摘 要：文章對(duì)數(shù)控機(jī)床的PC數(shù)控系統(tǒng)在實(shí)習(xí)中的可靠性進(jìn)行了研究。對(duì)比傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床，通過(guò)GH410高速雕銑機(jī)在實(shí)習(xí)教學(xué)中的使用分析了PC數(shù)控系統(tǒng)存在的可靠性問(wèn)題，并提出了解決方案。提高機(jī)床設(shè)備的抗干擾能力，可以改善PC數(shù)控系統(tǒng)在使用中的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：PC數(shù)控系統(tǒng)；高速雕銑機(jī)；可靠性

數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展至今，已可以由PC和軟件配合運(yùn)動(dòng)控制板完成對(duì)數(shù)控機(jī)床的控制。在WINDOWS界面下可實(shí)現(xiàn)多窗口操作，編程與加工互不影響，使用過(guò)程更加方便、快捷、高效，已經(jīng)具有明顯優(yōu)勢(shì)，但要大面積推廣，需要其在實(shí)際生產(chǎn)中具備一定的可靠性。

用數(shù)字信息控制零件和刀具位移的機(jī)械加工方法，稱為數(shù)控加工，具體說(shuō)就是在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行零件自動(dòng)加工的一種工藝方法。在傳統(tǒng)的手動(dòng)機(jī)械加工中，整個(gè)過(guò)程都需要經(jīng)過(guò)人工操縱機(jī)械來(lái)實(shí)現(xiàn)，很難滿足復(fù)雜零件對(duì)加工的要求，數(shù)控機(jī)床則可以選定復(fù)雜型面作為加工對(duì)象，可以解決普通加工方法難以解決的問(wèn)題。是解決零件品種多變、批量小、形狀復(fù)雜、精度高等問(wèn)題和實(shí)現(xiàn)高效化和自動(dòng)化加工的有效途徑。

1 數(shù)控機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀

與傳統(tǒng)機(jī)床加工相比，數(shù)控機(jī)床一般帶有可以自動(dòng)換刀的刀架、刀庫(kù)，換刀過(guò)程由程序控制自動(dòng)進(jìn)行，因此，工序比較集中[1]。工序集中帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，既減少機(jī)床占地面積、節(jié)約廠房，又減少甚至減少了中間環(huán)節(jié)，省時(shí)省力。數(shù)控機(jī)床加工時(shí)，不需人工控制刀具，帶來(lái)的好處也較為明顯。由于自動(dòng)化程度較高，對(duì)操作工人的要求降低。數(shù)控工人在加工過(guò)程中，大部分時(shí)間被排斥在加工過(guò)程之外，非常省力，在一定程度上降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。所制造生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，加工自動(dòng)化，免除了普通機(jī)床上工人的疲勞、粗心、估計(jì)等人為誤差，提高了產(chǎn)品的一致性。自動(dòng)換刀等使加工過(guò)程緊湊，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。機(jī)床能精確加工各種輪廓，而有些輪廓在普通機(jī)床上無(wú)法加工。數(shù)控機(jī)床能力強(qiáng)，特別適合不許報(bào)廢的零件、新品研制、急需件的加工。

傳統(tǒng)的通用機(jī)床，柔性好但效率低下，而傳統(tǒng)的專用機(jī)床，雖然效率很高但對(duì)零件的適應(yīng)性很差。使用數(shù)控機(jī)床就不會(huì)涉及到這些問(wèn)題，只要改變程序，就可以加工新的零件，且又能自動(dòng)化操作，柔性好，效率高，可以更好的適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。

得益于這樣的優(yōu)勢(shì)，歐、美、日等工業(yè)化國(guó)家已先后完成了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，而中國(guó)也正處于發(fā)展階段。數(shù)控機(jī)床如今已是制造業(yè)的加工母機(jī)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)。它為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門提供裝備和手段，具有無(wú)限放大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效應(yīng)。

2 PC數(shù)控系統(tǒng)

數(shù)控系統(tǒng)即是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，也是數(shù)控機(jī)床的核心，相當(dāng)于數(shù)控機(jī)床的大腦。它主要由輸入、處理和輸出三個(gè)基本部分構(gòu)成。所有工作都由計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)程序進(jìn)行合理地組織，使整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)地進(jìn)行工作。根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)，把被加工的機(jī)械零件的要求，如形狀、尺寸等信息經(jīng)過(guò)計(jì)算處理，插補(bǔ)出理想的運(yùn)動(dòng)軌跡，然后輸出到執(zhí)行部件加工出所需要的零件。

截至到目前，從硬件結(jié)構(gòu)上講數(shù)控系統(tǒng)到目前為止可分為兩個(gè)階段共六代，第一階段為數(shù)值邏輯控制階段，其特征是不具有CPU，依靠數(shù)值邏輯實(shí)現(xiàn)數(shù)控所需的數(shù)值計(jì)算和邏輯控制，包括第一代是電子管數(shù)控系統(tǒng)，第二代是晶體管數(shù)控系統(tǒng)，第三代是集成電路數(shù)控系統(tǒng)；第二個(gè)階段為計(jì)算機(jī)控制階段，其特征是直接引入計(jì)算機(jī)控制，依靠軟件計(jì)算完成數(shù)控的主要功能，包括第四代是小型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，第五代是微型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，第六代則是PC數(shù)控系統(tǒng)。

由于上世紀(jì)90年代開(kāi)始，PC結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及推廣，PC構(gòu)架下計(jì)算機(jī)CPU及外圍存儲(chǔ)、顯示、通訊技術(shù)的高速進(jìn)步，制造成本的大幅降低，導(dǎo)致PC構(gòu)架數(shù)控系統(tǒng)日趨成為主流的數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系[2-3]。PC數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，形成了數(shù)字控制加個(gè)人電腦的過(guò)渡型結(jié)構(gòu)，既保留傳統(tǒng)NC硬件結(jié)構(gòu)，僅將PC作為交互界面。機(jī)床制造商可以在開(kāi)放系統(tǒng)的平臺(tái)上增加一定的硬件和軟件構(gòu)成自己的系統(tǒng)。當(dāng)前在市場(chǎng)上開(kāi)放系統(tǒng)基本上有兩種，一種是CNC加PC主板，即把一塊PC主板插入傳統(tǒng)的CNC機(jī)器中，PC板主要運(yùn)行非實(shí)時(shí)控制，CNC主要運(yùn)行以坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)為主的實(shí)時(shí)控制。另一種是PC加運(yùn)動(dòng)控制板，即把運(yùn)動(dòng)控制板插入PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)插槽中作實(shí)時(shí)控制用，而PC機(jī)主要作非實(shí)時(shí)控制。第六代數(shù)控系統(tǒng)界面開(kāi)放，越來(lái)越受到機(jī)床制造商的歡迎，成為NC技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)之一。

3 PC數(shù)控系統(tǒng)在實(shí)習(xí)中的可靠性

GH410高速雕銑機(jī)，是通過(guò)PC加運(yùn)動(dòng)控制板控制的機(jī)床，以DEC4T運(yùn)動(dòng)控制卡為控制系統(tǒng)，DEC4T是基于PC機(jī)，專門用于控制步進(jìn)電機(jī)和數(shù)字伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制器，最多可控制4軸4連動(dòng)，進(jìn)行直線和圓弧插補(bǔ)等運(yùn)動(dòng)，也可以多個(gè)控制器鏈接控制更多的運(yùn)動(dòng)軸[4]。配合Windows平臺(tái)下的EDITACS數(shù)控軟件一同使用，此軟件功能齊全，可以安裝在普通的PC上使用，它不僅是一個(gè)包含鉆床，銑床，鏜床，雕刻機(jī)和加工中心控制功能的理想數(shù)控軟件，也是一個(gè)高度開(kāi)放的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，可以直接控制各種工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備。應(yīng)用此軟件控制機(jī)床，可以使整個(gè)運(yùn)動(dòng)控制過(guò)程變得非常方便。此運(yùn)動(dòng)控制卡以及配套控制軟件，皆為德國(guó)MOVTEC公司產(chǎn)品，該公司一直以來(lái)從事專業(yè)運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和銷售。

購(gòu)買此型號(hào)機(jī)床，主要用于工科學(xué)生實(shí)訓(xùn)操作，希望可以讓學(xué)生把理論知識(shí)和實(shí)際集合在一起，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，先進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)的引入也顯得尤為重要，得益于PC數(shù)控系統(tǒng)的種種優(yōu)勢(shì)，工件的建模與編程變得更加快捷，操作機(jī)床也變得十分方便。但在使用過(guò)程中機(jī)床也頻繁的出現(xiàn)過(guò)一些匪夷所思的故障，具體表現(xiàn)為三種：（1）機(jī)床在工作時(shí)主軸在無(wú)任何征兆的前提下會(huì)不時(shí)的向Z軸負(fù)方向滑行，加工完成后工件尺寸難以得到保證，更為嚴(yán)重時(shí)會(huì)在EDITACS數(shù)控軟件控制端出現(xiàn)“X軸滑差”提示，使得機(jī)床干脆無(wú)法繼續(xù)工作。（2）機(jī)床在工作時(shí)不按指定的數(shù)控程序運(yùn)行，出現(xiàn)亂走刀現(xiàn)象，也由此經(jīng)常發(fā)生撞刀現(xiàn)象，對(duì)機(jī)床本身和操作人員的安全都構(gòu)成了一定威脅，使整個(gè)加工過(guò)程難以完成。（3）機(jī)床常常在無(wú)任何預(yù)兆的情況下脫離控制，EDITACS數(shù)控軟件控制端一切正常，沒(méi)有任何問(wèn)題提示，坐標(biāo)數(shù)值變化與正常加工時(shí)無(wú)異，但在機(jī)床端沒(méi)有相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象產(chǎn)生，靜止不動(dòng)。

為解決這幾種問(wèn)題，雖然無(wú)從下手，但通過(guò)長(zhǎng)期對(duì)異?，F(xiàn)象的觀察和總結(jié)，也嘗試了很多方法，比如重新安裝電腦的操作系統(tǒng)和機(jī)床控制軟件、清理電腦內(nèi)部和機(jī)床內(nèi)部灰塵、把電控柜里的普通電線換成屏蔽線、強(qiáng)電和弱電分別走線、重新調(diào)試驅(qū)動(dòng)器參數(shù)、更換新的驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)，甚至是重新組裝機(jī)床本體，但問(wèn)題都不見(jiàn)改善，至今依舊存在。但也在探索過(guò)程中發(fā)現(xiàn)一些可使問(wèn)題有輕微緩解的方法，比如注重電控柜通風(fēng)降溫、使用加床工作時(shí)間不要過(guò)長(zhǎng)、控制機(jī)床加工過(guò)程中走刀速度略低于默認(rèn)速度等。

4 結(jié)束語(yǔ)

由此分析，以PC加運(yùn)動(dòng)控制板來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的第六代數(shù)控系統(tǒng)在數(shù)控加工中的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)較為明顯，是今后數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。但其對(duì)所控機(jī)床本體的結(jié)構(gòu)要求比較嚴(yán)格，要求機(jī)床具備較強(qiáng)的抗干擾能力，以提高日常工作的穩(wěn)定性，否則很難在實(shí)際加工生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。

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作者簡(jiǎn)介：李康（1985-），男，漢族，吉林省吉林市人，本科，助理實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向：數(shù)控加工技術(shù)。