浅谈数控铣床改造机电一体化设计

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　　摘要：装备制造业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，当今
　　世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态市场的适应能力和
　　竞争能力。此外，世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资。我
　　国在这方面发展相对落后，迫切需要加强数控专业人才培养。
　　关键词：装备制造业，数控铣床，机电一体化
　　
　　数控铣床是一种自动加工设备，在普通铣床的基础上，集成了数字控制系统，可
　　以在系统程序的控制下精确地进行铣削加工的机床。数控铣床通常由以下几个部分组
　　成：主传动系统、数控系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等。
　　机电一体化是技术密集型系统工程，通过将机械技术、信息技术、电工电子技术、微电
　　子技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并将这种技术
　　应用到实际设计中。当今的机电一体化技术正向着智能化、高性能、系统化以及轻量、微型
　　化方向发展。
　　
　　一、数控铣床机电一体化工程
　　随着数控技术的应用，机械制造设备数控化趋势越来越明显，给传统制造业带来了革命
　　性的变化，如今制造业已经成为工业化的象征。
　　数控铣床机电一体化设计要突出以下特点。在数控铣床设计时，不能只依赖一种技术，
　　要通过电子技术与机械技术有机的结合开展设计，还要对技术方案开展评估，使设计产品符
　　合了机电一体化要求，并且在机械设备和电子元件匹配的情况下，选择最优的技术方案。
　　要实现数控铣床产品的性能，必须通过机械技术和电子技术的配合才能实现，这其中如
　　何实现两种技术相互补充、相互联系是关键。如果只依靠电子元件或者机械装置简单的结合
　　是无法完成的，必须考虑电子元件与机械装置的控制，通过软件和硬件相互结合，才能将多
　　种技术统一并发挥协同效应。当然，在进行数控铣床产品设计时，还需要考虑产品成本、稳
　　定性、加工精度、市场需求情况等要求。
　　通常数控铣床机电一体化的设计要经过两个阶段，即开发设计阶段和适应性设计阶段。
　　其中开发设计具有一定的难度，因为开发设计需要在没有任何参照的情况下开发设计产品，
　　同时产品要满足性能要求，这就对设计人员的想象力、理论基础及市场经验提出了考验。适
　　应性设计，则是对已经设计出来的产品进行修改、加工，完善产品的功能和对进行局部改进，
　　此外，还可以改变产品的外型尺寸、精度、速度等参数来增加产品性能比，使数控铣床产品
　　的性能、功能符合设计要求。如今，计算机技术已经广泛应用在各行各业，在进行数控铣床
　　机电一体化设计也要充分利用计算机技术，借助计算机设计、分析、模拟、优化设计方案，
　　来提高产品设计的效率及精度，同时降低产品研发费用。还有在设计产品时要充分考虑产品
　　的用途、成本、性能等因素，使设计出的产品经济实用、稳定性高、消耗少，以增强产品在
　　市场的竞争力。
　　
　　二、数控铣床机电一体化设计探讨
　　从机械技术和电子技术两门专业的差异来看，两者在设计方法上有很大的不同。由于没
　　有计算机辅助设计。以往传统的机械设计通常是借鉴前人的经验，并着重于形象思维的运用，
　　所以很多工作都是在图纸上完成的，并力求在图纸设计阶段不断论证完善。电路的设计一般
　　是建立在实验的基础上，从设计过程来看，因为连接线路的部件都规格化、标准化，而且在
　　电路板上更换几个部件比较容易，不象机械设计，对于改变其中的零部件不但时间长，而且
　　浪费大。所以机械设计缺乏灵活性，而电路设计更注重的是逻辑思维。
　　从以上机电之间设计上的差别来看，在科学技术日新月异的今天，数控铣床机电一体化
　　产品的研制，传统的方法研发周期长，消耗大，已经是很难适应。所以在此探讨数控铣床机
　　电一体化设计方法具有有一定的意义。
　　
　　1、物理模型方法
　　追根溯源，机械学、电子学都是建立在物理学的基础上，而纵观自然科学的发展的历史，
　　两者之间的联系更加紧密。电路理论研究是由早期的力学研究推动的，现在电子学的许多概
　　念和理念都有模仿机械学的痕迹。如非常相似的MKB 机械振动系统和电子学方面的LCR 电路
　　系统。另外热传导系统、旋转运动系统、液压系统等也都基本上能摸拟成LCR 电路系统，并
　　且其状态方程是一样的。所以在进行机电一体化模型设计时，设计者可以据这个相似原理将
　　电子系统和机械系统都抽象成物理系统进行处理，这将使得对实体系统的分析变得简单易
　　行。然后结合状态变量法抽象出数学模型，即状态变量方程。并借助于计算机分析、计算、
　　处理或直接控制。
　　
　　2、系统寻优原则
　　数控铣床机电一体化设计的核心思想是如何将各种技术有机的融为一体。所以产品设计
　　应从整体上研究把握。因为产品越复杂，稳定性越差，所以产品的结构和功能要力求以最简
　　单可行的手法实现复杂的功能。这就意味着要从系统角度优化，使机械与电子技术有机结合
　　得恰到好处。因为机电系统是一门综合学科,单一技术可能是很平常的，但多种这样的技术
　　的融合，可能得到协同效应。出现一加一大于二的结果。因此在系统总体设计开始的时候，
　　系统总的功能指标实现途径、保证方法的寻优是机电一体化设计的关键。
　　
　　三、结语
　　数控铣床机电一体化技术和产品将是今后技术装备中非常重要的一部分，对关系国计
　　民生的一些行业的发展起着越来越重要的作用，但是从目前来看，我国在数控装备领域系统
　　研发与制造实力仍不是很强，相比发达国家差距很大。随着国家产业振兴计划的出台，装备
　　制造业被国家纳入长远规划，我们应该利用这个契机，引进和吸收国外先进技术，推动我国
　　数控机电产品的发展。

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