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偶先来(粉乱)
  
  关于主轴结构
  
何謂直結式主軸？
直結式主軸即類似三軸馬達與滾珠螺桿之接合方式，主軸馬達置於主軸上方，馬達與主軸以高剛性無間隙連軸器相連，馬達端之轉動經由連軸器傳於主軸，此即直結式主軸
  
直結式主軸比起皮帶式，齒輪式與內藏式有什麼特色？
  
內藏式主軸:  
內藏式主軸即將馬達與主軸合而為一，將馬達轉子安裝於主軸軸心，定子在外，運轉原理和一般主軸馬達相同，其具有低振動特性，動態迴轉精度亦較好，但因主軸內必須置放馬達轉子造成軸承跨距較大，剛性較弱的情形發生
內藏式主軸因剛性之故並不適合重切削
  
直結式主軸：
直結式主軸即類似三軸馬達與滾珠螺桿之接合方式，主軸馬達置於主軸上方，馬達與主軸以高剛性無間隙連軸器相連，馬達端之轉動經由連軸器傳於主軸，此即直結式主軸
直結式主軸屬於剛性連結，對於馬達輸出之POWER較能完全表達於主軸特性，機械效率較高，於主軸運動時，連軸器扮演著不可或缺的角色，連軸器校正好或壞足以影響主軸運動精度，若連軸器校正不良對主軸產生下列影響，主軸溫昇急劇昇高、主軸震動過大、主軸偏擺過大、加工精度不良、甚至主軸燒毀
  
皮帶式主軸:
皮帶式主軸以皮帶傳遞主軸馬達之運動至主軸，其優點為，振動較齒輪式主軸小， 易組裝，缺點為高速時噪音大，皮帶張力不易控制等
  
齒輪式主軸:
齒輪式主軸最大之優點為可傳遞高扭力， 重切削能力優良， 其缺點為轉速受限於齒輪設計不易提昇等
   
  
电主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，它与直线电机技术、高速刀具技术一起，将会把高速加工推向一个新时代。电主轴是一套组件，它包括电主轴本身及其附件：电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置。   
　　电主轴所融合的技术：   
　　高速轴承技术：电主轴通常采用复合陶瓷轴承，耐磨耐热，寿命是传统轴承的几倍；有时也采用电磁悬浮轴承或静压轴承，内外圈不接触，理论上寿命无限；   
　　高速电机技术：电主轴是电动机与主轴融合在一起的产物，电动机的转子即为主轴的旋转部分，理论上可以把电主轴看作一台高速电动机。关键技术是高速度下的动平衡；   
　　润滑：电主轴的润滑一般采用定时定量油气润滑；也可以采用脂润滑，但相应的速度要打折扣。所谓定时，就是每隔一定的时间间隔注一次油。所谓定量，就是通过一个叫定量阀的器件，精确地控制每次润滑油的油量。而油气润滑，指的是润滑油在压缩空气的携带下，被吹入陶瓷轴承。油量控制很重要，太少，起不到润滑作用；太多，在轴承高速旋转时会因油的阻力而发热。   
　　冷却装置：为了尽快给高速运行的电主轴散热，通常对电主轴的外壁通以循环冷却剂，冷却装置的作用是保持冷却剂的温度。   
　　内置脉冲编码器：为了实现自动换刀以及刚性攻螺纹，电主轴内置一脉冲编码器，以实现准确的相角控制以及与进给的配合。   
　　自动换刀装置：为了应用于加工中心，电主轴配备了自动换刀装置，包括碟形簧、拉刀油缸等；   
　　高速刀具的装卡方式：广为熟悉的BT、ISO刀具，已被实践证明不适合于高速加工。这种情况下出现了HSK、SKI等高速刀具。   
　　高频变频装置： 要实现电主轴每分钟几万甚至十几万转的转速，必须用一高频变频装置来驱动电主轴的内置高速电动机，变频器的输出频率必须达到上千或几千赫兹。
   
  

浅谈数控机床的验收
  
一、数控机床检验的必要性
    很多用户认为新机床在出厂时已做过检验，现场安装上需调一下机床水平，试加工零件合格便可通过验收。这些用户忽视几方面问题：
  
    1．新机床通过运输要产生振动和变形，此时机床精度与出厂检验的精度产生偏差；
  
    2．机床的调整也会对相关的精度产生一定影响；
  
    3．位置精度的检测元件安装在机床相关部件上，几何精度的调整会对其产生一定的影响。
  
    所以，验收必须对机床的几何精度、位置精度及工作精度做全面检验，才能保证机床的工作性能。
  
    二、数控机床的验收
    一般分两个阶段进行验收。
  
    1．预验收
  
    目的是为了检查、验证机床能否满足用户的加工质量及生产率，检查供应商提供的资料、备件。供应商只有在机床通过正常运行试切并经检验生产合格加工件后，才能进行预验收。
  
    2．最终验收
  
    根据验收标准，测定合格证上所提供的各项技术指标，验收工作分以下几步：
  
    （1）开箱检验；
  
    （2）外观检查；
  
    （3）机床性能及数控功能的验收；
  
    （4）数控机床精度的验收（包括位置精度和工作精度）。
  
    在验收机床几何精度时，在机床精调后一次完成，不允许调整一项检测一项。位置精度检验要依据相应的精度验收标准进行。机床的工作精度是一项综合精度，它不仅反映机床的几何精度和位置精度，同时还包括试件的材料、环境温度、刀具性能以及切削条件等各种因素造成的误差。
  
    在验收数控机床时，加强对以上几方面的检验对设备管理工作非常有益，并可减少不必要损失。
  
摘自2004年第2期《设备维修与管理》

诊断数控机床疑难故障的几种特殊方法
1．采用电阻比对法诊断电源负载短路故障
  
    障实例：FANUC一BESK伺服驱动板十15V负载软击穿烧保险丝。
  
    我们维修时，通过初步检查判定故障原因是负载局部短路，并且用数字表测得十15V对“地”电阻，正常板为1．3KΩ 故障板为300Ω。因为通电好烧保险丝，根本无法通电检查，所以只能做电阻测量或拆元件检查。
  
    但是，由于该伺服板的十15V电源与其负载（24只集成元件）的印刷电路成放射型结构，所以，电阻测量时无法做电路切割分离，并且由于元件多且为直接焊装，也不可能逐一拆卸检查。维修的实际操作十分困难，即使故障解决了，也往往弄得电路板伤痕累累。处理这种既不能做电路切割分离或元件拆卸也无法通电检查的故障，我们采用电阻比对法检查很方便。诊断检查时，不切割电路也不焊脱元件，而是直接测量十15V端与各集成元件的有关管脚问的电阻值，同时将故障板与正常板做对应值比较，即可查出故障。处理以上故障时，考虑到元件管脚多，所以首先分析厚膜块内部电路（图中已标出）和集成块管脚功能图，然后从中筛选出若干主要的测试点，做电阻测量。当测量到Q7时，发现其3脚（ ＋ 15V）对14脚（输出）电阻为150Ω（正常为6KΩ ，怀疑Q7（LM339）有问题，更换Q7后，伺服板恢复正常，说明Q7管脚间阻值异常系内部软击穿，从而引起电源短路。
  
    2. 快速过程的分步模拟法
  
    有些控制过程，如步进电机的自动升降速过程，直流调速器的停车制动过程，只有零点几秒的瞬间时间。查寻这种快速过程的电路故障，显然无法采用一般仪表进行故障跟踪检测，所以故障诊断比较困难。下面通过故障实例一5V型直流可控硅主驱动停车时间太长的故障，介绍我们采用的特殊方法一分步模拟法。
  
    经过对故障板的初步检查，判断故障原因在V5主驱动器制动电路。该制动控制逻辑复杂，涉及电路多，诊断故障决非举手之劳，而且由于制动过程短，无法测量，所以我们采用分步模拟法进行诊断检查。由电路原理得知制动过程如下：（1）本桥逆变，释放能量；（2）自动换桥，再生制动；（3）再次换桥，电路复原。
  
    为了分步测量的需要，以速度指令、速度反馈和电流反馈为设定量，将以上过程细分为八个步骤（列成一张表），然后逐步改变相应设定量，检测有关电路信号，对照电路逻辑，查出故障。我们做分步测试进行到第二步（即速度指令由1变0）时，发现“a后移”和“积分停止”均为高电平，按电路逻辑，应为低电平，据此查对电路，很快找出A2板中与非门Dl06（型号：FZHI01）有问题，更换后，故障排除。
  
    3．CT4一OS3型查频器的一例特殊故障
  
    CT4一os3型变频器常用于YBM90和MK5oo加工中心的刀库驱动。在维修中，我们多次碰到该变频器时好时坏的缺相故障，并且测得缺相电压只有60至2ooV（正常为400v)。由于这是一种时好时坏的软故障，诊断查寻困难。
  
    但是，我们发现该变频器这种故障的多数原因是脉冲隔离级问题——振荡不稳定。这种故障现象，用示波器检查，很难发现“波形丢失”，但一般都有三组脉冲幅值不相等，甚至差异软大的现象。其实，仔细分析一下隔离级电路的特点就能看出问题，这是一个比较特殊的间歇振荡器，仅用二只三级管，分别做振荡管和振荡器电源开关。由于采用单管振荡，而且振荡电路串入限流电阻和二只三极管，加上变压器输出负载，所以振荡电路损耗大，增益低，容易造成电路偶发性停振和脉冲幅值不足的毛病，即产生时好时坏的电机缺相故障。从以上分析可以看出，这种电路对脉冲变压器Q值和三极管β值要求严格，用户维修时，可以采用如下措施得到弥补：（1）选用高β（120至180）振荡管；（2）适当减少限流电阻阻值，即在51Ω电阻上并接100一270Ω。  
  
    4．诊断多种故障综合症
  
    下面通过CVT035型晶体管直流驱动器的典型实例，说明多种故障综合症的诊断方法。该故障伺服板，经初步检查看出，电路板外观很脏，输出级烧损严重，可见用户的维护保养比较欠缺，处理这种故障，应该首先清除脏物，修复输出级，切忌贸然通电，否则可能引发短路，扩大故障面。例如铁粉灰尘的导电短路，输出级开关管击穿对前级和电源的短路等等。经上述处理后，通电检查又发现如下故障：（1）“欠压”红灯有时闪亮（“READY”绿灯闪灭）；（2）电机不转；（3）开关电源（±15V）变压器Tl和电源开关管V69异常发烫。
  
    这是一例典型的综合症，而且故障之间可能存在某种因果关系，所以处理故障需要顺序进行，否则可能事倍功半，甚至引发故障面扩大。我们通过分析，做出如下维修排序：开关电源一＞“欠压”灯——＞电机运转。首先检查电源板，通过测量主回路150V直流电压和断开±15V负载的检查后，得知故障在开关电源板内部，在检查电源板中发现10V稳压管V32的电压只有9．5V，由此检查下去，找到故障原因：V32的限流电阻Rl85阻值变大。更换Rl85后，±15V电源板和“欠压”灯等均恢复正常，但电机仍不转。可见，以上灯闪和元件发烫均由Rl85变值引起，电机不转则另有原因。按通常的检查方法，可以逐级检测，但由于经验的缘故，我们只做简单的变换转向试验，结果发现反向运转正常，所以很快查出故障原因：换向电路的集成块N5（TL084）失效，更换N5后，一切正常。  
  
    5．PC接口法
  
    由于数控机床各单元（除驱动器外）与数控系统之间都是通过PC接口（1／O）实现信号的传递和控制，因此，许多故障都会通过PC接口信号反映出来，我们可以通过查阅PC机床侧的1／O信号诊断各种复杂的机床故障或判别故障在数控系统还是在机床电气。其方法很简单，即要求熟悉全部PC（机床侧）接口信号的现行状态和正常状态（或制成一张表格），诊断时，通过对全部PC（机床侧）接口信号的现行状态和正常状态逐一查看比对，找出有故障的接口信号，然后根据信号的外部逻辑关系，查出故障原因。当你熟悉了PC接口信号后，应用这种PC接口比对法，非常简便快快捷，而且避免了分板复杂的梯形图程序。
  
    6．西门子3GG系统数据异常的恢复
  
    瑞士STUDER s45一6磨床配备西门子3GG系统，为双NC双PLC结构，该系统具有很强的自诊断功能，发生故障时，可以借助屏幕提示，快速诊断修复故障。但是如果发生系统无法启动，并且PLC处于停止状态，屏幕不亮，那么系统的自诊断功能将无法发挥作用，导致诊断困难。发生这种故障的原因比较多，如果电池电压低于2．7V，必须更换电池；如果NC或PLC硬件损坏，需要更换电路板；如果机床的24V电源低于21V，需要检查电源电路和负载。
  
    但是我们碰到更多的故障原因并不是硬件故障，而是机床数据异常这类软故障。其原因比较复杂，如电网干扰、电磁波干扰、电池失效、操作失误等均有可能造成机床数据的丢失或混乱，以致系统无法启动。
  
    象这类软故障我们可以采用全清恢复法使系统恢复运行。3GG系统的全清步骤如下：
    （1） 机床数据、用户程序、设定数据和背景存贮器的清除；
    （2） 3GG系统的初始化；
    （3） PLc清零；
    （4） 恢复被清除的全部数据、程序。一般需要设定波特率，调出128KB内存，然后，通过磁盘等媒体输入数据、程序。
    （5） 试验并检查伺服系统的全部KV系数。
    （6） 完成这些步骤后，系统恢复正常。

浅谈机床数控改造
　　　　一、数控系统发展简史及趋势
　　1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。
　　6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。
1.1、数控（NC）阶段（1952～1970年）
　　早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路"搭"成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（HARD-WIRED NC），简称为数控（NC）。随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即1952年的第一代--电子管；1959年的第二代--晶体管；1965年的第三代--小规模集成电路。
1.2、计算机数控（CNC）阶段（1970年～现在）
　　到1970年，通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段（把计算机前面应有的"通用"两个字省略了）。到1971年，美国INTEL公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件--运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（MICROPROCESSOR），又可称为中央处理单元（简称CPU）。
　　到1974年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控），不如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。
　　到了1990年，PC机（个人计算机，国内习惯称微机）的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于PC的阶段。  
总之，计算机数控阶段也经历了三代。即1970年的第四代--小型计算机；1974年的第五代--微处理器和1990年的第六代--基于PC（国外称为PC-BASED）。
　　还要指出的是，虽然国外早已改称为计算机数控（即CNC）了，而我国仍习惯称数控（NC）。所以我们日常讲的"数控"，实质上已是指"计算机数控"了。
1.3、数控未来发展的趋势  
1.3.1　继续向开放式、基于PC的第六代方向发展
　　基于PC所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用PC机作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。PC机所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍。
1.3.2　向高速化和高精度化发展
　　这是适应机床向高速和高精度方向发展的需要。
1.3.3　向智能化方向发展
　　随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不断提高。
　　（1）应用自适应控制技术
　　数控系统能检测过程中一些重要信息，并自动调整系统的有关参数，达到改进系统运行状态的目的。
　　（2）引入专家系统指导加工
　　将熟练工人和专家的经验，加工的一般规律和特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。
（3）引入故障诊断专家系统
　　（4）智能化数字伺服驱动装置
　　可以通过自动识别负载，而自动调整参数，使驱动系统获得最佳的运行
二、机床数控化改造的必要性
2.1、微观看改造的必要性
　　从微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。
2.1.1 可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。
　　由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。
2.1.2 可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3～7倍。
　　由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了"柔性自动化"。
2.1.3 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要"修配"。
2.1.4 可实现多工序的集中，减少零件 在机床间的频繁搬运。
2.1.5 拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。
2.1.6 由以上五条派生的好处。
　　如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。
　　以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。此外，机床数控化还是推行FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）以及CIMS（计算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。
2.2、宏观看改造的必要性
　　从宏观上看，工业发达国家的军、民机械工业，在70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业（包括军、民机械工业）进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、FMC、FMS外，还包括在产品开发中推行CAD、CAE、CAM、虚拟制造以及在生产管理中推行MIS（管理信息系统）、CIMS等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造（称之为信息化），最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重（数控化率）到1995年只有1.9％，而日本在1994年已达20.8％，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。  
三、机床与生产线数控化改造的市场
3.1、机床数控化改造的市场
　　我国目前机床总量380余万台，而其中数控机床总数只有11.34万台，即我国机床数控化率不到3％。近10年来，我国数控机床年产量约为0.6～0.8万台，年产值约为18亿元。机床的年产量数控化率为6％。我国机床役龄10年以上的占60％以上；10年以下的机床中，自动/半自动机床不到20％，FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占60％以上）。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。
3.2、进口设备和生产线的数控化改造市场
　　我国自改革开放以来，很多企业从国外引进技术、设备和生产线进行技术改造。据不完全统计，从1979～1988年10年间，全国引进技术改造项目就有18446项，大约165.8亿美元。
　　这些项目中，大部分项目为我国的经济建设发挥了应有的作用。但是有的引进项目由于种种原因，设备或生产线不能正常运转，甚至瘫痪，使企业的效益受到影响，严重的使企业陷入困境。一些设备、生产线从国外引进以后，有的消化吸收不好，备件不全，维护不当，结果运转不良；有的引进时只注意引进设备、仪器、生产线，忽视软件、工艺、管理等，造成项目不完整，设备潜力不能发挥；有的甚至不能启动运行，没有发挥应有的作用；有的生产线的产品销路很好，但是因为设备故障不能达产达标；有的因为能耗高、产品合格率低而造成亏损；有的已引进较长时间，需要进行技术更新。种种原因使有的设备不仅没有创造财富，反而消耗着财富。
　　这些不能使用的设备、生产线是个包袱，也是一批很大的存量资产，修好了就是财富。只要找出主要的技术难点，解决关键技术问题，就可以最小的投资盘活最大的存量资产，争取到最大的经济效益和社会效益。这也是一个极大的改造市场。
四、数控化改造的内容及优缺  
4.1、国外改造业的兴起
　　在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个"永恒"的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。在美国，机床改造业称为机床再生（Remanufacturing）业。从事再生业的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton机床公司、Devlieg-Bullavd（得宝）服务集团、US设备公司等。美国得宝公司已在中国开办公司。在日本，机床改造业称为机床改装（Retrofitting）业。从事改装业的著名公司有：大隈工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。
4.2、数控化改造的内容
　　机床与生产线的数控化改造主要内容有以下几点：
　　其一是恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复；
其二是NC化，在普通机床上加数显装置，或加数控系统，改造成NC机床、CNC机床；
其三是翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度；对其不满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新；
其四是技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新，较大幅度地提高水平和档次的更新改造。
4.3、数控化改造的优缺
4.3.1　减少投资额、交货期短
　　同购置新机床相比，一般可以节省60％～80％的费用，改造费用低。特别是大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造，只花新机床购置费用的1/3，交货期短。但有些特殊情况，如高速主轴、托盘自动交换装置的制作与安装过于费工、费钱，往往改造成本提高2～3倍，与购置新机床相比，只能节省投资50％左右。
4.3.2　机械性能稳定可靠，结构受限
　　所利用的床身、立柱等基础件都是重而坚固的铸造构件，而不是那种焊接构件，改造后的机床性能高、质量好，可以作为新设备继续使用多年。但是受到原来机械结构的限制，不宜做突破性的改造。
4.3.3　熟悉了解设备、便于操作维修
　　购买新设备时，不了解新设备是否能满足其加工要求。改造则不然，可以精确地计算出机床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者对机床的特性早已了解，在操作使用和维修方面培训时间短，见效快。改造的机床一安装好，就可以实现全负荷运转。
4.3.4　可充分利用现有的条件
　　可以充分利用现有地基，不必像购入新设备时那样需重新构筑地基。
4.3.5　可以采用最新的控制技术
　　可根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次，将旧机床改成当今水平的机床。
五、数控系统的选择
数控系统主要有三种类型，改造时，应根据具体情况进行选择。
5.1、步进电机拖动的开环系统
该系统的伺服驱动装置主要是步进电机、功率步进电机、电液脉冲马达等。由数控系统送出的进给指令脉冲，经驱动电路控制和功率放大后，使步进电机转动，通过齿轮副与滚珠丝杠副驱动执行部件。只要控制指令脉冲的数量、频率以及通电顺序，便可控制执行部件运动的位移量、速度和运动方向。这种系统不需要将所测得的实际位置和速度反馈到输入端，故称之为开环系统，该系统的位移精度主要决定于步进电机的角位移精度，齿轮丝杠等传动元件的节距精度，所以系统的位移精度较低。
　　该系统结构简单，调试维修方便，工作可靠，成本低，易改装成功。
5.2、异步电动机或直流电机拖动，光栅测量反馈的闭环数控系统
该系统与开环系统的区别是：由光栅、感应同步器等位置检测装置测得的实际位置反馈信号，随时与给定值进行比较，将两者的差值放大和变换，驱动执行机构，以给定的速度向着消除偏差的方向运动，直到给定位置与反馈的实际位置的差值等于零为止。闭环进给系统在结构上比开环进给系统复杂，成本也高，对环境室温要求严。设计和调试都比开环系统难。但是可以获得比开环进给系统更高的精度，更快的速度，驱动功率更大的特性指标。可根据产品技术要求，决定是否采用这种系统。
5.3、交/直流伺服电机拖动，编码器反馈的半闭环数控系统
半闭环系统检测元件安装在中间传动件上，间接测量执行部件的位置。它只能补偿系统环路内部部分元件的误差，因此，它的精度比闭环系统的精度低，但是它的结构与调试都较闭环系统简单。在将角位移检测元件与速度检测元件和伺服电机作成一个整体时则无需考虑位置检测装置的安装问题。
　　当前生产数控系统的公司厂家比较多，国外著名公司的如德国SIEMENS公司、日本FANUC公司；国内公司如中国珠峰公司、北京航天机床数控系统集团公司、华中数控公司和沈阳高档数控国家工程研究中心。
选择数控系统时主要是根据数控改造后机床要达到的各种精度、驱动电机的功率和用户的要求。
六、数控改造中主要机械部件改装探讨
　　一台新的数控机床，在设计上要达到：有高的静动态刚度；运动副之间的摩擦系数小，传动无间隙；功率大；便于操作和维修。机床数控改造时应尽量达到上述要求。不能认为将数控装置与普通机床连接在一起就达到了数控机床的要求，还应对主要部件进行相应的改造使其达到一定的设计要求，才能获得预期的改造目的。
6.1、滑动导轨副
对数控车床来说，导轨除应具有普通车床导向精度和工艺性外，还要有良好的耐摩擦、磨损特性，并减少因摩擦阻力而致死区。同时要有足够的刚度，以减少导轨变形对加工精度的影响，要有合理的导轨防护和润滑。
6.2、齿轮副
一般机床的齿轮主要集中在主轴箱和变速箱中。为了保证传动精度，数控机床上使用的齿轮精度等级都比普通机床高。在结构上要能达到无间隙传动，因而改造时，机床主要齿轮必须满足数控机床的要求，以保证机床加工精度。
6.3、滑动丝杠与滚珠丝杠
丝杠传动直接关系到传动链精度。丝杠的选用主要取决于加工件的精度要求和拖动扭矩要求。被加工件精度要求不高时可采用滑动丝杠，但应检查原丝杠磨损情况，如螺距误差及螺距累计误差以及相配螺母间隙。一般情况滑动丝杠应不低于6级，螺母间隙过大则更换螺母。采用滑动丝杠相对滚珠丝杠价格较低，但难以满足精度较高的零件加工。
　　滚珠丝杠摩擦损失小，效率高，其传动效率可在90%以上；精度高，寿命长；启动力矩和运动时力矩相接近，可以降低电机启动力矩。因此可满足较高精度零件加工要求。
6.4、安全防护
效必须以安全为前提。在机床改造中要根据实际情况采取相应的措施，切不可忽视。滚珠丝杠副是精密元件，工作时要严防灰尘特别是切屑及硬砂粒进入滚道。在纵向丝杠上也可加整体铁板防护罩。大拖板与滑动导轨接触的两端面要密封好，绝对防止硬质颗粒状的异物进入滑动面损伤导轨。

加工中心回参考点及其故障诊断
   
      所谓加工中心参考点又名原点或零点，是机床的机械原点和电气原点相重合的点，是原点复归后机械上固定的点。每台机床可以有一个参考原点，也可以据需要设置多个参考原点，用于自动刀具交换（ATC）或自动拖盘交换（APC）等。参考点作为工件坐标系的原始参照系，机床参考点确定后，各工件坐标系随之建立。所谓机械原点，是基本机械坐标系的基准点，机械零部件一旦装配完毕，机械原点随即确立。所谓电气原点，是由机床所使用的检测反馈元件所发出的栅点信号或零标志信号确立的参考点。为了使电气原点与机械原点重合，必须将电气原点到机械原点的距离用一个设置原点偏移量的参数进行设置。这个重合的点就是机床原点。在加工中心使用过程中，机床手动或者自动回参考点操作是经常进行的动作。不管机床检测反馈元件是配用增量式脉冲编码器还是绝对式脉冲编码器，在某些情况下，如进行ATC或APC过程中，机床某一轴或全部轴都要先回参考原点。
  
　　按机床检测元件检测原点信号方式的不同，返回机床参考点的方法有两种。一种为栅点法，另一种为磁开关法。在栅点法中，检测器随着电机一转信号同时产生一个栅点或一个零位脉冲，在机械本体上安装一个减速撞块及一个减速开关后，数控系统检测到的第一个栅点或零位信号即为原点。在磁开关法中，在机械本体上安装磁铁及磁感应原点开关，当磁感应原点开关检测到原点信号后，伺服电机立即停止，该停止点被认作原点。栅点方法的特点是如果接近原点速度小于某一固定值，则伺服电机总是停止于同一点，也就是说，在进行回原点操作后，机床原点的保持性好。磁开关法的特点是软件及硬件简单，但原点位置随着伺服电机速度的变化而成比例地漂移，即原点不确定。目前，几乎所有的机床都采用栅点法。
　　使用栅点法回机床原点的几种情形如下：
　　1． 使用增量检测反馈元件的机床开机后的第一次回机床原点；
　　2． 使用绝对式检测反馈元件的机床安装后调试时第一次机床开机回原点；
　　3． 栅点偏移量参数设置调整后机床第一次手动回原点。
  
　　按照检测元件测量方式的不同分为以绝对脉冲编码器方式归零和以增量脉冲编码器方式归零。在使用绝对脉冲编码器作为测量反馈元件的系统中，机床调试前第一次开机后，通过参数设置配合机床回零操作调整到合适的参考点后，只要绝对脉冲编码器的后备电池有效，此后的每次开机，不必进行回参考点操作。在使用增量脉冲编码器的系统中，回参考点有两种模式，一种为开机后在参考点回零模式各轴手动回原点，每一次开机后都要进行手动回原点操作；另一种为使用过程中，在存储器模式下的用G代码指令回原点。
　　使用增量式脉冲编码器作为测量反馈元件的机床开机手动回原点的动作过程一般有以下三种：
　　１．手动回原点时，回原点轴先以参数设置的快速进给速度向原点方向移动，当原点减速撞块压下原点减速开关时，伺服电机减速至由参数设置的原点接近速度继续向前移动，当减速撞块释放原点减速开关后，数控系统检测到编码器发出的第一个栅点或零标志信号时，归零轴停止，此停止点即为机床参考点。
　　２．回原点轴先以快速进给速度向原点方向移动，当原点减速开关被减速撞块压下时，回原点轴制动到速度为零，在以接近原点速度向相反方向移动，当减速撞块释放原点接近开关后，数控系统检测到检测反馈元件发出的第一个栅点或零标志信号时，回零轴停止，该点即机床原点。  
　　３．回原点时，回原点轴先以快速进给速度向原点方向移动，当原点减速撞块压下原点减速开关时，回归原点轴制动到速度为零，再向相反方向微动，当减速撞块释放原点减速开关时，归零轴又反向沿原快速进给方向移动，当减速撞块再次压下原点减速开关时，归零轴以接近原点速度前移，减速撞块释放减速开关后，数控系统检测到第一个栅点或零标志信号时，归零轴停止，机床原点随之确立。  
　　使用增量式检测反馈元件的机床开机第一次各伺服轴手动回原点大多采用撞块式复归，其后各次的原点复归可以用G代码指令以快速进给速度高速复归至第一次原点复归时记忆的参考点位置。
  
　　进一步从数控系统控制过程来分析机床原点的复归，机床在回机床原点模式下，伺服电机以大于某一固定速度的进给速度向原点方向旋转，当数控系统检测到电机一转信号时，数控系统内的参考计数器被清零。如果通过参数设置了栅点偏移量，则参考计数器内也自动被设定为和栅点偏移量相等的值。此后，参考计数器就成为一个环行计数器。当计数器对移动指令脉冲计数到参考计数器设定的值时被复位，随着一转信号的出现产生一个栅点。当减速撞块压下原点减速开关时，电机减速到接近原点速度运行，撞块释放原点减速开关后，电机在下一个栅点停止，产生一个回原点完成标志信号，参考位置被复位。电源开启后第二次返回原点，由于参考计数器已设置，栅点已建立，因此可以直接返回原点位置。使用绝对检测反馈元件的机床第一次回原点时，首先数控系统与绝对式检测反馈元件进行数据通信以建立当前的位置，并计算当前位置到机床原点的距离及当前位置到最近栅点的距离，将计算值赋给计数器，栅点被确立。
　　当加工中心回参考点出现故障时，首先由简单到复杂进行检查。先检查原点减速憧块是否松动，减速开关固定是否牢固，开关是否损坏，若无问题，应进一步用百分表或激光测量仪检查机械相对位置的漂移量，检查减速撞块的长度，检查回原点起始位置、减速开关位置与原点位置的关系，检查回原点模式，是否是在开机后的第一次回原点，是否采用绝对脉冲编码器，伺眼电机每转的运动量、指令倍比及检测倍乘比，检查回原点快速迸给速度的参数设置、接近原点速度的参数设置及快速进给时间常数的参数设置是否合适，检查系统是全闭环还是半闭环，检查参考计数器设置是否适当等。
  
　　回原点故障现象及诊断调整步骤如下：
　　1．机床回原点后原点漂移检查是否采用绝对脉冲编码器，如果采用，诊断及调整步骤见使用绝对脉冲编码器的机床回原点时的原点漂移；若是采用增量脉冲编码器的机床，应确定系统是全闭环还是半闭环，若为全闭环系统，诊断调整步骤见全闭环系统中的原点偏移；若为半闭环系统，用百分表或激光测量仪检查机械相对位置是否漂移。若不漂移，只是位置显示有偏差，检查是否为工件坐标系偏置无效。在机床回原点后，机床CRT位置显示为一非零值，该值取决于某些诸如工件坐标系偏置一类的参数设置。若机械相对位置偏移，确定偏移量。若偏移量为一栅格，诊断方法见原点漂移一栅点的处理步骤。若漂移量为数个脉冲，见原点漂移数个脉冲的诊断步骤。否则检查脉冲数量和参考计数器的值是否匹配。如不匹配，修正参考计数器的值使之匹配；如果匹配，则脉冲编码器坏，需要更换。
　　２．使用绝对脉冲编码器的机床回原点时的原点漂移
首先检查并重新设置与机床回原点有关的检测绝对位置的有关参数，重新再试一次回原点操作，若原点仍漂移，检查机械相对是否有变化。如无漂移，只是位置显示有偏差，则检查工件坐标偏置是否有效；若机械位置偏移，则绝对脉冲编码器故障。
　　3．全闭环系统中的原点漂移
先检查半闭环系统回原点的漂移情况，如果正常，应检查电机一转标志信号是否由半闭环系统提供，检查有关参数设置及信号电缆联接。如参数设置正常，则光栅尺等线性测量元件不良或其接口电路故障。如参数设置不正确，则修正设置重试。
　　4．原点漂移一个栅点
先减小由参数设置的接近原点速度，重试回原点操作，若原点不漂移，则为减速撞块太短或安装不良。可通过改变减速撞块或减速开关的位置来解决，也可通过设置栅点偏移改变电气原点解决。当一个减速信号由硬件输出后，到数字伺服软件识别这个信号需要一定时间，因此当减速撞块离原点太近时软件有时捕捉不到原点信号，导致原点漂移。
　 如果减小接近原点速度参数设置后，重试原点复归，若原点仍漂移，可减小‘快速进给速度或快速进给时间常数的参数设置，重回原点。若时间常数设置太大或减速撞块太短，在减速撞块范围内，进给速度不能到达接近原点速度，当接近开关被释放时，即使栅点信号出现，软件在未检测进给速度到达接近速度时，回原点操作不会停止，因而原点发生漂移。
　　若减小快进时间常数或快速进给速度的设置，重新回原点，原点仍有偏移，应检查参考计数器设置的值是否有效，修正参数设置。  
　　5．原点漂移数个脉冲
　　若只是在开机后第一次回原点时原点漂移，则为零标志信号受干扰失效。为防止噪声干扰，应确保电缆屏蔽线接地良好，安装必要的火花抑制器，不要使检测反馈元件的通信电缆线与强电线缆靠得大近。若并非仅在开机首次回原点时原点变化，应修正参考计数器的设定值。
　　如果通过上述步骤检查仍不能排除故障，应检查编码器电源电压是否太低，编码器是否损坏，伺服电机与工作台的联轴器是否松动，系统主电路板是否正常，有关伺服轴电路板是否正常及伺服放大器板是否正常等。
  
　　原点故障例：
　　1．台湾DM4400M加工中心发生Z轴方向加工尺寸不稳定，尺寸超差且无规律的故障，也就是说，Z轴原点出现无规律的漂移，CRT及伺服放大器无任何报警显示。该加工中心采用三菱M3系统，半闭环控制方式，交流伺服电机与滚珠丝杠通过联轴器直接联接。根据故障现象结合该机采用的控制方式、联接方式进行分析，故障原因可能是联轴器联接螺钉松动，导致联轴器与滚珠丝杠或伺服电机轴间滑动。对Z轴联轴器联接进行检查，发现联轴器六只紧定螺钉都出现松动。紧定螺钉后，故障排除。
　　2．台湾DM4400M加工中心使用中出现换刀位置有的班次不对，有的班次正常的故障。换刀位置发生变化时，被加工工件的Z向加工尺寸也相应变化，且与换刀位置的变化相对应。无任何报警显示。该加工中心采用三菱M3数控系统。开机回参考点采用下列方式：安装于伺服电机端部的位置编码器每转360°有一定数量的等距离的栅点，两个栅点间的距离叫栅点间隔。开机手动回参考点时，轴先以参数设定的回参点速度向参考点快速移动，当接近参考点减速撞块压下回参考点减速行程开关时，轴以参数设立的较低的接近速度移动，当接近参考点撞块离开回参考点减速行段开关时，编码器检测到的第一个栅点的位置为参考点复归的位置。由于机械有其固有的机械原点，故要求电气原点要和机械原点一致。机械原点和电气原点问的偏移叫参考点偏移，在G28sft参数中设定。当参考点减速开关离开接近参考点减速撞块时的位置，不在栅点间隔中心附近时，参考点有时会发生偏移，可以通过参数grmask栅点屏蔽的设定防止参考点位置偏移。机床换刀点由机床的第二参考原点设定，而第二参考原点是由机床第一参考原点确定的。由于机床所出现的故障有的班次有，有的班次没有，因此怀疑该机床开机手动回参考点时出现问题。经查，Z轴回参考点减速行程开关固定板与立柱固定不牢，严重松动，导致原点漂移。

数控系统功能的主要发展趋势1．轴控制功能
1）多通道(过程)控制功能几年来得到发展，绝大多数知名厂家的数控系统都具有通道控制选择功能。这样，一台数控系统可以同时控制几台不同机床的工作，一般控制2～4个通道的系统为多数。每个通道控制的轴数少的话，则可以设定控制更多的通道数。
2）多轴同时联动移动，也是系统的重要指标，多数系统都能完成多轴联动，实际使用的联动轴数有6～8轴就足够了。     
3）高档次的数控系统，增加了自动上下料的轴控制功能。   
4）在PLC里增加了位置控制功能，补充系统轴控制数的不足。     
5）轴同步控制功能，这是一些大型机床双边驱动时不可少的功能，当然，在一些特殊控制场合也是需要这种功能的。     
6）电子齿轮功能，适应齿轮加工机床或其他传动机构的要求.
2．高精、高速加工的控制功能  
1）前馈（Feed forward）功能。     
2）预测前馈（Preview feed forward）功能，预先对多个程序进行演算，确定被加工零件在这几个程序段产生的误差，然后在加工过程中给予补偿。
3）插补前进行加减速控制，减少位置误差。     
4）圆弧插补时过象限的误差补偿。     
5）最近有的厂家开发出精细加减速（Fine acceleration/deceleration）功能，根据加工曲线平滑加减速过程，以减少加工冲击力，提高加工精度。     
6）锐角加工时最佳的自动减速功能。     
7）追求小的程序段插补时间。     
8）追求高速进给，系统在1[$micro]m移动当量时，可输出240m/min的进给速度。   
9）平滑高增益的位置控制系统，减少跟踪误差。     
10）减小刚性攻螺纹时主轴和进给轴间的同步误差，提高螺纹加工精度。
3．多种插补功能
1）直线插补。     
2）圆弧插补。     
3）样条插补。     
4）渐开线插补。     
5）螺旋插补。     
6）极坐标插补。     
7）指数曲线插补。     
8）圆柱插补。     
9）假想坐标插补。     
10）逆向插补。  
4．机械误差补偿功能  
1）反向间隙补偿。     
2）螺距误差补偿。
3）直线度补偿。     
4）垂直度补偿。     
5）机械坐标系补偿。   
6）工件坐标系补偿。     
7）斜角补偿。     
8）意外的力矩扰动补偿。     
9）动态精度补偿。     
10）阻尼误差补偿。     
11）机械空间误差补偿。   
根据数学模型和变量自动进行补偿。
5．人机界面的友好
1）丰富的显示功能，多数系统都具有实时图形显示、PLC梯形图显示和多窗口的其他显示功能。     
2）丰富的编程功能，像会话式自动编程功能、图形输入自动编程功能，有的还具有CAD／CAM功能。     
3）方便的操作，有引导对话方式帮助你很快熟悉操作，设有自动工作手动参与功能。    4）根据加工的要求，各系统都设了多种方便于编程的固定循环。     
5）伺服系统数据和波形的显示，伺服系统参数的自动设定。     
6）系统具有多种管理功能，刀具及其寿命的管理、故障记录、工作记录等。     
7）PLC程序编制方法增加，目前有梯形图编程（Ladder Language Program）方法、步进顺序流程图编程（Step Sequence Program）方法。     
8）帮助功能，系统不但显示报警内容，而且能指出解决问题的方法。
6．网络功能
7．安全与维修性不断完善
1）硬软件的限位。     
2）急停。     
3）卡盘和尾座干涉区的设定。     
4）各种互锁功能。     
5）移动前的行程检查。     
6）各种安全报警的显示。     
7）伺服监控显示。     
8）输入输出界面显示。

FANUC OM系统参数丢失的处理
   
      数控系统参数是数控机床的灵魂，数控机床软硬件功能的正常发挥是通过参数来设定的。机床的制造精度和维修后的精度恢复也需要通过参数来调整，所以数控机床没有参数等于是一堆废铁。数控机由于数控系统参数全部丢失而引起的机床瘫痪，称为“死机”。“死机”固然可怕，若我们掌握了解决的方法和预防措施，问题就容易了。下面是针对FANUC OM系统出现“死机”情况的分析和处理。仅供从事数控人员参考。
  
    一、引起“死机”的主要原因。
  
    1、做DNC通讯中，在M51执行动作完成后，M50尚未解除M51时不能执行M30自动断电功能，否则会出现“死机”现象。
    2、在执行M51动作，进行DNC通讯期间若断电，可能会出现“死机”。
    3、在更换电池时，没有开机或断电，就会使参数丢失。若长期不开机，电池耗尽，也会丢失参数。
    4、误操作，若同时按住Reset及Delete两键，并按电源Power ON，就会消除全部参数。
    5、处理P／S报警有时会引起参数丢失。如：处理P／Sl01报警（DNC）执行中断共有三种方法。在前两种排除不掉报警时，必须要用第三种方法，而最后一种会“死机”。
    A： ① PEW＝1
        ② Power OFF
        ③ 同时按Delete Power ON两键
        ④PWE＝O
  
    B： ① PWE＝1
        ② 参数901 ＝01000100改为0
        ③ 按DEL键
        ④ Power OFF
        ⑤ Power ON
        ⑥ 参数901 ＝ 010001000
        ⑦ PWE= 0
  
    C： ① 备份所有PC、NC、DGN参数（会死机）
        ② Power OFF
        ③ 同时按RESET POWER ON键，PWE= 1
        ④ 输入900以上参数，输入NO.1-900参数输入DGN参数
        ⑤ POWER OFF
        ⑥ POWER ON
        ⑦ PWE=0（应按A、B、C序排除，若A、B都不能排除就只有用C方法）  
  
    二、“死机”后的状态显示
    CRT显示屏上出现如下报警：
    417＃ X AXIS DGTL PARAM 417＃、427＃、437＃报警分别
    427＃ Y AXIS DGTL PARAM 为X、Y、Z（或第3轴）马达
    437＃ Z AXIS DGTL PARAM 参数设定异常
    ……
    ……
    等
    417＃报警：X轴有以下条件之一，就会造成此警示。
    ① 在参数NO.8120的马达形式，设定指定范围以外的值。
    ② 在参数NO.8122的马达旋转方向，未设定正确值（111或-111）
    ③ 在参数NO.8123马达每一转的速度反馈脉冲数，设定0似下的不正确值。
    ④ 在参数N0.8124马达每一转的位置反馈脉冲数，设定0以下的不正确值。
    427＃：Y轴参数分别为NO.8220 NO.8222 NO.8223 NO.8224
    427＃：Z轴（OM）或第3轴（OT）参数分别为NO.8320 NO.8322 NO.8223 NO.8324
    原因是所有轴的设定参数全部丢失引起各轴伺服报警。此时机床瘫痪，功能尽失。
  
    三、“死机”的具体的处理过程：
    如果机床出现“死机”，首先请与机床制造厂商联络。最好在厂方指导下排除故障，恢复运行。下面是本人实际遇到的问题及取得厂商支持的处理方法：
    1、CLEAR（清除）剩余参数
    同时按下RESET，DELETE两键，并按Power ON直到CRT显示屏出现版本号，且变换后才松开。
    2、INPUT（输入）参数
    选择MDI模式，翻开参数（PARAM）画面，按下急停，打开保护器，PWE=1，然后输入参数。输入方法有：MDI手动输入和DNC传输两种。
    A、手动输入法：依照随机附的参数表一一输入所有参数
      ①所有PC，NC参数
      ②以上功能参数
      ③96N参数
    B、DNC输入法：
      1） 须先设定
      ①1SO=1
      ②参数2.0=1 2.7=0 12.0＝1 12.7＝0 50＝11 51＝11（停止位=2）
      ③参数：250＝10 251＝10 552＝ 10 553 ＝ 10（波特率＝4800）
      ④参数：900=00111001（OMC） ＝00111011（OMF）
      ⑤参数：901 ＝01000100 917＝10 （画面出现选择条件时选Delete）
      ⑥参数：38.3=1（半键型先设为“1”，待读人参数后，再设38.3=0）
      设定后，若CRT显示屏出现NOT Ready则不能传输，须重新设定。
      2）输入操作：
      ①MDI模式下，执行M51（DNC开）翻开参数画面，同按下EOB、INPUT两键，CRT右下角出现“SKP”（标头）闪动。
      ②PC个人电脑准备好DNC通讯软件（如V24）设置环境参数：
      COM1：BaudRate ＝4800
     &nbsparity ＝None
      Data Bit＝8bit
      Stop Bit ＝2
      Code＝130
      COM1：BaudRate ＝4800
     &nbsparity：None
      Data Bit＝86bit
      stop Bit ＝2
      code＝ISO
      Active Port=COM1
      然后敲下“ENTER”键，此时机床CRT上“SKP”变为“INPUT”闪动，即为正输入参数中。输入完毕执行M50（DNC关），再用手敲人NO.9m以上功能参数。（请依照参数表）
      ③传输DGN参数翻开DGN画面即可。
      ④若有TAPE（纸带）方式，请从TAPE方式直接传输，方法同前所述。
      3、试机检验各种功能和机床精度。
      1）程序输入完后，先不要移动机床及执行M、S、T功能。
      2）将参数：N0.508=0 N0.509=0 NO.510=0（X、Y、z轴原点补正）N0.700、N0.701、N0.702先设为为99999999。
      3）做三轴的手动回零。
      4）输入参数NO.508 NO.509 No.510（依照机床参数表）
      5）断电后，再送电，再做手动回零（为防撞机，先将各轴移至中间位置）
      6）输入参数NO.700 NO.701 NO.702（依照机床参数表）
      7）此时完成全部参数设定。可以仔细检查各功能，是否恢复正常，检验机床各项精度。
  
    四、预防“死机”和机床参数做备份的重要性：
    数控机床的参数如此重要，一旦丢失会造成死机，严重影响生产。若请厂家来人处理时间很长，费用高，损失大。如果能及时快速处理，恢复生产，就可以将损失降至最低限度。如何及时处理？只有认真做好以下预防工作：
    1、随机文件附有参数表，一定要交设备部分妥善保管，机床编号要注明；即使用一型号的机床有些关键参数都不一样。
    2、有DNC通讯软件的用户，可以将每台机床的各种参数，输至电脑作备份；并标明该机床的编号有参数类型。
    3、对长期停机的机床应每周开2、3次两小时以上。严格按机床维护说明书的要求和方法，更换电池，应选用高性能，高容量的电池。
    4、在执行M51时，不能执行M30自动断电功能。经常停电的地区停电前供电部门应事先通知。
    5、在机床出现P／S报警时需专职维修人员在场处理，严禁非专职人员随便修改参数。
  
    通过以上各项措施可以预防数控机床参数丢失，虽然这种“死机”现象极少发生，且有偶然性， 但万一发生就会带来极大的损失，因此预防工作必须要做好。若一时不慎而丢失参数请及时与机 床厂家联络，再结合维护说明将备份参数输入机床，即可恢复运行。

数控机床的故障分析
  
   
      目前，数控机床的应用越来越广泛，其加工柔性好，精度高，生产效率高，具有很多的优点。但由于技术越来越先进、复杂，对维修人员的素质要求很高，要求他们具有较深的专业知识和丰富的维修经验，在数控机床出现故障才能及时排除。我公司有几十台数控设备，数控系统有多种类型，几年来这些设备出现一些故障，通过对这些故障的分析和处理，我们取得了一定的经验。下面结合一些典型的实例，对数控机床的故障进行系统分析，以供参考。
  
    一、NC系统故障
    1．硬件故障
    有时由于NC系统出现硬件的损坏，使机床停机。对于这类故障的诊断，首先必须了解该数控系统的工作原理及各线路板的功能，然后根据故障现象进行分析，在有条件的情况下利用交换法准确定位故障点。  
    例一、一台采用德国西门子SINUMERIK SYSTEM 3的数控机床，其PLC采用S5─130W／B，一次发生故障，通过NC系统PC功能输入的R参数，在加工中不起作用，不能更改加工程序中R参数的数值。通过对NC系统工作原理及故障现象的分析，我们认为PLC的主板有问题，与另一台机床的主板对换后，进一步确定为PLC主板的问题。经专业厂家维修，故障被排除。
    例二、另一台机床也是采用SINUMERIK SYSTEM 3数控系统，其加工程序程序号输入不进去，自动加工无法进行。经确认为NC系统存储器板出现问题，维修后，故障消除。
    例三、一台采用德国HEIDENHAIN公司TNC 155的数控铣床，一次发生故障，工作时系统经常死机，停电时经常丢失机床参数和程序。经检查发现NC系统主板弯曲变形，经校直固定后，系统恢复正常，再也没有出现类似故障。
  
    2．软故障
    数控机床有些故障是由于NC系统机床参数引起的，有时因设置不当，有时因意外使参数发生变化或混乱，这类故障只要调整好参数，就会自然消失。还有些故障由于偶然原因使NC系统处于死循环状态，这类故障有时必须采取强行启动的方法恢复系统的使用。  
    例一、一台采用日本发那科公司FANUC-OT系统的数控车床，每次开机都发生死机现象，任何正常操作都不起作用。后采取强制复位的方法，将系统内存全部清除后，系统恢复正常，重新输入机床参数后，机床正常使用。这个故障就是由于机床参数混乱造成的。
    例二、一台专用数控铣床，NC系统采用西门子的SINUMERIK SYSTEM 3，在批量加工中NC系统显示2号报警“LIMITTCH”，这种故障是因为Y轴行程超出软件设定的极限值，检查程序数值并无变化，经仔细观察故障现象，当出现故障时，CRT上显示的Y轴坐标确定达到软件极限，仔细研究发现是补偿值输入变大引起的，适当调整软件限位设置后，故障被排除。这个故障就是软件限位设置不当造成的。  
    例三、一台采用西门子SINUMERIK 810的数控机床，一次出现问题，每次开机系统都进入AUTOMATIC状态，不能进行任何操作，系统出现死机状态。经强制启动后，系统恢复正常工作。这个故障就是因操作人员操作失误或其它原因使NC系统处于死循环状态。
  
    3．因其它原因引起的NC系统故障有时因供电电源出现问题或缓冲电池失效也会引起系统故障。
    例一、一台采用德国西门子SINUMERIK SYSTEM 3的数控机床，一次出现故障，NC系统加上电后，CRT不显示，检查发现NC系统上“COUPLING MODULE”板上左边的发光二极管闪亮，指示故障。对PLC进行热启动后，系统正常工作。但过几天后，这个故障又出现了，经对发光二极管闪动频率的分析，确定为电池故障，更换电池后，故障消除。
    例二、一台采用西门子SINUMERIK 810的数控机床，有时在自动加工过程中，系统突然掉电，测量其24V直流供电电源，发现只有22V左右，电网电压向下波动时，引起这个电压降低，导致NC系统采取保护措施，自动断电。经确认为整流变压器匝间短路，造成容量不够。更换新的整流变压器后，故障排除。
    例三、另一台也是采用西门子SINUMIK 810的数控机床，出现这样的故障，当系统加上电源后，系统开始自检，当自检完毕进入基本画面时，系统掉电。经分析和检查，发现X轴抱闸线圈对地短路。系统自检后，伺服条件准备好，抱闸通电释放。抱闸线圈采用24V电源供电，由于线圈对地短路，致使24V电压瞬间下降，NC系统采取保护措施自动断电。
  
    二、伺服系统的故障
    由于数控系统的控制核心是对机床的进给部分进行数字控制，而进给是由伺服单元控制伺服电机，带动滚珠丝杠来实现的，由旋转编码器做位置反馈元件，形成半闭环的位置控制系统。所以伺服系统在数控机床上起的作用相当重要。伺服系统的故障一般都是由伺服控制单元、伺服电机、测速电机、编码器等出现问题引起的。下面介绍几例：
    例一、伺服电机损坏
    一台采用SINUMERIK 810／T的数控车床，一次刀塔出现故障，转动不到位，刀塔转动时，出现6016号报警“SLIDE POWER PACK NO OPERATION”，根据工作原理和故障现象进行分析，刀塔转动是由伺服电机驱动的，电机一启动，伺服单元就产生过载报警，切断伺服电源，并反馈给NC系统，显示6016报警。检查机械部分，更换伺服单元都没有解决问题。更换伺服电机后，故障被排除。
    例二、一台采用直流伺服系统的美国数控磨床，E轴运动时产生“E AXIS EXECESSFOLLOWING ERROR”报警，观察故障发生过程，在启动E轴时，E轴开始运动，CRT上显示的E轴数值变化，当数值变到14时，突然跳变到471，为此我们认为反馈部分存在问题，更换位置反馈板，故障消除。
    例三、另一台数控磨床，E轴修整器失控，E轴能回参考点，但自动修整或半自动时，运动速度极快，直到撞到极限开关。观察发生故障的过程，发现撞极限开关时，其显示的坐标值远小于实际值，肯定是位置反馈的问题。但更换反馈板和编码器都未能解决问题。后仔细研究发现，E轴修整器是由Z轴带动运动的，一般回参考点时，E轴都在Z轴的一侧，而修整时，E轴修整器被Z轴带到中间。为此我们做了这样的试验，将E轴修整器移到Z轴中间，然后回参考点，这时回参点也出现失控现象；为此我们断定可能由于E轴修整器经常往复运动，导致E轴反馈电缆折断，而接触不良。校线证实了我们的判断，找到断点，焊接并采取防折措施，使机床恢复工作。
  
    三、外部故障
    由于现代的数控系统可靠性越来越高，故障率越来越低，很少发生故障。大部分故障都是非系统故障，是由外部原因引起的。
    1. 现代的数控设备都是机电一体化的产品，结构比较复杂，保护措施完善，自动化程度非常高。有些故障并不是硬件损坏引起的，而是由于操作、调整、处理不当引起的。这类故障在设备使用初期发生的频率较高，这时操作人员和维护人员对设备都不特别熟悉。
    例一、一台数控铣床，在刚投入使用的时候，旋转工作台经常出现不旋转的问题，经过对机床工作原理和加工过程进行分析，发现这个问题与分度装置有关，只有分度装置在起始位置时，工作台才能旋转。
    例二、另一台数控铣床发生打刀事故，按急停按钮后，换上新刀，但工作台不旋转，通过PLC梯图分析，发现其换刀过程不正确，计算机认为换刀过程没有结束，不能进行其它操作，按正确程序重新换刀后，机床恢复正常。  
    例三、有几台数控机床，在刚投入使用的时候，有时出现意外情况，操作人员按急停按钮后，将系统断电重新启动，这时机床不回参考点，必须经过一番调整，有时得手工将轴盘到非干涉区。后来吸取教训，按急停按钮后，将操作方式变为手动，松开急停按钮，把机床恢复到正常位置，这时再操作或断电，就不会出现问题。
  
    2．由外部硬件损坏引起的故障
    这类故障是数控机床常见故障，一般都是由于检测开关、液压系统、气动系统、电气执行元件、机械装置等出现问题引起的。有些故障可产生报警，通过报答信息，可查找故障原因。
    例一、一台数控磨床，数控系统采用西门子SINUMERIK SYSTEM 3，出现故障报警F31“SPINDLE COOLANT CIRCUIT”，指示主轴冷却系统有问题，而检查冷却系统并无问题，查阅PLC梯图，这个故障是由流量检测开关B9.6检测出来的，检查这个开关，发现开关已损坏，更换新的开关，故障消失。
    例二、一台采用西门子SINUMERIK 810的数控淬火机床，一次出现6014“FAULT LEVEL HARDENING LIQUID”机床不能工作。报警信息指示，淬火液面不够，检查液面已远远超出最低水平，检测液位开关，发现是液位开关出现问题，更换新的开关，故障消除。
有些故障虽有报警信息，但并不能反映故障的根本原因。这时要根据报警信息、故障现象来分析。
    例三、一台数控磨床，E轴在回参考点时，E轴旋转但没有找到参考点，而一直运动，直到压到极限开关，NC系统显示报警“E AXIS AT MAX.TRAVEL”。根据故障现象分析，可能是零点开关有问题，经确认为无触点零点开关损坏，更换新的开关，故障消除。
    例四、一台专用的数控铣床，在零件批量加工过程中发生故障，每次都发生在零件已加工完毕，Z轴后移还没到位，这时出现故障，加工程序中断，主轴停转，并显示F97号报警“SPINDLE SPEED NOT OK STATION 2”，指示主轴有问题，检查主轴系统并无问题，其它问题也可导致主轴停转，于是我们用机外编程器监视PLC梯图的运行状态，发现刀具液压卡紧压力检测开关F21．1，在出现故障时，瞬间断开，它的断开表示铣刀卡紧力不够，为安全起见，PLC使主轴停转。经检查发现液压压力不稳，调整液压系统，使之稳定，故障被排除。
还有些故障不产生故障报警，只是动作不能完成，这时就要根据维修经验，机床的工作原理，PLC的运行状态来判断故障。
    例五、一台数控机床一次出现故障，负载门关不上，自动加工不能进行，而且无故障显示。这个负载门是由气缸来完成开关的，关闭负载门是PLC输出Q2.0控制电磁阀Y2.0来实现的。用NC系统的PC功能检查PLC Q2.0的状态，其状态为1，但电磁阀却没有得电。原来PLC输出Q2.0通过中间继电器控制电磁阀Y2.0，中间继电器损坏引起这个故障，更换新的继电器，故障被排除。
    例六、一台数控机床，工作台不旋转，NC系统没有显示故障报警。根据工作台的动作原理，工作台旋转第一步应将工作台气动浮起，利用机外编程器，跟踪PLC梯图的动态变化，发现PLC这个 信号并未发出，根据这个线索继续查看，最后发现反映二、三工位分度头起始位置检测开关I9.7、I10.6动作不同步，导致了工作台不旋转。进一步确认为三工位分度头产生机械错位，调整机械装置，使其与二工位同步，这样使故障消除。
  
    发现问题是解决问题的第一步，而且是最重要的一步。特别是对数控机床的外部故障，有时诊断过程比较复杂，一旦发现问题所在，解决起来比较轻松。对外部故障的诊断，我们总结出两点经验，首先应熟练掌握机床的工作原理和动作顺序。其次要熟练运用厂方提供的PLC梯图，利用NC系统的状态显示功能或用机外编程器监测PLC的运行状态，根据梯图的链锁关系，确定故障点，只要做到以上两点，一般数控机床的外部故障，都会被及时排除。

PLC自动控制系统可靠性研究
  
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1、引言
  
    可编程控制器由于抗干扰能力强，可靠性高，编程简单，性能价格比高，在工业控制领域得到越来越广泛应用。
  
    工业年月机作为中央控制单元，配有组态软件，选用大屏幕实时监视界面，实现各控制点的动态显示、数据修改、故障诊断、自动报警，还可显示查询历史事件记录，系统各主要部件累计运行时间，各装置工艺流程图，各装置结构图等。中央控制单元和下位机PLC之间采用串行通讯方式进行数据交换，通常距离在1000m以内选用485双绞线通讯方式，较常距离可选用光纤通讯，更长距离也可选用无线通讯方式。下位机选用PLC控制，根据控制对象的多少，控制对象的范围，可选用一台或多台PLC进行控制，PLC之间数据交换是利用内部链接寄存器，实现数据交换和共享。由于PLC对现场进实时监控具有很高的可靠性，且编程简单、灵活，因此越来越受到人们重视。
  
    2、控制系统可靠性降低的主要原因
  
    虽然工业控制机和可编程控制器本身都具有很高的可靠性，但如果输入给PLC的开关量信号出现错误，模拟量信号出现较大偏差，PLC输出口控制的执行机构没有按要求动作，这些都可能使控制过程出错，造成无法挽回的经济损失。
  
    影响现场输入给PLC信号出错的主要原因有：
  
    1)造成传输信号线短路或断路（由于机械拉扯，线路自身老化，特别是鼠害），当传输信号线出故障时，现场信号无法传送给PLC，造成控制出错；
  
    2)机械触点抖动，现场触点虽然只闭合一次，PLC却认为闭合了多次，虽然硬件加了滤波电路，软件增加微分指令，但由于PLC扫描周期太短，仍可能在计数、累加、移位等指令中出错，出现错误控制结果；
  
    3)现场变送器，机械开关自身出故障，如触点接触不良，变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等，这些故障同样会使控制系统不能正常工作。
  
    影响执行机构出错的主要原因有：
  
    1)控制负载的接触不能可靠动作，虽然PLC发出了动作指令，但执行机构并没按要求动作；
  
    2)控制变频器起动，由于变频器自身故障，变频器所带电机并没按要求工作；
  
    3)各种电动阀、电磁阀该开的没能打开，该关的没能关到位，由于执行机构没能按PLC的控制要求动作，使系统无法正常工作，降低了系统可靠性。要提高整个控制系统的可靠性，必须提高输入信号的可靠性和执行机构动作的准确性，否则PLC应能及时发现问题，用声光等报警办法提示给操作人员，尽快排除故障，让系统安全、可靠、正确地工作。
  
    3、设计完善的故障报警系统
  
    在自动控制系统的设计中我们设计了3级故障显示报警系统，1级设置在控制现场各控制柜面板，用指示灯指示设备正常运行和故障情况，当设备正常运行时对应指示灯亮，当该设备运行有故障时指示灯以1Hz的频率闪烁。为防止指示灯灯泡损坏不能正确反映设备工作情况，专门设置了故障复位/灯测试按钮，系统运行任何时间持续按该按钮3s，所有指示灯应全部点亮，如果这时有指示等不亮说明该指示灯已坏，应立即更换，改按钮复位后指示灯仍按原工作状态显示设备工作状态。2级故障显示设置在中心控制室大屏幕监视器上，当设备出现故障时，有文字显示故障类型，工艺流程图上对应的设备闪烁，历史事件表中将记录该故障。3级故障显示设置在中心控制室信号箱内，当设备出现故障时，信号箱将用声、光报警方式提示工作人员，及时处理故障。在处理故障时，又将故障进行分类，有些故障是要求系统停止运行的，但有些故障对系统工作影响不大，系统可带故障运行，故障可在运行中排除，这样就大大减少整个系统停止运行时间，提高系统可靠性运行水平。
  
    4、输入信号可靠性研究
  
    要提高现场输入给PLC信号的可靠性，首先要选择可靠性较高的变送器和各种开关，防止各种原因引起传送信号线短路、断路或接触不良。其次在程序设计时增加数字滤波程序，增加输入信号的可信性。
  
    在现场输入触点后加一定时器，定时时间根据触点抖动情况和系统要的响应速度确定，一般在几十ms，这样可保证触点确实稳定闭合后，才有其它响应。模拟信号滤波可采用图2b 程序设计方法，对现场模拟信号连续采样3次，采样间隔由A/D转换速度和该模拟信号变化速率决定。3次采样数据分别存放在数据寄存器DT10、DT11、DT12中，当最后1次采样结束后利用数据比较、数据交换指令、数据段比较指令去掉最大和最小值，保留中间值作为本次采样结果存放在数据寄存器DT0中。
  
    提高读入PLC现场信号的可靠性还可利用控制系统自身特点，利用信号之间关系来判断信号的可信程度。如进行液位控制，由于储罐的尺寸是已知的，进液或出液的阀门开度和压力是已知的，在一定时间里罐内液体变化高度大约在什么范围是知道的，如果这时液位计送给PLC的数据和估算液位高度相差较大，判断可能是液位计故障，通过故障报警系统通知操作人员检查该液位计。又如各储罐有上下液位极限保护，当开关动作时发出信号给PLC，这个信号是否真实可靠，在程序设计时我们将这信号和该罐液位计信号对比，如果液位计读数也在极限位置，说明该信号是真实的；如果液位计读数不在极限位置，判断可能是液位极限开关故障或传送信号线路故障，同样通过报警系统通知操作人员处理该故障。由于在程序设计时采用了上述方法，大大提高了输入信号的可靠。
  
    5、执行机构可靠性研究
  
    当现场的信号准确地输入给PLC后，PLC执行程序，将结果通过执行机构对现场装置进行调节、控制。怎样保证执行机构按控制要求工作，当执行机构没有按要求工作，怎样发现故障？我们采取以下措施：当负载由接触器控制时，启动或停止这类负载转为对接触器线圈控制，启动时接触器是否可靠吸合，停止时接触器是否可靠释放，这是我们关心的。
  
    X0为接触器动作条件，Y0为控制线圈输出，X1为引回到PLC输入端的接触器辅助常开触点，定时器定时时间大于接触器动作时间。R0为设定的故障位，R0为ON表示有故障，做报警处理；R0为OFF表示无故障。故障具有记忆功能，由故障复位按钮清除。
  
    当开启或关闭电动阀门时，根据阀门开启、关闭时间不同，设置延时时间，经过延时检测开到位或关到位信号，如果这些信号不能按时准确返回给PLC，说明阀可能有故障，做阀故障报警处理。程序设计如图3b 所示。X2为阀门开启条件，Y1为控制阀动作输出，定时器定时时间大于阀开启到位时间，X3为阀到位返回信号，R1为阀故障位。
  
    6、结论
  
    我们在胜利油田胜利采油厂胜砣注聚站自动控制系统设计中采用了以上方法，经过近2年的运行证明这些方法的采用对提高系统可靠性运行是行之有效的。

RS232接口转USB接口的通信方法
  
USB作为一种新的PC机互连协议，使外设到计算机的连接更加高效、便利。这种接口适合于多种设备，不仅具有快速、即插即用、支持热插拔的特点，还能同时连接多达127个设备，解决了如资源冲突、中断请求（IRQs）和直接数据通道（DMAs）等问题。因此,越来越多的开发者欲在自己的产品中使用这种标准接口。而RS232是单个设备接入计算机时，常采用的一种接入方式，其硬件实现简单， 因此在传统的设备中有很多采用了这种通信方式。 一般的IC卡门禁考勤系统也使用RS232接口与PC机通信。如果将USB技术应用于IC卡门禁考勤系统与PC机之间的数据通信，这样，不仅能使IC卡门禁考勤设备具备USB通信的诸多优点，而且对PC机而言还可以节余1个RS232串口为其它通信所用。
  
1 USB系统概述
  
USB规范描述了总线特性、协议定义、编程接口以及其它设计和构建系统时所要求的特性。USB是一种主从总线，工作时USB主机处于主模式，设备处于从模式。USB系统所需要的唯一的系统资源是，USB系统软件所使用的内存空间、USB主控制器所使用的内存地址空间（I/O地址空间）和中断请求（IRQ）线。USB设备可以是功能性的，如显示器、鼠标或者集线器之类。它们可以作低速或者高速设备实现。低速设备最大速率限制在1.5 Mb/s，每一个设备有一些专有寄存器，也就是端点（endpoint）。在进行数据交换时，可以通过设备驱动间接访问它。每一个端点支持几种特殊的传输类型，并且有一个唯一的地址和传输方向。不同的是端点0仅用作控制传输，并且其传输可以是双向的。
  
系统上电后，USB主机负责检测设备的连接与拆除、初始化设备的列举过程，并根据设备描述表安装设备驱动后自动重新配置系统，收集每个设备的状态信息。设备描述表标识了设备的属性、特征并描述了设备的通信要求。USB主机根据这些信息配置设备、查找驱动，并且与设备通信。
  
典型的USB数据传输是由设备驱动开始的，当它需要与设备通信时，设备驱动提供内存缓冲区，用来存放设备收到或者即将发送的数据。USB驱动提供USB设备驱动和USB主控制器之间的接口，并将传输请求转化为USB事务，转化时需要与带宽要求及协议结构保持一致。某些传输是由大块数据构成的，这时需要先将它划分为几个事物再进行传输。
  
具有相似功能的设备可以组成一类，这样便于分享共有的特性和使用共同的设备驱动程序。每个类可以定义其自己的描述符，如：HID类描述符和 Report描述符。HID类是由人控制计算机系统的设备组成的，它定义了一个描述HID设备的结构，并且表明了设备的通信要求。HID设备描述符必须支持端点输入中断，固件也必须包括一个报告描述符，表明接收和发送数据的格式。在IC卡门禁考勤系统引入RS232到USB的接口转换模块后，从系统所具有的特性来看，应该属于HID设备。因此，两种特殊的HID类请求必须被支持：SetReport和GetReport 。这些请求使设备能接收和发送一般的设备信息给主机。在没有中断输出终端时，SetReport是主机发送数据给HID设备的唯一方式。
  
2 系统要求
  
为了实现IC卡门禁考勤系统中RS232-USB的接口转换，需要1台支持USB的主机，同时还要提供主机上用于与外设通信的驱动，一般由操作系统提供。此外，还需开发在主机上执行的客户端应用程序。在设备端，需要提供具有USB接口的主控制器芯片，以及编写主控制器上执行的USB通信代码和用于执行外设功能的相关代码。
  
2.1 主机要求
  
主机必须能够通过设备驱动接收USB数据，并且使这些数据对处理这些请求的应用程序有效。在主机中必须有一个驱动负责处理USB传输、辨识设备、向USB设备收发数据；同时，还需要有一个设备驱动-虚拟化串行口，仿效真实的串口。这个驱动必须能够像真实的串口接收和发送USB数据。
  
从应用的观点，设备驱动必须能收发数据，可以通过使用一个虚拟化的串口或通过转化为USB 数据实现。微软提供了一个叫作USB POS的设备驱动，它允许应用程序访问USB设备时，好像它们连接到标准串口上一样。系统大致结构方框图如图1所示。
  
设备要求
  
在定义即将使用的微控制器时，必须说明一些通信要求，如：通信速率、频率、传输的数据量等。考虑到IC卡门禁考勤系统有效的通信速率，可以把转换器作为一个低速的设备使用，低速设备通信速度可以在10~100 Kb/s的范围变化。考虑到传输的数据量和传输的频率， 此系统中使用中断的传输类型。中断传输可以在2个方向进行，但不能同时进行,这种类型的传输要求在规定的时间里完成相当大数据量的传输任务。
  
对于转换模块，它可以用于PC机的数据收发，操作系统提供了HID驱动， 允许使用中断传输模式。对于低速设备的一个事务，中断传输最大的包容量是 8字节，如果需要发送大量的数据，则必须把它分割为很多事务。
  
转换模块要定义的另一个特性是所需端点数。如上所述， 端点是微控制器在USB通信过程中所用来发送和接收数据的缓冲区。此系统中，该转换器定义了2个端点：一个端点（端点0）用来控制传输，另一个端点是中断输入端点，定义为发数据给PC机。
  
根据以上要求，通过研究比较现有的微控制器，考虑到如内存空间、价格和开发包等因素，我们选用Cypress家族的一种8位RISC微控制器CY7C634XX/5XX。 它使用哈佛总线结构，是对较高 I/O要求的低速应用设备的低价解决方案。
  
图2为IC卡门禁考勤系统USB通信实现硬件方框原理图。
  
软件设计和执行
  
系统软件由6部分组成：定义描述符、设备检测和列举、端点中断服务程序、USB数据交换模块、串行口数据交换模块、USB/Serial模块接口。 下面简要描述其中部分模块程序的功能和实现思想。
  
3.1 描述符定义
  
描述符是数据结果或信息的格式化块,它可以使主机知道这个设备。每个描述符包含了这个设备整体的信息或者某个元素的信息。所有的USB外设必须响应对标准的USB描述符的请求。
  
该系统中使用了1个接口和2个终端(控制和中断输入)。由于受Win98的限制还不能使用中断输出终端,因此为了解决这个问题，我们通过在端点0中使用SetReport传输PC机欲送往IC卡门禁考勤设备的数据。
  
数据接收是在Output Reports中完成的。它根据送往IC卡门禁考勤设备最大的数据量，系统定义为16K个8位域。发送数据给主机是在输入报告中完成的，它是8K个8位域。
  
3.2 设备检测和列举
  
当1个USB 人机接口类（HID）设备第一次连接到总线， 它将被总线供电但仍然非功能性等待1个总线复位。D-端的上拉电阻通知Hub连接上了新的设备，主机也同时知道了新连接的USB设备，并将它复位。紧跟输入包之后，主机发送1个配置包，从缺省地址0处读取设备描述符。读到描述符后，主机将分配一个新的地址给设备，并继续查询关于设备描述、配置描述、人机报告描述的信息，设备将开始对新分配的地址作出反应。根据从设备处返回的信息，主机知道了被设备支持的数据终端的数量，完成列举过程。列举结束后，Windows将把新的设备加入到控制面板的设备管理器中显示。
  
为此，在微控制器中必须写入访问描述符的代码，这样便于对主机在列举设备时发送的请求作出有效的辨识和响应。在设备方面需要创建一个INF文件，使Windows能够辨识设备，并且为设备找到其驱动。由于操作系统提供了简单的INF文件，因此，开发中只需要编写写入到微控制器中的程序。
  
3.3 数据发送和接收过程
  
发送数据到门禁考勤系统是通过控制端点0中使用SetReport来完成的。主机先向门禁考勤系统请求发送数据，设备响应请求后，主机便开始执行。 当有数据到达设备的终端0时，将对设备产生一个中断。此时，相应的中断服务程序便将数据复制到数据缓冲区。 一旦进入端点0的中断服务程序，所有的中断必须关闭，确保能够正确地复制数据。
  
微处理器的数据缓冲区编程为可以接收64个字节，这个值是存放在设置包的包头请求信息中。从主机处接收到的最大包大小，是根据它将发送给门禁考勤系统的最大数据量来决定的。  
  
系统还使用了Put_command线程，通过1个 I/O端口引脚，向门禁考勤系统串口发送数据。在执行此线程时，根据串口通信协议插入了起始位、停止位以及相应的延时。
  
从门禁考勤系统接收数据的过程是利用端点1完成的。端点1配置为1个中断输入端点，当有1个起始位到达引脚时，GPIO中断必须打开，并关闭所有其它类型中断。 设计中通过使用1个Get_Serial线程来收集I/O引脚发出的串行数据，并把它存入数据缓冲区。 同时该线程负责检验接收到的起始位和停止位的正确性。当收到8个字节时，将接收缓冲区中的数据复制到终端1的缓冲区，并且允许微处理器响应中断输入请求。
  
考虑到一般串行口的有效波特率的范围在300~19 200 bps， 我们按处于最大波特率19 200 bps 的情况来考虑, 传输1个字符需要时间接近0.75 ms；而1个输入中断大约每10 ms送1个8字节的数据包,因此，设计1个128字节的快速数据缓冲区便可以保证不会丢失数据。