機(jī)械制造中的數(shù)控技術(shù)應(yīng)用探討機(jī)械工程職稱(chēng)論文發(fā)表

　　數(shù)控技術(shù)是根據(jù)設(shè)計(jì)和工藝要求，用計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品加工過(guò)程進(jìn)行數(shù)字化信息處理與控制，達(dá)到生產(chǎn)自動(dòng)化、提高綜合效益的一門(mén)技術(shù)。本文通過(guò)筆者多年經(jīng)驗(yàn)，論述了如何利用現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的靈活性，最大限度的應(yīng)用于機(jī)械制造行業(yè)。介紹了數(shù)控技術(shù)原理、主要數(shù)控技術(shù)設(shè)備及數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用。

　　《建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理》(月刊)創(chuàng)刊于1988年，由建設(shè)部長(zhǎng)沙建設(shè)機(jī)械研究院主辦。是我國(guó)工程建設(shè)機(jī)械行業(yè)的綜合性技術(shù)刊物和建設(shè)部?jī)?yōu)秀期刊。

　　1、數(shù)控技術(shù)的概述

　　這種技術(shù)用計(jì)算機(jī)按事先存儲(chǔ)的控制程序來(lái)執(zhí)行對(duì)設(shè)備的控制功能。數(shù)控技術(shù)是典型的機(jī)械、電子、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)和檢測(cè)技術(shù)密切結(jié)合的機(jī)電一體化高新技術(shù)。數(shù)控技術(shù)是實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程自動(dòng)化的基礎(chǔ)，是自動(dòng)化柔性系統(tǒng)的核心，是現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的重要組成部分。數(shù)控技術(shù)把機(jī)械裝備的功能、效率、可靠性和產(chǎn)品質(zhì)量提高到一個(gè)新水平，使傳統(tǒng)的制造業(yè)發(fā)生了極其深刻的變化。

　　2、數(shù)控技術(shù)的原理

　　所謂數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)綜合運(yùn)用了計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、電氣傳動(dòng)、精密測(cè)量、機(jī)械制造等多門(mén)技術(shù)而發(fā)展來(lái)的，它是自動(dòng)化機(jī)械系統(tǒng)、機(jī)器人、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)等高技術(shù)的基礎(chǔ)。

　　2.1CNC系統(tǒng)的組成

　　現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)，即CNC系統(tǒng)，主要是靠存儲(chǔ)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)各種機(jī)床的不同控制要求。由圖1可知，整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)是由程序、輸入、輸出設(shè)備、計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)裝置、可編程控制單元、主軸控制單元和速度控制單元等部分組成，習(xí)慣上簡(jiǎn)稱(chēng)為CNC系統(tǒng)。CNC系統(tǒng)能自動(dòng)閱讀輸入載體上事先給定的數(shù)字值并將其譯碼，從而使機(jī)床動(dòng)作并加工出符合要求的零件。

　　2.2CNC裝置的工作原理

　　CNC系統(tǒng)的核心是CNC裝置。CNC裝置實(shí)質(zhì)上是一種專(zhuān)用計(jì)算機(jī)，它除了具有一般計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)外，還有和數(shù)控機(jī)床功能有關(guān)的功能模塊結(jié)構(gòu)和接口單元。CNC裝置由硬件和軟件兩大部分組成。CNC裝置的工作過(guò)程是在硬件的支持下，執(zhí)行軟件的過(guò)程。CNC裝置的工作原理是通過(guò)輸入設(shè)備輸入機(jī)床加工所需的各種數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過(guò)譯碼、計(jì)算機(jī)的處理、運(yùn)算，將每個(gè)坐標(biāo)軸的移動(dòng)分量送到其相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換、放大，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，帶動(dòng)坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)位置反饋控制，使每個(gè)坐標(biāo)軸都能精確移動(dòng)到指令所需求的位置。

　　2.3CNC裝置的插補(bǔ)原理

　　對(duì)于連續(xù)切削的CNC機(jī)床，不僅要求工作臺(tái)準(zhǔn)確定位，還必須控制刀具相對(duì)于工件給定速度沿著指定的路徑運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行切削運(yùn)動(dòng)，并保證切削過(guò)程中每一點(diǎn)的精度和粗糙度，這取決于CNC裝置的插補(bǔ)功能。數(shù)控機(jī)床加工曲線時(shí)，用一小段折線逼近要加工的曲線。“插補(bǔ)”實(shí)質(zhì)是數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)零件輪廓線型的有限信息，計(jì)算出刀具的一系列加工點(diǎn)、完成所謂的數(shù)據(jù)“密化”工作。數(shù)控系統(tǒng)中完成插補(bǔ)工作的裝置稱(chēng)為插補(bǔ)器。硬件插補(bǔ)器由分立元件或集成電路組成，特點(diǎn)是運(yùn)算速度快，但靈活性差，不易改變。軟件插補(bǔ)器利用CPU通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)，其特點(diǎn)是靈活易變，但插補(bǔ)速度受CPU速度和插補(bǔ)算法影響。現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)大多采用軟件插補(bǔ)或硬件插補(bǔ)相結(jié)合的方法。

　　3、數(shù)控技術(shù)裝備

　　效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率,提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次,縮短生產(chǎn)周期和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。這些都對(duì)加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。數(shù)控技術(shù)也在逐步適應(yīng)制造技術(shù)的發(fā)展需求趨勢(shì)，向著更人性化、智能化等方向發(fā)展。

　　3.1自動(dòng)控制及智能化的數(shù)字伺服技術(shù)

　　自動(dòng)控制理論和伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)對(duì)數(shù)控機(jī)床的功能、動(dòng)態(tài)特性和控制品質(zhì)具有決定性影響。在對(duì)一個(gè)具體的控制裝置或系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中，自動(dòng)控制理論具有重要的理論指導(dǎo)作用。在伺服速度環(huán)控制中采用的前饋控制，使傳統(tǒng)的位置環(huán)偏差控制的跟蹤滯后現(xiàn)象得到了很大的改善，而且增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和伺服精度。交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展迅速，交流傳動(dòng)系統(tǒng)已由模擬化向數(shù)字化方向發(fā)展，而且向智能化的數(shù)字伺服技術(shù)發(fā)展。以運(yùn)算放大器等模擬器件為主的控制器正在被以微處理器為主的數(shù)字集成元件所取代，從而克服了零點(diǎn)漂移、溫度漂移等弱點(diǎn)。與交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)相配套的是電力電子技術(shù)，它提供了瞬時(shí)輸出很大的峰值電流和完善的保護(hù)功能。

　　3.2精密機(jī)械技術(shù)

　　精密機(jī)械技術(shù)是數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)，它包括精密機(jī)械設(shè)計(jì)和精密機(jī)械加工兩大方面。精密機(jī)械技術(shù)，當(dāng)今正面臨著重大的挑戰(zhàn)。機(jī)械系統(tǒng)自身在結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)精度、剛度、體積、質(zhì)量和壽命等方面對(duì)數(shù)控機(jī)床仍具有舉足輕重的影響。在制造過(guò)程所使用的機(jī)電一體化系統(tǒng)中，雖然傳統(tǒng)的機(jī)械理論與加工工藝借助于計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)、人工智能和專(zhuān)家系統(tǒng)，形成新一代的機(jī)械制造技術(shù)。但傳統(tǒng)的以知識(shí)和技能形式存在的機(jī)械技術(shù)是任何其它技術(shù)所無(wú)法取代的。因此對(duì)一臺(tái)數(shù)控機(jī)床而言，機(jī)械結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)占了很大比例，不斷發(fā)展各種新的設(shè)計(jì)計(jì)算方法和新型結(jié)構(gòu)，采用新材料和新工藝，使新一代數(shù)控機(jī)床的主機(jī)具有高精度、高速度、高可靠性、體積小、質(zhì)量小、維護(hù)方便和價(jià)格低廉的機(jī)械結(jié)構(gòu)。

　　3.3精密檢測(cè)和智能化的傳感技術(shù)

　　精密檢測(cè)和傳感技術(shù)一直是閉環(huán)和半閉環(huán)控制的系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，檢測(cè)和傳感裝置則是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。精密檢測(cè)和傳感的精度與功能直接影響自動(dòng)控制的品質(zhì)，在精度補(bǔ)償方面發(fā)揮重要作用。精密檢測(cè)的關(guān)鍵元件是傳感器，數(shù)控系統(tǒng)要求傳感器能快速、精確地獲取信息，并在各種各樣的工作環(huán)境下能夠

　　可靠地運(yùn)行。智能化的傳感技術(shù)伴隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用和人工智能的發(fā)展而被人們所重視，帶智能的傳感裝置本身就具有部分“決策”功能。總體上說(shuō)，與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展相比，傳感與檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展相對(duì)滯后，難以滿足相關(guān)技術(shù)需要，因此必須給予更多的關(guān)注。

　　4數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用

　　4.1數(shù)控技術(shù)在機(jī)床上的應(yīng)用

　　計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)為機(jī)械制造業(yè)提供了良好的機(jī)床控制能力，即把計(jì)算機(jī)控制裝置運(yùn)用到機(jī)床上，也就是用數(shù)控技術(shù)對(duì)機(jī)床的加工實(shí)施控制。數(shù)控機(jī)床的工作過(guò)程是將加工零件的幾何信息和工藝信息進(jìn)行數(shù)字化處理，即對(duì)所有的操作步驟(如機(jī)床的啟動(dòng)或停止、主軸的變速、工件的夾緊或松夾、刀具的選擇和交換、切削液的開(kāi)或關(guān)等)和刀具與工件間的相對(duì)位移以及進(jìn)給速度等都用數(shù)字化的代碼表示。在加工前由編程人員按規(guī)定的代碼將零件的圖紙編制成程序，然后通過(guò)程序載體(如穿孔帶、磁帶、磁盤(pán)、光盤(pán)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器等)或手工直接輸入(MDI)方式將數(shù)字信息送入數(shù)控系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理，最后通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路又伺服裝置控制機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工。數(shù)控機(jī)床的最大特點(diǎn)是當(dāng)改變加工零件時(shí)，一般只需要向數(shù)控系統(tǒng)輸入新的加工程序，而不需要對(duì)機(jī)床進(jìn)行人工的調(diào)整和直接參與操作，就可以自動(dòng)地完成整個(gè)加工過(guò)程。

　　4.2數(shù)控系統(tǒng)在采煤機(jī)制造方面的應(yīng)用

　　現(xiàn)代采煤機(jī)開(kāi)發(fā)速度快、品種多，都是小批量的生產(chǎn)，各種機(jī)殼的毛坯制造越來(lái)越多地采用焊件,傳統(tǒng)機(jī)械加工難以實(shí)現(xiàn)單件的下料問(wèn)題，而使用數(shù)控氣割，代替了過(guò)去流行的仿形法，使用龍骨板程序?qū)Σ擅簷C(jī)葉片、滾筒等下料，從而優(yōu)化套料的選用方案。使其發(fā)揮了切割速度快、質(zhì)量可靠的優(yōu)勢(shì)，一些零件的焊接坡口可直接割出，這樣大大提高了生產(chǎn)效率。在切削加工方面的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)形狀復(fù)雜、精度要求高的零件加工。在采煤機(jī)浮動(dòng)油封的結(jié)構(gòu)中，使用時(shí)要求內(nèi)環(huán)的凸曲面與外環(huán)的凹曲面的密封圈各處壓縮量相等。壓縮接觸面積均勻，才能滿足密封的功能，因此內(nèi)外環(huán)凸凹曲面的加工精度直接影響密封的可靠性。用數(shù)控機(jī)床編程加工，較容易的保證其曲面精度，滿足了浮動(dòng)油封的使用要求。此外，在采煤機(jī)減速機(jī)構(gòu)中，其行星架等分孔的等分精度幾每行孔的同軸精度都直接影響整機(jī)的傳動(dòng)精度和使用壽命，在加工中心上加工行星架，不僅保證了圖樣的精度要求，同時(shí)加工效率也很高，是用坐標(biāo)鏜床加工的5~8倍。目前，所有采煤機(jī)種大模數(shù)少齒數(shù)的齒輪一般都是用數(shù)控鏜銑床編程加工的，編出加工一個(gè)齒形的子程序，利用角度偏置或坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)編程功能，加工其余齒形。精度滿足使用要求，加工效率比較高。

　　在壓力加工技術(shù)方面，在熱壓力加工范圍內(nèi)，數(shù)控系統(tǒng)在熱態(tài)成型方面起著越來(lái)越大的作用。在液壓鍛造壓力機(jī)上裝上數(shù)控系統(tǒng)，能夠達(dá)到較高的工作速度，提高了生產(chǎn)率，縮短了每件加工時(shí)間，降低了能耗，鍛造精度高壓力機(jī)的經(jīng)濟(jì)性得到明顯提高。

　　5結(jié)論

　　廣泛采用數(shù)控技術(shù)，并將其應(yīng)用于制造業(yè)，無(wú)論從戰(zhàn)略角度還是發(fā)展策略，都是我國(guó)實(shí)現(xiàn)工業(yè)經(jīng)濟(jì)大國(guó)必須要大力提倡和廣泛發(fā)展的必經(jīng)之路。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]探討數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用和發(fā)展陸浩杰《數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用》2011年01期

　　[2]振興機(jī)械制造業(yè)的基礎(chǔ)—機(jī)床數(shù)控化常曉俊《機(jī)械管理開(kāi)發(fā)》2002年第5期

　　[3]可編程序控制器在機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用探討中國(guó)數(shù)控信息網(wǎng)