時間：2023-03-29 09:19:02
導(dǎo)語：在自動化機床論文的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
英文名稱：Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
主管單位：中國科協(xié)
主辦單位：中國機械工程學(xué)會生產(chǎn)工程分會;大連組合機床研究所
出版周期：月刊
出版地址：遼寧省大連市
語
種：中文
開
本：大16開
國際刊號：1001-2265
國內(nèi)刊號：21-1132/TG
郵發(fā)代號：8-62
發(fā)行范圍：國內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行
創(chuàng)刊時間：1959
期刊收錄：
SA 科學(xué)文摘(英)(2009)
Pж(AJ) 文摘雜志(俄)(2009)
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
中文核心期刊(1992)
期刊榮譽：
Caj-cd規(guī)范獲獎期刊
聯(lián)系方式
論文摘要隨著液壓伺服控制技術(shù)的飛速發(fā)展，液壓伺服系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，隨之液壓伺服控制也出現(xiàn)了一些新的特點，基于此對于液壓伺服系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行研究，并進(jìn)一步探討液壓傳動的優(yōu)點和缺點和改造方向，以期能夠?qū)τ谙嚓P(guān)工作人員提供參考。
一、引言
液壓控制技術(shù)是以流體力學(xué)、液壓傳動和液力傳動為基礎(chǔ)，應(yīng)用現(xiàn)代控制理論、模糊控制理論，將計算機技術(shù)、集成傳感器技術(shù)應(yīng)用到液壓技術(shù)和電子技術(shù)中，為實現(xiàn)機械工程自動化或生產(chǎn)現(xiàn)代化而發(fā)展起來的一門技術(shù)，它廣泛的應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各行各業(yè)，在農(nóng)業(yè)、化工、輕紡、交通運輸、機械制造中都有廣泛的應(yīng)用，尤其在高、新、尖裝備中更為突出。隨著機電一體化的進(jìn)程不斷加快，技術(shù)裝各的工作精度、響應(yīng)速度和自動化程度的要求不斷提高，對液壓控制技術(shù)的要求也越來越高，文章基于此，首先分析了液壓伺服控制系統(tǒng)的工作特點，并進(jìn)一步探討了液壓傳動的優(yōu)點和缺點和改造方向。
二、液壓伺服控制系統(tǒng)原理
目前以高壓液體作為驅(qū)動源的伺服系統(tǒng)在各行各業(yè)應(yīng)用十分的廣泛，液壓伺服控制具有以下優(yōu)點：易于實現(xiàn)直線運動的速度位移及力控制，驅(qū)動力、力矩和功率大，尺寸小重量輕，加速性能好，響應(yīng)速度快，控制精度高，穩(wěn)定性容易保證等。
液壓伺服控制系統(tǒng)的工作特點：(1)在系統(tǒng)的輸出和輸入之間存在反饋連接，從而組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。反饋介質(zhì)可以是機械的，電氣的、氣動的、液壓的或它們的組合形式。(2)系統(tǒng)的主反饋是負(fù)反饋，即反饋信號與輸入信號相反，兩者相比較得偏差信號控制液壓能源，輸入到液壓元件的能量，使其向減小偏差的方向移動，既以偏差來減小偏差。(3)系統(tǒng)的輸入信號的功率很小，而系統(tǒng)的輸出功率可以達(dá)到很大。因此它是一個功率放大裝置，功率放大所需的能量由液壓能源供給，供給能量的控制是根據(jù)伺服系統(tǒng)偏差大小自動進(jìn)行的。
綜上所述，液壓伺服控制系統(tǒng)的工作原理就是流體動力的反饋控制。即利用反饋連接得到偏差信號，再利用偏差信號去控制液壓能源輸入到系統(tǒng)的能量，使系統(tǒng)向著減小偏差的方向變化，從而使系統(tǒng)的實際輸出與希望值相符。
在液壓伺服控制系統(tǒng)中，控制信號的形式有機液伺服系統(tǒng)、電液伺服系統(tǒng)和氣液伺服系統(tǒng)。機液伺服系統(tǒng)中系統(tǒng)的給定、反饋和比較環(huán)節(jié)采用機械構(gòu)件，常用機舵面操縱系統(tǒng)、汽車轉(zhuǎn)向裝置和液壓仿形機床及工程機械。但反饋機構(gòu)中的摩擦、間隙和慣性會對系統(tǒng)精度產(chǎn)生不利影響。電液伺服系統(tǒng)中誤差信號的檢測、校正和初始放大采用電氣和電子元件或計算機，形成模擬伺服系統(tǒng)、數(shù)字伺服系統(tǒng)或數(shù)字模擬混合伺服系統(tǒng)。電液伺服系統(tǒng)具有控制精度高、響應(yīng)速度高、信號處理靈活和應(yīng)用廣泛等優(yōu)點，可以組成位置、速度和力等方面的伺服系統(tǒng)。
三、液壓傳動帕優(yōu)點和缺點
液壓傳動系統(tǒng)的主要優(yōu)點液壓傳動之所以能得到廣泛的應(yīng)用，是因為它與機械傳動、電氣傳動相比，具有以下主要優(yōu)點：
1液壓傳動是由油路連接，借助油管的連接可以方便靈活的布置傳動機構(gòu)，這是比機械傳動優(yōu)越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液壓傳動來驅(qū)動，以克服長驅(qū)動軸效率低的缺點。由于液壓缸的推力很大，且容易布置。在挖掘機等重型工程機械上已基本取代了老式的機械傳動，不僅操作方便，而且外形美觀大方。
2液壓傳動裝置的重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小。例如相同功率液壓馬達(dá)的體積為電動機的12％～13％。液壓泵和液壓馬達(dá)單位功率的體積目前是發(fā)電機和電動機的1／10，可在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速。借助閥或變量泵、變量馬達(dá)可實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速范圍可達(dá)1：2000，并可在液壓裝置運行的過程中進(jìn)行調(diào)速。
3傳遞運動均勻平穩(wěn)，負(fù)載變化時速度較穩(wěn)定。因此，金屬切削機床中磨床的傳動現(xiàn)在幾乎都采用液壓傳動。液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護(hù)，使用安全、可靠，不會因過載而造成主件損壞：各液壓元件能同時自行，因此使用壽命長。液壓傳動容易實現(xiàn)自動化。借助于各種控制閥，特別是采用液壓控制和電氣控制結(jié)合使用時，能很容易的實現(xiàn)復(fù)雜的自動工作循環(huán)，而且可以實現(xiàn)遙控。液壓元件己實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、和通用化，便于設(shè)計、制造和推廣使用。
液壓傳動系統(tǒng)的主要缺點：1液壓系統(tǒng)的漏油等因素，影響運動的平穩(wěn)性和正確性，使液壓傳動不能保證嚴(yán)格的傳動比：2液壓傳動對油溫的變化比較敏感，溫度變化時，液體勃性變化引起運動特性變化，使工作穩(wěn)定性受到影響，所以不宜在溫度變化很大的環(huán)境條件下工作：3為了減少泄漏以及滿足某些性能上的要求，液壓元件制造和裝配精度要求比較高，加工工藝比較復(fù)雜。液壓傳動要求有單獨的能源，不像電源那樣使用方便。液壓系統(tǒng)發(fā)生的故障不易檢查和排除。
總之，液壓傳動的優(yōu)點是主要的，隨著設(shè)計制造和使用水平的不斷提高，有些缺點正在逐步加以克服。
四、機床數(shù)控改造方向
(一)加工精度。精度是機床必須保證的一項性能指標(biāo)。位置伺服控制系統(tǒng)的位置精度在很大程度上決定了數(shù)控機床的加工精度。因此位置精度是一個極為重要的指標(biāo)。為了保證有足夠的位置精度，一方面是正確選擇系統(tǒng)中開環(huán)放大倍數(shù)的大小，另一方面是對位置檢測元件提出精度的要求。因為在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，對于檢測元件本身的誤差和被檢測量的偏差是很難區(qū)分出來的，反饋檢測元件的精度對系統(tǒng)的精度常常起著決定性的作用。在設(shè)計數(shù)控機床、尤其是高精度或太中型數(shù)控機床時，必須精心選用檢測元件。所選擇的測量系統(tǒng)的分辨率或脈沖當(dāng)量，一般要求比加工精度高一個數(shù)量級?？傊?，高精度的控制系統(tǒng)必須有高精度的檢測元件作為保證。
(二)先局部后整體。確定改造步驟時，應(yīng)把整個電氣設(shè)備部分改造先分成若干個子系統(tǒng)進(jìn)行，如數(shù)控系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、主軸、進(jìn)給系統(tǒng)、面板控制與強電部分等，待各系統(tǒng)基本成型后再互聯(lián)完成全系統(tǒng)工作。這樣可使改造工作減少遺漏和差錯。在每個子系統(tǒng)工作中，應(yīng)先做技術(shù)性較低的、工作量較大的工作，然后做技術(shù)性高的、要求精細(xì)的工作，做到先易后難、先局部后整體，有條不紊、循序漸進(jìn)。
(三)提高可靠性。數(shù)控機床是一種高精度、高效率的自動化設(shè)備，如果發(fā)生故障其損失就更大，所以提高數(shù)控機床的可靠性就顯得尤為重要。可靠度是評價可靠性的主要定量指標(biāo)之一，其定義為：產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。對數(shù)控機床來說，它的規(guī)定條件是指其環(huán)境條件、工作條件及工作方式等，例如溫度、濕度、振動、電源、干擾強度和操作規(guī)程等。這里的功能主要指數(shù)控機床的使用功能，例如數(shù)控機床的各種機能，伺服性能等。
論文摘要:對機械加工生產(chǎn)線在節(jié)拍時間、柔性化進(jìn)展、加工精度、綜合自動化程度、可靠性和利用率等方面的進(jìn)步和發(fā)展進(jìn)行了闡述。并對其未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析、展望。
從二十世紀(jì)20年代開始，隨著汽車、滾動軸承、小型電動機和縫紉機等工業(yè)發(fā)展，機械加工制造中開始出現(xiàn)自動線，最早出現(xiàn)的是組合機床自動線。機械加工制造業(yè)中有鑄造、鍛造、沖壓、熱處理、焊接、切削加工和機械裝配等自動線，也有包括不同性質(zhì)的工序，如毛坯制造、加工、裝配、檢驗和包裝等的綜合自動線。
采用自動線進(jìn)行生產(chǎn)的產(chǎn)品應(yīng)有足夠大的產(chǎn)量；產(chǎn)品設(shè)計和工藝應(yīng)先進(jìn)、穩(wěn)定、可靠，并在較長時間內(nèi)保持基本不變。在大批、大量生產(chǎn)中采用自動線能提高勞動生產(chǎn)率，穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動條件，縮減生產(chǎn)占地面積，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期，保證生產(chǎn)均衡性，有顯著的經(jīng)濟效益。
一、機械加工生產(chǎn)線的發(fā)展?fàn)顩r
在汽車、拖拉機、內(nèi)燃機和壓縮機等許多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，組合機床生產(chǎn)線仍是大批量機械產(chǎn)品實現(xiàn)高效、高質(zhì)量和經(jīng)濟性生產(chǎn)加工的關(guān)鍵裝備，也是不可替代的主要加工設(shè)備?，F(xiàn)針對組合機床生產(chǎn)線來說明一下國內(nèi)機械加工生產(chǎn)線的發(fā)展情況。
現(xiàn)代組合機床生產(chǎn)線作為機電一體化產(chǎn)品，它是控制、驅(qū)動、測量、監(jiān)控、刀具和機械組件等技術(shù)的綜合反映。我國傳統(tǒng)的組合機床自動線主要采用機、電、氣、液壓控制，近年來隨著數(shù)控技術(shù)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)等的發(fā)展，組合機床的機械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)也發(fā)生了翻天覆地的變化。
1.節(jié)拍時間進(jìn)一步縮短。早期的生產(chǎn)線要實現(xiàn)短的節(jié)拍，往往要采用并列的雙工位或設(shè)置雙線的辦法?，F(xiàn)在主要是通過縮短基本時間和輔助時間來實現(xiàn)的。縮短基本時間的主要途徑是采用新的刀具材料和新穎刀具，以通過提高切削速度和進(jìn)給速度來縮短基本時間?？s短輔助時間主要是縮短包括工件輸送、加工模塊快速引進(jìn)以及加工模塊由快進(jìn)轉(zhuǎn)換為工進(jìn)后至刀具切入工件所花的時間。目前，隨行夾具高速輸送裝置常用的有電液比例閥控制的或擺線驅(qū)動的輸送裝置。
2.柔性化進(jìn)展迅速。數(shù)控組合機床的出現(xiàn)，不僅完全改變了過去那種由繼電器電路組成的組合機床的控制系統(tǒng)，而且也使組合機床機械結(jié)構(gòu)乃至通用部件標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生了或正在發(fā)生著巨大的變化。傳統(tǒng)意義上的組合機床剛性自動線和生產(chǎn)線，也具有了一定的柔性。由數(shù)控加工模塊組成的柔性組合機床和柔性自動線，可通過應(yīng)用和改變數(shù)控程序來實現(xiàn)自動換刀、自動更換多軸箱和改變加工行程、工作循環(huán)、切削參數(shù)以及加工位置等，以適應(yīng)變型品種的加工。
單坐標(biāo)加工模塊由數(shù)控滑臺和主軸部件（或多軸箱，包括可換多軸箱）組成。雙坐標(biāo)加工模塊由數(shù)控十字滑臺和主軸部件組成，例如數(shù)控雙坐標(biāo)銑削模塊。
多軸加工模塊是又一種重要模塊，主要用于加工箱體和盤類工件的柔性組合機床和柔性自動線。這類模塊有多種不同的結(jié)構(gòu)形式，但基本上可分為自動換箱式多軸加工模塊、轉(zhuǎn)塔式多軸加工模塊和回轉(zhuǎn)工作臺式多軸加工模塊。自動換箱式模塊由于可在專門設(shè)置的多軸箱庫中儲存較多的多軸箱，故可用來加工較多不同品種的工件。而轉(zhuǎn)塔式和回轉(zhuǎn)工作臺式多軸加工模塊，由于在轉(zhuǎn)塔頭和回轉(zhuǎn)工作臺上允許裝的多軸箱數(shù)量有限，所以這種加工模塊只能實現(xiàn)有限品種的加工。
除上述各種 CNC 加工模塊外，機器人和伺服驅(qū)動的夾具也是柔性組合機床和柔性自動線的重要部件。特別在柔性自動線上，目前已較普遍地采用龍門式空架機器人進(jìn)行工件的自動上下料，用于工件的轉(zhuǎn)位或翻轉(zhuǎn)。為搬運不同的工件，可在自動線旁設(shè)置手爪庫，以實現(xiàn)手爪的自動更換。夾具配備伺服驅(qū)動裝置，以適應(yīng)工件族內(nèi)不同工件的自動夾緊。
3.加工精度日益提高。為了滿足用戶對工件加工精度的高要求，除了進(jìn)一步提高主軸部件、鏜桿、夾具（包括鏜模）的精度，采用新的專用刀具，優(yōu)化切削工藝過程，采用刀具尺寸測量控制系統(tǒng)和控制機床及工件的熱變形等一系列措施外，目前，空心工具錐柄（HSK）和過程統(tǒng)計質(zhì)量控制（SPC）的應(yīng)用已成為自動線提高和監(jiān)控加工精度的新的重要技術(shù)手段。空心工具錐柄是一種采用徑向（錐面）和軸向（端面）雙向定位的新穎工具，其優(yōu)點是具有較高的抗彎剛度、扭轉(zhuǎn)剛度和很高的重復(fù)精度。SPC 是基于工序能力的用于監(jiān)控工件加工質(zhì)量的一種方法。目前，在自動線上這種質(zhì)量保證系統(tǒng)愈來愈多地被用來對整個生產(chǎn)過程中的加工質(zhì)量進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控。
4.可靠性和利用率不斷改善和提高。為提高加工過程的可靠性、利用率和工件的加工質(zhì)量，采用過程監(jiān)控，對其各組成設(shè)備的功能、加工過程和工件加工質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，以便快速識別故障、快速進(jìn)行故障診斷和早期預(yù)報加工偏差，使操作人員和維修人員能及時地進(jìn)行干預(yù)，以縮短設(shè)備調(diào)試周期、減少設(shè)備停機時間和避免加工質(zhì)量偏差。
故障診斷技術(shù)中的基于知識的故障診斷技術(shù)，可對自動線運行中產(chǎn)生的所有故障進(jìn)行診斷（而不是局限于診斷最常出現(xiàn)的故障），確定故障部位及其原因，這為迅速排除故障贏得了時間，從而顯著地縮短自動線的調(diào)試時間和停機時間。
當(dāng)前，自動線的控制技術(shù)已由集中控制方式轉(zhuǎn)向分散控制方式。根據(jù)對這種新的控制模式的研究表明，采用分散控制系統(tǒng)要比采用集中控制系統(tǒng)可節(jié)省費用。這主要是由于分散控制系統(tǒng)可減少電纜敷設(shè)費用（采用總線系統(tǒng)）、減少電氣保養(yǎng)維修費（由于提高了透明度）、省去控制柜臺架（分散控制系統(tǒng)的控制柜直接設(shè)置在自動線的加工工位上）和無需設(shè)置集中冷卻裝置等。此外，這種分散控制系統(tǒng)由于總體配置簡單，有利于加快自動線的投入運行，并由于一目了然的結(jié)構(gòu)配置，在產(chǎn)生故障時很容易確定故障的部位。最后，分散控制系統(tǒng)的模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化也有利于降低成本和提高透明度。
二、機械加工生產(chǎn)線的發(fā)展趨勢
隨著市場競爭的加劇和對產(chǎn)品需求的提高，高精度、高生產(chǎn)率、柔性化、多品種、短周期、數(shù)控組合機床及其自動線正在沖擊著傳統(tǒng)的組合機床生產(chǎn)線，因此，組合機床生產(chǎn)線的發(fā)展思路必須是以提高組合機床加工精度、組合機床柔性、組合機床工作可靠性和組合機床技術(shù)的成套性為主攻方向。
一、自動化機械制造規(guī)模
按規(guī)模大小FMS可分為如下4類
(一)自動化制造單元
FMC:的問世并在生產(chǎn)中使用約比FMS晚6~8年,它是由1~2臺加工中心、工業(yè)機器人、數(shù)控機床及物料運送存貯設(shè)備構(gòu)成,具有設(shè)置應(yīng)加工多品種產(chǎn)品的靈活性。FMC可視為一個規(guī)模最小的FMS,是FMS向廉價化及小型化方向發(fā)展和一種產(chǎn)物,其特點是實{目單機自動化化及自動化,迄今已進(jìn)入普及應(yīng)用階段。
(二)自動化制造系統(tǒng)
通常包括4臺或更多臺全自動數(shù)控機床及人工中心與車削中心等),由集中的控制系統(tǒng)及物料搬運系統(tǒng)連接起來,可在不停機的情況下實現(xiàn)多品種、中小批量的加工及管理。
(三)自動化制造線
它是處于單一或少品種大批量非自動化自動線與中小批量多品種f:MS之間的生產(chǎn)線。其加工設(shè)備可以是通用的加工中心、CNC機床,亦可采用專用機床或NC專用機床,對物料搬運系統(tǒng)自動化的要求低于FMS,但生產(chǎn)率更高。
(四)自動化制造工廠
FMt是將多條FMS連接起來,配以自動化立體倉庫,用計算機系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)系,采用從訂貨、設(shè)計、加工、裝配、檢驗、運送至發(fā)貨的完整FMS。它包括了CAD/CAM,并使計算機集成制造系統(tǒng)(C1MS)投入實際,實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)自動化化及自動化,進(jìn)而實現(xiàn)全廠范圍的生產(chǎn)管理、產(chǎn)品加工及物料貯運進(jìn)程的全盤化。FMF是自動化生產(chǎn)的最高水平,反映出世界上最先進(jìn)的自動化應(yīng)用技術(shù)。它是將制造、產(chǎn)品開發(fā)及經(jīng)營管理的自動化連成一個整體,以信息流控制物質(zhì)流的智能制造系統(tǒng)IMS)為代表,其特點是實現(xiàn)工廠自動化化及自動化。
二、自動化關(guān)鍵技術(shù)
(一)計算機輔助設(shè)計
未來CAD技術(shù)發(fā)展將會引入專家系統(tǒng),使之具有智能化,可處理各種復(fù)雜的問題。當(dāng)前設(shè)計技術(shù)最新的一個突破是光敏立體成形技術(shù),該項新技術(shù)是直接利用CAD數(shù)據(jù),通過計算機控制的激光掃描系統(tǒng),將三維數(shù)字模型分成若干層二維片狀圖形,并按二維片狀圖形對池內(nèi)的光敏樹脂液面進(jìn)行光學(xué)掃描,被掃描到的液面則變成固化塑料,如此循環(huán)操作,逐層掃描成形,并自動地將分層成形的各片狀固化塑料粘合在一起,僅需確定數(shù)據(jù),數(shù)小時內(nèi)便可制出精確的原型。它有助于加快開發(fā)新產(chǎn)品和研制新結(jié)構(gòu)的速度。
(二)模糊控制技術(shù)
模糊數(shù)學(xué)的實際應(yīng)用是模糊控制器。最近開發(fā)出的高性能模糊控制器具有自學(xué)習(xí)功能,可在控制過程中不斷獲取新的信息并自動地對控制量作調(diào)整,使系統(tǒng)性能大為改善,其中尤其以基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)方法更起人們極大的關(guān)注。
(三)工智能、專家系統(tǒng)及智能傳感器技術(shù)
迄今,FMS中所采用的人工智能大多指基于規(guī)則的專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)利用專家知識和推理規(guī)則進(jìn)行推理,求解各類問題(如解釋、預(yù)測、診斷、查找故障、設(shè)計、計劃、監(jiān)視、修復(fù)、命令及控制等)。由于專家系統(tǒng)能簡便地將各種事實及經(jīng)驗證過的理論與通過經(jīng)驗獲得的知識相結(jié)合,因而專家系統(tǒng)為FMS的諸方面工作增強了自動化。展望未來,以知識密集為特征,以知識處理為手段的人工智能(包括專家系統(tǒng))技術(shù)必將在FMS(尤其智能型)中關(guān)鍵性的作用。人工智能在未來FMS中將發(fā)揮日趨重要的作用。目前用于FMS中的各種技術(shù),預(yù)計最有發(fā)展前途的仍是人工智能。預(yù)計到21世紀(jì)初,人工智能在FMS中的應(yīng)用規(guī)模將要比目前大4倍。智能制造技術(shù)fIMT旨在將人工智能融入制造過程的各個環(huán)節(jié),借助模擬專家的智能活動,取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動。在制造過程,系統(tǒng)能自動監(jiān)測其運行狀態(tài),在受到外界或內(nèi)部激勵時能自動調(diào)節(jié)其參數(shù),以達(dá)到最佳工作狀態(tài),具備自組織能力。
(四)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)fANN)是模擬智能生物的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對信息進(jìn)行并行處理的一種方法。故人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也就是一種人工智能工具。在自動控制領(lǐng)域,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不久將并列于專家系統(tǒng)和模糊控制系統(tǒng),成為現(xiàn)代自支化系統(tǒng)中的一個組成部分。轉(zhuǎn)貼于 免費論文下載中心
三、啟動控制技術(shù)發(fā)展趨勢
(一)FMC將成為發(fā)展和應(yīng)用的熱門技術(shù)
這是因為FMC的投資比FMS少得多而經(jīng)濟效益相接近,更適用于財力有限的中小型企業(yè)。目前國外眾多廠家將FMC列為發(fā)展之重。
(二)朝多功能方向發(fā)展
由單純加工型FMS進(jìn)一步開發(fā)以焊接、裝配、檢驗及鈑材加工乃至鑄、鍛等制造工序兼具的多種功能FMS。FMS是實現(xiàn)未來工廠的新穎概念模式和新的發(fā)展趨勢,是決定制造企業(yè)未來發(fā)展前途的具有戰(zhàn)略意義的舉措。日本從1991年開始實施的“智能制造系統(tǒng)”frms)國際性開發(fā)項目,屬于第二代FMS:完善的第二代FMS正在不斷實現(xiàn)。智能化機械與人之間相互融合、自動化地全面協(xié)調(diào)從接受訂單貨至生產(chǎn)、銷售這一企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的全部活動。
【論文摘要】：隨著計算機業(yè)的快速發(fā)展，數(shù)控技術(shù)也發(fā)生了根本性的變革，是近年來應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)展十分迅速的一項綜合性的高新技術(shù)，文章結(jié)合國內(nèi)外情況，分析了數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢。
1.引言
數(shù)控技術(shù)是一門集計算機技術(shù)、自動化控制技術(shù)、測量技術(shù)、現(xiàn)代機械制造技術(shù)、微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)等多學(xué)科交叉的綜合技術(shù)，是近年來應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)展十分迅速的一項綜合性的高新技術(shù)。它是為適應(yīng)高精度、高速度、復(fù)雜零件的加工而出現(xiàn)的，是實現(xiàn)自動化、數(shù)字化、柔性化、信息化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代機床裝備的靈魂和核心，有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和廣闊的應(yīng)用前景。
2.國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展概況
隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家投入巨資，對現(xiàn)代制造技術(shù)進(jìn)行研究開發(fā)，提出了全新的制造模式。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革，由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎(chǔ)上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調(diào)節(jié)與補償各項參數(shù)，實現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理。
長期以來，我國的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結(jié)構(gòu)，CNC只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗以固定參數(shù)形式事先設(shè)定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統(tǒng)進(jìn)行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環(huán)節(jié)，整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機構(gòu)。在復(fù)雜環(huán)境以及多變條件下，加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數(shù)，無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機因素實時動態(tài)調(diào)整，更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機修正CAD/CAM中的設(shè)定量，因而影響CNC的工作效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量。由此可見，傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉式體系結(jié)構(gòu)，限制了CNC向多變量智能化控制發(fā)展，己不適應(yīng)日益復(fù)雜的制造過程，因此，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為我們國家加速經(jīng)濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。
3.數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢
數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè)的發(fā)展起著越來越重要的作用。從目前世界上數(shù)控技術(shù)發(fā)展的趨勢來看，主要有如下幾個方面：
3.1高精度、高速度的發(fā)展趨勢
盡管十多年前就出現(xiàn)高精度高速度的趨勢，但是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是沒有止境的，高精度、高速度的內(nèi)涵也在不斷變化，目前正在向著精度和速度的極限發(fā)展。
效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術(shù)研究會將其列為5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國際生產(chǎn)工程學(xué)會將其確定為21世紀(jì)的中心研究方向之一。在轎車工業(yè)領(lǐng)域，年產(chǎn)30萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是40秒/輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點問題之一；在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進(jìn)行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料"掏空"的方法來制造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結(jié)方式拼裝，使構(gòu)件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。[
3.25軸聯(lián)動加工和復(fù)合加工機床快速發(fā)展
采用5軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認(rèn)為，1臺5軸聯(lián)動機床的效率可以等于2臺3軸聯(lián)動機床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進(jìn)行高速銑削淬硬鋼零件時，5軸聯(lián)動加工可比3軸聯(lián)動加工發(fā)揮更高的效益。但過去因5軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，其價格要比3軸聯(lián)動數(shù)控機床高出數(shù)倍，加之編程技術(shù)難度較大，制約了5軸聯(lián)動機床的發(fā)展。當(dāng)前由于電主軸的出現(xiàn)，使得實現(xiàn)5軸聯(lián)動加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡化，其制造難度和成本大幅度降低，數(shù)控系統(tǒng)的價格差距縮小。因此促進(jìn)了復(fù)合主軸頭類型5軸聯(lián)動機床和復(fù)合加工機床（含5面加工機床）的發(fā)展。
3.3智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢
21世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動生成；為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應(yīng)運算、自動識別負(fù)自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應(yīng)用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問題。
目前許多國家對開放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行研究，數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運行平臺上，面向機床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象（數(shù)控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明個性的名牌產(chǎn)品。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求，也是實現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。國內(nèi)外一些著名數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機，反映了數(shù)控機床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢。
4.結(jié)束語
隨著人們對數(shù)控技術(shù)重視，它的發(fā)展越發(fā)迅速。文中簡要陳述當(dāng)前的發(fā)展趨勢，另外數(shù)控技術(shù)的正不斷走向集成化，并行化，仍有廣闊的發(fā)展空間。
參考文獻(xiàn)
[1]王立新.淺談數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢[J].赤峰學(xué)院學(xué)報.2007.
[2]董淳.數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的新趨勢[J].可編程控制器與工廠自動化.2006.
論文關(guān)鍵詞：先進(jìn)制造技術(shù),數(shù)控機床,發(fā)展趨勢,現(xiàn)狀
先進(jìn)制造技術(shù)作為世界上支撐工業(yè)行業(yè)發(fā)展的最主要因素之一，已經(jīng)放在了各工業(yè)大國發(fā)展規(guī)劃的首要位置。數(shù)控機床作為先進(jìn)制造技術(shù)的工作母機，不僅被高端的航空、航天行業(yè)所認(rèn)可，還普及應(yīng)用到工業(yè)加工中的各個方面。各類工業(yè)制造企業(yè)在提高原有數(shù)控技術(shù)的基礎(chǔ)上，還對數(shù)控系統(tǒng)新技術(shù)的研發(fā)提出了更高的設(shè)想。故本文將對當(dāng)今世界上數(shù)控技術(shù)及裝備的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢做以如下簡析。
1 高精度與高可靠性
1.1 高精度
由于航天、航空等高端工業(yè)行業(yè)對產(chǎn)品精密度要求的不斷提高，促使當(dāng)前世界各工業(yè)大國的精密加工階躍到超精密加工階段，其加工精度從微米級到亞微米級乃至納米級。一般的數(shù)控機床是通過高速主軸和高速坐標(biāo)驅(qū)動來實現(xiàn)上述加工精度要求的。
1.1.1 高速主軸
高速主軸是高速機床中最為關(guān)鍵的部件，高速主軸多采用電機和主軸一體化設(shè)計的高速電主軸(HSES)或復(fù)合電主軸。軸承作為電主軸的關(guān)鍵部件，它決定了電主軸的壽命和負(fù)載容量。高質(zhì)量的鋼軸承現(xiàn)仍有使用，但隨主軸轉(zhuǎn)速需求的不斷提高，出現(xiàn)了一些新結(jié)構(gòu)、新材料的高速應(yīng)用軸承，如混合球軸承、磁浮、氣浮和液體靜動壓軸承等。[1]
高主軸轉(zhuǎn)速并不是高速加工的全部。而對電主軸的大功率、高轉(zhuǎn)矩和高剛性的需要也應(yīng)考慮在內(nèi)，同時還應(yīng)能控制主軸的溫升等。由于用戶的不斷需求推動了主軸制造技術(shù)的進(jìn)步，也將引導(dǎo)主軸制造技術(shù)向輕結(jié)構(gòu)、高強度、高剛性、良好的動平衡和熱控制方向繼續(xù)發(fā)展。
1.1.2 高速坐標(biāo)驅(qū)動
高速高精加工機床的進(jìn)給驅(qū)動，一般要求容易移動，快速響應(yīng)，準(zhǔn)確定位和具有高重復(fù)定位精度。故采用輕質(zhì)結(jié)構(gòu)溜板、線性導(dǎo)軌和直線伺服電機驅(qū)動具有十分重要得意義。
目前，直線伺服電機己被公認(rèn)為未來機床坐標(biāo)驅(qū)動的最佳形式，但由于其價格、散熱及磁場對周圍灰塵和切屑的吸附作用等原因，非常廣泛被應(yīng)用還得經(jīng)過一段時間，但這也正是未來發(fā)展的研究改進(jìn)方向。
1.2 高可靠性
可靠性在成為數(shù)控機床的質(zhì)量的一個衡量標(biāo)準(zhǔn)之后，就自然而然的變成數(shù)控行業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。數(shù)控機床的可靠性取決于數(shù)控系統(tǒng)和各伺服驅(qū)動單元的可靠性。數(shù)控系統(tǒng)將采用更高集成度的電路芯片，利用大規(guī)?；虺笠?guī)模的專用及混合式集成電路，以減少元器件的數(shù)量，提高可靠性。機床本體可靠性的提高可通過硬件功能軟件化，適應(yīng)各種控制功能的要求，同時采用硬件結(jié)構(gòu)機床本體的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化及系列化，既提高硬件生產(chǎn)批量，又便于組織生產(chǎn)和質(zhì)量把關(guān)。
2 高速加工與高效率
數(shù)控機床向高速化方向發(fā)展，不但可大幅度提高加工效率，降低加工成本，而且還可提高零件的表面加工質(zhì)量和精度。超高速加工技術(shù)對制造業(yè)實現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本生產(chǎn)有廣泛的適用性。數(shù)控系統(tǒng)采用位數(shù)、頻率更高的處理器，以提高系統(tǒng)的基本運算速度。同時，采用超大規(guī)模的集成電路和多微處理器結(jié)構(gòu)，以提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力，即提高插補運算的速度和精度。 [2]
3 多功能與柔性化
3.1 多功能
在現(xiàn)實的零件加工過程中，有大量的無用時間消耗在工件搬運、裝卸、調(diào)整、換刀和主軸的升降速上，為了盡可能減少這些無用時間，人們希望將不同的加工功能整合在同一臺機床上。因此多功能復(fù)合型機床的產(chǎn)生實現(xiàn)了工序的集約化。主要表現(xiàn)在數(shù)控機床配有自動換刀機構(gòu)，能在同一臺機床上同時實現(xiàn)銑削、鏜削、鉆削、車削、鉸孔、擴孔、攻螺紋等多種工序加工；數(shù)控機床還采用了多主軸、多面體切削，即同時對一個零件的不同部位進(jìn)行不同方式的切削加工；數(shù)控系統(tǒng)由于采用了多CPU結(jié)構(gòu)和分級中斷控制方式，即可在一臺機床上同時進(jìn)行零件加工和程序編制，實現(xiàn)所謂的“前臺加工，后臺編輯”。故多功能機床成為近年來發(fā)展很快的機種。
3.2 柔性化
數(shù)控機床向柔性自動化系統(tǒng)發(fā)展，一方面是從點(數(shù)控單機、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機床)、線（FMC，F(xiàn)MS，F(xiàn)TL，F(xiàn)ML）向面(工段車間獨立制造島)、體(分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng)）的方向發(fā)展，另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟性方向發(fā)展。開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)，作為柔性自動化系統(tǒng)的引申，具有可移植性、互操作性、互交換性、可擴展性、可比例換算、可重用性等優(yōu)點，它使機器制造商能夠并敢于為他們專門的自動化設(shè)計優(yōu)化選配組件，從而在短的時間內(nèi)實現(xiàn)創(chuàng)造性設(shè)計。
4 綠色化與多軸化
21世紀(jì)要實現(xiàn)數(shù)控機床切削加工環(huán)?；凸?jié)能化，就必須對加工工藝進(jìn)行綠色化改進(jìn)。目前這一綠色加工工藝主要集中在不使用切削液上，因為切削液既污染環(huán)境又危害操作者健康。于是我們采用干切削，就是在一般的大氣氛圍或在特殊氣體氛圍氮氣、冷風(fēng)中進(jìn)行，而不使用切削液進(jìn)行的切削。不過，對于某些加工方式和工件組合，完全不使用切削液的干切削尚難于實現(xiàn)，所以又出現(xiàn)了使用極微量的準(zhǔn)干切削。
隨著編程軟件的普及，五軸聯(lián)動控制的加工中心和數(shù)控銑床己經(jīng)成為當(dāng)前的一個開發(fā)熱點。由于在加工自由曲面時，五軸聯(lián)動控制對球頭銑刀的數(shù)控編程比較簡單，并且能使球頭銑刀在銑削三維曲面的過程中始終保持合理的切速，從而顯著改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率。
5 智能型
隨著無人加工的普及應(yīng)用智能化加工的發(fā)展成為必然，人工智能化加工是一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和理論的加工，它是要在加工過程中模擬人類專家的智能活動，以解決加工過程許多不確定性的、要由人工干預(yù)才能解決的問題。目前人工智能化主要表現(xiàn)在數(shù)控系統(tǒng)以下幾個方面:①為追求加工效率和加工質(zhì)量的智能化。②為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化。③簡化編程、簡化操作的智能化。④智能診斷、智能監(jiān)控，方便系統(tǒng)的診斷及維修等。
6 向大型化和微小化兩極發(fā)展
能源裝備的大型化及航空航天事業(yè)等的發(fā)展，要求提供300t以上的巨型、高精度、高質(zhì)量的鍛件，需要建造6~8萬t的模鍛壓機及重型加工中心，這就導(dǎo)致了數(shù)控機床的大型化發(fā)展。
微米納米技術(shù)是21世紀(jì)的戰(zhàn)略性技術(shù)，微系統(tǒng)技術(shù)是微米納米技術(shù)的一部分，是集微型機構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器及信號處理和控制電路、通信和電源于一體的微型器件系統(tǒng)。所以，需發(fā)展能適應(yīng)微小型尺寸結(jié)構(gòu)和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備。
7 工藝適用性的專門化數(shù)控機床正不斷涌現(xiàn)
隨著機械產(chǎn)品的性能優(yōu)化和輕量化，其零件和構(gòu)件的形狀、尺寸和精度呈現(xiàn)多樣性，很難用少數(shù)幾種標(biāo)準(zhǔn)的、通用的機床結(jié)構(gòu)來最佳地滿足多方面的工藝要求。通過對機床布局和結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，使對不同類型的零件加工具有最佳的適用性，避免一方面出現(xiàn)不能發(fā)揮最佳性能，另一方面又存在功能冗余的現(xiàn)象。[3]
8 結(jié)語
數(shù)控機床技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展為現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展提供了良好的條件，促使制造業(yè)向著高效、優(yōu)質(zhì)以及人性化的方向發(fā)展?？梢灶A(yù)見，隨著數(shù)控機床技術(shù)的發(fā)展和數(shù)控機床的廣泛應(yīng)用，制造業(yè)將迎來一次足以撼動傳統(tǒng)制造業(yè)模式的深刻革命。
參考文獻(xiàn)：
[1]林勝，林春庭.高速數(shù)控機床現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].精密制造與自動化.2004年第1期：5-8.
[2]曾文健,羅慶紅,張紅娟.基于數(shù)控機床新技術(shù)發(fā)展趨勢的初探[J].廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報.2009年4月:13-15.
論文關(guān)鍵詞：工程訓(xùn)練 數(shù)控教學(xué) 仿真技術(shù)
論文摘要：介紹了工程技術(shù)訓(xùn)練中心數(shù)控設(shè)備與教學(xué)的概況，以及科研項目對機械加工的需求及其特點。分析表明，工程訓(xùn)練中心與科研團(tuán)隊存在巨大的合作前景，可以在改善教學(xué)的同時推進(jìn)科研項目的進(jìn)展。
一、引 言
工程訓(xùn)練中心是培養(yǎng)工科學(xué)生的一個重要基地，各學(xué)校在工程訓(xùn)練中心的建設(shè)過程中投入巨大，除基本的金屬切削機床、材料成型設(shè)備外，各種數(shù)控機床、特種加工機床、精密測量等設(shè)備也已經(jīng)成為工程實踐教學(xué)的主力裝備。2008年11月，國家機械制造基礎(chǔ)及工程訓(xùn)練課程指導(dǎo)委員會就《普通高校工程訓(xùn)練中心建設(shè)基本要求》作了詳細(xì)闡述，其中數(shù)控設(shè)備至少應(yīng)有：6臺數(shù)控車床、3臺數(shù)控銑床、2臺數(shù)控切割機床，并且各學(xué)校可根據(jù)實際教學(xué)需要，增加一定數(shù)量的加工中心，工程訓(xùn)練中心除教學(xué)任務(wù)外，還有巨大的潛力可以挖掘。同時，隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，國家在科學(xué)研究上的投入力度越來越大，這些科研項目對機械加工都有著巨大的需求，但這些需求一般為單件或者小批量，并且設(shè)計尚未完善或者一直處于改進(jìn)之中，與現(xiàn)代企業(yè)的大批量生產(chǎn)存在一定脫節(jié)，而工程訓(xùn)練中心的硬件設(shè)施與任務(wù)恰好能夠滿足科研項目中機械加工的需求，同時又能改善學(xué)生的學(xué)習(xí)條件。
二、數(shù)控機床的特點及教學(xué)
數(shù)控機床是指可以通過計算機編程，進(jìn)行自動控制的機床。與普通機床相比，數(shù)控機床具有很多優(yōu)點：高柔性，適合單件、小批量生產(chǎn)，適合新產(chǎn)品的開發(fā)；加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠、生產(chǎn)率高，數(shù)控機床的加工自動化，免除了普通機床上工人的疲勞、粗心、估計等人為誤差，提高了產(chǎn)品的一致性；并且數(shù)控機床對操作工人的要求降低，一個普通機床的高級技工，不是短時間內(nèi)可以培養(yǎng)的，而相對來說數(shù)控機床操作工人培養(yǎng)時間極短（如數(shù)控車工需要一周即可，還會編寫簡單的加工程序）。
由于數(shù)控技術(shù)教學(xué)和培訓(xùn)都離不開數(shù)控機床，而數(shù)控機床本身價格比較昂貴，同時訓(xùn)練過程不可避免地存在誤操作過程，這對機床安全是一個巨大的隱患，同時數(shù)控機床的數(shù)量有限，難以滿足大量學(xué)生實踐訓(xùn)練的需求。而隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機床加工仿真技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，很好地解決了這些矛盾。數(shù)控加工仿真是一種先進(jìn)的計算機人機交互技術(shù)，具有生動的界面和強大的顯示功能，圖形大小、顏色、觀察視角以及刀具的形狀等都可由操作者自行設(shè)計以滿足不同的監(jiān)控與學(xué)習(xí)要求；仿真系統(tǒng)的通用性較強，其語法診斷功能可以幫助學(xué)生學(xué)習(xí)編程。在模擬過程中，系統(tǒng)能及時提供錯誤信息以及刀具相對移動軌跡的顯示以及最終加工的立體效果，很容易發(fā)現(xiàn)和修改編寫程序的錯誤，高仿真界面及動態(tài)的模擬仿真系統(tǒng)可有效地顯示代替機床實際運行狀況并且還能夠提示操作信息，使數(shù)控機床的編程操作易于課堂化教學(xué)，從而既節(jié)省了機床設(shè)備和實習(xí)消耗，降低了實做危險，又大大提高了教學(xué)效率，規(guī)避了實習(xí)人員的操作風(fēng)險。數(shù)控加工仿真系統(tǒng)采用了與數(shù)控機床操作系統(tǒng)相同的模擬界面，使其具備了整個加工過程的模擬仿真能力，即使仿真系統(tǒng)在模擬中出現(xiàn)人為的編程或操作失誤也不會危及學(xué)生和機床安全，學(xué)生反而還可以從中吸取大量的經(jīng)驗和教訓(xùn)，所以說它是初學(xué)者理想的實驗、實踐工具。因此，數(shù)控加工仿真技術(shù)在數(shù)控教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛［1］［2］。 轉(zhuǎn)貼于 當(dāng)然，數(shù)控加工仿真技術(shù)同真正的數(shù)控機床存在一定的差別，容易引起以下弊端：（1）過于依賴計算機完成所有的操作，因為圖紙繪制、G代碼生成、仿真加工都可在計算機上完成，仿真與實際機床之間存在各種差異；（2）忽略加工工藝，仿真系統(tǒng)的仿真加工過程速度一般為5倍（調(diào)節(jié)范圍：1-100），使得操作人員忽略進(jìn)給速度、刀具轉(zhuǎn)速和加工質(zhì)量等；（3）無法保證加工質(zhì)量，由于仿真軟件只能仿真加工過程，對于零件的表面粗糙度和尺寸精度等無法保證。
因此，數(shù)控教學(xué)必須采用數(shù)控加工仿真與實訓(xùn)操作相結(jié)合的方法，即先通過仿真系統(tǒng)讓學(xué)生對數(shù)控編程有一定的了解，再通過實訓(xùn)操作使學(xué)生理解仿真與機床實訓(xùn)的差別，不能僅僅為了學(xué)生和機床安全廢除實訓(xùn)操作，這樣既可大大減少學(xué)生理解錯誤而產(chǎn)生的各種機床損壞及人身傷害，又可提高學(xué)生的實際操作技能。
三、科研團(tuán)隊與工程訓(xùn)練中心的合作前景
隨著中國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，國家和其他組織在科研上的投入力度越來越大，其中理工類的科研對機械加工有著巨大的需求。絕大部分新產(chǎn)品開發(fā)或者新技術(shù)在開發(fā)過程中，對產(chǎn)品的需求并不明確或者存在一個逐漸深化的過程，對零部件的定型需要一個漫長的、反復(fù)的過程，需要對零件進(jìn)行單件或者小批量的試制、修改。一般的科研團(tuán)隊在機械加工方面的人員、設(shè)備力量非常薄弱，如果把這些任務(wù)交給企業(yè)去做，往往價格昂貴而又費時。而這恰恰是工程訓(xùn)練中心的強項，并且科研團(tuán)隊中往往有一大批計算機基礎(chǔ)很好的研究生，利用數(shù)控機床的仿真軟件，可以較快地學(xué)習(xí)數(shù)控設(shè)備的操作技術(shù)。一般說來，在工程訓(xùn)練中心學(xué)習(xí)的主要群體是低年級的學(xué)生，也有少數(shù)高年級的學(xué)生，這些學(xué)生在此學(xué)習(xí)的目標(biāo)往往比較簡單，僅僅是學(xué)習(xí)基本的操作技術(shù)，加工零件也僅僅是作為練習(xí)。如果科研團(tuán)隊與工程訓(xùn)練中心合作，對科研團(tuán)隊的研究生進(jìn)行培訓(xùn)，訓(xùn)練他們自己進(jìn)行機械加工的能力，不僅能節(jié)省大量時間促進(jìn)科研進(jìn)程，更重要的是積累了加工經(jīng)驗，這有助于后續(xù)的設(shè)計與改進(jìn)。同時，對本科生來說，與研究生一起操作數(shù)控機床不僅僅是練習(xí)了，而是在生產(chǎn)在科研，能夠極大地提高他們的積極性，培養(yǎng)自信心，增加他們的知識面，能夠進(jìn)一步推動高年級本科生進(jìn)實驗室的潮流，部分優(yōu)秀的低年級學(xué)生也能參與到科研中，這對本科生的其他課程學(xué)習(xí)是非常有益的。
四、結(jié) 論
數(shù)控機床加工仿真技術(shù)已經(jīng)成為數(shù)控教學(xué)的重要方法，這種方法功能強大、成本低、安全可靠，可在短時間內(nèi)大量培訓(xùn)數(shù)控操作工，這些特點與科研項目存在互補之處，雙方合作是互惠互利的，既能改善教學(xué)條件，又能推動科研項目的進(jìn)展。
參考文獻(xiàn)
【關(guān)鍵詞】 數(shù)控機床 大型錐齒輪 工藝 誤差
1 緒論
隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對物質(zhì)的要求越來越多、越來越細(xì)，提高加工精度已經(jīng)成為必然的趁勢。而且快速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)和機械制造技術(shù)，也為提高加工精度提供了基礎(chǔ)。數(shù)控機床己成為柔性制造系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)、智能化制造系統(tǒng)及工廠自動化的基本組成單元。所以提高數(shù)控機床的加工精度是提高加工產(chǎn)品質(zhì)量的必要路徑。而控制數(shù)控機床加工精度在一定的范圍內(nèi)是一個需要不斷研究的重要課題。
僅就中國航天、航空制造業(yè)來講，要在10年內(nèi)完成登月之旅，中國的數(shù)控機床將要發(fā)揮巨大的作用，這就為機床行業(yè)提供了商機。并且為貫徹國家“振興東北老工業(yè)基地”的戰(zhàn)略方針，促進(jìn)遼寧省裝備制造業(yè)進(jìn)一步的提高與發(fā)展。
2 數(shù)控機床大型錐齒輪加工總體框架
依據(jù)數(shù)控機床系統(tǒng)在通信、數(shù)控機床數(shù)據(jù)采集與處理和數(shù)控機床遠(yuǎn)程監(jiān)視與管理方面的需求，利用關(guān)鍵技術(shù)對傳統(tǒng)方案進(jìn)行改進(jìn)，分步設(shè)計出數(shù)控機床加工大型錐齒輪總體框架。整體思路是首先確定系統(tǒng)的主要組成模塊，然后解決數(shù)控機床與上位機通信問題，最后解決數(shù)控機床加工精度與誤差分析問題。
在確定系統(tǒng)主要組成模塊之前，簡要介紹一下嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是對設(shè)備、機器或車間的運作，進(jìn)行控制、監(jiān)視或輔助的裝置。另外，國內(nèi)有一個更通俗，而且被普遍認(rèn)同的定義：以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可剪裁，能滿足應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)。
首先確定系統(tǒng)的主要組成模塊，傳統(tǒng)的系統(tǒng)由上位機，下位機，串口服務(wù)器和數(shù)控機床組成，上位機和下位機均基于通用 PC機。然而通用PC 機體積大、功耗高且靈活性差，在此，利用嵌入式適配器將下位機與串口服務(wù)器的功能集成起來，嵌入式適配器是一個典型的嵌入式系統(tǒng)，可依據(jù)需求進(jìn)行定制，靈活性高。
3 大型錐齒輪主要工藝問題及解決思路
整個工藝設(shè)計過程要根據(jù)我廠現(xiàn)有加工能力以及裝配車間現(xiàn)場的實際情況進(jìn)行，并且應(yīng)用原有數(shù)控機床加工及裝配總結(jié)下來的經(jīng)驗，重點要在以下幾個技術(shù)方面進(jìn)行攻關(guān)、突破。
（1）床身、工作臺整體部件加工精度保證的問題；
（2）立柱導(dǎo)軌面與橫梁接合面垂直度加工保證問題；
（3）滑鞍Y向?qū)к壟cZ軸導(dǎo)軌垂直度精度保證問題；
（4）床身左側(cè)單導(dǎo)軌與立柱裝配保證進(jìn)度問題；
（5）滑鞍、橫梁部件裝配精度保證問題。
4 數(shù)控機床誤差源分析
加工精度是機床必須要保證的一項性能指標(biāo)之一，影響機床加工精度的誤差源主要表現(xiàn)為機床系統(tǒng)的空間誤差、刀具系統(tǒng)的位置誤差、工件和夾具系統(tǒng)的位置誤差、檢測系統(tǒng)的測量誤差、外界干擾誤差。上述所說的各種誤差因不同種類的機床而不同，如下表4-1所示。
工作狀態(tài)和環(huán)境的不同其占據(jù)的權(quán)重有所變化。表2.1是某加工中心的誤差源分析結(jié)果。
表4-1 誤差結(jié)果
為解決上述誤差問題，下面我們要引入多體系統(tǒng)來解決加工中的問題。所謂的多體系統(tǒng)是指通過某種形式聯(lián)結(jié)而成的多個剛體或柔體的復(fù)雜機械系統(tǒng)。多體系統(tǒng)的核心是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而其理論基礎(chǔ)是多體系統(tǒng)運動學(xué)理論。即用低序體陣列方法描述多體系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，用4×4階齊次方陣描述點和矢量在廣義坐標(biāo)系中的變換關(guān)系，使有誤差多體系統(tǒng)的運動分析變得簡單、迅速、明了和普遍適用。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和低序體陣列一般的用低序體陣列來描述多體系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。設(shè)慣性坐標(biāo)系為B0體，任選一體為B1體，然后沿遠(yuǎn)離B1的方向以增長數(shù)列標(biāo)定每個物體的序號，從系統(tǒng)的一個分支到另一個分支，直到全部標(biāo)定完為止。數(shù)控機床是非常典型的多體系統(tǒng)，多體系統(tǒng)理論中，我們把構(gòu)成了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的單元成為體，而低序體陣列是用來描述體與體之間的關(guān)系。一般的低序體陣列可通過低序體運算法則來求出。
5 研究結(jié)論
大型錐齒輪加工機床的總體布局為龍門框架結(jié)構(gòu)，具有高剛性和高穩(wěn)定性；機床大件均采用高強度的優(yōu)質(zhì)鑄鐵件，使整機具有良好的剛性、抗振性和精度保持性；它的床身工作臺設(shè)計成一體化結(jié)構(gòu)，既節(jié)省材料，又方便加工，保證了主軸的高剛性、高精度、高穩(wěn)定性和高轉(zhuǎn)速又可以任意空間方向加工，提高加工效率；主軸采用HSK型刀柄，刀柄與主軸采用錐面和端面過定位的結(jié)合方式，能有效的提高結(jié)合剛度，具有良好的高速性能，更具有先進(jìn)性、適用性、可靠性和安全性。通過對整機加工及裝配的研究與實踐，對于我們?nèi)蘸笃渌庐a(chǎn)品的制造積累了豐富的經(jīng)驗，此次研究成果顯著，達(dá)到了設(shè)計之初預(yù)想的效果。
參考文獻(xiàn)：
[1]粟時平.多軸數(shù)控機床精度建模與誤差補償方法研究.長沙：中國人民國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2002.
論文摘要：機械制造業(yè)在整個國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位，而其中金屬切削加工是基本而又可靠的精密加工手段。在進(jìn)行數(shù)控編程的過程中，刀具的選擇和切削用量的確定是十分重要，它不僅對被加工零件的質(zhì)量影響巨大，甚至可以決定著機床功效的發(fā)揮和安全生產(chǎn)的順利進(jìn)行。所以，在編制加工程序時，選擇合理的刀具和切削用量，是編制高質(zhì)量加工程序的前提。
一、引言
機械制造業(yè)在整個國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位，而其中金屬切削加工是基本而又可靠的精密加工手段，在機械、電機、電子等各種現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)部門中都起著重要的作用。工具的設(shè)計、制造和使用自古以來就很受重視，這里我們所說的工具，不僅僅指進(jìn)行機械加工的機床，我們更關(guān)心的是直接進(jìn)行切削加工的刀具。刀具是推動金屬切削加工技術(shù)發(fā)展的一個極為活躍而又十分關(guān)鍵的因素，可以說切削加工技術(shù)發(fā)展、革新的歷史就是刀具發(fā)展的歷史。
我單位在2008年引進(jìn)了小巨人公司制作的兩臺車銑加工中心。但一直未能在零件上真正實現(xiàn)和普及數(shù)控車銑加工中心的銑削功能。刀具選擇、加工路徑規(guī)劃 、切削用量設(shè)定等，編程人員只要設(shè)置了有關(guān)的參數(shù)，就可以自動生成NC程序并傳輸至數(shù)控機床完成加工。因此，數(shù)控加工中的刀具選擇和切削用量確定是在人機交互狀態(tài)下完成的，這與普通機床加工形成鮮明的對比，同時也要求編程人員必須掌握刀具選擇和切削用量確定的基本原則，在編程時充分考慮數(shù)控加工的特點。研究掌握數(shù)控車銑加工中心的銑削功能，對于形狀復(fù)雜以及精度要求很高的回轉(zhuǎn)體零件的精密加工，提升我單位數(shù)控精密加工能力，具有很重要的現(xiàn)實意義。
二、數(shù)控銑加工常用刀具的種類
數(shù)控銑加工刀具種類很多，為了適應(yīng)數(shù)控機床高速、高效和自動化程度高的特點，所用刀具正朝著標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和模塊化的方向發(fā)展，主要包括銑削刀具和孔加工刀具兩大類。為了滿足高效和特殊的銑削要求，又發(fā)展了各種特殊用途的專用刀具。數(shù)控銑刀具的分類有多種方法，根據(jù)刀具結(jié)構(gòu)可分為：①整體式；②鑲嵌式，采用焊接或機夾式連接，機夾式又可分為不轉(zhuǎn)位和可轉(zhuǎn)位兩種；③特殊型式，如復(fù)合式刀具，減震式刀具等。根據(jù)制造刀具所用的材料可分為：①高速鋼刀具；②硬質(zhì)合金刀具；③金剛石刀具；④其他材料刀具，如立方氮化硼刀具，陶瓷刀具等。從切削工藝上可分為：平端立銑刀、圓角立銑刀、球頭刀和錐度銑刀等。
三、加工中心刀具類型的選擇
刀具的選擇是在數(shù)控編程的人機交互狀態(tài)下進(jìn)行的。應(yīng)根據(jù)機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關(guān)因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是：安裝調(diào)整方便，剛性好，耐用度和精度高。在滿足加工要求的前提下，盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具加工的剛性。生產(chǎn)中，被加工零件的幾何形狀是選擇刀具類型的主要依據(jù)。
1）銑削刀具的選用。加工曲面類零件時，為了保證刀具切削刃與加工輪廓在切削點相切，而避免刀刃與工件輪廓發(fā)生干涉，一般采用球頭刀，粗加工用兩刃銑刀，半精加工和精加工用四刃銑刀；銑較大平面時，為了提高生產(chǎn)效率和提高加工表面粗糙度，一般采用刀片鑲嵌式盤形銑刀；銑小平面或臺階面時一般采用通用銑刀；銑鍵槽時，為了保證槽的尺寸精度、一般用兩刃鍵槽銑刀； 轉(zhuǎn)貼于
2）孔加工刀具的選用。數(shù)控機床孔加工一般無鉆模，由于鉆頭的剛性和切削條件差，選用鉆頭直徑D應(yīng)滿足L/D≤5（L為鉆孔深度）的條件；鉆孔前先用中心鉆定位，保證孔加工的定位精度；精絞前可選用浮動絞刀，絞孔前孔口要倒角；鏜孔時應(yīng)盡量選用對稱的多刃鏜刀頭進(jìn)行切削，以平衡鏜削振動；盡量選擇較粗和較短的刀桿，以減少切削振動。在經(jīng)濟型數(shù)控加工中，由于刀具的刃磨、測量和更換多為人工手動進(jìn)行，占用輔助時間較長，因此，必須合理安排刀具的排列順序。一般應(yīng)遵循以下原則：①盡量減少刀具數(shù)量；②一把刀具裝夾后，應(yīng)完成其所能進(jìn)行的所有加工部位；③粗精加工的刀具應(yīng)分開使用，即使是相同尺寸規(guī)格的刀具；④先銑后鉆；⑤先進(jìn)行曲面精加工，后進(jìn)行二維輪廓精加工；⑥在可能的情況下，應(yīng)盡可能利用數(shù)控機床的自動換刀功能，以提高生產(chǎn)效率等。另外，刀具的耐用度和精度與刀具價格關(guān)系極大，必須引起注意的是，在大多數(shù)情況下，選擇好的刀具雖然增加了刀具成本，但由此帶來的加工質(zhì)量和加工效率的提高，則可以使整個加工成本大大降低?？傊?，根據(jù)被加工工件材料的熱處理狀態(tài)、切削性能及加工余量，選擇剛性好，耐用度高的銑刀，是充分發(fā)揮數(shù)控銑床的生產(chǎn)效率和獲得滿意的加工質(zhì)量的前提。
3）切削速度的確定。進(jìn)給速度是數(shù)控機床切削用量中的重要參數(shù)，主要根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質(zhì)選取。最大進(jìn)給速度受機床剛度和進(jìn)給系統(tǒng)的性能限制。在輪廓加工中，在接近拐角處應(yīng)適當(dāng)降低進(jìn)給量，以克服由于慣性或工藝系統(tǒng)變形在輪廓拐角處造成“超程”或“欠程”現(xiàn)象。確定進(jìn)給速度的原則：1）當(dāng)工件的質(zhì)量要求能夠得到保證時，為提高生產(chǎn)效率，可選擇較高的進(jìn)給速度。一般在100~200mm/min范圍內(nèi)選取。2）在切斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時，宜選擇較低的進(jìn)給速度，一般在20~50mm/min范圍內(nèi)選取。3）當(dāng)加工精度，表面粗糙度要求高時，進(jìn)給速度應(yīng)選小些，一般在20~50mm/min范圍內(nèi)選取。4）刀具空行程時，特別是遠(yuǎn)距離“回零”時，可以選擇該機床數(shù)控系統(tǒng)給定的最高進(jìn)給速度。
4）背吃刀量（或側(cè)吃刀量）的確定。在保證加工表面質(zhì)量的前提下，背吃刀量(ap)應(yīng)據(jù)機床、工件和刀具的剛度來決定，在剛度允許的條件下，應(yīng)盡可能使背吃刀量等于工件的加工余量，這樣可以減少走刀次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。
四、結(jié)束語
我單位數(shù)控加工中心具有軸向和頸相動力頭，能實現(xiàn)三個坐標(biāo)的聯(lián)動。利用極坐標(biāo)插補指令和圓柱插補指令進(jìn)行了程序優(yōu)化和開發(fā)，并對機床加工工位重復(fù)定位誤差進(jìn)行了有效的補償，初步實現(xiàn)對回轉(zhuǎn)體的側(cè)面進(jìn)行快捷可靠的精密銑削加工，提高了加工精度和表面加工質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)