【機械工業(yè)論文】機械制造業(yè)機電一體化技術應用

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1、【機械工業(yè)論文】機械制造業(yè)機電一體化技術應用 摘要:為促進機電一體化技術應用成效的提升，結(jié)合某數(shù)控機床的改造實踐，對機電一體化技術在改造中的應用進行分析，包括機械部分、伺服系統(tǒng)改進效果的調(diào)試。要結(jié)合制造生產(chǎn)的對象，以需求為導向，加強機電一體化技術的應用，有針對性地確定機電一體化的技術方案，促進其調(diào)試工作的開展，確保制造全程的安全性與科學性。 關鍵詞:機械制造業(yè);機電一體化技術;應用 機械制造業(yè)是我國基礎性產(chǎn)業(yè)，對于推動國民經(jīng)濟發(fā)展具有十分重要的作用。機床制造業(yè)是機械制造業(yè)的支柱基石。數(shù)控機床是采用數(shù)字代碼信息指令，控制刀具根據(jù)指定的運行程序和運動速度與軌

2、跡來實施自動加工的機床。隨著微電子、計算機、軟件等技術的快速發(fā)展，數(shù)控機床在控制系統(tǒng)方面變得日益完善，朝著多功能化和小型化方向發(fā)展，不僅自診斷能力不斷完善，且可靠性得到了有效提升。為了滿足未來加工的需要，需要在數(shù)控機床的性能方面不斷改造和優(yōu)化［1］。 1某數(shù)控機床特點分析 1.1結(jié)構(gòu)特點分析 該數(shù)控機床中的刀盤有2個，主軸與副主軸各1個，控制軸4個，進給方向分別是X、Z、U、W，每個進給的軸傳動方式如下:電機利用同步齒形帶，把動力向滾珠絲桿螺母副傳輸，最后電機旋轉(zhuǎn)運動在滾珠絲桿螺母副的作用下變化成直線運動。數(shù)控系統(tǒng)采用西門子某型號的系統(tǒng)，這種數(shù)控

3、系統(tǒng)具有雙NC和雙通道的特點，其中，通道1主要是對刀盤1與X、Z軸的運動和副主軸旋轉(zhuǎn)進行控制，通道2主要是對刀盤2與U、W軸的運動和主軸旋轉(zhuǎn)進行控制。且兩個通道能獨立運行，分別配備了各自的程序，也能相互配合完成共同的加工任務，因此靈活性較強。 1.2電氣特點分析 該數(shù)控機床采用直流伺服系統(tǒng)，主軸與伺服電機均為直流電機，X、U軸位置反饋為光柵尺，屬于全閉環(huán)反饋，而Z、W軸位置反饋為外部脈沖編碼器，屬于半全閉環(huán)反饋。 1.3現(xiàn)存問題分析 一是運行時間較長，故障率高，電氣元件老化，直流伺服系統(tǒng)、外圍控制電路中的故障多，甚至存在NC系統(tǒng)故

4、障。二是X、Z、U、W軸絲桿螺母副磨損嚴重、精度下降。所以需要加強對其的升級改造，并在升級改造中加強機電一體化技術的應用，通過應用來降低其運行成本，提高運行效率和精度。 2數(shù)控機床改造中應用機電一體化技術的實踐分析 2.1系統(tǒng)改造 數(shù)控裝置是整個數(shù)控機床的核心，所以必須精心選取數(shù)控系統(tǒng)。本次改造采用的數(shù)控系統(tǒng)具有以下特點:一是在結(jié)構(gòu)方面具有較強的開放性，二是具有十分強大的功能。屬于PC嵌入NC結(jié)構(gòu)下的開放式數(shù)控系統(tǒng)，簡稱開放式數(shù)控系統(tǒng)，其硬件包含了PC機和運動控制卡，運動控制卡的CPU為DSP，使得其在運動控制和PLC控制方面有著較大的保障。之所

5、以采用這一系統(tǒng)，主要是考慮該機床能實現(xiàn)主副軸同步功能，所選的開放式數(shù)控系統(tǒng)的同步功能比之前的同步功能更好，同時還能達到雙通道控制的要求，且指令編程風格類似。數(shù)控及驅(qū)動單元采用的是數(shù)字交流驅(qū)動系統(tǒng)，采用了良好的人機互動界面和PLC模塊，采用三個CPU，對人機通信和數(shù)字控制及可編程邏輯控制器分別采用MMC－CPU、NC－CPU、PLC－CPU，具有互相分工和互相支持的功能。除了數(shù)控系統(tǒng)改造外，還結(jié)合改造的數(shù)控系統(tǒng)，還對其電氣系統(tǒng)進行了設計和優(yōu)化，使得其在結(jié)構(gòu)和性能上均能滿足實際需要。 2.2改造后的數(shù)控機床結(jié)構(gòu) 數(shù)控機床在改造后，包含了四個部分:控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、

6、伺服系統(tǒng)、機床本體。但是每個結(jié)構(gòu)之間的性能要進行調(diào)試和優(yōu)化，切實發(fā)揮其改造的技術優(yōu)勢，從而更好地應用機電一體化技術，促進其性能的優(yōu)化和完善。 3數(shù)控機床改造中機電一體化技術應用效果調(diào)試 3.1機械部分改進效果調(diào)試 為確保改進方案的適用性，在機電一體化技術應用過程中，需要注重機床幾何精度的調(diào)控，并調(diào)整和優(yōu)化進給傳動鏈，這樣才能確保機床幾何精度與機床驗收要求相符。在調(diào)整機床幾何精度時，需要做好導軌副刮研與配合調(diào)整，并對傳動部件進行調(diào)整和優(yōu)化，才能更好地與電氣參數(shù)調(diào)試相配合。但是在具體調(diào)試中，機械傳動部件會給伺服系統(tǒng)的性能帶來影響，如間隙、剛度、摩擦、

7、慣量、負載均勻性、溫度變形等均會帶來一定的影響。所以需要對這些影響因素進行針對性的調(diào)試和優(yōu)化。 3.2伺服系統(tǒng)改進效果調(diào)試 在調(diào)試伺服系統(tǒng)之前，需要完成機械部分的調(diào)整，并對關鍵參數(shù)進行設置，觀察軸在運動中的運行速度變化和變化中軸所處的運行狀態(tài)，對于非正常狀態(tài)的軸，需要在硬件故障排除的基礎上進行優(yōu)化，一般采用自動化即可，就能達到良好的調(diào)試效果，但是最后得到的最優(yōu)效果需要保存好，這樣才能更好地促進伺服系統(tǒng)的性能得到優(yōu)化和完善。 4機電一體化技術在機械制造業(yè)中應用注意事項 4.1以需求為導向，加強機電一體化技術的應用 機

8、械制造業(yè)的產(chǎn)品具有連續(xù)性、高效性和大型三個特點，此類機械產(chǎn)品在生產(chǎn)制造中，不僅對制造技術要求較高，且具有智能化的特點，所以要以需求為導向，確保所采用的機電一體化技術在機械制造業(yè)中的應用滿足安全、高效生產(chǎn)的需要。例如，在數(shù)控機床改造案例中，所選的開放式數(shù)控系統(tǒng)在雙通道控制和同步軸功能方面能滿足實際要求，能滿足鉆削、磨削、車削、銑削的需要。在性能方面，以所選的PLC模塊為例，能添加8個SM模塊，而NUC則能滿足繪畫加工、極坐標編程、同步軸功能的需要。在伺服電機選擇方面，主軸伺服電機與副軸伺服電機也是結(jié)合實際來選擇，所以X、Z、U、W軸的進給電機在扭矩、N、功率上都進行了優(yōu)化［2］。

9、 4.2以確保安全為前提，切實加強機電一體化技術的應用 在機電一體化技術應用過程中，要確保其在安全性上有著強大的保障。這就需要在機電一體化軟件系統(tǒng)、現(xiàn)場總線技術、局域網(wǎng)技術、AI技術等方面加強對其的應用和研究，才能更好地滿足實際生產(chǎn)的需要。例如，在對其軟件改造設計時，采用了可編程序控制器，不僅能在內(nèi)部存儲中執(zhí)行運算和控制順序，還能定時和計數(shù)，又能進行算術運算，并采用模擬式的輸入與輸出，對機械生產(chǎn)過程能有效控制。為確保其在機械生產(chǎn)中的安全性，要對機床換刀程序和主軸換擋程序的設計進行優(yōu)化，采用NC與PLC的有機結(jié)合，使換刀動作順利安全完成。將刀盤的放松鍵按下，電磁閥A通電，電磁閥B

10、斷電，這樣就將刀盤放松，再將刀盤的旋轉(zhuǎn)齒輪與Z軸的進給齒輪掛擋，當Z軸前進或后退3mm時，刀盤就會正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)一個刀位，Z軸就會前進或后退3mm，當轉(zhuǎn)動N個刀位之后就能達到所需刀位。 4.3切實做好機電一體化技術應用效果調(diào)試 要對應用效果進行調(diào)試和改進，才能更好地提升應用成效。如機械傳動部件給伺服系統(tǒng)的性能發(fā)揮帶來的影響較多，所以需要對這些影響因素進行分析和處理，才能降低其帶來的變化。如間隙這一因素，對于半閉環(huán)系統(tǒng)而言，容易導致位置誤差的出現(xiàn)，而全閉環(huán)系統(tǒng)中又會對系統(tǒng)動態(tài)特性帶來影響。所以對CNC系統(tǒng)補償量的設定值進行了優(yōu)化和完善，有效地降低其產(chǎn)生的影響［3］。 參考文獻: ［1］劉英建，王碩，孟天彬，申靜怡.淺析機電一體化技術在現(xiàn)代機械制造業(yè)中的應用［J］．科技經(jīng)濟導刊，2019，27(35):62. ［2］劉鑫俁.機械制造業(yè)中機電一體化技術的應用探討［J］．計算機產(chǎn)品與流通，2019，(05):60. ［3］戴忠順.機電一體化技術在機械制造業(yè)中的應用分析［J］．南方農(nóng)機，2019，50(01):174.