郝中波

摘要：國內數(shù)控機床的應用與發(fā)展越來越深入，在工業(yè)領域起到非常重要的作用。但深入到機床產業(yè)中了解數(shù)控機床應用實際情況，其存在零件加工精確度不高、缺乏核心技術等問題，這在一定程度上阻礙了機床產業(yè)發(fā)展?；诖耍疚膶⒅攸c立足于機電一體化，著重概述機電一體化和數(shù)控機床，在此基礎上探索機電一體化在數(shù)控機床中的具體應用，希望對于推動國內工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展有所幫助。

關鍵詞：機電一體化;數(shù)控機床;發(fā)展現(xiàn)狀;實踐應用

中圖分類號：U468.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）02-0069-02

0? 引言

與國外發(fā)達國家相比，無論是機電一體化技術還是數(shù)控技術都比較落后。但伴隨著我國大力提倡科教興國戰(zhàn)略的實施，國內一直致力于基于機電一體化的數(shù)控機床的應用與發(fā)展，意在改變應用現(xiàn)狀，促使我國數(shù)控技術和機電一體化技術均能突破技術困難，提高其應用價值，促進國內工業(yè)更好更快發(fā)展?？傊钊胙芯亢头治鰴C械設計技術、自動控制技術、執(zhí)行與驅動技術、檢測與傳感技術等機電一體化技術在數(shù)控機床中的應用是非常有意義的。

1? 機電一體化及其發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 機電一體化的介紹

誕生于20世紀70年代日本的機電一體化研究和應用越來越深入。早期對機電一體化的定義是在機械主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術，并將機械裝置與電子裝置用相關軟件有機結合而構成的系統(tǒng)的總稱。而現(xiàn)階段它已經發(fā)展成為一門有著自身體系的新興科學，并且因科學技術的發(fā)展，使得它的內容不斷更新、豐富，已經能夠綜合運用諸多技術，比如信息技術、電工電子技術、自動控制技術、計算機技術、機械技術、軟件編程技術等等，使之具有質量好、功能多、可靠性高等特點[1]。機電一體化技術是時代和科技發(fā)展的產物，它主要是以傳統(tǒng)的機械技術為基礎。機電一體化技術是結合現(xiàn)代的各種先進技術并且在經濟發(fā)展的推動下形成的一種新型的工業(yè)生產技術。機電一體化技術已經被運用到了社會各大生產領域當中，并且在智能化制造中有著重要的作用。機電一體化技術具有自動化、信息化、科技化等特點。它是為了順應時代科技發(fā)展將傳統(tǒng)工業(yè)技術轉變?yōu)榧s化生產模式。所以說機電一體化技術是時代和科技發(fā)展的產物，它不僅滿足了現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需求，同時還提高了企業(yè)利潤降低了企業(yè)人力資源的損耗提高了生產速度，促進我國工業(yè)生產的發(fā)展。

1.2 國內機電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀

總體來說國內也在大力推動機電一體化的研究與應用。但相對于國外發(fā)達國家來說，國內機電一體化技術起步較晚，加之這方面人才稀少、工業(yè)系統(tǒng)比較落后，與發(fā)達國家之間的差距較大。因國內機電一體化技術起步較晚，在技術發(fā)展初期技術支持和經濟支持不足，相應的機電一體化研究與改造難度較大，難以滿足實際需求。具體表現(xiàn)為傳統(tǒng)、普通的機床、工業(yè)爐窯風機電泵等設備與電工電子技術、信息技術、計算機技術等先進技術融合難度較大，改造任務十分繁重。但伴隨著國內科學技術不斷發(fā)展、經濟水平的不斷提升、專業(yè)人才培養(yǎng)的不斷加強，相信未來機電一體化技術的發(fā)展將越來越好。就以數(shù)控機床來說，現(xiàn)階段國內大力發(fā)展機電一體化在數(shù)控機床中的應用，意在提高國內工業(yè)系統(tǒng)的現(xiàn)代化程度。

2? 數(shù)控機床及其發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 數(shù)控機床的概述

誕生于20世紀中后期美國的數(shù)控機床，在美國、德國、日本等發(fā)達國家發(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之一。而國內數(shù)控機床的發(fā)展則是從20世紀80年代開始的。之所以說數(shù)控機床是一項非常重要的技術，主要因為它的工作原理是通過控制編碼或者指令規(guī)定的相關程序，再將其譯碼，后將轉化后的譯碼用數(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數(shù)控裝置的各個加工機床發(fā)布相關指令，機床加工符合要求的零件，這極大程度上提高了產品加工質量和效率，有利于促進工業(yè)持續(xù)健康的發(fā)展[2]。

2.2 國內數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀

盡管國內在大力推動數(shù)控機床發(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

對數(shù)控機床市場加以了解，諸多國內企業(yè)依靠與國外企業(yè)合作或合資的方式來進行數(shù)控機床的生產和經營，其中國外企業(yè)負責提供核心技術，國內企業(yè)負責部件的組裝，這意味著企業(yè)發(fā)展命脈掌握在外國企業(yè)手中，國內數(shù)控機床發(fā)展備受限制和影響。因為我國數(shù)控機床起步較晚，盡管國內專業(yè)技術人才一直在研究和探索核心技術，努力突破現(xiàn)狀，提高我國數(shù)控機床水平，縮短與發(fā)達國家之間的距離。但在我國發(fā)展數(shù)控機床的同時，發(fā)達國家也在不斷研究和發(fā)展數(shù)控機床，掌握著最新的高技術功能部件，這是我國所無法比擬的。所以，現(xiàn)階段我國面臨著數(shù)控化水平偏低的局面。

2.2.2 缺乏核心技術

相關調查統(tǒng)計顯示，國產機床品種中經濟型數(shù)控機床占比50%;大型的、高性能、高精度的數(shù)控機床占比1.5～2.5%，不到發(fā)達國家的二十分之一。這充分說明了現(xiàn)階段我國數(shù)控技術缺乏核心技術。在此基礎上深入了解國內中高端機床產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，即中高端數(shù)控機床產業(yè)主要進行數(shù)控機床部件的制造和組裝，而核心部件需要從外國企業(yè)進口。這就意味著國內數(shù)控機床核心技術的研發(fā)能力不高，直接阻礙數(shù)控機床產業(yè)化，給我國工業(yè)發(fā)展和經濟發(fā)展帶來一定的影響[3]。

2.2.3 產品性能有待提高

數(shù)控機床性能高低直接決定所生產零件的加工效率和精準度。所以，客戶對數(shù)控機床性能要求較高。而對國內數(shù)控機床生產和應用實際情況加以了解，數(shù)控機床產品性能難以達到國外發(fā)達國家水平。其中，在精確度方面很多客戶反映零部件加工企業(yè)所生產的零部件的精確度難以達到要求，尤其是重復定位精度難以達到歐洲所規(guī)定的標準;轉速方面國內零部件加工企業(yè)的加工中心的快速進個速度在30～60m/min，而國外發(fā)達國家則在40～90m/min，這說明國內數(shù)控機床產品的軸轉速、移動速度、換刀速度均有待提高。

3? 機電一體化在數(shù)控機床中的應用

3.1 機械設計技術在數(shù)控機床中的應用

機械設計技術是比較基礎的機電一體化設計技術，但將其應用于數(shù)控機床中也會發(fā)揮非常大的作用，彌補傳統(tǒng)數(shù)控機床的不足，真正提高數(shù)控機床的性能，使之應用價值得以提升。之所以這樣說，是因為機械設計技術的應用是以計算機為基礎，根據實際需求來優(yōu)化設計機械裝置，提高機械裝置的精確度、靜態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定性。將機械設計技術應用于數(shù)控機床中，則是利用計算機技術綜合分析和調整加工機械各個坐標軸之間的關系，之后以此為依據來改造數(shù)控機床，使之比傳統(tǒng)的機床更具應用價值，比如具有人性化特點，即：零件加工的過程中實現(xiàn)全封閉的防護切屑，保護工作人員的人身安全;具有效率高的特點，即：零件加工的過程中實現(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，即：提高數(shù)控機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;具有減輕機床體積的特點，即：對數(shù)控機床進行了換刀設計，使得數(shù)控機床可以同步進行多個零件加工，既減少機床的體積，又提高工作效率[4]。

3.2 自動控制技術在數(shù)控機床中的應用

自動控制技術有效應用于數(shù)控機床中，還能夠使其具有自動化、高效化、高精確度等特點，極大程度上提高了數(shù)控機床的應用效果。自動控制技術是由計算機技術、通訊信息技術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，勢必能夠發(fā)揮自動化控制的作用。自動控制技術具體應用于數(shù)控機床中，主要是利用計算機技術、通訊信息技術等軟件載體對加工信息予以接收、計算、轉換、保存及輸出等方面的處理，與此同時利用PLC、CPLD等可編程邏輯器讀取計算機發(fā)出的控制指令，對機床的開關、切割等部分予以有效的控制，那么在數(shù)控機床具體進行零部件加工的過程中，將直接利用計算機發(fā)出所要生產零部件指令，之后自動化控制零部件加工的各個環(huán)節(jié)，以此來實現(xiàn)自動化控制零件生產，這不僅能夠提高數(shù)控加工質量和效率，還能極大程度上降低工作人員的工作量。

3.3 執(zhí)行與驅動技術在數(shù)控機床中的應用

機電一體化在數(shù)控機床中的應用的又一表現(xiàn)是執(zhí)行與驅動技術，它是由執(zhí)行驅動單元和驅動設備組成的，能夠有效的調節(jié)設備的工作電壓和功率，從而增強設備驅動力，促使設備更加高效化的生產。那么，執(zhí)行與驅動技術在數(shù)控機床中如何有效應用呢？這需要相關技術人員了解數(shù)控機床的實際情況，合理的設置執(zhí)行驅動單元和驅動設備，其中執(zhí)行驅動單元的設置應以電子電氣接口為連接點，將其與計算機數(shù)控設備相連接，以便驅動控制命令能夠直接下達到計算機自動化控制設備;再以機械加工接口為接入點，將其與機械驅動和執(zhí)行機構相連接，以便自動控制系統(tǒng)命令將直接下達到機械加工設備上，那么后續(xù)數(shù)控機床加工的過程中，執(zhí)行與驅動技術將充分發(fā)揮作用，驅動零件加工更高效、精密地作業(yè)，提高所加工零件的質量[5]。

3.4 檢測與傳感技術在數(shù)控機床中的應用

數(shù)控機床結構比較復雜，其在長時間運行的過程中容易受到某些因素的影響，導致其存在質量隱患，容易誘發(fā)故障問題，降低零件加工質量和效率。所以，為了促進我國數(shù)控機床更好發(fā)展，縮短與發(fā)達國家的距離，還需要有效應用檢測與傳感技術。檢測與傳感技術在數(shù)控機床中的應用表現(xiàn)是檢測設備、監(jiān)測電路及反饋電路，對數(shù)控機床運行全過程進行詳細的、深入的、全面的檢測，獲取零件加工相關轉速、位移、加速度、力矩及溫度等方面的信息，與此同時轉換電路，將以上信息傳輸?shù)接嬎銠C中，綜合處理和分析數(shù)據，說明數(shù)控機床是否安全問題，如若存在，將針對性的方法加以處理，及時消除質量隱患，保證數(shù)控機床運行狀態(tài)良好，能夠滿足零件加工需求。

4? 結束語

在計算機技術、信息技術、電子技術等先進技術不斷發(fā)展的背景下國內機電一體化也在不斷推陳出新，使之具有實用性、有效性、科學性等特點?；诖耍瑧脵C電一體化運用到數(shù)控機床之中，比如實施機械設計技術、自動控制技術、執(zhí)行與驅動技術、檢測與傳感技術等技術的合理且有效應用，將在極大程度上彌補數(shù)控機床不足，提高數(shù)控機床整體性能，加工出高質量的零件，滿足工業(yè)生產需求，促使工業(yè)生產進入新階段、新時代。

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