论数控加工智能控制系统的研制

张生林

摘 要：计算机技术的发展给传统制造加工业带来了根本性改革，从而进入了现代制造技术时代。当前，数控技术成为制造加工业的关键技术，世界上许多国家投入巨资对现代制造加工技术进行研发，以改革传统的制造加工模式。现代制造系统采用了高精度、高效率、高响应、高智能、高自动化等特征的数控技术。数控技术集成微电子、计算机、信息网络化、自动加工检测、自动控制等高新技术，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。

关键词：数控加工；智能控制；控制系统

引言

智能化的数控系统应该集成三维图形模拟软件，能够对加工过程进行在线和离线实时仿真。可自由选择常见的刀具类型，刀具形状尺寸参数化，主动进行刀具和工件之间的干涉检查。支持各种基本加工工艺的模拟，可以设置工件剖视图，工件内部剖视120度，能够非常直观地看内空的切削效果，避免了实际加工中看不到内部的缺陷，真正实现了材料去除过程一目了然。

1数控加工概述

数控加工是指，由控制系统发出指令使刀具作符合要求的各种运动，以数字和字母形式表示工件的形状和尺寸等技术要求和加工工艺要求进行的加工。它泛指在数控机床上进行零件加工的工艺过程。

数控机床是一种用计算机来控制的机床，用来控制机床的计算机，不管是专用计算机、还是通用计算机都统称为数控系統。数控机床的运动和辅助动作均受控于数控系统发出的指令。而数控系统的指令是由程序员根据工件的材质、加工要求、机床的特性和系统所规定的指令格式编制的。数控系统根据程序指令向伺服装置和其它功能部件发出运行或终断信息来控制机床的各种运动。当零件的加工程序结束时，机床便会自动停止。任何一种数控机床，在其数控系统中若没有输入程序指令，数控机床就不能工作。

2数控基本原理

在进行数控加工之前，要预先编制加工程序清单：（1）确定工件的加工工序及加工所用刀具和切削速度；（2）确定工件的轮廓衔接点；（3）确定起刀和收刀的位置以及坐标原点的位置。按规定的语句格式写出数控指令集，将指令集输入到数控装置里进行处理，通过驱动电路把信号放大，驱动伺服电机输出角位移及角速度，又通过执行不见转换成工作台的直线位移以实现进给。另外，数控装置还要通过PLC控制强电部件以进行一些辅助性工作，如：照明、冷却等。

3数控技术的发展趋势

3.1 性能发展

数控技术的发展使得世界工业进程不断加快，因此，速度、精度和效率成为评价机械制造技术的指标。汽车行业、军工行业、科研行业等许多行业都结合了数控技术，不同行业的应用和重视使得对数控技术的效率速度和精度的要求越来越高。目前大多数数控技术采用芯片控制系统和带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，使得机床的动态静态性能得到了很大的提高，极大地加快了生产速度和效率。2l 世纪的数控装备将会更加追求加工的质量和加工效率，将会具有一定的智能化。智能化主要体现在加工模式的自动化，利用网络化，赋予程序一定的自适应性，从而能够更好地解放人力，得到效率的最大化，与此同时，更加智能化的人机界面，也使得制造业不那么枯燥而带有一定的人文关怀。

3.2 功能发展方向

数控技术的发展将越来越功能化，对不同用户的接待和要求将会处理的更加精确和完善，出错率更少。用户界面所谓使用者与数控系统之间的对话接口，是计算机软件研制中最困难的部分之一，当前多媒体技术的发展对用户界面的要求越来越高，目前应用的图形界面极大方便了人们的应用，通过简单的图标操作和模拟，能够更加高效地操作设备和仪器。

3.3 体系结构的发展

利用高度集成电路提高了数控系统的集成度和软硬件运行速度。在提高显示器性能方面应用了 FPD 平板显示技术。平板显示器不仅体积小、功耗低、便于携带，其科技含量足以用于操作，并且平板显示器还可实现超大尺寸显示，制作方面，原料丰富，是近几年显示技术的主流。

4数控加工智能控制系统——数控加工中心自动换刀技术

随着经济的发展和科技的进步，数控加工技术获得了长足的进步和广泛的应用。以数控加工中心自动换刀技术为例，对数控加工和加工中心自动换刀功能进行概述。

4.1自动换刀系统概述

数控加工作为一种利用数控机床进行零件加工的工艺方法，从总体上与传统机床加工工艺规程是一致的，但是也存在着明显的变化。 利用数字信息进行零件控制和刀具位移可以解决零件的种类多、数量少、结构复杂以及精确度高的问题，是实现数控自动化加工和数控加工高效化的有效途径。在数控加工技术中，自动换刀功能是数控加工中心的基本功能之一。自动换刀系统是加工中心的关键功能部件，其可靠性水平直接影响加工中心整机的可靠性。目前，数控加工中心大量使用的换刀方式是通过使用刀库实现的。 独立的刀库不仅可以增加刀具的储蓄数量，扩大机床的功能，还可以减少影响加工精确度的各种因素。 数控加工中心经常使用的刀库种类有链式刀库和盘式刀库，按照刀库换刀过程中是否有机械手参与，可以将刀库换刀的方式分为机械手换刀和无机械手换刀。数控加工自动换刀系统的核心部分是可编辑逻辑控制器（PLC）。 PLC以及单片机在国内被广泛的引用， 这两种控制器各自具有优缺点，PLC 的控制程序编写复杂 ，而单片机控制电路的搭建比较复杂。

4.2自动换刀系统的结构组成

数控加工中心自动换刀系统的结构复杂。不同类型的加工中心，同类而不同厂家生产的加工中心，其自动换刀系统的结构均可能不同。

4.2.1自动换刀气动控制系统

自动换刀气动控制系统的主要控制内容为：刀库刀具倒刀和回刀控制；主轴吹气控制。该系统的特点为：气源容易获得、反应速度快、动作迅速、维护方便、管路不易堵塞、不易发生过载，还可以用于降温。工作压力较低，空气压缩比大，故输出功率低。

4.2.2自动换刀液压控制系统

液压系统工作平稳可靠、易于调节、传动介质为高压力的油性介质，因此适合大功率输出的系统。加工中心换刀控制液压系统主要用于实现主轴退刀控制，亦可也用于机械手的换刀控制。

4.2.3自动换刀电气控制系统

自动换刀电气控制系统与上述各个系统配合，主要实现的控制内容有：（1）换刀机械手电动机控制；（2）刀库电动机正反转控制；（3）主轴退刀控制；（4）刀库倒刀控制；（5）刀库回刀控制；（6）主轴吹气控制；（7）主轴准停控制。

相关控制信号：主要输入信号：（1）主轴刀具夹紧确认信号；（2）主轴刀具松开确认信号；（3）刀库倒刀确认信号；（4）刀库回刀确认信号；（5）刀库计数及定位信号；（6）刀库原点确认信号；（7）换刀机械手扣刀确认信号；（8）换刀机械手原点确认信号；（9）换刀机械手电机停止控制信号；（10）换刀机械手电机和刀库电机保护开关信号。

结语

随着计算机技术和数控系统的不断发展，数控系统的单机智能化和网络智能化已成为数控机床研究的重要领域。由于人工成本越来越贵，机器手等辅助设备的出现陆续替代了人工，这时就对数控设备的兼容性和协调性提出了更高的要求。智能化的数控机床将变得越来越“聪明”和人性化，从而开创智能数控技术的新篇章。

参考文献

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