臥式車床數(shù)控機(jī)床改造(畢業(yè)設(shè)計(jì))正文

1、 韶關(guān)電大畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第iii頁臥式車床數(shù)控化改造摘 要由于目前國內(nèi)的數(shù)控機(jī)床數(shù)量需求量大，達(dá)到300萬臺(tái)之巨，要進(jìn)行全部翻新在時(shí)間，物質(zhì)上尚不具有足夠的條件，為了達(dá)到的條件，為達(dá)到較高精度，實(shí)現(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)性，對(duì)普通車床實(shí)行數(shù)控開環(huán)改造。本次設(shè)計(jì)著重對(duì)ca6140普通車床的縱橫向進(jìn)給系統(tǒng)改造，并對(duì)縱橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)齒輪箱進(jìn)行改造。本次設(shè)計(jì)作了下面的一些工作： 1機(jī)械部分采用了一級(jí)齒輪傳動(dòng)，以bf型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源，以cbm/cdm滾珠絲杠作為重要元件，以便更好的實(shí)行軟件控制；2數(shù)控部分采用mcs-51中的8031作為主控芯片建立一套單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。擴(kuò)展i/o接口用8155芯片及外存儲(chǔ)

2、器，采用地址鎖存和譯碼器。3 solidworks造型，包括軟件的應(yīng)用和對(duì)車床的實(shí)體建摸。關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床改造、單片機(jī), 滾珠絲杠 bf型步進(jìn)電機(jī) solidworks abstracbecause of the great number of machine tools in our country ,the number is3,000,000.it is impossible to renew them all without enough time and materialto reform part of old ones with numerrical control(nc) op

3、en-loop control system to get high precision and high economy is a good way. the design emphases on the reform of lengthwise and axial feed systems, the fear box of the axial system, too.some work has been in the paper:(1) based on the one-level driving , the style bfstepper motor which acts the sou

4、re of power, the cdm/cbm screw ball which is the important transmission element, the part of machinery realizes the software control.(2) the numerical control partially uses in mcs-51 8031 to do primarily controls the chip to establish a set of monolithic integrated circuits application system。expan

5、ds the i/oconnection with 8155 chips and the external memory, uses the address lock to save with the decoder(3) solidworks modelling constructs including the software application and to the lathe entitytraceskeywords: numerical control machine tool ,single-chip microcomputer ，ball screw, the style b

6、f stepper motor, solidworks。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第ii頁目 錄1 緒 論12 總體方案確定42.1車床改造方案的選擇42.2車床改造方案的確定53.機(jī)械計(jì)算部分63.1選擇脈沖當(dāng)量63.2計(jì)算切削力63.3滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型73.3.1縱向進(jìn)給絲杠73.3.2橫向進(jìn)給絲杠103.4齒輪傳動(dòng)比的計(jì)算113.4.1縱向齒輪傳動(dòng)比計(jì)算113.4.2橫向齒輪傳動(dòng)比計(jì)算123.5步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型123.5.1縱向步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算123.5.2橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型154. 微機(jī)控制部分184.1 總體設(shè)計(jì)184.2主控制器184.2.1主控器

7、的選擇184.2.2 8031對(duì)片外存儲(chǔ)器的選擇194.2.3 8031并行i/o口擴(kuò)展195.電路原理圖設(shè)計(jì)205.1關(guān)于各線路元件之間線路連接205.2. 關(guān)于電路原理圖的一些說明216. 數(shù)控機(jī)床故障診斷256.1初級(jí)診斷256.2高級(jí)診斷276.3未來數(shù)控系統(tǒng)的診斷技術(shù)287.solidworks造型307.1 solidworks 軟件介紹307.2 繪制草圖317.3 裝配體設(shè)計(jì)338. 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)37結(jié) 論42致 謝43參考文獻(xiàn)44韶關(guān)電大畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 1 緒 論機(jī)床數(shù)控技術(shù)就是以數(shù)字化的信息實(shí)現(xiàn)機(jī)床自動(dòng)控制的專門技術(shù)，其中刀具與工件運(yùn)動(dòng)軌跡的自動(dòng)控制、刀具與工件相對(duì)運(yùn)

8、動(dòng)速度的自動(dòng)控制是機(jī)床數(shù)字控制的最主要內(nèi)容。數(shù)字控制機(jī)床(numerical control machine tools)簡(jiǎn)稱數(shù)控機(jī)床，這是一種將數(shù)字計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于機(jī)床的控制技術(shù)。數(shù)控機(jī)床是一個(gè)精密的機(jī)電一體化產(chǎn)品。是由精密機(jī)械部件（如滾珠絲桿、高精度導(dǎo)軌、精密軸承、主軸）和復(fù)雜電氣部件（如數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)裝置和伺服電機(jī)以及精密測(cè)量系統(tǒng)）構(gòu)成的一個(gè)完整的產(chǎn)品。它把機(jī)械加工過程中的各種控制信息用代碼化的數(shù)字表示，通過信息載體輸入數(shù)控裝置。經(jīng)運(yùn)算處理由數(shù)控裝置發(fā)出各種控制信號(hào)，控制機(jī)床的動(dòng)作，按圖紙要求的形狀和尺寸，自動(dòng)地將零件加工出來。數(shù)控機(jī)床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題，

9、是一種柔性的、高效能的自動(dòng)化機(jī)床，代表了現(xiàn)代機(jī)床控制技術(shù)的發(fā)展方向，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。數(shù)控機(jī)床的基本組成包括加工程序載體、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)床主體和其他輔助裝置。數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)組成框圖如下：數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)組成框圖其工作原理是先根據(jù)被加工零件的形狀、尺寸和技術(shù)要求等條件，確定該零件的加工工藝過程、工藝參數(shù)，并按一定的規(guī)則形成數(shù)控系統(tǒng)能理解的加工程序。即：將被加工零件的幾何信息和工藝信息數(shù)字化；按標(biāo)準(zhǔn)的格式編制成零件加工程序單；然后將此加工程序輸入到數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置中，并將輸入到數(shù)控單元的加工程序進(jìn)行試運(yùn)行、刀具路徑模擬等。確認(rèn)無誤后，再將被加工零件裝夾好；對(duì)刀后，即可啟動(dòng)機(jī)床

10、運(yùn)行加工程序。在加工程序運(yùn)行時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)會(huì)根據(jù)加工程序的內(nèi)容，發(fā)出各種控制命令，如啟動(dòng)主軸電動(dòng)機(jī)，打開切削液、進(jìn)行刀具軌跡計(jì)算、向特殊的執(zhí)行單元發(fā)出數(shù)字位移脈沖和進(jìn)行進(jìn)給速度控制等。正常情況下，加工程序可直接運(yùn)行到其結(jié)束。當(dāng)改變加工零件時(shí)，在數(shù)控機(jī)床上只要改變加工程序，就可以繼續(xù)加工新零件。數(shù)控機(jī)床改造在國外以發(fā)展成一個(gè)新興的工業(yè)部門。早在60年代已經(jīng)開始迅速發(fā)展，并有專門企業(yè)經(jīng)營這門業(yè)務(wù)，其發(fā)展的原因是多方面的。首先是技術(shù)的原因，過去20年里，金屬切削的基本原理變化不大，但社會(huì)的生產(chǎn)力的巨大發(fā)展，要求制造技術(shù)向自動(dòng)化和精密化前進(jìn)。而刀具材料和電子技術(shù)卻有很的大的進(jìn)步，特別是微電子技術(shù)，電子計(jì)

11、算機(jī)的技術(shù)進(jìn)步，反應(yīng)出控制系統(tǒng)，它能幫助機(jī)床自動(dòng)化又能提高加工精度，技術(shù)進(jìn)步和高生產(chǎn)率的要求，精密加工的增多等，突出了舊機(jī)床技術(shù)改造技術(shù)的必要性和急迫性。其次是經(jīng)濟(jì)上的原因。許多發(fā)達(dá)國家多做過系統(tǒng)的分析，如果舊機(jī)床設(shè)備以新設(shè)備更新，要付出很大的代價(jià)的，若利用“改造技術(shù)”，則節(jié)省大半資金，這種事半功倍的技術(shù)，不僅不浪費(fèi)資金而切還為小企業(yè)技術(shù)改造開創(chuàng)了新路，而且對(duì)實(shí)力雄厚的大企業(yè)也有很大的經(jīng)濟(jì)吸引力。再次是市場(chǎng)因素，目前許多國家設(shè)備所需的數(shù)控機(jī)床數(shù)量，按機(jī)床工業(yè)現(xiàn)狀是無力及時(shí)提供的。機(jī)床“改造”就成為機(jī)床市場(chǎng)需要的補(bǔ)足手段。最后是生產(chǎn)力的因素，在工業(yè)生產(chǎn)中，品種多小批量生產(chǎn)是現(xiàn)代化機(jī)械制造業(yè)的基本

12、特征，只有相當(dāng)大比重完成生產(chǎn)任務(wù)，不外乎選擇通用機(jī)床、專業(yè)機(jī)床和數(shù)控機(jī)床，柔性制造系統(tǒng)，就工業(yè)復(fù)雜程度和一批工件所需要生產(chǎn)總成本比較中看出，數(shù)控機(jī)床最能適應(yīng)這一需要。我國是擁有300萬機(jī)床國家。而這些機(jī)床又大量是多年累積生產(chǎn)的通用機(jī)床，自動(dòng)化程度不高，要想在近幾年內(nèi)大量用自動(dòng)、半自動(dòng)和精密機(jī)床更新現(xiàn)有設(shè)備，不論資金還是我國機(jī)床的能力是辦不到的。因此應(yīng)盡快將我國現(xiàn)有一部分普通機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和精密化改裝，是我國現(xiàn)有設(shè)備改造自動(dòng)化要求解決的課題。用這控制技術(shù)正是適應(yīng)這一要求。它是建立在微電子現(xiàn)代技術(shù)和傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上。在機(jī)床改造中引入了微機(jī)的應(yīng)用，不但技術(shù)具有先進(jìn)性，同時(shí)在應(yīng)用此自動(dòng)化改造方案

13、，有較大的應(yīng)用性和可調(diào)性，而且投資改造的費(fèi)用低，一套經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置的價(jià)格僅是全功能型數(shù)控裝置的1/3到1/5擁護(hù)承擔(dān)的起。從若干單位應(yīng)用的實(shí)例可論證，投入使用后，成倍的提高了生產(chǎn)效率，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。因此，我國提出從大力推廣經(jīng)濟(jì)型數(shù)控這一中間技術(shù)的基礎(chǔ)上，再推出全功能型數(shù)控這條道路，適合我國經(jīng)濟(jì)、教育、生產(chǎn)水平，對(duì)于以后全動(dòng)能型數(shù)控機(jī)床應(yīng)用的準(zhǔn)備階段，為實(shí)現(xiàn)我國傳統(tǒng)的機(jī)械制造的方向過度的重要內(nèi)容。ca6140機(jī)床是一種普通精度的及萬能臥式機(jī)床，屬于使用范圍廣的通用機(jī)床。這種機(jī)床的性能及質(zhì)量較好。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自動(dòng)化程序較低，是一種屬于中型的普通機(jī)床，在各廠礦企業(yè)的應(yīng)用很廣。為此，本次設(shè)計(jì)的

14、任務(wù)是對(duì)ca6140普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造，利用微機(jī)對(duì)縱橫向進(jìn)給系統(tǒng)實(shí)行開環(huán)控制。驅(qū)動(dòng)元件是利用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)利用滾珠絲杠。2 總體方案確定2.1車床改造方案的選擇2.1.1設(shè)計(jì)系統(tǒng)的選擇在簡(jiǎn)易數(shù)控系統(tǒng)中，大多數(shù)是利用八位微處里機(jī)和單片機(jī)，近年來國有一些主要的半導(dǎo)體制造廠家相繼生產(chǎn)了各種八位單片微型機(jī)，主要有mcs48系列，cs-51系列，mostek的3870，motorolo公司的6801和6805。目前在國內(nèi)用的較廣，開發(fā)工具較齊的是mcs-51系列，這里選用mcs-51系列中的8031。2.1.2系統(tǒng)運(yùn)用方式的確定數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動(dòng)方式可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)，點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)，輪廓控制系統(tǒng)

15、，連續(xù)控制系統(tǒng)。車床是控制刀具以給定速率沿指定路線運(yùn)動(dòng)來加工工件輪廓復(fù)雜的零件，其個(gè)坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)之間有著精確的出數(shù)關(guān)系，根據(jù)車床加工這一特點(diǎn)，采用連續(xù)控制系統(tǒng)比較合適，連續(xù)控制系統(tǒng)具有點(diǎn)位控制系統(tǒng)的功能，故定位方式采用增量坐標(biāo)控制。2.1.3伺服系統(tǒng)的選擇伺服系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)位量伺服控制有開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)三種控制方式。開環(huán)控制的伺服系統(tǒng)存在著精度不能達(dá)到太高的基本問題，但是步進(jìn)電機(jī)具有位移和輸出脈沖的嚴(yán)格對(duì)應(yīng)關(guān)系，使誤差不能積累，轉(zhuǎn)速和輸出脈沖頻率有嚴(yán)格的對(duì)映關(guān)系，而且在負(fù)載能力范圍內(nèi)不受電流、電壓、負(fù)載大小、環(huán)境條件的波動(dòng)變化的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)裝置發(fā)出信號(hào)的流向是單向的，對(duì)移動(dòng)部件如工作臺(tái)的實(shí)際位置工

16、件檢測(cè)。并且伴隨電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，目前大多采用直流電動(dòng)機(jī)或交流電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件。雖然閉環(huán)、半閉環(huán)對(duì)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)較高精確的位置伺副。由于反饋環(huán)節(jié)必須的技術(shù)條件要控制閉環(huán)系統(tǒng)的良好的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，其難度也大為提高。本設(shè)計(jì)是基于ca6140普通型的車床的經(jīng)濟(jì)化、數(shù)控化改造故采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)開環(huán)伺服系統(tǒng)。2.1.4執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)式的確定（1）導(dǎo)軌 由于普通型車床的改造精度要求的不高的開環(huán)系統(tǒng)，而滑動(dòng)導(dǎo)軌定位精度和靈敏不需研磨措施可達(dá)到10um左右。能夠滿足改裝后的要求，所以仍采用原機(jī)床的導(dǎo)軌。（2）螺旋傳動(dòng) 原機(jī)床的絲杠屬于滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)，主要缺點(diǎn)就是機(jī)械效率低，一般僅為3060%

17、，與改造后的精度相差很多。數(shù)控機(jī)床除了具有較高的定位精度外，還應(yīng)良好的動(dòng)態(tài)間應(yīng)特征，滾珠絲杠副的特點(diǎn)，傳動(dòng)效率高，一般達(dá)到90%以上，通過預(yù)緊力可消除絲杠間隙，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)精度高，有可靠性，磨損小，使用壽命長，但制造復(fù)雜，成本高。要使系統(tǒng)指令好，有能滿足精度要求，本次改造采用滾動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)。（3）齒輪傳動(dòng) 考慮步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角和絲杠導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選擇，為達(dá)到0.001秒的分辨率的要求，縱、橫向均采用錯(cuò)齒調(diào)隙的齒輪做減速運(yùn)動(dòng)。2.2車床改造方案的確定（1）保留原車床的主傳動(dòng)鏈。 為了保證機(jī)床加工螺紋的功能，在主軸外端安裝一個(gè)ygm脈沖發(fā)生器，使其與主軸轉(zhuǎn)速相一致是1:1的關(guān)系，用它來發(fā)出脈沖發(fā)生

18、器，使微機(jī)處理機(jī)根據(jù)主軸的脈沖信號(hào)，使刀架通過絲杠的轉(zhuǎn)角產(chǎn)生進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。（2）縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造,拆除原機(jī)床的進(jìn)給箱和溜板箱利用原機(jī)床的安裝孔銷釘孔安裝齒輪箱體,滾珠絲杠仍安裝在原絲杠位置,兩端仍利用原固定方式,這樣可減少改裝工作量。（3）橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的安裝：保留原手動(dòng)機(jī)構(gòu)。用于微機(jī)進(jìn)給和機(jī)床對(duì)零件操作，原有的支撐結(jié)構(gòu)也保留，電動(dòng)機(jī)、齒輪箱安裝在機(jī)床后側(cè)。 （4）縱、橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用齒輪減速，并且用雙齒輪錯(cuò)齒法消除間隙，雙片齒輪間采用消除彈簧，布量成互為120的位置。當(dāng)螺釘松開時(shí)，由于各個(gè)彈簧所受力不同而自動(dòng)調(diào)節(jié)間隙，再用螺釘緊固。 縱向齒輪箱和溜板箱均加外罩,以保持機(jī)床原外觀，起到美化機(jī)床的效

19、果,溜板箱上安裝了縱向快速進(jìn)給按鈕,以適應(yīng)機(jī)床調(diào)整時(shí)的操作需要和遇到意外時(shí)緊急處理。 3.機(jī)械計(jì)算部分本次設(shè)計(jì)將一臺(tái)ca6140普通機(jī)床改造成微機(jī)數(shù)控機(jī)床，采用mcs-51型系列單片機(jī)控制系統(tǒng)，步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制，具有直線和圓弧插補(bǔ)功能,具有降速控制功能,其他設(shè)計(jì)參數(shù)如下:最大回直徑: 400 mm電機(jī)功率: 7.5kw快速進(jìn)給: 縱向2.4m/min橫向1.2m/min切削速度: 縱向0.5m/min 橫向0.25m/min定位精度: 0.015mm移動(dòng)部件重量: 縱向:800n 橫向600n加速時(shí)間: 30ms機(jī)床效率: 0 .83.1選擇脈沖當(dāng)量根據(jù)機(jī)床精度要求脈沖當(dāng)量,縱向0.01mm/

20、脈沖，橫向?yàn)?.005mm/脈沖3.2計(jì)算切削力3.2.1縱切外圓1主切削力（fz）計(jì)算由金屬切削原理可知切削率：p：電機(jī)功率7.5kw n:主傳動(dòng)系統(tǒng)總效率?。?0.78pc-切削功率pc=0.78×7.5=5.85kw又pc=fzv fz=式中: v 切削速度 v=100m/minfzpc/v=60×pc×1000/v=3510n3.2.2 橫切端面 主切削力f, 可取縱切的1/2 f=1/2fz1/2×3510=1755n又f: :f=1:0.4:0.25=0.4=0.4×1755=702nf=0.25=0.25×1755=43

21、8.75nfx=0.25fz=0.25×1755=877.5nfy=0.4fz=0.4×3510=1404n3.3滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型3.3.1縱向進(jìn)給絲杠1計(jì)算進(jìn)給牽引力fm 縱向進(jìn)給的綜合型導(dǎo)軌 采用三角型或綜合導(dǎo)軌: fm=kfx+ (fz+g) （3.1） 式中:fx,fy,fz, 切削分力(n):g-移動(dòng)部件的重量(n)導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù),隨導(dǎo)軌形式而不同k考慮顛復(fù)力距影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù). f=0.16則fm=1.15×877.5+0.16(3510+800)=1698.75n2計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載c c=fwfm （3.2）選用滾珠絲杠副的直徑d.時(shí)必須保證

22、在一定軸向負(fù)載作用下.絲杠在回轉(zhuǎn)100萬轉(zhuǎn)后,在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象.這個(gè)軸向負(fù)載的最大值稱為該滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)負(fù)載c可用c=fw.fm （3.3）l= （3.4）n= （3.5） 式中滾珠絲杠導(dǎo)程l=6mm.可取最高進(jìn)給速度的(1/21/3)此處vs=0.5×0.5=0.25m/mint: 使用壽命按15000h計(jì)算l: 壽命以106轉(zhuǎn)為1單位fw: 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取fw:121.5 取fw=1.3n=42r/minl=38小時(shí)c=.fw.fmc=×1.3×1698.75=7508.47 3滾珠絲杠螺母的選型查<<精密機(jī)床配件系列&g

23、t;>-山東濟(jì)寧選取滾珠絲杠公稱直徑為40選用的型號(hào)為cdm4006-2.5其額定動(dòng)載荷15470n,所用強(qiáng)度足夠用效率計(jì)算= （3.6）式中摩擦角r=2°, =10式中:r絲杠螺旋升角 r摩擦角滾珠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù) ,f=0.0030.004 r摩擦角約為10分式中:r螺旋角 cdm4006 r =r:摩擦角取10分n=94.24%5剛度驗(yàn)算先畫出縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式如圖圖31縱向進(jìn)給計(jì)算簡(jiǎn)圖最大牽引力為1698.75n, 支承間距l(xiāng)=1700mm絲杠螺母及軸承均采用預(yù)緊,預(yù)緊力為最大牽引力為1698.75n.l= （3.7）式中: fm工作負(fù)載(n)l.:滾珠絲杠l=6

24、mme:材料彈性模數(shù)對(duì)鋼e=20.6×10(n/mm)f:滾珠絲杠面積mmf=1/4d=1/4×40=1256ml=0.394×104mm再算滾珠絲杠總長度上拉伸或壓縮的變形量mm=0.394×10-4×l/6=0.011對(duì)滾珠絲杠經(jīng)過預(yù)拉拉伸,拉壓剛度可提高4倍其實(shí)際變量=1/4×0.011=2.75×10mm=0.00756mm<定位精度0.015mm3.3.2橫向進(jìn)給絲杠1計(jì)算進(jìn)給牽引力fm橫向?qū)к墳檠辔残螌?dǎo)軌其計(jì)算公式如下:fm=kfx+ (fz+2fy+g)式中k:考慮顛復(fù)力矩的影響實(shí)驗(yàn)系數(shù)k=1.4:導(dǎo)軌上

25、摩擦系數(shù)為=0.2,移動(dòng)部件重量g=600nfm=1.4×702+0.2(1755+2×438.75+600)=1629.3n2計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載(n)n=.=31.25l=28.125c=×1.2×1629.3=5865.48n3選擇滾珠絲杠螺母副 查<<精密機(jī)床配件系列>>叢書 山東濟(jì)寧選用滾珠絲杠為cdm2504-2.5 其額定的動(dòng)載荷為6638d=25mm =24.5mm 循環(huán)列數(shù)為1×2.5×2 coa=16826 螺旋導(dǎo)程角 r=arctan r=2° 選擇精度等級(jí)為3級(jí)4傳動(dòng)效率的計(jì)算 =t

26、g2°/tg(2°+)=0.945 5剛度計(jì)算橫向進(jìn)給絲杠方式,如圖所示最大牽引力為2612.1n 支承間距l(xiāng)=450mm 因絲杠長度較短不需要預(yù)緊圖32橫向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖1滾珠絲杠的拉伸或壓縮變形量l=0.6448×10滾珠絲杠經(jīng)過預(yù)拉伸=1/4×0.007254=0.0018=0.0054小于定位精度定位精度為0.0153.4齒輪傳動(dòng)比的計(jì)算3.4.1縱向齒輪傳動(dòng)比計(jì)算已確定縱向脈沖當(dāng)量=0.01 ,滾珠絲杠導(dǎo)程l=6mm和步距角0.75,可計(jì)算出ii=0.8可選定齒輪的齒數(shù)為i=z1/z2=32/40 或20/25d=mz=64 z1=32 z2

27、=40 或z1=20 z2=35 d2=703.4.2橫向齒輪傳動(dòng)比計(jì)算已確定橫向脈沖當(dāng)量=0.005mm/step,滾珠絲杠導(dǎo)程l=4mm和步距角0.75 ,可計(jì)算出傳動(dòng)比ii=0.6 z1=21 ,z2=353.5步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型3.5.1縱向步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算計(jì)算簡(jiǎn)圖見滾珠絲杠選擇中簡(jiǎn)圖.傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (kg.cm2)由此式計(jì)算 =j+(z1/z2)js+j2+g/g(l/2e) （3.7）式中:j齒輪z1的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量.j2齒輪z2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量js絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量g工作臺(tái)及工件等移動(dòng)部件的重量(n)l絲杠的導(dǎo)程j1=0.78×10×d1×b

28、 = 0.78×10×6.4×2=2.62kg.cmj2=0.78×10×d2×b=0.78×10×8×2=6.39kg.cmjs=078×10×d×l=0.78×10×4×170=33.9946kg.cmg=800n代入式中j=2.62+(32/40)33.946+6.39+800/9.8(0.6/2)=28.91kg.cm電機(jī)力矩的計(jì)算機(jī)床在不同工況下,其所需要的轉(zhuǎn)距不同,下面分別按各階段計(jì)算快速空載啟動(dòng)時(shí)所需要的力矩=mmax+mf+m0

29、（3.8）式中:m起-快速空載啟動(dòng)力矩(n.m)mmax-折算到電機(jī)軸上的加速力矩(n.m)mf-折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩(m.m)起動(dòng)加速時(shí)間ta=30msmmax=.e=×10nmax=傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg.cm2)電機(jī)最大角加速度nmax-電機(jī)最大轉(zhuǎn)速 (r/min)脈沖當(dāng)量步進(jìn)電機(jī)的步距角nmax=500r/minmmax=504.4n.cm摩擦力矩mf(n.m)mf=f.導(dǎo)軌摩擦力(n)了發(fā) g運(yùn)動(dòng)部件總重量(n)i 齒輪降速比按i=z1/z2計(jì)算傳動(dòng)鏈總效率一般=0.70.85取0.8 mf=12.22n.cm附加摩擦力m0m0=式中 fp0-

30、滾珠絲杠預(yù)加載荷一般取1/3fmfm為進(jìn)給牽引力(n)l0滾珠絲杠導(dǎo)程(cm)n滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)傳動(dòng)效率94.24%m0=m0=mmax+mf+m0=504.4+12.22+10.28=526.9n.cm(2)快速移動(dòng)時(shí)所需力矩=m+m0m=65.88n.cm(3)最大切削力負(fù)載時(shí)所需力矩 =m+m0+mt mt=式中 fmax-進(jìn)給方向上的切削力取fx=877.5n mt-折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩(n.cm) mt=83.84(n.cm) =mt+m0+mt=65.88+10.28+83.84=160n.cm 從上面可以看出,三種情況下,以快速空載時(shí) 所需力矩最大,以此項(xiàng)工作為初選步進(jìn)電

31、機(jī)的依據(jù) (4)計(jì)算電機(jī)空載轉(zhuǎn)動(dòng)和切削堵的工作頻率fk=4000hz =1000×0.5/60×0.01=833hz(5) 步進(jìn)電機(jī)的選擇 對(duì)于工作方式為五相十拍的步進(jìn)電機(jī) mjmax=526.9/0951=554.048 查表選用130bf001型直流步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)距為930n.cm，滿足其要求:3.5.2橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型 (1).步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算 橫向計(jì)算簡(jiǎn)圖見滾珠絲杠選擇中的簡(jiǎn)圖,傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī) 電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (kg.cm)可由此式計(jì)算:=j1+(z1/z2)js+j2+g/g(l0/2) 式中:j1-齒輪z1的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 j2-齒輪z2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣

32、量 js-絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 g-工作臺(tái)及工件等移動(dòng)部件的重量(n) l0-絲杠的導(dǎo)程 j1=0.78×10×d1×l1=0.78×10×4.2×2=0.485kg.cm2 j2=0.78×10×d2×l1=0.78×10×7×2=3.746kg.cm2 g=600n, js=0.78×10×2.5×45=1.37kgcm2 =j1+(z1/z2)js+j2+g/g(l0/2) =0.465+(0.6)1.37+3.746+600/10(0.4/6.

33、28) =2.414kg.cm(2) 電機(jī)力矩的計(jì)算:機(jī)床在不同工況下其所需的轉(zhuǎn)距不同,下面分別按各段計(jì)算1.快速空載起動(dòng)時(shí)所需的力矩m起=mmax+mf+m0mmax=.e=×nmax=500r/minmmax=2.414×=42.1n.cm折算電機(jī)軸上的摩擦力力矩mfmf=4.58n.cm附加摩擦力矩m0 m0=)=) =11.07ncmmmax=42.1+4.58+11.07=57.75n.cm(3)快速進(jìn)給時(shí)所需力矩m快 =+m0 mf=4.58n.cm m0=1/3fm/2paini(1-n2)=11.07n.cm =4.58+11.07=15.65n.cm(4)

34、最大切削負(fù)載所需力矩m切=mf+m0+mtmt=33.4n.cmmf=17.96n.cm m切=33.4+17.96+11.07=62.43n.cm 上面計(jì)算可以看出,和三種工況下,以最大切削負(fù)載所需力矩作為選用電機(jī)的依據(jù)當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí)=/mmax mjmax=/=62.43/0.951=65.64步進(jìn)電機(jī)三相四相五相六相3648510612=m/m0.50.8660.7070.7070.8090.9510.8660.866選用90bf002其最大靜轉(zhuǎn)距為400滿足要求: fk=4000hz fv=833hz 4. 微機(jī)控制部分在普通車床ca6140基礎(chǔ)上加數(shù)控部分,以使其成為經(jīng)濟(jì)型數(shù)

35、控機(jī)床,以完成較高的精度加工.4.1 總體設(shè)計(jì)我國目前廣泛使用mcs-51系列中的8031芯片,通過擴(kuò)展和i/o口擴(kuò)展功能,實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床x,z兩個(gè)方向的控制.以及軟硬的任務(wù)分配有:控制步進(jìn)電機(jī)脈沖發(fā)生和脈沖分配,數(shù)碼顯示的字符發(fā)生,鍵盤掃描管理既用硬件管理,又可用軟件實(shí)現(xiàn),此次采用若干方案:控制步進(jìn)電機(jī)用的脈沖發(fā)生器用硬件.采用國產(chǎn)yb015環(huán)行分配器實(shí)現(xiàn),字符發(fā)生及鍵盤掃描均有軟件實(shí)現(xiàn).4.2主控制器4.2.1主控器的選擇 近年來同外的一些主要的半導(dǎo)體制造廠家相繼生產(chǎn)了各種8位的單片微型端口及部分ram于一體的功能很強(qiáng)的控制器。目前國內(nèi)用得較廣，開發(fā)工具較齊的是mcs51系列包含三個(gè)產(chǎn)品：80

36、31、8051和8751。三者的引腳完全兼容，僅在結(jié)構(gòu)上有一些差異，主要是8031：8031是無rom的8051，而8751是用eprom代替rom的8051。用得較多的就是我所選用的8031。(1) 8031型芯片:1) 單片機(jī)是集cpu,i/o端口及部分ram一體的功能很強(qiáng)的控制器,8031基本特點(diǎn)如下:1處理器cpu8位2芯片內(nèi)有時(shí)鐘電位3具有12 各字節(jié)ram4具有21特殊功能的存儲(chǔ)器5具有4 各i / o端口,32根i/o線 6可尋址64k外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器7可尋址64k外部程序存儲(chǔ)器8具有兩個(gè)16位定時(shí)/記時(shí)數(shù)量9具有5 個(gè)中斷位,配備兩個(gè)優(yōu)先級(jí)10具有一個(gè)全功能竄行接口11具有尋址能

37、力,適宜邏輯計(jì)算從以上論證可以看出,8031型芯片,功能幾乎為一塊z80cpu,一塊ram,一塊z80ctc兩塊z80plo和一塊z80slo處理的微機(jī)計(jì)算機(jī).(2)8031芯片管腳的功能及其他功能按引腳功能可分三類，即：其一：i/o口線：p、p、p、p共4個(gè)8為口。其二：控制線：（片外取指令控制）、ale（地址鎖存控制）、（片外取存儲(chǔ)器選擇）、reset（復(fù)位控制）。其三：電源及時(shí)鐘：v、v、xtal、xtal。4.2.2 8031對(duì)片外存儲(chǔ)器的選擇 1、epram選擇： 根據(jù)mcs51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的epram芯片，確定存儲(chǔ)器容量為16k。選擇epram的型號(hào)時(shí)，主要考慮的因素是讀取

38、速度，這決定著系統(tǒng)是否正確工作。根據(jù)cpu與epram時(shí)序匹配要求，可選用2片2764程序存儲(chǔ)器。 2、ram選擇：?jiǎn)纹瑱C(jī)的擴(kuò)展ram多選用靜態(tài)ram，根據(jù)容量要求和ram與cpu的讀寫時(shí)序匹配的要求，這里選用大容量的ram6264兩片。4.2.3 8031并行i/o口擴(kuò)展 8031有四個(gè)8位口(i/o端口),但真正能夠提供用戶使用的只有p1口,因?yàn)閜2 p0口通常用來傳送外存儲(chǔ)器的地址和數(shù)據(jù),p3口也需要使用他的第二功能.因此8031的i/o的端口通常需要擴(kuò)充.以便他能和更多外聯(lián)機(jī)工作.擴(kuò)充方法有兩種: 借用外面ram地址來擴(kuò)充i/o端口; 利用并行i/o接口芯片來擴(kuò)充i/o端口.5.電路原

39、理圖設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)在采用8031作為主控芯片,采用兩片2764程序存儲(chǔ)器之外還擴(kuò)展了一片6264數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,用一片74ls373鎖存p0口傳遞低8位地址,地址譯碼采用74ls138c38譯碼器;采用全地址碼,采用二個(gè)8155芯片,完成對(duì)執(zhí)行元件的控制。此外,還設(shè)有越界報(bào)警急停處理電路.5.1關(guān)于各線路元件之間線路連接8031芯片的p 和p用來傳送外部存儲(chǔ)器的地址和數(shù)據(jù), p口送的是8位地址, p口傳送低八位地址和數(shù)據(jù),故采用74ls373地址鎖存器,鎖存低八位地址,ale作為首選通信號(hào),當(dāng)ale為高電位,鎖存器的輸入輸出速度,即輸入的低八位地址在輸出端出現(xiàn),此時(shí)不需鎖存,當(dāng)ale從高電平變?yōu)榈碗?/p>

40、平,出現(xiàn)下降沿時(shí),低八位地址在輸出端出現(xiàn),此時(shí)不需鎖存,當(dāng)ace這樣pod共組成16位地址,2764和6264芯片都是8kb,需要13根地址線, aa低8位安74l373芯片的輸出,aa按8031芯片的pp系統(tǒng)采用全地址譯碼,兩片2764新片選信號(hào)ce分別按74ls138譯碼器的和,系統(tǒng)復(fù)位以后程序從0000h開始執(zhí)行,6264芯片的片選信號(hào)ce地址按74ls138的,單片機(jī)的擴(kuò)展系統(tǒng)允許程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址,8031芯片控制信號(hào)psen按2764的oe引腳,讀寫控制信號(hào)wr和rd分別按6264芯片內(nèi)部沿有rom,始終要選片外程序存儲(chǔ)器,故按ea地址由于8031只有p口和p口的部分能

41、提供用戶作i/o接口使用,不能滿足輸入輸出口的需要,因此比喻擴(kuò)展輸入輸出擴(kuò)展電路.系統(tǒng)擴(kuò)展3片8155可編程i/o接口芯片,8155(1)的片選信號(hào)按74ls138的端74ls138譯碼器有3個(gè)輸入a b c 分別按8031的 p p p8個(gè)輸出,低電平有效. 對(duì)應(yīng)輸出a b c de 000至111 8種現(xiàn)合.其中對(duì)應(yīng)a b c 為111.74ls138有3個(gè)使能端,其中2個(gè)為低電平使能端,另一個(gè)為高電平使能端.只有當(dāng)使能端均處于有效電平是,輸出才能產(chǎn)生,否則輸出才能處在高電平無效.i/o接口芯片與外設(shè)的聯(lián)接是這樣安排的.8155芯片pa作為顯示器段選信號(hào), 輸出pap為顯示器的位選信號(hào),輸

42、出pc0pc4 5根線是鍵盤輸入.8155芯片的20個(gè)引腳按8031芯片的p2.0,因此使用8155的i/o口時(shí)p2.0為高電平.8155(2),按x z 向步進(jìn)電機(jī)硬件環(huán)形分配器為輸出,系統(tǒng)各芯片采用全地址譯碼,各存儲(chǔ)器及i/o接口芯片.x向z向步進(jìn)電機(jī)硬件環(huán)形分配器采用yb0153-2相5相10拍方式工作,故 均按+5v,時(shí)鐘輸入端cp按8155芯片的time007用以決定脈沖分配器是如脈沖的頻率,為實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)時(shí)不同的進(jìn)給的速度,可給8155芯片定時(shí)/計(jì)數(shù)器中設(shè)置不同的常數(shù).5.2. 關(guān)于電路原理圖的一些說明在此電路圖中,還有其他功能電路,如報(bào)警電路,急停電路,復(fù)位電路,隔離電路,功效電路等

43、,此外還有對(duì)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架,螺紋加工進(jìn)行控制.1、 復(fù)位電路 通常8031的復(fù)位有自動(dòng)復(fù)位,和人工按鈕復(fù)位兩種,下面將分別顯示電路結(jié)構(gòu) （a）(a)上電復(fù)位電路 （b）開關(guān)復(fù)位電路2、時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路如圖所示,xtal和xtal2為內(nèi)振蕩電路輸入線,這兩個(gè)端口用來外接石英晶體和微調(diào)電器,用來聯(lián)接8031片內(nèi)osc的定時(shí)反饋回路.3、 光電隔離電路 在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路,脈沖分配器輸出的信號(hào)經(jīng)過放大后,控制步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁繞組.由于步進(jìn)電機(jī)需要的驅(qū)動(dòng)電壓數(shù)高,電流也較大,如果將i/o口輸出信號(hào)直接與功率放大電路相連,將引起電路干擾,輕則影響計(jì)數(shù)機(jī)程序的正常運(yùn)行,重則導(dǎo)致接口電路的破壞.因此一般在接口

44、電路與功率放大器之間都要加上隔離電路,實(shí)行電氣隔離使用最多的是光電耦合器.如下圖光電耦合器是以發(fā)光二級(jí)管和光敏二級(jí)管組成,為輸入信號(hào)的輸入端時(shí),發(fā)光二級(jí)管導(dǎo)通激發(fā)紅外光,受光三極管照射后,由于光敏效應(yīng)產(chǎn)生光電流。通過輸出端輸出，從而實(shí)現(xiàn)了以光為信號(hào)的輸出，輸入端與輸出端在電器繪出一種光隔離輸出電路，當(dāng)開關(guān)斷開，發(fā)光二級(jí)管不通，光敏三級(jí)管截止，輸出+5v高電平，當(dāng)閉合，發(fā)光二級(jí)管導(dǎo)通，激勵(lì)輸出三級(jí)管導(dǎo)通。適當(dāng)選擇電阻r，可使輸出三級(jí)管飽和，輸出0.3左右的ttl低電平。 隨著運(yùn)行頻率的增高，步進(jìn)電機(jī)輸出力矩c帶動(dòng)負(fù)載的能力，這一產(chǎn)生的原因，作為功率放大器負(fù)載的步進(jìn)電機(jī)是電感負(fù)載。當(dāng)改變通電時(shí)，電

45、流從零逐漸增大，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)使電流按指數(shù)規(guī)律上升。4、鍵盤顯示 本次設(shè)計(jì)中，采用pcpc 作為掃描口信號(hào)反向放大器按顯示器公共級(jí)，8031p口作為片選數(shù)據(jù)口。8155的pbpb作為行線輸入?；竟ぷ髟砣缦拢烘I盤顯示口電路圖 當(dāng)鍵松開時(shí)，測(cè)試信號(hào)為 1，鍵閉合，測(cè)試信號(hào)為0 ，當(dāng)測(cè)試信號(hào)為1 則禁止，不能對(duì)鍵進(jìn)行識(shí)別。鍵盤是由若干個(gè)按鍵組成的開關(guān)陣列，圖中行線通過電阻接+5v，當(dāng)鍵盤上沿有閉和時(shí)，所有行線和列線都以斷開，行線pcpcx是4根行線，pa0pa7ss是6 根列線，在行線與列線交叉點(diǎn)上安裝有鍵，pa口的6 根列線按一定的時(shí)間間隔輪流輸出低電平。當(dāng)掃描到某一列線上時(shí)，若無鍵按下，則行

46、線都是高電平；若有一鍵按下時(shí)，交叉點(diǎn)上對(duì)應(yīng)的行線變?yōu)榈碗娖健＿@個(gè)低電平信號(hào)被計(jì)算機(jī)捕獲后，根據(jù)此間對(duì)應(yīng)的行線和列線的位置，計(jì)算機(jī)可以判斷出鍵值，完成控制。5、越界報(bào)警電路x，z方向的越界和急停信號(hào)經(jīng)過門引入8031的p中斷原lnt，采用硬件申請(qǐng)中斷軟件查詢的方法。這樣無論哪個(gè)方向都能引起中斷，當(dāng)x，z等一越界，則相應(yīng)的紅燈亮報(bào)警。6. 數(shù)控機(jī)床故障診斷現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)故障的診斷技術(shù)，對(duì)各類診斷技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的剖析。數(shù)控診斷技術(shù)在數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)調(diào)試、使用和維修中起著極為重要的作用，數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)是技術(shù)密集型的產(chǎn)品，集大量電子元件和復(fù)雜的軟件技術(shù)于一體。硬件和軟件可能出現(xiàn)的故障繁多，千變?nèi)f

47、化。因此在數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，要想迅速準(zhǔn)確地查明原因并確定故障部位，不借助于診斷技術(shù)是很困難的。數(shù)控系統(tǒng)的診斷大致分為初級(jí)診斷（起動(dòng)診斷、在線診斷和離線診斷）和高級(jí)診斷（自修復(fù)診斷、診斷指導(dǎo)專家系統(tǒng)和通訊診斷系統(tǒng)）。6.1初級(jí)診斷（1）起動(dòng)診斷 即從每次通電開始到進(jìn)入正常運(yùn)行準(zhǔn)備狀態(tài)為止，數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部診斷程序自動(dòng)執(zhí)行的診斷。其目的是確認(rèn)系統(tǒng)的主要硬件是否可以正常工作。起動(dòng)診斷用數(shù)秒鐘即告完成，一般不超過10秒。某些特殊或規(guī)模龐大的系統(tǒng)起動(dòng)診斷周期要長一些。起動(dòng)診斷所檢查的常見硬件有：cpu存儲(chǔ)器、輸入輸出單元等印刷板或模塊、顯示器單元、閱讀機(jī)、軟盤單元等裝置或外部設(shè)備。有些起動(dòng)診斷也對(duì)硬件配置

48、進(jìn)行檢查以便確認(rèn)是否所有指定的設(shè)備、模塊已正常連接，甚至對(duì)某些芯片ram、rom，重要的ic是否插裝到位，其規(guī)格型號(hào)是否正常進(jìn)行診斷。如：德國西門子公司的數(shù)控8系統(tǒng)，每次開機(jī)都要對(duì)系統(tǒng)硬件、軟件及配置進(jìn)行診斷。在8系統(tǒng)的中央處理器msl00模板上有四個(gè)硬件起動(dòng)診斷指示信號(hào)燈，其含義如下：m-燃亮，代表中央處理器故障ic-燃亮，用戶存儲(chǔ)器故障s-燃亮，位控制模塊板故障pc-燃亮，可編程控制器故障根據(jù)以上指示燈，就可以判斷出硬件故障部位。軟件起動(dòng)診斷是在起動(dòng)時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，診斷程序在顯示器上指示出相應(yīng)軟件故障所在位置及內(nèi)容。當(dāng)確認(rèn)所有項(xiàng)目都正確無誤后，整個(gè)系統(tǒng)才進(jìn)入正常的初始化完成狀態(tài)或運(yùn)行準(zhǔn)備狀態(tài)。

49、否則數(shù)控系統(tǒng)將通過顯示器報(bào)告故障信息。此時(shí)系統(tǒng)不能投入正常運(yùn)行。日本法那克公司的6mb系統(tǒng)在大約6秒的起動(dòng)診斷周期中，進(jìn)行主要硬件檢查有：主印刷板；連接單元；磁泡存儲(chǔ)器；rom存儲(chǔ)器；位置控制芯片；紙帶閱讀機(jī)；速度控制單元。若被檢項(xiàng)目正常，則crt將顯示表明系統(tǒng)已進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。反之，有上述任何一項(xiàng)故障存在，將顯示報(bào)警信息畫面。有時(shí)存在故障與顯示功能有關(guān)，crt已不能顯示報(bào)警信息，但仍可以觀察安裝在主板上的相應(yīng)發(fā)光二極管的亮滅狀態(tài)，并查閱亮滅狀態(tài)與故障內(nèi)容對(duì)照表，即可對(duì)故障原因作出判斷。（2）在線診斷數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝程序在準(zhǔn)備和循環(huán)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)、與數(shù)控系統(tǒng)相連接的外部設(shè)備及各伺服單元、

50、伺服電機(jī)等進(jìn)行的自動(dòng)診斷。只要系統(tǒng)不斷電，在線診斷就不會(huì)停止?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)診斷顯示的信息一般為數(shù)百條。一臺(tái)帶有刀庫和交換工作臺(tái)的典型加工中心的診斷顯示信息有五百多條。數(shù)控生產(chǎn)廠家將這些信息分成若干類：數(shù)控系統(tǒng)類，多為系統(tǒng)故障報(bào)警；編程設(shè)定類，多為操作錯(cuò)誤引起的故障報(bào)警；伺服類，與伺服系統(tǒng)和伺服電機(jī)有關(guān)的故障報(bào)警；行程開關(guān)報(bào)警類；各種溫度、壓力類報(bào)警；過熱報(bào)警類；印刷板間連接故障類；集成的可編程控制器外設(shè)報(bào)警。上述每類信息又細(xì)分為數(shù)項(xiàng)至數(shù)十項(xiàng)具體的故障內(nèi)容，并在說明書中以故障表的形式提供給用戶。故障發(fā)生時(shí)，每項(xiàng)被賦于一個(gè)故障編號(hào)外又附有簡(jiǎn)明的說明語句，顯示在顯示器上。在線診斷已不只限于提供故障信

51、息，還可依據(jù)地址的狀態(tài)，獲得各種各樣的信息。如：紙帶校驗(yàn)報(bào)警時(shí)紙帶錯(cuò)孔位置；刀具與機(jī)床參考點(diǎn)的距離；nc與機(jī)床之間接口輸入輸出信號(hào)；各坐標(biāo)軸位置偏差值；與存儲(chǔ)據(jù)有關(guān)狀態(tài)顯示；機(jī)床實(shí)際值公英制；電機(jī)隨動(dòng)誤差狀態(tài)顯示；面板按鍵狀態(tài)顯示。（3）離線診斷 也稱手工診斷，由專門訓(xùn)練的技術(shù)人員查明故障原因、確定故障部位的高層次診斷。離線診斷力求把故障的可能范圍縮小到最低限度。離線診斷可在現(xiàn)場(chǎng)，也可在維修中心或原數(shù)控系統(tǒng)制造廠進(jìn)行?，F(xiàn)場(chǎng)常用工具是專用工程師面板或?qū)Ｓ帽銛y式測(cè)試件。如：萬用表、信號(hào)發(fā)生器邏輯分析儀、示波器、離線集成電路測(cè)試儀和在線集成電路測(cè)試儀等。 離線診斷所用軟件的存儲(chǔ)及使用方法多不相同。如

52、：美國ab公司的8200系統(tǒng)在作離線診斷檢查時(shí)，才把專用的診斷程序讀入cnc中作運(yùn)行檢查。美國ab公司的8600系統(tǒng)，診斷程序與數(shù)控程序一同存入數(shù)控系統(tǒng)中。因此，這些系統(tǒng)不需要再輸入軟件就具備離線診斷機(jī)能。維修人員可隨時(shí)用鍵盤調(diào)用這程序并使之運(yùn)行，然后在crt上觀察診斷結(jié)果。6.2高級(jí)診斷（1）自修復(fù)診斷 正常情況下，自修復(fù)診斷在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置不參與運(yùn)行的備用模塊。自修復(fù)程序在控制系統(tǒng)每次開機(jī)時(shí)執(zhí)行，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某模塊有故障時(shí)，系統(tǒng)把故障信息顯示在顯示屏上，同時(shí)自動(dòng)查尋備用模塊。如果機(jī)箱插槽上裝有相同的備用模塊則故障模塊被備用模塊頂替。若未檢測(cè)到其他故障，系統(tǒng)進(jìn)行正常工作，而故障模塊待維修工方便時(shí)再更換

53、。自修復(fù)診斷軟件需要較多的插槽安裝備用模塊，備用模塊與系統(tǒng)其他部分的通訊連接應(yīng)與被替換模塊相同，所以自修復(fù)只適用于總線結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。從理論上講，備用模塊越多越好。這使系統(tǒng)體積增大，價(jià)格提高。（2）診斷指導(dǎo)專家系統(tǒng) 近30年來，各個(gè)領(lǐng)域人工智能的開發(fā)研究已獲得很大進(jìn)展。如圖像識(shí)別、聲音識(shí)別、自動(dòng)翻譯和智能工業(yè)機(jī)器人等。日本法那克系列數(shù)控系統(tǒng)的診斷指導(dǎo)專家系統(tǒng)是由知識(shí)庫、推理計(jì)算機(jī)和人工控制器組成。知識(shí)庫內(nèi)存儲(chǔ)了專家分析，判斷故障原因和如何消除故障的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)。這些知識(shí)用于讀出數(shù)控系統(tǒng)狀態(tài)信息（如輸入輸出口信號(hào)、參數(shù)、指令值等）的函數(shù)表達(dá)。通過人工控制器，編程員可用簡(jiǎn)捷的記述把專家的知識(shí)編成程序，井把

54、程序變成知識(shí)庫目標(biāo)形式，再存儲(chǔ)到知識(shí)庫中。推理機(jī)通過運(yùn)行后向推理程序、并利用知識(shí)庫內(nèi)的產(chǎn)生式規(guī)則和數(shù)控系統(tǒng)狀態(tài)函數(shù)進(jìn)行推理，獲得與專家相同的結(jié)論。操作者也可通過顯示單元，用簡(jiǎn)單人機(jī)對(duì)話的方式選擇故障狀態(tài)，必要時(shí)回答系統(tǒng)的提問以補(bǔ)充為得出結(jié)論所需要的其他信息。診斷專家系統(tǒng)以專家知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，自動(dòng)模仿專家解決復(fù)雜問題的思維活動(dòng)，這就使普通工作人員同樣能對(duì)故障作出具有專家級(jí)水平的診斷結(jié)論。（3）通訊診斷系統(tǒng) 通訊診斷系統(tǒng)又稱海外診斷。由中央維修站通過電話線路，甚至國際電話系統(tǒng)向用戶設(shè)備發(fā)送診斷程序所進(jìn)行的一種遙控診斷。以美國ab公司為例，用戶的數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)專用的電話通訊接口與普通電話線路連接，中央維修用的計(jì)算機(jī)經(jīng)數(shù)據(jù)電話也與電話線路連接。計(jì)算機(jī)向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送診斷程序，井使之執(zhí)行某種運(yùn)行測(cè)試數(shù)據(jù)送回計(jì)算機(jī)分析，比較并得出結(jié)論。中央維修站再將診斷結(jié)論和處理辦法通知用戶。通訊診斷系統(tǒng)除用于故障發(fā)生后的診斷外，還可為用戶作定期的預(yù)防診