論數(shù)控加工的結(jié)構(gòu)及發(fā)展前景研究

張智藝 包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院

論數(shù)控加工的結(jié)構(gòu)及發(fā)展前景研究

張智藝 包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院

數(shù)控加工是一種不同于傳統(tǒng)加工以高精度高自動(dòng)化化著稱的機(jī)械加工生產(chǎn)方式，特別是在一些復(fù)雜且精度要求很高的制造業(yè)領(lǐng)域例如模具加工，航空航天，電子行業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。數(shù)控加工能利用程序完成傳統(tǒng)加工難以完成的復(fù)雜零件的加工制造，整個(gè)過程都是自動(dòng)化完成的，所以對(duì)程序及加工順序有著更高的要求。

數(shù)控加工 精度 程序 自動(dòng)化

近年來，隨著計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)在機(jī)械工程方面的進(jìn)一步滲透，機(jī)電逐漸趨于一體化。機(jī)械工業(yè)的生產(chǎn)方式，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，技術(shù)結(jié)構(gòu)，管理模式等發(fā)生了巨大的變化，使機(jī)械加工從機(jī)械電氣化邁入機(jī)電一體化的發(fā)展階段。高速自動(dòng)化生產(chǎn)逐漸成為機(jī)械生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，新的機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)理論，高效的計(jì)算機(jī)電子技術(shù)的融合，數(shù)控機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生。從單一的刀具加工，發(fā)展到機(jī)床加工多刀具同時(shí)加工，全面高速化，大大降低了切削及和換刀效率等輔助時(shí)間，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了加工制造的高效率高質(zhì)量。數(shù)控加工是現(xiàn)代加工技術(shù)的一個(gè)標(biāo)志，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工制造領(lǐng)域。

1 數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)及工作過程

1.1 數(shù)控機(jī)床基本結(jié)構(gòu)

數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)主要由PLC（可編程控制器）輸入及輸出設(shè)備、伺服單元、計(jì)算機(jī)控制裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、電氣控制裝置、機(jī)床本體及測(cè)量反饋輔助裝置等構(gòu)成。如圖1．1所示。

圖1.1 數(shù)控機(jī)床主要結(jié)構(gòu)圖示

1．1．1 機(jī)床本體

數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體與傳統(tǒng)機(jī)床的結(jié)構(gòu)基本一樣，由主軸傳動(dòng)裝置、進(jìn)給裝置、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、輔助運(yùn)動(dòng)裝置，冷卻裝置等組成。但為了滿足數(shù)控機(jī)床的加工要求，數(shù)控機(jī)床在外觀，操作臺(tái)，換刀裝置等方面較傳統(tǒng)加工有了很大的變化。

1．1．2 CNC 單元

CNC即計(jì)算機(jī)控制單元，它是數(shù)控機(jī)床的大腦，主要功能是程序編碼輸入之后進(jìn)行信息編進(jìn)處理，輸出控制指令。

1．1．3 輸入 / 輸出設(shè)備

輸入裝置是指帶有計(jì)算機(jī)程序的硬盤磁盤等存儲(chǔ)器，現(xiàn)通用DNC網(wǎng)絡(luò)串行通信的方式輸入原始控制程序。

輸出設(shè)備也是存儲(chǔ)設(shè)備，一般存儲(chǔ)的是機(jī)床的各部分運(yùn)行參數(shù)，目的是為了方便查驗(yàn)加工數(shù)據(jù)，方便修正加工數(shù)據(jù)。

1．1．4 伺服單元

伺服單元的作用是把來自CNC單元的控制脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)。每個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制一個(gè)機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件，伺服系統(tǒng)決定了整個(gè)機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)性能。

1．1．5 可編程控制器

可編程控制器 (Programmable Controller) 是一種通用行控制裝置，它的主要部件就是微處理器，CNC和PLC的有效配合，完成對(duì)數(shù)控機(jī)床的控制。

1．1．6 測(cè)量反饋裝置

測(cè)量反饋裝置即是一種將加工數(shù)據(jù)傳遞給CNC的裝置，能自動(dòng)的完成誤差的測(cè)量及修正，是數(shù)控機(jī)床能完成高精度加工的主要原因。

1.2 工作過程

CNC將輸入至數(shù)控機(jī)床的數(shù)字及編碼符號(hào)進(jìn)行一系列處理后通過可編程控制器及伺服系統(tǒng)向機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，機(jī)床在伺服裝置及測(cè)量反饋裝置的配合下，完成工件加工所需動(dòng)作，如刀具運(yùn)行軌跡，進(jìn)給量，進(jìn)給速度，位移量等的實(shí)時(shí)控制，從而完成對(duì)工件的精密加工。

2.數(shù)控車床的主要性能指標(biāo)

2.1 主要規(guī)格尺寸

數(shù)控機(jī)床的規(guī)格尺寸主要包括最大加工長(zhǎng)度及直徑，刀架與床身的最大回轉(zhuǎn)半徑等。

2.2 主軸系統(tǒng)

數(shù)控機(jī)床主要采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速一般較高，有的甚至能達(dá)到每分鐘幾萬甚至幾十萬轉(zhuǎn)，這就要求數(shù)控機(jī)床的穩(wěn)定性及主軸剛度比較好，這樣才能達(dá)到更好的切削精度。

2.3 進(jìn)給系統(tǒng)

進(jìn)給系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)主要有最小運(yùn)動(dòng)當(dāng)量，螺距范圍，進(jìn)給范圍及速度，定位精度等參數(shù)構(gòu)成。

脈沖當(dāng)量即進(jìn)給分辨率，是精度控制的重要指標(biāo)。實(shí)際脈沖當(dāng)量的計(jì)算公式如下：

2.4 刀具系統(tǒng)

刀具系統(tǒng)直接影響加工的精度和效率，主要包含刀架工位數(shù)，刀具性能，換刀速度，定位精度等方面。合理的選用與優(yōu)化刀具系統(tǒng)對(duì)數(shù)控加工生產(chǎn)有著重要意義。

3 數(shù)控加工的發(fā)展趨勢(shì)

隨著機(jī)電一體化的進(jìn)一步發(fā)展，機(jī)械加工制造對(duì)加工精度，加工效率提出了更高的要求，首先數(shù)控加工必然朝著更加精密的方向甚至發(fā)展進(jìn)入亞微米時(shí)代，精密加工技術(shù)得到長(zhǎng)足發(fā)展；其次，技術(shù)融合及技術(shù)集成更加徹底，加工技術(shù)與計(jì)算機(jī)軟件人工智能等領(lǐng)域等融合更加明顯，呈現(xiàn)出復(fù)合機(jī)床智能化的特點(diǎn)，大大降低人力參與度。

4 結(jié)束語

多學(xué)科，多技術(shù)的結(jié)合已然成為數(shù)控技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)將機(jī)械制造技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，測(cè)試技術(shù)等融為一體，隨著數(shù)控加工技術(shù)日益成熟，技術(shù)早已不是限制數(shù)控加工面臨的主要問題。鑒于數(shù)控機(jī)床有限的加工空間限制了加工的靈活性，數(shù)控機(jī)床的加工適用性及編程繁瑣已然成為制約數(shù)控加工大規(guī)模運(yùn)用一個(gè)重要因素，這就需要我們懂得如何改進(jìn)加工工藝，熟練并且優(yōu)化編程語言。

[1]孔慶復(fù).計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1994

[2]楊自厚.人工智能技術(shù)及其在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用[J]．2014

[3]王俊普．智能控制[M]．合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2015

張智藝，1972.6.21，女，漢，河北省滄州市，實(shí)驗(yàn)師，中級(jí)，包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，研究方向：機(jī)械制造類。