論機電一體化在數(shù)控機床中的應用

郝中波

摘要：國內(nèi)數(shù)控機床的應用與發(fā)展越來越深入，在工業(yè)領域起到非常重要的作用。但深入到機床產(chǎn)業(yè)中了解數(shù)控機床應用實際情況，其存在零件加工精確度不高、缺乏核心技術等問題，這在一定程度上阻礙了機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展?；诖?，本文將重點立足于機電一體化，著重概述機電一體化和數(shù)控機床，在此基礎上探索機電一體化在數(shù)控機床中的具體應用，希望對于推動國內(nèi)工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展有所幫助。

關鍵詞：機電一體化;數(shù)控機床;發(fā)展現(xiàn)狀;實踐應用

中圖分類號：U468.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）02-0069-02

0? 引言

與國外發(fā)達國家相比，無論是機電一體化技術還是數(shù)控技術都比較落后。但伴隨著我國大力提倡科教興國戰(zhàn)略的實施，國內(nèi)一直致力于基于機電一體化的數(shù)控機床的應用與發(fā)展，意在改變應用現(xiàn)狀，促使我國數(shù)控技術和機電一體化技術均能突破技術困難，提高其應用價值，促進國內(nèi)工業(yè)更好更快發(fā)展?？傊钊胙芯亢头治鰴C械設計技術、自動控制技術、執(zhí)行與驅動技術、檢測與傳感技術等機電一體化技術在數(shù)控機床中的應用是非常有意義的。

1? 機電一體化及其發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 機電一體化的介紹

誕生于20世紀70年代日本的機電一體化研究和應用越來越深入。早期對機電一體化的定義是在機械主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術，并將機械裝置與電子裝置用相關軟件有機結合而構成的系統(tǒng)的總稱。而現(xiàn)階段它已經(jīng)發(fā)展成為一門有著自身體系的新興科學，并且因科學技術的發(fā)展，使得它的內(nèi)容不斷更新、豐富，已經(jīng)能夠綜合運用諸多技術，比如信息技術、電工電子技術、自動控制技術、計算機技術、機械技術、軟件編程技術等等，使之具有質量好、功能多、可靠性高等特點[1]。機電一體化技術是時代和科技發(fā)展的產(chǎn)物，它主要是以傳統(tǒng)的機械技術為基礎。機電一體化技術是結合現(xiàn)代的各種先進技術并且在經(jīng)濟發(fā)展的推動下形成的一種新型的工業(yè)生產(chǎn)技術。機電一體化技術已經(jīng)被運用到了社會各大生產(chǎn)領域當中，并且在智能化制造中有著重要的作用。機電一體化技術具有自動化、信息化、科技化等特點。它是為了順應時代科技發(fā)展將傳統(tǒng)工業(yè)技術轉變?yōu)榧s化生產(chǎn)模式。所以說機電一體化技術是時代和科技發(fā)展的產(chǎn)物，它不僅滿足了現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需求，同時還提高了企業(yè)利潤降低了企業(yè)人力資源的損耗提高了生產(chǎn)速度，促進我國工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。

1.2 國內(nèi)機電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀

總體來說國內(nèi)也在大力推動機電一體化的研究與應用。但相對于國外發(fā)達國家來說，國內(nèi)機電一體化技術起步較晚，加之這方面人才稀少、工業(yè)系統(tǒng)比較落后，與發(fā)達國家之間的差距較大。因國內(nèi)機電一體化技術起步較晚，在技術發(fā)展初期技術支持和經(jīng)濟支持不足，相應的機電一體化研究與改造難度較大，難以滿足實際需求。具體表現(xiàn)為傳統(tǒng)、普通的機床、工業(yè)爐窯風機電泵等設備與電工電子技術、信息技術、計算機技術等先進技術融合難度較大，改造任務十分繁重。但伴隨著國內(nèi)科學技術不斷發(fā)展、經(jīng)濟水平的不斷提升、專業(yè)人才培養(yǎng)的不斷加強，相信未來機電一體化技術的發(fā)展將越來越好。就以數(shù)控機床來說，現(xiàn)階段國內(nèi)大力發(fā)展機電一體化在數(shù)控機床中的應用，意在提高國內(nèi)工業(yè)系統(tǒng)的現(xiàn)代化程度。

2? 數(shù)控機床及其發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 數(shù)控機床的概述

誕生于20世紀中后期美國的數(shù)控機床，在美國、德國、日本等發(fā)達國家發(fā)展非常迅猛，逐漸成為加工制造業(yè)中不可或缺的重要技術之一。而國內(nèi)數(shù)控機床的發(fā)展則是從20世紀80年代開始的。之所以說數(shù)控機床是一項非常重要的技術，主要因為它的工作原理是通過控制編碼或者指令規(guī)定的相關程序，再將其譯碼，后將轉化后的譯碼用數(shù)字表示。這些數(shù)字再通過數(shù)控裝置的特定信息輸入載體后對數(shù)控裝置的各個加工機床發(fā)布相關指令，機床加工符合要求的零件，這極大程度上提高了產(chǎn)品加工質量和效率，有利于促進工業(yè)持續(xù)健康的發(fā)展[2]。

2.2 國內(nèi)數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀

盡管國內(nèi)在大力推動數(shù)控機床發(fā)展，但其發(fā)展過程中依舊存在一些不足，具體表現(xiàn)為：

2.2.1 數(shù)控化水平偏低

對數(shù)控機床市場加以了解，諸多國內(nèi)企業(yè)依靠與國外企業(yè)合作或合資的方式來進行數(shù)控機床的生產(chǎn)和經(jīng)營，其中國外企業(yè)負責提供核心技術，國內(nèi)企業(yè)負責部件的組裝，這意味著企業(yè)發(fā)展命脈掌握在外國企業(yè)手中，國內(nèi)數(shù)控機床發(fā)展備受限制和影響。因為我國數(shù)控機床起步較晚，盡管國內(nèi)專業(yè)技術人才一直在研究和探索核心技術，努力突破現(xiàn)狀，提高我國數(shù)控機床水平，縮短與發(fā)達國家之間的距離。但在我國發(fā)展數(shù)控機床的同時，發(fā)達國家也在不斷研究和發(fā)展數(shù)控機床，掌握著最新的高技術功能部件，這是我國所無法比擬的。所以，現(xiàn)階段我國面臨著數(shù)控化水平偏低的局面。

2.2.2 缺乏核心技術

相關調(diào)查統(tǒng)計顯示，國產(chǎn)機床品種中經(jīng)濟型數(shù)控機床占比50%;大型的、高性能、高精度的數(shù)控機床占比1.5～2.5%，不到發(fā)達國家的二十分之一。這充分說明了現(xiàn)階段我國數(shù)控技術缺乏核心技術。在此基礎上深入了解國內(nèi)中高端機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，即中高端數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)主要進行數(shù)控機床部件的制造和組裝，而核心部件需要從外國企業(yè)進口。這就意味著國內(nèi)數(shù)控機床核心技術的研發(fā)能力不高，直接阻礙數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化，給我國工業(yè)發(fā)展和經(jīng)濟發(fā)展帶來一定的影響[3]。

2.2.3 產(chǎn)品性能有待提高

數(shù)控機床性能高低直接決定所生產(chǎn)零件的加工效率和精準度。所以，客戶對數(shù)控機床性能要求較高。而對國內(nèi)數(shù)控機床生產(chǎn)和應用實際情況加以了解，數(shù)控機床產(chǎn)品性能難以達到國外發(fā)達國家水平。其中，在精確度方面很多客戶反映零部件加工企業(yè)所生產(chǎn)的零部件的精確度難以達到要求，尤其是重復定位精度難以達到歐洲所規(guī)定的標準;轉速方面國內(nèi)零部件加工企業(yè)的加工中心的快速進個速度在30～60m/min，而國外發(fā)達國家則在40～90m/min，這說明國內(nèi)數(shù)控機床產(chǎn)品的軸轉速、移動速度、換刀速度均有待提高。

3? 機電一體化在數(shù)控機床中的應用

3.1 機械設計技術在數(shù)控機床中的應用

機械設計技術是比較基礎的機電一體化設計技術，但將其應用于數(shù)控機床中也會發(fā)揮非常大的作用，彌補傳統(tǒng)數(shù)控機床的不足，真正提高數(shù)控機床的性能，使之應用價值得以提升。之所以這樣說，是因為機械設計技術的應用是以計算機為基礎，根據(jù)實際需求來優(yōu)化設計機械裝置，提高機械裝置的精確度、靜態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定性。將機械設計技術應用于數(shù)控機床中，則是利用計算機技術綜合分析和調(diào)整加工機械各個坐標軸之間的關系，之后以此為依據(jù)來改造數(shù)控機床，使之比傳統(tǒng)的機床更具應用價值，比如具有人性化特點，即：零件加工的過程中實現(xiàn)全封閉的防護切屑，保護工作人員的人身安全;具有效率高的特點，即：零件加工的過程中實現(xiàn)傾斜式的排屑，提高排屑效率;具有減輕工作人員工作量的特點，即：提高數(shù)控機床的主軸工作速度和工件裝夾安全，在一定程度上減少了工作人員的工作量;具有減輕機床體積的特點，即：對數(shù)控機床進行了換刀設計，使得數(shù)控機床可以同步進行多個零件加工，既減少機床的體積，又提高工作效率[4]。

3.2 自動控制技術在數(shù)控機床中的應用

自動控制技術有效應用于數(shù)控機床中，還能夠使其具有自動化、高效化、高精確度等特點，極大程度上提高了數(shù)控機床的應用效果。自動控制技術是由計算機技術、通訊信息技術等軟件載體和可編程邏輯器件這一硬件載體組成的，兩者相互配合，勢必能夠發(fā)揮自動化控制的作用。自動控制技術具體應用于數(shù)控機床中，主要是利用計算機技術、通訊信息技術等軟件載體對加工信息予以接收、計算、轉換、保存及輸出等方面的處理，與此同時利用PLC、CPLD等可編程邏輯器讀取計算機發(fā)出的控制指令，對機床的開關、切割等部分予以有效的控制，那么在數(shù)控機床具體進行零部件加工的過程中，將直接利用計算機發(fā)出所要生產(chǎn)零部件指令，之后自動化控制零部件加工的各個環(huán)節(jié)，以此來實現(xiàn)自動化控制零件生產(chǎn)，這不僅能夠提高數(shù)控加工質量和效率，還能極大程度上降低工作人員的工作量。

3.3 執(zhí)行與驅動技術在數(shù)控機床中的應用

機電一體化在數(shù)控機床中的應用的又一表現(xiàn)是執(zhí)行與驅動技術，它是由執(zhí)行驅動單元和驅動設備組成的，能夠有效的調(diào)節(jié)設備的工作電壓和功率，從而增強設備驅動力，促使設備更加高效化的生產(chǎn)。那么，執(zhí)行與驅動技術在數(shù)控機床中如何有效應用呢？這需要相關技術人員了解數(shù)控機床的實際情況，合理的設置執(zhí)行驅動單元和驅動設備，其中執(zhí)行驅動單元的設置應以電子電氣接口為連接點，將其與計算機數(shù)控設備相連接，以便驅動控制命令能夠直接下達到計算機自動化控制設備;再以機械加工接口為接入點，將其與機械驅動和執(zhí)行機構相連接，以便自動控制系統(tǒng)命令將直接下達到機械加工設備上，那么后續(xù)數(shù)控機床加工的過程中，執(zhí)行與驅動技術將充分發(fā)揮作用，驅動零件加工更高效、精密地作業(yè)，提高所加工零件的質量[5]。

3.4 檢測與傳感技術在數(shù)控機床中的應用

數(shù)控機床結構比較復雜，其在長時間運行的過程中容易受到某些因素的影響，導致其存在質量隱患，容易誘發(fā)故障問題，降低零件加工質量和效率。所以，為了促進我國數(shù)控機床更好發(fā)展，縮短與發(fā)達國家的距離，還需要有效應用檢測與傳感技術。檢測與傳感技術在數(shù)控機床中的應用表現(xiàn)是檢測設備、監(jiān)測電路及反饋電路，對數(shù)控機床運行全過程進行詳細的、深入的、全面的檢測，獲取零件加工相關轉速、位移、加速度、力矩及溫度等方面的信息，與此同時轉換電路，將以上信息傳輸?shù)接嬎銠C中，綜合處理和分析數(shù)據(jù)，說明數(shù)控機床是否安全問題，如若存在，將針對性的方法加以處理，及時消除質量隱患，保證數(shù)控機床運行狀態(tài)良好，能夠滿足零件加工需求。

4? 結束語

在計算機技術、信息技術、電子技術等先進技術不斷發(fā)展的背景下國內(nèi)機電一體化也在不斷推陳出新，使之具有實用性、有效性、科學性等特點。基于此，應用機電一體化運用到數(shù)控機床之中，比如實施機械設計技術、自動控制技術、執(zhí)行與驅動技術、檢測與傳感技術等技術的合理且有效應用，將在極大程度上彌補數(shù)控機床不足，提高數(shù)控機床整體性能，加工出高質量的零件，滿足工業(yè)生產(chǎn)需求，促使工業(yè)生產(chǎn)進入新階段、新時代。

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