工控機床銑床機器人的硬件系統研究

黃穗

摘 要：工控機床銑床機器人是現代化生產加工工藝技術提升的完美展現，也是提升生產效率的必要手段，對其硬件系統的研究有利于進一步改善加工工藝，達到高效生產的效果。對此，簡單闡述硬件系統完善的必要性，研究了銑床硬件系統的工作原理，并提出選擇硬件系統的意見，旨在優化工控機床銑床機器人硬件系統，提升生產效率。

關鍵詞：銑床機器人；工控機床；硬件；系統

中圖分類號：TG547 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）06-0073-02

銑床憑借其功能多樣化、精度穩定和性能卓越等優點，得到市場的廣泛認同。在目前的時代背景和加工環境下，銑床工廠面臨提升效率的巨大壓力，發展銑床機器人則是解決這一難題的最好方法——利用自動化來實現高效率、短時間和低成本的加工生產。

1 銑床機器人硬件系統完善的必要性

1.1 有利于工控機床銑床的穩定性

對于銑床而言，其在生產運作過程中所涉及到的立柱、床身等基礎性的構建均為堅固且質量較大的構建，并非完全由焊接組成。在銑床機器人硬件系統完善后，可以提高其性能和耐用性，避免用一段時間就需要修理的情況。但需要注意的是，由于受原有銑床硬件系統的限制，在系統優化方面不宜做過多的改造。

1.2 有利于投資額的縮減

在銑床損壞后，相對于換一臺新的銑床而言，對銑床機器人進行數控改造費用占換新費用的70%左右，尤其對特殊性較高的銑床或大型銑床，這種投資額的節省效果將更為明顯，只會用到換新費用的30%左右。但也存在一些特殊情況，例如托盤自動交換或是高速主軸，其安裝和制造的經費較多，通常會將成本提升到2.5倍左右，相對于換新而言，銑床機器人硬件系統的完善也能夠節省約50%的費用。

2 銑床硬件系統工作原理

工控機床銑床的工作原理是在加工零件前，應注意了解被加工零件要求的工藝參數，并制訂好詳細的加工方案；同時按照工藝規程將銑床機器人的數控系統加以編輯，使其程序適應于加工要求。換言之，被加工零件的工藝要求應被數據化，以便于程度的改動和讀寫，方便操作人員按照相應要求對銑床機器人實施格式編寫和代碼錄入，將程序編輯得適合加工要求，同時讓數控系統能夠更好地了解和翻譯程序。再通過恰當方式將程度輸入，繼而可開啟加工程序。在運行數控程序的過程中，數控裝置會按照加工程序內容將指令發送出去，比如主軸電機的啟動過程，首先應將冷卻液打開，再計算刀具軌跡相關數據，同時利用對特殊執行單位的數字脈沖發送來控制器運行速度。

在沒有特殊情況的背景下，程序能夠一直運行至結束，達到對零部件的一次性加工的目的。具體而言，這個步驟可分為6個階段：①在切削參數、輔助動作順序、刀具運動軌跡和被加工零件的工藝過程中，用到的被加工零件的技術、材料、尺寸和形狀等參數，需要按要求合理設定；②對零件加工程序單進行程序格式和代碼的編寫；③按照設定好的程序代碼進行編輯控制；④在數控裝置中輸入加工程序；⑤在啟動工控機床銑床機器人后，數控裝置按照原先輸入的信息實施一系列控制處理和運算，將運算結果發送至銑床機器人的伺服系統（以脈沖形式）；⑥通過伺服系統對銑床機器人運動部件實施驅動，讓銑床機器人按照原本設定的程度運動，以達到加工零件的效果。

3 硬件系統的介紹和選擇

3.1 硬件系統的介紹

硬件系統的種類主要有閉環數控系統、開環數控系統和半閉環數控系統等。

3.1.1 閉環數控系統

閉環數控系統主要是指直流電機拖動或異步電機拖動，光柵測量反饋的系統。

3.1.2 開環數控系統

開環數控系統能夠滿足絕大多數銑床的運作要求，且系統研究費用相對較低。對于這類系統而言，其伺服驅動裝置主要在于電液脈沖馬達、功率步進電機和普通步進電機等。在操作方面，首先數控系統會發出進給指令脈沖，脈沖在經過功率放大和驅動電路控制之后，能夠讓步進電機開始運轉，利用滾珠絲和齒輪副將相關部件驅動執行。在這一硬件系統中，只要能夠對脈沖的通電順序、頻率和數量進行控制，便能夠實現對執行部件的運動方向、速度和位移量的控制。

由于此類系統無需將系統自動測量得到的速度和實際位置反饋至輸入端，因此將其稱為開環系統。在位移精度方面，這一系統主要取決于步進電機的齒輪絲角位移精度等這類傳動元件的節距精度，因此該系統位移精度相對較低，這也是其劣勢之一。但開環系統在調試方面較為簡便，成本低且工作可靠程度高，在改裝方面更為便捷。

3.1.3 半閉環數控系統

半閉環系統特點在于采用的是直流和交流兩者雙重具備的伺服電機拖動，并由編碼器反饋的系統。目前，使用這類系統的生產廠家較多，國內外均有著名生產廠家使用，例如國內沈陽的高檔國家數控工程研究中心和研究經濟實用型的仁和公司等，國外的FANUC公司和SIEMENS公司等。

3.2 硬件系統的選擇

在硬件系統的選擇上，工控機床銑床的選擇應根據自身實力和銑床在今后操作上需要具備的功能來決定，同時還應考慮到銑床操作時需要達到的精準度、用戶在使用時的實際需求和驅動電機功率等方面的問題。總之，不同的硬件系統優勢不同，在硬件系統研究中應根據實際需求和能力選用合適的數控系統，保證硬件系統操作的有效性。

4 結束語

隨著現代化加工工藝的不斷發展和完善，工控機床銑床機器人已經被廣泛投入使用，并取得了不錯的成績。在激烈的市場競爭下，唯有將生產加工與科學技術結合起來，才能夠實現勞動力的節省和工藝技術的提升，從而提升工廠的生產效率，增強自身競爭力。

參考文獻

[1]陶佐英，劉云斌，方顯明.基于普通銑床的數控化改造[J].機械設計與制造，2009（02）.

[2]馬林聯.BEIJING-FANUCOi-MA數控系統在X53T立式銑床數控改造中的應用[J].煤礦機械，2011（03）.[3]呂元哲.基于PMAC的微型銑床數控系統的研究[D].大連：大連理工大學，2010.[4]馬磊磊.數控短電弧銑床CNC系統研究與開發[D].烏魯木齊：新疆大學，2013.〔編輯：李玨〕