計算機數控機床改造應用

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　　計算機數控機床改造應用【1】

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

　　就如何實現改造進行分析并提供方法和思路，本文主要闡述數控化改造的研究內容和關鍵技術和方法。

　　關鍵詞：計算機 機床 數控化 改造 方案

　　數控技術是指用數字、文字和符號組成的數字指令來實現一臺或多臺機械設備動作控制的技術。

　　數控一般是采用通用或專用計算機實現數字程序控制，因此數控也稱為計算機數控(Computer Numerical Control)，簡稱CNC。

　　計算機按事先存貯的控制程序來執行對設備的運動軌跡和外設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，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動裝置驅動電機或液壓執行元件帶動設備運行。

　　1.數控機床概述

　　數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字化的代碼或程序來表示，通過控制介質(如穿孔紙帶或磁帶、磁盤等)將數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或其它執行元件，使機床自動加工出所需要的工件。

　　2.機床的數控化改造方案

　　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，主要構成的機電部件有：①系統及操作子系統;②伺服系統包括電動機;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;⑥自動工作臺交換系統等。

　　每一個子系統根據實際情況，都可以做出相應的價值評估。

　　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。

　　投人的改造費用主要由下列項目構成：①數控系統及相關伺服系統;②機床電氣及附件更換;③機床機械元部件準確度修復和維修保養;④機床輔助系統如液壓系統、冷卻系統等維修保養;⑤機床外觀質量的修復;⑥機床改造后的調試檢測;⑦機床改造所需的技術勞務費。

　　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，不可能對設備進行現狀大解剖，不可能拿到機床現狀準確測試數據，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對策。

　　一般做法是在工程項目費中，設置不可預見費用。

　　2.1.5 性能價格比評估。

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

　　2.2 數控系統的選擇

　　數控系統是機床的核心，在選擇時要對其性能、經濟性及維修服務等進行綜合考慮。

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

　　其中步進電機拖動的開環系統的伺服驅動裝置主要是步進電機、功率步進電機等。

　　該系統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距準確度，所以系統的位移準確度較低。

　　但該系統結構簡單，調試維修方便，工作可靠，成本低，易改裝成功。

　　2.3 伺服系統的選擇

　　伺服系統是數控機床的重要組成部分，它既是數控系統CNC系統與刀具、主軸間的信息傳遞環節，又是能量放大與傳遞的環節。

　　它的性能在很大程度上決定了數控機床的性能。

　　例如，數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的動態。

　　伺服系統按控制方式分為開環控制系統、半閉環控制系統和閉環控制系統三類。

　　在普通機床的數控化改造中，一般選用價格較低的開環控制系統。

　　2.4 機床機械部件的改造

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

　　機床數控改造時應盡量達到此要求，并注意下述幾方面。

　　2.4.1 導軌副。

　　對數控車床來說，導軌除應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。

　　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 聯軸器。

　　為了消除傳動系統中的反向間隙,提高重復定位度，伺服驅動元件所用的聯軸器多數采用無鍵連接，如錐銷剛性聯軸器,錐環聯軸器等。

　　2.4.5 回轉刀架。

　　一般改裝的車床多數采用四工位自動回轉刀架。

　　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實際情況采取相應的措施，切不可忽視。

　　3.數控系統開發方法

　　3.1 基于單片機的數控系統

　　基于單片機的經濟型數控系統一般采用步進電機作為驅動元件，步進電機采用脈沖方式工作，基本原理是：系統中的鍵盤用于向計算機輸入和編輯零件加工程序;采用數碼管顯示加工數據及機床狀態等信息;存儲器用來存放監控程序、鍵盤掃描程序、顯示驅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，以驅動步進電機帶動負載運行。

　　需要完成的具體任務有：

　　3.1.1 硬件系統的結構設計。

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

　　3.1.2 軟件設計。

　　包括：監控與操作軟件,用來實現人機對話、系統監控、指揮整個系統軟件協調工作等，包括系統的初始化、命令處理循環、零件加工程序的編輯修改等;步進電機控制軟件，包括：通電狀態代碼和電動機正、反轉的實現;步進電機轉速的控制。

　　3.2 基于ARM與運動控制器的數控系統

　　3.2.1 系統硬件結構。

　　系統硬件采用主從式雙CPU結構模式。

　　主CPU為ARM處理器，用于鍵盤、顯示，網絡通訊等管理工作,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 操作系統及編程語言。

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

　　使用到μC/OS操作系統,通過它實現多任務實時控制。

　　程序的編程語言為C語言以及ARM匯編語言。

　　3.3 基于PC機的數控系統

　　近年來，以工業PC機為核心的控制系統已廣泛地被工業控制領域所接受。

　　采用工業PC機在WIN-DOWS操作系統下通用的數控系統，已成為數控系統發展的潮流。

　　基于工業PC機的數控系統采用的是標準的PC硬件和操作系統，因此易于進行模塊化和開放式的設計。

　　4.結論

　　進行機床數控化改造要將改造的重點放在電氣、控制系統的改造上，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，并利于對系統進行再次升級。

　　隨著社會的不斷發展以及技術的不斷進步，數控技術的發展，必將帶動數控機床改造技術的進步與發展。

　　參考文獻：

　　[1]趙中敏.機床數控化改造的研究[J].煤礦機電，2005.

　　[2]楊有君.數控技術[M].北京：機械工業出版社，2005.

　　數控技能型人才的就業前景【2】

　　摘要:科學技術突飛猛進,國際競爭日益激烈,世界制造業將逐步向我國轉移。

　　數控技術在機械制造業中起著非常重要的作用。

　　高素質新型數控技能型人才最終成為了競爭中的最關鍵的因素。

　　因此,數控技能性各種人才就業前景非常廣泛。

　　關鍵詞:數控技術 高精度 高柔性 就業前景

　　1、引言

　　隨著科學技術的發展,機械產品結構越來越合理,其性能,精度和效率日益提高,更新換代頻繁,生產類型由大批量生產向小批量生產轉化。

　　因此,機械產品的加工相應地提出了高精度,高柔性與高度自動化的要求。

　　2、數控技術在機械制造業中的地位

　　在機械制造業中,單件中小批量生產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,其生產特點是加工批量小,改型頻繁,零件形狀復雜和精度要求高,加工這類零件產品需要經常改裝或調整設備,對于專用化程度高的自動化機床來說,這種改裝和調整甚至是不可能實現的。

　　由于數控機床綜合應用了電子計算機,自動控制,伺服驅動,精密檢測與新型機械結構等方面的技術成果,具有高柔性,高精度與高度自動化的特點,因此采用數控加工手段,解決了機械加工制造業中常規加工技術難以解決,甚至無法解決的單件,小批量,特別是復雜型面的零件加工。

　　應用數控技術是機械加工業的一次技術革命,使機械制造業的發展進入了一個新的階段,提高了機械制造業的制造水平,為社會提供高質量,多品種及高可靠性的機械產品。

　　因此,數控技術各層次人才就業崗位非常多,人才需求非常廣泛。

　　3、數控各個層次人才緊缺

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

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

　　數控機床摒棄了原來手工生產方式,提高了生產效率與精度,降低了工作強度.在發達國家數控機床已經普遍大量使用,而我國數控技術應用推廣同發達國家相比差距很大。

　　目前我國機床的數控化率僅為1.9%,而日本高達30%,美國超過了40%.國家規劃在2010年前,使數控化率達10%以上,我國數年內將增加40-50萬臺數控機床,相應需要60-80萬數控專業技術人才。

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

　　近年來,我國模具企業大量采購數控設備,在有些地區有數控知識的高級技工年薪高達30萬元。

　　4、數控技術人才層次的劃分

　　(1)藍領層:即數控操作技工,精通機械加工和數控加工工藝知識,熟練掌握數控機床的操作和手工編程,了解自動編程和數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)灰領層:數控機床維護、維修人員:掌握數控機床的機械結構和機電聯調,掌握數控機床的操作與編程,熟悉各種數控系統的特點、軟硬件結構、PLC和參數設置.精通數控機床的機械和電氣的調試和維修.此類人員需求量相對少一些,但培養此類人員非常不易,需要大量實際經驗的積累,目前非常缺乏,其待遇也較高。

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

　　(3)金領層:屬于數控通才,具備并精通數控操作技工、數控編程員和數控維護、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驗,知識面很廣.精通數控機床的機械結構設計和數控系統的電氣設計,掌握數控機床的機電聯調.能自行完成數控系統的選型、數控機床電氣系統的設計、安裝、調試和維修.能獨立完成機床的數控化改造.是企業(特別是民營企業)的搶手人才,其待遇非常之高。

　　5、數控技能型人才的就業前景

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

　　尤其是機械制造業中,普通機械正逐漸被高效率、高精度、高自動化的數控機械所代替.企業對較高層次的第一線應用型人才的需求將明顯增加.而對于數控加工專業,不僅要求從業人員有過硬的實踐能力,更要掌握系統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控加工人才更是成為社會較緊缺、企業最急需的高技術人才。

　　6、結語

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

　　參考文獻

　　[1]李春雄.數控加工工藝與編程[M].化學工業出版社,2003年12月.

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