數(shù)控技術(shù)在數(shù)控銑床中的應(yīng)用

李雙晶

（寧夏工業(yè)職業(yè)學(xué)院，銀川 750000）

現(xiàn)階段，數(shù)控技術(shù)在數(shù)控銑床中的應(yīng)用越來越廣泛，促使數(shù)控銑床的機(jī)械加工制造更加趨向信息化、現(xiàn)代化、一體化以及機(jī)械化。它能在保證機(jī)械加工制造效率與質(zhì)量的同時(shí)，大幅度降低人工成本，提升機(jī)械效率和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，備受廣大機(jī)械加工制造企業(yè)的青睞。

1 我國數(shù)控技術(shù)與數(shù)控銑床發(fā)展現(xiàn)狀分析

當(dāng)前，我國的數(shù)控技術(shù)與數(shù)控銑床發(fā)展迅速。數(shù)控技術(shù)的廣泛運(yùn)用及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，能夠幫助機(jī)械加工制造業(yè)快速傳達(dá)加工工作的要求與指令，確保機(jī)械加工制造對加工產(chǎn)品的質(zhì)量把關(guān)，強(qiáng)化機(jī)械加工制造業(yè)的技術(shù)研究氛圍。數(shù)控技術(shù)是機(jī)械加工制造技術(shù)發(fā)展和管理的關(guān)鍵，因此參與機(jī)械加工制造與數(shù)控銑床行業(yè)的相關(guān)人員需要加強(qiáng)數(shù)控技術(shù)應(yīng)用具體內(nèi)容與專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐。此外，機(jī)械加工制造行業(yè)的管理者在加強(qiáng)數(shù)控技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量和效率的同時(shí)，應(yīng)分析數(shù)控技術(shù)應(yīng)用的核心內(nèi)涵與要求，營造良好的數(shù)控技術(shù)應(yīng)用氛圍。

2 數(shù)控銑床的組成及工作流程

2.1 數(shù)控銑床的基本組成

圖1為數(shù)控銑床的基本組成，主要包括計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)裝置、測量反饋系統(tǒng)、控制裝置與輸入輸出裝置、可編程邏輯控制器與CPU 控制操作系統(tǒng)以及數(shù)控銑床功能主體等。

2.1.1 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)即數(shù)控銑床相對應(yīng)的CNC 裝置，包含數(shù)控銑床的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、位置控制系統(tǒng)及檢測反饋裝置、PLC 接口及其裝置系統(tǒng)、系統(tǒng)通信接口板、擴(kuò)展功能模塊以及各部件相應(yīng)控制命令軟件等數(shù)控系統(tǒng)模塊。它主要通過輸入的零件加工程序或是特定的操作命令進(jìn)行分析與處理，隨即輸出控制命令并執(zhí)行[1]。

圖1 數(shù)控銑床的基本組成

2.1.2 伺服系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)裝置和測量反饋系統(tǒng)

數(shù)控銑床的伺服系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)裝置組成了它的主軸伺服裝置、主軸電動(dòng)機(jī)以及進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置等，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控銑床的運(yùn)行。測量反饋裝置及其系統(tǒng)則包含了位置與速度測量裝置，能很好地完成主軸、進(jìn)給速度閉環(huán)控制任務(wù)。此外，主軸電動(dòng)機(jī)與主軸伺服裝置通過各種指令控制實(shí)現(xiàn)工件的加工和切削工作。控制量主要為速度和位置。進(jìn)給伺服系統(tǒng)可以靈敏并準(zhǔn)確地獲取數(shù)控系統(tǒng)傳達(dá)的速度和位置指令，進(jìn)而執(zhí)行機(jī)械加工制造的成型工序。

2.1.3 控制裝置與輸入輸出裝置

數(shù)控銑床的控制裝置不僅可以進(jìn)行工件加工程序的記錄分析，還可以加強(qiáng)人機(jī)聯(lián)系。數(shù)控銑床的輸入輸出裝置是與外界進(jìn)行信息交互的關(guān)鍵系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)與外部設(shè)備的聯(lián)系可以自行準(zhǔn)確地記錄控制裝置中的零件加工程序，然后將其輸入數(shù)控系統(tǒng)。當(dāng)下最常用且最廣泛的輸入輸出設(shè)備與控制裝置為磁盤與磁盤驅(qū)動(dòng)器。此外，數(shù)控銑床還可以利用最新的通信方式，融入計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，加之柔性制造系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備的通信[2]。

2.1.4 可編程邏輯控制器與CPU 控制操作

數(shù)控銑床中數(shù)控系統(tǒng)的可編程邏輯控制器與CPU 控制操作通常用于執(zhí)行計(jì)算機(jī)的邏輯運(yùn)算和順序動(dòng)作I/O 控制。數(shù)控銑床上的I/O 控制電路及其裝置系統(tǒng)具有繼電器、電磁閥以及行程開關(guān)等電氣設(shè)備之外的邏輯電路，可以與整體電氣控制設(shè)備系統(tǒng)組合使用，接收數(shù)控系統(tǒng)的各種命令并進(jìn)行轉(zhuǎn)碼，編譯成相對應(yīng)程序的控制信號(hào)，從而輔助數(shù)控銑床部件完成相應(yīng)的操作。

2.1.5 數(shù)控銑床功能主體

數(shù)控銑床的各個(gè)功能主體構(gòu)成了數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)，是數(shù)控系統(tǒng)的主要控制目標(biāo)。數(shù)控系統(tǒng)下達(dá)的指令由它們進(jìn)行執(zhí)行，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工制造工作。數(shù)控銑床主運(yùn)動(dòng)部件由主軸和主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成，以保障工件的加工軌跡與穩(wěn)定性。進(jìn)給傳動(dòng)部件主要由工作臺(tái)、拖板及主運(yùn)動(dòng)部件附屬的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，具有輔助和傳動(dòng)功能。數(shù)控銑床主體框架由立柱、結(jié)構(gòu)框架以及床身等支撐部件構(gòu)成[3]。

2.2 數(shù)控銑床與數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行流程

數(shù)控銑床進(jìn)入工作狀態(tài)后，會(huì)先行將加工程序中各個(gè)工序與步驟及工件與零件之間的相對位移轉(zhuǎn)化為數(shù)字化代碼，隨后根據(jù)加工工藝順序形成數(shù)字控制程序即NC 程序，再通過控制介質(zhì)或是人工輸入的方式進(jìn)行NC 程序的輸入，進(jìn)而完成數(shù)控銑床的程序輸入、數(shù)控銑床狀態(tài)分析、刀具等狀況的分析處理與計(jì)算，最后經(jīng)由數(shù)控系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)出控制指令，使得數(shù)控銑床伺服系統(tǒng)、主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)等執(zhí)行機(jī)械加工制造工作。圖2 為數(shù)控銑床機(jī)械加工制造中數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化。

圖2 數(shù)控銑床機(jī)械加工制造中數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化

2.2.1 轉(zhuǎn)譯編碼

數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行轉(zhuǎn)譯編碼程序時(shí)會(huì)將所有信息轉(zhuǎn)化為通用美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼（American Standard Code for Information Interchange，ASCII）進(jìn)行表達(dá)，再以若干程序段為單位段進(jìn)行刀補(bǔ)處理工序數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化，主要有加工部件、零件相應(yīng)三相坐標(biāo)軸及其數(shù)值、進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速以及使用刀具代號(hào)等。

2.2.2 刀補(bǔ)處理工序

導(dǎo)入、輸入的工件加工程序按照工件輪廓進(jìn)行繪制。數(shù)控銑床通過刀具的位移變化切削出形狀，其中的主要依據(jù)為刀具的中心軌跡。因此，在接到工件加工程序后，相關(guān)工作人員需要立即轉(zhuǎn)工件加工輪廓為刀具中心軌跡，否則將會(huì)出現(xiàn)貨不對版的情況。需要說明的是，數(shù)控銑床的刀補(bǔ)處理是轉(zhuǎn)換圖紙程序的工作。

2.2.3 插補(bǔ)處理

數(shù)控銑床會(huì)按照規(guī)定的插補(bǔ)周期進(jìn)行插補(bǔ)處理。根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)得到的進(jìn)給速度與工件加工程序的輪廓，計(jì)算各個(gè)進(jìn)給軸所需的位移指令，并在此指令傳達(dá)到數(shù)控銑床的伺服系統(tǒng)后才能完成刀具的切削和磨銑成型工作。

2.2.4 可編程邏輯控制器控制

數(shù)控銑床數(shù)控系統(tǒng)中的可編程邏輯控制器可以順序控制所有動(dòng)作指令，并以數(shù)控系統(tǒng)與數(shù)控銑床各功能部件的電氣設(shè)備、行程開關(guān)、傳感器以及繼電器等一系列信號(hào)狀態(tài)為基礎(chǔ)，遵循加工工件程序設(shè)定的邏輯順序，實(shí)行類似主軸的運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)向、刀具更換、工件更換、冷卻與潤滑系統(tǒng)等。

3 數(shù)控技術(shù)在數(shù)控銑床的應(yīng)用探究

3.1 加強(qiáng)數(shù)控銑床數(shù)控技術(shù)的研究與開發(fā)

數(shù)控銑床加工廣泛運(yùn)用數(shù)控技術(shù)進(jìn)行控制與處理操作。在了解數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)、運(yùn)轉(zhuǎn)流程、原理及數(shù)控技術(shù)后可知，想要提升我國機(jī)械加工制造水平和數(shù)控銑床加工效率、便利性及經(jīng)濟(jì)效益，需加強(qiáng)數(shù)控技術(shù)的研究與開發(fā)。它將直接影響到數(shù)控銑床的運(yùn)行狀態(tài)與加工質(zhì)量。

3.1.1 強(qiáng)電關(guān)斷程序軟件

強(qiáng)電關(guān)斷程序軟件在其他機(jī)械設(shè)備中常有提及，但在數(shù)控銑床數(shù)控技術(shù)中剛剛興起，如今已成為數(shù)控技術(shù)軟件開發(fā)中的關(guān)鍵一項(xiàng)，是其他數(shù)控程序的基礎(chǔ)與安全保障。因此，必須保證它在數(shù)控銑床數(shù)控系統(tǒng)中的優(yōu)越性，稱為強(qiáng)電關(guān)斷優(yōu)先原則。圖3 為實(shí)際銑床軟件設(shè)計(jì)案例，一旦控制電路中檢測到強(qiáng)電關(guān)斷信號(hào)，都會(huì)擱置其他控制信號(hào)使得系統(tǒng)處于強(qiáng)電關(guān)斷狀態(tài)，除非人為二次開啟，否則不會(huì)接通中間繼電器，實(shí)現(xiàn)了自鎖的任務(wù)狀態(tài)。圖3 中，檢測到控制信號(hào)X02=1 時(shí)，則自動(dòng)強(qiáng)電關(guān)斷繼電器M100。這個(gè)強(qiáng)電關(guān)斷程序可以有效保障數(shù)控銑床運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，還可以確保數(shù)控銑床的高精度。

圖3 實(shí)際銑床軟件設(shè)計(jì)案例

3.1.2 動(dòng)作順序連鎖控制程序軟件

數(shù)控銑床的工作程序擁有紀(jì)律性極高的順序要求，一旦出現(xiàn)任何順序上的差錯(cuò)，都會(huì)造成不可預(yù)估的后果，不僅影響工件加工質(zhì)量和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，更有甚者會(huì)引發(fā)安全事故。因此，數(shù)控銑床與數(shù)控技術(shù)必須確保銑床動(dòng)作順序處在加工程序設(shè)定的正常運(yùn)行工序。動(dòng)作順序連鎖控制程序軟件不僅可以實(shí)現(xiàn)這一目的，還能利用順序連鎖控制程序確保其萬無一失。在數(shù)控銑床工作中，將前一個(gè)加工工序的常開點(diǎn)串聯(lián)于下一個(gè)加工工序的啟動(dòng)回路中，再將后一個(gè)加工工序的常閉點(diǎn)串聯(lián)到前一個(gè)加工工序的關(guān)斷電路中，以確保數(shù)控銑床加工工件時(shí)只有前一個(gè)加工工序完成后才會(huì)啟動(dòng)后一個(gè)加工工序，從而確保不會(huì)產(chǎn)生順序混亂的情況，同時(shí)提升數(shù)控銑床效率，降低人力資源的投入，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 全面提升相關(guān)操作人員的綜合素質(zhì)水平

數(shù)控銑床需要相關(guān)操作人員的參與進(jìn)行機(jī)械加工制造，因此要想促進(jìn)我國機(jī)械加工數(shù)控銑床行業(yè)的發(fā)展，第一要?jiǎng)?wù)為全面提升相關(guān)操作人員的綜合素質(zhì)水平。企業(yè)應(yīng)當(dāng)定期組織交流會(huì)、專家講座等基礎(chǔ)專業(yè)知識(shí)層面的活動(dòng)，篩選相關(guān)操作人員進(jìn)行針對性的知識(shí)理論培養(yǎng)。高職院校承擔(dān)著我國超過一半的實(shí)用型人才的培養(yǎng)。學(xué)生的專業(yè)水平固然重要，但應(yīng)在培養(yǎng)學(xué)生理論知識(shí)的同時(shí)提高其實(shí)踐操作訓(xùn)練水平，如開展動(dòng)手實(shí)踐實(shí)訓(xùn)、機(jī)械加工制造實(shí)訓(xùn)以及數(shù)控銑床實(shí)操實(shí)訓(xùn)等。行業(yè)內(nèi)還應(yīng)該設(shè)立一套符合自身發(fā)展?fàn)顩r的人才激勵(lì)體系，促進(jìn)操作人員不斷進(jìn)步，迸發(fā)出更多的創(chuàng)新動(dòng)力，達(dá)到全面提升人員綜合素質(zhì)水平的目的。

3.3 科學(xué)管理刀具使用

刀具不僅是數(shù)控銑床的最基礎(chǔ)功能部件，還是加工工件的成型手段。刀具的使用對數(shù)控銑床的加工精度、穩(wěn)定性及加工效率有很大影響。此外，刀具的選擇要考慮耐磨屬性、強(qiáng)度以及剛性。在長時(shí)間加工、磨銑或是材料硬度過大的情況下，需科學(xué)并正確地選擇刀具，減少因刀具磨損或是崩裂造成的加工工件質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的情況。大部分?jǐn)?shù)控銑床加工處在高溫和高壓的環(huán)境下，而長時(shí)間的機(jī)械加工非常考驗(yàn)刀具本身的質(zhì)量與精度。因此，需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行刀具的更換。工件材料表面粗加工工序可以使用剛性較高、精度稍差的刀具完成初步的輪廓加工，降低余量。后續(xù)的精加工階段則必須選用精度高、耐磨性能好的刀具，以保證加工工件的質(zhì)量及效率，減少返工情況，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

3.4 確保人才補(bǔ)充

如今機(jī)械加工行業(yè)面臨著人才流失和無法得到高技術(shù)水平人才補(bǔ)充的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，我國高校應(yīng)加強(qiáng)校企之間的合作，增進(jìn)學(xué)生與實(shí)業(yè)的對接，為機(jī)械加工制造業(yè)不斷輸送新鮮的血液。機(jī)械加工企業(yè)的技術(shù)人才可以負(fù)責(zé)更多的實(shí)踐教學(xué)，讓學(xué)生更快地從理論知識(shí)學(xué)習(xí)過渡到實(shí)踐活動(dòng)，全面提升學(xué)生的數(shù)控技術(shù)實(shí)踐水平，為我國數(shù)控技術(shù)行業(yè)提供人才。

4 結(jié)語

在科技迅速發(fā)展的大環(huán)境下，機(jī)械加工制造企業(yè)要想在行業(yè)內(nèi)站穩(wěn)腳跟，占據(jù)更多的市場份額，務(wù)必要把握好時(shí)代發(fā)展的潮流及風(fēng)向，盡最大可能降低任何不利因素給機(jī)械加工與數(shù)控銑床質(zhì)量控制帶來的影響。機(jī)械制造企業(yè)要重視數(shù)控技術(shù)發(fā)展，加強(qiáng)校企融合，并根據(jù)自身切實(shí)情況優(yōu)化方案，增進(jìn)數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用水平，努力縮短我國數(shù)控技術(shù)應(yīng)用與國外先進(jìn)水平的差距，從而為我國機(jī)械加工制造水平作出積極貢獻(xiàn)。