基于數(shù)控技術(shù)的機(jī)械加工機(jī)床分析

范虹

摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)各類(lèi)機(jī)械設(shè)備的需求越來(lái)越高，機(jī)械加工機(jī)床面臨的考驗(yàn)越來(lái)越嚴(yán)格，優(yōu)良的機(jī)床，必須能夠有效應(yīng)對(duì)高精度、異型、復(fù)雜曲面的零件加工，傳統(tǒng)的人工操作已逐漸無(wú)法滿(mǎn)足這種需求，因此我們亟需將數(shù)控技術(shù)更為深入地引入到機(jī)械加工領(lǐng)域。本文立足于此，首先探討了數(shù)控技術(shù)的原理，隨即分析了其在機(jī)械加工領(lǐng)域的應(yīng)用，觀點(diǎn)僅供參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)控技術(shù)；機(jī)械加工；機(jī)床；應(yīng)用展望

中圖分類(lèi)號(hào)：TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、數(shù)控技術(shù)簡(jiǎn)介

本文討論的所謂數(shù)控技術(shù)，是指狹義概念上的在機(jī)械加工過(guò)程中，對(duì)加工運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)所需要的被加工件形狀及精度的切削、焊接或擠壓成型進(jìn)行控制的技術(shù)，是基于數(shù)控控制理論。與傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)最大的差異在于，數(shù)控技術(shù)更為強(qiáng)調(diào)自動(dòng)化的檢測(cè)與運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，因此會(huì)涉及到傳感檢測(cè)、計(jì)算機(jī)控制等多領(lǐng)域的技術(shù)。由于其具有極高的計(jì)算機(jī)親和性，因此還能有效促進(jìn)CAD技術(shù)的發(fā)展。目前，數(shù)控技術(shù)已逐步成為先進(jìn)機(jī)械加工的主要技術(shù)，受到了科研人員的密切關(guān)注，其性能在不斷提升、功能被大幅拓展，適用的領(lǐng)域越來(lái)越廣。

數(shù)控技術(shù)工作原理主要是通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，按照編制好的程序，控制工作臺(tái)或刀具的移動(dòng)。在開(kāi)始加工前，一般需要利用外部輸入設(shè)備，將預(yù)先編制好的各種數(shù)據(jù)信息、加工程序輸入到計(jì)算機(jī)中；隨后計(jì)算機(jī)內(nèi)部解碼系統(tǒng)逐步解碼各條指令，直接控制各驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以符合運(yùn)動(dòng)要求的參數(shù)控制加工運(yùn)動(dòng)，在此步驟中，插補(bǔ)功能極為重要，同時(shí)為了保證運(yùn)動(dòng)路徑的準(zhǔn)確性，對(duì)各類(lèi)夾具的固定效果也有極高的要求；在加工過(guò)程中，傳感檢測(cè)裝置會(huì)持續(xù)對(duì)加工對(duì)象進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析，及時(shí)將修正數(shù)據(jù)反饋給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以此保證加工的精密度。

二、基于數(shù)控技術(shù)的機(jī)械加工機(jī)床分析

（一）數(shù)控技術(shù)在機(jī)械加工機(jī)床中的應(yīng)用現(xiàn)狀

1 數(shù)控技術(shù)在機(jī)床設(shè)備中的應(yīng)用

機(jī)床設(shè)備是直接參與各類(lèi)零件加工的主要設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制，能夠有效提升機(jī)床的工作效率。數(shù)控技術(shù)在機(jī)床設(shè)備上的應(yīng)用，主要是將計(jì)算機(jī)控制裝置與機(jī)床設(shè)備聯(lián)系起來(lái)而實(shí)現(xiàn)的。計(jì)算機(jī)控制裝置分析輸入的數(shù)控程序，向機(jī)床中心系統(tǒng)發(fā)出一定的控制指令，使其按照一定的順序執(zhí)行加工操作，即能實(shí)現(xiàn)數(shù)字化加工。

數(shù)控技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)在于，可以對(duì)零件的幾何信息進(jìn)行數(shù)字化處理，可以精確操作人眼無(wú)法有效識(shí)別的細(xì)微進(jìn)給，能夠保證復(fù)雜曲面的精確度，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)零件加工的一體化操作，減少了頻繁更換夾具、機(jī)床造成的誤差。

以一個(gè)極為簡(jiǎn)單的零件加工為例，如果我們需要加工一個(gè)底面為φ21mm圓、頂面為φ20mm圓、高度為10mm的均勻變化柱狀體，在傳統(tǒng)機(jī)床上，熟練的工人或許能夠保證底面和頂面的直徑，但肯定也無(wú)法保證沿母線方向的均勻變化，故而難以保證加工的有效性。但在數(shù)控機(jī)床下，計(jì)算機(jī)能精確計(jì)算出每次橫向進(jìn)給時(shí)的縱向進(jìn)給量，使其滿(mǎn)足加工精度要求。

以家具機(jī)械中的鉆床為例，目前已成功研制出具備鉆頭自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能的單排木工鉆床，其示意圖如下。該數(shù)控機(jī)床鉆頭庫(kù)中共包含8個(gè)鉆頭，通過(guò)更換主軸，能夠很方便地進(jìn)行鉆頭的切換，使得數(shù)控機(jī)床能夠一次性完成全部鉆孔加工，能夠大幅降低操作人力消耗。

圖1 某數(shù)控木工鉆床

2 數(shù)控技術(shù)在機(jī)床生產(chǎn)線上的應(yīng)用

數(shù)控技術(shù)在機(jī)床生產(chǎn)線上的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了零部件各個(gè)加工工序的有序組織，減少了人力參與，使得部分及其困難，甚至人工無(wú)法開(kāi)展的工序?qū)崿F(xiàn)了自動(dòng)化操作，有效提升了生產(chǎn)線的工作效率。與此同時(shí)，當(dāng)生產(chǎn)流水線出現(xiàn)故障時(shí)，設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)緊急停止，能夠有效保證正常的加工秩序不受大范圍打亂，同時(shí)還能保護(hù)加工機(jī)床，在維修方面，由于控制計(jì)算機(jī)記錄了相關(guān)的數(shù)據(jù)，能夠方便我們進(jìn)行故障的排查、解決。

以汽車(chē)車(chē)身的生產(chǎn)與組裝為例，如果不能在流水線上實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，自動(dòng)調(diào)整車(chē)身的方位，而以人力去翻轉(zhuǎn)，自然難以保證各點(diǎn)的對(duì)位準(zhǔn)確度，從而也就無(wú)法保證零部件的組裝精確度。而通過(guò)編制好的程序，配合輔助機(jī)器人，則能夠大幅簡(jiǎn)化這一階段的工作。

圖2所示，為某生產(chǎn)線上的開(kāi)環(huán)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)示意圖。

3 數(shù)控技術(shù)在機(jī)械加工系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，各類(lèi)機(jī)械加工系統(tǒng)也逐漸實(shí)現(xiàn)了數(shù)字自動(dòng)化操作，雖然具體的工藝領(lǐng)域不同，但實(shí)現(xiàn)了數(shù)控操作，最大的作用同樣在于降低最終的人力及物力投入。

以機(jī)殼毛坯制造為例，目前數(shù)控技術(shù)應(yīng)用較為廣泛的機(jī)床是氣割機(jī)床，能夠有效進(jìn)行單件下料，實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的連續(xù)性；又以數(shù)控銑床為例，相較于傳統(tǒng)銑床，其加工孔洞的外形更為廣泛，同時(shí)因?yàn)槠淙忾]加工，還能夠協(xié)助我們有效進(jìn)行廢料回收，對(duì)于實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排具有一定的積極意義。

（二）數(shù)控技術(shù)在機(jī)械加工機(jī)床中的發(fā)展方向分析

從上面的分析能夠看出，數(shù)控技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械加工機(jī)床，確實(shí)能夠在一定程度上滿(mǎn)足目前的零件加工需求，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)上看，還是需要我們繼續(xù)開(kāi)展深入的研究與實(shí)踐的。具體而言，我們需要從以下幾方面做出改進(jìn)。

首先，提升自動(dòng)化技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用，早日實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工的無(wú)人化生產(chǎn)。數(shù)控技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)在于提升了機(jī)床的工作效率，然而從目前的現(xiàn)狀看來(lái)，還是很少有機(jī)床能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)人化生產(chǎn)。因此，數(shù)控技術(shù)未來(lái)的主要發(fā)展方向，應(yīng)該是結(jié)合各種專(zhuān)家系統(tǒng)、智能化技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、學(xué)習(xí)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)加工智能化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化。同時(shí)，智能化還將帶來(lái)更為全面的加工網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這對(duì)提升相關(guān)企業(yè)信息集成度具有一定的積極意義。

其次，數(shù)控系統(tǒng)需要從效率和質(zhì)量?jī)煞矫嫒胧诌M(jìn)行優(yōu)化。效率和質(zhì)量一直都是現(xiàn)代制造業(yè)強(qiáng)調(diào)的重中之重，基于此，速度和精度也一直都是數(shù)控系統(tǒng)的重要設(shè)計(jì)指標(biāo)，可以預(yù)想，在未來(lái)了很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，我們的主要研究方向依舊是提升數(shù)控機(jī)場(chǎng)的加工效率和加工精度。

再次，數(shù)控系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)更為有效柔性化生產(chǎn)。柔性化對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的要求主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面上：第一，單一的數(shù)控系統(tǒng)需要具備較高的柔性，需要利用模塊化設(shè)計(jì)，提升功能覆蓋面，并提升系統(tǒng)的可裁剪性，以更好地滿(mǎn)足更多用戶(hù)的需求；第二，同一群控系統(tǒng)必須能夠適應(yīng)不同的生產(chǎn)流程，動(dòng)態(tài)調(diào)整物料和信息流動(dòng)，保證生產(chǎn)的有序進(jìn)行。

最后，數(shù)控機(jī)床還應(yīng)向著開(kāi)放化、提升兼容性，多軸化、提高設(shè)備利用率，集成化、減少設(shè)備體積并提升安全性等方向發(fā)展，以更好地促進(jìn)機(jī)械制造領(lǐng)域的發(fā)展。

結(jié)語(yǔ)

機(jī)械制造屬于重要的基礎(chǔ)工業(yè)，能夠有效促進(jìn)國(guó)家的發(fā)展。為了有效提升零件生產(chǎn)加工的精度及效率，我們應(yīng)該在機(jī)械加工機(jī)床中大力引進(jìn)各種數(shù)控技術(shù)。基于此，本文重點(diǎn)分析了何謂數(shù)控技術(shù)，并就數(shù)控技術(shù)在機(jī)械加工領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀做了深入淺出的探討，在文章的最后，對(duì)數(shù)控技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向做出了一定的展望，旨在提升該技術(shù)的應(yīng)用效果，為我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)和設(shè)備制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

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