陳 俊

（昆明冶金高等?？茖W校 電氣與機械學院，昆明 650033）

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，科學技術得到了顯著提升，工業(yè)生產已經(jīng)從“機械電氣化”發(fā)展到“機電一體化”。超大規(guī)模集成電路（Very Large Scale Integration，VLSI）的出現(xiàn)，尤其是微型計算機技術的發(fā)展，為機電技術的交叉滲透提供了便利。因此，以系統(tǒng)論、信息論、自動控制理論為基礎，機電技術與電子技術實現(xiàn)了深度融合發(fā)展。數(shù)控機床作為機電產品中的代表，在制造行業(yè)占有舉足輕重的位置。鑒于此，文章探討了機電一體化在數(shù)控機床中的應用，可為工業(yè)建設發(fā)展提供保障。

1 PLC機電一體化與數(shù)控機床概述

1.1 機電一體化的基本概念

機電一體化基于功能目標與優(yōu)化的組織目標為前提。目前，機電一體化的發(fā)展已成為一門具有自身特點的新學科。隨著現(xiàn)代化科學技術的不斷革新，工業(yè)作為支撐中國經(jīng)濟建設發(fā)展的主要產業(yè)類型，為實現(xiàn)工業(yè)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，應嚴格遵守節(jié)能減排等相關政策法規(guī)。機電一體化涉獵范圍較廣，具有多功能、高質量、高可靠性以及低功耗等特點，在當今時代充分發(fā)揮了功能價值。智能化是機電一體化的特點，也是機電一體化與機械電氣化的主要差異。換句話說，機電一體化產品的發(fā)明是科學技術進步的具體表現(xiàn)，促進了工業(yè)的高效發(fā)展。如今，機械工程技術已從簡單的機械電氣化技術逐漸向綜合型方向發(fā)展。機電一體化技術不是機械技術與微電子等新技術的簡單結合，而是基于相關技術集成的綜合技術，可為工業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供有利支撐[1]。

1.2 數(shù)控機床相關概述

隨著科學技術和經(jīng)濟的快速發(fā)展，可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）機電一體化技術得到了迅速發(fā)展，同時取得了重大突破[2-3]。目前，集成電路的產生促使電子技術與機械技術實現(xiàn)了深度融合，進而產生了機電一體化技術。在PLC機電一體化技術體系中，數(shù)控機床是其典型的代表，對于促進制造業(yè)快速發(fā)展具有決定性作用。因此，在數(shù)控機床中，技術人員需要加強機電一體化技術的應用，以發(fā)揮其作用優(yōu)勢，這對于我國工業(yè)發(fā)展和現(xiàn)代化建設具有重要作用。PLC屬于一種數(shù)字運算電子系統(tǒng)，在工業(yè)自動化設計的過程中能夠發(fā)揮重要作用。它的核心部分是程序處理器，即通過存儲記憶進行順序控制、邏輯運算以及定時指令等。為了數(shù)控系統(tǒng)安全穩(wěn)定和可靠運行，技術人員需要加強PLC機電一體化的廣泛應用，通過輸入設備和輸出設備提升數(shù)控機床智能水平，從而使工業(yè)生產走向新臺階[4]。

1.3 西門子公司3種PLC技術的對比分析

在20世紀80年代，PLC技術在許多發(fā)達工業(yè)國家獲得了廣泛應用，并在社會各行業(yè)領域發(fā)揮了重要作用。它專為工業(yè)環(huán)境設計，具有先進電子設備的數(shù)字操作功能[5]。工業(yè)工廠采用電氣自動控制技術，可有效提高工作處理效率，最大限度地減少工業(yè)資源浪費，從而有效節(jié)約能源。西門子公司S7系列PLC的3個具體要求見表1[6-7]。

表1 西門子公司S7系列3種PLC的具體情況

2 PLC機電一體化技術在數(shù)控機床中的具體應用

2.1 機械設計

技術人員應重視機械設計。隨著制造技術的不斷發(fā)展，工業(yè)行業(yè)對數(shù)控機床設備提出了新要求?？茖W且合理設置主軸運轉速度、刀具轉換及傳動裝置，可顯著提升機床控制水平。在數(shù)控機床加工過程中，通過自動檢測和控制可將原來的開放式改為半封閉式或全封閉式。該裝置能夠反映機床在具體工作中的運行狀態(tài)，還能夠從根本上減少金屬切削過程中的損壞和浪費情況，以減少工業(yè)生產損耗[8]。

在傳統(tǒng)的輸送機運行過程中，主動傳送和進給兩種模式需要協(xié)同操作。但是，在機電一體化框架下，PLC可以獨立運行，即先設置模式，再將其從控制裝置分離的過程中轉移出來，之后伺服電機裝置分開連接，以提高控制能力和多軸聯(lián)動。傳統(tǒng)自動排屑在機床運行過程中憑借內置機械部件保證相關工作正常開展，相關刀具大大磨損，縮短了使用壽命。機電一體化依靠內置部件自動收集產生的碎屑，按照程序進行標準化處理，促使相關工作正常開展，以降低損失[9-11]。

2.2 自動控制系統(tǒng)

自動控制系統(tǒng)是機電一體化系統(tǒng)的重要組成部分，主要為單片機、輸入輸出、通信系統(tǒng)以及執(zhí)行器等提供技術支持。數(shù)控機床種類形式多樣，但其工作原理與方法并無本質區(qū)別。采用機電一體化技術可有效增強系統(tǒng)控制水平。此外，修改參數(shù)時，相關人員應根據(jù)修改后的系統(tǒng)指令，通過通信系統(tǒng)將指令傳輸給單片機，隨即匹配存儲器中的指令。確定參數(shù)后，相關人員將指定的參數(shù)發(fā)送給發(fā)動機，最終更改參數(shù)[12]。

2.3 執(zhí)行和驅動技術

伺服驅動器的主要對象是驅動元件和執(zhí)行元件，能夠將數(shù)控設備與執(zhí)行元件連接。執(zhí)行元素可以在完成所有輸入指令后快速響應，還可以通過相關接口與執(zhí)行元素建立連接。在應用機電一體化技術的情況下，它的工作原理、控制環(huán)節(jié)與傳動裝置并無明顯區(qū)別。相關技術人員所發(fā)布的指令是機床使用重點，有效簡化了操作過程，也減少了事故發(fā)生的可能性，從根本上提高了工作效率[13]。

2.4 控制面板

數(shù)控機床中，控制面板種類相對多樣化，是保證機床正常運行的關鍵。過去由于內部結構復雜和控制困難，通常無法及時發(fā)送輸入信號和接收區(qū)域信號。技術人員憑借機電一體化優(yōu)勢可確保相關信號傳輸?shù)教囟ㄏ到y(tǒng)，以完成工作切換。此外，它可以優(yōu)化電子元件結構，并測試機床中的數(shù)據(jù)。

3 基于PLC機電一體化的數(shù)控機床技術應用發(fā)展前景

3.1 智能化

未來PLC機電一體化的技術將繼續(xù)向網(wǎng)絡通信、模塊化、智能化以及智能化產品布局發(fā)展，可推動萬維網(wǎng)（World Wide Web，WWW）、海量數(shù)據(jù)、人工智能技術及產品實體深度融合，為設計者與用戶提供強大的技術支持。為滿足不同數(shù)控系統(tǒng)對數(shù)控機床的要求，PLC廠商不斷創(chuàng)新和發(fā)展，發(fā)明了如智能輸入/輸出模塊、智能溫控模塊、專門處理外部問題的智能模塊等[14]。這些智能模塊的使用擴大了PLC的應用范圍，增強了PLC的使用功能，可保證在任何情況下更加穩(wěn)定、智能及高效地使用PLC。隨著數(shù)控機床系統(tǒng)的不斷更新，PLC的體積、容量及運行速度不斷優(yōu)化，逐步提高了人們對PLC的要求。因此，小體積、大容量、快速度的PLC在市場運行中必將占據(jù)一席之地。

3.2 高精度化與高效率化

近年來，數(shù)控機床正朝著高速、高精度、高效率方向發(fā)展，在我國航空工業(yè)、國防工業(yè)及汽車工業(yè)取得了一定成就，且對數(shù)控機床要求越來越高。數(shù)控機床精度不僅要滿足動態(tài)精度標準的要求，而且更加注重振動控制和主軸熱補償?shù)木?，同時拓展了機床加工功能。一臺機器可以有多種用途，因此不再受特定因素的限制。未來，數(shù)控機床在制造業(yè)中將發(fā)揮重要作用，有利于促進數(shù)控機床的發(fā)展、普及和應用。

3.3 高柔韌性

現(xiàn)階段，PLC機電一體化技術在數(shù)控加工中的柔性化改造已成為研究的熱點和方向。這種柔性化改造利用PLC和機電一體化技術使數(shù)控加工中加工零件更加靈活，并可以將相關人員集中在具體的生產過程中，提高相關工作人員對機床生產工作的興趣。此外，這種靈活性可以降低相關人員的操作難度，便于人員操作程序和進行系統(tǒng)控制，使PLC和機電一體化數(shù)控加工技術成為高質量和高速加工的產物[15]。

3.4 節(jié)能化

PLC機電一體化技術可以節(jié)能自動化過程，發(fā)揮自身優(yōu)勢改進生產工藝，減少不必要的工序，從而簡化操作，對節(jié)約成本、加快生產過程、實現(xiàn)更快的批量生產具有重要意義，也能夠從根本上提高企業(yè)在市場上的競爭優(yōu)勢，有助于實現(xiàn)企業(yè)的多元化發(fā)展。

4 結語

PLC機電一體化是集信息技術、自動控制技術及計算機技術為一體的綜合管理體系，對發(fā)展和完善數(shù)控機床具有重要作用。目前，在數(shù)控機床加工過程中，技術人員利用PLC機電一體化技術的自身優(yōu)勢，有效保障了加工精度、操作安全性以及可靠性，同時提高了工作效率和質量，可為我國工業(yè)行業(yè)的高效發(fā)展奠定基礎。