計算機數(shù)控機床改造應(yīng)用

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　　計算機數(shù)控機床改造應(yīng)用【1】

　　摘要：將普通機床改造成為數(shù)控機床，是企業(yè)提高自身自動化程度的一種重要手段。

　　就如何實現(xiàn)改造進行分析并提供方法和思路，本文主要闡述數(shù)控化改造的研究內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)和方法。

　　關(guān)鍵詞：計算機 機床 數(shù)控化 改造 方案

　　數(shù)控技術(shù)是指用數(shù)字、文字和符號組成的數(shù)字指令來實現(xiàn)一臺或多臺機械設(shè)備動作控制的技術(shù)。

　　數(shù)控一般是采用通用或?qū)Ｓ糜嬎銠C實現(xiàn)數(shù)字程序控制，因此數(shù)控也稱為計算機數(shù)控(Computer Numerical Control)，簡稱CNC。

　　計算機按事先存貯的控制程序來執(zhí)行對設(shè)備的運動軌跡和外設(shè)的操作時序邏輯控制功能。

　　由于采用計算機替代原先用硬件邏輯電路組成的數(shù)控裝置，使輸入操作指令的存貯、處理、運算、邏輯判斷等各種控制機能的實現(xiàn)，均可通過計算機軟件來完成，處理生成的微觀指令傳送給伺服驅(qū)動裝置驅(qū)動電機或液壓執(zhí)行元件帶動設(shè)備運行。

　　1.數(shù)控機床概述

　　數(shù)控機床就是將加工過程中的各種操作(如主軸變速、進刀與退刀、開車與停車、選擇刀具等)和步驟，以及刀具與工件之間的相對位移量都用數(shù)字化的代碼或程序來表示，通過控制介質(zhì)(如穿孔紙帶或磁帶、磁盤等)將數(shù)字信息送入專用的或通用的計算機，計算機對輸入的信息進行處理與運算，來控制機床的伺服系統(tǒng)或其它執(zhí)行元件，使機床自動加工出所需要的工件。

　　2.機床的數(shù)控化改造方案

　　2.1進行改造項目的可行性評估

　　2.1.1 對其價值做出評估。

　　例如一臺加工中心，主要構(gòu)成的機電部件有：①系統(tǒng)及操作子系統(tǒng);②伺服系統(tǒng)包括電動機;③機床電氣;④機械本體床身、立柱、導軌和絲杠等;⑤刀庫機械手系統(tǒng);⑥自動工作臺交換系統(tǒng)等。

　　每一個子系統(tǒng)根據(jù)實際情況，都可以做出相應(yīng)的價值評估。

　　2.1.2 評估改造后能達到的目標，即有什么樣的機床準確度和使用性能。

　　2.1.3 進行成本的估算，即投入資金的評估。

　　投入資金多少與制訂改造目標高低密切相關(guān)。

　　投人的改造費用主要由下列項目構(gòu)成：①數(shù)控系統(tǒng)及相關(guān)伺服系統(tǒng);②機床電氣及附件更換;③機床機械元部件準確度修復(fù)和維修保養(yǎng);④機床輔助系統(tǒng)如液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等維修保養(yǎng);⑤機床外觀質(zhì)量的修復(fù);⑥機床改造后的調(diào)試檢測;⑦機床改造所需的技術(shù)勞務(wù)費。

　　在受改造費用限制時，可以修改改造目標，降低一些要求以減少投入費用。

　　2.1.4 對改造方案進行風險評估。

　　在做改造方案時，不可能對設(shè)備進行現(xiàn)狀大解剖，不可能拿到機床現(xiàn)狀準確測試數(shù)據(jù)，因此在以后實施改造工作中還會碰到意料之外的問題。

　　因此必須做出風險評估和制訂相應(yīng)對策。

　　一般做法是在工程項目費中，設(shè)置不可預(yù)見費用。

　　2.1.5 性能價格比評估。

　　為了在經(jīng)濟上有定量分析的依據(jù)，常選一臺現(xiàn)在市場上性能相似的商品價格作為標準進行比較。

　　2.2 數(shù)控系統(tǒng)的選擇

　　數(shù)控系統(tǒng)是機床的核心，在選擇時要對其性能、經(jīng)濟性及維修服務(wù)等進行綜合考慮。

　　數(shù)控系統(tǒng)主要有3種類型：步進電機拖動的開環(huán)系統(tǒng);異步電動機或直流電機拖動，光柵測量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng);交/直流伺服電機拖動，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。

　　其中步進電機拖動的開環(huán)系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置主要是步進電機、功率步進電機等。

　　該系統(tǒng)的位移準確度主要決定于步進電機的角位移準確度，齒輪絲杠等傳動元件的節(jié)距準確度，所以系統(tǒng)的位移準確度較低。

　　但該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試維修方便，工作可靠，成本低，易改裝成功。

　　2.3 伺服系統(tǒng)的選擇

　　伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要組成部分，它既是數(shù)控系統(tǒng)CNC系統(tǒng)與刀具、主軸間的信息傳遞環(huán)節(jié)，又是能量放大與傳遞的環(huán)節(jié)。

　　它的性能在很大程度上決定了數(shù)控機床的性能。

　　例如，數(shù)控機床的最高移動速度、跟蹤度、定位度等重要指標均取決于伺服系統(tǒng)的動態(tài)。

　　伺服系統(tǒng)按控制方式分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)三類。

　　在普通機床的數(shù)控化改造中，一般選用價格較低的開環(huán)控制系統(tǒng)。

　　2.4 機床機械部件的改造

　　一臺新的數(shù)控機床，在設(shè)計上要達到很高的動態(tài)剛度;運動副之間的摩擦系數(shù)小，傳動無間隙;功率大;便于操作和維修。

　　機床數(shù)控改造時應(yīng)盡量達到此要求，并注意下述幾方面。

　　2.4.1 導軌副。

　　對數(shù)控車床來說，導軌除應(yīng)具有普通車床導向度和工藝外，還要有良好的耐摩擦、磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區(qū)。

　　2.4.2 齒輪副。

　　一般機床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中。

　　為了保證傳動精度，數(shù)控機床上使用的齒輪準確度等級都比普通機床高。

　　2.4.3 滑動絲杠與滾珠絲杠。

　　絲杠傳動直接關(guān)系到傳動鏈準確度。

　　絲杠的選用主要取決于加工件的準確度要求和拖動扭矩要求。

　　2.4.4 聯(lián)軸器。

　　為了消除傳動系統(tǒng)中的反向間隙,提高重復(fù)定位度，伺服驅(qū)動元件所用的聯(lián)軸器多數(shù)采用無鍵連接，如錐銷剛性聯(lián)軸器,錐環(huán)聯(lián)軸器等。

　　2.4.5 回轉(zhuǎn)刀架。

　　一般改裝的車床多數(shù)采用四工位自動回轉(zhuǎn)刀架。

　　2.4.6 安全防護。

　　改造效果必須以安全為前提。

　　在機床改造中要根據(jù)實際情況采取相應(yīng)的措施，切不可忽視。

　　3.數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)方法

　　3.1 基于單片機的數(shù)控系統(tǒng)

　　基于單片機的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)一般采用步進電機作為驅(qū)動元件，步進電機采用脈沖方式工作，基本原理是：系統(tǒng)中的鍵盤用于向計算機輸入和編輯零件加工程序;采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機床狀態(tài)等信息;存儲器用來存放監(jiān)控程序、鍵盤掃描程序、顯示驅(qū)動程序及用戶控制代碼程序等;功率放大器用來對計算機送來的脈沖進行功率放大，以驅(qū)動步進電機帶動負載運行。

　　需要完成的具體任務(wù)有：

　　3.1.1 硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

　　一般采用51系統(tǒng)單片機作為主控制器，在此基礎(chǔ)上擴展一些必要的器件如ROM、鍵盤等。

　　3.1.2 軟件設(shè)計。

　　包括：監(jiān)控與操作軟件,用來實現(xiàn)人機對話、系統(tǒng)監(jiān)控、指揮整個系統(tǒng)軟件協(xié)調(diào)工作等，包括系統(tǒng)的初始化、命令處理循環(huán)、零件加工程序的編輯修改等;步進電機控制軟件，包括：通電狀態(tài)代碼和電動機正、反轉(zhuǎn)的實現(xiàn);步進電機轉(zhuǎn)速的控制。

　　3.2 基于ARM與運動控制器的數(shù)控系統(tǒng)

　　3.2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)。

　　系統(tǒng)硬件采用主從式雙CPU結(jié)構(gòu)模式。

　　主CPU為ARM處理器，用于鍵盤、顯示，網(wǎng)絡(luò)通訊等管理工作,而從CPU即為運動控制芯片，專門負責運動控制的處理工作。

　　ARM處理器通過總線操作，把命令寫入運動控制芯片，使運動控制芯片來完成運動控制。

　　3.2.2 操作系統(tǒng)及編程語言。

　　為了最大地利用系統(tǒng)硬件資源，并且還要保證實時性，所以使用了μC/OS多任務(wù)實時操作系統(tǒng)。

　　使用到μC/OS操作系統(tǒng),通過它實現(xiàn)多任務(wù)實時控制。

　　程序的編程語言為C語言以及ARM匯編語言。

　　3.3 基于PC機的數(shù)控系統(tǒng)

　　近年來，以工業(yè)PC機為核心的控制系統(tǒng)已廣泛地被工業(yè)控制領(lǐng)域所接受。

　　采用工業(yè)PC機在WIN-DOWS操作系統(tǒng)下通用的數(shù)控系統(tǒng)，已成為數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的潮流。

　　基于工業(yè)PC機的數(shù)控系統(tǒng)采用的是標準的PC硬件和操作系統(tǒng)，因此易于進行模塊化和開放式的設(shè)計。

　　4.結(jié)論

　　進行機床數(shù)控化改造要將改造的重點放在電氣、控制系統(tǒng)的改造上，機械部分只對影響準確度的重點部件進行改造。

　　這樣可縮短改造周期，降低改造成本，并利于對系統(tǒng)進行再次升級。

　　隨著社會的不斷發(fā)展以及技術(shù)的不斷進步，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，必將帶動數(shù)控機床改造技術(shù)的進步與發(fā)展。

　　參考文獻：

　　[1]趙中敏.機床數(shù)控化改造的研究[J].煤礦機電，2005.

　　[2]楊有君.數(shù)控技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

　　數(shù)控技能型人才的就業(yè)前景【2】

　　摘要:科學技術(shù)突飛猛進,國際競爭日益激烈,世界制造業(yè)將逐步向我國轉(zhuǎn)移。

　　數(shù)控技術(shù)在機械制造業(yè)中起著非常重要的作用。

　　高素質(zhì)新型數(shù)控技能型人才最終成為了競爭中的最關(guān)鍵的因素。

　　因此,數(shù)控技能性各種人才就業(yè)前景非常廣泛。

　　關(guān)鍵詞:數(shù)控技術(shù) 高精度 高柔性 就業(yè)前景

　　1、引言

　　隨著科學技術(shù)的發(fā)展,機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越來越合理,其性能,精度和效率日益提高,更新?lián)Q代頻繁,生產(chǎn)類型由大批量生產(chǎn)向小批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)化。

　　因此,機械產(chǎn)品的加工相應(yīng)地提出了高精度,高柔性與高度自動化的要求。

　　2、數(shù)控技術(shù)在機械制造業(yè)中的地位

　　在機械制造業(yè)中,單件中小批量生產(chǎn)的零件約占機械加工總量的百分之八十以上,尤其是造船,航天,航空,機床,重型機械及國防部門,其生產(chǎn)特點是加工批量小,改型頻繁,零件形狀復(fù)雜和精度要求高,加工這類零件產(chǎn)品需要經(jīng)常改裝或調(diào)整設(shè)備,對于專用化程度高的自動化機床來說,這種改裝和調(diào)整甚至是不可能實現(xiàn)的。

　　由于數(shù)控機床綜合應(yīng)用了電子計算機,自動控制,伺服驅(qū)動,精密檢測與新型機械結(jié)構(gòu)等方面的技術(shù)成果,具有高柔性,高精度與高度自動化的特點,因此采用數(shù)控加工手段,解決了機械加工制造業(yè)中常規(guī)加工技術(shù)難以解決,甚至無法解決的單件,小批量,特別是復(fù)雜型面的零件加工。

　　應(yīng)用數(shù)控技術(shù)是機械加工業(yè)的一次技術(shù)革命,使機械制造業(yè)的發(fā)展進入了一個新的階段,提高了機械制造業(yè)的制造水平,為社會提供高質(zhì)量,多品種及高可靠性的機械產(chǎn)品。

　　因此,數(shù)控技術(shù)各層次人才就業(yè)崗位非常多,人才需求非常廣泛。

　　3、數(shù)控各個層次人才緊缺

　　目前,我國數(shù)控技術(shù)工程人員缺口達80多萬人,一些企業(yè)開出月薪8000元都找不到高級數(shù)控機床技術(shù)人員.具有全面數(shù)控知識的技工年薪更是高達20余萬元,數(shù)控技術(shù)人才就業(yè)前景良好。

　　數(shù)控人才市場需求在發(fā)達國家中非常緊缺,數(shù)控機床已經(jīng)大量普遍使用.且我國制造業(yè)與國際先進工業(yè)國家相比存在著很大的差距,機床數(shù)控化率還不到2%,對于我國現(xiàn)有的有限數(shù)量的數(shù)控機床(大部分為進口產(chǎn)品)也未能充分利用.原因是多方面的,數(shù)控人才的缺乏無疑是主要原因之一,由于數(shù)控技術(shù)是最典型的、應(yīng)用最廣泛的機電光一體化綜合技術(shù),因此我國迫切需要大量的從研究開發(fā)到使用維修的各個層次的技術(shù)人才。

　　數(shù)控機床摒棄了原來手工生產(chǎn)方式,提高了生產(chǎn)效率與精度,降低了工作強度.在發(fā)達國家數(shù)控機床已經(jīng)普遍大量使用,而我國數(shù)控技術(shù)應(yīng)用推廣同發(fā)達國家相比差距很大。

　　目前我國機床的數(shù)控化率僅為1.9%,而日本高達30%,美國超過了40%.國家規(guī)劃在2010年前,使數(shù)控化率達10%以上,我國數(shù)年內(nèi)將增加40-50萬臺數(shù)控機床,相應(yīng)需要60-80萬數(shù)控專業(yè)技術(shù)人才。

　　我國目前不僅僅是數(shù)控化比率低,就是現(xiàn)有的數(shù)控機床由于缺乏專門人才而未被充分利用,據(jù)教育部和勞動部2004年對專業(yè)人才的評估,我國數(shù)控專業(yè)人才的缺口在六十萬左右,人才需求每年以30%增長,數(shù)控專業(yè)是真正的“技能緊缺型”專業(yè),就業(yè)前景十分廣闊,待遇極其可觀。

　　近年來,我國模具企業(yè)大量采購數(shù)控設(shè)備,在有些地區(qū)有數(shù)控知識的高級技工年薪高達30萬元。

　　4、數(shù)控技術(shù)人才層次的劃分

　　(1)藍領(lǐng)層:即數(shù)控操作技工,精通機械加工和數(shù)控加工工藝知識,熟練掌握數(shù)控機床的操作和手工編程,了解自動編程和數(shù)控機床的簡單維護維修,此類人員市場需求量大,適合作為車間的數(shù)控機床操作工人,但由于其知識較單一,其工資待遇不會大高。

　　(2)灰領(lǐng)層:數(shù)控機床維護、維修人員:掌握數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)和機電聯(lián)調(diào),掌握數(shù)控機床的操作與編程,熟悉各種數(shù)控系統(tǒng)的特點、軟硬件結(jié)構(gòu)、PLC和參數(shù)設(shè)置.精通數(shù)控機床的機械和電氣的調(diào)試和維修.此類人員需求量相對少一些,但培養(yǎng)此類人員非常不易,需要大量實際經(jīng)驗的積累,目前非常缺乏,其待遇也較高。

　　數(shù)控編程員:掌握數(shù)控加工工藝知識和數(shù)控機床的操作,熟悉復(fù)雜模具的設(shè)計和制造專業(yè)知識,熟練掌握三維CAD/CAM軟件,如UG、PRO/E等;熟練掌握數(shù)控自動編程、手工編程技術(shù).此類人員需求量大,尤其在模具行業(yè)非常受歡迎,待遇也很高。

　　(3)金領(lǐng)層:屬于數(shù)控通才,具備并精通數(shù)控操作技工、數(shù)控編程員和數(shù)控維護、維修人員所需掌握的綜合知識,并在實際工作中積累了大量實際經(jīng)驗,知識面很廣.精通數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計和數(shù)控系統(tǒng)的電氣設(shè)計,掌握數(shù)控機床的機電聯(lián)調(diào).能自行完成數(shù)控系統(tǒng)的選型、數(shù)控機床電氣系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試和維修.能獨立完成機床的數(shù)控化改造.是企業(yè)(特別是民營企業(yè))的搶手人才,其待遇非常之高。

　　5、數(shù)控技能型人才的就業(yè)前景

　　數(shù)控加工具有高柔性、高精度、高效率特點,同時可以大大減輕操作者的勞動強度.發(fā)展數(shù)控加工是當前我國機械制造技術(shù)改造的必由之路.由于我國處于數(shù)控加工技術(shù)的大力發(fā)展階段,大量的數(shù)控機床和先進的加工手段的快速引進,卻沒有大量熟練數(shù)控技術(shù)操作的人員參與,因此造成該行業(yè)嚴重缺乏人才.數(shù)字控制技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。

　　尤其是機械制造業(yè)中,普通機械正逐漸被高效率、高精度、高自動化的數(shù)控機械所代替.企業(yè)對較高層次的第一線應(yīng)用型人才的需求將明顯增加.而對于數(shù)控加工專業(yè),不僅要求從業(yè)人員有過硬的實踐能力,更要掌握系統(tǒng)而扎實的機加理論知識.因此,既有學歷又有很強操作能力的數(shù)控加工人才更是成為社會較緊缺、企業(yè)最急需的高技術(shù)人才。

　　6、結(jié)語

　　我國目前不僅僅是數(shù)控化比率低,就是現(xiàn)有的數(shù)控機床由于缺乏專門人才而未被充分利用, 數(shù)控技術(shù)是目前最典型的、應(yīng)用最廣泛的機電光一體化綜合技術(shù),因此我國迫切需要大量的從研究開發(fā)到使用維修的各個層次的技術(shù)人才。

　　參考文獻

　　[1]李春雄.數(shù)控加工工藝與編程[M].化學工業(yè)出版社,2003年12月.

　　[2]曾志新,呂明,張福潤.機械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].武漢理工大學出版社,2001年6月.