時間：2023-03-20 16:12:56
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關鍵詞：？數控機床？PLC故障診斷;故障維修
一、數控機床故障診斷的基本方法
數控設備是一種自動化程度較高，結構較復雜的先進加工設備，是企業的重點、關鍵設備。要發揮數控設備的高效益，就必須正確的操作和精心的維護，才能保證設備的利用率。正確的操作使用能夠防止機床非正常磨損，避免突發故障;做好日常維護保養，可使設備保持良好的技術狀態，延緩劣化進程，及時發現和消滅故障隱患，從而保證安全運行，故障診斷是進行數控機床維修的第一步，它不僅可以迅速查明故障原因，排除故障，也可以起到預防故障的發生與擴大的作用。
二、故障的調查與分析
這是排故的第一階段，是非常關鍵的階段，主要應作好下列工作：
①詢問調查？在接到機床現場出現故障要求排除的信息時，首先應要求操作者盡量保持現場故障狀態，不做任何處理，這樣有利于迅速精確地分析故障原因。同時仔細詢問故障指示情況、故障表象及故障產生的背景情況，依此做出初步判斷，以便確定現場排故所應攜帶的工具、儀表、圖紙資料、備件等，減少往返時間。
②現場檢查？到達現場后，首先要驗證操作者提供的各種情況的準確性、完整性，從而核實初步判斷的準確度。由于操作者的水平，對故障狀況描述不清甚至完全 不準確的情況不乏其例，因此到現場后仍然不要急于動手處理，重新仔細調查各種情況，以免破壞了現場，使排故增加難度。
③故障分析？根據已知的故障狀況按上節所述故障分類辦法分析故障類型，從而確定排故原則。由于大多數故障是有指示的，所以一般情況下，對照機床配套的數控系統診斷手冊和使用說明書，可以列出產生該故障的多種可能的原因。
④確定原因？對多種可能的原因進行排查從中找出本次故障的真正原因，這時對維修人員是一種對該機床熟悉程度、知識水平、實踐經驗和分析判斷能力的綜合考驗。
⑤排故準備？有的故障的排除方法可能很簡單，有些故障則往往較復雜，需要做一系列的準備工作，例如工具儀表的準備、局部的拆卸、零部件的修理，元器件的采購甚至排故計劃步驟的制定等等。
三、電氣維修與故障的排除
這是排故的第二階段，是實施階段。？？如前所述，電氣故障的分析過程也就是故障的排除過程，因此電氣故障的一些常用排除方法在上一節的分析方法中已綜合介紹過了，本節則列舉幾個常見電氣故障做一簡要介紹，供維修者參考。
（1）電源？電源是維修系統乃至整個機床正常工作的能量來源，它的失效或者故障輕者會丟失數據、造成停機。重者會毀壞系統局部甚至全部。西方國家由于電力充足，電網質量高，因此其電氣系統的電源設計考慮較少，這對于我國有較大波動和高次諧波的電力供電網來說就略顯不足，再加上某些人為的因素，難免出現由電源而引起的故障。
四、維修排故后的總結提高工作
對數控機床電氣故障進行維修和分析排除后的總結與提高工作是排故的第三階段，也是十分重要的階段，應引起足夠重視。？？ 總結提高工作的主要內容包括：
①詳細記錄從故障的發生、分析判斷到排除全過程中出現的各種問題，采取的各種措施，涉及到的相關電路圖、相關參數和相關軟件，其間錯誤分析和排故方法也應記錄并記錄其無效的原因。除填入維修檔案外，內容較多者還要另文詳細書寫。
②有條件的維修人員應該從較典型的故障排除實踐中找出常有普遍意義的內容作為研究課題進行理論性探討，寫出論文，從而達到提高的目的。特別是在有些故障的排除中并未經由認真系統地分析判斷而是帶有一定地偶然性排除了故障，這種情況下的事后總結研究就更加必要。
③總結故障排除過程中所需要的各類圖樣、文字資料，若有不足應事后想辦法補濟，而且在隨后的日子里研讀，以備將來之需。
④從排故過程中發現自己欠缺的知識，制定學習計劃，力爭盡快補課。
⑤找出工具、儀表、備件之不足，條件允許時補齊。
總結提高工作的好處是：
①迅速提高維修者的理論水平和維修能力。
②提高重復性故障的維修速度。
③利于分析設備的故障率及可維修性，改進操作規程，提高機床壽命和利用率。
④可改進機床電氣原設計之不足。
⑤資源共享。總結資料可作為其他維修人員的參數資料、學習培訓教材。
此次設計包括機床的主運動設計，縱向進給運動設計，其中還包括齒輪模數計算及校核，主軸剛度的校核等。
關鍵詞：數控機床開放式數控系統電動機
Abstract：Thenumericalcontrollathecalledthenumericalcontrol(Numericalcontrol,iscalledNC)theenginebed.Itisbasedonthenumericalcontrol,hasusedthenumericalcontroltechnology,isloadedwiththeprocedurecontrolsystemtheenginebed.Itisbythemainengine,CNC,thedrive,thenumericalcontrolenginebedauxiliaryunit,theprogrammingmachineandothersomeappurtenancesiscomposed.
Thisdesignincludingthemainmovementofenginebeddesign,longitudinalentersforthedesign,alsoincludesthegearmoduluscomputationandtheexamination,themainaxlerigidityexaminationandsoon.
Keyword：numericalcontroltoolOpen-architecturemotor
當前的世界已進入信息時代，科技進步日新月異。生產領域和高科技領域中的競爭日益加劇，產品技術進步、更新換代的步伐不斷加快。現在單件小批量生產的零件已占到機械加工總量的80%以上，而且要求零件的質量更高、精度更高，形狀也日趨復雜化，這是擺在機床工業面前的一個突出問題。為了解決復雜、精密、單件小批量以及形狀多變的零件加工問題，一種新型的機床——數字控制(Numericalcontrol)機床的產生也就是必然的了。
此次設計是數控機床主傳動系統的設計，其中包括機床的主運動設計，縱向進給運動設計，還包括齒輪模數計算及校核，主軸剛度的校核等。
數控車床是基于數字控制的，它與普通車床不同，因此數控車床機械結構上應具有以下特點：
1．由于大多數數控車床采用了高性能的主軸，因此，數控機床的機械傳動結構得到了簡化。
2．為了適應數控車床連續地自動化加工，數控車床機械結構，具有較高的動態剛度，阻尼精度及耐磨性，熱變形較小。
3．更多地采用高效傳動部件，如滾動絲桿副等。CNC裝置是數控車床的核心，用于實現輸入數字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲，數據的變換，插補運算以及實現各種控制功能。
2.2總體方案的擬定
1．根據設計所給出的條件，主運動部分z=18級，即傳動方案的選擇采用有級變速最高轉速是2000r/min，最低轉速是40r/min，。
2．縱向進給是一套獨立的傳動鏈，它們由步進電機，齒輪副，絲桿螺母副組成，它的傳動比應滿足機床所要求的。
3．為了保證進給傳動精度和平穩性，選用摩擦小、傳動效率高的滾珠絲桿螺母副，并應有預緊機構，以提高傳動剛度和消除間隙。齒輪副也應有消除齒側間隙的機構。
4．采用滾珠絲桿螺母副可以減少導軌間的摩擦阻力，便于工作臺實現精確和微量移動，且方法簡單。
主運動設計
參數的確定
一.了解車床的基本情況和特點---車床的規格系列和類型
1.通用機床的規格和類型有系列型譜作為設計時應該遵照的基礎。因此，對這些基本知識和資料作些簡要介紹。本次設計中的車床是普通型車床，其品種，用途，性能和結構都是普通型車床所共有的，在此就不作出詳細的解釋和說明了。
2.車床的主參數（規格尺寸）和基本參數（GB1582-79，JB/Z143-79）：
最大的工件回轉直徑D（mm）是400；刀架上最大工件回轉直徑D1大于或等于200；主軸通孔直徑d要大于或等于36；主軸頭號（JB2521-79）是6；最大工件長度L是750～2000；主軸轉速范圍是：32～1600；級數范圍是：18；縱向進給量mm/r0.03～2.5；主電機功率（kw）是5.5～10。
傳動件的設計
傳動方案確定后，要進行方案的結構化，確定個零件的實際尺寸和有關布置。為此，常對傳動件的尺寸先進行估算，如傳動軸的直徑、齒輪模數、離合器、制動器、帶輪的根數和型號等。在這些尺寸的基礎上，畫出草圖，得出初步結構化的有關布置與尺寸；然后按結構尺寸進行主要零件的驗算，如軸的剛度、齒輪的疲勞強度等，必要時作結構和方案上的修改，重新驗算，直到滿足要求。
對于本次設計，由于是畢業設計，所以先用手工畫出草圖，經自己和指導老師的多次修改后，再用計算機繪出。
一.三角帶傳動的計算
三角帶傳動中，軸間距A可以較大。由于是摩擦傳遞，帶與輪槽間會有打滑，亦可因而緩和沖擊及隔離震動，使傳動平穩。帶傳動結構簡單，但尺寸，機床中多用于電機輸出軸的定比傳動。
目錄
第一章引言1
第二章設計方案論證與擬定2
2.1總體方案的論證2
2.2總體方案的擬定2
2.3主傳動系統總體方案圖及傳動原理2
第三章設計計算說明5
3.1主運動設計5
3.1.1參數的確定5
3.1.2傳動設計6
3.1.3轉速圖的擬定8
3.1.4帶輪直徑和齒輪齒數的確定12
3.1.5傳動件的設計19
3.2縱向進給運動設計38
3.2.1滾珠絲桿副的選擇38
3.2.2驅動電機的選用42
結論47
小結48
工作臺是數控機床加工過程中最危險的區域。加工過程中各種刀具的高速運動，冷卻液、加工廢屑不停飛濺，都會影響著操作人員的安全，所以，在這一區域添加安全防護功能的隔離板，是降低安全事故，也是保護操作員的必要措施。導軌式數控機床加工工件的必要組成部分，防護導軌是為了降低生產損耗，增加使用壽命，保證產品精度，所以，加強對導軌的防護非常重要。另外，可以加裝刮屑板來清理導軌上的廢屑，也可以加裝金屬蓋來阻擋外界的灰塵。
二、數控機床外觀造型設計
在數控機床外觀造型設計過程中，堅持下列基本原則：
（1）數控機床的色彩設計要滿足以下特點：第一，色彩的表達要與機床的相應功能相統一，在不同功能部位設計不同的色彩進行區分。第二，根據人機協調的原則，采用偏中性的色彩設計，降低工人的疲勞感。第三，色彩的設計要與相應的工作環境協調，不同的環境采用不同的色彩，比如在寒冷的環境用暖色調，高溫環境用冷色調。第四，美學原則，在外觀色彩設計時要搭配適當色彩帶給人美得心里感受。第五，符合企業的品牌形象，對同一品牌機床的色彩設計要大體上同一并具有一定的延續性，有利于建立長久的品牌形象認知。
（2）形態設計的原則，數控機床的設計要符合單純化原則，堅持簡潔、大方的形態設計。首先，在加工制造中均衡與穩定的形態更容易讓人產生安全感。其次，機床形態設計要在單純、穩定和均衡的基礎上，做到變化與統一相互結合，減少單調、刻板的感覺。
（3）人機工程設計原則。數控機床的人機工程設計就要符合安全性，又要滿足易用性。在外觀設計時必須重點考慮操作人員的安全，在任何工作環境下都能保證操作人員的安全，要讓數控機床在外觀上能夠直觀區分功能區域，觀察窗口、操作面板、拉門把手、按鍵大小等的位置設置要合理科學，符合一般人的操作習慣。
（4）綠色機床原則。在數控機床設計時，既要采用合理科學的結構，以降低加工過程中的能量消耗，又要盡量使用可再生材料，有效使機床輕量化。
三、數控機床外觀造型設計的發展趨勢
對數控機床行業來說，重視產品的外觀造型，不僅僅出于對美的追求，更多的是為了適應市場的變化和需求，維護企業形象，提高品牌價值，更好地提高企業產品的競爭力。
1.符合“以人為本”的設計理念
“以人為本”的設計理念是當今數控機床設計理念的發展趨勢，因為機器始終為人輔助，由人來操作，只有在設計中關注“人”的因素，才能符合人類的可持續發展這一需求。
2.增強數控機床本身的產品屬性
①數控系統自診斷。開機自診斷數控系統在通電開機后，都要運行開機自診斷程序，對系統中關鍵的硬件和控制軟件進行檢測，并將檢測結果在CRT上顯示出來。運行自診斷運行自診斷是數控系統正常工作時，運行內部診斷程序，對系統本身、PLC、位置伺服單元以及與數控裝置相連的其他外部裝置進行自動測試、檢查，并顯示有關狀態信息和故障信息。
②在線診斷和離線診斷。在線診斷是指通過數控系統的控制程序，在系統處于正常運行狀態下，實時自動地對數控裝置、PLC控制器、伺服系統、PLC的輸入輸出和其他外部裝置進行自檢，并顯示狀態信息、故障信息。脫機診斷當數控系統出現故障時，需要停機進行檢查，這就是脫機診斷。脫機診斷的目的是修復系統的錯誤和定位故障，將故障定位在最小的范圍。
遠程診斷實現遠程診斷的數控系統，必須具備計算機網絡功能。因此，遠程診斷是近幾年發展起來的一種新型的診斷技術。數控機床利用數控系統的網絡功能通過互聯網連接到機床制造廠家，數控機床出現故障后，通過機床廠家的專業人員遠程診斷，快速確診故障。
2數控機床故障的實用診斷方法
①診斷常用的儀器、儀表及工具萬用表－可測電阻、交、直流電壓、電流。
相序表－可檢測直流驅動裝置輸入電流的相序。轉速表－可測量伺服電動機的轉速，是檢查伺服調速系統的重要依據。鉗形電流表－可不斷線檢測電流。測振儀－是振動檢測中最常用、最基本的儀器。短路追蹤儀－可檢測電氣維修中經常碰到的短路故障現象。邏輯測試筆－可測量數字電路的脈沖、電平。IC測試儀－用于數控系統集成電路元件的檢測和篩選。工具－彈頭鉤形扳手、拉錐度平鍵工具、彈性手錘、拉卸工具等。
②診斷用技術資料主要有：數控機床電氣說明書，電氣控制原理圖，電氣連接圖，參數表，PLC程序，編程手冊，數控系統安裝與維修手冊，伺服驅動系統使用說明書等。數控機床的技術資料非常重要，必須參照機床實物認真仔細地閱讀。一旦機床發生故障，在進行分析的同時查閱相關資料。
③故障處理。故障軟故障－由調整、參數設置或操作不當引起硬故障－由數控機床（控制、檢測、驅動、液氣、機械裝置）的硬件失效引起。
故障處理對策除非出現影響設備或人身安全的緊急情況，不要立即切斷機床的電源，應保持故障現場。從機床外觀、CRT顯示的內容、主板或驅動裝置報警燈等方面進行檢查。可按系統復位鍵，觀察系統的變化，報警是否消失。如消失，說明是隨機性故障或是由操作錯誤引起的。如不能消失，把可能引起該故障的原因羅列出來，進行綜合分析、判斷，必要時進行一些檢測或試驗，達到確診故障的目的。
④數控系統故障診斷方法。直觀法（望聞問切）：問－機床的故障現象、加工狀況等看－CRT報警信息、報警指示燈、電容器等元件變形煙熏燒焦、保護器脫扣等聽－異常聲響聞－電氣元件焦糊味及其它異味摸－發熱、振動、接觸不良等。參數檢查法：參數通常是存放在RAM中，有時電池電壓不足、系統長期不通電或外部干擾都會使參數丟失或混亂，應根據故障特征，檢查和校對有關參數。隔離法：一些故障，難以區分是數控部分，還是伺服系統或機械部分造成的，常采用隔離法。同類對調法用同功能的備用板替換被懷疑有故障的模板，或將功能相同的模板或單元相互交換。功能程序測試法：將G、M、S、T、功能的全部指令編寫一些小程序，在診斷故障時運行這些程序，即可判斷功能的缺失。
⑤故障診斷應遵循的原則。第一，先外部后內部數控機床的檢修要求維修人員掌握先外部后內部的原則，由外向內逐一進行檢查排除。第二，先機械后電氣首先檢查機械是否正常，行程開關是否靈活，氣動液壓部分是否正常等，在故障檢修之前，首先注意排除機械的故障。第三，先靜后動維修人員本身要做到先靜后動。首先詢問機床操作人員故障發生的過程及狀態，查閱機床說明書、圖紙資料，進行分析后，才可動手查找和處理故障。
數控機床是現代化企業進行生產的一種重要物質基礎，是完成生產過程的重要技術手段，強化管理是關鍵，“防”與“治”的結合是解決數控機床“使用難、維修難”的唯一途徑。
參考文獻：
[關鍵詞]數控車床霍爾開關繼電器伺服驅動
一、換刀裝置故障
數控車換刀一般的過程是：換刀電機接到換刀信號后，通過蝸輪蝸桿減速帶動刀架旋轉，由霍爾元件發出刀位信號，數控系統再利用這個信號與目標值進行比較以判斷刀具是否到位。刀換到位后，電機反轉縮緊刀架。在我維修數控車的過程中遇到了以下幾個故障現象。
故障一：一臺四刀位數控車床，發生一號刀位找不到，其它刀位能正常換刀的故障現象。
故障分析：由于只有一號刀找不到刀位，可以排除機械傳動方面的問題，確定就是電氣方面的故障。可能是該刀位的霍爾元件及其周圍線路出現問題，導致該刀位信號不能輸送給PLC。對照電路圖利用萬用表檢查后發現：1號刀位霍爾元件的24V供電正常，GND線路為正常，T1信號線正常。因此可以斷定是霍爾元件損壞導致該刀位信號不能發出。
解決辦法：更換新的霍爾元件后故障排除，一號刀正常找到。
故障二：一臺六刀位數控車床，換刀時所有刀位都找不到，刀架旋轉數周后停止，并且數控系統顯示換刀報警：換刀超時或沒有信號輸入。
故障分析查找：對于該故障，仍可以排除機械故障，歸咎于電氣故障所致。產生該故障的電氣原因有以下幾種：1.磁性元件脫落;2.六個霍爾元件同時全部損壞;3.霍爾元件的供電和信號線路開路導致無電壓信號輸出。其中以第三種原因可能性最大。因此找來電路圖，利用萬用表對霍爾元件的電氣線路的供電線路進行檢查。結果發現：刀架檢測線路端子排上的24V供電電壓為0V，其它線路均正常。以該線為線索沿線查找，發現從電氣柜引出的24V線頭脫落，接上后仍無反應。由此判斷應該是該線斷線造成故障。
解決辦法：利用同規格導線替代斷線后，故障排除。
故障三：一臺配有FANUC-0imate系統大連機床廠的六刀位車床，選刀正常但是當所選刀位到位之后不能正常鎖緊。系統報警：換刀超時。
故障分析查找：刀架選刀正常，正轉正常，就是不能反向鎖緊。說明蝸輪蝸桿傳動正常，初步定為電氣線路問題。在機床刀架控制電氣原理圖上，發現刀具反向鎖緊到位信號是由一個位置開關來控制發出的，是不是該開關即周圍線路存在問題呢?為了確認這個故障原因，打開刀架的頂蓋和側蓋，利用萬用表參照電路圖檢查線路，發現線路未有開路和短路，通過用手按動刀架反向鎖緊位置開關，觀察梯形圖顯示有信號輸入，至此排除電氣線路問題。推斷可能是擋塊運動不到位，位置微動開關未動作。于是重新換刀一次來觀察一下，結果發現：果然擋塊未運動到位。于是把擋塊螺栓擰緊，試換刀一次正常。再換一次刀，原故障又出現了，同時發現蝸桿端的軸套打滑并且爬升現象。難道是它造成了電機反轉鎖緊時位置開關的擋塊不能到位?于是把該軸套進行了軸向定位處理，將刀架頂蓋裝好。結果刀架鎖緊正常了。
解決辦法：對軸套進行軸向定位故障解決。
二、穩壓電源故障
機床在運行時機床照明燈突然不亮，機床操作面板燈也不亮，系統電源正常，同時系統急停報警，和主軸無信號警。關機后重新上電故障依舊。
故障分析檢查：經詢問當時操作人員，沒有違規操作，排除人為原因，也可以排除機械原因，應該是電氣故障引起。該機床的電器原理圖顯示，這些失電區域都和24V有關，并且該機床擁有兩個穩壓電源，一個是I/O接口電源，另一個為系統電源。失電區域都與I/O接口有關，于是打開電氣柜觀察發現I/O接口穩壓電源指示燈未能點亮，說明該電源未能正常工作或損壞。由穩壓電源的工作原理知道，穩壓電源有電流短路和過載保護的功能，當電源短路或過載時自動關斷電源輸出，以保護電源電路不被損壞。于是試著把電源的輸出負載線路拆下來，結果發現重新上電后電源指示燈亮了。這說明電源本身沒有損壞。通過分析得知該電源為I/O接口電源，負載不大，也不會出現過載現象，應該是輸出回路中有短路故障。沿著輸出線號進行檢查發現有一根24V+輸出線接頭從絕緣膠布中露出并接觸到機床床體。原因很明顯：由于該線與機床發生對地短路，造成該穩壓電源處于自我保護狀態，使得操作面板和一些I/O接口繼電器供電停止，導致發生以上故障。至于變頻器報警可能24V信號不能到位發出報警。
解決辦法：用絕緣膠布把接頭處重新包好，重新上電開機所有故障解決，報警解除照明燈也亮了。
三、系統程序鎖故障
一臺數控車，配有FANUC-0i-mate系統，無法輸入對刀值等參數，不能編輯程序，并伴有報警。
故障分析檢查：對此現象首先想到了程序保護開關，通過對比正常的系統發現：與系統鎖住時現象一樣。所以懷疑系統鎖開關壞了，但經過短接，仍不能解決問題。通過觀察故障系統的梯形圖發現X56輸入點無信號輸入，說明這條輸入線路斷路。沿著這條線號利用萬用表檢查，發現在操作面板后面選軸開關接頭處線頭脫落，導致線路無法輸入信號，使PLC邏輯關系不正確，才出現以上故障。
解決辦法：用烙鐵焊錫把脫落的線頭重新焊接好，報警解除，參數輸入正常，故障消失。
四、結束語
以上維修案例，可作為類似故障的排除參考。一般地，對于任何故障，首先是根據現象，根據原理來判斷故障點，分析每一個可能性，如一個開關，一個線接頭，一個螺釘都會是都會是故障原因，參照之前的操作、維修歷史進行分析，能有利于縮小查找范圍，有利于提高維修的效率。
參考文獻：
FANUC-0i-mate使用說明書.
大連機床集團數控車床電器說明書.
廣州數控GSK980T使用說明書.
數控機床要求驅動系統調速范圍寬、速度精度高、響應速度快、加減速性能好，保護功能強等。
本文介紹一種高性能數控機床交流主軸驅動系統。該系統以智能功率模塊IPM為逆變器開關元件，以MCS96系列雙單片機為主控制器，控制算法采用全數字轉差頻率式矢量控制。主控制器采用雙CPU結構，一片CPU完成速度外環控制、監控及顯示等；另一片CPU用于電機高速控制，80C196MC完成電流內環控制。兩片CPU之間通過共享RAM進行通訊，有效地解決了一般CPU計算能力不強的問題。主回路采用由智能功率模塊IPM組成的電壓型交直交逆變器。該系統還具有功能齊全的檢測與保護電路等。
實驗表明該系統具有良好的靜態和動態性能，能夠滿足數控機床對驅動系統的上述要求。
2主回路
主回路采用交直交電壓型結構，主要由整流電路、濾波器及逆變電路等組成。逆變電路采用新型功率器件—智能功率模塊(IntelligentPowerModule，簡稱IPM)。智能功率模塊IPM是一種先進的混合集成智能功率模塊，它由高速、低耗的IGBT芯片和優化的門極驅動及過流、短路、欠壓和過熱保護電路組成，是繼IGBT之后電力電子技術領域的又一革新性成果。由于IPM內部采用了能連續監測功率器件電流的IGBT芯片，實現了高效的過流保護和短路保護；IPM內部還集成了過熱和欠壓保護電路，大大提高了系統可靠性；IPM內部還集成了絕緣柵雙極型晶體管IGBT及其驅動電路，縮短了產品開發周期；IPM通態損耗和開關損耗都較低，減少了散熱片尺寸，降低了成本。所以，與IGBT相比，智能功率模塊IPM具有明顯的優勢。
3控制電路
為了實現數控機床的快速實時和可靠控制，控制電路采用80C196MC-80C196KC雙單片機結構，如圖1所示。
圖1中，80C196MCCPU具有較高的運算速度和較強的控制能力，它的任務是完成要求實時性高的電流內環控制，產生PWM控制信號，完成保護等功能。特別是80C196MC片內含有3相波形發生器WFG(WaveFormGenerator)。WFG具有3個同步的PWM模塊，每個模塊包含一個相位比較寄存器，一個無信號時間(dead-time)發生器和一對可編程的輸出。WFG可以產生獨立的3對PWM波形，它們具有共同的載波頻率、無信號時間和操作方式，一旦啟動之后，WFG只要求CPU在改變PWM的占空比時加以干預。如采用16MHz晶振時，中心對準的PWM的載波周期為0.15μs～16ms，增量為0.25μs，無信號時間的調整范圍為0.125～125μs。無信號時間用來防止一對互補的PWM同時有效，以保證輸出波形不交疊。WFG大大簡化了用于產生同步脈寬調制(PWM)波形的控制軟件和外設硬件，特別適用于控制3相交流感應電動機，也可用于控制直流無刷電動機和其它需要多個PWM輸出的裝置。WFG是80C196MC/MD獨有的特色之一。80C196KC主要完成轉速控制與檢測，鍵盤中斷輸入并修改重要參數，顯示有關信息，矢量變換，向80C196MC提供指令信號等功能。
雙單片機之間的通訊采用共享RAM方式，以提高系統的運行速度。80C196KC將計算出的電流環所需參數，如勵磁電流、轉矩電流、旋轉角速度等，傳送到共享RAM相應單元，而80C196MC則從共享RAM中讀取這些數據。
4檢測與保護電路
1)電流檢測
由于數控機床要求較寬的調速范圍，因此，輸出電流的頻率變化范圍較大，一般的電流互感器不能滿足要求，故采用霍爾電流互感器對輸出電流進行檢測。霍爾電流互感器的特點是體積小，響應速度快，準確度和線性度高。
2)轉速采樣
由于數控機床要求轉速控制精度較高，一般的測速部件難以滿足要求，為此采用1024高分辨率的光電脈沖編碼器，以實現高速定位、高速攻絲、輪廓控制等功能。
3)保護功能
智能功率模塊IPM具有性能優良的內置保護電路，以避免因系統失靈或過應力而使功率器件損壞。內置保護功能的框圖如圖2所示。
如果IPM模塊的一種保護電路動作，IGBT柵驅動單元就會關斷驅動脈沖，并輸出一個故障信號。IPM模塊的內部保護功能有以下幾種。
1)控制電源電壓鎖定(UV)IPM內部控制電路由15V直流電源供電，如果由于某種原因這一電源電壓低于規定的欠壓動作值(UV)，該功率器件將被關斷并輸出一個故障信號；只有當電源電壓超過欠壓復位值(UVr)時電路才能恢復正常工作。如果干擾信號持續時間小于規定的tDUV，欠壓保護電路將不予理睬，控制電路正常工作，這樣可以有效地避免干擾信號對電路正常工作的影響。在UV和UVr之間應設有一定的差值，這樣可以避免欠壓保護電路頻繁切換，保證電路的正常運行。
2)過熱保護(OT)IPM內部裝有溫度傳感器，用于檢測功率器件的工作溫度。如果傳感器檢測到基板溫度超出過熱動作值(OT)，IPM內部控制電路將截止下橋臂器件的柵驅動，使控制輸入信號無效，同時給出下橋臂故障信號，直到溫度恢復正常，從而保護了功率器件。
當溫度回落到過熱復位值(OTr)以下，并且控制輸入為高電平(關斷狀態)時，功率器件將接受下一個低電平(開通狀態)輸入信號且恢復正常工作。
同樣，為避免過熱保護頻繁動作，在過熱動作值OT與過熱復位值OTr之間也設有20℃的差值。
3)過流保護(OC)IPM采用帶電流傳感器的IGBT，用來測量功率器件的工作電流，如果流過IGBT的電流超出過流動作值(OC)的時間大于toff(OC)，IGBT將被關斷。對超過OC數值但時間小于toff(OC)的電流脈沖，過流保護電路將不予理睬。當檢測出過電流時，IPM內部控制電路將IGBT軟關斷，同時輸出一個故障信號。軟關斷能夠控制關斷大電流時所產生的浪涌電壓，從而避免浪涌電壓過高，有效地保障了IPM的安全。
4)短路保護(SC)如果負載發生短路或系統控制器發生故障，從而導致上下橋臂直接導通，使流經IGBT的電流超過短路保護動作值(SC)，IPM內置短路保護電路將啟動軟關斷，關斷IGBT，并輸出一個故障信號。由于第三代IPM采用了實時電流控制電路(RTC)，它直接監測IGBT末級驅動電路電流，將SC檢測和關斷之間的響應時間減小到不足0.1μs，從而大大減小了短路電流幅值、功率應力和電壓峰值，有效地保障了IPM的安全。
為了保證系統安全可靠地運行，除了IPM的自保護功能之外，系統中還設有過流、短路、交/直流過壓、欠壓、缺相和快熔保護等各項保護措施。
5控制算法
針對數控機床高精度要求，控制算法采用轉差頻率式矢量控制。矢量控制是把交流電動機模擬直流電動機來控制，通過坐標變換把交流電動機定子電流矢量分解成按轉子磁場定向的兩個直流分量，并對這兩個分量進行控制，從而獲得與直流電動機相同的調速性能。
在轉差頻率式矢量控制算法中，要用到電動機參數，如果給定參數與實際值不符，轉矩或轉子磁通就不等于它們的指令值。在這里轉子時間常數的誤差至關重要，它直接影響矢量控制的動靜態特性，因此需要對轉子時間常數進行適當補償。在負載一定的情況下，電動機運行于最佳狀態，則認為實現了準磁場定向控制。采用的方法是選取電動機實際旋轉角速度與給定角速度之間的誤差絕對值作為目標函數，進行轉子時間常數的自尋優。即當電流穩定運行時，選取適當的轉子時間常數使這個誤差絕對值最小。設轉速環每1ms采樣一次，并把每163次采樣點作為一組數據，這樣163次采樣大約需要4s的時間。每次時間常數自尋優以后，讓電動機運轉4s，然后繼續采樣尋優。
由于篇幅所限，“交流電動機矢量變換控制原理”在此不再贅述，請參見有關參考文獻。
論文的參考文獻是有標準的寫作格式的，作者在寫作時應該對引用是學術研究成果的完整和準確性負責任，那么我們要怎么來寫論文的參考文獻呢？以下是學術參考網小編整理的數控車床畢業論文參考文獻范例，給大家欣賞。
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關鍵詞：監控網絡技術創新趨勢
一、概述
隨著中國的改革開放，在這十幾年中，全國大中型城市的高層建筑、公共場所、地下建筑、現代化廠區等得到了高速發展。這些建筑根據消防規范都安裝了獨立的火災報警系統。這些系統在防火救災中起到了關鍵的作用，為保護人民的生命和財產作出了貢獻。但在實際操作中，由于火警信息需經過保安值班人員的處理，人為的因素起到了關鍵的作用。如近期上海地區閔行一倉庫，由于個人的處理不當，延誤了救火時間，釀成了大火，造成了重大經濟損失。同時由于消防設施的日常維護和保養的要求較高，需常備不懈。平時的消防檢查與監督由防火監督部門逐個建筑進行查訪，效率較低，而且需大量的人力和時間，故難免有疏漏處。在城市規模不斷發展的今天，世界上很多國家的大城市都對火災自動報警設施采取網絡聯網管理，通過多媒體管理微機，利用公共電話網及時了解各防火單位火災自動報警系統運行狀態、人員值班情況，發現報警設備的故障信息和火警預報。這樣大大加強了對各建筑內消防設施管理和監督，有利于消防部門和消防隊伍及時作出判斷。在最短時間內解決出現的問題。
二、功能特點
火災自動報警監控網絡系統由下述幾部分組成：網絡監控器(包括公共電話網)、報警管理處、巡檢維護中心和語音數字聯網報警器等設施。
2．1網絡監控器
通過各種接口與各建筑設施的火災自動報警系統相連，獲得火警和各類故障信息，利用公共電話網向中心實時傳送。
主要功能如下：
(1)實時傳送聯網用戶火災自動報警系統的運行狀態信息。如自動、手動火警信息，具體到每個信號點(如每個探測器、聯動控制的點等)。
(2)隨時記錄、儲存火災自動報警系統的各類事件，如開機、關機、探測器故障、主備電源故障、火警等。
可設定隨時或定時將設備運行信息傳送巡檢維護中心。
記錄值班人員上崗、換崗和巡檢中心的值班查詢。
(3)現場語音提示“電話線故障”、“通訊故障”、“查詢值班”和各種“火警信息”等。
(4)手動緊急報警、自動火警人工確認功能。
(5)報警優先功能。
(6)自身故障檢測及傳送。
(7)主備電自動切換、充放電保護。
(8)屏幕漢字液晶顯示各種信息，具有查詢打印功能。
2．2報警管理中心
報警管理中心設在消防隊伍指揮部和防火監督部門，負責聯網用戶火警信號的接警、調度、指揮，及時發現火災報警系統出現的故障和值班工作中存在的問題，下達隱患通知書和限期整改通知書。
主要功能如下：
(1)實時接收聯網單位、網絡監控器或語音數字聯網報警器傳來的自動火警、手動火警信息。
(2)矢量化電子地圖，可以任意縮放，為指揮、調度提供輔助決策。
(3)雙屏顯示報警用戶的詳細文字信息(包括單位名稱、地址，報警點所在樓層號、房間號及該單位相關人員的聯系方式等)和地理信息(包括市區圖、消防水源分布、消防設施配置、樓層平面圖及報警點的具置)。
(4)為119調度指揮中心提供調度指揮依據。
(5)對各類火警事件按年、月、日進行分類統計、分析，為上級和有關部門提供各種統計報表，用以指導火災報警系統的科學管理。
(6)數字錄音放音功能。
(7)提供聯網單位滅火作戰預案。
(8)語音提示各類火警信息。
根據巡檢維護中心提供的統計數據對聯網用戶的下述情況有告警提示功能：
火災報警設備不能正常開通運行；
故障率、誤報率高，不能按期整改；
經常漏崗、無人值班、破壞監控系統；
未按月、季、年進行設備維護。
2．3巡檢維護中心
巡檢維護中心一般由消防工程公司承擔，主要負責對聯網用戶的網絡監控器、火災自動報警系統定時進行巡檢，對出現的故障及時予以排除，保證網絡監控器和火災自動報警系統的正常運行。
主要功能如下：
(1)定時／隨時接收網絡監控器和語音數字聯網報警器的巡檢報名信息，每天定時打印聯網監控器和語音數字聯網報警器的報名情況。
(2)聯網用戶的網絡監控器和語音數字聯網報警器運行狀態檢測，并記錄、存儲聯網用戶各類故障發生的日期和時間。
(3)聯網用戶基本統計。
(4)定時／隨時接收聯網單位火災自動報警系統的運行情況。
檢測聯網單位以下項目：
火災自動報警系統(包括聯動設備)的開機、關機；
火災自動報警系統(或聯動設備)是否正常運行；
是否有人正常值班；
故障是否排除；
預警、火警信息：
新驗收單位連續一周監測：
對各類事件進行分類統計、分析，生成各種統計報表。
對出現的故障及時組織人員，予以排除，保證設備的正常運行。
2．4語音數字聯網報警
對規模小但又屬重點場所，如小至賓館、小商店、小飯店等，考慮到消防設備投資費用，可以安裝
語音數字聯網報警器等設備，既可以實現現場報警，又具有與中心聯網的功能，且消防費用投入較小。
主要功能如下：
聯網報警器對所接探測器進行智能化管理，設有各個獨立可編程防區，可帶多個感煙探測器或緊急報警按鈕。
編程操作有語音提示，快捷準確。
電話線故障現場報警。
對自動報警可以經過人工確認后，再傳至接警中心。
具有自檢功能，自動區分火警及故障信號。
語音數字兼容的報警方式，報警優先功能。
主備電自動切換，有充放電保護。
三、技術關鍵及創新點
3．1技術關鍵
對火災報警(聯動)控制器的各種信息進行可靠處理。
實時線路故障、通訊故障、電源故障的聲光、語音報警技術。
監測中心系統軟件采用多線程技術，對通訊、打印及多媒體播放等進行可靠、實時處理。
對報警電話可靠處理的智能排隊控制。
監測中心對數據可靠處理的數據庫管理ODBC技術。
對防火探測器報警、故障信號的可靠處理。
3．2創新點
該系統采用先進的計算機網絡通訊技術，對聯網的火災自動報警設備進行常年網絡監控，可實時傳送報警器運行信息，實現定時巡檢和隨時抽查，以及定時報名和實時報警等功能。
采用C3I技術即計算機、通信、控制及信息技術。
采用嚴格的通訊協議，并兼容多種通訊方式，可提供多種接口與各單位的火災自動報警設備聯接。
人工報警和自動報警同時兼顧。
實時語音報警及提示，同時采用數字錄音，提高了錄音質量和保存時間。
未安裝火災自動報警系統的用戶可直接入網。
通信線路故障及通訊故障實時報警。
網絡監控器漢字液晶顯示各種信息，并打印相應信息。
將計算機輔助決策系統有機的納入系統之中。
關鍵詞：Solidworks，開放式數控系統，數控銑床，三坐標
隨著數控機床的普及，采用數控機床己成為機械制造業改革的主要方向，如何能高質量、高效率、低費用的培訓操作人員成為亟待解決的問題之一。由于數控機床的教學比較抽象需要借助實驗來加深對課堂知識的理解，生產用的數控機床一般價格都比較昂貴，軟件也不是開放式的結構，無法用于學生的實驗教學。因此設計一種功能齊全，結構簡單，軟件結構開放，低成本，且具有代表性的教學實驗型微型數控機床可以滿足教學實驗的要求。
1 總體方案的確定
實驗型微型數控銑床以開放式CNC體系為指導思想，在Windows98下開發系統的硬件、軟件。本研究將用Delphi語言、Solidworks及Protel軟件完成對該數控銑床整體結構的設計和控制系統的接口電路(IO/TIMER控制板)、驅動電路、有關外圍電路、相應控制軟件的設計。繪制出試驗型數控銑床的虛擬樣機，根據零件圖，設計零件制造的工藝；在零件加工完成后，進行裝配調試，完成微型數控銑床的制作。
2 機械部分設計
微型銑床的機械部分是機床的主體部分，其設計計算主要包括：總體傳動方案的確定，電機、主軸、絲杠的選取等。機械部分Solidworks虛擬制圖如圖1所示
圖1 銑床的機械部分虛擬制圖
2.1 機床總體傳動方案的確定
本機床可以實現X軸、Y軸和Z軸三坐標聯動。X軸、Y軸的進給是通過電機帶動絲杠，絲杠又與螺母傳動來實現。電機與絲杠的連接可以通過銷釘來實現。在傳動過程中電機帶動絲杠做旋轉運動，螺母沿導軌做水平移動，從而帶動工作臺運動。論文參考網。Z軸的進給也是通過電機帶動絲杠，絲杠又與Z軸螺母傳動來實現。主軸套與Z軸螺母相連，在傳動過程中電機帶動絲杠做旋轉運動，螺母沿導軌做上下移動，從而帶動主軸做上下運動。
2.2 設計計算部分
2.2.1 主軸的選取和校核
1）主軸選取
立式銑削切削力的計算:
由機械設計手冊[1],對高速鋼圓柱銑刀:
其參數按實際加工過程中平均銑削條件為準選取:
對圓柱銑刀逆加工:
主軸材料為 40Cr 鋼取C=102
2）主軸校核
2.2.2 滾珠絲杠的選取
由最大動載荷Q值和導程P可以選擇滾珠絲杠的型號為：CWM165-2.5-P3。
3機床控制部分設計
3.1系統硬件組成
經過分析，本三坐標數控系統決定采用單CPU結構(采用的控制PC機主頻達到797MHz)。本三坐標數控銑床主要用于教學演示故對精度要求不是特別高，采用開環控制方式，用步進電機驅動輸出，設計數控接口電路進行定時中斷、脈沖輸出以及其它開關量的輸入輸出。論文參考網。論文參考網。其數控系統硬件組成如圖2所示[2－4]
3.1.1接口電路設計
本數控接口電路主要完成外部開關量的輸入和步進電機的控制以及一些機床輔助功能的實現，性能優良、工作可靠。接口電路的結構如圖3所示[5－6]。
3.1.2步進電機驅動器輸出控制電路
為了輸出脈沖去控制三個方向的步進電機，以及接收機床行程開關等開關量信號，在電路設計中設計了兩片可編程接口芯片8255，可以對48點數字量進行I/O操作。但本微型數控銑床三坐標數控系統中僅用到了一片8255，另一片暫時未用，用于以后的功能擴展。使用的8255的 PA口、PB口、PC口均工作在基本輸入輸出方式。8255控制字格式如下：
D7：1，D6：0，D5：0，D4：0，D3：0，D2：0，D1：0，D0:0,
即控制字為80H
用Delphi編寫CNC程序，初始化8255：
procedure TForm1.FormCreate(Sender: Object);
begin
asm
mov al,80H
mov dx,0213H
out dx,al
……
end；
在實時中斷服務程序中，用8255經光電隔離向三個方向的步進電機驅動器輸出控制信號，進而控制三個方向步進電機的運動，如圖4所示。
4 結束語
型微型數控銑床具有體積小，價格低，功能完善，安全系數高，是三坐標驅動和生產型數控銑床工作原理相同，且具有開放的軟硬件結構，基于以上的優點微型數控銑床將具有廣泛的應用前景。
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