數控技術畢業論文(數控技術畢業論文題目)

在接下來的時間里，我將為大家提供一些關于數控技術畢業論文的信息，并盡力回答大家的問題。讓我們開始探討一下數控技術畢業論文的話題吧。

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數控車工畢業論文~~采納了再加100

基于單片機的儀表車床簡易數控系統的實現

第2章 數控系統的設計要求

2.1概述

該數控系統是為了適應國內眾多的普通機床改造而設計的主要考慮四個方面：

①經濟性

既然是用于普通機床的數控化改造，因此，必須充分考慮系統的成本，這是保證達到系統設計目的的關鍵。這里的成本包括整個系統的成本，包括數控系統、伺服驅動系統及機械傳動系統等，其核心在于數控系統的方案選擇。

②方便性

數控系統的方便性，又叫“宜人性”，主要反映在系統的編輯部分。編輯(編程)部分是人和系統直接打交道的部分，即所謂的“人機界面”。人機界而應當對用戶友好，也就是說編輯(編程)部分應當盡量給用戶提供力便、快捷舒適的操作使用環境。系統需從以下幾個途徑來體現：

●漢化按鍵，方便各種層次的操作者使用。

●輸入、檢索、修改盡量一體化。即輸入時可以檢索、修改，檢索時可以修改、輸入，并且自動顯示程序段號。

●快速檢索，即能對程序進行上下翻頁顯示。

③實用性

經濟則數控系統的設計不應追求功能的大而全，應以實用為原則。一般的機械加工只要能具有以下功能即可滿足需要：

●直線、圓弧插補。插補速度要充分考慮被機床本身的內在素質，如剛性、抗震性、耐磨性等，不宜過高。

●速度銜接技術，即速度升／降速控制。速度銜接技術可以保證系統在加工過程中實現2段程序間的速度平滑連接，從而避免造成加工刀痕或平臺，保證精度。

●動態坐標顯示。

●加工程序的掉電保護能力。

●電動刀架控制。采用電動刀架，用軟件進行控制，可以提高生產效率。

●細分技術。細分技術是當今經濟型數控系統的一項重要技術。它可以有效解決步近電機的低頻振蕩問題，同時使機床脈沖當量細化，提高控制精度；另外，還可以提高低速加工時的出刀。

④可靠性

由于數控系統工作環境十分惡劣，必須有足夠的可靠性才能保證系統穩定運行。

2.2數控系統的性能指標

按照廣述設計要求及設想，數控系統的性能指標可歸納為：

●X，Z兩軸聯動，開環控制方式。

●ISO國際數控標準格式代碼編程。

●快速定位。

●具有直線、圓弧插補能力。

●能與上價機串行通信、具有簡單的聯網能力。

●最大編程尺寸9999.99mm，z軸脈沖當量0.01mm，x軸脈沖當量0.005mm，最大進給速度為0.083m/s（5m/min）。

●預留螺紋加工功能的接口。

●具有連動、點動2種手動加工方式，以及自動連續加工方式。

第3章 總體方案的確定

3.1系統總體方案

本系統在研制過程中，緊緊圍繞可靠性、方便性、低成本等設計要求。確定總體方案如下：

3.1.1基于單片機的系統結構

按照上述設計思想，本系統采用基于單片機的系統結構。這種方案結構簡單，成本低。考慮到擴展性，主系統采用89S58單片機。AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統及80C51引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應用系統提供高性價比的解決方案。

1.一個個8位的CPU

2、26個特殊功能寄存器（Special Function Register）

3、一個片內振蕩器及時鐘電路

4、全靜態工作：0Hz-24KHz

5、32條可編程I/O線

6、2個16位可編程定時計數器

7、5個中斷優先級2層中斷嵌套中斷

8、2個全雙工串行通信口

9、電源控制模式：低功耗的閑置和掉電模式

10、8031 CPU與MCS-51 兼容

11、4個8位并行（Parallel）I/O口

12、三級程序存儲器保密鎖定

13、128B 內部RAM

14、內部硬件看門狗電路

15、4k Bytes Flash片內程序存儲器(壽命：1000寫/擦循環)

16、一個SPI串行接口,用于芯片的在系統編程

17、可尋址64KB的外部ROM和外部RAM的控制電路

這些我們稱為單片機的資源（Souce），單片機的應用就是怎么充分合理地利用這些資源，來解決實際中的問題

3.1.2人機界面

(1)采用液晶顯示界面

作為一個簡易型數控系統，采用了12232漢字圖形點陣液晶顯示模塊，帶背光字符型液晶模塊作為主顯示界面，不采用數碼管顯示。這樣做的目的有3個：

●液晶顯示方式具有顯示容量大、可以顯示所有字符及自定義字符的能力。至于不能顯示圖形以實現加工曲線動態顯示的缺陷，可以通過上儀機模擬仿真加工來彌補。

●液晶顯示模塊自身具有控制器，可以減輕主CPU的負擔。

●使系統具有菜單驅動的基本素質。采用菜單驅功方式實現編輯模塊的全屏幕編輯功能，達到友好的人機界面要求。

●可顯示漢字和圖形。

(2)采用雙功能按鍵設計，簡化鍵盤

系統設計中充分考慮功能的需要、操作方便的需要及系統復雜性的要求三者之間的關系確定系統的大多數按鍵為雙功能鍵，使得整個系統界面簡潔。

3.1.3采用開環控制方式

系統設計的目的決定了系統只能采用開環控制方式。在開環型位置控制系統中，只能采用步進電機作為伺服執行單元。這是由步進電機車身的特性決定的。關于步進電機的特性等詳細內容參見本章后續有關章節。

開環控制系統的數控機床結構簡單，成本較低，僅適用于加工精度要求不很高的中小型數控機床，特別是簡易經濟型數控機床。

這類系統比較簡單，價格最便宜，可以用于小型車床、銑床、鉆床和線切割機床。如下圖是常見的兩坐標簡易數控系統的組成框圖。系統軟件固化在單片機的存儲器中，加工程序可通過鍵盤或磁帶機輸入，經系統軟件進行編輯處理后輸出一個系列脈沖，再經光電隔離，功率放大后大驅動兩臺步進電機，分別控制機床兩個方向的運動，完成位置、軌跡和速度的控制。根據需要，微機還可通過繼電器電路，實現對諸如主軸起停、變速、各種輔助電機起停、刀架轉位、工件爽緊松開等動作的自動控制，使整個加工過程自動進行。

圖3-1開環步進電機與單片機連接電路

單片機控制步進電機拖動的開環系統具有價廉，技術成熟等優點，因而使用較多。但這種系統還存在拖動力矩偏小，過載能力差、速度偏低，精度不夠高及其價格隨力矩增加成指數卜升等缺點。為此，選用時要注意在適當的范圍內發揮其優勢。一般主要適用于拖動力矩小于15Nm的小型機床，如C616，C618，C620，C6140等普通車床。對于轉矩要求大、功能要求多的機床(如銑床、鏜床、鉆床及鏜銑床)和高精度機床(如坐標鏜床)就難于使用，需要開發與其適應的其他經濟型數控系統。

3.1.4功能精簡，提高可靠性

設計具備簡易型數控系統必需的基本功能

●直線、圓弧插補能力。

●端面、臺階的循環加工。

●點動、連動、自動3種運行方式。

●申行通信能力。

3.2系統功能模塊及其分析

3.2.1系統功能模塊與總體框架

(1)系統操作界面

按照上述

圖3-2 系統的人機界面圖

復位——系統在死機、工作出錯等情況下的總清鍵，使系統回復設計的原始狀態。

運行——自動運行用戶的零件加工程序，包括程序的語法檢查、數據處理、編譯、插補運算及步進電機控制等。

暫停一—自動加工的暫停，是一個乒乓鍵，按一次，加工暫停，再按一次，繼續加工。

換刀一—用于手工換刀，每按一次．電動刀架轉一個工位，本系統中為90度。

手動——與“←、↑、→、↓”配合，以實現動作臺的連動；在編輯程序時為光標移動鍵。數字1—9均為雙功能鍵、用于程序輸入、用“上下檔”鍵進行切換。

G—一準備功能鍵，用于ISO加工程序輸入。

M——輔助功能鍵，用于冷卻泵的啟/停、程序的結束等程序段的輸入。

插入—一用于程序編輯過程中“插入修改”方式的切換。也是乒乓鍵，用塊光標或下劃線光標指示。

刪除——在插入方式下，刪除當前的字符；在修改方式下，刪除當前光標位置字符。

上頁一—程序上翻到上一程序段。相當PC機的PageUp鍵。

下頁——程序下翻到下一程序段。與上頁鍵一樣是一個屏幕編輯鍵。相當PC機的PageDown鍵。

回車——確認鍵。

Esc——相當于PC機的Esc鍵。

(2)系統功能模塊與總體框架

系統從總體上分為人機界面模塊、伺服執行模塊、電動刀架擰制模塊、串行通信模塊及基于AT89S51單片機的主控模塊等5大模塊，參見圖3-2。各模塊的功能分別是：

圖3-3 系統模塊與總體框架

①人機界面模塊

該模塊主要完成人機的對話與交流，物理上表現為顯示器與鍵盤，核心功能是加工程序的編輯。由于采用全程菜單驅動形式．使該模塊具有較好的友善性。

②伺服執行模塊

該模塊主要由脈沖分配器、伺服驅動及步進電機等組成，是一個執行單元，按照主機的指令完成工作臺與刀具的相對運動，實現車削加工。其速度特性、矩頻特性等直接影響加工的精度和速度。

③電動刀架控制模塊

采用2繼電器方式的4方電動刀架．用軟件完成刀架的換刀動作，即刀架電機的正轉拾刀→換刀→反轉鎖緊，是經濟型數控系統必不可少的部分，可以提高加工效率，大大減少在加工過程中因手工換刀帶來的誤差。

④串行通信模塊

該模塊的功能是完成與上位機的串行通信，采用三線制方式，使系統具有基本的組網能力。

⑤主控模塊

主要包括零片微處理器(也括監控程序)、加工程序存儲單元及與其他模塊的接口電路要完成程序編輯、加工程序處理、軟件插補達貿、電動刀架餃制及行程限位保護等。

3.2.2系統軟件框架

如圖3-4展示了系統軟件框圖。系統上電后，執行初始化程序、鍵盤掃描程序。如有“計數顯示”、“計數清零”、“點動”等功能鍵按下，執行其各自的工作子程序后返回初始化程序，并顯示其相應的提示符。順序控制程序也設計成子程序模塊，它的主要功能是讀入各行程開關及壓力繼電器的信號狀態組合，經分析判斷，輸出一系列控制信號，完成對工件的自動加工。如按下“點動”鍵，則顯示點動提示符，執行順序控制程序，即返回初始化程序，如按下“連動”功能鍵，則首先置連動工作標記（此時，除“返回”鍵外，其余各鍵均用軟件屏蔽），然后開中斷，等待，刀具檢測信號，收到中斷請求信號后，執行中斷服務程序。在中斷服務控制中，先后執行順序控制子程序，鍵盤掃描及顯示子程序，并記錄和顯示數據。完成一次順序控制或有“返回”鍵按下，則返回主程序?；氐街鞒绦蚝螅耘袛嗍欠裼小胺祷亍辨I按下，如有，則返回初始化程序。否則，重新等待中斷。

采用模塊化設計：

①點動，連動，換刀

該模塊主要實現工作臺在x，z兩軸上正、反2個方向的點動、連動操作，以及手動控制換刀等，用于方便對刀、工作原點設置等。

②自動

該模塊主要實現加工程序的處理(包括程序語法檢查、程序編譯、數據處理等)、插補運算步進電機的控制及自動換刀控制等。

③參數設置

該模塊主要實現刀具補償參數設置、間隙補償參數設置等自動加工參數的設置。

④編輯模塊

該模塊主要實現零件加工程序的鍵盤編輯、輸入。

⑤通信模塊

該模塊主要實現與上位機或其他智能設備的串行通信，可用于加工程序的傳送等。

圖3-4 系統軟件原理框圖

第4章 硬件系統設計

4.1主模塊設計

4.1.1主模塊中關鍵器件及其選型

(1)單片機

本系統采用PHILIPS公司的8位單片機AT89S51為控制核心。AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統及80C51引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元,全靜態工作，RAM可擴展到64K字節，5個中斷優先級，2層中斷嵌套中斷，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，2個16位可編程定時計數器。外接一片2764EPROM，作為監控程序的程序存儲器和存放常用零件的加工程序。再選用一片6264RAM用于存放需要隨機修改的零件程序、工作參數。采用譯碼法對擴展芯片進行尋址，采用74LS138譯碼器完成此功能。8279作為系統的輸入輸出口擴展，分別接鍵盤的輸入、輸出顯示，8255接步進電機的環形分配器，分別并行控制X軸和Z軸的步進電機。另外，還要考慮機床與單片機之間的光電隔離，功率放大電路等.

圖4-1單片機系統原理框圖

(2)數據存儲器的選用

系統采用單片機作為控制核心，最高速度為33MHz，我們用到22.1184MHz。速度高對外部電路特別是外部數據，程序存儲器擴展電路要求很高。必須滿足在CPU讀數據或程序指令時，外部數據或程序指令已準備好了。所以必須進行芯片的時序校驗。為了使系統工作可靠我們也進行存儲器的校驗。

首先，對存儲器作一介紹。單片機存儲器分為內部存儲器和外部存儲器，內部存儲器又分為內部數據存儲器和程序存儲器，同樣，外部存儲器也分為程序和數據存儲器。本系統采用AT89S51為核心單元，其本身帶有128B的RAM和4KB的Flash內部程序存儲器。對于數據存儲器，內外兩部分是獨立編址的，用不同指令來訪問不同的數據存儲器，即，MOV訪問片內，MOVC訪問片外，外部可擴展到64K，由于在外部數據存儲器和I/0是統一編址的，應給I/0留一定的空間，且本系統要求留有一定的擴展空間，所以本系統擴展采用的芯片是6264。Y62256是HUNDAI公司的一種高速低功耗32K的

CMOS的靜態RAM，采用現代公司的高速CMOS工藝技術。HY62265具有數據保持模式，以確保在最低供電電壓下2V數據有效。使用CMOS技術，電源電壓在2.OV~5.5V之間，數據保持電流幾乎沒有影響。HY62256適合使用在低壓和電池供電工作環境。M28256用于擴展程序存儲器，是一種采用ST微電子公司擁有知識產權的多極性硅技術制造的。在3V或}V供電條件下具有快諫低功耗工作模式。電路已被設計成可提供與微控制器柔性接口特征?？墒褂密浖蛴布M行數據循環測試或位功能鎖定?？梢允褂脴藴实腏EDEG運算法則進行軟件數據保護。電路擴展如圖4-2所示。

圖4-2 存儲器擴展

(3)總線驅動、數據、地址鎖存及譯碼電路

由于單片機的數據線和低位地址線共用必須加地址鎖存器進行低位地址鎖存。使用74LS373作為地址鎖存器，當應用系統規模過大，擴展所接芯片過多，超過總線的驅動能力時，系統將不能可靠工作，此時應加用總線驅動器來減少讀數據的持續時間。整個系統可擴展的外部數據總共為64K，由于單片機外部數據存貯器和工/0是統一編址的，我們將低32K作為外部擴展的數據存儲器，高譯碼電路采用兩片74LS138,用了32K作為I/0使用或留給以后擴展用。由于外設使可編程器件，所以在使用138作譯碼時需要產生兩種譯碼地址:一種是地址連續，一種是段地址連續。其中Ll,L5可作為系統再次擴展時用。譯碼地址輸出在圖4-3中已給出，Y0-Y7作為單地址芯片片選信號，Y8-Y15可作為可編程芯片片選信號，如8254可編程計數器。譯碼電路如圖4-3.

圖4-3譯碼電路

4.1.2主模塊電原理圖設計

本系統選用AT89S51CPU作為數控系統的中央處理機。主程序框圖如圖4-4。外接一片2764EPROM，作為監控程序的程序存儲器和存放常用零件的加工程序。再選用一片6264RAM用于存放需要隨機修改的零件程序、工作參數。采用譯碼法對擴展芯片進行尋址，采用74LS138譯碼器完成此功能。8279作為系統的輸入輸出口擴展，分別接鍵盤的輸入、輸出顯示，8255接步進電機的環形分配器，分別并行控制X軸和Z軸的步進電機。另外，還要考慮機床與單片機之間的光電隔離，功率放大電路等。

8255A可編程并行I/O口擴展芯片可以直接與MCS系列單片機系統總線連接，它具有三個8位的并行I/O口，具有三種工作方式，通過編程能夠方便地采用無條件傳送、查詢傳送或中斷傳送方式完成CPU與外圍設備之間的信息交換。

CPU對8279的控制是先讀回8279的狀態字，查看PIFORAM中有無字符 ，若有將根據字符個數讀出所有字符，并進行相應處理；若無，則直接返回。CPU對8279的監視采用查詢方式，對8279分配的數據口地址為8000H，狀態口地址為8001H，CPU每隔10ms定時中斷查詢一次，所有顯示采用查詢段碼表的方式實現，簡化了程序設計過程，提高了程序質量。

圖4-4主程序框圖

4.2輸入/輸出模塊設計

4.2.1 I／O模塊電原理圖設計

8279作為系統的輸入輸出口擴展，分別接鍵盤的輸入、輸出顯示。8279是可編程接口芯片，通過編程使其實現相應的功能，編程的過程實際上就是CPU向8279發送控制指令的過程。在軟件設計中，顯示方式采用了8個字符顯示，左入方式，編碼掃描鍵盤，雙鍵鎖定。I／O模塊電原理圖如圖4-5所示。

圖4-5 I/O模塊電原理圖

圖4-6 8279工作程序框圖

4.2.2步進電機控制接口

X，Z兩軸采用3相6拍步進電機，并口8255向控制端口寫控制字，PUSLE來實現對步進電機的控制。8255接步進電機的環形分配器，通過3片4N25光電隔離，分別形成X、Z所需的3相控制信號，送往步進電機驅動電源，分別并行控制X軸和Z軸的步進電機。芯片YB013實現硬件環分任務，；達林頓光隔離管4N25實現計算機弱點部分和步進電機強電部分的隔離，既起功率放大作用，又充當無觸點開關，實現對計算機的保護。單片機控制步進電機連接如圖4-7所示。

圖4-7 單片機控制步進電機

4.2.3刀具控制接口

(1)電動刀架及其工作原理

電動刀架的機械部分類似于蝸輪機構，實現刀具的抬升、旋轉(交換刀具位置)及下降鎖緊，這里著重討論實現上述動作所必須的硬件條件和電路原理。

在圖4-8中，繼電器KA1，KA2實現電動刀架的動作切換控制，主要完成刀架電機的正、反轉切換。在刀架旋轉過程中，每個工位上的霍爾元件會依次切換為有效狀態，系統根據T1，T2，T3及T4狀態的變化，可以推斷出目前的刀號，并判斷是否為當前所選用刀具，一旦符合，則電機反向旋轉，鎖緊刀具。電動刀架各時序的切換反間隔是系統控制的關鍵，反向鎖緊所用時間取決于電動刀架生產廠家的推薦指標，過長會引起電機發熱甚至燒毀。為保證電動刀架安全運行，在電動刀架交流380V進線處加裝快速熔斷器和熱繼電器。

圖4-8電動刀架的電原理圖

(2)電動刀架與單片機的接口

電動刀架與系統的硬件接口主要是控制電機正、反轉信號J1，J2及刀號反饋信號TI，T2，T3和T4。上述信號均光電隔離后與單片機系統接口。

電動刀架軟件控制流程如圖4-9所示，采用查詢方式。

圖4-9電動刀架控制流程

程序為：

#include <AT89S51.h>

#include <absacc.h>

#define N1 XBYTE[ ]

typedef unsigned ｃｈａｒ uchar

void adc0809(uchar idata *x);

void delay();

void main()

{

static uchar idata ad[4];

adc0809(ad);

}

void adc0809(uchar idata *x)

{

uchar i,*ad_adr;

uchar motor=1;

ad_adr=&N1;

for(i=0;i<4;i++)

{

If(*ad_adr=i)

{

delay1( );

KA1=1;

delay2( );

return();

}

else KA1=0

}

}

void delay1(motor==0)

{

uchar j;

for(j=0;j<20000;j++)

{;}

}

void delay2(void)

{

uchar j;

for(j=0;j<150000;j++)

{;}

}

4.2.4急停、暫停、行程限位接口電路

限位開關為常開狀態；因此，X十，X一，Z十，Z一正常輸人為低電平狀態。因此如果行程開關被壓合，向INT0發出中斷信號，系統進行復位，步進電機的脈沖消失，也就無法繼續前行，起到保護機床的目的。本系統采用三輸入端與非門74HC10的輸出端作為一個共用的中斷信號接至單片機的INT0，用于實時處理緊急停車、暫停、限位報警功能。電路如圖4-8所示：

4.3串行通信電路

本系統由兩部分構成，上位機系統和下位機系統，由于上位機主要完成管理顯示等工作，下位機完成控制功能，所以上位機和下位機的數據傳輸實時性要求不高，我們采用串口通信。使用RS232標準，MAX232進行電頻的轉換。串口RS232標準，它是美國電子工業協會(Electronic Industry Association)的推薦標準。本系統采用9針連接器，其定義見表4-1。本系統采用三線制TXD,RXD,GND連接，以使電路簡單。

表4-1 連接器定義表

串口通訊電路主要由MAX 232電平轉換電路構成。MAX232是MAXIM公司產品，一種電平轉換芯片?？梢詫TL轉換成RS232，或RS232轉換成TTL。滿足單片機和普通計算機的通訊電平轉換要求。電路如圖4-10所示。

圖4-10 通信接口電路

4.4人機界面模塊設計

4.4.1單片機應用系統中常用顯示方式及其比較

在單片機應用系統中，目前比較常用的顯示介質有數碼管(LED)、液晶顯示(LCD)及CRT等，在家用電器中用的比較多的是真空熒光屏(VFD)。現就各自特點簡述如下：

(1)數碼管

數碼管是一種主動發光器件。所謂主動發光．是指環境越暗越清晰。分為7段數碼管和“米”字數碼管2種。前者用于顯示ARCⅡ碼，顯示信息量??；后者除了可顯示ARCⅡ字符外，還可顯示一些自定義的比較復雜的字符。數碼管按驅動電流分，又可分為普通亮度、高亮、超高亮等。數碼管由于其廉價而且擴展方便等特性，—直是單片機系統中用得最多、最廣的一種顯示器件。國內有不少型號的數控系統、尤其是早期的數控系統，廣泛采用數碼管作為顯示界面。

(2)液晶顯示

液晶顯示器是一種被動發光器件。所謂被動發光，是指環境越亮越清晰，黑暗環境下必須加入背光才能清晰顯示。分為字段型液晶顯示器、字符型液晶顯示器及圖形點陣液晶顯示器。字段型只能顯示ASCII字符，字符型可以顯示ASCII字符，顯示效果比字段型好，而且可以顯示少量的自定義字符；圖形點陣液晶顯示器是目前在單片機系統中比較流行的新型顯示器件，可以顯示所有字符及圖形，由于其可以顯示漢字的特性，被廣泛用于國內智能設備中，國內的數控系統也開始廣泛采用。

(3)CRT

CRT顯示器分為單色和彩色2種，在數控系統中，尤其是高檔數控系統中應用日益廣泛。其特點是成本低、顯示容量大；可以顯示所合字符、圖形及漢字；采用視頻專用接口電路MC6847等與單片機接口，比較復雜，因而在—般的應用中比較少見。

(4)真空熒光屏

真空熒光屏簡稱VFD(vacuunm fluorescent display module)，是一種新型的顯示器件。它由3個基本電極——陰極(燈絲)、陽極及柵做封裝在一個真空的玻璃容器內構成。陰極是涂敷了金屬氧化物的鎢絲；柵極是極細的金屬網；陽極為段或點陣型的導電電極，它上面的熒光物質可顯示相應的字符或符號。柵極和陽極之間加有正電壓，從陰極發射出來的電子被這個正電壓加速，碰擅到陽極表面的熒光物質產生輻射，發出波長為505nm左右的談綠色熒光。通過按制柵極和陽極之間的電壓，就可以顯示各種字符。VFD由于其以下特點而被廣泛應用于家用電器、商場POS機以及新型的儀器儀表中。①亮度高，并且不存在視角問題，②工作溫度范圍寬、壽命長；②外圍電路簡單，只需十5v電源就可以工作，提供準8位數據總線接口；④功耗低。但這種顯示器目前用在數控系統上還比較少。

4.4.2點陣液晶顯示模塊

(1)字符型液晶顯示模塊

本數控系統采用字符點陣液晶顯示模塊DM12232。該模塊具有以下特點：

●能顯示122列32行

●電源VDD3.3V~5V（內置升壓電路，無需負壓）

●與微處理器接8位或4位并行/ 3位串行

●多種軟件功能：自定義字符、畫面移動、光標顯示、睡眠模式等功能

●配置LED背光

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數控機床畢業論文3000字左右就行

數控技術及數控機床在當今機械制造業中的重要地位和巨大效益，顯示了其在國家基礎工業現代化中的戰略性作用，并已成為傳統機械制造工業提升改造和實現自動化、柔性化、集成化生產的重要手段和標志。數控技術及數控機床的廣泛應用，給機械制造業的產業結構、產品種類和檔次以及生產方式帶來了革命性的變化。數控機床是現代加工車間最重要的裝備。它的發展是信息技術(1T)與制造技術(MT)結合發展的結果?，F代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技術，都是建立在數控技術之上的。掌握現代數控技術知識是現代機電類專業學生必不可少的。 數控技術和數控裝備是制造工業現代化的重要基礎。這個基礎是否牢固直接影響到一個國家的經濟發展和綜合國力，關系到一個國家的戰略地位。因此，世界上各工業發達國家均采取重大措施來發展自己的數控技術及其產業。 在我國，數控技術與裝備的發展亦得到了高度重視，近年來取得了相當大的進步。特別是在通用微機數控領域，以PC平臺為基礎的國產數控系統，已經走在了世界前列。但是，我國在數控技術研究和產業發展方面亦存在不少問題，特別是在技術創新能力、商品化進程、市場占有率等方面情況尤為突出。在新世紀到來時，如何有效解決這些問題，使我國數控領域沿著可持續發展的道路，從整體上全面邁入世界先進行列，使我們在國際競爭中有舉足輕重的地位，將是數控研究開發部門和生產廠家所面臨的重要任務。 為完成此任務，首先必須確立符合中國國情的發展道路。為此，本文從總體戰略和技術路線兩個層次及數控系統、功能部件、數控整機等幾個具體方面探討了新世紀的發展途徑。 1 總體戰略 制定符合中國國情的總體發展戰略，對21世紀我國數控技術與產業的發展至關重要。通過對數控技術和產業發展趨勢的分析和對我國數控領域存在問題的研究，我們認為以科技創新為先導，以商品化為主干，以管理和營銷為重點，以技術支持和服務為后盾，堅持可持續發展道路將是一種符合我國國情的發展數控技術和產業的總體戰略。 1.1 以科技創新為先導 中國數控技術和產業經過40多年的發展，從無到有，從引進消化到擁有自己獨立的自主版權，取得了相當大的進步。但回顧這幾十年的發展，可以看到我們在數控領域的進步主要還是按國外一些模式，按部就班地發展，真正創新的成分不多。這種局面在發展初期的起步階段，是無可非議的。但到了世界數控強手如林的今天和知識經濟即將登上舞臺的新世紀，這一常規途徑就很難行通了。例如，在國外模擬伺服快過時時，我們開始搞模擬伺服，還沒等我們占穩市場，技術上就已經落后了；在國外將脈沖驅動的數字式伺服打入我國市場時，我們就跟著搞這類所謂的數字伺服，但至今沒形成大的市場規模；近來國外將數字式伺服發展到用網絡（通過光纜等）與數控裝置連接時，我們又跟著發展此類系統，前途仍不樂觀。這種老是跟在別人后面走，按國外已有控制和驅動模式來開發國產數控系統，在技術上難免要滯后，再加上國外公司在我國境內設立研究所和生產廠，實行就地開發、就地生產和就地銷售，使我們的產品在性能價格比上已越來越無多大優勢，因此要進一步擴大市場占有率，難度自然就很大了。 為改變這種現狀，我們必須深刻理解和認真落實“科學技術是第一生產力”的偉大論斷，大力加強數控領域的科技創新，努力研究具有中國特色的實用的先進數控技術，逐步建立自己獨立的、先進的技術體系。在此基礎上大力發展符合中國國情的數控產品，從而形成從數控系統、數控功能部件到種類齊全的數控機床整機的完整的產業體系。這樣，才不會被國外牽著鼻子，永遠受別人的制約，才有可能用先進、實用的數控產品去收復國內市場，打開國際市場，使中國的數控技術和數控產業在21世紀走在世界的前列。 1.2 在商品化上狠下工夫 近幾年我國數控產品雖然發展很快，但真正在市場上站住腳的卻不多。就數控系統而言，國產貨仍未真正被廣大機床廠所接受，因此出現國產數控系統用于舊機床改造的例子較多，而裝備新機床的卻很少，機床廠出產的國產數控機床大多數用的都是國外的系統。這當然不是說舊機床的數控化改造不重要，而是說明從商品的角度看，我們的數控系統與國外相比還存在相當大的差距。 影響數控系統和數控機床商品化的主要因素除技術性能和功能外，更重要的就是可靠性、穩定性和實用性。以往，一些數控技術和產品的研究、開發部門，所追求的往往是一些體現技術水平的指標（如多少通道、多少軸聯動、每分鐘多少米的進給速度等等），而對影響實用性的一些指標和一些小問題卻不太重視，在產品的穩定性、魯棒性、可靠性、實用性方面花的精力相對較少。從而出現某些產品鑒定時的水平都很高，甚至也獲各種大獎。但這些高指標、高性能的產品到用戶哪兒卻由于一些小問題而表現不盡人意，最后喪失了信譽，打不開市場。這說明，高指標、高性能的樣機型的產品離用戶真正需要的實用、可靠的商品是有相當大的距離的，將一個高指標、高性能的產品變為一個有市場的商品還需作出大量艱苦的努力。 另一方面，數控系統和數控機床不像家電類產品那樣易于大批量生產，應用環境也不那么簡單。數控產品是在生產環境中使用，面臨的是五花八門的工藝問題。如果開發部門對這些問題掌握得不透，就難以將產品設計得很完善。而且數控產品的某些問題在開發、試用，甚至鑒定時都難以發現。這就造成，同樣型號的數控機床在有的用戶那兒運行得很好，而在別的用戶那兒卻表現欠佳?；蛘咄瑯有吞柕臄悼貦C床用于加工某些零件工作得很好，但用于加工其他零件時卻不盡人意。出現這種情況，有時是用戶操作人員的水平問題，但有時就是數控產品本身潛在問題的暴露。為解決這一問題，國外一些公司設立了專門機構來測試考驗自己的產品，如為考驗新開發的數控系統，廠家自己設計和從生產實際中收集了大量零件程序，讓數控系統運行各種各樣的程序，一旦發現問題，即立即反饋給開發部門予以解決。經過這樣的測試考驗過程后，數控系統的潛在問題就大為減少。以往，我們的產品就很少進行這樣嚴格的全面的自我測試考驗。好些問題要等到用戶去給我們挑出來。這樣，即使一個小問題也將嚴重影響國產數控產品的聲譽。 因此，我們應充分重視上述問題，在商品化上切實狠下工夫，將其作為數控產業的主干來抓，貫穿于技術研究、產品開發、試制、生產等的全過程中，從而將我們已有的技術水平較高的數控產品變成真正有市場的好商品。

數控車床畢業論文 （畢業設計）數控加工工藝

摘要:介紹了普通車床的數控改造條件,同時介紹了對CA6140車床的主傳動系統和進給傳動系統進行了數控化改造

的過程。改造后的數控車床的加工能力、自動化水平和加工精度明顯提高。同時介紹了該車床機電聯動調試的經驗。

關鍵詞:普通車床;數控改造

中圖分類號: TG659 文獻標識碼: B 文章編號: 1001-3881 (2006) 4-208-2

企業要在激烈的市場競爭中獲得生存、得到發展,它必須在最短的時間內以優異的質量、低廉的成本,制造出合乎市場需要的、性能合適的產品,而產品質量的優劣,制造周期的快慢,生產成本的高低,又往往受工廠現有加工設備的直接影響。目前,采用先進的數控機床,已成為我國制造技術發展的總趨勢。購買新的數控機床是提高數控化率的主要途徑,而改造舊機床、配備數控系統把普通機床改裝成數控機床也是提高機床數控化率的一條有效途徑。我校為適應現代化生產和教學,對CA6140車床進行了數控化改造。

1 機床數控化改造的條件

1·1 機床基礎件有足夠的剛性

數控機床屬于高精度機床,工件移動或刀具移動的位置精度要求很高,必須在0·001~0·01mm之間,高的定位精度和運動精度要求原有機床基礎件具有很高的靜剛度和動剛度。本次用于改造的CA6140車床自購進后一直保養良好,機床基礎件剛性滿足要求。

1·2 機床數控改裝的總費用合適,經濟性好

機床數控改裝分兩部分進行:一是維修機械部分。更換或修理磨損零件,調試大型基礎零件,增加新的功能裝置,提高機床的精度和性能,另一方面是舍棄原有的一部分進給系統,用新的數控系統和相應的裝置來替代。改造總費用由機械維修和增加的數控系統兩部分組成。若機床的數控改造的總費用僅為同類型車床價格的50% ~60%時,該機床數控改造在經濟上適宜。經過考查,若購買同樣配置的車床約需10萬元,而我校機床數控改造的總費用為5·1萬元,僅占51%,因此該機床數控改造在經濟上是合適的。

2 系統配置及主要技術規格

該系統由SIEMENS 802S系統、接口電路、驅動線路及步進電機等組成,另外還配有自動轉塔刀架、主軸變頻調速器及主軸編碼器等,系統屬開環控制系統。其主要技術性能和參數如下:

(1)系統控制部分。采用SIEMENS 802S系統,鍵盤和顯示部分裝在面板上。

(2)系統軟件具有若干指令。其中加工指令有

直線、斜線、螺紋、錐螺紋和圓弧等5條指令?？蓪崿F車削外圓、端面、臺階、割槽、錐度、倒角、螺紋、順圓弧和逆圓弧等操作?？刂浦噶钣薪Y束循環、暫停、延時、延時換刀、編碼換刀、通訊等,與加工指令配合,可加工出各種較復雜的零件。

(3)系統環境工作條件。溫度-10~+40℃;濕度為40% ~80%。

(4)輸入電網電壓。交流(220±22)V;頻率為50Hz;電流為1·5A。

(5)步進電機。BYG550C-2型電機兩臺,驅動電壓為110V;相電流為2·5A;步距角為0·36°/步;靜力距為12N·m。

3 主傳動的數控化改造

機床主傳動的作用是把電機的轉速和轉矩通過一定途徑傳給主軸,使工件以不同的速度運動,主傳動性能的好壞,直接影響零件的加工質量和生產效率?？紤]到改造的經濟性,可乘用機床原有的普通三相異步交流電動機拖動?？紤]到加工過程中當電網電壓和切削力矩發生變化時,電機的轉速也會隨之波動,直接影響加工零件的表面粗糙度。因此為提高加工精度,實現主軸自動無級變速,在主軸上增加了交流異步電動機變頻調速系統,從而不需進行機械換檔。針對機床要求具有螺蚊切削功能,在主軸部位安裝主軸脈沖發生器,如圖1所示。為保證脈沖發生器與主軸等速旋轉,即主軸轉一周,主軸脈沖發生器也

圖1 主軸脈沖發生器安裝示意圖轉一周,主軸脈沖發生器的安裝方式很重要。改裝時,主軸傳動必須經過原有CA6140車床主軸箱中58/58和33/33兩級齒輪(實現1∶1)傳遞到原有CA6140車床的掛輪軸X,拆除掛輪留出空間,安裝脈沖發生器,并用法蘭盤固定。

4 進給傳動的數控化改造

進給傳動的作用是接受數控系統的指令,驅動刀具作精確定位或按規定的軌跡作相對運動,加工出符合要求的零件,對進給傳動的要求是高精度、高速度。改造中我們采用步進電機驅動系統實現開環控

圖2 進給傳動系統制,這樣結構簡單,安裝調試和維修都非常方便。

4·1 進給傳動鏈

圖2為普通車床改造后的進給傳動鏈,刀具縱向(Z軸)移動由步進電機,經接口箱內一對減速齒輪,轉動縱向移動的絲桿而實現。刀具的徑向(X軸)移動由步進電機,經接口箱內一對減速齒輪,轉動橫向移動絲桿而實現,該傳動鏈與原機床的傳動鏈相比,擺脫了結構復雜的進給箱和拖板箱。

4·2 接口箱內減速齒輪的齒數比

該車床要求的控制精度為: Z向0·005mm, X向為0·0025mm,即當執行一個脈沖指令時,工件的長度和直徑均變化0·005mm。BYG550C-2型步進電機的步距角為0·36°,每周步距數為360/0·36=1000(步/周), X向絲杠螺距為4mm,脈沖當量為0·0025mm,Z向絲杠螺距為6mm,脈沖當量0·005mm。按公式

主動輪齒數

從動輪齒數=步/周×脈沖當量絲杠螺距則X向:Z主/Z從=1000×2·5/4000=5/8Z向:Z主/Z從=1000×5/6000=5/6

4·2 接口箱內減速齒輪的齒數比

該車床要求的控制精度為: Z向0·005mm, X向為0·0025mm,即當執行一個脈沖指令時,工件的長度和直徑均變化0·005mm。BYG550C-2型步進電機的步距角為0·36°,每周步距數為360/0·36=1000(步/周), X向絲杠螺距為4mm,脈沖當量為0·0025mm,Z向絲杠螺距為6mm,脈沖當量0·005mm。按公式

主動輪齒數

從動輪齒數=步/周×脈沖當量絲杠螺距則X向:Z主/Z從=1000×2·5/4000=5/8Z向:Z主/Z從=1000×5/6000=5/6

4·3 傳動滾珠絲杠副

數控機床要求進給部分移動元件靈敏度高、精度高、反應快、無爬行,采用滾珠絲杠副可以滿足上述要求。在結構中,用普通滾珠絲杠副實現將旋轉運動變換為直線運動。滾珠絲杠螺母副安裝時需預緊,通過預緊可消除滾珠絲杠螺母副的軸向間隙,提高傳動剛度。預緊的方法是采用雙螺母齒差調隙式結構(圖3)。通過改變兩個螺母的軸向相對位置,使每個螺母中滾珠分別接觸絲杠滾道的左右兩側來實現的。

圖3 雙螺母齒差調隙式結構

一般需要幾次調整才能保證機床在最大軸向載荷下,既消除間隙,又能靈活運轉。

4·4 刀架

根據需要,拆除原方刀架,安裝620型四方刀架(圖4)。該刀架由120W的三相交流異步電機正轉驅動,使刀架正轉選刀,到預定刀位時,電機則反轉,使刀架夾緊。換刀方式有手控和機控兩種。機控時當零件在加工過程中需要換刀時,數控系統發出預先編制好的換刀控制指令,控制器接到換刀指令時,立即驅動刀架回轉。手控時,按動面板上的按鈕,刀架能轉一個刀位(90°),也可連續按動按鈕,直至任一刀位。

5 機電聯動調試

5·1 機械調試

絲杠上,側母線和橫、縱導軌的平行度誤差控制在0·01mm/全長之內;轉動絲杠,絲杠軸向竄動在0·01mm之內;絲杠螺母同軸度誤差控制在0·01mm之內。

5·2 機電聯動調試

(1)單坐標點動,主要調試其有無動作,運動方向是否符合要求,機械傳動是否正常,有無不正常響聲等。

1·上刀體 2·活動銷 3·反靠盤 4·定軸 5·蝸輪 6·下刀體 7·螺桿 8·離合器盤 9·霍爾元件 10·磁鋼

圖4 四方刀架結構圖

(2)點動合格后,做連續運動。反復多次,若出現故障或異常,排除后方可繼續進行。

(3)先試Z坐標方向,后試X坐標方向,這是因為Z坐標方向調試方便。

(4)測量兩坐標重復定位精度。在Z向坐標做連續移動時,若發現與絲杠相聯的齒

額定轉速: 2000r/min

額定輸出功率: 2kW

編碼器:絕對位置檢測方式,分辨率1000000p/r 軸端形式:錐軸伺服放大器采用與電機配套的SJV2系列20型,其驅動能力為2kW。對于2kW電機,也可采用SJV2系列的10型放大器,但此時的輸出扭矩要比20型減少1/3,不利于大功率切削。I/O設備選用型號為HR341的基本I/O單元,主要用于機床操作面板及與機床間的輸入輸出控制。另外附加一個遠程I/ODX110,主要用于教學功能的“故障模擬設置”的輸入輸出。伺服及I/O單元連接原理圖如圖2所示。

圖2 電氣連接原理圖

2·2·2 主軸控制

主軸電機采用交流變頻控制電機,由變頻器進行控制,轉速范圍60~6000r/min。模擬量由基本I/O單元的A0端口輸出0~10V的直流電壓,變頻器根據輸入的電壓變化而輸出相應的轉速。由于模擬主軸電機沒有編碼器,因此在發出轉速命令后,系統無法檢測到主軸的是否運行。為解決這一問題,我們利用變頻器上的功能端子,將其通過參數設置成“到達指令頻率閉合”狀態,并通過PLC檢測此信號,從而實現對電機的運轉進行監控。

2·3 教學功能的附加

本機改造后除保證加工功能和精度外,還要滿足一定的教學功能。所謂的教學功能主要是針對學習數

控系統調試及維修人員而設立的附加功能。該功能通過參數設置及調整PLC程序人為地設置故障,讓學生通過故障現象先判斷故障種類,再分析故障產生的原因,直至排除故障。通過這種實訓,學生可全面學習工業現場可能出現的故障現象,掌握故障排除方法,提高學生解決現場問題的綜合能力。

3 結束語

我國現有機床中,近幾年急需技術改造的約占25%,這將蘊藏著無限商機。機床改造主要是采用數控和計算機控制技術,我國數控機床發展和機床數控化改造應緊跟世界潮流,發展多軸聯動數控系統,開發高速、高精度、高效加工中心等關鍵技術,向智能化方向發展

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數控技術論文

本科畢業論文（設計）

論文（設計）題目: CAD/CAM實踐

學 院：

專 業：

班 級：

學 號：

學生姓名：

指導教師：

論文（設計）作者簽名：

日 期：

目 錄

摘 要 IV

Abstract V

前 言 1

第一章：數控技術和PRO/E軟件技術 3

1.1數控技術 3

1.1.1 數控技術的發展趨勢 3

1.2 FANUC數控系統數控加工中心機床基礎知識 5

1.2.1坐標系/對刀點/換刀點 5

1.2.2常用基本指令 5

1.2.3編程方式 6

1.2.4對刀 7

1.2.5刀具長度補償設置 7

1.2.6刀具半徑補償設置 8

1.2.7機床操作面板的簡單介紹 8

1.3 PRO/E軟件技術 10

1.3.1PRO/E3.0軟件的介紹及其安裝 10

1.3.2 在PRO/E中?；盏奶卣鹘?11

1.4 PRO/NC模塊簡介 13

1.5 數控自動加工的加工流程 14

1.6校徽在 Pro/NC中的編程實例 14

第二章：加工中心工藝方案的制定 23

2.1零件的工藝分析 23

2.1.1分析圖樣 23

2.2加工設備的選用 23

2.3零件的工藝設計和夾具的選擇 24

2.3.1加工方法的選擇以下是幾種常見的平面加工方法 24

2.3.2確定加工順序和工序 25

2.3.3確定裝夾方案和選用夾具 26

2.4選擇刀具 26

2.5切削用量的確定 27

第三章：零件的加工 28

3.1零件加工前機床的基本操作 28

3.1.1開機 28

3.1.2回機床原點 28

3.1.3機床的調試 28

3.2 CIMCO EDIT V5簡體中文版介紹 29

3.3程序DNC傳輸/模擬NC刀具 29

3.4加工程序的執行方式 31

3.5加工程序試運行 31

3.6工件試切 32

3.7測量 32

設計總結 33

參考文獻 34

致謝 35

參考文獻

〔1〕朱天明主編 專業色彩搭配圖典[M] 化學工業出版社

〔2〕韓鴻鸞主編 數控銑工加工中心操作[M] 機械工業出版社

〔3〕陳宏鈞主編 典型零件機械加工生產實例[M]　機械工業出版社

〔4〕徐衡主編　FANUC系統數控銑床和加工中心培訓教程[M]　化學工業出版社

〔5〕劉新佳主編 切削加工簡明適用手冊零點工作室[M] 化學工業出版社

〔6〕劉新佳主編 切削加工簡明適用手冊零點工作室[M] 化學工業出版社

〔7〕上海市金屬切削技術協會主編 金屬切削手冊[M] 上?？茖W技術出版社

〔8〕PRO/ENGINEER Wildfire3.0[M] 機械工業出版社等

求一個大專數控專業的畢業論文

嵌入式開放型數控系統研究

摘 要 在構建的開放式數控系統中,把μC/OS-Ⅱ實時操作系統移植到MCS-51上,在其內核上創建自己的任務,開發出實時運

動控制系統。該數控系統具有通信和網絡功能。將該系統用在模擬加工平臺上,驗證了系統的可行性。

關鍵詞 開放式數控 μC/OS-Ⅱ 實時操作系統

1 開放式數控

開放式數控是數控技術的發展趨勢。前幾年國內外對于

PC-based開放式數控討論較多,并取得了一定成果。最近一段

時間,由于嵌入式技術的發展,采用嵌入式實時操作系統的開放

式數控逐漸引起業界的關注。其主要原因是基于PC技術的數

控系統在實時性方面有其先天不足之處。而這一方面嵌入式技

術剛好發揮了它的優勢,逐漸顯示出其強大的生命力。

目前采用嵌入式技術的開放型數控研究主要是指包含實時操

作系統的控制器。本文研究的是關于采用μC/OS-Ⅱ實時內核的數

控系統的軟、硬件結構以及實驗系統開發。和PC技術無關。

2 基本體系結構和工作原理

硬件結構以Windows 78E58(51系列)為核心,擴展了RAM,顯

示、鍵盤接口8279,MAX232串口,8255并口以及RTL 8019 AS網絡

芯片。去步進電機輸出直接由78E58進行。如圖1所示。

W inbond 78E58內核32kB的FlashROM,包含μC/OS-Ⅱ實

時內核在內的系統軟件(即實時操作系統)約25kB左右。覆蓋

了該實驗系統的全部數控功能,包括輸入、譯碼、插補、伺服輸

出、顯示、通訊等功能。

圖1中8279主要用于管理自行設計的小鍵盤和LED顯示

器。零件加工程序可以從小鍵盤輸入。也可以從MAX232串行

口輸入。并口8255主要用于機床I/O信號的輸入、輸出以及調

試時使用。8019AS是網絡接口芯片,使得本嵌入式系統能和采

用TCP/IP協議的以太網連接,實現上網功能。78E58中包含一

個精簡的TCP/IP協議棧。

實時時鐘是嵌入式系統的一個顯著特征,μC/OS-Ⅱ要求時

鐘周期為10~100ms,剛好符合數控系統工作周期的需要。本

實驗系統采用10ms的工作周期,復雜系統可以適當增大。

μC/OS-Ⅱ是一個源代碼公開的實時占先式內核,它可以管

理64個任務,有8個留給系統,用戶可以使用56個任務,每個

任務的優先級必須是不同的(對于數控系統而言這56個任務已

綽綽有余)。

GB/T 18759·1-2002開放式數控系統國家標準中,開放程度

分為三個層次。其中第二層次為“控制裝置在明確固定的拓撲

結構下允許替換、增加NC核心中的特定模塊以滿足用戶的特

殊要求”。只要在μC/OS-Ⅱ開放式內核下“掛”上不同功能的

任務,比如譯碼、插補、輸出等模塊就可以基本達到第二層次的

要求,實現開放式數控的目標。

3 開放式數控的軟件實現

3·1 軟件接口

整個軟件系統以μC/OS-Ⅱ作為平臺,并在創建的各個任務中

調用相應的應用軟件模塊,結合實時中斷服務程序,共同完成系

統功能。為了實現開放式數控系統的模塊化,提高應用軟件模塊

的互換性和可移植性,給各應用軟件模塊定義了相應的程序接

口。只要軟件接口一致的應用軟件模塊則可以替代和互換。

下面是插補程序的部分接口定義(C語言),其中包括插補

數據的數據結構和一些相關的函數接口。

3·2 任務實現

整個軟件除了μC/OS-Ⅱ以外,建立了9個任務外加一個系

統初始化例程。9個任務分別是。

9個任務被分配在一個前后臺結構中,前臺程序是實時性

較強的任務,包括插補任務,監控任務,機床信號輸入/輸出任

務。其余為后臺任務,零件加工程序輸入任務主要是從鍵盤輸

入加工程序,放在存儲器中。串行通信是從外部輸入零件加工

程序。網絡任務是和局域網交換信息。顯示放在空閑任務之

中。

系統初始化在啟動時只運行一次,以啟動多任務OSStart()

結束,見圖2

為實現各個任務之間的通信以及數據共享,μC/OS-Ⅱ提供

了三種方法:信號量、郵箱和消息隊列。下面以信號量為例說明

任務間通信的方法。用戶任務形式如下:

這樣,任務就是一個無限循環的C語言函數。函數中任務

通過OSSemPend()函數等待相應信號量的到來,觸發任務的執

行;并利用系統延時函數OSTimeDly()延時。如圖2所示,系統

初始化完成的工作為μC/OS-Ⅱ初始化,創建信號量,創建任務,

接口初始化等。在啟動多任務OSStart();后,就處于μC/OS-Ⅱ

的調度下運行。首先,在鍵盤命令沒有下達之前,系統處于等待

狀態,各用戶任務都在等待信號量的到來。在此期間,系統執行

的是優先級最低的任務OSTask Idle,進行一些顯示等工作。實

時中斷定時發生,只是沒有鍵盤命令,只進行一些例外監控等,

不會出現插補等加工狀態。一等加工的鍵盤命令按下,經過鍵

盤解析任務KeyAnalyse Task對任務的解析,向譯碼任務Trans-

late Task發出信號量,進入譯碼過程,譯碼任務從存儲器中取出

零件加工程序進行編譯處理,同時給插補程序發出信號量,等到

實時中斷發生后,插補任務接收到信號量后,即開始插補加工。

本次實驗系統采用步進電機伺服系統,一邊插補,一邊就向外輸

出。譯碼任務在沒有遇見M02、M30之前,則不斷進行編譯,一

直到零件加工程序結束。零件加工程序輸入任務InputTask是

在非加工狀態下運行的,下達鍵盤命令后經KeyAnalyse Task任

務解析,向輸入任務InputTask發出信號量。InputTask在獲得

信號量后,即開始從鍵盤輸入零件加工程序至存儲器。串行通

信和網絡通信亦設計成非加工狀態下執行。

在以太網網絡通信的硬件設計上,采用了RTL8019AS,它是一

款10Mbps的以太網網卡控制芯片,大量應用于PC機的ISA接口

以太網網卡中。雖然如今計算機網卡市場中的主流產品已經是

PCI接口的10M/100M自適應的以太網網卡了,但是,RTL8019AS的

生產線仍然沒有停止。因為RTL8019AS支持8位數據總線,在跳

線工作方式下可以非常方便地連接單片機,所以在嵌入式系統領域

中仍然有很大的應用價值。圖3為硬件連接圖。

除了硬件連接外,在軟件上要編寫相應的驅動程序。內容

有芯片初始化、發送以太幀數據包和接收以太幀數據包三種。

4 開放式數控的實現和驗證

按照前面提出的系統體系結構,我們搭建了一個小型的開

放式數控實驗臺。在圖1的基礎上,通過P1口接一個X-Y實驗

工作臺。通過鍵盤輸入一段零件加工程序,在按下起按鈕后,進

行譯碼、插補、伺服輸出。工作臺的X、Y軸由二臺步進電機驅

動,插補算法采用最常用的逐點比較法,演示的結果達到了預期

的效果。證明了開放式數控系統控制思想的正確性。

5 結束語

基于μC/OS-Ⅱ的開放式數控系統工作臺穩定可靠,且開放

性強,雖然就目前只是初步實現了數控系統的基本功能,但可以

隨時根據需要,利用嵌入式系統的軟硬件資源進行功能擴展,方

便二次開發,以滿足不同的功能要求。是實現開放式數控和

“個性化”CNC的一個有效途徑。

參 考 文 獻

[ 1 ]譚峰,等.基于μC/OS-Ⅱ的開放式數控系統研究.機械與電子,

2004, 12.

[ 2 ]李誠人,等.嵌入式系統及單片機應用.北京:清華大學出版社,

2005.

[ 3 ]譚峰,等.基于以太網的嵌入式數控系統的研究開發.西北工業大

學碩士論文, 2005, 3.

[ 4 ]李誠人,等.現代機電控制系統.西安:西北工業大學出版社, 1999.

[ 5 ] GB/T 18759. 1-2002,開放式數控系統標準第一部分:總則.

數控專業畢業論文

數控技術和數控裝備是制造工業現代化的重要基礎。這個基礎是否牢固直接影響到一個國家的經濟發展和綜合國力，關系到一個國家的戰略地位。因此，世界上各工業發達國家均采取重大措施來發展自己的數控技術及其產業。

在我國，數控技術與裝備的發展亦得到了高度重視，近年來取得了相當大的進步。特別是在通用微機數控領域，以PC平臺為基礎的國產數控系統，已經走在了世界前列。但是，我國在數控技術研究和產業發展方面亦存在不少問題，特別是在技術創新能力、商品化進程、市場占有率等方面情況尤為突出。在新世紀到來時，如何有效解決這些問題，使我國數控領域沿著可持續發展的道路，從整體上全面邁入世界先進行列，使我們在國際競爭中有舉足輕重的地位，將是數控研究開發部門和生產廠家所面臨的重要任務。

為完成此任務，首先必須確立符合中國國情的發展道路。為此，本文從總體戰略和技術路線兩個層次及數控系統、功能部件、數控整機等幾個具體方面探討了新世紀的發展途徑。

1 總體戰略

制定符合中國國情的總體發展戰略，對21世紀我國數控技術與產業的發展至關重要。通過對數控技術和產業發展趨勢的分析和對我國數控領域存在問題的研究，我們認為以科技創新為先導，以商品化為主干，以管理和營銷為重點，以技術支持和服務為后盾，堅持可持續發展道路將是一種符合我國國情的發展數控技術和產業的總體戰略。

1.1 以科技創新為先導

中國數控技術和產業經過40多年的發展，從無到有，從引進消化到擁有自己獨立的自主版權，取得了相當大的進步。但回顧這幾十年的發展，可以看到我們在數控領域的進步主要還是按國外一些模式，按部就班地發展，真正創新的成分不多。這種局面在發展初期的起步階段，是無可非議的。但到了世界數控強手如林的今天和知識經濟即將登上舞臺的新世紀，這一常規途徑就很難行通了。例如，在國外模擬伺服快過時時，我們開始搞模擬伺服，還沒等我們占穩市場，技術上就已經落后了；在國外將脈沖驅動的數字式伺服打入我國市場時，我們就跟著搞這類所謂的數字伺服，但至今沒形成大的市場規模；近來國外將數字式伺服發展到用網絡（通過光纜等）與數控裝置連接時，我們又跟著發展此類系統，前途仍不樂觀。這種老是跟在別人后面走，按國外已有控制和驅動模式來開發國產數控系統，在技術上難免要滯后，再加上國外公司在我國境內設立研究所和生產廠，實行就地開發、就地生產和就地銷售，使我們的產品在性能價格比上已越來越無多大優勢，因此要進一步擴大市場占有率，難度自然就很大了。

為改變這種現狀，我們必須深刻理解和認真落實“科學技術是第一生產力”的偉大論斷，大力加強數控領域的科技創新，努力研究具有中國特色的實用的先進數控技術，逐步建立自己獨立的、先進的技術體系。在此基礎上大力發展符合中國國情的數控產品，從而形成從數控系統、數控功能部件到種類齊全的數控機床整機的完整的產業體系。這樣，才不會被國外牽著鼻子，永遠受別人的制約，才有可能用先進、實用的數控產品去收復國內市場，打開國際市場，使中國的數控技術和數控產業在21世紀走在世界的前列。

1.2 在商品化上狠下工夫

近幾年我國數控產品雖然發展很快，但真正在市場上站住腳的卻不多。就數控系統而言，國產貨仍未真正被廣大機床廠所接受，因此出現國產數控系統用于舊機床改造的例子較多，而裝備新機床的卻很少，機床廠出產的國產數控機床大多數用的都是國外的系統。這當然不是說舊機床的數控化改造不重要，而是說明從商品的角度看，我們的數控系統與國外相比還存在相當大的差距。

影響數控系統和數控機床商品化的主要因素除技術性能和功能外，更重要的就是可靠性、穩定性和實用性。以往，一些數控技術和產品的研究、開發部門，所追求的往往是一些體現技術水平的指標（如多少通道、多少軸聯動、每分鐘多少米的進給速度等等），而對影響實用性的一些指標和一些小問題卻不太重視，在產品的穩定性、魯棒性、可靠性、實用性方面花的精力相對較少。從而出現某些產品鑒定時的水平都很高，甚至也獲各種大獎。但這些高指標、高性能的產品到用戶哪兒卻由于一些小問題而表現不盡人意，最后喪失了信譽，打不開市場。這說明，高指標、高性能的樣機型的產品離用戶真正需要的實用、可靠的商品是有相當大的距離的，將一個高指標、高性能的產品變為一個有市場的商品還需作出大量艱苦的努力。

另一方面，數控系統和數控機床不像家電類產品那樣易于大批量生產，應用環境也不那么簡單。數控產品是在生產環境中使用，面臨的是五花八門的工藝問題。如果開發部門對這些問題掌握得不透，就難以將產品設計得很完善。而且數控產品的某些問題在開發、試用，甚至鑒定時都難以發現。這就造成，同樣型號的數控機床在有的用戶那兒運行得很好，而在別的用戶那兒卻表現欠佳?；蛘咄瑯有吞柕臄悼貦C床用于加工某些零件工作得很好，但用于加工其他零件時卻不盡人意。出現這種情況，有時是用戶操作人員的水平問題，但有時就是數控產品本身潛在問題的暴露。為解決這一問題，國外一些公司設立了專門機構來測試考驗自己的產品，如為考驗新開發的數控系統，廠家自己設計和從生產實際中收集了大量零件程序，讓數控系統運行各種各樣的程序，一旦發現問題，即立即反饋給開發部門予以解決。經過這樣的測試考驗過程后，數控系統的潛在問題就大為減少。以往，我們的產品就很少進行這樣嚴格的全面的自我測試考驗。好些問題要等到用戶去給我們挑出來。這樣，即使一個小問題也將嚴重影響國產數控產品的聲譽。

因此，我們應充分重視上述問題，在商品化上切實狠下工夫，將其作為數控產業的主干來抓，貫穿于技術研究、產品開發、試制、生產等的全過程中，從而將我們已有的技術水平較高的數控產品變成真正有市場的好商品。

1.3 將管理和營銷作為產業發展重點

經過20來年市場風雨的沖擊，國人已越來越認識到，技術固然重要，但在市場經濟的環境下，要在激烈的全球競爭中獲勝，管理和營銷就顯得更為重要。例如，我國臺灣生產的數控機床不但占領了大陸市場的相當大的份額，而且還打進了美國市場。是臺灣數控機床的技術和質量超過美國了嗎？顯然不是。那他們靠的是什么？重要的一條就是在企業管理和產品營銷上下了工夫。而我們長期以來把主要精力放在開發技術和提高水平上，忽視了經營管理、市場開拓、產品營銷等方面的工作，結果在新技術、新產品開發出來以后，在產品質量提高以后，企業仍然處于產品銷售不暢的困境〔1〕。國內外的經驗說明，數控產品的競爭力不僅取決于技術，更取決于經營管理能力和營銷能力。

因此，從現在起我們應將管理和營銷作為產業發展重點，真正擺脫計劃經濟時代所遺留下來的思維方式和工作習慣的束縛，建立適應市場的高效、靈敏的運行機制和有效的激勵機制。通過這種機制，一方面切實加強企業管理，激發企業負責人和廣大職工的負責精神、創造精神和獻身精神，努力提高產品的競爭能力；另一方面充分調動企業內外、行業內外一切積極因素，大力加強市場開拓力度，奮力打通營銷渠道。可以堅信，有過硬競爭力的產品，再加上北京開關廠那樣的“找、掙、鉆、搶”精神，我們就一定能在市場競爭中取得勝利。

1.4 大力加強技術支持和服務

數控系統和數控機床作為典型的高技術產品，對用戶的技術支持和服務是相當重要的。以前國產數控產品喪失信譽的原因，除可靠性問題外，另一大問題就是缺乏有力的技術支持和服務。用戶花了很多錢買的數控機床或數控系統，一旦出現問題卻叫天天不應，叫地地不靈，以后誰還敢買我們的產品。因此，應將對用戶的技術支持和服務當成重要的日常工作來抓，使我們在市場上向縱深挺進時，有一個強大后方。因此，為了取得數控產品市場競爭的全面勝利，必須建立以技術支持和服務為核心的強大后方。當然，為贏得主動，后方也須主動出擊。目前，利用先進的信息技術手段（如網絡和多媒體），將為建立新一代立體化的技術支持和服務體系開辟新的途徑。

1.5 堅持可持續發展道路

可持續發展是下一世紀企業發展的重要戰略，我國數控產業要有大的發展也必須堅持走可持續發展的道路。綠色是實現可持續發展的重要途徑，其主要思想是清潔和節約。為此應大力加強綠色數控產品的開發，加速促進數控產品、數控產業以及整個制造業的綠色化，主要戰略措施應考慮以下幾方面：①有效減少產品制造及使用過程中的環境污染。如減少數控機床的鑄件結構，消除鑄造對環境的污染；將數控機床主軸的潤滑以油氣潤滑、噴油潤滑等取代油霧潤滑，減少對生產環境的污染；在精密數控機床及其運行環境的溫度控制中取消氟利昂制冷的恒溫技術；以電傳動代替機械傳動，減少噪聲污染。②大幅度降低資源消耗和能源消耗。如以軟件代替硬件，從而減少硬件制造的資源和能源消耗及污染，并減少產品壽命結束后硬件裝置的拆卸回收問題；以永磁驅動代替感應驅動，提高效率和功率因數，節約能源；以電傳動代替機械傳動，提高效率，減少能源消耗。③加強用數控技術改造傳統機床。這既符合運用信息技術和自動化技術改造傳統產業，使傳統產業生產技術和裝備現代化這一產業可持續發展的目標得以實現，又可取得巨大的經濟效益。我國擁有普通機床數百萬臺，加強用數控技術改造傳統機床將成為下世紀我國數控領域的重要發展方向。 ④大力發展綠色數控機床。綠色數控機床應是材料消耗少、能耗低、無污染，壽命長且便于拆卸回收的新型機床。例如，以并聯結構代替串聯結構就是開發綠色數控機床的一條途徑，這是因為并聯結構機床消耗的金屬材料僅為常規串聯結構機床的幾分之一，其加工量也比常規機床大幅度減少，特別是消除了大型結構件的鑄造，這將顯著降低機床制造過程中的能源消耗和對環境的污染。此外，并聯結構機床有利于采用電傳動，效率高，可有效降低使用中的能源消耗。

國際標準化組織制定了ISO14000環境管理標準，全球環境問題“法律化”的趨勢正在進一步發展，可持續發展將成為企業通向國際市場的通行證〔2〕。因此，我們的數控產品要在下一世紀走向國際市場，我們的企業就必須“從我做起，從現在做起”。

2 技術途徑

2.1 發展具有中國特色的新一代PC數控系統

數控系統是各類數控裝備的核心，因此通過科技創新首先發展具有中國特色的新型數控系統，將是推動數控產業化進程的有效技術途徑。

實踐證明，10年來我們所走的PC數控道路是完全正確的。PC機（包括工業PC）產量大、價格便宜，技術進步和性能提高很快，且可靠性高（工業PC主機的MTBF已達30年〔3〕）。因此，以其作為數控系統的軟硬件平臺不但可以大幅度提高數控系統的性能價格比，而且還可充分利用通用微機已有軟硬件資源和分享計算機領域的最新成果，如大容量存儲器、高分辨率彩色顯示器、多媒體信息交換、聯網通訊等。此外，以通用微機作為數控平臺還可獲得快速的技術進步，當PC機升級換代時，數控系統也可相應升級換代，從而長期保持技術上的優勢，在競爭中立于不敗之地。

目前，PC數控系統的體系結構有2種主要形式：（1）專用數控加PC前端的復合式結構；（2）通用PC加位控卡的遞階式結構。另外還有一種正在發展的數字化分布式結構。其方案是將由DSP等組成的數字式伺服通過以光纜等為介質的網絡與數控裝置連接起來，組成一完整的數控系統。這種系統雖然性能很好，但由于開發和生產成本太高，近期難以被國內廣大用戶所接受。我們認為，上述結構并不是符合中國國情的最好方案，適合中國國情的應是將所有數控功能全軟件化的集成式結構，因為這種結構的硬件規模最小，不但有利于降低系統成本，而且更重要的是可以有效提高系統的可靠性。

幾十年的經驗表明，可靠性好壞是國產數控系統能否發展的關鍵。雖然影響數控系統可靠性的因素很多，但過大的硬件規模和較低的硬件制造工藝水平往往對可靠性造成最大的威脅。以往，國產數控系統在總體設計時由于種種原因的限制，不得不選用技術指標不太高的普通CPU，這樣，為完成數控的復雜功能往往需要由多個CPU來組成系統，有時還需另加一些專用或通用硬件電路來實現數控系統的一些高實時性功能（如細插補、位置伺服控制等），從而造成系統硬件規模龐大。對于數控系統這種批量不大的產品，在國內現有工藝條件下，很難從硬件制造的角度保證系統的可靠性，因而使得國產數控系統在生產現場的表現不佳，對國產數控系統的形象和聲譽造成嚴重影響，使得不少用戶現在還心有余悸。

因此，我們在開發新型數控系統時，應優先選用新型高性能CPU（如高主頻的Pentium II、Pentium III等）作為系統的運算和控制核心，并盡量用軟件來實現數控的所有功能。這樣，可大幅度減小系統硬件的規模。此外，還應在軟件設計、電源設計、接插件設計與選用、接地與屏蔽設計和施工等方面采用強抗擾高可靠性設計與制造技術，從而全面提高系統的可靠性。

由于一個新型高性能CPU可以代替數十個普通CPU（如80286、80386等），因此，在基于高性能CPU的PC平臺上不僅可以完成數控系統的基本功能（如信息處理、刀補計算、插補計算、加減速控制等）和開關量控制功能（內裝PLC），而且還可以完成伺服控制功能。這樣，以前由DSP完成的數字化伺服控制功能（如位置控制、速度控制、矢量變換控制等）均可由PC中的CPU完成，從而實現內裝式伺服控制，這不僅有效縮小了數控部分的硬件規模，而且還大幅度縮小了伺服控制部分硬件規模。

這種具有內裝PLC和內裝伺服控制的全軟件化集成式數控系統，其硬件規模將達到最小化，整個數控系統除一個PC平臺外，剩下的只有驅動機床運動的功率接口和反饋接口。這既有效提高了系統可靠性，又消除了信息傳遞瓶頸，提高了系統性能，同時還可顯著降低系統成本，使系統（包括電機）售價將可降至現有數控系統的一半左右。顯然，這種高性能、高可靠性、低成本的新型數控系統將具有極強的競爭力，有望為開創中國數控的新局面作出貢獻。

此外，集成化PC數控系統還有一大優點，就是容易實現開放式結構。這是因為，這種系統的硬件本身已經是完全開放的，構成開放式數控系統的工作完全在軟件上，只要制定好標準和協議，從信息處理、軌跡插補、加減速控制、開關量控制到伺服控制都可以實現開放，從而可大大方便用戶的使用。

2.2 推進數控功能部件的專業化生產

解決數控系統問題后，如何實現數控機床的模塊化設計與制造便是我國機床制造企業快速響應市場需求，在競爭中獲勝的另一關鍵。要實現數控機床的模塊化設計制造，必須解決數控機床功能部件的專業化生產問題。目前我國在這方面離實際需求還有相當大的差距。因此，在今后的若干年內，我們必須大力促進數控機床功能部件的開發和專業化生產。其要點如下：

(1)新型永磁電主軸單元 電主軸已成為國際市場上最熱門的數控機床功能部件。但目前這類產品幾乎都為感應異步型，存在以下突出問題：①轉子上存在繞組，有大電流流過，因此轉子發熱嚴重，直接影響主軸精度；②低速出力小且轉矩脈動大，難以滿足寬范圍切削要求；③效率和功率因素低，不僅電機體積和重量大而且要求逆變器容量大、耗能多；④控制系統復雜、成本高。

因此，利用我國稀土永磁材料的優勢，開發新型大功率、高效率、寬調速范圍永磁同步型交流電主軸單元，將可有效解決現有電主軸存在的問題，形成具有中國特色的新一代電主軸產品。由于永磁電主軸的機械結構和控制系統都較感應異步型電主軸簡單，因此易于進行專業化大規模生產。當然，這還要攻克主軸支承（陶瓷軸承、流體動靜壓軸承、磁懸浮軸承）技術、高精度高速動平衡技術、高速驅動、檢測與控制技術、高可靠性安全保證技術等關鍵技術。

(2)廉價的高性能伺服系統 目前，一套進給交流伺服系統（驅動器+電機）的價格一般都在萬元以上，主軸伺服系統的價格高達數萬元，已成為降低國產數控機床成本的一大障礙。因此，應配合新型集成化國產數控系統的發展，大力開發廉價的高性能內裝式伺服系統。由于內裝式伺服的硬件部分只有電機和功率接口，充分利用我國的永磁資源優勢，通過專業化生產可以把電機的造價降下來，而采用智能化的IPM模塊作為功率接口也很便宜，因此將內裝式進給伺服的價格控制在數千元以內，將內裝式主軸伺服的價格控制在2萬元以內，將是完全可能的。

(3)直線交流伺服系統 直線交流伺服系統是下一世紀數控機床不可缺少的功能部件，目前我國還沒有成熟產品，因此應加強研究、開發和推廣應用?？紤]到常規機床的防磁問題較難解決，而并聯機床的防磁相對容易，因此可為常規結構機床開發感應異步型直線電機，為并聯結構機床開發永磁同步型直線電機，從而揚長避短，構成符合實際應用要求的新型高速高精度進給系統。在此基礎上，可進一步開發將驅動與支承合二為一的磁懸浮工作臺。

(4)零傳動數控轉臺與擺頭 數控轉臺與擺頭是多坐標數控機床的關鍵部件，傳統的采用高精度蝸桿蝸輪等傳動的轉臺與擺頭不僅制造難度大、成本高，而且難以達到高速加工所需的速度和精度，因而必須另辟蹊徑開發新型零傳動（無機械傳動鏈）數控轉臺和擺頭，以促進我國高速高精度多坐標數控機床的發展。

(5)高速高精度檢測裝置 高速高精度是下世紀數控機床發展的主題，這不但需要高性能的控制和驅動，同時還需要高品質的檢測環節，因此應在現有技術基礎上，進一步開發0.1 μm以上精度的高速(60 m/min以上)線位移傳感器和100萬脈沖/r的角位移傳感器，此類技術國外對我國是封鎖的。

2.3 加速數控機床的全國產化，打好市場翻身仗

數控產業化的最終成功將體現在數控機床的全國產化和市場占有率上。在上述總體戰略指導下，采取抓兩頭（低價位數控機床和高速高效數控機床）、帶中間（普通數控機床）、促重型（重型關鍵裝備）的方針，將是在國內市場上快速收復失地，在國際市場上穩步進軍，最終打贏國產數控機床市場翻身仗的一種有效戰術和策略。關于普通數控機床的發展已有許多文章作了專門論述，因此下面僅就低價位數控機床、高速高效數控機床和重型數控機床的發展問題作一討論。

(1)大力發展低價位數控機床 低價位機床是功能滿足用戶要求(無功能浪費)、技術指標適中、可靠性好、價格便宜的普及型數控機床。這類機床已成為國際市場上數控機床的發展趨勢之一，也是國內眾多用戶渴求的產品，其市場前景相當廣闊。然而，如果采用國外數控系統（包括伺服）按照傳統思路來發展低價位機床，是很難將價格降至廣大用戶所能接受的水平的。因此，采用本文提出的新型集成化國產數控系統來發展高性能的低價位數控機床，將是一條最有希望成功的道路。只要有一定批量，由此構成的全國產普及型數控車床的售價完全可以控制在10萬元以內，三坐標數控銑床可控制在15萬元左右，加工中心可控制在20萬元左右。此價位的國產數控機床將是具有較強競爭力的。

(2)加速開發高速高效數控機床 高速高效是數控機床發展的另一大潮流。發展高速高效數控機床的技術途徑可有以下幾條：①通過提高切削速度和進給速度，從而達到成倍提高生產效率，有效提高零件的表面加工質量和加工精度并解決常規加工難以解決的某些特殊材料（如鋁鈦合金、模具鋼、淬硬鋼）和特殊形狀零件（如復雜薄壁零件）的高效加工問題。②通過工藝復合，減少工件的安裝次數，有效縮短搬運和裝夾時間。例如，將五面五軸加工中心與立車復合構成萬能加工中心，可實現一次裝卡完成零件的大部分（或全部）加工。③采用高速高精度圓周銑加工孔和以螺旋軌跡插補實現不鉆底孔的直接攻絲等新加工方法，大幅度減少換刀次數，提高加工效率。④為數控機床開發智能尋位加工功能，消除對精密夾具和人工找正的依賴，有效縮短單件小批加工的準備時間。

在我國現實條件下如果沿用傳統思路是難以實現上述途徑的，因此，必須立足國情，結合實際勇于創新，大膽探索新的道路。 考慮到常規數控機床在總體結構上基本上采用工件和刀具沿各自導軌共同運動的方案，一方面由于機床傳動環節剛性不足和導軌中的摩擦阻力較大，使運動部件難以獲得高的進給速度；另一方面由于工件、夾具和工作臺的總質量比較大，使之難以獲得高的加速度。此外，傳統機床結構是一種串聯開鏈結構，組成環節多、結構復雜，并且由于存在懸臂部件和環節間的聯接間隙，不容易獲得高的總體剛度，因此難以適應高速高效加工的特殊要求。為此，開發國產高速高效數控機床時，可采用工件固定，以直線電機組成并聯短鏈直接驅動主軸和刀具運動、將高速高精度傳動與高剛度支撐合二為一的適合于高速高效加工中心的新型結構。采用該結構的高速高效數控機床不但速度高、剛度高，如果在傳動與控制上處理得當，可以達到比常規機床更高的加工精度和加工質量，而且具有機械結構簡單，零部件通用化、標準化程度高，制造成本低，易于經濟化批量生產等顯著優點。因此，沿此思路發展高速高效數控機床將是一條符合國情、易于取得成功的道路。

(3)突破重型數控機床的設計制造技術 重型數控機床（特別是多坐標重型數控機床）是國民經濟和國防生產中的重大關鍵設備，屬于戰略物資，真正先進的重型數控機床國外是不可能賣給我們的，因此，在我國下世紀數控產品的發展中必須依靠自己的力量進行解決。發展重型數控機床必須有過硬的基礎，我們在數控機床國產化的進程中應不斷總結經驗，加強基礎技術和關鍵技術研究，充分發揮我國產學研相結合的優勢，各部門通力合作、共同努力，爭取在下世紀初取得突破性進展。

目前，在發展重型數控機床中除需加強基礎理論研究外，還應加強其關鍵技術研究。例如，重型機床的控制就是需要加以特殊解決的關鍵問題。因重型機床加工的工件特別昂貴不允許報廢，為了確保機床工作可靠，在數控系統中可采用雙（或多）CPU冗余工作方案，以確保運算和控制的絕對正確，并在出現故障時自動診斷、自動修復或自動替補，確保加工不出問題。此外，在電源上可采取雙蓄電池供電的全隔離供電方案，即一組電池在給系統供電時，可對另一組電池進行充電，電網與控制系統是完全隔離的。這就徹底消除了重型車間中電網電壓波動厲害、干擾嚴重對數控系統造成的影響，從而有效保證系統的可靠性。又如，重型數控機床的驅動也是一大關鍵問題。當行程長度超過5 m，普通滾珠絲桿就難以勝任大負荷的傳動，因此目前一般采用預加負載的雙齒輪-齒條機構、靜壓蝸桿-蝸母條機構、四足（或雙足）爬行進給機構等來實現長行程傳動。但這些方案存在結構復雜、速度和加速度低、動態性能差、難以達到高精度、維護保養復雜等問題。為此可發展陣列式高效直線電機直接驅動技術和空間并聯機構驅動技術，以新的途徑來解決重型數控機床的高速、高精度驅動問題。除此之外，機床結構的優化設計、長行程精密檢測、重力變形補償、切削力變形補償、熱變形補償等也是重型數控機床中必須解決的關鍵問題，必須予以充分重視。

3 結語

制定符合中國國情的總體發展戰略，確立與國際接軌的發展道路，對21世紀我國數控技術與產業的發展至關重要。本文在對數控技術和產業發展趨勢的分析，對我國數控領域存在的問題進行研究的基礎上，對21世紀我國數控技術和產業的發展途徑進行了探討，提出了以科技創新為先導，以商品化為主干，以管理和營銷為重點，以技術支持和服務為后盾，堅持可持續發展道路的總體發展戰略。在此基礎上，研究了發展新型數控系統、數控功能部件、數控機床整機等的具體技術途徑。

我們衷心希望，我國科技界、產業界和教育界通力合作，把握好知識經濟給我們帶來的難得機遇，迎接競爭全球化帶來的嚴峻挑戰，為在21世紀使我國數控技術和產業走向世界的前列，使我國經濟繼續保持強勁的發展勢頭而共同努力奮斗！

今天關于“數控技術畢業論文”的討論就到這里了。希望通過今天的講解，您能對這個主題有更深入的理解。如果您有任何問題或需要進一步的信息，請隨時告訴我。我將竭誠為您服務。

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