淺析數(shù)控機(jī)床智能化的關(guān)鍵技術(shù)

張魯，褚騰騰

（濟(jì)寧市工業(yè)技工學(xué)院，山東 濟(jì)寧 272100）

數(shù)控機(jī)床智能化和傳統(tǒng)的機(jī)床工作相比，具有處理精準(zhǔn)、處理類型多樣以及將復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化等優(yōu)點(diǎn)。因此，在工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中推行使用數(shù)控機(jī)床智能化技術(shù)，有助于為我國(guó)工業(yè)發(fā)展作出巨大貢獻(xiàn)，節(jié)約工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)成本，減少?gòu)臉I(yè)人員任務(wù)量。因此，對(duì)于數(shù)控機(jī)床智能化的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探究是十分有必要的。

1 數(shù)控機(jī)床智能化的特點(diǎn)

近年來(lái)，智能化數(shù)控機(jī)床在工業(yè)中的應(yīng)用廣泛，為我國(guó)工業(yè)發(fā)展帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。數(shù)控機(jī)床智能化在工業(yè)發(fā)展中的主要應(yīng)用應(yīng)該歸功于其全自動(dòng)化的運(yùn)行模式，自動(dòng)化數(shù)控機(jī)床在每個(gè)工作環(huán)節(jié)中都采用自動(dòng)工作的方式，減輕了工作人員的負(fù)擔(dān)，并且降低了企業(yè)發(fā)展的成本。智能化的數(shù)控機(jī)床操作起來(lái)簡(jiǎn)單、方便，因此，對(duì)工作人員的實(shí)際操作要求不是很高，這樣在減輕工作人員工作負(fù)擔(dān)的基礎(chǔ)上，也能夠有效地解決我國(guó)部分人就業(yè)難的問(wèn)題。另外，智能化的數(shù)控機(jī)床需要消耗的資金較傳統(tǒng)的機(jī)床較少，自動(dòng)化數(shù)控機(jī)床的投資能夠有助于工業(yè)生產(chǎn)者快速得到經(jīng)濟(jì)收益，能夠有效地加快我國(guó)工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程。數(shù)控機(jī)床智能化保證了機(jī)械手獨(dú)立操作的使用模式，采用電氣化控制的手段，操作過(guò)程中不影響機(jī)床的使用。在機(jī)器內(nèi)缺料時(shí)，智能化機(jī)床會(huì)報(bào)警，很大程度上減輕了工作人員的工作壓力，并且節(jié)約了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)成本?？傊I(yè)過(guò)程中智能化數(shù)控機(jī)床的使用是促進(jìn)我國(guó)工業(yè)發(fā)展以及提升我國(guó)工業(yè)水平的重要手段。

2 數(shù)控機(jī)床智能化關(guān)鍵技術(shù)的合理運(yùn)用

2.1 增加熱誤差補(bǔ)償功能在數(shù)控機(jī)床智能化的應(yīng)用范圍

由于在數(shù)控機(jī)床的使用過(guò)程中，由于使用范圍的溫度較高，因此，常常會(huì)造成電機(jī)發(fā)熱現(xiàn)象等問(wèn)題的產(chǎn)生，而此類問(wèn)題往往會(huì)造成數(shù)控機(jī)床在檢測(cè)過(guò)程中的精準(zhǔn)度下降，影響了加工物品的生產(chǎn)使用。此外，常規(guī)環(huán)境中很容易發(fā)生溫度上的改變，溫度變化會(huì)導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)以及主軸系統(tǒng)因?yàn)闇囟冗^(guò)高而變形。因此，針對(duì)這種由于熱量問(wèn)題所引起的工件精準(zhǔn)度變高的問(wèn)題，我們可以采用智能化的熱誤差補(bǔ)償功能的辦法進(jìn)行智能化補(bǔ)救。首先，可以將溫度傳感器放置在數(shù)控機(jī)床和絲杠處的接口位置，利用溫度傳感器判定進(jìn)給系統(tǒng)以及主軸系統(tǒng)的溫度狀況。其次，可以通過(guò)對(duì)熱力補(bǔ)償器中精準(zhǔn)差值的計(jì)算確定熱誤差補(bǔ)償值，并將其輸入其相關(guān)數(shù)控系統(tǒng)中，從而保證熱誤差的補(bǔ)償，改善數(shù)控機(jī)床的機(jī)械精準(zhǔn)度。

2.2 有效利用智能化防干預(yù)系統(tǒng)

機(jī)床內(nèi)部碰撞問(wèn)題的產(chǎn)生會(huì)嚴(yán)重影響數(shù)控化機(jī)床的使用以及其對(duì)部件制造的精準(zhǔn)程度，降低工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。因此，在數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化的使用過(guò)程中，應(yīng)合理利用其防干涉程序，確保數(shù)控機(jī)床在運(yùn)行有關(guān)的數(shù)控活動(dòng)前能夠使用自主檢查類型判定的相關(guān)工作。通過(guò)這種自檢形式有效地查詢相關(guān)工件、刀具、夾具以及結(jié)構(gòu)單元之間是不是有干涉問(wèn)題產(chǎn)生的可能性。一旦自檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)可能存在碰撞問(wèn)題，那么，機(jī)床操控人員應(yīng)在碰撞問(wèn)題產(chǎn)生之前，使用自動(dòng)化停止運(yùn)作的方式將機(jī)床工作暫停下來(lái)，規(guī)避碰撞問(wèn)題帶來(lái)的危險(xiǎn)情況。防干涉系統(tǒng)以縮短加工準(zhǔn)備以及加工時(shí)間為目的確保機(jī)床擁有充足的工作時(shí)間，降低碰撞問(wèn)題發(fā)生而導(dǎo)致的停機(jī)維修時(shí)間，降低維修成本。防干涉系統(tǒng)主要是以三維仿真科技為基礎(chǔ)，對(duì)數(shù)控機(jī)床加工的處理工作進(jìn)行仿真模擬。三維仿真技術(shù)模擬得非常精細(xì)，整個(gè)模擬過(guò)程中不僅有相關(guān)刀具、工件和夾具的三維模型，還囊括了初值建模的形式以及有關(guān)建模功能，確保刀具、工件和夾具之類的三維模型數(shù)據(jù)輸入工作的進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了加工仿真的目的。一般來(lái)說(shuō)，虛擬機(jī)床仿真內(nèi)容分為數(shù)控系統(tǒng)把相應(yīng)數(shù)控程序或者手動(dòng)操作置頂轉(zhuǎn)變?yōu)橛嘘P(guān)的機(jī)械控制信號(hào)、數(shù)控系用把機(jī)床坐標(biāo)軸的移動(dòng)信號(hào)和預(yù)設(shè)的三維動(dòng)畫部分進(jìn)行緊密連接兩部分。而第二部分的聯(lián)合工作能夠有效降低碰撞風(fēng)險(xiǎn)，換句話就是，一旦利用三維動(dòng)畫進(jìn)行干涉工作，那么在干涉出現(xiàn)前，操作人員應(yīng)將數(shù)控機(jī)床的速度進(jìn)行減緩控制，避免碰撞情況的產(chǎn)生。但是，假如三維動(dòng)畫的使用并沒(méi)有導(dǎo)致干涉問(wèn)題的產(chǎn)生，那么，就可以按照之前的指令繼續(xù)操作并且對(duì)機(jī)床使用。

2.3 合理運(yùn)用智能刀具監(jiān)控技術(shù)

采用自動(dòng)化技術(shù)合理對(duì)智能刀具進(jìn)行監(jiān)管。一般來(lái)說(shuō)，刀具磨損分為三種情況，輕微磨損、一般磨損以及嚴(yán)重磨損。數(shù)控機(jī)床刀具磨損都受切削時(shí)間的影響，切削時(shí)間越長(zhǎng)，刀具磨損的速度越快，則刀具使用能力被不斷削弱。刀具性能降低，容易導(dǎo)致生產(chǎn)部件受損，造成機(jī)床震動(dòng)現(xiàn)象的產(chǎn)生，導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。因此，維修人員應(yīng)該注意對(duì)刀具磨損情況進(jìn)行定期檢查并予以更換。刀具磨損狀態(tài)的檢查工作的主要內(nèi)容包括相關(guān)刀具、傳感器硬件裝置、數(shù)據(jù)采集和處理功能，模塊相關(guān)特征的提取和分析功能模塊、診斷決策功能模塊。

自動(dòng)化的數(shù)控機(jī)床還擁有新型的刀具交換系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)道具使用時(shí)間以及磨損程度的判斷，能夠有效地判定刀具的合理使用范圍。其中刀具Sinumerik828D道具管理系統(tǒng)能夠隨時(shí)對(duì)256個(gè)刀具以及512個(gè)切削刃進(jìn)行管理。自動(dòng)化的道具檢測(cè)手段減輕了道具更換過(guò)程中產(chǎn)生問(wèn)題的次數(shù)，并且在不停止機(jī)器加工的前提下還能夠?qū)Φ毒哌M(jìn)行加工。并且利用圖形的方式展示出刀具的類型，操作人員還可以對(duì)刀具進(jìn)行文本編輯，這種方式為操作人員的工作提供了便利。在數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化的模式下，刀具的設(shè)置以及數(shù)據(jù)被獨(dú)立展示，操作人員如果想選擇刀具，只需要?jiǎng)右粍?dòng)手指，就能精準(zhǔn)地判到刀具所在的位置。

3 數(shù)控機(jī)床智能化的關(guān)鍵技術(shù)特征

3.1 加工方式智能化

數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化運(yùn)用了虛擬加工技術(shù)，為機(jī)床建立同樣大小以及尺寸的虛擬機(jī)床，虛擬機(jī)床又被稱為軟件機(jī)床，進(jìn)行模擬零件處理的相關(guān)工作。傳統(tǒng)的機(jī)床檢測(cè)技術(shù)，例如，CAD、CAM對(duì)虛擬機(jī)床的檢測(cè)工作一直停留在“檢測(cè)數(shù)控程序路徑以及幾何干擾問(wèn)題”的正確性中。虛擬機(jī)床加工技術(shù)的工作是從特定的數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的核心軟件、用戶界面軟件、加工仿真軟件以及機(jī)床三維仿真軟件中得到的。數(shù)控機(jī)床虛擬加工技術(shù)不僅考量了專業(yè)機(jī)床以及數(shù)控系用的動(dòng)態(tài)特征，還對(duì)加工中夾具結(jié)構(gòu)、所用材料、攻擊材料特性、加工粗糙度以及加工精度等一些問(wèn)題進(jìn)行了研究。虛擬機(jī)床加工技術(shù)的使用減少了實(shí)際機(jī)床操作中一系列問(wèn)題產(chǎn)生的問(wèn)題并優(yōu)化了切削參數(shù)以及刀具路徑。

3.2 數(shù)控系統(tǒng)智能的智能加工技術(shù)

數(shù)控化系統(tǒng)的加工技術(shù)能夠提高機(jī)床工業(yè)部件的加工水平，提高工業(yè)生產(chǎn)效率。運(yùn)用優(yōu)化“預(yù)判”功能的精細(xì)曲面控制技術(shù)可以利用前進(jìn)后退的工作路徑，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化壓縮機(jī)的合理運(yùn)用，確保其工作過(guò)程中的精準(zhǔn)程度以及加工工作。利用數(shù)控系統(tǒng)集成的運(yùn)動(dòng)控制辦法可以弄清楚刀具的最佳適用范圍，保證其能夠發(fā)揮最大作用，科學(xué)地減少加工的時(shí)間，促進(jìn)工業(yè)效率的提升。

3.3 自動(dòng)裝卸料技術(shù)

數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化中的自動(dòng)化裝卸料技術(shù)能夠在減少人工成本的同時(shí)，確保加工工作的順利開(kāi)展，確保加工的精準(zhǔn)程度。根據(jù)自動(dòng)化設(shè)備的操作情況，自動(dòng)化加工技術(shù)分為數(shù)控機(jī)床自動(dòng)物料裝卸結(jié)構(gòu)、一臺(tái)數(shù)控機(jī)床配備自動(dòng)裝卸系統(tǒng)以及多臺(tái)數(shù)控機(jī)床配備自動(dòng)裝卸系統(tǒng)三個(gè)等級(jí)，確保調(diào)度系統(tǒng)的單向流動(dòng)，形成流順生產(chǎn)線。

3.4 智能防撞技術(shù)

因?yàn)闄C(jī)床機(jī)構(gòu)以及切割路徑的復(fù)雜情況，機(jī)床加工工作中的刀具、工具很容易在加工時(shí)產(chǎn)生碰撞，導(dǎo)致設(shè)備損傷以及操作人員危險(xiǎn)等問(wèn)題的產(chǎn)生。3D方莊技術(shù)通過(guò)對(duì)潛在危險(xiǎn)因素的檢測(cè)建立準(zhǔn)確的三維模型，規(guī)避此類問(wèn)題產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。

3.5 切削參數(shù)技術(shù)優(yōu)化

目前，我國(guó)在數(shù)控機(jī)床工作中采用的技術(shù)都是根據(jù)最差的條件進(jìn)行設(shè)定的。雖然這種技術(shù)產(chǎn)生的數(shù)值比較穩(wěn)定，但是，目前已經(jīng)難以適應(yīng)復(fù)雜的曲面零件加工方式的變化，造成數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)力的下降。因此，在數(shù)控機(jī)床中使用自動(dòng)化方式是改善此類問(wèn)題的有效措施。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)數(shù)控機(jī)床智能化關(guān)鍵技術(shù)的探討，不難發(fā)現(xiàn)，其技術(shù)在精準(zhǔn)檢測(cè)以及降低生產(chǎn)成本中發(fā)揮了重要作用，數(shù)控機(jī)床智能化影響著我國(guó)工業(yè)的快速發(fā)展以及經(jīng)濟(jì)水平，工業(yè)的發(fā)展代表著一個(gè)國(guó)家的綜合實(shí)力，因此，數(shù)控機(jī)床智能化應(yīng)被廣泛應(yīng)用到我國(guó)的工業(yè)市場(chǎng)中，以促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。