机电一体化数控技术在机械制造中的应用

李雪林

[摘           要]  机电一体化数控技术属于独立性的交叉学科，其主要包括信息技术、计算机技术、微电子技术、机械技术等，通过此技术使用的机械制造领域具有一定的改善。目前，在制造行业中，都广泛使用机电一体化数控技术，机电一体化数控技术在机械制造中的使用备受重视。基于此，就机械制造中的机电一体化数控技术的使用进行分析。

[关    键   词]  机电一体化;数控技术;机械制造

[中图分类号]  TH16                   [文献标志码]  A                      [文章编号]  2096-0603（2019）05-0210-02

在现代信息技术中，计算机技术在多领域中被广泛使用，其中包括机械制造领域。目前，人们对商品性能的需求逐渐严格，抛弃了落后并且陈旧的机械制造技术。为了对此种情况进行改善，使机械产品生产对生产量及品种种类的需求进行满足，要求全新的制造技术替代传统机械制造技术。这个时候，才能够有效促进机电一体化数控技术的发展。受到国外机电一体化朝着网络化、智能化、微型化及绿色化模块方向发展的促进，机电一体化朝着机械制造领域的发展也具有更加辽阔的前景。

一、数控技术的发展

（一）高速高效化

效率、精度及速度属于机械制造技术的主要性能指标，因为使用高速CPU芯片、多CPU控制系统、RISC芯片和具有高分辨率的交流数字伺服系统，并且对机床特性、静态特性进行全面的改善，从而能够有效提高机床高速高效化。

（二）柔性化

此方面主要包括数控系统自身及群控系统的柔性，其中数控系统的设计使用模块化实现，其功能具有较大的覆盖面，也具有较强的可裁剪性，能够使不同用户需求得到满足。相同群控系统能够根据不同生产流程需求自动调整物料流及信息流，从而将群控系统的功能充分地发挥出来[1]。

（三）实时智能化

传统实时系统都是在简单理想环境中，其主要的作用就是实现任务的调度，从而保证能够在规定期限中实现任务。人工智能试图通过计算模型使人类各种智能行为得以实现，在科学技术不断发展的过程中，结合人工智能及实时系统，人工智能也朝着现实及实时响应方面发展，实时系统也朝着复杂及智能行为方面发展，所以出现了实时智能控制此領域。在数控技术领域中，实时智能控制研究与使用也朝着专家系统、自适应控制、神经网络控制、模糊控制等方面发展。比如，将系统自动设置、故障诊断专家系统、编程专家系统等设置到数控系统中，并且在高速加工综合运动控制过程中融入提前预测预算和动态前馈功能，在温度、压力、速度控制及位置等方式使用模糊控制，从而有效提高数控系统控制性能，以此实现最佳控制[2]。

（四）多轴化控制

为了满足市场经济发展需求，要求未来数控技术具备复合加工特点。数控技术此特点能够使生产过程中的损失得到降低，数控技术复合加工指的是产品要能够在一台机床中运行，也就是同个机床实现多道工序复合加工，此数控技术重点为机床旋转主轴控制数量及精度，现代世界中有大量优秀高精度多轴数控系统，比如西门子系统，不仅具有较高的精度，还具有大量的控制机床加工轴数量[3]。

二、机电一体化数控技术在机械制造中的使用

（一）在煤矿机械中的使用

我国属于资源大国，煤矿资源较为丰富，其在能源开发过程中占据重要的地位。但是如何使煤矿资源开发效率得到提高，降低成本，为现代煤矿资源开发的主要目标。要想促进煤机企业的发展，在现代竞争越来越激烈的环境中使自身的工业水平得到提高，就要和现代技术相互结合。煤矿开发对大设备收集是非常不利的，对原本开发设备，比如机床等，其工作效率比较低，对资金投入因素进行全面的考虑，能够在煤机企业开采过程中使用数控技术，通过原本设备和计算机技术相互结合，改进相应的设备性能，使技术性能得到进一步的提高，从而提高开采工艺。在煤矿企业中使用数控技术，能够节约购买全新设备的费用和成本，使投入成本得到降低，还能够改进原本的设备，使工作质量及效率得到提高，从而使煤矿企业开发效率得到提高[4]。

（二）在工业生产中的使用

数控技术在工业生产过程中的使用主要为造纸印刷、食品加工等工业生产线中，或者应用到农药加工及金属冶金中。在生产线中使用数控技术能够降低生产劳动人员的劳动强度，并且提高生产线工作效率。在高危环境中实现工业生产，数控技术能够代替部分危险操作，从而提供给工作人员安全保障，还需要保证顺利开展。数控技术实际操作就是人为和此产品生产相应程序在计算机中输入，利用自动控制进行生产操作。但是操纵并不表示使自己的生产人员双手得到完全的解放，他们的责任就是对数控操作进行监督，完成驱动单元输送指令，并且对运行进行实时的检测，在出现问题的时候要停止生产，并且对其进行维护[5]。

（三）在汽车工业中的使用

在人民生活水平不断提高的过程中，交通越来越便捷，汽车成为人们的主要代步工具，汽车需求量在不断增加，促进了汽车行业的持续发展。汽车制造商为了使汽车数量需求得到满足，对汽车生产质量开始重视。但是在汽车性能需求不断提升的过程中，汽车零部件生产复杂程度及难度在不断的扩大。在汽车行业中使用数控技术，能够使复杂工件实际生产需求得到提高，并且能够有效实现多品种高速柔性生产线的规模发展。使用数控技术不仅能够增加汽车生产数量，还能够为产品更新提供快速制造的可能性。另外，柔性控制、虚拟制造、集成制造等数控技术都能够应用到汽车行业中，基于高效及经济生产零部件，促进汽车行业的持续发展[6]

（四）在航空工业中的使用

航空工业属于我国的重点关注工业，因为其较为特殊，并且具有较高的技术含量，每个零件都要求通过特殊加工。因为航空工业材料具备柔性适当、低密度的特点，从而使航空工业对材料加工需求得到满足。一般使用的材质包括铝合金、铝等，此材料虽然普通，但是通过数控技术使用处理能够满足优秀柔性及高精度的需求，能够在航空中使用。数控技术和传统制造技术相比，具有较快的材料切割速度，使切割工艺精细程度得到提高，还能够节约能源及资源[7]。

三、机电一体化数控技术的使用实例

利用末端执行器作为铣刀机器人实现叶轮零件的加工，表示能够实现复杂零件数控加工流程。

（一）机器人切削组件

切削加工组件主要包括主轴变频器、数控主轴、辅助加工、主轴转接头等，在切削加工过程中的重点为数控主轴后，一般数控主轴包括风冷及水冷两种数控主轴，水冷数控主轴利用循环水实现主轴冷却，风冷数控主轴利用风扇实现冷却。机器人载荷为6 kg，此系统使用水冷数控主轴加工。利用变频器对工作频率及输出电压等进行调整，能够实现0～24000 rpm无极调速，具有低噪声、高速率、低温升及低振动的主要特点。使高速数控主轴利用转接头在工业机器人末端执行器中固定，实现加工刀具的安装，连接数控主轴及驱动电源，利用数控加工旋转台，便于泡沫固定及加工，创建完善机器人切削加工系统[8]。

（二）数控加工轨迹规则

图1为数控多轴加工零件，其中的叶轮属于数控多轴加工典型零件，还是发动机主要零件，使用普通三轴加工工艺无法实现加工，尤其是对扭曲叶片来说，只能够利用多轴机床加工，对叶片质量进行保证。现代五轴加工能够加工涡轮叶片，但是具有较高的成本。工业机器人中具备六个自由度，其在理论上能够加工涡轮叶片。使用专用代码转换软件使五轴加工轨迹朝着机器人识别代码进行转变，加工涡轮叶片。

UG数控编程，根据UG数控编程实现加工坐标系、加工刀具、加工几何体的创建。在实现加工之后，导出导轨并且保存，从而为后续机器人的加工打下基础[9]。

（三）实现机器人加工仿真

通过UG模块规划加工轨迹，利用UG功能赋予不同关节运动特性，在不同关节中创建驱动关系，实现运动仿真模型的创建，以此能够得到运动参数。利用分析机器人运动仿真模型的动力学及运动学，对加工轨迹合理性进行验证，并且通过图形实现各关节加速度、扭转角及力变化的输出，不仅能够优化机器人加工实时监控，还能够优化加工轨迹。图2为机器人的三维模型，之后利用多种约束限制构建的运动，降低系统自由度，约束系统，在机器人底座中添加固定运动副[10]。

四、结语

机械制造技术不仅能够衡量国家科技发展水平，还是国际科技竞争的重要内容。通过相应的时间表示，数控技术被广泛应用到机械制造业，降低人力，使机械制造效率得到提高，还能够满足机械制造业中不同产品的精度需求，为现代继续发展应用中的主要技术，从而使其在现代如此激烈的竞争中不断发展，促进我国机械制造产品提高生产质量及技术性，提高整体技术含量，使其满足国际工业化技术标准，促进国家机械指导行业国家化发展。

参考文献：

[1]张海波.机电一体化数控技术在煤矿机械中的应用研究[J].工程技术（文摘版）：257.

[2]雷一腾.机电一体化数控技术在机械制造中的应用[J].通讯世界，2015（23）：265.

[3]付克祥.机电一体化数控技术在煤矿机械中的应用探讨[J].山东工业技术，2017（1）：205.

[4]张新军.机械制造中机电一体化数控技术的运用[J].速读（旬刊），2017（2）.

[5]滑雪燕.机电一体化数控技术在机械制造中的应用[J].时代农机，2017，44（4）：25-26.

[6]刘果，万江云，李志武.数控技术在机械制造中的应用[J].科技创新与应用，2018（21）.

[7]张俊权.数控机床在机械制造业中的应用研究[J].科技创新与应用，2013（30）：7.

[8]丁国栋.机电一体化数控技术在煤礦机电机械中的应用分析[J].山西能源学院学报，2017，30（1）：27-29.

[9]袁延明.机电一体化技术在煤矿机械中的应用探讨[J].经济技术协作信息，2017（15）：79.

[10]张宁辉.数控技术在机械加工中的应用与发展的前景[J].工程技术（文摘版），2017，4（35）：256.

编辑 马燕萍