第 1 章 绪论
1.1数控机床的发展及其研究现状
上世纪五十年代，随着电子信息技术、计算机技术、传感器技术、液压技术及机械制造技术的发展，第一台数控机床的问世给制造业带来了翻天覆地的变化。现在数控机床不仅是机械行业中的重要基础装备，也是汽车、航空、电子、国防等重要产业实现自动化的必要设备。数控机床产业本身所产生的产值虽然比汽车、航空、航天等产业低，但是数控机床可以大大提高其它行业的生产效率及产品质量。数控技术的发展可以辐射到各个行业，无论对产品结构、加工方式及生产制造的管理模式等都有着深刻而又广泛的影响。所以世界各个国家特别重视数控技术的发展，大力投资数控机床产业，积极推进制造行业的自动化高效化。数控技术的先进与否是衡量一个国家制造业水平的重要标准[1-2]。
1.1.1 数控技术与数控机床的产生与发展
数控机床是关乎国民经济建设和国防工业发展的基础制造设备。随着世界经济的发展和技术的进步，高档数控机床已成为世界各国装备制造业的主要工具，是高精度、大批量、多品种机械生产的关键技术装备，是国防安全的战略物资，是汽车和航空航天等工业发展的重要支撑，是降低产品制造成本、保证产品质量、提高产品生产率和市场竞争力的重要手段，其性能、品质和数量已成为衡量国家工业化水平和综合国力的重要标志。我国对于数控机床研究和应用起步较晚，与发达国家相比技术上存在较大差距。随着我国航空航天、汽车、军工、电力设备制造等重要行业的高速发展，目前急需进行制造设备的更新换代，以提高我国的综合国力。但目前这些行业需要的高档关键设备大部分需从国外进口，尤其是精密数控加工设备。据有关资料统计，航空航天、军工、船舶、汽车、发电等设备制造所需要的高档数控机床与基础制造装备 90%依赖进口。2006 年我国机床进口额为 72.4 亿美元，人民币约为 560多亿元，精密卧式加工中心机床约为 40 亿元人民币，600 台左右。预计 2013 年后，中国市场精密加工设备的需求在 1100 台以上。进口高档数控机床消耗大量外汇储备，同时制造技术长期受制于人，因此高档精密数控机床的研制是非常必要的。
第 2 章 多轴组镗铣加工中心的总体设计方案
2.1 机床的加工对象
箱体是机械加工领域中重要的一类零件，也是机器的基础零件。它将轴、轴承、齿轮等零件按照一定的位置关系装配成一个整体，并按预定的传动关系协调运动[6]。不同的箱体虽然形状上有差异，但这类零件仍有一些共同的特点：
（1）结构形状相对复杂
箱体类零件绝大多数是一个具有内腔的壳体。箱体内部表面一般都有轴承孔、支撑筋、安装孔等结构[7]。为了便于机器零件的安装一般箱体还设有安装底板、法兰等结构。绝大多数箱体在其内部存有部分润滑油，以减少零件间的摩擦，这样就需要一些小的凸台、凹坑便于油尺等附件的安装，如图 2.1 所示某箱体零件。
（2）加工精度要求高
为了保证箱体内部各回转件的准确运行，一方面必须保证这些零件安装时的平行度、垂直度。箱体是大多数零部件的载体，各个轴承孔的布置加工及加工精度直接影响着箱体内部零件的运行。比如箱体内部具有齿轮啮合关系的孔，它们之间必须保证孔距的精度和平行度，如果误差很大就会直接影响齿轮的啮合，这样就会产生震动和噪音，同时也会降低零件的加工精度，严重的会直接导致机器故障的发生。按照一般要求支撑孔的加工等级一般为 IT6~7 级，粗糙度 Ra1.6~ 0.8μm ，几何形状精度不超过孔公差的 1/2~ 1/3[8]。另一方面箱体的某些表面一般都会作为后续加工的基准面，所以对这些面要求的精度也是很高的。
第 3 章 多轴组镗铣加工中心电气设计方案 ........13
3.1 机床电气设计基本要求...... 13
3.2 NUM 数控及多轴组功能介绍 ........ 14
3.3 主运动系统电气原理设计........ 16
3.4 进给运动系统电气原理设计.... 18
3.5 PLC 输入输出接口控制原理图设计.....19
3.5.1 NUM 内置 PLC 介绍 ....19
3.5.2 输入输出模块设计.......22
3.6 本章小结 ......24
第 4 章 机床控制功能的实现及稳定性调节.........25
4.1 PLC 程序设计.....25
4.2 加工中心参数设置及零件程序编写 ....28
4.2.1 加工中心参数设置.......28
4.2.2 加工中心零件程序的编写.......30
4.3 机床伺服稳定性的调节 ......32
4.4 本章小结 ......42
第 5 章 多轴组镗铣加工中心故障.....43
5.1 数控机床故障诊断系统开发基础理论 ......43
5.2 加工中心故障诊断系统在线诊断....48
5.3.加工中心故障诊断辅助部分设计及实现.........55
结论
本文在镗铣加工中心电气控制研究的基础上，并基于多轴组镗铣加工中心进行了故障诊断技术的开发，为机床的正常运行提供了方便。本课题的研究工作及取得的主要成果主要包括以下几个方面：
（1）在分析复杂箱体多轴组镗铣加工中心的技术特点和要求的基础上，完成了整体电气控制方案的设计。通过对数控系统、各伺服单元及 NUM 系统多轴组技术的研究，完成机床电气控制及 PLC 控制的设计。
（2）建立了加工中心控制系统的数学模型。通过建立的数学模型对伺服系统的分析，为机床参数设置和优化的提供了理论依据。为了改善伺服系统的性能，利用 PID 控制原理对系统的控制环进行校正和调整，使系统获得良好的稳定性、动态特性，提高加工中心的加工精度。
（3）完成了基于多轴组镗铣加工中心故障诊断软件的开发。通过 NUM 数控提供的 COM 组件，实现计算机与 CNC 之间的通信，将系统 PLC 变量和内部主要参数读入到计算机侧，通过计算机程序设计对数据进行处理，来完成故障在线诊断功能。对于部分故障比较难以应用量化参数来诊断时，通过以专家系统为框架搭建出机床故障诊断系统，以人机对话的方式，来得到故障诊断的解决方案。该系统基本符合最初的设计要求，能准确的进行故障定位，为故障维修提供决策支持，同时利用数据库建立起的知识库十分便于知识维护。
参考文献
[1] 叶伯生.计算机数控系统原理、编程与操作[M].华中理工大学出版社，1999.2-5
[2] 李斌，李曦.数控技术[M].华中科技大学出版社，2010.1-2
[3] 胡占齐，杨莉.机床数控技术[M].机械工业出版社，2008.10-15
[4] 王爱玲，武文革.现代数控机床[M].国防工业出版社，2009.30-31
[5] 翟巍.从中国数控机床展览会 CCMT2010 看我国重型机床快速发展[J].WMEM，2012（6）：57-60
[6] 张永全.箱体类零件的加工工艺分析[J].现代制造技术与装备，2011.（5）：56-57
[7] 陈军.基于 CAD/CAM 的箱体类零件设计和加工应用技术研究[D].中国石油大学硕士学位论文.2006.12-13
[8] 张琳燕.箱体类零件的技术要求与加工工艺[J].广东科技，2009.（6）:44
[9] 刘旭宇.加工中心上箱体零件加工工艺路线的确定[J].机床与液压，2003.（2）：260-261
[10] 陈远龄.机床电气自动控制[M].重庆大学出版社，2008.10-11