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  • 全球唯一铸锻铣一体化3D打印数控机床,为何美企三次求购都被拒?

    全球唯一铸锻铣一体化3D打印数控机床,为何美企三次求购都被拒?

    众所周知,高档数控系统结构紧凑,高度集成于一体的数控单元,操作面板,机床操作面板和输入输出单元机床调试配置数据少,系统与机床匹配更快速、更容易简单而友好的编程界面,保证了生产的快速运行,优化了机床的使用。 数控系统是数字控制系统的简称,英文名称为(Numerical Control System),根据计算机存储器中存储的控制程序,执行部分或全部数值控制功能,并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。通过利用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制,它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和开关量。 高档数控机床是“工业之母”,与一个国家的制造业发展紧密相关。目前,我国高档数控机床正被外资垄断,到2018年,在这一领域的国产化率仅为6%。经过不断探索,我国在部分顶尖高档数控机床上,实现了全球领先。 目前,我国目前是全球唯一拥有铸锻铣一体化3D打印数控机床及技术的国家。这项独一无二的技术由华中科技大学张海鸥教授带头研发而成,具有自主知识产权。 为了攻克这一难题,张海鸥及其团队努力了11年的时间。张海鸥团队另一核心成员王桂兰教授,是张海鸥的妻子,两人全身心投入这项科研中。 “我们一直认为,唯有创新才有未来,跟在别人后面是不会有太大出路的。”今年60岁的张海鸥,早年留学日本,1998年被引进到华中科技大学,致力于高效低成本无模快速制造技术研究。2002年起主攻金属3D打印,当时国内外的3D金属打印主要以激光、电子束为热源,张海鸥另辟蹊径,采用等离子束为热源,使得成本更低、效率更高。张海鸥带领团队反复实验,在金属3D打印中复合了铣削,边打印边进行机械加工,解决了上述难题,一举获得国家发明专利。 华中科技大学机械学院张海鸥团队承担的 “高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项进入验收阶段。团队成功研发出拥有自主知识产权的世界首台铸锻铣一体化3D打印数控机床,实现了连续铸锻同步工艺,被《中国制造 2025》列入“加快突破的战略必争领域”。 微铸锻铣复合增材制造技术被重点服务于航空航天、核电工业、船舶海工、高速铁路等支柱产业。目前基于铸锻铣一体化金属3D打印关键技术,张海鸥团队已经可以成功打印出时速600公里及以上磁浮列车悬浮架关键支撑部件。 2019年2月,武汉天昱智能制造有限公司、武汉重型集团有限公司、华中数控股份有限公司等单位共同申报了 2019 年度“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项。基于该专项,张海鸥团队开创性地采用微铸、微锻、铣、磨在一台数控机床上同工位集成,促进了具有自主知识产权、不受制于人的国产数控复合制造装备和数控系统的产业化发展。 2020年4月14日,湖北省机械工程学会召开了由华中科技大学完成的“金属锻件微铸锻原位复合增材制造技术与装备”科技成果鉴定会。经质询和讨论,鉴定委员会认为:该项目整体技术居于国际领先水平。 近年来,团队相继成功打印出大型飞机航空发动机的高温合金机匣、铝合金机匣、钛合金叶轮等高端装备构件。提升了相关领域对国产数控复合制造装备的信赖程度,促进了我国大型先进飞机发动机自主研制的跨越式发展,有望成为航空制造领域早日全面实现“中国心”的破题之术。 由于缺少锻造环节,3D打印虽然发展已有几十年,但性能、可靠性还都很逊色,在高端制件领域根本无法使用。在航空发动机领域,铸锻铣一体化3D打印数控机床将大展身手,为提升国产飞机自主化程度而努力。 我国这一设备的突破,引起了全世界的关注。美国飞机制造商曾三次出高价向张海鸥求购这一技术,但均被他断然拒绝。 “铸锻铣一体化金属3D打印”技术所特有的组织通体细晶和基体高强韧等优势,可为未来超高速、长寿命地面交通装备制造提供全新方案,是关系到基础制造产业安全与国家战略安全。因此商务部、科技部调整发布《中国禁止出口限制出口技术目录》,铸锻铣一体化金属3D打印技术被列入限制出口目录。 如此重要的技术,中国人自然要牢牢掌握在自己的手中。当前,实现铸锻铣一体化3D打印技术全面应用,是张海鸥、王桂兰夫妇如今最大的愿望。 即使在全球一体化的今天,欧美等西方国家和日本仍对中国实行关键设备和数控系统出口限制和监督使用,并且越发严格。振兴民族产业,提升国产数控复合制造装备整体竞争力势在必行。 张海鸥透露,自从发明技术被列入出口限制后,想跟团队合力进行技术应用推广的国内投资人也多了起来。“毕竟,这是国外没有的中国原创发明。我们也迫切希望能够有更多的中国人参与进来,一起把铸锻铣金属3D打印技术推向大范围的应用,让中国在突破复杂大型零件制造的核心难题方面,从先进到领先,并能保持持续领先。” 作为国外没有的中国原创发明,需要更多的中国人参与进来,云展联盟与各企业携手共同把铸锻铣金属3D打印技术推向大范围的应用,让中国在突破复杂大型零件制造的核心难题方面,从先进到领先,并能保持持续领先。

    时间:2021-04-05 关键词: 中国设备 数控机床 数控

  • 打破海外垄断,号称“工业之母”数控机床系统逆势崛起!

    打破海外垄断,号称“工业之母”数控机床系统逆势崛起!

    众所周知,数控机床就是在数字控制下,能在尺寸精度和几何精度两方面完成金属毛坯零件加工成所需要形状的工作母机的总称。数控机床通常由控制系统、伺服系统、检测系统、机械传动系统及其他辅助系统组成。 数控机床是当代机械制造业的主流装备,国产数控机床的发展经历了30年跌宕起伏,已经由成长期进入了成熟期,可提供市场1,500种数控机床,覆盖超重型机床、高精度机床、特种加工机床、锻压设备、前沿高技术机床等领域,产品种类可与日、德、意、美等国并驾齐驱。特别是在五轴联动数控机床、数控超重型机床、立式卧式加工中心、数控车床、数控齿轮加工机床领域部分技术已经达到世界先进水平。其中,五轴(坐标)联动数控机床是数控机床技术的制高点标志之一。 近年来,我国制造业强势崛起,很早以前就已经超过美国,成为全球制造业第一大国。但我国制造业规模上来了,制造技术和水平却依然停留在中低端。 随着数控系统技术的不断发展,国产系统中、低档的性能、功能和可靠性已大幅提高,缩小了与国外的差距。从技术层面来看,国产中、低档数控系统已基本能够满足国内生产数控机床的技术要求,国产高档系统如五轴联动数控系统技术统也得到一定程度的发展。然而数控系统技术上的突破并不等于市场上的突破。特别是在数控系统技术正朝着智能化、开放式、网络化方向发展的今天,日本发那科和德国西门子等国际厂商生产的能够实现多轴、多通道、高速和高精度切削、复合化加工的数控系统已经在市场上畅销,而我国数控的产业化却依然无法消除国内用户对国产系统可靠性的疑虑。尤其是在高端领域,国产的高档数控系统只占年购买量的较低,大量的高性能系统仍然依赖进口。因此,国家政府多年前就开始制定计划,推动中国制造业向高端化、智能化迈进。但在海外技术封锁和垄断的情况下,想要突出重围哪有那么容易。 2004年6月一份广东机床用户的抽查情况透露,在数控机床的各个品牌之中,用户对欧洲、日本、美国、韩国和中国台湾等数控机床品牌的关注度已占全部市场的60%以上。品牌知名度上的差距,导致用户在选择加工设备时把更多的机会给了海外数控机床行业的一些“实力派”。如哈尔滨某发动机(集团)有限公司的缸体生产线是一条全自动加工线,其粗加工选用韩国大宇重工的专机自动线,精加工则选用了英国CROSSHULLE公司的专机自动线,缸盖加工线是由德国Cross.Huller公司制造的高速加工中心和专机自动线、德国产的全自动在线测量机、日本产的全自动密封检测机和清洗机组成的。曲轴生产线为全自动柔性流水生产线,精加工线由日本的数控高速CBN磨床、动平衡机、抛光机等组成。 2009年,中国启动了“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项。华中数控开启了大胆又细心地自主研发的艰难旅程。终于,在2016年,华中数控成功研发出华中8型数控系统。华中8型数控系统已经达到国际先进水平。2020年下半年,华中数控再传好消息。公司自主研发的华中9型数控系统已经在武汉量产,即将推向市场。华中9型相比上一代数控系统,对于整个中国数控产业而言具有重要意义。 数控系统要更快地发展,国家应给予充分的支持,无论是政策上,还是税收上,甚至是大型设备的招标上,都要对国产数控系统倾斜,以便为国产数控系统的发展创造更大空间,避免国外产品在本土对国产数控系统造成压制。 由于中国技术水平和工业基础还比较落后,数控机床的性能、水平和可靠性与工业发达国家相比,差距还是很大,尤其是数控系统的控制可*性还较差,数控产业尚未真正形成。因此加速进行数控系统的工程化、商品化攻关,尽快建成与完善数控机床和数控产业成为当前的主要任务。立下汗马功劳的同时,华中数控自身的业绩也在迅速上涨。数据显示,2020年华中数控实现营收近5.91亿元,相比2019年上涨了57.17%。 数控系统由自动化向智能化发展是必然趋势,智能化数控系统能智能感知加工条件和环境,并自行判断和决策以适应外界变化,进而适应柔性和高效生产的要求。近年来,中国机床行业经历了飞速发展的时期,国产化数控机床总量中所占比例越来越高,受此趋势影响,中国的重型、大型、超重超大型数控机床业迎来了一个空前繁荣的时期,全世界的重、大型基础正悄然发生着改变,中国正成为全球大、重型数控机床的生产国及消费国。国产机床数控化方向已成为装备制造业发展的国策。

    时间:2021-02-28 关键词: 机床 数控系统 数控

  • 突发!美国出口限制清单新增6项新兴技术,中国出台出口法反制!

    出品 21ic中国电子网 付斌整理 网站:21ic.com 01 限制清单新增6项 日前,美国商务部在其官方网站发文表示,美国商务部工业安全局(BIS)又对六项新兴技术实施了管控,而其中极紫外线(EUV)掩模的计算光刻技术软件和5nm 生产精加工芯片的技术两条直指了对芯片的制造的封锁。目前受到出口管制的新兴技术总数已经达到了 37 项。 罗斯宣称:“关键技术和新兴技术国家战略是保护美国国家安全,确保美国在军事、情报和经济事务中保持技术领先地位的重要战略部署。”“美国商务部已经对 30 多种新兴技术的出口实施了管控,我们将继续评估和确定未来还有哪些技术需要管控。” 最新的商业管制是依据 2019 年 12 月全体大会上达成的协议——《常规军备和两用物品及技术出口管制瓦森纳协议》实施的。制定和实施对新兴技术的多边控制符合《2018 年出口控制改革法案》(ECRA)的要求,这样能够确定哪些新兴和基础性技术对美国国家安全起到至关重要的作用。 目前列在商业管制清单上的六项新兴技术为: 混合增材制造/计算机数控工具; 特定的计算光刻软件; 用于为5nm生产精加工晶圆的某些技术; 有限的数字取证分析工具; 用于监测电信服务通信的某些软件 亚轨道航天器。 这是 BIS 自 2018 年通过 ECRA 法令以来实施的第四套新兴技术管控措施。BIS 在此之前曾公布了三份联邦文件通知,对航空航天、生物技术、化学、电子、加密、地理空间图像和海洋领域的 31 项新兴技术实施了管制,其中大多数是在多边支持下实施的。其中包括因化学 / 生物和反恐理由而受管制的 24 种化学武器前体,以及: 1、离散微波晶体管 2、操作软件的连续性 3、Post-quantum 密码学 4、用作水中听音器的水下传感器 5、空中发射平台 6、地理空间图像软件(单侧) 7、一次性生物栽培室 此外,根据 ECRA 规定,商务部工业安全局已于 2020 年 8 月 27 日就基础技术鉴定征求公众意见,公众意见征询期将持续到 2020 年 11 月 9 日,这也就意味着,未来或许还会有更多新兴和关键技术被列入出口管制清单。 02 中国出台出口管制法 中国方面,《中华人民共和国出口管制法》已由第十三届全国人民代表大会常务委员会第二十二次会议于2020年10月17日通过,并从2020年12月1日起施行,中国管制法实行引发了外国媒体的密切关注。在管制法中,中国除了将核材料等纳入管制范围内,其他一些维护中国国家安全等货物也纳入其中。 该法规定,任何国家或者地区滥用出口管制措施危害中国国家安全和利益的,中国可以根据实际情况对该国家或者地区对等采取措施。 出口管制是指对特定物项的出口采取禁止或者限制性措施,以对该物项的使用主体或者用途进行控制。实施出口管制,是国际通行的履行防扩散等国际义务的做法。当下,出口管制正成为维护国家安全和利益的重要手段。 出口管制法包括总则,管制政策、管制清单和管制措施,监督管理,法律责任,附则五章,共49条。 该法明确了出口管制范围,确保管制物项、管制主体和行为全覆盖,规定:从中国境内向境外转移管制物项,以及中国公民、法人和非法人组织向外国组织和个人提供管制物项,均受本法约束。 据报道,美国近年来将注意力放在提高国家地位以及打压其他国家发展上,国内制造业发展落后,国产开机械等已经无法满足美国制作武器以及其他大型设备的需求,不得已,美国只能通过向其他国家进口机械。而中国是美国主要机械进口国,因为中国机械质量等能够满足美国要求。虽然其他国家也有出口机械等,但由于国内制造加工技术并不先进,所以所出口机械无法让美国满意。 如今中国出台管制法案,对一些机械器材进行限制出口,美国将无法从中国进口所需机械,这使美国政府官员暴跳如雷,他们表示,中方这一做法将直接影响到美国武器制作,美国会面临断供危机。 03 中国芯片在哪里卡脖子 目前中国半导体行业落后已经成为了不争的事实,但从历史来看,从第一块硅单晶诞生、第一块硅集成电路诞生到年产量100万块的过程当中,我国与美国以及日本的差距并不大;但从年产量1000万块开始,我国产业就与其他国家产生了巨大的差距。 究其原因,从数据来看,中国的基础研究的经费投入比例为5%,相对其他国家的12%-24%,比较少。另外,这部分的研发大部分投入都是在试错方面,基础研究比先进国家的差距非常大。 集成电路产业技术创新上拥有两大壁垒,分别为战略性壁垒和产业型壁垒。战略性壁垒方面,他认为重点三大卡脖子制造环节在工艺、装备/材料、设计IP核/EDA上,在此方面的产业链长,设计的领域宽;而产业型壁垒方面,他认为基础研究薄弱,产业技术储备匮乏。 不过好消息是,经过半导体技术的演进和行业的变迁,全球半导体产业正在不断迁移至中国大陆,中国大陆逐渐成为产业第三次转移的核心。根据芯微原电子(上海)股份有限公司董事长兼总裁戴伟民的介绍,转移的原因主要是由于手机和物联网时代的序幕拉开,而这最终导致产业链从IP厂商和轻设计厂商的浮现。 通过数据来看,国产芯片本土市场正在逐渐增加,2019年市场规模达到了29.5%。2013-2020年,中国半导体行业的复合增长率达到了15.7%。不仅如此,我国集成电路市场已覆盖芯片、软件、整机、系统、信息服务领域,中国已经逐渐成为全球集成电路企业发展的沃土。 04 芯片烂尾报道引发关注 芯片项目烂尾的报道近日引发关注。 对此,国家发改委新闻发言人孟玮在例行发布会上回应,将会同有关部门强化顶层设计,狠抓产业规划布局,努力维护产业发展秩序。 集成电路产业是国民经济和社会发展的战略性、基础性和先导性产业,地位十分重要。 2019年,我国集成电路销售收入7562亿元,同比增长15.8%,已成为全球集成电路发展增速最快的地区之一。 “我们也注意到,国内投资集成电路产业的热情不断高涨,一些没经验、没技术、没人才的‘三无’企业投身集成电路行业,个别地方对集成电路发展的规律认识不够,盲目上项目,低水平重复建设风险显现,甚至有个别项目建设停滞、厂房空置,造成资源浪费。”孟玮说,国家发展改革委一直高度重视集成电路产业健康有序发展,按照党中央、国务院决策部署,会同有关部门强化顶层设计,狠抓产业规划布局,努力维护产业发展秩序。 针对当前行业出现的乱象,下一步将重点做好4方面工作: 一是加强规划布局; 二是完善政策体系; 三是建立防范机制; 四是压实各方责任。 -END- | 整理文章为传播相关技术,版权归原作者所有 | | 如有侵权,请联系删除 | 【1】强悍!华为麒麟9000曝光! 【2】SK海力士收购英特尔NAND闪存业务 【3】美国将向发展中国家提供贷款,试图让他们远离华为、中兴 【4】首片国产6英寸碳化硅晶圆产品发布!在上海 【5】后摩尔定律时代的新救星?芯原戴伟民详解Chiplet新技术 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2020-10-23 关键词: 通信 光刻 数控

  • 哀悼!发那科创始人稻叶清右卫门逝世:享年95岁

    据发那科官网信息显示,发那科创始人稻叶清右卫门于2020年10月2日(星期五)逝世,享年95岁。 稻叶清右卫门,1925年3月出生于日本茨城县,1946年毕业于东京大学第二工学部精密工学科,后进入富士通,1972年创办发那科,带领公司成为世界最大的数控系统制造商。 上世纪70年代后期,日本机床工业大发展,一家传奇公司功不可没——发那科。一位银行分析师这么评价它:“一般人看来,发那科默默无闻,其实他们是机器人界的微软。如果富士山爆发摧毁发那科,全球都会停止运作。”而发那科背后的英雄,便是它的创办者稻叶清右卫门(下文称稻叶)。他一辈子舍弃“小我”,把全部的人生赌在了事业上,也最终在发那科实现了“小我”。 追求百分之百的控制权 1946年,稻叶清右卫门从东京大学第二工学部精密工学科正式毕业,加入如今已是日本第一IT厂商,但当时才刚刚拥有几间比较像样厂房的富士通株式会社。这个刚从一个长满榉树的小镇走出来的少年,踌躇满志,要干一番大事业,但他怎么想不到自己将来会建立一个世界上最庞大的黄色机器人“帝国”,当然这是后话。 作为从东京大学来的高材生,稻叶被予以厚望,刚进富士通便被派到下属公司担任负责人,管理一批工人。试想一个乳臭未干的少年,用什么样的方法才能管住一群暴躁的工人。温和教化肯定是行不通的,没有权威,温和就会被视为软弱的表现。那么独断专权就成最好的解决办法,掌握百分之百的控制权成了最关键的一环。独裁会给予人压迫感,同样也会产生安全感和建立威信。 为此,他收了所有跟他同等地位的人的权力,以确保工厂里没有人在他之上。当时工人里有一个工长的职位跟他同级,主管安全问题。稻叶询问他自己为何主管安全。工厂回答他:“安全主管必须有焊接师执照,您没有这个证不能当。”稻叶听了登时大怒,立即发奋考下了执照,当上了安全主管。 或许是早年的经历影响了稻叶之后的人生轨迹,或许是受了时代的影响——彼时,第二次世界大战刚刚结束,日本的盟友们大独裁者希特勒、墨索里尼吞枪自杀,1945年8月14日,日本宣布无条件投降,东条英机被送上远东国际军事法庭——独裁专制在人们心中留下了不可磨灭的印记。 在发那科公司的研究大楼的入口上方有一个时钟,它的速度是通常速度的10倍。发那科对外称这意味着对于这个工厂自动化技术的世界领先者来说,创新越快越好。实际上,稻叶清右卫门希望通过这个钟来让员工们始终保持危机感,督促他们努力工作。 这是稻叶的一贯作风。在他执掌发那科的几十年间,公司里的大小事情就要经过他的审批。哪怕是一笔几百块钱的订单,他都要亲自过目。事无巨细,而且极为严格、几近苛刻。对于员工的聘用他只看重专业技能,如果员工不努力工作,他会大声呵斥。 这种行事风格令他垄断了发那科的一切权力,几乎没有人敢于对他提出异议。于是乎小到某件事情的对错,大到巨轮航行的掌舵,都需要靠他来评定、做主。 就如发那科那抹鲜明的黄色。在发那科,机器人是黄色的、厂房是黄色的、卡车是黄色的、工作服也是黄色的。有人说稻叶钟爱黄色,他认为黄色是“皇帝的颜色”,也有人说黄色是战斗的内涵,体现了稻叶战斗的欲望。具体如何,估计只有稻叶自己清楚。 但连配色都要强调统一,可见稻叶对发那科一致性的强调和绝对的控制。据说在稻叶退休之后,还继续每天加班到深夜,拿着笔训斥员工。这种情形一直持续到他的孙子稻叶清典担任公司董事,他才真正功成身退。 在发那科,稻叶是绝对的“独裁”。就算是1万日元(约合612.4元人民币)的订单,不经稻叶批准,都不能推进;录用新员工必须经过稻叶的面试,部长、课长等要职的任免,也完全由稻叶一人拍板。他选人的标准只有一个,就是专业能力。 稻叶的“独裁”远远不止于此。一直以来,他当年研发的电子油压发动机都是发那科的“镇店之宝”。但到1973年,受到石油危机影响,其不足已经暴露。1975年正月,稻叶要求团队立即研发新的发动机,且必须在5月30日前完成。 5月31日,不眠不休近5个月的开发人员交出了新机器。没想到第二天,稻叶就飞去美国,把发动机专利卖给了另一家公司。而且,这个决定他早就做出了。员工们对此十分不理解,认为稻叶践踏了他们的努力。面对指责,稻叶十分平静:“经营者,从来就是善变的。” 稻叶的领导风格受到质疑,但发那科的飞速成长却是事实。1974年,发那科工业机器人问世,并于1976年投放市场;1999年,发那科智能机器人生产,并成为公司最重要的产品。目前,发那科是世界上最大的专业数控系统生产厂家,其数控装置占日本75%、世界50%的份额,并以高利润率在业界驰名,2008年达到惊人的44.83%。 为企业脱个精光 过去几十年,日本经济几经沉浮,唯有发那科在危机中屹立不倒。如今,从苹果手机到丰田汽车,从波音飞机到美军战车,都需要发那科的数控设备。这与其坚持研发、利益为先的信条密不可分,也与稻叶强势的管理分不开。 发那科总部位于富士山麓的山梨县,占地45万平方米,所有建筑物都被漆成黄色,社长以下所有员工都穿黄色制服,工厂的机器人、卡车也都是黄色。这鲜明的“黄色军团”体现的正是稻叶的管理理念——在这里只有企业,没有“小我”。 而进入研究大楼的大门,还会看到一个奇怪的钟,它的速度被调快了10倍,正常的一分钟它只要6秒就能走完。稻叶通过这个钟,来让员工们始终保持危机感,督促他们努力工作。 稻叶对自己,也同样严格要求。在当社长的日子里,稻叶一年中总有100天在国外出差,每天早上8:50上班,没有一天在晚上9点前离开,更是经常工作到半夜。“我自己从来都是全力以赴,所以对部下也是这样要求。”如果员工工作不够认真、上进,他会拍着桌子大声训斥。 在发那科,会客室是茶室风格,据说是稻叶的兴趣;早前,发那科买下了描绘江户时代居住在长崎的荷兰人生活的史画600份,据说也是稻叶的兴趣;稻叶的公务车是雪铁龙,还是他的兴趣……看起来,发那科好像成了稻叶一个人的帝国。但实际上,很少听到外界对其有“把企业个人化”的批判。因为明眼人都看得出来,稻叶的行动,从不出于私欲私利,全是为了公司考虑。 稻叶对发那科的用心还不止于此。早年间有一次,发那科为了与西门子公司进行技术合作,设了酒宴。据当时参加宴会的小林回忆,对方可能醉了,忽然提议要“坦诚相见”,稻叶二话没说就开始脱衣服,最后双方都脱了个精光。“稻叶其实一点没醉,但他认为这次谈判对发那科非常重要,如果对方脱了自己不脱,可能会破坏双方的关系,所以在清醒的情况下仍然脱个精光。” “不知道是聪明还是笨蛋” 这样强势的稻叶,在家里是不是也一样不可一世呢?对此,他妻子的回答是:“真不知道他是聪明还是笨蛋,在家里,他跟个小孩差不多。” 回到家,稻叶只是个普通的丈夫和父亲,甚至还有点懒惰、怕麻烦。生活上他从没有自己的主意,每天早上都要问妻子“今天我穿哪件衣服啊?”“戴哪条领带好啊?”哪天想吃鱼了,都是小声委婉地问:“明天晚饭能不能做鱼?” 平日难得空闲,稻叶会和儿子善治一起去钓鱼,但他只是坐在那扶着钓竿,装诱饵和把钓上来的鱼取下来等,都是儿子的活。稻叶从不是家庭的主角,或许工作才是他人生最大的兴趣,他的人生价值已经通过工作全部实现了。 2000年,稻叶从社长的位置上卸任,担任名誉会长,本可以悠哉过生活,他却说:“黄色的战袍虽然脱下,但我绝不引退。”他加班到深夜、拿手敲着桌子训斥职员的情景也毫无改变。直到最近儿子善治担任发那科的社长,孙子稻叶清典也在2013年6月成为最年轻的董事,86岁的他才算功成身退。 曾经有人问过稻叶对发那科未来的期许,他表现得十分淡然:“现在我没能实现的,我并不期待未来全实现,继任者也不用像我一样做事,只要能让发那科完整存活下来,就够了。” 关于我们 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2020-10-09 关键词: 发那科 数控

  • “组合拳”助力机器人规划落地 万亿产业起舞在即

    “组合拳”助力机器人规划落地 万亿产业起舞在即

      中国机器人产业推进大会上发布的众多政策不仅是对产业的进一步扶持和相关规划的落实,更透露出一个信号:有别于以往的产业政策,在机器人产业顶层规划和推进上,国家各部委形成产业共识,本着产业发展的大目标,各司其职协同“作战”,打出“组合拳”,将在多个层面有效推动产业快速发展。      正在召开的中国机器人产业推进大会(CRIC 2016)上,中国机器人产业联盟(简称“产业联盟”,CRIA)首次发布了灌装机器人等三项团体标准。本次大会传递出的信息是,国家、产业联盟、企业等各方主体对机器人产业有了较为客观准确的理解和共识,工信部、国家认监委、产业联盟等在此基础上将发布一系列标准、规范等引导性文件,助力机器人产业五年规划实施落地。企业层面,龙头公司正在通过并购重组、立足研发等多模式加快发展,整个产业有望步入良性发展。   “组合拳”助力五年规划落地   产业联盟首次发布灌装机器人等三项团体标准后,产业联盟副会长宋晓刚透露,联盟将继续制定、发布一系列团体标准,国家也将发布机器人产业白皮书和机器人标准体系框架。   值得关注的是,本次大会传递出信息,多部委将在政策上打出“组合拳”,联合发力,共同推动《中国制造2025》、《机器人产业发展规划(2016-2020年)》(简称“五年规划”)等在“十三五”期间落地。   工信部装备工业司副司长孙峰在大会上表示,工信部将于近期发布工业机器人行业规范条件;下一步,还将在前期工作的基础上,组织开展工业机器人行业规范条件的实施工作,推进工业机器人在重点领域的推广应用,以及服务机器人的试点示范;会同有关部门加快推进标准的制定。   发改委产业协调司副司长蔡荣华称,下一步,发改委将从产业协调发展的角度,通过协同攻关的模式,从加强机器人共性技术研究、支持机器人研发设计平台建设、完善机器人检测认证体系三个方面解决制约产业发展的瓶颈问题。   国家认监委认证监管部主任李春江则透露,认监委将会同工信部等发布《关于推进机器人检验检测认证体系建设的意见》,旨在规范认证检测工作,加强认证产品的管理,创造良好的机器人制造、采购的政策环境,推进机器人产业的健康发展。此前,工信部、认监委等四部委共同发布了“中国机器人认证(CR)”标志,同时颁发了首批中国机器人产品认证证书。   着眼布局下一代技术,智能机器人成为产业新方向。据科技部相关人员介绍,就机器人产业,科技部在国家科技重大专项以及国家重点研发计划两个层次上做了一定的规划,并将在近期公布专项指南。据悉,机器人重点专项聚焦智能机器人,设置了基础前沿技术、共性关键技术、系统与产品研发、应用示范四方面目标,分为六大方向、17个重点任务。   在业内人士看来,上述政策不仅是对产业的进一步扶持和相关规划的落实,更透露出一个信号:有别于以往的产业政策,在机器人产业顶层规划和推进上,国家各部委形成产业共识,本着产业发展的大目标,各司其职协同“作战”,打出“组合拳”,将在多个层面有效推动产业快速发展。   上述政策背后的一个逻辑是:在机器人产业上,国家把更多的精力放在顶层规划、标准制定、公共服务和基础研究等领域,旨在创造良好的环境,引导产业健康、有序、可持续发展;产业的发展则交还给市场和企业,通过更多的团体标准、行业自律,完成产业自我建构。   企业主动突破促进行业发展   据中国机器人产业联盟调查,目前全国规模以上机器人企业达到800多家,各地在建园区有42个,地方出台的支持政策达到77项。散、乱、小的产业现状阻碍产业发展成为共识。   在本次大会上,诸多龙头公司对于行业现状有了更深刻的理解。“存在的不一定合理,但一定有存在的理由。”这或许是当前国内机器人产业现状的最好诠释。广州数控设备有限公司董事长、总经理何敏佳表示,这种所谓的低水平,是与国内工业结构(从1.0到3.0)相适应的,随着产业结构转型升级,通过市场的自我调节功能,产业自身会找到一个平衡点,自我完成积累和产业建构,这需要一个发展过程。   那是否就意味着可以安于现状,等着产业结构升级来倒逼机器人产业自身发展呢?龙头公司显然有自己的判断。   并购重组是产业快速发展的有效路径。在机器人总裁曲道奎看来,机器人产业应抓住“十三五”的重要窗口期,借势国家产业结构调整和转型升级,加速追赶和建立产业新高地;发展集成服务和并购重组,则是当前产业快速发展的有效途径。“中国巨大的市场、资本和产业自身的成长使得我们有了并购的机会,并购也是公司的重点,但我们只会并购技术好、产业协同强的优质公司。”曲道奎同时提醒,财务投资角度的并购对产业发展并无太多裨益。   资料显示,A股已有超过70家公司涉及机器人概念,并购重组成为主旋律。   与并购“催肥”不同,一些公司选择了一步一个脚印的研发积累。何敏佳对记者表示,集成和并购等是产业发展的一些快速模式,但产业发展不能全靠拿来主义。广州数控更愿意脚踏基础层面,扎实研发积累,虽然慢一些、经济效益差一些,但在这个过程中可以完成更多技术、工艺的积累和创新,形成可持续发展。   事实上,踏实研发并没有拖慢广州数控的发展脚步,这个“行业新贵”2017年的出货计划是1500台(今年900台)。“广州数控减速机采用国产产品,明年秦川机床给我多少(机器人关节减速器),我收多少。”何敏佳笑言。   产业发展正在加快脚步,优胜劣汰自然展开。在汇川技术董事长朱兴明看来,再过五年,现在圈子混的可能只有20%能生存下来。随着技术迭代加快、产品生命周期缩短,让用户在2到3年收回成本已经成为现在机器人企业的目标。对此,产业联盟副秘书长郝玉成、美的集团参股公司埃夫特的董事长兼总经理许礼进等均认为,优胜劣汰是肯定的,但这个市场足够大,可以让大多数的公司都能找到自己独特的产业位置。   值得关注的是,体制、机制和资本已经成为产业发展的掣肘。长沙长泰机器人有限公司董事长杨漾认为,基于“技术、资本、资产”三密集的属性,机器人公司需要更广泛、更低成本的融资渠道,更市场化的管理体制机制,加快国企改革、资产证券化成为一些行业领先公司打破发展瓶颈的当务之急。   万亿产业起舞在即,更为重要的是,与机器人“小产业”相呼应的是机器人应用于制造业的“大溢出效应”。宋晓刚认为,在国家百万亿元的制造业中,即便仅通过自动化机器人改造提高10%的效率,都将对机器人产业和国家经济形成极大的市场和提升。

    时间:2020-08-17 关键词: 机器人 数控

  • “iCNC”突破3D打印机痛点,变废为宝推进循环经济的发展

    “iCNC”突破3D打印机痛点,变废为宝推进循环经济的发展

    现如今,第四次工业革命的劲风正在吹起数字化转型的集结号,数字化生产模式对制造业的发展带来巨大影响,正在改变商品制造的方式及就业的格局。在工业4.0时代,我们已经迎来一场浩浩荡荡的数字化革命。 在这场时代变革中,尽管我们已经体验过不计其数的科技新品,但是在这个竞争激烈、更新换代速度越来越快的年代,时时刻刻都有很多新的科技杰作没有被我们立即看到和触及。 “马尔克斯iCNC”(中文全称为桌面激光雕刻数控一体机,以下简称“iCNC”)便是这场革命中的一个鲜活因子,自问世以来受到了广大创客及网友的关注和点赞。 “iCNC”是数字制造领域的“黄金搭档” 分析人士指出,“iCNC”可以满足学校、企业、创客、家庭、手工艺爱好者等个性化、实时化、便捷化和非标准化消费级(中小型)制作需求,几乎能够实现所有创客发明的加工需求。 产品研发人员称,“iCNC”是一款桌面激光雕刻数控一体机。实际上,它是CNC雕刻、激光雕刻二合一形态的“黄金搭档”。该机综合了计算机的图形处理、数字化信息和控制、激光技术、机电技术和材料技术等多项高技术优势,完美实现了“1+1>2”的倍增效应。 该机使用全封闭、全透明加工形式,加工物品简单、耐用、安全、便捷、易操作,而且加工形态、材质多样化。它可以自由选择木料、塑料、金属、皮革、尼龙、纤维板、PCB电路板等诸多材质进行个性化加工,不需要电脑控制,就可快速、高效地将原有的材质进行车铣和激光打标数控加工。 “iCNC”突破了3D打印机的系列痛点 在智能硬件行业,“iCNC”又被称为“继3D打印机之后的一匹黑马”。但实际上,“iCNC”又突破了消费性3D 打印机的一些痛点。 据介绍,3D打印机运用的是加法加工,目前,常用的消费机3D打印机多数只能加工特定的塑料材质,将其溶解、堆积成一种新的状态。而 “iCNC”运用的则是减法加工。但相比3D打印机,“iCNC”精度更高,加工材质、形态及应用范围多样化,而且机器的实用性更强。 该机可根据个性化需要,将自由选择的金属、木制品等原材质以及自己的创意想法交给机器后,一键完成材质及创意的智能加工,将创意快速转化为现实。 “小空间、低成本、随时用、高精度、省时省工、快速高效、安全性强,还可用于零部件的批量化加工、生产。”一资深创客人士表示, “iCNC”创造了一种简单、高效、经济、乐趣、上档次的创客模式,真正实现DIY所倡导的“只要想的到,就能做的到”的理念,不失为DIY2.0时代下的经典之作。 “iCNC”是创客教育领域的“新剑客” “iCNC”目前被很多学校和网友视为“创客神器”,又被称为创客教育领域的“新剑客”。 “iCNC”自面世以来,出现在许多高校及中小学创客实验室的台面上,帮助无数小创客实现创客梦。今年9月份,“iCNC”还亮相《第六届全国中小学STEAM教育大会》,受到广泛关注;11月份,亮相合肥市首届“江淮瑞风杯”青少年创客大赛决赛,帮助孩子们激发灵感、创造佳绩。除此之外,“iCNC”还先后参加多次国家级教育展会,并收获无数点赞和好评。 值得一提的是,北京师范大学常州附属学校创客教育实践基地还批量引进“iCNC”,主要是想让学生通过DIY实践操作,激发对科学、数学、工程、技术和设计创意的兴趣,促进实践与理论、知识与思维、现实与未来的深度融合和升华,帮助孩子们将梦想之光照进现实。 据悉,该基地由昕弘教育斥资打造,共包括科技知识体验区、创造加工区、科技创客教学区、成果展示区,形成了完整的创客STEAM模式,让孩子们能够完整的参与其中,设计、创造属于自己的作品。 “iCNC”可以变废为宝,推进循环经济的发展 在我们的生活中或工业生产中,经常会产生一些“鸡肋材料”,弃之可惜,用之无门。比如,生活中用旧或用坏的皮制品、塑料品、金属品等,抑或是工业生产中产生的木质、金属、塑料等材质的边角料、废弃物等。 然而,这些“鸡肋材料”一旦遇上“iCNC” ,便可开启“二次创业”模式。创客可以天马行空地发挥想象、创意,将这些边角料、废旧品或废弃材料加工成精美的工艺品、工具或生活用品,让“鸡肋材料”彻底咸鱼翻身、变废为宝。 “如此,无论是废旧资源还是生产配件,都可以被当作原材料进行二次开发,可谓一箭双雕、其乐融融,对推进可持续发展、循环经济、智能制造等具有积极的推进意义。”研发人员坦言。 据了解,“iCNC”由马尔克斯智能科技有限公司(简称marxmake)出品。该公司一直致力于智能创客工具的研发、生产和销售,以及创客课程的开发、师资培训活动的普及等。在创客教育普及的过程中,公司积累了大量的案例,设计和开发出了大量的素材库,并在不断优化和升级中。公司通过一体化的教育解决方案和创新的模式,推动科技和教育的深度结合,让更多的未来之星更好地迎接人工智能时代的爆发。

    时间:2020-06-18 关键词: 人工智能 3d打印机 数控

  • 工业机器人的优点和应用领域

    工业机器人的优点和应用领域

    工业机器人从诞生开始,就在很多工业领域里边得到了广泛应用,主要是有些工厂的劳作环境对人的身体要求太极端了,人的血肉之躯无法胜任,或者对某些工种的工艺要求非常高而人类的手工作业无法达标等场景。 1.机器人的应用领域 工业机器人最早应用于汽车制造工业行业,常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。随着工业机器人技术应用范围的延伸和扩大,现在已可代替人从事危险、有害、有毒、低温 和高热等恶劣环境中的工作和代替人完成繁重、单调的重复劳动,并可提高劳动生产率,保证产品质量。工业机器人与数控加工中心、自动搬运小车以及自动检测系统可组成柔性制造系统(FMS)和计算机集成制造系统(CIMS),实现生产自动化。工业机器人主要应用于以下几个方面: (1)恶劣工作环境及危险工作。工业机器人可代替人,应用于压铸车间及核工业等有害于身体健康并危及生命,或不安全因素很大而宜于人去做的作业领域,如核工业上沸水式反应堆燃料自动交换机等。 (2)特殊作业场合和极限作业。机器人可用于火山探险、深海探密和空间探索等对于人类来说是力所不能及的场合,如航天飞机上用来回收卫星的操作臂等。 3)自动化生产领域 早期的工业机器人在生产上主要用于机床上下料、点焊和喷漆。随着柔性自动化的出现,机器人在自动化生产领域扮演了更重要的角色。现举例如下: 1)焊接机器人。弧焊机器人需要六个自由度,三个自由度用来控制焊具跟随焊缝的空间轨迹,另三个自由度保持焊具与工件表面有正确的姿态关系,这样才能保证良好的焊缝质量。这种机器人广泛应用于汽车制造厂承重大梁和车身结构的焊接。 2)材料搬运机器人。材料搬运机器人可用来上下料、码垛、卸货以及抓取零件定向等作业。 3)检测。在零件制造过程中,工程检测以及成品检测都是保证产品质量的关键工序。检测内容主要包括:确认零件尺寸是否在允许的公差内;控制零件按质量分类。 4)装配机器人。装配是一个比较复杂的作业过程,不仅要检测装配作业过程中的误差,而且要试图纠正这种误差。因此,装配机器人上应用有许多传感器,如接触传感器、视觉传感器、接近传感器和听觉传感器等。听觉传感器用来判断压入件或滑入件是否到位。 5)喷漆和喷涂。在进行三维表面喷漆和喷涂作业时,至少要有五个自由度。由于可燃环境的存在,驱动装置必须防燃防爆。在大件上作业时,往往把机器人装在一个导轨上,以便行走。 2.应用机器人的优点 通过对机器人应用领域的介绍,可以知道机器人应用给人类带来如下好处:(1)减少劳动力费用。(2)提高生产率。(3)改进产品质量。(4)增加制造过程的柔性。(5)减少材料浪费。(6)控制和加快库存的周转。(7)降低生产成本(8)消除危险和恶劣的劳动岗位。

    时间:2020-06-02 关键词: 机器人 数控

  • 我国机床工业目前正处在最艰难的时期

    我国机床工业目前正处在最艰难的时期

    世纪初产能急剧扩张 2001-2011年,受经济高速增长、投资需求旺盛的刺激,我国机床行业进入大发展期。这10年间总产值增长了10倍,利润增长22倍,年均复合增长率分别为24.8%和33.2%。2011年,国内金属加工机床产值达283亿美元(其中金切机床198亿)。从2002年和2009年起,我国分别成为世界第一机床消费大国和制造大国,目前消费和产出总量分别约占全球的1/3和1/4。 在机床需求和产能急剧扩张的同时,数控技术也得到了普及。2013年以来,机床工业的产出数控化率和机床消费数控化率均超过70%,2016年更是达到80%左右。这是一个历史性的成就。其中,国家对数控机床产品实行增值税先征后返政策(1999-2008)发挥了重要作用。 在经济高速增长时期,业内对市场前景普遍乐观。国内外资本大量投资机床行业,形成庞大产能。但机床工业是为制造业提供“工具”的,自身规模十分有限。各地方政府不考虑这一特性,出于GDP增长业绩的考虑,纷纷鼓动本地机床厂投资扩产,重、大型机床的盲目扩张尤为突出,很多重点企业的资产负债率急剧增加,为后来全行业的萧条埋下了伏笔。 结构性产能过剩行业经济运行形势严峻 从2012年起,我国经济发展进入“新常态”,固定资产投资增长率逐年下降,2015年降至个位数。我国机床工业进入低迷期,延续至今。尤其是其中批量型的传统中低档机床,产能严重过剩,价格竞争加剧,原材料、人力成本又不断上升,企业税负沉重,多数企业身陷困境。企业亏损面居高不下。2016年,全行业亏损面达45%以上,大批中小企业相继退出市场,历史上曾经辉煌的一批企业相继破产退出。国有企业普遍资本金不足,企业负债率高,负担沉重。 机床工业产值连年递减,市场萎缩。2018年,全行业产值比2011年下降17%,销售额下降21%。 2019年第一季度,行业整体情况仍未有好转。企业订单减少,市场预期悲观,行业运行质量下降,企业经营压力大,亏损面有所扩大。行业分化持续且有加剧态势。 据国家统计局数据,2019年1-4月,全行业营业收入同比增长0.3%(其中金切机床-14.5%,成形机床1%);机床工具工业协会联系的222家重点企业所获取的相应数据,分别是-18%、-33.7%、-2.4%。这222家企业新增订单额同比增长-36.5%,进口增长-25.4%。行业协会预计,2019年行业增长率可能出现全年下滑。 根据最新统计,全行业共5537家企业(规模以上2257家,整机企业600多家),1-4月亏损面为19.4%;机床工具工业协会所联系的222家企业,亏损面达42.3%(同比增加10.6个百分点),其中金切机床亏损面52.9%,成形机床亏损面20.8%。特别是金切领域,很多企业破产退出。 有专家认为:一些老国有机床企业衰落,体制机制原因只是其中的一方面,很多是地方政府的责任。如政府要求企业搬迁,费用让企业自己贷款解决,财务费用动辄上亿,企业利润微薄,经不住这样的折腾。市场景气时,地方政府硬性要求企业扩大产能、为GDP增长做贡献,结果企业背负几十上百亿贷款,造成今天企业资不抵债的局面。地方政府在企业用人、投资方面干预过度,出了问题却找不到责任人。 沈阳机床和大连机床两个龙头企业先后破产重组,令人痛心。沈机股份(上市公司)2019年一季度报表显示:资产负债率高达200%,当期亏损额超过营业额。集中了优质资产的上市公司尚且如此糟糕,集团公司的情况更是难以想象。 与此同时,机床用户需求明显升级。市场对批量化通用型产品的需求下降,对小批量定制型产品的需求增长;对单机需求减少,对自动化成套设备的需求增长。为了适应市场变化,西方国家一些机床企业正在从传统的“产品专业化型”向“市场专业化型”过渡。产品专业化即专注于某类(车铣磨)机床产品的批量化生产;市场专业化指专注于某细分市场(如汽车动力总成、航空发动机、消费电子等),针对用户工艺特点、满足严苛性能要求而提供成套解决方案(如德国GROB公司占中国轿车发动机缸体/缸盖加工70%以上份额、济南二机床占国内轿车整车冲压设备80%市场份额)。面对国际市场转型,我国机床企业转型升级任务迫在眉睫。 目前,我国机床工业正处在爬坡过坎、转型升级的关键时期,自身存在不少弱点和问题需要克服。同时,又赶上整体经济下行,投资需求锐减,加工设备需求进入存量时代。目前我国机床工业正处在最艰难的时期。

    时间:2020-05-20 关键词: 机床 数控

  • 深孔加工常见加工方式,三级钻孔加工法的介绍

    深孔加工常见加工方式,三级钻孔加工法的介绍

    正常钻削技术所生产的孔,其孔深极少超过5倍直径,而在深孔钻削中,此比例可高达150﹕1,并且任何孔深大于5倍直径都应称为深孔。 深孔加工常见加工方式 BTA系统中,钻头与钻杆为中空圆柱体,提高了刀具刚性和快速拆装问题。其工作原理如视频所示,切削液经加压从入口进入授油器后通过钻杆与孔壁形成的密封环状空间,流向切削部分进行冷却润滑,并将切屑压入钻头上的出屑口,经钻杆内腔从出口排出。BTA 系统主要适用于直径φ>12mm 的深孔加工。 ▲BTA系统原理 枪钻的钻柄是空的,由内外部供应的切削液流经钻头内输送管,并强行流经切削头内的孔。钻柄外侧有一个沿着长度方向的V形槽,切削液携带切屑通过此V形槽,并经过钻头外侧,最终切屑从孔中排出。枪钻可应用于普通加工中心,但是需要高压力的切削液。 ▲枪钻系统示意图 深孔加工任务实例 某壳体零件(见图)有两个直径4mm、1个直径5mm且深度都超过700mm的深孔。普通设备无法加工,必需使用专用的深孔加工设备——数控深孔钻床。数控深孔钻机床是专门用于深孔加工的数控设备,加工的孔径小、深度大,孔径与孔深比达到1﹕100,一般的数控设备无法完成。 ▲深孔零件 数控深孔钻工作原理是采用不对称切削加工,不需用传统的中心钻来完成定位要求。 ▲数控深孔钻 深孔加工方案改进过程 经过反复试验,1个深孔加工动作宜采用“三级加工法”:定位钻削、导向钻削及正常钻削,称为“三级钻孔技术”。 三级钻孔需要根据不同的钻孔深度采用不同的切削速度目前机床自带的数控钻孔指令只能完成1个钻孔深度和1个切削速度,如何使用常用的钻孔指令来实现三级钻孔可分两种方法:①手动干预:根据不同的钻孔深度,人为的手动来进行调节切削速度。②重复进给:对同一个孔分别进行编制3个钻孔程序,指令不同的钻孔深度和切削速度,进行重复操作。 深孔加工改进方法 对于上述两种方法的弊端,开发一个三级阶梯钻削指令方案。分别赋予三级深度与三种不同速度,通过参数化、智能化及人性化设计,省去手动干预的繁琐与重复进给所浪费的时间。 1)格式。G65 P9003 U-10 V-30 Z-375 B5 C10 F40 R3 T0(或T1) X___Y___ …… G67 M30 2)参数。第一钻孔深度U,第二钻孔深度V,最终钻孔深度Z,一级钻孔速度B,二级钻孔速度C,最终钻孔速度F,钻孔初始点R,T0钻不通孔,T1钻通孔。 3)使用说明。 ①程序必须指令Z(最终钻孔深度)、F(最终钻孔速度)、R(钻孔初始点)、T0(钻不通孔)或T1(钻通孔),否则出现报警(9001)。 ②钻孔初始点<第一钻孔深度<第二钻孔深度<最终钻孔深度,即R>U>V>Z,否则出现提示报警。 ③一级钻孔速度<二级钻孔速度<最终钻孔速度,否则出现提示报警。 ④如不适用第一钻孔深度与第二钻孔深度V时,可直接使用最终钻孔深度Z来完成钻孔。 ⑤当指令第一钻孔深度U时,必须指令一级钻孔速度B。 ⑥当指令第二钻孔深度时,必须指令二级钻孔速度C。 ⑦当只使用两级深度钻孔时,只能使用深度U、Z。 附:深孔加工常见问题解决措施 由以上案例可见,在深孔加工过程中,被加工件尺寸精度、表面质量以及刀具的寿命等问题都亟待解决的,下面总结了深孔加工中常见的10种问题及解决措施。 01 孔径增大,误差大 1)产生原因。铰刀外径尺寸设计值偏大或铰切削刃口有毛刺;切削速度过高;进给量不当或加工余量过大;铰刀主偏角过大;铰刀弯曲;铰切削刃口上粘附着切屑瘤;刃磨时铰切削刃口摆差超差;切削液选择不合适;安装铰刀时锥柄表面油污未擦干净或锥面有磕碰伤;锥柄的扁尾偏位装入机床主轴后锥柄圆锥干涉;主轴弯曲或主轴轴承过松或损坏;铰刀浮动不灵活;与工件不同轴以及手铰孔时两手用力不均匀,使铰刀左右晃动。 2)解决措施。根据具体情况适当减小铰刀外径;降低切削速度;适当调整进给量或减少加工余量;适当减小主偏角;校直或报废弯曲的不能用的铰刀;用油石仔细修整到合格;控制摆差在允许的范围内;选择冷却性能较好的切削液;安装铰刀前必须将铰刀锥柄及机床主轴锥孔内部油污擦净,锥面有磕碰处用油石修光;修磨铰刀扁尾;调整或更换主轴轴承;重新调整浮动卡头,并调整同轴度;注意正确操作。 02 孔径缩小 1)产生原因。铰刀外径尺寸设计值偏小;切削速度过低;进给量过大;铰刀主偏角过小;切削液选择不合适;刃磨时铰刀磨损部分未磨掉,弹性恢复使孔径缩小;铰钢件时,余量太大或铰刀不锋利,易产生弹性恢复,使孔径缩小以及内孔不圆,孔径不合格。 2)解决措施。更换铰刀外径尺寸;适当提高切削速度;适当降低进给量;适当增大主偏角;选择润滑性能好的油性切削液;定期互换铰刀,正确刃磨铰刀切削部分;设计铰刀尺寸时,应考虑上述因素,或根据实际情况取值;作试验性切削,取合适余量,将铰刀磨锋利。 03 铰出的内孔不圆 1)产生原因。铰刀过长,刚性不足,铰削时产生振动;铰刀主偏角过小;铰切削刃带窄;铰孔余量偏;内孔表面有缺口、交叉孔;孔表面有砂眼、气孔;主轴轴承松动,无导向套,或铰刀与导向套配合间隙过大以及由于薄壁工件装夹过紧,卸下后工件变形。 2)解决措施。刚性不足的铰刀可采用不等分齿距的铰刀,铰刀的安装应采用刚性联接,增大主偏角;选用合格铰刀,控制预加工工序的孔位置公差;采用不等齿距铰刀,采用较长、较精密的导向套;选用合格毛坯;采用等齿距铰刀铰削较精密的孔时,应对机床主轴间隙进行调整,导向套的配合间隙应要求较高或采用恰当的夹紧方法,减小夹紧力。 04 孔的内表面有明显的棱面 1)产生原因。铰孔余量过大;铰刀切削部分后角过大;铰切削刃带过宽;工件表面有气孔、砂眼以及主轴摆差过大。 2)解决措施。减小铰孔余量;减小切削部分后角;修磨刃带宽度;选择合格毛坯;调整机床主轴。 05 内孔表面粗糙度值高 1)产生原因。切削速度过高;切削液选择不合适;铰刀主偏角过大,铰切削刃口不在同一圆周上;铰孔余量太大;铰孔余量不均匀或太小,局部表面未铰到;铰刀切削部分摆差超差、刃口不锋利,表面粗糙;铰切削刃带过宽;铰孔时排屑不畅;铰刀过度磨损;铰刀碰伤,刃口留有毛刺或崩刃;刃口有积屑瘤;由于材料关系,不适用于零度前角或负前角铰刀。 2)解决措施。降低切削速度;根据加工材料选择切削液;适当减小主偏角,正确刃磨铰切削刃口;适当减小铰孔余量;提高铰孔前底孔位置精度与质量或增加铰孔余量;选用合格铰刀;修磨刃带宽度;根据具体情况减少铰刀齿数,加大容屑槽空间或采用带刃倾角的铰刀,使排屑顺利;定期更换铰刀,刃磨时把磨削区磨去;铰刀在刃磨、使用及运输过程中,应采取保护措施,避免碰伤;对已碰伤的铰刀,应用特细的油石将碰伤的铰刀修好,或更换铰刀;用油石修整到合格,采用前角5°-10°的铰刀。 06 铰刀的使用寿命低 1)产生原因。铰刀材料不合适;铰刀在刃磨时烧伤;切削液选择不合适,切削液未能顺利地流动,切削处以及铰切削刃磨后表面粗糙度值太高。 2)解决措施。根据加工材料选择铰刀材料,可采用硬质合金铰刀或涂层铰刀;严格控制刃磨切削用量,避免烧伤;经常根据加工材料正确选择切削液;经常清除切屑槽内的切屑,用足够压力的切削液,经过精磨或研磨达到要求。 07 铰出的孔位置精度超差 1)产生原因。导向套磨损;导向套底端距工件太远;导向套长度短、精度差以及主轴轴承松动。 2)解决措施。定期更换导向套;加长导向套,提高导向套与铰刀间隙的配合精度;及时维修机床、调整主轴轴承间隙。 08 铰刀刀齿崩刃 1)产生原因。铰孔余量过大;工件材料硬度过高;切削刃摆差过大,切削负荷不均匀;铰刀主偏角太小,使切削宽度增大;铰深孔或盲孔时,切屑太多,又未及时清除以及刃磨时刀齿已磨裂。 2)解决措施。修改预加工的孔径尺寸;降低材料硬度或改用负前角铰刀或硬质合金铰刀;控制摆差在合格范围内;加大主偏角;注意及时清除切屑或采用带刃倾角铰刀;注意刃磨质量。 09 铰刀柄部折断 1)产生原因。铰孔余量过大;铰锥孔时,粗精铰削余量分配及切削用量选择不合适;铰刀刀齿容屑空间小,切屑堵塞。 2)解决措施。修改预加工的孔径尺寸;修改余量分配,合理选择切削用量;减少铰刀齿数,加大容屑空间或将刀齿间隙磨去一齿。 10 铰孔后孔的中心线不直 1)产生原因。铰孔前的钻孔偏斜,特别是孔径较小时,由于铰刀刚性较差,不能纠正原有的弯曲度;铰刀主偏角过大;导向不良,使铰刀在铰削中易偏离方向;切削部分倒锥过大;铰刀在断续孔中部间隙处位移;手铰孔时,在一个方向上用力过大,迫使铰刀向一端偏斜,破坏了铰孔的垂直度。 2)解决措施。增加扩孔或镗孔工序校正孔;减小主偏角;调整合适的铰刀;调换有导向部分或加长切削部分的铰刀;注意正确操作。

    时间:2020-05-14 关键词: 智能化 数控

  • 为数控龙门铣床自制具有旋转功能的夹具完成4轴加工

    为数控龙门铣床自制具有旋转功能的夹具完成4轴加工

    数控龙门铣床是近几年陆续登上一些老工业基地的设备,为不少加工场景做出了贡献。但是,它也被限制在三维空间内进行各种加工,对于四轴及五轴的加工也是无能为力的。不过通过自制具有简单而精确旋转功能的先进夹具,可以完成4轴的加工技术,完善和充实该机床之不足。 一、技术分析 如图1的数控龙门铣床加工支架,该件除上下面具有定位销孔外,在Z方向还有两斜面,并在斜面内各自有各坐标孔。 图1 该支架采用Q235—A焊接件,是用于汽车装配线上重要部位的零部件。支架上下面均有坐标定位孔,关键加工部位是两侧斜面的相交点(436.5±0.02)mm,及该相交点至各斜面的坐标孔。 二、工艺编制 1.镗:刀校中间连接筋一侧面,平面度≤0.05mm。 2.镗:粗铣上下面,凹台面加工至成品,其余各面各留1~1.5mm。 3.龙门铣:粗铣两斜面,坐标孔面各留1~1.5mm(用专用夹具)。 4.龙门铣:精铣上下面,钻铰各坐标孔,其余各孔点窝。 5.龙门铣:精铣两斜面,钻铰各坐标孔,其余各孔点窝(用专用夹具)。 6.摇臂钻:各螺纹孔。 为了保证加工件的几何公差,所有的坐标孔面均应分粗精加工。并且,该件在粗加工后应放置一段时间,至少不小于24h,待工件消除切削应力后再进行各部位的精加工。 三、工装设计原则 该工件两侧斜面的加工,必须采用高精度的角度调整功能,就是四轴旋转功能。而龙门铣床不具备加工斜面功能,只能设计专用的角度旋转夹具,当工件精加工时,一次性将两侧斜面加工成品,该夹具应具备以下功能和特点: ①该夹具是典型的一面两销定位方法,即以底面和两坐标孔定位。坐标孔应选择两距离较远位置。还必须具备一次性装夹的功能,即夹具需具备左右翻转±30?功能,且翻转角度的误差必须≤±0.05?。 ②夹具底座需安装在龙门加工中心工作台上,并必须用平键和工作台定位,该工作台定位槽宽度24H7,而夹具定位键宽度公差采用基孔制h7即可。 图2 1.中心旋转轴 2.中心莫氏套3.工作台4.底座 5.两侧旋转轴 ③该夹具翻转装置采用焊接件即可,分别焊接在底座和工作台上下面,其位置应合理配置。夹具角度旋转应采用精度较高的分度头。且各关键件的加工精度,不得小于8级公差精度。 根据以上分析,该夹具应根据角度工件的形状特点,既要具备较高精度,又要考虑其通用性;既要具备安装中大型工件的能力,又要考虑制作方便可行的经济效益。 四、关键件的设计情况 1.底座 底座是该夹具的基础件(见图3),它必须具备以下条件: ①外形360mm×600mm即可,该大小既要适用于本次工件的加工范围,又要具备一定的通用性和广泛的使用性能,属于中型加工件的专用夹具。 ②该件底面的几何公差确定在平面度0.02mm,为工作台安装后的平面精度提供条件。 图3 ③该孔左右各一个,除保证与底面的尺寸公差外,还必须对称中心0.02mm。 ④该底座底面定位键槽宽24H7,与机床本身工作台配套使用。 ⑤该定位槽应与旋转孔中心对称0.02mm,以防止使用时旋转中心偏移。 ⑥该底座的4个定位槽是固定各种角度定位柱的基面,应与底面统一尺寸(16±0.01)mm。 2.工作台 工作台是和底座链接在一起的关键件(见图4),它除了担负装夹各种加工件的任务外,很重要的是负责旋转各种角度,这就要求具备以下技术要求: ①外形360mm×600mm,与底座配套使用。工作台平面的几何公差确定在平面度0.02mm,为工件精加工时提供合理的装夹精度。 ②该件的中间旋转定位孔φ40H7前后各一个,是与底座旋转孔配套使用的,前孔需安装模式4号锥套,后孔则担负着固定安装旋转轴的功能。前后孔对工作台上平面尺寸精度(71±0.01)mm。 图4 ③该件两侧各有4个φ30H7通过孔,在定位孔上安装高精度的转轴,转轴上安装同一高度的旋转定位柱,当角度确定后,用两侧随角度配套使用的角度定位柱,检测旋转角度的正确与否,同时起到固定工作台和稳定工件的作用。 ④为防止各套在旋转过程中松动,在中间旋转套的侧面钻有螺钉孔,待套安装后,用沉头螺钉压紧。 3.中心莫式套 该件是安装在工作台中间的前旋转孔上,它除了担负着底座和工作台上下联接的作用外,更重要的是担负着联接分度头安装使用的作用,所以它必须具备以下功能: 图5 ①材料采用45钢,精加工前需热处理硬度48HRC,并且表面发蓝处理。莫氏孔需涂色检查,接触精度≥85%。 ②φ40h7外圆与莫氏孔的同心度要求≤0.01mm,表面粗糙度值Ra=0.8mm。为防止转动,在套的端面划两个固定窝,安装时用螺钉将其固定。 4.双莫氏连接轴 双莫氏连接轴是该夹具的附件,它是紧紧联接夹具和分度头的关键工件,承担着联接夹具和分度头承前启后的作用,它既要传递分度头到夹具的转矩,又要保证左右旋转角度的精度。所以,该连接轴的精度需达到以下要求: 图6 ①材料采用40Cr,粗加工后进行调质处理,精加工前进行表面热处理硬度48HRC。前后莫氏锥外圆需涂色检查,接触精度≥85%,同心度≤0.01mm。 ③前后孔需采用60?中心孔,表面粗糙度值Ra=1.6mm,并带有120?保护窝。中间连接轴需和两端锥外圆同时磨出,待分度头和夹具联接后,用卡盘轻轻夹紧,即可增加两个联接件的稳定性。 五、被加工件安装过程 根据工艺安排,精加工时,龙门铣床担负工序4:精铣上下面,钻铰各坐标孔,其余各孔点窝;工序5:精铣两斜面,钻铰各坐标孔,其余各孔点窝(用专用夹具)。 工序4在这里不做论述,只介绍一下加工两斜面及斜面上坐标孔的内容。 夹具安装前,按规定位置,在工作台上钻出装夹工件的螺钉孔M16-6H共9个。夹具安装分三步: ①安装前,须将各接触面清洗干净。 ②按定位键确定的位置,将夹具安装在龙门铣床的合理位置。 ③分度头安装。首先将连接轴安装在分度头的主轴孔内;然后用螺杆拉紧;其次,将分度头轻轻推进夹具的中间莫氏4号孔内,在用螺杆拉紧;最后,用卡盘扳子将连接杆轻轻夹紧,再用扳子将分度头紧固在龙门铣工作台上。 此时夹具和分度头安装完毕,其状态如图7所示。 图7 找正工作台平面,用分度头调整左右角度,将分度头盘左侧螺钉松开,将定位销插在分度盘内,旋转时,只需旋转插上定位销的分度盘即可,待用百分表找平后,再将左侧螺钉紧固。 图8 工件安装前,销柱、压板及各螺钉摆放位置 该夹具是一面两销定位。首先,要在工作台上钻出定位孔,两定位孔要按着图样要求在工件中心偏离1.1mm处,用探针确定夹具旋转中心位置,即检测连接轴外圆,当中心确定后,机床主轴移动至相应位置。 工件的夹压螺钉孔,是在把该夹具安装于龙门铣床之前完成的。安装销子后,以销孔定位,将工件安装在工作台上,用螺钉和压板将工件夹紧。按图8所示要求,用分度头左右旋转夹具角度-19.5°、22°。 图9 角度确定后,须在该夹具两侧安装左右定位柱,以稳定夹具,并在机床工作台上自找合适位置,将该夹具压紧。 在以上工作完成后,实施加工时,关键加工部位是在Y方向加工左右两侧面时,需要用探针将旋转中心零点确定,加工时,每面各留1~1.5mm用探针检测其实际尺寸,按要求尺寸移动Y方向坐标。然后再反复精加工各斜面成品,两斜面成品的相交点与夹具旋转点距离是保证精度的重点。

    时间:2020-05-11 关键词: 机床 数控

  • CNC-H4-T数控系统在数控立车上的应用———CNC-H4-T数控系统在数控立车上的应用

    [编辑简介]:本文主要介绍利用中达电通cnc-h4-t数控系统开放式系统架构和台达伺服定位功能,应用于数控立车之中的案例。文章对系统架构、i/O点规划及控制模式进行了详细的描述。[摘要]:[关键词]:CNC-H4-T 数控系统 数控立车 台达 伺服1 引言立式数控车床简称为数控立车,其车床主轴垂直于水平面,一个直径很大的圆形工作台,用来装夹工件。这类机床主要用于加工径向尺寸大、轴向尺寸相对较小的大型复杂零件。本文主要介绍利用中达电通cnc-h4-t数控系统强大的开放式系统架构和台达伺服快速精确的定位功能,应用于数控立车之中,从而更好地满足市场的需求。2 技术要求2.1数控立车参数要求:加工能力 最大旋转外径ø700mm最大切削外径ø600mm最大切削高度 650mm行程进给 x 轴行程 -350/30mmz轴行程 700mmx轴快速进给 15m/minz轴快速进给 15m/min精度控制定位精度:0.01mm重复定位精度:0.008mm2.2对伺服提出的要求:(1)运动很平稳顺滑。(2)往复运动够快速且精准。(3)车刀切削瞬间,或者其他外力突然介入,伺服定位或定速被影响很少。2.3对数控提出的要求:(1)数控系统的基本功能要求——g代码功能,辅助功能——m代码。工件程序容量要大。(2)rs232通讯和dnc在线加工。(3)联动轴数:2个(4)控制精度:0.001mm(5)操作画面可以自由规划。2.4对工作台电机的要求:采用三相异步交流电机,电机功率是11/14kw,实现两极变速,高速和低速。点动(走低速)和制动(高速方式下延时5秒钟后制动,低速方式下延时3秒后制动);另外需要一个+5v的外挂手轮,实现手动对刀和程序测试功能。3 系统方案的确定此机床为小型数控车床,采用中达cnc-h4-t专用的数控系统配以两套asda交流伺服驱动器和马达,用以控制刀架横向(x轴)和滑架纵向(z轴)的快速运动和进给运动,其中z轴的伺服电机带有抱闸功能。工作台电机采用双速交流电机驱动,机械变速。4 方案可行性分析4.1中达电通cnc-h4-t的主要功能和特点:(1)开放式的系统架构,内含嵌入式可编程plc,可配合更多的机械设计。(2)全功能cnc键盘,配合plc开发,可自定义按键功能。(3)提供4组+/-10v模拟量接口,其中二路用于控制交流伺服驱动进给轴。一路控制变频主轴(或者伺服主轴),一路可选用控制伺服刀塔。(4)解析度可设定7位数,响应速度可达1000kpps。配合编码器或者光栅检测,可实现半闭环/全闭环控制,控制精度0.001mm。(5)诊断功能和plc状态显示。(6)手摇轮安全测试(防撞机功能)。(7)离线描图和加工描图功能。(8)除标准g代码外,提供多种固定切削循环和复式循环编程,编程更简便。(9)支持更高阶的macro宏指令,可灵活的设计nc程序。(10)程序存储容量256kbyte,关机后电池维持。(11)提供rs232c标准接口,可接个人电脑(pc)实现dnc在线加工功能。通过比较分析,中达cnc-h4-t数控系统完全可以满足作为立床的上位控制要求。4.2台达交流伺服的主要特点:(1)具有多种控制模式,可与上位控制器灵活配合,应用广泛。(2)强健式的控制模式,在负载惯量大范围的变化时,系统仍然可以保持优异的性能。(3)具有位置p-curve和速度s-curve平滑功能,且命令来源不论是外部模拟量输入还是内部寄存器设定均有平滑功能。(4)丰富的软件功能,方便用户调试。通过比较分析,台达交流伺服系统也完全能够满足作为做下位控制器要求。对机械结构、负载惯量、输出扭矩的分析计算,故选用asda1kw*2台伺服驱动器做下位控制器。5方案的功能实现(1)自由规划客户所需求的画面,给客户带来极大的方便。(2)全功能cnc键盘,配合plc开发,可自定义按键功能自定义键: “d1”键定义为主轴低速键,控制工作台低速连续运行。“主轴正转”键定义为主轴高速键,控制工作台高速连续运行。“主轴反转”键定义为主轴点动键,控制工作台低速点动运行。“主轴停止”键定义为主轴停止键,停止工作台的运行。(3)可实现手摇对刀功能,自动模式下,激活程式预测,进行手摇轮安全测试,加工进给速度以手摇轮旋转速度的快慢决定。加工描图-nc程序执行时,激活描图功能,能够边走边显示刀具运动轨迹。(4)系统连接架构提供4组+/-10v模拟量接口,其中二路用于控制交流伺服驱动进给轴,一路控制变频主轴(或者伺服主轴)一路可选用控制伺服刀塔。输入信号点24个,可以连接按钮,行程开关,继电器触点等传感信号输出信号点16个,可以控制继电器,微型电磁阀等负载。图1系统连接架构(5)伺服采用速度控制模式图2伺服速度控制模式架构在大范围负载惯量变化,系统依然保有优秀性能对命令和干饶有不同的补偿控制阻尼刚性优良, 低速转矩特性优良超越量很小。(6)机床有下列几种供电电压:•驱动交流接触器用的ac110v电压,照明灯用的ac24v电压,指示灯用的ac6v电压,以及主电机制动用的65v-75v-85v制动电源。•cnc-h4-t数控系统的电源及开关电源gs所需的ac220v由变压器tc3提供。•伺服驱动器所需的三相ac220v电源,由驱动变压器tc2提供。•i/o信号的dc24v,使能信号和z轴抱闸电机的直流24v由开关电源gs供给。(7)机台有以下几种运动状态:•工作台主电机m1有连续和点动两种工作状态。点动运行停止时,无制动过程。连续运行停止时,有制动过程。•工作台主电机为双速电机,所以分高、低速两档。工作台连续运行时有高低速,点动时只有低速。•刀架横向(x轴)运动,由伺服电机m2驱动,滑架的纵向(z轴)由伺服电机m3驱动,为防止滑架受重力作用因惯性而不能精确停,故电机m3带抱闸。图3 应用中达数控系统数控立车外观图图4 中达伺服产品电器柜接线图(8)i/o点规划通过机床的最后调试后,此次立车的整体技术要求均已实现,无论每个动作还是精度的要求,都达到了客户所要求的标准。6 结束语台达的伺服驱动与cnc车床专用的控制器的结合,为客户提供了低成本和全功能的控制方案。随着中国数控机床产业化惊人的速度向前迈进,中达电通的数控系统强大的开放式系统架构和台达伺服快速精确的定位功能,完全能够为客户提供更有价值的整合方案。参考文献(略)

    时间:2019-04-02 关键词: 嵌入式开发 数控系统 cnc 车上 数控

  • 基于凌阳单片机的数控直流电流源的设计与实现

    基于凌阳单片机的数控直流电流源的设计与实现

      在电子设备中经常用到稳定性好、精度高、输出可预置的直流电流源。本文设计的数控直流电流源能够很好地降低因元器件老化、温漂等原因造成的输出误差,输出电流在20mA~2000mA可调,输出电流可预置、具有“+”、“-”步进调整、输出电流信号可直接显示和语音提示等功能。硬件电路采用凌阳单片机SPCE061A为控制核心,利用闭环控制原理,加上反馈电路,使整个电路构成一个闭环,在软件方面主要利用PID算法来实现对输出电流的精确控制。该系统可靠性高、体积小、操作简单方便、人机界面友好。  系统硬件实现方案  本设计采用单片机作为主要控制部件,通过键盘预置输出电流值并采用液晶模块实时显示。整个系统硬件部分由微控制器、电压-电流转换、键盘、显示、直流稳压电源和语音提示等模块组成。系统组成框图如图1所示。图1 数控直流电流源的基本模块方框图  微控制器是整个系统的核心,负责整个系统的运作。为了实现简化硬件电路、系统性能稳定可靠,便于实现语音播报、键盘设置和信息的实时显示等功能的协调,通过多种方案论证后,微控制器选用凌阳公司的SPCE061A,该单片机内部集成有ADC、DAC、PLL、AGC、DTMF、LCD-Driver等电路(与IC型号有关)。它采用精简指令集(RISC),指令周期均以CPU时钟数为单位。另外,它还兼有DSP功能,内置16位硬件乘法器和加法器,并配备有DSP拥有的特殊指令,大大加速了各种算法的运行速度。同时可以在Windows环境下使用凌阳单片机应用开发工具,该工具支持标准C语言和凌阳单片机汇编语言,集汇编、编程、仿真等功能于一体,大大加快了软件开发过程。用该单片机作为控制器比较合适,在硬件电路简单的前提下,容易实现A/D和D/A转换、语音提示、PID运算等功能。  显示模块主要实现的功能是显示设置的电流输出值和其它人机交互信息。本部分可以采用七段数码LED显示器,显示数字、简单字母和小数点等信息,但由于其显示信息单一,人机交互不友好,本文采用字符型液晶显示屏LCDSMC1602A模块。该模块具有轻薄短小、低压微功耗、体积小、无辐射、平面直角显示及影像稳定不闪烁等优点,且可视面积大、面效果好、分辨率高、抗干扰能力强,适合用于显示字母、数字、符号等信息,而且不需要扩展过多外围电路,可由单片机直接进行控制输出显示。

    时间:2019-03-26 关键词: 凌阳 电流 单片机 嵌入式处理器 数控

  • 基于AVR单片机的数控直流稳压电源的设计

    基于AVR单片机的数控直流稳压电源的设计

    摘 要: 将单片机数字控制技术有机地融入直流稳压电源的设计中,设计出一款高性价比的多功能数字化通用直流稳压电源。详细介绍PWM输出、A/D采样、单片机等。该设计除了实现对电压的数字控制外,还具有高精度、多功能、液晶显示的特点。关键词: AVR单片机;直流稳压电源;电压表;数字控制 从20世纪90年代末起,随着对系统更高效率和更低功耗的需求,电信与数据通讯设备的技术更新推动电源行业中直流/直流电源转换器向更高灵活性和智能化方向发展。本文设计的直流稳压电源主要由单片机系统、键盘、数码管显示器、指示灯及报警电路、检测电路、D/A转换电路、直流稳压电路等部分组成。其中数控电源采用按键盘,可对输出电压及报警阈值以快慢两种方式进行设置,输出由单片机通过D/A控制驱动模块输出一个稳定电压。同时稳压方法采用单片机控制, 单片机通过A/D采样输出电压,与设定值进行比较,若有偏差则调整输出,越限则输出报警信号并截流。工作过程中,稳压电源的工作状态(输出电压、电流等各种工作状态)均由单片机输出驱动LCD显示,由键盘控制进行动态逻辑切换。以单片机为核心设计智能化高精度简易直流电源,电源采用数字调节,输出精度高,特别适用于各种有较高精度要求的场合。具有以下明显优点:(1)智能化程度更高,性能更完美;(2)控制灵活,系统升级方便;(3)控制系统的可靠性提高,易于标准化。1 直流稳压电源的基本原理 直流电源电路一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成。如图1所示。 稳压电路经常采用三端稳压器,应用电路如图2所示,只要把正输入电压U1加到LM7805的输入端,LM7805的公共端接地,其输出端便能输出芯片标称正电压U2。实际应用中,输入端和输出端与地之间除分别接大容量滤波电容外,通常还需在芯片引出脚根部接小容量电容到地。C1用于抑制自激振荡,C2用于压窄芯片的高频带宽,减小高频噪声。如图2所示。2 数控恒压源的实现方案 传统的直流稳压电源通过粗调波段开关及细调电位器来调节,并由电位表指示电压值的大小。这种稳压电源存在读数不直观、电位器易磨损、精度不高、不易调准、电位构成复杂、体积大等缺点,基于单片机控制的数控直流电源不但实现了直流稳压的功能,而且没有上述的缺点。2.1 设计要求 输出电压范围:0.0 V~9.9 V; 输出电压的调整方式:步进,步进数值为0.1 V; 显示方式:LCD1602液晶显示; 监测D/A的输出电压值。2.2 数控电源的方案 图3所示为数控电源的设计框图,其输出电压数值由键盘控制。通过键盘把需要输出的电压值以步进方式输入到单片机。这里电压采用单片机的PWM模拟电压输出。显示电路既可用来显示输出的电压值,也可用来显示键盘电路的调整过程。如果不满足输出电压的要求,将需要添加一个电压放大器。经过LM324线性转换后,得到所需电压值,另外对监测电压实际输出电压值进行采样,并将采样值通过单片机的A/D采样口送回单片机处理后显示。在该数字控制电源中,使用AVR芯片完成系统控制按键输入判断、电压数值显示以及对外部芯片的各种数字控制。3 数字控制部分 ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器;数据吞吐率高达1 MIPS/MHz,从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾;具有4通道的PWM以及8路10 bit ADC。 本系统的D/A选择常用的DAC0832。当其与单片机相连时电路和程序简单,只需把单片机的数据线与DAC0832的输入端直接相连即可。其各个引脚的连接及外围如图4所示。

    时间:2019-03-21 关键词: 单片机 AVR 嵌入式处理器 直流稳压电源 数控

  • 设计一款基于DSP的数控DC-DC开关电源(一)

    PDF摘要: 第一部分:利用直接数字设计构建DC-DC转换器系统 由于利用数字信号处理器 (DSP) 对电源进行控制变得越来越发人深思,因此嵌入式系统设计人员在数字控制环路的设计和实施中要处理许多相关因素。首先,准确表示控制模块和相关控制参数对模拟设计人员来说是至关重要的,以使他们能使用大家所熟悉的模拟控制设计方法实施基于 DSP 的数字控制技术。 下载PDF格式全文

    时间:2019-03-05 关键词: DSP 开关电源 dc 嵌入式处理器 数控

  • 基于双ARM的高性能数控平台研究与实现

    摘 要: 本文分析了当前数控系统的开发和应用现状,并针对中小型数控系统,提出了一个基于双ARM 控制器的数控平台设计方案,给出了其技术方案和实现方法。该平台运行稳定,具有很高的性价比,可以应用到数控系统的产品研发中,缩短系统的开发周期,有利于较复杂的中小型数控系统微型化和产业化。 关键词: 数控系统;ARM;Modbus 1 引言 数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术,数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品。数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化,使制造业成为工业化的象征,而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,它对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用,因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势[1-2]。 随着科学技术和生产工艺的进步,数控系统的实现方案也越来越多,目前的数控系统,比较常见的实现方案有以下几种:基于PLC 控制器

    时间:2019-01-16 关键词: ARM 平台 嵌入式处理器 高性能 数控

  • 基于51单片机的数控电源设计

    华强电子世界网   本文介绍了以51系列单片机为控制单元,以数模转换器dac0832输出参考电压,以该参考电压控制电压转换模块lm350的输出电压大小。该电路设计简单,应用广泛,精度较高等特点。   关键词:单片机(mcu),数模转换器(da),掉电存储器(eeprom)。  引言  目前所使用的直流可调电源中,几乎都为旋纽开关调节电压,调节精度不高,而且经常跳变,使用麻烦。利用数控电源,可以达到每步0.1v的精度,输出电压范围0~15v,电流可以达到2a。  系统结构图1:硬件系统结构图  对选用芯片说明  dac0832是一款常用的数摸转换器,它有两种连接模式,一种是电压输出模式,另外一种是电流输出模式,为了设计的方便,选用电压输出模式,如电路图所示,iout1和iout2之间接一参考电压,vref输出可控制电压信号。它有三种工作方式:不带缓冲工作方式,单缓冲工作方式,双缓冲工作方式。该电路采用单缓冲模式,由电路图可知,由于/wr2=/xfer=0,dac寄存处于直通状态。又由于ile=1,故只要在选中该片(/cs=0)的地址时,写入(/wr=0)数字量,则该数字信号立即传送到输入寄存器,并直通至dac寄存器,经过短暂的建立时间,即可以获得相应的模拟电压,一旦写入操作结束,/wr1和/cs立即变为高电平,则写入的数据被输入寄存器锁存,直到再次写入刷新。  at24c02是一款常用的可掉电保存数据的rom,2k比特容量,采用i2c总线操作,关于它的具体操作方法参考相关资料。图2:主硬件电路图图3:参考电压电路图  硬件电路设计  采用常用的51芯片作为控制器,p0口和dac0832的数据口直接相连,da的/cs和/wr1连接后接p2.0,/wr2和/xefr接地,让da工作在单缓冲方式下。da的11脚接参考电压,参考电压电路如图2所示,通过调节可调电阻调节lm336的输出电压为5.12v,所以在dac的8脚输出电压的分辨率为5.12v/256=0.02v,也就是说da输入数据端每增加1,电压增加0.02v。  da的电压输出端接放大器op07的输入端,放大器的放大倍数为 r8/(r8+r9)=1k/(1k+4k)=5,输出到电压模块lm350的电压分辨率=0.02v×5=0.1v。所以,当mcu输出数据增加1的时候,最终输出电压增加0.1v,当调节电压的时候,可以以每次0.1v的梯度增加或者降低电压。  本电路设计三个按键,key1为翻页按键,最近设置的电压大小保存在eerom里面,比如10个电压,按一下key1,电压变为下一个,省去了反复设置电压的麻烦,key2为电压+,key3为电压+,按一下key2,当前电压增加0.1v,按一下key3,当前电压减小0.1v。  限于篇幅原因,未画出数码管显示电路,该系统使用3个数码管,可以显示三位数,一个小数位,比如可以显示12.5v,采用动态扫描驱动方式。本主电路的原理是通过mcu控制da的输出电压大小,通过放大器放大,给电压模块作为最终输出的参考电压,真正的电压,电流还是由电压模块lm350输出。  为了达到2a的输出电流,lm350必须选用金属外壳封装,并且带稍大面积的散热片。  软件流程  软件系统   软件的设计主要完成三方面的功能:  1.设置电压并且保存,主要是对eerom的操作。  2.把设置的电压送到da,主要是对da的操作。  3.中断显示,把设置的电压显示到led数码管上。  该数控电压源实现保存最近10电压功能,当打开电源的时候,它显示和输出的必须是上次使用电压大小,所以在eerom中使用11个地址保存数据,第一个地址保存当前电压编号,大小为1

    时间:2019-01-09 关键词: 单片机 电源 嵌入式处理器 数控

  • 基于DSP的经济型车床的多功能化数控改造———基于DSP的经济型车床的多功能化数控改造

    基于DSP的经济型车床的多功能化数控改造———基于DSP的经济型车床的多功能化数控改造

    [编辑简介]:本文作者在实践中采用了DSP TMS320F240微处理器作为数控系统的控制核心,实现了经济车床可进行车、铣、削等加工的多功能综合性数控改造。 文章较为详细地介绍了改造的软硬件方案。[摘要]:[关键词]:DSP 数控系统 改造 在我国,经济型车床因其价廉而得到广泛的应用。在数控化改造过程中,常使用的是单片机系统,如MCS-51系列单片机作为控制核心,控制系统的速度和精度因CPU的性能影响都不够高,改造后的功能也仅仅是单一数控车床而已。在实践中采用了DSP TMS320F240微处理器作为数控系统的控制核心,提高了伺服系统控制的速度、稳定性、精度等性能,同时,实现了经济车床可进行车、铣、削等加工的多功能综合性数控改造。   1.经济型车床的多功能化改造  以改造经济型车床C616 A为例,车床结构参见图1所示。图1 C616A车床结构示意图  具体方法是:与普通数控车床改造的不同在于:将原来车床刀架(或电动刀架)更换为动力铣头,用来夹持各类柄(棒)状铣刀,动力铣头的主轴轴线与车床中心线等高且垂直(也可转动900与车床中心线平行)。动力铣头由单独的电动机进行控制。更换动力铣头为车床刀架(或电动刀架),即与普通数控车床相同。车床纵向(Z向)、车床横向(X向)运动由第1套二轴联动的数控主系统进行控制。  在C616A车床主轴箱的Ⅺ轴左端部位,拆除原车床中连接Ⅺ轴、Ⅻ轴的齿轮(Z=100), 用FWl60型万能分度头与Ⅺ轴左端连接,选用另一步进电机(与X向步进电机技术参数相同,t=5mm,位移控制精度为0.005 mm)为Y向步进电机与FWl60型万能分度头输入蜗杆连接,因此,可以实现车床主轴Ⅵ的旋转控制(此时使车床主轴Ⅵ处于空挡位置)。FWl60型万能分度头和Y向步进电机安装在铸铁支架上。移开铸铁支架,装上Z=100的齿轮,就可恢复普通车床原主轴箱与进给运动的传动连接。主轴的旋转运动即由第2套二轴联动的数控子系统进行控制。该数控子系统由数控主系统的发信指令控制启动运行。2套数控系统最好相同,以方便加工编程和数控加工的同步进行。  Y向步进电机与分度头的输入蜗杆直接连接,选择分度头的传动比为i=1:40,Y向步进电机转动1转,带动分度头主轴转动1/40转,Y向步进电机转动40转,可带动分度头主轴转动1转。而由车床主轴传动系统(见图1)可知,分度头主轴转动1转,带动车床主轴转动1转。  在数控车床X向的运行控制中,X向步进电机与横向滚珠丝杠直接连接,当给定t=5 mm的运行长度时,滚珠丝杠转动1转,X向步进电机也转动1转。当给定Y向运行长度Ly=5×40=200mm时,可以控制Y向步进电机转动40转,即控制车床主轴转动1转,以实现对工件的旋转控制。另外,从《机修手册》查得,C616A车床主轴传动链中,可调整离合器弹簧的松紧以得到不同的极限压力传递切削动力。  经上述改造后的C616A车床,具有三坐标联动和任意2套二坐标联动的功能。  2 控制系统的改造  控制系统的核心采用美国TI公司的电机控制专用DSP微处理器芯片TMS320F240。它具有高性能的DSP内核和丰富的微控制器外设功能,已成为MCS-51等传统的微控制系统和昂贵的多片设计的一种廉价的替代产品。与其他方案相比,它不但具有高速信号处理和数字控制功能,而且为步进电机和其他电机控制应用提供了单片解决方案所必需的外围设备。  2.1 DSP TMS320F控制系统的实现   DSP TMS320F240主要由CPU(20MIPS的高速运算能力)、544×16的片内RAM、16K×16FLASHEEPROM、事件管理器、片内外围接口模块(EMIF)等几部分组成。具有电机控制的独特资源有:通用定时器、12路PWM脉宽调制输出,2路10位8通道A/D转换器、SPI和SCI:同步串行外设接口、看门狗(WATCHDOG)与实时中断定时器(RTI)。由于数控系统高速度和高精度的要求,选用12bits串行D/A转换器TLV5616,该器件带有灵活的4线串行接口,可以无缝连接F240串行口,采用12bits并行A/D转换器,采集受控对象的输出并传送给F240,F240根据控制算法实时准确地修正控制输入。由于TMS320F240 的内部存储器不能满足需要,必须进行扩展,将程序存储器扩展为64K×16的SRAM存放零件加工程序,数据存储器扩展为64K×16的FLASH ROM存放系统程序。 用DSP TMS320F240实现的C616A车床控制系统结构框图如图2所示,整个车床的DSP硬件路结构原理图如图3所示 图2 DSP控制系统结构框图图3 DSP车床控制系统硬件原理框图  2.2 车铣多功能加工的数控原理  经过上述的数控改造后,数控主系统可以控制Z向、X向运动的运行;也可以与数控子系统串联,同时实现控制与Y向运动的联动运行(数控子系统Y向由数控主系统的发信指令控制启动运行)。数控主系统与子系统的联动加工流程控制如图4所示。图4 主、子数控系统联动加工流程图  3 结束语  采用该方法对我院数控中心的经济型车床C616A进行了改造,实现了在一个车床上可以进行一定的数控车、铣、削等多功能的加工。可以进行的加工主要有:轴类零件上的等分或不等分平面;轴类零件上的各类键槽;铣削加工丝杠;铣削轴类零件端面的沟槽及凸轮型面;车削加工轴类零件;抛磨加工轴类零件。另外,DSP系统的优良性能保证了数控伺服系统控制的高精度、高稳定性、高速度,实践证明,大大提高了零件加工的精度,拓展了数控车床的加工范围和质量,具有很强的实用性。

    时间:2018-12-24 关键词: 多功能 嵌入式处理器 车床 经济型 数控

  • 基于嵌入式的数控雕刻机控制系统设计

    基于嵌入式的数控雕刻机控制系统设计

    引言随着科学技术和制造技术的不断发展进步,数字控制的雕刻机渐渐成为雕刻行业的专用工具。数控雕刻机从加工原理上讲是一种钻铣组合加工,是一种典型的机电一体化产品,在模具雕刻、广告制作、装潢等行业有着广泛的市场应用。目前市场上的数控雕刻机控制器硬件平台所用的微处理器主要包括:以8位单片机为内核,这类产品的价格低廉,设计比较简单,但是有功能单一、性能差、效率低、存储容量小、独立工作能力较弱、实用性能不强、定位精度不高、人机交互复杂、操作不方便等缺陷;以DSP为内核,这类雕刻机具有较强的性能及效率,实时性较强,成本适中,但是功能还是比较少,同样缺少独立工作能力,无法满足人机交互界面、外围电路接口、网络等方面的要求。本文提出了利用32位ARM9处理器与FPGA相结合来取代上述单片机与工控机的联机控制,以Windows CE.net操作系统为平台,由ARM完成速度控制, FPGA完成轨迹控制。在轨迹控制中结合了步进电机的转矩-频率特性,使电机的轨迹精确而且平稳。整个控制系统一体化完成从原始数据读取到最终控制信号的输出,彻底摆脱了对工控机的依赖;通过控制键盘设置不同的脉冲当量及电机运行参数,可与适用于各种场合的雕刻机床相配合使用,控制精度高、通用性强。控制系统设计一个嵌入式系统必定是由嵌入式硬件和嵌入式软件组成;嵌入式硬件主要包括嵌入式处理器、外设控制器、接口电路等;嵌入式软件主要包括启动程序、嵌入式操作系统、应用软件等。嵌入式处理器是嵌入式系统的硬件核心;嵌入式操作系统是嵌入式软件的核心。硬件系统硬件系统主要由以下三个部分组成:(1)处理器(ARM9):作为控制器的处理器,在ARM上移植了Windows CE.net操作系统,人机互动方面要完成对LCD显示的控制和读取控制键盘的控制命令;在雕刻方面要完成对原始数据的读取(通过USB接口)、预处理、分析和计算,并将计算结果传递给FPGA,与FPGA协同完成对步进电机的控制。(2)FPGA:对接收到ARM发出的数据进行插补运算,并根据插补结果计算出控制步进电机的脉冲数目和延时,最终完成对步进电机的控制实现三轴联动的雕刻。(3)人机交互界面:人机交互界面主要包括了键盘和LCD。几乎所有关于雕刻的信息都实时的显示在LCD上;机床的脉冲当量以及雕刻最大速度和加速度等参数则是通过键盘设定的,同时在雕刻中键盘还可以根据需要输入特殊指令。硬件系统总体框架如图1所示。整个硬件核心为基于ARM920T的三星S3C2440处理器,搭配有64MB SDRAM作为系统的内存,128MB FLASH作为系统的外存,相当于硬盘,以便在断电后保存各种系统程序以及调试下载电路。外围辅助设备包括USB接口:大部分加工文件保存在U盘中,需要读取时从U盘调入,以节省FLASH存储空间;触摸式LCD:用来提供系统的显示以及操作;网络接口:用来提供网络服务,方便远程更新程序;控制键盘:用来提供加工时所需的操作,包括点控、起停和加减速等。与上位机通信通过串口或者USB接口,可实现在线调试或者在上位机中显示实时信息。FPGA与ARM以及过桥板相连,从ARM中获取数据并转换成控制信号,经过桥板放大电路放大,发送到步进电机的控制电路中。图1 硬件系统总体框架软件系统系统的软件选用了嵌入式实时多任务操作系统Windows CE.net。根据雕刻机控制系统的需求,系统任务模块可以分为:人机界面模块,USB接口模块和雕刻控制模块。其中人机界面模块包括LCD显示和键盘指令的读取;通过USB接口模块读取原始设计数据;雕刻控制模块对读取的数据分析计算后完成速度控制和轨迹控制。软件结构图如图2所示。控制系统中,ARM通过对设计数据的分析和计算完成速度控制,FPGA通过插补运算完成轨迹控制。控制系统应用程序流程图如图3所示。图2 系统软件结构图图3 控制系统应用程序流程图(1)读取数据,找出可在速度不出现突变的情况下可雕刻的最小单位的线条数,称之为判“S”。分别计算“S”中各轴的位移总量,定义“Sx”,“Sy”和“Sz”分别为x,y和z轴的位移总量。(2)根据操作设置的雕刻最大速度和加速度,计算出该段位移中各轴的速度分量和加速度分量。(3)判断当前数据处于哪种速度段,根据不同的情况计算各段位移的加速、匀速、减速段的脉冲数和各速度段的初始频率等这些数据,并把数据发送给FPGA。(4)FPGA根据接收到的数据进行插补运算,最终控制步进电机的转速,实现三轴联动。雕刻机连续轨迹控制在数控加工中,运动控制器通过插补算法来控制刀具相对于工件以一定的速度,按照给定的路径运动切屑出零件轮廓。插补技术是数控系统的核心技术,它主要解决控制刀具与工件运动轨迹的问题。本系统的插补运算是在以ARM9为核心的嵌入式处理器中完成的。以二维基本直线条的插补运算为例,首先根据脉冲当量,分别计算出XY轴各自的总待发送脉冲数mx和my。设定XY中脉冲数较多者为基础轴并将其作为参考轴,目的在于选取一个稳定的参考轴,以方便各脉冲发送的计算。实际运算时(以X轴为基础轴),根据加工速度以及脉冲当量,计算出基础轴发送脉冲的频率f,在每一个时间间隔内,均发送一个基础轴脉冲并累加发送次数m。当时,则在式1时,发送一次短轴脉冲。当时,则需要在 ([ ]为取整运算)后,延时后发送一次短轴脉冲。在式1中,倍数n亦可以看作是短轴的计数器,则当m=mx,即n=my时,插补运算完毕。该数字积分法脉冲发送示意图如图4所示:在图4(a)中,线段XY两轴比例为2:1,如果刻画动点按照既定路径运动,则XY两轴运动速度比为2:1。依据步进电机的控制规律,控制两轴的脉冲频率比同为2:1,且两轴脉冲发送数量比为2:1。根据上面的数字积分插补算法,首先计算出X轴的脉冲发送频率,在每一个时间间隔内,均发送一个基础轴脉冲,并且每隔2个基础轴脉冲即发送一个短轴脉冲,从而使短轴脉冲的频率为0.5,当基础轴发送完毕时,短轴脉冲亦发送完毕,数量与计算得出的相符。当两轴比例为3:2时,如图4(b)所示,则在每1.5个基础轴脉冲发送后发送一个短轴脉冲,有效的保证了脉冲发送比例,从而保证了刻画线段的精度。圆弧插补时,首先依据圆弧允许半径误差er计算出拟合弦长:(r为圆弧半径) 式2再根据拟合弦长l计算出对应的圆心角:式3图4 插补算法脉冲发送示意图通过弦长对应的圆心角将原圆弧重新划分为多条拟合直线,然后通过直线插补的方式完成圆弧刻画。该运算方式不再依赖每一次计数器的累加运算,而是依据速度矢量合成原理,通过控制各轴脉冲的发送比例,使合成点按照加工轨迹的方向运动,达到加工目的,避免了重复性的积分累加运算,可以一次性将所有脉冲数据运算完毕,只要按照一定的频率发送即可。插补算法的程序流程图如图5所示:图5 数字积分法插补流程图首先判断是否有外部中断信息输入,包括系统需求中的机械信号,如机床原点、工件加工原点、换刀、主轴调速和断电保护等输入/输出信号等,以及操作人员输入的暂停、停止加工、人为加、减速控制等信息。中断程序响应时需要保护好程序已经运算出的相关关键信息,包括读取的加工段落数据信息以及已经加工的段落位置信息。其次依据脉冲当量的定义:相对于每一脉冲信号的机床运动部件的位移量,得各个加工轴脉冲总数为:(其中l为每一轴的长度分量)式4并选出具有最大加工脉冲数的轴作为基础轴。电机控制器还需要脉冲的方向信息,脉冲方向由事先约定好的方向规定来确定,可通过读入的数据文件判断。插补计算初始化阶段设置各计数参量初始值,如图5数字积分法插补流程图中所示,COUNT存储基础轴与短轴之间的比例值,其数值为:基础轴脉冲数/短轴脉冲数;LONG为基础轴的累加统计变量,基础轴每发送一个脉冲,其值加1;SHORT为短轴的累加统计变量,初始化阶段将COUNT的值赋予SHORT。每次插补运算以基础轴发送一个脉冲开始,并累加LONG中的值;然后判定LONG的值与SHORT值的整数部分,当两者相等时,表示此时将发送一个短轴脉冲,不等时则继续发送一个基础轴脉冲。发送短轴脉冲时,由于短轴的脉冲是跟随基础轴发送,所以计算其继基础轴发送后,所需的延时发送时间,其延时数值为1/f(SHORT-LONG),并将COUNT的值累加到SHORT中,新的SHORT值作为下一次发送短轴脉冲的判断基准。每次计算各个发送轴后,都将产生一组固定的信息:脉冲发送标志位,脉冲延时时间和脉冲方向标志位,这些信息将被进一步加工生成发送到FPGA中的控制脉冲信息。结果分析将ARM作为主运算处理器时,其上不仅要运行插补程序,进行实时的加工信息读入、速度控制预算以及脉冲发送的计算,同时还要运行后台操作系统,并处理用户输入信息,如果再在其上设定延时程序并控制脉冲发送,则ARM的运算负担将变得过重。因此,采用FPGA协处理运算方案,辅助ARM进行脉冲的延时发送。设FPGA的频率为,则其进行一次基数累加计算时间为,电机的当前执行速度为Vs,脉冲当量为,则当前的发送脉冲的频率为:式5则此时每个脉冲的间隔换算为FPGA的累加次数则为:式6在加减速阶段,采用指数方式,其中基础轴每一段的频率变化为事先计算好的,即式6中的fs为特定值,而对于短轴来说,其延时发送频率值可由计算时使用到的公式1/f(SHORT-LONG)求得,即每一步脉冲的频率用式6即可确定。ARM在计算每一次脉冲的发送时,需要将脉冲的延时计数次数一并计算,然后与脉冲发送的方向一起送到FPGA中。步进电机控制器对控制脉冲的持续时间有一定要求,设其需求的脉冲持续时间为TP,则FPGA中,脉冲的持续时间计数:式7FPGA通过送来的脉冲方向以及脉冲计数次数,即可以计数延时的方式,将此脉冲按照理论的计算频率发送至步进电机控制器,完成对电机控制器的控制脉冲发送。发送的控制波形图如图6所示:图6 各轴脉冲发送波形图由图6可以看出,该插补算法不仅发送脉冲均匀且成比例发送,短轴可依据自己的频率变化规律对电机进行控制。结语根据雕刻机的实际需求和步进电机的转矩-频率特性,开发出了基于嵌入式的数控雕刻机控制系统。该系统硬件上以ARM与FPGA为核心,软件上以Windows CE.net操作系统为平台,结合步进电机的固有特性和插补程序,使得雕刻机三轴联动完成各种雕刻文件。实践表明,该控制器可以脱离工控机的支持,独立完成对原始设计数据的分析和计算,并最终通过插补算法控制电机完成雕刻,在雕刻过程中可以精确的做到速度控制和轨迹控制。

    时间:2018-11-20 关键词: 嵌入式 控制系统 嵌入式开发 雕刻机 数控

  • 台达变频器在数控机床的应用

    台达变频器在数控机床的应用

    一、简介 数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比,是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。数控车床是数控机床的主要品种之一,它在数控机床中占有非常重要的位置,几十年来一直受到世界各国的普遍重视,并得到了迅速的发展。主轴是车床构成中一个重要的部分,对于提高加工效率,扩大加工材料范围,提升加工质量都有着很重要的作用。经济型数控车床大多数是不能自动变速的,需要变速时,只能把机床停止,然后手动变速。而全功能数控车床的主传动系统大多采用无级变速。目前,无级变速系统主要有变频主轴系统和伺服主轴系统两种,一般采用直流或交流主轴电机。通过带传动带动主轴旋转,或通过带传动和主轴箱内的减速齿轮(以获得更大的转矩)带动主轴旋转。由于主轴电机调速范围广,又可无级调速,使得主轴箱的结构大为简化。目前对客户来说由于变频器的高性价比,所以变频器在车床上使用非常普遍。台达M系列变频器以其独特的性能和优越的性价比,在数控机床的应用上迅速崛起,成为目前市场上一支强大的生力军。 二、变频器特点的介绍 1.体积小,属于迷你型产品,占用控制柜空间较小; 2.控制方式为正弦波SPWM(提供无速度反馈矢量控制),控制性能较以前的VF控制方式有很大性能上的改善,特别是在低速转矩上满足机床主轴的需求,5HZ时起动转矩能够达到150%以上; 3.载波频率范围0-15KHz,减小电机的电磁噪音; 4.提供标准的0-10V模拟量接口(输入阻抗47Kohm,输出阻抗250Kohm),能够与大多数数控系统接口兼容,通用性强; 5.过负载能力强,150%以上额定输出电流超过一分钟; 6.提供多功能的输出端子信号,例如零速信号,运转中信号,速度到达信号,故障指示,满足系统对于主轴速度状态的监控; 7.自动转矩补偿,满足机床主轴在低速情况下的加工需求; 8.提供三组异常纪录,供维修人员从侧面了解机床主轴实际的运行状况; 9.电机参数自动整定功能,在线识别电机参数,保证系统的稳定性和精确性。 三、调试环境以及接线、调试方法客户选配电机为3.0KW/50Hz/380V,选用变频器型号为VFD037M43,制动电阻400W/150ohm。 变频器AVI/GND端子提供与数控系统速度模拟量,AVI接数控系统模拟量接口正信号,GND接负信号,信号为0-10V模拟电压信号,控制主轴转速。M0/M1/GND为变频器的正转/反转信号端子,通常由数控系统发出正转信号FWD或者反转REV,来驱动中间继电器,中间继电器的常开接点接入变频器M0/GND或者M1/GND,从而控制变频器的正反转。 在参数调整过程中,需要注意: 1.P00参数为选择主频率输入设定来源,设置为模拟信号0-10V输入(1); 2.P01参数为运转信号来源设定,设置为外部端子信号控制(2); 3.P03最高操作频率选择,对应于模拟信号10V输入时变频器的输出频率,由于是在0-3500rpm范围内调速,将机械减速比这算进去以后,此参数需要设置为184HZ; 4.P04和P05按照电机铭牌设置,P04=50Hz,P05=380V; 5.P10和P11为加速时间和减速时间,根据客户的要求,P10=5S,P11=5S; 6.P105为控制方式的选择,需要选择矢量控制,P105=1; 特别需要注意,由于矢量控制需要提供电机参数(阻抗),变频器提供电机参数自整定功能P103,选择P103=2,通过面板运行键,变频器会自动运行。自动运行过程中,除了计算出电机参数以外,还能够检测出空载电流,这几个参数对于矢量控制能够表现出较高的性能非常重要,这个过程会持续十几秒钟时间。在执行自整定功能前,一定要确认电机侧是否没有任何连接,包括减速皮带。 四、调试结果 测试结果如下: 表1 空载电流测试结果 表2 负载电流测试结果 从上表可以看出在恒转矩输出的频率段(0-50Hz),矢量控制的空载电流几乎只有VF控制的一半,负载时电流也比VF小一些;而且负载切削时,VF控制在初期有很明显的速度下降,而且空载速度和负载速度有比较大的差值。而相对于矢量控制,主轴转速初期虽然也会有下降,但是下降值较小,并且速度会很快回升,最终空载速度和负载速度相差不是很明显。经过上面的调试,相比较原来的VF控制,性能有了很大的改善,无论从空载电流,低速力矩,还是速度的变化,效果都是非常明显的,完全能够满足数控机床的需求。

    时间:2018-11-15 关键词: 机床 变频器 调试 电源技术解析 数控

  • 基于嵌入式的数控雕刻机控制系统设计

    引言随着科学技术和制造技术的不断发展进步,数字控制的雕刻机渐渐成为雕刻行业的专用工具。数控雕刻机从加工原理上讲是一种钻铣组合加工,是一种典型的机电一体化产品,在模具雕刻、广告制作、装潢等行业有着广泛的市场应用。目前市场上的数控雕刻机控制器硬件平台所用的微处理器主要包括:以8位单片机为内核,这类产品的价格低廉,设计比较简单,但是有功能单一、性能差、效率低、存储容量小、独立工作能力较弱、实用性能不强、定位精度不高、人机交互复杂、操作不方便等缺陷;以DSP为内核,这类雕刻机具有较强的性能及效率,实时性较强,成本适中,但是功能还是比较少,同样缺少独立工作能力,无法满足人机交互界面、外围电路接口、网络等方面的要求。本文提出了利用32位ARM9处理器与FPGA相结合来取代上述单片机与工控机的联机控制,以Windows CE.net操作系统为平台,由ARM完成速度控制, FPGA完成轨迹控制。在轨迹控制中结合了步进电机的转矩-频率特性,使电机的轨迹精确而且平稳。整个控制系统一体化完成从原始数据读取到最终控制信号的输出,彻底摆脱了对工控机的依赖;通过控制键盘设置不同的脉冲当量及电机运行参数,可与适用于各种场合的雕刻机床相配合使用,控制精度高、通用性强。控制系统设计一个嵌入式系统必定是由嵌入式硬件和嵌入式软件组成;嵌入式硬件主要包括嵌入式处理器、外设控制器、接口电路等;嵌入式软件主要包括启动程序、嵌入式操作系统、应用软件等。嵌入式处理器是嵌入式系统的硬件核心;嵌入式操作系统是嵌入式软件的核心。硬件系统硬件系统主要由以下三个部分组成:(1)处理器(ARM9):作为控制器的处理器,在ARM上移植了Windows CE.net操作系统,人机互动方面要完成对LCD显示的控制和读取控制键盘的控制命令;在雕刻方面要完成对原始数据的读取(通过USB接口)、预处理、分析和计算,并将计算结果传递给FPGA,与FPGA协同完成对步进电机的控制。(2)FPGA:对接收到ARM发出的数据进行插补运算,并根据插补结果计算出控制步进电机的脉冲数目和延时,最终完成对步进电机的控制实现三轴联动的雕刻。(3)人机交互界面:人机交互界面主要包括了键盘和LCD。几乎所有关于雕刻的信息都实时的显示在LCD上;机床的脉冲当量以及雕刻最大速度和加速度等参数则是通过键盘设定的,同时在雕刻中键盘还可以根据需要输入特殊指令。硬件系统总体框架如图1所示。整个硬件核心为基于ARM920T的三星S3C2440处理器,搭配有64MB SDRAM作为系统的内存,128MB FLASH作为系统的外存,相当于硬盘,以便在断电后保存各种系统程序以及调试下载电路。外围辅助设备包括USB接口:大部分加工文件保存在U盘中,需要读取时从U盘调入,以节省FLASH存储空间;触摸式LCD:用来提供系统的显示以及操作;网络接口:用来提供网络服务,方便远程更新程序;控制键盘:用来提供加工时所需的操作,包括点控、起停和加减速等。与上位机通信通过串口或者USB接口,可实现在线调试或者在上位机中显示实时信息。FPGA与ARM以及过桥板相连,从ARM中获取数据并转换成控制信号,经过桥板放大电路放大,发送到步进电机的控制电路中。图1 硬件系统总体框架软件系统系统的软件选用了嵌入式实时多任务操作系统Windows CE.net。根据雕刻机控制系统的需求,系统任务模块可以分为:人机界面模块,USB接口模块和雕刻控制模块。其中人机界面模块包括LCD显示和键盘指令的读取;通过USB接口模块读取原始设计数据;雕刻控制模块对读取的数据分析计算后完成速度控制和轨迹控制。软件结构图如图2所示。控制系统中,ARM通过对设计数据的分析和计算完成速度控制,FPGA通过插补运算完成轨迹控制。控制系统应用程序流程图如图3所示。图2 系统软件结构图图3 控制系统应用程序流程图(1)读取数据,找出可在速度不出现突变的情况下可雕刻的最小单位的线条数,称之为判“S”。分别计算“S”中各轴的位移总量,定义“Sx”,“Sy”和“Sz”分别为x,y和z轴的位移总量。(2)根据操作设置的雕刻最大速度和加速度,计算出该段位移中各轴的速度分量和加速度分量。(3)判断当前数据处于哪种速度段,根据不同的情况计算各段位移的加速、匀速、减速段的脉冲数和各速度段的初始频率等这些数据,并把数据发送给FPGA。(4)FPGA根据接收到的数据进行插补运算,最终控制步进电机的转速,实现三轴联动。雕刻机连续轨迹控制在数控加工中,运动控制器通过插补算法来控制刀具相对于工件以一定的速度,按照给定的路径运动切屑出零件轮廓。插补技术是数控系统的核心技术,它主要解决控制刀具与工件运动轨迹的问题。本系统的插补运算是在以ARM9为核心的嵌入式处理器中完成的。以二维基本直线条的插补运算为例,首先根据脉冲当量,分别计算出XY轴各自的总待发送脉冲数mx和my。设定XY中脉冲数较多者为基础轴并将其作为参考轴,目的在于选取一个稳定的参考轴,以方便各脉冲发送的计算。实际运算时(以X轴为基础轴),根据加工速度以及脉冲当量,计算出基础轴发送脉冲的频率f,在每一个时间间隔内,均发送一个基础轴脉冲并累加发送次数m。当时,则在式1时,发送一次短轴脉冲。当时,则需要在 ([ ]为取整运算)后,延时后发送一次短轴脉冲。在式1中,倍数n亦可以看作是短轴的计数器,则当m=mx,即n=my时,插补运算完毕。该数字积分法脉冲发送示意图如图4所示:在图4(a)中,线段XY两轴比例为2:1,如果刻画动点按照既定路径运动,则XY两轴运动速度比为2:1。依据步进电机的控制规律,控制两轴的脉冲频率比同为2:1,且两轴脉冲发送数量比为2:1。根据上面的数字积分插补算法,首先计算出X轴的脉冲发送频率,在每一个时间间隔内,均发送一个基础轴脉冲,并且每隔2个基础轴脉冲即发送一个短轴脉冲,从而使短轴脉冲的频率为0.5,当基础轴发送完毕时,短轴脉冲亦发送完毕,数量与计算得出的相符。当两轴比例为3:2时,如图4(b)所示,则在每1.5个基础轴脉冲发送后发送一个短轴脉冲,有效的保证了脉冲发送比例,从而保证了刻画线段的精度。圆弧插补时,首先依据圆弧允许半径误差er计算出拟合弦长:(r为圆弧半径) 式2再根据拟合弦长l计算出对应的圆心角:式3图4 插补算法脉冲发送示意图通过弦长对应的圆心角将原圆弧重新划分为多条拟合直线,然后通过直线插补的方式完成圆弧刻画。该运算方式不再依赖每一次计数器的累加运算,而是依据速度矢量合成原理,通过控制各轴脉冲的发送比例,使合成点按照加工轨迹的方向运动,达到加工目的,避免了重复性的积分累加运算,可以一次性将所有脉冲数据运算完毕,只要按照一定的频率发送即可。插补算法的程序流程图如图5所示:图5 数字积分法插补流程图首先判断是否有外部中断信息输入,包括系统需求中的机械信号,如机床原点、工件加工原点、换刀、主轴调速和断电保护等输入/输出信号等,以及操作人员输入的暂停、停止加工、人为加、减速控制等信息。中断程序响应时需要保护好程序已经运算出的相关关键信息,包括读取的加工段落数据信息以及已经加工的段落位置信息。其次依据脉冲当量的定义:相对于每一脉冲信号的机床运动部件的位移量,得各个加工轴脉冲总数为:(其中l为每一轴的长度分量)式4并选出具有最大加工脉冲数的轴作为基础轴。电机控制器还需要脉冲的方向信息,脉冲方向由事先约定好的方向规定来确定,可通过读入的数据文件判断。插补计算初始化阶段设置各计数参量初始值,如图5数字积分法插补流程图中所示,COUNT存储基础轴与短轴之间的比例值,其数值为:基础轴脉冲数/短轴脉冲数;LONG为基础轴的累加统计变量,基础轴每发送一个脉冲,其值加1;SHORT为短轴的累加统计变量,初始化阶段将COUNT的值赋予SHORT。每次插补运算以基础轴发送一个脉冲开始,并累加LONG中的值;然后判定LONG的值与SHORT值的整数部分,当两者相等时,表示此时将发送一个短轴脉冲,不等时则继续发送一个基础轴脉冲。发送短轴脉冲时,由于短轴的脉冲是跟随基础轴发送,所以计算其继基础轴发送后,所需的延时发送时间,其延时数值为1/f(SHORT-LONG),并将COUNT的值累加到SHORT中,新的SHORT值作为下一次发送短轴脉冲的判断基准。每次计算各个发送轴后,都将产生一组固定的信息:脉冲发送标志位,脉冲延时时间和脉冲方向标志位,这些信息将被进一步加工生成发送到FPGA中的控制脉冲信息。结果分析将ARM作为主运算处理器时,其上不仅要运行插补程序,进行实时的加工信息读入、速度控制预算以及脉冲发送的计算,同时还要运行后台操作系统,并处理用户输入信息,如果再在其上设定延时程序并控制脉冲发送,则ARM的运算负担将变得过重。因此,采用FPGA协处理运算方案,辅助ARM进行脉冲的延时发送。设FPGA的频率为,则其进行一次基数累加计算时间为,电机的当前执行速度为Vs,脉冲当量为,则当前的发送脉冲的频率为:式5则此时每个脉冲的间隔换算为FPGA的累加次数则为:式6在加减速阶段,采用指数方式,其中基础轴每一段的频率变化为事先计算好的,即式6中的fs为特定值,而对于短轴来说,其延时发送频率值可由计算时使用到的公式1/f(SHORT-LONG)求得,即每一步脉冲的频率用式6即可确定。ARM在计算每一次脉冲的发送时,需要将脉冲的延时计数次数一并计算,然后与脉冲发送的方向一起送到FPGA中。步进电机控制器对控制脉冲的持续时间有一定要求,设其需求的脉冲持续时间为TP,则FPGA中,脉冲的持续时间计数:式7FPGA通过送来的脉冲方向以及脉冲计数次数,即可以计数延时的方式,将此脉冲按照理论的计算频率发送至步进电机控制器,完成对电机控制器的控制脉冲发送。发送的控制波形图如图6所示:图6 各轴脉冲发送波形图由图6可以看出,该插补算法不仅发送脉冲均匀且成比例发送,短轴可依据自己的频率变化规律对电机进行控制。结语根据雕刻机的实际需求和步进电机的转矩-频率特性,开发出了基于嵌入式的数控雕刻机控制系统。该系统硬件上以ARM与FPGA为核心,软件上以Windows CE.net操作系统为平台,结合步进电机的固有特性和插补程序,使得雕刻机三轴联动完成各种雕刻文件。实践表明,该控制器可以脱离工控机的支持,独立完成对原始设计数据的分析和计算,并最终通过插补算法控制电机完成雕刻,在雕刻过程中可以精确的做到速度控制和轨迹控制。

    时间:2018-10-15 关键词: 嵌入式 控制系统 雕刻机 数控

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