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機(jī)加工數(shù)控系統(tǒng)的電氣控制水平的優(yōu)劣對數(shù)控機(jī)床的影響有多大？

文章出處: 人氣：1218 發(fā)表時間：2020-05-03 16:16:46

還記得湯不熱大師還不能稱為大師的時候，有一次我和他探討了數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)械部件到底哪個部分對機(jī)床的影響大。當(dāng)時大師還在福建某隆機(jī)械公司從事電氣設(shè)計的工作，他說搞電氣的人，一致認(rèn)為機(jī)械對精度影響最大，而搞機(jī)械的人都認(rèn)為機(jī)械部分技術(shù)含量低，對高精度設(shè)備和技術(shù)工人依賴程度大，機(jī)床的精度還要靠高精度的電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。當(dāng)時探討了半天，也沒有明確的結(jié)論

數(shù)控機(jī)床之所以區(qū)別于傳統(tǒng)機(jī)床，最主要的原因就是它擁有屬于自己的“大腦”——數(shù)控系統(tǒng)，可以不像傳統(tǒng)機(jī)床一樣需要工人全程手動操作。很多人都想知道，自動化系統(tǒng)對于數(shù)控機(jī)床的影響到底有多大？“制造技術(shù)研究社”通過多方整理，總結(jié)出本文，希望能夠給各位一些小小的幫助。

　　要明白數(shù)控系統(tǒng)對數(shù)控機(jī)床的影響，首先要知道數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。（可參見本社轉(zhuǎn)載湯彩萍老師文章《不了解機(jī)床結(jié)構(gòu)和動作，談什么控制？》）數(shù)控系統(tǒng)主要是由人機(jī)交互界面+數(shù)控核心+可編程邏輯控制器+驅(qū)動組成，其中人機(jī)交互界面用于人機(jī)交互；數(shù)控核心則是數(shù)控系統(tǒng)的核心，用于軌跡的計算，位置的調(diào)節(jié)，和相關(guān)的控制，如加速度，刀具數(shù)據(jù)，零點偏移，以及各種復(fù)雜的機(jī)床功能。可編程邏輯控制器則用于機(jī)床邏輯的控制，如刀庫，液壓設(shè)備等；驅(qū)動則是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對電機(jī)的電流環(huán)和速度環(huán)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其能快速準(zhǔn)確的完成數(shù)控核心發(fā)出的指令。

　　數(shù)控系統(tǒng)對于數(shù)控機(jī)床來說不僅僅是一個配件，還可以說是全套的解決方案，這其中又包括了硬件和軟件兩部分，只有當(dāng)軟硬結(jié)合，以及數(shù)控系統(tǒng)中的人機(jī)交互界面、數(shù)控核心、可編程邏輯控制器、驅(qū)動協(xié)同配合，共同完成機(jī)床的控制，才能保證機(jī)床的高精度，高質(zhì)量。因此，數(shù)控系統(tǒng)的好壞就會直接影響數(shù)控機(jī)床的精度和效率。

　　一般情況下，大眾所定義的“好數(shù)控系統(tǒng)”都會配置高端的伺服電機(jī)。好的數(shù)控系統(tǒng)可以提供多種類型的電機(jī)供用戶選擇，如高動態(tài)電機(jī)、大慣量電機(jī)等。用戶可以根據(jù)機(jī)床不同的要求，選擇不同特性的電機(jī)。好的伺服電機(jī)一般也會有更高的編碼器分辨率，分辨率越大，速度波動就越小。具有高分辨率編碼器的電機(jī)控制起來將會更加平穩(wěn)，精度更高。

　　業(yè)內(nèi)人士都知道，電機(jī)與機(jī)械間會有很多的彈性連接(如彈性聯(lián)軸器)，經(jīng)過一系列的彈性環(huán)節(jié)會使得機(jī)床在傳動過程中存在細(xì)微的誤差，而系統(tǒng)此時只知道電機(jī)的反饋，并不知道傳動中的誤差，因此實際的控制精度會受此影響。針對這種情況，中高端的數(shù)控系統(tǒng)可以接入光柵尺作為直接測量系統(tǒng)形成“全閉環(huán)”，這樣一來系統(tǒng)就可以直接通過光柵尺得到機(jī)械的實際反饋來進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)，從而提高機(jī)床的精度。

　　如今，很多高端數(shù)控系統(tǒng)都已經(jīng)能夠做到超過納米級的計算精度。這也意味著高端數(shù)控系統(tǒng)可以提供更高的控制精度，從而達(dá)到更理想的插補(bǔ)軌跡。不僅如此，機(jī)床在生產(chǎn)過程中難免會受到外部環(huán)境干擾而產(chǎn)生的振動影響，如冷卻設(shè)備、液壓設(shè)備，或者其他機(jī)床等。這一類問題一般可以通過光柵尺測出位置偏差來發(fā)現(xiàn)這些干擾，但卻很難通過調(diào)整機(jī)床的動態(tài)響應(yīng)參數(shù)來抑制和消除。而高端數(shù)控機(jī)床往往可以通過類似西門子APC(Advance Position Control)高級定位控制功能一樣的方法來抑制外部干擾，從而進(jìn)一步提高機(jī)床加工性能。

　　在CCMT2018展會上山崎馬扎克(中國)有限公司總裁助理李金和先生曾講到，第七代CNC系統(tǒng)的人機(jī)對話功能經(jīng)過二十多年的發(fā)展，如今愈發(fā)顯示出其優(yōu)越的實用性能，在計算機(jī)如此發(fā)達(dá)的今天，很多數(shù)控設(shè)備還需要人來進(jìn)行操控，而馬扎克的控制系統(tǒng)就可以通過日常對話式的語言來進(jìn)行程序編輯，不僅為用戶提供了便利，也在很大程度上節(jié)約了人員方面的生產(chǎn)成本。僅從這一點來看，高端數(shù)控系統(tǒng)就展現(xiàn)出了其不同尋常的優(yōu)越性能。

　　雖然說數(shù)控機(jī)床的核心還是在于機(jī)床本身，良好的機(jī)械性能才是基礎(chǔ)，但一套好的、高質(zhì)量的數(shù)控系統(tǒng)卻可以將機(jī)床優(yōu)良的機(jī)械性能發(fā)揮得更加淋漓盡致，達(dá)到錦上添花的目的。

總體來看，機(jī)械部分對機(jī)床的最大作用在于對各個部件的支撐作用，保證導(dǎo)軌、絲桿、分度頭運(yùn)動的準(zhǔn)確性。而電氣部分，尤其是數(shù)控系統(tǒng)，是為了實現(xiàn)機(jī)床運(yùn)動的高度自動化。實際上，這個問題就是準(zhǔn)確性和自動化到底哪個因素更加重要？

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