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)學院

數(shù)控加工是一種不同于傳統(tǒng)加工以高精度高自動化化著稱的機械加工生產(chǎn)方式，特別是在一些復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)加工難以完成的復雜零件的加工制造，整個過程都是自動化完成的，所以對程序及加工順序有著更高的要求。

數(shù)控加工 精度 程序 自動化

近年來，隨著計算機和微電子技術(shù)在機械工程方面的進一步滲透，機電逐漸趨于一體化。機械工業(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，使機械加工從機械電氣化邁入機電一體化的發(fā)展階段。高速自動化生產(chǎn)逐漸成為機械生產(chǎn)的發(fā)展趨勢。先進的驅(qū)動技術(shù)，新的機床運動學理論，高效的計算機電子技術(shù)的融合，數(shù)控機床應(yīng)運而生。從單一的刀具加工，發(fā)展到機床加工多刀具同時加工，全面高速化，大大降低了切削及和換刀效率等輔助時間，進而實現(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)的一個標志，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機械加工制造領(lǐng)域。

1 數(shù)控機床的基本結(jié)構(gòu)及工作過程

1.1 數(shù)控機床基本結(jié)構(gòu)

數(shù)控機床的結(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、計算機控制裝置、驅(qū)動裝置、電氣控制裝置、機床本體及測量反饋輔助裝置等構(gòu)成。如圖1．1所示。

圖1.1 數(shù)控機床主要結(jié)構(gòu)圖示

1．1．1 機床本體

數(shù)控機床的機床本體與傳統(tǒng)機床的結(jié)構(gòu)基本一樣，由主軸傳動裝置、進給裝置、液壓傳動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、輔助運動裝置，冷卻裝置等組成。但為了滿足數(shù)控機床的加工要求，數(shù)控機床在外觀，操作臺，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即計算機控制單元，它是數(shù)控機床的大腦，主要功能是程序編碼輸入之后進行信息編進處理，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算機程序的硬盤磁盤等存儲器，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)備也是存儲設(shè)備，一般存儲的是機床的各部分運行參數(shù)，目的是為了方便查驗加工數(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轉(zhuǎn)換成機床移動部件的運動。每個伺服驅(qū)動系統(tǒng)控制一個機床運動部件，伺服系統(tǒng)決定了整個機床運動部件的運動性能。

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，完成對數(shù)控機床的控制。

1．1．6 測量反饋裝置

測量反饋裝置即是一種將加工數(shù)據(jù)傳遞給CNC的裝置，能自動的完成誤差的測量及修正，是數(shù)控機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)控機床的數(shù)字及編碼符號進行一系列處理后通過可編程控制器及伺服系統(tǒng)向機床執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令，機床在伺服裝置及測量反饋裝置的配合下，完成工件加工所需動作，如刀具運行軌跡，進給量，進給速度，位移量等的實時控制，從而完成對工件的精密加工。

2.數(shù)控車床的主要性能指標

2.1 主要規(guī)格尺寸

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

2.2 主軸系統(tǒng)

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

2.3 進給系統(tǒng)

進給系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)主要有最小運動當量，螺距范圍，進給范圍及速度，定位精度等參數(shù)構(gòu)成。

脈沖當量即進給分辨率，是精度控制的重要指標。實際脈沖當量的計算公式如下：

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

隨著機電一體化的進一步發(fā)展，機械加工制造對加工精度，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)展進入亞微米時代，精密加工技術(shù)得到長足發(fā)展；其次，技術(shù)融合及技術(shù)集成更加徹底，加工技術(shù)與計算機軟件人工智能等領(lǐng)域等融合更加明顯，呈現(xiàn)出復合機床智能化的特點，大大降低人力參與度。

4 結(jié)束語

多學科，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)將機械制造技術(shù)，自動控制技術(shù)，計算機技術(shù)，測試技術(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)控機床有限的加工空間限制了加工的靈活性，數(shù)控機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)模運用一個重要因素，這就需要我們懂得如何改進加工工藝，熟練并且優(yōu)化編程語言。

[1]孔慶復.計算機輔助設(shè)計與制造.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，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：中國科學技術(shù)大學出版社，2015

張智藝，1972.6.21，女，漢，河北省滄州市，實驗師，中級，包頭職業(yè)技術(shù)學院，研究方向：機械制造類。