盛景亮

【摘 要】現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床向著高速、高精、高效和復(fù)合化方向發(fā)展，對機(jī)床的運動性能、動力性能、機(jī)械結(jié)構(gòu)性能、加工性能，以及伺服控制等方面提出了越來越高的要求。運用計算機(jī)技術(shù)輔助數(shù)控機(jī)床取得更好的加工效果無疑具有十分重要的現(xiàn)實意義。

【關(guān)鍵詞】計算機(jī)技術(shù)；數(shù)控系統(tǒng)；應(yīng)用

由于科學(xué)技術(shù)飛躍發(fā)展，在激烈的競爭中數(shù)控設(shè)備以其高速度、高精度、工序集中，適合中小批量產(chǎn)品生產(chǎn)，特別是一些由曲線、曲面組成的復(fù)雜零件加工，且能保證加強(qiáng)的質(zhì)量需求，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。而計算機(jī)技術(shù)無疑是推動數(shù)控設(shè)備不斷發(fā)展的核心動力之一。下面就對計算機(jī)技術(shù)在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用展開探討。

1 計算機(jī)在數(shù)控系統(tǒng)中的發(fā)展

進(jìn)入21 世紀(jì)，隨著通用型微型計算機(jī)的發(fā)展和普及以許多國家對嵌入式微型計算機(jī)技術(shù)的大量投入，加快了其發(fā)展速度，從而使得這種設(shè)計理念在數(shù)控系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，很好地解決了數(shù)控系統(tǒng)中的設(shè)計問題。然而數(shù)控的推廣很重要，即如何將數(shù)控產(chǎn)品推向市場，為此必須將數(shù)控產(chǎn)品通用化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化。

1.1 數(shù)控系統(tǒng)高的可靠性

數(shù)控系統(tǒng)的可靠性是數(shù)控機(jī)床質(zhì)量的一項關(guān)鍵指標(biāo)，常以平均無故障工作時間來衡量。隨著新一代數(shù)控的研制成功，其平均無故障工作時間已長達(dá)10年以上。

1.2 加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化和開放性

因為基于微型計算機(jī)的開放式，數(shù)控系統(tǒng)已不適應(yīng)制造業(yè)的發(fā)展需要，硬件的體系結(jié)構(gòu)和功能模塊就應(yīng)該具有兼容性。在數(shù)控系統(tǒng)上開發(fā)多個通信接口和多級通信功能滿足進(jìn)線和聯(lián)網(wǎng)的不同要求，使之不僅具有串行、DNC 點對點的通信技術(shù)，還支持各種專用的網(wǎng)絡(luò)操作。

1.3 數(shù)控系統(tǒng)的智能化

數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度和微型計算機(jī)的應(yīng)用是密切關(guān)聯(lián)的，而且數(shù)控系統(tǒng)的智能化要求已發(fā)展到如下幾個方面：

1.3.1 利用自適應(yīng)數(shù)控技術(shù)，從加工中檢測必要的信息，半自動調(diào)整系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)，改善系統(tǒng)的運行狀態(tài)，達(dá)到最佳的運行；

1.3.2 建立工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫指導(dǎo)加工，并帶有邏輯控制的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；

1.3.3 各種伺服驅(qū)動裝置的反饋控制，以及負(fù)載的自動適應(yīng)過程；

1.3.4 由微型計算機(jī)智能自動化編程。

2 計算機(jī)輔助數(shù)控加工與計算機(jī)輔助編程是其在數(shù)控機(jī)床中重要的應(yīng)用方向

計算機(jī)輔助數(shù)控加工由工藝分析和加工參數(shù)設(shè)置、幾何分析、刀位軌跡生成、刀位仿真后置處理、加工過程仿真等六大功能模塊組成，主要分為前置處理、后置處理和加工仿真三部分功能。計算機(jī)輔助編程就是借助于通用計算機(jī)來編制程序，其過程可分為原程序編制和目標(biāo)程度編制兩個階段。一個完整的數(shù)控語言系統(tǒng)由前置處理和后置處理兩部分組成。前置處理是對用數(shù)控語言所編制的源程序進(jìn)行輸入與翻譯、運算、刀具中心軌跡和刀位偏差計算以及輸出刀位數(shù)據(jù)，又稱為主處理、主信息處理或信息處理，這部分工作可獨立于具體的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行工作。后置處理是按數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的要求來設(shè)計，包括輸入刀位數(shù)據(jù)、功能信息處理、運動信息處理、輸出數(shù)控程序等工作。前置處理和后置處理工作在計算機(jī)輔助數(shù)控加工中有很大比重。前置處理如采用現(xiàn)成的計算機(jī)輔助制造軟件或自動數(shù)控編程系統(tǒng)，則二次開發(fā)量不大。后置處理是計算機(jī)輔助加工中的一個功能模塊，需自行開發(fā)。隨著數(shù)控機(jī)床發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)功能越來越強(qiáng)，各廠家生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)差異性越大，從而增加了開發(fā)通用后置處理軟件的迫切性及開發(fā)難度。

加工仿真是指用計算機(jī)來仿真數(shù)控加工過程，包含以下方面：刀具中心運動軌跡仿真，刀具、夾具、機(jī)床、工件間的運動干涉碰撞仿真，質(zhì)量分析仿真和工藝過程布局仿真。

3 當(dāng)前計算機(jī)輔助系統(tǒng)在數(shù)控系統(tǒng)制造過程的有效應(yīng)用分析

計算機(jī)輔助制造是指在機(jī)械制造業(yè)中，利用電子數(shù)字計算機(jī)技術(shù)通過各種數(shù)值控制機(jī)床和設(shè)備，自動完成離散產(chǎn)品的加工、裝配、檢測和包裝等制造過程，簡稱CAM。CAM系統(tǒng)一般具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和過程自動化兩方面的功能。CAM所涉及的范圍，包括計算機(jī)數(shù)控，計算機(jī)輔助過程設(shè)計。計算機(jī)輔助制造的核心是計算機(jī)數(shù)值控制（簡稱數(shù)控），是將計算機(jī)應(yīng)用于制造生產(chǎn)過程的過程或系統(tǒng)。從自動化的角度看，數(shù)控機(jī)床加工是一個工序自動化的加工過程，加工中心是實現(xiàn)零件部分或全部機(jī)械加工過程自動化，計算機(jī)直接控制和柔性制造系統(tǒng)是完成一族零件或不同族零件的自動化加工過程，而計算機(jī)輔助制造是計算機(jī)進(jìn)入制造過程這樣一個總的概念。

計算機(jī)輔助制造系統(tǒng)的組成可以分為硬件和軟件兩方面：硬件方面有數(shù)控機(jī)床、加工中心、輸送裝置、裝卸裝置、存儲裝置、檢測裝置、計算機(jī)等，軟件方面有數(shù)據(jù)庫、計算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計、計算機(jī)輔助數(shù)控程序編制、計算機(jī)輔助工裝設(shè)計、計算機(jī)輔助作業(yè)計劃編制與調(diào)度、計算機(jī)輔助質(zhì)量控制等。

數(shù)控系統(tǒng)是機(jī)床的控制部分，它根據(jù)輸入的零件圖紙信息、工藝過程和工藝參數(shù)，按照人機(jī)交互的方式生 成數(shù)控加工程序，然后通過電脈沖數(shù)，再經(jīng)伺服驅(qū)動系統(tǒng)帶動機(jī)床部件作相應(yīng)的運動。傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床（NC）上，零件的加工信息是存儲在數(shù)控紙帶上的，通過光電閱讀機(jī)讀取數(shù)控紙帶上的信息，實現(xiàn)機(jī)床的加工控制。后來發(fā)展到計算機(jī)數(shù)控（CNC），功能得到很大的提高，可以將一次加工的所有信息通過閱讀機(jī)實現(xiàn)。更先進(jìn)的CNC機(jī)床甚至可以去掉光電閱讀機(jī)，直接在計算機(jī)上編程，或者直接接收來自CAPP的信息，實現(xiàn)自動編程。后一種CNC機(jī)床是計算機(jī)集成制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備?，F(xiàn)代CNC系統(tǒng)常具有以下功能：（1）多坐標(biāo)軸聯(lián)動控制；（2）刀具位置補(bǔ)償；（3）系統(tǒng)故障診斷；（4）在線編程；（5）加工、編程并行作業(yè)；（6）加工仿真；（7）刀具管理和監(jiān)控；（8）在線檢測。所謂數(shù)控編程是根據(jù)來自CAD的零件幾何信息和來自CAPP的零件工藝信息自動或在人工干預(yù)下生成數(shù)控代碼的過程。常用的數(shù)控代碼有ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）和EIA（美國電子工業(yè)協(xié)會）兩種系統(tǒng)。

采用數(shù)控語言編程雖比手工編程簡化許多，但仍需要編程人員編寫源程序，仍比較費時。為此，后來又發(fā)展了CAD/CAM編程技術(shù)。到目前幾乎所有大型CAD/CAM應(yīng)用軟件都具備數(shù)控編程功能。在使用這種系統(tǒng)編程時，編程人員不需要編寫數(shù)控源程序，只需要從CAD數(shù)據(jù)庫中調(diào)出零件圖形文件，并顯示在屏幕上，采用多級功能菜單作為人機(jī)界面。編程過程中，系統(tǒng)還會給出大量的提示。這種方式操作方便，容易學(xué)習(xí)，又可大大提高編程效率。一般CAD/CAM系統(tǒng)編程部分都包括下面的基本內(nèi)容：查詢被加工部位圖形元素的幾何信息；對設(shè)計信息進(jìn)行工藝處理；刀具中心軌跡計算；定義刀具類型；定義刀位文件數(shù)據(jù)。對于一些功能強(qiáng)大的CAD/CAM系統(tǒng)，甚至還包括數(shù)據(jù)后置處理器，自動生成數(shù)控加工源程序，并進(jìn)行加工模擬，用來檢驗數(shù)控程序的正確性。當(dāng)然，在CAD/CAM系統(tǒng)編程中，還需編程人員予以一定的干預(yù)，在確保正確無誤的基礎(chǔ)上，將加工指令送到數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工。

4 結(jié)語

從本質(zhì)上來講，數(shù)控設(shè)備就是現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)與古老機(jī)械制造技術(shù)的完美結(jié)合。可以說，計算機(jī)技術(shù)推動了數(shù)控設(shè)備不斷取得發(fā)展。因此，探討計算機(jī)技術(shù)在數(shù)控設(shè)備中的合理、高效應(yīng)用，對于提高數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)質(zhì)量和效率具有十分重要的現(xiàn)實意義。

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[責(zé)任編輯：王洪澤]