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數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)設(shè)計研究探索

前言:想要寫出一篇引人入勝的文章?我們特意為您整理了數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)設(shè)計研究探索范文,希望能給你帶來靈感和參考,敬請閱讀。

數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)設(shè)計研究探索

摘要:隨著工業(yè)化以及科技信息的不斷發(fā)展,制造也得到了飛速的發(fā)展。本文以PCB數(shù)控鉆孔為例,對數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)設(shè)計以及機床以及PCB數(shù)控鉆孔做了簡單的介紹,總結(jié)了這一領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r,并對PCB數(shù)控鉆孔機床的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造技術(shù)的優(yōu)化提出了相關(guān)的優(yōu)化策略。

關(guān)鍵詞:數(shù)控機床;機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

1數(shù)控機床簡介

數(shù)控機床是基于現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)上的一種產(chǎn)品,其可以將科學(xué)技術(shù)融入生產(chǎn)中,并與系統(tǒng)的操作指令相結(jié)合,從而能夠?qū)崿F(xiàn)信息化的產(chǎn)品生產(chǎn)。在實際運行數(shù)控機床的操作中,信息以及數(shù)據(jù)是其中最基礎(chǔ)的部分,要一切以產(chǎn)品的需求為目標(biāo),將產(chǎn)品信息正確無差錯錄入進系統(tǒng),保證最終產(chǎn)品生產(chǎn)的準(zhǔn)確性。此外,在操作的過程中,要加強對數(shù)控機床的監(jiān)控,尤其是生產(chǎn)效率以及質(zhì)量;除了加強監(jiān)控,還要注重數(shù)控機床的轉(zhuǎn)型升級,并定期對設(shè)備進行檢修。PCB數(shù)控機械鉆孔是數(shù)控機床的一種具體表現(xiàn)。PCB,即印刷線路板,一般指在絕緣材料上,按照一定的方案設(shè)計,將印刷線路以及印刷元件組合形成印刷電路板。在線路板上鉆孔的方法一般有兩種,即激光鉆孔和數(shù)控機械鉆孔。與激光鉆孔相比,數(shù)控機械鉆孔一般對加工材料的適應(yīng)性較強,成本較低等明顯優(yōu)勢,因此,被廣泛使用。

2數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造技術(shù)的發(fā)展動態(tài)

全球經(jīng)濟以及工業(yè)化的不斷發(fā)展,促使了科技的不斷創(chuàng)新和進步。在這一大的時代背景下,數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)設(shè)計以及制造技術(shù)也在不斷的完善與發(fā)展。就現(xiàn)階段而言,數(shù)控技術(shù)正朝著智能化、高精度的方向邁進。在實際的工業(yè)生產(chǎn)中,數(shù)控機床是非常重要的一個環(huán)節(jié),更多的是應(yīng)用與機械生產(chǎn)中,這就對機床的穩(wěn)定性以及完整性提出了很高的要求。數(shù)控機床的廣泛使用能夠有效的提高產(chǎn)品的質(zhì)量以及生產(chǎn)效率,對保證產(chǎn)品的性能也有一定的促進作用。主軸的帶動是數(shù)控機床的主要部分,其原理是利用設(shè)備的機械傳動從而實現(xiàn)對其余部分的輔助支撐,從而進一步達到整體控制數(shù)控機床的目的??茖W(xué)的數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計對提高其工作效率起到了至關(guān)重要的作用,尤其是主軸的部分,因此,這就需要我們利用現(xiàn)代科技以及現(xiàn)代的工業(yè)制造技術(shù)不斷的改進數(shù)控機床的主軸部分,特別是其運轉(zhuǎn)速度。以PCB數(shù)控鉆孔為例,其原理是利用X、Y、Z三個坐標(biāo)軸,當(dāng)X以及Y軸達到指定的目標(biāo)坐標(biāo)后,Z軸遵循計算機發(fā)出的指令,執(zhí)行精密鉆孔操作。與其余工業(yè)發(fā)達國家相比,我國的PCB數(shù)控鉆孔的出現(xiàn)較晚,但是發(fā)展卻相對更迅速一些。從上世紀(jì)80年代開始,經(jīng)過了三十多年的發(fā)展,我國的PCB數(shù)控鉆孔技術(shù)有了長足的發(fā)展,尤其是在精密孔的加工、運轉(zhuǎn)速度等方面。就現(xiàn)階段我國的實際情況而言,PCB數(shù)控鉆孔的發(fā)展主要朝著以下幾個方向發(fā)展。(1)超高精度、超高運轉(zhuǎn)速度。由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)以及計算機技術(shù)的飛速發(fā)展,數(shù)控機床的發(fā)展也十分迅速。為了能夠與工業(yè)發(fā)展的速度相匹配,數(shù)控機床必須要具備超高精度以及超高運轉(zhuǎn)速度的優(yōu)勢,這兩點是評價數(shù)控PCB數(shù)控鉆孔的最為關(guān)鍵的因素,其好壞對產(chǎn)品的質(zhì)量以及生產(chǎn)效率有著決定性的作用。(2)提高可靠性。除了上述的運轉(zhuǎn)速度以及精度外,可靠性也是評價數(shù)控機床的重要指標(biāo)之一。以國外的標(biāo)準(zhǔn)為例,數(shù)控機床中數(shù)控系統(tǒng)的MTBF(平均故障間隔時間)已達到6000h以上,平均無故障時間大于10000h,具有相當(dāng)大的可靠性。但是,就我國目前可達到的水平而言,數(shù)控系統(tǒng)的MTBF只有3000h小時左右,達到5000h的非常少。除此之外,數(shù)控機床整機的平均無故障時間可以達到800h;而我國,目前已知的最長時間只有300h。因此,提高數(shù)控機床的可靠性非常有必要。在之后的發(fā)展道路上,數(shù)控機床可以充分利用現(xiàn)代高科技,包括集成電路等,提高其可靠性。其次,還要增強數(shù)控機床自身的故障診斷排除系統(tǒng)、自我修復(fù)系統(tǒng)、以及自我保護系統(tǒng)等進一步提高其可靠性。(3)實時智能化。以PCB鉆孔為例,其發(fā)展的早期較為簡單,只需滿足簡單的數(shù)控機械鉆孔的目的。而隨著智能化的不斷發(fā)展,PCB數(shù)控鉆孔也與其結(jié)合并發(fā)展。PCB數(shù)控機械鉆孔的實時智能化的方法主要是對相關(guān)影響運行精度和運行速度的因素進行實時監(jiān)控、建模等,并根據(jù)得到的數(shù)據(jù)做出及時準(zhǔn)確的判斷以及決策。通過這一流程,可以對數(shù)控鉆孔的精度不斷改進,從而得到相對最為精確的結(jié)果。此外,實時智能化還能提高數(shù)控機床的生產(chǎn)效率以及自我修復(fù)功能。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時,實時智能可以第一時間判斷故障位置、故障原因,進行故障報警,并自動脫離故障模塊,接入備用模塊,實施系統(tǒng)的自我修復(fù)。因此,實時智能化是數(shù)控機床的未來重要的發(fā)展趨勢之一。(4)控制系統(tǒng)小型化。在數(shù)控機床未來的發(fā)展趨勢中,應(yīng)該會采取超高集成度的印刷電路板,使得控制系統(tǒng)更加小型化。此外,還可以采用新型超薄液晶顯示屏,更進一步的縮小控制系統(tǒng)的體積,更便于數(shù)控機床的實際操作。(5)創(chuàng)新能力的不斷提高。雖然我國數(shù)控機床的發(fā)展速度較快,但是創(chuàng)新能力明顯不足。目前而言,我國數(shù)控機床的發(fā)展主要處于模仿國外階段,自主創(chuàng)新只占了比較小的一部分。因此,為了促進我國數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造技術(shù)的快速發(fā)展,必須提高自主創(chuàng)新能力,將更多的科技與信息化融入其中,才能提高相關(guān)企業(yè)的市場競爭力。

3數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化策略

數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造技術(shù)在工業(yè)的發(fā)展中起到了十分重要的作用,可以促進國民經(jīng)濟的穩(wěn)定發(fā)展。因此,我們要不斷的對數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計以及制造技術(shù)進行優(yōu)化。以PCB數(shù)控鉆孔為例,主要可以從以下幾個方面進行優(yōu)化:(1)提高機床的穩(wěn)定性。提高這一類型數(shù)控機床的穩(wěn)定性,主要從系統(tǒng)的加速度控制以及結(jié)構(gòu)設(shè)計方面考慮。PCB數(shù)控鉆孔的運動位移較小,起止時間間隔很短,因此,就造成了定位不準(zhǔn)確的結(jié)果。因此,在機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計中,必須采用合理的方式,提高運行的穩(wěn)定性以及定點的準(zhǔn)確性,減少操作中的慣性;此外,還可以使用一些特殊的材料,提高系統(tǒng)運行的平穩(wěn)性,達到定點準(zhǔn)確的目的。具體來說,可以采用以下措施:盡量使用剛性結(jié)構(gòu)設(shè)計、減少各方向軸移動物體質(zhì)量、加大靜態(tài)物體質(zhì)量以及適當(dāng)使用防震材料等。(2)提高主軸的運行精度和速度。主軸的運行精度以及速度是評價PCB數(shù)控鉆孔機床的重要指標(biāo)之一。在數(shù)控機械結(jié)構(gòu)中,如果主軸運行精度以及速度較低,往往實現(xiàn)不了機械加工的精密化,會造成鉆孔精密度差、鉆孔質(zhì)量不高的結(jié)果,給后續(xù)加工帶來很大的困難。在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計以及制造技術(shù)中,可以采用靜壓空氣軸承主軸。靜壓空氣軸承主軸的運行速度可以達到200Krpm,精度最高是0.03μm級,具有較高的運行精度,能夠?qū)崿F(xiàn)微小孔的高速加工。此外,靜壓空氣軸承主軸的使用壽命較一般主軸長、動態(tài)特性更好。(3)采用三維穩(wěn)定性仿真技術(shù)。隨著現(xiàn)代工業(yè)以及信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展,對印制電路板的要求也越來越高,需要更加精細、更加快速的鉆孔技術(shù)。然而,目前我國最小只可以達到0.2mm的孔徑,與國外0.08mm還有較大的距離;在運行速度方面,國外可以達到75m/min,是我國的2.5倍。因此,亟需采取一定的手段提高機床的整體機械性能,三維穩(wěn)定性仿真技術(shù)就是其中比較好的一種。三維穩(wěn)定性仿真技術(shù)具體來說是指,采用仿真測量建立相關(guān)模型,減少鉆床在操作運行時,由于高速旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的偏離,提高鉆頭定點的準(zhǔn)確性,進而提高鉆頭的三維穩(wěn)定性。(4)采取自適應(yīng)跟蹤控制器。鉆孔精度是PCB數(shù)控鉆孔的重要評價指標(biāo)之一,電氣又是影響鉆孔精度的最重要的影響因素之一。電氣因素導(dǎo)致的鉆孔精度可以通過提高伺服系統(tǒng)的性能加以控制。在實際的操作中,伺服系統(tǒng)對鉆孔精度的控制主要體現(xiàn)在三個方面,即反應(yīng)速度快、運行精度高以及轉(zhuǎn)矩小。由于在運轉(zhuǎn)過程中,存在很多外界干擾,例如摩擦等,會影響機床的精度。為了解決這一問題,課題采用自適應(yīng)跟蹤控制器。自適應(yīng)跟蹤控制器包括基本控制器、前饋控制器、摩擦補償控制器、位置反饋控制器等幾部分,對減少外部的干擾、提高加工精度起到了積極的作用。(5)采用帶GA功能的貪婪算法。隨著印刷電路板的不斷發(fā)展,電路板上的鉆孔數(shù)量也在不斷增多。傳統(tǒng)的算法一般有較多的空行程,因此,就必須采用一種全新的算法改善這一缺點。帶GA功能的貪婪算法恰恰能解決這一問題。貪婪算法的運行處理速度一般較快,在其中加入GA功能可以進一步對這一算法進行優(yōu)化,改善鉆孔的運行軌跡,減少空行程的運行,最終達到提高運行速度以及生產(chǎn)效率的目的。

4結(jié)語

數(shù)控機床是工業(yè)化進程中最為基礎(chǔ)的一個環(huán)節(jié),而運行速度以及運行精度又是其中的重中之重。根據(jù)以上的分析,以PCB數(shù)控鉆孔機床為例,從機械結(jié)構(gòu)設(shè)計以及制造技術(shù)兩個方面入手,對提高數(shù)控機床的運行精度和速度、穩(wěn)定性等提出了相應(yīng)優(yōu)化策略,包括機械的優(yōu)化以及控制系統(tǒng)的優(yōu)化,以期能夠促進我國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,加快我國的工業(yè)化進程。

參考文獻:

[1]姚小群,姚錫凡,張潔.數(shù)控機床多領(lǐng)域建模與設(shè)計優(yōu)化的研究及發(fā)展[J].機械制造,2015,11:1-5.

[2]周忠博,王紅軍,黃民.數(shù)控技術(shù)的最新進展及發(fā)展趨勢研究[J].裝備制造技術(shù),2013,01:82-86.

作者:姚杰 單位:深圳市強華科技發(fā)展有限公司

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