論數控加工智能控制系統的研制

張生林

摘 要：計算機技術的發展給傳統制造加工業帶來了根本性改革，從而進入了現代制造技術時代。當前，數控技術成為制造加工業的關鍵技術，世界上許多國家投入巨資對現代制造加工技術進行研發，以改革傳統的制造加工模式。現代制造系統采用了高精度、高效率、高響應、高智能、高自動化等特征的數控技術。數控技術集成微電子、計算機、信息網絡化、自動加工檢測、自動控制等高新技術，對制造業實現柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。

關鍵詞：數控加工；智能控制；控制系統

引言

智能化的數控系統應該集成三維圖形模擬軟件，能夠對加工過程進行在線和離線實時仿真。可自由選擇常見的刀具類型，刀具形狀尺寸參數化，主動進行刀具和工件之間的干涉檢查。支持各種基本加工工藝的模擬，可以設置工件剖視圖，工件內部剖視120度，能夠非常直觀地看內空的切削效果，避免了實際加工中看不到內部的缺陷，真正實現了材料去除過程一目了然。

1數控加工概述

數控加工是指，由控制系統發出指令使刀具作符合要求的各種運動，以數字和字母形式表示工件的形狀和尺寸等技術要求和加工工藝要求進行的加工。它泛指在數控機床上進行零件加工的工藝過程。

數控機床是一種用計算機來控制的機床，用來控制機床的計算機，不管是專用計算機、還是通用計算機都統稱為數控系統。數控機床的運動和輔助動作均受控于數控系統發出的指令。而數控系統的指令是由程序員根據工件的材質、加工要求、機床的特性和系統所規定的指令格式編制的。數控系統根據程序指令向伺服裝置和其它功能部件發出運行或終斷信息來控制機床的各種運動。當零件的加工程序結束時，機床便會自動停止。任何一種數控機床，在其數控系統中若沒有輸入程序指令，數控機床就不能工作。

2數控基本原理

在進行數控加工之前，要預先編制加工程序清單：（1）確定工件的加工工序及加工所用刀具和切削速度；（2）確定工件的輪廓銜接點；（3）確定起刀和收刀的位置以及坐標原點的位置。按規定的語句格式寫出數控指令集，將指令集輸入到數控裝置里進行處理，通過驅動電路把信號放大，驅動伺服電機輸出角位移及角速度，又通過執行不見轉換成工作臺的直線位移以實現進給。另外，數控裝置還要通過PLC控制強電部件以進行一些輔助性工作，如：照明、冷卻等。

3數控技術的發展趨勢

3.1 性能發展

數控技術的發展使得世界工業進程不斷加快，因此，速度、精度和效率成為評價機械制造技術的指標。汽車行業、軍工行業、科研行業等許多行業都結合了數控技術，不同行業的應用和重視使得對數控技術的效率速度和精度的要求越來越高。目前大多數數控技術采用芯片控制系統和帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數字伺服系統，使得機床的動態靜態性能得到了很大的提高，極大地加快了生產速度和效率。2l 世紀的數控裝備將會更加追求加工的質量和加工效率，將會具有一定的智能化。智能化主要體現在加工模式的自動化，利用網絡化，賦予程序一定的自適應性，從而能夠更好地解放人力，得到效率的最大化，與此同時，更加智能化的人機界面，也使得制造業不那么枯燥而帶有一定的人文關懷。

3.2 功能發展方向

數控技術的發展將越來越功能化，對不同用戶的接待和要求將會處理的更加精確和完善，出錯率更少。用戶界面所謂使用者與數控系統之間的對話接口，是計算機軟件研制中最困難的部分之一，當前多媒體技術的發展對用戶界面的要求越來越高，目前應用的圖形界面極大方便了人們的應用，通過簡單的圖標操作和模擬，能夠更加高效地操作設備和儀器。

3.3 體系結構的發展

利用高度集成電路提高了數控系統的集成度和軟硬件運行速度。在提高顯示器性能方面應用了 FPD 平板顯示技術。平板顯示器不僅體積小、功耗低、便于攜帶，其科技含量足以用于操作，并且平板顯示器還可實現超大尺寸顯示，制作方面，原料豐富，是近幾年顯示技術的主流。

4數控加工智能控制系統——數控加工中心自動換刀技術

隨著經濟的發展和科技的進步，數控加工技術獲得了長足的進步和廣泛的應用。以數控加工中心自動換刀技術為例，對數控加工和加工中心自動換刀功能進行概述。

4.1自動換刀系統概述

數控加工作為一種利用數控機床進行零件加工的工藝方法，從總體上與傳統機床加工工藝規程是一致的，但是也存在著明顯的變化。 利用數字信息進行零件控制和刀具位移可以解決零件的種類多、數量少、結構復雜以及精確度高的問題，是實現數控自動化加工和數控加工高效化的有效途徑。在數控加工技術中，自動換刀功能是數控加工中心的基本功能之一。自動換刀系統是加工中心的關鍵功能部件，其可靠性水平直接影響加工中心整機的可靠性。目前，數控加工中心大量使用的換刀方式是通過使用刀庫實現的。 獨立的刀庫不僅可以增加刀具的儲蓄數量，擴大機床的功能，還可以減少影響加工精確度的各種因素。 數控加工中心經常使用的刀庫種類有鏈式刀庫和盤式刀庫，按照刀庫換刀過程中是否有機械手參與，可以將刀庫換刀的方式分為機械手換刀和無機械手換刀。數控加工自動換刀系統的核心部分是可編輯邏輯控制器（PLC）。 PLC以及單片機在國內被廣泛的引用， 這兩種控制器各自具有優缺點，PLC 的控制程序編寫復雜 ，而單片機控制電路的搭建比較復雜。

4.2自動換刀系統的結構組成

數控加工中心自動換刀系統的結構復雜。不同類型的加工中心，同類而不同廠家生產的加工中心，其自動換刀系統的結構均可能不同。

4.2.1自動換刀氣動控制系統

自動換刀氣動控制系統的主要控制內容為：刀庫刀具倒刀和回刀控制；主軸吹氣控制。該系統的特點為：氣源容易獲得、反應速度快、動作迅速、維護方便、管路不易堵塞、不易發生過載，還可以用于降溫。工作壓力較低，空氣壓縮比大，故輸出功率低。

4.2.2自動換刀液壓控制系統

液壓系統工作平穩可靠、易于調節、傳動介質為高壓力的油性介質，因此適合大功率輸出的系統。加工中心換刀控制液壓系統主要用于實現主軸退刀控制，亦可也用于機械手的換刀控制。

4.2.3自動換刀電氣控制系統

自動換刀電氣控制系統與上述各個系統配合，主要實現的控制內容有：（1）換刀機械手電動機控制；（2）刀庫電動機正反轉控制；（3）主軸退刀控制；（4）刀庫倒刀控制；（5）刀庫回刀控制；（6）主軸吹氣控制；（7）主軸準停控制。

相關控制信號：主要輸入信號：（1）主軸刀具夾緊確認信號；（2）主軸刀具松開確認信號；（3）刀庫倒刀確認信號；（4）刀庫回刀確認信號；（5）刀庫計數及定位信號；（6）刀庫原點確認信號；（7）換刀機械手扣刀確認信號；（8）換刀機械手原點確認信號；（9）換刀機械手電機停止控制信號；（10）換刀機械手電機和刀庫電機保護開關信號。

結語

隨著計算機技術和數控系統的不斷發展，數控系統的單機智能化和網絡智能化已成為數控機床研究的重要領域。由于人工成本越來越貴，機器手等輔助設備的出現陸續替代了人工，這時就對數控設備的兼容性和協調性提出了更高的要求。智能化的數控機床將變得越來越“聰明”和人性化，從而開創智能數控技術的新篇章。

參考文獻

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