數(shù)控技術(shù)與機(jī)電一體化有機(jī)結(jié)合的探討

摘要：

數(shù)控技術(shù)是當(dāng)前制造加工技術(shù)中最先進(jìn)、最廣泛的加工技術(shù)。當(dāng)前數(shù)控技術(shù)加工模式的弊端在于不能對(duì)加工中出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)的進(jìn)行處理，只能“忠實(shí)”的執(zhí)行加工程序。而機(jī)電—體化技術(shù)可以綜合運(yùn)用多學(xué)科技術(shù)，實(shí)現(xiàn)加工中的智能化、自動(dòng)化和柔性化。本文從數(shù)控技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)出發(fā)，結(jié)合機(jī)電—體化的相關(guān)優(yōu)勢(shì)，來(lái)分析數(shù)控技術(shù)與機(jī)電一體化有機(jī)結(jié)合的方式。

1.數(shù)控技術(shù)概述

1.1發(fā)展現(xiàn)狀

數(shù)控技術(shù)給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化，而且使其成為工業(yè)化的代表。近年來(lái)隨著數(shù)控技術(shù)的不斷進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床的蟬聯(lián)也不斷的上升，北京市從今年一月份開(kāi)始機(jī)床產(chǎn)量一直在上升，如圖所示。

數(shù)控技術(shù)近年來(lái)不斷的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大，對(duì)一些重要行業(yè)的發(fā)展也有促進(jìn)作用。數(shù)控技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀如下。

1.1.1數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過(guò)程進(jìn)行控制的技術(shù)，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的產(chǎn)品。

1.1.2目前社會(huì)快速發(fā)展，數(shù)控技術(shù)也在不斷的更新。由當(dāng)初的專(zhuān)用型封閉式開(kāi)環(huán)控制模式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄓ眯烷_(kāi)放式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式。以集成化為基礎(chǔ)，數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了小型化、簡(jiǎn)單化；以智能化為基礎(chǔ)，數(shù)控系統(tǒng)綜合了計(jì)算機(jī)、電子等多學(xué)科技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)可以進(jìn)行快速、精確、有效控制等，而且在加工中可以自動(dòng)測(cè)量與修正，通過(guò)反饋可以補(bǔ)償各種參數(shù)，并可以通過(guò)在線進(jìn)行加工診斷并智能化處理。以網(wǎng)絡(luò)化為基礎(chǔ)，通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)功能CAD/CAM模塊，可以與數(shù)控系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合在一起。在加工中，可以通過(guò)機(jī)床系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，以便于中央控制系統(tǒng)進(jìn)行集體控制。

1.1.3在傳統(tǒng)的數(shù)控加工中，加工都是事先思考好加工工藝、用量參數(shù)，然后編制好加工程序進(jìn)行加工。加工過(guò)程中的刀具選擇、工件材料、主軸轉(zhuǎn)速、切削速率、切削深度、加工余量等加工參數(shù)都是固定好的。如果在加工中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，則無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下根據(jù)外部干擾因素和隨機(jī)因素進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整。由此可見(jiàn)，傳統(tǒng)的方法這種固定程序的加工模式和封閉模式，限制了數(shù)控技術(shù)向多元化、智能化發(fā)展。因此需要對(duì)數(shù)控技術(shù)進(jìn)行些變革。

1.2發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)今數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)可分為以下幾點(diǎn)：

一是使數(shù)控加工性能實(shí)現(xiàn)高速高精高效化、柔性化、工藝復(fù)合性和多軸化；二是使數(shù)控加工的控制系統(tǒng)用戶(hù)界面圖形化、科學(xué)計(jì)算可視化，還可以運(yùn)用多媒體技術(shù)進(jìn)行信息處理；三是使數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)能夠集成化、模塊化和網(wǎng)絡(luò)化，能夠?qū)崿F(xiàn)開(kāi)放式的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

對(duì)于一個(gè)國(guó)家來(lái)說(shuō)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的水平不是由國(guó)民生產(chǎn)總值來(lái)決定，而是由這個(gè)國(guó)家所擁有的裝備工業(yè)的技術(shù)水平以及裝備制造業(yè)的現(xiàn)代化程度來(lái)決定的。要想快速發(fā)展新興的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和高端產(chǎn)業(yè)，比如軍事、航空等國(guó)防產(chǎn)業(yè)，就需要更先進(jìn)更核心的技術(shù)。在當(dāng)今社會(huì)，數(shù)控技術(shù)則是屬于比較先進(jìn)的技術(shù)，而且在世界各國(guó)都廣泛運(yùn)用，用以提高自己的制造能力和水平，以適應(yīng)復(fù)雜多變的市場(chǎng)，提高自己的競(jìng)爭(zhēng)能力。

2.機(jī)電一體化的優(yōu)勢(shì)

2.1結(jié)合多種技術(shù)

機(jī)電一體化技術(shù)是將機(jī)械技術(shù)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息機(jī)電一體化技術(shù)、傳感器技術(shù)、接口技術(shù)、信號(hào)變換技術(shù)等多種技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，并綜合應(yīng)用到實(shí)際中去的綜合技術(shù)。它也是合理配置各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實(shí)現(xiàn)特定功能價(jià)值，并使整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。

2.2使數(shù)控技術(shù)先進(jìn)化

先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)產(chǎn)業(yè)是以信息為主導(dǎo)，采用先進(jìn)生產(chǎn)模式、先進(jìn)制造系統(tǒng)、先進(jìn)制造技術(shù)和先進(jìn)組織管理形式的全新的產(chǎn)業(yè)。在機(jī)電一體化中，可以通過(guò)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)以及相關(guān)的通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)控技術(shù)的先進(jìn)化生產(chǎn)。

2.3具有分布式控制系統(tǒng)

通過(guò)分布式控制系統(tǒng)，我們可以集中對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控、管理和控制。不僅在生產(chǎn)過(guò)程中可以控制，而且可以實(shí)現(xiàn)在線最優(yōu)化、生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)調(diào)度、生產(chǎn)計(jì)劃統(tǒng)計(jì)管理等功能。

2.4具有開(kāi)放式控制系統(tǒng)

開(kāi)放控制系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)使計(jì)算機(jī)與控制設(shè)備互相連接，便于管理。能夠?qū)崿F(xiàn)控制與經(jīng)營(yíng)、管理、決策的集成，實(shí)現(xiàn)測(cè)量與控制一體化。

3.數(shù)控技術(shù)與機(jī)電一體化結(jié)合

3.1數(shù)控技術(shù)與機(jī)電一體化結(jié)合的發(fā)展背景

3.1.1在當(dāng)今的工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，數(shù)控機(jī)床不僅僅只是簡(jiǎn)單的操作系統(tǒng)和功能，要完成復(fù)雜零件，特別是四軸以上甚至六軸的要求。因此就需要通過(guò)車(chē)削中心、加工中心、柔性制造單元、柔性制造系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)來(lái)綜合集成。

3.1.2到了20世紀(jì)末期，世界各發(fā)達(dá)國(guó)家均開(kāi)始探索，將有限的數(shù)控技術(shù)進(jìn)行多元化擴(kuò)展。因此各國(guó)開(kāi)始思考將數(shù)控技術(shù)和機(jī)電一體化進(jìn)行結(jié)合，并且一起向智能化方向發(fā)展。這是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)、通信等技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)逐漸實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化，而精密加工技術(shù)也逐漸出現(xiàn)在機(jī)電一體化中，這些都能為數(shù)控技術(shù)的發(fā)展提供幫助。

3.1.3同時(shí)，由于人工智能技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域發(fā)展迅速，為機(jī)電一體化和數(shù)控技術(shù)都提供了有利的發(fā)展平臺(tái)，也為兩者的結(jié)合提供了有利的基礎(chǔ)。

3.2數(shù)控技術(shù)與機(jī)電一體化結(jié)合的發(fā)展方向

3.2.1制造加工智能化

在未來(lái)的制造加工業(yè)中，智能化已經(jīng)成為發(fā)展的需求，這也是未來(lái)數(shù)控技術(shù)與機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要發(fā)展方向。它需要在機(jī)床及數(shù)控系統(tǒng)的控制理論上，綜合運(yùn)用人工智能、運(yùn)籌分析、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造、機(jī)械傳動(dòng)學(xué)等多方面學(xué)科綜合結(jié)合。這些可以體現(xiàn)在性制造單元、柔性制造系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)中。這樣性制造單元、柔性制造系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)才能更有效的結(jié)合，達(dá)到更高的加工目的。如下圖，為智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)。

3.2.2制造加工網(wǎng)絡(luò)化

（1）到了21實(shí)際，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，而在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展和普及過(guò)程中，給中國(guó)的許多市場(chǎng)都帶來(lái)了根本性的改變。這使得許多的產(chǎn)品、物料和制造等都可以在不同地域、不同國(guó)家進(jìn)行。這可以說(shuō)從另一個(gè)角度促進(jìn)了企業(yè)加工的發(fā)展。（2）在制造業(yè)中，更多的需要多方面合作，多方面交流。在一個(gè)車(chē)間上百臺(tái)設(shè)備可以接受一臺(tái)總機(jī)控制，當(dāng)指令通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下達(dá)到相關(guān)執(zhí)行單元時(shí)，就可以按照指令要求進(jìn)行有序的加工配合。而在數(shù)控加工中要想實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化控制，就需要通過(guò)電子化設(shè)計(jì)，將控制系統(tǒng)集合總成到控制總機(jī)中，而在每臺(tái)設(shè)備上需要有相關(guān)的電子控制單元。這也是數(shù)控技術(shù)與機(jī)電一體化結(jié)合的一個(gè)重要體現(xiàn)。

3.3制造加工自動(dòng)化

3.3.1在普通的數(shù)控機(jī)床加工中，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)加工程序來(lái)進(jìn)行機(jī)床的自動(dòng)加工了。但是這種加工是模式化的，也就是程序是怎么編寫(xiě)的，加工也就怎么進(jìn)行。如果在加工中存在問(wèn)題，機(jī)床仍然會(huì)“忠實(shí)”的執(zhí)行程序，即使發(fā)生加工事故也不會(huì)事先自我停止。

3.3.2隨著世界化加工的高科技化、高效率化和高質(zhì)量化。加工的要求逐漸上升為數(shù)控系統(tǒng)能夠自我進(jìn)行分析測(cè)量，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題可以及時(shí)處理。而這些要求就需要相關(guān)的集成技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)。而在機(jī)電一體化中，就可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)一體化制造系統(tǒng)。通過(guò)制造單元技術(shù)和柔性制造技術(shù)進(jìn)行相關(guān)結(jié)合，可以創(chuàng)造出適應(yīng)現(xiàn)代化自動(dòng)化的生產(chǎn)模式。這可以為數(shù)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)制造敏捷化、制造智能化、制造自動(dòng)化提供有利條件。

4.總結(jié)

本文通過(guò)對(duì)數(shù)控技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析。傳統(tǒng)的數(shù)控加工只是簡(jiǎn)單將零件的加工程序輸入到機(jī)床設(shè)備中，再由機(jī)床設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化的加工，這種加工方式不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的智能化、網(wǎng)絡(luò)化和柔性化。