論機(jī)電一體化在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

郝中波

摘要：國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用與發(fā)展越來越深入，在工業(yè)領(lǐng)域起到非常重要的作用。但深入到機(jī)床產(chǎn)業(yè)中了解數(shù)控機(jī)床應(yīng)用實(shí)際情況，其存在零件加工精確度不高、缺乏核心技術(shù)等問題，這在一定程度上阻礙了機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展。基于此，本文將重點(diǎn)立足于機(jī)電一體化，著重概述機(jī)電一體化和數(shù)控機(jī)床，在此基礎(chǔ)上探索機(jī)電一體化在數(shù)控機(jī)床中的具體應(yīng)用，希望對(duì)于推動(dòng)國(guó)內(nèi)工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展有所幫助。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化;數(shù)控機(jī)床;發(fā)展現(xiàn)狀;實(shí)踐應(yīng)用

中圖分類號(hào)：U468.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）02-0069-02

0? 引言

與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，無論是機(jī)電一體化技術(shù)還是數(shù)控技術(shù)都比較落后。但伴隨著我國(guó)大力提倡科教興國(guó)戰(zhàn)略的實(shí)施，國(guó)內(nèi)一直致力于基于機(jī)電一體化的數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用與發(fā)展，意在改變應(yīng)用現(xiàn)狀，促使我國(guó)數(shù)控技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)均能突破技術(shù)困難，提高其應(yīng)用價(jià)值，促進(jìn)國(guó)內(nèi)工業(yè)更好更快發(fā)展?？傊钊胙芯亢头治鰴C(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)技術(shù)、檢測(cè)與傳感技術(shù)等機(jī)電一體化技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用是非常有意義的。

1? 機(jī)電一體化及其發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 機(jī)電一體化的介紹

誕生于20世紀(jì)70年代日本的機(jī)電一體化研究和應(yīng)用越來越深入。早期對(duì)機(jī)電一體化的定義是在機(jī)械主功能、動(dòng)力功能、信息功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。而現(xiàn)階段它已經(jīng)發(fā)展成為一門有著自身體系的新興科學(xué)，并且因科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使得它的內(nèi)容不斷更新、豐富，已經(jīng)能夠綜合運(yùn)用諸多技術(shù)，比如信息技術(shù)、電工電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、軟件編程技術(shù)等等，使之具有質(zhì)量好、功能多、可靠性高等特點(diǎn)[1]。機(jī)電一體化技術(shù)是時(shí)代和科技發(fā)展的產(chǎn)物，它主要是以傳統(tǒng)的機(jī)械技術(shù)為基礎(chǔ)。機(jī)電一體化技術(shù)是結(jié)合現(xiàn)代的各種先進(jìn)技術(shù)并且在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動(dòng)下形成的一種新型的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)已經(jīng)被運(yùn)用到了社會(huì)各大生產(chǎn)領(lǐng)域當(dāng)中，并且在智能化制造中有著重要的作用。機(jī)電一體化技術(shù)具有自動(dòng)化、信息化、科技化等特點(diǎn)。它是為了順應(yīng)時(shí)代科技發(fā)展將傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榧s化生產(chǎn)模式。所以說機(jī)電一體化技術(shù)是時(shí)代和科技發(fā)展的產(chǎn)物，它不僅滿足了現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需求，同時(shí)還提高了企業(yè)利潤(rùn)降低了企業(yè)人力資源的損耗提高了生產(chǎn)速度，促進(jìn)我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。

1.2 國(guó)內(nèi)機(jī)電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀

總體來說國(guó)內(nèi)也在大力推動(dòng)機(jī)電一體化的研究與應(yīng)用。但相對(duì)于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家來說，國(guó)內(nèi)機(jī)電一體化技術(shù)起步較晚，加之這方面人才稀少、工業(yè)系統(tǒng)比較落后，與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距較大。因國(guó)內(nèi)機(jī)電一體化技術(shù)起步較晚，在技術(shù)發(fā)展初期技術(shù)支持和經(jīng)濟(jì)支持不足，相應(yīng)的機(jī)電一體化研究與改造難度較大，難以滿足實(shí)際需求。具體表現(xiàn)為傳統(tǒng)、普通的機(jī)床、工業(yè)爐窯風(fēng)機(jī)電泵等設(shè)備與電工電子技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)融合難度較大，改造任務(wù)十分繁重。但伴隨著國(guó)內(nèi)科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展、經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升、專業(yè)人才培養(yǎng)的不斷加強(qiáng)，相信未來機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展將越來越好。就以數(shù)控機(jī)床來說，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)大力發(fā)展機(jī)電一體化在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用，意在提高國(guó)內(nèi)工業(yè)系統(tǒng)的現(xiàn)代化程度。

2? 數(shù)控機(jī)床及其發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 數(shù)控機(jī)床的概述

誕生于20世紀(jì)中后期美國(guó)的數(shù)控機(jī)床，在美國(guó)、德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展非常迅猛，逐漸成為加工制造業(yè)中不可或缺的重要技術(shù)之一。而國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展則是從20世紀(jì)80年代開始的。之所以說數(shù)控機(jī)床是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)，主要因?yàn)樗墓ぷ髟硎峭ㄟ^控制編碼或者指令規(guī)定的相關(guān)程序，再將其譯碼，后將轉(zhuǎn)化后的譯碼用數(shù)字表示。這些數(shù)字再通過數(shù)控裝置的特定信息輸入載體后對(duì)數(shù)控裝置的各個(gè)加工機(jī)床發(fā)布相關(guān)指令，機(jī)床加工符合要求的零件，這極大程度上提高了產(chǎn)品加工質(zhì)量和效率，有利于促進(jìn)工業(yè)持續(xù)健康的發(fā)展[2]。

2.2 國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀

盡管國(guó)內(nèi)在大力推動(dòng)數(shù)控機(jī)床發(fā)展，但其發(fā)展過程中依舊存在一些不足，具體表現(xiàn)為：

2.2.1 數(shù)控化水平偏低

對(duì)數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)加以了解，諸多國(guó)內(nèi)企業(yè)依靠與國(guó)外企業(yè)合作或合資的方式來進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)，其中國(guó)外企業(yè)負(fù)責(zé)提供核心技術(shù)，國(guó)內(nèi)企業(yè)負(fù)責(zé)部件的組裝，這意味著企業(yè)發(fā)展命脈掌握在外國(guó)企業(yè)手中，國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床發(fā)展備受限制和影響。因?yàn)槲覈?guó)數(shù)控機(jī)床起步較晚，盡管國(guó)內(nèi)專業(yè)技術(shù)人才一直在研究和探索核心技術(shù)，努力突破現(xiàn)狀，提高我國(guó)數(shù)控機(jī)床水平，縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的距離。但在我國(guó)發(fā)展數(shù)控機(jī)床的同時(shí)，發(fā)達(dá)國(guó)家也在不斷研究和發(fā)展數(shù)控機(jī)床，掌握著最新的高技術(shù)功能部件，這是我國(guó)所無法比擬的。所以，現(xiàn)階段我國(guó)面臨著數(shù)控化水平偏低的局面。

2.2.2 缺乏核心技術(shù)

相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì)顯示，國(guó)產(chǎn)機(jī)床品種中經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床占比50%;大型的、高性能、高精度的數(shù)控機(jī)床占比1.5～2.5%，不到發(fā)達(dá)國(guó)家的二十分之一。這充分說明了現(xiàn)階段我國(guó)數(shù)控技術(shù)缺乏核心技術(shù)。在此基礎(chǔ)上深入了解國(guó)內(nèi)中高端機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，即中高端數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)主要進(jìn)行數(shù)控機(jī)床部件的制造和組裝，而核心部件需要從外國(guó)企業(yè)進(jìn)口。這就意味著國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床核心技術(shù)的研發(fā)能力不高，直接阻礙數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化，給我國(guó)工業(yè)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來一定的影響[3]。

2.2.3 產(chǎn)品性能有待提高

數(shù)控機(jī)床性能高低直接決定所生產(chǎn)零件的加工效率和精準(zhǔn)度。所以，客戶對(duì)數(shù)控機(jī)床性能要求較高。而對(duì)國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)和應(yīng)用實(shí)際情況加以了解，數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品性能難以達(dá)到國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家水平。其中，在精確度方面很多客戶反映零部件加工企業(yè)所生產(chǎn)的零部件的精確度難以達(dá)到要求，尤其是重復(fù)定位精度難以達(dá)到歐洲所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn);轉(zhuǎn)速方面國(guó)內(nèi)零部件加工企業(yè)的加工中心的快速進(jìn)個(gè)速度在30～60m/min，而國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家則在40～90m/min，這說明國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品的軸轉(zhuǎn)速、移動(dòng)速度、換刀速度均有待提高。

3? 機(jī)電一體化在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

3.1 機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)是比較基礎(chǔ)的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)技術(shù)，但將其應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床中也會(huì)發(fā)揮非常大的作用，彌補(bǔ)傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的不足，真正提高數(shù)控機(jī)床的性能，使之應(yīng)用價(jià)值得以提升。之所以這樣說，是因?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，根據(jù)實(shí)際需求來優(yōu)化設(shè)計(jì)機(jī)械裝置，提高機(jī)械裝置的精確度、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。將機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床中，則是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)綜合分析和調(diào)整加工機(jī)械各個(gè)坐標(biāo)軸之間的關(guān)系，之后以此為依據(jù)來改造數(shù)控機(jī)床，使之比傳統(tǒng)的機(jī)床更具應(yīng)用價(jià)值，比如具有人性化特點(diǎn)，即：零件加工的過程中實(shí)現(xiàn)全封閉的防護(hù)切屑，保護(hù)工作人員的人身安全;具有效率高的特點(diǎn)，即：零件加工的過程中實(shí)現(xiàn)傾斜式的排屑，提高排屑效率;具有減輕工作人員工作量的特點(diǎn)，即：提高數(shù)控機(jī)床的主軸工作速度和工件裝夾安全，在一定程度上減少了工作人員的工作量;具有減輕機(jī)床體積的特點(diǎn)，即：對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行了換刀設(shè)計(jì)，使得數(shù)控機(jī)床可以同步進(jìn)行多個(gè)零件加工，既減少機(jī)床的體積，又提高工作效率[4]。

3.2 自動(dòng)控制技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

自動(dòng)控制技術(shù)有效應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床中，還能夠使其具有自動(dòng)化、高效化、高精確度等特點(diǎn)，極大程度上提高了數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用效果。自動(dòng)控制技術(shù)是由計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊信息技術(shù)等軟件載體和可編程邏輯器件這一硬件載體組成的，兩者相互配合，勢(shì)必能夠發(fā)揮自動(dòng)化控制的作用。自動(dòng)控制技術(shù)具體應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床中，主要是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊信息技術(shù)等軟件載體對(duì)加工信息予以接收、計(jì)算、轉(zhuǎn)換、保存及輸出等方面的處理，與此同時(shí)利用PLC、CPLD等可編程邏輯器讀取計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制指令，對(duì)機(jī)床的開關(guān)、切割等部分予以有效的控制，那么在數(shù)控機(jī)床具體進(jìn)行零部件加工的過程中，將直接利用計(jì)算機(jī)發(fā)出所要生產(chǎn)零部件指令，之后自動(dòng)化控制零部件加工的各個(gè)環(huán)節(jié)，以此來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制零件生產(chǎn)，這不僅能夠提高數(shù)控加工質(zhì)量和效率，還能極大程度上降低工作人員的工作量。

3.3 執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

機(jī)電一體化在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用的又一表現(xiàn)是執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)技術(shù)，它是由執(zhí)行驅(qū)動(dòng)單元和驅(qū)動(dòng)設(shè)備組成的，能夠有效的調(diào)節(jié)設(shè)備的工作電壓和功率，從而增強(qiáng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)力，促使設(shè)備更加高效化的生產(chǎn)。那么，執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中如何有效應(yīng)用呢？這需要相關(guān)技術(shù)人員了解數(shù)控機(jī)床的實(shí)際情況，合理的設(shè)置執(zhí)行驅(qū)動(dòng)單元和驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中執(zhí)行驅(qū)動(dòng)單元的設(shè)置應(yīng)以電子電氣接口為連接點(diǎn)，將其與計(jì)算機(jī)數(shù)控設(shè)備相連接，以便驅(qū)動(dòng)控制命令能夠直接下達(dá)到計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制設(shè)備;再以機(jī)械加工接口為接入點(diǎn)，將其與機(jī)械驅(qū)動(dòng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連接，以便自動(dòng)控制系統(tǒng)命令將直接下達(dá)到機(jī)械加工設(shè)備上，那么后續(xù)數(shù)控機(jī)床加工的過程中，執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)技術(shù)將充分發(fā)揮作用，驅(qū)動(dòng)零件加工更高效、精密地作業(yè)，提高所加工零件的質(zhì)量[5]。

3.4 檢測(cè)與傳感技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，其在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的過程中容易受到某些因素的影響，導(dǎo)致其存在質(zhì)量隱患，容易誘發(fā)故障問題，降低零件加工質(zhì)量和效率。所以，為了促進(jìn)我國(guó)數(shù)控機(jī)床更好發(fā)展，縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家的距離，還需要有效應(yīng)用檢測(cè)與傳感技術(shù)。檢測(cè)與傳感技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用表現(xiàn)是檢測(cè)設(shè)備、監(jiān)測(cè)電路及反饋電路，對(duì)數(shù)控機(jī)床運(yùn)行全過程進(jìn)行詳細(xì)的、深入的、全面的檢測(cè)，獲取零件加工相關(guān)轉(zhuǎn)速、位移、加速度、力矩及溫度等方面的信息，與此同時(shí)轉(zhuǎn)換電路，將以上信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，綜合處理和分析數(shù)據(jù)，說明數(shù)控機(jī)床是否安全問題，如若存在，將針對(duì)性的方法加以處理，及時(shí)消除質(zhì)量隱患，保證數(shù)控機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)良好，能夠滿足零件加工需求。

4? 結(jié)束語

在計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、電子技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下國(guó)內(nèi)機(jī)電一體化也在不斷推陳出新，使之具有實(shí)用性、有效性、科學(xué)性等特點(diǎn)?；诖耍瑧?yīng)用機(jī)電一體化運(yùn)用到數(shù)控機(jī)床之中，比如實(shí)施機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)技術(shù)、檢測(cè)與傳感技術(shù)等技術(shù)的合理且有效應(yīng)用，將在極大程度上彌補(bǔ)數(shù)控機(jī)床不足，提高數(shù)控機(jī)床整體性能，加工出高質(zhì)量的零件，滿足工業(yè)生產(chǎn)需求，促使工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)入新階段、新時(shí)代。

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