數(shù)控技術(shù)在機(jī)械工程的發(fā)展與應(yīng)用

孫大勇

摘? 要：機(jī)械工業(yè)是一個國家發(fā)展的重要基礎(chǔ)，做好機(jī)械工業(yè)的發(fā)展是十分重要且必要的。新時期，隨著信息化、自動化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，為現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)發(fā)展提供了強(qiáng)大的助推力。通過將信息化技術(shù)、自動控制技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域提升機(jī)械工業(yè)的信息化、自動化水平的技術(shù)被稱之為數(shù)控技術(shù)。文章在分析數(shù)控技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上對其為機(jī)械加工技術(shù)所帶來的重要影響進(jìn)行了分析介紹，并就數(shù)控技術(shù)的未來發(fā)展與智能化趨勢進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：數(shù)控技術(shù);機(jī)械工業(yè);制造技術(shù)

Abstract： Machinery industry is an important foundation for the development of a country， and it is very important and necessary to do a good job in the development of machinery industry. In the new era， with the development and application of information and automation technology， it provides a powerful boost for the development of modern machinery industry. Through the application of information technology and automatic control technology in the field of machinery industry， the technology to improve the information and automation level of machinery industry is called numerical control technology. Based on the analysis of the characteristics of numerical control technology， this paper analyzes and introduces its important influence on machining technology， and looks forward to the future development and intelligent trend of numerical control technology.

前言

數(shù)控技術(shù)在機(jī)械加工領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，尤其是以西門子、FANUC、海德漢等數(shù)控系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)中占據(jù)著較大的比重。現(xiàn)代機(jī)械加工對于加工的精度、速率有著更高的要求，尤其是航空、航天、航海等領(lǐng)域更是需要超高精度的加工，不論是零部件加工后的尺寸精度、幾何精度都有著更高的要求。做好數(shù)控技術(shù)在機(jī)床中的發(fā)展與應(yīng)用將能夠有效地提升數(shù)控機(jī)床的加工精度。為工業(yè)的發(fā)展提供強(qiáng)大的助推力。

1 數(shù)控技術(shù)的組成與特點(diǎn)

數(shù)控技術(shù)是數(shù)字計算機(jī)控制技術(shù)與機(jī)械制造技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，其最為典型的代表就是數(shù)控機(jī)床，從上世紀(jì)60-70年代第一臺數(shù)控機(jī)床發(fā)展至今數(shù)控技術(shù)呈現(xiàn)出了跨越式的發(fā)展。尤其是現(xiàn)今，數(shù)控機(jī)床更是將現(xiàn)代現(xiàn)今的傳感器技術(shù)、光電技術(shù)以及計算機(jī)和通信組網(wǎng)技術(shù)融入其中，從而使得數(shù)控機(jī)床更具有信息化、智能化，不僅是數(shù)據(jù)處理速度更快、機(jī)床移動和切削速度更快，同時數(shù)控機(jī)床的加工精度也更高、加工速度也越快。可以說，數(shù)控機(jī)床在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中占據(jù)著極為重要的地位，需要積極做好數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與應(yīng)用。數(shù)控技術(shù)是一體化的技術(shù)，同時也是一項系統(tǒng)性的工程，其由多個組分共同協(xié)作，共同促進(jìn)數(shù)控技術(shù)獲得良好的發(fā)展。

2 成組技術(shù)與數(shù)控技術(shù)的聯(lián)系與應(yīng)用

成組技術(shù)與數(shù)控技術(shù)之間是相輔相成的，成組技術(shù)可以被稱之為數(shù)控技術(shù)發(fā)展應(yīng)用的基礎(chǔ)。在現(xiàn)代，數(shù)控技術(shù)與成組技術(shù)之間更是獲得深度的聯(lián)系與融合，從而推動了制造技術(shù)向著新階段邁進(jìn)。其中，以數(shù)控技術(shù)為主、成組技術(shù)為輔所形成的柔性加工系統(tǒng)，能夠就多品種、小批量零部件的高效加工，在現(xiàn)代機(jī)械加工領(lǐng)域占據(jù)著重要的地位。成組技術(shù)和數(shù)控技術(shù)緊密結(jié)合所形成的工業(yè)制造系統(tǒng)在為加工制造業(yè)帶來助力的同時，也為計算機(jī)輔助設(shè)計和計算機(jī)輔助制造技術(shù)提供著技術(shù)支持，是數(shù)控技術(shù)的集中體現(xiàn)。成組技術(shù)與數(shù)控技術(shù)的深度結(jié)合不僅在機(jī)械加工形式、精度與機(jī)械加工效率方面有著極大的提升，同時對生產(chǎn)組織形式也有著極大的影響。成組技術(shù)與數(shù)控技術(shù)相結(jié)合后所形成的加工體系通過對機(jī)械生產(chǎn)的各要素進(jìn)行合理調(diào)配，充分發(fā)揮出各環(huán)節(jié)的作用，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

3 數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域中的應(yīng)用

數(shù)控機(jī)床是數(shù)控技術(shù)在機(jī)械加工制造領(lǐng)域中的典型應(yīng)用。數(shù)控機(jī)床主要是由機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)部分、數(shù)控系統(tǒng)、控制模塊、CNC、PLC以及數(shù)控電機(jī)等幾大主體部分所組成，再輔助以液壓、壓縮空氣等部分，上述部分共同構(gòu)成了數(shù)控機(jī)床?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床要求高精度，從而對數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分提出了較高的要求：（1）較高的機(jī)床動、靜剛度。數(shù)控機(jī)床的高精度是建立在機(jī)床床身良好的動、靜剛度的基礎(chǔ)上的?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床所采用的變頻電機(jī)直線運(yùn)動速度極快，數(shù)控機(jī)床在高速運(yùn)動過程中將會對床身產(chǎn)生較強(qiáng)的沖擊，良好的機(jī)床動、靜剛度將有助于機(jī)床降低機(jī)床自身因振動等影響因素對機(jī)床加工精度所帶來的干擾。（2）較低的運(yùn)動副之間的摩擦與傳動間隙。數(shù)控機(jī)床運(yùn)動是由變頻電機(jī)經(jīng)傳動絲杠最終到機(jī)床刀具的傳動鏈，傳動鏈中任何一個傳動副出現(xiàn)較高的摩擦和傳動間隙將會對數(shù)控機(jī)床整體的傳動精度產(chǎn)生嚴(yán)重的影響?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的高精度是建立在良好的機(jī)械剛性和傳統(tǒng)特性的基礎(chǔ)上的。（3）較高的機(jī)床使用壽命和機(jī)械剛性?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床高速移動對于機(jī)床的機(jī)械特性有著較高的要求，要求機(jī)床的機(jī)械部分具有較高的精度和耐磨性，能夠承受短時間機(jī)床高速運(yùn)動所帶來的快速摩擦以及材料熱溫升所帶來的影響。為滿足數(shù)控機(jī)床的上述要求，需要不斷的對數(shù)控機(jī)床所使用的材料、加工工藝以及技術(shù)進(jìn)行研究與應(yīng)用?，F(xiàn)代加工工業(yè)中以數(shù)控機(jī)床為代表的數(shù)控技術(shù)正在占據(jù)著越來越大的比重，同時隨著計算機(jī)、通信以及自動化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用數(shù)控技術(shù)的自動化程度、智能化程度也在不斷的加深，從而為工業(yè)體系的進(jìn)步打下了良好的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)與傳統(tǒng)工業(yè)相結(jié)合所形成的工業(yè)系統(tǒng)主要有：FMS系統(tǒng)、DNC系統(tǒng)、CIMS系統(tǒng)、STEP-NC系統(tǒng)等。

3.1 柔性制造技術(shù)、系統(tǒng)

柔性制造系統(tǒng)是物流運(yùn)輸系統(tǒng)與數(shù)控加工系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，此系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是能夠?qū)o固定加工順序的隨機(jī)自動制造與機(jī)械加工設(shè)備進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，通過使用計算機(jī)進(jìn)行中央集中控制，促使工件完成一體化的加工制造。柔性制造系統(tǒng)能夠在中、小型加工類企業(yè)得到良好的應(yīng)用，不僅應(yīng)用成本低、規(guī)模小，而且應(yīng)用較高效、可靠。柔性制造單元是柔性制造系統(tǒng)中的重要組成部分，加工工件固定在托盤上，通過托盤的交換完成工件的裝夾，從而實現(xiàn)了工件加工的無縫銜接。柔性制造單元能夠在單批次、大批量的零部件加工中發(fā)揮出極為高效的加工速率，從而實現(xiàn)大批量的高效生產(chǎn)。

3.2 計算機(jī)集成制造系統(tǒng)

計算機(jī)集成制造系統(tǒng)是現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)中的組成部分之一，計算機(jī)集成制造系統(tǒng)通過將現(xiàn)代管理技術(shù)、制造技術(shù)與信息技術(shù)有機(jī)的融為一體，利用計算機(jī)所具有的強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力實現(xiàn)對于企業(yè)生產(chǎn)過程中技術(shù)、人員與物流信息等的計算、處理與調(diào)配，實現(xiàn)了資源的高效調(diào)配和利用。

3.3 分布式數(shù)控

分布式數(shù)控體系采用的是“一拖多”的控制模式，以一臺或是多臺計算機(jī)作為整套系統(tǒng)的“上位機(jī)”，“上位機(jī)”能夠?qū)崿F(xiàn)對于所控計算的查閱、控制與信息傳輸，通過將其應(yīng)用于在企業(yè)加工管理中將能夠有效的減少工件從編程到加工的中間環(huán)節(jié)，工藝編程人員在完成對于所需加工零部件的程序編制后通過DNC系統(tǒng)可以直接傳送至所需要加工的機(jī)床中，機(jī)床操作人員結(jié)合所編制完成的加工程序完成對于零部件的加工制造。DNC系統(tǒng)可以將加工車間內(nèi)的多臺數(shù)控機(jī)床通過一個大的數(shù)控加工系統(tǒng)聯(lián)系在一起，在大規(guī)模的數(shù)控加工中可以得到極為良好的加工效果。

3.4 STEP-NC技術(shù)

該技術(shù)是由歐盟所提出的，后經(jīng)世界上多個國家的參與進(jìn)行共同的研發(fā)最終使得該技術(shù)得以實現(xiàn)。此技術(shù)在應(yīng)用時具有能夠處理繁復(fù)的各種信息、實現(xiàn)智能控制加工、直觀展現(xiàn)加工任務(wù)、產(chǎn)品信息描述完整等優(yōu)勢，是新一代的數(shù)控加工技術(shù)。STEP-NC技術(shù)的核心優(yōu)勢在于能夠讓加工系統(tǒng)根據(jù)所設(shè)計完成的工件圖紙完成機(jī)械加工刀具運(yùn)動模式的設(shè)計，實現(xiàn)了按照設(shè)計圖紙進(jìn)行產(chǎn)品制造加工的可能。該技術(shù)的核心在于對設(shè)計圖紙的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和調(diào)閱，因此在該技術(shù)的研究應(yīng)用中需要加強(qiáng)對于文件讀取技術(shù)的開發(fā)，在提高讀取效率的同時確保相關(guān)數(shù)據(jù)讀取的準(zhǔn)確性。在以往傳統(tǒng)的STEP-NC技術(shù)中，數(shù)控技術(shù)采用間接而非直接的方式完成相關(guān)數(shù)據(jù)的讀取、調(diào)閱和控制，但是需要注意的是傳統(tǒng)的STEP-NC技術(shù)所采用的間接解釋技術(shù)讀取效率較低無法最大限度地發(fā)揮出STEP-NC技術(shù)的優(yōu)勢。新一代STEP-NC技術(shù)所使用的直接解釋和自適應(yīng)解釋方式都能夠有效的規(guī)避傳統(tǒng)STEP-NC技術(shù)間接解釋所帶來的問題。因此，在STEP-NC技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用中需要加強(qiáng)對于該技術(shù)的研究，利用新技術(shù)來提高數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用前景，從而使得數(shù)控技術(shù)獲得更好的發(fā)展。

3.5 人工智能技術(shù)與數(shù)控技術(shù)的交互相融

現(xiàn)代社會是信息化的社會，以云計算、人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)為代表的互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)通過與數(shù)控技術(shù)相結(jié)合從而使得數(shù)控技術(shù)煥發(fā)了新的生命。尤其是人工智能技術(shù)，通過多年的發(fā)展人工智能技術(shù)已經(jīng)獲得一定的突破，其所具有的學(xué)習(xí)性、智能化將會為現(xiàn)代制造業(yè)提供更多的核心動力。我國所發(fā)布的“智能制造2025”戰(zhàn)略就是基于這一核心理念所提出的。新時期，新技術(shù)既帶來了機(jī)遇又帶來了挑戰(zhàn)，數(shù)控技術(shù)應(yīng)當(dāng)積極探索人工智能技術(shù)在數(shù)控技術(shù)中的發(fā)展與應(yīng)用，推動新一代人工智能技術(shù)與數(shù)控技術(shù)的深度融合，形成更加智能化的數(shù)控加工設(shè)備，從而為數(shù)控技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用指明方向。

3.6 數(shù)控技術(shù)相關(guān)軟硬件的研發(fā)與應(yīng)用

數(shù)控技術(shù)是基于高性能計算機(jī)的基礎(chǔ)上所發(fā)展起來的重要技術(shù)，相對于其他計算機(jī)硬件，數(shù)控技術(shù)所需要的硬件需要極高的可靠性和較強(qiáng)的計算能力，尤其是可靠性是排在首位的。驅(qū)動模塊是連接電機(jī)的重要設(shè)備，現(xiàn)階段我國所使用的驅(qū)動模塊多數(shù)是使用的國外產(chǎn)品，新時期應(yīng)當(dāng)積極加強(qiáng)數(shù)控技術(shù)硬件產(chǎn)品的研發(fā)與應(yīng)用，完成我國數(shù)控硬件的產(chǎn)業(yè)進(jìn)步。在數(shù)控技術(shù)發(fā)展方面，我國自主品牌華中數(shù)控、廣數(shù)等雖然取得了一定的成績但是其仍然缺乏核心技術(shù)產(chǎn)品，新時期應(yīng)當(dāng)積極做好技術(shù)的研發(fā)沉淀，通過厚積薄發(fā)爭取取得技術(shù)的突破。

4 結(jié)束語

數(shù)控技術(shù)對于現(xiàn)代制造業(yè)的影響是十分深遠(yuǎn)的，尤其是機(jī)械工程領(lǐng)域，通過將數(shù)控技術(shù)與機(jī)械設(shè)備相結(jié)合，能夠有效地提升機(jī)械設(shè)備的自動化和智能化水平。同時需要加大對于數(shù)控技術(shù)的研發(fā)投入，掌握核心技術(shù)。

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