工控機(jī)床數(shù)控銑床機(jī)器人的硬件系統(tǒng)研究

　　數(shù)控銑床憑借其功能多樣化、精度穩(wěn)定和性能卓越等優(yōu)點(diǎn)，得到市場(chǎng)的廣泛認(rèn)同。在目前的時(shí)代背景和加工環(huán)境下，數(shù)控銑床工廠面臨提升效率的巨大壓力，發(fā)展數(shù)控銑床機(jī)器人則是解決這一難題的最好方法——利用自動(dòng)化來實(shí)現(xiàn)高效率、短時(shí)間和低成本的加工生產(chǎn)。

1 數(shù)控銑床機(jī)器人硬件系統(tǒng)完善的必要性

　　1.1 有利于工控機(jī)床數(shù)控銑床的穩(wěn)定性

　　對(duì)于數(shù)控銑床而言，其在生產(chǎn)運(yùn)作過程中所涉及到的立柱、床身等基礎(chǔ)性的構(gòu)建均為堅(jiān)固且質(zhì)量較大的構(gòu)建，并非完全由焊接組成。在數(shù)控銑床機(jī)器人硬件系統(tǒng)完善后，可以提高其性能和耐用性，避免用一段時(shí)間就需要修理的情況。但需要注意的是，由于受原有數(shù)控銑床硬件系統(tǒng)的限制，在系統(tǒng)優(yōu)化方面不宜做過多的改造。

　　1.2 有利于投資額的縮減

　　在數(shù)控銑床損壞后，相對(duì)于換一臺(tái)新的數(shù)控銑床而言，對(duì)數(shù)控銑床機(jī)器人進(jìn)行數(shù)控改造費(fèi)用占換新費(fèi)用的 70%左右，尤其對(duì)特殊性較高的數(shù)控銑床或大型數(shù)控銑床，這種投資額的節(jié)省效果將更為明顯，只會(huì)用到換新費(fèi)用的 30%左右。但也存在一些特殊情況，例如托盤自動(dòng)交換或是高速主軸，其安裝和制造的經(jīng)費(fèi)較多，通常會(huì)將成本提升到 2.5 倍左右，相對(duì)于換新而言，數(shù)控銑床機(jī)器人硬件系統(tǒng)的完善也能夠節(jié)省約 50%的費(fèi)用。

2 數(shù)控銑床硬件系統(tǒng)工作原理

　　工控機(jī)床數(shù)控銑床的工作原理是在加工零件前，應(yīng)注意了解被加工零件要求的工藝參數(shù)，并制訂好詳細(xì)的加工方案；同時(shí)按照工藝規(guī)程將數(shù)控銑床機(jī)器人的數(shù)控系統(tǒng)加以編輯，使其程序適應(yīng)于加工要求。換言之，被加工零件的工藝要求應(yīng)被數(shù)據(jù)化，以便于程度的改動(dòng)和讀寫，方便操作人員按照相應(yīng)要求對(duì)數(shù)控銑床機(jī)器人實(shí)施格式編寫和代碼錄入，將程序編輯得適合加工要求，同時(shí)讓數(shù)控系統(tǒng)能夠更好地了解和翻譯程序。再通過恰當(dāng)方式將程度輸入，繼而可開啟加工程序。在運(yùn)行數(shù)控程序的過程中，數(shù)控裝置會(huì)按照加工程序內(nèi)容將指令發(fā)送出去，比如主軸電機(jī)的啟動(dòng)過程，首先應(yīng)將冷卻液打開，再計(jì)算刀具軌跡相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)利用對(duì)特殊執(zhí)行單位的數(shù)字脈沖發(fā)送來控制器運(yùn)行速度。在沒有特殊情況的背景下，程序能夠一直運(yùn)行至結(jié)束，達(dá)到對(duì)零部件的一次性加工的目的。具體而言，這個(gè)步驟可分為6 個(gè)階段：①在切削參數(shù)、輔助動(dòng)作順序、刀具運(yùn)動(dòng)軌跡和被加工零件的工藝過程中，用到的被加工零件的技術(shù)、材料、尺寸和形狀等參數(shù)，需要按要求合理設(shè)定；②對(duì)零件加工程序單進(jìn)行程序格式和代碼的編寫；③按照設(shè)定好的程序代碼進(jìn)行編輯控制；④在數(shù)控裝置中輸入加工程序；⑤在啟動(dòng)工控機(jī)床數(shù)控銑床機(jī)器人后，數(shù)控裝置按照原先輸入的信息實(shí)施一系列控制處理和運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果發(fā)送至數(shù)控銑床機(jī)器人的伺服系統(tǒng)（以脈沖形式）；⑥通過伺服系統(tǒng)對(duì)數(shù)控銑床機(jī)器人運(yùn)動(dòng)部件實(shí)施驅(qū)動(dòng)，讓數(shù)控銑床機(jī)器人按照原本設(shè)定的程度運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到加工零件的效果。

3 硬件系統(tǒng)的介紹和選擇

　　3.1 硬件系統(tǒng)的介紹

　　硬件系統(tǒng)的種類主要有閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)、開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)和半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)等。

　　3.1.1 閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)

　　閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)主要是指直流電機(jī)拖動(dòng)或異步電機(jī)拖動(dòng)，光柵測(cè)量反饋的系統(tǒng)。

　　3.1.2 開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)

　　開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)能夠滿足絕大多數(shù)數(shù)控銑床的運(yùn)作要求，且系統(tǒng)研究費(fèi)用相對(duì)較低。對(duì)于這類系統(tǒng)而言，其伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要在于電液脈沖馬達(dá)、功率步進(jìn)電機(jī)和普通步進(jìn)電機(jī)等。在操作方面，首先數(shù)控系統(tǒng)會(huì)發(fā)出進(jìn)給指令脈沖，脈沖在經(jīng)過功率放大和驅(qū)動(dòng)電路控制之后，能夠讓步進(jìn)電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，利用滾珠絲和齒輪副將相關(guān)部件驅(qū)動(dòng)執(zhí)行。在這一硬件系統(tǒng)中，只要能夠?qū)γ}沖的通電順序、頻率和數(shù)量進(jìn)行控制，便能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)方向、速度和位移量的控制。

　　由于此類系統(tǒng)無需將系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)量得到的速度和實(shí)際位置反饋至輸入端，因此將其稱為開環(huán)系統(tǒng)。在位移精度方面，這一系統(tǒng)主要取決于步進(jìn)電機(jī)的齒輪絲角位移精度等這類傳動(dòng)元件的節(jié)距精度，因此該系統(tǒng)位移精度相對(duì)較低，這也是其劣勢(shì)之一。但開環(huán)系統(tǒng)在調(diào)試方面較為簡(jiǎn)便，成本低且工作可靠程度高，在改裝方面更為便捷。

　　3.1.3 半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)

　　半閉環(huán)系統(tǒng)特點(diǎn)在于采用的是直流和交流兩者雙重具備的伺服電機(jī)拖動(dòng)，并由編碼器反饋的系統(tǒng)。目前，使用這類系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家較多，國(guó)內(nèi)外均有著名生產(chǎn)廠家使用，例如國(guó)內(nèi)沈陽(yáng)的高檔國(guó)家數(shù)控工程研究中心和研究經(jīng)濟(jì)實(shí)用型的仁和公司等，國(guó)外的 FANUC 公司和 SIEMENS 公司等。

　　3.2 硬件系統(tǒng)的選擇

　　在硬件系統(tǒng)的選擇上，工控機(jī)床數(shù)控銑床的選擇應(yīng)根據(jù)自身實(shí)力和數(shù)控銑床在今后操作上需要具備的功能來決定，同時(shí)還應(yīng)考慮到數(shù)控銑床操作時(shí)需要達(dá)到的精準(zhǔn)度、用戶在使用時(shí)的實(shí)際需求和驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率等方面的問題?？傊?，不同的硬件系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)不同，在硬件系統(tǒng)研究中應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求和能力選用合適的數(shù)控系統(tǒng)，保證硬件系統(tǒng)操作的有效性。

4 結(jié)束語

　　隨著現(xiàn)代化加工工藝的不斷發(fā)展和完善，工控機(jī)床數(shù)控銑床機(jī)器人已經(jīng)被廣泛投入使用，并取得了不錯(cuò)的成績(jī)。在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)下，唯有將生產(chǎn)加工與科學(xué)技術(shù)結(jié)合起來，才能夠?qū)崿F(xiàn)勞動(dòng)力的節(jié)省和工藝技術(shù)的提升，從而提升工廠的生產(chǎn)效率，增強(qiáng)自身競(jìng)爭(zhēng)力。