文/張小斌

所謂數(shù)控設(shè)備，指的是運(yùn)用數(shù)控技術(shù)的設(shè)備，數(shù)據(jù)技術(shù)又叫作計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)，該技術(shù)能夠借助計(jì)算機(jī)來控制數(shù)字程序，由于原有硬件邏輯電路被計(jì)算機(jī)代替，讓數(shù)控設(shè)備可以利用計(jì)算機(jī)軟件來輸入邏輯判斷、運(yùn)算、處理、存儲(chǔ)等指令。因此，研究數(shù)控設(shè)備的系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略具有一定現(xiàn)實(shí)意義。

1 當(dāng)前數(shù)控設(shè)備的概況

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)數(shù)控設(shè)備出現(xiàn)了控制系統(tǒng)復(fù)雜、制造總成本高、加工不精準(zhǔn)、容易出現(xiàn)故障等多種缺點(diǎn)和不足，必須全面解決這些問題，針對(duì)性地設(shè)計(jì)其系統(tǒng)，使國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床充分滿足復(fù)雜、高精度零部件的需求，最大限度提升數(shù)控設(shè)備各項(xiàng)性能，不斷朝著創(chuàng)新型數(shù)控設(shè)備的方向前進(jìn)。

2 數(shù)控設(shè)備的系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略

2.1 數(shù)控設(shè)備組成部分

在數(shù)控設(shè)備中，包括機(jī)械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)與數(shù)控系統(tǒng)等。數(shù)控系統(tǒng)一般用于機(jī)床，如同機(jī)床的神經(jīng)或大腦，決定著機(jī)床的整體運(yùn)行。電氣系統(tǒng)一般負(fù)責(zé)機(jī)床通信、電機(jī)協(xié)調(diào)等工作。機(jī)械系統(tǒng)則是負(fù)責(zé)機(jī)床的結(jié)構(gòu)，通過多種運(yùn)動(dòng)方式與運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。

2.1.1 潤(rùn)滑系統(tǒng)

該系統(tǒng)能夠提供給液壓系統(tǒng)所需動(dòng)力，潤(rùn)滑數(shù)控系統(tǒng)，使數(shù)控設(shè)備產(chǎn)生的磨損減少，延長(zhǎng)使用期限，通常借助流量計(jì)與壓力計(jì)測(cè)量潤(rùn)滑系統(tǒng)流量及壓力。

2.1.2 伺服系統(tǒng)

數(shù)控設(shè)備的伺服系統(tǒng)包括2個(gè)進(jìn)給電設(shè)備與1個(gè)主軸電機(jī)，這3個(gè)電機(jī)都借助傳感器來實(shí)現(xiàn)自身功率與負(fù)載情況的測(cè)量。

2.1.3 主軸系統(tǒng)

此系統(tǒng)的包括主軸部件、齒輪箱和電機(jī)等，工作人員可將振動(dòng)傳感器安裝于齒輪箱、主軸前端，從而對(duì)齒輪嚙合度、軸承磨損度、主軸運(yùn)動(dòng)情況展開測(cè)量。

2.1.4 絲杠副

在數(shù)控設(shè)備中，數(shù)控設(shè)備發(fā)揮著定向移動(dòng)工作臺(tái)的重要功能，工作臺(tái)上各種運(yùn)動(dòng)部件都會(huì)被負(fù)載所影響，且在Z軸、Y軸和X軸方向容易產(chǎn)生振動(dòng)，通常會(huì)借助位移、溫度傳感器對(duì)零部件發(fā)生何種變化展開測(cè)試，從而決定其是否有調(diào)整、更換的需要。

2.1.5 導(dǎo)軌副

數(shù)控設(shè)備的Z軸、Y軸與X軸三個(gè)方向主要借助滑動(dòng)導(dǎo)軌來運(yùn)動(dòng)，滑塊、導(dǎo)軌二者應(yīng)始終保持潤(rùn)滑，通常會(huì)使用機(jī)油與黃油等不同介質(zhì)。同時(shí)，工作人員還會(huì)在滑塊上面安裝振動(dòng)傳感器，用于導(dǎo)軌磨損度、運(yùn)行狀態(tài)的測(cè)量，從而在出現(xiàn)故障后更換或調(diào)整。

2.1.6 數(shù)控系統(tǒng)

工作人員能夠借助上位機(jī)讀取相應(yīng)運(yùn)行參數(shù)，通過故障代碼了解數(shù)控設(shè)備的不同類型報(bào)警信息，從而及時(shí)、準(zhǔn)確地判斷產(chǎn)生故障的主要原因。

2.2 設(shè)計(jì)進(jìn)給設(shè)備

開展多軸聯(lián)動(dòng)控制時(shí)，電機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)每個(gè)軸的控制工作，并通過相應(yīng)計(jì)算機(jī)軟件，使各驅(qū)動(dòng)軸電機(jī)得到控制，從而形成完整的控制系統(tǒng)，讓多軸控制、單軸控制得以實(shí)現(xiàn)。其中，單軸進(jìn)給設(shè)備包括輔助部件、運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)、絲杠、聯(lián)軸器等組成部分，該伺服裝置的工作原理是將脈沖信號(hào)從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)向伺服電機(jī)發(fā)送，在伺服電機(jī)成功接收信號(hào)以后，按照脈沖數(shù)量進(jìn)行指定運(yùn)動(dòng)。與此同時(shí)，工作人員需使用聯(lián)軸器來連接絲杠和伺服電機(jī)，讓二者進(jìn)行同樣的運(yùn)動(dòng)。

2.3 選擇伺服電機(jī)

設(shè)計(jì)數(shù)控設(shè)備的系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)將伺服驅(qū)動(dòng)設(shè)備當(dāng)作整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，選擇伺服電機(jī)應(yīng)符合兩個(gè)條件，一方面，全部電動(dòng)機(jī)都應(yīng)與單軸驅(qū)動(dòng)負(fù)載情況相符，另一方面，應(yīng)在電機(jī)尺寸、類型的選取過程中考慮精度、體積、重量與成本等多種因素。與此同時(shí)，工作人員應(yīng)按照負(fù)載要求來選擇電機(jī)功率和輸出轉(zhuǎn)矩，換句話說，就是驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠的力矩。

2.4 設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)

設(shè)計(jì)數(shù)控設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)對(duì)硬件與軟件兩方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)硬件時(shí)，由于數(shù)控設(shè)備相對(duì)復(fù)雜，需要對(duì)多種不同的信號(hào)進(jìn)行采集，因此可將rs485接口、rs232接口、ad轉(zhuǎn)換接口、開關(guān)量輸入口等設(shè)計(jì)于監(jiān)控終端，從而符合采集各種信號(hào)的需要。其中，ad轉(zhuǎn)換器使用了ads7870，，其噪聲與功耗較低，是單片式、串行接口的轉(zhuǎn)換芯片，包括八路單端、四路差分輸入通道，具備可編程精密放大器，采樣的精度是12位。串行口能夠連接到機(jī)床控制的系統(tǒng)，對(duì)其報(bào)警信息與工作信息進(jìn)行讀取，如plc、cnc控制單元等。若單一監(jiān)控終端沒有足夠的采集端口，工作人員可借助串口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集單元的擴(kuò)展

在設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)軟件時(shí)，應(yīng)按照功能把監(jiān)控終端軟件劃分為控制輸出、網(wǎng)絡(luò)通訊、數(shù)據(jù)采集、功能配置、系統(tǒng)初始化這五個(gè)模塊，其主要功能是采集數(shù)控設(shè)備必要信號(hào)。與監(jiān)控中心的連接一般通過internet、gprs來實(shí)現(xiàn)，把數(shù)控設(shè)備的采集數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心，對(duì)監(jiān)控中心發(fā)出的指令進(jìn)行接收和解析，并開展各項(xiàng)控制輸出。例如，某工作人員在設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)軟件時(shí)采用了如下方法：

（1）數(shù)控設(shè)備的系統(tǒng)在上電以前，功能配置模塊可通過硬件跳線來進(jìn)入，此模塊能夠利用串行口與PC機(jī)展開通訊，工程師使用PC機(jī)上的相應(yīng)程序來配置監(jiān)控終端，從而有效設(shè)置不同功能模塊的具體工作參數(shù)與模式，然后把配置好的參數(shù)儲(chǔ)存于flash存儲(chǔ)器里以供備用。

（2）初始化模塊可按照flash存儲(chǔ)器里的各項(xiàng)參數(shù)來初始化系統(tǒng)的功能。

（3）數(shù)據(jù)采集模塊能夠?qū)?shù)控設(shè)備的故障診斷、設(shè)備監(jiān)控等信息采集出來，并依照這些符號(hào)在系統(tǒng)內(nèi)的要求、含義展開本地保存、處理工作。

（4）網(wǎng)絡(luò)通信模塊能夠與監(jiān)控中心連接，根據(jù)相關(guān)協(xié)議內(nèi)容格式把數(shù)據(jù)采集模塊的已采集數(shù)據(jù)向監(jiān)控中心上傳，同時(shí)接受來自監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)。

（5）控制輸出模塊能夠?qū)碜员O(jiān)控中心的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，與系統(tǒng)輸出控制設(shè)置、本地?cái)?shù)據(jù)相結(jié)合，形成串行口輸出、開關(guān)量輸出等輸出控制。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，研究數(shù)控設(shè)備的系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略具有重要的意義。相關(guān)人員應(yīng)對(duì)當(dāng)前數(shù)控設(shè)備的概況有一個(gè)全面了解，能夠有效地掌握數(shù)控設(shè)備組成部分、設(shè)計(jì)進(jìn)給設(shè)備、選擇伺服電機(jī)、設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)，從而使設(shè)計(jì)出的數(shù)控設(shè)備系統(tǒng)具有更高的性能，節(jié)省維護(hù)時(shí)間與工作量，延長(zhǎng)使用的總壽命。