数控技术专业毕业论文选题 1.复杂零件加工工艺设计及数控编制 2.新型数控车床的主传动系统的设计及控制 3.新型数控车床的进给传动系统的设计及控制 4.新型数控车床电气控制设计 5.数控车床故障诊断及排除的研究与应用 6.电火花线切割在模具产品加工中的实际应用 7.数控车床刀架装置的设计 8.数控机床调速系统的设计 9.基于数控机床的PLC技术的研究 10.数控技术专业实践环节的教学设计 【参考论文】范文 在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步。特别是在通用微机数控领域，以PC平台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。但是，我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题，特别是在技术创新能力、商品化进程、市场占有率等方面情况尤为突出。在新世纪到来时，如何有效解决这些问题，使我国数控领域沿着可持续发展的道路，从整体上全面迈入世界先进行列，使我们在国际竞争中有举足轻重的地位，将是数控研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务。 为完成此任务，首先必须确立符合中国国情的发展道路。为此，本文从总体战略和技术路线两个层次及数控系统、功能部件、数控整机等几个具体方面探讨了新世纪的发展途径。 1 总体战略 制定符合中国国情的总体发展战略，对21世纪我国数控技术与产业的发展至关重要。通过对数控技术和产业发展趋势的分析和对我国数控领域存在问题的研究，我们认为以科技创新为先导，以商品化为主干，以管理和营销为重点，以技术支持和服务为后盾，坚持可持续发展道路将是一种符合我国国情的发展数控技术和产业的总体战略。 1.1 以科技创新为先导 中国数控技术和产业经过40多年的发展，从无到有，从引进消化到拥有自己独立的自主版权，取得了相当大的进步。但回顾这几十年的发展，可以看到我们在数控领域的进步主要还是按国外一些模式，按部就班地发展，真正创新的成分不多。这种局面在发展初期的起步阶段，是无可非议的。但到了世界数控强手如林的今天和知识经济即将登上舞台的新世纪，这一常规途径就很难行通了。例如，在国外模拟伺服快过时时，我们开始搞模拟伺服，还没等我们占稳市场，技术上就已经落后了；在国外将脉冲驱动的数字式伺服打入我国市场时，我们就跟着搞这类所谓的数字伺服，但至今没形成大的市场规模；近来国外将数字式伺服发展到用网络（通过光缆等）与数控装置连接时，我们又跟着发展此类系统，前途仍不乐观。这种老是跟在别人后面走，按国外已有控制和驱动模式来开发国产数控系统，在技术上难免要滞后，再加上国外公司在我国境内设立研究所和生产厂，实行就地开发、就地生产和就地销售，使我们的产品在性能价格比上已越来越无多大优势，因此要进一步扩大市场占有率，难度自然就很大了。 为改变这种现状，我们必须深刻理解和认真落实“科学技术是第一生产力”的伟大论断，大力加强数控领域的科技创新，努力研究具有中国特色的实用的先进数控技术，逐步建立自己独立的、先进的技术体系。在此基础上大力发展符合中国国情的数控产品，从而形成从数控系统、数控功能部件到种类齐全的数控机床整机的完整的产业体系。这样，才不会被国外牵着鼻子，永远受别人的制约，才有可能用先进、实用的数控产品去收复国内市场，打开国际市场，使中国的数控技术和数控产业在21世纪走在世界的前列。 1.2 在商品化上狠下工夫 近几年我国数控产品虽然发展很快，但真正在市场上站住脚的却不多。就数控系统而言，国产货仍未真正被广大机床厂所接受，因此出现国产数控系统用于旧机床改造的例子较多，而装备新机床的却很少，机床厂出产的国产数控机床大多数用的都是国外的系统。这当然不是说旧机床的数控化改造不重要，而是说明从商品的角度看，我们的数控系统与国外相比还存在相当大的差距。 影响数控系统和数控机床商品化的主要因素除技术性能和功能外，更重要的就是可靠性、稳定性和实用性。以往，一些数控技术和产品的研究、开发部门，所追求的往往是一些体现技术水平的指标（如多少通道、多少轴联动、每分钟多少米的进给速度等等），而对影响实用性的一些指标和一些小问题却不太重视，在产品的稳定性、鲁棒性、可靠性、实用性方面花的精力相对较少。从而出现某些产品鉴定时的水平都很高，甚至也获各种大奖。但这些高指标、高性能的产品到用户哪儿却由于一些小问题而表现不尽人意，最后丧失了信誉，打不开市场。这说明，高指标、高性能的样机型的产品离用户真正需要的实用、可靠的商品是有相当大的距离的，将一个高指标、高性能的产品变为一个有市场的商品还需作出大量艰苦的努力。 另一方面，数控系统和数控机床不像家电类产品那样易于大批量生产，应用环境也不那么简单。数控产品是在生产环境中使用，面临的是五花八门的工艺问题。如果开发部门对这些问题掌握得不透，就难以将产品设计得很完善。而且数控产品的某些问题在开发、试用，甚至鉴定时都难以发现。这就造成，同样型号的数控机床在有的用户那儿运行得很好，而在别的用户那儿却表现欠佳。或者同样型号的数控机床用于加工某些零件工作得很好，但用于加工其他零件时却不尽人意。出现这种情况，有时是用户操作人员的水平问题，但有时就是数控产品本身潜在问题的暴露。为解决这一问题，国外一些公司设立了专门机构来测试考验自己的产品，如为考验新开发的数控系统，厂家自己设计和从生产实际中收集了大量零件程序，让数控系统运行各种各样的程序，一旦发现问题，即立即反馈给开发部门予以解决。经过这样的测试考验过程后，数控系统的潜在问题就大为减少。以往，我们的产品就很少进行这样严格的全面的自我测试考验。好些问题要等到用户去给我们挑出来。这样，即使一个小问题也将严重影响国产数控产品的声誉。 因此，我们应充分重视上述问题，在商品化上切实狠下工夫，将其作为数控产业的主干来抓，贯穿于技术研究、产品开发、试制、生产等的全过程中，从而将我们已有的技术水平较高的数控产品变成真正有市场的好商品。 1.3 将管理和营销作为产业发展重点 经过20来年市场风雨的冲击，国人已越来越认识到，技术固然重要，但在市场经济的环境下，要在激烈的全球竞争中获胜，管理和营销就显得更为重要。例如，我国台湾生产的数控机床不但占领了大陆市场的相当大的份额，而且还打进了美国市场。是台湾数控机床的技术和质量超过美国了吗？显然不是。那他们靠的是什么？重要的一条就是在企业管理和产品营销上下了工夫。而我们长期以来把主要精力放在开发技术和提高水平上，忽视了经营管理、市场开拓、产品营销等方面的工作，结果在新技术、新产品开发出来以后，在产品质量提高以后，企业仍然处于产品销售不畅的困境〔1〕。国内外的经验说明，数控产品的竞争力不仅取决于技术，更取决于经营管理能力和营销能力。 因此，从现在起我们应将管理和营销作为产业发展重点，真正摆脱计划经济时代所遗留下来的思维方式和工作习惯的束缚，建立适应市场的高效、灵敏的运行机制和有效的激励机制。通过这种机制，一方面切实加强企业管理，激发企业负责人和广大职工的负责精神、创造精神和献身精神，努力提高产品的竞争能力；另一方面充分调动企业内外、行业内外一切积极因素，大力加强市场开拓力度，奋力打通营销渠道。可以坚信，有过硬竞争力的产品，再加上北京开关厂那样的“找、挣、钻、抢”精神，我们就一定能在市场竞争中取得胜利。 1.4 大力加强技术支持和服务 数控系统和数控机床作为典型的高技术产品，对用户的技术支持和服务是相当重要的。以前国产数控产品丧失信誉的原因，除可靠性问题外，另一大问题就是缺乏有力的技术支持和服务。用户花了很多钱买的数控机床或数控系统，一旦出现问题却叫天天不应，叫地地不灵，以后谁还敢买我们的产品。因此，应将对用户的技术支持和服务当成重要的日常工作来抓，使我们在市场上向纵深挺进时，有一个强大后方。因此，为了取得数控产品市场竞争的全面胜利，必须建立以技术支持和服务为核心的强大后方。当然，为赢得主动，后方也须主动出击。目前，利用先进的信息技术手段（如网络和多媒体），将为建立新一代立体化的技术支持和服务体系开辟新的途径。 1.5 坚持可持续发展道路 可持续发展是下一世纪企业发展的重要战略，我国数控产业要有大的发展也必须坚持走可持续发展的道路。绿色是实现可持续发展的重要途径，其主要思想是清洁和节约。为此应大力加强绿色数控产品的开发，加速促进数控产品、数控产业以及整个制造业的绿色化，主要战略措施应考虑以下几方面：①有效减少产品制造及使用过程中的环境污染。如减少数控机床的铸件结构，消除铸造对环境的污染；将数控机床主轴的润滑以油气润滑、喷油润滑等取代油雾润滑，减少对生产环境的污染；在精密数控机床及其运行环境的温度控制中取消氟利昂制冷的恒温技术；以电传动代替机械传动，减少噪声污染。②大幅度降低资源消耗和能源消耗。如以软件代替硬件，从而减少硬件制造的资源和能源消耗及污染，并减少产品寿命结束后硬件装置的拆卸回收问题；以永磁驱动代替感应驱动，提高效率和功率因数，节约能源；以电传动代替机械传动，提高效率，减少能源消耗。③加强用数控技术改造传统机床。这既符合运用信息技术和自动化技术改造传统产业，使传统产业生产技术和装备现代化这一产业可持续发展的目标得以实现，又可取得巨大的经济效益。我国拥有普通机床数百万台，加强用数控技术改造传统机床将成为下世纪我国数控领域的重要发展方向。④大力发展绿色数控机床。绿色数控机床应是材料消耗少、能耗低、无污染，寿命长且便于拆卸回收的新型机床。例如，以并联结构代替串联结构就是开发绿色数控机床的一条途径，这是因为并联结构机床消耗的金属材料仅为常规串联结构机床的几分之一，其加工量也比常规机床大幅度减少，特别是消除了大型结构件的铸造，这将显著降低机床制造过程中的能源消耗和对环境的污染。此外，并联结构机床有利于采用电传动，效率高，可有效降低使用中的能源消耗。 国际标准化组织制定了ISO14000环境管理标准，全球环境问题“法律化”的趋势正在进一步发展，可持续发展将成为企业通向国际市场的通行证〔2〕。因此，我们的数控产品要在下一世纪走向国际市场，我们的企业就必须“从我做起，从现在做起”。 2 技术途径 2.1 发展具有中国特色的新一代PC数控系统 数控系统是各类数控装备的核心，因此通过科技创新首先发展具有中国特色的新型数控系统，将是推动数控产业化进程的有效技术途径。 实践证明，10年来我们所走的PC数控道路是完全正确的。PC机（包括工业PC）产量大、价格便宜，技术进步和性能提高很快，且可靠性高（工业PC主机的MTBF已达30年〔3〕）。因此，以其作为数控系统的软硬件平台不但可以大幅度提高数控系统的性能价格比，而且还可充分利用通用微机已有软硬件资源和分享计算机领域的最新成果，如大容量存储器、高分辨率彩色显示器、多媒体信息交换、联网通讯等。此外，以通用微机作为数控平台还可获得快速的技术进步，当PC机升级换代时，数控系统也可相应升级换代，从而长期保持技术上的优势，在竞争中立于不败之地。 目前，PC数控系统的体系结构有2种主要形式：（1）专用数控加PC前端的复合式结构；（2）通用PC加位控卡的递阶式结构。另外还有一种正在发展的数字化分布式结构。其方案是将由DSP等组成的数字式伺服通过以光缆等为介质的网络与数控装置连接起来，组成一完整的数控系统。这种系统虽然性能很好，但由于开发和生产成本太高，近期难以被国内广大用户所接受。我们认为，上述结构并不是符合中国国情的最好方案，适合中国国情的应是将所有数控功能全软件化的集成式结构，因为这种结构的硬件规模最小，不但有利于降低系统成本，而且更重要的是可以有效提高系统的可靠性。 几十年的经验表明，可靠性好坏是国产数控系统能否发展的关键。虽然影响数控系统可靠性的因素很多，但过大的硬件规模和较低的硬件制造工艺水平往往对可靠性造成最大的威胁。以往，国产数控系统在总体设计时由于种种原因的限制，不得不选用技术指标不太高的普通CPU，这样，为完成数控的复杂功能往往需要由多个CPU来组成系统，有时还需另加一些专用或通用硬件电路来实现数控系统的一些高实时性功能（如细插补、位置伺服控制等），从而造成系统硬件规模庞大。对于数控系统这种批量不大的产品，在国内现有工艺条件下，很难从硬件制造的角度保证系统的可靠性，因而使得国产数控系统在生产现场的表现不佳，对国产数控系统的形象和声誉造成严重影响，使得不少用户现在还心有余悸。 因此，我们在开发新型数控系统时，应优先选用新型高性能CPU（如高主频的Pentium II、Pentium III等）作为系统的运算和控制核心，并尽量用软件来实现数控的所有功能。这样，可大幅度减小系统硬件的规模。此外，还应在软件设计、电源设计、接插件设计与选用、接地与屏蔽设计和施工等方面采用强抗扰高可靠性设计与制造技术，从而全面提高系统的可靠性。 由于一个新型高性能CPU可以代替数十个普通CPU（如80286、80386等），因此，在基于高性能CPU的PC平台上不仅可以完成数控系统的基本功能（如信息处理、刀补计算、插补计算、加减速控制等）和开关量控制功能（内装PLC），而且还可以完成伺服控制功能。这样，以前由DSP完成的数字化伺服控制功能（如位置控制、速度控制、矢量变换控制等）均可由PC中的CPU完成，从而实现内装式伺服控制，这不仅有效缩小了数控部分的硬件规模，而且还大幅度缩小了伺服控制部分硬件规模。 这种具有内装PLC和内装伺服控制的全软件化集成式数控系统，其硬件规模将达到最小化，整个数控系统除一个PC平台外，剩下的只有驱动机床运动的功率接口和反馈接口。这既有效提高了系统可靠性，又消除了信息传递瓶颈，提高了系统性能，同时还可显著降低系统成本，使系统（包括电机）售价将可降至现有数控系统的一半左右。显然，这种高性能、高可靠性、低成本的新型数控系统将具有极强的竞争力，有望为开创中国数控的新局面作出贡献。 此外，集成化PC数控系统还有一大优点，就是容易实现开放式结构。这是因为，这种系统的硬件本身已经是完全开放的，构成开放式数控系统的工作完全在软件上，只要制定好标准和协议，从信息处理、轨迹插补、加减速控制、开关量控制到伺服控制都可以实现开放，从而可大大方便用户的使用。 2.2 推进数控功能部件的专业化生产 解决数控系统问题后，如何实现数控机床的模块化设计与制造便是我国机床制造企业快速响应市场需求，在竞争中获胜的另一关键。要实现数控机床的模块化设计制造，必须解决数控机床功能部件的专业化生产问题。目前我国在这方面离实际需求还有相当大的差距。因此，在今后的若干年内，我们必须大力促进数控机床功能部件的开发和专业化生产。其要点如下： (1)新型永磁电主轴单元 电主轴已成为国际市场上最热门的数控机床功能部件。但目前这类产品几乎都为感应异步型，存在以下突出问题：①转子上存在绕组，有大电流流过，因此转子发热严重，直接影响主轴精度；②低速出力小且转矩脉动大，难以满足宽范围切削要求；③效率和功率因素低，不仅电机体积和重量大而且要求逆变器容量大、耗能多；④控制系统复杂、成本高。 因此，利用我国稀土永磁材料的优势，开发新型大功率、高效率、宽调速范围永磁同步型交流电主轴单元，将可有效解决现有电主轴存在的问题，形成具有中国特色的新一代电主轴产品。由于永磁电主轴的机械结构和控制系统都较感应异步型电主轴简单，因此易于进行专业化大规模生产。当然，这还要攻克主轴支承（陶瓷轴承、流体动静压轴承、磁悬浮轴承）技术、高精度高速动平衡技术、高速驱动、检测与控制技术、高可靠性安全保证技术等关键技术。 (2)廉价的高性能伺服系统 目前，一套进给交流伺服系统（驱动器+电机）的价格一般都在万元以上，主轴伺服系统的价格高达数万元，已成为降低国产数控机床成本的一大障碍。因此，应配合新型集成化国产数控系统的发展，大力开发廉价的高性能内装式伺服系统。由于内装式伺服的硬件部分只有电机和功率接口，充分利用我国的永磁资源优势，通过专业化生产可以把电机的造价降下来，而采用智能化的IPM模块作为功率接口也很便宜，因此将内装式进给伺服的价格控制在数千元以内，将内装式主轴伺服的价格控制在2万元以内，将是完全可能的。 (3)直线交流伺服系统 直线交流伺服系统是下一世纪数控机床不可缺少的功能部件，目前我国还没有成熟产品，因此应加强研究、开发和推广应用。考虑到常规机床的防磁问题较难解决，而并联机床的防磁相对容易，因此可为常规结构机床开发感应异步型直线电机，为并联结构机床开发永磁同步型直线电机，从而扬长避短，构成符合实际应用要求的新型高速高精度进给系统。在此基础上，可进一步开发将驱动与支承合二为一的磁悬浮工作台。 (4)零传动数控转台与摆头 数控转台与摆头是多坐标数控机床的关键部件，传统的采用高精度蜗杆蜗轮等传动的转台与摆头不仅制造难度大、成本高，而且难以达到高速加工所需的速度和精度，因而必须另辟蹊径开发新型零传动（无机械传动链）数控转台和摆头，以促进我国高速高精度多坐标数控机床的发展。 (5)高速高精度检测装置 高速高精度是下世纪数控机床发展的主题，这不但需要高性能的控制和驱动，同时还需要高品质的检测环节，因此应在现有技术基础上，进一步开发0.1 μm以上精度的高速(60 m/min以上)线位移传感器和100万脉冲/r的角位移传感器，此类技术国外对我国是封锁的。 2.3 加速数控机床的全国产化，打好市场翻身仗 数控产业化的最终成功将体现在数控机床的全国产化和市场占有率上。在上述总体战略指导下，采取抓两头（低价位数控机床和高速高效数控机床）、带中间（普通数控机床）、促重型（重型关键装备）的方针，将是在国内市场上快速收复失地，在国际市场上稳步进军，最终打赢国产数控机床市场翻身仗的一种有效战术和策略。关于普通数控机床的发展已有许多文章作了专门论述，因此下面仅就低价位数控机床、高速高效数控机床和重型数控机床的发展问题作一讨论。 (1)大力发展低价位数控机床 低价位机床是功能满足用户要求(无功能浪费)、技术指标适中、可靠性好、价格便宜的普及型数控机床。这类机床已成为国际市场上数控机床的发展趋势之一，也是国内众多用户渴求的产品，其市场前景相当广阔。然而，如果采用国外数控系统（包括伺服）按照传统思路来发展低价位机床，是很难将价格降至广大用户所能接受的水平的。因此，采用本文提出的新型集成化国产数控系统来发展高性能的低价位数控机床，将是一条最有希望成功的道路。只要有一定批量，由此构成的全国产普及型数控车床的售价完全可以控制在10万元以内，三坐标数控铣床可控制在15万元左右，加工中心可控制在20万元左右。此价位的国产数控机床将是具有较强竞争力的。 (2)加速开发高速高效数控机床 高速高效是数控机床发展的另一大潮流。发展高速高效数控机床的技术途径可有以下几条：①通过提高切削速度和进给速度，从而达到成倍提高生产效率，有效提高零件的表面加工质量和加工精度并解决常规加工难以解决的某些特殊材料（如铝钛合金、模具钢、淬硬钢）和特殊形状零件（如复杂薄壁零件）的高效加工问题。②通过工艺复合，减少工件的安装次数，有效缩短搬运和装夹时间。例如，将五面五轴加工中心与立车复合构成万能加工中心，可实现一次装卡完成零件的大部分（或全部）加工。③采用高速高精度圆周铣加工孔和以螺旋轨迹插补实现不钻底孔的直接攻丝等新加工方法，大幅度减少换刀次数，提高加工效率。④为数控机床开发智能寻位加工功能，消除对精密夹具和人工找正的依赖，有效缩短单件小批加工的准备时间。 在我国现实条件下如果沿用传统思路是难以实现上述途径的，因此，必须立足国情，结合实际勇于创新，大胆探索新的道路。 考虑到常规数控机床在总体结构上基本上采用工件和刀具沿各自导轨共同运动的方案，一方面由于机床传动环节刚性不足和导轨中的摩擦阻力较大，使运动部件难以获得高的进给速度；另一方面由于工件、夹具和工作台的总质量比较大，使之难以获得高的加速度。此外，传统机床结构是一种串联开链结构，组成环节多、结构复杂，并且由于存在悬臂部件和环节间的联接间隙，不容易获得高的总体刚度，因此难以适应高速高效加工的特殊要求。为此，开发国产高速高效数控机床时，可采用工件固定，以直线电机组成并联短链直接驱动主轴和刀具运动、将高速高精度传动与高刚度支撑合二为一的适合于高速高效加工中心的新型结构。采用该结构的高速高效数控机床不但速度高、刚度高，如果在传动与控制上处理得当，可以达到比常规机床更高的加工精度和加工质量，而且具有机械结构简单，零部件通用化、标准化程度高，制造成本低，易于经济化批量生产等显著优点。因此，沿此思路发展高速高效数控机床将是一条符合国情、易于取得成功的道路。 (3)突破重型数控机床的设计制造技术 重型数控机床（特别是多坐标重型数控机床）是国民经济和国防生产中的重大关键设备，属于战略物资，真正先进的重型数控机床国外是不可能卖给我们的，因此，在我国下世纪数控产品的发展中必须依靠自己的力量进行解决。发展重型数控机床必须有过硬的基础，我们在数控机床国产化的进程中应不断总结经验，加强基础技术和关键技术研究，充分发挥我国产学研相结合的优势，各部门通力合作、共同努力，争取在下世纪初取得突破性进展。 目前，在发展重型数控机床中除需加强基础理论研究外，还应加强其关键技术研究。例如，重型机床的控制就是需要加以特殊解决的关键问题。因重型机床加工的工件特别昂贵不允许报废，为了确保机床工作可靠，在数控系统中可采用双（或多）CPU冗余工作方案，以确保运算和控制的绝对正确，并在出现故障时自动诊断、自动修复或自动替补，确保加工不出问题。此外，在电源上可采取双蓄电池供电的全隔离供电方案，即一组电池在给系统供电时，可对另一组电池进行充电，电网与控制系统是完全隔离的。这就彻底消除了重型车间中电网电压波动厉害、干扰严重对数控系统造成的影响，从而有效保证系统的可靠性。又如，重型数控机床的驱动也是一大关键问题。当行程长度超过5 m，普通滚珠丝杆就难以胜任大负荷的传动，因此目前一般采用预加负载的双齿轮-齿条机构、静压蜗杆-蜗母条机构、四足（或双足）爬行进给机构等来实现长行程传动。但这些方案存在结构复杂、速度和加速度低、动态性能差、难以达到高精度、维护保养复杂等问题。为此可发展阵列式高效直线电机直接驱动技术和空间并联机构驱动技术，以新的途径来解决重型数控机床的高速、高精度驱动问题。除此之外，机床结构的优化设计、长行程精密检测、重力变形补偿、切削力变形补偿、热变形补偿等也是重型数控机床中必须解决的关键问题，必须予以充分重视。 3 结语 制定符合中国国情的总体发展战略，确立与国际接轨的发展道路，对21世纪我国数控技术与产业的发展至关重要。本文在对数控技术和产业发展趋势的分析，对我国数控领域存在的问题进行研究的基础上，对21世纪我国数控技术和产业的发展途径进行了探讨，提出了以科技创新为先导，以商品化为主干，以管理和营销为重点，以技术支持和服务为后盾，坚持可持续发展道路的总体发展战略。在此基础上，研究了发展新型数控系统、数控功能部件、数控机床整机等的具体技术途径。 我们衷心希望，我国科技界、产业界和教育界通力合作，把握好知识经济给我们带来的难得机遇，迎接竞争全球化带来的严峻挑战，为在21世纪使我国数控技术和产业走向世界的前列，使我国经济继续保持强劲的发展势头而共同努力奋斗！ 作者简介 周凯男，1954年生。清华大学（北京市 100084）精密仪器与机械学系副教授、工学博士。主要从事数控技术、机电控制工程、制造科学与制造系统等方面的研究工作。取得科研成果15项。发表论文70余篇。 参考文献 1 杨皖苏，严鸿和.机械科学与技术,1997，26(4):1～6 2 陈玉祥.中国机械工程, 1998，9(5):1～4 3 周延佑.中国机械工程,1998，9(5): 5～24
数控技术主要是采用高速、高精度化、复合化、系统化、智能化、柔性化的加工 方法 代替传统的加工方法,它在现代机械制造中发挥着不可替代的作用。下面是我为大家整理的数控技术 毕业 论文，供大家参考。
【论文关键词】数控技术;高职 教育 ;教学改革
【论文摘要】 文章 根据数控行业对人才能力的培养要求，深化课程体系、教学内容和 教学方法 的改革，同时对教材建设、课程建设和实训基地建设等问题进行了一些探讨。
我国加入世贸组织后，中国正在逐步变成“世界制造中心”，制造业已成为我国经济的主要增长点，这也促使数控技术的广泛应用，数控人才的严重短缺引起了社会普遍关注。许多高校和培训机构都开设计数控技术专业，然而从有关部门得知，这一两年数控专业高职毕业生切合专业的就业率并不很高。
一方面企业找不到合适的数控人才，另一方面数控专业学生却找不到合适的工作。在人才使用方面，企业和人才本身都不满意，社会上还是缺口较大，其原因就是学校培养的人才不是企业所需要的人才，说明我们高职教育在教学机制、办学理念、课程设置、就业指导、实践教学模式、教材建设等方面都存在单方面的行为，没有与企业沟通、合作，没有按企业的愿望培养人才。
为什么会出现这种现象?原因有多方面的，毕业生专业能力不强;学生技能力很弱，实际 经验 和动手能力差;学生没有专长和一技之长，没有特色;学生定位不准，不愿立足一线，缺乏吃苦耐劳和为企业奉献精神;学校就业和就业指导体系不力。
一、制造业呼唤专业教学改革
随着科学技术的突飞猛进，经济全球化趋势日益增强，国际产业分工正在“重新洗牌”，许多发达国家和跨国公司看好中国市场，将部分制造业进一步向我国转移。虽然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，其中仅数控机床的操作、编程、维修人员就短缺60多万人。我国数控技术人才不仅数量上奇缺，而且质量上也存在一定缺陷，即他们的知能结构不能适应和满足现代制造业的需求。
在高等教育从精英教育向大众化教育转变的时期，生源基础变化较快，企业对人才层次要求上移，使用重心下移的情况下，由于学校专业建设教学方案调整没能及时跟上社会变化，没有一套适时的高质量教材，此外，在理论教学和实践教学的比例上还显得不够。
数控技术是集机械、电子、信息和管理等学科于一体的新兴交叉学科，数控技术的发展对人才的知识、能力、素质结构提出了新的要求。“中国制造”竞争力的提高呼唤我国高职数控技术专业要适应市场需求，改革现行的课程体系、教学内容和教学方式，高起点地培养从事数控技术人才，以满足制造业发展对人才的需求。
二、专业教学改革指导思想和目标
1.改革的指导思想。进一步加快教育思想与教育观念的变革，全面推进素质教育，深入探索高等职业教育教育人才的培养模式，努力提高高职人才培养质量，深化课程体系、教学内容和教学方法的改革，培养出有较强的职业能力和较高综合素质的机械制造业生产和管理一线的高级应用型人才。
2.改革的目标 。通过教学改革，要建立一个完整的、科学的、有特色的高职数控制造人才培养的教学体系。体现“以就业为导向”， “以企业活动为主线” ，研究其职业分布和学生就业方向; “以能力培养为中心，知识够用为度”来架构专业教学体系，在教学内容突出专业技能、综合能力及综合素质的培养。
毕业生将具备较强的专业能力和职业素质，有一技之长或一专多能，能够很快适应企业生产的需要，且具有良好的可持续发展能力。
三、专业改革的基本思路
1.学生现状剖析：(1)专业能力不强。除了其基础较差之外，还有很多原因。(2)技能不足。(3)定位不准。很多人认为自己是大学生，一定要做管理人员，没有立足一线的意识;缺乏吃苦耐劳精神，不愿干脏、累、苦的工作，不愿到小企业和条件差的企业;缺乏奉献精神，不愿立足企业，与企业同甘共苦，只讲索取，不讲奋斗、拼搏、奉献;对 企业 文化 和环境的认识不够，缺乏 安全生产 、节约、合作、严格遵守纪律等认识，难以适应企业，普遍认为 企业管理 太严。(4)就业指导和专业教育不力。目前很多学校就业指导没有引起足够的重视，没有形成就业指导体系。
2.专业教学改革方案。(1)针对学生现状，根据企业岗位群的要求，以提高人才培养质量和学生就业为目的，针对性的对原有的教学计划、教学大纲、教材、教学方法、技能训练方法和内容、师资力量、实训条件、就业指导、实习基地等方面进行改革和加强。改变学生知识和能力结构，满足企业用人要求。(2)重新构建专业课程体系。根据职业岗位群的知识和能力要求来对课程体系进行整合。专业知识以“必需、够用”为度，突出核心专业课程。确定以能力为中心来构建理论教学体系和实践教学体系，拓宽基础，注重实践，强化技能训练，加强能力培养，提高综合职业素质。将专业课提前，使学生尽早接触专业课，(下转第117页)(上接第105页)这样可提高学生学习兴趣，学生也可提前就业，缓解集中就业的压力。(3)改进教学方法和考试方法，提高教学效果。(4)教材建设和课程建设。撰写适合本专业实践教学的实践课程的校本教材并完善实训指导书;在进行专业主干课程建设的基础上，撰写专业主干课的校本教材。完成适合本专业图册和主干课程的题库建设。建设几门校级精品课。(5)师资队伍建设规划。一是加强了师资队伍建设，改善了师资队伍结构。(6)校内、校外实训场地建设。根据培养目标，新建、扩建和完善一些实训场，为学生技能训练和专业知识学习提供坚实的基础和保障。加强校企合作，建立校外实习基地，建成满足学生企业生产管理环境认识、生产实习、毕业实习等不同层次实习要求实习基地。 加强产、学结合，通过参与解决企业生产的实际问题，提高学生的综合素质。(7)完善职业素质教育和就业体系。落实专业教师职业素质教育，让他们在专业教育时就传递怎样做人、做事的知识，在实践中严格要求，使之潜移默化。积极拓展毕业生实习和就业基地，设定专人负责学生就业和就业跟踪工作，并发动全体专业教师共同参与。
四、专业教学改革的保障 措施
为了保证专业教学改革试点工作顺利进行，将逐步完善有关配套措施：
1.加强师资队伍的建设，提高师资队伍的质量，制定“双师型”教师的培养和引进制度。
2.充分发挥教研室在教学运行过程中的管理职能，加强教学改革研究;
3.结合专业立项，做好本专业教学改革工作。
4.加强和相关行业、企业合作办学的力度，建立一体化管理模式。
【参考文献】
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摘要：数控技术是实现机械制造自动化的关键，直接影响到国家工业的发展和综合国力的提高。以数控技术为核心的机械设备的生产和应用已经成为衡量一个国家技术水平和战略地位的重要标准。因此广泛采用数控技术应用于制造业，无论从战略角度还是发展策略，都是我国实现工业经济大国必须要大力提倡和广泛发展的。
关键词：机械制造 数控技术
0 引言
在机械制造业中，数控加工技术已经越来越受到重视。随着计算机技术为主流的现代科技技术发展和市场产品竞争的加剧，传统的机械制造技术很难满足现代产品多样化的发展和日新月异的换代速度。面对多品种小批量生产比重的加大，产品交货质量和成本要求的提高，要求现代的制造技术具有很高的柔性。如何能增强机械制造业对外界因素的适应能力以及产品适应市场的变化能力，就需要我们能利用现代数控技术的灵活性，最大限度的应用于机械制造行业。将机械设备的功能、效率、可靠性和产品质量提高到一个新的水平，从而满足现代市场的竞争需求。
1 技术特点
数控技术是用数字信息对机械加工和运动过程进行控制的技术。它是集传统的机械制造技术、计算机技术、传感检测技术、网络通信技术、光机电技术于一体的现代制造业基础技术，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点。
目前是采用计算机控制，预先编程然后利用控制程序实现对设备的控制功能。由于计算机软件的辅助功能替代了早期使用纯硬件电路组成的数控装置，使得输入数据的存储、处理、判断、运算等功能均由现场可编辑的软件来完成，这样极大的增强了机械制造的灵活性，提高设备的工作效率。
2 机械制造中数控技术的应用
2.1 工业生产 工业机器人和传统的数控系统一样是由控制单元、驱动单元和执行机构组成的。主要运用机器设备的生产线上，或者运用于复杂恶劣的劳动环境下下，完成人类难以完成的工作，很大程度上改善了劳动条件，保证了生产质量和人身安全。
在实际操作中，控制单元是由计算机系统组成，指挥机器人按照写入内核的程序向驱动单元发出指令，完成预想的操作，同时同步检测执行动作，一旦出现错误或发生故障，由传感系统和检测系统反馈到控制单元，发出报警信号和相应的保护动作。而执行机构是由伺服系统和机械构件组成。有动力部分向执行机构提供动力，使执行机构在驱动元件的作用下完成规定操作。
2.2 煤矿机械 现代采煤机开发速度快、品种多，都是小批量的生产，各种机壳的毛坯制造越来越多地采用焊件，传统机械加工难以实现单件的下料问题，而使用数控气割，代替了过去流行的仿型法，使用龙骨板程序对采煤机叶片、滚筒等下料，从而优化套料的选用方案。使其发挥了切割速度快、质量可靠的优势，一些零件的焊接坡口可直接割出，这样大大提高了生产效率。同时，数控气割机装有自动可调的切缝补偿装置。它允许对构件的实际轮廓进行程序控制，好比数控机床上对铣刀的半径补偿一样。这样可以通过调节切缝的补偿值来精确的控制毛坯件的加工余量。
2.3 汽车工业 汽车工业近20年来发展尤为迅猛，在快速发展的过程中，汽车零部件的加工技术也在快速发展，数控技术的出现，更加快了复杂零部件快速制造的实现过程。
将高速加工中心和 其它 高速数控机床组成的高速柔性生产线集“高柔性”与“高效率”于一体，既可满足产品不断更新换代的要求，做到一次投资，长期受益，又有接近于组合机床刚性自动线的生产效率，从而打破汽车生产中有关“经济规模”的传统观念，实现了多品种、中小批量的高效生产。数控加工技术中的快速成形制造技术在复杂的零部件加工制造中可以很轻易方便的实现，不仅如此，数控技术中的虚拟制造技术、柔性制造技术、集成制造技术等等，在汽车制造工业中都得到了广泛深入的应用。21世纪的汽车加工制造业已经离不开数控加工技术的应用了。
2.4 机床设备 机械设备是机械制造中的重中之重，面对现代机械制造业的需求，具备了控制能力的机床设备是现代机电一体化产品的重要组成部分。计算机数控技术为机械制造业提供了良好的机床控制能力，即把计算机控制装置运用到机床上，也就是用数控技术对机床的加工实施控制，这样的机床就是数控机床。它是以代码实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置、主轴变速、刀具的选择、冷却泵的起停等各种操作和顺序动作数字码记录在控制介质上，从而发出控制指令来控制机床的伺服系统或其他执行元件，使机床自动加工出所需零件。
3 数控技术的发展
从第一台数控机床开发成功到现在已有50多年的历史，由传统的封闭式数控系统发展到现今的开放式PC数控系统。传统的计算机数控系统，由于采用封闭的体系结构，它的通用性、软件移植性、功能扩展和维修都比较困难;开放式体系结构的计算机数控系统的发展，使传统的计算机数控系统的市场正在受到挑战。开放式计算机数控系统，采用软件模块化的体系结构，显示了优良的性能，能适应各种计算机的软件平台，具有统一风格的用户交互环境，操作、维护、更新换代和软件开发都比较方便，具有较高的性能价格比，已成为数控系统发展的方向。
4 结束语
机械制造技术不仅是衡量一个国家科技发展水平的重要标志，也是国际间科技竞争的重点。我国正处于经济发展的关键时期，制造技术是我们的薄弱环节。PC机进入数控领域，极大的促进了数控技术的发展，也为我国在数控生产领域赶超发达国家提供了机遇。跟上发展先进数控制造技术的世界潮流，将其放在战略优先地位，并以足够的力度予以实施，尽快缩小与发达国家的差距，在激烈的市场竞争中立于不败之地。同时，数控加工技术的发展孕育产生大量的数控专业技术人才，进而推动我国现代机械制造业进一步走向繁荣。
参考文献：
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[4]孙荣创.数控技术及装备的发展趋势及策略[J].中国科技信息.2006(12)
【摘要】随着国内数控机床的迅速发展,数控机床逐步出现故障高发时段。然而,目前的数控维修工作混乱无序,根本不能适应数控行业快速发展的步伐。为了使数控维修工作适应现代化制造业的发展,提高数控设备维修质量,那么规范数控维修行业,已经迫在眉睫。本文通过阐述了数控机床的维修方法,使其具有可利用性、可持续发展性,为规范数控维修行业奠定坚实的基础。
【关键词】数控;机床;维修;技术分析
随着我国机械加工的快速发展,国内的数控机床也越来越多。由于数控机床的先进性和故障的不稳定性,大部分故障都是以综合故障形式出现,所以数控机床的维修难度较大,并且数控机床维修工作的不规范,使得数控维修工作处于一种混乱状态,为了规范数控维修工作,提高数控机床的利用价值,本文提出五步到位数控维修法。
一、
1、故障记录具体
数控机床发生故障时,对于操作人员应首先停止机床,保护现场,并对故障进行尽可能详细的记录,并及时通知维修人员。
(1)故障发生时的情况记录
1)发生故障的机床型号,采用的控制系统型号,系统的软件版本号。
2)故障的现象,发生故障的部位,以及发生故障时机床与控制系统的现象。
3)发生故障时系统所处的操作方式。
4)若故障在自动方式下发生,则应记录发生故障时的加工程序号,出现故障的程序段号,加工时采用的刀具号等。
5)若发生加工精度超差或轮廓误差过大等故障,应记录被加工工件号,并保留不合格工件。
6)在发生故障时,若系统有报警显示,则记录系统的报警显示情况与报警号。
7)记录发生故障时,各坐标轴的位置跟随误差的值。
8)记录发生故障时,各坐标轴的移动速度、移动方向,主轴转速、转向等。
(2)故障发生的频繁程度记录
1)故障发生的时例与周期。
2)故障发生时的环境情况。
3)若为加工零件时发生的故障,则应记录加工同类工件时发生故障的概率情况。
4)检查故障是否与“进给速度”、“换刀方式”或是“螺纹切削”等特殊动作有关。
(3)故障的规律性记录。
(4)故障时的外界条件记录。
2、故障检查方法
维修人员故障维修前,应根据故障现象与故障记录,认真对照系统、机床使用 说明书 进行各顶检查以便确认故障的原因。当数控设备出现故障时,首先要搞清故障现象,向操作人员了解第一次出现故障时的情况,在可能的情况下观察故障发生的过程,观察故障是在什么情况下发生的,怎么发生的,引起怎样的后果。搞清了故障现象,然后根据机床和数控系统的工作原理,就可以很快地确诊并将故障排除,使设备恢复正常使用。故障检查包括:
(1)机床的工作状况检查。
(2)机床运转情况检查。
(3)机床和系统之间连接情况检查。
(4)CNC装置的外观检查。
维修时应记录检查的原始数据、状态,记录越详细,维修就越方便,用户最好编制一份故障维修记录表,在系统出现故障时,操作者可以根据表的要求及时填入各种原始材料,供维修时参考。
3、故障诊断
故障诊断是进行数控机床维修的第二步,故障诊断是否到位,直接影响着排除故障的快慢,同时也起到预防故障的发生与扩大的作用。首先维修人员应遵循以下两条原则:
(1)充分调查故障现场。这是维修人员取得维修第一手材料的一个重要手段。
(2)认真分析故障的原因。分析故障时,维修人员不应局限于 CNC部分,而是要对机床强电、机械、液压、气动等方面都作详细的检查,并进行综合判断,达到确珍和最终排除故障的目的。
1)直观法。2)系统自诊断法。3)参数检查法。4)功能程序测试法。5)部件交换法。6)测量比较法。7)原理分析法。8)敲击法。9)局部升温法。10)转移法。
除了以上介绍的故障检测方法外,还有插拔法、电压拉偏法、敲击法等等,这些检查方法各有特点,维修人员可以根据不同的现象对故障进行综合分析,缩小故障范围,排除故障。
4、维修方法
在数控机床维修中,维修方法的选择到位不到位直接影响着机床维修的质量,在维修过程中经常使用的维修方法有以下几种:
(1)初始化复位法。由于瞬时故障引起的系统报警,可用硬件复位或开关系统电源依次来清除故障,若系统工作存贮区由于掉电、拔插线路板或电池欠压造成混乱,则必须对系统进行初始化清除,清除前应注意作好数据拷贝记录,若初始化后故障仍无法排除,则进行硬件诊断。
(2)参数更改,程序更正法。系统参数是确定系统功能的依据,参数设定错误就可能造成系统的故障或某功能无效。有时由于用户程序错误亦可造成故障停机,对此可以采用系统搜索功能进行检查,改正所有错误,以确保其正常运行。
(3)调节、最佳化调整法。调节是一种最简单易行的办法。通过对电位计的调节,修正系统故障。
(4)备件替换法。用好的备件替换诊断出坏的线路板,并做相应的初始化启动,使机床迅速投入正常运转,然后将坏板 修理 或返修,这是目前最常用的排故办法。
(5)改善电源质量法。目前一般采用稳压电源,来改善电源波动。对于高频干扰可以采用电容滤波法,通过这些预防性措施来减少电源板的故障。
(6)维修信息跟踪法。一些大的制造公司根据实际工作中由于设计缺陷造成的偶然故障,不断修改和完善系统软件或硬件。这些修改以维修信息的形式不断提供给维修人员
(7)修复法。对数控机床的故障进行恢复性修复、调整、复位行程开关、修复脱焊、断线、修复机械故障等。
5、维修记录到位
维修时应记录、检查的原始数据、状态较多,记录越详细,维修就越方便,用户最好根据本厂的实际清况,编制一份故障维修记录表,在系统出现故障时,操作者可以根据表的要求及时填入各种原始材料,供再维修时参考。
通常维修记录包括以下几方面的内容;(1)现场记录;(2)故障原因;(3)解决方法;(4)遗留的问题;(5)日期和停工的时间;(6)维修人员情况;(7)资料记录。
二、小结
数控机床维修技术的实施,提高重复性故障的维修速度,提高维修者的理论水平和维修能力,有利于分析设备的故障率及可维修性,改进操作规程,提高机床寿命和利用率,并能充分实现资源共享。使其具有可利用性、可持续发展性,为规范数控维修行业奠定坚实的基础。
参考文献:
[1]孙伟.数控设备故障诊断与维修技术.北京国防工业出版社, 2008.
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数控系统发展趋势 从1952年美国麻省理工学院研制出第一台试验性数控系统，到现在已走过了半个世纪历程。随着电子技术和控制技术的飞速发展，当今的数控系统功能已经非常强大，与此同时加工技术以及一些其他相关技术的发展对数控系统的发展和进步提出了新的要求。 趋势之一：数控系统向开放式体系结构发展 20世纪90年代以来，由于计算机技术的飞速发展，推动数控技术更快的更新换代。世界上许多数控系统生产厂家利用PC机丰富的软、硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统。开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、可扩展性，并可以较容易的实现智能化、网络化。近几年许多国家纷纷研究开发这种系统，如美国科学制造中心(NCMS)与空军共同领导的“下一代工作站/机床控制器体系结构”NGC，欧共体的“自动化系统中开放式体系结构”OSACA，日本的OSEC计划等。开放式体系结构可以大量采用通用微机技术，使编程、操作以及技术升级和更新变得更加简单快捷。开放式体系结构的新一代数控系统，其硬件、软件和总线规范都是对外开放的，数控系统制造商和用户可以根据这些开放的资源进行的系统集成，同时它也为用户根据实际需要灵活配置数控系统带来极大方便，促进了数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用，开发生产周期大大缩短。同时，这种数控系统可随CPU升级而升级，而结构可以保持不变。 趋势之二：数控系统向软数控方向发展 现在，实际用于工业现场的数控系统主要有以下四种类型，分别代表了数控技术的不同发展阶段，对不同类型的数控系统进行分析后发现，数控系统不但从封闭体系结构向开放体系结构发展，而且正在从硬数控向软数控方向发展的趋势。 传统数控系统，如FANUC 0系统、MITSUBISHI M50系统、SINUMERIK 810M/T/G系统等。这是一种专用的封闭体系结构的数控系统。目前，这类系统还是占领了制造业的大部分市场。但由于开放体系结构数控系统的发展，传统数控系统的市场正在受到挑战，已逐渐减小。 “PC嵌入NC”结构的开放式数控系统，如FANUC18i、16i系统、SINUMERIK 840D系统、Num1060系统、AB 9/360等数控系统。这是一些数控系统制造商将多年来积累的数控软件技术和当今计算机丰富的软件资源相结合开发的产品。它具有一定的开放性，但由于它的NC部分仍然是传统的数控系统，用户无法介入数控系统的核心。这类系统结构复杂、功能强大，价格昂贵。 “NC嵌入PC”结构的开放式数控系统 它由开放体系结构运动控制卡和PC机共同构成。这种运动控制卡通常选用高速DSP作为CPU，具有很强的运动控制和PLC控制能力。它本身就是一个数控系统，可以单独使用。它开放的函数库供用户在WINDOWS平台下自行开发构造所需的控制系统。因而这种开放结构运动控制卡被广泛应用于制造业自动化控制各个领域。如美国Delta Tau公司用PMAC多轴运动控制卡构造的PMAC-NC数控系统、日本MAZAK公司用三菱电机的MELDASMAGIC 64构造的MAZATROL 640 CNC等。 SOFT型开放式数控系统 这是一种最新开放体系结构的数控系统。它提供给用户最大的选择和灵活性，它的CNC软件全部装在计算机中，而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部I/O之间的标准化通用接口。就像计算机中可以安装各种品牌的声卡和相应的驱动程序一样。用户可以在WINDOWS NT平台上，利用开放的CNC内核，开发所需的各种功能，构成各种类型的高性能数控系统，与前几种数控系统相比，SOFT型开放式数控系统具有最高的性能价格比，因而最有生命力。通过软件智能替代复杂的硬件，正在成为当代数控系统发展的重要趋势。其典型产品有美国MDSI公司的Open CNC、德国Power Automation公司的PA8000 NT等。 趋势之三：数控系统控制性能向智能化方向发展 智能化是21世纪制造技术发展的一个大方向。随着人工智能在计算机领域的渗透和发展，数控系统引入了自适应控制、模糊系统和神经网络的控制机理，不但具有自动编程、前馈控制、模糊控制、学习控制、自适应控制、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿等功能，而且人机界面极为友好，并具有故障诊断专家系统使自诊断和故障监控功能更趋完善。伺服系统智能化的主轴交流驱动和智能化进给伺服装置，能自动识别负载并自动优化调整参数。 世界上正在进行研究的智能化切削加工系统很多，其中日本智能化数控装置研究会针对钻削的智能加工方案具有代表性。 趋势之四：数控系统向网络化方向发展 数控系统的网络化，主要指数控系统与外部的其它控制系统或上位计算机进行网络连接和网络控制。数控系统一般首先面向生产现场和企业内部的局域网，然后再经由因特网通向企业外部，这就是所谓Internet/Intranet技术。 随着网络技术的成熟和发展，最近业界又提出了数字制造的概念。数字制造，又称“e-制造”，是机械制造企业现代化的标志之一，也是国际先进机床制造商当今标准配置的供货方式。随着信息化技术的大量采用，越来越多的国内用户在进口数控机床时要求具有远程通讯服务等功能。 数控系统的网络化进一步促进了柔性自动化制造技术的发展，现代柔性制造系统从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段车间独立制造岛、FA)、体(CIMS、分布式网络集成制造系统)的方向发展。柔性自动化技术以易于联网和集成为目标，同时注重加强单元技术的开拓、完善，数控机床及其构成柔性制造系统能方便地与CAD、CAM、CAPP、MTS联结，向信息集成方向发展，网络系统向开放、集成和智能化方向发展。 趋势之五：数控系统向高可靠性方向发展 随着数控机床网络化应用的日趋广泛，数控系统的高可靠性已经成为数控系统制造商追求的目标。对于每天工作两班的无人工厂而言，如果要求在16小时内连续正常工作，无故障率在P(t)＝99%以上，则数控机床的平均无故障运行时间MTBF就必须大于3000小时。我们只对某一台数控机床而言，如主机与数控系统的失效率之比为10:1(数控的可靠比主机高一个数量级)。此时数控系统的MTBF就要大于33333.3小时，而其中的数控装置、主轴及驱动等的MTBF就必须大于10万小时。如果对整条生产线而言，可靠性要求还要更高。 当前国外数控装置的MTBF值已达6000小时以上，驱动装置达30000小时以上，但是，可以看到距理想的目标还有差距。 趋势之六：数控系统向复合化方向发展 在零件加工过程中有大量的无用时间消耗在工件搬运、上下料、安装调整、换刀和主轴的升、降速上，为了尽可能降低这些无用时间，人们希望将不同的加工功能整合在同一台机床上，因此，复合功能的机床成为近年来发展很快的机种。 柔性制造范畴的机床复合加工概念是指将工件一次装夹后，机床便能按照数控加工程序，自动进行同一类工艺方法或不同类工艺方法的多工序加工，以完成一个复杂形状零件的主要乃至全部车、铣、钻、镗、磨、攻丝、铰孔和扩孔等多种加工工序。 普通的数控系统软件针对不同类型的机床使用不同的软件版本，比如Siemens的810M系统和802D系统就有车床版本和铣床版本之分。复合化的要求促使数控系统功能的整合。目前，主流的数控系统开发商都能提供高性能的复合机床数控系统。 趋势之七：数控系统向多轴联动化方向发展 由于在加工自由曲面时，3轴联动控制的机床无法避免切速接近于零的球头铣刀端部参予切削，进而对工件的加工质量造成破坏性影响，而5轴联动控制对球头铣刀的数控编程比较简单，并且能使球头铣刀在铣削3维曲面的过程中始终保持合理的切速，从而显着改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率，因此，各大系统开发商不遗余力地开发5轴、6轴联动数控系统，随着5轴联动数控系统和编程软件的成熟和日益普及，5轴联动控制的加工中心和数控铣床已经成为当前的一个开发热点。 最近，国外主要的系统开发商在6轴联动控制系统的研究上已经取得和很大进展，在6轴联动加工中心上可以使用非旋转刀具加工任意形状的三维曲面，且切深可以很薄，但加工效率太低一时尚难实用化。 电子技术、信息技术、网络技术、模糊控制技术的发展使新一代数控系统技术水平大大提高，促进了数控机床产业的蓬勃发展，也促进了现代制造技术的快速发展。数控机床性能在高速度、高精度、高可靠性和复合化、网络化、智能化、柔性化、绿色化方面取得了长足的进步。现代制造业正在迎来一场新的技术革命。
毕业论文
一，我国数控系统的发展史
1.我国从1958年起，由一批科研院所，高等学校和少数机床厂起步进行数控系统的研制和开发。由于受到当时国产电子元器件水平低，部门经济等的制约，未能取得较大的发展。
2.在改革开放后，我国数控技术才逐步取得实质性的发展。经过“六五"(81----85年)的引进国外技术，“七五”(86------90年)的消化吸收和“八五”(91~一-95年)国家组织的科技攻关，才使得我国的数控技术有了质的飞跃，当时通过国家攻关验收和鉴定的产品包括北京珠峰公司的中华I型，华中数控公司的华中I型和沈阳高档数控国家工程研究中心的蓝天I型，以及其他通过“国家机床质量监督测试中心”测试合格的国产数控系统如南京四开公司的产品。
3.我国数控机床制造业在80年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型。但总的来说，技术水平不高，质量不佳，所以在90年代初期面临国家经济由计划性经济向市场经济转移调整，经历了几年最困难的萧条时期，那时生产能力降到50%，库存超过4个月。从1 9 9 5年“九五”以后国家从扩大内需启动机床市场，加强限制进口数控设备的审批，投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起到了很大的促进作用，尤其是在1 9 9 9年以后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。
三，数控车的工艺与工装削
阅读：133
数控车床加工的工艺与普通车床的加工工艺类似，但由于数控车床是一次装夹，连续自动加工完成所有车削工序，因而应注意以下几个方面。
1. 合理选择切削用量
对于高效率的金属切削加工来说，被加工材料、切削工具、切削条件是三大要素。这些决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济有效的加工方式必然是合理的选择了切削条件。
切削条件的三要素：切削速度、进给量和切深直接引起刀具的损伤。伴随着切削速度的提高，刀尖温度会上升，会产生机械的、化学的、热的磨损。切削速度提高20%，刀具寿命会减少1/2。
进给条件与刀具后面磨损关系在极小的范围内产生。但进给量大，切削温度上升，后面磨损大。它比切削速度对刀具的影响小。切深对刀具的影响虽然没有切削速度和进给量大，但在微小切深切削时，被切削材料产生硬化层，同样会影响刀具的寿命。
用户要根据被加工的材料、硬度、切削状态、材料种类、进给量、切深等选择使用的切削速度。
最适合的加工条件的选定是在这些因素的基础上选定的。有规则的、稳定的磨损达到寿命才是理想的条件。
然而，在实际作业中，刀具寿命的选择与刀具磨损、被加工尺寸变化、表面质量、切削噪声、加工热量等有关。在确定加工条件时，需要根据实际情况进行研究。对于不锈钢和耐热合金等难加工材料来说，可以采用冷却剂或选用刚性好的刀刃。
2. 合理选择刀具
1) 粗车时，要选强度高、耐用度好的刀具，以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量的要求。
2) 精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求。
3) 为减少换刀时间和方便对刀，应尽量采用机夹刀和机夹刀片。
3. 合理选择夹具
1) 尽量选用通用夹具装夹工件，避免采用专用夹具；
2) 零件定位基准重合，以减少定位误差。
4. 确定加工路线
加工路线是指数控机床加工过程中，刀具相对零件的运动轨迹和方向。
1) 应能保证加工精度和表面粗糙要求；
2) 应尽量缩短加工路线，减少刀具空行程时间。
5. 加工路线与加工余量的联系
目前，在数控车床还未达到普及使用的条件下，一般应把毛坯上过多的余量，特别是含有锻、铸硬皮层的余量安排在普通车床上加工。如必须用数控车床加工时，则需注意程序的灵活安排。
6. 夹具安装要点
目前液压卡盘和液压夹紧油缸的连接是靠拉杆实现的，如图1。液压卡盘夹紧要点如下：首先用搬手卸下液压油缸上的螺帽，卸下拉管，并从主轴后端抽出，再用搬手卸下卡盘固定螺钉，即可卸下卡盘。
四，进行有效合理的车削加工
阅读：102
有效节省加工时间
Index公司的G200车削中心集成化加工单元具有模块化、大功率双主轴、四轴联动的功能，从而使加工时间进一步缩短。与其他借助于工作轴进行装夹的概念相反，该产品运用集成智能加工单元可以使工件自动装夹到位并进行加工。换言之，自动装夹时，不会影响另一主轴的加工，这一特点可以缩短大约10％的加工时间。
此外，四轴加工非常迅速，可以同时有两把刀具进行加工。当机床是成对投入使用的时候，效率的提高更为明显。也就是说，常规车削和硬车可以并行设置两台机床。
常规车削和硬车之间的不同点仅仅在于刀架和集中恒温冷却液系统。但与常规加工不同的是：常规加工可用两个刀架和一个尾架进行加工；而硬车时只能使用一个刀架。在两种类型的机床上都可进行干式硬加工，只是工艺方案的制造者需要精心设计平衡的节拍时间，而Index机床提供的模块结构使其具有更强的灵活性。
以高精度提高生产率
随着生产效率的不断提高，用户对于精度也提出了很高的要求。采用G200车削中心进行加工时，冷启动后最多需要加工4个工件，就可以达到±6mm的公差。加工过程中，精度通常保持在2mm。所以Index公司提供给客户的是高精度、高效率的完整方案，而提供这种高精度的方案，需要精心选择主轴、轴承等功能部件。
G200车削中心在德国宝马Landshut公司汽车制造厂的应用中取得了良好的效果。该厂不仅生产发动机，而且还生产由轻金属铸造而成的零部件、车内塑料装饰件和转向轴。质量监督人员认为，其加工精度非常精确：连续公差带为±15mm，轴承座公差为±6.5mm。
此外，加工的万向节使用了Index公司全自动智能加工单元。首批的两台车削中心用来进行工件打号之前的预加工，加工后进行在线测量，然后通过传送带送出进行滚齿、清洗和淬火处理。最后一道工序中，采用了第二个Index加工系统。由两台G200车削中心对转向节的轴承座进行硬车。在机床内完成在线测量，然后送至卸料单元。集成的加工单元完全融合到车间的布局之中，符合人类工程学要求，占地面积大大减少，并且只需两名员工看管制造单元即可。
五，数控车削加工中妙用G00及保证尺寸精度的技巧
数控车削加工技术已广泛应用于机械制造行业，如何高效、合理、按质按量完成工件的加工，每个从事该行业的工程技术人员或多或少都有自己的经验。笔者从事数控教学、培训及加工工作多年，积累了一定的经验与技巧，现以广州数控设备厂生产的GSK980T系列机床为例，介绍几例数控车削加工技巧。
一、程序首句妙用G00的技巧
目前我们所接触到的教科书及数控车削方面的技术书籍，程序首句均为建立工件坐标系，即以G50 Xα Zβ作为程序首句。根据该指令，可设定一个坐标系，使刀具的某一点在此坐标系中的坐标值为(Xα Zβ)(本文工件坐标系原点均设定在工件右端面)。采用这种方法编写程序，对刀后，必须将刀移动到G50设定的既定位置方能进行加工，找准该位置的过程如下。
1. 对刀后，装夹好工件毛坯；
2. 主轴正转，手轮基准刀平工件右端面A；
3. Z轴不动，沿X轴释放刀具至C点，输入G50 Z0，电脑记忆该点；
4. 程序录入方式，输入G01 W-8 F50，将工件车削出一台阶；
5. X轴不动，沿Z轴释放刀具至C点，停车测量车削出的工件台阶直径γ，输入G50 Xγ，电脑记忆该点；
6. 程序录入方式下，输入G00 Xα Zβ，刀具运行至编程指定的程序原点，再输入G50 Xα Zβ，电脑记忆该程序原点。
上述步骤中，步骤6即刀具定位在XαZβ处至关重要，否则，工件坐标系就会被修改，无法正常加工工件。有过加工经验的人都知道，上述将刀具定位到XαZβ处的过程繁琐，一旦出现意外，X或Z轴无伺服，跟踪出错，断电等情况发生，系统只能重启，重启后系统失去对G50设定的工件坐标值的记忆，“复位、回零运行”不再起作用，需重新将刀具运行至XαZβ位置并重设G50。如果是批量生产，加工完一件后，回G50起点继续加工下一件，在操作过程中稍有失误，就可能修改工件坐标系。鉴于上述程序首句使用G50建立工件坐标系的种种弊端，笔者想办法将工件坐标系固定在机床上，将程序首句G50 XαZβ改为G00 Xα Zβ后，问题迎刃而解。其操作过程只需采用上述找G50过程的前五步，即完成步骤1、2、3、4、5后，将刀具运行至安全位置，调出程序，按自动运行即可。即使发生断电等意外情况，重启系统后，在编辑方式下将光标移至能安全加工又不影响工件加工进程的程序段，按自动运行方式继续加工即可。上述程序首句用 G00代替G50的实质是将工件坐标系固定在机床上，不再囿于G50 Xα Zβ程序原点的限制，不改变工件坐标系，操作简单，可靠性强，收到了意想不到的效果。中国金属加工在线
二、控制尺寸精度的技巧
1. 修改刀补值保证尺寸精度
由于第一次对刀误差或者其他原因造成工件误差超出工件公差，不能满足加工要求时，可通过修改刀补使工件达到要求尺寸，保证径向尺寸方法如下：
a. 绝对坐标输入法
根据“大减小，小加大”的原则，在刀补001～004处修改。如用2号切断刀切槽时工件尺寸大了0.1mm，而002处刀补显示是X3.8，则可输入X3.7，减少2号刀补。
b. 相对坐标法
如上例，002刀补处输入U-0.1，亦可收到同样的效果。
同理，对于轴向尺寸的控制亦如此类推。如用1号外圆刀加工某处轴段，尺寸长了0.1mm，可在001刀补处输入W0.1。
2. 半精加工消除丝杆间隙影响保证尺寸精度
对于大部分数控车床来说，使用较长时间后，由于丝杆间隙的影响，加工出的工件尺寸经常出现不稳定的现象。这时，我们可在粗加工之后，进行一次半精加工消除丝杆间隙的影响。如用1号刀G71粗加工外圆之后，可在001刀补处输入U0.3，调用G70精车一次，停车测量后，再在001刀补处输入U-0.3，再次调用G70精车一次。经过此番半精车，消除了丝杆间隙的影响，保证了尺寸精度的稳定。
3. 程序编制保证尺寸精度
a. 绝对编程保证尺寸精度
编程有绝对编程和相对编程。相对编程是指在加工轮廓曲线上，各线段的终点位置以该线段起点为坐标原点而确定的坐标系。也就是说，相对编程的坐标原点经常在变换，连续位移时必然产生累积误差，绝对编程是在加工的全过程中，均有相对统一的基准点，即坐标原点，故累积误差较相对编程小。数控车削工件时，工件径向尺寸的精度一般比轴向尺寸精度高，故在编写程序时，径向尺寸最好采用绝对编程，考虑到加工及编写程序的方便，轴向尺寸常采用相对编程，但对于重要的轴向尺寸，最好采用绝对编程。
b. 数值换算保证尺寸精度
很多情况下，图样上的尺寸基准与编程所需的尺寸基准不一致，故应先将图样上的基准尺寸换算为编程坐标系中的尺寸。如图2b中，除尺寸13.06mm外，其余均属直接按图2a标注尺寸经换算后而得到的编程尺寸。其中， φ29.95mm、φ16mm及60.07mm三个尺寸为分别取两极限尺寸平均值后得到的编程尺寸。
4. 修改程序和刀补控制尺寸
数控加工中，我们经常碰到这样一种现象：程序自动运行后，停车测量，发现工件尺寸达不到要求，尺寸变化无规律。如用1号外圆刀加工图3所示工件，经粗加工和半精加工后停车测量，各轴段径向尺寸如下：φ30.06mm、φ23.03mm及φ16.02mm。对此，笔者采用修改程序和刀补的方法进行补救，方法如下：
a. 修改程序
原程序中的X30不变，X23改为X23.03，X16改为X16.04，这样一来，各轴段均有超出名义尺寸的统一公差0.06mm；
b. 改刀补
在1号刀刀补001处输入U-0.06。
经过上述程序和刀补双管齐下的修改后，再调用精车程序，工件尺寸一般都能得到有效的保证。
数控车削加工是基于数控程序的自动化加工方式，实际加工中，操作者只有具备较强的程序指令运用能力和丰富的实践技能，方能编制出高质量的加工程序，加工出高质量的工件。
六，数控机床故障排除方法及其注意事项
由于经常参加维修任务，有些维修经验，现结合有关理论方面的阐述，在以下列出，希望抛砖引玉。
一、故障排除方法
（1）初始化复位法：一般情况下，由于瞬时故障引起的系统报警，可用硬件复位或开关系统电源依次来清除故障，若系统工作存贮区由于掉电，拔插线路板或电池欠压造成混乱，则必须对系统进行初始化清除，清除前应注意作好数据拷贝记录，若初始化后故障仍无法排除，则进行硬件诊断。
（2）参数更改，程序更正法：系统参数是确定系统功能的依据，参数设定错误就可能造成系统的故障或某功能无效。有时由于用户程序错误亦可造成故障停机，对此可以采用系统的块搜索功能进行检查，改正所有错误，以确保其正常运行。
（3）调节，最佳化调整法：调节是一种最简单易行的办法。通过对电位计的调节，修正系统故障。如某厂维修中，其系统显示器画面混乱，经调节后正常。如在某厂，其主轴在启动和制动时发生皮带打滑，原因是其主轴负载转矩大，而驱动装置的斜升时间设定过小，经调节后正常。
最佳化调整是系统地对伺服驱动系统与被拖动的机械系统实现最佳匹配的综合调节方法，其办法很简单，用一台多线记录仪或具有存贮功能的双踪示波器，分别观察指令和速度反馈或电流反馈的响应关系。通过调节速度调节器的比例系数和积分时间，来使伺服系统达到即有较高的动态响应特性，而又不振荡的最佳工作状态。在现场没有示波器或记录仪的情况下，根据经验，即调节使电机起振，然后向反向慢慢调节，直到消除震荡即可。
（4）备件替换法：用好的备件替换诊断出坏的线路板，并做相应的初始化启动，使机床迅速投入正常运转，然后将坏板修理或返修，这是目前最常用的排故办法。
（5）改善电源质量法：目前一般采用稳压电源，来改善电源波动。对于高频干扰可以采用电容滤波法，通过这些预防性措施来减少电源板的故障。
（6）维修信息跟踪法：一些大的制造公司根据实际工作中由于设计缺陷造成的偶然故障，不断修改和完善系统软件或硬件。这些修改以维修信息的形式不断提供给维修人员。以此做为故障排除的依据，可正确彻底地排除故障。
二、维修中应注意的事项
（1）从整机上取出某块线路板时，应注意记录其相对应的位置，连接的电缆号，对于固定安装的线路板，还应按前后取下相应的压接部件及螺钉作记录。拆卸下的压件及螺钉应放在专门的盒内，以免丢失，装配后，盒内的东西应全部用上，否则装配不完整。
（2）电烙铁应放在顺手的前方，远离维修线路板。烙铁头应作适当的修整，以适应集成电路的焊接，并避免焊接时碰伤别的元器件。
（3）测量线路间的阻值时，应断电源，测阻值时应红黑表笔互换测量两次，以阻值大的为参考值。
（4）线路板上大多刷有阻焊膜，因此测量时应找到相应的焊点作为测试点，不要铲除焊膜，有的板子全部刷有绝缘层，则只有在焊点处用刀片刮开绝缘层。
（5）不应随意切断印刷线路。有的维修人员具有一定的家电维修经验，习惯断线检查，但数控设备上的线路板大多是双面金属孔板或多层孔化板，印刷线路细而密，一旦切断不易焊接，且切线时易切断相邻的线，再则有的点，在切断某一根线时，并不能使其和线路脱离，需要同时切断几根线才行。
（6）不应随意拆换元器件。有的维修人员在没有确定故障元件的情况下只是凭感觉那一个元件坏了，就立即拆换，这样误判率较高，拆下的元件人为损坏率也较高。
（7）拆卸元件时应使用吸锡器及吸锡绳，切忌硬取。同一焊盘不应长时间加热及重复拆卸，以免损坏焊盘。
（8）更换新的器件，其引脚应作适当的处理，焊接中不应使用酸性焊油。
（9）记录线路上的开关，跳线位置，不应随意改变。进行两极以上的对照检查时，或互换元器件时注意标记各板上的元件，以免错乱，致使好板亦不能工作。
（10）查清线路板的电源配置及种类，根据检查的需要，可分别供电或全部供电。应注意高压，有的线路板直接接入高压，或板内有高压发生器，需适当绝缘，操作时应特别注意。
最后，我觉得：维修不可墨守陈规，生搬理论的东西，一定要结合当时当地的实际情况，开阔思路，逐步分析，逐个排除，直至找到真正的故障原因。
综上所述，数控技术的发展是与现代计算机技术、电子技术发展同步的，同时也是根据生产发展的需要而发展的。现在数控技术已经成熟，发展将更深更广更快。未来的CNC系统将会使机械更好用，更便宜。
参考资料：参考资料：1.张耀宗.机械加工实用手册编写组.机械工业出版社，1997
数控机床可维修性设计及其
关键技术研究
摘 要] 故障作为随机事件是不可避免的,而可靠性设计从某种意义上讲又是靠大量的可靠性测量
分析与储备。为此人们在设计中,在对关键的零部件进行适当的可靠性储备的同时,应更多地注重于产
品的可维修性设计,可维修性设计虽然会使成本有所增加,但较之在产品开始产生之后,再对设计进行
修改而带来的经济损失和声誉损失,仍然是相当经济的。本文重点从设计措施入手研究提高数控设备
维修性的新途径,使数控产品的故障诊断和维修既方便又快捷,并在此基础分析冗余设计的维修性设计
技术。
[关键词] 数控机床;可维修性设计;设计准则;技术分析;冗余设计
设计质量对于产品而言至关重要,而以最少的成本获
得高质量的产品已经成为当今产品设计的主要追求。可维
修性设计就是其中一个非常重要的内容,可维修性设计就
是把维修性纳入产品设计过程,通过设计与验证实现维修
性要求,这不仅是提高产品质量水平的客观需要,也是用户
的迫切需求。因为一件产品的维修工作越简单,那么它对
顾客的吸引力也就越大。
随着数控技术的发展,设计人员在产品设计中引入了
大量的电子技术元件,这一方面改善了数控产品的性能,而
另一方面给产品的可靠性设计也带来了新问题。因为故障
作为随机事件是不可避免的,而可靠性设计从某种意义上
讲又是靠大量的可靠性测量分析与储备。为此人们在设计
中,在对关键的零部件进行适当的可靠性储备的同时,应更
多地注重于产品的可维修性设计,使产品的故障诊断和维
修既方便又快捷。
1 维修性方案
人们现在所关心的已不仅仅是产品的初始性能,而是
产品在整个生命周期中的性能变化。而产品的使用性能受
到其使用方法的影响。因此一方面,我们需要知道产品是
如何被使用的,这些信息可以从它的前代产品中得到。另
一方面,设计者在设计时可以采取一定措施来改变产品将
来被使用以及维修的方式。例如,设计者需要判断那种零
件更加耐磨,以及零件的替换方式等等,这些都将直接关系
到产品的拆卸性能、维修性能。因此我们需要做的不仅仅
是预测产品或部件的故障发生率,则是要求以最少的操作
和成本完成一件产品或一个系统的维修工作。现在,制造
商们已经意识在产品设计和制造过程中考虑产品的可维
修性。
现代设计的数控设备不仅要功能佳,而且也要使用、维
修方便,这样整台设备的综合效率才高。在产品论证、方案
设计时,设计者要有现代设计意识,采用并行工程的原理,
考虑到从产品概念到投入使用过程中的整个寿命周期中所
有的因素,包括设计、制造、安装、调试、使用、维修等阶段。
因此,设计者在产品设计建模时,就应当考虑到产品拆卸的
可能性及修理的结构工艺性,整台设备不能有不可到达的
死角,所有部件尽量采用快速解脱装置,以便拆装。
2 维修性设计与分析
2. 1 可达性设计
可达性就是在进行设备维修、更换时,能够方便地接近
维修部位和进行维修作业,是一种设计布局与装配特性。
可达性又分为:安装场所可达性;设备外部可达性;内部可
达性三类。良好的可达性,能减少维修牵连和差错,使维修
作业方便舒适。在进行可达性设计过程中,可以重点从以
下几个方面去把握:
(1)所有的零部件都应在不拆卸其他零部件的情况下
也能直接看到或碰到; (2)更换零部件时间:为了缩短更换
零部件的时间,从布局观点应考虑,把故障出现频数多的零
部件、更换时间长的零部件,放在可达性好的部位; (3)零
部件的尺寸与质量:对于大的、重的零部件等,在布局时应
考虑尽可能放置在开口部分近旁;并且在更换时不致损坏
其他零部件的部位; (4)诊断的难易:机器内零部件配置应
多考虑进行诊断的程序,即维修人员一边直接检查零部件,
一边判定故障位置。一般来说,零部件的配置方法可分为
下面四类:A标准配置:配置零部件时,要考虑其重量、热分
布、工作性能等方面,也要考虑其强度、耐久性和制造工艺
性,但对下述方法不作考虑; B零部件的分类配置:把同类
的结构单元、零部件(例如继电器)等安装在一起,这种方
法对定期的预防维修(定期检果、定期更换等)是方便的; C
电路的分类配置:这是电子设备中常用的一种方法,它是把
由多个零部件组成的结构单元(用途不同也可以)集中在
一处。这样,有利于实现元部件的标准化,并可简化测试程
序和缩短测试时间;D逻辑式配置:按照功能方框图的各方
框来进行配置。维修人员在理解了工作原理之后,就能很
容易地对照框图来寻求故障位置。(5)设整检查的难易:
最现想的零部件配置是,不用打开机器就能检查或设整机
器。即使机器内有调整处,也必须使其不停机就能进行调
整; (6)零部件周围的空间:在更换零部件时,如无适当的
空间,就会严重妨碍作业。(7)目视:在配置零部件时为了
能用目视,应考虑以下几点:A、拆下盖板时,要能以正常的
视角看到所有的零部件; B、取放零部件时,要能从开口部
分看到零部件; C、配置零部件时,要使零部件上的金属件、
螺丝等能看到清而不受其他零部件遮蔽,也不受工作人员
的手和工具的遮蔽; D、为了能识别,要在机体上和零部件
上作出标记; E、需要调整的零部件,既要看得见调整外,又
要在机体上或对应的显示器上显示其调整范围。
2. 2 模快化设计
在整体式结构中,失效的零部件或元器件是分立而离
散分布的,判明故障点比较困难,在维修中往往需大拆大
卸,并受工具、测试设备、操作空间等维修条件的限制,不仅
修复和更换速度慢,而且易影响维修后的质量,并且对维修
人员的技术和技能要求比较高。
模块是将一个单元体、组件、部件或零部件,设计成一
个可以单独处理的单元,使其便于供应和安装、使用、维修。
由于整机中的模块便于拆装、测试,所以模块化对维修有特
别重大的意义,它使维修工作产生了革命性的变化,或者
说,模块化带来了维修工作的革命。
(1)简化维修,缩短维修时间:从维修着眼,模块是以
从整机上整个地拆下来的设计部件,维修是以模块为单位
进行的。由于模块易于从整机中拆卸和组装,简化了维修
工作,缩短了维修时间。(2)易于测试诊断:模块间有明确
的功能分割,能单独调试,且常有故障指示,出现故障后易
于判断,并迅速找到有故障模块,缩短了故障诊断、定位时
间。(3)降低对维修人员水平的要求:由于维修方式和维
修条件和改善,可大大降低对维修人员的技术水平和技能
的要求,并易于保证维修质量。如有备用模块、甚至设备的
操作者就可及时进行快速更换。(4)减少预防性维修工作
量:由于模块易于与产品剥离,许多模块可以拆下来,拿回
到维修室进行维修,维修环境良好,维修工具齐全,可减少
或避免现场维修;有时由于机器已装上备用模块而正常运
转,对损坏的模块可从容不迫地进行维修,有助于保证修复
性维修的质量。(5)有助于实施改进性维修:由于模块是
“黑箱”型部件,有确定的功能和输入、输出接口,新技术模
块只要功能与接口能相兼容,就可方便地用于改造老产品。
(6)有助于售后服务(维修):现代企业都有一支数量不小
的售后服务队伍,以便让用户满意。模块化产品不仅易于
测试、诊断,并且由于模块通用性大、寿命长、生产批量大,
大多数备件都是新产品上还在使用的零部件,易于取得,甚
至可在市场上购得。(7)模块化设计对维修除有上述的技
术性好处外,还可大大简化维修管理。
2. 3 测试诊断设计
最基本的要求就是,测试诊断应准确、迅速、简捷。
(1)对测试点配置的要求:A、测试点的种类与数量应
适应各维修级别的需求,并考虑到测试技术不断发展的要
求。B、测试点的布局要便于检测,并尽可能集中或分区集
中,且可达性良好。其排列应有利于进行顺序的检测与诊
断。C、测试点的选配应尽量适应原位检测的需要。产品
内部及需修复的可更换单元还应配备适应数量供修理使用
的测试点。D、测试点和测试基准不应设置在易损坏的部
位。(2)对测试方式和设备的要求:A、应尽量采取原位(在
线,实时与非实时的)测试方式。重要部位应尽量采用性能
监测(视)和故障报警装置。对危险的征兆应能自动显示,
自动报警。B、对复杂的设备系统,应采用机内测试(BIT),
外部自动测试设备,测试软件,人工测试等,形成高的综合
诊断能力,保证能迅速,准确地判明故障部位。要注意被测
单元与测试设备的接口匹配。C、在机内测试、外部自动测
试与人工测试之间要进行费用、效能的综合权衡,使系统诊
断能力与费用达到最优化。D、测试设备应与主装备同时
进行选配或研制、试验、交付使用。研制时应优先选用现行
系统中适用的或通用的测试设备;必要时考虑测试技术的
发展,研制新的测试设备。E、测试设备要求体积和质量
小、在各种环境条件下可靠性高、操作方便、维修简单和通
用化、多功能化。(3)故障诊断的一般要求:对于一个系统
来说,故障诊断应该满足以下要求:A、对系统在各种方式
和状态下均能可靠地进行检测,并能指出系统在各种方式
下处于正常工作、发生故障、抑或性能退化的状态。B、能
检测显示95%的系统故障,并能把其中90%的故障定位到
更换单元。C、避免或尽量少使用外部测试仪器。D、故障
检测和定位电路的失效率,不超过系统总失效率的5%。
E、错误告警概率应小于1%。错误告警包括: a虚警:监控
电路指示有故障,而实际上并不存在功能性故障; b故障没
有被发现:发生了故障,但未显示出来; c故障识别错误:故
障部位或性质显示的错误。(4)测试性设计一般准则:测
试性是指产品(系统、子系统、设备或模块)能及时准确地
确定其状态(可工作、不可工作、性能下降)和隔离其内部
故障的一种设计特性。也就是须在产品设计时就考虑测试
要素,使产品方便测试和(或)产品本身就能完成某些测试
功能。测试性设计的一般要求如下: A、合理划分功能单
元:只要有可能,应根据结构表示物理和电气的划分。因为
实际维修单元是结构分解所得的模块。B、应为诊断对象
配置内部和外部测试装置,并应确保BITE(内部测试装置)
性能的修复和校准。C、测试过程(程序)和外部激励源,对
部件本身及有关设备或整个系统不产生有害效果。尤其需
注意检查会否构成影响安全的潜在通路。D、所有的总线
系统对各种测量应都是可访问的。E、对于通用功能,应设
计和编写诊断应用软件,以便维修人员可以迅速进行检测。
F、应考虑维修中所需使用的外部设备及其测量过程,应考
虑与外部设备的兼容性和配备必要的测试点。G、诊断系
统应能通过相应的测量,对产品的使用功能、设计单元的状
态和输出特性作出评价。H、测试方式的转换:每个诊断系
统都不可能是完美无缺的,有时会造成对被测件(UUT)的
测试不准;此时,可应用常规的、功能定位的测试方法,在可
替换模块级确定故障位置,这些维修接口(测试点)也可用
来检测模块的运行数据。
2. 4 防差错的设计
防差错设计的一般要求如下: (1)设计时,应避免或消
除在使用操作和维修时造成人失误的可能,即使发生失误
也应不危机人机安全,并能立即发觉和纠正。(2)外形相
近而功能不同的零部件,重要连接部位和安装时容易发生
差错的零部件,应从构造上采取防差错措施或有明显的防
止差错识别标志。(3)产品上应有必要的为防止差错和提
高维修效率的标志。(4)测试点和与其他有关设备的连接
点处,均应标明名称或用途以及必要的数据等,也可标明编
号或代号。(5)需要进行注油保养的部位应设置永久性标
志,必要时应设置标牌。(6)对可能发生操作差错的装置
应有操作顺序号码和方向的标志。(7)对间隙较小,周围
产品较多且安装定位困难的组合件、零部件等应有定位销、
槽或安装位置的标志。(8)标志应根据产品的特点、使用、
维修的需要,按照有关标准的规定采用规范化的文字,数
字,颜色或光,图案或符号等表示。标志的大小和位置要适
当,鲜明醒目,容易看到和辨认。(9)标牌和标志在装备使
用、存放和运输条件下都必须是经久耐用的。
3 冗余设计
容错技术的关键是冗余技术,即采用备用的硬件或软
件参与系统的运行或处于准备状态,一旦系统出现故障,能
自动切换,保持系统不间断地正常工作。冗余控制的概念,
严格来讲是采用一定或成倍量的设备或元器件的方式组成
控制系统来参加控制。当某一设备或元器件发生故障而损
坏时,它可以通过硬件、软件或人为方式,相互切换作为后
备设备或元器件,替代因故障而损坏的设备或元器件,保持
系统正常工作,使控制设备因意外而导致的停机损失降到
最低。提到冗余,这里还有一个概念———同步(synchroniza-
tion)。它是指冗余系统的两个或多个处理器之间要经常比
较各自的状态,根据一定的规则以决定系统是否工作在正
常的状态。这种状态比较和系统可靠性的判定被称作
同步。
冗余控制的方式在工控领域根据不同的产品和客户不
同的需求有多种多样,采用的方式也不尽相同。
一般根据产品应用和客户需求的不同,冗余控制可分
为: (1)处理器冗余(CPU冗余); (2)通信冗余(网络冗
余); (3)I/O冗余; (4)电源冗余。
按冗余的实现方式来分大致可分为: (1)硬冗余(hard
-redundancy),即采用特殊的硬件模块或PLC中固化的程
序来实现PLC同步、故障切换的冗余方式。(2)软冗余
(soft-redundancy),即采用编程的方式来实现PLC同步、
故障切换的冗余方式。
按冗余的切换方式来分大致可分为: (1)热冗余(热备
hot-back),即硬冗余方式,当主设备故障时,通过特定硬
件判别、备份方式无间隙地自动切换到备用设备上,保持系
统正常运行。(2)暖冗余(暖备或温备warm-back),即软
冗余方式,主要通过编程方式来实现冗余。由于软冗余的
实现受多方因素制约,系统切换的时间较硬冗余稍长,因此
部分软冗余可能会使主设备在发生切换时有间隙或需要人
为简单干预或预置才得以完善。(3)冷冗余(冷备cold-
back),即一套或部分冗余的设备(如: CPU)不通电、不工
作,准备待命(人为预置好)。当主设备故障时需要人工恢
复系统运行。按照现在的严格定义,这种方式,并不算是冗
余,只作备件理解。这种冗余一般应用于实时性不强、工艺
连续性要求不高的场合。
I/O冗余、电源冗余大多数属于硬冗余范畴,而处理器
冗余、通信冗余(网络冗余)既可采用硬冗余实现也可以采
用软冗余实现。一般硬冗余与软冗余相比,硬冗余投入较
大,冗余实现和系统维护相对简单,系统性能较可靠,系统
的切换速度会较快。适合于生产工艺要求较高、反应速度
较快的装置和生产线。软冗余投入的成本比硬冗余小,软
冗余不需要特殊的冗余模块或软件支持,但在冗余实现和
系统维护方面比较繁琐并且一般的软冗余切换的速度稍
慢,系统性能主要取决于编程者的编程水平和所选硬件的
品质,这类冗余方式比较适用于生产工艺流程要求不太高、
反应速度较慢、开停要求不严的装置和生产线。
为了提高设备的可靠性,降低故障率,在设计时,对关
键的部件或分系统,可采取额外附加部件或采取其他手段。
其优点在于设备的一部分发生故障时,整个系统仍能正常
工作,改变传统的一坏就修的弊端。
冗余性设计有以下3种形式: (1)工作储备设计:对某
一关键部件,采用2个以上与其相同的单元,共同完成某一
功能的设计,并联、并串联、串并联等就是其常见的形式
(2)表决储备设计: n个相同的单元中,只要有k个以上的
单元不发生故障,系统就能正常工作,又称“n中取k”储备
设计。(3)非工作储备设计:当设备的一个单元(或分系
统)发生故障时,另一个未工作的单元(或分系统)通过故
障监测装置及转换进入工作状态的设计。这样设计的优点
是系统的可靠性高,缺点是增加了转换装置,若采用手动转
换,可能会造成暂短的停机损失;若采用自动转换,则会增
加设备的制造成本,因此,采用这种设计时,要在设备的高
性能与其生产成本之间求得平衡。
4 结束语
在生产过程开始之后再对设计进行修改必将会带来成
本的增加,因此设计者如果在设计的初始阶段就考虑到产
品的可维修性,那么此时更改设计所带来的损失相对较小。
可维修性设计所带来的收益包括:降低操作成本和生命周
期费用。实行可维修性设计的着眼点在于用户产品使用中
(上接第52页)的维修经济性,目的是获取潜在的、长期的
经济和社会效益。可维修性设计虽然会使成本有所增加,
但较之在产品开始产生之后,甚至在用户使用过程中发现
维修性问题,再对设计进行修改而来经济损失和声誉损失,
仍然是相当经济的。
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