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數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用,使得機械加工脫離了傳統(tǒng)以人工控制為主的加工時代,對生產(chǎn)力的提高具有重要作用。數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用對機械加工的變革性意義主要表現(xiàn)在以下幾方面:1)生產(chǎn)效率大幅提高。應(yīng)用數(shù)控技術(shù)后,機械加工脫離人為控制,生產(chǎn)周期大大縮短,生產(chǎn)效率大幅提高,廢料率大幅降低;2)生產(chǎn)速度更快。數(shù)控技術(shù)對機械加工時間的控制非常精確,完全不受人為主觀控制,在機械加工速度上去除了人為干擾,加工速度得到迅速提高;3)產(chǎn)品外觀更美觀。機械加工的產(chǎn)品,外觀要求精美,數(shù)控技術(shù)將外觀要求輸入后,電子自動控制,外觀與模型幾乎無異;4)產(chǎn)品外形實現(xiàn)多樣化。通過制圖工具制作模型,產(chǎn)品形狀隨心所欲,經(jīng)過數(shù)控技術(shù)加工都能成為現(xiàn)實;5)產(chǎn)品精度更標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)人為控制的機械加工,產(chǎn)品在精度方面控制不夠精細。而數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用,精確控制完全自動化,可以完全避免人為誤差。產(chǎn)品加工精度更符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn);6)生產(chǎn)控制自動化。這也是最直觀的表現(xiàn)。數(shù)控技術(shù)的最直接目的就是自動控制,是機械加工擺脫人力因素的唯一選擇。數(shù)控技術(shù)運用自身的數(shù)字化功能,可以有效控制機械加工的設(shè)備和過程,并采用數(shù)控設(shè)備、數(shù)控編控等技術(shù)使機械加工更加系統(tǒng)化。
2機械加工中數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用
2.1數(shù)控技術(shù)在機床加工中的應(yīng)用
機械加工中,機床的應(yīng)用比例很大。各種各樣的模具生產(chǎn)都是由機床來完成的。傳統(tǒng)的機床生產(chǎn),模具的精度控制很難實現(xiàn)自動化,因此,生產(chǎn)出的模具合格率較低,材料利用率低。而數(shù)控化技術(shù)在機床上應(yīng)用后,實現(xiàn)了機床全自動化機電一體制,這種機電一體化加工生產(chǎn)技術(shù)能保證產(chǎn)品的質(zhì)量。
2.2數(shù)控技術(shù)在煤礦機械加工中的應(yīng)用
煤礦機械具有特殊性,是專用的機械設(shè)備,由于其工作環(huán)境復(fù)雜多變,對安全系統(tǒng)要求較高,煤礦機械加工過程要求精細化程度高。而傳統(tǒng)機械加工很難實現(xiàn)其精度的要求。而且,煤礦機械更新?lián)Q代較快,應(yīng)用領(lǐng)域單一,所以生產(chǎn)加工量小,下料難。數(shù)控技術(shù)得到應(yīng)用后,設(shè)備下料切割采用數(shù)控技術(shù),改變了過去的工作模式,切割效率得到成倍提高,切割質(zhì)量高,提高了材料的利用率,降低了設(shè)備的生產(chǎn)成本。同時,數(shù)控氣割機裝有自動可調(diào)的切縫補償裝置,它允許對構(gòu)件的實際輪廓進行程序控制,好比數(shù)控機床上對銑刀的半徑補償一樣。這樣可以通過調(diào)切切縫的補償值來精確控制毛還件的加工余量。
2.3數(shù)控技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用
工業(yè)生產(chǎn)過程中,難免會有惡劣的工作環(huán)境存在,如高溫、高壓、操作空間狹小,操作高度過高等。這些危險的工作環(huán)境極大地增加了工作人員的工作危險性。而數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用后,工業(yè)生產(chǎn)上類似的惡劣環(huán)境完全編入數(shù)控程序,使工業(yè)生產(chǎn)危險性得到極大改善。在實際的生產(chǎn)過程當(dāng)中,應(yīng)用數(shù)控技術(shù)之后,生產(chǎn)過程可以由計算機系統(tǒng)全程控制。只要預(yù)先輸入各種生產(chǎn)程序和產(chǎn)品參數(shù),則計算機系統(tǒng)便能夠依照指令實現(xiàn)真正意義上的無人自動化生產(chǎn)。即便是在生產(chǎn)過程當(dāng)中出現(xiàn)了故障或者問題,系統(tǒng)會根據(jù)錯誤的等級來決定是否繼續(xù)進行生產(chǎn),同時采用有關(guān)的保護性護理措施,并向管理者報警。除此之外,機械加式中數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用還有很多,如航空設(shè)備的生產(chǎn)、機器人系統(tǒng)的生產(chǎn)、汽車工業(yè)的生產(chǎn)、石油機械的生產(chǎn)、國家武器裝備的生產(chǎn)以及建筑機械、農(nóng)業(yè)機械等領(lǐng)域,應(yīng)用數(shù)控技術(shù)后,無一不推動了行業(yè)的快速良性發(fā)展。
3機械加工中數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用趨勢
隨著新的智能化技術(shù)的發(fā)展,機械加工中數(shù)控技術(shù)的發(fā)展同樣朝向智能化方向發(fā)展。主要表現(xiàn)在加工過程的自適應(yīng)控制和工藝參數(shù)自動生成;為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化,如前饋控制、電機參數(shù)的自適應(yīng)運算等;操作方面的智能化,如智能化的自動編程、智能化的人機界面等。另外,隨著數(shù)字技術(shù)的不斷進步,機械加工也面臨著新的市場需求,特別是人們對精細化的要求也越來越高,于是高速度、高精加工技術(shù)成為必然的趨勢。
4結(jié)語
隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展,傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變革,各工業(yè)發(fā)達國家投入巨資,對現(xiàn)代制造技術(shù)進行研究開發(fā),提出了全新的制造模式。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中,數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù),它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術(shù)于一體,具有高精度、高效率、柔性自動化等特點,對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前,數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革,由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎(chǔ)上,數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型、超小型化;在智能化基礎(chǔ)上,綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù),數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了高速、高精、高效控制,加工過程中可以自動修正、調(diào)節(jié)與補償各項參數(shù),實現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理。
長期以來,我國的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結(jié)構(gòu),CNC只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗以固定參數(shù)形式事先設(shè)定,加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統(tǒng)進行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環(huán)節(jié),整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機構(gòu)。在復(fù)雜環(huán)境以及多變條件下,加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉(zhuǎn)速、進給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數(shù),無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機因素實時動態(tài)調(diào)整,更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機修正CAD/CAM中的設(shè)定量,因而影響CNC的工作效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量。由此可見,傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉式體系結(jié)構(gòu),限制了CNC向多變量智能化控制發(fā)展,己不適應(yīng)日益復(fù)雜的制造過程,因此,大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進制造技術(shù)已成為我們國家加速經(jīng)濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。
2.數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢
數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化,使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征,而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴大,他對國計民生的一些重要行業(yè)的發(fā)展起著越來越重要的作用。從目前世界上數(shù)控技術(shù)發(fā)展的趨勢來看,主要有如下幾個方面:
2.1高精度、高速度的發(fā)展趨勢
盡管十多年前就出現(xiàn)高精度高速度的趨勢,但是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是沒有止境的,高精度、高速度的內(nèi)涵也在不斷變化,目前正在向著精度和速度的極限發(fā)展。
效率、質(zhì)量是先進制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率,提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次,縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術(shù)研究會將其列為5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一,國際生產(chǎn)工程學(xué)會將其確定為21世紀(jì)的中心研究方向之一。在轎車工業(yè)領(lǐng)域,年產(chǎn)30萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是40秒/輛,而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點問題之一;在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域,其加工的零部件多為薄壁和薄筋,剛度很差,材料為鋁或鋁合金,只有在高切削速度和切削力很小的情況下,才能對這些筋、壁進行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料"掏空"的方法來制造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結(jié)方式拼裝,使構(gòu)件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。
2.25軸聯(lián)動加工和復(fù)合加工機床快速發(fā)展
采用5軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工,可用刀具最佳幾何形狀進行切削,不僅光潔度高,而且效率也大幅度提高。一般認為,1臺5軸聯(lián)動機床的效率可以等于2臺3軸聯(lián)動機床,特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進行高速銑削淬硬鋼零件時,5軸聯(lián)動加工可比3軸聯(lián)動加工發(fā)揮更高的效益。但過去因5軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因,其價格要比3軸聯(lián)動數(shù)控機床高出數(shù)倍,加之編程技術(shù)難度較大,制約了5軸聯(lián)動機床的發(fā)展。當(dāng)前由于電主軸的出現(xiàn),使得實現(xiàn)5軸聯(lián)動加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡化,其制造難度和成本大幅度降低,數(shù)控系統(tǒng)的價格差距縮小。因此促進了復(fù)合主軸頭類型5軸聯(lián)動機床和復(fù)合加工機床(含5面加工機床)的發(fā)展。
2.3智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢
21世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng),智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面:為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化,如加工過程的自適應(yīng)控制,工藝參數(shù)自動生成;為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化,如前饋控制、電機參數(shù)的自適應(yīng)運算、自動識別負自動選定模型、自整定等;簡化編程、簡化操作方面的智能化,如智能化的自動編程、智能化的人機界面等;還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應(yīng)用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問題。
目前許多國家對開放式數(shù)控系統(tǒng)進行研究,數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運行平臺上,面向機床廠家和最終用戶,通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象(數(shù)控功能),形成系列化,并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中,快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng),形成具有鮮明個性的名牌產(chǎn)品。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求,也是實現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。國內(nèi)外一些著名數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機,反映了數(shù)控機床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢。
3.結(jié)束語
隨著人們對數(shù)控技術(shù)重視,它的發(fā)展越發(fā)迅速。文中簡要陳述當(dāng)前的發(fā)展趨勢,另外數(shù)控技術(shù)的正不斷走向集成化,并行化,仍有廣闊的發(fā)展空間。
參考文獻
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數(shù)控機床是把電子技術(shù)、自動化技術(shù)、電機技術(shù)以及測量技術(shù)集中在一起的自動化化設(shè)備,數(shù)控機床具有精度高,效率高和柔性高這三個主要的特點。數(shù)控機床屬于過程控制裝備的一種,它需要每一時刻都要做好對設(shè)備的控制,使全部設(shè)備都可以準(zhǔn)確的工作。需要注意的是不論哪一部分出現(xiàn)了故障問題都會使得機床設(shè)備停止工作,這就造成了工作的停滯,工作停滯的出現(xiàn)會對生產(chǎn)的質(zhì)量和效率都受到嚴(yán)重影響。此外,特別是當(dāng)設(shè)備運用于煤礦生產(chǎn)中時,一定要加強注意,因為數(shù)控機床正是處于工作中的關(guān)鍵崗位,如果出現(xiàn)故障后沒有及時的進行維修和維護,就會造成巨大的經(jīng)濟損失,所以對煤礦機械的原理和裝置進行詳細的設(shè)計是很重要的。
2、數(shù)控技術(shù)特點和發(fā)現(xiàn)現(xiàn)狀
數(shù)控技術(shù)能很方便的改變加工工藝中的工藝參數(shù),有利于新產(chǎn)品的研發(fā)和換批加工。能確保加工的精度減少輔助時間,從而實現(xiàn)一次工作完成多道復(fù)雜的加工工序。對于普通機床難以完成的零價加工,如對復(fù)雜零件和零件曲面狀的加工能高質(zhì)量的完成。采用的是模塊化的工具,一方面減少了安裝和換刀的時間,另一方面又提高了工具的管理水平和提高了工具的標(biāo)準(zhǔn)化。隨著現(xiàn)在的微處理器的產(chǎn)生以及現(xiàn)代的SOPC技術(shù)的發(fā)展,在機械加工和和機械設(shè)備的維修檢測以及集成的程度上都有很大的提高。我國的自主創(chuàng)新能力不足,目前我國的數(shù)控技術(shù)只是處于對進口產(chǎn)品的模仿階段,在技術(shù)創(chuàng)新方面缺乏。歸其原因就是我們對引進的先進技術(shù)的研究不深入,最重要的是我國缺乏完善的鼓勵創(chuàng)新機制。還有就是我國的產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)程度不高,可靠性和穩(wěn)定新不高。現(xiàn)階段我國主要的串口通訊技術(shù)和NC程序傳送技術(shù)的集成化和網(wǎng)絡(luò)水平有限。所以在煤礦數(shù)控技術(shù)的研究和應(yīng)用的領(lǐng)域還有很長的路要走。
3、煤礦數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)
構(gòu)成數(shù)控機床的主體結(jié)構(gòu),有控制面板、CNC裝置、伺服單元、驅(qū)動裝置和測量裝置等構(gòu)成。計算機系統(tǒng)在煤礦機床的數(shù)控系統(tǒng)中占據(jù)著一個核心地位,系統(tǒng)通過輸入以及輸出命令的各種轉(zhuǎn)換來對數(shù)據(jù)進行處理,從而完成來對工程執(zhí)行的各方面操作。在操作工程中,控制面板充當(dāng)了一個人機交換的媒介,傳輸各種各樣的程序。PLC在煤礦數(shù)控機床設(shè)備中發(fā)揮著信息的交換作用,它是一個雙方面信息交換空間,不僅要實現(xiàn)與控制中心的信號進行交換,還要與數(shù)控機床的開關(guān)信號進行交換,所以它的信息存量特別大。信息交換的地址不能隨意的刪除或者更換,都是已經(jīng)事先設(shè)計好的地址。對煤礦數(shù)控機床的設(shè)計有三個重要的模塊,分別是主傳動數(shù)控化、傳動的數(shù)控化以及對伺服進給系統(tǒng)三方面的設(shè)計改造。
4、煤礦機械數(shù)控機床的設(shè)計
應(yīng)綜合考慮系統(tǒng)應(yīng)用的場合,所需控制的對象以及對系統(tǒng)提出的基本要求這些因素之后,再選擇使用合適的CPU。8088,8086,80386,8098,80286,8096等16位機的CPU是目前我國常用的CPU芯片。有時候也選用8位機的CPU,例如8080,8031,Z80等。應(yīng)用于普通數(shù)控機床改造的一般是Z80CPU以及MCS一51單片機。選擇它們主要是看重了配套芯片比較廉價,而且實用性和普及都是很強的,此外,對于它們的制造和維修也都是很方便的。這些特點使得它們完全符合改造需求。電氣控制系統(tǒng)的目的就是為了滿足被控對象工藝,有效的促進產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率的進一步提升。在設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的過程中,要按照下列原則進行。
一、堅持完整性原則,也就是說,要確??梢詽M足工業(yè)生產(chǎn)過程和機械設(shè)備的需要。
二、經(jīng)濟性原則,就是產(chǎn)品一經(jīng)設(shè)計出可以做到簡單實用。
三、可靠性原則,就是PLC控制系統(tǒng)在設(shè)計完成后可以穩(wěn)定可靠的運行。
四、發(fā)展性原則,就是對現(xiàn)在已有的生產(chǎn)工藝進行全面的檢查后給未來的發(fā)展留出一定的空間。
通過機床的傳動實現(xiàn)不同的工件在不同的速度下運行時的協(xié)調(diào)。傳動的性能會對零件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率產(chǎn)生很大的影響,在設(shè)計中還要考慮其經(jīng)濟性,利用原來的電動機拖動機床的傳動,達到機床的正常高效率運行。在加工的設(shè)計中,考慮到變換了切削轉(zhuǎn)矩以及機床電壓,會使得電機轉(zhuǎn)速也發(fā)生變化,使得生產(chǎn)精度提高,其影響會直接反應(yīng)在零件的表面生產(chǎn)。在主軸的設(shè)計中應(yīng)加入變頻調(diào)速系統(tǒng),用來完成機械換擋。傳動系統(tǒng)主要是將接受系統(tǒng)的指令傳輸給傳送系統(tǒng)需要進行工作的部分。驅(qū)動系統(tǒng)會根據(jù)指令進行相應(yīng)設(shè)定的工作,之后會進行機械的加工處理,從而生產(chǎn)出符合規(guī)定要求的零件。對于精度要求很高的參數(shù)設(shè)置需要依據(jù)傳動要求進行相應(yīng)的設(shè)定,同時,開環(huán)控制是對驅(qū)動系統(tǒng)進行改造的過程中不可缺少的環(huán)節(jié)。當(dāng)現(xiàn)代機床與傳統(tǒng)的進行比較時可以發(fā)現(xiàn),現(xiàn)代機床具有更高的穩(wěn)定性,而且自身發(fā)生故障的可能性越來越低,工作中出現(xiàn)的故障也大多是由于人為操作失誤所引起。數(shù)控機床都是由機械和電氣等多方面的程序構(gòu)成,維修人員要從內(nèi)到外仔細的檢查,最大限度的排除因為隨意的卸載造成的機床性能降低。此外,對于參數(shù)的設(shè)置也要能夠起到將滾珠絲杠螺母副之間的軸向間隙減小甚至消除的作用,這樣的操作可以更加有效地提高傳動的剛度。在設(shè)計中,對數(shù)據(jù)庫的整理也是很有必要的,它是遠程數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ),網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫是將數(shù)據(jù)和資源實現(xiàn)共享的核心技術(shù),然后經(jīng)過本地計算機的處理完成數(shù)據(jù)的存貯和查詢。
5、煤礦數(shù)控機床伺服系統(tǒng)設(shè)計
數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)有三種,即開環(huán),半閉環(huán)和閉環(huán)三種。其中閉環(huán)的控制方案的優(yōu)點很多也很突出,閉環(huán)的系統(tǒng)的機床精度很高,在補償機械運動中的誤差小,能減小甚至消除干擾與間隙等因素對精度的影響。但是閉環(huán)系統(tǒng)的機構(gòu)較其他系統(tǒng)復(fù)雜,使用技術(shù)難度較大,對該系統(tǒng)的調(diào)試和維修困難,再有就是生產(chǎn)的造價高,在實際的生產(chǎn)過程中使用閉環(huán)的控制系統(tǒng)沒有太大的必要性。ActiveX的其實就是一個開放的平臺。其工作內(nèi)容就是給程序的開發(fā)人員和用戶,還有Web生產(chǎn)廠商提供在互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)建程序集成過程中的方向。ActiveX服務(wù)器控件能把所有的能執(zhí)行的代碼還有程序融入到該服務(wù)器系統(tǒng)之中,并嵌入到Web中,讓用戶能通過網(wǎng)絡(luò)就能得到想要的程序,不需要遠程的客戶端就能進行遠程的執(zhí)行。
6、總結(jié)
1.改造原理
目前,數(shù)控系統(tǒng)種類繁多,按數(shù)控系統(tǒng)的性能價格比分為:經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)、全功能型數(shù)控系統(tǒng)和特殊型數(shù)控系統(tǒng)四大類產(chǎn)品。
經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)也稱簡易數(shù)控系統(tǒng)(simplenumericalcontrolsystem)。其特點是價格便宜、精度適中、功能簡化、針對性強,比較適用于老設(shè)備技朮改造和產(chǎn)品更新。
標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)的特點是功能較全,價格適中,適用于中檔的數(shù)控機床,應(yīng)用較廣。
多功能型數(shù)控系統(tǒng)的特點是功能齊全,價格較貴。適用于加工復(fù)雜零件的大中型機床以及FMS、CIMS中使用的數(shù)控機床。
特殊型數(shù)控系統(tǒng)適用于各類特種加工機床,如:電加工機床,超精加工機床等。
依據(jù)經(jīng)濟實用原則。對中小型車床的改造廣泛采用步進電機驅(qū)動的開環(huán)控制系統(tǒng)。用經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)改造后車床的控制原理如圖1所示。改造后的車床可以自動車削圓柱面、圓錐面、端面、球面、螺紋等。
2.改造方案
結(jié)合生產(chǎn)實際,依據(jù)工藝要求和被改造車床的完好程度,可采用不同的改造方案。
對實際役齡較短,零部件完好,精度尚未降低,導(dǎo)軌刮花可見或?qū)嶋H役齡較長經(jīng)修復(fù)后達到精度要求的機床可作如下改造。
安裝脈沖編碼器將主軸的轉(zhuǎn)速與進給量聯(lián)系起來。將原機床的刀架拆除換成電動刀架實現(xiàn)自動換刀。將原機床的掛輪系統(tǒng)、進給箱、溜板箱、絲杠、光杠拆除,換成由步進電機、齒輪減速裝置和滾珠絲杠組成的進給傳動系統(tǒng)??v向步進電機及齒輪減速裝置安裝在拆除進給箱處的床身上。滾珠絲杠支座可安裝在原絲杠的安裝基面上,螺母支座安裝在縱向拖板上。縱向進給傳動示意圖如圖2所示。橫向步進電機及齒輪減速裝置安裝在縱向溜板上橫向絲杠尾端處。滾珠絲杠安裝在原絲杠位置,并對原絲杠支承部位、螺母座部位以及原空間尺寸進行加工。注意橫向滑板與齒輪減速裝置是否碰撞,若碰應(yīng)采取措施。橫向進給傳動示意圖如圖3所示。
二、經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)的選擇
目前,國內(nèi)生產(chǎn)的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)有多種類型。經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)主要包括數(shù)控裝置、坐標(biāo)軸驅(qū)動(或伺服)系統(tǒng)、主軸驅(qū)動系統(tǒng)、刀架及輔助功能的強電控制與驅(qū)動系統(tǒng)、接口等。
經(jīng)濟型數(shù)控裝置有步進電機驅(qū)動的開環(huán)數(shù)控裝置、直流電機驅(qū)動的半閉環(huán)數(shù)控裝置和點位式經(jīng)濟型數(shù)控裝置三種。對于數(shù)控車床改造一般選用步電機驅(qū)動開環(huán)數(shù)控裝置。選擇時主要考慮以下性能:CPU類型、用戶容量、控制軸或聯(lián)動軸數(shù)、設(shè)定單位、插補類型、編程尺寸及編程標(biāo)準(zhǔn),G、M、S、T、F功能、刀具補償功能、間隙補償功能及循環(huán)功能、顯示方式及顯示信息的形式、絕對編程、增量編程、程序輸入方式以及報警、診斷等。根據(jù)需要選擇相應(yīng)的性能。
步進電機驅(qū)動單元的性能參數(shù)主要有:步進電機性能參數(shù)及安裝尺寸,控制箱與電機的接線型式等。系統(tǒng)的快速進給速度、空載起動頻率,靜態(tài)轉(zhuǎn)矩,系統(tǒng)升頻降頻時間,起動矩頻特性、起動慣頻特性、運行矩頻特性。
驅(qū)動電路的型式主要有:高低壓驅(qū)動電路、斬波驅(qū)動電路、調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動電路、細分驅(qū)動電路、電流檢測型功率放大電路等。不同的電路型式、其工作性能不同,根據(jù)加工需要合理選擇。
刀架控制與驅(qū)動系統(tǒng)主要考慮刀架型式(如四位或八位電動刀架,或轉(zhuǎn)塔六位刀架等),定位精度及重復(fù)定位精度,換刀時間、刀具選擇時刀架的轉(zhuǎn)向、夾緊力,刀桿尺寸及裝夾刀具結(jié)構(gòu)型式等性能參數(shù)。
強電接口及弱電接口、主要根據(jù)工作需要選擇。如工件自動夾緊,加工螺紋時,選擇強電接口;主軸的脈沖編碼器與數(shù)控裝置的接線,程序輸入接口等選擇弱電接口。
國內(nèi)生產(chǎn)的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)的類型主要有:BCK2─001,BKC2─005,GWK─1A/Ⅱ/Ⅲ,JWK─20T,BKC2─8A,GSK─928,2385─1T等系列產(chǎn)品。廣泛應(yīng)用在數(shù)控改裝及老產(chǎn)品車床改型中。在選擇時,除性能參數(shù)外,還要考慮其外型,安裝形式等因素。結(jié)合設(shè)計計算選擇合適的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)。
【摘要】在短時期內(nèi)大量地更新現(xiàn)有設(shè)備,無論從資金還是國內(nèi)機床制造廠的生產(chǎn)能力都很難做到。對舊機床進行數(shù)控化改造投資少、見效快,是機械制造廠挖潛技改的一條成功之路。
【關(guān)鍵詞】舊機床數(shù)控改造方案選擇
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圖1為鍵控特技原理示意圖。
一.鍵控特技的分類
1.按鍵源的性質(zhì)分
內(nèi)鍵
鍵源與填充(前景)信號是同一個圖像信號,即用要填的圖像信號一路經(jīng)過鍵控信號處理器產(chǎn)生摳像電視信號,另一路作為“填充信號”填入被摳掉的部分。內(nèi)鍵也稱自鍵。內(nèi)鍵特技以前常用于黑白字幕插入,鍵源信號通常是在黑底上的白色字符或圖形,它的電平只有高低兩種,且對應(yīng)白色部分的電平高,如果填充信號記作A,背景信號記作B,則內(nèi)鍵可簡述為A摳B填A(yù)。這種技術(shù)現(xiàn)廣泛地應(yīng)用于色鍵特技。將疊加的全電視信號經(jīng)消色電路和放大整形處理后,形成摳像鍵控信號,從而進行混合疊加。
(2)外鍵
相對于內(nèi)鍵特技而言,外鍵特技的鍵信號不是由填充(前景)信號或背景信號形成的,而是由第三路視頻信號作為鍵源所形成的,外鍵的鍵源信號也是由黑底上的白色字符或圖形,填充信號通常為單一色調(diào)的彩色信號,因此外鍵特技通常用于彩色字幕的插入。如果填充信號記作A,背景信號記作B,鍵源信號記作C,則外鍵可簡述為C摳B填A(yù)。
在計算機顯示像素時,其RGB像素,一路通過電平合成得到摳像信號,另一路經(jīng)過D/A變換,編碼器編碼產(chǎn)生填充信號,如圖2所示。其中存儲器輸出為數(shù)字RGB信號(各8位),經(jīng)D/A變換成模擬RGB,然后經(jīng)編碼器合成成為填充信號,另一路經(jīng)求和電平處理器產(chǎn)生摳像信號。圖2的鍵控信號疊加器輸出為0和1兩種狀態(tài)的電平信號,隨著字幕機技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)已有利用另一8位信號通道產(chǎn)生具有256級電平變化的ALPHA鍵,從而產(chǎn)生具有半透明漸變的效果(后文詳述)。
2.按產(chǎn)生鍵信號的鍵源圖象成分分
(1)亮度鍵
它是利用鍵源圖像中亮度成分來形成鍵信號,亮度鍵要求鍵源圖像要有較高的亮度反差,即要求鍵源中作前景的圖像部分要亮,其余部分要暗(黑),要形成明顯的黑白反差,亮度鍵又稱黑白鍵。圖3為亮度鍵原理示意圖。
(2)色度鍵
又稱色鍵,它是利用彩色幕布的前景圖像(填充信號)的色度成分(主要是色度中的色調(diào),也就是圖像的顏色)與其后的彩色幕布的色調(diào)(幕布的顏色)差別來形成鍵信號,用鍵信號去摳背景圖像,再填入彩色幕布的前景圖像。色鍵也是內(nèi)鍵的一種形式,所不同的是鍵信號的形成方式,內(nèi)鍵是利用鍵源信號的黑底和白字符之間的亮度差別來形成鍵信號,而色鍵是利用鍵源信號的彩底(即彩色幕布)和前景圖像(如演員圖像)之間的色調(diào)差別來形成鍵信號,同時鍵源信號又作為填充信號。色鍵要求鍵源圖像信號有較高的色度反差,即要求鍵源信號中作前景的圖像不能含有其后作幕布(背景)的彩調(diào)相同或相近的色調(diào),也就是要求鍵源信號的前景和背景的色調(diào)盡量分開,最好是補色關(guān)系,以保證兩者之間的色調(diào)差別。
在電視制作中為了獲得最佳視覺效果,使用色度鍵時應(yīng)盡量滿足下列要求:
.背景應(yīng)平坦,照明條件要好,顏色要均勻。
.拍攝物體的照明要好,不能帶有被鍵出的顏色。
.視頻必須以分量格式拍攝。
圖4為色鍵原理示意圖。
3.按鍵信號波形分
硬色鍵
鍵信號波形是前后沿很陡的矩形脈沖信號,硬色鍵合成輸出圖像的前景和背景的分界處有抖動和突變現(xiàn)象,使人感到生硬和不自然,還存在分界處彩色閃爍和有幕布色鑲邊等現(xiàn)象。另外,對于自然景物中的半透明物體作為合成圖像前景圖像時,其后面的背景圖像應(yīng)該是部分地透明,但是硬色鍵在任何瞬間其鍵信號所控制的視頻切換開關(guān)不是接通就是斷開,鍵信號只有兩種取值,不是高電平就是低電平,因此硬色鍵合成圖像中前景圖像不是全透過就是全不透過其后的背景圖像,這與我們?nèi)粘R姷降淖匀痪坝^是不同的,所以硬色鍵特技給人缺乏真實效果的感覺。在硬色鍵中,鍵信號為高電平時視頻開關(guān)接通,前景圖像全透過其后的背景圖像,鍵信號為低電平時視頻開關(guān)切斷,前景圖像全不透過其后的背景圖像。
(2)軟色鍵
鍵信號波形是與前景圖像透明度相關(guān)的斜坡形(梯形)信號,鍵信號在上升和下降期間有一定的斜率,軟色鍵能夠在很大程度上克服硬色鍵的上述缺點,軟色鍵中將用于硬色鍵的脈沖門控混合電路改成了線性混合電路。
目前,在軟色鍵的基礎(chǔ)上發(fā)展了線性鍵控特技(也稱透明鍵或ALPHA鍵),線性鍵合成圖像能線性地與前景圖像的透明度成比例地透過背景圖像。軟色鍵和線性鍵擴大了色鍵特技的應(yīng)用范圍。線性鍵是具有半透明混合效果的鍵控特技,其鍵信號決定合成圖像中前景圖像(填充信號)后背景圖像以什么樣的透明度可見,即鍵信號根據(jù)前景圖像的透明度而線性地成比例地決定前景信號與背景信號的合成比例或混合程度。線性鍵的數(shù)學(xué)模型可用下式表示:
VOUT=VF*K+VB*(1-K)
其中VOUT為前景(填充)信號和背景信號合成后的輸出信號,VF為前景信號,VB背景信號,K為鍵信號,K值取值范圍為大于等于0而小于等于1,從該式可知,當(dāng)K=1時,VOUT=VF,此時線性鍵的合成輸出就是前景(填充)信號,這種情況稱為完全疊加。當(dāng)K=0時,VOUT=VB,此時線性鍵的合成輸出就是背景信號,這種情況稱為完全不疊加。當(dāng)大于0而小于1時,線性鍵的合成輸出為前景(填充)信號VF和背景信號VB按照K值所決定的比例進行合成以后的圖像,合成圖像看上去是半透明的效果,透過前景可以看到背景,透明度的大小取決于鍵信號K的值。實際上,當(dāng)K=0或K=1時,線性鍵就工作在硬色鍵方式,但反過來硬色鍵卻不能達到線性鍵的效果,因為硬色鍵的鍵信號K的值只有0(低電平)和1(高電平)兩個值,所以硬色鍵合成輸出要么是前景信號,要么是背景信號,不可能出現(xiàn)半透明的混合效果。
圖5給出了線性鍵(ALPHA鍵)原理示意圖。
二.色鍵技術(shù)應(yīng)用于虛擬演播室
隨著數(shù)字電視.計算機和多媒體技術(shù)的發(fā)展,色鍵已從二維特技發(fā)展到三維特技,近幾年出現(xiàn)的虛擬演播室技術(shù)就是三維色鍵視頻特技的典型應(yīng)用,它將活動的演播人員圖象通過色鍵方式鍵入到三維立體動畫背景之中。做到真實的演員能深入到虛擬的三維場景中,并能夠與其中的虛擬對象實時交互。在虛擬演播室中在一間蘭色屏幕代替的真實背景里進行現(xiàn)場表演,三維計算機圖形發(fā)生器實時產(chǎn)生一個逼真的虛擬環(huán)境,并按照以下程序工作:攝象機采集前景視頻信號,同時攝象機上的跟蹤定位系統(tǒng)實時提供攝象機移動的信息。這些數(shù)據(jù)被送至一個實時圖形計算機。從計算機的鏡頭視角再產(chǎn)生一個虛擬環(huán)境。以蘭色屏幕為背景拍攝的攝象機圖象,經(jīng)延時后與選自計算機的虛擬背景以相同時碼進行工作,并通過數(shù)字視頻切換臺“聯(lián)合”在一起,實時產(chǎn)生一個組合圖象。
圖6給出了色鍵技術(shù)應(yīng)用于虛擬演播室的原理示意圖。
傳統(tǒng)的色鍵技術(shù)與計算機技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于虛擬演播室,成功解決了前景與背景之間的透視關(guān)系.比例關(guān)系,使合成的圖像有了極佳的立體效果,可以達到以假亂真的地步。
三.鍵控技術(shù)應(yīng)用于電視播出系統(tǒng)
目前鍵控技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于各級電視臺的播出系統(tǒng),主要用于臺標(biāo)時鐘和字幕信息的疊加,所采用的方式多為并聯(lián)方式,即只將實現(xiàn)鍵控特技功能的鍵控混合器串接于電視播出系統(tǒng)視頻通道中,而將臺標(biāo)時鐘機與字幕機并接于鍵混合器,如圖7所示。其優(yōu)點在于簡化了電視播出系統(tǒng)視頻通道,提高了電視播出系統(tǒng)的可靠性和安全性,降低了故障率和人為差錯率,因為播出節(jié)目視頻信號經(jīng)過鍵混合器而不經(jīng)過臺標(biāo)時鐘機和字幕機,而且即使鍵控混合器出現(xiàn)故障,也因為其具有掉電旁路直通功能而不影響播出節(jié)目視頻信號的傳輸。同時,采用鍵控混合器并接方式也方便了播出設(shè)備的維護和檢修,當(dāng)臺標(biāo)時鐘機或字幕機出現(xiàn)故障時,可以方便地將其拆下檢修,而不會影響視頻通道的節(jié)目播出,只是暫時無法疊加臺標(biāo)時鐘或字幕信息而已。
圖8給出了鍵控混合器的原理示意。作為播出通道的關(guān)鍵設(shè)備,其必須具備以下功能:
主信號斷電直通功能(BYPASS)。
采用兩路外鍵處理方式,可同時進行底行字幕游動和臺標(biāo)疊加處理。
視頻信號通道指標(biāo)滿足規(guī)定的要求。
具備各種檢測功能。包括主信號在線檢測,填充信號與主信號的同步檢測。
通過對鍵控信號的處理,使得鍵控特技的混合層次靈活可選。
具備手動/遙控功能,作為播出設(shè)備,通過相應(yīng)的遙控接口很容易接入自動播出系統(tǒng)。
鍵控混合器從使用上說分為兩種,即開關(guān)鍵和ALPHA鍵。開關(guān)鍵即前文提到的硬色鍵,其核心部分是一高速開關(guān),開關(guān)的速度很快,一般在15ns以下,主信號和疊加信號經(jīng)鉗位后分別到達二選一開關(guān)一端,鍵信號產(chǎn)生的控制信號用來控制開關(guān)。
自1998年6月中央電視臺率先采用半透明臺標(biāo)以來,已有許多地市電視臺都選用了新型具有256級透明效果的ALPHA鍵代替了傳統(tǒng)的開關(guān)鍵,使字幕和臺標(biāo)能出現(xiàn)半透明或浮雕等效果。
四.鍵控特技應(yīng)用于電視后期制作
在電視節(jié)目的后期制作中怎樣利用傳統(tǒng)的鍵控技術(shù)創(chuàng)造出意想不到的效果,我一直在進行一些嘗試。我臺成立于1997年,目前臺里除了擁有傳統(tǒng)的卷編設(shè)備外,還擁有Avid及新奧特的非線編設(shè)備各一套。由于這兩套設(shè)備均不是以字幕作為設(shè)計目標(biāo),因此在節(jié)目制作過程中,我們發(fā)現(xiàn)字幕的特技和動畫一直是困擾我們的一個難點。要想做出字幕的拖尾,碎玻璃,水波紋,雙字同時游動,馬賽克等效果幾乎不可能。通過長期的實踐和摸索,我們利用鍵控特技和現(xiàn)有設(shè)備,卻可以成功地實現(xiàn)這些效果,大大提高了制作人員的創(chuàng)作熱情,增加了節(jié)目的可視性。