論數(shù)控加工智能控制系統(tǒng)的研制

張生林

摘 要：計算機技術(shù)的發(fā)展給傳統(tǒng)制造加工業(yè)帶來了根本性改革，從而進入了現(xiàn)代制造技術(shù)時代。當(dāng)前，數(shù)控技術(shù)成為制造加工業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，世界上許多國家投入巨資對現(xiàn)代制造加工技術(shù)進行研發(fā)，以改革傳統(tǒng)的制造加工模式。現(xiàn)代制造系統(tǒng)采用了高精度、高效率、高響應(yīng)、高智能、高自動化等特征的數(shù)控技術(shù)。數(shù)控技術(shù)集成微電子、計算機、信息網(wǎng)絡(luò)化、自動加工檢測、自動控制等高新技術(shù)，對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工；智能控制；控制系統(tǒng)

引言

智能化的數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)該集成三維圖形模擬軟件，能夠?qū)庸み^程進行在線和離線實時仿真。可自由選擇常見的刀具類型，刀具形狀尺寸參數(shù)化，主動進行刀具和工件之間的干涉檢查。支持各種基本加工工藝的模擬，可以設(shè)置工件剖視圖，工件內(nèi)部剖視120度，能夠非常直觀地看內(nèi)空的切削效果，避免了實際加工中看不到內(nèi)部的缺陷，真正實現(xiàn)了材料去除過程一目了然。

1數(shù)控加工概述

數(shù)控加工是指，由控制系統(tǒng)發(fā)出指令使刀具作符合要求的各種運動，以數(shù)字和字母形式表示工件的形狀和尺寸等技術(shù)要求和加工工藝要求進行的加工。它泛指在數(shù)控機床上進行零件加工的工藝過程。

數(shù)控機床是一種用計算機來控制的機床，用來控制機床的計算機，不管是專用計算機、還是通用計算機都統(tǒng)稱為數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控機床的運動和輔助動作均受控于數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令。而數(shù)控系統(tǒng)的指令是由程序員根據(jù)工件的材質(zhì)、加工要求、機床的特性和系統(tǒng)所規(guī)定的指令格式編制的。數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)程序指令向伺服裝置和其它功能部件發(fā)出運行或終斷信息來控制機床的各種運動。當(dāng)零件的加工程序結(jié)束時，機床便會自動停止。任何一種數(shù)控機床，在其數(shù)控系統(tǒng)中若沒有輸入程序指令，數(shù)控機床就不能工作。

2數(shù)控基本原理

在進行數(shù)控加工之前，要預(yù)先編制加工程序清單：（1）確定工件的加工工序及加工所用刀具和切削速度；（2）確定工件的輪廓銜接點；（3）確定起刀和收刀的位置以及坐標(biāo)原點的位置。按規(guī)定的語句格式寫出數(shù)控指令集，將指令集輸入到數(shù)控裝置里進行處理，通過驅(qū)動電路把信號放大，驅(qū)動伺服電機輸出角位移及角速度，又通過執(zhí)行不見轉(zhuǎn)換成工作臺的直線位移以實現(xiàn)進給。另外，數(shù)控裝置還要通過PLC控制強電部件以進行一些輔助性工作，如：照明、冷卻等。

3數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢

3.1 性能發(fā)展

數(shù)控技術(shù)的發(fā)展使得世界工業(yè)進程不斷加快，因此，速度、精度和效率成為評價機械制造技術(shù)的指標(biāo)。汽車行業(yè)、軍工行業(yè)、科研行業(yè)等許多行業(yè)都結(jié)合了數(shù)控技術(shù)，不同行業(yè)的應(yīng)用和重視使得對數(shù)控技術(shù)的效率速度和精度的要求越來越高。目前大多數(shù)數(shù)控技術(shù)采用芯片控制系統(tǒng)和帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，使得機床的動態(tài)靜態(tài)性能得到了很大的提高，極大地加快了生產(chǎn)速度和效率。2l 世紀(jì)的數(shù)控裝備將會更加追求加工的質(zhì)量和加工效率，將會具有一定的智能化。智能化主要體現(xiàn)在加工模式的自動化，利用網(wǎng)絡(luò)化，賦予程序一定的自適應(yīng)性，從而能夠更好地解放人力，得到效率的最大化，與此同時，更加智能化的人機界面，也使得制造業(yè)不那么枯燥而帶有一定的人文關(guān)懷。

3.2 功能發(fā)展方向

數(shù)控技術(shù)的發(fā)展將越來越功能化，對不同用戶的接待和要求將會處理的更加精確和完善，出錯率更少。用戶界面所謂使用者與數(shù)控系統(tǒng)之間的對話接口，是計算機軟件研制中最困難的部分之一，當(dāng)前多媒體技術(shù)的發(fā)展對用戶界面的要求越來越高，目前應(yīng)用的圖形界面極大方便了人們的應(yīng)用，通過簡單的圖標(biāo)操作和模擬，能夠更加高效地操作設(shè)備和儀器。

3.3 體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展

利用高度集成電路提高了數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟硬件運行速度。在提高顯示器性能方面應(yīng)用了 FPD 平板顯示技術(shù)。平板顯示器不僅體積小、功耗低、便于攜帶，其科技含量足以用于操作，并且平板顯示器還可實現(xiàn)超大尺寸顯示，制作方面，原料豐富，是近幾年顯示技術(shù)的主流。

4數(shù)控加工智能控制系統(tǒng)——數(shù)控加工中心自動換刀技術(shù)

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進步，數(shù)控加工技術(shù)獲得了長足的進步和廣泛的應(yīng)用。以數(shù)控加工中心自動換刀技術(shù)為例，對數(shù)控加工和加工中心自動換刀功能進行概述。

4.1自動換刀系統(tǒng)概述

數(shù)控加工作為一種利用數(shù)控機床進行零件加工的工藝方法，從總體上與傳統(tǒng)機床加工工藝規(guī)程是一致的，但是也存在著明顯的變化。 利用數(shù)字信息進行零件控制和刀具位移可以解決零件的種類多、數(shù)量少、結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及精確度高的問題，是實現(xiàn)數(shù)控自動化加工和數(shù)控加工高效化的有效途徑。在數(shù)控加工技術(shù)中，自動換刀功能是數(shù)控加工中心的基本功能之一。自動換刀系統(tǒng)是加工中心的關(guān)鍵功能部件，其可靠性水平直接影響加工中心整機的可靠性。目前，數(shù)控加工中心大量使用的換刀方式是通過使用刀庫實現(xiàn)的。 獨立的刀庫不僅可以增加刀具的儲蓄數(shù)量，擴大機床的功能，還可以減少影響加工精確度的各種因素。 數(shù)控加工中心經(jīng)常使用的刀庫種類有鏈?zhǔn)降稁旌捅P式刀庫，按照刀庫換刀過程中是否有機械手參與，可以將刀庫換刀的方式分為機械手換刀和無機械手換刀。數(shù)控加工自動換刀系統(tǒng)的核心部分是可編輯邏輯控制器（PLC）。 PLC以及單片機在國內(nèi)被廣泛的引用， 這兩種控制器各自具有優(yōu)缺點，PLC 的控制程序編寫復(fù)雜 ，而單片機控制電路的搭建比較復(fù)雜。

4.2自動換刀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

數(shù)控加工中心自動換刀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。不同類型的加工中心，同類而不同廠家生產(chǎn)的加工中心，其自動換刀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)均可能不同。

4.2.1自動換刀氣動控制系統(tǒng)

自動換刀氣動控制系統(tǒng)的主要控制內(nèi)容為：刀庫刀具倒刀和回刀控制；主軸吹氣控制。該系統(tǒng)的特點為：氣源容易獲得、反應(yīng)速度快、動作迅速、維護方便、管路不易堵塞、不易發(fā)生過載，還可以用于降溫。工作壓力較低，空氣壓縮比大，故輸出功率低。

4.2.2自動換刀液壓控制系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)工作平穩(wěn)可靠、易于調(diào)節(jié)、傳動介質(zhì)為高壓力的油性介質(zhì)，因此適合大功率輸出的系統(tǒng)。加工中心換刀控制液壓系統(tǒng)主要用于實現(xiàn)主軸退刀控制，亦可也用于機械手的換刀控制。

4.2.3自動換刀電氣控制系統(tǒng)

自動換刀電氣控制系統(tǒng)與上述各個系統(tǒng)配合，主要實現(xiàn)的控制內(nèi)容有：（1）換刀機械手電動機控制；（2）刀庫電動機正反轉(zhuǎn)控制；（3）主軸退刀控制；（4）刀庫倒刀控制；（5）刀庫回刀控制；（6）主軸吹氣控制；（7）主軸準(zhǔn)停控制。

相關(guān)控制信號：主要輸入信號：（1）主軸刀具夾緊確認(rèn)信號；（2）主軸刀具松開確認(rèn)信號；（3）刀庫倒刀確認(rèn)信號；（4）刀庫回刀確認(rèn)信號；（5）刀庫計數(shù)及定位信號；（6）刀庫原點確認(rèn)信號；（7）換刀機械手扣刀確認(rèn)信號；（8）換刀機械手原點確認(rèn)信號；（9）換刀機械手電機停止控制信號；（10）換刀機械手電機和刀庫電機保護開關(guān)信號。

結(jié)語

隨著計算機技術(shù)和數(shù)控系統(tǒng)的不斷發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的單機智能化和網(wǎng)絡(luò)智能化已成為數(shù)控機床研究的重要領(lǐng)域。由于人工成本越來越貴，機器手等輔助設(shè)備的出現(xiàn)陸續(xù)替代了人工，這時就對數(shù)控設(shè)備的兼容性和協(xié)調(diào)性提出了更高的要求。智能化的數(shù)控機床將變得越來越“聰明”和人性化，從而開創(chuàng)智能數(shù)控技術(shù)的新篇章。

參考文獻(xiàn)

[1]劉戰(zhàn)術(shù).基于PLC的刀庫自動選刀應(yīng)用與開發(fā)[M].北京機械工業(yè)出版社，2013（12）.

[2]鄧昌奇，江冠練.純軟件開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究及其在加工中心上的應(yīng)用[J].組合機床與自動化加工技術(shù)，2012（16）.

[3]韓越梅.加工中心自動換刀裝置的研究進展[J].裝備制造技術(shù)2010（ 5） .