基于數控設備系統的設計

文/張小斌

所謂數控設備，指的是運用數控技術的設備，數據技術又叫作計算機數控技術，該技術能夠借助計算機來控制數字程序，由于原有硬件邏輯電路被計算機代替，讓數控設備可以利用計算機軟件來輸入邏輯判斷、運算、處理、存儲等指令。因此，研究數控設備的系統設計策略具有一定現實意義。

1 當前數控設備的概況

現階段，國內數控設備出現了控制系統復雜、制造總成本高、加工不精準、容易出現故障等多種缺點和不足，必須全面解決這些問題，針對性地設計其系統，使國內數控機床充分滿足復雜、高精度零部件的需求，最大限度提升數控設備各項性能，不斷朝著創新型數控設備的方向前進。

2 數控設備的系統設計策略

2.1 數控設備組成部分

在數控設備中，包括機械系統、電氣系統與數控系統等。數控系統一般用于機床，如同機床的神經或大腦，決定著機床的整體運行。電氣系統一般負責機床通信、電機協調等工作。機械系統則是負責機床的結構，通過多種運動方式與運動結構來實現相應功能。

2.1.1 潤滑系統

該系統能夠提供給液壓系統所需動力，潤滑數控系統，使數控設備產生的磨損減少，延長使用期限，通常借助流量計與壓力計測量潤滑系統流量及壓力。

2.1.2 伺服系統

數控設備的伺服系統包括2個進給電設備與1個主軸電機，這3個電機都借助傳感器來實現自身功率與負載情況的測量。

2.1.3 主軸系統

此系統的包括主軸部件、齒輪箱和電機等，工作人員可將振動傳感器安裝于齒輪箱、主軸前端，從而對齒輪嚙合度、軸承磨損度、主軸運動情況展開測量。

2.1.4 絲杠副

在數控設備中，數控設備發揮著定向移動工作臺的重要功能，工作臺上各種運動部件都會被負載所影響，且在Z軸、Y軸和X軸方向容易產生振動，通常會借助位移、溫度傳感器對零部件發生何種變化展開測試，從而決定其是否有調整、更換的需要。

2.1.5 導軌副

數控設備的Z軸、Y軸與X軸三個方向主要借助滑動導軌來運動，滑塊、導軌二者應始終保持潤滑，通常會使用機油與黃油等不同介質。同時，工作人員還會在滑塊上面安裝振動傳感器，用于導軌磨損度、運行狀態的測量，從而在出現故障后更換或調整。

2.1.6 數控系統

工作人員能夠借助上位機讀取相應運行參數，通過故障代碼了解數控設備的不同類型報警信息，從而及時、準確地判斷產生故障的主要原因。

2.2 設計進給設備

開展多軸聯動控制時，電機負責對每個軸的控制工作，并通過相應計算機軟件，使各驅動軸電機得到控制，從而形成完整的控制系統，讓多軸控制、單軸控制得以實現。其中，單軸進給設備包括輔助部件、運動工作臺、絲杠、聯軸器等組成部分，該伺服裝置的工作原理是將脈沖信號從計算機系統向伺服電機發送，在伺服電機成功接收信號以后，按照脈沖數量進行指定運動。與此同時，工作人員需使用聯軸器來連接絲杠和伺服電機，讓二者進行同樣的運動。

2.3 選擇伺服電機

設計數控設備的系統時，應將伺服驅動設備當作整個系統設計的核心，選擇伺服電機應符合兩個條件，一方面，全部電動機都應與單軸驅動負載情況相符，另一方面，應在電機尺寸、類型的選取過程中考慮精度、體積、重量與成本等多種因素。與此同時，工作人員應按照負載要求來選擇電機功率和輸出轉矩，換句話說，就是驅動滾珠絲杠的力矩。

2.4 設計監控系統

設計數控設備的監控系統時，應對硬件與軟件兩方面進行設計。在設計監控系統硬件時，由于數控設備相對復雜，需要對多種不同的信號進行采集，因此可將rs485接口、rs232接口、ad轉換接口、開關量輸入口等設計于監控終端，從而符合采集各種信號的需要。其中，ad轉換器使用了ads7870，，其噪聲與功耗較低，是單片式、串行接口的轉換芯片，包括八路單端、四路差分輸入通道，具備可編程精密放大器，采樣的精度是12位。串行口能夠連接到機床控制的系統，對其報警信息與工作信息進行讀取，如plc、cnc控制單元等。若單一監控終端沒有足夠的采集端口，工作人員可借助串口進行數據采集單元的擴展

在設計監控系統軟件時，應按照功能把監控終端軟件劃分為控制輸出、網絡通訊、數據采集、功能配置、系統初始化這五個模塊，其主要功能是采集數控設備必要信號。與監控中心的連接一般通過internet、gprs來實現，把數控設備的采集數據上傳到監控中心，對監控中心發出的指令進行接收和解析，并開展各項控制輸出。例如，某工作人員在設計監控系統軟件時采用了如下方法：

（1）數控設備的系統在上電以前，功能配置模塊可通過硬件跳線來進入，此模塊能夠利用串行口與PC機展開通訊，工程師使用PC機上的相應程序來配置監控終端，從而有效設置不同功能模塊的具體工作參數與模式，然后把配置好的參數儲存于flash存儲器里以供備用。

（2）初始化模塊可按照flash存儲器里的各項參數來初始化系統的功能。

（3）數據采集模塊能夠將數控設備的故障診斷、設備監控等信息采集出來，并依照這些符號在系統內的要求、含義展開本地保存、處理工作。

（4）網絡通信模塊能夠與監控中心連接，根據相關協議內容格式把數據采集模塊的已采集數據向監控中心上傳，同時接受來自監控中心的數據。

（5）控制輸出模塊能夠對來自監控中心的數據進行解析，與系統輸出控制設置、本地數據相結合，形成串行口輸出、開關量輸出等輸出控制。

3 結語

總而言之，研究數控設備的系統設計策略具有重要的意義。相關人員應對當前數控設備的概況有一個全面了解，能夠有效地掌握數控設備組成部分、設計進給設備、選擇伺服電機、設計監控系統，從而使設計出的數控設備系統具有更高的性能，節省維護時間與工作量，延長使用的總壽命。