淺析機(jī)械制造中數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)

谷子平 吳素青

【摘? ? 要】數(shù)控技術(shù)是促進(jìn)我國機(jī)械加工行業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)之一。目前，數(shù)控技術(shù)在我國機(jī)械制造業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，并實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造自動(dòng)化，促進(jìn)了我國綜合國力的提升和產(chǎn)業(yè)的積極發(fā)展。加強(qiáng)數(shù)控技術(shù)的研究與應(yīng)用有助于機(jī)械制造業(yè)的飛速發(fā)展，更好更快地推動(dòng)相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，探究機(jī)械制造中數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)于發(fā)展我國的機(jī)械制造業(yè)和綜合國力的增強(qiáng)具有重要的意義。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械制造? 數(shù)控技術(shù)? 應(yīng)用發(fā)展

中圖分類號(hào)：G4? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2020.21.005

一、數(shù)控技術(shù)概述

隨著時(shí)代的發(fā)展和科技的進(jìn)步，現(xiàn)今的數(shù)控技術(shù)逐漸發(fā)展成熟。數(shù)控技術(shù)是實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造技術(shù)自動(dòng)化的核心所在。數(shù)控技術(shù)是將存儲(chǔ)、處理、運(yùn)算、邏輯判斷等功能集于一身，以計(jì)算機(jī)處理器代理硬件邏輯電路的數(shù)據(jù)采控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械制造加工的現(xiàn)代化。因此，有必要利用現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，最大限度地發(fā)揮其在機(jī)械制造業(yè)的應(yīng)用，創(chuàng)造更大價(jià)值，節(jié)省更多能源，提高生產(chǎn)效率?；诖?，機(jī)械數(shù)控技術(shù)必須在應(yīng)用過程中不斷尋求創(chuàng)新和完善，提升自動(dòng)化、智能化、精細(xì)化的能力，以順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的要求，做到健康可持續(xù)發(fā)展。

二、機(jī)械設(shè)計(jì)制造中應(yīng)用數(shù)控技術(shù)的必要性

數(shù)字控制技術(shù)，主要是在機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程中，通過數(shù)字信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械運(yùn)行及加工過程的控制。首先，提高生產(chǎn)效率。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備無法滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)需求，不利于在企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中持續(xù)發(fā)展。利用自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行各項(xiàng)機(jī)械設(shè)備的維護(hù)管理，減少企業(yè)成本，提升了產(chǎn)品質(zhì)量。其次，完善安全性能。傳統(tǒng)設(shè)備制造一旦在運(yùn)行中出現(xiàn)各種性能故障，工作人員無法在第一時(shí)間排查解決故障。利用自動(dòng)化技術(shù)通過既定程序進(jìn)行機(jī)械加工更加穩(wěn)定可靠，提升了機(jī)械加工的效率，保障設(shè)備穩(wěn)定持續(xù)地運(yùn)行。最后，減少能源消耗。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備是低效率、高消耗，而自動(dòng)化技術(shù)能為企業(yè)節(jié)省更多的能源消耗與成本，計(jì)算機(jī)設(shè)備可以優(yōu)化設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)設(shè)備加工制造的自動(dòng)化和智能化，能完成對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程的科學(xué)管理。

三、數(shù)控原理、設(shè)備與技術(shù)特點(diǎn)

數(shù)控技術(shù)是指運(yùn)用數(shù)字化的信號(hào)對(duì)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行和加工進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工的自動(dòng)化，數(shù)控技術(shù)的運(yùn)用極大地提高了現(xiàn)今機(jī)械加工行業(yè)的工作質(zhì)量和工作效率。數(shù)控技術(shù)由計(jì)算機(jī)硬件和軟件兩部分組成，核心是數(shù)字控制裝置和數(shù)字控制程序，具有很強(qiáng)的專業(yè)性。1.智能化自動(dòng)控制技術(shù)。2.精密機(jī)械技術(shù)，包括精密機(jī)械設(shè)計(jì)與加工，提高數(shù)控技術(shù)的速度和精密度。3.智能電氣傳感技術(shù)。數(shù)字化傳感器是智能電氣傳感技術(shù)中的核心裝置，它不僅能夠高效精準(zhǔn)地感應(yīng)信息，還能夠確保信息傳輸?shù)母呔_度。數(shù)控技術(shù)主要有以下特點(diǎn)：一是，能對(duì)復(fù)雜的零件進(jìn)行曲面加工;二是，可按照不同的加工需求進(jìn)行加工方式的轉(zhuǎn)變，能在短時(shí)間內(nèi)完成加工任務(wù);三是，能運(yùn)用加工模具進(jìn)行加工，縮短加工的時(shí)間，提高工作效率。

四、機(jī)械制造中數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

（一）在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域是目前數(shù)控技術(shù)中使用比例最高的領(lǐng)域之一。數(shù)控技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)線上得到了廣泛的應(yīng)用，如食品加工、造紙印刷等生產(chǎn)線。在實(shí)際應(yīng)用過程中，工作人員要按照事先設(shè)置好的程序，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，同時(shí)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控，就能大幅度地提高工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量。在工業(yè)生產(chǎn)中使用數(shù)控技術(shù)能大幅度提高生產(chǎn)效率，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，工作人員可以使用數(shù)控技術(shù)制定統(tǒng)一化和標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)方式，從而大幅度消減生產(chǎn)的物質(zhì)成本和時(shí)間成本，提高生產(chǎn)的效率。

（二）在汽車制造行業(yè)中的應(yīng)用

在近年的汽車工業(yè)發(fā)展過程中，機(jī)械數(shù)控技術(shù)受到了更多的關(guān)注和重視，并在實(shí)際生產(chǎn)過程中得以運(yùn)用，在很大程度上提升了汽車零部件的加工效率。汽車所需要的零件對(duì)精準(zhǔn)度的要求相當(dāng)高，傳統(tǒng)的加工方式難以制造出滿足汽車要求的生產(chǎn)零件，數(shù)控技術(shù)的出現(xiàn)充分滿足了汽車加工行業(yè)對(duì)于汽車零件的要求。在實(shí)際汽車零件加工過程中，機(jī)械數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用對(duì)復(fù)雜、精細(xì)的零件生產(chǎn)需求也能夠順利完成，并對(duì)汽車零件加工過程中的標(biāo)準(zhǔn)化、差異化的生產(chǎn)需求能夠靈活應(yīng)變，使其能夠完成更高要求的零件制造任務(wù)。此外，汽車工業(yè)中的應(yīng)用能夠發(fā)揮機(jī)械數(shù)控技術(shù)的集成化控制能力，助力汽車工業(yè)的發(fā)展與完善。

（三）在機(jī)床設(shè)備中的應(yīng)用

機(jī)械制造業(yè)對(duì)于機(jī)床數(shù)控化的要求日益提升，機(jī)械控制技術(shù)能夠?qū)C(jī)床設(shè)備的制造技術(shù)進(jìn)行全面提升，進(jìn)一步滿足當(dāng)前的社會(huì)需求。機(jī)床工業(yè)中，機(jī)械數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用能夠使其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，通過控制系統(tǒng)編程，實(shí)現(xiàn)不同生產(chǎn)單元的控制要求。數(shù)控技術(shù)被應(yīng)用到機(jī)床裝備里面，不但可以增強(qiáng)對(duì)工件的生產(chǎn)精度與制造的速度，增強(qiáng)產(chǎn)品自身的質(zhì)量，降低工作人員的工作壓力，改善工作環(huán)境，其對(duì)于煩瑣部件以及曲面的加工也是極其便利的，能夠達(dá)到機(jī)械自動(dòng)化的需求，從而增強(qiáng)機(jī)械制造的水平。機(jī)床工業(yè)中，機(jī)械控制技術(shù)的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)與控制，在生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本方面有較大進(jìn)步。

（四）在航天業(yè)機(jī)械制造中的應(yīng)用

現(xiàn)今航空行業(yè)所需要的設(shè)備零件對(duì)加工精度要求相當(dāng)高，只有保證削切的速度和精度，才能制造出契合航空行業(yè)要求的零件。宇航工業(yè)有許多零部件需要進(jìn)行特殊加工，剛度很差的材質(zhì)只有通過小切削力的高速加工，才能滿足宇航工業(yè)對(duì)機(jī)械加工的要求。飛機(jī)制造所需要的機(jī)床主要用于加工發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)身等被列為重點(diǎn)發(fā)展的對(duì)象上，這必然帶動(dòng)對(duì)高可靠性、大規(guī)格、高強(qiáng)度數(shù)控機(jī)床的大量需求，包括各種超重型數(shù)控機(jī)床和專機(jī)以及五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床和復(fù)合加工機(jī)床。

（五）應(yīng)用于軍事裝備制造

我國一直都投入大量的精力在國防建設(shè)方面，構(gòu)建現(xiàn)代化的軍事體系一直是我國的基本國策。因?yàn)閲臆娛聦?shí)力的強(qiáng)弱能夠衡量一個(gè)國家的綜合國力，強(qiáng)大的軍事力量是保證人們安居樂業(yè)的主要保證，將數(shù)控技術(shù)應(yīng)用到軍事設(shè)備的機(jī)械加工制造中，不僅能夠提高軍事裝備的精確度，提高武器的發(fā)展速度，同時(shí)能夠進(jìn)行大批量的生產(chǎn)，降低人工的施工成本。除此之外，數(shù)控技術(shù)的最大貢獻(xiàn)在于對(duì)一些高端武器設(shè)備的制造方面，很多環(huán)節(jié)無法通過人為操作完成，而應(yīng)用機(jī)械手臂能夠系統(tǒng)地完成這些零件的制造、安裝以及維護(hù)，提高設(shè)備的穩(wěn)定性以及精密度。很多中國軍事設(shè)備正是因?yàn)槟軌驊?yīng)用這些技術(shù)手段，才能夠在生產(chǎn)的過程中保證誤差率處于合理范圍之內(nèi)，海陸空三軍力量才能夠與時(shí)俱進(jìn)地發(fā)展下去，不斷提高我國的實(shí)力水平。

五、機(jī)械制造中數(shù)控技術(shù)的發(fā)展前景

（一）高精度的加工

高精度的加工是數(shù)控技術(shù)發(fā)展的根本，因此未來數(shù)控技術(shù)的發(fā)展會(huì)逐漸呈現(xiàn)更強(qiáng)烈的速度和精加工的趨勢(shì)。高速和精加工的技術(shù)特點(diǎn)可以讓數(shù)控技術(shù)在使用的過程中大幅度提高機(jī)械加工行業(yè)的生產(chǎn)能力。其生產(chǎn)能力不僅僅決定生產(chǎn)效率，同時(shí)也影響產(chǎn)品質(zhì)量的提高，產(chǎn)品生產(chǎn)周期的減少等。除此之外，未來數(shù)控技術(shù)的加工精度將會(huì)達(dá)到納米級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，這使得數(shù)控技術(shù)能夠在各種高精尖領(lǐng)域中被廣泛地運(yùn)用。

（二）機(jī)械結(jié)構(gòu)與數(shù)控編程技術(shù)

為縮小機(jī)械結(jié)構(gòu)體積，如今通常選擇機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)，并采用萬能回轉(zhuǎn)銑頭、自動(dòng)交換刀具、動(dòng)力刀架、數(shù)控夾盤等提高機(jī)械自動(dòng)化程度，對(duì)伺服系統(tǒng)等的機(jī)電匹配進(jìn)行了優(yōu)化，提高了動(dòng)態(tài)特性。提高自動(dòng)編程應(yīng)用，自動(dòng)編程是指通過計(jì)算機(jī)來完成數(shù)控加工程序編制，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字處理運(yùn)算、邏輯判斷和檢測(cè)仿真，在一定程度上避免人員操作失誤帶來的影響。在編程方面，通過CNC裝置使在線編程成為主要的編程方式，能夠使用圓切削、宏程序設(shè)計(jì)、藍(lán)圖編程等程序編制功能，借助小型工藝數(shù)據(jù)庫可以同時(shí)處理幾何與工藝信息，使編程水平得到提高。

（三）智能化的數(shù)控加工技術(shù)

信息技術(shù)逐漸發(fā)展成熟，數(shù)控技術(shù)的智能化趨勢(shì)將會(huì)越來越明顯。智能化數(shù)控技術(shù)將會(huì)使機(jī)械制造行業(yè)產(chǎn)生新的變革，在實(shí)際的智能化數(shù)控技術(shù)運(yùn)用的過程中，機(jī)械制造行業(yè)的機(jī)械設(shè)備的工作能力將會(huì)大幅度提升，其提升的方面包括可以大幅度減少操作步驟，實(shí)現(xiàn)智能化的人工界面，還能夠?qū)ψ陨磉M(jìn)行檢修和智能監(jiān)控，從而減少設(shè)備損壞現(xiàn)象的發(fā)生。除此之外，智能化數(shù)控加工技術(shù)的出現(xiàn)，也會(huì)大幅度減少人工勞力，從而使人們的生活水平得到提高。

（四）高精度的加工以及五軸聯(lián)動(dòng)加工技術(shù)

高速和精加工的技術(shù)特點(diǎn)可以讓數(shù)控技術(shù)在使用的過程中大幅度提高機(jī)械加工行業(yè)的生產(chǎn)能力。未來的數(shù)控技術(shù)的加工精度將會(huì)達(dá)到納米級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，這就可以讓數(shù)控技術(shù)能夠在各種高精尖領(lǐng)域中被廣泛運(yùn)用。軸聯(lián)動(dòng)加工與復(fù)合加工機(jī)床，運(yùn)用五軸聯(lián)動(dòng)加工技術(shù)可以滿足三維曲面零件的加工要求，運(yùn)用刀具完成不同幾何形狀的零件加工，極大地提高了加工的效率。

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