机械自动化在数控机床中的应用

机械自动化在数控机床中的应用

徐磊

河南中烟工业有限责任公司黄金叶生产制造中心 河南 郑州 450000

摘要：机械制造产业发展水平是反映国家经济软实力和科学技术发展水平的重要标志之一。机床产业为汽车、船舶、军工、机械工程等各个装备制造产业提供装备，其下游是机械制造，因此机床产业与机械制造业关系紧密。机械产品的性能、形状、结构和材料不断完善，精度不断提高，生产类型由大批量生产向多品种小批量生产转化，机械制造产品日益精密复杂。数控技术是结合了计算机系统、自动控制、电机、电气传动、测量、监控等学科领域最新成果而形成的一门科学技术。目前，数控机床是车削加工较全能的数控机床，其可以把车、铣、螺纹加工等集中到一台机床上，使其具有多种工艺手法。数控机床能够很好地解决烦琐、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔韧的、高效的自动化机床。在传统机械制造加工中，单件小批量生产约占70%以上，使用数控车床进行加工可在很大程度上提高产品质量，保证加工零件精度，减少劳动，为新产品的研制和改型换代节省大量时间和成本，提高企业产品竞争力。

关键词：机械自动化；数控机床；应用

1数控机床自动化技术特点

数控机床自动化技术具有功能强大、全封闭防护、多把刀具自动交换等特征，其优势体现在提升机械制造质量效率，减少机械制造所需成本，增强机械制造资源利用率。加工中心制造中要关闭防护门减少危险事件发生。加工中心通过主轴与进给轴互联互动实现运行，不同轴可按不同程序进行多角度调整[。自动换刀系统可以支持多把刀具自动交换，加工中心可实现工作台同时作业。加工中心可复合多项功能，刀具可实现持续供给。加工中心选择合理的切削参数可以达到良好的加工精度，提升刀具性能，实现自动化制造。以往传统机械制造中工业类企业惯于借助人工操作方式加工产品，人工操作因受多方面因素制约导致失误率较高，且繁重的工作为工人带来巨大压力，容易发生疲劳作业影响工作成本进而降低企业经济效益。科学应用自动化技术可以弥补人工操作的不足，促使产品精度更高。随着数控机床自动化技术的推广，工业机械制造自动化水平得到了提升。产品通过预设程序指导运作提升生产效率，自动化技术普及使机械设计制造技术升级，机械制造质量得到明显升级。自动化技术是机械加工的重要技术资源，具有节约人力资源、降低物力财力资源消耗等优势，可通过自动化技术推广增强机械制造资源利用率。

2数控机床与传统机床的区别

更精确、更精密。传统机床由于配件普通，在工作过程中，不一定能达到严丝合缝的效果。传统机床为手工操作，精确度不准，存在重复操作的可能性。数控车床选用高科技的精密配件，转动过程中无间隙，编码控制器可以进行准确的位置测量，因此更为精确、精密。成本低。传统的机床需要大量的手工操作，因此熟练的操作工人必不可少，而培养一个熟练工人所花费的时间和金钱成本难以估量。操作过程中，传统机床需要时刻紧盯，不能放松，极大消耗了时间成本。而数控车床只需要掌握操作技术，一个工人即可操作两台甚至两台以上的车床，大大降低了人工及时间成本。

3数控机床设计制造自动化升级

3.1数控机床制造系统升级

数控系统构成包括主轴驱动、数控与进给驱动装置，机床CNC系统实现数控功能需依赖计算机数据储存程序，计算机系统结构包括CNC装置、输入输出装置等。CNC装置是数控系统的核心，组成要件包括CPU微处理器等，计算机数控装置功能是靠输入装置接收信息并处理运算，达到控制机床运行的目的。伺服驱动组成包括伺服单元与装置，数控执行机构通常使用交流伺服电动机，不同接收指令伺服单元分为模拟与伺服单元，伺服单元分为开闭环系统。考虑改造成本等因素，通常选用步进电机为电动机驱动装置。机床数控系统工作过程包括信息输入、译码转换与轨迹插补等流程。随着计算机科技的成熟，数控系统不断更新升级。数控技术发展经历硬件阶段、计算机系统发展阶段、高精度CNC开发阶段、开放式CNC应用阶段。传统数控系统中使用计算机为专属，软硬件具有封闭式特点，存在系统不兼容、人机界面不够灵活、不利于升级开发等问题。目前学界尚未对开放式数控系统进行标准化定义，IEEE定义为具有协同程序正常运行系统，向用户提供标准化程序操作界面。为解决数控应用软件产业化发展提出开放化体系，开放化指生产设备等方面开放化，具有标准化人机界面、向用户特殊要求开放等特征。当前很多国家针对开放式数控系统开展研究，美国NGC计划、日本OSEC计划等为典型代表。我国实施相关开放式数控系统计划，为数控产品规范化发展奠定基础。

3.2数控机床的伺服系统和数控装置

与普通机床不同，数控机床配备了伺服系统和数控机床设备。同时，机床检测装置还可以对整个生产过程进行检测和监督。数控机床设备在所有操作系统软件中起着非常重要的作用，伺服系统应与数控机床配合使用。具体来说，数控机床设备的关键部件是计算机软件，其主要功能取决于接收信息，然后通过其他软件的准确编制和解决方案，按照明确的指导方针有序地完成整个生产过程，而数控机床设备用于查看反馈信息并发出新命令。伺服系统。传统的通用机床借助交流伺服电机推动机床进行工作、生产和加工。这个组织就是所谓的伺服机构。然而，数控机床主要依靠计算电源电路来产生显著的微分信号，并根据此数据信号来完成光耦电路对伺服系统的控制。数控机床中的伺服系统可以将实际的指令传送到部件、其他设施或有标记的电源电路，以达到精度。它激发了数控机床制造和操作过程中的关键角色。

3.3数控机床机械部件自动化设计

数控机床自动化改造是在旧机床基础上完成的，不同机床的精度不同，机床改造要确保原有精度不降低。数控机床自动化精度高，应全面分析其传动结构等完成相应的改造调整。数控机床进给传动系统为伺服进给系统，驱动元件根据数控系统指令完成，采取的驱动元件与系统契合度较高可以完成进给过程。控制进给运动是数控机床的核心，数控机床进给传动系统应满足调速范围宽、定位精度高、快速响应无超调等方面要求。数控机床自动生产设备工作具有稳定性特点，进给系统要具备可靠性与良好抗干扰性。传动链精度与丝杠传动存在密切相关性，滑动丝杠应大于六级，通常滑动丝杠难以满足高精度零件要求，而应用于精度要求较低的机床。滚珠丝具有较高传动效率，数控机床自动化改造中要拆卸旧机床滑动丝杠换为滚珠丝杠。进给部件是机床改造的重要部分，改造方式分为电机通过减速装置与滚珠丝杠连接、通过联轴器与滚珠丝杠连接两种。改造中要去掉原来系统中间环节，将减速器安装在步进电机输出轴末端，减少零部件数量提升传动精度。数控机床作业中工件装夹一次可实现数道工序，因此工件无需多次安装，仅需要设置自主换刀装置实现自动更换刀具。数控机床刀具类型不同，其工艺类型不同，常见自动换刀类型包括回转刀架式及转塔式等，回转刀架式结构简单，根据系统指令自动更换刀具，分为卧式与分立式，立式机床结构具有简易化特点。数控机床改造中改进原有手动刀架，通过数控系统控制自动转位刀架，通常采用立式四方回转刀架。

4结论

数控机床自动化制造设计是企业更新升级设备的重要手段。本文对数控机床自动化改造进行研究，介绍数控机床自动化制造设计技术工艺，总结数控机床自动化技术特点；探讨数控机床自动化改造科学性与技术准备，从自动化系统与机械结构方面论述数控机床自动化升级方法。改造前需要分析论证自动化升级可行性。

参考文献：

[1]陈新伟.智能自动化技术在机械设计制造中的应用研究[J].中国高新科技,2021,(18):60-61.

[2]朱丽华.浅析数控机床自动化设计与制造[J].内燃机与配件,2021,(09):87-88.

[3]连亚宣.数控机床机械结构设计和制造技术优化[J].内燃机与配件,2021,(04):157-158.

[4]罗永洪,胡小兵.基于云制造的数控机床自动化生产系统设计[J].现代电子技术,2020,43(22):181-183,186.