【摘要】機(jī)械制造在國(guó)民生產(chǎn)中有著舉足輕重的地位，是一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力的具體體現(xiàn)，設(shè)涉及航空航天、機(jī)床設(shè)備、汽車制造以及工業(yè)生產(chǎn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)也相應(yīng)的得到發(fā)展，不斷的采用計(jì)算機(jī)、控制理論的最新技術(shù)成就，它的性能日臻完善，應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣大，很好地滿足市場(chǎng)發(fā)展的需求和要求。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械制造；數(shù)控技術(shù)；有效運(yùn)用

前言

1946年誕生了世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)，讓人類進(jìn)入了信息化社會(huì)，六年后，計(jì)算機(jī)技術(shù)用到機(jī)械制造中。從此，傳統(tǒng)機(jī)械制造產(chǎn)生了本質(zhì)的變化，半個(gè)世紀(jì)過(guò)去了，數(shù)控技術(shù)歷經(jīng)了兩個(gè)階段和六代的發(fā)展。特別是到1970年，通用小型的計(jì)算機(jī)業(yè)開始發(fā)展，計(jì)算速度大幅提高，一直到現(xiàn)在的第六代，基于PC機(jī)的數(shù)控技術(shù)。本文主要從航空工業(yè)、機(jī)床設(shè)備來(lái)論述機(jī)械制造中數(shù)控技術(shù)的運(yùn)用。數(shù)控機(jī)床通常是有程序載體、CNC裝置、伺服系統(tǒng)、檢測(cè)與反饋裝置、輔助裝置，機(jī)床本體組成。程序載體是用于存取零件加工程序的裝置，可將裝置加工程序以一定的格式和代碼存儲(chǔ)在載體上，程序載體可以是磁盤、磁帶、硬盤和閃存卡等。

數(shù)控技術(shù)在航空工業(yè)、汽車制造、機(jī)床生產(chǎn)等機(jī)械制造行業(yè)中具有廣泛的運(yùn)用，提升了機(jī)械制造的自動(dòng)化、智能化水平。數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造中的有效運(yùn)用是一個(gè)較為宏達(dá)的課題，受篇幅的限制，本文僅從汽車制造中螺紋轉(zhuǎn)配來(lái)論述數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造中的運(yùn)用，希望對(duì)大家相關(guān)的課題的研究有所幫助。

1、設(shè)備

1.1設(shè)備的工作流程

“當(dāng)汽車水平停放時(shí)，在汽車的橫向垂面內(nèi)，車輪平面與地面垂線的夾角為前輪外傾角，簡(jiǎn)稱前傾角”[1]。在空載的情況下，安裝的車輪垂直于路面，隨著荷載的增加，車輪受到的壓力越來(lái)越大，就會(huì)出現(xiàn)內(nèi)傾的現(xiàn)象，使得車輪更加容易磨損。車輛對(duì)路面有壓力，基于受力平衡，路面對(duì)汽車有一個(gè)同等大小的垂直反力，垂直反力作用于車輪形成沿輪轂的軸向分力，使得輪轂對(duì)輪轂緊固螺母和小軸承的壓力越來(lái)愈大，降低了它們的使用期限。因此，為了降低荷載增大對(duì)汽車各個(gè)相關(guān)部件的消極影響，大多數(shù)車輛都有處于0°～3°30`范圍內(nèi)的固定前傾角а，但在汽車前懸架與轉(zhuǎn)向輪的螺紋裝配中，前傾角а的大小并不容易控制，經(jīng)常出現(xiàn)大于3°30`的情況，加快車輪胎的磨損。為了解決前傾角不容易控制的問題，本文設(shè)計(jì)了基于數(shù)控技術(shù)和氣壓傳動(dòng)控制技術(shù)的汽車前懸架與轉(zhuǎn)向輪螺紋裝配設(shè)備（以下簡(jiǎn)稱設(shè)備）。

設(shè)備主要構(gòu)件是移動(dòng)機(jī)構(gòu)、前懸架、平推氣缸、控制系統(tǒng)、壓力顯示儀、移動(dòng)氣缸、壓緊機(jī)構(gòu)、壓緊氣缸、流水線工作臺(tái)、轉(zhuǎn)向輪。設(shè)備工作流程如下：首先，設(shè)定流水線工裝移動(dòng)軌跡，讓流水線工裝在規(guī)定的軌跡上移動(dòng)。流水線工裝在指定位置挺穩(wěn)后，操作人員可通過(guò)控制系統(tǒng)對(duì)流水線工裝上的前懸架與轉(zhuǎn)向輪進(jìn)行操作，平推氣缸動(dòng)作，以流水線一側(cè)為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)調(diào)整工件固定板，確保工件固定板與流水線嚴(yán)密合縫。平推氣缸運(yùn)動(dòng)到指定位置后，為了給移動(dòng)機(jī)構(gòu)施加一個(gè)向前的推力，移動(dòng)氣缸動(dòng)作，移動(dòng)氣缸運(yùn)動(dòng)到指定位置后，壓緊氣缸動(dòng)作，對(duì)兩壓緊機(jī)構(gòu)施加相向的推力，分別壓緊前懸架和轉(zhuǎn)向輪，確保在擰緊螺紋的過(guò)程中，前懸架和轉(zhuǎn)向輪不發(fā)生偏移，避免產(chǎn)生較大的前傾角。結(jié)構(gòu)建模如圖1所示。

1.2設(shè)備的安裝

1.2.1安裝準(zhǔn)備

確定安裝的操作平臺(tái)，準(zhǔn)備好拼裝、掛裝所用的機(jī)械設(shè)備、電源、水等。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對(duì)設(shè)備進(jìn)行清點(diǎn)，確保設(shè)備的數(shù)量、型號(hào)、規(guī)格滿足設(shè)計(jì)要求。對(duì)壓力鋼管、座環(huán)的尺寸進(jìn)行檢查，對(duì)安裝基準(zhǔn)點(diǎn)、線進(jìn)行測(cè)量，確保符合安裝要求。確保安全措施方案、技術(shù)方案在監(jiān)理部門通過(guò)審查，確保使用說(shuō)明書、安裝手冊(cè)、設(shè)計(jì)圖紙等技術(shù)資料齊備。技術(shù)人員與施工作業(yè)人員進(jìn)行過(guò)充分的溝通和交流，確保施工人員的操作規(guī)范、技術(shù)合理[2]。

1.2.2設(shè)備拼裝及焊接

在平面低于2mm的拼裝平臺(tái)上放出設(shè)備各斷面的地樣，確保設(shè)備各斷面數(shù)據(jù)符合設(shè)備單線圖的要求。設(shè)備瓦片用汽車進(jìn)行吊裝，吊裝完成后用壓馬板、拉板、騎馬板、拉緊器等工具對(duì)尺寸實(shí)樣線上的瓦片進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整的要求如下：瓦片與地樣平臺(tái)的間隙不超過(guò)2mm；瓦片組合縱縫間的過(guò)流面錯(cuò)牙不超過(guò)2mm；各瓦片過(guò)流面與地樣線的偏差不超過(guò)2m；瓦片組合縱縫間的間隙不超過(guò)4mm。拼裝完成后，檢查單節(jié)設(shè)備的對(duì)角線尺寸K1與K2、進(jìn)水口內(nèi)徑R、檢查開口尺寸G、大小口周長(zhǎng) L，然后焊接組合縱縫。

1.2.3設(shè)備掛裝

1.2.3.1吊裝及運(yùn)輸

單節(jié)設(shè)備拼裝完成后，用平板拖車吊運(yùn)至安裝間，然后用橋機(jī)吊吊至機(jī)坑進(jìn)行掛裝，

1.2.3.2掛裝順序

以焊接在座環(huán)上的設(shè)備尾部的第1、7、16、30節(jié)作為作為定位節(jié)，確保設(shè)備掛裝、焊接產(chǎn)生的累積誤差能合理分布在湊合節(jié)內(nèi)，確保舌板與相應(yīng)的設(shè)備節(jié)間焊縫的錯(cuò)牙、間隙滿足設(shè)計(jì)要求，確保掛裝過(guò)程中座環(huán)受力對(duì)稱平衡。

1.2.3.3定位節(jié)掛裝

設(shè)備定位節(jié)樣沖點(diǎn)、控制點(diǎn)可根據(jù)設(shè)備安裝圖在座環(huán)上進(jìn)行測(cè)量。在掛裝時(shí)，采用掛線錘的方法，利用出水邊的垂直平面度、內(nèi)支撐上的旋套調(diào)整定位節(jié)進(jìn)以及外支撐調(diào)整工具，對(duì)其垂直平面度進(jìn)行測(cè)量和調(diào)整，使垂直平面度低于5mm。對(duì)最遠(yuǎn)點(diǎn)到機(jī)組中心線的距離進(jìn)行調(diào)整，確保與設(shè)計(jì)值的偏差不超出最遠(yuǎn)點(diǎn)半徑設(shè)計(jì)值的±0.004倍；對(duì)腰線高程進(jìn)行調(diào)整，確保與固定導(dǎo)葉中心平面的偏差不超出±5mm；對(duì)管口進(jìn)行調(diào)整，確保與基準(zhǔn)線的偏差不超出±5mm。定位節(jié)掛裝滿足上述要求后，點(diǎn)焊固定相應(yīng)的千斤頂點(diǎn)、拉緊器、調(diào)整旋套，然后全面檢測(cè)、調(diào)整定位節(jié)，盡可能縮小安裝誤差，最后去除吊具并加固。

1.2.3.4其余節(jié)掛裝

根據(jù)設(shè)備掛裝順序圖，以定位節(jié)為基準(zhǔn)對(duì)設(shè)備其余管節(jié)依次掛裝。在掛裝時(shí)，應(yīng)安裝設(shè)備支撐，并實(shí)施中心對(duì)稱掛裝，避免設(shè)備的重量影響到座環(huán)水平，確保座環(huán)的受力平衡。同時(shí)，對(duì)座環(huán)水平進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保設(shè)備的掛裝、調(diào)整的順利實(shí)施。設(shè)備的掛裝順應(yīng)與環(huán)縫的調(diào)整順序一致，每調(diào)整一條環(huán)縫就進(jìn)行一次焊接，以此類推，這樣有效降低環(huán)縫間隙、錯(cuò)牙調(diào)整對(duì)環(huán)縫焊接的影響[2]。除此之外，其余節(jié)掛裝的掛裝方法和要求可參考1.2.3.3.

1.2.3.5湊合節(jié)掛裝

設(shè)備管節(jié)掛裝、相鄰環(huán)縫焊接結(jié)束后，就可以進(jìn)行湊合節(jié)的掛裝。為了確定湊合節(jié)的配割部位，應(yīng)對(duì)湊合節(jié)各瓦片進(jìn)、出水邊過(guò)流面的周長(zhǎng)進(jìn)行實(shí)測(cè)，綜合對(duì)比分析該實(shí)測(cè)結(jié)果以及相鄰管節(jié)進(jìn)、出水邊的周長(zhǎng)。對(duì)相鄰管節(jié)用壓碼壓緊，并在設(shè)備相應(yīng)位置上覆蓋兩湊合節(jié)瓦片。對(duì)瓦片進(jìn)行配割，為了確保裝配間隙符合實(shí)際空間尺，應(yīng)在配割時(shí)采取謹(jǐn)慎合格的操作。根據(jù)實(shí)際尺寸，切割從進(jìn)出口兩側(cè)的過(guò)渡板側(cè)向腰線方向同時(shí)進(jìn)行。對(duì)錯(cuò)牙進(jìn)行監(jiān)測(cè)調(diào)整，合格后點(diǎn)焊固定?？蓞⒄赵O(shè)備湊合節(jié)安裝方法來(lái)安裝設(shè)備與壓力鋼管連接的直管段湊合節(jié)[3]。在設(shè)備混凝土澆筑完成后，應(yīng)對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求才能進(jìn)行最后一條湊合節(jié)環(huán)縫的焊接，防止座環(huán)發(fā)生應(yīng)力變形。

2、氣壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)

氣壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)的核心構(gòu)件是四個(gè)氣缸，其中兩個(gè)壓緊氣缸、一個(gè)平推氣缸、一個(gè)移動(dòng)氣缸。需固定工件時(shí)，平推氣缸動(dòng)作；需向兩壓緊機(jī)構(gòu)的直線運(yùn)動(dòng)提供推力時(shí)，移動(dòng)氣缸動(dòng)作；需壓緊前懸架與轉(zhuǎn)向輪時(shí)，壓緊氣缸動(dòng)作。各個(gè)氣缸的基本構(gòu)造如圖2所示。

其中，XC1、XC2、XC3.. XC8是位置傳感器，感應(yīng)氣缸的位置，并記錄下來(lái)，然后把其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，傳給控制系統(tǒng)。FCV1、FCV2… FCV5是單向節(jié)流閥，通過(guò)調(diào)節(jié)單向節(jié)流閥能實(shí)現(xiàn)對(duì)氣缸伸縮運(yùn)動(dòng)速度的控制。YV1、YV2…YV8是電控?fù)Q向閥，通過(guò)控制電控?fù)Q向閥實(shí)現(xiàn)對(duì)氣缸運(yùn)動(dòng)方向的控制。

3.數(shù)控系統(tǒng)

設(shè)備采用的數(shù)控系統(tǒng)的核心構(gòu)件是可編程序控制器，13個(gè)輸出信號(hào)，23個(gè)輸入信號(hào)。輸出信號(hào)主要是位置傳感器信號(hào)、按鈕信號(hào)；輸出信號(hào)用來(lái)控制指示燈、計(jì)時(shí)器以及電磁換向閥等。

3.1引入模糊控制法

模糊控制法引入需要結(jié)合螺紋裝配的實(shí)際需要和現(xiàn)場(chǎng)的基本情況，然后在具體的操作中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，提升數(shù)據(jù)整理的科學(xué)性，確保設(shè)備自動(dòng)化控制的各個(gè)環(huán)節(jié)都能有序、高效地進(jìn)行。在運(yùn)用模糊控制法改進(jìn)自動(dòng)化控制中，工程人員應(yīng)充分了解其特點(diǎn)和工作原理。

3.1.1模糊控制系統(tǒng)

傳統(tǒng)的自動(dòng)化控制采用被動(dòng)控制法，只關(guān)注液位的變化，而集水井具有一定的滯后性和非線性，這就使得控制喪失一定的聯(lián)動(dòng)性。引入模糊控制系統(tǒng)后，其不僅能收集操作人員控制規(guī)律和方法，還能經(jīng)由計(jì)算機(jī)的智能化分析給出最佳的自動(dòng)控制方法和規(guī)律，比如具備根據(jù)液位變化率和液位差控制PD結(jié)構(gòu)的能力，能極大地提升自動(dòng)化控制的效果和裝配量的處理質(zhì)量[1]。在模糊控制系統(tǒng)下，自動(dòng)化控制將更加的智能，使得自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行更加的高效，降低了對(duì)人工操作的依賴[4]。

3.1.2模糊控制器的語(yǔ)言變量

啟動(dòng)氣缸臺(tái)數(shù)（U）、液位變化率（EC）、液位差（E）是模糊控制器三個(gè)語(yǔ)言變量，不同的語(yǔ)言變量對(duì)應(yīng)不同的控制操作。EC、E是輸入語(yǔ)言變量，它們發(fā)生變化時(shí)會(huì)反饋到模糊控制器上，然后根據(jù)PLC編程輸出語(yǔ)言變量U，經(jīng)由非線性的PD控制系統(tǒng)給出相應(yīng)操作指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)啟動(dòng)氣缸臺(tái)數(shù)的控制。不同的裝配量公司，采樣間隔時(shí)間不同，一般情況下是10s。

3.1.3模糊論域和隸屬度函數(shù)

模糊子集隸屬函數(shù)的圖形越尖，模糊集合的分辨率就越高，對(duì)EC、E變化就表現(xiàn)的越敏感，控制會(huì)非常高效、迅速；模糊子集隸屬函數(shù)的圖形越扁，模糊集合的分辨率就越低，對(duì)EC、E變化就表現(xiàn)的越保守，控制會(huì)非常的穩(wěn)定、平滑。所說(shuō)說(shuō)不同的隸屬度函數(shù)代表不同的控制涵義。

3.2實(shí)行氣缸輪值控制

氣缸輪值就是對(duì)氣缸的工作量和啟動(dòng)平率進(jìn)行控制，從而保證各個(gè)氣缸工作量和啟動(dòng)次數(shù)的平均性，使每臺(tái)氣缸的工作負(fù)荷適當(dāng)，避免一臺(tái)或多臺(tái)氣缸的過(guò)度使用，有利于延長(zhǎng)氣缸的使用壽命，提升其工作效率。在氣缸啟動(dòng)時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)對(duì)氣缸的啟動(dòng)順序就行編碼，對(duì)啟動(dòng)次數(shù)進(jìn)行記錄，讓每個(gè)氣缸都有機(jī)會(huì)分配到裝配量，分配的裝配量也更加的平均。具體方式下：氣缸啟動(dòng)時(shí)開始計(jì)時(shí)，氣缸運(yùn)行結(jié)束時(shí)停止計(jì)時(shí)，氣缸輪值控制系統(tǒng)根據(jù)氣缸的運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行排序，運(yùn)行時(shí)間或由高到低或由低到高；氣缸啟動(dòng)時(shí)累計(jì)增加一次啟動(dòng)次數(shù)，氣缸運(yùn)行結(jié)束時(shí)，氣缸輪值控制系統(tǒng)根據(jù)總的啟動(dòng)次數(shù)進(jìn)行排序，啟動(dòng)頻率或高到低或由低到高。在下次啟動(dòng)時(shí)，會(huì)按順序先啟動(dòng)啟動(dòng)頻率較低的氣缸和啟動(dòng)時(shí)間較短的氣缸，甚至可以按順序先停止啟動(dòng)早或啟動(dòng)次數(shù)多的氣缸。

此外，但啟動(dòng)順序中的某臺(tái)氣缸出現(xiàn)故障時(shí)，氣缸輪值控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)跳過(guò)該臺(tái)氣缸，啟動(dòng)下個(gè)氣缸，避免故障氣缸影響自動(dòng)控制系統(tǒng)的效率，也使得裝配量的抽排順利進(jìn)行。值得注意的是，但氣缸房水位沒有變化時(shí)，輪值控制系統(tǒng)會(huì)默認(rèn)氣缸沒有正常工作，不會(huì)對(duì)氣缸的工作時(shí)間和啟動(dòng)次數(shù)進(jìn)行記錄，極容易出現(xiàn)單個(gè)氣缸超負(fù)荷工作的現(xiàn)象，對(duì)此可設(shè)定氣缸的工作上限，確保超時(shí)工作后能強(qiáng)制切換或?qū)飧纵喼悼刂七M(jìn)行升級(jí)，使其能在氣缸房水位不變化時(shí)依舊能區(qū)分氣缸是否在工作，避免氣缸由于過(guò)度使用出現(xiàn)使用壽命或工作效率降低的問題。同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)啟動(dòng)周期的設(shè)置，盡可能減少氣缸啟動(dòng)的頻率，避免出現(xiàn)電壓過(guò)大的情況，以減少線路負(fù)荷，維護(hù)用電安全。

4、結(jié)束語(yǔ)

氣壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)執(zhí)行控制工作，數(shù)控系統(tǒng)下發(fā)控制指令。通過(guò)PLC的控制，氣缸才能更好地向汽車前懸架、轉(zhuǎn)向輪施加壓力，才能有效固定各個(gè)空間，為螺紋的裝配創(chuàng)造一個(gè)理想的條件，避免出現(xiàn)前傾角過(guò)大的情況，較少對(duì)汽車輪胎的磨損。設(shè)備有效利用了數(shù)控技術(shù)、氣壓傳動(dòng)控制技術(shù)優(yōu)勢(shì)，不僅提升了流水線工作效率、質(zhì)量，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)裝配流程的有效監(jiān)控，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]明哲.基于數(shù)控技術(shù)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)模式的研究與實(shí)踐[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2012，34（3）：95-98.

[2]郁晗.淺析木材加工機(jī)械數(shù)控技術(shù)的特點(diǎn)及發(fā)展[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014，（22）：119-119.

[3]陳雅娟.機(jī)械數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J].科技與企業(yè)，2013，（24）：174-174.

[4]陳玉山.機(jī)械數(shù)控技術(shù)的創(chuàng)新及應(yīng)用探究[J].中國(guó)機(jī)械，2014，（14）：130-130.

[5]李朔.試論數(shù)控技術(shù)專業(yè)機(jī)械CAD教學(xué)[J].電子制作，2014，（12）：102-103.

[6]閻慶博.淺析工業(yè)加工機(jī)械數(shù)控技術(shù)的特點(diǎn)及發(fā)展[J].中國(guó)機(jī)械，2014，（18）：76-76.

作者簡(jiǎn)介

李建國(guó)，男，1973年7月；籍貫：河北邢臺(tái)；民族：漢；學(xué)歷：大學(xué)本科；職稱：實(shí)驗(yàn)師；研究方向：產(chǎn)學(xué)結(jié)合數(shù)控技能實(shí)訓(xùn)教學(xué)；單位：天津職業(yè)大學(xué)機(jī)械工程實(shí)訓(xùn)中心.