工控機床銑床機器人的硬件系統(tǒng)研究

黃穗

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

關(guān)鍵詞：銑床機器人；工控機床；硬件；系統(tǒng)

中圖分類號：TG547 文獻標(biāo)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(wěn)定和性能卓越等優(yōu)點，得到市場的廣泛認同。在目前的時代背景和加工環(huán)境下，銑床工廠面臨提升效率的巨大壓力，發(fā)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(xiàn)高效率、短時間和低成本的加工生產(chǎn)。

1 銑床機器人硬件系統(tǒng)完善的必要性

1.1 有利于工控機床銑床的穩(wěn)定性

對于銑床而言，其在生產(chǎn)運作過程中所涉及到的立柱、床身等基礎(chǔ)性的構(gòu)建均為堅固且質(zhì)量較大的構(gòu)建，并非完全由焊接組成。在銑床機器人硬件系統(tǒng)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(tǒng)的限制，在系統(tǒng)優(yōu)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(shù)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(jié)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(jīng)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(tǒng)的完善也能夠節(jié)省約50%的費用。

2 銑床硬件系統(tǒng)工作原理

工控機床銑床的工作原理是在加工零件前，應(yīng)注意了解被加工零件要求的工藝參數(shù)，并制訂好詳細的加工方案；同時按照工藝規(guī)程將銑床機器人的數(shù)控系統(tǒng)加以編輯，使其程序適應(yīng)于加工要求。換言之，被加工零件的工藝要求應(yīng)被數(shù)據(jù)化，以便于程度的改動和讀寫，方便操作人員按照相應(yīng)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(shù)控系統(tǒng)能夠更好地了解和翻譯程序。再通過恰當(dāng)方式將程度輸入，繼而可開啟加工程序。在運行數(shù)控程序的過程中，數(shù)控裝置會按照加工程序內(nèi)容將指令發(fā)送出去，比如主軸電機的啟動過程，首先應(yīng)將冷卻液打開，再計算刀具軌跡相關(guān)數(shù)據(jù)，同時利用對特殊執(zhí)行單位的數(shù)字脈沖發(fā)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(jié)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(shù)、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(shù)、材料、尺寸和形狀等參數(shù)，需要按要求合理設(shè)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(shè)定好的程序代碼進行編輯控制；④在數(shù)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(shù)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(jié)果發(fā)送至銑床機器人的伺服系統(tǒng)（以脈沖形式）；⑥通過伺服系統(tǒng)對銑床機器人運動部件實施驅(qū)動，讓銑床機器人按照原本設(shè)定的程度運動，以達到加工零件的效果。

3 硬件系統(tǒng)的介紹和選擇

3.1 硬件系統(tǒng)的介紹

硬件系統(tǒng)的種類主要有閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)、開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)和半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)等。

3.1.1 閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)

閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)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(tǒng)。

3.1.2 開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)

開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)能夠滿足絕大多數(shù)銑床的運作要求，且系統(tǒng)研究費用相對較低。對于這類系統(tǒng)而言，其伺服驅(qū)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(shù)控系統(tǒng)會發(fā)出進給指令脈沖，脈沖在經(jīng)過功率放大和驅(qū)動電路控制之后，能夠讓步進電機開始運轉(zhuǎn)，利用滾珠絲和齒輪副將相關(guān)部件驅(qū)動執(zhí)行。在這一硬件系統(tǒng)中，只要能夠?qū)γ}沖的通電順序、頻率和數(shù)量進行控制，便能夠?qū)崿F(xiàn)對執(zhí)行部件的運動方向、速度和位移量的控制。

由于此類系統(tǒng)無需將系統(tǒng)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(huán)系統(tǒng)。在位移精度方面，這一系統(tǒng)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(jié)距精度，因此該系統(tǒng)位移精度相對較低，這也是其劣勢之一。但開環(huán)系統(tǒng)在調(diào)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(huán)數(shù)控系統(tǒng)

半閉環(huán)系統(tǒng)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(tǒng)。目前，使用這類系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家較多，國內(nèi)外均有著名生產(chǎn)廠家使用，例如國內(nèi)沈陽的高檔國家數(shù)控工程研究中心和研究經(jīng)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(tǒng)的選擇

在硬件系統(tǒng)的選擇上，工控機床銑床的選擇應(yīng)根據(jù)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(yīng)考慮到銑床操作時需要達到的精準(zhǔn)度、用戶在使用時的實際需求和驅(qū)動電機功率等方面的問題?？傊?，不同的硬件系統(tǒng)優(yōu)勢不同，在硬件系統(tǒng)研究中應(yīng)根據(jù)實際需求和能力選用合適的數(shù)控系統(tǒng)，保證硬件系統(tǒng)操作的有效性。

4 結(jié)束語

隨著現(xiàn)代化加工工藝的不斷發(fā)展和完善，工控機床銑床機器人已經(jīng)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(chǎn)加工與科學(xué)技術(shù)結(jié)合起來，才能夠?qū)崿F(xiàn)勞動力的節(jié)省和工藝技術(shù)的提升，從而提升工廠的生產(chǎn)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(shù)控化改造[J].機械設(shè)計與制造，2009（02）.

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