孫 靜，王志鵬

(遼寧沈陽(yáng)光機(jī)電科技有限公司，沈陽(yáng) 110000)

關(guān)于數(shù)控技術(shù)的幾個(gè)問(wèn)題探討

孫 靜，王志鵬

(遼寧沈陽(yáng)光機(jī)電科技有限公司，沈陽(yáng) 110000)

探討數(shù)控機(jī)床加工特點(diǎn)與原則，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)及并行設(shè)計(jì)技術(shù)問(wèn)題，包括協(xié)調(diào)過(guò)程設(shè)計(jì)中傳統(tǒng)的順序性和并行設(shè)計(jì)中的并行性，通過(guò)設(shè)計(jì)提高其質(zhì)量，縮短開(kāi)發(fā)周期，降低成本。

數(shù)控機(jī)床；技術(shù)問(wèn)題；工藝

數(shù)控機(jī)床的輸入裝置主要是將零件加工程序、機(jī)床參數(shù)及刀具補(bǔ)償?shù)葦?shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置內(nèi)。數(shù)控機(jī)床的輸入裝置主要有鍵盤、光電閱讀機(jī)、磁盤及磁帶接口、通信接口等。輸出裝置將零件的加工過(guò)程和機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)等打印或顯示輸出，便于工作人員操作。數(shù)控機(jī)床的輸出裝置有CRT顯示器、LCD顯示器、各種信號(hào)指示燈、報(bào)警蜂鳴器等。

數(shù)控裝置主要負(fù)責(zé)接收輸入裝置輸入的加工信息，儲(chǔ)存與計(jì)算機(jī)有關(guān)的數(shù)據(jù)、邏輯判斷，以及控制輸入輸出等，還要向機(jī)床的各個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)出運(yùn)動(dòng)指令，協(xié)調(diào)機(jī)床各部件并準(zhǔn)確執(zhí)行零件的加工程序。

伺服系統(tǒng)不僅要接收計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置發(fā)出的各種動(dòng)作命令，而且必須精確驅(qū)動(dòng)機(jī)床進(jìn)給軸或主軸運(yùn)動(dòng)。伺服系統(tǒng)的性能是影響數(shù)控機(jī)床加工精度和生產(chǎn)效率的主要因素之一。

位置檢測(cè)裝置把數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸的實(shí)際位移量檢測(cè)出來(lái)，經(jīng)反饋系統(tǒng)輸入到機(jī)床的數(shù)控裝置后，數(shù)控裝置把反饋回來(lái)的實(shí)際位移量值與設(shè)定值進(jìn)行比較，控制伺服系統(tǒng)按照指令設(shè)定值運(yùn)動(dòng)。

數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體與傳統(tǒng)機(jī)床相似，由主軸傳動(dòng)裝置、進(jìn)給傳動(dòng)裝置、床身、工作臺(tái)、輔助運(yùn)動(dòng)裝置、液壓氣動(dòng)系統(tǒng)和冷卻裝置等組成。但數(shù)控機(jī)床在整體布局、傳動(dòng)系統(tǒng)和刀具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及操作機(jī)構(gòu)等方面都有較大變化。

1 數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)與原則

1.1 加工特點(diǎn)

A.精度高。數(shù)控機(jī)床機(jī)械部分的制造精度高于普通機(jī)床，它的控制精度高達(dá)0.001 mm，高自動(dòng)化的控制過(guò)程減少了許多人為操作誤差。有位置檢測(cè)裝置的閉環(huán)或半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床，它可以加工出精度高于數(shù)控機(jī)床本身的產(chǎn)品，且精度穩(wěn)定性好。

B.效率高。數(shù)控機(jī)床(特別是加工中心)的工序相對(duì)集中，它的工作過(guò)程是由加工程序來(lái)控制，減少了許多工件裝夾、換刀、測(cè)量等輔助時(shí)間。數(shù)控機(jī)床好的剛性為實(shí)現(xiàn)重切削提供了有利條件，從而實(shí)現(xiàn)了高效率加工。

C.自動(dòng)化程度高。數(shù)控機(jī)床是按預(yù)先編好的程序自動(dòng)完成加工任務(wù)，工件裝卸、換刀等一系列繁重工作都是自動(dòng)進(jìn)行，數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度非常高，減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善其勞動(dòng)條件。

D.加工范圍廣。數(shù)控機(jī)床的加工范圍比普通機(jī)床要廣。

E.可以控制復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡。數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床、專用機(jī)床相比較，優(yōu)勢(shì)較大，它主要適合加工精度高、形狀復(fù)雜的中、小批量零件。

1.2 數(shù)控加工工藝的主要內(nèi)容與基本原則

數(shù)控加工工藝：工序劃分、機(jī)床和刀具的選擇、工件裝夾方案的確定、加工路徑的安排、切削用量的分配、對(duì)刀點(diǎn)和換刀點(diǎn)的選取等。

數(shù)控加工工藝的基礎(chǔ)原則：機(jī)床選用應(yīng)合理，“量體裁衣”，即根據(jù)零件的數(shù)量、精度和要求，分析該零件是否適合數(shù)控機(jī)床加工。在數(shù)控機(jī)床類別較多的地方，應(yīng)確定各工序所使用的數(shù)控機(jī)床類別、型號(hào)。保證所加工零件精度和要求的前提下，追求高的生產(chǎn)效率和良好的經(jīng)濟(jì)效益。

刀具選擇原則：第一，針對(duì)數(shù)控加工過(guò)程中的高速和重切削等特點(diǎn)，選用強(qiáng)度高、耐磨性及熱硬性好的數(shù)控機(jī)床專用刀具。第二，所用刀具越少越好，這樣可降低成本，減少裝刀和換刀等輔助時(shí)間，以提高生產(chǎn)效率。第三，盡可能地使用成形刀，如車削小圓弧宜選用圓弧車刀，銑削鍵槽宜選用直徑與鍵槽寬度相同的鍵槽銑刀，以達(dá)到提高切削效率、精簡(jiǎn)程序的目的。第四，粗加工應(yīng)選用強(qiáng)度高的刀具，如尺寸大、后角小的刀具，強(qiáng)度好，適宜重切削；精加工需選用后角較大的鋒利刀具，以利于減小切削變形，便于控制尺寸精度。

2 并行設(shè)計(jì)技術(shù)問(wèn)題

并行工程是對(duì)產(chǎn)品及其相關(guān)過(guò)程進(jìn)行并行、一體化設(shè)計(jì)的一種系統(tǒng)化的工作模式。力圖從全程考慮到產(chǎn)品全生命周期中的所有因素，并行工程中的產(chǎn)品模型是以三維實(shí)體幾何模型為基礎(chǔ)的包括物理信息、工藝信息、成本信息、裝配信息及其他管理信息的集成模型，并行工程的核心是并行設(shè)計(jì)。它是以并行工程的思想貫穿于產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的一種集成化設(shè)計(jì)方法，遵循的原則是以產(chǎn)品開(kāi)發(fā)為中心，并綜合考慮產(chǎn)品生命周期的各階段，涉及設(shè)計(jì)流程的更改。

并行設(shè)計(jì)的著眼點(diǎn)是把過(guò)程設(shè)計(jì)中傳統(tǒng)的順序性和并行設(shè)計(jì)中的并行性合理地協(xié)調(diào)起來(lái)，通過(guò)設(shè)計(jì)來(lái)提高質(zhì)量、縮短開(kāi)發(fā)周期、降低成本等綜合指標(biāo)。

并行設(shè)計(jì)的并行性在計(jì)算機(jī)環(huán)境下必須具有可操作性。從設(shè)計(jì)活動(dòng)來(lái)看，要使設(shè)計(jì)活動(dòng)并行起來(lái)，要對(duì)設(shè)計(jì)流程進(jìn)行有效管理，將其中可并行的活動(dòng)確定下來(lái)，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，重新安排各個(gè)活動(dòng)，定義完成各項(xiàng)活動(dòng)的步驟順序，協(xié)調(diào)各自過(guò)程的相互關(guān)系，解決它們之間的沖突。從產(chǎn)品模型來(lái)看，模型的信息應(yīng)可修改和更新，特別是針對(duì)產(chǎn)品外形的幾何模型，在根據(jù)下游需求修改后，模型不需重構(gòu)而是在新參數(shù)下更新。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，下游活動(dòng)中的輸入數(shù)據(jù)、信息來(lái)源于前面的輸出結(jié)果。在串行工作方式中，這個(gè)輸出結(jié)果不可能在前面環(huán)節(jié)的進(jìn)行過(guò)程中獲得，要等到前面環(huán)節(jié)任務(wù)完成才能開(kāi)始本活動(dòng)，造成了時(shí)間上的延遲。在并行設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)前工作小組可以在前面工作小組的任務(wù)尚未完成時(shí)，就啟動(dòng)當(dāng)前活動(dòng)。在本活動(dòng)中，根據(jù)這些信息進(jìn)行的設(shè)計(jì)可能會(huì)因信息不完備，從而導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)果會(huì)隨著前面結(jié)果的變化而變化。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，各環(huán)節(jié)的模型與信息也是不斷完善的過(guò)程，直到設(shè)計(jì)過(guò)程全部完成。

3 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的幾個(gè)問(wèn)題

3.1 四個(gè)功能子系統(tǒng)

管理信息子系統(tǒng)包括預(yù)測(cè)、經(jīng)營(yíng)決策、各級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備、銷售、供應(yīng)、財(cái)務(wù)、成本、設(shè)備、人力資源的管理信息功能。管理信息子系統(tǒng)( CIMS/MIS)是企業(yè)在管理領(lǐng)域應(yīng)用計(jì)算機(jī)的總稱。管理信息子系統(tǒng)是指在其制造環(huán)境下的管理信息子系統(tǒng)。它相當(dāng)于神經(jīng)中樞，指揮并控制各個(gè)部分有條不紊地工作。

3.2 計(jì)算機(jī)集成制造的遞階控制系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的功能和控制十分復(fù)雜，其控制系統(tǒng)一般采用遞階控制結(jié)構(gòu)。每一級(jí)又分解成多個(gè)模塊，由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，且可擴(kuò)展成樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。

A.工廠級(jí)控制系統(tǒng)是最高一級(jí)控制，履行企業(yè)職能。完成的功能包括進(jìn)行市場(chǎng)預(yù)測(cè)，制定生產(chǎn)計(jì)劃、確定生產(chǎn)資源需求，制定資源規(guī)劃、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及工藝過(guò)程規(guī)劃、廠級(jí)經(jīng)營(yíng)管理(包括成本估算、庫(kù)存統(tǒng)計(jì)、用戶定單處理等)。

B.根據(jù)工廠生產(chǎn)計(jì)劃協(xié)調(diào)車間作業(yè)和資源配置，車間級(jí)控制主要有兩個(gè)模塊，即作業(yè)管理和資源分配。

C.單元級(jí)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)將上級(jí)任務(wù)分解，完成本單元的作業(yè)調(diào)度和資源需求分析，決定零件加工路線并給工作站分配任務(wù)，監(jiān)控任務(wù)進(jìn)展情況。

3.3 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)應(yīng)用研究中應(yīng)注意的問(wèn)題

A.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)統(tǒng)一的模式。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是針對(duì)一般情況而言，不同的企業(yè)類型、不同的生產(chǎn)方式其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是不一樣的，實(shí)際應(yīng)用中不應(yīng)求全和統(tǒng)一。

B.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)在于集成。這種技術(shù)的發(fā)展，大致經(jīng)歷了3個(gè)階段：第一，以信息集成為特征的階段；第二，以過(guò)程集成為特征的階段，這一階段引入了并行工程；第三，以企業(yè)集成為特征的階段，敏捷制造是其代表，作為一種制造哲理，CIM的核心在于集成。

C.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的應(yīng)用工程必須強(qiáng)調(diào)結(jié)合實(shí)際，總體規(guī)劃，分步實(shí)施。企業(yè)在應(yīng)用和實(shí)施時(shí)，要結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況作好總體規(guī)劃，在總體規(guī)劃的基礎(chǔ)上，根據(jù)企業(yè)的財(cái)力和物力分步實(shí)施，重點(diǎn)突破，不斷取得效益。

[1] 嚴(yán)峻. 數(shù)控機(jī)床安裝調(diào)試與維護(hù)保養(yǎng)技術(shù)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[2] 付琪. 數(shù)控機(jī)床及應(yīng)用[M]. 保定：河北大學(xué)出版社，2010.

Discussion on several problems of numerical control technology

SUN Jing, WANG Zhi-peng

(Liaoning Shenyang Electromechanical Technology Co., Ltd., Shenyang 110000, China)

This paper discusses the characteristics and principles of NC machine tools, the problems of computer integrated manufacturing system and concurrent design technique, including the coordination of traditional succession and parallelism, and reducing development cycle and cost by improving design quality.

CNC machine tools; Technical problems; Process

2016-10-24

孫靜(1988-)，女，講師。

G642.4

B

1674-8646(2016)22-0048-02