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面向數控機床的綠色設計技術論文（通用6篇）
在日常學習和工作生活中，大家肯定對論文都不陌生吧，論文是討論某種問題或研究某種問題的文章。寫起論文來就毫無頭緒？下面是小編為大家收集的面向數控機床的綠色設計技術論文，歡迎閱讀，希望大家能夠喜歡。
面向數控機床的綠色設計技術論文 篇1
摘要：隨著人們對現代科技以及環境保護要求的不斷提高，綠色設計與制造將成為實現生態工業和可持續發展的關鍵技術。數控機床作為裝備制造業的核心，必須順應環保趨勢，因此，開發綠色環保的數控機床尤為重要。文章在分析數控機床綠色設計特點的基礎上，給出了綠色材料的選擇原則，提出了可拆卸性設計、可回收性設計的原則，指出了綠色制造的發展模式。
關鍵詞：數控機床;綠色設計;原則
當前，世界上掀起一股“綠色浪潮”，環境問題已經成為世界各國關注的熱點，并列入世界議事日程，制造業將改變傳統制造模式，推行綠色制造技術，發展相關的綠色材料，生產出保護環境、提高資源效率的綠色產品，隨著人們環保意識的增強，那些不推行綠色制造技術和不生產綠色產品的企業，將會在市場競爭中被淘汰，使發展綠色制造技術勢在必行。
1、綠色設計的特點
在數控機床設計過程中，綠色設計就是設計人員將數控產品設計與環境保護融為一體，使產品從材料上、可拆卸性、回收性方面滿足環保要求，并與綠色制造技術等方面結合起來。
綠色設計的步驟往往十分繁復，業內人士指出，綠色設計是門綜合的科學。事實上，綠色設計很重要的一點就是要注重環境的可持續性，設計對環境的可持續性是非常重要的。設計人員要承擔起這個責任，建立起最美好的世界。環境的可持續性就是指產品設計要讓容易回收，還要考慮生態材料的應用，考慮可回收的數控機床應如何設計。除了回收的問題，還要讓人們的數控機床能夠長久使用，這涉及到在使用維護過程中也應具有可拆卸性，在擅長制造過程中，盡量設計和采用物料和能源消耗少、廢棄物少、噪聲低、對環境污染小的工藝方案和工藝路線，從而實現數控機床的綠色制造。
2、綠色材料選擇的設計
數控機床綠色材料選擇技術是一個很復雜的問題。在選用材料的時候，不僅要考慮其綠色性，還必須考慮產品的功能、質量、成本、噪聲等多方面的要求。減少不可再生資源和短缺資源的使用量，盡量采用各種替代物質和技術。從根本上解決資源日益短缺、大量廢棄物造成生態環境日益惡化等問題。
數控機床綠色產品設計首先應要求構成產品的材料具有綠色特性，具體來說，在材料選擇時，應符合以下要求：
①具有良好的使用性能。
②優先選用儲量豐富、可再生材料和回收材料，以提高資源利用率，實現制造業可持續發展。
③盡量選用低能耗、少污染和低輻射特性的材料，不用有毒有害的原材料。
④所用材料應是易加工且加工中無污染或污染最小。
⑤材料在整個生命周期的全過程對生態環境無副作用，而不僅是某一生產過程具有低的環境負荷值。
3、可拆卸性設計
數控機床拆卸是從裝配體上實現零部件分離的過程，并保證不對目標零部件造成損害。產品的可拆卸性設計充分利用產品的模塊化，
這樣既可以簡化拆卸工作，節約處理時間，又易于回收材料和殘余廢棄物的分類和后處理。產品的可拆卸性是產品回收再生的前提，直接影響產品的可回收再生性份。
數控機床在可拆卸性設計過程中引入拆卸設計準則是改善產品拆卸性能的有效方法。可拆卸性要求在產品設計的初期就將可拆卸性作為結構設計的一個評價準則，使所設計的結構易于拆卸，維護方便，并可在產品報廢后可重用部分能充分有效地回收和重用，以達到節約資源和能源、保護環境的目的。拆卸設計應遵循以下基本原則：
①產品結構的可預測性準則。為了使產品廢棄淘汰時減少其結構的不確定性，應避免將易老化或易腐蝕的材料與所需拆卸、回收的材料零件組合。
②易于拆卸準則。設計過程中要盡量采用簡單的連接方式，保證產品拆卸過程中具有穩定性，廢液易于排放，使用易拆卸的緊固件。
③模塊化原則。要使所設計的結構功能模塊化，減少產品零件數，易于拆卸，維護方便。
④綜合效益最高原則。將高價值的零部件布置在易于拆卸的位置，提高部分拆卸的回報率。
數控車床綠色設計過程中，在滿足功能要求的條件下，應以上述準則為依據進行設計。
4、可回收性設計
數控機床產品的回收設計是實施綠色制造的關鍵因素，同時也是目前最活躍的研究領域。在進行產品設計初期，充分考慮產品零部件及材料的回收可能性、回收價值大小、回收處理方法、等與可回收有關的一系列問題。國家除了有相關的強制性綠色回收政策，綠色回收
應從設計源頭抓起，回收設計的目的是使材料資源得到最大限度地利用， 減少環境污染，保護生態環境，以最少的成本代價，獲得最高的回收價值，利于持續發展戰略的實施。數控機床綠色回收是實現制造業可持續發展的先決條件。
數控機床在回收設計中，應遵循以下設計原則：
①減少報廢零部件對環境的污染。
②結構設計應考慮維修以及調整的方便。
③機油可回收的油路設計，使回流的機油可重復使用，減少機床周圍環境污染，達到清潔生產的要求。
④限制材料種類，采用系列化、模塊化的產品結構。
⑤盡量選用低能耗、少污染的材料，便于回收，最大限度地提高再生資源的利用率。
5、綠色制造
機床的綠色設計與綠色制造是機床加工的必然趨勢，它對企業擺脫高消耗、高污染的發展模式，注重環境成本，合理利用資源、能源，進行清潔化生產，減輕環境污染，走可持續發展的道路，起到了積極的推動作用。從其內涵來看，綠色制造在制造領域強調在產品的`整個生命周期每個階段，全面考慮資源因素和環境因素。在環境保護領域，綠色制造強調生產過程，制造過程的綠色性，這意味著它不僅要求對環境的負影響最小，而且要達到保護環境的目的。就推進數控機床裝備工業走綠色制造發展模式還必須要做到以下幾點：
①積極推進綠色設計和綠色制造與綠色回收。
②大力實施節能減排數控設備綠色技術改造。
③推廣再生資源循環綠色利用技術。
④積極制定和完善綠色技術標準體系、政策和規范，作為建設資源節約型、
環境友好型社會的重要措施，科學規劃、合理布局、規范建設、有效管理，促進經濟社會全面、和諧、可持續發展。
綠色設計、綠色制造、綠色回收給工業設計生產回收帶來了挑戰，也帶來了機會，一場綠色革命已經來到。在現代數控機床設計生產過程中溶入綠色思想理念是現代工業發展的必然。按照綠色設計—綠色制造—綠色回收的綠色循環型發展模式，必將提高企業的核心競爭力。為人類社會的可持續發展發揮關鍵性的作用。
6、結語
社會可持續發展的要求預示著“綠色設計”將成為21世紀工業設計的熱點之一。基于綠色設計思想的現代數控機床設計，已成為機床設計研究的一個熱點，也為人類詮釋了一種全新的設計與生產理念。文章對數控車床的綠色設計技術進行了部分討論，表明其具有很大的應用前景。實現數控車床產品的“綠色化”實現可持續發展具有重要意義。
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面向數控機床的綠色設計技術論文 篇2
1數控機床技術在我國現階段的發展情況
本世紀高新技術的研發與應用為國際機械制造業帶來了巨大的發展空間，尤其是我國的機械制造業在規模擴大生產，提高機械設備與零件的出口配額和比重方面有明顯變化。首先，對國外生產的大型機床、重型機床的進口配額明顯變少，而國內市場上生產和銷往國外的大型機床、重型機床比例有所增加。為了繼續向國內市場客戶提供優質、中等檔位的數控機床及其零部件，并借此機會開拓國際市場，我國機械制造業在未來時期的規劃目標是實現國內數控機床技術的持續發展，保證以數控機床技術為代表的機械制造業在穩步發展的基礎上，實現固定資產的持續增值，繼續拉動機械制造產品與技術的出口，為國家經濟增長提供有力幫助。
2數控機床的設計要點分析
2.1數控機床的人文設計理念
數控機床技術的開發與利用一方面應當滿足機械制造的標準，具備機床設備的良好運作性能，還應當將人體結構的、四肢運動范圍等因素包含進去，讓數控機床設計為工作者提供方便、愉快的操作條件。
2.2數控機床的界面設計
數控機床的零部件安置、外部造型設計與應當充分考慮到工作者的生理機能和人體結構，考慮到工作者的視線范圍等因素，在追求數控機床界面外觀上的創新漂亮、現代化，同時也要將數控機床設計為為適合工作者視覺辨認的顏色，為機械操作提供便利條件。
2.3數控機床的外部設計
數控機床的.外部設計中體現著美學設計的原理和標準。舉例說明，數控機床的設計應當符合人體結構和生理機能，機床操作按鈕、操作零部件的擺列和排列應當結合工作者的視線習慣并處于工作者的通常視線范圍中，從而提高數控機床操作的準確性和便捷性。讓數控機床操作者在最短時間內迅速、有效、精準地提高操作水平。數控機床的操作按鈕、顯示燈、操作方向應當彼此之間相互配合，并且符合機床設備的操作精準、便捷有效等特點。在數控機床外部設計中，應當注意保持同種性質的操作按鈕、操作顯示燈、操作部件的運用方向具備一致性。首先，數控機床的整體顏色搭配應當簡潔、美觀。機床設備在功能上、材質上一方面需要實現美觀大方整潔，一方面也要與機械制造環境相協調，幫助數控機床穩定安裝，給員工和提供一個愉快、寧靜的工作氛圍。所以數控機床在顏色設計中應當偏重穩定和安靜，避免使用容易引起焦躁、不安、興奮或者陰沉、憂郁的顏色，為工作人員身心愉悅創造條件。數控機床的顏色搭配應當保持明亮、溫馨的顏色，防止刺激或者不良影響使用者的內心情緒。不宜大面積采用刺激和興奮作用強的熱色調色彩，以免使操作者心神不安。
3數控機床技術與現代工業理念的結合應用
3.1數控機床技術中的節能環保理念
本世紀經濟水平的不斷提高從一定程度上破壞了自然生態環境。在設計工業產品的同時，應當有利于自然環境的保護與維系。設計數控機床的過程中，針對機械設備的生產制造、流通運輸、設計原材料的應用、設計功能的實現、機床設備使用的全部流程和環節加強管理，使用綠色清潔、節能環保的原材料，在生產、運輸、使用的過程中避免或者最大程度降低對環境的污染與破壞，為人類與自然生態環境的和諧穩定相處創造良好的條件。為了保證數控機床設計中符合節能、環保理念，需要從兩個方面進行處理：一是，數控機床設計中使用的原材料應當是可回收的、對環境沒有污染的清潔原材料，并且數控機床設備的零部件應當可以從整體設備上拆卸下來，并能夠重新更換、單獨維修或者回收使用，一方面節約了機床設備維修和重新生產的成本，另一方面也體現了對客戶利益的維護，如果機器設備存在故障，可以單獨拆卸、替換的零部件能夠降低維修工作的復雜性，便于維護、修理，降低了維護產品的成本，也降低了客戶對機床設備的使用和維護資金的支出。
3.2數控機床技術中的人文精神
人文精神理念的中心思想主要變現為對人類精神、價值觀念、人格身份、尊嚴自由等方面的保護和維系，是對人類精神文化及其成果的維護。數控機床設計中，將人性化需求始終作為產品設計的最高標準，機械設備應用與評價的標準在于是否能夠為人類提供好的服務，是否能夠滿足人類生活與生產的需求。因此數控機床的設計標準、生產要求應當考慮到操作者的工作需求和工作安全。首先，數控機床的操作系統、操作程序、操作按鈕等零部件應當符合人體生理機能，同時數控機床的系統操作界面設計應當考慮操作者所在的工作環境與場所，考慮到操作者的身高、體型、操作范圍等具體情況。
3.3數控機床技術中的文化、品牌理念
數控機床作為機械制造行業的重要產品，應當具備實踐使用功能，同時也應當具備品牌和文化功能。數控機床設計中的文化與品牌理念能夠提升產品的內涵和價值，為我國機械制造產品進入國際市場，為國內企業打造專屬于自身的、有歷史傳承價值的機械制造產品提供可能。數控機床中的文化與品牌理念，一方面體現了企業的公司文化、公司價值追求、公司經營的歷史和經營理念，一方面也代表著企業公司的形象，代表著公司對產品的質量追求和價值目標，體現著公司在產品中投入的科技研究、設計風格、經營策略、生產質量，是多項產品概念和價值的融合。綜上所述，隨著我國與國際間在各領域中交流合作的增多，國內機床企業需要及時進行產業結構優化與資源整合，有關設計人員應當把握好數控機床的外部設計、界面設計要點，將節能環保、人文精神和文化品牌理念等現代工業理論結合到數控機床的設計之中。
面向數控機床的綠色設計技術論文 篇3
摘要：隨著我國科技水平的進步，我國在礦業數控機床生產中對PLC機電一體化技術進行了廣泛的應用，不僅使礦業的生產質量得到提高，還使數控機床不斷朝著智能化的方向發展，有助于實現我國的現代化建設目標。當下，如何將PLC機電一體化技術廣泛地應用到數控機床的生產中，是當今社會普遍關注的話題。本文對PLC機電一體化技術在數控機床中的應用展開探討，希望對相關的研究人員提供一定的借鑒意義。
關鍵詞：PLC機電一體化技術；數控機床；機械設計
機電一體化技術是一種先進的生產技術，在數控機床生產中的應用較為廣泛。PLC是一種具有自動化特征的設計運算操作系統，可編程存儲器是PLC運行的核心部件，憑借著系統內部強大的記憶存儲功能實現對不同元件傳達相應的控制指令，使PLC機電一體化技術具有先進性的特征。目前，我國的數控機床中以及廣泛的應用PLC機電一體化技術，極大地減輕了勞動人員的工作量還在一定程度上提高了數控機床的先進化、智能化以及數字化的發展水平，對今后我國的工業發展成以及社會經濟發展具有一定的推動作用。
1我國數控機床發展中存在的問題
1.1數控化水平較低
機床的數控化比率可以很好地體現出一個國家的數控化水平，就目前我國的機床數控化比率而言，較一些發達國家還有一定的差距，我國的數控化比率在生產方面占30%左右，消費方面占50%左右，而發達國家的生產已經高達70%，因此還有很長的一段距離。據不完全統計，我國的經濟型數控機床占據國產機床品種的一半，平均轉速為2000轉/秒，而一些大型的、精度較高的機床卻不足國產機床的3%，不足一些先進國家的1/20，造成此種現象的主要原因是我國沒有先進的核心部件開發，且開發時間較長，所以導致其核心零部件都是依靠進口，對我國的數控化水平造成嚴重的影響。
1.2嚴重缺乏核心技術據資料顯示
在2002年到2008年間，我國的機床出口及消費水平均在世界排名的第一位，看似機床業的發達程度較高，實際利潤卻很低，經濟型機床是主要的出口來源，而一些大型的高端的機床利潤較低。出現這種現象的主要的原因是我國缺乏對機床研究的核心技術，核心部件的制造研發能力較低，無法實現技術產業互，與發達國家存在著明顯的差距。且我國現目前的中高端的機床產業主要是對部件進行制造，還無法真正的掌握核心技術，一些高端的技術需要依靠國外的進口，其價值就占據機床成本的60%,對我國的數控機床的發展帶來嚴重的阻礙[1]。
1.3產品性能不高
決定數控機床產品性能的主要因素是零部件的精度、以及轉速等等來決定的。但當下我國數控機床零部件的精度普遍較低，一些零部件加工廠所制造出的精度還滿足不了客戶的要求，特別是重復定位精度上，僅有一小部分產品可以達到歐洲國家的標定位精度。還有就是在轉速方面，我國的產品在移動速度、換刀刀速度以及軸轉速方面同發達國家還有一定的差距，如一些國外的加工中心的速度均可達到40米/分鐘，最高達到90米/分鐘，而國內的平均水平卻在30米/分鐘，極少部分可以達到60米/分鐘，與數控機床相比無論在進給速度還是軸轉速以及連續工作時間上都有很大的差距。
2數控機床對機械設計技術的廣泛應用
機械設計技術可以為PLC機電一體化技術的實施提供一定的基礎保障，隨著電子信息技術的進步，實現了同PLC機電一體化技術的高度融合，極大的提升了使用效率。新形勢下也對機電設備提出了更高的要求，使機械設備逐漸朝著精度準確、材質更輕盈的方向發展，因此，應不斷的對傳統機械設計技術進行升級更新，以滿足當下我國對工業發展的需要。數控機床可以對零件進行加工，對我國的工業生產有著重要的作用，但隨著我國工業化的發展，一些較為老舊的數控機床生產已經無法與現代工業發展相適應，而數控機床中對PLC機電一體化技術的廣泛應用，不僅提高了數控機床的功能、質量還實現了對數控機床坐標軸以及主傳動的合理控制，使機床本體的運行效率得到極大的提高，為今后的生產活動奠定基礎。數控機床中對機械設計技術的應用主要表現在以下幾方面：
①為了避免切削液的外濺而產生的浪費現象，應將應用功能添加到數控機床的防護裝置上，使工業生產的'安全性得到極大的提高；
②將自動排屑裝置安裝在數控機床上，使機床的生產效率得到了極大的提高，對數控機床的穩定運行提供一定的保障；
③將機械設計技術廣泛的應用到數控機床中，極大的提高了主軸的運轉速度，使數控機床運行的安全性與穩定性得到極大的提高，生產質量也得到一定的保障；
④將數控機床中廣泛的應用機械設計，可以對自動換刀功能進行廣泛推廣，不僅提高了礦業加工效率還實現了數控機床的連續加工，還使得數控機床的工作質量得到進一步提高，為我國礦工業的發展創造有利的條件；
⑤數控機床中廣泛的對機械設計進行應用，使主傳動與進給傳動可以獨立運行，大大提高了數控機床的工作效率[2]。
3數控機床中對自動化技術的廣泛應用
在數控機床中廣泛的應用自動控制技術，不但可以使提高數控機床的自動運行能力，還極大的降低了工業成本的支出，大大提高了數控機床的運行成本以及運行效率。同時，PLC機電一體化需要計算機技術的輔助運行，有助于實現數控機床的自動化功能，如自動查詢、自動輸入等，極大的提高了數控機床的信息化、智能化的程度，還有助于提高了數控機床的工作效率。如果電器機床中廣泛的應用PLC機電一體化技術，不僅可以拓展電器機床的發展空間還有助于獲得良好的運行效果，對生產工藝有著一定的促進作用，使電氣機床運行的可靠性以及安全性得到一定的提高。因此，在應用過程中，礦業生產企業應與機床的實際生產環境相結合，對其進行科學的開發，使其PLC的控制系統具有很強的智能性以及兼容性等特征，提高數控機床的工作效率以及使用單位的經濟效益[3]。
4執行與驅動技術在數控機床中的應用
驅動裝置以及執行元件作為驅動技術中的兩個重要的運行載體，在PLC機電一體化技術以及數控機床中的應用具有一定的現實意義。數控機床在運行的過程中，數控裝置與執行原件會自動連接，進而能夠有效的接收控制系統所發出的指令，有助于提高機床的工作效率。同時，執行原件還可通過機械外接口與執行機構進行合理連接，保障了使數控機床的主傳動與進給傳動功能，對動作的完成具有一定的規范作用。由此，我們可以得出合理的應用驅動技術，不僅可以提高數控機床的整體操作效果，還可以對數控機床的控制能力進行加強，提高了系統的運行能力。在數控機床中，伺候系統主要對中心系統進行傳達與接收，進而可以很好的規范數控機床的運行能力。提高數控機床完成工作的效率，使工業生產質量得到有效的保障，為我國社會經濟的發展奠定基礎[4]。
5結語
綜上所述，在數控機床中廣泛的對PLC機電一體化進行應用，不僅豐富了數控機床的應用能力，提高機床的生產質量，還使得機床的運行效率得到極大的提高，為我國工業的發展創造有利的條件。因此，應將PLC機電一體化技術在礦業數控機床生產中進行大力的推廣應用，加強對技術人員能力的培訓，不斷的規范生產流程，使我國現代工業得到快速發展。
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面向數控機床的綠色設計技術論文 篇4
[摘要]伺服電機比步進電機性能更優越，隨著現代電機控制理論的發展，伺服電機控制技術成為了機床數控系統的重要組成部分，并正朝著交流化、數字化、智能化方向發展。
[關鍵詞]數控系統伺服電機直接驅動
中圖分類號：TP2文獻標識碼：A文章編號：1671－7597(2008)0820116－01
近年來，伺服電機控制技術正朝著交流化、數字化、智能化三個方向發展。作為數控機床的執行機構，伺服系統將電力電子器件、控制、驅動及保護等集為一體，并隨著數字脈寬調制技術、特種電機材料技術、微電子技術及現代控制技術的進步，經歷了從步進到直流，進而到交流的發展歷程。本文對其技術現狀及發展趨勢作簡要探討。
一、數控機床伺服系統
（一）開環伺服系統。開環伺服系統不設檢測反饋裝置，不構成運動反饋控制回路，電動機按數控裝置發出的指令脈沖工作，對運動誤差沒有檢測反饋和處理修正過程，采用步進電機作為驅動器件，機床的位置精度完全取決于步進電動機的步距角精度和機械部分的傳動精度，難以達到比較高精度要求。步進電動機的轉速不可能很高，運動部件的速度受到限制。但步進電機結構簡單、可靠性高、成本低，且其控制電路也簡單。所以開環控制系統多用于精度和速度要求不高的經濟型數控機床。
（二）全閉環伺服系統。閉環伺服系統主要由比較環節、伺服驅動放大器，進給伺服電動機、機械傳動裝置和直線位移測量裝置組成。對機床運動部件的移動量具有檢測與反饋修正功能，采用直流伺服電動機或交流伺服電動機作為驅動部件。可以采用直接安裝在工作臺的光柵或感應同步器作為位置檢測器件，來構成高精度的全閉環位置控制系統。系統的直線位移檢測器安裝在移動部件上，其精度主要取決于位移檢測裝置的精度和靈敏度，其產生的加工精度比較高。但機械傳動裝置的剛度、摩擦阻尼特性、反向間隙等各種非線性因素，對系統穩定性有很大影響，使閉環進給伺服系統安裝調試比較復雜。因此只是用在高精度和大型數控機床上。
（三）半閉環伺服系統。半閉環伺服系統的工作原理與全閉環伺服系統相同，同樣采用伺服電動機作為驅動部件，可以采用內裝于電機內的脈沖編碼器，無刷旋轉變壓器或測速發電機作為位置/速度檢測器件來構成半閉環位置控制系統，其系統的反饋信號取自電機軸或絲桿上，進給系統中的機械傳動裝置處于反饋回路之外，其剛度等非線性因素對系統穩定性沒有影響，安裝調試比較方便。機床的定位精度與機械傳動裝置的精度有關，而數控裝置都有螺距誤差補償和間隙補償等項功能，在傳動裝置精度不太高的情況下，可以利用補償功能將加工精度提高到滿意的程度。故半閉環伺服系統在數控機床中應用很廣。
二、伺服電機控制性能優越
（一）低頻特性好。步進電機易出現低速時低頻振動現象。交流伺服電機不會出現此現象，運轉非常平穩，交流伺服系統具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統內部具有頻率解析機能，可檢測出機械的共振點，便于系統調整。
（二）控制精度高。交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉編碼器保證。例如松下全數字式交流伺服電機，對于帶17位編碼器的電機而言，驅動器每接收217=131072個脈沖電機轉一圈，即其脈沖當量為360°/131072=9.89秒。是步距角為1.8°的步進電機的脈沖當量的1/655。
（三）過載能力強。步進電機不具有過載能力，為了克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩，選型時需要選取額定轉矩比負載轉矩大很多的電機，造成了力矩浪費的'現象。而交流伺服電機具有較強的過載能力，例如松下交流伺服系統中的伺服電機的最大轉矩達到額定轉矩的三倍，可用于克服啟動瞬間的慣性力矩。
（四）速度響應快。步進電機從靜止加速到額定轉速需要200～400毫秒。交流伺服系統的速度響應較快，例如松下MSMA400W交流伺服電機，從靜止加速到其額定轉速僅需幾毫秒。
（五）矩頻特性佳。步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降，且在較高轉速時轉矩會急劇下降，所以其最高工作轉速一般在300～600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉速（一般為2000RPM或3000RPM）以內，都能輸出額定轉矩。
三、伺服電機控制展望
（一）伺服電機控制技術的發展推動加工技術的高速高精化。80年代以來，數控系統逐漸應用伺服電機作為驅動器件。交流伺服電機內是無刷結構，幾乎不需維修，體積相對較小，有利于轉速和功率的提高。目前交流伺服系統已在很大范圍內取代了直流伺服系統。在當代數控系統中，交流伺服取代直流伺服、軟件控制取代硬件控制成為了伺服技術的發展趨勢。由此產生了應用在數控機床的伺服進給和主軸裝置上的交流數字驅動系統。隨著微處理器和全數字化交流伺服系統的發展，數控系統的計算速度大大提高，采樣時間大大減少。硬件伺服控制變為軟件伺服控制后，大大地提高了伺服系統的性能。例如OSP-U10/U100網絡式數控系統的伺服控制環就是一種高性能的伺服控制網，它對進行自律控制的各個伺服裝置和部件實現了分散配置，網絡連接，進一步發揮了它對機床的控制能力和通信速度。這些技術的發展，使伺服系統性能改善、可靠性提高、調試方便、柔性增強，大大推動了高精高速加工技術的發展。
另外，先進傳感器檢測技術的發展也極大地提高了交流電動機調速系統的動態響應性能和定位精度。交流伺服電機調速系統一般選用無刷旋轉變壓器、混合型的光電編碼器和絕對值編碼器作為位置、速度傳感器，其傳感器具有小于1μs的響應時間。伺服電動機本身也在向高速方向發展，與上述高速編碼器配合實現了60m/min甚至100m/min的快速進給和1g的加速度。為保證高速時電動機旋轉更加平滑，改進了電動機的磁路設計，并配合高速數字伺服軟件，可保證電動機即使在小于1μm轉動時也顯得平滑而無爬行。
（二）交流直線伺服電機直接驅動進給技術已趨成熟。數控機床的進給驅動有“旋轉伺服電機＋精密高速滾珠絲杠”和“直線電機直接驅動”兩種類型。傳統的滾珠絲杠工藝成熟加工精度較高，實現高速化的成本相對較低，所以目前應用廣泛。使用滾，珠絲杠驅動的高速加工機床最大移動速度90m/min，加速度1.5g。但滾珠絲杠是機械傳動，機械元件間存在彈性變形、摩擦和反向間隙，相應會造成運動滯后和非線性誤差，所以再進一步提高滾珠絲杠副移動速度和加速度比較難了。90年代以來，高速高精的大型加工機床中，應用直線電機直接驅動進給驅動方式。它比滾珠絲杠驅動具有剛度更高、速度范圍更寬、加速特性更好、運動慣量更小、動態響應性能更佳，運行更平穩、位置精度更高等優點。且直線電機直接驅動，不需中間機械傳動，減小了機械磨損與傳動誤差，減少了維護工作。直線電機直接驅動與滾珠絲杠傳動相比，其速度提高30倍，加速度提高10倍，最大達10g，剛度提高7倍，最高響應頻率達100Hz，還有較大的發展余地。當前，在高速高精加工機床領域中，兩種驅動方式還會并存相當長一段時間，但從發展趨勢來看，直線電機驅動所占的比重會愈來愈大。種種跡象表明，直線電機驅動在高速高精加工機床上的應用已進入加速增長期。
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面向數控機床的綠色設計技術論文 篇5
摘要：針對進口和國產大型通用數控機床的維修和保養方面需要注意的問題，結合多年從事數控機床維修保養和管理的經驗，建立一套針對數控機床的維保體系。
關鍵詞：數控機床；機床維修；機床維保
引言
在離散型加工、機床生產企業中，大型龍門銑鏜加工中心、大型落地鏜銑加工中心、大型龍門平面磨床等通用性加工母機是機床生產企業中的主力軍，這些機床存在唯一性、高精度、自動化等特點。這些大型機床可能是企業或地區唯一的大行程、高精度機床，為了確保大型機床的有效開機率和功能完好性，需要對機床進行全方位的維保工作。
1維保體系建立的意義
維保體系是建立在對機床核心功能、輔助功能全面了解和對機床運行軌跡、信號的全面統計基礎上，并通過對機床常見故障剖析和備件庫的建立等來進一步完善。在實際工作中，對每臺機床建立各自的維保體系，對機床預防性故障的檢修具有指導意義。在維保工作中，為保證機床的有效使用，減少停機次數和時間，應根據機床的實況進行針對性的預防性檢修。維保體系建立后，既可以作為設備維修新員工的培訓、熟悉機床的資料；也可以在維修中根據維修實況不斷填充、豐富維修檔案，提高整體維修水平；最重要的是在智能制造的發展中，可以作為MES（ManufacturingExecu－tionSystem，制造企業生產過程執行系統）維修體系的基礎檔案。根據機床特點及結合多年工作檢驗，建立了實用性的機床維保體系模型。
2維保體系內容
2.1機床結構部分
（1）機床主體。包括床身、立柱、導軌、絲杠、滑枕等，尤其需注意斜鐵、拖鏈的安裝位置。
（2）液壓系統。包括液壓站、油箱液壓功能閥體、供油系統、回油系統等。需確認機床液壓系統中每個泵、電機、閥體的位置和功能，并和圖紙一一對應，便于維保時根據故障表象就可準確找到所查元件。
（3）刀庫系統。包括刀庫門、機械手、刀套、刀鏈、鏈輪傳動組合、刀位信號開關等。需重點關注刀庫門和機械手運行步驟、各步驟信號開關的位置和報警信號。
（4）氣動系統。包括濾水和潤滑三聯件、氣動閥、氣壓缸等。需重點確認各氣動閥的位置和功能。
（5）潤滑系統。包括潤滑泵組合、管路布局、分油器、各潤滑終點等。需重點確認分油器及對應潤滑終點的位置和功能。
（6）電氣系統。包括電柜冷卻、電柜內部組件、操作面板、內部分線盒等。需重點關注各類電機控制的功能電路組成、頻繁動作的繼電器和接觸器、具有保護功能的斷路器。機床結構的輔助部分包括排屑器系統和切削液系統。這些輔助部分發生故障時一般不會影響機床的正常使用，僅會給機床的使用帶來不便。
2.2常見故障點
（1）機械部分故障點：幾何精度超差、反向間隙超差、機床運行抖動、護罩進給的異響等。大型機床幾何精度發生變化多是因為溫度和新裝機床的內應力，所以機床的幾何精度檢查時需充分考慮溫度和內應力的因素；反向間隙主要是因為滾珠絲杠和絲母的磨損或松動造成的，為保證加工精度需定期檢查并調整反向間隙，在進行調整時，首先進行機械調整，達到最優效果后再用數控系統補償誤差；機床運行抖動多為相對運行中摩擦阻力增大造成的，斜鐵或潤滑的異常是本類故障的重要原因；護罩運行異響多為潤滑不足，踩踏或異常沖擊造成護罩的變形，需在日常使用中加強對護罩的保護。
（2）液壓系統故障點：壓力異常、溫度升高、管路漏油、濾芯堵塞、沖擊異響等。壓力的準確和穩定是液壓功能實現的基礎，壓力調整可在設定值的上下5%，需在液壓表上做出設定壓力值的標記，以便點檢巡查中檢查壓力值是否正常；液壓站液壓油的最高溫度是60℃，＞60℃時需及時報修；溫升變化時重點檢查液壓泵的前后有無劇烈溫升、機床供油和回油有無大幅溫差，同步需檢查液壓泵的電機溫度應≤80℃；管路漏油是機床使用中常見的故障，如管頭松動、油管老化開裂、密封圈失效、油封失效等；擦拭陳油即可查到漏點濾芯，應定期清潔和更換濾芯，并記錄更換后壓力的變化；液壓沖擊和異響是液壓系統中難以消除的故障點，需要專業的液壓工程師給予輔助處理。
（3）刀庫系統故障點：刀庫門卡頓、機械手卡頓、檢測開關信號異常、卡爪掉刀等。刀庫門需保證運行軌道、氣缸的清潔和潤滑；機械手運行步驟要牢記與心，每個步驟運行軌跡及對應的檢測開關均需做詳細統計；一旦機械手卡位，能根據機械手運行軌跡和報警信息對應的監測開關及時確定并排除故障點；卡爪掉刀主要是機械手抓刀時對應的卡刀機構異常，卡刀機構故障多為運行機構進入雜物或缺少潤滑造成。
（4）換頭系統故障點：附件頭支架位置偏移，檢測開關信號異常、滑枕裝頭位置異常等。較為先進的數控機床均能自動更換附件頭，部分機床同時配有多個附件頭，所以機床換頭的正常運行也是保障機床運行的重要組成部分。附件頭支架位置偏移主要是支架長期使用中結構變形、導軌潤滑不足、動力的氣壓或液壓的壓力異常等原因造成；換頭過程中對應的檢測信號位置和報警信息均需做好統計，以便處理換頭中的故障點；滑枕裝頭位置異常多為主軸定位異常和滑枕換頭過程中各暫停點位置異常。
（5）潤滑系統故障點：潤滑管路斷裂、潤滑管路堵塞。通過手動打壓時壓力的上升速度確認內部潤滑管路是否存在斷裂；加油周期有無劇烈變化也是判斷內部潤滑狀態的重要依據，加油周期劇烈變短多為油管斷裂，加油周期逐步變長多為內部管路堵塞。
（6）電氣系統故障點：電柜溫度過高、工作環境濕度過高、常用觸頭的疲勞損壞、已發故障的復發隱患等故障點。
（7）氣動系統故障點：管路漏氣、氣路有水、氣缸缺少潤滑油。
（8）排屑器故障點：鐵屑或雜物掉入卡死、底部積屑過多卡死、鏈板拉長、軸承或變速箱缺少潤滑等。
（9）切削液故障點：回水和供水濾網濾芯堵塞、切削液泄漏、切削液變質、液位開關升降異常等。
2.3已發故障統計與解決方案
（1）可避免故障的類型與對策。機床使用和維保中因為操作失誤或檢修不足造成的故障，可通過各種手段避免。使用中常見故障：機床運行中撞擊、超速運行、進給軸超程、換頭異常未及時停止、換刀異常未及時停止、排屑器內掉入雜物卡死、切削液濾網未及時清潔等。維保中常見故障：導軌和絲杠潤滑不足、傳動齒輪箱潤滑不足、液壓壓力異常、漏氣漏水漏油、換頭換刀位置異常等。采取措施：要求操作者按照操作規定進行操作，嚴禁違規操作；要求維修人員按維保說明書對機床進行定期檢修，并切實檢查到位。
（2）可預測故障的類型與對策。可預測故障是根據機床運行中發生異響、振動等表象，依據維修人員的工作經驗對機床可能出現的故障進行預測，并進行必要的檢修和備件準備，協調合理的維修時間，組織進行維修。
（3）重要故障維修記錄。復雜和重要的維修情況，具有耗時長、要求高、工作量大等特點。例如，變速箱軸承、齒輪的更換，大型電機的更換，復雜液壓故障的排查、主軸的拆裝、機床的搬遷、機床的項修和大修等。重要維修要建立針對性維修檔案，如維修要點拍照、維修過程記錄、難點和注意事項的說明等，均可以為日后類似的維修提供技術支持和資料儲備。
2.4備件庫建設
（1）消耗性備件庫：邊使用邊補充。液壓油、導軌潤滑油脂、過濾棉、清潔用品等日常維保中經常使用的消耗型輔料或通用備件，使用后需及時補充，嚴禁因補充不及時而影響維保的有序進行。
（2）常用備件庫：需計劃性存儲。接頭、氣管、濾芯、溢流閥、液壓表、氣壓表、刮屑板等維保中常用型備件，需要必備。同時部分已損備件修復后也可以納入常用備件庫，以防止再次發生。
（3）不常用備件數據庫：備件采購信息庫。電源模塊、液壓泵、伺服電機、導軌滑塊等單價較高，且不經常損壞的備件，可以建立涵蓋備件型號、廠家、供應商、供貨周期等電子檔案的數據庫，一旦相應備件出現故障時，可以及時提取備件信息進行快速采購。
2.5維保人才的'培養
（1）主觀能動性。維保中的關鍵環節就是提高維保人員的個人主觀能動性。積極主動的去完成機床的檢查和保養，發現故障隱患及時消除或上報，按照各類制度進行點檢和保全，針對機床的運行狀態多和操作者交流，以保障機床的正常運行。
（2）個人專業素養：自學＋培訓。維保人員個人能力的培養和提高也是提高維保水平的重要環節。維保人員為了更好的完成本職工作，需要看懂機床說明書，并對機床的實際結構進行了解和研究。一方面公司應針對維修人員的技能做定期定向的培訓，組織維修人員進行內部討論，促進工作經驗的交流；另一方面應為維保人員提供合適的外出培訓機會，開拓員工的視野和思路。維保人員需要自覺提高工作水平，以應對逐步復雜化、綜合化的維保情況。
（3）管理者的重視與支持：資金和物質。管理者的重視與支持是維保工作順利推進的主動力。適當的獎懲制度和項目特批獎金，可有效激發員工的積極性和主動性，為員工提供足夠的使用工具和工作環境也是管理者應做好的工作。管理者要想員工之所想為其服好務，用合適的管理制度激發維保人員的工作激情。
3總結
維保體系的建立總體而言是通過各種方法減少故障的發生概率、做好各類預想性檢查、建立完善的維修檔案、合理地儲備機床備件，即通過各種手段保證數控機床的正常運行。維保工作要以機床說明書為依據和起點建立適合自己的維保體系；統計和儲備各類信息，以備不時之需；積極主動的切實做好機床的保養工作，推行針對性的檢修方案，保障數控機床的正常運行。
參考文獻
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面向數控機床的綠色設計技術論文 篇6
1.數控機床的維護
對于數控機床來說，合理的日常維護措施，可以有效的預防和降低數控機床的故障發生幾率。
首先，針對每一臺機床的具體性能和加工對象制定操作規程建立工作、故障、維修檔案是很重要的。包括保養內容以及功能器件和元件的保養周期。
其次，在一般的工作車間的空氣中都含有油霧、灰塵甚至金屬粉末之類的污染物，一旦他們落在數控系統內的印制線路或電子器件上，很容易引起元器件之間絕緣電阻下降，甚至倒是元器件及印制線路受到損壞。所以除非是需要進行必要的調整及維修，一般情況下不允許隨便開啟柜門，更不允許在使用過程中敞開柜門。
另外，對數控系統的電網電壓要實行時時監控，一旦發現超出正常的工作電壓，就會造成系統不能正常工作，甚至會引起數控系統內部電子部件的損壞。所以配電系統在設備不具備自動檢測保護的情況下要有專人負責監視，以及盡量的改善配電系統的穩定作業。
當然很重要的一點是數控機床采用直流進給伺服驅動和直流主軸伺服驅動的，要注意將電刷從直流電動機中取出來，以免由于化學腐蝕作用，是換向器表面腐蝕，造成換向性能受損，致使整臺電動機損壞。這是非常嚴重也容易引起的故障。
2.數控機床一般的故障診斷分析
2.1檢查
在設備無法正常工作的情況下，首先要判斷故障出現的具體位置和產生的原因，我們可以目測故障板，仔細檢查有無由于電流過大造成的保險絲熔斷，元器件的燒焦煙熏，有無雜物斷路現象，造成板子的過流、過壓、短路。觀察阻容、半導體器件的管腳有無斷腳、虛焊等，以此可發現一些較為明顯的故障，縮小檢修范圍，判斷故障產生的原因。
2.2系統自診斷
數控系統的自診斷功能隨時監視數控系統的工作狀態。一旦發生異常情況，立即在CRT上顯示報警信息或用發光二級管指示故障的大致起因，這是維修中最有效的一種方法。近年來隨著技術的發展，興起了新的`接口診斷技術，JTAG邊界掃描，該規范提供了有效地檢測引線間隔致密的電路板上零件的能力，進一步完善了系統的自我診斷能力。
2.3功能程序測試法
功能程序測試法就是將數控系統的常用功能和特殊功能用手工編程或自動變成的方法，編制成一個功能測試程序，送人數控系統，然后讓數控系統運行這個測試程序，借以檢查機床執行這些功能的準確定和可靠性，進而判斷出故障發生的可能原因。
2.4接口信號檢查
通過用可編程序控制器在線檢查機床控制系統的接回信號，并與接口手冊正確信號相對比，也可以查出相應的故障點。
2.5診斷備件替換法
隨著現代技術的發展，電路的集成規模越來越大技術也越來越復雜，按常規方法，很難把故障定位到一個很小的區域，而一旦系統發生故障，為了縮短停機時間，在沒有診斷備件的情況下可以采用相同或相容的模塊對故障模塊進行替換檢查，對于現代數控的維修，越來越多的情況采用這種方法進行診斷，然后用備件替換損壞模塊，使系統正常工作，盡最大可能縮短故障停機時間。上述診斷方法，在實際應用時并無嚴格的界限，可能用一種方法就能排除故障，也可能需要多種方法同時進行。最主要的是根據診斷的結果間接或直接的找到問題的關鍵，或維修或替換盡快的恢復生產。
3.數控機床故障診斷實例
由于數控機床的驅動部分是強弱電一體的，是最容易發生問題的。因此將驅動部分作簡單介紹：驅動部分包括主軸驅動器和伺服驅動器，有電源模塊和驅動模塊兩部分組成，電源模塊是將三相交流電有變壓器升壓為高壓直流，而驅動部分實際上是個逆變換，將高壓支流轉換為三相交流，并驅動伺服電機，完成個伺服軸的運動和主軸的運轉。因此這部分最容易出故障。以CJK6136數控機床和802S數控系統的故障現象為例，主要分析一下控制電路與機械傳動接口的故障維修。
如在數控機床在加工過程中，主軸有時能回參考點有時不能。在數控操作面板上，主軸轉速顯示時有時無，主軸運轉正常。分析出現的故障原因得該機床采用變頻調速，其轉速信號是有編碼器提供，所以可排除編碼器損壞的可能，否則根本就無法傳遞轉速信號了。只能是編碼器與其連接單元出現問題。兩方面考慮，一是可能和數控系統連接的ECU連接松動，二是可能可和主軸的機械連接出現問題。由此可以著手解決問題了。首先檢查編碼器與ECU的連接。若不存在問題，就卸下編碼器檢查主傳動與編碼器的連接鍵是否脫離鍵槽，結果發現就是這個問題。修復并重新安裝就解決了問題。
數控機床故障產生的原因是多種多樣的，有機械問題、數控系統的問題、傳感元件的問題、驅動元件的問題、強電部分的問題、線路連接的問題等。在檢修過程中，要分析故障產生的可能原因和范圍，然后逐步排除，直到找出故障點，切勿盲目的亂動，否則，不但不能解決問題。還可能使故障范圍進一步擴大。總之，在面對數控機床故障和維修問題時，首先要防患于未燃，不能在數控機床出現問題后才去解決問題，要做好日常的維護工作和了解機床本身的結構和工作原理，這樣才能做到有的放矢。
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