機械制造中的數控技術應用探討機械工程職稱論文發表

　　數控技術是根據設計和工藝要求，用計算機對產品加工過程進行數字化信息處理與控制，達到生產自動化、提高綜合效益的一門技術。本文通過筆者多年經驗，論述了如何利用現代數控技術的靈活性，最大限度的應用于機械制造行業。介紹了數控技術原理、主要數控技術設備及數控技術在機械制造中的應用。

　　《建設機械技術與管理》(月刊)創刊于1988年，由建設部長沙建設機械研究院主辦。是我國工程建設機械行業的綜合性技術刊物和建設部優秀期刊。

　　1、數控技術的概述

　　這種技術用計算機按事先存儲的控制程序來執行對設備的控制功能。數控技術是典型的機械、電子、自動控制、計算機和檢測技術密切結合的機電一體化高新技術。數控技術是實現制造過程自動化的基礎，是自動化柔性系統的核心，是現代集成制造系統的重要組成部分。數控技術把機械裝備的功能、效率、可靠性和產品質量提高到一個新水平，使傳統的制造業發生了極其深刻的變化。

　　2、數控技術的原理

　　所謂數控技術是現代數控系統綜合運用了計算機、自動控制、電氣傳動、精密測量、機械制造等多門技術而發展來的，它是自動化機械系統、機器人、柔性制造系統(FMS)、計算機集成制造系統(CIMS)等高技術的基礎。

　　2.1CNC系統的組成

　　現代數控系統，即CNC系統，主要是靠存儲程序來實現各種機床的不同控制要求。由圖1可知，整個數控系統是由程序、輸入、輸出設備、計算機數控(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，習慣上簡稱為CNC系統。CNC系統能自動閱讀輸入載體上事先給定的數字值并將其譯碼，從而使機床動作并加工出符合要求的零件。

　　2.2CNC裝置的工作原理

　　CNC系統的核心是CNC裝置。CNC裝置實質上是一種專用計算機，它除了具有一般計算機的結構外，還有和數控機床功能有關的功能模塊結構和接口單元。CNC裝置由硬件和軟件兩大部分組成。CNC裝置的工作過程是在硬件的支持下，執行軟件的過程。CNC裝置的工作原理是通過輸入設備輸入機床加工所需的各種數據信息，經過譯碼、計算機的處理、運算，將每個坐標軸的移動分量送到其相應的驅動電路，經過轉換、放大，驅動伺服電機，帶動坐標軸運動，同時進行實時位置反饋控制，使每個坐標軸都能精確移動到指令所需求的位置。

　　2.3CNC裝置的插補原理

　　對于連續切削的CNC機床，不僅要求工作臺準確定位，還必須控制刀具相對于工件給定速度沿著指定的路徑運動，進行切削運動，并保證切削過程中每一點的精度和粗糙度，這取決于CNC裝置的插補功能。數控機床加工曲線時，用一小段折線逼近要加工的曲線。“插補”實質是數控系統根據零件輪廓線型的有限信息，計算出刀具的一系列加工點、完成所謂的數據“密化”工作。數控系統中完成插補工作的裝置稱為插補器。硬件插補器由分立元件或集成電路組成，特點是運算速度快，但靈活性差，不易改變。軟件插補器利用CPU通過軟件編程實現，其特點是靈活易變，但插補速度受CPU速度和插補算法影響。現代數控系統大多采用軟件插補或硬件插補相結合的方法。

　　3、數控技術裝備

　　效率、質量是先進制造技術的主體。高速、高精加工技術可極大地提高效率,提高產品的質量和檔次,縮短生產周期和提高市場競爭能力。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。數控技術也在逐步適應制造技術的發展需求趨勢，向著更人性化、智能化等方向發展。

　　3.1自動控制及智能化的數字伺服技術

　　自動控制理論和伺服驅動技術對數控機床的功能、動態特性和控制品質具有決定性影響。在對一個具體的控制裝置或系統的設計、仿真和現場調試中，自動控制理論具有重要的理論指導作用。在伺服速度環控制中采用的前饋控制，使傳統的位置環偏差控制的跟蹤滯后現象得到了很大的改善，而且增加了系統的穩定性和伺服精度。交流驅動系統發展迅速，交流傳動系統已由模擬化向數字化方向發展，而且向智能化的數字伺服技術發展。以運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字集成元件所取代，從而克服了零點漂移、溫度漂移等弱點。與交流伺服電動機驅動技術相配套的是電力電子技術，它提供了瞬時輸出很大的峰值電流和完善的保護功能。

　　3.2精密機械技術

　　精密機械技術是數控機床的基礎，它包括精密機械設計和精密機械加工兩大方面。精密機械技術，當今正面臨著重大的挑戰。機械系統自身在結構及傳動精度、剛度、體積、質量和壽命等方面對數控機床仍具有舉足輕重的影響。在制造過程所使用的機電一體化系統中，雖然傳統的機械理論與加工工藝借助于計算機輔助技術、人工智能和專家系統，形成新一代的機械制造技術。但傳統的以知識和技能形式存在的機械技術是任何其它技術所無法取代的。因此對一臺數控機床而言，機械結構和傳動占了很大比例，不斷發展各種新的設計計算方法和新型結構，采用新材料和新工藝，使新一代數控機床的主機具有高精度、高速度、高可靠性、體積小、質量小、維護方便和價格低廉的機械結構。

　　3.3精密檢測和智能化的傳感技術

　　精密檢測和傳感技術一直是閉環和半閉環控制的系統中的關鍵技術，檢測和傳感裝置則是實現自動化控制的關鍵環節之一。精密檢測和傳感的精度與功能直接影響自動控制的品質，在精度補償方面發揮重要作用。精密檢測的關鍵元件是傳感器，數控系統要求傳感器能快速、精確地獲取信息，并在各種各樣的工作環境下能夠

　　可靠地運行。智能化的傳感技術伴隨著計算機應用和人工智能的發展而被人們所重視，帶智能的傳感裝置本身就具有部分“決策”功能。總體上說，與計算機技術的發展相比，傳感與檢測技術的發展相對滯后，難以滿足相關技術需要，因此必須給予更多的關注。

　　4數控技術在機械制造中的應用

　　4.1數控技術在機床上的應用

　　計算機數控技術為機械制造業提供了良好的機床控制能力，即把計算機控制裝置運用到機床上，也就是用數控技術對機床的加工實施控制。數控機床的工作過程是將加工零件的幾何信息和工藝信息進行數字化處理，即對所有的操作步驟(如機床的啟動或停止、主軸的變速、工件的夾緊或松夾、刀具的選擇和交換、切削液的開或關等)和刀具與工件間的相對位移以及進給速度等都用數字化的代碼表示。在加工前由編程人員按規定的代碼將零件的圖紙編制成程序，然后通過程序載體(如穿孔帶、磁帶、磁盤、光盤和半導體存儲器等)或手工直接輸入(MDI)方式將數字信息送入數控系統的計算機中進行處理，最后通過驅動電路又伺服裝置控制機床實現自動加工。數控機床的最大特點是當改變加工零件時，一般只需要向數控系統輸入新的加工程序，而不需要對機床進行人工的調整和直接參與操作，就可以自動地完成整個加工過程。

　　4.2數控系統在采煤機制造方面的應用

　　現代采煤機開發速度快、品種多，都是小批量的生產，各種機殼的毛坯制造越來越多地采用焊件,傳統機械加工難以實現單件的下料問題，而使用數控氣割，代替了過去流行的仿形法，使用龍骨板程序對采煤機葉片、滾筒等下料，從而優化套料的選用方案。使其發揮了切割速度快、質量可靠的優勢，一些零件的焊接坡口可直接割出，這樣大大提高了生產效率。在切削加工方面的應用，可實現形狀復雜、精度要求高的零件加工。在采煤機浮動油封的結構中，使用時要求內環的凸曲面與外環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，因此內外環凸凹曲面的加工精度直接影響密封的可靠性。用數控機床編程加工，較容易的保證其曲面精度，滿足了浮動油封的使用要求。此外，在采煤機減速機構中，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的傳動精度和使用壽命，在加工中心上加工行星架，不僅保證了圖樣的精度要求，同時加工效率也很高，是用坐標鏜床加工的5~8倍。目前，所有采煤機種大模數少齒數的齒輪一般都是用數控鏜銑床編程加工的，編出加工一個齒形的子程序，利用角度偏置或坐標旋轉編程功能，加工其余齒形。精度滿足使用要求，加工效率比較高。

　　在壓力加工技術方面，在熱壓力加工范圍內，數控系統在熱態成型方面起著越來越大的作用。在液壓鍛造壓力機上裝上數控系統，能夠達到較高的工作速度，提高了生產率，縮短了每件加工時間，降低了能耗，鍛造精度高壓力機的經濟性得到明顯提高。

　　5結論

　　廣泛采用數控技術，并將其應用于制造業，無論從戰略角度還是發展策略，都是我國實現工業經濟大國必須要大力提倡和廣泛發展的必經之路。

　　參考文獻：

　　[1]探討數控技術在機械制造中的應用和發展陸浩杰《數字技術與應用》2011年01期

　　[2]振興機械制造業的基礎—機床數控化常曉俊《機械管理開發》2002年第5期

　　[3]可編程序控制器在機床數控系統中應用探討中國數控信息網