数控机床的组成及工作原理篇1
【关键词】数控机床；维护；维修数控机床是典型的机电一体化产品，集合了机械、电气、控制等多方面技术，对其维护和维修的要求比较高。不合理的维护和维修数控机床，能够缩短其使用寿命。反之，正确的维护和维修数控机床，能有效地延长数控机床的使用寿命。
1数控机床维护方面的要求及方法
1.1数控机床的正确使用要求
1）数控机床对输入电源的要求较高。随着对数控机床的加工要求越来越高，其电子元器件越来越“娇贵”，主要体现在对电压的要求上。目前大多数数控机床允许电源电压的波动范围是±5%―±8%。如果电源电压波动范围超过数控系统的要求，需要配备交流稳压器。
2）数控机床对使用环境的要求较高。首先，安装数控机床时，应远远离振动源、放射源、热辐射源，并且要避免太阳光的直射，另外，还要保持数控机床的工作环境干燥、通风、恒温。通常，数控机床都标定使用温度和保存温度，应按照规定执行[1]。
1.2对于数控系统的维护要求
1）首先，要严格遵守操作数控机床的操作规程及维护要求。这是维持数控机床精度、延长数控机床寿命的一个重要因素。
2）确保数控柜电气柜的散热系统正常工作。每天应检查各柜的冷却风扇工作是否正常，风道过滤网是否堵塞，以免引起柜内温度过高，使数控系统不能可靠地工作[2]。
3）定期检查和更换伺服电机的电刷。直流电动机在工作时，无法避免电刷与电机的定子发生摩擦，所以必然产生磨损。如果磨损严重而没有及时更换，就会影响电动机的使用性能，严重时会造成电动机损坏。一般每三个月或半年检查一次，同时用工业酒精对电刷表面进行清洗。
4）定期更换数控系统的后备电池。数控系统的参数及加工程序是由带有掉电保护功能的寄存器来保存的，当数控系统关闭后寄存器中的参数及加工程序由后备电池来保持。因此，定期检查后备电池的工作状态和及时更换电池就显得极为重要，一般情况下，即使电池尚未用完，也应每年更换一次。
5）尽量少开数控柜和强电柜门。以防止车间空气中的灰尘、油雾及金属粉末落在电子部件或印刷电路板上造成短路。
6）长期闲置的系统应定时给数控系统供电，定期进行机床空运转。通过对数控机床经常通电、空运转等手段，使数控机床自身发热，从而驱散机床内部的湿气。
1.3对于机械部件的维护要求
1）首先要保持良好的状态。无论是运动件还是不动件，大多数都是由钢件组成，如果状态不好，会引起“硬碰硬”的现象，造成运动机构的磨损严重。所以，要定期检查机床系统，始终保持导轨、丝杠等各运动部件状态良好，以减少其磨损。
2）检查并及时调整机械精度。对于数控机床的精度，要定期进行检查并及时调整，以减少各运动部件之间的状态和位置偏差，如换刀系统、工作台交换系统、丝杠反向间隙等的检查调整。
3）做好机床的清洁卫生工作。设备太脏，灰尘太多，会影响机床的正常运转，如油水过滤器、空气过滤网等太脏，会造成压力不够、散热不好，从而造成故障。运动部件表面灰尘太多，会造成运动部件运动阻力增加，加剧部件的磨损等，所以必须经常对设备进行清扫。
2数控机床的维修
2.1数控机床的诊断和维修原则
1）先外部后内部原则。先检查机床设备外部，如果外部没问题然后再检查设备内部。不要急着去拆卸机床零部件，造成一些安装精度的丢失。从故障出现的概率来讲，机床外部故障率要远远大于机床内部故障率。
2）先主后次原则。根据机床组件的使用性能，出现故障的多数集中在机床的按钮、行程开关、油管、电缆等辅助设备，而数控装置、可编程控制器、伺服系统等不太容易出现故障。所以，在排除机床故障时，先从故障率高的按钮等机床辅助设备入手，如果故障还没排除，再进行数控装置、可编程控制器、伺服系统的排查工作。
3）先简单后复杂原则。为了避免故障之间互相影响、掩盖，故障的排除要“由简入深”。先排除容易解决的简单故障，然后再排除难度较大的复杂故障。采用这个原则，可以从根本上杜绝维修、维护过程中的盲目性，从而提高了故障处理的效率。
2.2诊断和维修的方法
1）机床自诊断法。目前，大多数数控机床具备故障自诊断功能。它是利用行程开关、传感器等装置，实时监测机床的运动行程、液压气压、温度、电压电流、运行速度等信息，并设置了正常的运行范围值，如果机床运行时超出了该范围，数控机床就会报警，并置出故障部位及原因。所以，在机床故障诊断时要优先选择数控机床自诊断功能。
2）备件互换法。当数控机床的故障锁定在某个组件后，可以利用机床上现有的相同组件或者备用组件进行互换，能快速准确的查找到数控机床的故障。
3）敲击法。对于数控机床“时有时无”的故障可采用敲击法。具体操作：开启数控机床，拿一根绝缘的木棒或者橡胶棒敲击可能出现故障的组件，同时注意观察机床的运行情况，如果敲击某部位时，机床的运行有变化，那么就能锁定故障源。该方法由于是机床通电状态上执行的，所以要采取措施，防止触电。
4）升、降温法。如果数控机床连续长时间工作或者周围工作环境温度偏高时，机床就会报警或者突然断电重启机床。此时，可用电吹风或红外线加热灯使可疑电路板或组件升温，使该组件的升温状态更加明显，从而可以确定有问题的组件。同理，也可以在机床发生此类故障后，利用酒精棉球涂抹可疑组件，降低组件温度，消除温度影响后观察故障是否消失，从而可以快速地确认有问题的组件。
【参考文献】
[1]陈蕾.浅析数控机床维护维修的一般方法[J].机械制造.2004.第42卷第482期.71-72页.
[2]李刚斌.数控机床维修实例分析[J].制造技术与机床.2007.第4期.107-108页.
数控机床的组成及工作原理篇2
【关键词】数控机床项目化教学改革
【中图分类号】G【文献标识码】a
【文章编号】0450-9889（2013）06C-0147-02
一、高职数控机床安装与调试课程教学中存在的问题
高职数控机床安装与调试课程是集机械技术、电工电子技术、pLC控制技术、传感与检测技术、变频器技术、数控技术等多门技术于一体的综合性核心技术课程，技术综合性强，教学条件要求高，教学组织难度大。按照传统的教学条件、教学模式组织教学，无法实现学生与企业岗位的零距离对接。存在的主要问题如下：
（一）师资力量不足。教师的技术与技能不全面，技术综合应用能力不强，要么是偏重机械的、要么是偏重电气的，很难找到全面掌握机械技术、电子电气技术、液压与气动技术、传感与检测技术、计算机技术的教师。教学过程中要么机械方面的内容讲得较多，要么是偏重电气的内容，造成学生掌握的知识与技能也不全面，要么是机强电弱，要么是机弱电强。
（二）课程衔接不合理。在数控机床安装与调试课程之前的先修课程技术比较单一，机械与电气两类课程基本没有太多的联系，学生尚未形成综合应用技术的能力。
（三）实践教学条件不足。以往的教学条件下，通常是以数控机床的模型代替实际的数控机床，不能创造与实际工作岗位相一致的学习情境，学习载体无法与真实岗位对接。
（四）教学模式不足。传统的教学模式以教师讲授为主，学生主要以数控机床模型机的装调为学习手段，学习的真实性差，学习效果不理想。
二、项目化教学改革方案
（一）学习载体选择。为提高课程教学对真实职业岗位的针对性，本课程项目化教学改革的基本思路，是以真实的工业型数控机床为学习平台，选择C6132普通车床的数控化改造为学习载体，通过真实的工作任务，完成数控机床安装与调试课程学习，实现课程教学与真实职业岗位的对接。
（二）教学项目设计。根据普通机床数控化改造的工作过程，结合现有设备的实际情况，设计机械装调、电气装调、参数设置、精度测试四大训练项目，共19个工作任务。以具体的工作任务为载体，将相关的知识、技能与素养融为一体，如表1所示。
（三）教学组织实施。按照普通机床数控化改造的工作过程，以具体的工作任务为驱动，组织本课程的教学项目化教学，在完成工作任务的过程中学习知识，培养能力，形成素养。
1.机床改造后的整体功能要求：（1）主轴电动机能通过m03/m04实现正/反转启动，m05实现主轴停止，以及主轴的变频无级调速功能。冷却泵能通过m08/m09进行开/关控制。（2）进给系统能够通过CnC指令实现位置控制，最小移动量为0.001mm。（3）四方电动刀架能通过tXXXX实现选刀及刀具补偿功能。
2.普通车床的机械改造：（1）拆除挂轮箱、进给箱、溜板箱、刀架。在工作过程中熟悉普通车床的结构原理，掌握机械拆装工艺，熟悉各种拆装工具的使用，形成安全操作、规范操作等良好的职业素养。（2）大拖板、中拖板改造。在工作过程中掌握普通车床数控化改造中的典型零件加工要求与加工方法，熟悉各种加工工艺装备的使用，形成安全操作、规范操作等良好的职业素养。（3）数控机床进给传动系统安装与调试。在工作过程中学习数控机床的机械结构与工作原理，掌握数控机床机械安装调试的要求与方法，熟悉各种装调工具的使用，形成安全操作、规范操作等良好的职业素养。
3.普通车床电气控制改造：（1）拆除原车床的电控线路。在工作过程中熟悉普通车床的电气控制原理，熟悉各种电工工具的使用，形成安全操作、规范操作等良好的职业素养。（2）主轴电动机的变频无级调速。在工作过程中学习数控机床典型主轴控制系统的工作原理，掌握数控车床主轴电气控制电路的安装调试方法，熟悉各种电工工具的使用，形成安全操作、规范操作等良好的职业素养。（3）进给系统采用伺服控制系统。在工作过程中学习数控机床典型进给系统控制电路的工作原理，掌握数控车床进给系统控制电路的安装调试方法，熟悉各种电工工具的使用，形成安全操作、规范操作等良好的职业素养。（4）刀架更换成四方电动刀架。在工作过程中学习电动刀架及其控制电路的结构原理，掌握电动刀架及其控制电路的安装调试方法，熟悉各种电工工具的使用，形成安全操作、规范操作等良好的职业素养。（5）增加CnC控制系统。在工作过程中学习典型数控系统的结构原理，掌握典型数控系统的安装、连接与调试方法，熟悉各种电工工具的使用，形成安全操作、规范操作等良好的职业素养。（6）增加主轴编码器进行主轴转速检测。在工作过程中学习主轴编码器的结构原理，掌握主轴编码器的安装调试方法，熟悉各种电工工具的使用，形成安全操作、规范操作等良好的职业素养。
三、项目化教学改革实践的效果
为了检验教学改革前后的教学效果与教学质量，在教学过程中选了数控机床安装与调试课程中10个有代表性的知识与技能点，在教学教革前的两个班级（共90人）与教学改革后的两个班级（共88人）进行了比较。对比情况如表2所示。
通过比较可以看出，采用项目化教学后学生对知识与技能的熟练程度提高了约15%，完全不掌握的学生人数降低了约2%。
此外，采用项目化教学改革后，也使数控机床安装与调试课程团队的师资得到了很好锻炼。在课程团队的4位老师中，原来有两位是强机械弱电气的，另外两位是强电气机弱机械的，经过项目化教学改革后，4位老师不仅对机械与电气、而且对数控系统的原理知识与操作技能得到了很大提高，教师的职业能力与教学水平上了一个台阶。
四、结论
通过数控机床安装与调试课程项目化教学改革，不但完成了6台旧式普通车床C6132数控化改造，达到预期的功能与精度要求，学生通过对真实普通车床的数控化改造，有效掌握了数控机床安装、调试、验收等方面的知识和技能，顺利实现与真实职业岗位的有效对接，实际工作能力提升，职业素养得到完善，课程团队的职教理念、施教能力也有了质的飞跃，课程的教学改革取得良好的综合成效。
【参考文献】
[1]GSK980tDa车床CnC使用手册[Z].广州：广州数控设备有限公司，2008
[2]戴士弘，毕蓉.高职教改课程教学设计案例集[m].北京：清华大学出版社，2007
[3]马宁丽.《电子技术与实践》项目化教学改革的实践和探索[J].教育论坛，2009（8）
【基金项目】广西电力职业技术学院特色课程建设项目
数控机床的组成及工作原理篇3
[关键词]多功能机床；电气接线台；电气元件
随着我国经济的高速发展，各大加工型企业也在不断的涌现，这些企业对etC和eVC类的数控机床需求量非常的大，同时对这些数控机床的质量要求也相对较高。多功能数控机床电气接线台作为数控机床重要的组成部分，直接影响着机床的正常运行以及产品的加工质量。目前，国内的机械加工多采用普通机床、组合机床和数控机床。对于大多数零件的普通加工，可以用普通机床完成；对于一些复杂的且精度要求较高的零件，多采用数控加工中心；组合机床多用于多孔钻削、多平面的铣削。对这样一个零件的加工，用普通机床、组合机床无法实现，用数控机床加工也有一定的难度且成本较高。为此，我们设计了一种多功能复合机床，该机床效率高、精度高、成本低，具有实用价值。该机床是多功能机床的创新设计，属于复合机床的一种。
1、机床电气接线台的构成
多功能数控机床电气接线台，一般是由3个部分组成：一是电气机架；二是电气的面板；三是电机的放置支板。安置三相异步电动机的支板在接线台机架的下方，机架的上方安置电气的面板。下图是电气面板的元器件设置图，其中主要包含的有：电源的指示区域、调控区域以及电气的接线区域3个部分。其中根据实验过程中电路所需要元器件的向下兼容来取舍元器件的数量，例如，电动机的正反转接触器对电路的控制要用2个接触器，车床电气的电路控制要有3个接触器，可是接线板上面接触器的总数量是3个，其它的元器件选择基本相同。电气面板左面的hl指示灯，sa旋转的开关，sb按钮开关和扩展组件的连线控制都是从电气面板的后端来引到接线端子上面的，同时要对其做好编号。训练的过程中，相关操作人员需要按照电路图来选择面板上的元器件，之后再根据接线端子去找相符合的接线编号。
2、机床电气接线台的参数及作用
2.1主要技术参数
主要规格尺寸：对车床，有床身及刀架上的最大回转直径、最大车削长度、最大车削直径等；对铣床，有工作台尺寸、工作台t形槽尺寸、工作台行程等。主轴系统：有主轴锥孔规格、主轴转速范围等。进给系统：有切削进给速度范围、快速（空行程速度）范围、运动分辨牢（最小移动增量）、定位精度、螺距范围等。刀具系统：对车床，有刀架工位数、工具孔直径、刀杆尺寸、换刀时间、重复定位精度等。冷却系统：有冷却箱容量、冷却泵输出量等。尾座：对车床，有尾座套简直径、行程等。外形尺寸：表示为长×宽×高。电气：有主电动机、伺服电动机功率等。
2.2电气接线台的作用
多功能数控机床电气接线台设计的具体意义主要体现在以下几点。该项目的具体实施，可作为机床电气接线台相关知识的学习情境，也可以成为提高工厂或企业电气接线台设计人员操作技能的主要途径，在对机床电气进行基础的学习之后，要求学员能够在多功能机床的电气接线台上，根据机床电气的原理图布置对电器元件进行安装，对连接电气的线路进行梳理，再开始进行调试控制实验，这样可以全面提高学员的动手能力。学员在进行电路设计过程中，一般都是按照老师和书上教给的知识来进行设计的，学员并不能详细的了解自己设计出来的电路的可靠性以及电路的具体运行情况，这时有这样的―个调试控制板，可以为学员的下一步设计，提供电气接线台电路控制的实物检测。该项目具体实施之后，可以把这个项目作为范本，开发出一系列的电气控制板，这样的学习情境硬件可以完全由生产企业独自来进行，这样可以为学员提供多方面的实操机会。该项目在理论上面的意义是，为以后在情境设计以及工作过程系统化课程的开发上面起到了一定的借鉴作用。
3、机床的主要功能
3.1控制轴数和联动轴数
控制轴数指数控系统可控制的、按加工要求运动的坐标轴数量。联动轴数指数控系统可同时控制的、按加工要求运动的坐标轴数量。如某数控机床，机床本身具有X、y、Z三个方向运动坐标轴，但数控系统仅可同时控制两个坐标（XY、YZ或xz），则该机床的控制轴数为三轴，而联动轴数为两轴。插补功能：指数控机床可实现的线型加工能力，如直线、圆弧、螺旋线、抛物线、正弦曲线等插补功能。进给功能：包括快速进给（空行程）、切削进给、手动连续进给、点动进给、进给率修调（倍率开关）、自动加减速功能。主轴功能：可实现恒转速、恒线速、定向停止及转速修调（倍率开关）。恒线速即主轴自动变速，使刀具对工件切削点的线速度保持不变。主轴定向停止即换刀、精镗后退刀前，主轴在其周向准确定位。刀具功能；指刀具的自动选择和自动换刀。刀具补偿：包括刀具位置补偿、半径补偿和长度补偿功能。半径补偿如车刀、铣刀的刀尖半径补偿。长度补偿如铣床、加工中心沿加工深度方向对刀具长度变化的补偿。
3.2机械误差补偿
系统可自动补偿机械传动部件因间隙产生的误差。暂停与急停功能：暂停指通过程序指令或控制面板操作，使自动加工暂停执行，以便进行其他操作，然后再通过程序指令或面板操作，使自动加工继续执行。急停指当数控机床工作出现异常现象时，通过面板操作使机床停止运行。机械锁住功能：指数控系统仍在工作，而主轴、进给、换刀、切削液等机械动作不执行。如在图形模拟及自动加工屏幕显示时，可用此功能使机床锁住不联动。单段执行与跳段执行：单段执行指每按一次面板操作键，仅执行一个程序段的动作，使加工程序逐段执行。跳段执行指系统可对某些指定的程序段跳过不执行。程序管理功能：指对加工程序的检索、编制、修改、插入、删除、更名、锁住、在线编辑即后台编辑（在执行自动加工的同时进行编辑）以及程序的存储通信等。图形显示功能：指利用监视器（CRt）进行二维或三维、单色或彩色、图形缩放、坐标旋转的刀具轨迹动态显示。自诊断报警功能：指数控系统对其软、硬件及故障的自我诊断能力。该功能用于监视整个加工过程是否正常，并及时报警。
4、结束语
最新多功能机床提供车削与铣削功能，可最大限度地减少加工零件所需的设置数。nXCam提供用于最新铣车车床的全面功能。该款铣车车床支持同步、多轴操作，可帮助提高您的车间效率。本实用新型提供了一种多功能机床包括机座、纵向导轨，卧式主轴箱、进给箱、溜板箱、尾架、立柱、滑板、转塔多轴箱等；在卧式主轴箱的顶面的后半部分安装有左立柱，在立柱的侧面有立式导轨，导轨安装有滑板，在滑板安装转塔多轴箱，转塔多轴箱设有铣镗钻削、插削、卧轴平面磨削和预留可临时安装其他动力部件的工作面，共四个工作面。本多功能机床具有结构紧凑、完整地具备了卧式车床、卧轴平面磨床、立式铣床、立式镗床、立式钻床和立式插床等六类普通机床的功能。
参考文献
数控机床的组成及工作原理篇4
关键词：煤机企业；数控机床；设备改造
中图分类号：tm762.2+6文献标识码：a
1质量产品需要引进高精度设备
1.1目前煤机企业液压支架设计制造向着高端技术发展，已经在煤机市场形成了高质量产品的需求
高端液压支架目前金属结构件和液压元件的重要构成是：用100kg级以上高强钢板进行先进的工艺焊接；重型质量大于35t/架以上，高度6m以上，液压支架更加安全可靠；液压支撑元件孔（外）径400mm以上、液压控制系统（电液控制阀、本架手动先导控制操纵阀、邻架多芯管手动先导控制操纵阀），三大主阀（操纵阀、安全阀、单向阀）的流量为500～1000L，液压支架更加操作灵活、自动化程度高和高产高效。
煤机企业为了保证高质量生产制造出高端液压支架，必须引进高精度设备。数控机床大幅度提高了切割、焊接、加工的自动化；大幅度节省人力以及减少一定时期的后续设备投资。可逐步实现“工厂自动化”。
煤机企业为了保证高质量生产制造出高端液压支架中的零部件，根据各种零部件数量特点和实际要求，方便地运用多种数控机床配置，可扩充生产加工通道或组成实际加工时的机群，从而构成加工质量高和性价比好的生产加工系统。
1.2煤机企业若要在加工现场正确使用数控机床就必须针对在操作、调整、编程的工作方式上进行研究
①由操作者自己进行调整、编程个人所用机床的方式通过较长期的实践，循序渐进地掌握了本机床的特性，达到能够加工各种零部件；缺点：在通过较长期的实践过程中，避免不了低级的“误操作”，给数控机床自身带来不必要的“外力撞击”，给刚开车不久的数控机床使用寿命、加工精度造成极大的伤害。此种由操作者自己进行调整、编程个人所用机床的方式非常不利于数控机床使用寿命、加工精度相对的长久保持。因此此种工作方式弊大于利，应该逐步消除。
②由对单一生产的品种形成了一些经验、又有一定的文化素质，后经专门短期培训的少量技术工人进行调整、编程，向车间质检员交检“首件”合格后再移交给操作工的方式。此时的机床操作工只可专注单一零部件加工制造了。此种工作方式同样存在着“有利有弊”。有利为：通过较长期的试用调整、编程的实践，循序渐进地认真仔细的掌握了机床的特性，达到能够加工合格的各种零部件，重要的是大大地降低了低级的“误操作”，减少了数控机床自身带来不必要的“外力撞击”的比例。有弊为：即使这些技术工人在通过较长期的试用-使用的实践过程中，不能具备开发数控机床自身存在的更高一级多种功能的能力。也就是说没有形成对数控机床自身的合理使用的工作方式。
③由“相对”高学历、具有高综合素质和研发能力空间大的专业工程技术人员在电脑编制程序，并通过控制系统指导操作工进行日常的生产制造工作。由少数经验丰富的高级技师进行对调整机床中专用工具工装进行辅助配合的方式。这种方式通过极短时期的使用调整、编程实践，迅速达到加工合格的各种零部件，最重要的是避免了低级的“误操作”，杜绝了给数控机床自身带来不必要的“外力撞击”事例；更重要的是具备随时存在着开发数控机床更高一级的多种功能的能力。形成了对数控机床自身的合理使用的工作方式。
1.3煤机企业根据各种零部件的加工工艺要素进行分类分析研究，合理使用数控机床
液压支架中的各种大小液压元件、液压控制阀的阀体和阀芯部零件制造加工工艺的要求较高，在制造生产过程中，集合数控机床加工质量稳定、生产效率持续高效的特点，可按各种加工工艺要素考虑分类合理使用数控机床。
可按形状、尺寸、批量分类合理使用数控机床分析加工零件的形状和尺寸；考虑选择装卡基准；制定加工工艺，保证加工零件的形状尺寸符合制造加工信息的要求。可将不同长度、不同直径、批量较大的零件相对固定在一些数控机床上加工。这样既减少调整、编程的工作时间，又增加了连续不间断制造加工的机动时间。
可按加工精度分类合理使用数控机床分析加工零件的加工精度后，可将批量较大零件相对固定在一些配置级别不同的数控机床上加工。这样既避免了批量出现低于优质品标准的零件，又保证了在加工不同精度等级零件的质量稳定性和持续高效；又增加了连续不间断制造加工的机动时间。
可按材料特性和热处理状态分类合理使用数控机床这样既避免了的零件质量波动的出现，又能最大限度地延长合理选择的加工刀具的寿命，从而确保加工零件的质量稳定性。
2生产实际中应对数控机床进行有效管理方面的研究
煤机企业车间里的生产计划调度进行数控机床的有效管理方法的研究应从过程和顺序入手。
2.1车间生产计划调度应熟知生产过程与工艺过程
①生产过程它包括原材料的运输、保存、生产准备工作、毛坯的制造、零件的加工与热处理、部件和整个产品的装配、产品各工序的质量检验、调试以及包装等。合理的组织生产过程，不仅要求生产过程的空间组织能满足平行性、连续性、比例性、适应性、配套性等要求，而且在时间组织亦要尽可能使加工对象在各生产单位、各工序之间的运行紧密衔接，实现“快节拍”的连续生产。
②工艺过程数控机床的生产过程中，有一部分是与原材料转变为成品直接有关的过程，这部分生产过程是“工艺过程”。在各工序中以执行工艺卡片的形式确定下来的工艺过程是“工艺规程”。各工序是工艺过程的基本单元，也是车间生产组织和实现进度计划的基本单元。
2.2车间生产计划调度应以精通数控机床加工顺序为基础，科学地进行工作安排
①加工阶段的划分零件加工时，往往不是依次加工完各个表面，而是将各个表面的粗、精加工分开进行。
②加工顺序的安排数控机床加工某个零件时往往有几个表面需要加工，这些表面不仅本身有一定的精度要求，而且各表面还有一定的位置要求。为了达到这些精度要求，各表面的加工顺序就不能随意安排，而必须遵循一定的原则，这就是定位基面的选择和转换决定着加工顺序，以及前道工序为后道工序准备基面的原则。
加工过程前和过程中的热处理工序的安排，是影响数控机床加工零件的质量和材料使用性能的重要因素。
2.3车间生产计划调度应结合加工实际有效管理数控机床
全面综合比较现场的数控机床优点、特点和弱点，根据当期的生产制造任务进度、加工诸多的零部件，灵活地结合起来按前述的“材料特性和热处理状态分类”和“数控机床加工顺序”的原则来安排任务，合理使用好数控机床。
在数控机床加工零部件时，还要注意材料的利用率，应在材料的长度和直径上进行工作研究。
数控机床的组成及工作原理篇5
【关键词】数控机床；故障诊断；教学方法
我国在故障诊断技术方面起步较晚,1979年才初步接触设备诊断技术，近年来得到迅速发展。目前国内对装备的故障诊断技术,尤其是板级故障诊断技术的研究有了较大的进展。经过二十多年的研究与发展,我国的故障诊断技术己广泛应用于军工、化工、工业制造等领域,如数控机床、汽车行业及发电厂等。
一、数控机床故障诊断与维修行业人才结构
1.蓝领层
数控操作工：精通机械加工和数控加工工艺知识，熟练掌握数控机床的操作和手工编程，了解自动编程和数控机床的简单维护维修。其岗位适合中职学校组织培养。此类人员市场需求量大，适合作为车间的数控机床操作技工。但由于其知识较单一，其工资待遇不会太高。
2.灰领层
（1)数控编程员：掌握数控加工工艺知识和数控机床的操作，掌握复杂模具的设计和制造专业知识，熟练掌握三维CaD／Cam软件，熟练掌握数控手工和自动编程技术。其岗位适合高职、本科学校组织培养，适合作为工厂设计处和工艺处的数控编程员。此类人员需求量大，尤其在模具行业非常受欢迎，待遇也较高。
（2)数控机床维护、维修人员：掌握数控机床的机械结构和机电联调，掌握数控机床的操作与编程，熟悉各种数控系统的特点、软硬件结构、pLC和参数设置，精通数控机床的机械和电气的调试和维修。其岗位适合高职学校组织培养，适合作为工厂设备处工程技术人员。目前非常缺乏，其待遇也较高。
3.金领层
数控通才：具备并精通数控操作技工、数控编程员和数控维护、维修人员所需掌握的综合知识，并积累了大量实践经验，知识面很广。能自行完成数控系统的选型、数控机床电气系统的设计、安装、调试和维修，能独立完成机床的数控化改造，是企业(特别是民营企业)的抢手人才，其待遇很高。其岗位适合本科、高职学校组织培养。
对于这三类人才主要有两个来源：一是大学及职校机电一体化或数控技术应用等专业的毕业生，他们具有不同程度的理论知识和较强的动手能力，最大的缺陷就是学校难以提供的工艺经验；另一个来源就是从企业现有员工中挑选人员参加不同层次的数控技术中、短期培训。这些人员一般具有企业所需的工艺背景及比较丰富的实践经验，但是他们知识面较窄，特别是对计算机应用技术和计算机数控系统不太了解。[3]
因此，数控机床故障诊断与维修的教学应围绕怎样使学生具备丰富的实践经验进行。
二、当前数控机床故障诊断与维修的教学现状
(一)学校师资力量严重不足
数控技术在近几年的广泛应用，引起了数控人才的大量需求，同时造成数控师资、特别是同时具备相当的理论知识和丰富的实践经验的数控师资队伍严重不足。[2]
有些学校从社会上引进了一些具有丰富实践经验的工程技术人员，用来充实教师队伍。但是，由于有关规定的限制，这些人被排除在外。因此一些学校只有聘用丰富实践经验的工程师作为学校的兼职老师，按劳付酬。[5]
(二)实训设备种类多，且与教材不配套
由于数控机床有多种系列，如法那科系列、西门子系列、三菱、华中系列、广州数控系列等，其控制系统及故障表现形式多种多样。当前数控机床故障诊断与维修的相关高职、高专类教材中讲解的数控机床故障诊断与维修的典型案例主要针对市场上的一些主流数控机床，使得理论教学与实训教学并不是十分的配套，一定程度上影响了本专业的教学质量。
三、如何开展数控机床故障诊断与维修专业课程教学
(一)师资队伍的建设
1.学校从机电一体化及数控技术相关的专业中录用本科生或硕士生，他们具有扎实的基础理论知识。可是他们缺乏实践经验，为此学校可将青年教师有计划地送到企业去挂职锻炼，将实战培训的重点放在工艺知识、故障诊断和故障排除等方面。
2.学校从数控设备多的企业招聘有丰富的现场经验、组织能力强的故障诊断技术人员，这样的人才在数控技术实训中能很快把握实训要点。
(二)数控机床故障诊断与维修实训中心的建设
数控机床故障诊断与维修实训中心应从基础理论教育到实验、实践环节建立一套完整的实验、实习体制。为满足教学需要一般应建立以下几种实验室。
1.数控原理实验室
包括数控原理、数控机床电气控制、主轴系统、伺服系统、机床检测与调试技术等基础实验。
2.与教材配套的数控机床故障诊断与维修综合实验室
本实验室应可以完成数控系统的功能、结构、安装、参数设置以及调试等多项实验，其应用范围包括：
（1)教师讲授数控原理、调试维修以及参数设置的平台；
（2)学生验证教学内容和基本原理的对象；
（3)学生调试、参数设置、故障诊断、维修等实训实习项目的配套设备。
(三)改革教学方法
数控机床的组成及工作原理篇6
【关键词】CDio项目教学法数控机床维修教学应用
【中图分类号】G【文献标识码】a
【文章编号】0450-9889（2014）12C-0147-02
一、研究背景
当前随着科技的进步和经济的发展，我国的制造业正在进行升级换代，而数控机床作为先进装备制造业的关键设备，已经在企业中得到了广泛的应用。数控机床是以数控技术为核心典型的机电一体化设备，数控技术涉及多门学科，如机械制造技术、自动化控制技术、计算机技术、电子技术等。虽然数控加工大幅度提高了机械制造的精度和效率，但是由于数控机床体系结构复杂，发生故障后，对故障的检测和维修比较麻烦，如果不能及时排除故障，就会影响生产，造成较大的经济损失。这就对数控机床维修工的能力提出了较高要求。数控机床维修工主要从事数控机床的装配、调试和检修工作，一名合格的数控机床维修工不仅要有较高的数控技术的专业理论知识，还要具备分析、判断故障，快速准确地维修好机床的能力。当前，多数数控机床维修人员来自高职院校，然而高职数控机床维修课程教学存在重理论轻实践、理论教学和实践教学分离的现象，学生的职业素质离企业的要求还有一定的距离。这导致了工厂企业招不到合适的数控维修工、数控专业毕业的学生难以对口就业的矛盾。对此，需要对高职数控机床维修教学进行改革与创新，探索学校、学生和企业都能共同参与、共同获益的教学方法。CDio项目教学法可以说是一种有益的尝试。
二、CDio项目教学法概述
CDio是一种工程教育模式，它代表先进的工程教育思想，是国际工程教育改革的最新成果，是工程教育理念的继承和发展。C代表构思、D代表设计、i代表实施、o代表运行。CDio理念核心为“做中学”，它以真实的工程项目为载体，通过从项目构思到项目运行整个过程的训练，让学生在实际工程环境中学习专业知识和训练职业技能，接受优秀企业文化的熏陶，养成良好的职业素质。CDio项目教学法充分体现了现代教育的特点，它注重培养学生的工程系统能力、职业素质、创新能力和人际团队能力。目前国内外多所大学引入CDio项目教学法进行教学改革，都取得了良好的效果。
三、数控机床维修教学中CDio项目教学法的应用程序
数控机床维修这门专业课程综合性强，需要学生具备扎实的理论基础和较强的动手能力，要开展好该课程的教学工作并不容易。在传统的课程教学模式下教师按知识点循序渐进地组织教学，内容缺乏弹性，学生的学习比较被动，缺乏独立分析和解决实际问题的能力。CDio项目教学法是以项目为主线来组织课堂教学，将课程的培养目标融入项目教学过程中，通过规划、设计项目，将整个课程体系有机地结合起来。该教学法的引入将枯燥刻板的课堂教学变成了生动有趣的实验项目，可以充分调动学生的学习兴趣，改变学生的学习方式，提高课堂教学的质量。
在数控机床维修教学中应用CDio项目教学法，主要是根据CDio教育模式的原理和要求，结合学校的实际情况，对数控机床维修课程的教学模式进行改革。主要围绕理论和实践相融合展开，按照CDio大纲对课程体系的具体要求，以“项目构思―项目设计―项目实施―项目运作”为主线构建课程项目，实现课程理论知识和实践技能一体化教学。课程开始之前，学生以4～5人为单位组成项目小组。在项目的构思阶段，指导老师给学生讲明项目的目的和任务，引导学生思考如何开展工作。在项目设计阶段，项目小组的全体成员通过学习讨论，设计出项目的实施方案。在项目实施阶段，项目小组合作进行实验，检验自己设计的实施方案。在项目运作阶段，考评小组根据任务要求及项目开展的情况，对项目小组每位学生进行评价和反馈。
四、数控机床维修教学中CDio项目教学法的实施路径
（一）课程项目的构思
CDio项目教学法在工程的背景下，以项目为载体实施课程，学生亲身体验项目实施的整个过程。课程项目要符合课程教学目标的要求，要与企业生产实际相结合，还要符合学生当前的实际水平。课程项目的开发最好由学校教师、企业技术人员及行业专家共同研讨，按照课程相关的技能要求，结合企业实际工作任务，精选出有代表性的工程案例，依托真实的生产环境实施项目制教学，充分实施“做中学”的教学方法。
项目的构思首先要考虑如何将工程案例融合到项目教学中。在项目的选题上，尽量采用企业做过的项目。来自产业一线的项目既贴合工业生产的实际情况，又能保证教学内容与企业生产同步。也可采用与企业联合开发具有市场价值的项目，在保证学生学习和训练的同时，也实现产学结合。还可以让学生参加开发一些简单的课程项目或者引导学生自选一些有意义的项目。
根据职业岗位的要求并结合学校的实训条件，笔者将数控机床维修课程的教学内容提炼为四个大项目，分别为：GSK980ta数控车床机械结构的拆装与维修、FanUC0i数控加工中心系统的连接与调试、西门子802s数控铣床电气系统故障的诊断与维修、数控机床pLC控制的应用与调试。根据课程项目的工作任务及包含的知识点，再把每个项目分解为若干个模块，各模块按照由易到难、由简单到复杂、由浅入深的顺序设置。数控机床电气系统故障很多，以西门子802s数控铣床电气系统故障的诊断与维修为例，将该项目归纳为开关故障诊断、主轴启动故障诊断、机床坐标轴不移动故障诊断、刀架换刀故障诊断、伺服电机故障诊断等模块。
（二）课程项目的设计
在CDio项目教学法中学生是主角，指导老师要善于扮演好配角。围绕确定的项目模块，学生项目小组进行分析和讨论，提出项目模块的设计方案或解决问题的可行性办法。以“刀架换刀故障”诊断为例。首先，分析故障现象。“刀架换刀故障”可以分为“刀架换刀时不转”、“刀架换刀时不停旋转”、“刀架换刀时找不到刀架”等若干个故障现象。其次，分析故障产生的原因。指导老师通过提问的形式，启发学生分析是机械故障还是电气故障，引导学生思考机械故障、电气故障的检测办法，指导学生查阅机械零件图、电子零件图、机床使用手册等资料。最后，项目小组集体学习，运用课程的有关知识与技术，寻找处理故障的办法。通过“头脑风暴”、交流讨论，项目小组形成统一的意见，撰写和提交工作方案。在这个阶段，学生独立分析问题的能力、解决问题的能力、自主学习的能力得到了锻炼和提高。
另外，也要重视CDio实训场所的设计与建设。传统的实训室功能简单，不能满足CDio面向工程、理实一体化教学的要求。学校要通过校企合作，设计和建设开放式的教学工厂型实训基地，把专业知识学习、职业技能训练、生产加工、科技创新及社会服务结合起来。
（三）课程项目的具体实施
项目小组提交的工作方案是否能够正确地排除故障，还需要通过实验来进行验证。例如，对“刀架换刀时不停旋转”这个故障，在教师的指导下，项目小组根据工作任务进行分工，共同协作对机床进行机械部件拆装、电子元件检测、系统调试等。项目实施过程中，学生要绘制图纸、编写数控加工程序，记录和整理实验数据、撰写实验报告。通过反复实验，逐一排除不可行的方案，最终找到正确的工作方案。项目完成后，指导老师要给学生讲解故障的正确解决办法，让学生进一步理解故障的产生原因和检测方法，还要帮助学生分析项目失败的原因，指出项目实施过程中存在的问题和不足并指导学生加以改进。课程项目的实施过程体现了CDio“做中学”的理念，学生边做边学，锻炼了实践动手能力、团队协作能力，加深了对理论知识的理解，培养了工程的思维模式。
课程项目完成后，接着是项目的展示。安排以小组为单位进行答辩，项目小组要进行项目实践演示，对项目工作方案的设计思路、故障原因、检测与诊断的关键要素、实验过程中遇到的疑难问题及实验失败的原因等进行汇报。答辩完后学生负责撰写项目报告，总结课程项目的学习成果，分享心得和体会。
（四）课程项目的运行与评价
课程项目在学校的环境中运行有一定难度，学校可以与企业合作创办校办工厂，面向市场承接数控机床的维修业务，实现学习、工作、生产的有机结合。课程项目在社会的环境中运行，接受市场的检验，可以直接获得客户的意见反馈，有利于项目的不断改进和提高。CDio的评价方法重在学生的能力培养，以过程性考核为主，采用多元化的评价方法，全面考核学生的综合职业能力。考核的内容包括：学生的职业素质、个人能力、团队合作能力、工程项目的完成效果等。课程项目的每个阶段都有考核标准和考核成绩，通过开展个人自评、小组互评和教师评价共同完成学生阶段考核成绩的评定，各阶段考核成绩按比例构成学生的课程综合成绩。
五、结语
在实施CDio项目教学法的过程中，教师起着重要的作用。然而，目前高职院校部分工科教师缺乏产业经验，CDio能力不足。对此，各高职院校可考虑与企业建立人才共同培养的机制，邀请优秀的企业工程师到学校兼课和让专业教师到企业兼职锻炼。同时，课程项目教学实行双导师制，由企业工程师和学校教师共同担任课程的指导老师。此外，鼓励教师和企业合作开展课题研究、技改项目、产品设计开发，不断提升教师的工程实践能力。
总之，CDio项目教学法主要是以学生为中心、以培养学生的职业综合技能为目标，通过项目来组织和实施课程，给学生以完整的工程项目体验。数控机床维修课程实施了CDio项目教学法后，学生的学习潜力被激发出来，学生亲自动手拆装机床，做实验分析、检测故障，设计维修方案和完成机床维修的工作任务。一体化的教学模式让学生不再害怕数控机床维修抽象难懂的理论知识，每个故障的成功解决都会增强学生的自信心。通过CDio项目训练，学生的专业知识、实践技能和职业素质提高很快，为他们今后的学习和就业打下了很好的基础。
【参考文献】
[1]查建中.论“做中学”战略下的CDio模式[J].高等工程教育研究，2008（3）
[2]周美茹，沈春宝，纪春明.“教学做一体”的CDio教学模式实践[J].职业，2011（26）
[3]陈文杰，任立军.新加坡理工学院基于CDio模式的项目教学改革[J].职业技术教育，2009（35）
数控机床的组成及工作原理篇7
关键词：数控机床维修管理
中图分类号：tG659文献标识码：a文章编号：1007-9416（2012）10-0035-01
如今，数控机床的功能日趋多样化，其精度、效率、可靠性以及智能、自动化方面的性能也非常突出。作为一种科学技术含量较高的生产、加工设备，数控机床不仅价格昂贵，而且组成复杂，它是自动化技术、微电子技术以及计算机技术相互发展、相互融合的结果。当前，数控机床已经被广泛的运用于各样各业的生产与加工中，为了确保数控机床的正常运作，延长数控机床的使用寿命，对其的维修与管理也就成为了一个需要特别注意的问题。对于数控机床的维修与管理人员来说，一方面要具有较高的液压气动和机械加工知识，另一方面还要对测量、驱动、自动控制以及计算机等方面的技术有深入的掌握。在长时间或是不正确的操作使用后，数控机床的各个零部件都可能会出现不同程度的老化或损坏。这时，就需要及时对机床进行维修、保养，确保它的正常运作，以防止其他恶性的故障及意外情况出现，同时延长机床的使用寿命。
1、数控机床的基本故障诊断与维修
要对数控机床进行故障诊断与维修，必须要明确两个基本的概念。1、数控机床系统的可靠性，说的是在一定时间内与一定条件下，完成一定任务的能力；2、数控机床的系统故障，指的是它失去了是在一定时间内与一定条件下，完成一定任务的能力。
1.1数控机床的基本诊断内容
（1）动作诊断。对数控机床的各个动作组件进行细致的观察，以对异常动作组件进行判定。具体的诊断部位应该包括机床主轴、apC以及atC；（2）状态诊断。即当数控机床电机带动负载时，对机床的整体状态进行细致的观察；（3）点检诊断。定时对数控机床的强电柜、气动元件以及液压元件进行点检；（4）操作诊断。监视数控机床的操作和程序运行，以发现错误的操作方式和错误的运行程序；（5）最后还包括有数控机床系统的自行检测与诊断。
1.2数控机床的基本故障诊断
（1）硬件故障。所谓的硬件故障，说的是数控机床的所有实体组成部分中，有某个或是某些实体部件出现了损坏。诊断硬件故障，要对机床中每个线路板的具体功能以及机床的工作原理有清楚的掌握，才能以故障表现进行理论分析，确定故障原因与大概部位。（2）软件故障。软件故障说的是非机床的实体部件出现损坏，这一般是因为程序编写有误而导致的。通常来说，出现软件故障只需要对程序的内容进行重新正确编写，同时对其他相关参数进行重新设定就能将故障排除。
1.3数控机床的基本故障维修及分析
（1）主轴伺服系统故障。下面以主回路采用错位选触无环流可逆调速驱动系统的数控车床为例，对一常见的基本故障进行维修分析。第一，故障表现为1.8m卧车在点动时，其花盘不停的来回摆动。第二，通过检测发现，数控机床±20V直流稳压电源的纹波为4V峰峰值，异常非常明显。第三，在数控机床控制系统的放大电路中，高通滤波器、低通滤波器均可正常滤去电压反馈、电流反馈、测速机反馈中的各次谐波干扰信号，但是对于数控机床控制系统本身直流电路的谐波分量却不能滤除。因为数控机床的整个控制系统中都存在这些谐波分量，当它进入放大器后，便会阻塞放大器，整个数控机床系统便会出现异常，发生故障。1.8m卧车在点动时，机床电机运转速度不快，卧车点动时的电压值低于谐波，便会使花盘不停的来回摆动。第四，处理方法是换下机床电压板上的1000mF与100mF滤波电容，并重新将新的滤波电容焊上，再次进行纹波检测，如果直流稳压电源的纹波只有数毫伏，最后将电源板安装好，此时故障完全消除。（2）pLC初始故障。机床pLC初始故障的诊断为了保护机床和维修方便，pLC有显示和检测机床故障的能力。一旦发生故障，维修人员就能根据机床的故障显示号去确定故障类别，予以排除。但在实际加工过程中，发现有时pLC同时显示几个故障，它们是由某一个故障引起的连锁故障，排除了初始的引发故障，其它故障报警就消失。
2、数控机床的使用管理
2.1机床的管理
机床的安置和摆放不能受到阳光直射，也不能靠近其他会发热的物体。安放机床的室内温度需要控制在20摄氏度上下，如果机床较为特殊，其价格和性能都高于普通数控机床，应该考虑采用空调来控制室温。同时，如有有震动幅度和力度较大的其他设备，也不应该靠近机床，如果受场地或是其他条件限制，需要安置防振沟来防止机床受到其他设备的震动损害。机床的接地电阻与供压电源必须要符合相关标准，每台机床都要配置自身的刀具和其他附件，对于易损的部件，应适量的多购进几件，作为储备，应对不时之需。
2.2做好机床使用检查
当机床经过了较长时间的使用过后，其各个组件难免会出现这样、那样的问题，如果不及时给予保养与维护，就可能会导致其他恶性故障与意外情况发生，缩短机床的使用时间。除了要时常的对机床进行保养，还要在机床使用时，对机床的整体性能进行观察、掌握，以及时发现故障苗头，并及时解决。
2.3做好机床通电前的检查
要保证机床能够在使用时保持正常，第一要确保交流电源能够满足数控机床装置的要求。同时还要对数控机床装置与其他外部设备间的电缆连接进行检查，看看是否与相关技术手册的规定相符合。对于各个印刷线路板与其他连接件也要进行细致的检查，确认其是否连接牢固，并符合数控机床装置的相关要求。最后是要对接保护线进行检查，以确保数控机床在运行过程中，不会对人员造成意外伤害。
2.4做好机床通电后的检查
数控机床通电以后，要对直流电源、风扇运转以及数控机床装置的参数设定进行检查，看看一切是否正常，当机床联机和数控装置通电时，同时要做好紧急停止的准备，如果有异常情况出现，应理解断电。然后要完成几次返回机床基准点的操作，同时进行数控机床装置系统的功能测试。所有检查过程中，没有出现异常的话，数控机床便可正式投入使用。
参考文献
[1]孙鹏.数控机床的保养与维护[J].科技创新与应用，2012，（15）：96.
[2]孟庆旭.数控机床维修方法探析[J].科技资讯，2012，（26）：48.
数控机床的组成及工作原理篇8
关键词：有限元方法数控铣床整机热特性分析
中图分类号：tp206文献标识码：a文章编号：1007-9416（2013）07-0199-02
在机械器件的加工过程中，长期处于运转状态的数控铣床，由于摩擦生热，切削产热，高温下作业，热能辐射等因素影响着工艺系统，使得作业区域温度较高，机床夹具等机械工具因为温度过高导致形状变异，加工器件与刀具的相对位移受到了影响，形成加工成品存在着较大的误差，影响到了加工的准确度。据有关调查数据显示，在零件的精确加工过程中，因为热能导致器件变形形成的误差占到总误差在0.4到0.7之间。所以由于温度过高造成加工精度不准确，数控机床整机的主要部件变形，从而降低了加工效益，是目前机床设计过程中亟需解决的问题。下面将对有限元方法的数控铣床整机热特性作进一步阐释：
1数控铣床整机的主要组成部分概述
数控铣床主要应用于各箱子形状类和板状类零件的加工。基础结构主要包含夹具和刀具，夹具的选用主要是以生产零件批量的大小为原则。刀具主要是根据加工零件的材质、形状，以及自身的切削性能为原则选用。除了以上基础结构以外，它的机械结构还包括主传动系统以及进给传动系统，主要是为了实现工件可以顺利回转、定位，有助于特定部件的运行和辅助功能的实现，辅助功能系统主要包含液压系统，气动系统，冷却系统和一些特殊装置系统，例如排屑防护庄装置。在刀具的破损监督，精确度检测，和监督控制等装置，都是为了完成数控铣床的各类自动反馈功能的有效使用。数控铣床根据主轴的布置形式可以分为数控立式铣床，数控卧式铣床和数控龙门铣床三类。立式铣床的加工原理是进行三坐标联动的，在数控立式铣床中占大部分，其主要特征是主轴与机床的工作面呈垂直状，便于工件装夹，有利于加工过程的监视，但是排屑不那么顺畅，一般情况下，工作台是不移动的，没有升降装置，通过主轴箱进行上下运动，平衡主轴箱的质量，控制主轴中心线与柜面的距离来保证机床的刚性。卧式数控铣床则使主轴轴线平行于工作台面，此款铣床与立式的相反，加工过程中不便于观察，排屑非常顺畅，此款铣床基本上都会配备回转工作台以及万能数控转盘，使得加工零件的侧面的连接性的轮廓都可以很好的呈现，并且可以在一次安装过程中实现。数控龙门铣床是大尺寸的数控铣床，它是左右呈对称状的双立柱结构，这种结构可以保证机床整体的刚强性，数控龙门铣床包含工作台移动和龙门架移动两种类型，主要是依据各类零件的尺寸的大小设计的。
2数控铣床的工作原理简述
数控铣床主要包含以下三个大的部分，下面将对其数控铣床的工作原理进行简要的分析：
首先，数控系统是数控铣床的核心部分，它是实现自动加工功能的主要控制系统，主要是对位置、角度、速度的机械承载量进行控制包括对数据计算的控制以及时间的逻辑顺序进行控。插补模块是置于主控制器内的，根据接收到的零件程序，通过一系列解码之后，反馈各类信息。
其次是伺服驱动和位置检测系统。它是连接数控装置和机床本身的主要装置系统。伺服电动机的动力系统是驱动控制装置，伺服驱动接收到数控系统的指令之后，与位置装置反馈的信息进行比较，经过驱动控制系统放大之后，驱动电动机开始运转，如果发生偏差，会通过指令将信息输出。
最后是辅助装置。辅助装置主要包含自动换刀，工件的固定装置，液压控制体系以及装置等。数控铣床的主体部分是机床本体，它主要包含床身，工作台以及主轴箱等部分。数控铣床的主要特征是自动化，不需要对其进行人工调整以及补给。
3基于有限元方法的数控铣床整机热特性分析
3.1数控铣床整机有限元模型
在前面详细阐述了数控铣床的类型以及工作原理，因为其结构以及原理的复杂性，基于有限元的热特性分析需要建立模型，简化其复杂的结构，主要的简化方式便是对20节点体单元划分网格。通过有限元的方法对整机进行热特性分析主要是处理边界条件，在处理过程中。主要考虑热源和对流换热两种类型的情况。热源主要包含的是因为主轴承与其他轴承之间的摩擦生热，对流的形式主要包括主轴箱体表面的自然对流，主轴冷却装置的强迫对流。在设置基于有限元方法的对流边界条件是，务必要时刻监控对流换热的实时系数以及机床周围的环境温度，对于整机以及外表面涞水，环境温度是保持不变的，那么对于整机冷却部分来说冷却水的温度便是流体温度，这个温度是随着时间的变化而变化的。对于数控铣床整机的热特性分析实际上是对主轴的热特性分析，因为主轴是数控铣床整机中的主要部件。
3.2数控铣床整机的热特性分析条件
数控铣床的主要作用是针对零件进行铣削工艺，主要是依靠高速钢材质的立铣刀，它的直径一般为10或6毫米，齿数为6或3，加工碳钢材质的零件时，其铣削的深度和宽度分别为20毫米和2毫米，每一个齿数的供给量是0.01毫米，转动速度为每分钟3500转。假设机床工作台上的能量沿着与某一个方向的区域分布，并且假设切削产生的总能量其中的十分之一被工作台吸收，根据以上已知条件可以计算出数控铣床整机的热特性的边界条件，数控铣床整机材料特性的相关数值：主轴以及主轴钢套的导热系数是48.15，其他材质的为39.2，密度分别是469和480千克每立方米。
3.3数控铣床整机热特性结果分析
当数控铣床主轴转速在3500转每分钟时，铣床的温度较高的部分主要集中在主轴的前支承部位，前支承中支承和后支承的温度分别为62摄氏度，57摄氏度和45摄氏度左右，在此温度是数控铣床的主轴部分便出现不同程度的变形，变形比较严重的部分是在主轴箱前面，变形量在0.143毫米，直接影响机床加工精度。在另一个转速条件下。主轴的前中后端出现温度会有变化，进而影响变形量。首先是因为数控铣床轴承个数的不同导致变形量的不同，其次还有数控铣床主轴直径的不同，以上两个原因直接作用于轴承的发热量。进一步影响轴承的温度升降和主轴因为热能而导致的变形，在热变形精度不高的情况下务必要避免因为温度过高导致的机床变形。根据分析所得，主轴和主轴箱是数控铣床整机热特性分析的主要部分。
3.4数控铣床整机主轴部分的热特性分析
主轴在加工过程中产生的热量分三部分传递，一部分是传递给主轴本身以及主轴箱附件等部分，是主轴整体温度升高，另一部分是散发到周围空气中，还有一部分是通过主轴冷却箱带出。那么在建立主轴热特性分析模型时，需要将主轴以及主轴箱作为一个整体进行分析，这样得出的分析结果更加切合实际。主轴与冷却水箱是连在一起的，可以通过水箱的水冷却铣床主轴最终降低温度，同时水箱是的在空气中的，可以讲吸收的热量直接散发到空气中，同时水的温度因为吸收了热量而升高。水箱的水温变高反过来作用于数控铣床主轴。所以同样需要采用有限元的方法对冷却箱以及主轴的热特性进行分析。
在主轴系统中，它的温度的升高使得冷却水的温度升高，但是冷却水的温度会因为时间的变化而变化，所以需要将根据时间的阶段性分析水箱温度的变化。基于在每一个均等的时间段内主轴的冷却的能量守恒的假设，容易计算出在每一个时间段内水的平均温度，将上一个时间段内水的温度作为下一个时间段内水的初始温度。大致流程如下描述：首先是计算出水箱冷却部分以及其表面的散热系数，然后忽略主轴冷却部分的边界条件同时重新设置新的边界条件，最后进入软件程序计算处理，再就是得出数据。
冷却水箱水温升降的数学模型的建立是基于两个前提条件的假设：一是假设主轴部分的冷却系统与水箱之间是绝热的，二是假设冷却水一流进水箱，立即能均衡水箱温度。基于以上假设建立数学模型，将时间划分为一个个可计算的时间段，计算每个平均的时间差的水箱水温，根据水的密度，冷却水箱的体积，表面积等数据，根据公式以及有限元分析软件计算水温的变化过程。计算结果可得出，提高数控铣床主轴的转动速度可以使得整机快速达到预定的加工温度。根据数控铣床主轴系统的热特性分析可以得出以下结论：
首先，采用恒温水箱比普通水箱更有利于对铣床主轴进行冷却，因为普通水箱的温度的变化耗时较长，不利于需要长时间在加工的零件，也适用于精准要求较高的数控铣床。其次，冷却水的流动量之间影响温度升降的时间差，流动量到达限值时，冷却的功能就不再起作用，所以根据不同铣床的加工需求选择适应的水流量。最后，水箱的体积大小也影响水温，同样达到一定限值时，水温变化则不明显，根据不同的铣床，水箱体积大小根据需要适当选择。
4结语
通过对数控铣床整机的热特性分析得知，不同类型的铣床热特性精度是完全不一样的。通过各类实验和理论分析，有限元方法对数控铣床整机的热特性分析具有重要作用。铣床型号的不同，其精度也不一样，原因在本文中已经有过阐述。在数控铣床整机中，主轴部分是最容易出现热变形的，也是出现热变形最严重的部分，所以，整机的热特性的分析主要集中于主轴以及主轴冷却箱的热特性分析，希望对于有限元方法的数控铣床有所帮助。
参考文献
[1]王金生，郑雪梅，戴映红.基于有限元方法的数控铣床整机热特性分析[J].成组技术与生产现代化，2007（3）.
数控机床的组成及工作原理篇9
关键词：数控机床，单片机数控系统，改装设计
第一章概述
机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床－数控机床的诞生和发展。计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变。数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点：1.适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件；在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件加工。2.加工精度高；3.生产效率高；4.减轻劳动强度，改善劳动条件；5.良好的经济效益；6.有利于生产管理的现代化。数控机床已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。我国数控机机床近几年在产业化和产品开发上取得了明显的进步，特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。但是，国产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的1/10左右，差距太大，急待改造。旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。在国内工厂的技术改造中，机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、pC技术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。我国经济资源有限，国家大，机床需要量大，因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床，而我国的旧机床很多，用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的国情。1984年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机床。到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料，今后，机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。所以说，本毕业设计实例具有典型性和实用性。
第二章总体方案的设计
2.1设计任务本设计任务是对Ca6140普通车床进行数控改造。利用微机对纵、横向进给系统进行开环控制，纵向（Z向）脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向（X向）脉冲当量为0.005mm/脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副，刀架采用自动转位刀架。2.2总体方案的论证对于普通机床的经济型数控改造，在确定总体设计方案时，应考虑在满足设计要求的前提下，对机床的改动应尽可能少，以降低成本。（1）数控系统运动方式的确定数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位直线控制系统、连续控制系统。由于要求Ca6140车床加工复杂轮廓零件，所以本微机数控系统采用两轴联动连续控制系统。（2）伺服进给系统的改造设计数控机床的伺服进给系统有开环、半闭环和闭环之分。因为开环控制具有结构简单、设计制造容易、控制精度较好、容易调试、价格便宜、使用维修方便等优点。所以，本设计决定采用开环控制系统。（3）数控系统的硬件电路设计任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件是数控系统的基础，性能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效地运行。在设计的数控装置中，CpU的选择是关键，选择CpU应考虑以下要素：1.时钟频率和字长与被控对象的运动速度和精度密切相关；2.可扩展存储器的容量与数控功能的强弱相关；3.i/o口扩展的能力与对外设控制的能力相关。除此之外，还应根据数控系统的应用场合、控制对象以及各种性能、参数要求等，综合起来考虑以确定CpU。在我国，普通机床数控改造方面应用较普遍的是Z80CpU和mCS-51系列单片机，主要是因为它们的配套芯片便宜，普及性、通用性强，制造和维修方便，完全能满足经济型数控机床的改造需要。本设计中是以mCS-51系列单片机，51系列相对48系列指令更丰富，相对96系列价格更便宜，51系列中，是无Rom的8051，8751是用epRom代替Rom的8051。目前，工控机中应用最多的是8031单片机。本设计以8031芯片为核心，增加存储器扩展电路、接口和面板操作开关组成的控制系统。2.3总体方案的确定经总体设计方案的论证后，确定的Ca6140车床经济型数控改造示意图如图所示。Ca6140车床的主轴转速部分保留原机床的功能，即手动变速。车床的纵向（Z轴）和横向（X轴）进给运动采用步进电机驱动。由8031单片机组成微机作为数控装置的核心，由i/o接口、环形分配器与功率放大器一起控制步进电机转动，经齿轮减速后带动滚珠丝杠转动，从而实现车床的纵向、横向进给运动。刀架改成由微机控制的经电机驱动的自动控制的自动转位刀架。为保持切削螺纹的功能，必须安装主轴脉冲发生器，为此采用主轴靠同步齿形带使脉冲发生器同步旋转，发出两路信号：每转发出的脉冲个数和一个同步信号，经隔离电路以及i/o接口送给微机。如图2－1所示：
第三章微机数控系统硬件电路设计
3.1微机数控系统硬件电路总体方案设计本系统选用8031CpU作为数控系统的中央处理机。外接一片2764epRom，作为监控程序的程序存储器和存放常用零件的加工程序。再选用一片6264Ram用于存放需要随机修改的零件程序、工作参数。采用译码法对扩展芯片进行寻址，采用74LS138译码器完成此功能。8279作为系统的输入输出口扩展，分别接键盘的输入、输出显示，8255接步进电机的环形分配器，分别并行控制X轴和Z轴的步进电机。另外，还要考虑机床与单片机之间的光电隔离，功率放大电路等。其硬件框图如图3－1所示：图3－28031芯片内部结构图各引脚功能简要介绍如下：⒈源引脚VSS：电源接地端。VCC：＋5V电源端。⒉输入/输出（i/o）口线8031单片机有p0、p1、p2、p34个端口，每个端口8根i/o线。当系统扩展外部存储器时，p0口用来输出低8位并行数据，p2口用来输出高8位地址，p3口除可作为一个8位准双向并行口外，还具有第二功能，各引脚第二功能定义如下：p3.0RXD：串行数据输入端。p3.1tXD：串行数据输出端p3.2int0：外部中断0请求信号输入端。p3.3int1：外部中断1请求信号输入端。p3.4t0：定时器/计数器0外部输入端p3.5t1：定时器/计数器1外部输入端p3.6wR：外部数据存储器写选通。p3.7RD：外部数据存储器读选通。在进行第二功能操作前，对第二功能的输出锁存器必须由程序置1。⒊信号控制线RSt/VpD：RSt为复位信号线输入引脚，在时钟电路工作以后，该引脚上出现两个机器周期以上的高电平，完成一次复位操作。8031单片机采用两种复位方式：一种是加电自动复位，另一种为开关复位。aLe/pRoG：aLe是地址锁存允许信号。它的作用是把CpU从p0口分时送出的低8位地址锁存在一个外加的锁存器中。外部程序存储器读选通信号。当其为低电平时有效。
Vpp：当ea为高电平且pC值小于0FFFH时CpU执行内部程序存储器中的程序。当ea为低电平时，CpU仅执行外部程序存储器中的程序。XtaL1：震荡器的反相放大器输入，使用外部震荡器时必须接地；XtaL2：震荡器的反相放大器输出，使用外部震荡器时，接收震荡信号；（2）片外三总线结构单片机在实际应用中，常常要扩展外部存储器、i/o口等。单片机的引脚，除了电源、复位、时钟输入以及用户i/o口外，其余的引脚都是为了实现系统扩展而设置的，这些引脚构成了三总线形式：⒈地址总线aB地址总线宽度为16位。因此，外部存储器直接寻址范围为64KB。由p0口经地址锁存器提供16位地址总线的低8位地址（a7～a0），p2口直接提供高8位地址（a15～a8）。⒉数据总线DB数据总线宽度为8位，由p0口提供。⒊控制总线CB控制总线由第二功能状态下的p3口和4根独立的控制线RSt、ea、aLe和pSen组成。其引脚图如图3－3所示：3.1.28255a可编程并行i/o口扩展芯片8255a可编程并行i/o口扩展芯片可以直接与mCS系列单片机系统总线连接，它具有三个8位的并行i/o口，具有三种工作方式，通过编程能够方便地采用无条件传送、查询传送或中断传送方式完成CpU与设备之间的信息交换。8255a的结构及引脚功能：1、8255a的结构8255a的内部结构如图3－4所示。其中包括三个8位并行数据i/o端口，二个工作方式控制电路，一个读/写控制逻辑电路和一个8位数据总线缓冲器。各部分功能介绍如下：（1）三个8位并行i/o端口a、B、Ca口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入锁存器。可编程为8位输入、或8位输出、或8位双向寄存器。B口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位输入或输出寄存器，但不能双向输入/输出。C口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入缓冲器，C口可分作两个4位口，用于输入或输出，也可作为a口和B口选通方式工作时的状态控制信号。（2）工作方式控制电路a、B两组控制电路把三个端口分成a、B两组，a组控制a口各位和C口高四位，B组控制B口各位和C口低四位。两组控制电路各有一个控制命令寄存器，用来接收由CpU写入的控制字，以决定两组端口的工作方式。也可根据控制字的要求对C口按位清“0”或置“1”。（3）读/写控制逻辑电路它接收来自CpU的地址信号及一些控制信号，控制各个口的工作状态。（4）数据总线缓冲器它是一个三态双向缓冲器，用于和系统的数据总线直接相连，以实现CpU和8255a之间信息的传送。
参考文献：
[1]王润孝，秦现生.机床数控原理与系统
.西安:西北工业大学出版社,2000
[2]李华，mCS-51单片机实用接口技术
.北京:北京航空航天大学出版社,1993
[3]李圣怡等，windows环境下软硬件接口设计
.长沙:国防科技大学出版社,2001
[4]顾京，数控加工编程及操作.北京:高等教育出版社,2002
数控机床的组成及工作原理篇10
关键词：数控机床，单片机数控系统，改装设计
第一章概述
机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床－数控机床的诞生和发展。计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变。数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点：1.适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件；在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件加工。2.加工精度高；3.生产效率高；4.减轻劳动强度，改善劳动条件；5.良好的经济效益；6.有利于生产管理的现代化。数控机床已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。我国数控机机床近几年在产业化和产品开发上取得了明显的进步，特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。但是，国产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的1/10左右，差距太大，急待改造。旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。在国内工厂的技术改造中，机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、pc技术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。我国经济资源有限，国家大，机床需要量大，因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床，而我国的旧机床很多，用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的国情。1984年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机床。到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料，今后，机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。所以说，本毕业设计实例具有典型性和实用性。
第二章总体方案的设计
2.1设计任务本设计任务是对ca6140普通车床进行数控改造。利用微机对纵、横向进给系统进行开环控制，纵向（z向）脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向（x向）脉冲当量为0.005mm/脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副，刀架采用自动转位刀架。2.2总体方案的论证对于普通机床的经济型数控改造，在确定总体设计方案时，应考虑在满足设计要求的前提下，对机床的改动应尽可能少，以降低成本。（1）数控系统运动方式的确定数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位直线控制系统、连续控制系统。由于要求ca6140车床加工复杂轮廓零件，所以本微机数控系统采用两轴联动连续控制系统。（2）伺服进给系统的改造设计数控机床的伺服进给系统有开环、半闭环和闭环之分。因为开环控制具有结构简单、设计制造容易、控制精度较好、容易调试、价格便宜、使用维修方便等优点。所以，本设计决定采用开环控制系统。（3）数控系统的硬件电路设计任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件是数控系统的基础，性能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效地运行。在设计的数控装置中，cpu的选择是关键，选择cpu应考虑以下要素：1.时钟频率和字长与被控对象的运动速度和精度密切相关；2.可扩展存储器的容量与数控功能的强弱相关；3.i/o口扩展的能力与对外设控制的能力相关。除此之外，还应根据数控系统的应用场合、控制对象以及各种性能、参数要求等，综合起来考虑以确定cpu。在我国，普通机床数控改造方面应用较普遍的是z80cpu和mcs-51系列单片机，主要是因为它们的配套芯片便宜，普及性、通用性强，制造和维修方便，完全能满足经济型数控机床的改造需要。本设计中是以mcs-51系列单片机，51系列相对48系列指令更丰富，相对96系列价格更便宜，51系列中，是无rom的8051，8751是用eprom代替rom的8051。目前，工控机中应用最多的是8031单片机。本设计以8031芯片为核心，增加存储器扩展电路、接口和面板操作开关组成的控制系统。2.3总体方案的确定经总体设计方案的论证后，确定的ca6140车床经济型数控改造示意图如图所示。ca6140车床的主轴转速部分保留原机床的功能，即手动变速。车床的纵向（z轴）和横向（x轴）进给运动采用步进电机驱动。由8031单片机组成微机作为数控装置的核心，由i/o接口、环形分配器与功率放大器一起控制步进电机转动，经齿轮减速后带动滚珠丝杠转动，从而实现车床的纵向、横向进给运动。刀架改成由微机控制的经电机驱动的自动控制的自动转位刀架。为保持切削螺纹的功能，必须安装主轴脉冲发生器，为此采用主轴靠同步齿形带使脉冲发生器同步旋转，发出两路信号：每转发出的脉冲个数和一个同步信号，经隔离电路以及i/o接口送给微机。如图2－1所示：
第三章微机数控系统硬件电路设计
3.1微机数控系统硬件电路总体方案设计本系统选用8031cpu作为数控系统的中央处理机。外接一片2764eprom，作为监控程序的程序存储器和存放常用零件的加工程序。再选用一片6264ram用于存放需要随机修改的零件程序、工作参数。采用译码法对扩展芯片进行寻址，采用74ls138译码器完成此功能。8279作为系统的输入输出口扩展，分别接键盘的输入、输出显示，8255接步进电机的环形分配器，分别并行控制x轴和z轴的步进电机。另外，还要考虑机床与单片机之间的光电隔离，功率放大电路等。其硬件框图如图3－1所示：图3－28031芯片内部结构图各引脚功能简要介绍如下：⒈源引脚vss：电源接地端。vcc：＋5v电源端。⒉输入/输出（i/o）口线8031单片机有p0、p1、p2、p34个端口，每个端口8根i/o线。当系统扩展外部存储器时，p0口用来输出低8位并行数据，p2口用来输出高8位地址，p3口除可作为一个8位准双向并行口外，还具有第二功能，各引脚第二功能定义如下：p3.0rxd：串行数据输入端。p3.1txd：串行数据输出端p3.2int0：外部中断0请求信号输入端。p3.3int1：外部中断1请求信号输入端。p3.4t0：定时器/计数器0外部输入端p3.5t1：定时器/计数器1外部输入端p3.6wr：外部数据存储器写选通。p3.7rd：外部数据存储器读选通。在进行第二功能操作前，对第二功能的输出锁存器必须由程序置1。⒊信号控制线rst/vpd：rst为复位信号线输入引脚，在时钟电路工作以后，该引脚上出现两个机器周期以上的高电平，完成一次复位操作。8031单片机采用两种复位方式：一种是加电自动复位，另一种为开关复位。ale/prog：ale是地址锁存允许信号。它的作用是把cpu从p0口分时送出的低8位地址锁存在一个外加的锁存器中。外部程序存储器读选通信号。当其为低电平时有效。
vpp：当ea为高电平且pc值小于0fffh时cpu执行内部程序存储器中的程序。当ea为低电平时，cpu仅执行外部程序存储器中的程序。xtal1：震荡器的反相放大器输入，使用外部震荡器时必须接地；xtal2：震荡器的反相放大器输出，使用外部震荡器时，接收震荡信号；（2）片外三总线结构单片机在实际应用中，常常要扩展外部存储器、i/o口等。单片机的引脚，除了电源、复位、时钟输入以及用户i/o口外，其余的引脚都是为了实现系统扩展而设置的，这些引脚构成了三总线形式：⒈地址总线ab地址总线宽度为16位。因此，外部存储器直接寻址范围为64kb。由p0口经地址锁存器提供16位地址总线的低8位地址（a7～a0），p2口直接提供高8位地址（a15～a8）。⒉数据总线db数据总线宽度为8位，由p0口提供。⒊控制总线cb控制总线由第二功能状态下的p3口和4根独立的控制线rst、ea、ale和psen组成。其引脚图如图3－3所示：3.1.28255a可编程并行i/o口扩展芯片8255a可编程并行i/o口扩展芯片可以直接与mcs系列单片机系统总线连接，它具有三个8位的并行i/o口，具有三种工作方式，通过编程能够方便地采用无条件传送、查询传送或中断传送方式完成cpu与设备之间的信息交换。8255a的结构及引脚功能：1、8255a的结构8255a的内部结构如图3－4所示。其中包括三个8位并行数据i/o端口，二个工作方式控制电路，一个读/写控制逻辑电路和一个8位数据总线缓冲器。各部分功能介绍如下：（1）三个8位并行i/o端口a、b、ca口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入锁存器。可编程为8位输入、或8位输出、或8位双向寄存器。b口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位输入或输出寄存器，但不能双向输入/输出。c口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入缓冲器，c口可分作两个4位口，用于输入或输出，也可作为a口和b口选通方式工作时的状态控制信号。（2）工作方式控制电路a、b两组控制电路把三个端口分成a、b两组，a组控制a口各位和c口高四位，b组控制b口各位和c口低四位。两组控制电路各有一个控制命令寄存器，用来接收由cpu写入的控制字，以决定两组端口的工作方式。也可根据控制字的要求对c口按位清“0”或置“1”。（3）读/写控制逻辑电路它接收来自cpu的地址信号及一些控制信号，控制各个口的工作状态。（4）数据总线缓冲器它是一个三态双向缓冲器，用于和系统的数据总线直接相连，以实现cpu和8255a之间信息的传送。
参考文献：
[1]王润孝，秦现生.机床数控原理与系统.西安:西北工业大学出版社,2000
[2]李华，mcs-51单片机实用接口技术.北京:北京航空航天大学出版社,1993
[3]李圣怡等，windows环境下软硬件接口设计.长沙:国防科技大学出版社,2001
[4]顾京，数控加工编程及操作.北京:高等教育出版社,2002