萬 鑫

（甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天水 741025）

1 數(shù)控車床簡介

數(shù)控車床指的就是一種建立在處理信息的技術(shù)之上的能夠完成對工件加工的自動(dòng)化控制以及對一些金屬進(jìn)行切削能力的機(jī)床。對工件進(jìn)行加工的主要類型就是一些切削，比如鏜、車、鉸、鉆等。也有對工件進(jìn)行其他工序包含攻絲。盡管工序上表現(xiàn)的很復(fù)雜，但當(dāng)將控制這些工序的操作信息輔以程序化，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)全智能化和自動(dòng)化控制。

1.1 數(shù)控概述

數(shù)控指的是數(shù)字化的控制方式，即對車床的運(yùn)行狀態(tài)以及在進(jìn)行工件加工時(shí)的全過程中的信息進(jìn)行數(shù)字化的控制，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)自動(dòng)化的過程。換句話說就是利用計(jì)算機(jī)或者一些與計(jì)算機(jī)進(jìn)行適配的專用裝置的信息的計(jì)算與分析功能，完成對所需過程以及相應(yīng)信息的控制。這樣就對整個(gè)車床的運(yùn)作過程實(shí)現(xiàn)了控制自動(dòng)化。而且在實(shí)際應(yīng)用中的成效是相當(dāng)顯著的。

1.1.1 數(shù)控系統(tǒng)

數(shù)控系統(tǒng)對于整個(gè)數(shù)控車床來說起到的是一個(gè)決定性的作用。就好比人的大腦一樣，人的一切行為都是在大腦的思維決定下具象化的表現(xiàn)過程。思維決定著行動(dòng)，類比于數(shù)控車床，指的就是系統(tǒng)中處理程序決定著工件加工過程的正常進(jìn)行。通過數(shù)控系統(tǒng)的服務(wù)支持，可以讓機(jī)械控制器對代碼進(jìn)行識別，然后將識別后的代碼進(jìn)行存儲(chǔ)以及當(dāng)車床的加工刀具在實(shí)際的運(yùn)作過程中的工作曲線沒有嚴(yán)格準(zhǔn)照執(zhí)行，那么在這種情況下就需要通過其他的方式來無限的接近這條工作曲線，完成插補(bǔ)功能。

1.1.2 計(jì)算機(jī)數(shù)控

實(shí)現(xiàn)過程控制信息的數(shù)字化控制，就是利用計(jì)算機(jī)的相應(yīng)控制軟件進(jìn)行設(shè)置，從而完成這一功能。將控制過程中的模擬化信息轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信息，可以使得整個(gè)過程的控制更加可靠穩(wěn)定，在對過程中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理時(shí)其實(shí)現(xiàn)速度是相當(dāng)快的而且計(jì)算的精度也大幅提高。逐步的在改進(jìn)數(shù)控車床行業(yè)所面臨的不足。國產(chǎn)的車床特別是一些中高檔的數(shù)控車床保證連續(xù)工作無障礙，只能達(dá)到1000小時(shí)。而國外同類型的數(shù)控車床明顯要高于國產(chǎn)的，它們無障礙連續(xù)工作可以達(dá)到1500小時(shí)。兩者對比發(fā)現(xiàn)時(shí)間相差了1/3。精確程度以及可靠穩(wěn)定性等方面和國外相比明顯有差距。

1.1.3 數(shù)控加工

數(shù)控加工，簡單的說就是對工件進(jìn)行加工，通過在數(shù)控車床上具體的完成的一種工序方法。從對工件進(jìn)行具體加工角度上來看，雖然傳統(tǒng)的加工車床與現(xiàn)代的數(shù)字控制的車床在工藝的流程上基本保持不變，但是數(shù)字控制的車床是通過程序的編寫，也就是將所要表達(dá)的具體行為表現(xiàn)通過程序的編寫完成相應(yīng)的操作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)加工過程的自動(dòng)化。

當(dāng)然在數(shù)控加工過程中也是會(huì)伴隨有誤差產(chǎn)生的，造成數(shù)控加工產(chǎn)生誤差的主要是因?yàn)樵诩庸げ僮鏖_始前對所需加工的工件的要求進(jìn)行程序化編程時(shí)出現(xiàn)的編程誤差，車床本身的機(jī)械誤差，在加工進(jìn)行中對工件進(jìn)行定位時(shí)產(chǎn)生的誤差以及刀具的刀點(diǎn)在與刀位點(diǎn)進(jìn)行重合的過程中產(chǎn)生的誤差等，由于它們的共同作用使得在加工的過程中出現(xiàn)了加工誤差。簡單的說，就是數(shù)控加工誤差等于上述誤差的疊加。

1.2 組成

數(shù)控車床在傳統(tǒng)意義上的組成結(jié)構(gòu)包括車床自身單元、檢測工件的加工位置的反饋裝置、在加工過程的跟隨或者復(fù)現(xiàn)表現(xiàn)很實(shí)時(shí)的反饋系統(tǒng)、數(shù)字化的控制系統(tǒng)、輸入的設(shè)備裝置以及程序存儲(chǔ)的載體等。而隨著數(shù)控車床技術(shù)的不斷進(jìn)步，站在現(xiàn)代的角度對于數(shù)控系統(tǒng)的認(rèn)識就會(huì)顯著提高，通過模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得對于整個(gè)車床的組成理解上有明顯的進(jìn)步。就是說現(xiàn)代意義上的數(shù)控車床就是由數(shù)控車床自身以及計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)工藝信息的數(shù)控系統(tǒng)。如圖1所示。

圖1 數(shù)控車床的組成

1）輸入設(shè)備：數(shù)控車床的運(yùn)行是根據(jù)人員對加工方法的程序化設(shè)計(jì)之后的程序運(yùn)行的。一般情況，人們在進(jìn)行編程后都是將所編的程序存儲(chǔ)在某一存儲(chǔ)器載體上并且按照一定的格式或者是程序代碼。接下來就通過數(shù)控車床中的組成部分輸入設(shè)備將其向計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置中進(jìn)行最后的輸入?；蛘卟捎肦S232通信協(xié)議接口實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的信號進(jìn)行高速傳輸。

2）計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置：正像前面說介紹的那樣，計(jì)算機(jī)的數(shù)控裝置所依靠的及時(shí)數(shù)控系統(tǒng)的存在，是數(shù)控車床的一個(gè)核心所在。通常意義上，計(jì)算機(jī)的數(shù)控裝置是由輸入輸出裝置、運(yùn)算器以及控制器等組成。首先將輸入設(shè)備上的數(shù)控程序，通過運(yùn)算器和控制器的相關(guān)處理研究后，將分析的結(jié)果進(jìn)行輸出，進(jìn)而達(dá)到輸出設(shè)備。

3）伺服系統(tǒng)：它的作用就是改變計(jì)算機(jī)的數(shù)控裝置信號，將它接收端的脈沖信號向一種能夠讓車床識別的語言方向加以轉(zhuǎn)變。過程表現(xiàn)為將數(shù)控裝置接收到輸出脈沖信號，然后對這個(gè)脈沖信號進(jìn)行重新合理的分配，對其進(jìn)行運(yùn)算放大，最后對信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換等。從而驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)行，完成工件的具體加工。

4）測量檢測裝置：實(shí)際的工件在加工的過程中，無論是位置的檢測，還是對加工速度的反饋都毫無疑問的查處信號的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)視。從而保證整個(gè)運(yùn)動(dòng)部件的高效性以及可靠性，保證運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)精確程度。

5）車床自身：數(shù)控車床自身的主體結(jié)構(gòu)是脈沖編碼器、主軸、滑板以及腳踏的開關(guān)。它的設(shè)計(jì)必須保證先講的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、剛性度高以及整個(gè)加工過程的可靠穩(wěn)定。

1.3 自動(dòng)化工作流程

數(shù)控車床對工件進(jìn)行自動(dòng)化加工的流程包括以下六步：

第一步是按照工件加工的圖紙對整個(gè)加工工藝進(jìn)行分析，確定一個(gè)可行性的方案，將工藝中涉及的加工參數(shù)以及位移等數(shù)據(jù)進(jìn)行最終的定制。

第二步是程序編寫人員編制相應(yīng)的程序。依據(jù)工件加工的工藝復(fù)雜程度而定，也可以通過自動(dòng)程序編寫軟件的使用完成機(jī)械制圖的工作，使得加工工件的程序文件直接得到。

第三步是加工程序完成后，將其中的內(nèi)容通過程序代碼的表現(xiàn)方式在信息存儲(chǔ)媒介上進(jìn)行完整性的記錄。

第四步是使用具有閱讀功能的機(jī)器將信息存儲(chǔ)媒介中的程序代碼提取從而轉(zhuǎn)換成電信號，將其送至數(shù)控裝置。如果程序代碼是編寫人員手工完成的，則必須先借助數(shù)控車床上的操作面板來完成相關(guān)信息的輸入，之后才能送到數(shù)控裝置上。而如果是計(jì)算機(jī)的程序自動(dòng)編寫軟件完成的程序編寫，只要將數(shù)控車床與計(jì)算機(jī)的串行通信接口進(jìn)行連接，然后將程序代碼直接進(jìn)行傳輸即可。最后程序會(huì)寄存在數(shù)控單元之中。

圖2 數(shù)控車床自動(dòng)化工作流程

第五步是所有的程序代碼匯集到數(shù)控裝置后，數(shù)控裝置就需對這些信息進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算分析處理，結(jié)果指令轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈沖信號傳送給伺服系統(tǒng)使其進(jìn)行相應(yīng)的工作。

第六步是指令發(fā)送到伺服系統(tǒng)后，伺服系統(tǒng)接收到。緊接著伺服系統(tǒng)也要做出相對應(yīng)的響應(yīng)即對車床進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，車床上的刀具以及已經(jīng)夾裝完好的工件開始依照程序數(shù)控系統(tǒng)中行為指令進(jìn)行嚴(yán)格的位移，促使工件加工的控制自動(dòng)化。

上述的流程可以參照圖2中所示的內(nèi)容。

2 單機(jī)自動(dòng)化的問題分析

2.1 刀具的選擇及使用壽命

由于數(shù)控車床在對信息進(jìn)行分析處理時(shí)的精度非常高、對工件進(jìn)行加工時(shí)的效率高以及可靠穩(wěn)定等特點(diǎn)，使得對于數(shù)控車床的刀具的選擇有了很高的要求。無論是刀具的性能還是刀具的使用壽命。選擇刀具要根據(jù)實(shí)際的加工要求以及工件的材料組成來選擇刀具，具體包括刀具的精度、規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)以及所屬類型等。比方說，工件的材料組成不同在加工的過程中刀具的切削性能的表現(xiàn)也是不盡相同的。而且工件在加工過程中的每個(gè)階段所使用的刀具也要嚴(yán)格的按照標(biāo)準(zhǔn)來選擇，比如說對工件進(jìn)行粗加工時(shí)，刀具就應(yīng)該考慮選擇精度相對較低的但剛性一定要好的刀具。到了精加工或者是半精加工時(shí)，刀具的精度就要有所提高，保證高精度的性能所在同時(shí)還要考慮刀具的持久耐用程度。當(dāng)加工的工件構(gòu)成材料是一些像銅鋁等質(zhì)地相對柔軟的材料時(shí)對于立銼刀的選擇就要考慮使用刀的前角比較大的同時(shí)刀具的齒數(shù)也是有嚴(yán)格要求的，不能超過4個(gè)。

當(dāng)?shù)毒咭呀?jīng)選擇完備后，就必須要考慮刀具的使用壽命問題。無論是一般意義上數(shù)控車床還是能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化功能的車床，在具體的應(yīng)用中要制定嚴(yán)格的使用壽命管理機(jī)制，當(dāng)達(dá)到了使用時(shí)間限制后就必須進(jìn)行替換。采用刀具管理機(jī)制能夠保障對工件加工的精度，加工的過程也更加的安全可靠。

2.2 自動(dòng)工件尺寸測量和自動(dòng)刀具補(bǔ)償

對于那些在尺寸上有嚴(yán)格要求的工件，就必須在機(jī)內(nèi)配置一個(gè)具有自動(dòng)的測量功能的裝置。裝置的測頭的安裝工位要放在車床的磚塔刀架上，當(dāng)對某一個(gè)工件進(jìn)行加工時(shí)要測量它的尺寸，這是測量裝置的測頭就會(huì)依據(jù)測量前制定的程序進(jìn)行尺寸的測量，也就是測頭開始工作。但是在實(shí)際中有可能會(huì)出現(xiàn)尺寸的偏差，那么這時(shí)及需要根據(jù)工件的實(shí)際尺寸，進(jìn)行自動(dòng)的刀具補(bǔ)償保證接下來工件的測量準(zhǔn)確性。在現(xiàn)實(shí)加工過程中，工件的測量都是在車床不工作的狀態(tài)下完成的，這在一定程度上影響了生產(chǎn)效率。這時(shí)就可以根據(jù)工件加工過程的規(guī)律性，在加工了部分工件后進(jìn)行一次測量，這樣就能確保工件加工的精度，同時(shí)也保證了生產(chǎn)效率。

2.3 自動(dòng)檢測工件的裝夾

工件在加工過程中，必須有對工件裝夾程度是否合適的自動(dòng)檢測功能。這是因?yàn)樽詣?dòng)化車床在進(jìn)行工件加工時(shí)，僅僅保證工件夾緊程度是不夠的，換句話說就是在考慮一個(gè)夾緊信號的獲取時(shí)，還要檢測工件加工的一些附加的行程。人工完成工件的安裝時(shí)能夠很直觀的檢查到工件是否夾緊或者位置不正的情況，及時(shí)給予更改操作。但在自動(dòng)化的加工過程中，所有的工作都是建立在機(jī)械手的操作上，對于工件的裝夾是否可靠沒辦法得到保證，即使工件已經(jīng)夾緊了，但只要出現(xiàn)其他裝夾不可靠的情況也會(huì)使得所加工的工件是不合格品，嚴(yán)重的還會(huì)出現(xiàn)刀具的撞擊從而使得整個(gè)車床損壞。為了避免這樣的情況的發(fā)生，就需要增加一個(gè)檢測油缸夾緊的行程裝置。保證即使檢測到夾緊信號，出現(xiàn)裝夾位置不正等其他不可靠的情況，數(shù)控車床也不會(huì)繼續(xù)進(jìn)行后面的動(dòng)作，從而保證了自動(dòng)化過程的安全可靠。

3 結(jié)束語

數(shù)控車床的應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)中是越來越廣泛，對于自動(dòng)化的要求也越來越高。在實(shí)際的自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)過程中的問題必須得到重視，本論文所研究分析的問題只是自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)的一部分，希望對數(shù)控車床的單機(jī)自動(dòng)化的研究能起到一些參考作用。

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