浅谈数控铣床改造机电一体化设计

孙翔宇

【摘要】数控铣床机电一体化技术和产品将是今后技术装备中非常重要的一部分，对关系国计民生的一些行业的发展起着越来越重要的作用，但是从目前来看，我国在数控装备领域系统研发与制造实力仍不是很强，相比发达国家差距很大。

【关键词】数控；铣床改造，机电一体化设计；

中图分类号：F407文献标识码： A

随着国家产业振兴计划的出台，装备制造业被国家纳入长远规划，装备制造业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态市场的适应能力和竞争能力。我们在前进的道路上依然存在诸多问题和困难，因此，我们应该利用这个契机，引进和吸收国外先进技术，推动我国数控系统产业、装备制造业的升级和有机统一。

一、数控铣床及机电一体化的概述

数控铣床是机电一体化高技术、高精度、高效率的产品，即一种自动加工设备，在普通铣床的基础上，集成了数字控制系统，可以在系统程序的控制下精确地进行铣削加工的机床。数控铣床通常由以下几个部分组成：主传动系统、数控系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等。机电一体化是技术密集型系统工程，通过将机械技术、信息技术、电工电子技术、微电子技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并将这种技术应用到实际设计中。当今的机电一体化技术正向着智能化、高性能、系统化以及轻量、微型化方向发展。

二、.改造的必要性

科学技术的不断发展，数控设备从研制、设计到成批生产的周期不断缩短。与此同时，电子元器件制造水平和计算机技术的不断提高，使得数控技术越来越精湛。数控技术的可靠性得到了大大的提高，而成本却大幅度的下降，这些都为数控设备的改造提供了有利的条件。对于现有的国有大型企业和部分私企所拥有的旧数控设备进行技术改造，是由数控设备的特点和数控技术不断向前发展而决定的。数控设备价值大、生产使用时间长，使用到一定时间，就会发生一定程度的磨损，其可维护性和可靠性就会降低，就需要进行改造。微型计算机技术的迅猛发展，使得新的数控技术和设备不断被创造出来，从而使得落后的技术装备势必会被取代。大部分的数控设备，其效率通常都可以通过技术改造得到提高和改进。 国外对于数控机床的改造有一个名词是“机床翻新”(Machine Refit)。在美国，机床改造业被称为是机床再生业；在日本，机床改造业被称为机床改装业。数控机床改造是指克服现有设备的技术陈旧状态，促进新技术进步的方法之一，也是对设备生产能力的在扩大，提高设备质量的重要途径之一。

三、.数控铣床机电一体化工程

随着数控技术的应用，机械制造设备数控化趋势越来越明显，给传统制造业带来了革命性的变化，如今制造业已经成为工业化的象征。数控铣床机电一体化设计要突出以下特点。在数控铣床设计时，不能只依赖一种技术，要通过电子技术与机械技术有机的结合开展设计，还要对技术方案开展评估，使设计产品符合了机电一体化要求，并且在机械设备和电子元件匹配的情况下，选择最优的技术方案。要实现数控铣床产品的性能，必须通过机械技术和电子技术的配合才能实现，这其中如何实现两种技术相互补充、相互联系是关键。如果只依靠电子元件或者机械装置简单的结合是无法完成的，必须考虑电子元件与机械装置的控制，通过软件和硬件相互结合，才能将多种技术统一并发挥协同效应。当然，在进行数控铣床产品设计时，还需要考虑产品成本、稳定性、加工精度、市场需求情况等要求。通常数控铣床机电一体化的设计要经过两个阶段，即开发设计阶段和适应性设计阶段。其中开发设计具有一定的难度，因为开发设计需要在没有任何参照的情况下开发设计产品，同时产品要满足性能要求，这就对设计人员的想象力、理论基础及市场经验提出了考验。适应性设计，则是对已经设计出来的产品进行修改、加工，完善产品的功能和对进行局部改进，此外，还可以改变产品的外型尺寸、精度、速度等参数来增加产品性能比，使数控铣床产品的性能、功能符合设计要求。如今，计算机技术已经广泛应用在各行各业，在进行数控铣床机电一体化设计也要充分利用计算机技术，借助计算机设计、分析、模拟、优化设计方案，来提高产品设计的效率及精度，同时降低产品研发费用。还有在设计产品时要充分考虑产品的用途、成本、性能等因素，使设计出的产品经济实用、稳定性高、消耗少，以增强产品在市场的竞争力。

四、.数控铣床机电一体化设计探讨

从机械技术和电子技术两门专业的差异来看，两者在设计方法上有很大的不同。由于没有计算机辅助设计，以往传统的机械设计通常是借鉴前人的经验，并着重于形象思维的运用，所以很多工作都是在图纸上完成的，并力求在图纸设计阶段不断论证完善。电路的设计一般是建立在实验的基础上，从设计过程来看，因为连接线路的部件都规格化、标准化，而且在电路板上更换几个部件比较容易，不象机械设计，对于改变其中的零部件不但时间长，而且浪费大。所以机械设计缺乏灵活性，而电路设计更注重的是逻辑思维。从以上机电之间设计上的差别来看，在科学技术日新月异的今天，数控铣床机电一体化产品的研制，用传统方法的研发周期长、消耗大，已经是很难适应。所以在此探讨数控铣床机电一体化设计方法具有有一定的意义。

1.物理模型方法

追根溯源，机械学、电子学都是建立在物理学的基础上，而纵观自然科学的发展的历史，两者之间的联系更加紧密。电路理论研究是由早期的力学研究推动的，现在电子学的许多概念和理念都有模仿机械学的痕迹。如非常相似的MKB 机械振动系统和电子学方面的LCR 电路系统。另外热传导系统、旋转运动系统、液压系统等也都基本上能摸拟成LCR 电路系统，并且其状态方程是一样的。所以在进行机电一体化模型设计时，设计者可以根据这个相似原理将电子系统和机械系统都抽象成物理系统进行处理，这将使得对实体系统的分析变得简单易行。然后结合状态变量法抽象出数学模型，即状态变量方程。并借助于计算机分析、计算、处理或直接控制。

2.系统寻优原则

数控铣床机电一体化设计的核心思想是如何将各种技术有机的融为一体。所以产品设计应从整体上研究把握。因为产品越复杂，稳定性越差，所以产品的结构和功能要力求以最简单可行的手法实现复杂的功能。这就意味着要从系统角度优化，使机械与电子技术有机结合得恰到好处。因为机电系统是一门综合学科，单一技术可能是很平常的，但多种这样的技术的融合，可能得到协同效应，出现一加一大于二的结果。因此在系统总体设计开始的时候，系统总的功能指标实现途径、保证方法的寻优是机电一体化设计的关键。

【结束语】数控铣床一体化技术的出现，改变整个数控技术的面貌。近年来，数控铣床技术发展迅速，在各领域、各行业应用广泛，特别是在数控机床上的应用愈来愈多。我国在数控技术及数控装备方面发展相对落后，而世界上各工业发达国家已将数控技术及数控装备列为国家的战略物资‘因此我国迫切需要加强数控专业人才培养，进一步完善数控铣床改造机电一体化设计，从而提高数控系统技术。

参考文献：

[1]余斌.浅谈机电一体化技术的应用及发展趋势[J].计算机科学，2010（2）.

[2]倪志博.关于机电一体化技术及其应用研究[J].中国社会科学，2009（5）.

[3]周延佑.我国机床数控系统的现状与机床数控化改造.

[4]孙玉华.德国机床数控化改造的实践与研究.制造业自动化.

[2]芦孝民. 浅析数控一体化技术的应用与发展[J]. 华章,2011,23:347.