探析数控系统与现代机械工程技术之间存在的关系

探析数控系统与现代机械工程技术之间存在的关系

刘凤莲

摘要:数控技术是一门集计算机技术、自动化控制技术、测量技术、现代机械制造技术、微电子技术、信息处理技术等多学科交叉的综合技术,是近年来应用领域中发展十分迅速的一项综合性的高新技术。它是为适应高精度、高速度、复杂零件的加工而出现的,是实现自动化、数字化、柔性化、信息化、集成化、网络化的基础，是现代机床装备的灵魂和核心，有着广泛的应用领域和广阔的应用前景。

关键词:数控技术;数控系统;技术

引言

随着计算机技术的高速发展，现代制造技术不断推陈出新。在现代制造系统中，数控技术集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，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。本文对国内外数控技术的发展概况，以及PLC在数控技术中的应用等方面进行了阐述。

1数控技术的发展趋势

从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看,其主要研究热点有以下几个方面:

1.1性能发展方向

速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统,同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm,精密级加工中心则从3-5um，提高到1-1.5um，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01um)。在可靠性方面，国外数控装置的MTBF值已达6000h以上,伺服系统的MTBF值达到30000h以上，表现出非常高的可靠性。为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。

1.2功能发展方向

用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同,因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前Internet、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。

1.3体系结构的发展

采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片,可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。应用FPD平板显示技术，可提高显示器性能。平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大尺寸显示，成为和CRT抗衡的新兴显示技术，是21世纪显示技术的主流。应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融为一体。通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格，改进性能,减小组件尺寸，提高系统的可靠性。

2数控系统中的PLC

CPU模块是PLC的核心，由CPU和存储器两部分组成。大多数中小型PLC采用8位或16位的微处理器作为CPU，采用单片机作控制器。PLC中的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。其中系统程序存储器用于存放监控程序、命令解释程序、故障自诊断程序、键盘输入处理程序、功能子程序及其调用管理程序。用户程序存储器主要用来存放通过编程器输入的用户程序。PLC分为两类，一类是内装型PLC，是指PLC内含在CNC装置内，从属于CNC装置，并与CNC装置集于一体，与所属的CNC装置间的信号均在PLC内部进行，一般不单独配I/O接口，而是通过CNC本身的I/O接口完成输入输出功能。二类是独立型PLC,具有完备的硬、软件，能独立完成CNC系统所要求的任务，与内装型不同的是CNC均有自己的I/O接口整体，易于扩展其功能。

3车床数控系统中PLG的设计

车床的操作过程比较复杂,而PLC一般只适用于动作的顺序控制。要将PLC用于控制车床动作，必须解决三个问题:产生驱动伺服机构的信号及X、Z向动作的协调;改变进给系统速度;车螺纹实现内联系传动及螺纹导程的变化。将PLC及其控制模块和相应的执行元件组合，这些问题是可以解决的。

3.1数控系统的控制原理

普通车床数控化改造工作就是将刀架、X、Z向进给改为数字控制。根据改造特点，伺服元件采用步进电机，实行开环控制系统就能满足要求。Z向脉冲当量取0.01mm，X向脉冲当量取0.005mm,选用晶体管输出型的PLC,驱动步进电机脉冲信号由编程产生，通过程序产生不同频率脉冲实现变速，X、Z向动作可通过输入手动操作或程序自动控制。车螺纹的脉冲信号由主轴脉冲发生器产生，通过与门电路接入PLC输入端，经PLC程序变频得到所需导程的脉冲。刀架转位，车刀进、退可由手动或自动程序控制。

3.2 PLC输入、输出(I/O)点数确定

所设计的车床操作为:起点总停、Z、X向快进、工进、快退;刀架正、反转;手动、自动、单步、车螺纹转换。因此,输入需14点，输出需9点。

3.3煤矿机械中的应用

煤矿机械设备更新速度快且种类繁多。在数控技术应用到煤矿机械中之前，煤矿下料这一过程的成本较高，主要是由技术和机械外壳焊接的限制等原因造成的。此外，小批量的生产规模加大了生产时间和投入成本，使这两者之间的关系变得十分复杂。自从数控技术在煤矿机械中得到应用以后，以上所谈到的情况得到了很大的改善。不仅能对煤矿下料进行控制，实现自动化，同时还能帮助工作人员对加工中的余量进行准确控制。

3.4数控技术在航天工业中的应用

对于航天工业而高，其所使用的零部件机械要比一般的机械制造水平高，然而传统的机械制造技术已经很难满意其现有的发展需要，对此数控技术的出现恰恰解决了这一问题，针对每个深度加工的材料都能达到质量要求，一定程度上还节约了成本，利于资源的合理使用。

4数控技术的发展

数控技术从诞生到现在已走过了50多年的发展路程，由诞生之初的封闭式数控系统发展到当今的计算机数控系统传统的计算机数控系统，因为是采用封闭的结构构造，它的通用性、软件互换性、功能更新和维修都比较复杂，具有很大的局限性，而当今先进的计算机数控系统的发展，已渐渐取代了旧式的计算机数控系统开放式计算机数控系统，应用软件模块化的体系结构，体现出了卓越的性能，能在不同的计算机软件平台下使用，操作和维护都更加便捷快速，更换软件也更加简单化，具有很高的性价比，已成为当今数控系统发展的方向。

5结束语

综上所述，数控技术在机械制造中的广泛使用一定程度上推动了机械制造业的发展，并提高了整体运行效率及质量。由此可以看出，数控技术的发展还存在很大的发展空间，它已经成为我国生产体系的重要组成部分之一，不仅仅只是单纯地应用于机械生产制造过程中，还将运用到多个领域，推动着我国国民经济的建设发展。

参考文献

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