【正文】 足密封的功能，因此內(nèi)外環(huán)凸凹曲面的加工精度直接影響密封的可靠性。用數(shù)控機(jī)床編程加工，較容易的保證其曲面精度，滿(mǎn)足浮動(dòng)油封的使用 10 要求。此外，在采煤機(jī)減速機(jī)構(gòu)中，其行星架等分孔的等分精度幾每行孔的同軸精度都直接影響整機(jī)的傳動(dòng)精度和使用壽命，在加工中心上加工行星架，不僅保證了圖樣的精度要求，同時(shí)加工效率也很高，是用坐標(biāo)鏜床加工的 5— 8倍。在無(wú)鏈牽引的采煤機(jī)行走機(jī)構(gòu)中，驅(qū)動(dòng)輪和擺線(xiàn)銷(xiāo)軌輪，參數(shù)采用的都是大模數(shù) (大于等于 25)少齒數(shù) (z小于l7)。在加工時(shí)，受齒輪加工 機(jī)床和齒輪刀具所限，難以實(shí)現(xiàn)范成加工或仿行加工，用數(shù)控鏜銑床編程加工比較容易實(shí)現(xiàn)，大大減少了生產(chǎn)投入和工藝準(zhǔn)備時(shí)間。目前，所有采煤機(jī)種大模數(shù)少齒數(shù)的齒輪一般都是用數(shù)控鏜銑床編程加工的，編出加工一個(gè)齒形的子程序，利用角度偏置或坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)編程功能，加工其余齒形。精度滿(mǎn)足使用要求，加工效率比較高。三大機(jī)殼的加工一直是采煤機(jī)制造業(yè)中的關(guān)鍵，加工效率及精度直接影響到采煤機(jī)的制造周期和使用壽命?，F(xiàn)代采煤機(jī)結(jié)構(gòu)大都是多電機(jī)“分控橫擺”在每種機(jī)殼上都有電機(jī)安裝孔，此類(lèi)孔孔徑比較大。另外再加工牽引殼體端面的對(duì)接孔時(shí)，由于另一端 是耳子與截割部搖臂相聯(lián)，只能臥式加工。在坐標(biāo)鏜床拉坐標(biāo)加工 20多個(gè)孔，加工效率很低。用數(shù)控機(jī)床編程加工效率可提高 4— 7倍，而且用同一個(gè)加工程序，另用鏡像功能可以加工左、右牽引機(jī)殼及其與其聯(lián)接的中間箱體兩端面上的對(duì)接孔，逼近效率高，精度也很高。隨著采煤機(jī)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的種類(lèi)增多。新的工裝胎具數(shù)量也相應(yīng)增多，生產(chǎn)投入增加，制造周期也長(zhǎng)。利用數(shù)控機(jī)床編程加工可替代一些胎具工裝，如在機(jī)殼上使用數(shù)量較多的鉆磨胎具等。減少很多胎膜具的設(shè)計(jì)與制造。對(duì)數(shù)控機(jī)床加工替代不了必不可少的工裝，可用數(shù)控機(jī)床來(lái) 11 加工此類(lèi)工裝，縮短了工藝準(zhǔn)備 時(shí)間。數(shù)控機(jī)床的充分使用，大大的提高了加工質(zhì)量，減少了生產(chǎn)的投入，縮短了制造周期。數(shù)控機(jī)床具有高速切削加工的設(shè)備基礎(chǔ)，特別是在采煤機(jī)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的情況下，如何提高制造質(zhì)量和加工效率，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力，更多的占有市場(chǎng)份額，應(yīng)用先進(jìn)的制造技術(shù)是立足之本。 在壓力加工技術(shù)方面，在熱壓力加工范圍內(nèi)。數(shù)控系統(tǒng)在熱態(tài)成型方面起著越來(lái)越大的作用。在液壓鍛造壓力機(jī)上裝上數(shù)控系統(tǒng)，能夠達(dá)到較高的工作速度，提高了生產(chǎn)率，縮短了每件加工時(shí)間，降低了能耗，鍛造精度高壓力機(jī)的經(jīng)濟(jì)性得到明顯提高。 在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域中，有一些特殊的零部件為薄壁和薄筋需要加工，材料可能為鋁或者鋁合金，剛度很差，只有在高切削速度和切削力很小的情況下。才能對(duì)這些筋、壁進(jìn)行加工。這對(duì)我們傳統(tǒng)的切割工藝是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，因而，致控技術(shù)的高速、高精、高柔性的特點(diǎn)正符合要求，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用，使得切割能夠順利并迅速地進(jìn)行，有效地節(jié)省更多的能源。 上 的應(yīng)用 機(jī)械設(shè)備是機(jī)械制造中的重中之重，面對(duì)現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)的需 12 求，具備了控制能力的機(jī)床設(shè)備是現(xiàn)代機(jī)電一體化產(chǎn)品的重要組成部分。計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)為機(jī)械制造業(yè)提供了良 好的機(jī)床控制能力，即把計(jì)算機(jī)控制裝置運(yùn)用到機(jī)床上，也就是用數(shù)控技術(shù)對(duì)機(jī)床的加工實(shí)施控制，這樣的機(jī)床就是數(shù)控機(jī)床。它是以代碼實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它把刀具和工件之間的相對(duì)位置，主軸變速、刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動(dòng)作數(shù)字碼記錄在控制介質(zhì)上，從而發(fā)出控制指令來(lái)控制機(jī)床的伺服系統(tǒng)或其他執(zhí)行元件，使機(jī)床自動(dòng)加工出所需零件 。 數(shù)控技術(shù)在木材方面的應(yīng)用 目前主要的 CNC 木材加上設(shè)備種類(lèi)有： ，基本功能是三軸連動(dòng)，具有多個(gè) (1— 6)高速主軸電機(jī)，每個(gè)主軸即可單獨(dú)工作，又可以任 意組合或同時(shí)工作，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)工件同時(shí)加工。具有效率高的特點(diǎn)， ，根據(jù)功能可實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動(dòng)、四軸聯(lián)動(dòng)或五軸聯(lián)動(dòng)，具有 2 套能夠自動(dòng)更換刀具的高速主軸電機(jī)和可裝有眾多刀具 (含有加工單元 )的刀庫(kù)，每個(gè)主軸即可單獨(dú)工作又可同時(shí)工作，可自動(dòng)快速更換刀具， ，一般具有 2 一 l 6個(gè)刀軸，能對(duì)平面或圓柱面進(jìn)行批量的比例縮放雕刻 的機(jī)器人雕刻機(jī)，能對(duì)固定不動(dòng)的工件進(jìn)行表面雕刻 (桿件系統(tǒng) )運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的數(shù)控加工中心，是一種全新的機(jī)床，對(duì)板材加工沒(méi)有任何限制； ，基 本功能是 二軸聯(lián)動(dòng)，是針對(duì)板材的 13 曲線(xiàn)加工，提高了板材的利用率； ，實(shí)現(xiàn)加工數(shù)據(jù)輸入，鉆排的自動(dòng)定位，以提供工件精度和工作效率； ，能進(jìn)行刀具或圖紙的圖像采集，矢量化處理，數(shù)據(jù)標(biāo)定， Nc 指另生成及刀具刃磨加工； ，具有壓梁、先導(dǎo)鋸和自動(dòng)板材進(jìn)料裝置，所有的板材下料均通過(guò)按鍵存儲(chǔ)，在線(xiàn)數(shù)據(jù)輸入和板材下料最佳優(yōu)化編程 ，能對(duì)固定或移動(dòng)的工件進(jìn)行表面的噴涂。 航空和宇航工業(yè) 的應(yīng)用 在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域中，有一些特殊的零部件為薄壁和薄筋 需要加工，材料可能為鋁或者鋁合金，剛度很差，只有在高切削速度和切削力很小的情況下。才能對(duì)這些筋、壁進(jìn)行加工。這對(duì)我們傳統(tǒng)的切割工藝是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，因而，致控技術(shù)的高速、高精、高柔性的特點(diǎn)正符合要求，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用，使得切割能夠順利并迅速地進(jìn)行，有效地節(jié)省更多的能源。 14 第三章 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展與趨勢(shì) 展 方向 機(jī)械設(shè)備最早的控制裝置是手動(dòng)控制器。目前，繼電器 — 接觸器控制仍然是我國(guó)機(jī)械設(shè)備最基本的電氣控制形式之一。到了20 世紀(jì)奶年代至 50 年代，出現(xiàn)了交磁放大機(jī) — 電動(dòng)機(jī)控制，這是一種 閉環(huán)反饋系統(tǒng)，系統(tǒng)的控制精度和快速性都有了提高。 20世紀(jì) 60 年代出現(xiàn)了晶體管 —— 晶閘管控制，由晶閘管供電的直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)不僅調(diào)運(yùn)性能大為改善，而且減少了機(jī)械設(shè)備和占地面積，耗電少，效率局，完全取代了交磁放大機(jī)— 電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。在 20 世紀(jì)的 60 年代出現(xiàn)丁一種能夠根據(jù)需要方便地改變控制程序，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的自動(dòng)化裝置 — 順序控制器。隨著大規(guī)模集成電路和微處理器技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，在 20世紀(jì) 70年代出現(xiàn)了一種以微處理器為核心的新型工業(yè)控制器 —— 可編程序控制器。這種器件完全能夠適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境，由于它 具備了計(jì)算機(jī)控制和繼電器控制系統(tǒng)兩方面的優(yōu)點(diǎn)，故目前已作為一種標(biāo)準(zhǔn)化通用設(shè)備普通應(yīng)用于工業(yè)控制。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用日益廣泛，進(jìn)一步推動(dòng)了數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，產(chǎn)生了自動(dòng)編程系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)群控系統(tǒng)和天性制造系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、制造一體化是機(jī)械制造一體化的高級(jí)階段，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到制造的全部自動(dòng)化。世界已經(jīng)步入了新的機(jī)電 15 一體化時(shí)代，它是以數(shù)字化制造技術(shù)為核心的時(shí)代，數(shù)控機(jī)床就是其中的代表。如今歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)先后完成了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，而我國(guó)還處于發(fā) 展階段，還有很大的發(fā)展空間。數(shù)控機(jī)床是機(jī)床業(yè)未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)，它將朝著以下五個(gè)方向發(fā)展： 第一、復(fù)合化。隨著數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展，機(jī)床復(fù)合技術(shù)和復(fù)合加工技術(shù)逐漸成熟，在一臺(tái)機(jī)床上可以實(shí)現(xiàn)車(chē)、銑、鉆、攻絲、絞孔、擴(kuò)孔等多種操作工序和實(shí)現(xiàn)工序間的復(fù)合加工，大大提高了機(jī)床效率。如今復(fù)合加工機(jī)床正朝著多樣化的態(tài)勢(shì)發(fā)展。 第二、智能化。數(shù)控機(jī)床的智能化體現(xiàn)在系統(tǒng)的各個(gè)方面，如提高加工效率和加工質(zhì)量的智能化，提高驅(qū)動(dòng)性能和方便使用連接的智能化，追求簡(jiǎn)化編程與操作的智能化，為方便系統(tǒng)診斷與維修的智能診斷、智能監(jiān)控等。目前 數(shù)控機(jī)床的智能化技術(shù)已經(jīng)在數(shù)控系統(tǒng)中得到了較多體現(xiàn)。 第三、高精度化。精密加工技術(shù)的發(fā)展使數(shù)控機(jī)床加工精度由原來(lái)的絲級(jí)提升至目前的微米級(jí)和亞微米級(jí)，一些特種加工精度甚至可達(dá)納米級(jí)。 第四、柔性化。機(jī)器人與主機(jī)的柔性化組合可以提高效率，得到了廣泛應(yīng)用。柔性自動(dòng)化技術(shù)是制造行業(yè)滿(mǎn)足市場(chǎng)需求和實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品更新的主要手段。作為先進(jìn)制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)，它已經(jīng)成為各國(guó)制造行業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì)。 第五、綠色化。低碳節(jié)能是各行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，數(shù)控機(jī) 16 床業(yè)也必然朝綠色化方向發(fā)展。數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機(jī)床是制造業(yè)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)，是一個(gè)國(guó)家綜 合國(guó)力的重要體現(xiàn)。我國(guó)在從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的過(guò)程中，大力發(fā)展數(shù)控技術(shù)具有重要意義。 近幾年來(lái)，在引進(jìn)消化國(guó)外數(shù)控技術(shù)的基礎(chǔ)上，我國(guó)已生產(chǎn)出自主版權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床，但是中、高檔以上的數(shù)控系統(tǒng)仍然是以進(jìn)口產(chǎn)品為主，研究目前數(shù)控機(jī)床及技術(shù)的現(xiàn)狀及未來(lái)的發(fā)展方向，將對(duì)開(kāi)發(fā)出中、高檔的數(shù)控產(chǎn)品，進(jìn)一步擴(kuò)大數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)份額起到重要作用。 數(shù)控技術(shù)未來(lái)的發(fā) 展 條件 體系結(jié)構(gòu)向開(kāi)放式發(fā)展 開(kāi)放式數(shù)控的討論已有好些年了，但是應(yīng)該看到，對(duì)于開(kāi)放式結(jié)構(gòu)至今沒(méi)有一致性的定義。某些用戶(hù)認(rèn)為開(kāi)放式表 示能夠接受當(dāng)?shù)厥褂玫耐ㄐ艆f(xié)議 。而另一些用戶(hù)認(rèn)為開(kāi)放式意味著所有控制器操作界面完全一致 。對(duì)機(jī)床應(yīng)用工程師而言，開(kāi)放式意味著對(duì)刀架移動(dòng)、傳感器和邏輯控制有標(biāo)準(zhǔn)的輸入 /輸出接口 。對(duì)大公司和大學(xué)的研究工程師來(lái)說(shuō)，開(kāi)放式意味著以上這些均來(lái)自隨即拿來(lái)就用的積木塊。由于來(lái)自最終用戶(hù)和集成商 (機(jī)床廠(chǎng) )的壓力，開(kāi)放式結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)工作正在向前發(fā)展并將持續(xù)下去。目前的一個(gè)積極成果即是基于 PC 的 CNC，即 PCbased。 世界上一些著名的數(shù)控制造商紛紛推出 PCbased CNC 系統(tǒng)，例如 FANUC 公司的 FANUC 160/180，西門(mén)子公司的 siemens 840Di， FAGOR 17 公司的 FAGOR 8070。由于采用了工業(yè)級(jí) PC 機(jī)及桌面操作系統(tǒng)Windows， DOS 等，其豐富的軟、硬件資源給用戶(hù)帶來(lái)諸多的方便。 應(yīng)該看到，在數(shù)控加工這種強(qiáng)實(shí)時(shí)環(huán)境中，使用商用操作系統(tǒng) Win，DOS 等，還尚未得到業(yè)界的完全認(rèn)可。在理論上沒(méi)有證明比現(xiàn)有傳統(tǒng)的 CNC 更加優(yōu)越。為應(yīng)對(duì)開(kāi)放式數(shù)控未來(lái)的發(fā)展，我國(guó)從 2021 年開(kāi)始實(shí)施開(kāi)放式數(shù)控國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/。開(kāi)放式數(shù)控 (ONC)就其開(kāi)放程度可分為三個(gè)層次。第一層次是具有可配置功能，開(kāi)放的人機(jī)界面的 通信接口及協(xié)議。第二層次為控制裝置在明確固定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之下允許替換，增加 NC 核心中的特定模塊以滿(mǎn)足客戶(hù)的特殊要求。第三層次為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的完全可變的全開(kāi)放的控制裝置。這三個(gè)層次中第一層次目前基本達(dá)到。未來(lái)的發(fā)展主要圍繞第二個(gè)層次目標(biāo)展開(kāi)。 的通訊、網(wǎng)絡(luò)功能不斷擴(kuò)大 從早期的 DNC， RS23 422 和 485 一直到目前的 MAP， EtIlemet等，數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)通訊功能在不斷增強(qiáng)。為解決大容量零件加工程序的傳遞和存儲(chǔ)，一是可采用 DNC 中的前端機(jī)進(jìn)行分配和傳輸，即形成 DNC主機(jī)一前端機(jī) .CNC的三層 模式。而一臺(tái)前端機(jī)可控制多臺(tái) CNC。另外一種，對(duì)于帶 PCMC 認(rèn)卡的 CNC 系統(tǒng)，可利用該存儲(chǔ)卡傳遞加工程序 (一張卡為 5— 8M)。第二種最簡(jiǎn)單的方法可利用 CNC 和后臺(tái)編輯功能，在切削時(shí)同時(shí)傳遞零件加工程序。 CNC 的通訊功能還有一個(gè)目的是上傳數(shù)控機(jī)床的狀態(tài)及故障信息，以便上位機(jī)監(jiān)控并進(jìn)行故障診斷。西門(mén)子 840D/810D 可以通過(guò)電話(huà)線(xiàn)、 ISDN、 Inter、 GSM 或 LAN、 WAN、 Intra 和上位機(jī)通訊， 18 進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷，但需安裝遠(yuǎn)程診斷軟件、調(diào)制解調(diào)器，并有電話(huà)線(xiàn)或通過(guò)網(wǎng)卡進(jìn)行。 MAZAK 公司的 MAZATROL 640 等亦具有這種功能。 數(shù)字式交流伺服成為主流 數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)體積小，性能好，調(diào)試方便，克服了過(guò)去模擬伺服系統(tǒng)用電位器調(diào)節(jié)的不便。通過(guò)數(shù)字設(shè)定可優(yōu)化速度、電流環(huán)，可進(jìn)行轉(zhuǎn)矩限制，進(jìn)行加減速控制，另外可以和外部計(jì)算機(jī)通訊，備份伺服參數(shù)，并在上位機(jī)顯示電流、扭矩波形，便于觀(guān)察。 CNC 和數(shù)字式伺服的連接方法有以下幾種： 1）備有現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的系統(tǒng)。例如西門(mén)子 802D， FAGOR 805 8070等，采用如圖 1 所示的連接。對(duì) FAGOR 8055， 8070 而言，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)SERCOS 連接 CNC 和主軸、伺服驅(qū)動(dòng)與圖 1 連接相同。 2） FANUC 數(shù)字伺服連接。伺服電動(dòng)機(jī)上的編碼器將信號(hào)直接反饋給 CNC 系統(tǒng)，既作為位置反饋 (半閉環(huán) )，又作為速度反饋。 CNC 發(fā)出的速度指令送入驅(qū)動(dòng)單元的 JV1B 和 JV2B。 OiC 系統(tǒng)則采用 FSSB 光纖進(jìn)行 CNC 和伺服通信，這和三菱伺服的連結(jié)類(lèi)似。 3）三菱公司數(shù)字伺服的連接。與上述 FANUC 系統(tǒng)有所不同是 CNC 僅向伺服驅(qū)動(dòng)提供位置命令，位置環(huán)和速度環(huán)均在數(shù)字伺服 MDSSVJ2之中完成，并且驅(qū)動(dòng)單元之間亦為串行聯(lián)結(jié)，即所謂“位置環(huán)下移”現(xiàn)象。伺服系統(tǒng)具有原數(shù)控的部分功能，有 利于簡(jiǎn)化數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。 19 數(shù)控技術(shù)的硬件技術(shù)發(fā)展迅速 隨著集成電路及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，給數(shù)控硬件技術(shù)的更新?lián)Q代注入新的活力，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)普遍采用超大規(guī)模集成電路(VLSI)、專(zhuān)用芯片 (ASIC)及數(shù)字信號(hào)處理 (DSP)技術(shù)。在電氣裝聯(lián)上廣泛采用表面安裝 (SMT)、三維高密度 (three dimensional high