数控技术在数控铣床中的应用

李双晶

（宁夏工业职业学院，银川 750000）

现阶段，数控技术在数控铣床中的应用越来越广泛，促使数控铣床的机械加工制造更加趋向信息化、现代化、一体化以及机械化。它能在保证机械加工制造效率与质量的同时，大幅度降低人工成本，提升机械效率和企业经济效益，备受广大机械加工制造企业的青睐。

1 我国数控技术与数控铣床发展现状分析

当前，我国的数控技术与数控铣床发展迅速。数控技术的广泛运用及互联网技术、计算机技术的普及，能够帮助机械加工制造业快速传达加工工作的要求与指令，确保机械加工制造对加工产品的质量把关，强化机械加工制造业的技术研究氛围。数控技术是机械加工制造技术发展和管理的关键，因此参与机械加工制造与数控铣床行业的相关人员需要加强数控技术应用具体内容与专业知识的学习和实践。此外，机械加工制造行业的管理者在加强数控技术应用质量和效率的同时，应分析数控技术应用的核心内涵与要求，营造良好的数控技术应用氛围。

2 数控铣床的组成及工作流程

2.1 数控铣床的基本组成

图1为数控铣床的基本组成，主要包括计算机数控系统、伺服系统与驱动装置、测量反馈系统、控制装置与输入输出装置、可编程逻辑控制器与CPU 控制操作系统以及数控铣床功能主体等。

2.1.1 计算机数控系统

计算机数控系统即数控铣床相对应的CNC 装置，包含数控铣床的计算机系统、位置控制系统及检测反馈装置、PLC 接口及其装置系统、系统通信接口板、扩展功能模块以及各部件相应控制命令软件等数控系统模块。它主要通过输入的零件加工程序或是特定的操作命令进行分析与处理，随即输出控制命令并执行[1]。

图1 数控铣床的基本组成

2.1.2 伺服系统与驱动装置和测量反馈系统

数控铣床的伺服系统与驱动装置组成了它的主轴伺服装置、主轴电动机以及进给伺服驱动装置等，实现了数控铣床的运行。测量反馈装置及其系统则包含了位置与速度测量装置，能很好地完成主轴、进给速度闭环控制任务。此外，主轴电动机与主轴伺服装置通过各种指令控制实现工件的加工和切削工作。控制量主要为速度和位置。进给伺服系统可以灵敏并准确地获取数控系统传达的速度和位置指令，进而执行机械加工制造的成型工序。

2.1.3 控制装置与输入输出装置

数控铣床的控制装置不仅可以进行工件加工程序的记录分析，还可以加强人机联系。数控铣床的输入输出装置是与外界进行信息交互的关键系统。数控系统与外部设备的联系可以自行准确地记录控制装置中的零件加工程序，然后将其输入数控系统。当下最常用且最广泛的输入输出设备与控制装置为磁盘与磁盘驱动器。此外，数控铣床还可以利用最新的通信方式，融入计算机辅助设计，加之柔性制造系统与计算机集成制造系统，实现与外部设备的通信[2]。

2.1.4 可编程逻辑控制器与CPU 控制操作

数控铣床中数控系统的可编程逻辑控制器与CPU 控制操作通常用于执行计算机的逻辑运算和顺序动作I/O 控制。数控铣床上的I/O 控制电路及其装置系统具有继电器、电磁阀以及行程开关等电气设备之外的逻辑电路，可以与整体电气控制设备系统组合使用，接收数控系统的各种命令并进行转码，编译成相对应程序的控制信号，从而辅助数控铣床部件完成相应的操作。

2.1.5 数控铣床功能主体

数控铣床的各个功能主体构成了数控机床系统，是数控系统的主要控制目标。数控系统下达的指令由它们进行执行，进而实现机械加工制造工作。数控铣床主运动部件由主轴和主运动传动机构构成，以保障工件的加工轨迹与稳定性。进给传动部件主要由工作台、拖板及主运动部件附属的传动机构组成，具有辅助和传动功能。数控铣床主体框架由立柱、结构框架以及床身等支撑部件构成[3]。

2.2 数控铣床与数控系统运行流程

数控铣床进入工作状态后，会先行将加工程序中各个工序与步骤及工件与零件之间的相对位移转化为数字化代码，随后根据加工工艺顺序形成数字控制程序即NC 程序，再通过控制介质或是人工输入的方式进行NC 程序的输入，进而完成数控铣床的程序输入、数控铣床状态分析、刀具等状况的分析处理与计算，最后经由数控系统与计算机系统发出控制指令，使得数控铣床伺服系统、主运动系统等执行机械加工制造工作。图2 为数控铣床机械加工制造中数控系统的数据转化。

图2 数控铣床机械加工制造中数控系统的数据转化

2.2.1 转译编码

数控系统执行转译编码程序时会将所有信息转化为通用美国信息交换标准代码（American Standard Code for Information Interchange，ASCII）进行表达，再以若干程序段为单位段进行刀补处理工序数据格式转化，主要有加工部件、零件相应三相坐标轴及其数值、进给速度、主轴转速以及使用刀具代号等。

2.2.2 刀补处理工序

导入、输入的工件加工程序按照工件轮廓进行绘制。数控铣床通过刀具的位移变化切削出形状，其中的主要依据为刀具的中心轨迹。因此，在接到工件加工程序后，相关工作人员需要立即转工件加工轮廓为刀具中心轨迹，否则将会出现货不对版的情况。需要说明的是，数控铣床的刀补处理是转换图纸程序的工作。

2.2.3 插补处理

数控铣床会按照规定的插补周期进行插补处理。根据数控系统得到的进给速度与工件加工程序的轮廓，计算各个进给轴所需的位移指令，并在此指令传达到数控铣床的伺服系统后才能完成刀具的切削和磨铣成型工作。

2.2.4 可编程逻辑控制器控制

数控铣床数控系统中的可编程逻辑控制器可以顺序控制所有动作指令，并以数控系统与数控铣床各功能部件的电气设备、行程开关、传感器以及继电器等一系列信号状态为基础，遵循加工工件程序设定的逻辑顺序，实行类似主轴的运动与转向、刀具更换、工件更换、冷却与润滑系统等。

3 数控技术在数控铣床的应用探究

3.1 加强数控铣床数控技术的研究与开发

数控铣床加工广泛运用数控技术进行控制与处理操作。在了解数控铣床的结构、运转流程、原理及数控技术后可知，想要提升我国机械加工制造水平和数控铣床加工效率、便利性及经济效益，需加强数控技术的研究与开发。它将直接影响到数控铣床的运行状态与加工质量。

3.1.1 强电关断程序软件

强电关断程序软件在其他机械设备中常有提及，但在数控铣床数控技术中刚刚兴起，如今已成为数控技术软件开发中的关键一项，是其他数控程序的基础与安全保障。因此，必须保证它在数控铣床数控系统中的优越性，称为强电关断优先原则。图3 为实际铣床软件设计案例，一旦控制电路中检测到强电关断信号，都会搁置其他控制信号使得系统处于强电关断状态，除非人为二次开启，否则不会接通中间继电器，实现了自锁的任务状态。图3 中，检测到控制信号X02=1 时，则自动强电关断继电器M100。这个强电关断程序可以有效保障数控铣床运行的稳定性和安全性，还可以确保数控铣床的高精度。

图3 实际铣床软件设计案例

3.1.2 动作顺序连锁控制程序软件

数控铣床的工作程序拥有纪律性极高的顺序要求，一旦出现任何顺序上的差错，都会造成不可预估的后果，不仅影响工件加工质量和企业的经济效益，更有甚者会引发安全事故。因此，数控铣床与数控技术必须确保铣床动作顺序处在加工程序设定的正常运行工序。动作顺序连锁控制程序软件不仅可以实现这一目的，还能利用顺序连锁控制程序确保其万无一失。在数控铣床工作中，将前一个加工工序的常开点串联于下一个加工工序的启动回路中，再将后一个加工工序的常闭点串联到前一个加工工序的关断电路中，以确保数控铣床加工工件时只有前一个加工工序完成后才会启动后一个加工工序，从而确保不会产生顺序混乱的情况，同时提升数控铣床效率，降低人力资源的投入，提升企业的经济效益。

3.2 全面提升相关操作人员的综合素质水平

数控铣床需要相关操作人员的参与进行机械加工制造，因此要想促进我国机械加工数控铣床行业的发展，第一要务为全面提升相关操作人员的综合素质水平。企业应当定期组织交流会、专家讲座等基础专业知识层面的活动，筛选相关操作人员进行针对性的知识理论培养。高职院校承担着我国超过一半的实用型人才的培养。学生的专业水平固然重要，但应在培养学生理论知识的同时提高其实践操作训练水平，如开展动手实践实训、机械加工制造实训以及数控铣床实操实训等。行业内还应该设立一套符合自身发展状况的人才激励体系，促进操作人员不断进步，迸发出更多的创新动力，达到全面提升人员综合素质水平的目的。

3.3 科学管理刀具使用

刀具不仅是数控铣床的最基础功能部件，还是加工工件的成型手段。刀具的使用对数控铣床的加工精度、稳定性及加工效率有很大影响。此外，刀具的选择要考虑耐磨属性、强度以及刚性。在长时间加工、磨铣或是材料硬度过大的情况下，需科学并正确地选择刀具，减少因刀具磨损或是崩裂造成的加工工件质量不达标的情况。大部分数控铣床加工处在高温和高压的环境下，而长时间的机械加工非常考验刀具本身的质量与精度。因此，需根据实际情况进行刀具的更换。工件材料表面粗加工工序可以使用刚性较高、精度稍差的刀具完成初步的轮廓加工，降低余量。后续的精加工阶段则必须选用精度高、耐磨性能好的刀具，以保证加工工件的质量及效率，减少返工情况，提升企业的经济效益。

3.4 确保人才补充

如今机械加工行业面临着人才流失和无法得到高技术水平人才补充的严峻挑战。因此，我国高校应加强校企之间的合作，增进学生与实业的对接，为机械加工制造业不断输送新鲜的血液。机械加工企业的技术人才可以负责更多的实践教学，让学生更快地从理论知识学习过渡到实践活动，全面提升学生的数控技术实践水平，为我国数控技术行业提供人才。

4 结语

在科技迅速发展的大环境下，机械加工制造企业要想在行业内站稳脚跟，占据更多的市场份额，务必要把握好时代发展的潮流及风向，尽最大可能降低任何不利因素给机械加工与数控铣床质量控制带来的影响。机械制造企业要重视数控技术发展，加强校企融合，并根据自身切实情况优化方案，增进数控技术的应用水平，努力缩短我国数控技术应用与国外先进水平的差距，从而为我国机械加工制造水平作出积极贡献。