劉 榮

(江西省電子信息技師學(xué)院 江西 南昌 330000)

當(dāng)代虛擬數(shù)控機(jī)床技術(shù)及其應(yīng)用研究

劉 榮

(江西省電子信息技師學(xué)院 江西 南昌 330000)

現(xiàn)代制造業(yè)追求規(guī)模效益。美國首先提出大規(guī)模、大批量、生產(chǎn)線，以更大的經(jīng)濟(jì)實力占領(lǐng)市場，降低生產(chǎn)風(fēng)險，為福特和通用兩家公司的代表。在現(xiàn)代制造業(yè)中，更加注重降低制造成本，由日本，尤其是豐田公司的發(fā)展，注重生產(chǎn)和精益生產(chǎn)方法，拋棄了生產(chǎn)線庫存中存在的浪費(fèi)現(xiàn)象，周轉(zhuǎn)緩慢，在體積不是太大還是低成本和高收益。為了滿足市場和用戶的需求，產(chǎn)品質(zhì)量是企業(yè)和制造商的主要目標(biāo)。虛擬數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展非常迅速，為制造業(yè)提供了最好的發(fā)展，為加工過程的優(yōu)化提供了決策依據(jù)。虛擬數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)功能為遠(yuǎn)程合作提供了保證。

數(shù)控機(jī)床技術(shù);應(yīng)用研究

在現(xiàn)代，市場的快速反應(yīng) (交付)已成為競爭的焦點(diǎn)在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，所以新的敏捷制造的概念，智能制造、虛擬制造、一個新的生產(chǎn)組織，新的生產(chǎn)模式出現(xiàn)，靈活性和快速反應(yīng)市場的企業(yè)已成為競爭的主要標(biāo)志。應(yīng)該指出，虛擬制造技術(shù)是以競爭需求為基礎(chǔ)的，在靈活快速的基礎(chǔ)上，隨著計算機(jī)的發(fā)展，特別是信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在新世紀(jì)得到了廣泛的關(guān)注，實現(xiàn)了快速的發(fā)展。在短時間內(nèi)，它已經(jīng)成為商業(yè)研究的重點(diǎn)之一。虛擬數(shù)控機(jī)床是虛擬制造技術(shù)的執(zhí)行單元，數(shù)控加工過程提供產(chǎn)品設(shè)計的可制造性分析，數(shù)控系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，為各類學(xué)校和企業(yè)和技術(shù)人員提供全面的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)。虛擬數(shù)控機(jī)床是企業(yè)靈活、快速響應(yīng)市場和第一生產(chǎn)成功的象征。它將給制造業(yè)帶來革命性的影響。本文將對虛擬數(shù)控機(jī)床的框架結(jié)構(gòu)和應(yīng)用進(jìn)行分析。

數(shù)控加工是加工各種運(yùn)算 (如主軸轉(zhuǎn)速、刀具的選擇、冷卻液供給、飼料、啟停、等)和形狀的工件的尺寸與程序，再由數(shù)控裝置對輸入的信息進(jìn)行處理和運(yùn)算，與數(shù)控裝置按照零件的加工程序控制機(jī)床的伺服系統(tǒng)的要求，實現(xiàn)了刀具與工件的相對運(yùn)動，完成零件的加工。當(dāng)工件發(fā)生變化時，只需更換工件和更換刀具即可。在曲線輪廓加工，只要知道曲線類型，起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)和速度，等，可根據(jù)給定的數(shù)字功能，如線性函數(shù)、三角函數(shù)、高階曲線，開始和結(jié)束的數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的曲線，并確定一些中間點(diǎn)，從而制定出一個給定的曲線輪廓，這種方法稱為插補(bǔ)。插補(bǔ)算法是數(shù)控加工中的一個基本問題。

一、虛擬數(shù)控機(jī)床的框架結(jié)構(gòu)

虛擬數(shù)控機(jī)床實際上是虛擬環(huán)境中數(shù)控機(jī)床的模型與真實機(jī)床相比，虛擬數(shù)控機(jī)床應(yīng)具有以下功能:虛擬數(shù)控機(jī)床應(yīng)具有與真實機(jī)床完全相同的結(jié)構(gòu)。虛擬數(shù)控機(jī)床能模仿真實機(jī)床的任何功能而不致因為采用某種近似替代而導(dǎo)致某種結(jié)構(gòu)和信息的失真或丟失，并應(yīng)與真實機(jī)床有完全相同的界面風(fēng)格，為技術(shù)人員的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)提供保證。

二、虛擬數(shù)控機(jī)床的組成

虛擬數(shù)控機(jī)床分成兩大部分，即CNC系統(tǒng)和機(jī)床主機(jī) (包括輔助裝置)。

(一)CNC系統(tǒng)

數(shù)控系統(tǒng)由程序、輸入和輸出 (L/O)設(shè)備、CNC設(shè)備和主軸、進(jìn)給驅(qū)動裝置組成。零件加工是數(shù)控系統(tǒng)的重要組成部分。輸入輸出裝置主要用于零件加工程序的制備、存儲、印刷和顯示。簡單的輸入和輸出設(shè)備僅包括保健盤、米字筒和數(shù)字管等。一般輸入/輸出設(shè)備包括人機(jī)界面、編程健康盤和陰極射線管 (CRT)顯示器或液晶顯示 (LCD)，還包括紙帶、磁帶或磁盤輸入機(jī)、沖孔機(jī)和電傳打字機(jī)等。先進(jìn)的輸入/輸出設(shè)備還包括自動編程機(jī)器，甚至CAD/CAM(計算機(jī)輔助設(shè)計/計算機(jī)輔助制造)系統(tǒng)。

數(shù)控設(shè)備是數(shù)控系統(tǒng)的核心部件。它由計算機(jī) (硬件和軟件)、可編程邏輯控制器 (PLC)和接口電路三部分組成。主軸傳動裝置為主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，速度可以調(diào)整不斷廣泛，可以提供所需的電力驅(qū)動提要切割裝置用于切割機(jī)各軸的運(yùn)動控制每個速度和提供所需的扭矩在切割過程中，可以調(diào)整速度和增加了位置控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)工作臺和刀具位置的精確控制。

三、數(shù)控機(jī)床按照CNC裝置的功能水平分類

根據(jù)數(shù)控機(jī)床的功能水平，數(shù)控機(jī)床可以大致分為高中低 (經(jīng)濟(jì))三種。一般來說，它可以從分辨率、進(jìn)給速度、伺服系統(tǒng)、軸數(shù) (連接軸數(shù))、通信功能、顯示功能、是否有PLC和主 CPU水平等方面來區(qū)分。

表一 按CNC裝置功能水平分類表

四、虛擬數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用

虛擬數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用將給制造業(yè)帶來革命性的飛躍。由于虛擬數(shù)控機(jī)床是一種數(shù)字模型，很容易顯示、分析、傳輸和迭代數(shù)字模型，并為設(shè)計提供并行作業(yè)。虛擬數(shù)控機(jī)床和軟件接口的設(shè)計，為建模提供了方便，特別是在某些情況下，對于產(chǎn)品的可靠性、整個生產(chǎn)過程、性能評估過程規(guī)劃過程規(guī)范和產(chǎn)品方案。加強(qiáng)創(chuàng)新水平，提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量，以經(jīng)濟(jì)有效的方式縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。虛擬數(shù)控機(jī)床的強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)功能為遠(yuǎn)程合作提供了保證。

五、虛擬數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用及展望

虛擬數(shù)控機(jī)床技術(shù)、關(guān)鍵數(shù)據(jù)的可制造性分析在產(chǎn)品設(shè)計的過程中，完成任務(wù)操作的機(jī)器不方便迅速，如完成調(diào)試、數(shù)控程序加工誤差和測量產(chǎn)品評估的處理效率和干擾試驗等。我們還可以利用虛擬機(jī)工具優(yōu)化切削參數(shù)，優(yōu)化刀具軌跡，提高機(jī)床的生產(chǎn)效率。整個互動功能和用戶機(jī)器的過程，可以為企業(yè)、學(xué)校人員培訓(xùn)CNC提供快速、安全、有效的資源消耗手段，并幫助機(jī)床制造商遠(yuǎn)程客戶能夠逼真地展示他們的產(chǎn)品。

虛擬數(shù)控技術(shù)是由許多先進(jìn)的學(xué)科和先進(jìn)的知識構(gòu)成的綜合技術(shù)體系，是一個具有巨大潛力的前沿研究領(lǐng)域。由于多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和仿真技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬數(shù)控技術(shù)將得到更快的發(fā)展。虛擬數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用將為制造技術(shù)帶來活力，虛擬數(shù)控機(jī)床的研究與開發(fā)將進(jìn)入一個新的階段。

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