數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用和發(fā)展

李桐順

摘 要：制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，而數(shù)控技術(shù)水平的高低，很大程度上決定了一個(gè)國(guó)家的制造業(yè)水準(zhǔn)。數(shù)控技術(shù)是基于計(jì)算機(jī)、傳感器、通信網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代電子技術(shù)而出現(xiàn)的典型的機(jī)電一體化技術(shù)。相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù)，其在加工精度、效率等方面有著巨大的優(yōu)勢(shì)?；跀?shù)控技術(shù)的機(jī)床制造、煤礦機(jī)械、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)等也取得了飛速的發(fā)展。隨著數(shù)控技術(shù)的不斷完善，相關(guān)研究領(lǐng)域又對(duì)數(shù)控技術(shù)提出了高速高精度加工、智能制造、柔性制造等多種未來(lái)發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：數(shù)控技術(shù)；機(jī)械制造；應(yīng)用發(fā)展

裝備制造業(yè)是國(guó)家工業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。而以數(shù)控機(jī)床為代表的數(shù)控與智能制造設(shè)備，對(duì)于裝備制造業(yè)的振興做出了重要的貢獻(xiàn)。尤其是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)步，數(shù)控設(shè)備的開(kāi)發(fā)迎來(lái)熱潮，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣。我國(guó)自上個(gè)世紀(jì)五十年代開(kāi)始研發(fā)數(shù)控技術(shù)，歷經(jīng)了封閉式發(fā)展、引進(jìn)技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化、出口競(jìng)爭(zhēng)等多個(gè)階段，取得了令人矚目的成就。能夠完成數(shù)十種高精尖數(shù)控機(jī)床的研發(fā)制造，基本掌握了世界水平的現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)，相關(guān)技術(shù)規(guī)范也在逐漸完善過(guò)程中。

1 數(shù)控技術(shù)的基本概念

1.1 數(shù)控技術(shù)的定義

現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)而興起的一項(xiàng)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)。它是通過(guò)預(yù)先編程、數(shù)字控制的方法對(duì)機(jī)床、自動(dòng)化生產(chǎn)線、機(jī)器人等設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的一項(xiàng)技術(shù)。數(shù)控技術(shù)得益于機(jī)械制造理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信等多項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展與成熟。

1.2 數(shù)控技術(shù)的主要特點(diǎn)

相比起傳統(tǒng)的電氣和機(jī)械控制手段，數(shù)控技術(shù)的加工精度更好、對(duì)加工對(duì)象具有良好的適應(yīng)性，具備更高的生產(chǎn)效率。數(shù)控設(shè)備可以更快捷地對(duì)機(jī)械加工參數(shù)進(jìn)行修改，方便地生產(chǎn)出不同基本參數(shù)的工件；對(duì)于曲面等復(fù)雜表面零件可以很好地保證加工精度；換刀和進(jìn)給速度高于傳統(tǒng)機(jī)床，使得加工效率大大提高。

2 數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造技術(shù)中的應(yīng)用

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

數(shù)控機(jī)床是最典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，是當(dāng)今世界工業(yè)化國(guó)家制造業(yè)的主流設(shè)備。數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平，是國(guó)家制造業(yè)工藝水平的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)，而數(shù)控機(jī)床也是關(guān)系到國(guó)家經(jīng)濟(jì)和國(guó)防工業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略物資。數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)主要由核心控制系統(tǒng)和機(jī)床系統(tǒng)組成。在核心控制系統(tǒng)里，由嵌入式計(jì)算機(jī)裝置完成對(duì)數(shù)控指令的輸入、測(cè)定、編譯，并將執(zhí)行代碼發(fā)送給可編程控制設(shè)備（PLC），再通過(guò)數(shù)控伺服單元對(duì)機(jī)床各個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，以執(zhí)行主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)等。數(shù)控機(jī)床按照工藝用途可以分為切削加工、成型加工、特種加工等多種類型

2.2 數(shù)控技術(shù)在機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)中的應(yīng)用

數(shù)字控制技術(shù)在機(jī)器人工業(yè)中的應(yīng)用，最先體現(xiàn)在汽車工業(yè)中。汽車工業(yè)是研發(fā)實(shí)力雄厚的傳統(tǒng)工業(yè)，也是依靠機(jī)器人技術(shù)最先實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化的重工業(yè)。尤其是在汽車及其配件的流水化生產(chǎn)線中，以數(shù)控機(jī)床、加工中心和工業(yè)機(jī)器人為代表的數(shù)控系統(tǒng)，使得多品種、小批量、個(gè)性化的產(chǎn)品生產(chǎn)制造成為可能。同時(shí)，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，以數(shù)控技術(shù)為代表的自動(dòng)化制造技術(shù)也幫助企業(yè)很好地應(yīng)對(duì)了勞動(dòng)力價(jià)格上漲帶來(lái)地挑戰(zhàn)?？梢哉f(shuō)，正是由于數(shù)控加工技術(shù)的出現(xiàn)，使得現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，使制造業(yè)和數(shù)控技術(shù)成為密不可分的整體。

2.3 數(shù)控技術(shù)在煤礦機(jī)械制造中的應(yīng)用

煤礦機(jī)械屬于重型機(jī)械，其中有許多具有特殊加工要求的零部件，其加工制造難度相對(duì)較大。因此高效和高精度的數(shù)控技術(shù)再煤礦機(jī)械制造領(lǐng)域也取得了較為廣泛的應(yīng)用。例如對(duì)于有密封要求的浮動(dòng)油封，必須保證足夠精確的加工曲面精度，才能更好地保障密封地可靠性，而采用數(shù)控加工技術(shù)以后，油封地加工效率提高了5倍以上。而數(shù)控焊機(jī)、氣割機(jī)等設(shè)備也為采煤機(jī)地制造成型節(jié)省了大量的時(shí)間。

3 數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造技術(shù)中的發(fā)展

3.1 高速高精度加工

數(shù)控設(shè)備，尤其是數(shù)控機(jī)床，未來(lái)將會(huì)向著高速高精度加工發(fā)展。自上個(gè)世紀(jì)90年代以來(lái)，高性能機(jī)床伺服系統(tǒng)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，高速主軸單元的轉(zhuǎn)速可達(dá)100000r/min以上，橫向切削進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)60m/min，快移速度可達(dá)兩倍以上。高速切削可以明顯提高數(shù)控機(jī)床的加工效率，且根據(jù)切削物理學(xué)家Salomon的高速切削理論，當(dāng)切削速度超過(guò)一定范圍以后，切削溫度和切削力反而會(huì)有所降低，對(duì)于性能特殊的現(xiàn)代化刀具和工件材料而言，這樣的高速加工可以提高表面加工的質(zhì)量及精度，起到保護(hù)刀具的作用。

3.2 智能制造技術(shù)

對(duì)于數(shù)控技術(shù)，智能化是近年來(lái)發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)。智能制造技術(shù)在數(shù)控技術(shù)上的應(yīng)用，可以體現(xiàn)為兩個(gè)方面：第一是加工、診斷和編程的智能化，傳統(tǒng)的數(shù)控加工技術(shù)，在環(huán)境溫度、切削材料等加工條件發(fā)生變化時(shí)，只能由操作人員對(duì)加工參數(shù)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整而智能化編程控制技術(shù)，可以判斷加工過(guò)程的變化，通過(guò)自動(dòng)編程對(duì)切削用量、方案進(jìn)行優(yōu)化，當(dāng)加工出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，還可以對(duì)故障進(jìn)行自動(dòng)診斷；第二是交互的智能化，傳統(tǒng)的數(shù)控設(shè)備，其與操作人員的交互行為主要通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)接口和機(jī)械、電氣按鍵，對(duì)非專業(yè)用戶而言不是十分友好，而智能化圖形交互界面可以通過(guò)文字、圖形、菜單、窗口的形式與用戶進(jìn)行交互，大大方便了用戶的共工作。另外，在智能制造領(lǐng)域還有一些更加前沿的技術(shù)理論，如科學(xué)設(shè)計(jì)、計(jì)算的可視化技術(shù)，其可以采用多媒體、三維建模、虛擬樣機(jī)等將工件的設(shè)計(jì)制造過(guò)程可視化，大大縮短了設(shè)計(jì)、制造、加工的周期。

3.3 柔性制造技術(shù)

柔性制造技術(shù)是數(shù)控技術(shù)發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)的一個(gè)重要概念。它最早由美國(guó)和日本的制造企業(yè)提出，是指以統(tǒng)一的信息控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，對(duì)多臺(tái)數(shù)控加工設(shè)備、物流設(shè)備進(jìn)行管理和調(diào)控，從而形成的一套隨加工對(duì)象的變化而不斷變換適應(yīng)的自動(dòng)化機(jī)械制造系統(tǒng)。柔性制造技術(shù)具有很高的自動(dòng)化程度，其可以根據(jù)零件的加工要求自動(dòng)對(duì)刀具、夾具進(jìn)行更換，并對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以控制相關(guān)的運(yùn)輸工作。柔性制造技術(shù)依據(jù)其規(guī)模大小，可以分為柔性制造單元、系統(tǒng)、生產(chǎn)線三個(gè)層級(jí)。而整個(gè)柔性制造體系又包含了加工、物流、信息等多個(gè)層級(jí)，是一項(xiàng)綜合程度很高的數(shù)控應(yīng)用技術(shù)。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，我國(guó)數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)性技術(shù)，只有充分掌握數(shù)控技術(shù)，才能將其更好地應(yīng)用與汽車、航空航天、船舶、兵器制造等多個(gè)領(lǐng)域。雖然我國(guó)的數(shù)控技術(shù)水平在過(guò)去的幾十年間取得了很大地提高，但與世界頂尖水平仍然存在一定差距。如何提高數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化水平，將我國(guó)從數(shù)控產(chǎn)業(yè)的制造大國(guó)轉(zhuǎn)型為制造強(qiáng)國(guó)，是相關(guān)研究領(lǐng)域和企業(yè)需要考慮的問(wèn)題。本文僅對(duì)數(shù)控技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用和發(fā)展進(jìn)行了簡(jiǎn)單梳理，對(duì)于相關(guān)研究工作的進(jìn)行具有一定的參考意義。

參考文獻(xiàn)

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