機電（diàn）一體化（huà）技術在數控鏜銑床改造中（zhōng）的（de）應（yīng）用-數（shù）控機床市場網

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機電一（yī）體化技術在數控鏜銑床改造中的應用

2023-4-3 來（lái）源：廣西機（jī）電技師學院作者：林翠虹，楊智棠

摘要：隨著科（kē）技（jì）快（kuài）速發（fā）展，機電一體化技術已經在各個生產製造領域得到廣（guǎng）泛應用。文章對機電一體化技術在數控鏜銑床改（gǎi）造過程中的應用策略進（jìn）行了分析。

關鍵詞：機電一體化；數控鏜銑床（chuáng）；機床改（gǎi）造（zào）

1、機電（diàn）一體化技術與數控鏜銑床概述

1.1　機電一體化技術

機電一體化技術又（yòu）叫機械電子工程技術，它屬於機械工程和自動化技術相（xiàng）結合而產生的一種新型（xíng）技術，通過信號變換、接口、傳（chuán）感器等技（jì）術的有機結合，可實現機電一體化設備的自動（dòng）化與智能（néng）化控（kòng）製 [1]。機電一體化係統主要包括以下部分（fèn）。

（1）支持結構。包括機身、支撐等。

（2）動力驅動。其主要作用是為係統提供動力和能（néng）量。

（3）感知。其主要作（zuò）用是對係統自（zì）身及其外部各種環境和狀態等進行檢測，將其轉化為能夠識別（bié）的信號，並（bìng）傳輸到信（xìn）息處理單元。通過信息處理單元的（de）分析（xī）和處理之後，產生相應的控製信（xìn）號，從而實現整體係統的良好運（yùn）行。

（4）執行。其主要功能是將來自於信息處理單元的控製（zhì）指令作為（wéi）依據來實現（xiàn）相應的動作或功能。

目前，在機械生產製（zhì）造領域，機（jī）電一體化技術已經得到了非常廣泛的應用。機（jī）電一體化係統（tǒng）整體組成要素如（rú）圖1所（suǒ）示。

圖1 機電一體化係統整體組成要素

1.2　數（shù）控鏜銑床

數控銑鏜床為數控高效、精密通用大型機加工（gōng）設備[2]，是以普通鏜銑床為基礎發展而來的一種數字化鏜銑床，其基本工藝和普通鏜銑床（chuáng）類似。數控（kòng）鏜銑床工作台設有4×90°光學（xué）定（dìng）位裝置，能滿足大形零件調頭加工的要求，還具有直角坐（zuò）標係、極坐標係及輪廓加工的工藝機能 [3]。具體應用中，數控鏜銑床主要用來鏜銑一些（xiē）具有較大直（zhí）徑且深度較大的孔，以此來滿足實（shí）際加工需求。通常情（qíng）況下，數控鏜銑床加工中心與普通鏜銑機床中（zhōng）的加工中心可以通用，隻是在零件加工方麵，數控鏜銑床被（bèi）限製比較少一些。

2、數控鏜銑床改造中的機電一體化技術應用優勢

2.1　改造後的機床更加高效

使用機電一體化技（jì）術改造（zào）數控鏜銑床後，其整體係統具有更高的運行效率。特別是隨著（zhe）納米（mǐ）技術的合理應用，使得鏜銑床的運行效率及其定位精度得到大幅度提升。因此，在數控鏜銑床改造中，通過機電一體化技術的（de）合理應用，可以讓改造之後的數控鏜銑（xǐ）床更加高效，進一步提升其生產效率和經濟（jì）效益。

2.2　改造後的機床更加智（zhì）能

傳統形式的數（shù）控（kòng）鏜銑床工作效率較低，使用機電一體化（huà）技術改造此類機床後，可（kě）顯著提升係統（tǒng）整體性（xìng）能（néng），從而使其運行更加（jiā）智能化。例如，在數控鏜銑床運行係統改造中，通過機電一體化技術的合理應用，可實現（xiàn）整體係統運行狀況的（de）自主判斷與決策，從而有效確保其運行（háng）質量和安全性，使得數控機床達到良好的智能（néng）化控製與運（yùn）行效果。

2.3　改造後的機床可實（shí）現（xiàn）個性化的生產加工

在具體改造中，將信（xìn）息化技術和當今多樣化（huà）的市場需求相結（jié）合，通過對機床的自動化（huà）與智能化控製（zhì），可使（shǐ）其實際生產能夠充分滿足各種市（shì）場（chǎng）需求，從而達到良好的（de）個性化生產加工效果。這對（duì）於數控鏜銑床的（de）應用和機械加工製造行業的發展都具有十（shí）分深遠（yuǎn）的意義。

2.4　改造後的機床可（kě）實現實時監控（kòng）、自動（dòng）報（bào）警及故障診斷

在數控鏜銑（xǐ）床（chuáng）改造過程中，通過機電一體化技術的（de）合理應用，可對（duì）動力係統、傳動係統、製動控製係（xì）統等進行實時監控，出現故障能自動報警並準（zhǔn）確地指出故障的部位，從而保障操作者和機床的安（ān）全性，提高機床的工（gōng）作效率，簡化設備維護、維修工作，延長機床工作壽命。

3、數控鏜銑床改（gǎi）造中的機電一體化技術應用原則

3.1　物理模型的科學設計

在數控鏜銑機床（chuáng）的具體（tǐ）改造過程中，很多因素都會（huì）對其改造（zào）效果產生影響。基於（yú）此，要想有（yǒu）效提升其改造質量，就需要對其（qí）物理模型進行科學設計，尤其（qí）是細節部分的設計，一定要做到足（zú）夠科學、細致。具體改造（zào）中（zhōng），需要根據數控鏜（táng）銑床的物理設計模型來進行改造，使其與抽象數學模型、狀態變量等做到有（yǒu）機結合，並對其狀態變量方麵的工程（chéng）方案加以科學設計。同時應借助於計算機（jī）技術來進行各項設計與改造工作的（de）有效處理（lǐ）。通過這樣的方式，才可以讓整體的數（shù）控鏜銑床改造效果得（dé）以顯著提升，並使其在後續應用中體現出更高的質量水（shuǐ）平。

3.2　改造要求的（de）合（hé）理優化

在數（shù）控鏜銑床改造過程中，一定（dìng）要使其係（xì）統達到最佳的（de）優化效果，使其整體係統設計與改造得到合理優化，結合數控鏜銑床實際問題來進行其整體的科學設計與改造，並做好各項技術之間的有效融合。具體改造中，設計與技術人員一定要對數（shù）控（kòng）鏜銑（xǐ）床的實際應用要求做到全麵明確，然後以此為（wéi）依據，通過科學化、多樣化的技術對其進行改造和創新，使其改造方案達（dá）到最佳的優化效果。通過這樣的方式，才可以讓數控鏜銑床的改造及其應用質量得以良好保障。

4、數控鏜銑床改（gǎi）造中的（de）機電一體化技（jì）術（shù）應用（yòng）策略

4.1　主軸係統改造中的應用

首先需要做（zuò）好該部分的計算（suàn）工（gōng）作，通過每一個計算要點的合理控製來確保（bǎo）主（zhǔ）軸（zhóu）係統的整（zhěng）體計算質量。在計算數控鏜銑床（chuáng）的主軸係統時，最重要的一項內容就是三角帶傳動設計中的計算。在三角帶的選擇中，一定要對其最大（dà）傳遞功率加以科學確定，通過這樣的設計方式，才可以讓數控鏜銑床主軸係統具有足夠長的（de）使用壽命。計算三角帶傳動時，首先需要對（duì）其型號和數量等各項基礎信（xìn）息做到全麵明確，然後再（zài）計算功（gōng）率 Pd ：

式中，Pd為數控鏜銑床三角帶最大傳動功率，kW；KA為數控鏜銑床三角帶的工況係數；P為數控鏜銑（xǐ）床中的電機額定（dìng）功率，kW。

具體設計與改造中，三角帶型號的合理選擇也十分重要，需要結合 Pd 來進行（háng）三角帶型號的合理選（xuǎn）擇。在確定小帶輪直徑時，為防止彎（wān）曲應力過大對整體係統壽命造成不（bú）良影響，需要在 D1≥ Dmin 的（de）條件下進行係統性整合。其中，D1為小帶輪直徑，Dmin 為帶（dài）輪（lún）最小直徑。另外，在具體改造中，也需要（yào）做好膠帶速（sù）度的計算，一般情（qíng）況下，膠帶速（sù）度應低於 25m/s。通過這樣的方式，才可以讓（ràng）數控鏜銑床得到合理的設計與改造，使其應用效果與使用壽命得以良好（hǎo）保障。

4.2　主傳動係統改造中的應用

為實現數控（kòng）鏜銑床整體改造質量的有效提升，其中，最為關鍵的一個改造要點（diǎn）就是其主傳動係統的（de）改造。在數控鏜銑床中，主傳（chuán）動係統的構成要素有很（hěn）多，包括動力源、變速裝（zhuāng）置等。要想讓主傳動係統具有更好的應用效果（guǒ），就需（xū）要對其中的各個組成部分加以合（hé）理優化，合理控（kòng）製數控鏜銑床主傳動係統的運（yùn）行參數。數控鏜銑床主傳動係統改造中的運行（háng）參數控製情況見表 1。

表1 數控鏜銑機床主傳動係統改造中的運行參數控製情況

使用機電一體化技術對數控鏜銑機床中的主動係統進行改造設計的過程中，通常需要注意以（yǐ）下幾點。

（1）主傳動電機通常需（xū）要選擇直流電機和交流（liú）電機，且需要達到無極調速效果。

（2）在（zài）對數控鏜銑床進（jìn）行驅動時，需要使其電機和主軸功率（lǜ）之間（jiān）的設計（jì）達到良好的匹配效果。

（3）在對數控鏜銑床進行設（shè）計時，需要對其部件標（biāo）準和模塊化結構的具體設計要求做到全麵明確（què）。

（4）在數控鏜銑床的設計中，一定要使其複合化與柔性化需求得以實現。通過這（zhè）樣的方（fāng）式，才能夠讓機（jī）電（diàn）一體化技術在數控鏜銑床改造（zào）中（zhōng）發揮出充分的技術優勢，從而有效確保其改造效果（guǒ）。

4.3　伺服係統改造中的應用

伺服係統（tǒng）是數（shù）控鏜銑床中（zhōng）最重要的組成部分，因（yīn）此，使用機電一體化技術對數控鏜銑床中的伺服係統進（jìn）行改造時，隻有保持該係統的穩（wěn）定性，才可以防止各種幹擾信號產生，從而讓整個數控鏜銑床的運（yùn）行狀態保持穩定。因此，設計者與（yǔ）技（jì）術人員應注意把握（wò）以下幾點。

（1）注意（yì）保（bǎo）持（chí）係統穩定，具體設計中，需（xū）要結合伺服係統指令（lìng）信（xìn）號的實際作用情況來進行設計，以此來確（què）保其穩定性。在輸入指令時，可先對信（xìn）號做好指令狀態的確定，並將（jiāng）伺服係統穩定性作為設計中（zhōng）的重點（diǎn）內容，使其係統結構、參數（shù）特征等和外界信號達到良好的融合效果，以（yǐ）此來保障係統的穩定運行。

（2）注意保持係統的加工精度，在確定（dìng）伺服係統的輸入信息和輸（shū）出信息時，一定要確保其精確度，並注意避免（miǎn）產生靜態誤差、動態誤差和穩定誤差等。

（3）注（zhù）意（yì）保持係統響應速（sù）度足夠快，在對數控鏜銑床進（jìn）行快速（sù）響應特征的具體分析中，需要將其與（yǔ）係統的實際運行情況（kuàng）相結合，對其質量輸入信號加以科學確定，並（bìng）對相應數據進行全麵整理，當信號處在（zài）響應和瞬態（tài）過程（chéng）時，應借助於機電一體化技術讓相應的響應過程快速（sù）結束，從（cóng）而實現給伺服係統（tǒng）響應時間的進（jìn）一步縮（suō）短。通過這樣的改造方式，便可讓（ràng）傳動（dòng）裝置具有更好的加速能力。

4.4　在數控鏜銑機床（chuáng）特征優化改造中的應用

使用機電一（yī）體化技術改造數控鏜銑床之前，設計與技術人員首先需要（yào）做（zuò）好數控鏜銑床的改造價值評估工作，合理判斷數控鏜銑床是否存在改（gǎi）造的價（jià）值。對於一些十分老舊的數控鏜銑床，如果機床和刀架等都存在嚴重磨損，改造過程中需要更換大量的硬件設施，這就需要耗費大量的經濟成本，使得機床的改造得不償失。其次，在改造過程中，借助於機電一體化技術，可對其控製模塊、連（lián）接塊、調節杆等進行合理改造，從而使（shǐ）其（qí）達到自動化（huà）與（yǔ）智能化的控製效果。例如，將操作台設置到減振底座上方，將調節（jiē）杆（gǎn）設置在固定架左側，將減振彈簧設置在導向塊上等。這（zhè）些改造方法（fǎ）都可以讓數控鏜銑床的整體應用效率和質量（liàng）得以顯著提升。使用機電一體化技術改造（zào）後的新型數（shù）控鏜銑床結構如圖 2所示。

1.減振底座；2.操作台；3.刀片；4.刀把；5.連接塊；6.調節杆；7.固定架；8.控製模（mó）塊（kuài）

圖2 新型數控鏜銑床結（jié）構

4.5　在數控鏜銑床接口技術中的應（yīng）用

機電一體化技術，就是將機械、信息（xī）以及電子等各（gè）種技術（shù）融合到一個（gè）綜合（hé）係統中，其構（gòu）成要素和子要素之（zhī）間的接（jiē）口極為（wéi）重要，主要（yào）有機械接口、電氣接口完成係統間信號對接；人機接（jiē）口提供（gòng）人與係統間的交互界麵。在對數控鏜銑機床進行改造時，接口技術是最為關鍵的（de）一種（zhǒng）設計技術。

5、結語

數控（kòng）鏜銑（xǐ）床的改造會對其使用效率、質（zhì）量、使用（yòng）壽命和（hé）經（jīng）濟性等產生直接影響（xiǎng）。基於此，在對此類機床進行改（gǎi）造的過程中，設計（jì）者（zhě）與技術人員一定要對機電一體（tǐ）化技術加以合理應用，並結合實際情況和應用需求來進行改進。通過這樣的方式，才可以提升數控鏜銑機床的改造效果，滿足其實際應用和發展需求。

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