2.1控制系统硬件总体设计方案 控制系统硬件组成如图2，主要包括以下部分: (1)三菱万飞ZN系列可编程序控制器，具体配工为:FX2N-16MR基本单元、FX2N-232-BD通信扩展板、FX2N-20GM位置控制单元、FX2N-4AD和FX2N-4AD-PT棋拟It粗人棋块。 (2)阴极振动进给控制:FX2N-20GM定位单元与交流伺服电机驱动器相连，定位单元根据设置的速度参数或位工参数发出脉冲信号，伺服驱动器接收脉冲信号驭动电机旋转进而带动振动进给装t实现往复振动进给。 (3)周期性放电控制:在触摸屏上设定放电位置和放电时间参数，再由PLC通过通信扩展板将设定的参数发送给Atmega16单片机。单片机系统根据接收到的参数和来自光电开关的中断信号决定脉冲上升沿时刻和脉冲宽度.IGBT驱动板接收该脉冲信号，控制IGBT棋块在设定的位1导通或关断，实现在正确位置实时放电。 (4)模拟f扩展模块:FX2N-4AD实时侧It加工区进口处和出口处的电解液压力。FX2N-4AD-PT实时侧I进口处、出口处以及电解液池的温度。 (5)触摸屏:作为人机交互界面，实时监侧和控制。
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目前，基于离散三角网格模型(如STL模型)的刀具轨迹生成方法主要采用截面法:(1)网格模型生成刀触点.再根据刀触点生成刀位点，又称为CC(Cutter Contact)路径截面法;(2)先由网格模型生成网格偏2模型，然后根据偏里模型生成刀位点轨迹，又称为CL (Cutter Location)路径截面法。 除采用截面法外，还有一些学者针对三角网格模型的刀位轨迹的求取提出其他不同的方法。邢晓红(1采用映射的方法，将模型映射到平面区域，实现三角网格参数化，求取刀触点轨迹后再将其投影回网格模型生成相应的刀触点轨迹，最后将刀触点轨迹转化为刀位点轨迹。JUN等[f,6)采用直接由模型生成无干涉刀位点的方法，在给定刀具中心位it的情况下，将刀具从高处垂直向下移动，当刀具初次接触零件模型表面时，将此时的位里作为刀位点.再根据步长类似地获取其他刀位点。范立成等针对平底刀，提出矩形包络的方法快速求取在刀具于STL模型投影区内三角面片的最商顶点，计算平面、顶点、三条边与刀具的接触点后与该投影区域的三角面片的最高顶点比较从而得到刀位点。
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电气方面的原因 从图1可以看出，如果机床一直处于急停状态，首先检查急停回路中KA继电器是否吸合:继电器如果吸合而系统仍然处于急停状态，可以判断出故障不是出自电气回路方面，这时可以从其他方面查找原因;如果继电器没有吸合.可以荆断出故障是因为急停回路断路引起.这时可以利用万用表对整个急停回路进行检查.检查急停按钮的常闭触点，并确认急停按钮或者行程开关是否扭坏。急停按钮是急停回路中的一部分.急停按钮的损坏，可以造成整个急停回路的断路。系统参数设置错误 系统参数设置错误，是系统信号不能正常输人输出或复位条件不能满足引起的急停故障。 若PLC软件未向系统发送复位信息，则检查KA中间继电器.检查PLC程序。复位条件未满足 该故障是指松开急停按钮，PLC中规定的系统复位所需要完成的信息未润足要求，如伺服动力电谭准备好、主轴驭动准备好等信息;或者是PLC程序编写错误，防护门没有关紧等。
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工件要求 图1为该支架局部腔体结构示意图，腔深一45 mm，四周壁厚3+-0.1 mm，左右2侧边厚度3 mm尺寸一致性要好，该零件会在高速旋转下进行工作，尺寸不均匀会导致离心率不同，从而影响到雷达整机的使用性能。 该零件加工主要难度在于如何保证四周尺寸，因壁厚薄，加工中产生“震刀”现象，尺寸、表面粗糙度不易达到图纸要求。工艺流程 该工件工艺流程主要控制点在数控铣，同时工件有8处很深的清角需要加工，完全采用电火花加工成本太高，通过采用电火花和利用铣床插铣的功能，先在工件底部用电火花加工，形成退刀槽，再采用铣床加工，解决了成本过高的问题。 下面为工件简单的工艺流程:(1)备料;(2)完全退火去应力;(3)粗铣外形及内腔;(4)退火去应力;(5)精铣内腔、外形、打孔;(6)电火花清角;(7)铣床清角;(8)表面处理。1.3加工难点 (1)由于该零件腔深、壁薄;所有侧边壁厚3+-0.1.一致性难保证。 (2)该零件加工面数多，要采用多次装夹，易造成变形。 (3)保证圆角R10，加工刀具太长，刚性不足
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在现代加工制造企业中，自动编程软件得到了广泛的运用。优化编程路径，防止过切与扎刀，有利于企业避免出现机床和人身安全事故，提高生产效率。 笔者结合自身对MasterCAM软件自动编程的研究，通过企业一线产品生产实例来说明如何合理安排加工中心工艺，设置下刀位置，优化******进退刀量参数。1合理安排加工工艺进给路线的设置 由于采用立铣刀侧刃铣削工件轮廓，因此需合理设计刀具切入和切出加工路线，防止在产品表面出现接刀痕，降低产品报废率。 (1)工件外轮廓表面的加工 为避免工件加工表产生划痕，影响产品表面质址,铣刀切入与切出点可以顺延工件轮廓曲线延长线方向进行切入切出加工，尽量避免沿垂直法线方向直接切入工件。 (2)工件内轮廓表面的加工若在内轮廓曲线允许外延的情况下，应尽量按上述原则沿切线方向切入切出。若不允许外延可使铣刀沿工件曲线法向切入切出，设置切入与切出点在轮廓两几何元素相交点处，并尽量远离轮廓拐角，避免在取消刀具补偿参数时在产品拐角处留下凹口1.2刀具的选择 刀具选择一般与工件材料、尺寸要求、表面粗糙度、产品形状及加工效率等有关，可参照以下要点实施: (1)在条件允许的情况下，为保证加工质量和效率，尽量选用刚性较好、直径较大的铣刀; (2)切削深度参数越大，刀具直径越大。切削深度≥50 mm，则刀具直径>1/2孔径;切削深度≥30mm，则刀具直径>1/4孔径。 (3)用平刀进行表面的粗加工，用球刀进行曲面和斜面的精加工。2 MasterCAM数控编程加工企业生产实例2.1合理安排数控铣削加工工艺 该产品零件为无锡某企业批量生产的端盖类产品工件，主要通过MasterCAM自动编程软件利用加工中心进行数控铣削加工来保证完成。根据工件图分析结构、精度及装夹要求，可知: (1)外形尺寸为:80 mmx55 mmx18 mmo (2)所有长度尺寸均为正态公差，公差值为0.04mm，外圆Φ25 min和Φ10 mm,Φ16mm为偏态公差，且公差不同。 (3)最小内圆半径为4 mm,最小孔为Φ10 mm。 (4)台阶高度分别为10mm,5mm,3mm，梅花槽最窄14 mm. (5)该工件可用垫铁和台虎钳装夹，装夹时要注意预留钻孔的位置。. (6)先加工下底面(外形高到10.5 mm)作为基准，保证上表面加工有足够装夹高度3结语 对已完成的批量产品进行尺寸精度和表面质量的测量检验，发现采用软件自动编程之后，产品尺寸全部在公差范围之内，表面粗糙度和光滑度均符合要求，加工效率高，效果非常好。在编程的过程中，软件能进行合理的加工工艺后置计算处理、刀具路径模拟和仿真加工验证，有效地解决了过切和扎刀问题，避免了撞机床和人身伤害事故，具有较高的应用价值。
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PowerM I LL是一款加工策略丰富的2一5轴的数控加工编程软件，具有完善的碰撞和过切检查功能。由于曲面类工件的曲面元素之间连接关系复杂，如何采取措施控制刀具路径区域，保证产品质量，提高加工效率，是在应用软件时需考虑的关键问题之一。1应用残留边界控制加工区域 粗加工过后，在模型狭窄区域残留了大量加工余量，这些余量的集合就是残留模型。如图1所示的座子工件，使用大直径刀具(32 mm球刀)精加工后，在模型曲面与曲而相接的地方，会因刀具直径过大无法切入而产生残留，如图2所示。这些残留使川下一工序刀具(如10 mm球刀)沿残留模型的轮廓走一圈就会形成残留边界，如图3所示。因此，残留边界是指上一工序中使用大刀具无法加工的区域的轮廓线。 本例工件用32 nim球刀精加工后，残留材料的高度不一，不便于使用小直径刀具直接进行清角加工，可用残留边界将这些区域划分出来单独加工。 具体操作步骤为: ①创建10mm球刀。 ②计算残留边界。在Powermill资源栏中，右击“边界”树枝，在弹出的快捷菜单中选择“定义边界”“残留”，打开残留边界表格，设置参数，系统计算出残留边界，如图3所示。 ③残留区域加工。运用平行精加工刀具路径加工残留区域，刀具路径如图4所示。2应用“浅滩”边界控制加工区域 Powermill系统中提到的“浅滩”区域是指工件上平坦或接近平坦的区域，系统用浅滩角来区分工件上的浅滩区域。浅滩边界即这些平坦(或接近平坦区域)轮廓经过偏置刀具半径后形成的轮廓线。 如图5所示气盖工件，其加工表面既有平坦区域，也有陡峭区域，单独运用三维偏置刀具路径，系统沿三维方向等距形成刀具路径，可完成工件全面型面的加工，但在陡峭区域残留高度不稳定，表面质量不高，加工效果不理想。 若单独使用等高精加工刀具路径，系统在模型的陡峭区域生成行距均匀的刀具路径，但在工件较为平坦的部分，行距逐步增大，残留高度越来越大，表面质量不高;而在工件平坦的部位则无法生成刀具路径。 若在编程过程中，川浅滩边界区分出平面和陡峭区域，在平坦区域用三维偏置精加工策略或平行精加工策略生成刀具路径，在陡峭区域则川等高精加工策略生成路径，则可使加工效果较为理想。 具体操作步骤: ①设置上限角10.下限角0,Φ10 inn，球刀，计算出浅滩边界，如图7a所示。 ②用三维偏置刀具路径加工平坦面，如图7b所示。 ③用等高精加工刀具路径加工陡峭面，如图7c所示。3应用曲面边界控制加工区域 曲面边界是选定待加工曲面和刀具后，系统计算刀具在所选曲面边缘上产生的边界线。应用曲而边界控制加工区域可严格控制刀具只加工所选曲面，而不接触到相邻的、未选取的曲面，可有效避免过切现象的产生。如气盖工件底部平面精加工时，可应用曲面边界控制加工区域。 具体操作步骤: ①创建10 mm球刀。 ②创建偏置平坦面刀具路径，如图8a所示。 ③产生曲面边界。选定需加工的平坦面，在Pow-ermill资源栏中，右击“边界”树枝，在弹出的快捷菜单中选择“定义边界”、“已选曲面”，打开边界表格，设置参数，系统计算出曲而边界，如图8b所示。 ④应用曲面边界控制加工区域，如图8c所示。4应用无碰撞边界控制加工区域 无碰撞边界通过设置刀具及其夹头的长度和直径参数来计算加工时不会与模型发生碰撞的区域，从而形成无碰撞边界。加工时，边界内的表面可用短刀具进行加工，边界外的表面可用更长一些的刀具进行加工。如图9所示车灯罩凹模工件，工件深约400 mm,为提高刀具刚度，减小振动，确保较高的加工表面质量，拟采用两把直径20 mm的球刀进行精加工，刀具伸出长度分别为70 mm和120 mm，由系统计算出已装夹的短刀具(刀具伸出长度为70 mm)能加工到的不与模型产生碰撞的部位，应用无碰撞边界控制加工区域，提高加工效率。 具体操作步骤: ①创建两把20 mm球刀，伸出长度分别为70 mm和120 mm. ②产生无碰撞边界。在Powermill资源栏中，右击“边界”树枝，在弹出的快捷菜单中选择“定义边界”、“无碰撞边界”，打开无碰撞边界对话框，设置参数，系统计算出无碰撞边界，如图9a所示。 ③使用短刀具在无碰撞边界内创建三维偏置精加工刀具路径，如图9b所示。 ④使用长刀具在无碰撞边界外创建三维偏置精加工刀具路径，如图9c所示。5结语 在曲面数控加工中，刀具轨迹的优劣直接影响其加工精度和加工效率。针对工件、机床及刀具特点，基于Powermill软件应用残留边界、浅滩边界、曲面边界和无碰撞边界，可有效规划加工区域，提高曲面的加工精度与加工效率。
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机床向高速化方向发展，不但可大幅度提高加工效率，降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。20世纪90年代以来，欧、关、日各国争相开发应用新一代高速数控机床，加快机床高速化发展步伐. 高速切削在国内的研究及应用起步较晚，但进人20世纪90年代以来已普遍引起关注。目前国内正逐步开始推广应用高速切削技术，主要是应用在航空航天、棋具、汽车工业和精密机械工业。尽管高速切削技术越来越多地被国内诸多行业重视，但在高速机床研发方面仍然受到技术和条件制约，因此研发和应用具有自主知识产权的超高速铣削加工中心产品十分必要。1机珠总体布局和主要技术参数1. 1机床总体布局 该机床采用“L"型框架结构布局，独特的门.型立柱以及大斜面床身结构。滑鞍安装在立柱上左右移动，实现X向快速移动和进给;滑枕安装在滑板上上下移动，实现Z向快速移动和进给;工作台直接安装在床身上前后移动，实现Y向快速移动和进给。 此种结构布局型式与传统的“C"型结构布局相比:床身与立柱结合面大，接触刚性好;主轴悬伸量小，力流传递路线短，静态刚度高;移动部件轻量化设汗、运动惯量小，动态刚度高。整机结构左右对称设计，热态刚度高;同时，基础结构件高刚性设计，易于保证导轨运动精度，精度稳定性好。植机结构布局如图1所示。
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力学模型及研究现状 滚动轴承的动力学研究始于拟静力学方法.是国外学者JONES于1959年创建的，他运用库仑摩擦定律对角接触球轴承进行了轴向动力学研究，并建立了用于球轴承拟静力学分析的力学模型，为其后滚动轴承拟静力学、动力学分析方法的建立莫定了基础。C T WALTERS于1971年创建了球轴承动力学分析模型，其模型的创新之处是使保持架具有6个自由度.代替了以往的3自由度模型，使其对保持架运动规律的研究更为准确。1978年J W KANNEL等对于弹流润滑区的球轴承的保持架进行了深人分析，认为保持架的运动稳定性是由球与保持架间的摩擦程度、轴承润滑剂的s度和球与引导套圈间润滑状态的变化决定的。1979年以后，P K CUPTA将轴承的动力学分析方法进行了大力的推广，再次建立了球的6自由度运动模型，并运用基于微分方程组的数值方法对轴承的动态性能进行了研究，首次系统地研究了滚动轴承动力学的随时间变化的性能问题。但是由于该模型对力的计算模型的条件处理得过于简单，所以模型的计算结果会有一定的误差。随后，P K GUP—TA 等以滚子轴承和球轴承的保持架作为实例研究了非平衡状态下保持架的运动规律，并将此数值与以往的数据进行了比较，得出了由内圈引导的保持架设计比外圈引导的保持架设计更为合理的观点，并计算出球轴承和滚子轴承在静态载荷、非平衡载荷与径向载荷联合作用下的保持架磨损量与保持架出现涡动旋转时的数据。他们提出，今后对滚动轴承的研究应从轴承的动力学性能角度来考虑滚动轴承的参数设计。但是其模型计算云较大，所以在实际运用中极为不便。所以后来C R MEEKS'对Gupta模型的运行条件进行了进一步的简化处理，建立了保持架的6自由度动力学模型，其目的是对保持架的设计参数进行优化处理以改善保持架的动力挽定性。 近些年来，国外关于轴承保持架的动力学分析软件层出不穷。如:1992年，BOESIGER等针对球轴承的保持架开发了动力学计算软件PADRE; 1996年，Meeks等在前人计算方法的基础上，运用变换坐标系的方法去研究轴承保持架的动力学规律，并将得到均规律与以前得出的结果进行了对比，证实了该方法钓准确性与可靠性，用Newton—Raphson数值方法计算了滚动轴承的滚动体与保持架之间的接触作用力及载荷 ; 1997年.H ARAMAKI为T满足市场需求，开发了轴承动力学分析软件BRAIN，并以球轴承为例左行了动力学研究.得出了令人满意的结果。2001年L E STACKE等。.开发的三维模拟软件BEAST,睡有分析保持架的自身运动规律、自动计算其所受作毛力及滚子歪斜条件下的滚动体摩阻力的计算等新型功能。但是在该软件中采用经验和半经验公式去模拟章擦与阻尼.所以模拟结果与实际结果相比会出现一些偏差。2004年.F SADEGHI等学者经过对轴承卖际运转情况的研究后，针对圆柱滚子轴承保持架建立了相应的动力学模型并开发了分析软件，通过对轴保持架的引导间隙与兜孔间隙的间隙比、保持架的付称性等条件的研究.分析了保持架运动的稳定性，旦是其模型具有局限性.只适用于固体润滑的轴承。起初，我国学者对滚动轴承动力学的研究仅局限于静力学与拟静力学阶段，发展极为缓慢。但随着国内外轴承先进技术交流的增多，我国学者对轴承动力学的研究有了进一步的认识，对轴承保持架动力学的研究也不断增多。1997年，陈国定等在考虑了滚子与保持架之间的间隙后建立了保持架的分析模型;并开发了滚子轴承运动特性的动态模拟软件，从而计算出了各个滚子的自转转速和公转转速及保持架转速，且对滚子和保持架的打滑进行了详细的分析，并将其计算结果与国外科学家Gupta的同类文献进行了比较，得到了较为一致的结果，验证了其模拟软件的准确性。2001年，周延泽、赖拥军等〔”一”运用振动理论，对滚动轴承保持架的内外环平面的弯曲振动与扭转振动、在周向上的弯曲与扭转振动发生的祸合及保持架两端的端面相对转动等现象进行了分析，并考虑了弹性流体动力润滑，提出了高速球轴承保持架的振动响应模型，建立了保持架的动力学方程。2003年，刘文秀等在轴承保持架与滚动体相互作用力的研究中，首次引人了碰撞，使研究的结果与实际情况更为贴近。认为滚动体与保持架的相互作用力不是单一的作用力，而是由三部分碰撞作用力组成的。这三部分碰撞作用力分别是滚动体与保持架的兜孔在接触后引起的变形作用力、滚动体与保持架的兜孔之间的流体摩擦所产生的作用力及保持架与轴承的公转角速度不一致所产生的碰撞作用力。他们认为对保持架的运动稳定性起决定性作用的是轴承保持架的引导间隙和保持架的兜孔间睐.并研究了轴承的结构参数对保持架运动稳定性的影响。 2007年，杜辉等人利用滚动轴承摩擦学、弹性流体力学、润滑理论以及轴承动力学等理论，对高速圆柱滚子轴承零件的相互作用力的动态特性进行了瞬态动力学解析，但是解析中没有考虑滚子在高速状态下可能出现的歪斜和倾斜情况。随后，张志华、邓四二等在动力学和拟动力学的基础上，用数值方法分别对高速圆柱滚子轴承和角接触球轴承进行了动力学研究，得出了影响保持架动态特性的因素有:轴承转速、工作载荷、引导间隙和兜孔间隙以及轴承腔内油气比。2010年，张晓鸥等r侧利用有限元软件对球轴承保持架运转特性进行了仿真及分析，得出了套圈与保持架的间隙及保持架兜孔间隙存在一定的比例关系，共同影响保持架运转的稳定性。
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随着我国经济的飞速发展，数控机床作为新一代工作母机，在机械制造中已得到广泛的应用。精密加工技术的迅速发展和零件加工精度的不断提高对数控机床的精度也提出了更离的要求。因此研究新的机床设计思想和机床结构来满足精密机械加工的要求迫在眉睫。而为了获得符合要求的加工精度，首先必须保证机床结构有很好的静动态特性。有限元分析是一种计算复杂结构的极为有效的数值计算方法，为机床静动态特性分析提供了有力的工具。而专门的实验设备为机床整机的静态和棋态分析提供了真实反应机床静动态特性的数据，通过整理静动态特性数据不但可以验证有限元分析方法的可行性和结果出现偏差的可能原因，而且可以为以后类似机床整机模型的有限元分析和无样机条件下的机床虚拟设计打下基础。1 结合部影晌因素的处理方法和有限元建模 机床是由组成它的各个零部件通过结合面有机联接而成的,零部件之间的结合面存在着接触刚度和接触阻尼，实践证明，结合面是机床动态性能的薄弱环节。它的影响因索很多，通过对众多因家进行分析、归纳可将其分类如下:(1)结合面的材料或材质;(2)结合面的加工方法;(3)结合面的粗糙度;(4)结合面的初始面压(法向);(5)结合面的压力分布(即工作面压);(6)结合部的功能(运动或固定);(7)结合面间的润滑情况(有油与无油)。对于姗栓联接的接触面.由于预紧娜栓的存在，接触压力在接触面上的分布并不均匀，实际接触表面是由分布各异的峰谷构成，接触表面形态会随着表面压力的变化而变化。由实验得出结合面的基础特性参数，从公式中可以看到:结合面的切向接触刚度与结合面面压成非线性关系.并随之增大而增大。因为结合面的面积比较小.接触面上的压力分布比较均匀，当整个结合而上的结合条件荃本一致时.可以仅用一个结合点来代替结合面上的螺栓连接点。每个结合点的自由度数决定于机床振动时结合面间可能产生的相对位移。每个自山度用一组等效弹赞刚度和等效限尼系数来代铃.因此选排弹赞单元对结合面进行模拟。所以在建立有限元模型时.在结合面处添加三方向刚度班尼等连接参数。在立柱节点处建立两个集中质从单元.mass21用来模拟立住中的配重质且块.其Pm/e整机模型和有限元模型分别如图1—2所示。
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1.2机床各子系统的故阵模式分析1.2. 1刀库系统 刀库系统的故降棋式概率表和概率图见表2和图22.故障原因概率表和概率图见表3和图3, 由表2和图2可知:刀库系统最频繁的故障模式是刀库失调，约占50%，主要变现为机械手无动作、机械手运动不到位、机械手抓错刀等。 由表3和图3可知:刀库系统最频繁的故障原因是零部件精度偏失，约占40%，主要表现为机械手组件的加工、装配精度和精度稳定性不够高;其次是零部件损坏，约占30%，主要表现为机械手卡爪损坏和电磁阀损坏。1.2.2主轴系统 主轴系统的故障模式概率表和概率图见表4和图4.故障原因概率表和概率图见表5和图5, 由表4和图4可知:主轴系统最频繁的故障模式是主轴失调，约占33.33%，主要表现为主轴箱内有嗓声、主轴不能换挡;其次是零部件损坏，约占22.22%，表现为主轴轴承损坏和同步传动带断裂。 由表5和图5可知:主轴系统最频萦的故障原因是零部件损坏，约占50%，主要表现为主传动齿轮磨损、主轴轴承损坏、旋转密封圈损坏等。
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