方式。与传统的摇臂类工具磨床相比,多轴联动工具磨床的传动链较短,结构大大简化,取消了特殊工装等复杂的机械装置;与传统工具磨床采用悬臂式磨头箱相比,CNC工具磨床的磨头采用刚性支撑,其静、动态刚度提高,加工能力、加工范围和灵活性增强,机床调整更为简单,可通过数控系统实现“软调整”。尽管砂轮平动型和摆动型CNC工具磨床机械结构不同,但利用其柔性控制功能可以模拟传统工具磨床的一般复杂运动。从理论上说,只要保证数控加工中每个瞬时砂轮相对工件的位姿和相对运动趋势满足方程式(1),即可加工出相同的刀刃曲线和容屑槽曲面。

4 CNC机床加工麻花钻所需联动轴数目的确定

在用盘形砂轮(碟形、碗形、平行砂轮或盘状成形砂轮)磨削加工麻花钻时,通常采用砂轮的一个端面圆或大圆(碟形、碗形砂轮) 来磨削前刀面槽形,采用砂轮的锥面或外圆柱面来磨削刀具的后刀面,或者采用成形砂轮的表面廓形来包络生成整个螺旋槽面[2]。下面根据几何学原理来讨论选取最少联动轴数的判定原则。

根据文献[3]中的螺旋刀刃曲线方程: ,可作如下分析:

(1)当时,工件的刀刃为平面曲线,刀槽为直槽,加工时不需要角运动(图1所示的运动参数A,C)参与联动即可成形。如果也为常数,采用沿工件轴线(X轴)方向的单轴加工即可;如果是变化的(如锥度直槽、异形直槽等),加工中砂轮相对工件需作沿其轴线和径向的直线运动,即机床需要有X、Z两个方向直线运动的联动功能。为了减少机床联动轴数,可对此类工件的加工配置特殊工装(工件倾斜、采用辅助靠模等),以实现砂轮相对工件径向的距离变化,加工中仍然采用沿工件轴线X方向的单轴加工方式。

(2)当θ变化时, 工件回转面为直纹面(如柱面、锥面等),其上各点的法线方向与工件轴心线的夹角为定值。通过机床轴的旋转(或利用特殊工装),总能使工件的槽底母线平行于刀具的单轴进给方向,从而具有如图1所示的A、X两轴联动,即工件相对于砂轮作绕自身轴线的角运动和沿自身母线方向的直线运动,即可加工出所需的螺旋槽面。对于锥度刀具的加工,这种方法仅适合小锥度(或螺旋槽非一次成形)的情况。然而在实际加工中,由于砂轮不断被磨损,为了保证工件的磨削精度,砂轮的回转轴心线至工件轴心线(两异面直线)的距离以及它们之间的夹角需要不断调整,砂轮廓形也要发生相应的修整变化,且制造商不会局限于仅生产一种产品,因此机床还应具有如图1所示的d1、d2、d3和工件轴线的手动调整功能。

(3)当θ变化时,对于大锥度螺旋刀具、刀具螺旋槽要求一次成形或要求前角可控(前角的变化与图1中砂轮相对工件的Y向距离有关)的情况,除了需要角位移A和线位移X 联动以外,另一个角位移——砂轮回转轴心线与工件回转轴心线的夹角也要发生实时变化,才能保证刃带宽度或控制前角不发生干涉,因此机床需要有三轴联动功能。论文参考。

(4)对于要求一次成形但不要求控制前角的异形回转面螺旋刀刃(如球头刀刃、弧形刀刃等) 的加工,除满足上述(3)的要求外,还必须增加图1所示的Z向线位移,即通过四轴联动才能满足加工要求,此时对容屑槽深度的变化和后角的控制要求并不十分严格。

(5)对于要求一次成形且前角可控的异形回转面螺旋刀刃的加工,需要利用Y向线位移来调整刀刃前角的大小,因此除满足上述。(4)的要求外,还有必要增加如图1 所示的Y 向线位移,即采用五轴联动才能满足加工要求。为了保证砂轮与工件在加工中的相对位姿要求,不同结构型式机床的砂轮和工件会有不同的运动方式,即在将工件坐标系中的刀位数据转换为机床坐标系下的运动参数时,机床的结构型式起着非常关键的作用。在数据转换中应注意,不同结构型式的机床需要采用的联动轴数也不同,根据几何学原理判定的最少联动轴数不一定就是机床加工时的实际运动轴数。论文参考。在图3所示的砂轮摆动型工具磨床上加工螺旋角为β的一般圆柱螺旋线时,仅需将工件轴A绕摆动中心逆时针摆动≥90°-β,并给定两异面直线(砂轮轴心线和工件轴心线)的距离,即在加工中需要机床的B和Y两轴联动。在图2所示的砂轮平动型工具磨床上加工螺旋角为β的一般圆柱螺旋槽时,需首先根据工件旋向将C轴调整到要求的位置,并保证X轴方向的移动量ΔX和Y轴方向的移动量ΔY始终满足ΔY/ΔX =tanβ的关系,以保证砂轮相对工件轴心线的空间位置保持不变,再加上工件的自转A ,即加工时需要机床的X 、Y、A三轴联动。如果为加工此类刀具而专门改变机床结构,将X 轴移动副导轨置于C轴旋转机构之上,则在加工一般圆柱螺旋槽时,C轴逆时针转过β后,仅需提供X和A两轴联动即可达到加工要求。因此,在进行机床运动结构优化设计时,要充分考虑被加工对象的几何特征。

5 结语

本文根据麻花钻容屑槽螺旋面的成形原理,阐释了麻花钻磨削成形的过程;分析了砂轮平动型CNC工具磨床和砂轮摆动型CNC工具磨床的运动形式,并与传统的工具磨床进行了比较;给出了确定机床联动轴数目的几何原则;同时说明,按此原则判定的运动轴数并非就是机床加工时的运动轴数,实际需要的运动轴数还应取决于机床的结构型式。

参考文献

1 蔡自兴.机器人学.北京:清华大学出版社, 2000

2 姚　斌,吴序堂.螺旋刀具的仿形制造. 工具技术, 1996(5)

3 姚　斌, 毛世民, 聂　钢等.数控加工特种回转面刀具时工艺参数的自动检测建模. 工具技术,2002(11)

自动化机床论文例6

中图分类号：TG751.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）12-0054-01

机床夹具是机床必不可少的零部件，机床夹具设计的优劣直接影响到到机床后续产出工件的精度以及质量。然而，在国内的机械设备制造领域，机床夹具的设计一直以来被视作制约机床制造产业进一步突破发展的瓶颈，如何优化改良机床夹具的设计理念与设计方法已经成了机械设备制造领域越来越热门的研究领域。当今，机床夹具作为机电产品制造过程中不可或缺的4大工具（夹具、模具、刀具、量具）之一，其自身已达到了高度标准化，为了使机电产品快速上市，相关企业必须优化改良夹具的设计，进而达到提高夹具设计的效率的目的。

1 机床夹具的设计

机床夹具，顾名思义就是机床上用以固定装夹工件的装置，它可以把工件精准的限定在机床上，对导出机械零件的精准度具有非常重要的意义。机床夹具的设计作为机床设计中不可或缺的瓶颈环节，对提升整个机床加工精度来说十分的重要，甚至在国内某些机床生产厂家中，它是桎梏企业机床性能提升的关键因素。要想实现机械制造的现代化，机床夹具的优化设计必须首先提上议程。只有使机床夹具的设计更加标准化，才能大幅度的提高机床A具的制造效率，促进现代化机床的推广[1]。但是，纵观国内机械设备市场，传统机床夹具仍然占据着很大一部分的市场份额。这种现状对机械制造业的现代化推进以及产生了非常巨大的阻碍。机床夹具设计的不合理会对机床加工工件的精度造成较大的影响。近年来，随着此类问题的出现，学术界对机械制造理论的研究日益深入，机床夹具的设计优化也开始了快速地发展。

机床夹具具体设计的过程要考虑到很多因素，首先，最重要的是要满足客户提出的设计要求，其次，还要考虑到被加工零件的状况，切削设备的参数等因素。最后才是实际的设计过程，工程师在此基础上，选择最合理的定位方式，进而展开、夹紧装置、定位支承元件、等装置或元件的设计。机床夹具设计的流程有四个关键点[2]，第一，设计者在设计之前要模拟分析夹具的具体情，充分考虑被加工零件表面的误差因素的条件下，再具体分配机床夹具的定位精度。第二，在机床夹具的具体设计环节，设计者要充分考虑到被加工零件可能受到的各种外力的作用，包括切削力、惯性力等，在此基础上，再进行夹具支承点、定位方式、夹紧点的选择以及夹紧力大小、方向的设计，只有最合理的夹紧机构才能最大限度的保证被加工零件固定位置的可靠性。第三是夹具对定的设计环节。第四是校核环节，设计者在校核夹具关键零件的强度以及切削装置进刀抗力的参数以后，才可以把全套夹具设计图纸应用到生产中。

2 机床夹具设计优化的对策措施

2.1 机床夹具设计标准化优化

机床夹具的作用是把把工件精准的限定在机床上，其对导出机械零件的精准度具有非常重要的意义，机床夹具设计的优劣与机床所加工机械零件的质量有很大的相关性。机床夹具的设计和夹具功能的确定可以保证机械零件的精度。机床夹具设计的标准化一直以来困扰着机床夹具的发展，这一设计环节迫切需要优化，夹具设计标准的问题困扰夹具的设计，尤其是高精度夹具的设计，高度的标准化不仅使得夹具的设计变得更加方便简单，还可以降低设计成本，提高夹具设计师的效率，以保障加工的精度，简化夹具工艺结构，也满足设计要求。在机床夹具设计的优化中要特别注意标准化的问题，要引进各种标准以保障夹具的质量符合各种要求，比如夹具的国家标准、夹具行业标准等[3]。把标准化的理念渗透到机床夹具设计的全过程，以提高夹具的通用性和标准化。机床夹具设计的重要性对机械制造业来说是不言而喻的，机械制造的生产标准对产品销售的影响非常巨大。因此，我们必须优化夹具的设计，通过补全夹具设计中标准的短板效应，帮助机械制造企业提高夹具设计的效率。对于机械设备的快速生产，其质量和精度达到了标准要求，从而为推动整个机械设备生产行业做出积极贡献。

2.2 机床夹具设计信息化优化

近年来，随着计算机信息技术的进步，信息化开始进驻到了诸多传统行业中，机床夹具的生产行业也不例外。在机床夹具的设计中引进信息化的辅助工具，对整个设计的优化有着非常重要的作用[4]。借助于现代化信息技术的帮助，机床夹具的设计的信息收集、共享变得更加的便利，能有效提高机床夹具设计的效率和质量。信息化使得参与机床夹具设计过程的人越来越广泛，从机床产品的生产制造企业到销售企业以及使用机床的客户都可以对夹具的设计提出要求，这些环节出现的问题以及对机床夹具提出的最新要求都可以及时地反馈到机床夹具的设计部门，这种情况对机床夹具设计的改进与创新有着极其重要的意义。夹具设计者通过信息化的渠道可以优化自己的设计，进而制造出更为适应机床使用者需求的机床产品。可以预见，机床夹具的设计必将伴随着信息化的引入而得到优化和发展。

3 结语

综上所述，机床夹具的设计是机床整体设计的一个非常重要的环节，机床夹具具体的设计品质对机械零件加工的精度、生产效率以及后期机械零件在使用中的稳定性都这着至关重要的作用。因此，企业和设计者必须重视夹具的设计工作，根据夹具具体设计、生产以及使用中的问题以及新的要求，对夹具的设计工作作出相应的优化。机床夹具设计的过程中，除了传统设计中要照顾到的问题以外，还要进一步完善和发展机床夹具设计的优化改良工作，以提高机床夹具生产的品质，冲破制约国内机床制造企业进步的瓶颈。通过不断地优化创新机床夹具设计的设计流程，机床夹具的科学性稳定性必定大幅提升，只有这样才能满足现代化机电产品生产对机床夹具设计层出不穷的新要求。

参考文献

[1]张兴权，余晓流，汪永明，单建华，张良安，裴善报.UG三维建模在机床夹具设计教学中的应用[J].安徽工业大学学报（社会科学版），2011，（02）：118-120.

自动化机床论文例7

中图分类号：G712 文献标识码：B 文章编号：1671—489X（2012）30—0082—03

1 引言

数控机床机械装配是北京电子科技职业学院的数控设备应用与维护重点专业的一门专业核心课程，有很强的实用性。数控机床机械装配的质量直接影响数控机床的加工精度，所以对培养知识技能型的数控机床机械装配技术人才至关重要。数控机床机械装配是一门工学结合的理论实践一体化课程，是将数控机床机械装配的理论学习和实训结合成一体的课程，它的核心特征是“理论学习与实训相结合；促进学生认知能力发展和建立职业认同感相结合；科学性与实用性相结合，符合职业能力发展规律与遵循技术、社会规范相结合；职业院校教育与企业实践相结合”，学生通过对数控机床机械装配的各个任务和装配过程所进行的整体化感悟和反思，实现知识与技能、过程与方法学习的统一。

2 开发工学结合的数控机床机械装配课程

开发数控机床机械装配课程遵循赵志群博士提出的课程模式——以综合职业能力发展为目标，将完成有教育价值的典型工作任务作为基本教学内容，强调理论实践一体化和工作过程系统化的教学，是完全符合现代职业教育的一门课程。

2.1 工学结合特征

数控机床机械装配课程的工学结合是强调将数控机床机械装配的工作过程引入到教学中来，在学习中完成数控机床部件装配的工作过程，具有很强的可操作性和实用价值。所以工学结合强调的是工作与教学的结合，是指“学习的内容是工作，通过工作实现学习”。工学结合是理论与实践紧密结合的有效途径，在实践中构建理论知识，实现“教、学、做”一体化。再有，积累工作经验只能通过重复工作才能得到，企业非常重视数控机床部件装配的工作经验。

2.2 确定数控机床机械装配课程的学习领域

姜大源教授指出“所谓学习领域，是指工作过程导向的课程方案（课程名称），是一个由职业能力描述的学习目标、工作任务陈述的学习内容和实践理论综合的学习时间（基本学时）三部分构成的学习单元。”

1）学习目标。通过数控机床机械装配课程的学习，学生能亲自体验数控机床机械装配的工作规范和工作内容，掌握正确选择和使用装配工具、正确装配数控机床的功能部件，熟悉数控机床整机的检测标准和检测工具的使用，培养学生综合运用知识解决问题的能力和交流协作能力，严谨、规范的工作习惯，安全生产、团结合作的意识，使学生具备数控机床机械装配工的职业素质和职业能力。所谓学习情境，是指工作过程导向的课程教学（实施方案）——单元，是在工作任务及其工作过程的背景下，将学习领域中的能力目标和学习内容进行基于教学论和方法论转换后，在学习领域框架内构成的“小型”的主题学习单元，如项目、任务、案例、产品等。

2）工作任务陈述的学习内容。数控机床机械装配课程共有5个学习项目，具体学习内容见表1。

3）实践理论综合的学习时间。数控机床机械装配课程采用理论与实践一体化的教学模式和任务驱动法的教学方法，在实训室和装配车间共同完成教学任务。教学有讲授理论知识和实训两部分，采用讲授精、实训多的教学方式，以“做中学”为主，训练学生运用知识能力。学生分成4～5人的小组，鼓励学生自主学习、小组讨论、动手实操等，调动学习积极性，共同完成实训任务。本课程学时是66课时，理论、实训教学比例为1：2，不仅保证理论知识的学习，还为学生积累工作经验提供充裕的时间。

2.3 编写特色校本教材《数控机床机械装配》

为培养数控机床机械装配技术人才，充分发挥北京电子科技职业学院实训设备的优势，开发基于工学结合的课程，编写特色校本教材《数控机床机械装配》。在编写本教材时，采用职业教育的“以培养职业能力为核心，以工作实践为主线，以项目为导向，用任务进行驱动，以工作体系为框架的现代课程结构”的推广方法。下面介绍教材特色与创新。

1）理论与实践一体化。实践是实现由知识到能力转化的重要途径。本教材的设计原则便于学生明确学习内容和提升实训技能，实现理论与实践一体化。

2）工学结合。编写本教材的主导思想是依据数控机床装调维修工国家职业标准，为学生提供真实的企业生产过程，将职业岗位所需的专业知识和技能转化为实训任务，实施所有任务后就装配数控机床的主要功能部件。

3）企业专家鼎力支持。在编写本教材过程中，不断与北人股份有限公司侯智宝工程师等多位技术人员交流，深入北京第一机床厂生产现场。在企业专家的鼎力支持下，本教材已经编写完成，为课程顺利实施奠定了基础。

2.4 建设一体化课程教学场地

建设数控机床装配与机电联调车间，既能满足数控机床机械装配的理论教学，又具备数控机床机械装配技能训练的一体化教学场地，是将理论教学教室和实训场地合一，建设一个真实的工作环境，实现理论教学与技能训练融合进行，注重生产性和教学性兼顾，物理环境和人文环境建设并重，典型性和灵活性共有，为学生提供体验实际工作过程的学习条件，保证“做中学”的一体化课程教学。

3 结束语

学生通过本课程的学习，在学习能力、独立思考能力、创新能力、综合能力及团队合作精神等方面得到全面的提高，也亲身体会了“工有巧，技有法”的真谛。

开发数控机床机械装配工学结合一体化课程，笔者深刻感受到，从课程理念角度看，一体化课程强调工作过程系统化；从课程目标看，一体化课程注重实现学生综合职业能力的形成目标；从课程内容看，一体化课程基本上是从典型工作任务开发学习任务，注重对直接经验的体验和学习；从实施过程看，一体化课程注重实践理论并行。

上述典型的特征是工学结合一体化课程的标志，是本课程开发的根本。

参考文献

自动化机床论文例8

中图分类号：TG519.1

《数控机床维修》是数控机床应用技术专业的一门专业课，主要介绍CNC机床的安装工艺、机械调试及验收、CNC机床的机械结构特点、典型CNC系统的原理、参数设置、PLC编程及接口、伺服及主轴的调整、数控机床常见故障的查找与维修方法等内容。通过本课程的学习使学生熟悉数控机床故障诊断与维修技术，掌握数控机床日常维护、保养和故障排除方法。

数控机床一般由CNC装置、输入/输出装置、伺服驱动系统、机床电器逻辑控制装置、机床床身等组成，数控机床的各部分之间有着密切的联系。数控机床本身的复杂性使其故障具有复杂性和特殊性。有些故障的现象是机械方面的，有些故障的现象是电气方面的，有些故障是由电气方面和机械方面共同引起的。学生平时接触较少或者根本没有接触过，因此普遍感觉深奥难懂，容易产生畏难、抵触的情绪，如何上好该门课呢？针对这种情况，本文对技工院校数控机床维修课的教学做些探索。

教师教和学生学的这种教学模式早已成为教师的教学习惯。职业技术教育对教师素质提出更高的要求，其中最重要的一条就是要增强动手实践能力，突出职教特色。在数控机床维修课教学中，要做到这一点，主要有三条途径：

一、培养学生学习的兴趣

学生学习兴趣的高低，和老师的课堂教学艺术是分不开的。

课堂教学中要努力营造一个好的学习环境，经常找一些我们实际生活中的例子来证明书本中的理论，使学生产生求知欲，调动其学习的积极性。比如，在讲数控机床伺服系统的故障诊断与维修时，伺服系统的工作原理很难理解，我就引导学生们回忆小时候玩的遥控汽车，汽车在自己手中遥控器的控制下，不断地前进、后退，有时候又不小心撞到障碍物，甚至陷入烂泥地里出不来。这时候汽车可能就会出问题，那问题会出现在哪里呢？这样一来，同学们就开始扩展思维。有的提出是它的小马达功率太小，有的提出它的小马达容易坏，还有的提出遥控器的信号不太灵敏等等。不断地引导学生将遥控汽车的故障和数控机床伺服系统的故障联系起来。同学们的兴趣产生了，课本上的死理论就变活了。以此来活跃课堂气氛，激发学习兴趣，引发求知欲望，实现教学目标。

二、注重实习教学

理论教学和实习教学是相辅相成的，二者缺一不可。理论教学是实习教学的基础，实习教学是理论教学的深化。利用实习课进一步提高学生的学习兴趣，是教好数控机床维修课程的重要手段。对于技校生而言，应该更加注重实习教学。实习教学是培养综合能力的最佳途径，只要思想上重视，物质上保障，工作中认真，就能搞好实习教学。

数控机床维修的实习教学主要是让学生掌握数控机床各部件及数控系统的故障诊断方法和维修技术的【1】。在进入实习前，应对学生进行安全知识教育与故障检修规程的训练，让学生养成良好的操作习惯，逐步引导他们了解可能发生事故的过程，安排他们干一些没有危险性的工作，逐步习惯，渐渐进入角色，过渡到新的学习环境。在实际的操作中，心理障碍的产生严重影响教学质量，换句换说，学生的兴趣和心理因素是有很大关系的。技校生的心理素质较差，思想情绪不稳定，当接触实际机床线路时，看见错综复杂的线路容易灰心丧气，常感到"心有余而力不足"。尤其是一些女生缺乏单独操作能力，过分的安全需知使女生在解决实际问题的技能方面与男生相比显得"先天不足"。培养学生面对困难不畏惧，强化心理素质的训练是实习教学成功的前提条件之一。

学生的认识是从简单到复杂逐步深化的渐进过程，在进行数控机床电气线路故障排除前，学生已完成电力拖动控制线路安装、调试的实习。对于综合的数控机床线路，首先应化整为零，逐步加深难度，进行综合练习。同时，要肯定成绩，鼓励学生大胆动手，化消极因素为积极因素，变被动为主动，使学生树立战胜困难、战胜自我的信心【2】。从学生的实际出发，既考虑大部分学生的情况，又顾及个别学生的特点，在教学中要正确灵活地运用教学方法，以阶段测验为主，重复多次训练，引导学生掌握正确的排故方法。

实习结束，实习教师要结合当天训练课题的完成情况，总结学生的操作练习情况，肯定成绩、指出不足，分析原因，指出解决办法。如在数控车床四方刀架的安装、调试及验收实习教学结束后，有的学生刀架已经安装完成了，却出现了接通电源无法运转的现象，这时，要引导学生分析四方刀架通电后无法运转的原因，并指出正确的解决方法。同时要对教学过程中学生的操作态度、实习效率、安全和文明生产的情况进行总结，逐步提高学生的操作技能和生产经验，巩固教学成果，促进教学质量的全面提高。

三、加强实践性教学

加强实践教学是学生学好这门课程的重要手段之一。

企业对一线技术工人素质需求趋向应用型、实干型、复合型人才，这种人才表现为淡化文化、精化理论、强化技能；要求基础知识扎实，技术理论先进，操作技能规范、熟练；动手能力强，应用能动强，解决实际问题能力强【3】。

针对这些表现和要求，首先，教师可组织学生到有关工厂参观，进行现场教学。其次，教师应该鼓励学生参加社会实践，到生产实际中去锻炼。使学生树立实践第一的观点，学习工人师傅吃苦耐劳的精神，培养学生热爱劳动、热爱劳动人民、热爱数控维修事业的精神，更加明确今后的学习态度和方向。从生产实际中发现问题，解决问题，总结实践心得，提高自身素质，达到企业的录用标准。比如说，学生们到工厂去，才会看到技术人员总在不断地翻阅外文说明书等外文资料。这样，学生们就会明白在校学习外语的重要性，尤其是专业外语，因为国内的数控系统主要依靠进口，其配套的说明书、资料往往是外文资料。作为一个维修人员，最好能具备专业外语的阅读能力。

教学方法是职业教育的重要内容之一。教学有法，但无定法。关键是要正确处理好教与学、理论与实践、知识与能力、课堂教学和实习教学等间的关系，做到以学生为中心，以能力为本位，以激励赏识为手段，探索出适合学生实际的教学方法。

【参考文献】

自动化机床论文例9

随着科学技术的发展，世界先进制造技术的兴起和不断成熟，对数控加工技术提出了更高的要求，目前我国制造业已开始广泛使用先进的数控技术，但掌握数控技术的机电复合型人才奇缺，数控编程、数控机床操作和维护人员更是不足。据调查目前我国高校数控方向的毕业生每人通常有4个以上的就业岗位可供选择，毕业生一次性就业率在95％以上。来自大学、高等职业技术院校的数控技术应用专业的毕业生，虽然具有一定的专业知识和动手能力，但缺乏工艺经验，难以满足某些企业对加工和维修一体化的复合型人才的要求。这主要是作为培养技术人才的高校、高职院校在加大培养数控人才的力度的同时，没有根据数控技术岗位需求的变化来相应的改变教学模式和教学内容，仍在延续传统教学模式所造成的。

目前市场对数控人才的需求有以下三个层次，所需掌握的知识结构也各不同。

(1)金领层：这类人才需熟悉机械加工和数控加工工艺，具有熟练的数控编程能力、较高的数控设备操作能力和数控设备的维护、维修能力，且具有一定的实际经验和宽厚的综合理论知识，能自行完成数控系统的选型、数控机床机械机构的设计和控制系统的安装调试和维护，独立完成机床数控化改造等工作。

(2)灰领层：具有较为系统的机械加工工艺理论知识，熟悉数控加工工艺的特点，能够完成数控程序编制和数控机床维护等工作。

(3)蓝领层：具有手工编程和调试数控机床的能力，熟练的数控机床操作能力，了解自动编程和数控机床的简单维修，能够完成数控机床的操作、调试和维护等工作。

本文从培养数控技术应用型通才的角度来探讨其岗位所需的专业知识结构，并依此为基础来讨论专业基础课和专业课程的设置及课程教学内容的整合。

数控技术是用数字化信号对设备运行及其加工过程进行控制的一种自动控制技术。模拟控制系统中的控制信息是模拟量，而数字控制系统中的控制是数字量，在计算机技术迅速发展的推动下数控技术以其表达信息准确，可进行复杂信息处理且具有逻辑处理能力，使刚性机械设备具备了柔性。

从机床控制技术的观点来看，数控技术的cnc系统把计算机引入数控系统，可利用计算机的数据处理能力方便地实现各种控制策略，用软件实现机床的开关量控制。当被加工对象的数字信息被送入到专用的或通用的计算机后，计算机对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其它执行元件，使机床自动加工出所需要的工件。数控机床就是将加工过程所需的各种操作和步骤，以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码来表示。这使数控机床与其它自动机床具有了一个显著的区别：当加工对象改变时，除了重新装夹工件和更换刀具之外，只需要更换新的控制程序，不需要对机床硬件作任何调整或少量调整即可。

从机械加工技术的观点来看，数控加工技术属于现代制造技术的范畴，是计算机技术、信息技术与机械技术交叉融合而形成的一门综合性新技术。数控机床，是数字控制技术嫁接到金属切削机床上的产物。数控机床的加工方法仍然是采用金属切削方法。因而，数控加工与传统机械加工的工艺规程从总体上说是一致的。由数控机床的成形运动的控制采用了计算机数字控制技术，不但能够使其成形运动实行两轴或多轴联动，使数控机床能够在两维和三维空间中实现任意曲面的加工，而且使机床结构大大简化，使数控机床所能采用的切削方法增多，加工工艺范围增大。因而数控加工工艺过程与传统加工工艺过程产生了较大差异，主要体现在：单台数控机床可使用多种切削加工方法、工艺范围增大，数控加工的工序内容比普通机加工的序内容复杂、工艺过程缩短，工艺装备种类和数量减少，装夹次数减少，加工精度和质量主要由机床保证，特别是加工中心(mc)，可实现除定位基面以外的其它大部分表面的加工，机床柔性增大。数控加工工艺的制订不但涉及到传统机械制造工艺制定的基本理论知识，还包括加工原点的确定、工序内容的划分、刀具轨迹的确定、刀具的选择与使用和切削用量的选择等具体内容。

从以上分析，数控的金领层应具备根据被加工对象的工艺特征和特殊要求，编制数控程序及调试、维护数控机床和使用数控机床进行加工的能力。

根据其能力需求，我们可以从以下两个方面来分析其所需的知识结构。

从机床控制方面，数控的金领层应在电工电子、计算机原理及控制、计算机编程语言、数控原理及数控机床、数控软件及数控编程等方面具备扎实的基础知识；

从机械加工方面，数控的金领层应在现代机械设计、机械加工工艺、金属切削理论、夹具、刀具和量具等方面具备扎实的基础知识；

从机械加工技术和控制两个方面出发，数控技术应用所涉及的学科范围广、教学内容多、课程内容本身具有其系统性要求。怎样在有限的教学时间里，将所需的基本知识传授给学生，且能达到培养目标的要求，是课程体系建立和教学内容的确定过程中应解决的关键问题。因此，课程内容的合理安排和整合是必需的，也是至关重要的。

自动化机床论文例10

根据研究的对象和目的不同，多轴机床成形系统运动学模型有多种不同形式，如刀具成形函数、成形运动约束方程、空间误差模型等等。机床有误差运动的运动学建模又称机床精度建模。不论对机床加工精度预测还是对机床误差补偿，机床精度建模都是最为基本而又关键的工作。

一、多轴精密数控机床成形运行

成形运动按其在切削加工中所起的作用，又可分为主运动和进给运动两类。

1.主运动。由机床或人力提供的主要运动，它促使刀具和工件之间产生相对运动，从而使刀具前面接近工件，直接切除工件上的切削层，使之转变为切屑，从而形成工件的新表面。通常主运动消耗的功率占总切削功率的大部分。例如，卧式车床主轴带动工件的旋转，钻、镗、铣、磨床主轴带动刀具或砂轮的旋转，牛头刨床和插床的滑枕带动刨刀，龙门刨床工作台带动工件的往复直线运动等都是主运动。主运动可以是简单的成形运动，也可以是复合的成形运动。例如，用车刀车削外圆柱面，车床主轴带动工件的旋转运动B1就是简单的成形运动。主运动就是复合的成形运动，它在切除切屑的同时形成了所需的螺旋表面。

2.进给运动。由机床或人力提供的运动，它使刀具与工件之间产生附加的相对运动，是使主运动能够依次地连续不断地切除切屑的运动，以便形成所要求的几何形状的加工表面。在机床上，进给运动可由刀具或工件完成，它可以是间歇的也可以是连续进行的。但无论是哪一种情况，进给运动只消耗总切削功率的一小部分。进给运动可能是简单成形运动，也可能是复合的成形运动。例如在车床上车削外圆柱表面时，床鞍带动车刀的连续纵向移动；在牛头刨床上加工平面时，刨刀每次往复一次，刨床工作台带动工件横向移动一个进给量等都是进给运动，且都是简单的成形运动。用成形铣刀铣削螺纹时，进给运动是铣刀相对于工件的旋转运动。

二、多轴机床空间误差建模流程

多体系统运动学理论运用于数控机床的精度建模，首先根据多轴数控机床的拓扑结构，用低序体阵列来描述机床各部件的关联关系，再用齐次特征矩阵来表示各部件之间的几何特征，计算刀具体在工件子坐标系中的姿态以及刀具成形点在工件子坐标系中的位置坐标，就可以完整地推导出有误差运动的运动学模型和机床在各种加工条件下的成形运动约束方程，为进一步分析数控机床运动误差以及提高加工精度提供基础。

由于各种因素产生的误差影响，机床实际的成形运动轨迹不可避免地会偏离指令运动轨迹，因此按理想条件建立的数控机床成形运动模型并不能真实反映实际的成形运动状况，需要对实际的有误差加工过程进行分析、研究，建立起符合实际情况的数控机床成形运动过程模型。

多体系统运动学理论运用于数控机床的精度建模，首先根据多轴数控机床的拓扑结构，用低序体阵列来表达，这对所有的不同结构的机床都是很容易的。低序体阵列描述了机床各部件的关联关系，因此机床各部件的运动误差对刀尖而言的阿贝误差影响，由于机床各部件非正交而形成的误差耦合（缩、放作用）都包含其中了。用齐次特征矩阵来表示各部件之间的几何特征，通过统一的模型，刀具体在工件子坐标系中的姿态以及刀具成形点在工件子坐标系中的位置坐标都可以计算出来，这样就可以完整地推导出了有误差运动的运动学模型和机床在各种加工条件下的成形运动约束方程。

三、多轴精密数控机床的误差分析

机床误差即刀具体在工件子坐标系中的姿态误差以及刀具成形点在工件子坐标系中的位置坐标误差，来源于各个部件的几何误差（包括静态及运动误差）。低序体阵列中序列越低的部件影响越大，这就是为什么超精密车床多采用T型导轨布局，而不用交迭（cross）型导轨布局的原因。有时为了简化问题，常将次要部件的误差视为零，只对某一感兴趣单元误差带入模型并通过归一化处理求得误差增益系数，然后用表格方式来分析误差的影响。已知部件各误差，通过模型求解机床最终误差，这是误差的正解问题。已知机床的最终误差，例如在机床上加工一个试件，然后通过精密计量测出工件误差，要计算出机床上各部件的误差称为误差的逆解问题。从理论上说，模型的逆解问题是多解的，不可能获得唯一解，原因是缺乏足够的边界约束条件。但通过设计被试工件，使加工分解为单维或少维加工运动，结合误差增益系数分析，得到半定量或近似解的可能性还是存在的。另一种求逆解问题是已知加工误差，求解数控系统各维运动的补偿量。由于每一个运动部件只有一个电机，一维可控，因此通过误差分解和模型正解的迭代是可以比较方便求出补偿量，前提是模型必须已知。所有的数控机床都会受到误差的影响，这些误差包含系统误差和随机误差，而几何误差是系统误差的一部分。几何误差不随时间变化，具有重复性，因此可以通过建立机床的误差模型计算得到几何误差，并置大部分几何误差可以通过校准和标准误差测量方法抵消。除了上述机床形式误差建模的通用性之外，对不同种类误差也可通过对几何或运动误差的转换，再用通用的方式来建模。例如热膨胀、工件自重和部件自重、切削力、加工曲面时的加速惯性力、动平衡、材料变化及振动等影响都可通过热力学、材料力学、电磁力学等方法求出其对部件几何尺寸或运动误差的对应量值。

四、结论

基于多体系统理论的数控机床成形运动、误差分析和建模方法，全面考虑影响机床加工精度的各项因素以及相互耦合情况，以特有的低序体阵列来描述复杂系统，使运动学建模过程具有程式化、规范化、约束条件少的特点，易于解决复杂系统运动问题。

参考文献：