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)代制造技術時代。當前，數(shù)控技術成為制造加工業(yè)的關鍵技術，世界上許多國家投入巨資對現(xiàn)代制造加工技術進行研發(fā)，以改革傳統(tǒng)的制造加工模式?，F(xiàn)代制造系統(tǒng)采用了高精度、高效率、高響應、高智能、高自動化等特征的數(shù)控技術。數(shù)控技術集成微電子、計算機、信息網絡化、自動加工檢測、自動控制等高新技術，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)應該集成三維圖形模擬軟件，能夠對加工過程進行在線和離線實時仿真?？勺杂蛇x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，可以設置工件剖視圖，工件內部剖視120度，能夠非常直觀地看內空的切削效果，避免了實際加工中看不到內部的缺陷，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、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。當零件的加工程序結束時，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，通過驅動電路把信號放大，驅動伺服電機輸出角位移及角速度，又通過執(zhí)行不見轉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)控技術的發(fā)展趨勢

3.1 性能發(fā)展

數(shù)控技術的發(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的指標。汽車行業(yè)、軍工行業(yè)、科研行業(yè)等許多行業(yè)都結合了數(shù)控技術，不同行業(yè)的應用和重視使得對數(shù)控技術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，極大地加快了生產速度和效率。2l 世紀的數(shù)控裝備將會更加追求加工的質量和加工效率，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，利用網絡化，賦予程序一定的自適應性，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懷。

3.2 功能發(fā)展方向

數(shù)控技術的發(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，當前多媒體技術的發(fā)展對用戶界面的要求越來越高，目前應用的圖形界面極大方便了人們的應用，通過簡單的圖標操作和模擬，能夠更加高效地操作設備和儀器。

3.3 體系結構的發(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用了 FPD 平板顯示技術。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

隨著經濟的發(fā)展和科技的進步，數(shù)控加工技術獲得了長足的進步和廣泛的應用。以數(shù)控加工中心自動換刀技術為例，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、結構復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)控加工中心經常使用的刀庫種類有鏈式刀庫和盤式刀庫，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 的控制程序編寫復雜 ，而單片機控制電路的搭建比較復雜。

4.2自動換刀系統(tǒng)的結構組成

數(shù)控加工中心自動換刀系統(tǒng)的結構復雜。不同類型的加工中心，同類而不同廠家生產的加工中心，其自動換刀系統(tǒng)的結構均可能不同。

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、易于調節(jié)、傳動介質為高壓力的油性介質，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)的控制內容有：（1）換刀機械手電動機控制；（2）刀庫電動機正反轉控制；（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?？刂?。

相關控制信號：主要輸入信號：（1）主軸刀具夾緊確認信號；（2）主軸刀具松開確認信號；（3）刀庫倒刀確認信號；（4）刀庫回刀確認信號；（5）刀庫計數(shù)及定位信號；（6）刀庫原點確認信號；（7）換刀機械手扣刀確認信號；（8）換刀機械手原點確認信號；（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信號。

結語

隨著計算機技術和數(shù)控系統(tǒng)的不斷發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的單機智能化和網絡智能化已成為數(shù)控機床研究的重要領域。由于人工成本越來越貴，機器手等輔助設備的出現(xiàn)陸續(xù)替代了人工，這時就對數(shù)控設備的兼容性和協(xié)調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)控技術的新篇章。

參考文獻

[1]劉戰(zhàn)術.基于PLC的刀庫自動選刀應用與開發(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用[J].組合機床與自動化加工技術，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2010（ 5） .