淺談數控銑床改造機電一體化設計

孫翔宇

【摘要】數控銑床機電一體化技術和產品將是今后技術裝備中非常重要的一部分，對關系國計民生的一些行業的發展起著越來越重要的作用，但是從目前來看，我國在數控裝備領域系統研發與制造實力仍不是很強，相比發達國家差距很大。

【關鍵詞】數控；銑床改造，機電一體化設計；

中圖分類號：F407文獻標識碼： A

隨著國家產業振興計劃的出臺，裝備制造業被國家納入長遠規劃，裝備制造業的技術水平和現代化程度決定著整個國民經濟的水平和現代化程度，當今世界各國制造業廣泛采用數控技術，以提高制造能力和水平，提高對動態市場的適應能力和競爭能力。我們在前進的道路上依然存在諸多問題和困難，因此，我們應該利用這個契機，引進和吸收國外先進技術，推動我國數控系統產業、裝備制造業的升級和有機統一。

一、數控銑床及機電一體化的概述

數控銑床是機電一體化高技術、高精度、高效率的產品，即一種自動加工設備，在普通銑床的基礎上，集成了數字控制系統，可以在系統程序的控制下精確地進行銑削加工的機床。數控銑床通常由以下幾個部分組成：主傳動系統、數控系統、進給伺服系統、冷卻潤滑系統等。機電一體化是技術密集型系統工程，通過將機械技術、信息技術、電工電子技術、微電子技術、傳感器技術、接口技術、信號變換技術等多種技術進行有機地結合，并將這種技術應用到實際設計中。當今的機電一體化技術正向著智能化、高性能、系統化以及輕量、微型化方向發展。

二、.改造的必要性

科學技術的不斷發展，數控設備從研制、設計到成批生產的周期不斷縮短。與此同時，電子元器件制造水平和計算機技術的不斷提高，使得數控技術越來越精湛。數控技術的可靠性得到了大大的提高，而成本卻大幅度的下降，這些都為數控設備的改造提供了有利的條件。對于現有的國有大型企業和部分私企所擁有的舊數控設備進行技術改造，是由數控設備的特點和數控技術不斷向前發展而決定的。數控設備價值大、生產使用時間長，使用到一定時間，就會發生一定程度的磨損，其可維護性和可靠性就會降低，就需要進行改造。微型計算機技術的迅猛發展，使得新的數控技術和設備不斷被創造出來，從而使得落后的技術裝備勢必會被取代。大部分的數控設備，其效率通常都可以通過技術改造得到提高和改進。 國外對于數控機床的改造有一個名詞是“機床翻新”(Machine Refit)。在美國，機床改造業被稱為是機床再生業；在日本，機床改造業被稱為機床改裝業。數控機床改造是指克服現有設備的技術陳舊狀態，促進新技術進步的方法之一，也是對設備生產能力的在擴大，提高設備質量的重要途徑之一。

三、.數控銑床機電一體化工程

隨著數控技術的應用，機械制造設備數控化趨勢越來越明顯，給傳統制造業帶來了革命性的變化，如今制造業已經成為工業化的象征。數控銑床機電一體化設計要突出以下特點。在數控銑床設計時，不能只依賴一種技術，要通過電子技術與機械技術有機的結合開展設計，還要對技術方案開展評估，使設計產品符合了機電一體化要求，并且在機械設備和電子元件匹配的情況下，選擇最優的技術方案。要實現數控銑床產品的性能，必須通過機械技術和電子技術的配合才能實現，這其中如何實現兩種技術相互補充、相互聯系是關鍵。如果只依靠電子元件或者機械裝置簡單的結合是無法完成的，必須考慮電子元件與機械裝置的控制，通過軟件和硬件相互結合，才能將多種技術統一并發揮協同效應。當然，在進行數控銑床產品設計時，還需要考慮產品成本、穩定性、加工精度、市場需求情況等要求。通常數控銑床機電一體化的設計要經過兩個階段，即開發設計階段和適應性設計階段。其中開發設計具有一定的難度，因為開發設計需要在沒有任何參照的情況下開發設計產品，同時產品要滿足性能要求，這就對設計人員的想象力、理論基礎及市場經驗提出了考驗。適應性設計，則是對已經設計出來的產品進行修改、加工，完善產品的功能和對進行局部改進，此外，還可以改變產品的外型尺寸、精度、速度等參數來增加產品性能比，使數控銑床產品的性能、功能符合設計要求。如今，計算機技術已經廣泛應用在各行各業，在進行數控銑床機電一體化設計也要充分利用計算機技術，借助計算機設計、分析、模擬、優化設計方案，來提高產品設計的效率及精度，同時降低產品研發費用。還有在設計產品時要充分考慮產品的用途、成本、性能等因素，使設計出的產品經濟實用、穩定性高、消耗少，以增強產品在市場的競爭力。

四、.數控銑床機電一體化設計探討

從機械技術和電子技術兩門專業的差異來看，兩者在設計方法上有很大的不同。由于沒有計算機輔助設計，以往傳統的機械設計通常是借鑒前人的經驗，并著重于形象思維的運用，所以很多工作都是在圖紙上完成的，并力求在圖紙設計階段不斷論證完善。電路的設計一般是建立在實驗的基礎上，從設計過程來看，因為連接線路的部件都規格化、標準化，而且在電路板上更換幾個部件比較容易，不象機械設計，對于改變其中的零部件不但時間長，而且浪費大。所以機械設計缺乏靈活性，而電路設計更注重的是邏輯思維。從以上機電之間設計上的差別來看，在科學技術日新月異的今天，數控銑床機電一體化產品的研制，用傳統方法的研發周期長、消耗大，已經是很難適應。所以在此探討數控銑床機電一體化設計方法具有有一定的意義。

1.物理模型方法

追根溯源，機械學、電子學都是建立在物理學的基礎上，而縱觀自然科學的發展的歷史，兩者之間的聯系更加緊密。電路理論研究是由早期的力學研究推動的，現在電子學的許多概念和理念都有模仿機械學的痕跡。如非常相似的MKB 機械振動系統和電子學方面的LCR 電路系統。另外熱傳導系統、旋轉運動系統、液壓系統等也都基本上能摸擬成LCR 電路系統，并且其狀態方程是一樣的。所以在進行機電一體化模型設計時，設計者可以根據這個相似原理將電子系統和機械系統都抽象成物理系統進行處理，這將使得對實體系統的分析變得簡單易行。然后結合狀態變量法抽象出數學模型，即狀態變量方程。并借助于計算機分析、計算、處理或直接控制。

2.系統尋優原則

數控銑床機電一體化設計的核心思想是如何將各種技術有機的融為一體。所以產品設計應從整體上研究把握。因為產品越復雜，穩定性越差，所以產品的結構和功能要力求以最簡單可行的手法實現復雜的功能。這就意味著要從系統角度優化，使機械與電子技術有機結合得恰到好處。因為機電系統是一門綜合學科，單一技術可能是很平常的，但多種這樣的技術的融合，可能得到協同效應，出現一加一大于二的結果。因此在系統總體設計開始的時候，系統總的功能指標實現途徑、保證方法的尋優是機電一體化設計的關鍵。

【結束語】數控銑床一體化技術的出現，改變整個數控技術的面貌。近年來，數控銑床技術發展迅速，在各領域、各行業應用廣泛，特別是在數控機床上的應用愈來愈多。我國在數控技術及數控裝備方面發展相對落后，而世界上各工業發達國家已將數控技術及數控裝備列為國家的戰略物資‘因此我國迫切需要加強數控專業人才培養，進一步完善數控銑床改造機電一體化設計，從而提高數控系統技術。

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