黃美芳 甘鋒

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

1 數(shù)控銑床的應(yīng)用實(shí)踐

1.1 數(shù)控機(jī)床的組成和原理

數(shù)控機(jī)床主要由如下幾個(gè)部分組成（見圖1），數(shù)控機(jī)床的核心部分是計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置，其主要功能是執(zhí)行輸入的零件加工程序或操作命令，然后把控制命令傳輸?shù)较鄳?yīng)的執(zhí)行部件。計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置簡稱CNC 裝置，主要組成部分包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，位置控制板，通信接口板，PLC 接口板，擴(kuò)展功能模塊和相應(yīng)的控制軟件。

圖1 數(shù)控機(jī)床的組成

數(shù)控機(jī)床組成中的伺服驅(qū)動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)裝置和測量裝置包括主軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置，主軸電動(dòng)機(jī)及進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置。操作面板用來讓操作人員和數(shù)控機(jī)床進(jìn)行信息交互，操作人員通過它對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行操作編程和調(diào)試，操作面板也是操作人員用來了解數(shù)控機(jī)床運(yùn)行情況的窗口。控制介質(zhì)和程序輸入輸出的設(shè)備現(xiàn)在主要由磁盒和磁盤驅(qū)動(dòng)器擔(dān)當(dāng)，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)通常利用通信方式進(jìn)行信息交換，主要方式有串行通信，自動(dòng)控制專用接口和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。PLC 由硬件和軟件組成，其邏輯電路由繼電器，電磁閥，接觸器，行程開關(guān)等組成，它們共同接受CNC 的MST 指令，接受控制面板和機(jī)床側(cè)的I/0 信號(hào)，經(jīng)處理后指令機(jī)床的工作狀態(tài)和動(dòng)作。機(jī)床本體為數(shù)控系統(tǒng)的控制對(duì)象，是執(zhí)行加工零件的主要部件，其主要組成部分包括主運(yùn)動(dòng)部件，進(jìn)給傳動(dòng)部件，支承件以及特殊裝置等組成。

數(shù)控機(jī)床加工零件過程中，是先將如主軸變速，松夾工件，進(jìn)刀與退刀等各種操作以及工件之間將會(huì)產(chǎn)生的相對(duì)位移等都轉(zhuǎn)化成相對(duì)應(yīng)的數(shù)字代碼，然后利用NC 程序，利用介質(zhì)或者手工輸入到NC 的存儲(chǔ)單元中，NC 裝置通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的處理和運(yùn)算，發(fā)出各種驅(qū)動(dòng)指令來驅(qū)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)或其他執(zhí)行元件，讓數(shù)控機(jī)床加工出各方面都符合要求的零部件，使其尺寸和形狀都符合預(yù)期結(jié)果。數(shù)控加工中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程見圖2。

圖2 數(shù)控加工中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程

1.2 數(shù)控機(jī)床的分類

數(shù)控機(jī)床的種類很多，按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)就有不同的種類。按照控制功能可以分為點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床，直線控制數(shù)控機(jī)床和輪廓控制數(shù)控機(jī)床，這幾類數(shù)控機(jī)床的主要區(qū)別在于可控制的軸數(shù)，刀具或者工作臺(tái)的作業(yè)區(qū)別。按進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類型的區(qū)別，主要是有無位置測量反饋裝置又可以將數(shù)控機(jī)床分為開環(huán)數(shù)控機(jī)床，半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床和閉環(huán)數(shù)控機(jī)床。按照加工工藝分類可以將數(shù)控機(jī)床分為金屬切削類數(shù)控機(jī)床，特種加工類數(shù)控機(jī)床和板材類數(shù)控加工機(jī)床。

2 數(shù)控銑削加工的應(yīng)用

2.1 數(shù)控銑削加工特點(diǎn)

數(shù)控銑削加工精度高，數(shù)控機(jī)床是以計(jì)算機(jī)數(shù)字形式給出指令進(jìn)行加工的，目前數(shù)控裝置的脈沖當(dāng)量一般達(dá)到了0.001mm，數(shù)控機(jī)床的加工精度較以前大大提高了，數(shù)控機(jī)床的加工方式避免了人為干擾因素，同批次的零件一致性非常好，加工質(zhì)量穩(wěn)定，產(chǎn)品合格率高。數(shù)控機(jī)床對(duì)加工對(duì)象的適應(yīng)性強(qiáng)，只需重新編排程序就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)新零件的加工。自動(dòng)化程度高而勞動(dòng)強(qiáng)度低是數(shù)控技術(shù)的另一個(gè)特點(diǎn)，數(shù)控機(jī)床對(duì)零件的加工是事先編排好的，操作者只需要操作控制面板，其他的機(jī)床動(dòng)作直至操作完成都是自動(dòng)化完成的，這其中不需要重復(fù)的手工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度和緊張程度都較小，勞動(dòng)條件相應(yīng)的也得到了改善。數(shù)控銑削加工的生產(chǎn)效率高，數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化作業(yè)減少了人工的費(fèi)時(shí)，調(diào)整新的加工零件時(shí)候幾乎也不需要調(diào)整機(jī)床，另外加工的精度高各方面優(yōu)勢(shì)都大大減少了生產(chǎn)用時(shí)，有效提高了生產(chǎn)效率。另外數(shù)控銑削加工的應(yīng)用也有利于現(xiàn)代化的有效管理，同時(shí)也提高了行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 數(shù)控銑削加工的應(yīng)用范圍

由于數(shù)控機(jī)床（圖3）所具有別的設(shè)備所不具有的優(yōu)勢(shì)，所以數(shù)控加工的應(yīng)用范圍在不斷增大，雖然它還不能完全取代普通機(jī)床加工，有時(shí)候需要考慮最經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)方式，依然逐漸成為一種高效先進(jìn)的技術(shù)方式。數(shù)控銑削加工所適用的行業(yè)范圍包括這些:多品型小批量產(chǎn)零部件，形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零部件，精度要求高且需要頻繁換型的零部件，造價(jià)高且對(duì)產(chǎn)品使用壽命要求極高的關(guān)鍵零部件，生產(chǎn)周期短且急需的零部件，批量大且精度要求高的零部件。

圖3

在數(shù)控加工應(yīng)用的行業(yè)方面，首先航空工業(yè)離不開數(shù)控銑削加工，飛機(jī)的機(jī)身，機(jī)翼，尾翼以及飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)零件的加工都需要數(shù)控銑削加工技術(shù)，并且這些都依托于高速五軸加工中心，五軸復(fù)合型加工中心，五軸數(shù)控銑削機(jī)床的高級(jí)齒輪和螺紋加工數(shù)控銑削機(jī)床。汽車制造業(yè)對(duì)數(shù)控銑削加工的需求也較大，汽車制造業(yè)在數(shù)控銑床的總占比達(dá)到了四成，汽車制造業(yè)所需零部件的特殊性，使得他們需要大批大量高效，高性能的數(shù)控銑削機(jī)床。電子信息設(shè)備制造行業(yè)同樣也需要數(shù)控銑削加工，涉及到的具體車床方面，他們需要如高速銑削中心，高速加工中心，小型精細(xì)型銑床，小型精密沖床等。數(shù)控銑削加工逐漸已走入人們?nèi)粘Ｉ钪?，我們現(xiàn)在所使用的手機(jī)中所需要的關(guān)鍵精密零部件也更多的需要數(shù)控銑削加工技術(shù)來制造生產(chǎn)。其他如醫(yī)療設(shè)備行業(yè)，越來越多的高級(jí)醫(yī)療設(shè)備需要數(shù)控銑削技術(shù)比如CT 診斷儀，基于視覺引導(dǎo)的手術(shù)機(jī)器人等。軍事裝備中的火炮的自動(dòng)瞄準(zhǔn)控制，雷達(dá)和導(dǎo)彈的自動(dòng)跟蹤控制都大量采用數(shù)控技術(shù)中的伺服運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)。

2.3 數(shù)控銑削加工在機(jī)械加工技術(shù)中的應(yīng)用

機(jī)械加工技術(shù)中數(shù)控銑削加工的應(yīng)用主要分三個(gè)方面，第一是數(shù)控銑削加工在機(jī)械加工設(shè)備方面的應(yīng)用，在機(jī)械加工的過程中，它的基本組成部分就是機(jī)械加工設(shè)備，這在機(jī)械加工過程中起著不言而喻的重要作用。機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量也是影響機(jī)械加工產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素之一，而數(shù)控銑削加工技術(shù)在機(jī)械加工中的應(yīng)用可以有效降低機(jī)械加工過程中的故障發(fā)生率，進(jìn)而可以保障機(jī)械加工過程的順利進(jìn)行，為機(jī)械加工的進(jìn)行提供可靠穩(wěn)定的技術(shù)支持。第二是數(shù)控銑削加工在機(jī)械加工生產(chǎn)中的應(yīng)用，隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，數(shù)控加工技術(shù)已經(jīng)成為工業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)。機(jī)械化生產(chǎn)的基本模式，加上數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用，有效突破了傳統(tǒng)機(jī)械加工在零件設(shè)計(jì)方面的短板，增強(qiáng)了機(jī)械加工的穩(wěn)定性，大大提高了工件成品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。第三，數(shù)控銑削加工也可以應(yīng)用在零件的檢測過程中，在機(jī)械加工過程中，對(duì)加工零部件進(jìn)行檢測，是有效提高加工質(zhì)量和零件精度的手段。利用先進(jìn)的檢測儀器，對(duì)零部件的裂縫，破損等處進(jìn)行高精度的檢驗(yàn)，同時(shí)也相應(yīng)的對(duì)零部件進(jìn)行整體的全方位檢測，科學(xué)分析整個(gè)加工工件的情況，并對(duì)檢測結(jié)果提出優(yōu)化措施，充分體現(xiàn)出數(shù)控技術(shù)在自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化方面的優(yōu)勢(shì)，在滿足各種行業(yè)對(duì)機(jī)械加工的需求的前提下，促進(jìn)機(jī)械加工中創(chuàng)新工件的發(fā)展，同時(shí)也加快了數(shù)控銑削加工技術(shù)在機(jī)械加工技術(shù)中的應(yīng)用與發(fā)展。

3 數(shù)控銑削加工的發(fā)展

自上世紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)誕生以來，數(shù)控銑床給機(jī)械制造業(yè)帶來了巨大的變化。數(shù)控加工的柔性好，生產(chǎn)率高，加工精度高，勞動(dòng)者勞動(dòng)強(qiáng)度小，有利于現(xiàn)代化管理和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高，數(shù)控銑床也成為了國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)發(fā)展的關(guān)鍵裝備。進(jìn)入本世紀(jì)以來，我國經(jīng)濟(jì)與國際全面接軌，數(shù)控銑削加工和數(shù)控銑床制造既面臨著因制造業(yè)進(jìn)一步發(fā)展而帶來的良機(jī)，也面臨著國際貿(mào)易和國際技術(shù)沖擊帶來的挑戰(zhàn)。隨著數(shù)控銑削加工技術(shù)的擴(kuò)大應(yīng)用，相關(guān)技術(shù)要進(jìn)一步發(fā)展以適應(yīng)新的需要和形勢(shì)，這也必將是數(shù)控加工行業(yè)未來的發(fā)展態(tài)勢(shì)。

數(shù)控加工高速化發(fā)展態(tài)勢(shì)，伴隨著汽車，航空，航天和國防等工業(yè)的高速發(fā)展以及鋁合金等新材料的使用，這都對(duì)數(shù)控加工的高度化要求俞高?，F(xiàn)在數(shù)控銑床主軸最高轉(zhuǎn)速已達(dá)200000r/m，進(jìn)給率在分辨率為0.1μm時(shí)，最大進(jìn)給率達(dá)到240m/min 且能獲得復(fù)雜型面的精準(zhǔn)加工。微處理器已開發(fā)出32 位以及64 位數(shù)控系統(tǒng)CPU，頻率已經(jīng)提高到上千兆赫，換刀速度已普遍達(dá)到1s 左右，國外先進(jìn)的最快達(dá)到了0.5s。

數(shù)控加工的高精度化發(fā)展，數(shù)控銑床的精度化已經(jīng)超越了之前的靜態(tài)精度指標(biāo)，現(xiàn)在越來越多的對(duì)運(yùn)動(dòng)精度，熱變形精度以及對(duì)振動(dòng)的檢測提出了更高的要求。現(xiàn)在行業(yè)主要從提高CNC 系統(tǒng)控制精度和采用誤差補(bǔ)償技術(shù)兩個(gè)方面提高數(shù)控銑削加工技術(shù)的高精度指標(biāo)。

4 結(jié)語

數(shù)控銑削加工已成為機(jī)械加工之中的重要一環(huán)，在越來越多的行業(yè)中應(yīng)用，起到了關(guān)鍵的作用和提供了有力的技術(shù)支撐。未來的發(fā)展態(tài)勢(shì)迅速且發(fā)展空間巨大，高度化作業(yè)和高精度化作業(yè)的未來發(fā)展趨勢(shì)也對(duì)行業(yè)提出了更高的要求，這也是真正工業(yè)4.0 行動(dòng)的未來。