李雙晶

（寧夏工業(yè)職業(yè)學(xué)院，銀川 750000）

現(xiàn)階段，數(shù)控技術(shù)在數(shù)控銑床中的應(yīng)用越來越廣泛，促使數(shù)控銑床的機(jī)械加工制造更加趨向信息化、現(xiàn)代化、一體化以及機(jī)械化。它能在保證機(jī)械加工制造效率與質(zhì)量的同時，大幅度降低人工成本，提升機(jī)械效率和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，備受廣大機(jī)械加工制造企業(yè)的青睞。

1 我國數(shù)控技術(shù)與數(shù)控銑床發(fā)展現(xiàn)狀分析

當(dāng)前，我國的數(shù)控技術(shù)與數(shù)控銑床發(fā)展迅速。數(shù)控技術(shù)的廣泛運(yùn)用及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)的普及，能夠幫助機(jī)械加工制造業(yè)快速傳達(dá)加工工作的要求與指令，確保機(jī)械加工制造對加工產(chǎn)品的質(zhì)量把關(guān)，強(qiáng)化機(jī)械加工制造業(yè)的技術(shù)研究氛圍。數(shù)控技術(shù)是機(jī)械加工制造技術(shù)發(fā)展和管理的關(guān)鍵，因此參與機(jī)械加工制造與數(shù)控銑床行業(yè)的相關(guān)人員需要加強(qiáng)數(shù)控技術(shù)應(yīng)用具體內(nèi)容與專業(yè)知識的學(xué)習(xí)和實踐。此外，機(jī)械加工制造行業(yè)的管理者在加強(qiáng)數(shù)控技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量和效率的同時，應(yīng)分析數(shù)控技術(shù)應(yīng)用的核心內(nèi)涵與要求，營造良好的數(shù)控技術(shù)應(yīng)用氛圍。

2 數(shù)控銑床的組成及工作流程

2.1 數(shù)控銑床的基本組成

圖1為數(shù)控銑床的基本組成，主要包括計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)與驅(qū)動裝置、測量反饋系統(tǒng)、控制裝置與輸入輸出裝置、可編程邏輯控制器與CPU 控制操作系統(tǒng)以及數(shù)控銑床功能主體等。

2.1.1 計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)

計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)即數(shù)控銑床相對應(yīng)的CNC 裝置，包含數(shù)控銑床的計算機(jī)系統(tǒng)、位置控制系統(tǒng)及檢測反饋裝置、PLC 接口及其裝置系統(tǒng)、系統(tǒng)通信接口板、擴(kuò)展功能模塊以及各部件相應(yīng)控制命令軟件等數(shù)控系統(tǒng)模塊。它主要通過輸入的零件加工程序或是特定的操作命令進(jìn)行分析與處理，隨即輸出控制命令并執(zhí)行[1]。

圖1 數(shù)控銑床的基本組成

2.1.2 伺服系統(tǒng)與驅(qū)動裝置和測量反饋系統(tǒng)

數(shù)控銑床的伺服系統(tǒng)與驅(qū)動裝置組成了它的主軸伺服裝置、主軸電動機(jī)以及進(jìn)給伺服驅(qū)動裝置等，實現(xiàn)了數(shù)控銑床的運(yùn)行。測量反饋裝置及其系統(tǒng)則包含了位置與速度測量裝置，能很好地完成主軸、進(jìn)給速度閉環(huán)控制任務(wù)。此外，主軸電動機(jī)與主軸伺服裝置通過各種指令控制實現(xiàn)工件的加工和切削工作?？刂屏恐饕獮樗俣群臀恢谩＿M(jìn)給伺服系統(tǒng)可以靈敏并準(zhǔn)確地獲取數(shù)控系統(tǒng)傳達(dá)的速度和位置指令，進(jìn)而執(zhí)行機(jī)械加工制造的成型工序。

2.1.3 控制裝置與輸入輸出裝置

數(shù)控銑床的控制裝置不僅可以進(jìn)行工件加工程序的記錄分析，還可以加強(qiáng)人機(jī)聯(lián)系。數(shù)控銑床的輸入輸出裝置是與外界進(jìn)行信息交互的關(guān)鍵系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)與外部設(shè)備的聯(lián)系可以自行準(zhǔn)確地記錄控制裝置中的零件加工程序，然后將其輸入數(shù)控系統(tǒng)。當(dāng)下最常用且最廣泛的輸入輸出設(shè)備與控制裝置為磁盤與磁盤驅(qū)動器。此外，數(shù)控銑床還可以利用最新的通信方式，融入計算機(jī)輔助設(shè)計，加之柔性制造系統(tǒng)與計算機(jī)集成制造系統(tǒng)，實現(xiàn)與外部設(shè)備的通信[2]。

2.1.4 可編程邏輯控制器與CPU 控制操作

數(shù)控銑床中數(shù)控系統(tǒng)的可編程邏輯控制器與CPU 控制操作通常用于執(zhí)行計算機(jī)的邏輯運(yùn)算和順序動作I/O 控制。數(shù)控銑床上的I/O 控制電路及其裝置系統(tǒng)具有繼電器、電磁閥以及行程開關(guān)等電氣設(shè)備之外的邏輯電路，可以與整體電氣控制設(shè)備系統(tǒng)組合使用，接收數(shù)控系統(tǒng)的各種命令并進(jìn)行轉(zhuǎn)碼，編譯成相對應(yīng)程序的控制信號，從而輔助數(shù)控銑床部件完成相應(yīng)的操作。

2.1.5 數(shù)控銑床功能主體

數(shù)控銑床的各個功能主體構(gòu)成了數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)，是數(shù)控系統(tǒng)的主要控制目標(biāo)。數(shù)控系統(tǒng)下達(dá)的指令由它們進(jìn)行執(zhí)行，進(jìn)而實現(xiàn)機(jī)械加工制造工作。數(shù)控銑床主運(yùn)動部件由主軸和主運(yùn)動傳動機(jī)構(gòu)構(gòu)成，以保障工件的加工軌跡與穩(wěn)定性。進(jìn)給傳動部件主要由工作臺、拖板及主運(yùn)動部件附屬的傳動機(jī)構(gòu)組成，具有輔助和傳動功能。數(shù)控銑床主體框架由立柱、結(jié)構(gòu)框架以及床身等支撐部件構(gòu)成[3]。

2.2 數(shù)控銑床與數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行流程

數(shù)控銑床進(jìn)入工作狀態(tài)后，會先行將加工程序中各個工序與步驟及工件與零件之間的相對位移轉(zhuǎn)化為數(shù)字化代碼，隨后根據(jù)加工工藝順序形成數(shù)字控制程序即NC 程序，再通過控制介質(zhì)或是人工輸入的方式進(jìn)行NC 程序的輸入，進(jìn)而完成數(shù)控銑床的程序輸入、數(shù)控銑床狀態(tài)分析、刀具等狀況的分析處理與計算，最后經(jīng)由數(shù)控系統(tǒng)與計算機(jī)系統(tǒng)發(fā)出控制指令，使得數(shù)控銑床伺服系統(tǒng)、主運(yùn)動系統(tǒng)等執(zhí)行機(jī)械加工制造工作。圖2 為數(shù)控銑床機(jī)械加工制造中數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化。

圖2 數(shù)控銑床機(jī)械加工制造中數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化

2.2.1 轉(zhuǎn)譯編碼

數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行轉(zhuǎn)譯編碼程序時會將所有信息轉(zhuǎn)化為通用美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼（American Standard Code for Information Interchange，ASCII）進(jìn)行表達(dá)，再以若干程序段為單位段進(jìn)行刀補(bǔ)處理工序數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化，主要有加工部件、零件相應(yīng)三相坐標(biāo)軸及其數(shù)值、進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速以及使用刀具代號等。

2.2.2 刀補(bǔ)處理工序

導(dǎo)入、輸入的工件加工程序按照工件輪廓進(jìn)行繪制。數(shù)控銑床通過刀具的位移變化切削出形狀，其中的主要依據(jù)為刀具的中心軌跡。因此，在接到工件加工程序后，相關(guān)工作人員需要立即轉(zhuǎn)工件加工輪廓為刀具中心軌跡，否則將會出現(xiàn)貨不對版的情況。需要說明的是，數(shù)控銑床的刀補(bǔ)處理是轉(zhuǎn)換圖紙程序的工作。

2.2.3 插補(bǔ)處理

數(shù)控銑床會按照規(guī)定的插補(bǔ)周期進(jìn)行插補(bǔ)處理。根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)得到的進(jìn)給速度與工件加工程序的輪廓，計算各個進(jìn)給軸所需的位移指令，并在此指令傳達(dá)到數(shù)控銑床的伺服系統(tǒng)后才能完成刀具的切削和磨銑成型工作。

2.2.4 可編程邏輯控制器控制

數(shù)控銑床數(shù)控系統(tǒng)中的可編程邏輯控制器可以順序控制所有動作指令，并以數(shù)控系統(tǒng)與數(shù)控銑床各功能部件的電氣設(shè)備、行程開關(guān)、傳感器以及繼電器等一系列信號狀態(tài)為基礎(chǔ)，遵循加工工件程序設(shè)定的邏輯順序，實行類似主軸的運(yùn)動與轉(zhuǎn)向、刀具更換、工件更換、冷卻與潤滑系統(tǒng)等。

3 數(shù)控技術(shù)在數(shù)控銑床的應(yīng)用探究

3.1 加強(qiáng)數(shù)控銑床數(shù)控技術(shù)的研究與開發(fā)

數(shù)控銑床加工廣泛運(yùn)用數(shù)控技術(shù)進(jìn)行控制與處理操作。在了解數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)、運(yùn)轉(zhuǎn)流程、原理及數(shù)控技術(shù)后可知，想要提升我國機(jī)械加工制造水平和數(shù)控銑床加工效率、便利性及經(jīng)濟(jì)效益，需加強(qiáng)數(shù)控技術(shù)的研究與開發(fā)。它將直接影響到數(shù)控銑床的運(yùn)行狀態(tài)與加工質(zhì)量。

3.1.1 強(qiáng)電關(guān)斷程序軟件

強(qiáng)電關(guān)斷程序軟件在其他機(jī)械設(shè)備中常有提及，但在數(shù)控銑床數(shù)控技術(shù)中剛剛興起，如今已成為數(shù)控技術(shù)軟件開發(fā)中的關(guān)鍵一項，是其他數(shù)控程序的基礎(chǔ)與安全保障。因此，必須保證它在數(shù)控銑床數(shù)控系統(tǒng)中的優(yōu)越性，稱為強(qiáng)電關(guān)斷優(yōu)先原則。圖3 為實際銑床軟件設(shè)計案例，一旦控制電路中檢測到強(qiáng)電關(guān)斷信號，都會擱置其他控制信號使得系統(tǒng)處于強(qiáng)電關(guān)斷狀態(tài)，除非人為二次開啟，否則不會接通中間繼電器，實現(xiàn)了自鎖的任務(wù)狀態(tài)。圖3 中，檢測到控制信號X02=1 時，則自動強(qiáng)電關(guān)斷繼電器M100。這個強(qiáng)電關(guān)斷程序可以有效保障數(shù)控銑床運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，還可以確保數(shù)控銑床的高精度。

圖3 實際銑床軟件設(shè)計案例

3.1.2 動作順序連鎖控制程序軟件

數(shù)控銑床的工作程序擁有紀(jì)律性極高的順序要求，一旦出現(xiàn)任何順序上的差錯，都會造成不可預(yù)估的后果，不僅影響工件加工質(zhì)量和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，更有甚者會引發(fā)安全事故。因此，數(shù)控銑床與數(shù)控技術(shù)必須確保銑床動作順序處在加工程序設(shè)定的正常運(yùn)行工序。動作順序連鎖控制程序軟件不僅可以實現(xiàn)這一目的，還能利用順序連鎖控制程序確保其萬無一失。在數(shù)控銑床工作中，將前一個加工工序的常開點(diǎn)串聯(lián)于下一個加工工序的啟動回路中，再將后一個加工工序的常閉點(diǎn)串聯(lián)到前一個加工工序的關(guān)斷電路中，以確保數(shù)控銑床加工工件時只有前一個加工工序完成后才會啟動后一個加工工序，從而確保不會產(chǎn)生順序混亂的情況，同時提升數(shù)控銑床效率，降低人力資源的投入，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 全面提升相關(guān)操作人員的綜合素質(zhì)水平

數(shù)控銑床需要相關(guān)操作人員的參與進(jìn)行機(jī)械加工制造，因此要想促進(jìn)我國機(jī)械加工數(shù)控銑床行業(yè)的發(fā)展，第一要務(wù)為全面提升相關(guān)操作人員的綜合素質(zhì)水平。企業(yè)應(yīng)當(dāng)定期組織交流會、專家講座等基礎(chǔ)專業(yè)知識層面的活動，篩選相關(guān)操作人員進(jìn)行針對性的知識理論培養(yǎng)。高職院校承擔(dān)著我國超過一半的實用型人才的培養(yǎng)。學(xué)生的專業(yè)水平固然重要，但應(yīng)在培養(yǎng)學(xué)生理論知識的同時提高其實踐操作訓(xùn)練水平，如開展動手實踐實訓(xùn)、機(jī)械加工制造實訓(xùn)以及數(shù)控銑床實操實訓(xùn)等。行業(yè)內(nèi)還應(yīng)該設(shè)立一套符合自身發(fā)展?fàn)顩r的人才激勵體系，促進(jìn)操作人員不斷進(jìn)步，迸發(fā)出更多的創(chuàng)新動力，達(dá)到全面提升人員綜合素質(zhì)水平的目的。

3.3 科學(xué)管理刀具使用

刀具不僅是數(shù)控銑床的最基礎(chǔ)功能部件，還是加工工件的成型手段。刀具的使用對數(shù)控銑床的加工精度、穩(wěn)定性及加工效率有很大影響。此外，刀具的選擇要考慮耐磨屬性、強(qiáng)度以及剛性。在長時間加工、磨銑或是材料硬度過大的情況下，需科學(xué)并正確地選擇刀具，減少因刀具磨損或是崩裂造成的加工工件質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的情況。大部分?jǐn)?shù)控銑床加工處在高溫和高壓的環(huán)境下，而長時間的機(jī)械加工非?？简灥毒弑旧淼馁|(zhì)量與精度。因此，需根據(jù)實際情況進(jìn)行刀具的更換。工件材料表面粗加工工序可以使用剛性較高、精度稍差的刀具完成初步的輪廓加工，降低余量。后續(xù)的精加工階段則必須選用精度高、耐磨性能好的刀具，以保證加工工件的質(zhì)量及效率，減少返工情況，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

3.4 確保人才補(bǔ)充

如今機(jī)械加工行業(yè)面臨著人才流失和無法得到高技術(shù)水平人才補(bǔ)充的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，我國高校應(yīng)加強(qiáng)校企之間的合作，增進(jìn)學(xué)生與實業(yè)的對接，為機(jī)械加工制造業(yè)不斷輸送新鮮的血液。機(jī)械加工企業(yè)的技術(shù)人才可以負(fù)責(zé)更多的實踐教學(xué)，讓學(xué)生更快地從理論知識學(xué)習(xí)過渡到實踐活動，全面提升學(xué)生的數(shù)控技術(shù)實踐水平，為我國數(shù)控技術(shù)行業(yè)提供人才。

4 結(jié)語

在科技迅速發(fā)展的大環(huán)境下，機(jī)械加工制造企業(yè)要想在行業(yè)內(nèi)站穩(wěn)腳跟，占據(jù)更多的市場份額，務(wù)必要把握好時代發(fā)展的潮流及風(fēng)向，盡最大可能降低任何不利因素給機(jī)械加工與數(shù)控銑床質(zhì)量控制帶來的影響。機(jī)械制造企業(yè)要重視數(shù)控技術(shù)發(fā)展，加強(qiáng)校企融合，并根據(jù)自身切實情況優(yōu)化方案，增進(jìn)數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用水平，努力縮短我國數(shù)控技術(shù)應(yīng)用與國外先進(jìn)水平的差距，從而為我國機(jī)械加工制造水平作出積極貢獻(xiàn)。